CN101528952B - 热压铁块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热压铁块，其是热成形多个还原铁颗粒从而该还原铁颗粒之间彼此附着而成的热压铁块，其中，所述还原铁颗粒具有：平均碳含量为0.1～2.5质量％的表面区域；和位于所述表面区域的内侧的平均碳含量高于该表面区域的平均碳含量的中心区域。

Description

热压铁块及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种使用对内含炭材的块状物进行加热还原得到的还原铁的热压铁块(hot briquette iron)(以下有时简称为“HBI”。)的制造技术，尤其涉及适合作为高炉中的装入原料的HBI及其制造方法。 
背景技术
作为最近能够解决高出铁比操作指向及CO2排出削减的两方面课题的高炉用的装入原料，HBI受到关注(例如参照非专利文献1)。 
但是，现有的HBI是以铁品质高的烧成粉末(pellet)作为原料，通过将天然气改质的还原气体进行还原制造而成的所谓的气基(gas base)还原铁(以下有时将还原铁简称为“DRI”。)进行热成形而成的。因此，尽管现有的气基HBI在电炉中被用作碎铁(scrap)代替原料，但作为高炉用原料，由于价格过高，所以实用化存在问题。 
另一方面，近年来，开发出了在高温气氛下还原低品质的铁原料和含有作为还原剂的低价的煤的炭材内装块成化物得到的所谓的煤基DRI的制造技术，推进了实用化(例如参照专利文献1)。该煤基DRI由于脉石成分(炉渣(slag)成分)或硫成分多(参照后面记载的实施例2、表7)，所以不适合直接装入电炉。与此相对，在将煤基DRI用作高炉用的装入原料的情况下，炉渣成分或硫成分多不会成为很大问题。另外，与现有的HBI相比，煤基DRI具有可以廉价地制造的优点。 
但是，为了将煤基DRI用作高炉用的装入原料，DRI自身必需具有耐得住高炉装入的强度。由于煤基DRI以内装炭材作为还原剂，所以与气基DRI相比，气孔率高，而且，残留碳含量也高。因此，煤基DRI的强度比气基DRI的强度低(同样参照后面记载的实施例2、表7)。结果成为如下状况：为了直接将煤基DRI用作高炉用的装入原料而减少炭材配合量，使DRI中的残留碳含量(以下有时将碳含量简称为“C含量”。) 极端地降低，即使牺牲金属化率，也只能保证强度(参照非专利文献2的图3)。而且，煤基DRI与气基DRI一样容易被再氧化，所以不具有耐气候性。因此，煤基DRI还存在不能长时间的贮藏或长距离的输送的课题。 
非专利文献1：宇治泽优等：铁与钢，vol.92(2006)，No.10，p.591～600 
非专利文献2：杉山健等：“利用FASTMET(R)法的灰尘(dust)处理”，资源·素材2001(札幌)，2001年9月24-26日，平成13年度资源·素材关系学协会合同秋季大会 
专利文献1：特开2001-181721号公报 
发明内容
本发明正是鉴于这样的状况而提出的，其目的在于提供一种具备作为高炉的装入原料的强度及耐气候性而且低价的热压铁块。另外，本发明的另一个目的在于提供一种所述热压铁块的制造方法。 
实现所述目的的本发明的一个方面中的热压铁块是热成形多个还原铁颗粒从而该还原铁颗粒之间彼此附着而成的热压铁块，其中，所述还原铁颗粒具有平均碳含量为0.1～2.5质量％的表面区域、和位于所述表面区域的内侧平均碳含量高于该表面区域的平均碳含量的中心区域，其中，所述表面区域为从所述还原铁颗粒的表面到深度为3mm为止的区域。 
实现所述目的的本发明的另一个方面中的热压铁块的制造方法包括：对含有氧化铁成分和炭材的内含炭材的块状物进行造粒的结块化步骤；通过利用还原炉加热还原所述内含炭材的块状物，生成表面区域的平均碳含量为0.1～2.5质量％且中心区域的碳含量高于所述表面区域的平均碳含量的还原铁颗粒的加热还原步骤；从所述还原炉排出还原铁颗粒的排出步骤；利用热成形机压缩成形从所述还原炉排出的多个所述还原铁颗粒的热成形步骤，其中，所述表面区域为从所述还原铁颗粒的表面到深度为3mm为止的区域。 
