專利名稱：生產(chǎn)金屬鐵的中間體、其制造方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?7194517.9的中國專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
本發(fā)明涉及一種獲得金屬鐵的方法，按該法通過用含碳物料作還原劑，經(jīng)加熱使含在鐵礦石等物中的氧化鐵經(jīng)受還原。本發(fā)明更具體說是涉及一種生產(chǎn)高純金屬鐵的有效方法，按該法，鐵的氧化物被有效地還原成金屬鐵，而含于鐵的氧化物源如鐵礦石中的包括脈石等物的渣組分同時(shí)被熔化，并與金屬鐵完全分離，本發(fā)明還涉及于本發(fā)明的工業(yè)化生產(chǎn)金屬鐵的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
生產(chǎn)直接還原鐵的常規(guī)方法是用還原性氣體將含氧化鐵的鐵礦石或球團(tuán)直接還原而得到還原鐵，以Midrex法為代表的豎爐法是一個(gè)例子。在這種類型的生產(chǎn)直接還原鐵的方法中，由天然氣等物制成的還原氣體強(qiáng)制地從位于豎爐底部的風(fēng)咀進(jìn)入豎爐，以還原鐵的氧化物，從而得到還原鐵。
近年來，特別使人感興趣的一種生產(chǎn)還原鐵的方法是用諸如煤之類的碳質(zhì)物料取代天然氣。這種方法已被付諸實(shí)踐，而且被叫做SL/RN法，按該法，用煤作還原劑，通過加熱使經(jīng)焙燒的用鐵礦石制的球團(tuán)還原。
US.3,443,931公開了另一種生產(chǎn)還原鐵的方法，按此法，將粉碎的鐵礦石和粉碎的煤的混合物燒結(jié)，然后通過在回轉(zhuǎn)爐中于高溫氣氛中加熱使這種經(jīng)燒結(jié)的物料還原，結(jié)果得到還原鐵。
用上述方法制得的還原鐵作為鐵源直接地，或以壓塊的形式加到電爐中。由于近年來回收利用的廢鋼的趨勢(shì)增長，所以對(duì)還原鐵特別感興趣，這里因?yàn)樗捎米鲝U鋼中所含雜質(zhì)的稀釋劑。
但是，常規(guī)方法不包括將含于鐵礦石等物和碳質(zhì)物料(如煤等物)中的成渣組分如SiO2、Al2O3及CaO與所產(chǎn)生的鐵水分離。因而，所得的還原鐵含鐵量相當(dāng)?shù)?金屬鐵中的鐵純度低)。在實(shí)際生產(chǎn)中，這些渣組分是在后續(xù)的精煉過程中被分離和去除的。但渣量增加不僅降低了精煉鐵水的產(chǎn)率，而且還增加了電爐的運(yùn)行成本。因而，要求還原鐵是富鐵的，而且渣組分的含量相當(dāng)?shù)汀闈M足這些要求，則上述的生產(chǎn)還原鐵的常規(guī)方法就必須采用富鐵的鐵礦石，這就使得對(duì)煉鐵原料的選擇性變窄。
另外，上述常規(guī)方法的目的是要獲得作為煉鐵工序中的中間產(chǎn)物的經(jīng)還原的固體產(chǎn)物。因而，在將還原鐵送往下一精煉過程之前，就需如運(yùn)輸、貯存、形成團(tuán)塊及冷卻等附加步驟。這些步驟包括大量的能量損失，而造塊步驟需要過量的能量及特殊的裝備。
此外，熔融還原法如DIOS法是已知的，按該法將鐵的氧化物直接還原而得到鐵水。按此法，將鐵礦石預(yù)還原至約30-50％的鐵純度，然后在鐵熔池中使鐵水經(jīng)受碳的直接還原反應(yīng)，從而得到金屬鐵。但此法有些問題由于需要兩個(gè)步驟，即在熔池中的預(yù)還原和終還原，所以使作業(yè)變得復(fù)雜，此外，由于鐵熔池中的熔融的鐵的氧化物(FeO)與爐子的耐火材料直接接觸，從而使耐火材料明顯受損。
日本專利公開56-19366公開了一種方法，其中通過加熱，使金屬氧化物、固體碳質(zhì)材料和造渣材料的燒結(jié)塊還原，從而將被還原的金屬封在渣殼之中，同時(shí)又保持燒結(jié)塊的形狀，然后熔化渣殼，以使金屬與渣分離。這種方法必須產(chǎn)生足量的渣來將被還原的金屬鐵完全封住，以防金屬鐵再氧化。因而必須增加造渣材料的含量。此外，此法可能生成FeO含量相當(dāng)高的渣，這樣，在實(shí)際應(yīng)用中，就產(chǎn)生了明顯損壞設(shè)備耐火襯的嚴(yán)重問題。
因此，獲得一個(gè)生產(chǎn)含渣組分相當(dāng)?shù)偷慕饘勹F的方法是十分重要的，因?yàn)榇朔榻饘勹F產(chǎn)品增加了更多的價(jià)值，降低了電爐的運(yùn)行費(fèi)用，及提供了對(duì)原材料的靈活選擇。
由于含大量氧化鐵的渣熔化耐火材料，為將耐火材料的損壞保持最小，因此在工業(yè)上能實(shí)施這種煉鐵工藝，即在還原過程中能減少伴生的渣中的氧化鐵含量的煉鐵工藝是十分重要的。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述完成了本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于提供一種用于煉鐵的方法和設(shè)備，按該法和設(shè)備中，能容易和有效地用鐵含量相當(dāng)?shù)突蛳喈?dāng)高的鐵礦石生產(chǎn)固態(tài)或液態(tài)的并且很純的金屬鐵，并不會(huì)因熔融的氧化鐵與爐子的耐火材料直接接觸而損壞耐火材料。
按照本發(fā)明的煉鐵方法，通過加熱使與碳質(zhì)還原劑一起被壓制的鐵的氧化物還原，從而得到金屬鐵，該法有如下幾種情況
(1)借助于因加熱而發(fā)生的還原，產(chǎn)生和形成含金屬鐵的外殼。通常這種還原持續(xù)到該殼中基本上無氧化鐵存在為止，而在此期間，渣在殼中聚集。
(2)借助于因加熱而發(fā)生的還原，產(chǎn)生和增大金屬鐵外殼，這種還原持續(xù)到殼中基本上無氧化鐵存在為止，而加熱則還要持續(xù)到使產(chǎn)生于此殼中的渣自殼中流出為止。
(3)借助于因加熱而發(fā)生的還原，產(chǎn)生和增大金屬鐵的外殼，而且這種還原持續(xù)到殼中基本上無氧化鐵時(shí)為止，而加熱持續(xù)到使熔融的金屬鐵與熔渣分離。
(4)借助于因加熱而發(fā)生的還原，產(chǎn)生和形成金屬鐵外殼，而且這種還原持續(xù)到殼中基本上無氧化鐵為止，而在此過程中，殼中聚集了渣，然后使這種聚集的渣與金屬鐵分離。
為使上述的情況(2)具體化，將金屬鐵殼的一部分熔化，以便使熔渣從殼的內(nèi)部流出。在此情況下，或?yàn)榱耸股鲜銮闆r(3)具體化，在存有碳質(zhì)還原劑時(shí)持續(xù)進(jìn)行滲碳，從而降低金屬鐵外殼的熔點(diǎn)，借此迅速將部分和全部金屬鐵殼熔化。
當(dāng)使上述(1)-(4)中任一情況具體化時(shí)，可將用于進(jìn)行還原的最高加熱溫度控制在不低于伴生的渣的熔點(diǎn)，而又不高于金屬鐵殼的熔點(diǎn)，以便更有效地進(jìn)行生成金屬鐵的反應(yīng)。這個(gè)還原步驟可以是固相還原-鐵的氧化物通過此而還原，也可以是液相還原，該還原持續(xù)進(jìn)行到基本上沒有主要由FeO構(gòu)成的鐵的氧化物為止，借此可提高所得的金屬鐵的純度。
下文中所用的術(shù)語“還原持續(xù)到金屬鐵殼中基本上不存在鐵的氧化物為止”指的是，按定量而論，通過加熱而進(jìn)行的還原持續(xù)到主要由FeO構(gòu)成的鐵的氧化物的含量最好是降到5％(重量)或更少，更優(yōu)選是降到2％(重量)或更少。按不同的觀點(diǎn)，這也意指因加熱而進(jìn)行的還原持續(xù)到與金屬鐵相分離的渣中的主要是FeO構(gòu)成的鐵的氧化物的含量最好不大于5％(重量)，更優(yōu)選是2％或更少。
這樣得到的高鐵純度的金屬鐵及伴生的渣可通過進(jìn)一步加熱而熔化，從而因比重差而彼此分離?？晒┻x擇的是，可通過急冷使之凝固，再經(jīng)破碎，以便用磁力使金屬鐵與渣分離，或用其它的任何篩分法使之分離。這樣就能得到金屬化率不少于95％，或在某些情況下不少于98％的高鐵純度的金屬鐵。
在實(shí)施上述的本發(fā)明的方法時(shí)，含有碳質(zhì)還原劑的氧化鐵壓塊可以是粒狀的或是團(tuán)塊，而且可以下列任何方式進(jìn)行還原1)使該壓塊沿水平方面移動(dòng)。
2)將該壓塊置于鐵帶上，在該帶的兩邊緣部位設(shè)有擋板以防壓塊從鐵帶上落下，壓塊沿水平方向移動(dòng)。
3)將壓塊置于水平表面上。
4)使壓塊翻滾。
5)壓塊落下。
此外，還可以下列任何方式，通過加熱使壓塊被拉長或縮短。
6)使被拉長的壓塊沿垂直方向下落。
方式6)可按如下具體化6-1)連續(xù)制備細(xì)長的壓塊，然后將其供入因加熱而進(jìn)行還原的區(qū)段，該細(xì)長的壓塊包括6-1-1)鐵制的，并包裝此細(xì)長壓塊的支撐網(wǎng)。
6-1-2)作為壓塊芯的鐵條。
最好采用上述的鐵網(wǎng)或鐵條，因?yàn)樗乐辜?xì)長的壓塊在其向上移動(dòng)時(shí)，因其自重而于其中間部位斷裂。
7)使細(xì)長的壓塊沿一傾斜表面向下移動(dòng)。
方式7)可按如下具體化7-1)將細(xì)長的壓塊置于鐵帶之上，然后連續(xù)送入因加熱而進(jìn)行還原的區(qū)段。
通過采用上述任何方式，就更有效地實(shí)施了上述的生產(chǎn)金屬鐵的方法。
用于按本發(fā)明生產(chǎn)金屬鐵的設(shè)備，實(shí)施了上述生產(chǎn)金屬鐵的方法，它具有以下基本結(jié)構(gòu)。
通過加熱而還原含有碳質(zhì)還原劑的氧化鐵壓塊來生產(chǎn)金屬鐵的設(shè)備包括熱還原設(shè)備，它用于通過加熱還原壓塊，從而形成含金屬鐵的外殼及殼內(nèi)的渣；用于熔化外殼及渣的設(shè)備；及將鐵水與熔渣分開的分離器。
在上述的生產(chǎn)金屬鐵的設(shè)備中，當(dāng)壓塊為粒狀或團(tuán)塊時(shí)，則上述熱還原設(shè)備可包括在使壓塊以水平方向移動(dòng)的同時(shí)，通過加熱使之還原的機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)的較佳實(shí)施方式是一種循環(huán)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括循環(huán)的回轉(zhuǎn)構(gòu)件及位于該構(gòu)件之上的，用于將壓塊置于其上的爐床。可按一定的間隔在爐床上設(shè)置分離構(gòu)件，以防壓塊相互粘結(jié)。這種分離構(gòu)件最好用脫硫劑構(gòu)成，以便在經(jīng)過加熱而進(jìn)行還原的過程中還進(jìn)行脫硫。
上述機(jī)構(gòu)還可以鐵帶的形式具體化，該帶包括在其兩邊緣形成的擋板，以防壓塊從鐵帶上落下，該鐵帶用于沿水平方面輸送其上的壓塊并使之在水平輸送的過程中因加熱而被還原。
上述熔化設(shè)備的較佳實(shí)施方案還包括用于使被還原的壓塊在其上滾動(dòng)或滑動(dòng)的、及用于經(jīng)加熱而熔化這些滾動(dòng)或滑動(dòng)壓塊的傾斜底板。
當(dāng)壓塊為粒狀或是團(tuán)塊時(shí)，這種熱還原設(shè)備的另一優(yōu)選實(shí)施方案可包括送料構(gòu)件，它包括水平板，該送料構(gòu)件用于間斷地將壓塊加在水平板上，該設(shè)備還包括用于將壓塊從送料構(gòu)件卸下的卸料構(gòu)件及用于加熱此壓塊的加熱機(jī)構(gòu)。該卸料構(gòu)件可以是傾動(dòng)構(gòu)件，它使送料構(gòu)件的位置在水平位置和傾斜位置間交替變換，或是用于將壓塊從送料構(gòu)件中推出，以便平穩(wěn)地卸下壓塊的推動(dòng)構(gòu)件。
可在送料構(gòu)件上設(shè)置鐵支架，而且該支架適于與壓塊一起卸載。最好在送料構(gòu)件上按一定的間隔設(shè)置分離構(gòu)件(最好是用脫硫劑構(gòu)成的)以防壓塊相互粘結(jié)。
送料構(gòu)件的優(yōu)選實(shí)施方案可包括一種鐵帶，以便連續(xù)地輸送其上的壓塊，并使之經(jīng)受加熱還原。這就避免已還原的壓塊熔化及粘附地堆積在爐子的內(nèi)表面上的問題。當(dāng)采用此實(shí)施方案時(shí)，用于輸送壓塊的鐵帶與還原的金屬鐵一起熔化，結(jié)果都變成鐵水。
上述熔化設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方案可包括傾斜的底板，它用于在使其上的壓塊滾動(dòng)或滑動(dòng)時(shí)，通過加熱將其熔化。
為了更有效地通過加熱進(jìn)行還原，上述熱還原設(shè)備最好可包括-用于使壓塊滾動(dòng)的同時(shí)，又通過加熱使之還原的機(jī)構(gòu)，或-滾動(dòng)機(jī)構(gòu)，它包括使壓塊在其上滾動(dòng)的滾動(dòng)表面，及將壓塊從滾動(dòng)表面上卸下的卸料裝置，以及用于加熱壓塊的熱還原構(gòu)件。
可將上述的熱還原設(shè)備和熔化設(shè)備一體化以構(gòu)成熱還原熔化設(shè)備，它包括滾動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括傾斜的滾動(dòng)表面，以便使壓塊沿傾斜方向逐漸滾下，該設(shè)備還包括用于將壓塊從傾斜表面卸下的卸料區(qū)段，該設(shè)備還包括通過加熱使壓塊還原和熔化的機(jī)構(gòu)。這就能通過加熱使還原和熔化連續(xù)而有效地進(jìn)行。
