专利名称：生产海绵铁的方法
技术领域：
本发明涉及一种生产海绵铁的方法。
背景技术：
海绵铁是一种重要的铁和钢原料。海绵铁是由粉末或多孔结构构成的金属性铁。 海绵铁的工业生产通常能分成两种类型煤生产和气体生产。铁矿的还原能通过使用诸如非焦性煤的含碳材料或适当的重整天然气形式的还原气体而实现。使用煤的方法被称为是固体还原剂的煤基方法，而使用还原气体的方法被称为气基方法。由气基方法生产的海绵铁通常热压成块，因此也称其为团块铁(HBI,Briquette Iron) 0也可称为直接还原铁的海绵铁是在如下条件下生产的产品在低于铁熔点的温度下，通常使用碳(木炭)将铁矿还原成金属性铁时。目前，在生产海绵铁中，厂商普遍地面对的问题是，海绵铁中的碳含量很难被改变或很难以希望的碳含量生产。该情况在煤方法和气体方法中都出现了。在气基方法中，将大量的铁氧化物源引入炉子中，以还原方法来生产海绵铁。在还原过程结束后产生海绵铁，通常其含有4-6%的高碳含量。为了降低碳含量，对海绵铁进行控制氧化的后续处理， 其中碳含量进一步降低。这进一步增加了海绵铁生产的成本。传统海绵铁具有高碳含量，这是由于在生产过程中碳是固有的可溶于金属性铁。 在传统海绵铁中通常有4-6%的碳，且厂商在寻找降低碳含量的所有方法。除去碳的努力一直在进行，其中之一是在气体方法中增加氧气的分压。然而，对有效和高效的除去碳并没有得到多少技术突破。因此，需要一种生产海绵铁的方法，该方法允许在海绵铁中按希望的量改变碳含量，还需要一种有效和高效的减少碳含量的方法。
发明内容
本发明涉及一种生产海绵铁的方法，其中该方法包括如下步骤准备至少两层的层叠物，其中该至少两层包括，铁氧化物源的第一层，以及铁氧化物源和碳源的混合物的第二层；在非氧化环境中，将上述至少两层的层叠物在950-1900°C温度下进行加热处理。第二层中的碳源等于或大于根据主反应的碳的化学计量重量。海绵铁由粉末或多孔结构构成。主反应由铁氧化物源确定。该铁氧化物源不含碳，或铁氧化物源仅含有自致污碳或含碳物质。该至少两层的层叠物放置在移动载体中，并且在加热过程中移动到反应器。在移动载体中，至少一层有机材料或至少一个热导体放置在至少两层的层叠物之间。该至少一层有机材料在950-1900°C温度范围内燃烧掉。该有机材料(14)选自卡片纸(cartoon paper) (任何有机纤维材料)，木板(任何木制材料)，塑料(任何聚合物材料)或碳块(任何含碳物质)。该至少一个热导体选自金属或金刚砂。该铁氧化物源选自轧制铁鳞粉、赤铁矿粉、 磁铁矿粉、三氧化二铁、钢渣、废水处理产生的铁氧化物或它们的任意组合。该碳源选自煤粉、木炭粉、木材碎片、印刷油墨废水处理产生的含碳物质或它们的任意组合。第一层的厚度是相对于第二层的厚度而言的，使得层叠物中碳的总重量等于或小于根据主反应的碳的化学计量重量。生产海绵铁的方法进一步包括如下步骤将上述生产的海绵铁研磨成粉，在 950-1900°C温度下将研磨成粉后的海绵铁加热10分钟-36小时。该进一步的步骤可以重复至少一个周期。本发明还涉及一种生产海绵铁的方法，其中该方法包括如下步骤将铁氧化物源和碳源混合，其中碳源等于或大于符合主反应的碳的化学计量重量；在非氧化环境中，将该混合物在950-1900°C温度下进行加热处理。该海绵铁由粉末或多孔结构构成。该混合物置于移动载体中，并且在加热过程中移动到反应器。在移动载体中，至少一层有机材料或至少一个热导体放置在该混合物之间。该铁氧化物源、碳源、至少一层有机材料和至少一个热导体的选择分别如上所述