附图说明
图1是模式地表示本发明的实施方式中的HBI制造流程(flow)的流程图。 
图2是表示煤基DRI的粒径与抗压强度的关系的曲线图。 
图3是表示煤基DRI的C含量与抗压强度的关系的曲线图。 
图4是表示回转炉底炉中的煤基DRI的金属化率与生产率的关系的曲线图。 
图5是表示煤基HBI的C含量与落下强度的关系的曲线图。 
图6是表示煤基HBI的金属化率与落下强度的关系的曲线图。 
图7是表示煤基HBI的截面的微观组织的图。 
图8是表示耐气候性试验中的金属化率的经时变化的曲线图。 
图9是表示成形温度对煤基HBI的抗压强度的影响的曲线图。 
图10表示DRI内的碳浓度分布的图，(a)为气基DRI，(b)为煤基DRI。 
具体实施方式
首先，对煤基DRI的HBI化的可能性进行说明。高炉用装入原料必需具有耐得住高炉装入的强度。因此，为了赋予作为装入原料所必需的强度，考虑到热成形煤基DRI来团块化成块(briquette)状(HBI化)。但是，在使用残留C含量高的煤基DRI的情况下，按照HBI化现有的气基DRI的技术常识，HBI不能得到充分的强度。 
即，作为HBI化所述气基DRI时的技术常识，气基HBI在电炉中使用时，通过还原DRI内部的未还原氧化铁来减低电力消耗，所以DRI的C含量最好尽可能地高。但是，已知由于如果提高DRI的C含量，则HBI的强度下降，所以将DRI的C含量限制在1.8质量％左右。因而，与气基DRI相比，HBI化气基DRI的技术的残留碳的含量高，而且，即使直接借用强度低的煤基DRI，煤基HBI也不能得到足够的强度。 
因此，本发明人等对在HBI化所述气基DRI时DRI的C含量对HBI的强度的影响进行了调查。 
图10(a)模式地表示HBI化之前的气基DRI(直径：约14mm，C含量：约1.8质量％)的截面和在该截面中对A线与B线之间的区域利用EPMA进行面分析得到的直径方向(图中的左右方向)的碳浓度分布(以下有时将碳浓度简称为“C浓度”)。其中，图中的碳浓度分布表示相对直径方向(图中的左右方向)与A线和B线垂直的方向(图中的上下方向) 的碳浓度的平均值。 
从同图(a)可知，DRI的C浓度在中心区域(距离中心的直径约为8mm的范围)大致一定，约为0.5质量％。另一方面，随着接近周缘(即表面侧)，C浓度急剧地上升。接着，直径约为14mm的DRI整体的平均C含量约为1.8质量％，直径约为8mm的DRI中心区域的平均C含量约为0.5质量％，所以利用平衡计算，从表面到深约3mm的DRI的表面区域的平均C含量约为2.5质量％。 
C浓度在气基DRI的表面区域这样急剧地上升的原因在于，在气基DRI中，在还原气体中添加的甲烷等从还原铁表面进行气体渗碳，在金属铁表面碳(C)析出，向金属铁中扩散，从而C含量被提高。 
因而，如果进一步增加气基DRI的C含量，则在金属铁表面的碳析出及向金属铁中的扩散量进一步增加，所以在HBI化时，在热成形时，DRI之间的附着力降低，结果，像技术常识那样，HBI的强度降低。 
但是，本发明人等通过对上述进行调查，可知从气基DRI热成形得到的HBI(气基HBI)的强度不被气基DRI全部区域的平均C含量限定，而被影响到热成形时的DRI之间的附着力的DRI表面区域的平均C含量限定。此外，图10(a)中的中心区域中的米粒状的部分(白点)表示空隙，表面区域中的点状物表示碳的析出物(一部分包含碳化铁)。 
