專利名稱：生產(chǎn)海綿鐵的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)海綿鐵的方法。
背景技術：
海綿鐵是一種重要的鐵和鋼原料。海綿鐵是由粉末或多孔結構構成的金屬性鐵。 海綿鐵的工業(yè)生產(chǎn)通常能分成兩種類型煤生產(chǎn)和氣體生產(chǎn)。鐵礦的還原能通過使用諸如非焦性煤的含碳材料或適當?shù)闹卣烊粴庑问降倪€原氣體而實現(xiàn)。使用煤的方法被稱為是固體還原劑的煤基方法，而使用還原氣體的方法被稱為氣基方法。由氣基方法生產(chǎn)的海綿鐵通常熱壓成塊，因此也稱其為團塊鐵(HBI,Briquette Iron) 0也可稱為直接還原鐵的海綿鐵是在如下條件下生產(chǎn)的產(chǎn)品在低于鐵熔點的溫度下，通常使用碳(木炭)將鐵礦還原成金屬性鐵時。目前，在生產(chǎn)海綿鐵中，廠商普遍地面對的問題是，海綿鐵中的碳含量很難被改變或很難以希望的碳含量生產(chǎn)。該情況在煤方法和氣體方法中都出現(xiàn)了。在氣基方法中，將大量的鐵氧化物源引入爐子中，以還原方法來生產(chǎn)海綿鐵。在還原過程結束后產(chǎn)生海綿鐵，通常其含有4-6%的高碳含量。為了降低碳含量，對海綿鐵進行控制氧化的后續(xù)處理， 其中碳含量進一步降低。這進一步增加了海綿鐵生產(chǎn)的成本。傳統(tǒng)海綿鐵具有高碳含量，這是由于在生產(chǎn)過程中碳是固有的可溶于金屬性鐵。 在傳統(tǒng)海綿鐵中通常有4-6%的碳，且廠商在尋找降低碳含量的所有方法。除去碳的努力一直在進行，其中之一是在氣體方法中增加氧氣的分壓。然而，對有效和高效的除去碳并沒有得到多少技術突破。因此，需要一種生產(chǎn)海綿鐵的方法，該方法允許在海綿鐵中按希望的量改變碳含量，還需要一種有效和高效的減少碳含量的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)海綿鐵的方法，其中該方法包括如下步驟準備至少兩層的層疊物，其中該至少兩層包括，鐵氧化物源的第一層，以及鐵氧化物源和碳源的混合物的第二層；在非氧化環(huán)境中，將上述至少兩層的層疊物在950-1900°C溫度下進行加熱處理。第二層中的碳源等于或大于根據(jù)主反應的碳的化學計量重量。海綿鐵由粉末或多孔結構構成。主反應由鐵氧化物源確定。該鐵氧化物源不含碳，或鐵氧化物源僅含有自致污碳或含碳物質(zhì)。該至少兩層的層疊物放置在移動載體中，并且在加熱過程中移動到反應器。在移動載體中，至少一層有機材料或至少一個熱導體放置在至少兩層的層疊物之間。該至少一層有機材料在950-1900°C溫度范圍內(nèi)燃燒掉。該有機材料(14)選自卡片紙(cartoon paper) (任何有機纖維材料)，木板(任何木制材料)，塑料(任何聚合物材料)或碳塊(任何含碳物質(zhì))。該至少一個熱導體選自金屬或金剛砂。該鐵氧化物源選自軋制鐵鱗粉、赤鐵礦粉、 磁鐵礦粉、三氧化二鐵、鋼渣、廢水處理產(chǎn)生的鐵氧化物或它們的任意組合。該碳源選自煤粉、木炭粉、木材碎片、印刷油墨廢水處理產(chǎn)生的含碳物質(zhì)或它們的任意組合。第一層的厚度是相對于第二層的厚度而言的，使得層疊物中碳的總重量等于或小于根據(jù)主反應的碳的化學計量重量。生產(chǎn)海綿鐵的方法進一步包括如下步驟將上述生產(chǎn)的海綿鐵研磨成粉，在 950-1900°C溫度下將研磨成粉后的海綿鐵加熱10分鐘-36小時。該進一步的步驟可以重復至少一個周期。本發(fā)明還涉及一種生產(chǎn)海綿鐵的方法，其中該方法包括如下步驟將鐵氧化物源和碳源混合，其中碳源等于或大于符合主反應的碳的化學計量重量；在非氧化環(huán)境中，將該混合物在950-1900°C溫度下進行加熱處理。該海綿鐵由粉末或多孔結構構成。該混合物置于移動載體中，并且在加熱過程中移動到反應器。在移動載體中，至少一層有機材料或至少一個熱導體放置在該混合物之間。該鐵氧化物源、碳源、至少一層有機材料和至少一個熱導體的選擇分別如上所述


