專利名稱：粒狀精煉鐵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及由含有鐵氧化物(如鐵礦石)和含碳還原劑(如焦炭)材料還原熔融制成的精煉鐵塊礦，該精煉鐵塊礦含有高的鐵純度，特定的C、S、Si和Mn含量和特定的直徑。
背景技術：
采用含碳物質或還原性氣體直接還原鐵氧化物原料(如鐵礦石)來制造還原鐵的直接還原鐵工藝是眾所周知的。關于還原工藝的具體細節(jié)和連續(xù)還原裝置已進行了大量的研究。比如，日本未審查專利申請公開號11-337264公開了一種可以有效地連續(xù)生產還原鐵的旋轉爐。其中，在還原過程中對未燒結的但采用粘結劑固化的鐵氧化物原料(如煉鋼粉塵或精礦和含碳物質)混合物顆粒進行加熱，這就可以阻止當快速加熱濕的未燒結顆粒時由于預熱區(qū)域的裝料而引起的爆炸。在通過加熱和還原含有鐵氧化物原料和還原劑制造精煉鐵的技術(包括上述的技術)中，由于采用了鐵礦石等物質，渣中大量的組分會混入最后的精煉鐵中。特別是在海綿鐵的制造過程中，由于精煉鐵中的渣組分分離較困難，其中的鐵純度是很低的。因此，當這些材料被用作鐵原料時，對渣進行預處理以去除渣中的大量組分是必要的，而且，用公知的直接鐵還原工藝制造的精煉鐵，幾乎所有的都是海綿鐵，因此把它們作為鐵原料是困難的，因為這類精煉鐵較脆。為了確實地采用這類精煉鐵作為冶煉鐵、鋼和合金鋼的原料，采用工藝(如二次工藝)將它們造塊是很必要的，而且附加設備的費用也是值得考慮的。日本未審查的專利申請?zhí)?-256017公開了一種具有高金屬化率的制造精煉鐵塊礦的方法，該方法包括將含有鐵礦石和含碳還原劑團塊加熱并還原至精煉鐵外皮成形，則當在內部形成采出渣塊時就基本上不會含有鐵氧化物，繼續(xù)加熱使內部的渣流到精煉鐵外皮的外部以分離渣，再加熱使精煉鐵外皮熔化。在公知的精煉鐵塊礦制造工藝(包括那些傳統(tǒng)技術)中，還沒有一種能夠有效地制造用于煉鐵、鋼和合金鋼且直徑在特定的范圍并兼顧原料質量和處理方便的技術。對于精煉鐵塊礦的純度，雖然優(yōu)選含雜質少，鐵純度高的精煉鐵塊礦，但對作為煉鐵和煉鋼原料的精煉鐵塊礦中的碳含量進行優(yōu)化的想法還沒有成形。而且，也沒有將碳含量控制在特定范圍內的制造技術產生。而且，當通過還原鐵氧化物(如礦石)制造精煉鐵時，焦炭或煤份一般作為還原齊U。然而，這些還原劑一般含有較高的s含量。由于在精煉鐵生產中混有還原劑，因此最終的精煉鐵塊礦中的s含量也較高。所以，在精煉鐵塊礦用作煉鐵或煉鋼的原料之前，必須進行脫硫處理。這也是計算精煉鐵塊礦質量降低的主要原因。因此，為了通過還原熔化工藝得到高質量的精煉鐵塊礦，僅僅希望提高其鐵純度是不夠的。一種可靠的制造精煉鐵的技術，其中的雜質含量(如S含量)是特定的且尺寸是在考慮生產可能性和處理質量后優(yōu)化的，此技術還應該能夠滿足市場的需求(如冶煉鐵、 鋼和不同合金鋼時材料選擇的靈活性和煉鐵和煉鋼成本的降低，如所需電爐的建設)。本發(fā)明是基于上述的背景開發(fā)的。本發(fā)明的目的是提供一種質量穩(wěn)定并具有作為鐵原料的整體生產可能性和處理質量的優(yōu)化尺寸的精煉鐵，其中精煉鐵塊礦中的雜質成分 (如C和S含量)是特定的。本發(fā)明的精煉鐵塊礦能夠滿足市場需求(如制造精煉鐵時原料選擇的靈活性和煉鐵或煉鋼成本的降低，如電爐)。

發(fā)明內容
克服了上述問題的本發(fā)明精煉鐵塊礦中鐵含量為94% (質量百分數(shù)，組分含量為質量百分數(shù))或更多，C含量為1. 0至4. 5 %，S含量為0. 20 %或更少，直徑為1至30mm，精煉鐵塊礦通過將含有含碳還原劑和含鐵氧化物材料還原熔化制得。本發(fā)明的精煉鐵塊礦不一定為球形。具有橢圓形、卵形和稍微成形的顆粒都包括在本發(fā)明的精煉鐵塊礦中。塊礦的直徑為1至30mm，由主軸和次軸總長以及塊礦的最大和最小厚度除以4得出。優(yōu)選地，精煉鐵塊礦中還可含有0. 02至0. 5%的Si和少于0. 3%的錳。 精煉鐵塊礦通過加熱原料以使其中的金屬氧化物與含碳的還原劑進行反應，這些反應會產生還原氣體以使金屬氧化物還原成固體狀態(tài)，繼續(xù)在還原氣氛中加熱生成的還原鐵以使其滲碳并熔融并使還原鐵凝聚(cohesion)并將副產品爐渣排出。在這個過程中，力口入含有CaO的料以調整物質中渣組分的堿度(即Ca(VSiO2)至0. 6到1. 8的范圍。在此方法中，物質中的S含量將被還原熔化產生的渣充分吸收，進而可以得到S含量為0. 08%或更少的塊礦。調整含碳還原劑的量以使當固體還原后精煉鐵塊礦的金屬化率為100%時，物質還原熔化過程中的殘留碳含量為1. 5至5. 0%。在該方法中，殘留碳含量可以控制在上述的范圍。附圖簡要說明

圖1為制造本發(fā)明精煉鐵塊礦的一種還原熔化裝置的示意圖。圖2為沿A-A方向的圖1的橫截面圖。圖3為圖1縱向展開橫截面示意圖。圖4為標有本發(fā)明中采用兩段式加熱工藝時大氣溫度、原料團塊(compact)溫度、 還原率、和通過固體-還原階段和熔化階段的CO和CO2的量的變化的曲線圖。圖5為標有殘留鐵含量和在固體-還原階段和熔化階段中原料團塊中金屬氧化物的金屬化率的曲線圖。圖6為當金屬化率為100%時還原鐵中的殘留碳含量和最終產品精煉鐵塊礦中殘留碳含量的關系圖。圖7為金屬化率和還原度關系圖。圖8為標出采用煤份作為氣氛調節(jié)劑和不采用煤份作為調節(jié)劑時氣體還原度和原料團礦中內部溫度的變化圖。圖9為生產試驗中剛剛滲碳和熔化后精煉鐵和渣的照片。
