專利名稱：一種內(nèi)外配炭相結(jié)合、微波加熱制備一次還原鐵粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波冶金和粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種內(nèi)外配炭相結(jié)合、微波加熱制備一次還原鐵粉的方法。
背景技術(shù)：
粉末冶金技術(shù)是近100年才被發(fā)明，直到半個世紀(jì)前，其還處于萌芽階段。二戰(zhàn)時，粉末冶金的主導(dǎo)產(chǎn)品是青銅和自潤滑軸承。鐵粉也在這個時期問世，成為粉末冶金不斷發(fā)展的標(biāo)志性原料。鐵粉種類由霧化鐵粉(Hametag工藝)發(fā)展到電解鐵粉(Husqvarna公司),再到還原鐵粉。1945年，首次對一次還原鐵粉進(jìn)行磁選分離和二次氫還原，使一次還原鐵粉的壓縮性由最初的6. Og/cm3增加到6. 3g/cm3,隨著退火工藝的增加和超純精礦粉和高質(zhì)量鐵鱗的使用，使最好的二次還原鐵粉的致密度與當(dāng)時的一級水霧化鐵粉相當(dāng)。不同種類的鐵粉的生產(chǎn)工藝，最大的區(qū)別是二次還原鐵粉的前驅(qū)體(即一次鐵粉)的制備工藝。一次鐵粉的原料有超純鐵精礦粉、鐵鱗粉末或鐵水，前者在反應(yīng)罐內(nèi)與煤粉以環(huán)狀的方式布料，再經(jīng)傳統(tǒng)加熱進(jìn)行還原得到一次鐵粉，后者通過水或氣霧化的方式得到一次鐵粉。單純的外配碳(如環(huán)狀布料法)，其帶入雜質(zhì)少，能保證一次還原鐵粉的潔凈度，但主要依靠間接還原，反應(yīng)速度太慢，制備周期長，通常在50 90h (隧道窯，重油加熱);單純的內(nèi)配碳(如生產(chǎn)直接還原鐵的工藝)，反應(yīng)速度快，生產(chǎn)周期短，通常在5 6h (豎爐，含碳球團(tuán))，但帶入雜質(zhì)多，鐵品位不高，給磁選和二次還原帶來難度。傳統(tǒng)加熱主要靠傳導(dǎo)傳熱、輻射傳熱和傳質(zhì)傳熱進(jìn)行，熱量傳遞較慢，在吸熱反應(yīng)劇烈時，熱量不能及時獲得補(bǔ)給，限制反應(yīng)的快速進(jìn)行，進(jìn)而使生產(chǎn)周期較長，并出現(xiàn)夾生的情形。

發(fā)明內(nèi)容
由于現(xiàn)有工藝料層結(jié)構(gòu)的缺陷和傳統(tǒng)加熱的局限引起的生產(chǎn)周期長和產(chǎn)品中出現(xiàn)夾生的現(xiàn)象，本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)外配炭結(jié)合、微波加熱制備優(yōu)質(zhì)一次還原鐵粉的方法，實現(xiàn)料層結(jié)構(gòu)更為合理、加熱方式更為有效，能縮短生產(chǎn)周期、杜絕產(chǎn)品夾生、降低能耗、達(dá)到清潔生產(chǎn)的目標(biāo)。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種內(nèi)外配炭相結(jié)合、微波加熱制備一次還原鐵粉的方法，經(jīng)過下列各步驟
(1)原料準(zhǔn)備將含鐵原料、木炭、煤、CaCO3類原料粉碎至150 200目；
(2)布料將步驟(I)所備物料進(jìn)行分層布料底層為煤和CaCO3類原料的混合物，該層煤的取量為含鐵原料質(zhì)量的5 12%，CaCO3類原料與該層煤的質(zhì)量比為7 10 ;中層為木炭和含鐵原料的混合物，木炭的取量為含鐵原料質(zhì)量的11 17% ;上層為煤，該層煤的取量為中層混合物質(zhì)量的I 2% ；(3)加熱將步驟(2)布好的物料置于微波反應(yīng)器內(nèi)加熱至1000 1200°C，保溫5 60min,通過直接還原與間接還原相結(jié)合,對含鐵原料進(jìn)行還原；
