一種內外配炭相結合、微波加熱製備一次還原鐵粉的方法
2023-10-04 13:11:54 1
專利名稱：一種內外配炭相結合、微波加熱製備一次還原鐵粉的方法
技術領域：
本發明屬於微波冶金和粉末冶金技術領域，涉及一種內外配炭相結合、微波加熱製備一次還原鐵粉的方法。
背景技術：
粉末冶金技術是近100年才被發明，直到半個世紀前，其還處於萌芽階段。二戰時，粉末冶金的主導產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展的標誌性原料。鐵粉種類由霧化鐵粉(Hametag工藝)發展到電解鐵粉(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量鐵鱗的使用，使最好的二次還原鐵粉的緻密度與當時的一級水霧化鐵粉相當。不同種類的鐵粉的生產工藝，最大的區別是二次還原鐵粉的前驅體(即一次鐵粉)的製備工藝。一次鐵粉的原料有超純鐵精礦粉、鐵鱗粉末或鐵水，前者在反應罐內與煤粉以環狀的方式布料，再經傳統加熱進行還原得到一次鐵粉，後者通過水或氣霧化的方式得到一次鐵粉。單純的外配碳(如環狀布料法)，其帶入雜質少，能保證一次還原鐵粉的潔淨度，但主要依靠間接還原，反應速度太慢，製備周期長，通常在50 90h (隧道窯，重油加熱);單純的內配碳(如生產直接還原鐵的工藝)，反應速度快，生產周期短，通常在5 6h (豎爐，含碳球團)，但帶入雜質多，鐵品位不高，給磁選和二次還原帶來難度。傳統加熱主要靠傳導傳熱、輻射傳熱和傳質傳熱進行，熱量傳遞較慢，在吸熱反應劇烈時，熱量不能及時獲得補給，限制反應的快速進行，進而使生產周期較長，並出現夾生的情形。
發明內容
由於現有工藝料層結構的缺陷和傳統加熱的局限引起的生產周期長和產品中出現夾生的現象，本發明的目的是提供一種內外配炭結合、微波加熱製備優質一次還原鐵粉的方法，實現料層結構更為合理、加熱方式更為有效，能縮短生產周期、杜絕產品夾生、降低能耗、達到清潔生產的目標。本發明通過以下技術方案來實現一種內外配炭相結合、微波加熱製備一次還原鐵粉的方法，經過下列各步驟
(1)原料準備將含鐵原料、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量的5 12%，CaCO3類原料與該層煤的質量比為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量的11 17% ;上層為煤，該層煤的取量為中層混合物質量的I 2% ；(3)加熱將步驟(2)布好的物料置於微波反應器內加熱至1000 1200°C，保溫5 60min,通過直接還原與間接還原相結合,對含鐵原料進行還原；
(4)產物處理將還原後的爐料進行冷卻，粉碎，篩分，溼式磁選，乾燥即得優質的一次還原鐵粉。所述CaCO3類原料為輕燒白雲石。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%。本發明以粉狀優質鐵精礦或鐵鱗為含鐵原料(TFe彡71%)，以木炭(固定碳彡78%，灰分 70%，灰分 94%，其化學成分可達HY100 · 23牌號鐵粉一等品標準)，又大大的縮短了保溫時間，降低了耗能，提高了生產效率，該方法能用於快速生產優質一次還原鐵粉。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步說明。實施例I
(1)原料準備將含鐵原料、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，為含鐵原料質量的10. 72%，CaCO3類原料與該層煤的質量比為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，為含鐵原料質量的14. 29% ;上層為煤，該層煤的取量為lg，為中層混合物質量的1% ；
(3)加熱將步驟(2)布好的物料置於微波反應器內加熱至1100°C，保溫40min，通過直接還原與間接還原相結合，對含鐵原料進行還原；
(4)產物處理將還原後的爐料進行冷卻，粉碎，篩分，溼式磁選，乾燥即得優質的一次還原鐵粉，其 TFe=98. 84%, n Fe=98. 92%。實施例2
(I)原料準備將含鐵原料、木炭、煤、輕燒白雲石粉碎至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)所備物料進行分層布料鐵精礦為85g;底層為煤和輕燒白雲石的混合物，該層煤的取量為6. 25g，為含鐵原料質量的7. 4%，輕燒白雲石與該層煤的質量比為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，為含鐵原料質量的17% ;上層為煤，該層煤的取量為I. 2g，為中層混合物質量的I. 2% ；
