CN1724695A - 用微波竖炉制取低碳海绵铁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用微波竖炉制取低碳海绵铁的方法，它采用铁矿粉做原料，普通烟煤粉或无烟煤粉做还原剂，不使用资源短缺的焦煤焦炭，通过选料、细磨、过筛、配料、混合、搅拌、布料、微波竖炉预热、密闭高温炼制、化学还原反应、氮气保护冷却、磁选法提纯、检测对比分析，获得高品质低碳海绵铁，它是利用铁矿粉、煤粉、石灰粉对微波具有选择性吸收这一特性，在密闭高温条件下，在微波发生器、加热器、调节器的作用下，通过自身吸收微波产生的热量进行碳热自还原，还原速度快、时间短、减少了渗碳时间和过程，得到低碳海绵铁，该方法使用设备少、制取工艺简单、缩短了冶炼还原时间，节约了焦煤焦炭资源，减少了环境污染，金属化率高，可达90－98％，含碳量低，可小于0.5％，是十分理想的制取低碳海绵铁的方法。

Description

用微波竖炉制取低碳海绵铁的方法

技术领域

本发明涉及一种用微波竖炉制取低碳海绵铁的方法，属钢铁冶金中海绵铁冶炼制取方法的技术领域。

背景技术

高炉炼铁法是最经济的制取铁的方法，已有近400余年的历史，它是以铁矿石为原料，以焦煤制成的焦炭为冶炼能源和还原剂，近百年来也一直沿用这一炼铁技术。

在高炉炼铁的过程中，将消耗大量的焦炭，炼制焦炭的焦煤在世界煤炭资源总储量中仅占5％，焦煤在煤的品种中是最好的，其燃烧性能、烧烧热量都十分优越，随着现代工业的发展，对铁的需求将会大幅度增加，故焦煤焦炭将直接影响钢铁工业的发展。

高炉炼铁法本身也有很多技术上的不足，例如：对块状含铁矿石、焦炭的高度依赖，炼焦造块过程环境污染严重，工艺流程复杂，铁的纯度低、含碳量高、杂质多，严重制约了高炉炼铁工艺的发展。

海绵铁是一种多孔、低密度、呈海绵状的铁类物质，是电炉或转炉炼钢的优质原料，它是由铁矿石在固态软化温度下进行还原获得的金属铁产物，还原温度比高炉炼铁温度低、速度快、杂质少，故海绵铁是炼钢过程中必不可少的优质原料。

发明内容

发明目的

本发明的目的就是针对背景技术的不足，采用一种全新的炼制铁的方法，用微波竖炉制取低碳海绵铁，不使用焦炭做能源和还原剂，不需要焦煤炼焦炭工艺，而是使用储量丰富的普通烟煤粉或无烟煤粉做能源和还原剂，用石灰粉做熔剂，在微波竖式加热还原炉中进行还原冶炼，利用铁矿粉、煤粉、石灰粉对微波具有选择性吸收这一特性，在密闭高温条件下，通过自身吸收微波产生的热量进行碳热自还原得到低碳海绵铁，达到节省焦煤焦炭、简化工艺流程、减少环境污染、提高还原反应速度的目的，以使海绵铁产物含碳量低、金属化率高、质量好。