依據(jù)下文的詳細描述以及結合附圖，將更能充分全面理解本發(fā)明，附圖僅用作舉例說明，因此不是對本發(fā)明的限制。圖1顯示了用于生產(chǎn)海綿鐵的載體，包括至少兩層的層疊物，即鐵氧化物源的第一層，以及鐵氧化物源和碳源混合物的第二層。
具體實施例方式本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)海綿鐵以及原位除碳的方法。本發(fā)明還為生產(chǎn)者提供靈活性，可以按照期望得到碳含量變化的海綿鐵。在這里詳細描述本發(fā)明優(yōu)選具體實施方式
。應當能夠理解，公開的優(yōu)選具體實施方式
僅是本發(fā)明的示例，其可以以各種形式具體實施。因此，這里公開的詳細內(nèi)容不解釋為用作限制本發(fā)明，而是僅作為本發(fā)明權利要求的基礎以及教導本領域技術人員。生產(chǎn)海綿鐵的方法包括原料，諸如鐵氧化物源和碳源，并且以最低水平使用碳源。 海綿鐵的最佳生產(chǎn)是以化學計量量的碳進行，這很大的減小了原料的成本。生產(chǎn)海綿鐵的方法包括如下所述第一步準備至少兩層的層疊物，將上述至少兩層的層疊物在反應器中 950-1900°C溫度下進行非氧化熱分解處理10分鐘-36小時。該至少兩層的層疊物包括，第一層(10)和第二層(12)。該第一層(10)包括鐵氧化物源層，其成份是不含碳、或僅含有自致污碳或含碳物質(zhì)。成份是自致污碳的鐵氧化物為本領域共知，不再做進一步的描述。 該第二層(12)由鐵氧化物源和碳源的混合物構成，在碳源中碳的量必須等于或大于根據(jù)主反應的碳的化學計量量，因此由鐵氧化物形成金屬性鐵的還原反應可以開始。該鐵氧化物源可以選自軋制鐵鱗粉、赤鐵礦粉、磁鐵礦粉、三氧化二鐵、鋼渣、廢水處理產(chǎn)生的鐵氧化物、或它們的任意組合。該碳源可以選自煤粉、木炭粉、木材碎片、印刷油墨廢水處理產(chǎn)生的含碳物質(zhì)、或及它們的任意組合。該至少兩層的層疊物放置在移動載體(16)諸如塔盤中，以將該至少兩層的層疊物提供給反應器。在非氧化環(huán)境、950-1900°C溫度下高溫分解的工藝過程中，通過還原反應得到金屬性鐵(Fe)，其中鐵氧化物源由碳源還原。作為從鐵氧化物源中除去氧原子的結果是，如此萃取的金屬性鐵是多孔的，因此被稱為海綿鐵。第一層(10)相對于第二層(12)的厚度(濃度)使得至少兩層的層疊物中碳的總重量等于或小于根據(jù)主反應的碳的化學計量重量。在碳的總重量等于化學計量重量的情況中，第一層(10)的厚度(濃度)是零。為了最大水平的除去碳并且為了縮短處理時間，至少一層有機材料(14)或至少一個熱導體可以放置在層疊物間作為間隔物，以使當至少一層有機材料在950-1900°C處理溫度下燃燒掉時，局部地區(qū)將空缺，在處理中將允許更好的從熱源向?qū)盈B物供給熱量，從而增加除去碳的速率或另一方面增加鐵萃取反應速率以產(chǎn)生海綿鐵。局部區(qū)域是在層疊物中的處理工藝開始時，放置至少一層有機材料的區(qū)域。關于至少一個熱導體，其將允許更好的從熱源向?qū)盈B物供給熱量，從而增加除去碳的速率或增加鐵萃取反應速率以產(chǎn)生海綿鐵。該至少一層有機材料可以選自卡片紙(cartoon paper) (任何有機纖維材料)，木板(任何木制材料)，塑料(任何聚合物材料)或碳塊(任何含 碳物質(zhì))。該至少一個熱導體可以選自鐵、鋼、其它金屬或金剛砂的條帶。熱分解處理后，該至少一個導體可以從海綿鐵上移除。非氧化熱分解處理之后，第一層中的未還原的鐵氧化物不是必須除去，非氧化熱分解處理之后產(chǎn)生的海綿鐵將研磨成粉，以及在與上述非氧化熱分解處理相同的條件下加熱，以完成第二周期處理?？梢赃M行多個周期的處理，以達到增加每單位加熱時間的產(chǎn)品收率和除去更多的生產(chǎn)的海綿鐵中碳含量的目的。本發(fā)明中，生產(chǎn)1公噸海綿鐵僅需要0. 17 公噸煤粉。經(jīng)過計算，0. 17公噸的量僅是從軋制鐵鱗粉中萃取海綿鐵所必需的碳的化學計量量。相比傳統(tǒng)的方法，生產(chǎn)1公噸海綿鐵需要1.5公噸鐵礦粉和1.2公噸煤粉。本發(fā)明在下文實施例中作進一步描述。本發(fā)明的另一具體實施方式