(3)加熱將步驟(2)布好的物料置於微波反應器內加熱至1150°C，保溫20min，通過直接還原與間接還原相結合，對含鐵原料進行還原；
(4)產物處理將還原後的爐料進行冷卻，粉碎，篩分，溼式磁選，乾燥即得優質的一次還原鐵粉，其 TFe=97. 53%, nFe=94. 05%。實施例3
(1)原料準備將含鐵原料、木炭、煤、輕燒白雲石粉碎至200目；
(2)布料將步驟(I)所備物料進行分層布料含鐵原料為83.3g ;底層為煤和輕燒白雲石的混合物，該層煤的取量為4. 17g，為含鐵原料質量的5%，輕燒白雲石與該層煤的質量比為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，為含鐵原料質量的11% ;上層為煤，該層煤的取量為I. 85g，為中層混合物質量的2% ；
(3)加熱將步驟(2)布好的物料置於微波反應器內加熱至1000°C，保溫60min，通過直接還原與間接還原相結合，對含鐵原料進行還原；
(4)產物處理將還原後的爐料進行冷卻，粉碎，篩分，溼式磁選，乾燥即得優質的一次還原鐵粉，其 TFe=98. 11%, nFe=96. 42%。實施例4
(1)原料準備將含鐵原料、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，為含鐵原料質量的12%，CaCO3類原料與該層煤的質量比為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，為含鐵原料質量的15% ;上層為煤，該層煤的取量為I. 5g，為中層混合物質量的I. 5% ；
(3)加熱將步驟(2)布好的物料置於微波反應器內加熱至1200°C，保溫5min，通過直接還原與間接還原相結合，對含鐵原料進行還原；
(4)產物處理將還原後的爐料進行冷卻，粉碎，篩分，溼式磁選，乾燥即得優質的一次還原鐵粉，其 TFe=98. 16%, nFe=96. 35%。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種內外配炭相結合、微波加熱製備一次還原鐵粉的方法，其特徵在於經過下列各步驟 (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量的5 12%，CaCO3類原料與該層煤的質量比為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量的11 17% ;上層為煤，該層煤的取量為中層混合物質量的I 2% ； (3)將步驟(2)布好的物料置於微波反應器內加熱至1000 1200°C，保溫5 60min； (4)將還原後的爐料進行冷卻，粉碎，篩分，溼式磁選，乾燥即得一次還原鐵粉。
2.根據權利要求I所述的內外配炭相結合、微波加熱製備一次還原鐵粉的方法，其特徵在於所述CaCO3類原料為輕燒白雲石。
3.根據權利要求I所述的內外配炭相結合、微波加熱製備一次還原鐵粉的方法，其特徵在於所述含鐵原料為粉狀鐵精礦或鐵鱗，其TFe ^ 71%。
4.根據權利要求I所述的內外配炭相結合、微波加熱製備一次還原鐵粉的方法，其特徵在於所述木炭中的固定碳彡78%、灰分< 0. 5%。
5.根據權利要求I所述的內外配炭相結合、微波加熱製備一次還原鐵粉的方法，其特徵在於所述煤中的固定碳彡70%、灰分< 20%。
全文摘要
本發明提供一種內外配炭相結合、微波加熱製備一次還原鐵粉的方法，屬於微波冶金和粉末冶金技術領域。通過將含鐵原料、木炭、煤、CaCO3類原料粉碎，並進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，再將布好的物料置於微波反應器內加熱至1000～1200℃，保溫5～60min；再將還原後的爐料進行冷卻，粉碎，篩分，溼式磁選，乾燥即得一次還原鐵粉。該方法使製備高質量一次還原鐵粉的工藝更為合理，其獨特的布料方式和微波快速加熱有效地結合，既保證了一次還原鐵粉的質量，又大大的縮短了保溫時間，降低了耗能，提高了生產效率，該方法能用於快速生產優質一次還原鐵粉。
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 優先權日2012年9月5日
發明者朱紅波, 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