技术方案

本发明是由下列化学物质炼制而成，其化学物质的组合配比是：

以千克、升为计量单位

铁矿粉：72.5千克±7.5千克

煤  粉：20千克±5千克

石灰粉：7.5千克±2.5千克

本发明的制取方法如下：

1)、精选原料

对制取低碳海绵铁所需的铁矿粉、煤粉、石灰粉要进行精选，并进行纯度控制：

铁矿粉：含铁量＞65％、含水分量＜5％

煤粉：含碳量＞75％、含水分量＜2％

石灰粉：含氧化钙量＞80％、含水分量＜1％

2)、原料细磨

对精选后的铁矿粉、煤粉、石灰粉，要分别在干式球磨机内进行细磨二次。

3)、过筛并进行细度控制

对细磨后的铁矿粉、煤粉、石灰粉要分别用筛网进行过筛，并进行细度控制；

铁矿粉：用150目筛网过筛，细粉粒度为0.01-0.5mm

煤粉：用80目筛网过筛，细粉粒度为0.01-2mm

石灰粉：用100目筛网过筛，细粉粒度为0.01-1mm

4)、配料、混合

对过筛后的铁矿粉、煤粉、石灰粉，按组合配比进行原料配制，并在专用容器内进行混合。

5)、搅拌

对混合后的原料细粉在专用搅拌机内进行搅拌，反复进行，搅拌均匀。

6)、微波竖炉预热

对冶炼使用的微波竖炉要进行预热，预热温度为300℃±10℃，预热时间为30-40分钟。

7)、分层布料

将混合搅拌均匀的原料细粉，分层置于微波竖炉内，按微波竖炉结构体积布料均匀、松散、有空隙。

8)、微波竖炉冶炼

密闭微波竖炉，各部处于准工作状态；

开启微波发生器、微波调节器、微波加热器，微波发生器功率为25千瓦±0.5千瓦、频率为2450兆赫兹：

微波竖炉温度由预热温度300℃升至1050℃-1250℃，在此温度恒温保温5-10分钟；

混合均匀的铁矿粉、煤粉，石灰粉在密闭的微波竖炉中，吸收微波产生的热量进行碳热自还原，生成固态海绵铁；

在密闭高温微波竖炉冶炼过程中，产生化学反应，化学反应式如下：

式中：

Fe₃O₄：磁铁矿粉

5CH_mO_n：煤粉

CaO：石灰粉

H₂O：水

FeS：硫化铁

4Fe：金属铁

CaS：硫化钙

5CO：一氧化碳

5H_2mO_n：氢氧化合物

9)、氮气保护冷却

冶炼后将固态海绵铁置于专用的冷却箱中，然后向冷却箱中连续不断的输入氮气，在氮气保护下自然冷却，由1250℃冷却至20℃±3℃，冷却时间为12小时，防止氧气进入。

10)、磁选提纯

对制取的海绵铁要用专用干式磁选设备进行提纯处理，剃除海绵铁内的杂质；

细磨海绵铁，成粉状，用180目筛网过筛，细磨过筛反复进行，使粉粒均匀、细化；

将细磨过筛得到的粉状海绵铁置于干式永磁磁选机内，在高强度磁场下磁选，磁场强度为1.5-2万高斯。

11)、检测、对比、分析

对磁选提纯后得到的低碳海绵铁要进行检测、化验、分析、对比，检测其成分、纯度、杂质、光泽、形貌，逐项进行分析、检测。

12)、储存

对冶炼检测合格的低碳海绵铁粉状物要用专用容器储存于干燥、清洁的环境中，存储温度为20℃±3℃，要防水、防潮、防氧化、防酸碱侵蚀。

所述的微波竖炉主要结构包括：炉体、加料斗、微波发生器、微波调节器、微波加热器、出料斗、冷却箱；微波竖炉炉体1的外部为微波加热器2，微波加热器2左右侧对称设置微波发生器3、微波调节器4，中间由导线31联接；炉体1的上部为密封盖6，密封盖6的上部为加料斗5；炉体1的下部为炉底7，炉体1的底部为控制底座8，控制底座8的下部为出料斗9，出料斗9下部对准冷却箱10，冷却箱10右侧部联接氮气管12，氮气管12联接氮气源11；炉体1的内部为炉壁13，炉壁13内为炉腔14，炉腔14与加料斗5、密封盖6、炉底7、控制底座8、出料斗9联通。

所述的微波竖炉预热温度为300℃±10℃、冶炼温度为1050℃-1250℃、恒温保温时间为5-10分钟，微波发生器功率为25千瓦±0.5千瓦、频率为2450兆赫兹，微波发生时间为60分钟±20分钟。

所述的氮气保护冷却，在冷却箱10中进行自然冷却，由氮气源11、氮气管12向冷却箱10中连续不断的充输氮气30，自然冷却至20℃±3℃，冷却充氮气时间为12小时。

所述的低碳海绵铁的提纯是在专用干式磁选设备上进行的，磁选设备的上部为进料斗15，进料斗15联通细磨机16，细磨机16联联通输料管17；输料管17联通筛网18，筛网18内有振荡器35；筛网18.联通输料管19，输料管19联通磁选容器21，磁选容器21内有电机32、搅拌器20、叶轮28，磁选容器21联通杂质出口22，杂质出口22联通杂质箱23；磁选容器21右侧部联通磁吸管24，磁吸管24右部联通磁选机25，磁选机25内设电磁铁26，电磁铁26右部联接电源27，磁选机25下部联通产物出口33，产物出口33联通产物箱29，产物箱29内存储海绵铁产物34；海绵铁产物34由磁选机25磁选后进入产物箱29，杂质36在磁选容器21内通过杂质出口22进入杂物箱23。

