赫格纳斯法生产海绵铁的工艺

什么是赫格纳斯法生产海绵铁的工艺

      瑞典北部科隆纳储有丰富的低磷，低硫，可选性好的磁铁矿,经过研磨和磁选,可得到总铁含量接近71.5%的高纯铁精石粉，20世纪初,瑞典致力于用磁铁精矿生产海锦铁,以取代当时所用的木炭生铁而作为冶炼优质工具钢用的原料 E·Sierium先提出在加热的钳锅内以碳直接还原铁精矿粉制取海绵铁的工艺方法 ；1911年瑞典赫格纳斯公司使之实现工业化生产,其能力达到年产海绵铁10000吨。该法被称为赫格纳斯法。

海绵铁生产工艺：

现有海绵铁的制备方法大都以赫格纳斯法为基础，生产海绵铁的工艺实质是先将提纯的铁精矿(或轧钢铁磷)与固体还原剂(焦炭末或无烟煤粉掺混10-15%脱硫用的石灰石粉)以不混合的间层方式装填入还原耐火罐中,然后在在窑炉内加热到1150℃，在加热过程中石灰石被分解，其分解方程式为：CaCO₃→CaO+CO₂ ,以及还原剂中的碳与炉料间空气中的氧相互作用（C+O₂→CO₂）,还原罐内的气体在加热开始时就有高含量的CO₂,随着还原罐内温度的进一步升高，所放出的CO₂使还原罐内的碳氧化而气化为CO,(CO₂+C→2CO),当温度达到1000℃时，该反应处于稳定状态的CO浓度为99%，由此原料中的铁氧化物可得到充分的还原，还原方程式:Fe₃O₄+CO→3FeO+CO₂, FeO+CO→Fe+CO₂,反应同时生成额外的CO₂；由于铁氧化物原料和还原剂之间接触有限，它们的直接反应很微弱，实质上Fe₃O₄的还原还是由CO和铁氧化物的气-固相反应来完成。额外的生成的CO₂使还原罐内的碳再次气化生成用于还原氧化物的CO气体。上述反应一直循环，直至铁氧化物被全部还原为止。这些碳的气化由于额外的CO₂的中止而结束；因此，还原罐内还原刚中止时气体以CO为主，从而使得海绵铁在冷却过程中避免重新被氧化。还原罐内反应时放出的CO可燃气体在窑炉内燃烧放出的热量相当于加热窑炉所需热量的25%-80%，可用于进行窑炉的预加热。

脱硫工艺：

      在固体还原剂中掺入石灰石的目的是为了吸收固体碳还原剂中的硫，以避免硫以气态方式渗入海绵铁。石灰石分解所形成的氧化钙吸收来自气体的硫，其反应方程式如下：CaO+H₂S+C=CaS+H₂+CO,只要在还原剂中混有足够量的石灰石，不仅可使含硫较高的煤粉中的硫不会以气态方式渗入海绵铁，也可使得铁矿石中的硫被吸收反应，从而获得硫含量低于还原料的低硫海绵铁。

海绵铁冷却：

        还原罐内反应的中止到冷却到200℃时，还原罐内将会出现负压，导致周围的空气被吸入反应罐中，使得被还原的海绵铁重新被氧化，为了解决这一问题，必须在还原罐中装入远多于还原所需要的碳量。经过1150℃高温还原的海绵铁呈现烧结的状态，冷却之后从还原罐内取出，清除海绵铁表面的焦炭和石灰石颗粒，多余的碳还原剂还可再度进行利用。海绵铁就可以进行其它用途！