依据下文的详细描述以及结合附图，将更能充分全面理解本发明，附图仅用作举例说明，因此不是对本发明的限制。图1显示了用于生产海绵铁的载体，包括至少两层的层叠物，即铁氧化物源的第一层，以及铁氧化物源和碳源混合物的第二层。
具体实施例方式本发明涉及一种生产海绵铁以及原位除碳的方法。本发明还为生产者提供灵活性，可以按照期望得到碳含量变化的海绵铁。在这里详细描述本发明优选具体实施方式
。应当能够理解，公开的优选具体实施方式
仅是本发明的示例，其可以以各种形式具体实施。因此，这里公开的详细内容不解释为用作限制本发明，而是仅作为本发明权利要求的基础以及教导本领域技术人员。生产海绵铁的方法包括原料，诸如铁氧化物源和碳源，并且以最低水平使用碳源。 海绵铁的最佳生产是以化学计量量的碳进行，这很大的减小了原料的成本。生产海绵铁的方法包括如下所述第一步准备至少两层的层叠物，将上述至少两层的层叠物在反应器中 950-1900°C温度下进行非氧化热分解处理10分钟-36小时。该至少两层的层叠物包括，第一层(10)和第二层(12)。该第一层(10)包括铁氧化物源层，其成份是不含碳、或仅含有自致污碳或含碳物质。成份是自致污碳的铁氧化物为本领域共知，不再做进一步的描述。 该第二层(12)由铁氧化物源和碳源的混合物构成，在碳源中碳的量必须等于或大于根据主反应的碳的化学计量量，因此由铁氧化物形成金属性铁的还原反应可以开始。该铁氧化物源可以选自轧制铁鳞粉、赤铁矿粉、磁铁矿粉、三氧化二铁、钢渣、废水处理产生的铁氧化物、或它们的任意组合。该碳源可以选自煤粉、木炭粉、木材碎片、印刷油墨废水处理产生的含碳物质、或及它们的任意组合。该至少两层的层叠物放置在移动载体(16)诸如塔盘中，以将该至少两层的层叠物提供给反应器。在非氧化环境、950-1900°C温度下高温分解的工艺过程中，通过还原反应得到金属性铁(Fe)，其中铁氧化物源由碳源还原。作为从铁氧化物源中除去氧原子的结果是，如此萃取的金属性铁是多孔的，因此被称为海绵铁。第一层(10)相对于第二层(12)的厚度(浓度)使得至少两层的层叠物中碳的总重量等于或小于根据主反应的碳的化学计量重量。在碳的总重量等于化学计量重量的情况中，第一层(10)的厚度(浓度)是零。为了最大水平的除去碳并且为了缩短处理时间，至少一层有机材料(14)或至少一个热导体可以放置在层叠物间作为间隔物，以使当至少一层有机材料在950-1900°C处理温度下燃烧掉时，局部地区将空缺，在处理中将允许更好的从热源向层叠物供给热量，从而增加除去碳的速率或另一方面增加铁萃取反应速率以产生海绵铁。局部区域是在层叠物中的处理工艺开始时，放置至少一层有机材料的区域。关于至少一个热导体，其将允许更好的从热源向层叠物供给热量，从而增加除去碳的速率或增加铁萃取反应速率以产生海绵铁。该至少一层有机材料可以选自卡片纸(cartoon paper) (任何有机纤维材料)，木板(任何木制材料)，塑料(任何聚合物材料)或碳块(任何含 碳物质)。该至少一个热导体可以选自铁、钢、其它金属或金刚砂的条带。热分解处理后，该至少一个导体可以从海绵铁上移除。非氧化热分解处理之后，第一层中的未还原的铁氧化物不是必须除去，非氧化热分解处理之后产生的海绵铁将研磨成粉，以及在与上述非氧化热分解处理相同的条件下加热，以完成第二周期处理。可以进行多个周期的处理，以达到增加每单位加热时间的产品收率和除去更多的生产的海绵铁中碳含量的目的。本发明中，生产1公吨海绵铁仅需要0. 17 公吨煤粉。经过计算，0. 17公吨的量仅是从轧制铁鳞粉中萃取海绵铁所必需的碳的化学计量量。相比传统的方法，生产1公吨海绵铁需要1.5公吨铁矿粉和1.2公吨煤粉。本发明在下文实施例中作进一步描述。本发明的另一具体实施方式