圖10的試驗曲線表明精煉鐵塊礦的S含量可以通過往原料團塊中有意加入CaO 調節(jié)渣堿度而減少。 圖11為精煉鐵塊礦中的S含量與產生的渣的堿度之間的關系。圖12為表示了材料的成分，產品的比例和成分(如采用實施例中的制造工藝生產的精煉鐵塊礦)的示意圖。圖13為按照實施例1準備的精煉鐵塊礦的照片。圖14的示意圖表示了物質的成分，產品的比例和成分(如采用另一實施例中的制造工藝生產的精煉鐵塊礦)。圖15為按照實施例2準備的精煉鐵塊礦的照片。圖16示出了原料團礦(干團粒)直徑和平均直徑和生產的精煉鐵塊礦平均質量的關系。優(yōu)選的實施方式本發(fā)明的精煉鐵塊礦為通過還原_熔化含有含碳還原劑和含鐵氧化物的原料制成的顆粒精煉鐵。精煉鐵塊礦含有94%或更多(優(yōu)選96%或更多)的Fe和1. 0至4. 5% (優(yōu)選2. 0至4. 0 % )的C。優(yōu)選地，精煉鐵塊礦的S含量為0. 20 %或更少，更優(yōu)選地，0. 08 % 或更少，直徑范圍為1至30mm(更優(yōu)選3至20mm)。設定這些范圍地原因如下。精煉鐵塊礦中的Fe含量是控制精煉鐵塊礦質量的主要因素。自然地，F(xiàn)e純度越高，即，雜質含量越少越好。在本發(fā)明中，所需的Fe純度為94 %或更高，最好為96 %或更多。 原因如下。當用于煉鐵和煉鋼的精煉鐵塊礦中的雜質含量超過5%時，原料中的雜質會浮于爐的表面而形成難于去除的渣。而且，由于溶于熔融鋼中的元素(如S、Mn、Si和P)會損壞采用精煉鐵制成的最終產品的物理性能，所以在精煉過程中進行脫硫、脫磷和脫硅是很必要的。這些基本處理都需要一定的時間和努力。因此，本發(fā)明精煉鐵塊礦中的Fe含量至少為64%，最好為至少96%。當采用精煉鐵煉鋼時，為了確保鋼種中合適的碳含量，精煉鐵塊礦中的碳含量是關鍵的，而且對增加作為原料鐵的多功能性也是很重要的。因此，精煉鐵塊礦中的碳含量優(yōu)選至少為1.0%，最好為至少2.0%。當精煉鐵中碳過量時，采用該精煉鐵制成的鋼或合金鋼的韌性和抗震性能就會受到嚴重影響，從而導致鋼或合金鋼變脆。因此，在精煉過程中進行脫碳處理(如噴吹)就很必要了。為了在不增加這些附加工序和阻力的條件下，采用精煉鐵塊礦作為煉鐵和煉鋼的原料，C含量必須為4. 5%或更少，最好為4. 0%或更少。雖然，S能夠用于增加一些鋼種的切削性能，但是它也會損壞鋼的物理性能，因此通常也是不希望有的。作為原料使用的本發(fā)明精煉鐵塊礦的S含量優(yōu)選0.20%或更少， 最好為0. 08%或更少。為了增加作為鐵原料的精煉鐵塊礦的適用范圍，以便于使精煉鐵塊礦運用于不同的煉鋼過程，其Si的含量應該在0. 02至0. 5%的范圍，Mn的含量應該小于 0. 3%。與高爐制造的其它一般的生鐵相比，具有上述C、S、Si、和Mn含量的本發(fā)明的精煉鐵塊礦有很多優(yōu)點。高爐制造的生鐵中一般含有4. 3至4. 8%的C，0. 2至0. 6%的Si和 0. 3至0. 6%的Mn，雖然高爐制造的生鐵中C、S、Mn、Si等的含量隨金屬氧化物和所用焦碳的種類、操作條件等的不同而不同。特別是在高爐煉鐵過程中，產生的熔化精煉鐵在存在大量焦碳還原氣氛較高的高爐底部進行滲碳，因此，其碳含量幾乎是飽和的。因為作為脈石成分的SiO2在大量焦碳存在的高溫氣氛下會被還原，所以熔融精煉鐵大約會有0. 2至0. 6% 的Si，得到Si含量小于0. 20%的熔融精煉鐵是很困難的。而且，由于MnO比SiO2易還原， 當鐵礦石原料中含有大量的MnO時，在高還原氣氛下，MnO就會被還原。因此，熔融精煉鐵中的Mn含量就不可避免的會高。相反地，采 用下述工藝制造的本發(fā)明的精煉鐵塊礦含有1. 0至4. 5%的C，0. 02至 0. 5%，最好少于0. 2%的Si和少于0. 3%的Mn。本發(fā)明的精煉鐵塊礦的組成不同于上述的一般精煉鐵。而且，如下所述，為了增加渣組分的堿度，本發(fā)明的精煉鐵塊礦中在制造原料團塊的工藝中添加了 CaO，從而減少了 S含量。本發(fā)明的精煉鐵塊礦與采用一般的工藝制造的精煉鐵(其中的S含量為0. 08%或更少)有很大差別。本發(fā)明的精煉鐵塊礦具有范圍為1至30mm的直徑是必要的。由于細粉渣成分易于和這些微?；旌隙疫@些精煉鐵微粒易于飛掉，所以直徑小于Imm的微粒會引起質量和處理問題。直徑的上限根據(jù)確保得到所需制造限制的預定水平Fe純度而確定。為了得到直徑超過30mm的大塊礦，必須采用大型的團塊作原料。采用如此大的團塊原料，在制造精煉鐵塊的固體還原、滲碳和熔化(尤其是固體還原)過程中，向團塊料的內部導熱的時間就會很長，從而減小了固體還原的效率。而且由于內聚力的存在，滲碳后熔融金屬的混合和熔化就不能同時進行。因此，產生的精煉鐵塊就會有復雜和不規(guī)則的形狀，而且也不能形成具有統(tǒng)一的直徑和質量的精煉鐵塊。鐵塊礦的尺寸和形狀受很多因素的影響，包括上述的團塊尺寸，原料的組成(金屬氧化物的類型和爐渣組成)，固體還原后的滲碳量，爐內空氣的溫度(特別是滲碳、熔化和凝聚發(fā)生區(qū)域的空氣溫度)和團塊料裝入還原-熔化爐密度的供料密度。供料密度和團塊料的尺寸對其有同樣的影響。供料密度越大，越有可能由于內聚和混合而使通過滲碳和熔化制得的熔化精煉鐵在爐內形成大的塊礦。通過逐漸地增加團塊的供料密度和爐內團塊料的堆積，精煉鐵混合成大型塊礦的機會就會增大。然而，如果供料密度非常大時，爐內的傳熱比就會減小，因而固體還原比就不能增大。而且，均勻結合和混合就變得困難，最終的精煉鐵塊就會具有復雜而不規(guī)則的形狀。就不能獲得具有相同的尺寸和相同直徑的精煉鐵塊。當制成的精煉鐵塊的直徑為30mm或更大時，這些由團塊料尺寸等引發(fā)的問題就會變得非常敏感。當制成直徑為30mm或更小的塊礦時，這些問題就不會發(fā)生，就可以得到相對一致的直徑為30mm或更小和形狀相對一致的塊礦。考慮到上述問題，本發(fā)明的直徑限制在30mm或更小。必須申明的是直徑在3至15mm范圍內的塊礦可以具有高度統(tǒng)一的直徑、 形狀和質量。生產的精煉鐵塊的尺寸還受團塊料中所含的鐵礦石種類和性質的影響，一般地， 當采用錳鐵礦石作為鐵氧化物原料時，其結合性能較好。然而，并不是所有的團塊料都必須結合到精煉鐵塊中去。一種團塊料中的鐵含量常常會形成兩種或三種塊礦。這種現(xiàn)象的原因還不是很清楚，但是氧含量的不同、鐵礦石的晶粒結構的不同以及來源于脈石組成的爐渣組成的不同有可能是其原因。無論如何，在生產的塊礦直徑為30mm或更小時，可以形成具有相對相同尺寸和形狀的精煉鐵塊。本發(fā)明的精煉鐵塊符合所有上述的要求，可以有效地用作采用各種設備(比如電爐)進行鐵、鋼和合金冶煉的煉鐵、鋼或合金鋼的鐵原料。

