專利名稱：微波煉鐵熔爐的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及用于從鐵礦石獲得生鐵的煉鐵熔爐，并且具體涉及微 波煉鐵熔爐，其中通過微波將包含鐵礦石和煤的原材料加熱和熔融， 并且將鐵礦石還原成碳以獲得生鐵。
背景技術(shù)：
在鋼鐵工業(yè)，通常通過鼓風爐煉鐵獲得熔融的生鐵。具體的，由 鐵礦石(其為氧化鐵)、作為碳源(其為還原劑)的焦炭或類似物和 石灰石制成的球團裝載到鼓風爐(熔煉爐)的頂部中，熱空氣(空氣) 通過鼓風爐底部的鼓風口吹入，并且在鼓風爐中形成向上流動的熱空 氣。下落的球團通過熱空氣加熱，并且鐵礦石通過鐵礦石和焦炭之間 的反應而被還原。將還原的鐵熔融以獲得熔融的生鐵，熔融的生鐵積 聚在鼓風爐的底部。在積聚一定量的生鐵之后，將鼓風爐底部的生鐵 通過鼓風爐底部中的出鐵口取出，并且生鐵流動通過澆道通道以積聚
在澆包中(例如，kokai的公開號為11 -229007的日本專利申請)。
但是，傳統(tǒng)的鼓風爐煉鐵具有如下問題，即還原和熔融鐵礦石需 要在大約1600。 C下進行六個小時或更長的時間，上述不是能量有效 的。
曰本kokai的公開號為6-116616的日本專利申請公開了通過利用 微波加熱和還原氧化鐵來制備鐵粉的方法。在用于制備鐵粉的該方法 中，將下述混合在一起，即被粉碎的鐵礦石、軋屑以及另外的這種氧 化鐵；作為碳源的微波高電容率材料，其主要成分是焦炭、炭、活性 炭、碳粉或其它形式的碳；以及碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鈉或另外的碳 酸鹽。該混合物用微波輻射以在內(nèi)部將碳源加熱到超過卯0。 C的溫 度，并且該混合物與由混合物中的碳酸鹽高溫分解產(chǎn)生的二氧化碳氣 體反應以形成一 氧化碳氣體。氧化鐵由該 一氧化碳氣體還原以產(chǎn)生鐵 粉。
但是，通過利用如kokai的公開號為6-116616的日本專利申請所 述的微波制備鐵粉的方法是這樣的一種方法，其中將鐵礦石或另外的 氧化鐵、焦炭或另外的碳源以及碳酸鹽混合并由微波加熱，碳酸鹽在
內(nèi)部被加熱到超過900。 C的溫度，通過碳源和由混合物中的碳酸鹽分 解產(chǎn)生的二氧化碳氣體之間的反應產(chǎn)生 一 氧化碳氣體，并且氧化鐵由 該一氧化碳氣體還原，但是鐵礦石、焦炭等不熔融。因此，利用該方 法，只可能僅僅制備鐵粉，而不能有效制備大量的熔融生鐵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種代替鼓風爐煉鐵方法的能夠高能效地制 備熔融生鐵的微波煉鐵熔爐。
根據(jù)本發(fā)明的微波煉鐵熔爐包括反應器，其具有由基于氧化鎂耐 火材料構(gòu)成的殼體；用于用微波輻射反應器內(nèi)部的微波振蕩器；用于 將包含鐵礦石和碳源的原材料供應到反應器內(nèi)部的原材料供應設備； 以及用于從反應器抽取熔融的鐵的抽取部件。
在該微波煉鐵熔爐中，優(yōu)選的是抽取部件為在反應器底部開放的 孔以及用于接收該孔流出的熔融生鐵的由石墨制成的坩堝設置于反應 器之下。