涉及一种生产海绵铁的方法，其不需要准备至少两层层叠物。该具体实施方式
涉及的方法包括如下步骤将铁氧化物源和碳源混合，其中碳的量必须等于或大于根据主反应的碳的化学计量量；在非氧化环境中，将该混合物在 950-1900°C温度下进行非氧化热分解处理10分钟-36小时。该混合物放置在移动载体(16) 中，热分解处理中移动到反应器。如先前具体实施方式
描述的至少一层有机材料(14)或至少一个热导体，选择性放置在移动载体(16)中的混合物之间作为间隔物，以使当至少一层有机材料在950-1900°C温度下燃烧掉时，局部地区将形成空缺，在处理过程中将允许更好的从向层叠物供给热量，从而增加除去碳的速率以产生海绵铁。海绵铁萃取的主反应由铁氧化物源决定。如果铁氧化物源主要是轧制铁鳞；主反应应当是6Fe0+5C--^ 2Fe3C(固体)+3C02 (气体)(方程式 A)如果铁氧化物源主要是磁铁矿(Fe3O4)，主反应应当是Fe304+3C--^ Fe3C(固体)+2C02(气体)(方程式 B)如果铁氧化物源主要是赤铁矿(Fe2O3)，主反应应当是3Fe203+6. 5C--^ 2Fe3C(固体)+4· 5C02(气体)(方程式 C)主反应的确定应当基于铁氧化物源的判断，如果判断铁氧化物源包括超过一种类型的铁氧化物，应当采用平均法，如赤铁矿和磁铁矿相同比例混合的情况；计算应当使用方程式B和方程式C为主反应的平均结果。本发明实施例在这里描述。实施例1两层的层叠物包括2000g的第二层(12)，该第二层是86. 21%的200目的纯轧制铁鳞粉和13. 79%的200目的木炭粉组成的混合物。该层叠物的第一层(10)由260g技术上的纯轧制铁鳞粉组成。该层叠物放置在载体(16)中，然后引入到反应器中。该层叠物在非氧化环境下，于反应器中在1150°C的处理条件下加热30分钟。收集加热后的产品样品用于分析。这里的加热指加热的第一周期。分析之后，将产品样品研磨成粉并且放置在反应器中，以在非氧化环境下、1150°C以及30分钟时间进行加热处理的第二周期。收集第二周期处理后的产品样品以用于分析。第一周期加热和第二周期加热后的产品样品是海绵铁。 生产的海绵铁的重量是原始的两层的层叠物的重量的75%。结果在计算中，因为轧制铁鳞的成份主要是FeO，煤主要是碳，因此，在1150°C和30分钟时间的主总反应(第一周期)是6Fe0+5C--^ 2Fe3C(固体)+3C02 (气体)在该主反应中，在层叠物中，碳的化学计量量(木炭)是12.2%。因而，层叠物的总碳含量是2000gX0. 1379/2260g或总碳含量是等于化学计量量的12. 2%。结果第一周期之后通过该方法萃取的海绵铁含有82%的总铁和以Fe3C形式存在的6%的碳，以及单体碳。在该层叠物的第一层中，目测检查大约50%的轧制铁鳞粉还原成金属性铁，这些铁 “熔融”或溶解在第二层中。第二周期之后通过该方法萃取的海绵铁含有92%的总铁和主要以Fe3C形式存在的4%的碳。