在上述熱還原-熔化設(shè)備中，滾動(dòng)表面最好包括具有弧形、V形或槽形的凹槽構(gòu)件的內(nèi)表面，而且該滾動(dòng)表面沿該槽狀構(gòu)件的長度傾斜。這使加熱還原和熔化能較平穩(wěn)地進(jìn)行。
接受粒狀或結(jié)塊狀壓塊的熱還原設(shè)備的另一實(shí)施方案可包括使壓塊下落，并通過加熱使下落的壓塊還原的機(jī)構(gòu)。可供選擇的是，一體化地包括熱還原設(shè)備及熔化設(shè)備的熱還原-熔化設(shè)備還可包括使粒狀壓塊下落的空間，以及用于在粒狀壓塊下落的同時(shí)，通過后續(xù)的加熱使之還原和熔化的加熱構(gòu)件。
分離器最好包括一沒入的堤堰，它用于接受從上落在其一側(cè)的熔渣和鐵水，以及用于將熔渣自其一側(cè)放出，而將鐵水從其另一側(cè)放出。這樣就連續(xù)而快速地將熔渣和鐵水相互分離。
當(dāng)采用細(xì)長的壓塊時(shí)，該熱還原設(shè)備可包括用于在細(xì)長的壓塊以垂直位置向下移動(dòng)，或沿向下傾斜的表面移動(dòng)的同時(shí)，通過加熱使之還原的機(jī)構(gòu)。這使得細(xì)長的壓塊在以垂直方位下移動(dòng)，或沿向下傾斜表面下移時(shí)通過加熱被連續(xù)還原。
當(dāng)采用細(xì)長的壓塊時(shí)，可用送料器將細(xì)長的壓塊連續(xù)送到鐵帶上，以便連續(xù)地將鐵帶上的細(xì)長壓塊送入熱還原設(shè)備中，于此，細(xì)長的壓塊因加熱而還原。在此情況下，該鐵帶與產(chǎn)生于還原過程中的金屬鐵一起于熔化過程中熔化，然后以鐵水的形態(tài)被收集起來。
本發(fā)明的用于生產(chǎn)金屬鐵的設(shè)備最好還包括用于輸送運(yùn)送其上的壓塊的鐵帶的裝置，從而該裝置將鐵帶上的壓塊供入熱還原設(shè)備及熔化設(shè)備，以便通過加熱將其還原和熔化。在此情況下，當(dāng)壓塊為粒狀或?yàn)榻Y(jié)塊時(shí)，該鐵帶可包括形成于其兩邊緣部的擋板，以防壓塊從鐵帶上落下，并可在此熱還原設(shè)備中沿水平方向輸送其上的壓塊，以便通過加熱將壓塊還原。當(dāng)壓塊為細(xì)長的形態(tài)時(shí)，可以提供使細(xì)長壓塊連續(xù)成形，并將細(xì)長的壓塊送于鐵帶上的裝置，從而可連續(xù)形成細(xì)長壓塊并使之經(jīng)受加熱還原和熔化。所用的鐵帶在熔化設(shè)備中熔化，從而與通過還原而產(chǎn)生的金屬鐵熔合，然后以鐵水的形態(tài)被收集起來。
當(dāng)聯(lián)系附圖進(jìn)行考慮時(shí)，通過參照以下的詳細(xì)描述則將更容易完全理解本發(fā)明及其很多附加的優(yōu)點(diǎn)，其中
圖1(A)-(F)是壓塊的剖面圖，它示意性地說明當(dāng)實(shí)施本發(fā)明的方法時(shí)的還原反應(yīng)的進(jìn)程。
圖2是展示在不同溫度下經(jīng)加熱還原的球團(tuán)的剖面的一組照片。
圖3是一組照片，它展示了在1500℃的還原溫度下，當(dāng)還原時(shí)間改變時(shí)所看到的被還原的球團(tuán)外觀的變化。
圖4是展示在1500℃的還原溫度下，被還原的球團(tuán)的金屬化率與還原時(shí)間的關(guān)系曲線。
圖5是展示在1500℃的還原溫度下，渣組分的含量變化與還原時(shí)間的關(guān)系曲線。
圖6是展示在1500℃的還原溫度下，被還原的球團(tuán)中的FeO含量變化與還原時(shí)間的關(guān)系曲線。
圖7是展示在1500℃的還原溫度下，被還原的球團(tuán)中碳含量的變化與還原時(shí)間間關(guān)系曲線。
圖8是說明按照本發(fā)明一實(shí)施方案的還原煉鐵法的示意性流程圖。
圖9是展示本發(fā)明的生產(chǎn)金屬鐵的設(shè)備的實(shí)施方案2的示意性剖面視圖。
圖10是展示本發(fā)明的生產(chǎn)金屬鐵的設(shè)備的實(shí)施方案3的示意性頂剖面視圖。
圖11是沿圖10中的Z-Z和Y-Y線截取的示意性剖面視圖。
圖12是展示本發(fā)明的生產(chǎn)金屬鐵的設(shè)備的實(shí)施方案4的示意性剖面視圖。
圖13是沿圖12中的A-A線截取的示意性剖面視圖。
圖14是展示本發(fā)明的生產(chǎn)金屬鐵的方法和設(shè)備的實(shí)施方案5的剖面視圖。
圖15是展示本發(fā)明的生產(chǎn)金屬鐵的方法和設(shè)備的實(shí)施方案6(采用懸浮法)的示意性剖面視圖。
圖16是展示本發(fā)明的生產(chǎn)金屬鐵的方法和設(shè)備的實(shí)施方案7(用還原過程中產(chǎn)生的還原氣體作燃料)的示意性剖面視圖。
圖17是本發(fā)明的生產(chǎn)金屬鐵的方法和設(shè)備的實(shí)施方案8的示意性剖面視圖。
圖18是展示本發(fā)明的生產(chǎn)金屬鐵的方法和設(shè)備的實(shí)施方案9的示意性剖面視圖。
圖19是展示本發(fā)明的生產(chǎn)金屬鐵的方法及設(shè)備的實(shí)施方案10的示意性剖面視圖。
圖20是展示本發(fā)明的生產(chǎn)金屬鐵的方法及設(shè)備的實(shí)施方案11的示意性剖面視圖。
圖21是展示本發(fā)明的生產(chǎn)金屬鐵的方法及設(shè)備的實(shí)施方案12的示意性剖面視圖。
圖22是展示本發(fā)明的生產(chǎn)金屬鐵的方法及設(shè)備的實(shí)施方案13的示意性剖面視圖。
在研究可替代間接煉鐵法，如使用高爐的方法，及替代直接煉鐵法，如上文提及的SL/RN法的新的生產(chǎn)金屬鐵方法的過程中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)在非氧化性氣氛中加熱粉碎的氧化鐵和碳質(zhì)還原劑的粒狀、球團(tuán)或任何其它形狀的壓塊時(shí)，出現(xiàn)以下現(xiàn)象。當(dāng)加熱壓塊時(shí)，壓塊中所含的碳質(zhì)還原劑以如下方式將氧化鐵還原從壓塊的周邊持續(xù)還原，然后在還原前期生成的金屬鐵擴(kuò)散，并在壓塊的表面上結(jié)在一起，結(jié)果在壓塊的周邊上形成金屬鐵外殼。接著在該殼中有效地進(jìn)行碳質(zhì)還原劑對(duì)氧化鐵的還原，從而在很短的時(shí)間內(nèi)建立一種狀態(tài)，即在殼中不存在任何氧化鐵。這樣產(chǎn)生的金屬鐵粘附在外殼的內(nèi)表面上，由此，殼不斷增大。另一方面，大部分副產(chǎn)物渣，在金屬外殼中聚集，所述的渣是由含鐵的氧化物源如鐵礦石的脈石以及碳質(zhì)還原劑中的灰分產(chǎn)生的。因此具有相當(dāng)高的鐵純度，并構(gòu)成該外殼的金屬鐵就可與聚集的渣有效地分離。
這種在還原過程中發(fā)生的、并將于下文通過參照照片陳述的現(xiàn)象被認(rèn)為是按如下方式發(fā)生的。圖1(A)-1(F)展示了壓塊的剖面圖，這些圖示意性地說明在實(shí)施本發(fā)明的方法時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象。當(dāng)由含氧化鐵的物料和碳質(zhì)還原劑構(gòu)成的、并具有圖1(A)所示形狀的壓塊在非氧化性氣氛中被加熱，比如加熱到1450-1500℃時(shí)，氧化鐵的還原從壓塊1的周邊開始進(jìn)行，然后所生成的金屬鐵擴(kuò)散并結(jié)成一體，從而形成金屬鐵殼1a(圖1(B))。接著，由于繼續(xù)加熱，如圖1(C)所示，存在于殼1a中的碳質(zhì)還原劑和由碳質(zhì)還原劑與氧化鐵間的反應(yīng)而生成的CO將殼1a中的氧化鐵迅速還原。這樣生成的金屬鐵Fe粘附在殼的內(nèi)表上，由此，殼不斷生長。另一方面，如圖1(D)所示，由上述脈石等物生成的大部分副產(chǎn)物渣Sg，在由外殼1a所限定的腔體中聚集。
這種通過加熱進(jìn)行的還原由下式表達(dá)(1)FeOx+(x/2)C→Fe+(x/2)CO2(2)Y＝y(tǒng)1+y2(3)其中Y還原所需的碳的化學(xué)當(dāng)量(摩爾)y1以式(1)表示的反應(yīng)所需的碳量(摩爾)y2以式(2)表示的反應(yīng)所需的碳量(摩爾)當(dāng)用含氧化鐵的物料和碳質(zhì)還原劑制造壓塊時(shí)，這樣調(diào)節(jié)氧化鐵和碳質(zhì)還原劑間的混合比調(diào)節(jié)到使碳質(zhì)還原劑的量不小于以式(3)表示的理論當(dāng)量。這使得加熱還原能有效地進(jìn)行。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在還原前期，通過加熱在壓塊1的周邊上形成金屬鐵殼1a，然后在由殼1a所限定的內(nèi)腔中進(jìn)一步進(jìn)行還原，從而大大提高還原效率。最好將還原的最高加熱溫度控制到不低于伴生的渣的熔點(diǎn)，而又不高于金屬鐵殼1a的熔點(diǎn)。若加熱溫度等于或高于金屬鐵殼1a的熔點(diǎn)，則所產(chǎn)生成的金屬鐵將立即熔融及聚集；因而形不成金屬鐵殼，并且不能有效地進(jìn)行后續(xù)的還原反應(yīng)。另外，若未還原的熔融的氧化鐵從金屬鐵外殼1a的內(nèi)部流出，則它很可能損壞爐子的耐火材料。另一方面，當(dāng)將還原的最高加熱溫度控制到不低于伴生的渣的熔點(diǎn)時(shí)，副產(chǎn)物渣熔化并聚集，而金屬鐵擴(kuò)散并結(jié)成一體；結(jié)果，如圖1(C)和(D)所示，金屬鐵殼1a因此而增大，同時(shí)使渣Sg與殼la分離。
如上所述，本發(fā)明的關(guān)鍵特性在于“形成金屬鐵外殼，還原反應(yīng)在其中有效地進(jìn)行”，在常規(guī)的間接和直接煉鐵法中，未利用此特性，而且該特性使通過加熱的還原大為增強(qiáng)。金屬鐵殼1a因壓塊內(nèi)所含的碳質(zhì)還原劑逐步還原此壓塊而不斷增大。一旦形成了金屬鐵外殼1a，則碳質(zhì)還原劑及所生成的CO在殼1a中使還原持續(xù)。因此，通過加熱而進(jìn)行的還原所需的氣氛不必是還原性的，但可以是非氧化性的氣氛，如N2氣氛，這與常規(guī)方法是明顯不同的。
還原氧化鐵所需的所有的還原劑均存在于球團(tuán)中。無需任何的外加還原劑；在還原過程中既不需加固態(tài)的，也不需加氣態(tài)的還原劑。在該工藝中所用的還原劑可以僅是存在于壓塊中的碳質(zhì)還原劑。此外，金屬鐵殼可與爐中的氣氛接觸；無需覆蓋或遮蓋此外殼。
上述的通過加熱而進(jìn)行的還原基本上以固相還原的形式進(jìn)行，它不會(huì)使金屬外殼熔化?？梢韵胍姷氖?，由于以下原因，在還原反應(yīng)的后期或末期，也進(jìn)行液相反應(yīng)。由于在金屬鐵殼1a內(nèi)存有碳質(zhì)還原劑和由該還原劑的還原反應(yīng)而生成的CO，所以可以相信在金屬鐵殼1a內(nèi)保持著高度的還原性氣氛，結(jié)果使還原效率明顯提高。在這種高度還原性的氣氛中，在殼1a內(nèi)生成的金屬鐵被滲碳，從而使其熔點(diǎn)逐步下降。結(jié)果，在還原反應(yīng)的后期或末期，部分壓塊熔化，從而使氧化鐵經(jīng)受液相還原。通過設(shè)定比較低的還原溫度，還原可全然以固相進(jìn)行。然而，還原溫度越高，則還原的反應(yīng)系數(shù)也越高，因而較高的還原溫度對(duì)于在短時(shí)間內(nèi)完成還原反應(yīng)是有利的。因此，此還原反應(yīng)以液相還原而結(jié)束是符合要求的。
上述還原反應(yīng)完成與否，可通過測量因加熱還原而產(chǎn)生的氣體氣氛中的CO或CO2的濃度而確定。換言之，按適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔從還原反應(yīng)爐內(nèi)抽出氣體。當(dāng)從此氣體中未測到CO或CO2時(shí)，就表明還原反應(yīng)完成。此法利用了這樣的事實(shí)，即通過加熱而進(jìn)行的這種還原包括用碳質(zhì)還原劑本身進(jìn)行的還原反應(yīng)和用因碳質(zhì)還原劑和氧化鐵間的反應(yīng)所生成的CO進(jìn)行的還原反應(yīng)。在氧化鐵全部被還原后，就不再生成CO和CO2。
在實(shí)踐中，無需將該反應(yīng)持續(xù)到CO和CO2氣體的釋放完為止。本發(fā)明人已確認(rèn)，這取決于用于還原的爐子的內(nèi)部容積，但當(dāng)爐子氣體中的CO和CO2的濃度降到2％(體積)或更低時(shí)，就有不小于95％(重量)的氧化鐵被還原；當(dāng)該氣體濃度降到約1％(體積)或更低時(shí)，就有不少于98％(重量)的氧化鐵被還原。
在圖1(D)所示的狀態(tài)下，主要由FeO構(gòu)成的、并含于壓塊中的鐵的氧化物基本上全被還原成金屬鐵(氧化鐵的含量即還原進(jìn)程的標(biāo)志，通常不大于5％(重量)，而且經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明不大于2％(重量)，或不大于1％(重量)，而且一些主要由FeO構(gòu)成的、并熔入熔渣Sg的內(nèi)部聚集物中的鐵的氧化物也大部被還原(渣內(nèi)所含的、主要由FeO構(gòu)成的鐵的氧化物即還原進(jìn)程的標(biāo)志，通常不大于5％(重量)，而實(shí)驗(yàn)證明不大于2％(重量)或不大于1％(重量))。因此，通過使壓塊在圖1(D)所示的狀態(tài)下急冷，用破碎機(jī)將其金屬鐵殼破碎，再從渣中將金屬鐵磁選出來，就可有效地得到鐵純度相當(dāng)高的金屬鐵。另一方法是，在建立了圖1(D)的狀態(tài)后可以同樣的溫度或更高的溫度繼續(xù)加熱，借此將金屬鐵殼1a部分或全部熔化，從而使渣與金屬鐵分離，這將于下文描述。