(4)產(chǎn)物處理將還原后的爐料進(jìn)行冷卻，粉碎，篩分，濕式磁選，干燥即得優(yōu)質(zhì)的一次還原鐵粉。所述CaCO3類原料為輕燒白云石。所述含鐵原料為粉狀鐵精礦或鐵鱗，其TFe (全鐵)^ 71%。所述木炭中的固定碳彡78%、灰分彡O. 5%。所述煤中的固定碳彡70%、灰分< 20%。本發(fā)明以粉狀優(yōu)質(zhì)鐵精礦或鐵鱗為含鐵原料(TFe彡71%)，以木炭(固定碳彡78%，灰分< O. 5%)和煤(固定碳> 70%，灰分< 20%)為還原劑，是以中層物料進(jìn)行的直接還原為 主，保證含鐵物料大部分被快速還原和中層料中還原劑被耗盡。中層與底層的界面上，有一定程度的直接還原反應(yīng)，對鐵原料進(jìn)行還原(產(chǎn)物中的CO向上排出的過程也繼續(xù)對上部原料補(bǔ)充還原)。底部的輕燒白云石在加熱過程中分解出CO2，該氣體引發(fā)底層物料發(fā)生布多爾反應(yīng)，生成一定量的CO，擴(kuò)散到中上層物料對其中的鐵氧化物進(jìn)行還原。由此保證還原反應(yīng)高效、完全進(jìn)行。由于鐵精礦和鐵鱗對微波都具有很好的吸波性，微波能快速從內(nèi)部加熱含碳原料，因此可使生產(chǎn)周期大大縮短，并可杜絕冷中心現(xiàn)象。本發(fā)明具備的優(yōu)點(diǎn)和效果該方法使制備高質(zhì)量一次還原鐵粉的工藝更為合理，其獨(dú)特的布料方式(三層)和微波快速加熱有效地結(jié)合，既保證了一次還原鐵粉的質(zhì)量(磁選后TFe (全鐵)=97. 5 98. 8%，nFe (金屬化率)> 94%，其化學(xué)成分可達(dá)HY100 · 23牌號鐵粉一等品標(biāo)準(zhǔn))，又大大的縮短了保溫時間，降低了耗能，提高了生產(chǎn)效率，該方法能用于快速生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)一次還原鐵粉。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實施例I
(1)原料準(zhǔn)備將含鐵原料、木炭、煤、CaCO3類原料粉碎至150目；其中，含鐵原料為粉狀鐵鱗，其TFe (全鐵)彡71% ；
(2)布料將步驟(I)所備物料進(jìn)行分層布料鐵鱗為87.5g ;底層為煤和CaCO3類原料的混合物，該層煤的取量為9. 38g，為含鐵原料質(zhì)量的10. 72%，CaCO3類原料與該層煤的質(zhì)量比為7 : 10，為6. 56g ;中層為木炭和含鐵原料的混合物，木炭的取量為12. 5g，為含鐵原料質(zhì)量的14. 29% ;上層為煤，該層煤的取量為lg，為中層混合物質(zhì)量的1% ；
(3)加熱將步驟(2)布好的物料置于微波反應(yīng)器內(nèi)加熱至1100°C，保溫40min，通過直接還原與間接還原相結(jié)合，對含鐵原料進(jìn)行還原；
(4)產(chǎn)物處理將還原后的爐料進(jìn)行冷卻，粉碎，篩分，濕式磁選，干燥即得優(yōu)質(zhì)的一次還原鐵粉，其 TFe=98. 84%, n Fe=98. 92%。實施例2
(I)原料準(zhǔn)備將含鐵原料、木炭、煤、輕燒白云石粉碎至180目；其中，含鐵原料為粉狀鐵精礦，其TFe (全鐵)彡71% ;木炭中的固定碳彡78%、灰分彡O. 5% ;煤中的固定碳彡70%、灰分 < 20% ；(2)布料將步驟(I)所備物料進(jìn)行分層布料鐵精礦為85g;底層為煤和輕燒白云石的混合物，該層煤的取量為6. 25g，為含鐵原料質(zhì)量的7. 4%，輕燒白云石與該層煤的質(zhì)量比為7 10，為4. 38g;中層為木炭和含鐵原料的混合物，木炭的取量為14. 45g，為含鐵原料質(zhì)量的17% ;上層為煤，該層煤的取量為I. 2g，為中層混合物質(zhì)量的I. 2% ；
(3)加熱將步驟(2)布好的物料置于微波反應(yīng)器內(nèi)加熱至1150°C，保溫20min，通過直接還原與間接還原相結(jié)合，對含鐵原料進(jìn)行還原；
(4)產(chǎn)物處理將還原后的爐料進(jìn)行冷卻，粉碎，篩分，濕式磁選，干燥即得優(yōu)質(zhì)的一次還原鐵粉，其 TFe=97. 53%, nFe=94. 05%。實施例3
(1)原料準(zhǔn)備將含鐵原料、木炭、煤、輕燒白云石粉碎至200目；
(2)布料將步驟(I)所備物料進(jìn)行分層布料含鐵原料為83.3g ;底層為煤和輕燒白云石的混合物，該層煤的取量為4. 17g，為含鐵原料質(zhì)量的5%，輕燒白云石與該層煤的質(zhì)量比為7 10，為2. 92g ;中層為木炭和含鐵原料的混合物，木炭的取量為9. 16g，為含鐵原料質(zhì)量的11% ;上層為煤，該層煤的取量為I. 85g，為中層混合物質(zhì)量的2% ；
(3)加熱將步驟(2)布好的物料置于微波反應(yīng)器內(nèi)加熱至1000°C，保溫60min，通過直接還原與間接還原相結(jié)合，對含鐵原料進(jìn)行還原；
(4)產(chǎn)物處理將還原后的爐料進(jìn)行冷卻，粉碎，篩分，濕式磁選，干燥即得優(yōu)質(zhì)的一次還原鐵粉，其 TFe=98. 11%, nFe=96. 42%。實施例4