下面將對照圖形，對用于制造符合上述要求精煉鐵塊的方法的一個實施例進行描述。圖1至圖3是發(fā)明人為了制造本發(fā)明精煉鐵塊而所采用的一個旋轉型還原-熔化爐的示意圖。還原-熔化爐具有一個環(huán)形的可移動爐膛和一個圓頂型結構。圖1為它的示意圖，圖2為圖1沿A-A方向的橫截面圖，為了便于理解，圖3為可移動爐膛沿活動的方向的橫截面圖。在圖中，參考數(shù)字1代表旋轉爐，參考數(shù)字2代表覆蓋于旋轉爐的爐殼。裝配的旋轉爐1通過一驅動器(圖中為示出)以一定的速度進行旋轉。大量的燃燒器安裝于爐殼2的壁上的適當位置。從燃燒器3中的燃燒熱和輻射熱作用于旋轉爐1上的團塊料上以使其進行熱還原。圖中所示的爐殼2為優(yōu)選實施例，它被三個隔板kp K2、K3分割為第一區(qū)Z1,第二區(qū)Z2,第三區(qū)Z3和第四區(qū)Ζ4。在爐殼2的旋轉方向上的最上流，為面向旋轉爐膛1的用于加入原料和輔助原料的給料器4。在旋轉方向的最下流，即給料器4的上流位置，由于旋轉結構，給出了卸料器6。操作此還原-熔化爐時，使旋轉爐膛1按照預定的速度進行旋轉，同時將含有鐵礦石等的原料團塊和含碳物質從給料器4輸入直到達到合適的位置為止。置于旋轉爐膛1中的團塊料，當通過第一區(qū)Z1時，得到來自燃燒器3中的燃燒熱和輻射熱。團塊中的金屬氧化物，由于其含碳物質的存在會在保持固態(tài)的條件下被還原，并通過燃燒含碳物質而產生一氧化碳。接下來，團塊在第二區(qū)Z2中通過加熱被繼續(xù)還原。最終被完全還原的鐵在第三區(qū) Z3中繼續(xù)在還原氣氛下進行加熱，使還原鐵滲碳和熔化，同時使還原鐵與副產品爐渣中分離而生成鐵塊，即精煉鐵塊。接著，對最終的精煉鐵塊在第四區(qū)Z4中通過合適的冷卻方法C 進行冷卻和凝固，然后在冷卻裝置C的下流通過卸料器6將其卸掉。同時，將鐵礦石中來自脈石的副產品爐渣等也卸掉。在渣和精煉鐵裝入料倉H后，采用適合的分離裝置(如篩分和磁選裝置)將副產品爐渣從精煉鐵中分離。最終的精煉鐵含鐵純度為大約94%或更高， 優(yōu)選為96%或更高，并含有極少量的渣成分。需要說明的是，圖中的第四區(qū)Z4為開放式的，最好是在第四區(qū)Z4增加一個蓋子以盡可能地阻止熱的耗散從而適當?shù)卣{節(jié)實際操作中爐內的氣氛。而且，雖然，在該實施例中旋轉爐膛被三個隔板ki、K2、K3分割為第一區(qū)Z1,第二區(qū)Z2,第三區(qū)Z3和第四區(qū)Z4，但爐子的區(qū)域劃分并不限于這種結構。自然地，區(qū)域的劃分應該根據(jù)爐子的尺寸、所需的生產能力、 操作模式等來進行改變。然而，為了有效地制造本發(fā)明的精煉鐵塊，優(yōu)選地，至少應該在熱還原的第一個前半個期間的固體-還原區(qū)域和熱還原的第二個后半個期間的滲碳、熔化和結合區(qū)域之間配置隔板以使爐內氣氛和氣體氣氛可以分別進行適當?shù)目刂?。在上述的還原_熔化過程中，當還原(固體還原期間)氣氛溫度非常高，即在還原過程的一定時期，當氣氛溫度超過爐渣組分(包括脈石成分、未還原的鐵氧化物等)的熔點時，鐵氧化物(FeO)就會在被還原前熔化。因此，由于熔化鐵氧化物和含碳物質中的碳發(fā)生反應，熔化_還原就會快速進行。值得注意的是，熔化_還原現(xiàn)象中物質在熔化狀態(tài)下被還原，與在固態(tài)還原是不同的。精煉鐵還可以通過熔化-還原進行生產；然而，當還原在熔化狀態(tài)下發(fā)生時，從副產品爐渣中分離還原鐵是很困難的。而且，還原鐵以海綿鐵的形態(tài)存在，這是很難制造塊礦的，且還原鐵中的爐渣含量也會很高。因此，取得本發(fā)明規(guī)定的Fe含量范圍就會很困難。而且，由于內聚力存在，通過混合而成的熔化精煉鐵可能會在爐膛中流動而形成扁平體而不是顆粒狀。圖4為用以鐵塊礦為鐵氧化物原料和以煤為含碳還原劑的團塊料(顆粒直徑為16 至19mm)反應狀態(tài)圖，所用的爐子氣氛溫度約為1300°C (見圖中的直線1)以使團塊料能夠在固態(tài)下進行還原直至還原率達到100% (團塊料中鐵氧化物中氧消失)，然后將還原的鐵裝入溫度控制在約1425°C的熔化區(qū)(見直線2)以熔化所述還原鐵，熔化區(qū)開始時間如直線3所示。圖中還給出了球團料內的溫度、爐內的氣氛溫度和還原過程中二氧化碳和一氧化碳隨時間而生成的變化。團塊料中的溫度采用預先插入的熱電偶連續(xù)地進行測定。從圖中可以明顯地看出。為了使裝入爐中的團塊料保持固體狀態(tài)，并使團塊料的還原率達到(氧的去除率)80% (圖4中的A點)或更多，更優(yōu)選94% (圖4中的點B)或更多，為了進行固體還原，爐內的溫度最好保持在1200°C至1500°C范圍之間，更優(yōu)選1200°C 至1400°C。接著將溫度增加至1350°C至1500°C以使殘留的鐵氧化物還原并使產生的精煉鐵通過滲碳和熔化形成塊礦。根據(jù)這種兩階段加熱工藝，高Fe純度的精煉鐵塊就可以可靠而有效地生產了。圖4中橫軸表示的時間依團塊中的鐵礦石或含碳物質的成分而變化。一般地，鐵氧化物的固體還原、熔化、內聚和混合的完成和精煉鐵塊的制造在10至13分鐘可以結束。如果團塊料的固體還原在還原率小于80%時停止而開始了熔化過程，就會產生海綿狀精煉鐵，用此精煉鐵來制成塊礦是很困難的。而且，在得到Fe含量為94%或更多的精煉鐵也是很困難的。相反地，當固體還原進行到還原率達到80%或更多時，F(xiàn)e含量就會達到94%或更多，接下來的滲碳、熔化和內聚過程就能進行，團塊料中殘留的FeO就能被充分還原而不必考慮團塊料中鐵礦石的種類和成分。