當(dāng)由于需要，在建立起圖1(D)的狀態(tài)后，在稍高的溫度下繼續(xù)加熱時(shí)，部分金屬鐵殼1a比如象圖1(E)所示那樣熔化。這使得伴生的渣Sg從殼1a內(nèi)流出，從而有助于金屬鐵與渣分離。另一方法是，可持續(xù)加熱以建立起圖1(E)所示的狀態(tài)，借以使全部金屬鐵殼熔化和集聚，以便與事先已熔化和聚集的渣中分離。然后用破碎機(jī)等處理這樣制得的、處于圖1(E)或1(F)狀態(tài)的物質(zhì)，以便只破碎易碎的渣，而將金屬鐵以聚集態(tài)留下。將這種經(jīng)破碎的物質(zhì)用合適網(wǎng)眼的篩子過篩或經(jīng)磁選，從而很容易得到高鐵純度的金屬鐵。此外，可利用金屬鐵和渣之間的比重差來使熔融的金屬鐵與渣分離。
金屬鐵殼不僅可在完成還原反應(yīng)之后通過在較高溫度下加熱而熔化，而且還可以通過滲碳降低金屬鐵殼熔點(diǎn)而使之熔化。在金屬鐵殼中進(jìn)行的還原的最后階段，強(qiáng)還原性的內(nèi)部氣氛使已還原的鐵滲碳，結(jié)果使已還原的鐵的熔點(diǎn)下降。因此，甚至通過保持這種還原溫度不變，金屬鐵殼也會(huì)因熔點(diǎn)下降而熔化。
本發(fā)明可用的碳質(zhì)還原劑包括煤、焦炭或其它的類似的經(jīng)干餾處理過的碳質(zhì)材料、石油焦或任何其它形式的碳質(zhì)材料。在實(shí)際應(yīng)用中，將礦物煤粉碎、過篩而得到待用的煤粉，而且也將焦炭粉碎。此外，比如作為廢物收集起來的、含有碳質(zhì)材料的高爐粉塵也可被使用。但是為了有效地通過加熱進(jìn)行還原反應(yīng)，欲采用的碳質(zhì)還原劑的含碳量最好不少于70％(重量)，更優(yōu)選的是不少于80％(重量)。然而，諸如高爐粉塵之類的其中含有氧化鐵和碳質(zhì)還原劑的物料則不限于此量。比如，在高爐粉塵的情況下，其含碳量可能不少于20％(重量)。此外，為增大碳質(zhì)還原劑的比表面積，其粒度以不大于2mm為佳，更好是不大于1mm。同樣，為了通過增大鐵礦石或含氧化鐵物料的比表面積來提高還原反應(yīng)的效率，其粒度以不大于2mm為好，更好是不大于1mm。
按此實(shí)施方案，將氧化鐵、碳質(zhì)還原劑，需要時(shí)還有粘結(jié)劑均勻混合，然后形成團(tuán)塊、顆粒、料塊、球團(tuán)、棒或其它形式的壓塊，然后通過加熱使所得的壓塊還原?；烊氲奶假|(zhì)還原劑的量不小于按理論上化學(xué)計(jì)算的、以上述式(1)-(3)表示的還原反應(yīng)所需的當(dāng)量。以式(1)和(2)表示的y1和y2的量隨材料條件(化學(xué)成分、粒度、球團(tuán)大小等)改變。但是理論的化學(xué)當(dāng)量通過在規(guī)定溫度下還原球團(tuán)的小型還原設(shè)備中測定所產(chǎn)生的氣體中的CO和CO2的濃度而定。球團(tuán)隨碳質(zhì)還原劑加入，還原劑的量稍大于按式(1)還原所需的量。碳質(zhì)還原劑最好在考慮到消耗量或?yàn)槭菇饘勹F殼熔點(diǎn)降低的滲碳量的情況下以超量地使用。
如上所述，加熱還原期間的最高溫度不低于副產(chǎn)物渣的熔點(diǎn)，又不高于金屬鐵殼的熔點(diǎn)。但是未必能足以絕對(duì)地預(yù)定最高溫度，因?yàn)樵臏囟入S鐵礦石或其它氧化鐵源中所含的脈石量及隨渣中所含的氧化鐵量而變。但還原溫度最好為1350-1540℃，優(yōu)選為1400-1540℃，更優(yōu)選為1430-1500℃。這種還原溫度范圍產(chǎn)生的金屬鐵在金屬化率方面，鐵純度高達(dá)95％(重量)以上，一般不低于98％(重量)，最好時(shí)不低于99％(重量)。
至于副產(chǎn)物渣，其主要由FeO構(gòu)成的鐵的氧化物的含量降至不大于5％(重量)，一般不大于2％(重量)，或在更為適宜的加熱還原的條件下，不大于1％(重量)。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)于防止因熔融的氧化鐵與爐子的直接接觸而引起的對(duì)爐壁耐火材料的損壞是有益的。按照上述的常規(guī)還原煉鐵法，當(dāng)鐵礦石等物中所含的氧化鐵經(jīng)加熱被碳質(zhì)還原劑還原時(shí)，或經(jīng)還原而得的金屬鐵與伴生的渣分離時(shí)，大量的、主要由FeO組成的鐵的氧化物留在渣中未被還原，結(jié)果引起對(duì)爐子耐火材料的破壞。按照本發(fā)明，渣中所含的、主要由FeO組成的鐵的氧化物大部分被還原，從而幾乎沒有，或即便有，量也是很少的氧化鐵留在渣中未被還原。因而不僅在還原步驟中，而且在后續(xù)的渣分離步驟都不會(huì)出現(xiàn)破壞爐子耐火材料的問題。
由于如此獲得的金屬鐵的鐵純度相當(dāng)高，而且不含渣組分，因此，只要它作為煉鋼過程中的稀釋劑，就可被原封不動(dòng)地使用。但是，由于這種金屬鐵含大量的雜質(zhì)，如硫和磷，所以，若這些雜質(zhì)帶來任何問題，則需將其精煉，以便減少這些雜質(zhì)。此外，可調(diào)整金屬鐵的碳含量。
該金屬鐵可形成連續(xù)的封閉的殼。在這種狀態(tài)下，若不是全部也是大部分還原的鐵以單片或塊狀與渣分離。即使該殼部分或完全被熔化后，大部分還原的鐵仍為單片或塊狀。
當(dāng)實(shí)施本發(fā)明時(shí)，最好不使生成的金屬鐵殼在熔渣聚集時(shí)熔化，而且在使渣與金屬鐵分離的后續(xù)步驟中，也不使金屬鐵熔化。這種作法將使所得的金屬鐵中所含的硫和磷的量減至最小。下面將描述這種作法的機(jī)理。還原完成之后，如果金屬鐵與熔渣一起熔融，則溶渣中所含的部分硫和磷會(huì)與熔融的金屬鐵相混。但，若在還原步驟或后續(xù)的渣分離步驟，為使渣與金屬鐵分離而使金屬鐵保持固態(tài)，僅渣被熔化時(shí)，則碳質(zhì)還原劑，如煤中所含的硫和磷就熔于熔渣中，而后與渣一起被去除，從而使進(jìn)入金屬鐵的硫和磷減至最少。
下面以實(shí)施方案的方式詳述本發(fā)明，這些實(shí)施方案不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。不違背本發(fā)明的要旨的變化和改進(jìn)都是可能的。
表1造球條件
由圖2可知，在經(jīng)1400℃和1450℃的溫度下加熱還原的球團(tuán)中，金屬鐵殼在其表面上形成，同時(shí)金屬鐵在積累時(shí)粘附在該殼的內(nèi)表面上，而渣與該殼分離地聚集在該殼所限定的內(nèi)部空間中。在經(jīng)溫度1500℃的加熱還原的球團(tuán)中，似乎在還原反應(yīng)完成后，金屬外殼一旦形成就熔化，然后熔融的金屬鐵和熔渣分別凝固成相互分離的有金屬光澤的金屬鐵和玻璃體(圖2中相應(yīng)的照片僅表示經(jīng)破碎去除渣后而得的金屬鐵)。表2示出了被還原的球團(tuán)的化學(xué)成分，表3示出了玻璃狀渣的化學(xué)成分。
表2被還原球團(tuán)的化學(xué)成分還原時(shí)間20分單位％(重量)
表3玻璃體的化學(xué)成分單位％(重量)
從表2可知，在以1500℃的溫度還原的球團(tuán)中，橢圓形的、具有金屬光澤的凝固的金屬鐵(見圖2)幾乎不含任何渣組分。因而具有不小于99％(重量)的金屬化率的該還原的金屬鐵基本上與渣完全分離。另一方面，在以1400℃和1450℃的溫度還原的球團(tuán)中，仍保持金屬鐵殼，而其化學(xué)成分似乎表明氧化鐵還原不充分。但由圖2可知，在那些球團(tuán)中，金屬殼已與殼中所集聚之渣分離。這意味著可通過下列方法得到高鐵純度的粒狀金屬鐵通過破碎被還原的球團(tuán)，然后經(jīng)磁分離收集金屬鐵；以較高溫度持續(xù)加熱使部分金屬鐵殼熔化，從而使熔渣自殼內(nèi)流出，再使金屬鐵與渣分離；或以較高溫度持續(xù)加熱，以使全部金屬鐵殼熔化，然后使熔化的金屬鐵和熔渣彼此分開。
圖3展示了在1500℃的還原溫度下，還原時(shí)間由3分變到15分時(shí)所看到的球團(tuán)外觀的變化。表4展示了與每個(gè)還原時(shí)間相對(duì)應(yīng)的還原球團(tuán)的化學(xué)成分。圖4-7分別展示了金屬化率、渣組分含量、氧化鐵含量和碳含量隨還原時(shí)間的各自變化。
表4還原時(shí)間對(duì)還原的球團(tuán)化學(xué)成分的影響單位％(重量)
從圖3可知，加熱開始3分鐘后，未見球團(tuán)外觀有任何特別變化。但，由表4可知，球團(tuán)中氧化鐵已發(fā)生明顯的還原。開始加熱5分鐘后，球團(tuán)表面出現(xiàn)明顯的金屬光澤，這表明已形成金屬鐵殼。此外，金屬鐵的總鐵(T.Fe)含量超過90％(重量)。6分鐘后，T.Fe含量已高達(dá)不低于98％(重量)(見表4)。
此時(shí)看到部分金屬鐵殼熔化，從而使熔渣從殼內(nèi)流出。9分鐘后，大部分金屬鐵殼熔化并聚集成煎蛋狀，其中金屬鐵集于相當(dāng)于蛋黃的部位，而玻璃狀的渣聚集于圍繞金屬鐵的、相當(dāng)于蛋白的部位。此后，金屬鐵和渣的形狀稍有改變，如從表4可知，金屬鐵中的T.Fe濃度表明幾乎沒有進(jìn)一步提高。這說明球團(tuán)中所含氧化鐵的還原反應(yīng)進(jìn)行得很快，而且在形成金屬鐵殼的同時(shí)已幾乎完成，而金屬鐵殼一旦形成，在殼中建立起增強(qiáng)的還原條件下，此后金屬鐵與渣的分離隨著時(shí)間進(jìn)行。從表4和圖4-7可知，開始加熱還原6分鐘后，所得的金屬鐵中的渣和FeO含量已降到很低的程度，從而得到了金屬化率不小于99％的金屬鐵。
很顯然的是，若由含氧化鐵的物料和碳質(zhì)還原劑構(gòu)成的壓塊所含的碳質(zhì)還原劑高達(dá)等于或大于還原壓塊中所含的氧化鐵所需的當(dāng)量，那么在約1400℃或更高的溫度下加熱壓塊時(shí)，則在加熱的最初階段將于壓塊的周邊形成金屬鐵殼，接著金屬鐵殼內(nèi)的氧化鐵迅速還原，同時(shí)熔渣與金屬鐵分離。當(dāng)還原溫度升高到1500℃時(shí)，在很短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行還原反應(yīng)及金屬鐵與渣的分離，從而以很高的產(chǎn)率得到鐵純度很高的金屬鐵。
圖8展示了說明本發(fā)明一實(shí)施方案的流程圖。將粉碎的含氧化鐵的物料和粉碎的碳質(zhì)還原劑與粘結(jié)劑一起混合，然后形成球團(tuán)或其它形式的壓塊。將這樣形成的球團(tuán)或壓塊在爐內(nèi)以不小于1400℃的溫度加熱還原。在還原步驟期間，金屬鐵殼于還原的最初階段形成，然后在殼內(nèi)進(jìn)行還原反應(yīng)，同時(shí)熔渣積聚在殼中。在分離階段，將被還原的物料冷卻而凝固，然后將所得的凝固物料破碎，接著通過磁分離等法收集金屬鐵。另一方法是，加熱可進(jìn)一步持續(xù)到金屬鐵熔化，從而利用熔融的金屬鐵與熔渣間的比重差將兩者分離。若需要，可將收到的金屬鐵精煉，以去除硫和磷之類的雜質(zhì)，此外可調(diào)整金屬鐵的碳含量。
下面將以實(shí)施方案的方式描述上述的煉鐵方法。如下所述，本發(fā)明的方法和設(shè)備可按工業(yè)規(guī)模具體實(shí)施。
由于壓塊中含有碳質(zhì)還原劑，則在壓塊本身中進(jìn)行還原，從而產(chǎn)生金屬鐵(殼)及渣(殼內(nèi))。所得的物料被熔化，接著利用二者間的比重差被分成鐵水和熔渣。
壓塊中所含的碳質(zhì)還原劑的量必須至少為還原氧化鐵所需的量，最好再加上使還原鐵滲碳所需的量，以便使還原鐵(金屬鐵)伴隨滲碳而生成。構(gòu)成殼的固態(tài)(未熔的)已還原的鐵為多孔狀，因而易于再氧化?？赏ㄟ^使壓塊中的碳質(zhì)還原劑的量超過上述的“還原原始氧化鐵所需的量加上使還原鐵滲碳所需的量”來防止這種再氧化。這是因?yàn)楫a(chǎn)自壓塊的CO氣體在壓塊周圍建立了一種非氧化性氣氛。即，壓塊含的碳質(zhì)還原劑的量最好為“還原原始氧化鐵所需的量加使還原鐵滲碳所需的量加與氧化相關(guān)的損失量”。
進(jìn)而，在實(shí)施方案2中，在沿水平方向輸送壓塊，并通過加熱使之還原的同時(shí)，最好另行再供以碳質(zhì)還原劑。
在上述過程中，事先使碳質(zhì)還原劑以“還原原始氧化鐵所需的量”加“使還原鐵滲碳的量”加“與氧化相關(guān)的損失量”含于壓塊中。但也可使碳質(zhì)還原劑以“還原原始氧化鐵所需的量”含于壓塊中，然后在加熱還原的過程中以“使還原鐵滲碳所需的量加上與氧化相關(guān)的損失量”將碳質(zhì)還原劑另行加入。另一方法是，可使碳質(zhì)還原劑以“還原原始氧化鐵所需的量加上使還原鐵滲碳所需的量”于壓塊中，然后在加熱還原的過程中，從外部以“與氧化相關(guān)的損失量”另行加入碳質(zhì)還原劑。以這種方式，可另行加入碳質(zhì)還原劑，以彌補(bǔ)短缺。在這些情況中的任何情況下，“還原原始氧化鐵所需量”的碳質(zhì)還原劑使金屬鐵殼得以以良好的方式形成，而同時(shí)渣在殼中聚集。