效果

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，它采用了一种全新的微波竖炉炼制低碳海绵铁的方法，用铁矿粉做原料，用普通烟煤粉或无烟煤粉做还原剂，用石灰粉做熔剂，不使用资源短缺的焦煤焦炭做还原剂，在微波竖炉中进行炼制，利用铁矿粉、煤粉、石灰粉对微波具选择性吸收这一特性，在密闭高温条件下，通过自身吸收微波产生的热量进行碳热自还原得到海绵铁，通过氮气保护冷却，磁选法提纯得到高品质低碳海绵铁，使用设备少、制取工艺简单，还原冶炼速度快、恒温保温时间短，只有5-10分钟，减少了渗碳时间和含碳量，节约了焦煤焦炭资源，减少了环境污染，金属化率高，可达90％-98％，含碳量低，可小于0.5％，产率高，质量好，是十分理想的炼制低碳海绵铁的方法。

附图说明

图1为低碳海绵铁制取工艺流程图

图2为微波竖炉预热、升温、恒温保温、降温冷却温度与时间坐标关系图

图3为微波竖炉结构主视图

图4为图3的E-F剖面图

图5为磁选提纯设备及工艺流程图

图6为微波加热温度、时间与物料变化曲线图

图7为微波加热温度、时间与含煤铁矿粉重量变化曲线图

图8为微波加热还原1250℃时浮氏体热碎裂结构图

图9为常规加热还原1250℃时浮氏体粒状结构图

图中所示，件号清单如下：

1、炉体，2、微波加热器，3、微波发生器，4、微波调节器，5、加料斗，6、密封盖，7、炉底，8、控制底座，9、出料斗，10、冷却箱，11、氮气源，12、氮气管，13、炉壁，14、炉腔，15、进料斗，16、细磨机，17、输料管，18、筛网，19、输料管，20、搅拌器，21、磁选容器，22、杂质出口，23、杂质箱，24、磁吸管，25、磁选机，26、电磁铁，27、电源，28、叶轮，29、产物箱，30、氮气，31、导线，32、电机，33、产物出口，34、海绵铁产物，35、振荡器，36、杂质。

实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明：

图1所示，是低碳海绵铁炼制的全过程，对炼制低碳海绵铁使用的化学物质要严格精选，铁矿粉可选用磁铁矿粉，也可使用赤铁矿粉，还原剂为普通烟煤粉或无烟煤粉均可，熔剂石灰粉为普通石灰、白云质石灰亦可，要注意控制含水分比例。

对使用的原料要分别进行细磨、过筛、反复循环进行，并严格控制其细粉粒度。

过筛后的细粉按最佳配比进行配料混合，并搅拌均匀。

微波竖炉要预热，预热温度为300℃±10℃，预热时间为30-40分钟，然后打开炉盖，分层布料，要均匀、松散、有空隙。

微波竖炉冶炼时，要密闭，严格控制其温度及化学还原反应、恒温保温时限，不得超出规定。

图2、3所示，是微波竖炉整体结构和炼制状态，炉体1是炼制主体，一定要牢固，强度好，炉壁13、炉底7要用耐火、耐高温材料制作，密封盖6密闭时要严密，控制底座8要开合自如，微波发生器3由微波调节器4调节控制；冷却箱10为盛海绵铁产物34的箱体，置于出料斗9的下部，出料时对准冷却箱10，冷却箱10联通氮气管12、氮气源11，冷却时充输氮气，进行保护，防止氧化。

图4所示，是微波竖炉预热、升温、恒温保温，降温冷却的温度与时间坐标关系图，纵坐标为温度值，横坐标为时间值，预热时从常温20℃升至300℃±10℃，需时30-40分钟，相交于K点，布料后炉体封闭升温至1050℃时，相交于D点，至1250℃时，相交于A点，恒温保温5-10分钟，即A-B区段，然后关闭电源，开始出料降温、氮气保护冷却至常温20℃±3℃，需时12小时。

图5所示，是干式磁选提纯设备及提纯流程图，冷却后的海绵铁粉状产物由进料斗15加入后进入细磨机16，细磨后输入筛网18，用180目筛网过筛，然后输入磁选容器21，在电机32、搅拌器20、叶轮28作用下，海绵铁产物34的粉状物在磁选容器21内循环，同时磁选机25起动，在电磁铁26的磁场吸引下，海绵铁产物34由磁吸管24吸出至产物出口33，进入产物箱29、即得到低碳海绵铁，磁选容器21内未被吸出的杂质36由杂质出口22进入杂物箱23，该磁选设备要协调使用。