而且，在接下來的滲碳和熔化步驟中，塊礦還可以在排渣的同時長大。因此就會得到高Fe純度，直徑相對均一的精煉鐵。如圖4第一部分所示的固體_還原區(qū)域，能夠確保得到高還原率的有利爐溫為 1200°C至1500°C，更優(yōu)選1200°C至1400°C。當爐溫小于1200°C時，固體還原進程就會減慢，因此在爐內的停留時間就會延長，從而導致生產率下降。當爐溫為1200°C或更高，尤其是為1500°C或更高時，精煉鐵塊就會相互結合成不規(guī)則的大型塊礦，這樣的塊礦作為產品是不利的。精煉鐵塊在1400°C至1500°C的溫度范圍內，也有可能不會相互結合成大型塊礦， 這依賴于原料中鐵礦石的成分和數(shù)量。然而這種可能性和幾率是很低的。因此，固體還原的溫度優(yōu)選1200°C至1500°C，更優(yōu)選1200°C至1400°C。在實際操作中，有可能在固體還原期的早期將爐溫調整到1200°C，而到了固體還原期的晚期將爐內溫度增加到1200°C至 1500 "C。將在固體-還原區(qū)進行還原的團塊輸送到1425°C高溫的爐子的熔化區(qū)。團塊內部溫度的升高如圖4所示，當?shù)竭_點C后開始下降，然后又開始增加直到達到預定的溫度 1425°C為止。C點溫度的降低是由伴隨著還原鐵的熔化的潛熱引起的，即點C可認為是熔化的開始點。開始點基本由還原鐵顆粒中殘留碳含量決定，殘留碳和CO氣體的滲碳和還原鐵的熔化的加速都可導致還原鐵熔點的下降。為了快速熔化還原鐵，為了保證滲碳的進行，固體還原后的還原鐵中必須含有足夠量的碳，殘留碳的含量決定于鐵礦石的量和制造團塊料時所用的含碳物質。通過試驗，發(fā)明人已經證實，在固體還原期的最終還原率達到100% (即當金屬化率達到100% )時，將固體還原物質中的含碳物質的量調整為殘留碳含量(即過剩碳量)為1. 5% C時，還原鐵就可以快速滲碳，因而就會引起熔點的下降。因此還原鐵就可以在1300°C至1500°C的溫度范圍內通過內聚和混合快速形成適當直徑的塊礦。值得注意的是，當固體還原碳中的殘留碳量少于1. 5%時，由于滲碳時碳的缺乏，還原鐵的熔點就不能充分降低，加熱溫度就會升高到1500°C或更多。 當滲碳量是零，即，涉及到純鐵時，熔點是1530°C，通過在高于此溫度的溫度下加熱可以熔融還原鐵。但是，在實際的爐子中，為了降低加在爐子耐火材料上的熱負荷，操作溫度優(yōu)選很低。操作溫度優(yōu)選約為1500°C或更低。具體來說，優(yōu)選將操作條件調節(jié)到使在熔融開始點C后的溫度升高約50-200°C，熔融開始點C是熔融和凝聚期間開始的時候。為了平穩(wěn)和有效地進行上述固體還原、滲碳和熔融，滲碳和熔融期間的溫度優(yōu)選比固體還原期間的溫度高50-200°C、更優(yōu)選高50-150°C。在本發(fā)明中，成品精煉鐵塊中的最終碳含量必須是1.0-4.5 %，更優(yōu)選 2. 0-4. 0%。最終碳含量基本上取決于制備材料團塊中使用的含碳物質的量和固體還原期間的氣氛調節(jié)。特別是碳含量的下限取決于固體還原末期的還原鐵中的殘留碳含量和固體還原期間后面的期間內停留時間(滲碳量)。如果在確保殘留碳含量為1. 5%的同時在如上所述的固體還原末期幾乎達到100%的還原率，則成品精煉鐵塊的碳含量可以是1.0%或更高。另外，本發(fā)明的發(fā)明人還證明了當固體還原完成時還原鐵中的殘留碳含量是5.0%且該還原鐵的滲碳、熔融和凝聚是在隨后的熔融和凝聚期間進行的時，得到的精煉鐵塊中的碳含量可以升高到4. 5%。但是，為了確保得到具有最終碳含量為2. 0-4. 0%的精煉鐵塊， 優(yōu)選將固體還原完成后還原鐵中的殘留碳含量控制為1. 5-4. 5%。至于工藝中的保護氣體，在快速進行固體還原期間，金屬氧化物與材料團塊中含碳物質的反應產生大量C0，因為自我屏蔽效應，所以臨近團塊的區(qū)域能夠保持很高的還原氣氛。但是，在固體還原的末期及隨后的滲碳和熔融期間，CO的生成量急劇下降。因此，不能希望由于自我屏蔽效應而防止再氧化。圖5示出金屬化率、殘留FeO和固體還原得到的材料中殘留碳含量之間的關系的測試結果。如圖所示，隨著固體還原反應的進行，即，隨著金屬化率的增加，F(xiàn)eO減少。達到圖中所示的直線1時，在爐內溫度控制為1200-1500°C時進行材料團塊的固體還原。然后在控制溫度為1350-1500°C的高還原氣氛中進行還原鐵的滲碳、熔融和凝聚。在此期間，金屬化率、殘留FeO和殘留碳之間的關系如直線1右邊部分所包括的曲線所示變化。圖5中的曲線⑴和(2)示出金屬化率和殘留碳含量之間的關系。曲線⑴是當殘留碳含量是1.5%和當金屬化率是100%時的曲線，曲線(2)是當殘留碳含量是3.0%和當金屬化率是100%時的曲線。為了得到本發(fā)明的精煉鐵塊，在制備材料團塊期間優(yōu)選對含碳物質的量進行控制，使殘留碳含量在曲線(1)上面。注意即使當在制備材料團塊中使用預定量的含碳物質時，金屬化率是100%時的殘留碳含量也會略微變化，這取決于爐內保護氣體的還原度。因此，應當根據(jù)操作中使用的保護氣體的還原度適當調節(jié)含碳物質的量。在任何情況下都優(yōu)選調節(jié)開始時的含碳物質的量，使金屬化率是100%時的最終殘留碳含量是1. 5%或更高。圖6示出金屬化率是100%時的殘留碳含量與得到的精煉鐵塊中C含量之間的關系的測試結果。當殘留碳含量是1. 5-5. 0%時，得到的精煉鐵塊可確保具有1. 0-4. 5%的C含量。當殘留碳含量是2. 5-4. 5%時，得到的精煉鐵塊可確保具有2. 0-4. 0%的C含量。在上述說明中，用兩個指數(shù)，即金屬化率和還原率表示FeO的還原狀態(tài)。金屬化率和還原率的定義如下。二者的關系如圖7所示。二者的變化關系取決于用作鐵氧化物源的鐵礦石種類。圖7示 出當用磁鐵礦(Fe3O4)作為鐵氧化物源時二者之間的關系。