通過使用粉狀碳質(zhì)還原劑，它可附著在壓塊表面上，從而防止各壓塊燒結(jié)在一起而變成大的燒結(jié)塊或燒結(jié)地粘附在爐壁上，因而有助于壓塊的操作。
“使還原的鐵滲碳所需的量”或“與氧化相關(guān)的損失量”的碳質(zhì)還原劑可在金屬鐵(還原的鐵)熔化時(shí)另行加入。在此情況下，在熔化過程中進(jìn)行滲碳，而由碳質(zhì)還原劑產(chǎn)生的CO氣體則在壓塊周圍保持非氧化性氣氛，從而防止金屬鐵再氧化。
根據(jù)實(shí)施方案2的生產(chǎn)金屬鐵的設(shè)備實(shí)施上述生產(chǎn)金屬鐵的方法。即，提供一種通過還原含有碳質(zhì)還原劑的氧化鐵的粒狀或團(tuán)塊狀壓塊以生產(chǎn)金屬鐵的裝置，它包括能以水平方向運(yùn)送壓塊的運(yùn)送構(gòu)件及用于加熱壓塊的熱還原機(jī)構(gòu)的熱還原設(shè)備；具有用于通過加熱使壓塊熔化的熔化的機(jī)構(gòu)的熔化設(shè)備，所述壓塊是從熱還原設(shè)備中的運(yùn)送構(gòu)件的輸送端部卸下的；以及置于熔化設(shè)備之后的、用于使熔渣和鐵水分離的分離器。
通過使用實(shí)施方案2的設(shè)備，可用壓塊連續(xù)生產(chǎn)鐵水。
進(jìn)而，按實(shí)施方案2，用于沿水平方向運(yùn)送壓塊的運(yùn)送構(gòu)件最好采用循環(huán)帶系統(tǒng)，并具有其上可放置壓塊的爐床。
還有，按實(shí)施方案2，爐床最好具有以一定的間隔排列于其上的分隔件，以防壓塊粘結(jié)在一起。分隔件的例子包括板狀的耐火材料。通過使用分隔件，可防壓塊燒結(jié)在一起而變成相當(dāng)大的團(tuán)塊，從而有利于壓塊的操作。
此外，該分隔件最好用脫硫劑作成。在此情況下，構(gòu)成分隔件以易于爐床分離，從而將脫硫劑與還原的壓塊一起加于熔化設(shè)備中。因而，可在熔化設(shè)置中進(jìn)行脫硫。這種由脫硫劑制成的分離件例如可以是板狀的或是粉堆集形狀。
可采用粘附在壓塊表面上的粉狀脫硫劑。這就防止了壓塊燒結(jié)在一起從而變成相當(dāng)大的團(tuán)塊，或因燒結(jié)而粘附在爐壁上。此外，由于將粘附在壓塊上的脫硫劑加于熔化設(shè)備中，所以可在該熔化設(shè)備中進(jìn)行脫硫。這類脫硫劑的例子包括石灰石。
在實(shí)施方案2中，熔煉設(shè)備最好有傾斜的底板，以便壓塊在該傾斜底板上滾動(dòng)或滑動(dòng)時(shí)通過加熱將其熔融。
通過使用這種傾斜底板的實(shí)施方案，壓塊在熔化設(shè)備中可平穩(wěn)地向后續(xù)的分離器移動(dòng)。當(dāng)壓塊在傾斜底板上向下移動(dòng)時(shí)，其熔化程度提高，并基本上變均勻態(tài)(沒有熔化程度不同的壓塊混合存在)，從而有效地將壓塊熔化。
下面參照?qǐng)D9詳述實(shí)施方案2。
圖9是展示本發(fā)明的生產(chǎn)金屬鐵設(shè)備的示意性剖面視圖。
該生產(chǎn)金屬鐵的裝置具有熱還原設(shè)備123、熔化設(shè)備112及分離器113。熱還原設(shè)備123有作為運(yùn)送構(gòu)件的、用來將壓塊104置于其上的爐床146，以及使?fàn)t床146水平移動(dòng)的輥?zhàn)?47。這種運(yùn)送構(gòu)件采用循環(huán)的帶狀系統(tǒng)，其中團(tuán)球式的爐床被裝在帶式運(yùn)輸機(jī)上，而輥?zhàn)?47由外設(shè)的驅(qū)動(dòng)裝置(未示)使之轉(zhuǎn)動(dòng)，該熱還原設(shè)備123具有作為熱還原機(jī)構(gòu)的還原燃燒器148，它用于將由耐火材料制的爐壁105圍成的熱還原爐105的內(nèi)部加熱至預(yù)定溫度。載有壓塊104的爐床146通過熱還原爐的內(nèi)部，從而水平運(yùn)送壓塊104。如圖9所示，設(shè)有三座熱還原爐150，每座都可按還原階段調(diào)整到所需的溫度。
熱還原設(shè)備123之后是熔化設(shè)備112，它位于爐床146的輸出端(輸送件的下游)。熔化設(shè)備112具有作為熔化機(jī)構(gòu)的熔化燃燒器161，它用于加熱由耐火材料制的爐壁封住的熔化設(shè)備112的內(nèi)部。熔化設(shè)備112還有用于將壓塊104導(dǎo)向下一工藝過程(分離器113)的傾斜底板151。擋堰152位于熔化設(shè)備112和后面的分離器113之間。分離器113收集鐵水154及熔渣153。分離器113具有渣出口155和鐵水出口156。
熱還原爐150和熔化設(shè)備112分別有廢氣出口149和157。
下面，通過參照?qǐng)D9陳述生產(chǎn)金屬鐵的工藝過程。
將由碳質(zhì)還原劑如煤等和氧化鐵如鐵礦石等構(gòu)成的經(jīng)粉碎的混合物壓制成例如顆粒狀。這樣形成的壓塊含有“還原原始氧化鐵所需量加上使被還原的鐵滲碳所需量加上與氧化相關(guān)的損失量”的碳質(zhì)還原劑。
將壓塊104置于熱還原設(shè)備123的入口處(于圖9的左側(cè))的爐床146上，然后將其一個(gè)接一個(gè)地運(yùn)送通過熱還原設(shè)備(向圖9的右側(cè)送)。通過調(diào)整還原燃燒器148的火焰強(qiáng)度來調(diào)節(jié)熱還原爐150內(nèi)的溫度，以便使之低于將要產(chǎn)生的金屬鐵殼的熔化溫度，而又不低于將要生成的渣的熔化溫度。通過加熱將壓塊104還原。
按照這種熱還原工藝，還原首先在壓塊104的周邊部位進(jìn)行，從而形成由金屬鐵構(gòu)成的殼。接著通過殼內(nèi)的由碳質(zhì)還原劑本身及因碳質(zhì)還原劑的熱分解而產(chǎn)生的CO的還原使氧化鐵的還原反應(yīng)在殼內(nèi)有效進(jìn)行。因而，所產(chǎn)生的金屬鐵聚集以使殼增大，而且生成的渣也熔融而聚集。結(jié)果，在此熱還原過程中，金屬化率明顯增加，而混入渣中的氧化鐵的量明顯減少。
上述還原持續(xù)到壓塊104中基本上不存有氧化鐵為止。根據(jù)這種還原的要求調(diào)節(jié)爐床146的移動(dòng)速度。由于混入渣中的氧化鐵的量可通過充分的還原而減少，所以可防止后面的熔化設(shè)備112的耐火材料(爐壁)在壓塊104在熔化設(shè)備112中熔化時(shí)被氧化鐵破壞。爐床146經(jīng)過的熱還原爐150的長度可根據(jù)還原所需的時(shí)間及爐床146的移動(dòng)速度而定。
如前所述，在熱還原爐150內(nèi)的還原期間，壓塊104內(nèi)所含的碳質(zhì)還原劑使已還原的鐵滲碳，而產(chǎn)生于壓塊104的CO氣體在壓塊104周圍建立起非氧性氣氛，從而防止被還原的鐵再被氧化。
在還原基本結(jié)束時(shí)，壓塊104由金屬鐵殼和聚集在殼內(nèi)的渣組成，然后在移動(dòng)爐床146上，在至少殼為固態(tài)的同時(shí)，被送往熔化設(shè)備112。在熔化設(shè)備112中，在傾斜底板151上向下(向分離器113)滾動(dòng)或滑動(dòng)的壓塊104遇熱而熔化。熔化設(shè)備112內(nèi)的溫度被設(shè)定為不僅熔化渣，而且還熔化金屬鐵殼。
即使在被導(dǎo)向入熔化設(shè)備112的壓塊104中還殘留少量未還原部分(在熱還原爐150中，還原進(jìn)行到金屬鐵殼中基本上不存在氧化鐵為止，但在某些情況下會(huì)殘留不大于5％(重量)或不大于2％(重量)的氧化鐵)，但這種未還原部分在熔化期間可通過加熱而被還原。在此情況下，熔化設(shè)備可補(bǔ)充碳質(zhì)還原劑。
正在熔化的壓塊104停留在擋堰152后面，而已熔的物料溢過擋堰152而被集于分離器113中。
由于熔渣153和熔鐵154比重不同，所以它們?cè)诜蛛x器113中相互分開，從而熔渣集于熔鐵之上，結(jié)果形成兩層。從渣出口155將這樣分開的渣153放出，同時(shí)從鐵水出口156將鐵水154放出。
如上所述，可以不小于95％，或在某些情況下不小于98％的金屬化率來有效地得到鐵水態(tài)的高度還原的金屬鐵。另外，由于氧化鐵在熱還原過程中進(jìn)行了高度還原，所以混入伴生的熔渣中的氧化鐵的量很少。因此，可防止熔化設(shè)備的耐火材料被混入熔渣中的氧化鐵破壞性地熔化。
分離器113最好設(shè)置有加熱噴燒咀或電加熱設(shè)備，以便將熔渣153和鐵水加熱到更高的溫度而提高其流動(dòng)性，從而可使熔渣153和鐵水154易于相互分離，因而有助將它們分別放出。
由于從廢氣出口149和157排放的廢氣有很高的溫度并含有可燃?xì)怏w，所以可將廢氣作為燃料氣體送往燃燒器148和161。廢氣還可作為熱源使壓塊104干燥或預(yù)熱，或使燃料和助燃空氣預(yù)熱。廢氣也可不經(jīng)利用就排放。
如前所述，由于壓塊中含有碳質(zhì)還原劑，所以還原在壓塊本身中進(jìn)行，因而生成金屬鐵(殼)和渣(殼內(nèi))。將所得的物料熔化，然后利用比重差將其分成鐵水和熔渣。
與實(shí)施方案2相似，壓塊中所含的碳質(zhì)還原劑的量必須至少是還原氧化鐵所需的量，較好是再加上使已被還原的鐵滲碳的量。更好是，碳質(zhì)還原劑的量是“還原原始氧化鐵所需量加上使已還原鐵滲碳所需量加上與氧化相關(guān)的損失量”。
還有，在實(shí)施方案3中，最好在置于水平表面上的壓塊被加熱還原的同時(shí)，另外加入碳質(zhì)還原劑。
還有，同實(shí)施方案2，可使碳質(zhì)還原劑以“還原原始氧化鐵所需的量”含于壓塊中，而且可在加熱還原過程中以“使已還原的鐵滲碳所需的量加上與氧化相關(guān)的損失量”從外部另行加入碳質(zhì)還原劑。另一方法是，可使碳質(zhì)還原劑以“還原原始氧化鐵所需的量加上使已還原的鐵滲碳所需的量”含于壓塊中，并且在加熱還原過程中以“與氧化相關(guān)的損失量”從外部另行加入碳質(zhì)還原劑。以這種方式，可另行加入碳質(zhì)還原劑，以補(bǔ)充短缺。
還與實(shí)施方案2相同的是，通過使用粉狀碳質(zhì)還原劑，可使它附著在壓塊表面上，從而防止壓塊燒結(jié)在一起而變成相當(dāng)大的團(tuán)塊，或因燒結(jié)而粘附在爐壁上，因而有助于壓塊的操作。
也如前所述，可在金屬鐵(已還原的鐵)熔化的同時(shí)，碳質(zhì)還原劑以“使已還原的鐵滲碳所需的量”或“與氧化相關(guān)的損失量”另行加入。在此情況下，在熔化過程中進(jìn)行滲碳，而且由碳質(zhì)還原劑所產(chǎn)生的CO氣體在壓塊周圍維持一種非氧化性的氣氛，從而防止了金屬鐵再氧化。
實(shí)施方案3的生產(chǎn)金屬鐵的設(shè)備實(shí)施了上述生產(chǎn)金屬鐵的方法。即，提供一種通過還原含有碳質(zhì)還原劑的氧化鐵的球狀或團(tuán)塊狀壓塊以生產(chǎn)金屬鐵的裝置，它包括熱還原設(shè)備，它具有用于在將壓塊載于水平表面上的同時(shí)，斷續(xù)地運(yùn)送壓塊的運(yùn)送構(gòu)件、能將壓塊從該運(yùn)送構(gòu)件中卸下的卸料構(gòu)件，以及用于加熱壓塊的熱還原機(jī)構(gòu)；熔化設(shè)備，它具有用于通過加熱熔化從熱還原設(shè)備卸下的壓塊的熔化機(jī)構(gòu)；分離器，它置于熔化設(shè)備之后，用于使熔渣與鐵水相互分離。
通過使用實(shí)施方案3的設(shè)備，可用壓塊連續(xù)生產(chǎn)鐵水。
此外，在實(shí)施方案3中，該卸料構(gòu)件最好是一種能在水平和傾斜位置之間交替變換運(yùn)送構(gòu)件位置的傾動(dòng)構(gòu)件。另一方法是，該卸料構(gòu)件最好是用于將壓塊從運(yùn)送構(gòu)件中推出的推動(dòng)構(gòu)件。最好該運(yùn)送構(gòu)件也是傾動(dòng)構(gòu)件并具有推動(dòng)構(gòu)件。通過采用傾動(dòng)構(gòu)件或推動(dòng)構(gòu)件作卸料構(gòu)件，即使在加熱還原過程中壓塊燒結(jié)在一起而變成相當(dāng)大的團(tuán)塊時(shí)，也能將其平穩(wěn)地導(dǎo)入熔化設(shè)備中。
與實(shí)施方案2一樣，在實(shí)施方案3中，在運(yùn)送構(gòu)件上置有鐵支撐物，從而它與壓塊一起卸下。同樣在此情況下，即使當(dāng)壓塊在加熱還原期間燒結(jié)在一起而成為相當(dāng)大的團(tuán)塊或粘附在鐵支撐物上時(shí)，壓塊也能平穩(wěn)地被導(dǎo)入熔化設(shè)備中。
此外，最好在運(yùn)送構(gòu)件上面設(shè)置按一定間隔排列的分離構(gòu)件，以防團(tuán)塊粘結(jié)在一起。分離構(gòu)件的例子包括板狀的耐火材料。通過采用分離構(gòu)件，可防壓塊燒結(jié)在一起而成為相當(dāng)大的團(tuán)塊，從而有利于壓塊的操作。
也如前所述，這種分離構(gòu)件最好用脫硫劑制成。在此情況下，構(gòu)成了易與爐床分開的分離構(gòu)件(脫硫劑)，從而將此脫硫劑與已被還原的壓塊一起加于熔化設(shè)備中。因而，可在熔化設(shè)備中進(jìn)行脫硫。這種用脫硫劑制成的分離構(gòu)件例如可以是板狀的或是粉末堆集形狀。
可使用粘附在壓塊表面上的粉狀脫硫劑。這樣就防止了壓塊燒結(jié)在一起而變成相當(dāng)大的團(tuán)塊，或因燒結(jié)而粘結(jié)在爐壁上。此外，由于粘附在壓塊上的粉狀脫硫劑被加于熔化設(shè)備中，所以可在其中進(jìn)行脫硫。這類脫硫劑的例子包括石灰石。