接着，对煤基DRI，在图10(b)的DRI的截面中，对A线与B线之间的区域，利用EPMA进行面分析。接着，可以得到如同图(b)所示的C浓度分布。从同图(b)可知，与气基DRI相反，煤基DRI的C浓度在中心区域为较高的值，且大致一定地进行推移。另一方面，还可知在周缘区域(即，表面侧的区域)，C浓度急剧地降低。此外，在计测煤基DRI的C浓度分布时，没有在DRI的图中右侧表面附近进行面分析，所以在同图(b)中没有示出右侧表面区域的C浓度分布。但是，从另外进行的煤基DRI整体中的EPMA面分析的结果，确认了在DRI的右侧表面区域，与中心区域相比，C浓度也降低。(其中，在制作气基DRI的EPMA用样品时，在树脂包埋DRI之后，将DRI对开切断，直接对DRI截面进行研磨从而得到。与此相对，在制作煤基DRI的EPMA用样品时，DRI的中心区域非常疏松(porous)，不能直接研磨，所以必需切断DRI，用 树脂包埋其截面的空隙，然后进行研磨。因此，在气基DRI中，可以在DRI全部区域中对C浓度进行定量分析，而在煤基DRI中，由于受到树脂中的碳成分的影响，所以难以对DRI中心区域的C浓度进行精密度良好地定量，而只好用定性的分析结果。另外，图10(b)中的中心区域中的米粒状的部分(白点)表示空隙，胡麻粒状的部分(黑点)分别表示碳及含碳铁。) 
在煤基DRI的表面区域C浓度这样急剧地降低的原因如下所详细说明：煤基DRI的渗碳机制与气基DRI不同，在煤基DRI中，表面区域与中心区域相比，在辐射加热下在短时间内急剧地升温，与中心区域相比，被溶损(solution loss)反应的炭材消耗量变多。 
因而，认为对煤基DRI而言，只要将其表面区域的平均C含量限定(抑制)为作为所述气基DRI的表面区域的平均C含量的上限值的2.5质量％以下，则即使DRI中心区域的平均C含量高达某种程度，也可以确认从这样的DRI制造的HBI与从气基DRI制造的HBI为同等的强度，进一步进行探讨，以至完成本发明。 
以下对本发明的构成进行更详细地说明。 
[HBI的构成] 
本发明中的热压铁块是对多个还原铁颗粒进行热成形得到的热压铁块，其中，所述还原铁颗粒具有平均C含量为0.1～2.5质量％的表面区域、和位于所述表面区域的内侧的平均C含量高于该表面区域的平均C含量的中心区域。 
以下对采用所述构成的原因、数值限定理由等进行说明。 
本发明中的热压铁块是将多个还原铁颗粒热成形为块状而得到的热压铁块。还原铁颗粒通过热成形而压缩变形，相邻的还原铁颗粒之间在彼此的表面上附着。在此，认为规定还原铁颗粒的“表面区域的平均C含量”的原因在于，在压缩成形多个还原铁颗粒从而形成HBI时，限定HBI的强度的还原铁颗粒之间的附着力依存于还原铁颗粒的表面区域的金属铁部分中的炭材粒子的存在量而被决定。 
作为所述“还原铁颗粒的表面区域”，优选从还原铁颗粒的表面到深约1～约5mm的区域。这是因为，如果从表面的深度小于约1mm，则由 于低碳的表面区域厚度过薄，而还原铁颗粒之间的附着力变得不充分。另一方面，还因为如果从表面的深度大于约5mm，则煤基还原铁的平均碳浓度过于降低。接着，更优选成为作为压缩成形的变形影响的范围的“从DRI的表面到深约3mm的区域”。 
另外，将还原铁颗粒的表面区域的平均C含量限定成“0.1～2.5质量％”的原因在于，如果超过2.5质量％，则存在于还原铁颗粒的表面区域的金属铁中的炭材粒子变得过多，还原铁颗粒之间的附着力降低，另一方面，还因为如果不到0.1质量％，则还原铁颗粒的表面区域的金属铁变得容易被再氧化，代替金属铁减少反而氧化铁增加，还原铁颗粒之间的附着力仍然降低。还原铁颗粒的表面区域的平均C含量的下限进而优选为0.3质量％，特别优选为0.5质量％，上限进而优选为2.0质量％，特别优选为1.5质量％。 
另外，将还原铁颗粒限定成“中心区域的平均C含量变得高于所述表面区域的平均C含量”的原因在于，即使将表面区域的平均C含量设定成低值，通过将中心区域的平均C含量设定成比其高，而将还原铁颗粒整体的平均C含量维持成高达某种程度，可以得到利用在高炉内的炉身(shaft)部的富CO2气体来防止再氧化的效果或利用在高温部的渗碳来使烧穿容易化的效果。 
