发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有的纯铁和铁碳合金的生产方法能耗高、产量低、工序长、原料成本和生产成本高且污染排放量大。

本发明通过下述技术方案实现：

一种采用旋窑生产纯铁的方法，包括如下步骤：

步骤1：把铁矿石和炭源按照铁矿石中的氧与炭置换反应需要的量(炭不过量)进行混合并在匀速喂入磨粉机内磨细得到原料粉；

步骤2：将步骤1中的原料粉匀速喂入旋风预热器内或五极旋风预热器内吸收旋窑内煤粉与一氧化碳燃烧后产生的尾气中热量，把原料粉预热至500℃－800℃。预热后的原料粉在进入旋转的旋转窑内翻滚流动中吸收旋窑内煤粉与一氧化碳燃烧后产生的热量继续加热，当温度达到1133℃以上时原料粉中低熔点氧化物中的氧与炭开始进行置换反应，置换反应产生的一氧化碳气体在翻滚流动的原料粉层中形成动态还原气氛氛围后，在一氧化碳气体产生的正压力作用下，向原料粉层外扩散溢出生产原料粉层与旋转窑内窑气中的氧产生氧化燃烧放热，对窑内的原料粉继续提供加热热量。失去氧的粉状单质铁与粉状杂质达到1538℃时，在窑内翻滚流动中相互寻找单质铁同性相熔成小纯铁珠在继续相熔成熔态大纯铁珠，熔态大纯铁珠比重大在自重力作用下逐渐沉入旋窑内底部相成熔态纯铁液，粉状杂质比重轻浮于熔态纯铁液上部并在上部形成隔氧保温保护层；

步骤3：将步骤2中的熔态单质铁和粉状的废渣粉从所述旋窑中排出并进行分离；

步骤4：冷却熔态单质铁得到纯铁。

其中还可在步骤2中将原料粉制成小料球。

进一步地，步骤3中分离的方法为采用重力分离器进行。

进一步地，所述步骤2的加热温度为1538-1560℃。

本发明的纯铁生产方法，采用横握式且可缓慢旋转的旋窑，在炭不过量的情况下铁矿石与炭源置换反应成单质铁与一氧化炭气体，单质铁在旋窑内翻滚流动中相互寻找同性相熔成熔态单质铁小铁珠，熔态单质铁小铁珠比重大于原料粉中其他物质四倍左右，在翻滚流动中自重力作用下自动沉入旋窑内底部，在旋窑内底部翻滚流动中同性相熔成熔态单质铁，熔态单质铁与上部废渣粉一起排出旋窑外，经重力分离器下部排出的熔态单质铁冷却后成为铁产品。上部排出的废渣粉经冷却后，作水泥厂或者其它一些化工厂的生产原料用。

在高温原料粉层中四氧化三铁或三氧化二铁和原料粉中其他低熔点氧化物中的氧与炭发生置换反应产生的一氧化碳气体在原料粉层中形成动态还原气氛氛围，同时产生的一氧化碳气体为正压，正压一氧化碳气体在向高温原料粉层外扩散时，阻止了窑气中氧气进入动态高温原料粉层内，因此使得，原料粉之间始终保持着还原气氛，保证了反应的持续进行，而一氧化碳会聚集在旋窑腔体的上部空间自由流通，并与旋窑中的氧气反应生成二氧化碳热气体，减少了一氧化碳的排放，减少了环境污染。

本发明放弃现有的高炉冶炼生产铁的方法，而是采用旋窑，由于旋窑是横卧形式，原料粉处于旋窑腔体的底部，腔体的上方空间成为极佳的气体流通空间，因此，无需像高炉那样必须把原料制成球形来增加气体通道，由于原料成粉状，物料间的接触更为充分，反应更快，且无需像高炉那样为了提高产量，必须对铁原料进形洗选或者磁选，且必须采用块状的焦炭，因此，本发明生产铁的方法与原有高炉法相比在原料上成本得到降低，产量上得到明显提高；其次，原料粉中氧化物中的氧与炭达到置换反应温度就能置换反应得到单质铁与尾渣粉，无需像高炉生产那样必须把铁粉球中氧化物高温熔化后，才能进入焦炭层进行置换反应得到单质铁与熔态渣，此温度需要达到四氧化三铁熔化温度1538℃，即三铁熔化温度1560℃以上，因此，与高炉法相比，本发明的方法在能耗上得到了明显的降低；最后是本发明的反应所需温度低，只需要保证铁熔化而原料粉的其它原料无需熔化，因此，其尾渣粉仍保持为粉状，活性高，可以直接同于其它产品的原料，而高炉法是将物料全部熔化后反应，因此，其尾渣呈玻璃态，活性很低，想要重复利用该尾渣料，还需要进行一系列后续加工，增加了尾渣的处理工序，对于废气，本发明的旋窑腔体的上部空间为气体流通空间，反应产生的一氧化碳气体会在旋窑腔体的上部空间与氧气反应生成二氧化碳热气体，减少一氧化碳的排放，而传统的高炉法由于通气不佳，产生的一氧化碳会大量排出，对环境造成污染。