在實(shí)施方案3中，熔化設(shè)備最好具有傾斜底板，以便當(dāng)壓塊在此傾斜底板上滾動(dòng)或滑動(dòng)時(shí)通過加熱而熔化。
通過采用傾斜底扳，壓塊在熔化設(shè)備中向后續(xù)的分離器平穩(wěn)地移動(dòng)。當(dāng)壓塊在傾斜底板上向下移動(dòng)時(shí)，其熔化程度逐漸提高，因而熔化程度不同的壓塊不會(huì)混合地存在(在傾斜底板上的每一部位，熔化程度是大致一致的)，因而能有效地使壓塊熔化。
下面將參照?qǐng)D10和11描述實(shí)施方案3。
圖10和11展示了本發(fā)明的生產(chǎn)金屬鐵的設(shè)備的實(shí)施方案3，其中，圖10展示了該設(shè)備水平截面的頂視圖，而圖11是沿圖10中的Z-Z和Y-Y線截取的剖面視圖。
該生產(chǎn)金屬鐵的裝置具有熱還原設(shè)備223、熔化設(shè)備212及分離器213。熱還原設(shè)備223由壓塊準(zhǔn)備室202和209以及熱還原爐210組成。熱還原設(shè)備223具有運(yùn)載壓塊204的小車(運(yùn)送構(gòu)件)207，小車207在壓塊準(zhǔn)備室202和209及熱還原爐210之間移動(dòng)。小車207具有一傾動(dòng)機(jī)構(gòu)(未示)，以便在水平位置和傾斜位置之間交替改變壓塊運(yùn)載板(爐床)的位置。壓塊準(zhǔn)備室202和209分別有進(jìn)料口217和218，以便將壓塊204經(jīng)其從壓塊準(zhǔn)備室202和209的外部輸入。熱還原爐210有還原噴燒咀211(熱還原機(jī)構(gòu))及用于排放所產(chǎn)生的廢氣的廢氣出口221。
熔化設(shè)備212位于熱還原爐210的外側(cè)，并具有熔化噴燒咀216(加熱熔化機(jī)構(gòu))及廢氣出口222。熔化設(shè)備212還有將壓塊導(dǎo)向下一工藝過程(分離器213)的傾斜底板224。
在熔化設(shè)備212之后的分離器213收集熔渣254和鐵水253，并具有渣出口219及鐵水出口220。
下面將參照?qǐng)D10和11描述生產(chǎn)金屬鐵的過程。
事先將由碳質(zhì)還原劑如煤等和氧化鐵如鐵礦石等構(gòu)成的粉狀混合物壓成壓塊。如實(shí)施方案2中所述，這種壓塊含有“還原原始氧化鐵所需量加上使被還原的鐵滲碳所需量加上與氧化相關(guān)的損失量”的碳質(zhì)還原劑。此外，在實(shí)施方案3中，將粉狀脫硫劑如粉狀石灰石粘附在壓塊表面上。
將壓塊204經(jīng)一進(jìn)料口217送入壓塊準(zhǔn)備室202中，以便將其置于小車207(水平位置)上。載有壓塊204的小車207移入熱還原爐210。在熱還原爐210中壓塊204經(jīng)加熱而還原，該爐的溫度用還原噴燒咀211調(diào)節(jié)，以使其不低于產(chǎn)生的渣的熔點(diǎn)而又不高于金屬鐵殼的熔點(diǎn)。在此還原過程中，小車207保持其水平位置，即壓塊204在被置于水平板(爐床)上的同時(shí)通過加熱被還原。
在這一熱還原過程中，還原首先在壓塊204的周邊部位進(jìn)行，從而形成金屬鐵構(gòu)成的殼。接著，通過在殼內(nèi)由碳質(zhì)還原劑本身及通過其熱解而產(chǎn)生的CO使氧化鐵的還原反應(yīng)在殼內(nèi)有效地進(jìn)行。因而，所產(chǎn)生的金屬鐵聚集而使殼增大，而所產(chǎn)生的渣也熔化而聚集。即當(dāng)還原進(jìn)行時(shí)，壓塊204產(chǎn)生了金屬鐵殼，并且增大。結(jié)果，在這種熱還原過程中，金屬化率大為提高，而混在渣中的氧化鐵的量大為減少。
上述還原持續(xù)到壓塊204中基本上無氧化鐵存在為止。由于混入渣中的氧化鐵的量可通過充分進(jìn)行還原而減少，所以可防止后面的熔化設(shè)備212的耐火材料(爐壁)在壓塊204于熔化設(shè)備212中熔化時(shí)被氧化鐵損壞。
如前所述，由于粉狀脫硫劑粘附在壓塊204的表面上，所以防止了壓塊204在還原期間燒結(jié)在一起而成為相當(dāng)大的團(tuán)塊，或因燒結(jié)而粘結(jié)在爐壁上。
此外，如前所述，在熱還原爐250中進(jìn)行的還原期間，壓塊204中所含的碳質(zhì)還原劑使已被還原的鐵滲碳，而產(chǎn)自壓塊204的CO氣體在壓塊204周圍形成非氧化性氣體，從而防止已還原的鐵再氧化。
在還原基本結(jié)束時(shí)，壓塊204則由金屬鐵殼及集于殼內(nèi)的渣聚集物組成。在此階段，傾動(dòng)構(gòu)件使小車207傾斜(由圖11中的虛線表示)。由于至少壓塊204的殼為固態(tài)，故壓塊204在小車207的傾斜的爐床上向下移動(dòng)，從而從熱還原爐210中被卸入熔化設(shè)備212中?？哲?07返回壓塊準(zhǔn)備室202，以便再經(jīng)進(jìn)料口217裝載壓塊204。
按本發(fā)明，由于小車207傾斜，以便將壓塊204從熱還原爐210導(dǎo)入熔化設(shè)備212，所以即使未用脫硫劑而形成了相當(dāng)大的經(jīng)加熱還原的壓塊204的團(tuán)塊時(shí)，也可將這種結(jié)團(tuán)的壓塊204平穩(wěn)地導(dǎo)入熔化設(shè)備212中。
由于在熔化設(shè)備212內(nèi)將溫度調(diào)節(jié)到不僅能熔化渣，而且能熔化金屬鐵殼，所以壓塊204在熔化設(shè)備212中熔化。由于壓塊204在傾斜底板224上向下滾動(dòng)或滑動(dòng)(朝分離器213)，所以它會(huì)遇熱而熔化。所得的熔融物質(zhì)被導(dǎo)入分離器213。
即使在被引入熔化設(shè)備212中的壓塊204中留有少量未還原部分(還原在熱還原爐250中進(jìn)行到金屬鐵殼中基本上無氧化鐵存在時(shí)為止，但仍殘留不大于5％(重量)的氧化鐵，在某些情況下氧化鐵量不大于2％(重量))，這些未還原部分在熔化過程中通過加熱被還原。在此情況下，熔化設(shè)備212可補(bǔ)充碳質(zhì)還原劑。
由于熔渣254和鐵水253的比重不同，所以它們可在213中相互分離，以致熔渣254集于鐵水253之上，從而形成兩層。將分離的渣254從渣出口219放出，而鐵水253從鐵水出口220放出。
如上所述，可以得到鐵水狀的高度還原的金屬鐵，其金屬化率不小于95％，或在某些情況下不小于98％。進(jìn)而，由于在熱還原過程中進(jìn)行了高度的還原，所以混入伴生的渣中的氧化鐵量很少。因而，可防止熔化設(shè)備212的耐火材料被混入熔渣中的氧化鐵破壞性地熔化。
與上述的實(shí)施方案2中一樣，分離器213最好設(shè)置有加熱噴燒咀或電加熱設(shè)備，以便將熔渣254和鐵水253加熱到更高的溫度，從而提高其流動(dòng)性，以便更易使熔渣254和鐵水253相互分開，從而有助于將它們分別排放。
由于熱還原設(shè)備223還具有壓塊準(zhǔn)備室209，所以壓塊204也可經(jīng)進(jìn)料口218進(jìn)入該室，以便被置于小車207上(水平位置)。載有壓塊204的小車207進(jìn)入熱還原爐210，于此，壓塊204以類似于上述的方式經(jīng)加熱而還原。從壓塊準(zhǔn)備室202和209。以交替的方式將壓塊204(載于小車207上的)間斷地引入熱還原爐210中。當(dāng)來自壓塊準(zhǔn)備室209和202之一的壓塊204被還原時(shí)，可將壓塊204供入另一壓塊準(zhǔn)備室209或202，從而減少輸送和還原壓塊204所需的時(shí)間。
由于來自廢氣出口221和222的廢氣有較高的溫度及含有可燃?xì)怏w，所以可將廢氣作為燃料氣體供入噴燒咀211和216。還可將廢氣作為干燥或預(yù)熱壓塊204或預(yù)熱燃料和助燃空氣的熱源使用。也可不經(jīng)利用將廢氣排放。
在圖10和11的生產(chǎn)金屬鐵的設(shè)備中，熱還原設(shè)備223用一傾動(dòng)構(gòu)件作卸料構(gòu)件，它將小車207(送料構(gòu)件)的位置從水平位置變?yōu)閮A斜位置，以便將壓塊204從熱還原設(shè)備223卸入熔化設(shè)備212。卸料構(gòu)件不限于此，還可以是如將小車207上的壓塊204推出，以便將其從熱還原設(shè)備223卸下的推動(dòng)構(gòu)件。另一方法是，可將鐵支撐物置于小車207上，而壓塊204可放在此支撐物上，從而可將壓塊204與此鐵支撐物一起從熱還原設(shè)備223中卸出。這種通過推動(dòng)或與鐵支撐物一起卸料的方法，即使在壓塊204聚結(jié)成相當(dāng)大的塊狀時(shí)也可將其順利導(dǎo)入熔化設(shè)備212中。
圖12是一示意性剖面視圖，它展示了本發(fā)明的生產(chǎn)金屬鐵設(shè)備的實(shí)施方案4。圖13是沿圖12中的A-A線截取的生產(chǎn)金屬鐵的設(shè)備的剖面視圖。在圖12和13中，標(biāo)號(hào)301表示熱還原-熔化設(shè)備，而標(biāo)號(hào)302表示分離器。熱還原-熔化設(shè)備301及分離器302由耐火材料構(gòu)成，或襯以耐火材料。
熱還原-熔化設(shè)備301由槽狀構(gòu)件303和蓋子構(gòu)件304構(gòu)成。槽狀構(gòu)件303有一弧形內(nèi)表面，即用于滾動(dòng)的傾斜表面308，而且構(gòu)件303沿槽的長度傾斜(沿圖12的右-左方向)。槽狀構(gòu)件303由支撐輥307支撐，而且沿箭頭B的方向擺動(dòng)。因此，用于滾動(dòng)的傾斜表面308可擺動(dòng)。由于壓塊305在擺動(dòng)的傾斜表面上滾動(dòng)，所以壓塊305逐漸沿傾斜方向向下移動(dòng)(向圖12的右方)，在熱還原-熔化設(shè)備301中，于傾斜的底側(cè)(于圖12的右側(cè))設(shè)置有用作熱還原-熔化構(gòu)件的噴燒咀306。噴燒咀306在熱還原-熔化設(shè)備301中形成熱還原氣氛(圖12的左區(qū))及熔化氣氛(圖12的右區(qū))。在圖12中，標(biāo)號(hào)309代表排放噴燒咀306所產(chǎn)生的廢氣的出口。
通過壓制由碳質(zhì)還原劑如煤等及氧化鐵如鐵礦石等的混合物，形成了壓塊305。經(jīng)加料口310將這種壓塊305加到熱還原-熔化設(shè)備310中。如上所述，壓塊305在滾動(dòng)的同時(shí)逐漸沿傾斜方向(向圖12右方)移動(dòng)，在此期間，壓塊305因噴燒咀306的加熱而還原和熔化。經(jīng)過位于滾動(dòng)的傾斜表面308的底端部處的卸料段311，將所得的熔融物質(zhì)卸入分離器302中。將熱還原-熔化設(shè)備301內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)到使熱還原區(qū)的溫度低于所生成的金屬鐵殼的熔點(diǎn)，而又不低于所生成的渣的熔點(diǎn)，以及熔化區(qū)的溫度能使已還原的金屬鐵及所生成的渣均可熔化。
在熱還原-熔化設(shè)備301中進(jìn)行的熱還原過程中，還原首先在壓塊305的周邊部位進(jìn)行，從而形成由金屬鐵形成的殼。接著，由于在殼內(nèi)由碳質(zhì)還原劑本身及其熱解而產(chǎn)生的CO的還原作用，在殼內(nèi)能有效地進(jìn)行氧化鐵的還原反應(yīng)。因而所產(chǎn)生的金屬鐵聚集以增大殼，并且所生成的渣也熔化而聚集。結(jié)果，在此熱還原過程中，金屬化率大為增加，而混入渣中的氧化鐵的量大為減少。
上述還原持續(xù)到壓塊305內(nèi)基本上不存有氧化鐵為止。根據(jù)還原的要求，調(diào)節(jié)壓塊305的移動(dòng)速度(下降速度)。通過調(diào)節(jié)用于引起滾動(dòng)的傾斜表面308的傾角，或通過在用于引起滾動(dòng)的傾斜表面308上沿與該傾斜表面308的傾斜方向呈垂直的方向上形成多個(gè)長形凸緣，可有效地調(diào)節(jié)壓塊305移動(dòng)速度。已被還原并由金屬鐵殼和殼內(nèi)的渣聚集物構(gòu)成的壓塊305，如前所述，在熱還原-熔化設(shè)備301的下游區(qū)通過加熱被熔化。
在分離器302中，由于比重較小的熔渣分離地浮在鐵水F的表面上，被分開的熔渣S經(jīng)渣出口321放出，而鐵水F經(jīng)鐵水出口322放出。
在上述實(shí)施方案4中，壓塊305在該具有用于引起滾動(dòng)的傾斜表面308的熱還原-熔化設(shè)備301中，通過加熱被還原和熔化。另一方法是，熱還原-熔化設(shè)備301可構(gòu)成熱還原設(shè)備，其中的噴燒咀306僅用作還原壓塊305的熱還原構(gòu)件，而且壓塊305僅經(jīng)受加熱還原。在此情況下，分離器302可設(shè)置有噴燒咀、電加熱器等，從而具有熔化設(shè)備的功能，或可在熱還原設(shè)備及分離器之間設(shè)置熔化設(shè)備，以便在單獨(dú)的熔化設(shè)備中進(jìn)行熔化。此外，可設(shè)置多個(gè)噴燒咀306，以致一些噴燒咀306用于保持熱還原氣氛，而其它的噴燒咀306則用于保持熔化氣氛。分離器302最好設(shè)置有加熱噴燒咀或電加熱設(shè)備，以便再將熔渣S和鐵水F加熱到更高的溫度，從而提高其滾動(dòng)性，使熔渣S和鐵水F更易于相互分離，以便更易于將其分別放出。