其中，推荐所述还原铁颗粒只由表面区域和中心区域构成。 
另外，构成HBI的还原铁颗粒的整体的平均C含量优选为1.0～5.0质量％。这是因为，如果不到1.0质量％，则不能充分得到所述利用在高炉内炉身部的富CO2气体来防止再氧化的效果或利用在高温部的渗碳来使烧穿容易化的效果，相反，如果超过5.0质量％，则煤基DRI的中心区域的C含量变得过大，随着煤基DRI的强度降低，HBI强度也降低的可能性提高。还原铁颗粒的整体的平均C含量的下限进而优选为2.0质量％，特别优选为3.0质量％，上限进而优选为4.5质量％，特别优选为4.0质量％。 
另外，构成HBI的还原铁颗粒的金属化率优选为80％以上，进而优选为85％以上，特别优选为90％以上。这是因为，通过这样地提高金属化率，可以得到更大的高炉的增产效果及回炉料比减低效果。 
[HBI的制造方法] 
接着，参照图1所示的概略的制造流程，对所述HBI的制造方法进行说明。在同图中，符号1表示加热还原含有氧化铁成分和炭材的结块化物来制造DRI的作为还原炉的回转炉底炉，符号2表示利用热轧压缩成形DRI来制造HBI的作为热成形机的热压块机(hot briquette machine)。以下按照制造流程进行更详细地说明。 
(1)结块化工序(结块化步骤) 
根据需要分别地粉碎作为氧化铁成分的铁矿石a和作为炭材的煤b，分别成为粒径低于1mm左右的粉状。以规定的比例配合得到的粉状铁矿石A和粉状煤B。使此时的粉状煤B的配合比例成为在使粉状铁矿石A还原成金属铁所必需的量的基础上，再加上在还原后的还原铁F中残留的平均C含量(例如2.0～5.0质量％)的量。进而，根据需要，添加适量的粘合剂或适量的水分(进而，也可以添加作为造渣剂的辅助材料)。接着，在混合机4中将它们混合，然后利用造粒机5，造粒成6～20mm直径左右的粒径，得到作为炭材内装块成化物的炭材内装粉(pellet)E。 
为了防止该炭材内装粉E在回转炉底炉14内的破裂(bursting)(爆裂)，优选在干燥机6中干燥至水分量成为1质量％左右以下。 
(2)加热还原工序(加热还原步骤) 
接着，利用装入装置(未图示)，在回转炉底炉1的炉底(未图示)上，将已干燥的炭材内装粉E载置成1～2层左右的厚度。这样地进行，加热在炉底上载置的炭材步骤粒E，并同时使其通过回转炉底炉1内。具体而言，以优选6min以上、更优选8min以上的滞留时间，使其通过加热至优选1100～1400℃、更优选1250～1350℃的气氛温度的回转炉底炉1内。 
作为加热炭材内装粉E的机构(加热机构)，例如可以使用在回转炉底炉1的侧壁上部设置的多根燃烧嘴(burner)(未图示)。 
炭材内装粉E在通过回转炉底炉1内期间被辐射加热。接着，利用下述式(1)及(2)所示的连锁反应，炭材内装粉E中的氧化铁成分被炭材还原、金属化，从而成为固体的还原铁F。 
FexOy+yCO→xFe+yCO2…式(1) 
C+CO2→2CO…式(2) 
在此，对在炭材内装粉E内发生的反应状况进行详细说明。 
如果炭材内装粉E在回转炉底炉1内被辐射加热，则炭材内装粉E的表面区域比中心区域先升温，可以长时间维持高温的状态。因此，在表面附近存在的炭材与存在于中心区域的炭材相比，更多地被上述式(2)所示的溶损反应消耗。以外，在中心区域，由式(2)所示的溶损反应产生的CO利用与式(1)所示的氧化铁成分的还原反应生成CO2。在该中心区域生成的CO2通过表面区域向炭材内装粉E外流出时，表面区域的炭材进一步被消耗。结果，如所述的图10(b)所示，表面区域的C浓度降低至低于中心区域的C浓度。 
这样，从炭材内装粉E得到的还原铁颗粒F的表面区域的平均C含量变得低于中心区域的平均C含量(换言之，煤基还原铁颗粒F的中心区域的平均C含量变得高于表面区域的平均C含量)。 