结论第一层中的纯轧制铁鳞粉在第一周期吸收第二层中的一些碳，部分还原成金属性铁。在第一周期中，处理条件能有效萃取海绵铁，但是由于时间短，不能满意金属化的水平， 这将在第二周期中进一步改善。实施例2 在移动载体(16)中，如同实施例1的两层的层叠物重复放置，在层叠物之间附加两层1.5mm厚度的纸作为有机材料(14)，该两层的层叠物进行如同实施例1的两个周期。结果第一周期之后通过该方法萃取的海绵铁含有86%的总铁和以Fe3C形式存在的4%的碳，以及单体碳。在该层叠物的第一层中，目测检查大约50%的轧制铁鳞粉还原成金属性铁，这些铁 “熔融”或溶解在第二层中。第二周期之后通过该方法萃取的海绵铁含有94%的总铁和主要以Fe3C形式存在的1. 5%的碳。结论用作有机材料(14)间隔物的纸，有效的增加了萃取反应的速率，并且降低了海绵铁中碳的水平。实施例3 在一个独立的处理中，根据主反应方程，将化学计量量的碳与轧制铁鳞粉混合，即 12. 2%的煤粉和87. 8%的轧制铁鳞粉。在非氧化环境中，将该混合物在1150°C温度下加热 75分钟。在该处理中，没有使用层叠物原料，处理中没有在移动载体(16)中将有机材料或热传导插入到层叠物中。并且，加热仅进行一个周期。结果萃取的海绵铁含有93%的总铁和主要 以Fe3C形式存在的3. 5%的碳。结论当仅使用化学计量量的煤，海绵铁萃取就达到满意的水平。然而，碳含量稍微有点高，这明显的可以通过在移动载体(16)中插入有机材料(14)共加工来降低。因此，本发明提供一种生产海绵铁的有效方法以及一种除去碳的简易方法，并且在生产海绵铁的处理中，除去碳可以在原位条件完成。这极大的增加了产品的产率并且同时保持了海绵铁的质量。
权利要求
1.一种生产海绵铁的方法，该方法包括如下步骤i)准备至少两层的层叠物，其中该至少两层包括，铁氧化物源的第一层，以及铁氧化物源和碳源的混合物的第二层；ii)在非氧化环境中，将步骤i)中的至少两层的层叠物在950-1900°C温度下进行加热处理；其中，第二层中的碳源等于或大于根据主反应的基于铁氧化物源的碳的化学计量重量。
2.根据权利要求1所述的生产海绵铁的方法，其特征在于，该海绵铁由粉末或多孔结构构成。
3.根据权利要求1所述的生产海绵铁的方法，其特征在于，该铁氧化物源不含碳。
4.根据权利要求1所述的生产海绵铁的方法，其特征在于，该铁氧化物源仅含有自致污碳或含碳物质。
5.根据权利要求1所述的生产海绵铁的方法，其特征在于，该第一层(10)的厚度是相对于该第二层(12)的厚度而言的，使得层叠物中碳的总重量等于或小于根据主反应的碳的化学计量重量。
6.根据权利要求1所述的生产海绵铁的方法，其特征在于，该至少两层的层叠物放置在移动载体(16)中，并且在加热处理中移动到反应器。
7.根据权利要求1所述的生产海绵铁的方法，在移动载体中(16)，至少一层有机材料 (14)或至少一个热导体放置在至少两层的层叠物之间。
8.根据权利要求7所述的生产海绵铁的方法，其特征在于，该至少一层的有机材料 (14)选自有机纤维材料、木制材料、聚合物材料或含碳物质。
9.根据权利要求7所述的生产海绵铁的方法，其特征在于，该至少一个热导体选自金属或金刚砂。
10.根据权利要求7所述的生产海绵铁的方法，其特征在于，该至少一层有机材料(14) 在950-1900°C温度范围内燃烧掉。
11.根据权利要求1所述的生产海绵铁的方法，其特征在于，该铁氧化物源选自轧制铁鳞粉、赤铁矿粉、磁铁矿粉、三氧化二铁、钢渣、废水处理产生的铁氧化物、或它们的任意组合。