图6所示，是微波加热温度、时间与物料变化曲线坐标图，纵坐标为物料温度，横坐标为加热时间，石灰粉变化曲线、煤粉变化曲线、铁矿粉变化曲线是不一样的。

图7所示，是微波加热温度、时间与含煤铁矿粉重量变化坐标曲线图，纵坐标为物料温度，横坐标为加热时间，当含煤铁矿粉为1千克、2千克、3千克时，其温度变化曲线不一样，物料越少，温度上升越快，需时越少，物料越多，温度上升越慢，需时越多，成正比，以此控制微波竖炉的加热时间和速度。

图8所示，是微波加热还原在1250℃时，浮氏体热碎裂结构图，白亮色为金属铁，浅灰色为浮氏体，浮氏体已破裂，有利于氧化铁还原。

图9所示，是常规加热还原在1250℃时，浮氏体粒状结构图，白亮色为金属铁，浅灰色为浮氏体，浮氏体未破裂，不利于氧化铁还原。

实施例1：

微波竖炉、冷却箱，磁选机处于准工作状态；

按组合配比选取铁矿粉72.5千克、煤粉20千克、石灰粉7.5千克；

对配比选用的铁矿粉、煤粉、石灰粉分别细磨，分别用150目、80目、100目的筛网过筛；

细磨过筛后的细粉按配比进行混合、搅拌均匀；

开启微波竖炉微波发生器3、微波加热器2、微波调节器4，预热至300℃时，开启密封盖6，由料斗5分层松散布料至炉腔14内；

关闭密封盖6，炉腔14处于全封闭状态；

微波加热器2、微波发生器3、微波调节器4调控升温，温度升至1050℃-1250℃时，恒温保温5-10分钟；

关闭微波加热器2、微波发生器3、微波调节器4；

打开炉底7、控制底座8，海绵铁产物34由出料斗9进入冷却箱10；

开启氮气源11、氮气管12，向冷却箱10输氮气30，冷却至20℃±3℃；

将冷却后的海绵铁产物34置于干式磁选提纯设备中，经细磨机16细磨、筛网18过筛，经磁选容器21、磁选机25、电磁铁26磁场吸引，海绵铁产物34吸入产物箱29，即得到低碳海绵铁，杂质36由杂质出口22进入杂物箱23。

Claims (5)