还原铁颗粒F的表面区域的平均C含量必需成为规定范围(0.1～2.5质量％)，而为了使表面区域的平均C含量成为0.1～2.5质量％，只要适当地调整所述的炭材内装粉E的炭材配合比例或回转炉底炉1内的气氛温度、回转炉底炉1内的炭材内装粉E的滞留时间等回转炉底炉1的运转条件即可。例如，只要使炭材配合比例为10～26％、气氛温度为1250～1400℃、滞留时间为8～30分钟即可。碳配合量尤其优选内含在相当于与炭材内装块成化物(例如炭材内装粉E)中的将要除去的氧摩尔相同的碳摩尔的碳量的基础上加上3％的碳的量。另一方面，运转条件优选在炉底铺上1～2层内含炭材的块状物，将结块化物正上方的温度保持在1300℃，加热至金属化率成为90％以上的条件。 
另外，推荐还原铁颗粒F整体的平均C含量为1.0～5.0质量％，而如上所述，这样的还原铁颗粒F整体的平均C含量只要以炭材内装粉E的碳配合比例调整即可。此时，由于还受到回转炉底炉1内的气氛温度、回转炉底炉1内的炭材内装粉E的滞留时间等回转炉底炉1的运转条件影响，所以考虑运转条件调整炭材配合比例。换言之，为了使还原铁颗粒F整体的平均C含量成为1.0～5.0质量％，只要调整所述块成化工序中的氧化铁成分与炭材的配合比例和/或控制所述加热还原工序中的回转炉底 炉1的运转条件即可。 
另外，还推荐还原铁F的金属化率为80％以上，而这样的还原铁F的金属化率由于配合了比炭材内装粉E中的铁矿石(氧化铁成分)a的还原所必需的量过剩的煤(炭材)b，所以可以容易地通过回转炉底炉1内的气氛温度、回转炉底炉1内的炭材内装粉E的滞留时间等回转炉底炉1的适当地调整来得到。换言之，为了使所述还原铁F的金属化率成为80％以上，只要调整所述块成化工序中的氧化铁成分与炭材的配合比例和/或控制所述加热还原工序中的回转炉底炉1的运转条件即可。 
(3)排出工序(排出步骤) 
利用排出装置(未图示)，在1000℃左右，将这样地进行得到的还原铁颗粒F从回转炉底炉1排出。 
(4)热成形工序(热成形步骤) 
从回转炉底炉1排出的还原铁颗粒F例如在容器(container)7中暂时收容，利用氮气等惰性气体，冷却至适于普通的热成形的温度600～650℃左右，然后例如利用双辊型的热压块机2压塑(压缩成形)，成为热压铁块G。还原铁颗粒F由于其表面区域的平均C含量被调整成0.1～2.5质量％，所以保证热压铁块G具有作为高炉用装入原料的足够的强度。另外，还由于还原铁颗粒F的中心区域比表面区域的平均C含量高，所以热压铁块G整体的平均C含量也被维持为高值。因此，在装入高炉中时，可以得到利用在高炉炉身部的富CO2的炉内气体来防止再氧化的效果或利用在高炉高温部的向金属铁中的渗碳来使烧穿容易化的效果。 
(变形例) 
在所述实施方式中，示出的例子为还原铁颗粒F的表面区域的平均C含量的调整通过调整所述结块化工序中的氧化铁成分与炭材的配合比例和/或控制所述加热还原工序中的回转炉底炉1的运转条件来进行。作为本发明中的其他实施方式，除了这些调整，此外也可以升降相当于从炭材内装粉E内部产生的气体减少或停止的时期的回转炉底炉1内的还原铁F排出部之前的带(区间)中的气体气氛的氧化度。这是因为，这样可以调整还原铁F表面区域的炭材的消耗量。接着，利用所述气体气氛的氧化度的升降来精密度良好地调整还原铁F表面区域的平均C含量成为可能。 为了升降回转炉底炉1内的带中的气体气氛的氧化度，可以通过变更该带具备的燃烧嘴的空气比来容易地进行。例如，在还原铁F表面区域的平均C含量超过2.5质量％的情况下，只要提高燃烧嘴的空气比，使气体气氛的氧化度上升即可。这样，可以促进还原铁F表面区域的炭材的消耗，将还原铁F表面区域的平均C含量维持为2.5质量％以下(第1还原铁表面区域C含量调整步骤)。 
进而，在从回转炉底炉1排出之后，只要使作为氧化性气体的例如空气或进行回转炉底炉1的燃烧嘴燃烧废气等的喷射等规定量的氧化性气体与还原铁F接触规定时间即可。这样，也可以调整氧化铁F表面区域的炭材的消耗量(第2还原铁表面区域C含量调整步骤)。 