此外，優(yōu)選的是在坩堝和反應器底表面之間設置由基于氧化鎂耐 火材料制成的圓柱體，并且由反應器、圓柱體和坩堝封閉空間形成于 反應器之下。在該情況下，在坩堝底表面中形成噴嘴，并且從反應器 流出并流入到坩堝內(nèi)的熔融生鐵從噴嘴傾瀉到在噴嘴之下設置的澆包 內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明， 一個目的是提供微波煉鐵熔爐，其中微波可高效地 用于加熱鐵礦石和焦炭、煤或者另外的原材料，并且可以高能效生產(chǎn) 熔融的生鐵。


圖l是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的微波加熱的連續(xù)煉鐵熔爐的圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細描述。圖1是示出根據(jù) 本發(fā)明實施例的微波加熱的連續(xù)煉鐵熔爐的橫斷面視圖。反應器1設 置在圓柱形的鐵制熔爐2內(nèi)。該反應器1配置成將由基于氧化鎂耐火 材料制成的殼體12放置在鐵板11之上，以及在殼體12的底表面上提 供由氧化鎂-石墨混合耐火材料制成的底板13。由氧化鋁纖維構(gòu)成的 覆蓋層14圍繞殼體12的外表面設置以覆蓋殼體12的側(cè)表面和底表面， 此外在覆蓋層14的外側(cè)放置熱絕緣板15。用于抽取熔融的鐵的孔la形成在反應器1的底部中。
鐵制熔爐2底部的部分凹進，并且鐵板形狀的蓋子18水平固定在 該凹進處中。石墨坩堝17放置在該蓋子18上，并且坩堝17的垂直壁 的頂端由圓柱形的基于氧化鎂耐火材料16連接到殼體12的底表面.
在該坩堝17的底部設置用于抽取熔融的鐵的孔lb，并且與該孔 lb的中心對齊的圓柱形石墨噴嘴19a固定到坩堝17的底表面，這樣噴 嘴的軸線是垂直的。鐵管20固定到蓋子18的底表面，這樣鐵管20的 軸線是垂直的，并且鐵管20與石墨噴嘴19a共軸。石墨噴嘴19a與鐵 管20的頂部固定，并且由基于氧化鎂耐火材料構(gòu)成的圓柱形噴嘴19b 與鐵管20的底部固定。因此，石墨噴嘴19a和由基于氧化鎂耐火材料 構(gòu)成的噴嘴19b支撐在鐵管20上，并且如此設置，以致它們的軸線方 向垂直。
熔爐2支撐在合適的支撐裝置上，并且澆包4設置在噴嘴19b(其 設置在熔爐2的底部中)之下。
在熔爐2的大致四個等間隔處形成四個圓柱形突起22,并且微波 振蕩器3放置在每一突起22的端部處。每一微波振蕩器3設有螺旋形 天線31，并且將微波振蕩器3安裝成天線的方向角稍微偏離，這樣螺 旋形天線31的方向在橫過熔爐2的中心彼此面對的微波振動器3中不 重合。
鐵制熔爐2頂部的部分凹進，并且鐵板形狀的蓋子21設置在該凹 進處中。在該鐵蓋21中，設置水冷卻鐵管23, 24，這樣它們的軸線方 向垂直，并且這樣鐵管23， 24經(jīng)過蓋子21。水冷卻鐵管23, 24的下 部經(jīng)過殼體12、覆蓋層14以及熱絕緣板15的頭部，并且上述鐵管23， 24的下部與殼體內(nèi)部相連通。水冷卻管23的上部連接到旋風器27， 并且從反應器1內(nèi)部釋放的氣體在旋風器27中凈化之后，氣體作為廢 氣釋放到外部。儲料器26連接到水冷卻鐵管24的上部，并且氮氣入 口 25設置在儲料器26和水冷卻鐵管24之間的連接器附近。包含鐵礦 石粉、焦炭粉、石墨粉和煤粉或另外這種碳源的原材料粉存儲在儲料 器26中，并且將氮氣從入口 25吹入鐵管24內(nèi)，由此氮氣起到栽體的 作用，以將儲料器26中的原材料粉供應到反應器1。
下述是對如上所述的微波煉鐵熔爐的作用進行的描述。為了連續(xù) 地制備生鐵，原材料從儲料器26通過水冷卻鐵管24連續(xù)裝載到反應