涉及一種生產(chǎn)海綿鐵的方法，其不需要準備至少兩層層疊物。該具體實施方式
涉及的方法包括如下步驟將鐵氧化物源和碳源混合，其中碳的量必須等于或大于根據(jù)主反應的碳的化學計量量；在非氧化環(huán)境中，將該混合物在 950-1900°C溫度下進行非氧化熱分解處理10分鐘-36小時。該混合物放置在移動載體(16) 中，熱分解處理中移動到反應器。如先前具體實施方式
描述的至少一層有機材料(14)或至少一個熱導體，選擇性放置在移動載體(16)中的混合物之間作為間隔物，以使當至少一層有機材料在950-1900°C溫度下燃燒掉時，局部地區(qū)將形成空缺，在處理過程中將允許更好的從向?qū)盈B物供給熱量，從而增加除去碳的速率以產(chǎn)生海綿鐵。海綿鐵萃取的主反應由鐵氧化物源決定。如果鐵氧化物源主要是軋制鐵鱗；主反應應當是6Fe0+5C--^ 2Fe3C(固體)+3C02 (氣體)(方程式 A)如果鐵氧化物源主要是磁鐵礦(Fe3O4)，主反應應當是Fe304+3C--^ Fe3C(固體)+2C02(氣體)(方程式 B)如果鐵氧化物源主要是赤鐵礦(Fe2O3)，主反應應當是3Fe203+6. 5C--^ 2Fe3C(固體)+4· 5C02(氣體)(方程式 C)主反應的確定應當基于鐵氧化物源的判斷，如果判斷鐵氧化物源包括超過一種類型的鐵氧化物，應當采用平均法，如赤鐵礦和磁鐵礦相同比例混合的情況；計算應當使用方程式B和方程式C為主反應的平均結果。本發(fā)明實施例在這里描述。實施例1兩層的層疊物包括2000g的第二層(12)，該第二層是86. 21%的200目的純軋制鐵鱗粉和13. 79%的200目的木炭粉組成的混合物。該層疊物的第一層(10)由260g技術上的純軋制鐵鱗粉組成。該層疊物放置在載體(16)中，然后引入到反應器中。該層疊物在非氧化環(huán)境下，于反應器中在1150°C的處理條件下加熱30分鐘。收集加熱后的產(chǎn)品樣品用于分析。這里的加熱指加熱的第一周期。分析之后，將產(chǎn)品樣品研磨成粉并且放置在反應器中，以在非氧化環(huán)境下、1150°C以及30分鐘時間進行加熱處理的第二周期。收集第二周期處理后的產(chǎn)品樣品以用于分析。第一周期加熱和第二周期加熱后的產(chǎn)品樣品是海綿鐵。 生產(chǎn)的海綿鐵的重量是原始的兩層的層疊物的重量的75%。結果在計算中，因為軋制鐵鱗的成份主要是FeO，煤主要是碳，因此，在1150°C和30分鐘時間的主總反應(第一周期)是6Fe0+5C--^ 2Fe3C(固體)+3C02 (氣體)在該主反應中，在層疊物中，碳的化學計量量(木炭)是12.2%。因而，層疊物的總碳含量是2000gX0. 1379/2260g或總碳含量是等于化學計量量的12. 2%。結果第一周期之后通過該方法萃取的海綿鐵含有82%的總鐵和以Fe3C形式存在的6%的碳，以及單體碳。在該層疊物的第一層中，目測檢查大約50%的軋制鐵鱗粉還原成金屬性鐵，這些鐵 “熔融”或溶解在第二層中。第二周期之后通過該方法萃取的海綿鐵含有92%的總鐵和主要以Fe3C形式存在的4%的碳。結論第一層中的純軋制鐵鱗粉在第一周期吸收第二層中的一些碳，部分還原成金屬性鐵。在第一周期中，處理條件能有效萃取海綿鐵，但是由于時間短，不能滿意金屬化的水平， 這將在第二周期中進一步改善。實施例2 在移動載體(16)中，如同實施例1的兩層的層疊物重復放置，在層疊物之間附加兩層1.5mm厚度的紙作為有機材料(14)，該兩層的層疊物進行如同實施例1的兩個周期。結果第一周期之后通過該方法萃取的海綿鐵含有86%的總鐵和以Fe3C形式存在的4%的碳，以及單體碳。在該層疊物的第一層中，目測檢查大約50%的軋制鐵鱗粉還原成金屬性鐵，這些鐵 “熔融”或溶解在第二層中。第二周期之后通過該方法萃取的海綿鐵含有94%的總鐵和主要以Fe3C形式存在的1. 5%的碳。結論用作有機材料(14)間隔物的紙，有效的增加了萃取反應的速率，并且降低了海綿鐵中碳的水平。實施例3 在一個獨立的處理中，根據(jù)主反應方程，將化學計量量的碳與軋制鐵鱗粉混合，即 12. 