本發(fā)明屬于冶金化工領(lǐng)域，尤其涉及一種提高還原鐵純凈度的方法。
背景技術(shù)：
1、為了實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，鋼鐵行業(yè)將面臨生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，從碳冶金過渡到氫冶金是一種重要的路徑。氫冶金通常是指利用含氫量大于55%，h2/co高于1.5的還原氣體還原高品位鐵礦石塊礦或球團(tuán)礦或燒結(jié)礦生產(chǎn)還原鐵的非高爐冶煉工藝，即直接還原生產(chǎn)海綿鐵（dri）工藝。鋼鐵冶煉長(zhǎng)流程包括采礦→選礦→燒結(jié)/球團(tuán)→高爐煉鐵→轉(zhuǎn)爐煉鋼→連續(xù)鑄坯→熱軋/冷軋等主要工序。以氫代碳工藝目前聚焦在高爐煉鐵工藝的改變，不僅涉及能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，而且涉及氫代碳工藝原料純度的調(diào)整以及氫代碳工藝后續(xù)煉鋼工藝的調(diào)整。
2、目前氫代碳工藝僅完成將鐵礦還原成金屬鐵的過程，不能去除礦石本身雜質(zhì)及形成燒結(jié)礦或球團(tuán)礦時(shí)引入的雜質(zhì)，所以對(duì)原料純度要求高，要求鐵品位tfe，即鐵的質(zhì)量百分含量≥67.0%。電弧爐的性能依靠高品位還原鐵來保持低爐渣產(chǎn)量和高熔化效率，但是，并非所有的鐵礦石都能被選到dr級(jí)。針對(duì)由高爐級(jí)球團(tuán)礦或燒結(jié)礦采用dri工藝處理后得到的海綿鐵，現(xiàn)有技術(shù)用礦熱爐或電阻爐將其熔化為鐵水，還需要在電弧爐（eaf）或轉(zhuǎn)爐（bof）中進(jìn)一步脫除其中雜質(zhì)，所以，使用海綿鐵冶煉與傳統(tǒng)eaf熔煉相比優(yōu)勢(shì)不足。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是：使dri工藝處理后得到的海綿鐵經(jīng)電磁感應(yīng)爐熔煉后與雜質(zhì)高效分離，提高純凈度，滿足后續(xù)冶煉需求。本發(fā)明利用電磁感應(yīng)熔煉過程中金屬鐵所具有的渦流運(yùn)動(dòng)、趨膚運(yùn)動(dòng)、自攪拌運(yùn)動(dòng)有效除渣，通過造好渣，在煉好鐵的同時(shí)不僅匹配dri后續(xù)工藝，而且放寬對(duì)原料的純度要求。
2、具體
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
如下：
3、將鐵礦原料在焙燒爐中進(jìn)行氣基還原，獲得零價(jià)鐵的鐵礦，即還原鐵礦；將還原鐵礦置于電磁感應(yīng)爐的坩堝內(nèi)，坩堝外側(cè)環(huán)繞水冷電磁感應(yīng)線圈，將中頻交流電引入該水冷線圈，在感應(yīng)磁場(chǎng)作用下，還原鐵礦中的零價(jià)鐵作為金屬導(dǎo)體，其內(nèi)部電子在垂直于磁場(chǎng)的方向上做圓周運(yùn)動(dòng)，借助導(dǎo)體體內(nèi)的電阻發(fā)熱，溫度急速升高，金屬迅速熔化，與不導(dǎo)電，或?qū)щ娦圆?，流?dòng)性差的部分非金屬雜質(zhì)分離；金屬形成熔融體后，鐵熔融體密度大下沉，同時(shí)，粘度降低，內(nèi)部不僅產(chǎn)生大量載流子形成渦流，還產(chǎn)生趨膚效應(yīng)使鐵熔融體向周邊移動(dòng)，并在邊緣質(zhì)密化，鐵熔融體運(yùn)動(dòng)時(shí)，原來嵌于鐵粉顆粒內(nèi)部的非金屬雜質(zhì)，經(jīng)歷合并和長(zhǎng)大的過程，被排擠出鐵熔融體；渦流運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期內(nèi)方向改變二次，形成來自于鐵熔融體本身的內(nèi)在攪拌，深度脫出非金屬雜質(zhì)，同時(shí)使鐵水/鋼水成分均勻、溫度分布均勻，保持熔融狀態(tài)5～50min，之后冷卻，除渣，得到提純的鑄錠。
4、進(jìn)一步地，所述的鐵礦原料，鐵品位tfe，即鐵的質(zhì)量百分含量50～65％，或者為球團(tuán)礦或者為燒結(jié)礦或者為天然鐵礦塊礦或者為鐵精礦粉；所述的焙燒爐中進(jìn)行的氣基還原，所用氣體或者為nh3，或者為h2，或者為nh3+h2，或者為上述還原氣體+輔助氣體n2，還原混合氣體中，還原性氣體占混合氣體的體積百分比為20%以上，反應(yīng)溫度為800～1100℃，還原至零價(jià)鐵；所述的電磁感應(yīng)爐加熱升溫速率高于150℃/min，最高溫度1700℃，所述的提純的鑄錠tfe≥96%。
5、進(jìn)一步地，所述的電磁感應(yīng)爐中，控制熔融體溫度為1450～1650℃，保持全部鐵熔融狀態(tài)的時(shí)間不超過30min，之后，停止加熱爐料，從感應(yīng)線圈中取出坩堝，爐料隨坩堝冷卻。