在上述實(shí)施方案4中，為引起滾動(dòng)設(shè)置了傾斜表面308，從而壓塊305可自然地沿傾斜方向向下移動(dòng)。引起滾動(dòng)的表面不限于傾斜表面，而且可結(jié)構(gòu)成可動(dòng)的結(jié)構(gòu)，以便它在壓塊305還原時(shí)保持水平位置，然后在壓塊305還原完畢時(shí)呈傾斜狀態(tài)。另一方法是，可設(shè)置一些機(jī)械裝置來將已還原過的壓塊305送往分離器側(cè)，而同時(shí)該表面仍保持水平。上述的用于引起滾動(dòng)的傾斜表面308(或用于引起滾動(dòng)的水平表面)可作成弧形，但不限于此。它也可作成另外的形狀包括V形、U形等，只要壓塊能在其上滾動(dòng)即可。
壓塊305中所含的碳質(zhì)還原劑的量必須是至少還原氧化鐵所需的量，最好再加上使已還原的鐵滲碳所需的量，以便使被還原的鐵伴隨著滲碳生成。包含外殼的固態(tài)(未熔的)已還原的鐵為多孔狀，因而它很可能被再氧化。通過在壓塊305中摻入額外量的碳質(zhì)還原劑可防再氧化，這是因?yàn)閺膲簤K305中生成的CO氣在壓塊305周圍形成非氧化性氣氛。即壓塊305最好含有“還原原始氧化鐵所需量加上使已還原的鐵滲碳所需的量加上與氧化相關(guān)的損失量”的碳質(zhì)還原劑。
還有，在實(shí)施方案4中，最好在使壓塊滾動(dòng)并因加熱而還原時(shí)，另外供應(yīng)碳質(zhì)還原劑。
按上述建議，事先以“還原原始氧化鐵所需的量+使已還原的鐵滲碳所需的量+與氧化相關(guān)的損失量”含有碳質(zhì)還原劑。但，類似于實(shí)施方案2等，壓塊可含“還原原始氧化鐵所需的量”的碳質(zhì)還原劑，以“使已還原的鐵滲碳所需的量加上與氧化相關(guān)的損失量”在加熱還原過程中另外加入碳質(zhì)還原劑。另一方法是，壓塊中可含“還原原始氧化鐵所需量加上使已還原的鐵滲碳所需量”的碳質(zhì)還原劑，再于加熱還原過程中另從外部加入“與氧化損失相關(guān)的損失量”的碳質(zhì)還原劑。以這種方式另加碳質(zhì)還原劑，以補(bǔ)償短缺。
如前所述，通過使用粉狀碳質(zhì)還原劑，可使這種粉狀碳質(zhì)還原劑粘附在壓塊表面上，從而防止壓塊燒結(jié)在一起而成相當(dāng)大的團(tuán)塊，或因燒結(jié)而粘附在爐壁上，因而易助于壓塊的操作。
在金屬鐵(已還原的鐵)熔化時(shí)，熱還原-熔化設(shè)備301可補(bǔ)充碳質(zhì)還原劑，以補(bǔ)充碳質(zhì)還原劑的短缺，以便使由該碳質(zhì)還原劑所生成的CO氣體在壓塊305周圍形成非氧化性氣氛，從而防止金屬鐵被再氧化。因而，最好是，在熔化金屬鐵的過程中，以補(bǔ)充短缺的量另外加入碳質(zhì)還原劑，或碳質(zhì)還原劑事先以超過需要的量含于壓塊305中，以便即使在因還原過程中還原不完全而殘留一些氧化鐵時(shí)，這些殘留的氧化鐵也可在熔化過程中完全被還原。
根據(jù)以上對(duì)實(shí)施方案4的描述，壓塊305在被加到熱還原-熔化設(shè)備301(或熱還原設(shè)備)中之前，對(duì)其不作任何處理。為減少熱還原-熔化設(shè)備301的滾動(dòng)表面的長度(即圖12中的傾斜方向上的長度)，以縮短加熱還原所需的時(shí)間，可在壓塊305被加到熱還原-熔化設(shè)備301中之前，對(duì)其進(jìn)行預(yù)還原。在此情況下，需在熱還原-熔化設(shè)備301(或熱還原設(shè)備)的上游設(shè)置預(yù)還原設(shè)備。
在上述的加熱還原過程中，首先從粒狀壓塊的表面進(jìn)行還原，從而形成由金屬鐵構(gòu)成的殼。接著，由碳質(zhì)還原劑本身以及通過其熱解而產(chǎn)生的CO的還原作用，在殼內(nèi)有效地進(jìn)行CO與氧化鐵的還原反應(yīng)。因而，所產(chǎn)生的金屬鐵粘結(jié)在一起而聚集，同時(shí)生成的渣被熔化而聚集。結(jié)果，在這種熱還原過程中，金屬化率明顯提高，混入渣中的氧化鐵的量明顯減少。
在位于加熱還原段下面的區(qū)段中，實(shí)施進(jìn)一步加熱以熔化金屬鐵殼。所得的熔融物質(zhì)落入位于下面的分離器中，于此處，鐵水與熔渣因它們的比重不同而彼此分離。因此，可有效地得到鐵水態(tài)的高度還原的金屬鐵。此外，由于氧化鐵在熱還原過程被充分還原，所以混入伴生的熔渣中的氧化鐵量相當(dāng)少。因而，熔化設(shè)備的耐火材料就可免于遭混于熔渣中的氧化鐵的破壞性地熔化。
圖14展示了本發(fā)明實(shí)施方案5的示意性剖面視圖，它圖示了典型的生產(chǎn)金屬鐵的方法和設(shè)備。在圖14中，標(biāo)號(hào)401代表螺旋形輸送設(shè)備；402代表還原-熔化爐，它具有進(jìn)行加熱、還原及熔化的下落空間；403代表從外部間接加熱還原-熔化爐402的加熱區(qū)段；404代表接收從上落下的熔渣和熔融的金屬鐵及將其相互分開的分離器爐。為了在這種生產(chǎn)金屬鐵的設(shè)備中實(shí)施，將由碳質(zhì)還原劑如煤等和氧化鐵如鐵礦石等物以及需要時(shí)還有粘結(jié)劑一起構(gòu)成的混合物壓成顆粒，從而形成粒狀的壓塊D。將粒狀的壓塊D供入輸送設(shè)備401中，以便將其連續(xù)地從輸送設(shè)備401的尾部加入到還原-熔化爐402的頂部。
在圖14中，先期制得的粒狀壓塊D用輸送設(shè)備401被連續(xù)加入到還原-熔化爐402中。另一方法是，可在輸送設(shè)備401的上游處設(shè)置連續(xù)壓制設(shè)備，如盤式造球機(jī)，以便連續(xù)制造粒狀壓塊D，并用輸送設(shè)備401將其送入還原-熔化爐402中。由于制造、輸送及加熱還原粒狀壓塊D的一系列過程可連續(xù)進(jìn)行，所以這種方案是特別好的。
還原-熔化爐402由設(shè)在其周圍的加熱區(qū)段403間接加熱。當(dāng)送入的粒狀壓塊D在還原-熔化爐402中下落時(shí)，從各粒狀壓塊D的表面進(jìn)行還原，從而在其表面上形成主要由經(jīng)還原而產(chǎn)生的金屬鐵構(gòu)成的殼。由碳質(zhì)還原劑生成的及因其熱解而生成的CO在殼中形成強(qiáng)還原氣氛，從而明顯加快了殼內(nèi)的氧化鐵的還原。因而，通過根據(jù)粒狀壓塊D的下落速度正確地確定還原-熔化爐402的長度以及加熱溫度，則在金屬殼中形成的強(qiáng)還原氣氛能有效地還原殼內(nèi)的氧化鐵，從而達(dá)到不小于95％，在某些情況下不小于98％的金屬化率。
在生成金屬鐵的過程中所生成的渣，在低于金屬鐵的熔化溫度下在粒狀壓塊D的金屬鐵殼的內(nèi)部熔化。這樣的熔渣和金屬鐵殼以分離狀態(tài)熔結(jié)在一起。當(dāng)粒狀壓塊D在還原-熔化爐402中進(jìn)一步下落并被進(jìn)一步加熱時(shí)，金屬鐵殼也熔化了。熔化的金屬鐵和熔渣一起落入位于下面的分離器爐404中。在分離器爐404中，比重較小的熔渣S分離地浮在鐵水F的表面上。因而，熔渣S在鐵水F表面附近從分離器爐404中排出，而鐵水F則從分離器爐404的底部排出。
在實(shí)施方案5中，在分離器爐404中設(shè)置有浸入的堤堰408。由于熔渣S和鐵水F間的比重差，熔渣S浮在埋入的堤堰408一側(cè)的鐵水F的表面上，并在鐵水表面附近的位置被排出。鐵水F在埋入的堤堰408下面流向該埋入的堤堰的另一側(cè)(向圖14的右側(cè))，然后從分離器爐404的底部排出。這種方案能較有效地將鐵水F與熔渣S分離。
除了上述的方案，即其中設(shè)置有埋入的堤堰408，以便使粒狀壓塊D的熔融物料落在和堆積在該埋入的堤堰408的一側(cè)的方案外，還可利用以加熱裝置用于加熱積于埋入堤堰408一側(cè)的熔渣S的方案。在此情況下，即使當(dāng)含有某些未充分還原部分的粒狀壓塊D的熔融物料落入分離器爐404時(shí)，熔渣層被再加熱，從而完成還原反應(yīng)。因而，進(jìn)一步提高了金屬化率。
在圖14中，標(biāo)號(hào)406代表廢氣出口。廢氣可不經(jīng)任何利用而經(jīng)相應(yīng)的廢氣出口406排放。但，由于廢氣溫度很高，并含可燃?xì)怏w，所以它可被用作燃料氣體而供入位于加熱段403處的噴燒咀405中，結(jié)果使得與加熱相關(guān)的燃料消耗下降。在上面的描述中，還原-熔化爐402是從外部間接加熱的。但，可將噴燒咀裝在還原-熔化爐402內(nèi)，以直接加熱粒狀壓塊D。
本發(fā)明希望這樣地實(shí)施，即當(dāng)粒狀壓塊D以其重量落入還原-熔化爐402中時(shí)，還原基本上完成，而且還原的鐵在還原-熔化爐402的下部熔化，并以熔融態(tài)落入分離器爐404中。所以，為了根據(jù)粒狀壓塊D的下落速度確保充分的滯留時(shí)間，必須將還原-熔化爐沿垂直方向延長至相當(dāng)大的長度。還有，為降低粒狀壓塊D的下落速度，在還原-熔化爐402中設(shè)置擋板，或設(shè)置導(dǎo)板以使粒狀壓塊D旋轉(zhuǎn)而下都是有效的。但，若將下落速度控制構(gòu)件，如擋板或?qū)О逖b在還原-熔化爐402的較下區(qū)段，通過加熱還原已產(chǎn)生的，而且通過進(jìn)一步加熱而開始熔化的金屬鐵會(huì)粘附和堆積在下落速度控制構(gòu)件上，結(jié)果導(dǎo)致妨礙連續(xù)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。因而，希望將這些下落速度控制構(gòu)件裝在金屬鐵開始熔化位置的上部。
圖15展示了本發(fā)明實(shí)施方案6的示意性剖面視圖，實(shí)施方案6的構(gòu)成可使得粒狀壓塊D的下落速度降低而又無須按裝下落速度控制構(gòu)件等物。在實(shí)施方案6中，分離器爐404在還原-熔化爐402的底部以整體形成。此外，在緊靠還原-熔化爐402和分離器爐404的交界處的上方的位置將高溫非氧化性氣體送入這樣構(gòu)成的爐子中，從而以非氧化性氣體的上升氣流迫使下落的粒狀壓塊D懸浮。結(jié)果，可增加粒狀壓塊D在還原-熔化爐402中的滯留時(shí)間。在此情況下，在懸浮的粒狀壓塊D經(jīng)受加熱還原時(shí)，在粒狀壓塊D的表面上形成金屬鐵殼，而且在殼內(nèi)進(jìn)行還原反應(yīng)。接著，當(dāng)這樣形成的金屬鐵殼因進(jìn)一步加熱而熔化時(shí)，鐵水熔合而增大。該增大的鐵水下落。因而，根據(jù)抵御該上升氣流對(duì)粒狀壓塊D的阻尼適當(dāng)調(diào)節(jié)非氧化性氣體的流速，使還原-熔化爐402中的粒狀壓塊D的滯留時(shí)間可按需要調(diào)節(jié)。因此，當(dāng)粒狀壓塊D滯留于還原-熔化爐402中時(shí)，可充分地進(jìn)行加熱還原。這種為還原而進(jìn)行的加熱可以通過輸入高溫非還原性氣體而進(jìn)行直接加熱或以通過使用裝在還原-熔化爐402周圍的噴燒咀等物進(jìn)行間接加熱來進(jìn)行。
圖16展示了本發(fā)明實(shí)施方案7的示意性剖面視圖。實(shí)施方案7是這樣結(jié)構(gòu)的，即可利用將還原-熔化爐402中產(chǎn)生的還原氣體作為間接加熱還原-熔化爐402的燃料。如前所述，為有效地進(jìn)行還原反應(yīng)，本發(fā)明所用的粒狀壓塊D含大量的碳質(zhì)還原劑，所以還原-熔化爐402中的氣體含可燃?xì)怏w，并因而可有效地被用作燃料氣體。因此，為利用這種可燃?xì)怏w，按下述方式構(gòu)成實(shí)施方案7。用噴燒咀405從外部對(duì)還原-熔化爐402間接加熱，而還原氣體經(jīng)還原熔化爐402的上爐壁排出，然后被引入周圍的噴燒咀區(qū)403，于此將可燃?xì)怏w用作燃料。所產(chǎn)生的廢氣經(jīng)廢氣出口406排出。由于用于加熱的燃料量可以減少，所以這種方案是較好的。
還有，在實(shí)施方案5-7中，如上述其它實(shí)施方案中所述，上述的粒狀壓塊D中的碳質(zhì)還原劑被消耗，首先在還原過程中被氧化鐵的還原消耗，然后消耗于因還原而生成的金屬鐵的滲碳。經(jīng)受熔化過程的固態(tài)還原鐵為多孔狀，因而易于再氧化。為防止還原鐵再氧化，粒狀壓塊D中必須含有足以抗再氧化的碳質(zhì)還原劑，以便通過碳質(zhì)還原劑的燃燒而生成的CO氣體在落入還原-熔化爐402中的粒狀壓塊D的周圍形成非氧化性氣氛。為此，粒狀壓塊D中含碳質(zhì)還原劑的量至少為“還原原始氧化鐵所需量加上使已還原的鐵滲碳所消耗的量加上與爐中的氧化相關(guān)的損失量”。此外，為防止還原鐵再氧化，可以另外加碳質(zhì)還原劑或CO氣體到還原-熔化爐402的下部或分離器爐404中以補(bǔ)充其短缺量。
由于采用了在分離器爐404中補(bǔ)充碳質(zhì)還原劑或事先在粒狀壓塊D中含有超需要量的碳質(zhì)還原劑的方法，即使當(dāng)某些于還原-熔化爐中未完全還原的氧化鐵落入分離器爐中時(shí)，這些氧化鐵可在分離器爐404中完全還原。
按照上述的實(shí)施方案5-7，粒狀壓塊D在加入到還原-熔化爐之前未經(jīng)任何處理。為縮短還原-熔化爐402的長度，從而縮短加熱還原所需的時(shí)間，可在粒狀壓塊D加入還原-熔化爐402之前將其進(jìn)行預(yù)還原。在此情況下，必須在還原-熔化爐上游處設(shè)置預(yù)還原設(shè)備。