器1內(nèi)。開啟微波振蕩器3，并且用經(jīng)由天線31產(chǎn)生的微波輻射反射 器1的內(nèi)部。微波輻射由反應器l的殼體12封閉的空間內(nèi)部，并且從 儲料器26供應的鐵礦石粉、石墨粉、煤粉等吸收微波。這些粉末是自 熱的，并且它們的溫度升高。因此鐵礦石粉、石墨粉、煤粉或其它這 種碳源反應，鐵礦石被還原和熔融，并且熔融的生鐵積聚在由氧化鎂 石墨混合耐火材料構(gòu)成的底板13上。該熔融的生鐵通過孔la下落到 坩堝17上，并且進一步經(jīng)過在坩堝17中設置的孔lb，然后通過噴嘴 19a， 19b以供應到澆包4。
為了防止微波泄漏到熔爐外面。水冷卻鐵管23， 24必須充分地與 鐵制熔爐2接觸。由于鐵管23， 24設置在反應器1的熔爐框架附近并 且暴露到1300到1500。 C的高溫，鐵管23， 24的遠端必須進行水冷 卻。
當熔融的生鐵抽取到反應器外面時，熔融的生鐵積聚，并且熔融 的生鐵本身起到天線的作用，并將微波泄漏到熔爐外面。因此，為了 防止該微波泄漏，熔融的生鐵必須與熔爐框架(殼體12的內(nèi)表面)充 分接觸。考慮到上述，通過孔la流出的熔融生鐵由與熔爐充分電接觸 的石墨坩堝17接收。由于通過石墨坩堝的生鐵具有與熔爐框架(殼體 12)相同的電勢，即使生鐵連續(xù)從熔爐流出，其仍起到天線的作用， 并且微波不泄漏到熔爐外面。如果石墨坩堝17沒有與熔爐框架充分電 接觸，關于連續(xù)熔融的生鐵在熔爐內(nèi)部和熔爐外部之間的電勢差將導 致由熔爐內(nèi)的微波在熔融生鐵表面中產(chǎn)生的電流從熔爐流出，并且電 流將變?yōu)槲⒉ú⑶覐娜蹱t泄漏。具有低微波吸收性的基于氧化鎂的耐 火材料16設置在坩堝17的垂直壁的頂部并且不允許微波通過。石墨 坩堝17反射微波，并因而不允許微波通過。因此，從下部微波振蕩器 3發(fā)出的微波不由基于氧化鎂的耐火材料16阻斷，并且導引到反應器 1內(nèi)部的原材料。此外，從上部微波振蕩器3發(fā)出的微波導致在從反應 器1流出的熔融生鐵中漂浮的未反應的原材料中起反應，并且生成生 鐵。
在必要時坩堝17可用加熱器等進行加熱。具有開關閥(未示出) 的出口端口 (孔lb)設置在坩堝底部中，開關閥連續(xù)或間歇地打開， 并且熔融的生鐵流入澆包4內(nèi)。此外，為了防止微波泄漏，具有相應 于微波波長的管徑和長度的金屬管(鐵管20)設置在出口端口中，管
的內(nèi)部與由基于氧化鎂的耐火材料構(gòu)成的噴嘴19b對齊，并且熔融的 生鐵經(jīng)由該噴嘴19b接收在熔爐外面的澆包4內(nèi)。經(jīng)過鐵管20內(nèi)部的 微波關于出口中的微波變成不受限制的，并且形成駐波。因此，在具 有關于其內(nèi)徑的一定長度的管內(nèi)，微波在開放端部處反射，并且衰減 而不泄漏到外部。例如，在其中微波頻率在2.45GHz的情況下，微波 在內(nèi)徑為50毫米和長度為50毫米的管內(nèi)衰減23dB。當管由生鐵浸漬 時，覆蓋到內(nèi)部的基于氧化鎂耐火材料的內(nèi)層反應和溶解，因此在鐵 管20內(nèi)表面之上覆蓋有村里，從而防止上述發(fā)生。