6、進(jìn)一步地，所述的坩堝為三層同心圓柱狀坩堝，內(nèi)層和外層坩堝或者為氧化鎂坩堝、或者為氧化鈣坩堝或者為剛玉坩堝，中層為石墨坩堝，外側(cè)坩堝支撐加熱體，中層坩堝輔助加熱，內(nèi)層坩堝裝載爐料，即還原鐵礦。
7、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：
8、1、電磁感應(yīng)使金屬鐵和非金屬雜質(zhì)產(chǎn)生三種高效分離方式：（1）熔化分離：dri海綿鐵的多孔性在融化分離中起到重要作用，海綿鐵豐富的孔道使該原料具有極大的氣固界面，本發(fā)明使用電磁感應(yīng)爐快速融化海綿鐵時(shí)，還原鐵中的零價(jià)鐵作為金屬導(dǎo)體被快速加熱并發(fā)熱，溫度急速升高，金屬迅速熔化，極大的氣固界面迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闃O大的渣液界面，有利于流動(dòng)性差的非金屬雜質(zhì)浮于界面，由此分離部分雜質(zhì)；（2）熔融分離：金屬處于熔融狀態(tài)時(shí)的渦流運(yùn)動(dòng)和趨膚運(yùn)動(dòng)，形成自發(fā)離心的移動(dòng)，能夠脫除嵌于熔融體內(nèi)部的非金屬雜質(zhì)；（3）自攪拌分離：轉(zhuǎn)向渦流運(yùn)動(dòng)熔融體自動(dòng)內(nèi)在攪拌，能夠深度脫出非金屬雜質(zhì)。由此達(dá)到高效除渣，提高還原鐵純凈度的目的，完善氣基還原鐵礦熔煉技術(shù)。
9、2、針對(duì)tfe為50～65％的鐵礦原料，其中包括球團(tuán)礦、燒結(jié)礦、天然塊礦和鐵精礦粉，經(jīng)“還原+熔煉”的方法，能夠獲得優(yōu)質(zhì)鐵基鑄錠。
10、3、電磁感應(yīng)熔煉工藝簡(jiǎn)單，高效造渣，不使用任何助劑，如：脫氧劑、造渣劑，不必借助渣鋼界面冶金反應(yīng)即可脫除有害夾雜元素。
1.一種提高還原鐵純凈度的方法，其特征在于：將鐵礦原料在焙燒爐中進(jìn)行氣基還原，獲得零價(jià)鐵的鐵礦，即還原鐵礦；將還原鐵礦置于電磁感應(yīng)爐的坩堝內(nèi)，坩堝外側(cè)環(huán)繞水冷電磁感應(yīng)線圈，將中頻交流電引入該水冷線圈，在感應(yīng)磁場(chǎng)作用下，還原鐵礦中的零價(jià)鐵作為金屬導(dǎo)體，其內(nèi)部電子在垂直于磁場(chǎng)的方向上做圓周運(yùn)動(dòng)，借助導(dǎo)體體內(nèi)的電阻發(fā)熱，溫度急速升高，金屬迅速熔化，與不導(dǎo)電，或?qū)щ娦圆?，流?dòng)性差的部分非金屬雜質(zhì)分離；金屬形成熔融體后，鐵熔融體密度大下沉，同時(shí)，粘度降低，內(nèi)部不僅產(chǎn)生大量載流子形成渦流，還產(chǎn)生趨膚效應(yīng)使鐵熔融體向周邊移動(dòng)，并在邊緣質(zhì)密化，鐵熔融體運(yùn)動(dòng)時(shí)，原來嵌于鐵粉顆粒內(nèi)部的非金屬雜質(zhì)，經(jīng)歷合并和長(zhǎng)大的過程，被排擠出鐵熔融體；渦流運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期內(nèi)方向改變二次，形成來自于鐵熔融體本身的內(nèi)在攪拌，深度脫出非金屬雜質(zhì)，同時(shí)使鐵水/鋼水成分均勻、溫度分布均勻，保持熔融狀態(tài)5～50min，之后冷卻，除渣，得到提純的鑄錠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高還原鐵純凈度的方法，其特征在于：所述的鐵礦原料，鐵品位tfe，即鐵的質(zhì)量百分含量50～65％，或者為球團(tuán)礦或者為燒結(jié)礦或者為天然鐵礦塊礦或者為鐵精礦粉；所述的焙燒爐中進(jìn)行的氣基還原，所用氣體或者為nh3，或者為h2，或者為nh3+h2，或者為上述還原氣體+輔助氣體n2，還原混合氣體中，還原性氣體占混合氣體的體積百分比為20%以上，反應(yīng)溫度為800～1100℃，還原至零價(jià)鐵；所述的電磁感應(yīng)爐加熱升溫速率高于150℃/min，最高溫度1700℃，所述的提純的鑄錠tfe≥96%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高還原鐵純凈度的方法，其特征在于：所述的電磁感應(yīng)爐中，控制熔融體溫度為1450～1650℃，保持全部鐵熔融狀態(tài)的時(shí)間不超過30min，之后，停止加熱爐料，從感應(yīng)線圈中取出坩堝，爐料隨坩堝冷卻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高還原鐵純凈度的方法，其特征在于：所述的坩堝為三層同心圓柱狀坩堝，內(nèi)層和外層坩堝或者為氧化鎂坩堝、或者為氧化鈣坩堝或者為剛玉坩堝，中層為石墨坩堝，外側(cè)坩堝支撐加熱體，中層坩堝輔助加熱，內(nèi)層坩堝裝載爐料，即還原鐵礦。