還有，在實(shí)施方案5-7中，如上述其它實(shí)施方案所述，分離器爐404最好設(shè)置有加熱噴燒咀或電加熱設(shè)備，以便將熔渣和鐵水進(jìn)一步加熱到較高的溫度，從而提高其流動(dòng)性，以便使熔渣和鐵水更鐵于彼此分離，以有助于其分別排放。
在上述加熱還原過程中，還原首先在細(xì)長的壓塊的表面進(jìn)行，從而形成由金屬鐵構(gòu)成的殼。接著，由于碳質(zhì)還原劑本身及其熱解而生成的CO的還原作用，在殼內(nèi)有效地進(jìn)行CO與氧化鐵的還原反應(yīng)。因而，產(chǎn)生的金屬鐵粘結(jié)在一起而聚集，同時(shí)生成的渣熔化而聚集。結(jié)果，在此熱還原過程中，金屬化率大為上升，而混入渣中的氧化鐵量大為減少。
在位于加熱還原段下面的區(qū)段中，進(jìn)行進(jìn)一步加熱，以便熔化金屬鐵殼。由鐵水和熔渣組成的熔融物質(zhì)落入位于下面的分離器中，于此鐵水和熔渣因其不同的比重而相互分離。因而可以得到鐵水狀的高度還原的金屬鐵。此外，由于氧化鐵在熱還原過程中被充分還原，所以混入伴生的熔渣中的氧化鐵量極少。因而可防熔化設(shè)備的耐火材料被混于熔渣中的氧化鐵的破壞性地熔化。
圖17展示了本發(fā)明的實(shí)施方案8的示意性剖面視圖，它圖示了生產(chǎn)金屬鐵的方法和設(shè)備。在圖17中，標(biāo)號(hào)501表示給料器；502表示壓制-輸送輥(具有壓制設(shè)備和輸送設(shè)備的二項(xiàng)功能)；503表示熱還原爐；504表示作為分離器用的分離器爐。由碳質(zhì)還原劑如煤等和氧化鐵如鐵礦石等以及需要時(shí)還有粘結(jié)劑一起組成的混合物E沿箭頭H方向供于給料器501中。壓制-輸送輥502連續(xù)將混合物E壓成具有特定形狀(通常為板狀、方棒狀或圓棒狀)和一定大小的細(xì)長壓塊G，然后將以垂直方位將細(xì)長壓塊G送入熱還原爐503中?！按怪狈轿弧被旧现傅氖菓掖狗?，但由于輸送設(shè)備的精度，在輸送段稍有(如±5°)傾斜，這并不違背本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。
熱還原爐503具有用作加熱構(gòu)件的噴燒咀505。當(dāng)細(xì)長的壓塊G在熱還原爐503中下降時(shí)，細(xì)長的壓塊G被噴燒咀505的火焰直接加熱。結(jié)果還原從細(xì)長壓塊G的表面向其內(nèi)部進(jìn)行，由此如前所述，在表面上形成主要由因還原而生成的金屬鐵構(gòu)成的殼。由碳質(zhì)還原劑及因其熱解而生成的CO在殼內(nèi)形成強(qiáng)還原性氣氛，從而大大加快殼內(nèi)的氧化鐵還原。因而，根據(jù)熱還原爐503的長度，正確控制細(xì)長壓塊G的下降速度及加熱條件，可在金屬鐵殼中形成強(qiáng)還原性氣氛而有效地將殼內(nèi)的氧化鐵還原，從而得到不小于95％，或在某些情況下不小于98％的金屬化率。
在生成金屬鐵的過程中生成的渣，在低于金屬鐵熔化溫度下在金屬鐵殼中熔化。這樣熔化的渣與金屬鐵殼以分離狀態(tài)熔合。當(dāng)細(xì)長的壓塊G進(jìn)一步向熱還原爐503的下部移動(dòng)時(shí)，經(jīng)進(jìn)一步加熱而熔化金屬鐵殼。熔化了的金屬鐵與熔渣一起落入位于下面的分離器爐504中。在分離器爐504中，比重較小的熔渣S分離地浮在鐵水F的表面上。因而在鐵水F表面附近處將熔渣從分離器爐504中排出，而鐵水F則從分離器爐504的底部排出。
在圖17中，標(biāo)號(hào)506代表廢氣出口。如前所述，廢氣可不經(jīng)利用地經(jīng)廢氣出口506排出。但，由于廢氣溫度高，并含有可燃?xì)怏w，所以最好將其用作供噴燒咀505用的燃料氣體。在圖17中，標(biāo)號(hào)507表示氣密部位。
本發(fā)明可以這樣具體實(shí)施，即僅通過加壓將上述混合物壓成細(xì)長的壓塊G。最好是如圖17所示那樣，在圍有鐵制的支撐網(wǎng)的同時(shí)加壓壓制該混合物，以便使細(xì)長壓塊G在持續(xù)下降時(shí)破裂的風(fēng)險(xiǎn)不存在。這種支撐網(wǎng)K與經(jīng)加熱還原而生成的金屬鐵最終熔合在一起，然后落入分離器爐504中。因而，采用鐵制支撐網(wǎng)K是適宜的?？蓪㈣F芯(一種鋼絞線或具有用來增加支撐效果的粗糙表面的鐵絲也是可用的)作為加強(qiáng)件插入細(xì)長壓塊G的中心部位來取代用支撐網(wǎng)K的外加強(qiáng)件。
在上述實(shí)施方案8和9中，壓制-輸送輥502同時(shí)壓制混合物E及輸送細(xì)長壓塊G。但，可采用分開的裝置來進(jìn)行壓制和輸送。另一方法是，可用單獨(dú)的設(shè)備事先制備細(xì)長的壓塊G，并可將這樣制得的細(xì)長壓塊G供入熱還原爐503中。
上述細(xì)長的壓塊G中所含的碳質(zhì)還原劑首先在還原過程中消耗于還原氧化鐵，然后消耗于因還原而生成的金屬鐵的滲碳。經(jīng)熔化過程的固態(tài)還原鐵為多孔態(tài)，因而易于再氧化。為防止還原鐵再氧化，如前所述，細(xì)長壓塊G中必須含有足以抗再氧化的碳質(zhì)還原劑，以便因碳質(zhì)還原劑燃燒而生成的CO氣體在熱還原爐中的向下移動(dòng)的細(xì)長壓塊G的周圍形成非氧化性氣氛。為此，細(xì)長壓塊G所含的碳質(zhì)還原劑的量必須至少為“還原原始氧化鐵所需的量加上使已還原的鐵滲碳所需的量加上與爐內(nèi)的氧化相關(guān)的損失量”。此外，為防止還原鐵再氧化，可另外將補(bǔ)充短缺量的碳質(zhì)還原劑或CO氣體加到熱還原爐503下部或分離器爐504中。
如前所述，通過采用在分離器爐504中補(bǔ)充碳質(zhì)還原劑的方法或事先在細(xì)長壓塊G中含有超過所需量的碳質(zhì)還原劑的方法，即使有些在熱還原爐503中未完全還原的氧化鐵落入分離器爐504中，也會(huì)在該爐504中將其完全還原。
在上述的實(shí)施方案8和9中，細(xì)長壓塊G在加到熱還原爐503中之前未經(jīng)任何處理。為減少熱還原爐503的長度以縮短加熱還原所需的時(shí)間，可在將細(xì)長壓塊G加到熱還原爐503中之前將其預(yù)還原。在此情況下，須在熱還原爐503上游設(shè)置預(yù)還原設(shè)備。如圖18所示，也在分離器爐504中設(shè)置浸入的堤堰，以便鐵水F與熔渣S能有效地相互分離。
在實(shí)施方案8和9中，分離器爐504最好也設(shè)置加熱噴燒咀或電加熱設(shè)備，以便將熔渣和鐵水進(jìn)一步加熱至較高的溫度，以提高其流動(dòng)性，從而使熔渣和鐵水易于相互分離，以更有利于其分別排放。
圖19(a)是一示意性剖面視圖，它展示了用于實(shí)施上述方法的生產(chǎn)金屬鐵的設(shè)備。在圖19(a)中，標(biāo)號(hào)601表示鐵帶；602表示退火爐；603表示成形段；604表示給料器；605表示熱還原爐；606表示熔化爐；607表示分離器爐。
本實(shí)施方案用鐵帶601作運(yùn)送原料壓塊的手段。鐵帶601經(jīng)退火爐602時(shí)被退火而變軟。在成形段603處，將經(jīng)過這樣退過火的鐵帶成形為兩邊豎直上彎的槽狀(見圖19(b)中所示的局部橫截面圖)。將這樣形成的鐵帶連續(xù)送入熱還原爐605中。將由碳質(zhì)還原劑如煤等和氧化鐵如鐵礦石等及需要時(shí)還有粘結(jié)劑一起組成的混合物壓成某種形狀如球團(tuán)的原料壓塊。經(jīng)位于熱還原爐605上游側(cè)的給料器604將這樣制得的原料壓塊置于鐵帶601上。在鐵帶601上將原料壓塊向圖19的右方連續(xù)輸送。在熱還原爐605的側(cè)壁或頂板上設(shè)置有加熱噴燒咀(未示)，以便通過加熱使原料壓塊依次干燥和還原。如上所述，在熱還原過程中，由于壓塊中含有固體還原劑，所以還原由各壓塊的表面進(jìn)行，從而在壓塊的表面上形成主要由因還原而生成的金屬鐵構(gòu)成的殼。此外，由碳質(zhì)還原劑及其熱解所產(chǎn)生的CO在殼內(nèi)形成強(qiáng)還原性氣氛，從而明顯加速殼內(nèi)的氧化鐵還原。因而，根據(jù)熱還原爐605的長度，正確確定鐵帶601的移動(dòng)速度及加熱條件等，在金屬鐵殼中形成的強(qiáng)還原氣氛就將殼內(nèi)的氧化鐵有效地還原，從而得到不小于95％、在某些情況下不小于98％的金屬化率。
在生成金屬鐵的過程中產(chǎn)生的渣，在低于使金屬鐵熔化溫度下在金屬鐵殼內(nèi)熔化。這樣熔化的渣在金屬鐵殼內(nèi)，并與之分離地聚集。當(dāng)在熱還原爐605的下游處的熔化爐606中進(jìn)一步加熱金屬鐵殼狀的、其內(nèi)含有渣聚集物的壓塊時(shí)，金屬鐵殼、其內(nèi)的渣及鐵帶601全被熔化。所得的熔融物質(zhì)流向分離器爐607。在分離器爐607中，比重較小的熔渣S浮在鐵水F的表面上。因而，在鐵水F表面附近的位置將熔渣S從分離器爐607中排出，而鐵水F則從分離器爐的底部排出。
在圖19中，標(biāo)號(hào)608表示廢氣出口。廢氣可不經(jīng)任何利用經(jīng)廢氣出口608排放。但，由于廢氣溫度高，并含可燃?xì)怏w，所以希望將其送往熱還原爐605中用作噴燒咀的燃料氣體，或用作助燃空氣的熱源。從給料器604輸出的原料壓塊最好是球團(tuán)狀的及預(yù)干燥的，并且由于通過采用預(yù)還原壓塊可縮短了熱還原爐605的長度，所以這種壓塊最好是經(jīng)預(yù)還原的?？蓪⒂糜谥苽淝驁F(tuán)等狀壓塊的壓制設(shè)備置于給料器附近，以便將在壓制設(shè)備中制成的原料壓塊輸入給料器604。通過采用這種方案，就可將制備原料壓塊的過程和加熱還原過程組成一個(gè)連續(xù)過程。
只要不違背上述的本發(fā)明的要旨，可以適當(dāng)修改上述生產(chǎn)金屬鐵設(shè)備的實(shí)際設(shè)計(jì)。當(dāng)然，這類改進(jìn)是在本發(fā)明的技術(shù)范圍之內(nèi)的。在運(yùn)行時(shí)，可適當(dāng)選擇上述的條件及設(shè)定值(運(yùn)行溫度、碳質(zhì)還原劑的使用形式及用量、廢氣利用等)。
圖20(a)是示意性剖面視圖，它展示了用于實(shí)施上述方法的生產(chǎn)金屬鐵的設(shè)備。在圖20(a)中，標(biāo)號(hào)601表示鐵帶；603表示成形段；609表示螺旋給料器；605表示熱還原爐；606表示熔化爐；607表示分離器爐。
連續(xù)制備細(xì)長的壓塊，并將其置于鐵帶601上，以便于將壓塊運(yùn)入熱還原爐605中。即如圖20所示，將螺旋給料器609與成形段結(jié)合起來。將由碳質(zhì)還原劑、氧化鐵及粘結(jié)劑一起組成的混合物送入螺旋給料器609，它將該混合物送入成形段603。通過供以混合物和鐵帶601，成形段603將捏合混合物成形為具有一定截面的并置于鐵帶601上的細(xì)長形壓塊(見圖20(b)中所示的局部橫剖面視圖)，然后將這樣形成的細(xì)長壓塊和鐵帶601一起送入熱還原爐605中。細(xì)長壓塊可為平板狀或棒狀，但為了增大表面積，以便通過加熱有效地干燥和還原，其形狀最好為沿長度方向形成細(xì)長的凸凹形。
在本實(shí)施方案中，由于細(xì)長狀的壓塊被連續(xù)置于鐵帶上，所以不會(huì)有壓塊從鐵帶601上滾落。因而鐵帶601可以是平的。此外，不僅可沿水平方向，而且還可呈所需向下傾斜的方向輸送鐵帶601。
熱還原爐605包括上游的干燥段和下游的還原段。在干燥和熱還原段的側(cè)壁和頂板上設(shè)置有加熱噴燒咀(未示)，以便通過加熱使細(xì)長壓塊依次干燥和還原。如前所述，在熱還原過程中，由于細(xì)長壓塊中含固體還原劑，所以還原從其表面開始進(jìn)行，從而在細(xì)長壓塊的表面上形成主要由因還原而生成的金屬鐵組成的殼。此外，由碳質(zhì)還原劑及因其熱解而生成的CO在殼內(nèi)形成強(qiáng)還原性氣氛，從而大為加速殼內(nèi)的氧化鐵還原。因此，根據(jù)熱還原爐605的長度，正確確定鐵帶601的移動(dòng)速度、加熱條件等，在金屬鐵殼內(nèi)形成的強(qiáng)還原性氣氛就將殼內(nèi)的氧化鐵有效地還原。
在生成金屬鐵的過程中產(chǎn)生的渣在低于金屬鐵的熔化溫度下熔化。這樣熔化的渣與金屬鐵殼分離地聚集在其內(nèi)。當(dāng)于位于熱還原爐605下游處的熔化爐606中進(jìn)一步加熱金屬鐵殼狀的、其內(nèi)含有渣聚集物的細(xì)長壓塊時(shí)，金屬鐵殼，其內(nèi)的渣及鐵帶全被熔化。所得的熔融物質(zhì)流向分離器爐607。在分離器爐607中，熔渣S和熔鐵F以如前所述的方式相互分離。
上述用于金屬鐵的實(shí)際設(shè)計(jì)，只要不違背本發(fā)明的上述要旨則可作適當(dāng)?shù)男薷?。?dāng)然這類修改是在本發(fā)明的技術(shù)范圍之內(nèi)。在運(yùn)行時(shí)，上述條件及設(shè)定值(運(yùn)行溫度、碳質(zhì)還原劑的用量及使用形式、廢氣利用等)都可作適當(dāng)選擇。
圖21是一示意性的剖面視圖，它展示了用于實(shí)施上述方法的生產(chǎn)金屬鐵的設(shè)備。圖22是該設(shè)備的示意性平面圖。在圖21和22中，標(biāo)號(hào)701表示給料器；702表示壓制設(shè)備；703表示用作干燥、還原及熔化爐的加熱爐；704表示分離器爐；705表示細(xì)長壓塊。