在反應器1中產(chǎn)生的熔融生鐵通過設置在熔爐底部中的孔lb連續(xù) 流入石墨坩堝17。未反應的原材料和成熔渣或未成熔渣的礦物雜質(zhì)組 分漂浮在該熔融的生鐵上，并且隨生鐵流出。在這些漂浮材料中的未 反應的原材料通過從上述反射的微波在坩堝17中反應，產(chǎn)生生鐵。漂 浮在熔融的生鐵上的熔渣隨著生鐵流出到熔爐外面的澆包4。
從反應器1還產(chǎn)生包含一氧化碳和二氧化碳氣體的混合氣體。該 廢氣經(jīng)由水冷卻的鐵管23釋放到熔爐外部。這時， 一些未反應的原材 料粉末擴散到廢氣中，并因此由旋風器27等回收。
這樣，通過微波輻射從包含鐵礦石和煤粉的原材料，使得鐵礦石 被還原以制備熔融的生鐵。這時，微波熔爐的框架2必須由鐵、不銹 鋼或不允許微波通過的其它這種結(jié)構(gòu)材料制成，并且還必須是緊密密 封的，這樣微波不泄露。但是，上述密封不需要是氣密的。
微波發(fā)生器理論上每噸生鐵日輸出應該具有50千瓦的功率，但是 具有由電力對原材料加熱和反應的50 %的能量轉(zhuǎn)換效率，因此需要100 千瓦的發(fā)電機。
微波發(fā)射天線31的例子包括波導天線和螺旋形天線。至于前者， 能量在熔爐內(nèi)擴展并由壁等反射回去以變成均勻的，但是當其由壁反 射回去時進行衰減。當加熱過的材料裝載在其中時，鄰近的能量由原 材料吸收，并且因而可將一些未加熱的材料一起加熱。由于后者具有 方向性，在熔爐內(nèi)受限區(qū)域中的能量密度可增加，并且通過利用若干 螺旋形天線由反射到壁上的反射導致的損失降低。
當原材料以該狀態(tài)裝載時，原材料可被有效加熱。熔爐內(nèi)部充滿 經(jīng)由水冷卻鐵管24供應的氮氣，并且所產(chǎn)生的一氧化碳和二氧化碳氣 體經(jīng)由水冷卻鐵管23釋放。當熔爐內(nèi)部充滿一氧化碳和二氧化碳氣體
時，產(chǎn)生等離子體，能量損失，并且因而上述氣體必須快速釋放到熔 爐外面。因此，大約每立方米的熔爐內(nèi)部體積每分鐘大約流過兩升的
氮氣。例如，當制備l千克的鐵時，大約產(chǎn)生0.5立方米的一氧化碳和 二氧化碳氣體，確保廢氣溫度為300° C。
微波主要由反應器1內(nèi)的原材料(鐵礦石粉和碳粉)吸收，并且 原材料的溫度快速上升。還原反應和碳吸收到還原的鐵中進行迅速， 并且產(chǎn)生熔融的生鐵。在容納原材料的熔爐中的耐火材料在理論上必 須不吸收微波，其不與氧化鐵(FeO、 Fe203)反應，并且其可耐1500 ° C或更高的溫度。實際上其優(yōu)選的是利用下述材料，具有與原材料 相同重量的該材料產(chǎn)生的熱量為由原材料從微波吸收產(chǎn)生熱量的大約 30%或更少?；谘趸V的耐火材料是這樣的一種耐火材料。
原材料的反應是吸熱反應，并且需要1300° C到1500。 C的溫度， 以便產(chǎn)生熔融的生鐵。為了恒定保持該溫度，產(chǎn)生熱量的由耐火材料 構(gòu)成的底板13設置在熔爐的底面上，并且必須將熔融的生鐵保持在 1300° C到1500° C的溫度。在熔爐底面中的耐火材料優(yōu)選是下述材 料，具有與原材料相同重量的該材料產(chǎn)生的熱量為由原材料從微波吸 收產(chǎn)生熱量的大約30%到50%。對于耐火材料而言，優(yōu)選的是不同時 與氧化鐵反應和溶解的材料。例如，優(yōu)選使用基于氧化鎂的水泥與10 %至30%的石墨混合，或者優(yōu)選使用通過將石墨與氧化鎂混合的耐火 材料。