其中，所述第1及第2还原铁表面区域C含量调整步骤可以只使用任意1个步骤，也可以并用两个步骤。 
另外，在所述实施方式中，示出的例子是在将回转炉底炉1排出的1000℃左右的还原铁颗粒F冷却至600～650℃左右之后进行热成形，但也可以实质上不冷却还原铁颗粒F即不进行如上所述的强制性的冷却操作而提高热成形温度来进行成形。这种情况下，热压块机2的耐热性成了问题，但可以利用辊的水冷的强化、辊材质的高级化等来解决。通过提高热成形温度来进行成形，即使在热压铁块G中的还原铁颗粒F整体的C含量高达5质量％附近的情况下，也可以保证高强度。 
另外，在所述实施方式中，使用铁矿石作为氧化铁成分a，但也可以代替铁矿石或者另外再加上使用含有氧化铁的高炉尘(dust)、转炉尘、电炉尘、轧制铁鳞(mill scale)等炼铁所尘。 
另外，在所述实施方式中，使用煤作为炭材b，但也可以代替煤或者另外再加上使用焦炭、石油焦炭、木炭、木材片、废塑料、旧轮胎等。另外，也可以利用高炉尘中的碳成分。 
另外，在所述实施方式中，使用炭材内装粉作为内含炭材的块状物，利用造粒机进行造粒，但也可以代替炭材内装粉而使用炭材内装压块(尺寸比热压铁块小的压块)，利用压塑机进行压缩成形。这种情况下，根据粘合剂的种类不同而不同，有时在成形时不添加水分，反而使用已干燥的原料。 
另外，在所述实施方式中，使用回转炉底炉作为还原炉，但也可以取而代之使用直线炉。 
实施例 
[实施例1] 
首先，为了检测煤基DRI的表面区域及中心区域的各自的平均C含量，进行模拟利用回转炉底炉的加热还原工序的以下的还原试验。 
向表1所示的成分组成的煤和铁矿石中添加辅助材料，以表2所示的配合比例进行混合，添加适量的水分，利用小型的造粒机(disc pelletizer)进行造粒，然后在干燥器内保持，充分地干燥，从而制作平均粒径为18.7mm的炭材内装粉的样品。其中，表1中的“-74μm”表示“粒径为74μm以下的粒子”，表1中的“LOI”是Loss of Ignition的略语，表示在1000℃下加热1小时时的质量减少量。在表4中也同样。 
[表1] 
Figure G200780039965XD00111
[表2] 
Figure G200780039965XD00112
将该炭材内装粉的6个样品在氧化铝托盘中排列为1层，在N2100％×3NL/min流通下，快速地向调整成1300℃的气氛温度的小型的卧式加热炉内插入，在废气中的CO浓度降低成5容量％时，视为还原结束，将样品取出至冷却位置，在N2气氛中冷却至室温，将得到的还原铁样品提供到截面观察及化学分析。其中，试验为了确认重复性而在相同的条件下反复进行2次。 
如果利用截面观察，则可知，利用加热处理，外周部的金属铁烧结而 形成致密的区域，与此相对，中央部可以得到较多地残留碳、没有进行金属铁的烧结的还原铁。此外，还原铁的平均粒径从还原前的18.7mm收缩成约16mm。 
由于外周部的金属铁烧结成为致密的区域的厚度约为3mm，所以视为其外周部相当于作为本发明中的还原铁的表面区域的推荐范围的“距表面约3mm深度的部分”，中央部相当于中心区域(除了所述表面区域的部分)，外周部(表面区域)与中央部(中心区域)分离，分别进行化学分析。将化学分析的结果示于表3。 
[表3] 
Figure G200780039965XD00121
从同表可知，试验的重复性良好，外周部(表面区域)的平均C含量为1.5～1.6质量％，与此相对，中央部(中心区域)的平均C含量约为4.4～4.5质量％。这满足了本发明HBI中的DRI的成分规定。另外，还原铁样品的整体的平均C含量约为3.9～4.0质量％，金属化率约为99.7％。这分别满足了本发明HBI中的DRI的优选成分规定即“还原铁颗粒的全部区域的平均碳含量为1.0～5.0质量％”及“还原铁颗粒的金属化率为80％以上”。其中，DRI的金属化率是对DRI整体进行化学分析来测定的，而DRI整体的化学组成是以样本质量对DRI的外周部(表面区域)与中央部(中心区域)的化学组成进行加权平均算出的。 