在本實(shí)施方案中，如于圖21和22中所示，在細(xì)長的分離器爐704的一側(cè)或兩側(cè)(在圖21和22中為一側(cè))設(shè)置有具有向分離器爐704傾斜的斜表面的加熱爐703。如圖22所示，每個(gè)加熱爐703的上端部都設(shè)置有跨越其寬度的噴燒咀設(shè)備及數(shù)個(gè)壓制裝置(沿垂直于圖21的紙面方向)。每個(gè)加熱爐703制備板狀或棒狀的細(xì)長壓塊705，并沿加熱爐703的傾斜表面將其送入加熱爐703。細(xì)長壓塊705隨著沿傾斜表面下移時(shí)，通過加熱使其干燥和還原。如前所述，在這種熱還原設(shè)備中，由于細(xì)長壓塊705中含有固態(tài)碳質(zhì)還原劑，所以還原從各細(xì)長壓塊705表面開始進(jìn)行，從而在其表面上形成主要由經(jīng)還原而產(chǎn)生的金屬鐵構(gòu)成的殼。此外，由碳質(zhì)還原劑及其熱解而生成的CO在殼內(nèi)形成強(qiáng)還原性氣氛，從而使殼內(nèi)氧化鐵的還原大為加快。
因還原而生成的金屬鐵及伴生的渣被進(jìn)一步加熱，并于加熱爐703的下游部熔化。所形成的熔融物流向分離器爐704。一些被送入加熱爐703的細(xì)長壓塊705，同時(shí)經(jīng)受上述的經(jīng)加熱而發(fā)生的還原和熔化。
因而，通過按熔化爐703的長度正確確定細(xì)長壓塊的移動(dòng)速度、加熱條件等，就在此細(xì)長壓塊705表面上形成金屬鐵殼，而且于該殼中形成的強(qiáng)還原性氣氛有效地將殼內(nèi)的氧化鐵還原，從而得到不小于95％，有時(shí)不小于98％的金屬化率。這樣產(chǎn)生的金屬鐵及伴生的渣經(jīng)進(jìn)一步加熱而熔化。所形成的熔融物流入分離器爐704。
在分離器爐704中，比重較小的熔渣S浮在鐵水F的表面上。因而，熔渣在鐵水F表面附近處排出，而鐵水F則從分離器爐704的底部排出。
用戶可對(duì)上述設(shè)備按需要進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)加熱爐703的加熱段的規(guī)?；蚣訜崮芰Γㄟ^調(diào)節(jié)細(xì)長壓塊的大小、數(shù)量、供料速度等調(diào)整每單位時(shí)間所生產(chǎn)的金屬鐵量，或用戶可按目標(biāo)生產(chǎn)率很容易設(shè)計(jì)和建造設(shè)備。
只要不違背本發(fā)明的上述要旨，用于生產(chǎn)金屬鐵的上述設(shè)備的實(shí)際結(jié)構(gòu)可作適當(dāng)修改。當(dāng)然，這類修改在本發(fā)明的技術(shù)范圍之內(nèi)。在運(yùn)行時(shí)，上述的條件及設(shè)定值(運(yùn)行溫度、碳質(zhì)還原劑的用量及使用方式、廢氣利用等)可適當(dāng)選擇。
當(dāng)本發(fā)明按上述實(shí)施方案2-12具體實(shí)施時(shí)，如前所述在熱還原過程中，為使氧化鐵在固態(tài)下充分還原，所生成的渣必須在低于經(jīng)還原而生成的金屬鐵的熔化溫度下熔化。為滿足這一要求，必須將壓塊(或細(xì)長壓塊)中所含的渣組分(混于通常被用作原始氧化鐵的鐵礦石和碳質(zhì)還原劑中的脈石組分)的組成控制得使生成的渣的熔點(diǎn)低于滲碳前和滲碳后的已還原鐵的熔點(diǎn)。因而，在某些情況下，在壓制過程中向壓塊(或細(xì)長壓塊)的原始混合物中加Al2O3、SiO2、CaO等，從而降低生成的渣的熔點(diǎn)是合乎要求的。
本發(fā)明不限于上述各實(shí)施方案。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)，可能有各種修改和變動(dòng)，并且均包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
工業(yè)實(shí)用性如上所述，按照本發(fā)明，含碳質(zhì)還原劑的氧化鐵壓塊經(jīng)受加熱還原，在還原的初始階段，形成了金屬鐵殼。一旦形成了金屬鐵殼，在金屬鐵殼中形成的強(qiáng)還原條件下，使氧化鐵還原，因而還原反應(yīng)迅速而有效地進(jìn)行。因此，本發(fā)明的方法可借助加熱還原，在短時(shí)期內(nèi)有效地生產(chǎn)金屬化率不小于95％或在某些情況下不小于98％的高鐵純度的金屬鐵，這是用常規(guī)的直接煉鐵法所不能達(dá)到的?？赏ㄟ^急冷使這樣得到的鐵純度相當(dāng)高的金屬鐵和伴生的渣凝固，然后破碎，以便用磁力的方法，或用任何其它篩分方法，將金屬鐵與渣分離，或通過進(jìn)一步加熱，以便以其比重差而進(jìn)行相互分離。
進(jìn)而，本發(fā)明的方法可使渣中的氧化鐵含量很低，從而它不會(huì)破壞爐子的耐火材料，這種破壞作用通常是因熔融的氧化鐵與耐火材料接觸而產(chǎn)生的。
本發(fā)明的生產(chǎn)金屬鐵的設(shè)備可以工業(yè)規(guī)模按上面推薦的生產(chǎn)金屬鐵的新技術(shù)有效地運(yùn)行，并可在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)，用高鐵含量的原始氧化鐵，甚至用低鐵含量的鐵源，如鐵礦石等物有效地生產(chǎn)金屬化率不小于95％，在某些情況下不小于98％的高鐵純度的金屬鐵。通過使用上述生產(chǎn)金屬鐵的方法和設(shè)備，在還原過程中伴生的渣中所混入的氧化鐵量明顯減少，從而由熔融氧化鐵所引起的對(duì)熱還原設(shè)備、熔化設(shè)備、分離器、分離器爐等的耐火材料的破壞能減至最小。
權(quán)利要求
1.金屬鐵生產(chǎn)過程中使用的一種物件的制造方法，它包括加熱起始?jí)簤K，從而形成被還原的壓塊；其中所述的起始?jí)簤K包括(i)氧化鐵(ii)碳質(zhì)還原劑；而所述的被還原的壓塊包括(iii)外殼，它包括金屬鐵及(iv)所述外殼中的熔渣并冷卻所述被還原的壓塊。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述的加熱是在不低于所述渣的熔點(diǎn)，而不高于所述金屬鐵的熔點(diǎn)的最高溫度下進(jìn)行。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述的加熱在1350到1540℃的溫度下進(jìn)行。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述的被還原的壓塊含5％(重量)或更少的FeO。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述的被還原的壓塊含2％(重量)或更少的FeO。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述的渣含5％(重量)或更少的FeO。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述的渣含2％(重量)或更少的FeO。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述外殼中基本上沒有氧化鐵存在。
9.權(quán)利要求1的方法，其中在加熱過程中所述外殼中的金屬鐵被滲碳，從而降低了含有金屬鐵的所述外殼的熔點(diǎn)。
10.權(quán)利要求1的方法，其中在加熱期間，所述氧化鐵的還原是首先經(jīng)固相還原，然后是經(jīng)液相還原，而所述加熱持續(xù)到基本上無氧化鐵存在為止。
11.權(quán)利要求1的方法，其中所述的外殼是封閉而連續(xù)的。
12.權(quán)利要求1的方法，其中所述的起始?jí)簤K是粒狀或團(tuán)塊狀的，而且在其沿水平方向移動(dòng)的同時(shí)，通過加熱而經(jīng)受還原。
13.權(quán)利要求1的方法，其中所述的起始?jí)簤K被置于鐵帶上，然后所述起始?jí)簤K在沿水平方向移動(dòng)的同時(shí)，通過加熱而經(jīng)受還原，所述鐵帶有邊緣部分，在鐵帶的所述邊緣部位處形成擋板，以防止所述起始?jí)簤K從所述鐵帶上落下。
14.權(quán)利要求1的方法，其中所述起始?jí)簤K為粒狀或團(tuán)塊狀，而且當(dāng)其被置于水平板上的同時(shí)，通過加熱而經(jīng)受還原。
15.權(quán)利要求1的方法，其中所述起始?jí)簤K為粒狀或團(tuán)塊狀，而且在其滾動(dòng)的同時(shí)，通過加熱而經(jīng)受還原。
16.金屬鐵生產(chǎn)過程中使用的一種物件，它包括(i)含金屬鐵的外殼，及(ii)所述殼內(nèi)的渣。
17.權(quán)利要求16的物件，其中所述的渣含5％(重量)或更少的FeO。
18.權(quán)利要求16的物件，其中所述的渣含2％(重量)或更少的FeO。
19.制造金屬鐵生產(chǎn)過程中使用的一種物件的設(shè)備，包括(a)熱還原設(shè)備，用于加熱起始?jí)簤K獲得被還原的壓塊，其中，所述起始?jí)簤K包括(i)氧化鐵(ii)碳質(zhì)還原劑；而所述的被還原的壓塊包括(iii)外殼，它包括金屬鐵及(iv)所述外殼中的熔渣和(b)冷卻所述被還原的壓塊的冷卻設(shè)備。
20.權(quán)利要求19的設(shè)備，其中所述起始?jí)簤K為粒狀或團(tuán)塊狀，而所述熱還原設(shè)備包括在該起始?jí)簤K沿水平方向移動(dòng)的同時(shí)，通過加熱使之還原的機(jī)構(gòu)。
21.權(quán)利要求20的設(shè)備，其中所述機(jī)構(gòu)包括循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件及位于所述轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件上的并用于將起始?jí)簤K置于其上的爐床。
22.權(quán)利要求21的設(shè)備，其中所述的爐床在其上設(shè)置有以一定的間隔的分離構(gòu)件，以防止起始?jí)簤K與其它壓塊之間的粘附。
23.權(quán)利要求22的設(shè)備，其中所述分離構(gòu)件包括脫硫劑。
24.權(quán)利要求19的設(shè)備，其中所述起始?jí)簤K為粒狀或團(tuán)塊狀，而所述熱還原設(shè)備包括一種當(dāng)該起始?jí)簤K被置于水平板上的同時(shí)，通過加熱使其還原的機(jī)構(gòu)。
25.權(quán)利要求24的設(shè)備，其中所述熱還原設(shè)備包括具有水平板的送料構(gòu)件，用于間斷地輸送放在所述水平板上的起始?jí)簤K；和卸料構(gòu)件，用于將被還原的壓塊從所述送料構(gòu)件中卸下。
26.權(quán)利要求25的設(shè)備，其中所述卸料構(gòu)件是一種用于使所述送料構(gòu)件的位置能在水平位置和傾斜位置間交替變動(dòng)的傾動(dòng)構(gòu)件。
27.權(quán)利要求26的設(shè)備，其中所述的卸料構(gòu)件是一種用于將被還原的壓塊從所述送料構(gòu)件上推出的推動(dòng)構(gòu)件。
28.權(quán)利要求27的設(shè)備，其中設(shè)置有分離物件，并以一定間隔置于所述輸送料構(gòu)件上，從而防止起始?jí)簤K和被還原的壓塊之間的粘附。
29.權(quán)利要求28的設(shè)備，其中所述分離構(gòu)件包括脫硫劑。
30.權(quán)利要求19的設(shè)備，其中起始?jí)簤K為粒狀或團(tuán)塊狀，而所述熱還原設(shè)備包括一種使起始?jí)簤K滾動(dòng)的同時(shí)，通過加熱使該壓塊還原的機(jī)構(gòu)。
31.權(quán)利要求30的設(shè)備，其中所述熱還原設(shè)備包括滾動(dòng)機(jī)構(gòu)，它包括使起始?jí)簤K在其上滾動(dòng)的表面；用于加熱起始?jí)簤K的熱還原構(gòu)件；以及將該被還原的壓塊從所述表面卸下的卸料裝置。
32.權(quán)利要求31的設(shè)備，其中所述的滾動(dòng)表面由槽狀構(gòu)件的內(nèi)表面構(gòu)成。
33.權(quán)利要求32的設(shè)備，其中所述槽狀構(gòu)件的內(nèi)表面為弧形、V形或U形。
全文摘要
本發(fā)明涉及生產(chǎn)金屬鐵的中間體、其制造方法及該方法中使用的設(shè)備。該制造方法中用含有氧化鐵如鐵礦石等物及碳質(zhì)還原劑如煤等物的壓塊為原料,并通過加熱使氧化鐵還原,此還原持續(xù)到金屬鐵殼中基本上無氧化鐵為止。通過使用本發(fā)明的設(shè)備,能有效地實(shí)施上述方法。
文檔編號(hào)C21B13/10GK1368557SQ0111794
公開日2002年9月11日 申請(qǐng)日期2001年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月15日
發(fā)明者根上卓也, 國井和扶, 稻葉晉一, 清水正賢, 小林勛, 竹中芳通, 松村俊秀, 浦上昭, 鯨井隆司, 土屋脩, 杉山公男, 伊東修三, 菊池晶一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所