在反應器運行之前在熔爐內(nèi)安裝單獨的加熱器或燃燒爐并且將反 應器加熱到1300° C到1500。 C的溫度還具有增加還原反應速率和熔 融生鐵制備速率的效果。當預先加熱原材料時，上述具有增加鐵礦石 還原反應速率和熔融的生鐵制備速率的效果。由于所產(chǎn)生的熔融生鐵 在原理上不吸收微波，熔融的生鐵凝結(jié)在移動的熔爐底面上并且可被 回收。在該情況下，在熔爐底面也就是在底板13中使用基于氧化鎂的 耐火材料。
在理論上優(yōu)選使用不吸收微波的材料，也就是甚至在暴露到微波 下時不自熱的材料用于覆蓋和熱絕緣熔爐周邊的材料(殼體12，覆蓋 層14，熱絕緣板15)。實際上其優(yōu)選的是利用下述材料，具有與原材 料相同重量的該材料產(chǎn)生的熱量為由原材料從微波吸收產(chǎn)生熱量的大 約20%的或更少；并且實際上優(yōu)選具有1400° C或更高的耐溫性。由
鋁制成的纖維覆蓋物優(yōu)選用作這種材料。此外，由多鋁紅柱石制成的 熱絕緣板優(yōu)選設置到外部上。
根據(jù)本發(fā)明，可通過微波加熱而不是利用傳統(tǒng)的鼓風爐煉鐵將鐵 礦石還原以獲得生鐵。因此，本發(fā)明在改善能效和降低在煉鐵過程中 使用的設備尺寸方面有顯著貢獻。
權(quán)利要求
1.一種微波煉鐵熔爐，包括反應器，其具有由基于氧化鎂耐火材料構(gòu)成的殼體；微波振蕩器，用于用微波輻射反應器內(nèi)部；原材料供應設備，用于將包含鐵礦石和碳源的原材料供應到所述反應器內(nèi)部；以及抽取部件，用于從所述反應器抽取熔融的鐵。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波煉鐵熔爐，其中所述抽取部件為在所 述反應器底部開放的孔，用于接收從所述孔流出的熔融生鐵的由石墨 制成的坩堝設置在所述反應器之下。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波煉鐵熔爐，其中在所述坩堝和所述反 應器底表面之間設置由基于氧化鎂耐火材料制成的圓柱體；并且由所 述反應器、所述圓柱體和所述坩堝封閉的空間形成在所述反應器之下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微波煉鐵熔爐，其中在所述坩堝的底表面 中形成噴嘴；并且從所述反應器流出并流入到所述坩堝內(nèi)的熔融生鐵 從所述噴嘴傾瀉到在噴嘴之下設置的澆包內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及微波煉鐵熔爐，其中反應器具有由基于氧化鎂耐火材料構(gòu)成的殼體，以及由氧化鎂石墨混合耐火材料構(gòu)成的底板設置在該殼體的底部上。石墨坩堝設置在反應器的底部，并且石墨坩堝和反應器通過氧化鎂的圓柱體連接到一起。供應到反應器內(nèi)的鐵礦石粉、煤粉和其它這種原材料用由微波振蕩器產(chǎn)生的微波輻射并加熱。鐵礦石被還原，并且最終的熔融生鐵通過孔流出并流入到坩堝內(nèi)，然后通過另一孔傾瀉出到澆包內(nèi)。因此可代替利用鼓風爐煉鐵而高能效地制備熔融生鐵。
文檔編號C21B13/00GK101358257SQ200810144798
公開日2009年2月4日 申請日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月1日
發(fā)明者佐藤元泰, 永田和宏 申請人:永田和宏