金屬化率=[生成的精煉鐵塊/ (生成的精煉鐵塊+鐵礦石中的鐵)]xl00(% )還原率=[還原過程中脫除的氧量/材料團塊中含有的鐵氧化物中的含氧量] χ100(% )在制備本發(fā)明的精煉鐵塊中使用的還原熔融爐使用燃燒器加熱上述材料團塊。在前面參看圖4所述的固體還原期間，加入爐內的材料團塊中的鐵氧化物源和含碳物質相互反應，生成大量CO氣體和少量CO2氣體。因為材料團塊釋放的CO氣體自身的屏蔽效應使得鄰近材料團塊的區(qū)域能夠保持足夠高的還原氣氛。但是，在固體還原期間的后期和末期，CO氣體的量迅速減少，導致自我屏蔽效應減弱。因此，還原鐵易于受到廢氣，即燃燒器加熱產生的氧化氣如CO2和H2O的影響，可能發(fā)生還原精煉鐵的再氧化。另外，固體還原完成后，由于用團塊中的殘留碳進行還原鐵的滲碳， 所以將進行還原鐵細粒的熔融和凝聚，并且滲碳使熔點降低。在這一階段，還由于自我屏蔽效應的減弱，所以還原鐵可能易于發(fā)生再氧化。為了在固體還原后有效進行滲碳、熔融和凝聚以確保Fe純度為94%或更高，從而在盡可能防止由于這種再氧化所造成的Fe純度降低的同時得到具有適當直徑的精煉鐵塊，優(yōu)選將滲碳和熔融區(qū)內的保護氣體的組成進行優(yōu)化。鑒于上述原因，對在固體還原完成后的滲碳和熔融過程中防止還原鐵再氧化的同時能夠有效進行滲碳和熔融的氣氛條件進行測試，現(xiàn)在參考圖8說明測試結果。在這些實驗是使用箱式爐，在滲碳和熔融階段用煤粉作為氣氛調節(jié)劑。在爐床上鋪置足夠厚的煤粉床層以在滲碳和熔融過程中保持很高的還原氣氛。具體來說，用具有不同粒度的煤粉作為氣氛調節(jié)劑。在氧化鋁塔盤上鋪置的煤粉床層厚度約為3mm，將直徑約為19mm的50-60個材料團塊置于煤粉床層上。將熱電偶插在這些材料團塊的一個上。材料團塊加入箱式爐。測定加熱過程中復合物的溫度，測定生成氣體的組成，以判斷生成的精煉鐵再氧化的可能性。注意調節(jié)電爐內溫度，使最高爐溫約為 1450°C，爐內保護氣體的原始組成為CO2 :20%,N2 :80%。圖8給出實驗結果，其中，隨著時間的推移測定當逐步升高電爐內溫度時用上述熱電偶探測的材料團塊溫度和保護氣體組成。橫軸表示溫度變化，縱軸表示保護氣體的簡化還原度(CO)/(C0+C02)。該圖繪出四個實驗結果。曲線(3)表示不用氣氛調節(jié)劑時的實驗結果。曲線(4)表示用平均直徑大于3. Omm的粗煤粉作為氣氛調節(jié)劑時的實驗結果。曲線⑴和⑵表示使用直徑為2. Omm或更小的細煤粉A和B時的實驗結果。該圖還繪出 FeO-Fe平衡曲線和Fe3O4-FeO平衡曲線。圓圈區(qū)域表示在這些實驗中固體還原反應近于完成而還原鐵的滲碳、熔融和凝聚開始的時段。為了防止鐵氧化物再氧化，為了得到高Fe純度的精煉鐵塊，在這些時段內控制保護氣體特別重要。從該圖可以清楚地看出曲線(3)表示不用氣氛調節(jié)劑時的實驗結果，表示還原鐵的滲碳、熔融和凝聚開始的區(qū)域C遠低于FeO-Fe平衡曲線。這說明整個還原鐵熔融的同時，一部分進行了還原熔融。在該實驗中仍然能夠得到精煉鐵，但是如上所述，當發(fā)生還原熔融時，得到的鐵很可能是海綿形狀，因此易于制成鐵塊。但是，精煉鐵的Fe純度不足夠
尚ο相反，曲線(1)和(2)表示使用細煤粉時的實驗結果。從該圖可以清楚地看出保護氣體的還原度大幅改善。另外，其中還原鐵的滲碳、熔融和凝聚發(fā)生的區(qū)域A高于FeO-Fe 平衡曲線，這意味著這些實驗能夠防止FeO的生成。曲線(3)表示使用粗煤粉時的實驗結果。在該實驗中，其中還原鐵的滲碳、熔融和凝聚發(fā)生的區(qū)域B略低于FeO-Fe平衡曲線，這意味著可能發(fā)生了一定程度的再氧化。但是，對生成的精煉鐵的組成進行測試的結果證明在該實驗中基本沒有發(fā)生再氧化。這些實驗還證明至少在滲碳、熔融和凝聚開始的過程中將保護氣體的還原度控制為至少是0. 5，優(yōu)選至少0. 6，更優(yōu)選至少0. 7，最優(yōu)選高于FeO-Fe平衡曲線能夠有效生產 Fe含量為94%或更高而碳含量為1. 0-4. 5%的精煉鐵塊。用這種方法能夠使?jié)B碳、熔融和凝聚平穩(wěn)進行，而不會使固體還原生成的還原鐵再氧化。對圖8所示的實驗數(shù)據(jù)進行直接分析后表明在簡化還原度為0. 5-0. 7時可能發(fā)生很大程度的再氧化。但是，該實驗只測試了保護氣體的再氧化度；因為材料團塊和氣氛調節(jié)劑內部存在有殘留碳，所以實際材料團塊內部或實際材料團塊附近的氣氛仍然保持很高的還原氣氛。另外，當氧化氣進入實際材料團塊附近區(qū)域時，爐床上部氣氛中的氧化氣如 0)2和吐0易于被含碳氣氛調節(jié)劑還原。因此，可以假定即使當測定的氣氛還原度為0. 5-0.7 時，也不會發(fā)生再氧化。應當注意在還原度小于0. 5時，生成的精煉鐵易于再氧化，因為滲碳不充分而使得精煉鐵的凝聚和精煉鐵塊的形成難以進行，難以得到直徑處于本發(fā)明范圍內的精煉鐵塊。還原鐵的滲碳、熔融和凝聚完成后，保護氣體的還原度迅速下降。但是，在實際作業(yè)中，已經熔融和凝聚的精煉鐵在此時幾乎完全與副產品爐渣分離。因此，保護氣體幾乎影響不到精煉鐵，冷卻和固化這種精煉鐵就可有效地生產高Fe含量和低爐渣雜質含量的精煉鐵塊。從上面的說明可以清楚地看出在滲碳、熔融和凝聚過程中，為了更可靠地防止再氧化，用作氣氛調節(jié)劑的煤粉優(yōu)選粉碎成直徑為3mm或更小，更優(yōu)選2mm或更小的煤粉。從實際作業(yè)爐的產率和操作方面考慮，煤粉直徑最優(yōu)選為0. 3-1. 5mm。煤粉床層厚度沒有強行限定，但是煤粉床層厚度優(yōu)選約為2mm或更大，更優(yōu)選3mm或更大，因為厚度過小時，用作氣氛調節(jié)劑的煤粉量不夠。厚度的上限沒有強行限定，但是，因為厚度過大時，氣氛調節(jié)作用已經達到飽和，所以從實際作業(yè)和節(jié)約成本方面考慮，優(yōu)選將厚度限定為約7mm或更小，更優(yōu)選約6mm或更小。