进一步地，所述原料的细化在粉磨机中进行。

本发明优选一种采用旋窑生产纯铁的方法，所述旋窑的旋转速度为1-8转/分钟，所述旋窑的旋转速度为1-8转/分钟，在这个转速下，物料能在旋窑的底部实现混合并反应，产生单质铁和一氧化碳，旋转使得熔态单质铁在翻滚流动中自重力作用下自动沉入旋窑内底部，在旋窑内底部翻滚流动中同性相熔成熔态单质铁，而尾渣粉处于熔态单质铁的上部又起到隔氧作用，旋窑腔体的上部空间充当气体流通空间，实现一氧化碳与氧气的充分反应，如果转速太快，反而会打破这种稳定，因此，此处的旋转速度以1-8转/分钟为宜。

本发明优选一种采用旋窑生产纯铁的方法，所述原料粉在加入到所述旋窑之前先进行预加热，所述预加热温度为500-800℃，所述预加热在预加热器中进行。

本发明优选一种采用旋窑生产纯铁的方法，所述预加热所用热量为所述旋窑产生的热尾气。

进一步地，所述热尾气为一氧化碳与氧气反应生成的二氧化碳放出的热量，所述一氧化碳为所述铁矿石中低熔点氧化物中的氧与炭源反应生成，所述氧气来自于所述旋窑腔体中的窑气。

这样既减少了一氧化碳的排放，又利用了热尾气进行原料粉的预加热，节省了能耗。

本发明优选一种采用旋窑生产纯铁的方法，所述旋窑加热采用的燃料为煤粉、兰炭炭粉、焦炭炭粉中的一种或燃气。

本发明优选一种采用旋窑生产纯铁的方法，所述炭源为煤粉、兰炭炭粉或焦炭炭粉中的一种或多种。

由于本发明的方法是原料粉横卧的旋窑中进行，原料粉在转动的旋窑内翻滚流动中相互寻找配对充分反应，转动的旋窑内上部有足够的气体流通空间，因此，无需像高炉法那样需要将原料做成球形，而是粉状即可，而且由于该方法物料反应快，所需反应温度低，对燃料或炭源的要求均没有高炉法的高，可以为多种低价值炭源。

一种采用旋窑生产铁碳合金的方法，采用上述旋窑，包括如下步骤：

步骤1：把铁矿石和炭源按照生成铁碳合金的配比进行混合并细化得到原料粉；

步骤2：将步骤1中的原料粉加入到所述旋窑中，旋窑转动并加热，温度升至1538-1560℃，原料粉之间发生置换反应生成熔态铁碳合金和粉状的废渣粉；

步骤3：将步骤2中的熔态铁碳合金和粉状的废渣粉从所述旋窑中排出并进行分离；

步骤4：冷却熔态铁碳合金得到固体的铁碳合金。

本发明中铁碳合金的方法与生产纯铁的方法相同，仅仅是需要改变铁矿石和炭源的配比，控制炭源过量，炭过量的情况下，四氧化三铁或三氧化二铁中的氧与炭在高温还原气氛氛围中与炭发生置换反应成单质铁，单质铁再与原料粉中过量炭中的炭熔合成铁碳合金与一氧化碳气体。

本发明通过控制原料粉中炭源掺加量就可以生产纯铁至铁碳合金多种产品。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明采用了铁矿粉与炭粉直接生产纯铁至铁碳合金的生产方法。减少了洗选或磁选生产工序、减少了制球与烧结生产工序，同时减少了洗选或磁选、制球、烧结生产工序在生产过程中产生的废气、废水等污染物。

2、本发明采用了铁矿粉与炭粉直接生产纯铁至铁碳合金的生产方法。利用了当地中高品位铁矿石资源，节省了高价值焦炭。

3、本发明加快了铁矿粉氧化铁中的氧与炭的置换反应速度几十至几百倍，与同直径高炉相以提高年产量3-8倍以上。

4、本发明置换出来的一氧化炭气体与旋窑中氧气，氧化燃烧放热产生的热量又加热了原料粉，降低了能耗。

5、本发明与高炉法冶炼生产铁产品相比，降低53％以上的能耗，降低生产成本33％以上，与同直径高炉相比提高年产量3-8倍以上，减少52％以上工业粉尘与废气排放量。