(1)原料準(zhǔn)備將含鐵原料、木炭、煤、CaCO3類原料粉碎至150 200目；其中，含鐵原料為粉狀鐵鱗，其TFe (全鐵)彡71% ;木炭中的固定碳彡78%、灰分彡O. 5% ;煤中的固定碳彡70%、灰分< 20% ；
(2)布料將步驟(I)所備物料進(jìn)行分層布料鐵鱗為85g，底層為煤和CaCO3類原料的混合物，該層煤的取量為10. 2g，為含鐵原料質(zhì)量的12%，CaCO3類原料與該層煤的質(zhì)量比為7 : 10，為7. 14g ;中層為木炭和含鐵原料的混合物，木炭的取量為12. 75g，為含鐵原料質(zhì)量的15% ;上層為煤，該層煤的取量為I. 5g，為中層混合物質(zhì)量的I. 5% ；
(3)加熱將步驟(2)布好的物料置于微波反應(yīng)器內(nèi)加熱至1200°C，保溫5min，通過直接還原與間接還原相結(jié)合，對含鐵原料進(jìn)行還原；
(4)產(chǎn)物處理將還原后的爐料進(jìn)行冷卻，粉碎，篩分，濕式磁選，干燥即得優(yōu)質(zhì)的一次還原鐵粉，其 TFe=98. 16%, nFe=96. 35%。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)外配炭相結(jié)合、微波加熱制備一次還原鐵粉的方法，其特征在于經(jīng)過下列各步驟 (1)將含鐵原料、木炭、煤、CaCO3類原料粉碎至150 200目； (2)將步驟(I)所備物料進(jìn)行分層布料底層為煤和CaCO3類原料的混合物，該層煤的取量為含鐵原料質(zhì)量的5 12%，CaCO3類原料與該層煤的質(zhì)量比為7 10 ;中層為木炭和含鐵原料的混合物，木炭的取量為含鐵原料質(zhì)量的11 17% ;上層為煤，該層煤的取量為中層混合物質(zhì)量的I 2% ； (3)將步驟(2)布好的物料置于微波反應(yīng)器內(nèi)加熱至1000 1200°C，保溫5 60min； (4)將還原后的爐料進(jìn)行冷卻，粉碎，篩分，濕式磁選，干燥即得一次還原鐵粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)外配炭相結(jié)合、微波加熱制備一次還原鐵粉的方法，其特征在于所述CaCO3類原料為輕燒白云石。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)外配炭相結(jié)合、微波加熱制備一次還原鐵粉的方法，其特征在于所述含鐵原料為粉狀鐵精礦或鐵鱗，其TFe ^ 71%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)外配炭相結(jié)合、微波加熱制備一次還原鐵粉的方法，其特征在于所述木炭中的固定碳彡78%、灰分< 0. 5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)外配炭相結(jié)合、微波加熱制備一次還原鐵粉的方法，其特征在于所述煤中的固定碳彡70%、灰分< 20%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種內(nèi)外配炭相結(jié)合、微波加熱制備一次還原鐵粉的方法，屬于微波冶金和粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。通過將含鐵原料、木炭、煤、CaCO3類原料粉碎，并進(jìn)行分層布料底層為煤和CaCO3類原料的混合物，中層為木炭和含鐵原料的混合物，上層為煤，再將布好的物料置于微波反應(yīng)器內(nèi)加熱至1000～1200℃，保溫5～60min；再將還原后的爐料進(jìn)行冷卻，粉碎，篩分，濕式磁選，干燥即得一次還原鐵粉。該方法使制備高質(zhì)量一次還原鐵粉的工藝更為合理，其獨(dú)特的布料方式和微波快速加熱有效地結(jié)合，既保證了一次還原鐵粉的質(zhì)量，又大大的縮短了保溫時間，降低了耗能，提高了生產(chǎn)效率，該方法能用于快速生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)一次還原鐵粉。
文檔編號B22F9/20GK102794455SQ201210324900
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者朱紅波, 葉乾旭, 彭金輝, 張利波, 代林晴, 陳建, 普靖忠 申請人:昆明理工大學(xué)