只要能夠釋放C0，可以用任何材料作為氣氛調節(jié)劑。這些材料的例子包括煤、焦炭和木炭。這些材料可以單獨或結合使用。在將材料團塊加到爐床上面之前可以將氣氛調節(jié)劑鋪置在爐床上面。在這種情況下，氣氛調節(jié)劑在還原熔融過程中還具有保護爐床耐火材料的作用，防止爐渣滲出。但是， 因為氣氛調節(jié)劑在固體還原后的滲碳、熔融和凝聚過程中發(fā)揮作用，所以就在材料團塊開始滲碳和熔融之前從爐床上面噴灑氣氛調節(jié)劑也是有效的。根據(jù)上述方法，因為滲碳和熔融過程中保護氣體的還原度提高，所以能夠防止還原鐵再氧化，能夠有效進行鐵塊的滲碳、熔融和形成。因此能夠有效地生產具有高Fe含量和合適粒度的精煉鐵塊。在此過程中，為了有效地進行從固體還原到滲碳、熔融和凝聚的一系列步驟，優(yōu)選根據(jù)各個步驟單個控制溫度和保護氣體。具體來說，為了如上所述防止還原熔融反應，固體還原期間的溫度優(yōu)選是1200-1400°C。滲碳、熔融和凝聚期間的溫度優(yōu)選是1300-1500°C。更優(yōu)選地是，固體還原期間的溫度比滲碳、熔融和凝聚期間的溫度低 50-200 "C。至于保護氣體條件，因為材料團塊內含碳物質的燃燒所生成的大量CO氣體能夠在固體還原期間保持很高的還原氣氛，所以爐內氣氛不需要很多控制。相反，在滲碳、熔融和凝聚期間，材料團塊釋放的CO量急劇下降。因此，燃燒器燃燒產生的氧化氣所造成的再氧化可能易于發(fā)生。因此，為了得到具有足夠高碳含量的精煉鐵塊，從該階段開始必須適當調節(jié)爐內的保護氣體。例如，可以用氣氛調節(jié)劑調節(jié)保護氣體。為了根據(jù)還原熔融的進度適當調節(jié)爐內溫度和保護氣體組成，如圖1-3所示，優(yōu)選用隔墻將還原熔融爐在爐床的行進方向上分隔成至少兩個區(qū)。為了分別控制每一個區(qū)的溫度和保護氣體組成，優(yōu)選將上游區(qū)設計為固體還原區(qū)，將下游區(qū)設計為滲碳、熔融和凝聚區(qū)。應當注意在圖3所示的例子中，用三個隔墻將爐子分隔成四個區(qū)，這樣可以更嚴格地控制溫度和保護氣體組成。為了適應還原熔 融裝置的規(guī)模和結構，可以調節(jié)分隔區(qū)的個數(shù)。
用上述方法生產的本發(fā)明的精煉鐵塊基本上不含爐渣組分，其Fe純度為94%或更高，更優(yōu)選96%或更高，碳含量為1. 0-4. 5%。其直徑為l_30mm。這些精煉鐵塊可以作為公知的煉鋼裝置如電爐和轉爐的鐵源。當用精煉鐵塊作為煉鋼材料時，其中的硫含量優(yōu)選盡可能低。為了在生產精煉鐵塊過程中盡可能除去鐵礦石和含碳物質中的硫和為了得到低硫含量的精煉鐵塊已經進行了大量研究。結果發(fā)現(xiàn)用下述方法可以將成品精煉鐵塊中的硫含量降低到0. 08%或更低在用鐵礦石和含碳物質生產材料團塊的過程中有意加入CaO源如煅石灰、熟石灰或碳酸鈣， 以將材料團塊中含有的總爐渣組分的堿性度(即Ca0/Si02的比)調節(jié)至0. 6-1. 8，更優(yōu)選 0. 9-1. 5，總爐渣組分包括鐵礦石中的脈石組分等。應當注意的是，最常用作含碳還原劑的焦炭或煤通常含有約0. 2-1. 0%的硫。其中的大部分硫保留在精煉鐵中。如果不用CaO源有意識地進行堿性度調節(jié)，盡管堿性度隨鐵礦石的種類變化很大，但是基于材料團塊中的爐渣組分計算得到的堿性度通常是0. 3或更低。在堿性度如此低的爐渣中，在固體還原過程或后續(xù)滲碳、熔融和凝聚過程中不能防止硫混入精煉鐵。材料團塊中大約85%的總硫包括在精煉鐵中。結果使精煉鐵塊的硫含量升高，成品精煉鐵的質量降低。已經證明在生產材料團塊的步驟中有意加入CaO源以調節(jié)爐渣組分的組成，使其堿性度為0. 6-1. 8時，硫可以固定在固體還原和滲碳、熔融和凝聚過程中生產的副產品爐渣中。結果，精煉鐵塊中的硫含量可急劇下降。硫含量下降的原因可以認為是材料團塊中含有的硫與CaO反應，從而以 CaS(CaO+S = CaS)的形式固定下來。從傳統(tǒng)上講，當上述還原熔融機理不清楚時，一般認為通過加入CaO不能達到與熱金屬脫硫作用可比的脫硫作用。但是，本發(fā)明的發(fā)明人已經證明當還原鐵熔融、形成鐵塊、與爐渣分離時，由于還原鐵內的殘留碳所產生的滲碳反應使爐渣內的CaO能夠捕獲硫，從而急劇降低得到的精煉鐵塊中的硫含量。這樣的脫硫機理不同于通常用含CaO的爐渣進行的熱金屬脫硫反應，可以認為是不同于上述過程的反應。當然，如果滲碳和熔融還原鐵在適當?shù)募訜釛l件下與副產品熔渣充分接觸，則液-液(熔融鐵-熔渣)反應可以決定爐渣內S含量(S%)與精煉鐵塊內S 含量[s%]的比，S卩硫的分配比(S%)/[S%]。但是，從圖9所示的照片可以看出生產的熔融鐵和熔渣的爐渣_金屬接觸面積很小。因此，在還原鐵滲碳、熔融和凝聚后通過爐渣-金屬平衡反應不能大量降低硫含量。因此，可以假設在上述過程中在材料團塊中有意加入CaO的脫硫機理包括在還原鐵滲碳、熔融和凝聚過程中CaO特有的固硫反應，這種固硫反應能夠防止精煉鐵塊的硫化。
為調節(jié)堿性度而加入的CaO的量取決于鐵礦石等中含有的脈石組分的量及其組成和材料中加入的含碳物質的類型和數(shù)量。為了將總爐渣組分的堿性度調節(jié)到上述范圍