1、一种用微波竖炉制取低碳海绵铁的方法，其特征在于：本发明是由下列化学物质炼制而成，其化学物质的组合配比是：

以千克、升为计量单位

铁矿粉：72.5千克±7.5千克

煤  粉：20千克±5千克

石灰粉：7.5千克±2.5千克

本发明的制取方法如下：

1)、精选原料

对制取低碳海绵铁所需的铁矿粉、煤粉、石灰粉要进行精选，并进行纯度控制：

铁矿粉：含铁量＞65％、含水分量＜5％

煤粉：含碳量＞75％、含水分量＜2％

石灰粉：含氧化钙量＞80％、含水分量＜1％

2)、原料细磨

对精选后的铁矿粉、煤粉、石灰粉，要分别在干式球磨机内进行细磨二次。

3)、过筛并进行细度控制

对细磨后的铁矿粉、煤粉、石灰粉要分别用筛网进行过筛，并进行细度控制；

铁矿粉：用150目筛网过筛，细粉粒度为0.01-0.5mm

煤粉：用80目筛网过筛，细粉粒度为0.01-2mm

石灰粉：用100目筛网过筛，细粉粒度为0.01-1mm

4)、配料、混合

对过筛后的铁矿粉、煤粉、石灰粉，按组合配比进行原料配制，并在专用容器内进行混合。

5)、搅拌

对混合后的原料细粉在专用搅拌机内进行搅拌，反复进行，搅拌均匀。

6)、微波竖炉预热

对冶炼使用的微波竖炉要进行预热，预热温度为300℃±10℃，预热时间为30-40分钟。

7)、分层布料

将混合搅拌均匀的原料细粉，分层置于微波竖炉内，按微波竖炉结构体积布料均匀、松散、有空隙。

8)、微波竖炉冶炼

密闭微波竖炉，各部处于准工作状态；

开启微波发生器、微波调节器、微波加热器，微波发生器功率为25千瓦±0.5千瓦、频率为2450兆赫兹；

微波竖炉温度由预热温度300℃升至1050℃——1250℃，在此温度恒温保温5-10分钟；

混合均匀的铁矿粉、煤粉，石灰粉在密闭的微波竖炉中，吸收微波产生的热量进行碳热自还原，生成固态海绵铁；

在密闭高温微波竖炉冶炼过程中，产生化学反应，化学反应式如下：

式中：

Fe₃O₄： 磁铁矿粉

5CH_mO_n：煤粉

CaO：     石灰粉

H₂O：    水

FeS：     硫化铁

4Fe：     金属铁

CaS：     硫化钙

5CO：     一氧化碳

5H_2mO_n：氢氧化合物

9)、氮气保护冷却

冶炼后将固态海绵铁置于专用的冷却箱中，然后向冷却箱中连续不断的输入氮气，在氮气保护下自然冷却，由1250℃冷却至20℃±3℃，冷却时间为12小时，防止氧气进入。

10)、磁选提纯

对制取的海绵铁要用专用干式磁选设备进行提纯处理，剃除海绵铁内的杂质；

细磨海绵铁，成粉状，用180目筛网过筛，细磨过筛反复进行，使粉粒均匀、细化；

将细磨过筛得到的粉状海绵铁置于干式永磁磁选机内，在高强度磁场下磁选，磁场强度为1.5——2万高斯。

11)、检测、对比、分析

对磁选提纯后得到的低碳海绵铁要进行检测、化验、分析、对比，检测其成分、纯度、杂质、光泽、形貌，逐项进行分析、检测。

12)、储存

对冶炼检测合格的低碳海绵铁粉状物要用专用容器储存于干燥、清洁的环境中，存储温度为20℃±3℃，要防水、防潮、防氧化、防酸碱侵蚀。

2、根据权利要求1所述的用微波竖炉制取低碳海绵铁的方法，其特征在于：所述的微波竖炉主要结构包括：炉体、加料斗、微波发生器、微波调节器、微波加热器、出料斗、冷却箱；微波竖炉炉体(1)的外部为微波加热器(2)，微波加热器(2)左右侧对称设置微波发生器(3)、微波调节器(4)，中间由导线(31)联接；炉体(1)的上部为密封盖(6)，密封盖(6)的上部为加料斗(5)；炉体(1)的下部为炉底(7)，炉体(1)的底部为控制底座(8)，控制底座(8)的下部为出料斗(9)，出料斗(9)下部对准冷却箱(10)，冷却箱(10)右侧部联接氮气管(12)，氮气管(12)联接氮气源(11)；炉体(1)的内部为炉壁(13)，炉壁(13)内为炉腔(14)，炉腔(14)与加料斗(5)、密封盖(6)、炉底(7)、控制底座(8)、出料斗(9)联通。

3、根据权利要求1所述的用微波竖炉制取低碳海绵铁的方法，其特征在于：所述的微波竖炉预热温度为300℃±10℃、冶炼温度为1050℃-1250℃、恒温保温时间为5-10分钟，微波发生器功率为25千瓦±0.5千瓦、频率为2450兆赫兹，微波发生时间为60分钟±20分钟。

4、根据权利要求1所述的用微波竖炉制取低碳海绵铁的方法，其特征在于：所述的氮气保护冷却，在冷却箱(10)中进行自然冷却，由氮气源(11)、氮气管(12)向冷却箱(10)中连续不断的充输氮气(30)，自然冷却至20℃±3℃，冷却充氮气时间为12小时。

5、根据权利要求1所述的用微波竖炉制取低碳海绵铁的方法，其特征在于：所述的低碳海绵铁的提纯是在专用干式磁选设备上进行的，磁选设备的上部为进料斗(15)，进料斗(15)联通细磨机(16)，细磨机(16)联联通输料管(17)，输料管(17)联通筛网(18)，筛网(18)内有振荡器(35)；筛网(18)联通输料管(19)，输料管(19)联通磁选容器(21)，磁选容器(21)内有电机(32)、搅拌器(20)、叶轮(28)，磁选容器(21)联通杂质出口(22)，杂质出口(22)联通杂质箱(23)；磁选容器(21)右侧部联通磁吸管(24)，磁吸管(24)右部联通磁选机(25)，磁选机(25)内设电磁铁(26)，电磁铁(26)右部联接电源(27)，磁选机(25)下部联通产物出口(33)，产物出口(33)联通产物箱(29)，产物箱(29)内存储海绵铁产物(34)；海绵铁产物(34)由磁选机(25)磁选后进入产物箱(29)，杂质(36)在磁选容器(21)内通过杂质出口(22)进入杂物箱(23)。

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