[发明专利]一种内外配炭相结合、微波加热制备一次还原铁粉的方法

说明书

技术领域

本发明属于微波冶金和粉末冶金技术领域，涉及一种内外配炭相结合、微波加热制备一次还原铁粉的方法。

背景技术

粉末冶金技术是近100年才被发明，直到半个世纪前，其还处于萌芽阶段。二战时，粉末冶金的主导产品是青铜和自润滑轴承。铁粉也在这个时期问世，成为粉末冶金不断发展的标志性原料。

铁粉种类由雾化铁粉（Hametag工艺）发展到电解铁粉（Husqvarna公司），再到还原铁粉。1945年，首次对一次还原铁粉进行磁选分离和二次氢还原，使一次还原铁粉的压缩性由最初的6.0g/cm³增加到6.3g/cm³，随着退火工艺的增加和超纯精矿粉和高质量铁鳞的使用，使最好的二次还原铁粉的致密度与当时的一级水雾化铁粉相当。

不同种类的铁粉的生产工艺，最大的区别是二次还原铁粉的前驱体（即一次铁粉）的制备工艺。一次铁粉的原料有超纯铁精矿粉、铁鳞粉末或铁水，前者在反应罐内与煤粉以环状的方式布料，再经传统加热进行还原得到一次铁粉，后者通过水或气雾化的方式得到一次铁粉。

单纯的外配碳（如环状布料法），其带入杂质少，能保证一次还原铁粉的洁净度，但主要依靠间接还原，反应速度太慢，制备周期长，通常在50～90h（隧道窑，重油加热）；单纯的内配碳（如生产直接还原铁的工艺），反应速度快，生产周期短，通常在5～6h（竖炉，含碳球团），但带入杂质多，铁品位不高，给磁选和二次还原带来难度。

传统加热主要靠传导传热、辐射传热和传质传热进行，热量传递较慢，在吸热反应剧烈时，热量不能及时获得补给，限制反应的快速进行，进而使生产周期较长，并出现夹生的情形。

发明内容

由于现有工艺料层结构的缺陷和传统加热的局限引起的生产周期长和产品中出现夹生的现象，本发明的目的是提供一种内外配炭结合、微波加热制备优质一次还原铁粉的方法，实现料层结构更为合理、加热方式更为有效，能缩短生产周期、杜绝产品夹生、降低能耗、达到清洁生产的目标。

本发明通过以下技术方案来实现：一种内外配炭相结合、微波加热制备一次还原铁粉的方法，经过下列各步骤：

（1）原料准备：将含铁原料、木炭、煤、CaCO₃类原料粉碎至150～200目；

（2）布料：将步骤（1）所备物料进行分层布料：底层为煤和CaCO₃类原料的混合物，该层煤的取量为含铁原料质量的5～12%，CaCO₃类原料与该层煤的质量比为7︰10；中层为木炭和含铁原料的混合物，木炭的取量为含铁原料质量的11～17%；上层为煤，该层煤的取量为中层混合物质量的1～2%；

（3）加热：将步骤（2）布好的物料置于微波反应器内加热至1000～1200℃，保温5～60min，通过直接还原与间接还原相结合，对含铁原料进行还原；

（4）产物处理：将还原后的炉料进行冷却，粉碎，筛分，湿式磁选，干燥即得优质的一次还原铁粉。

所述CaCO₃类原料为轻烧白云石。

所述含铁原料为粉状铁精矿或铁鳞，其T_Fe（全铁）≥71%。

所述木炭中的固定碳≥78%、灰分≤0.5%。

所述煤中的固定碳≥70%、灰分≤20%。

本发明以粉状优质铁精矿或铁鳞为含铁原料(T_Fe≥71%)，以木炭（固定碳≥78%，灰分≤0.5%）和煤（固定碳≥70%，灰分≤20%）为还原剂，是以中层物料进行的直接还原为主，保证含铁物料大部分被快速还原和中层料中还原剂被耗尽。中层与底层的界面上，有一定程度的直接还原反应，对铁原料进行还原（产物中的CO向上排出的过程也继续对上部原料补充还原）。底部的轻烧白云石在加热过程中分解出CO₂，该气体引发底层物料发生布多尔反应，生成一定量的CO，扩散到中上层物料对其中的铁氧化物进行还原。由此保证还原反应高效、完全进行。由于铁精矿和铁鳞对微波都具有很好的吸波性，微波能快速从内部加热含碳原料，因此可使生产周期大大缩短，并可杜绝冷中心现象。