0.6-1.8，要求加入的用純CaO表示的標準CaO量是整個復合物中CaO的含量為2. 0-7. 0%, 更優(yōu)選3. 0-5.0%。當使用石灰石[Ca(OH)2]或碳酸鈣(CaCO3)時，應當將其量換算成CaO。 已經證明當材料團塊中含有4%的CaCO3,爐渣組分的堿性度調節(jié)到約0. 9-1. 1時，可以得到45-50%的表觀脫硫比。表觀脫硫比用下面的公式定義。當材料團塊中含有6%的CaCO3, 爐渣組分的堿性度調節(jié)到約1. 2-1. 5時，可以得到70-80%的表觀脫硫比。表觀脫硫比(％ )=[用加CaO的材料團塊生產的精煉鐵塊的S含量(％ )/不用添加劑CaO的材料團塊生產的精煉鐵塊的S含量(％ )]χ100。現(xiàn)在基于用箱式爐進行的實驗數(shù)據(jù)說明在材料中加入CaO源對降低硫含量的作用。圖10示出當如上所述用鐵礦石、含碳物質、少量粘結劑(膨潤土等)和足量CaO進行還原熔融時硫含量的變化。在圖10中，“干團塊”表示在還原熔融前的材料中所含的100%硫中，約89%的硫含在含碳物質(煤)中，約11%的硫含在鐵礦石中。當團塊進行還原熔融時，在參考圖4說明的固體還原完成時約85%的硫保留在還原鐵中。約12%的硫蒸發(fā)后排到爐外。當使用不含添加劑CaO源的團塊時(復合物中爐渣組分的計算堿性度為0. 165)，74. 8%的硫截留在成品精煉鐵塊中，10. 2%的硫截留在爐渣中。當使用通過添加3% CaO源而使爐渣組分的堿性度調節(jié)至1. 15的材料團塊時，截留在精煉鐵塊中的硫量降至43.2%，硫截留在爐渣中的硫量升至48.8%。在生產過程中蒸發(fā)后排到爐外的硫量降至約8%。當使用通過添加5% CaO源而使爐渣組分的堿性度調節(jié)至1. 35的材料團塊時，截留在精煉鐵塊中的硫量降至18. 7%，硫截留在爐渣中的硫量升至 78.8%。在生產過程中蒸發(fā)后排到爐外的硫量降至1.5%。用箱式爐進行的上述堿性實驗說明通過添加CaO源進行的堿性度調節(jié)對于降低精煉鐵中的硫含量特別有效。用示范反應器進行同樣實驗，通過改變CaO源的量而產生不同的爐渣堿性度，以此定量分析堿性度對精煉鐵塊中硫含量的降低的影響。結果示于圖11。該圖示出爐渣的最終堿性度和精煉鐵塊中硫含量的關系。在該實驗中，在改變CaO 源的量的同時生產爐渣，圖中的每一個點都是實際測出的結果。圖中的陰影部分表示上述用箱式爐進行的堿性實驗的結果。因為堿性實驗使用了電加熱法并用惰性氣體作為保護氣體，所以氣氛的氧化電勢低，這有利地影響到表觀脫硫比。相反，示范爐使用燃燒器燃燒，所以由于燃氣的生成而使得保護氣體的還原度與堿性實驗的還原度相比很低。精煉鐵塊中的硫含量比堿性實驗的結果高。但是，堿性勢與堿性實驗的結果所示的堿性勢基本相同?？梢宰C明當不加入CaO源時，A區(qū)中精煉鐵塊中的硫含量約為0. 12%。當堿性度調節(jié)到約
1.0時，硫含量降至0. 05-0. 08%，如B區(qū)所示，表觀脫硫比約為33-58%。當堿性度增加到1. 5時，如C區(qū)所示，精煉鐵塊中的硫含量降至約0. 05%。當加入CaO源將爐渣堿性度增加到1. 8或更大時，生成的爐渣的熔點升高，因此， 操作溫度必須升高到一個過高水平。結果，爐的損壞加速，熱經濟性降低。另外，還原鐵的 凝聚性能降低，得到的精煉鐵是粒度小于Imm的小顆粒，其產值很低。從這些實驗可以清楚地看出當在材料團塊中有意加入足量CaO源將爐渣組分堿性度增加到約0. 6或更大時，生成的爐渣能夠捕獲大量硫，因此，精煉鐵塊中捕獲的硫量大幅降低。結果，滿足本發(fā)明要求的硫含量的精煉鐵塊，即硫含量為0. 08%或更低的精煉鐵塊易于生產。另外，如上面參考圖10所述，在一系列精煉鐵塊生產步驟中以SOx等形式排到爐外的硫量急劇減少。從而降低了由于排出氣所造成的大氣污染。另外，如果對排出氣進行脫硫處理，則排出氣的脫硫負荷也大幅降低。當如上所述通過加入CaO源降低硫含量時，在還原熔融期間可能由于副產品爐渣熔點的降低而發(fā)生導致爐床耐火材料熔解的低熔點爐渣的滲出，這取決于CaO源的加入量。在進行上述工藝中，優(yōu)選采用包括固體還原期間和滲碳、熔融和凝聚期間的兩段加熱法。在固體還原期間，優(yōu)選將溫度調節(jié)到1200-1400°C，在滲碳、熔融和凝聚期間，優(yōu)選將溫度調節(jié)到1350-1500°C。用這種方法可以在低于副產品爐渣熔點的條件下充分進行固體還原，隨后可以進行殘留FeO的還原、還原鐵的滲碳、熔融和凝聚，這樣可以減少不希望的副產品爐渣的滲出。在首先用含鐵礦石和含碳物質的材料團塊進行固體還原，然后將得到的材料進行滲碳、熔融和凝聚以生產精煉鐵的過程中，應當適當調節(jié)材料團塊中含碳還原劑的量、固體還原期間的溫度條件、保護氣體的組成及滲碳和熔融過程中的溫度條件等。用這種方法可以充分進行還原、滲碳、熔融、凝聚和滲入，可以得到具有高Fe純度、適當?shù)奶己亢瓦m當粒度的精煉鐵塊。在這些條件下得到的精煉鐵塊的Si含量為0. 02-0. 5%, Mn含量低于 0. 3%。通過在材料團塊中有意加入CaO以調節(jié)爐渣組分堿性度的方法可以降低精煉鐵塊中的硫含量。本發(fā)明得到的精煉鐵塊具有高Fe純度、適當?shù)奶己俊⒕坏男螤?、其粒度?l-30mm。因此，本發(fā)明的精煉鐵塊具有很高的使用性能，所以能夠有效地用作煉制鐵、鋼或各種合金鋼的鐵源。實施例現(xiàn)在用實施例詳細說明本發(fā)明。這些實施例不能限定本發(fā)明的保護范圍。只要不偏離本申請所述的本發(fā)明的保護范圍，可以進行各種改動。這些改動包括在本發(fā)明的技術范圍內。實施例1用下述方法制備直徑約為19mm的材料團塊將作為鐵源的赤鐵礦與煤、少量粘結劑(膨潤土)均勻混合。用這些材料團塊生產精煉鐵。將這些材料團塊加入圖1-3所示的旋轉爐床式還原熔融爐，在約為1350°C的氣氛溫度下進行固體還原，直至達到約90%的金屬化率。然后將得到的材料團塊送往滲碳、熔融和凝聚區(qū)，在1440°C的氣氛溫度下進行滲碳、熔融和凝聚，將副產品爐渣分離，制得無爐渣的精煉鐵塊。在該過程中，直徑為2mm或更小的氣氛調節(jié)劑煤粉在將材料團塊加入爐內之前鋪置在爐床上，厚度約為5mm，用于將滲碳、熔融和凝聚期間的保護氣體還原度控制為0. 60-0. 75。材料組成、固體還原完成后還原鐵的組成、成品精煉鐵的組成、生成的爐渣組成等示于圖12。已經熔融、凝聚并且?guī)缀跬耆c爐渣分離的精煉鐵隨后轉移到冷卻區(qū)，冷卻至 1000C并固化，然后用卸料器排到爐外。分析生產率、回收的精煉鐵塊、副產品爐渣和過量含碳物質的組成。