2%的煤粉和87. 8%的軋制鐵鱗粉。在非氧化環(huán)境中，將該混合物在1150°C溫度下加熱 75分鐘。在該處理中，沒有使用層疊物原料，處理中沒有在移動載體(16)中將有機材料或熱傳導插入到層疊物中。并且，加熱僅進行一個周期。結果萃取的海綿鐵含有93%的總鐵和主要 以Fe3C形式存在的3. 5%的碳。結論當僅使用化學計量量的煤，海綿鐵萃取就達到滿意的水平。然而，碳含量稍微有點高，這明顯的可以通過在移動載體(16)中插入有機材料(14)共加工來降低。因此，本發(fā)明提供一種生產(chǎn)海綿鐵的有效方法以及一種除去碳的簡易方法，并且在生產(chǎn)海綿鐵的處理中，除去碳可以在原位條件完成。這極大的增加了產(chǎn)品的產(chǎn)率并且同時保持了海綿鐵的質(zhì)量。
權利要求
1.一種生產(chǎn)海綿鐵的方法，該方法包括如下步驟i)準備至少兩層的層疊物，其中該至少兩層包括，鐵氧化物源的第一層，以及鐵氧化物源和碳源的混合物的第二層；ii)在非氧化環(huán)境中，將步驟i)中的至少兩層的層疊物在950-1900°C溫度下進行加熱處理；其中，第二層中的碳源等于或大于根據(jù)主反應的基于鐵氧化物源的碳的化學計量重量。
2.根據(jù)權利要求1所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于，該海綿鐵由粉末或多孔結構構成。
3.根據(jù)權利要求1所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于，該鐵氧化物源不含碳。
4.根據(jù)權利要求1所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于，該鐵氧化物源僅含有自致污碳或含碳物質(zhì)。
5.根據(jù)權利要求1所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于，該第一層(10)的厚度是相對于該第二層(12)的厚度而言的，使得層疊物中碳的總重量等于或小于根據(jù)主反應的碳的化學計量重量。
6.根據(jù)權利要求1所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于，該至少兩層的層疊物放置在移動載體(16)中，并且在加熱處理中移動到反應器。
7.根據(jù)權利要求1所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，在移動載體中(16)，至少一層有機材料 (14)或至少一個熱導體放置在至少兩層的層疊物之間。
8.根據(jù)權利要求7所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于，該至少一層的有機材料 (14)選自有機纖維材料、木制材料、聚合物材料或含碳物質(zhì)。
9.根據(jù)權利要求7所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于，該至少一個熱導體選自金屬或金剛砂。
10.根據(jù)權利要求7所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于，該至少一層有機材料(14) 在950-1900°C溫度范圍內(nèi)燃燒掉。
11.根據(jù)權利要求1所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于，該鐵氧化物源選自軋制鐵鱗粉、赤鐵礦粉、磁鐵礦粉、三氧化二鐵、鋼渣、廢水處理產(chǎn)生的鐵氧化物、或它們的任意組合。
12.根據(jù)權利要求1所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于，該碳源選自煤粉、木炭粉、 木材碎片、印刷油墨廢水處理產(chǎn)生的含碳物質(zhì)或它們的任意組合。