12.根据权利要求1所述的生产海绵铁的方法，其特征在于，该碳源选自煤粉、木炭粉、 木材碎片、印刷油墨废水处理产生的含碳物质或它们的任意组合。
13.根据权利要求1所述的生产海绵铁的方法，其特征在于，该方法还包含如下步骤， 将步骤ii)后生产的海绵铁研磨成粉，在950-1900°C温度下将研磨成粉后的金属性铁加热 10分钟-36小时。
14.根据权利要求13所述的生产海绵铁的方法，其特征在于，该方法重复至少一次。
15.一种海绵铁，根据权利要求1-14的方法生产。
16.一种生产海绵铁的方法，其中该方法包括如下步骤i)将铁氧化物源和碳源混合，其中碳源等于或大于根据主反应的碳的化学计量重量；ii)在非氧化环境中，将步骤i)中的混合物在950-1900°C温度下进行加热处理；并且， 其中主反应基于铁氧化物源。
17.根据权利要求16所述的生产海绵铁的方法，其特征在于，该海绵铁由粉末或多孔结构构成。
18.根据权利要求16所述的生产海绵铁的方法，其特征在于，该铁氧化物源选自轧制铁鳞粉、赤铁矿粉、磁铁矿粉、三氧化二铁、钢渣、废水处理产生的铁氧化物、或它们的任意组合。
19.根据权利要求16所述的生产海绵铁的方法，其特征在于，该碳源选自煤粉、木炭粉、木材碎片、印刷油墨废水处理产生的含碳物质、或它们的任意组合。
20.根据权利要求16所述的生产海绵铁的方法，其特征在于，步骤i)中的混合物放置在移动载体(16)中，并且在加热处理中移动到反应器。
21.根据权利要求16所述的生产海绵铁的方法，其特征在于，在移动载体中(16)，至少一层有机材料(14)或至少一个热导体放置在铁氧化物源和碳源的混合物之间。
22.根据权利要求21所述的生产海绵铁的方法，其特征在于，该至少一层的有机材料 (14)选自有机纤维材料、木制材料、聚合物材料或含碳物质。
23.根据权利要求22所述的生产海绵铁的方法，其特征在于，该至少一个热导体选自金属或金刚砂。
24.一种海绵铁，根据权利要求17-23的方法生产。
全文摘要
本发明涉及一种生产海绵铁同时原位除去碳的方法。该生产海绵铁的方法包括如下步骤准备至少两层的层叠物，其中该至少两层包括铁氧化物源的第一层(10)，其不含碳、或仅含有自致污碳或含碳物；第二层(12)，其是铁氧化物源和碳源的混合物；在非氧化环境中，将该至少两层的层叠物在950-1900℃温度下进行热解处理10分钟-36小时。该第二层(12)中的碳源等于或大于符合主反应的碳的化学计量重量。非氧化热分解发生在反应器中。至少两层的层叠物放置在移动载体(16)诸如塔盘中，以容纳反应器中的该至少两层的层叠物。为了最大水平的除去碳并且为了缩短处理时间，至少一层有机材料(14)或至少一个热导体可以插入在层叠物之间作为间隔物。当至少一层有机材料在950-1900℃处理温度下燃烧掉时，增加了铁萃取反应速率。如果非氧化热分解处理之后，在第一层(10)中有微量没有还原的铁氧化物源，将生产的海绵铁研磨成粉，然后在上述相同的条件下加热以进行第二周期。该第二周期生产的海绵铁，具有更好的碳移除以及增加的海绵铁萃取速率。
文档编号C21B13/00GK102224263SQ201080003106
公开日2011年10月19日 申请日期2010年3月26日 优先权日2009年3月31日
发明者K·O·刘 申请人:Iop颜料厂有限公司