從還原熔融爐中將馬上就要進行滲碳和熔融的還原鐵取樣，分析馬上就要進行滲碳和熔融的還原鐵的組成。結果顯示金屬化率約為90%，殘留碳含量為4. 58%。 從加入材料團塊至排出精煉鐵的時間非常短，約為9分鐘。在得到的精煉鐵中，碳含量為 2.88%，31含量為0.25%，3含量為0. 165%。得到的精煉鐵與副產品爐渣易于分離。生成的精煉鐵塊的照片示于圖13。精煉鐵塊的直徑約為10mm，并且具有基本均勻的粒度。實施例2 用下述方法制備直徑約為19mm的材料團塊將作為鐵源的磁鐵礦與煤、少量粘結劑(膨潤土)、作為爐渣堿性度調節(jié)劑的5%的CaCO3均勻混合，用得到的混合物形成團塊。將這些材料團塊加到厚度約為3mm的煤粉(平均直徑約為3mm)床層上，煤粉床層形成在爐床上。煤粉用作氣氛調節(jié)劑。和實施例1 一樣，在保持約1350°C的氣氛溫度下進行固體還原，直至達到約100%的金屬化率。然后將得到的材料團塊送往溫度保持為1425°C 的熔融區(qū)，進行滲碳、熔融、凝聚，然后將副產品爐渣分離，制得無爐渣的精煉鐵。材料組成、 固體還原完成后還原鐵的組成、成品精煉鐵的組成、生成的爐渣組成等示于圖14。已經熔融、凝聚并且?guī)缀跬耆c爐渣分離的精煉鐵隨后轉移到冷卻區(qū)，冷卻至 1000°C并固化，然后用卸料器排到爐外。分析生產率、回收的精煉鐵塊、副產品爐渣和過量含碳物質的組成。從還原熔融爐中將馬上就要進行滲碳和熔融的還原鐵取樣，分析馬上就要進行滲碳和熔融的還原鐵的組成。結果顯示金屬化率約為92. 3%，殘留碳含量為 3. 97%。從加入材料團塊至排出精煉鐵的時間非常短，約為8分鐘。在得到的精煉鐵中，碳含量為2. 10%, Si含量為0. 09%，S含量為0. 07%。因為加入的CaO源降低了該實施例中的硫含量，所以硫含量低于實施例1中的硫含量。生成的精煉鐵塊的照片示于圖15。98% 或更多的鐵塊直徑為5-30mm。在該實施例中，因為CaO源的加入降低了副產品爐渣的熔點，所以在固體還原的后期恐怕會發(fā)生熔渣的滲出。但是，該實施例采用了兩段加熱法，其中，為了由固體還原生成具有高金屬化率的還原鐵，將固體還原期間的溫度調節(jié)到1200-1400°C，然后在 1350-1500°C的溫度下將得到的還原鐵加熱。另外，因為作為氣氛調節(jié)劑的煤粉加在了爐床上，所以不會發(fā)生由于熔渣的滲出而造成爐床耐火材料的熔解問題。仔細測定固體還原末期時的還原鐵顯微結構。在沒有使用CaO源的實施例1中， 還原鐵表面上存在有高濃度的Fe-(Mn)-S。這可以證明在滲碳和熔融過程中，熔融鐵內部捕獲有Fe- (Mn) -S。相反，在使用CaO源的實施例2中，大多數(shù)硫與CaO源反應，在固體還原末期被固定。這可以證明在滲碳和熔融步驟中，硫無法進入熔融鐵。與上述實驗一樣，進行另一個實驗，只是將用作氣氛調節(jié)劑的粗煤粉換成粒度為 2. Omm或更小的細煤粉?？梢宰C明得到的精煉鐵中的硫含量降至0.032%。實施例3在與實施例1相同的條件下用實際的爐子進行實驗。在該實驗中，將材料團塊(球體)的直徑在3-35mm內變化，以測定材料團塊大小對得到的精煉鐵塊的平均直徑和平均質量的影響。結果示于圖16。從該圖可以清楚地看出用直徑約為10_35mm的材料團塊(干燥球體)可以有效地生產直徑范圍為5-20mm的精煉鐵塊，即作為成品精煉鐵的一類精煉鐵塊，其具有優(yōu)異的使用性能。工業(yè)實用性
具有上述特征的本發(fā)明提供的精煉鐵塊具有高Fe純度、足夠高的C含量和易于處理的適當粒度。這種精煉鐵塊還具有低S、Si和Mn含量、作為鐵源時易于使用，其質量可靠。如上所述，通過適當控制生產條件可以有效地和可靠地生產這些精煉鐵塊。
權利要求
1.由含有含碳還原劑和金屬氧化物的材料通過還原熔融制成的精煉鐵塊，該精煉鐵塊含有至少94%質量的金屬Fe和1. 0-4. 5%質量的C，所述精煉鐵塊的直徑為l_30mm，其中所述直徑是通過至少所述材料的尺寸控制的，其中所述精煉鐵塊是通過如下方法制備的 加熱和還原處于固體狀態(tài)的材料中的金屬氧化物，再在還原氣氛中加熱得到的還原鐵，使得到的還原鐵滲碳和熔融，然后在排出副產品爐渣的同時使得到的還原鐵形成鐵塊，其中通過進行所述固體狀態(tài)下的加熱和還原使氧化鐵的還原率達到80%以上。
2.根據(jù)權利要求1的精煉鐵塊，其中所述精煉鐵塊還含有0.20%質量或更少的硫。
3.根據(jù)權利要求1的精煉鐵塊，其中所述精煉鐵塊還含有0.02-0. 5%質量的Si和低于0. 3%質量的Mn。
4.根據(jù)權利要求1的精煉鐵塊，其中所述精煉鐵塊中的硫含量是通過下述方法降低的在材料中加入CaO源，以將材料中爐渣組分的堿性度(Ca0/Si02)調節(jié)至0. 6-1. 8，使還原熔融過程中生成的爐渣捕獲其中的硫。
5.根據(jù)權利要求1的精煉鐵塊，其中所述精煉鐵塊還含有低于0.08%質量的硫。
6.根據(jù)權利要求1的精煉鐵塊，其中，調節(jié)材料中含碳還原劑的量，使通過加熱還原后金屬化率為100%時的殘留碳含量為1. 5-5. 0%質量。
7.根據(jù)權利要求1的精煉鐵塊，其中所述精煉鐵塊具有均勻的直徑。
8.根據(jù)權利要求1的精煉鐵塊，其中98%或更多的精煉鐵塊具有5-30mm的直徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了由含有含碳還原劑和含金屬氧化物材料的材料通過還原熔融制成的精煉鐵塊，該精煉鐵塊含有至少94％質量(后面表示為“％”)的Fe和1.0-4.5％的C，其直徑為1-30mm。
文檔編號C22C38/02GK102181781SQ20111006879
公開日2011年9月14日 申請日期2002年5月15日 優(yōu)先權日2001年5月15日
發(fā)明者伊東修三, 小林勛, 德田耕司, 本多啟介, 津下修, 菊池晶一, 谷垣恭廣 申請人:米德雷克斯國際公司蘇黎世分公司