13.根據(jù)權利要求1所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于，該方法還包含如下步驟， 將步驟ii)后生產(chǎn)的海綿鐵研磨成粉，在950-1900°C溫度下將研磨成粉后的金屬性鐵加熱 10分鐘-36小時。
14.根據(jù)權利要求13所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于，該方法重復至少一次。
15.一種海綿鐵，根據(jù)權利要求1-14的方法生產(chǎn)。
16.一種生產(chǎn)海綿鐵的方法，其中該方法包括如下步驟i)將鐵氧化物源和碳源混合，其中碳源等于或大于根據(jù)主反應的碳的化學計量重量；ii)在非氧化環(huán)境中，將步驟i)中的混合物在950-1900°C溫度下進行加熱處理；并且， 其中主反應基于鐵氧化物源。
17.根據(jù)權利要求16所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于，該海綿鐵由粉末或多孔結構構成。
18.根據(jù)權利要求16所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于，該鐵氧化物源選自軋制鐵鱗粉、赤鐵礦粉、磁鐵礦粉、三氧化二鐵、鋼渣、廢水處理產(chǎn)生的鐵氧化物、或它們的任意組合。
19.根據(jù)權利要求16所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于，該碳源選自煤粉、木炭粉、木材碎片、印刷油墨廢水處理產(chǎn)生的含碳物質(zhì)、或它們的任意組合。
20.根據(jù)權利要求16所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于，步驟i)中的混合物放置在移動載體(16)中，并且在加熱處理中移動到反應器。
21.根據(jù)權利要求16所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于，在移動載體中(16)，至少一層有機材料(14)或至少一個熱導體放置在鐵氧化物源和碳源的混合物之間。
22.根據(jù)權利要求21所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于，該至少一層的有機材料 (14)選自有機纖維材料、木制材料、聚合物材料或含碳物質(zhì)。
23.根據(jù)權利要求22所述的生產(chǎn)海綿鐵的方法，其特征在于，該至少一個熱導體選自金屬或金剛砂。
24.一種海綿鐵，根據(jù)權利要求17-23的方法生產(chǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)海綿鐵同時原位除去碳的方法。該生產(chǎn)海綿鐵的方法包括如下步驟準備至少兩層的層疊物，其中該至少兩層包括鐵氧化物源的第一層(10)，其不含碳、或僅含有自致污碳或含碳物；第二層(12)，其是鐵氧化物源和碳源的混合物；在非氧化環(huán)境中，將該至少兩層的層疊物在950-1900℃溫度下進行熱解處理10分鐘-36小時。該第二層(12)中的碳源等于或大于符合主反應的碳的化學計量重量。非氧化熱分解發(fā)生在反應器中。至少兩層的層疊物放置在移動載體(16)諸如塔盤中，以容納反應器中的該至少兩層的層疊物。為了最大水平的除去碳并且為了縮短處理時間，至少一層有機材料(14)或至少一個熱導體可以插入在層疊物之間作為間隔物。當至少一層有機材料在950-1900℃處理溫度下燃燒掉時，增加了鐵萃取反應速率。如果非氧化熱分解處理之后，在第一層(10)中有微量沒有還原的鐵氧化物源，將生產(chǎn)的海綿鐵研磨成粉，然后在上述相同的條件下加熱以進行第二周期。該第二周期生產(chǎn)的海綿鐵，具有更好的碳移除以及增加的海綿鐵萃取速率。
文檔編號C21B13/00GK102224263SQ201080003106
公開日2011年10月19日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權日2009年3月31日
發(fā)明者K·O·劉 申請人:Iop顏料廠有限公司