因而，推测对这样地进行制造的还原铁进行热成形得到的HBI具有充分的强度，因此为了确证而进行以下的HBI制造试验。 
[实施例2] 
(试验的方法及条件) 
HBI制造试验使用外径8.5m的回转炉底炉的(还原铁生产规模：50t/d)和辊直径1m的热压铁块来实施。 
作为原料，使用表4所示的成分组成的磁铁矿(铁矿石)和烟煤(煤)，以质量比例计算，相对铁矿石80％配合煤20％，以外装添加1.5％有机粘合剂。进而，添加适量的水分，利用混合器(mixer)混合原料之后，利用直径3.0m的盘(pan)型造粒机制造炭材内装粉。接着，利用将气氛温度调整成170℃的带(band)型干燥机连续地干燥炭材内装粉。连续地将干燥后的炭材内装粉装入回转炉底炉，在表5的条件下进行还原。其中，设置于回转炉底炉内的最终带的燃烧嘴的空气比大致为1.0。其中，表5中的“-190”表示“炉内压力为190Pa以下”。 
[表4] 
Figure G200780039965XD00131
[表5] 
Figure G200780039965XD00132
趁热将从回转炉底炉排出的还原铁临时收容于填充有N2气体的容器中，将容器2杯量的还原铁，以各容器成为满杯地装入在热压块机上设置的料斗(hopper)，分批向热压块机中供给约2.5t量的高温的还原铁，以表6的条件进行热成形，在水中浸渍、冷却成形的块，制造热压铁块。 
[表6] 
Figure G200780039965XD00133
(试验结果) 
[煤基还原铁的性状] 
采集HBI化前的还原铁，测定其物性，将其代表值与现有的气基还原铁进行比较。将各测定结果示于表7。从同表可知，煤基还原铁由于以煤作为还原剂，所以与气基还原铁相比，碳(C)、脉石、硫(S)的含量变高。另外，内装的煤由于气体化而脱离，所以成为气孔率高而抗压强度也低。 
[表7] 
  项目   煤基DRI   气基DRI
  金属化率(％)   91.0   92.0
  T.Fe(质量％)   85.8   92.7
  M.Fe(质量％)   78.1   85.3
  C(质量％)   3.0   1.1
  S(质量％)   0.08   0.01
  脉石成分(质量％)   7.54   3.60
  抗压强度(N/个)   412   510
  气孔率   65.6   62.1
另外，图2表示将同时取样的50个煤基还原铁颗粒的各自的粒径和抗压强度绘成的图。从同图可知，在16～20mm的粒径范围内，以20～60kg重/个(约200～600N/个)左右的范围变动，存在强度非常低的还原铁颗粒。可知通常利用实验室规模的小型加热炉制造的煤基还原铁的加热均一，所以可以制造均质的还原铁，但在工业的回转炉底炉中，由于炉内的燃烧嘴的配置或炭材内装粉的重叠情况等，热的接受方式变得不均一，从而产生这样的品质的不均。 
另外，在图3中显示煤基还原铁颗粒的全体的C含量与抗压强度的关系。从该图明确可知，随着C含量增加抗压强度下降。 
从以上还可以确认，为了将尽可能地提高粒子整体的C含量的煤基还原铁用作高炉装入物，而必需HBI化还原铁来进行高强度化。 
图4表示煤基还原铁的金属化率与生产率的关系。可以确认，如果目标生产率在80～100kg/(m2h)的范围内，尽管不均大，但常常保证金属化率为80％以上，通过使生产率略微降低(使目标生产率为90kg/(m2h) 以下)，可以使金属化率的上限值上升至最高95％左右，通过调整炭材内装粉的回转炉底炉内的滞留时间等，可以调整金属化率。 
[煤基HBI的性状] 
为了评价煤基HBI的强度，实施落下强度试验。作为落下强度试验的方法，与气基HBI同样，推测用船舶等向海外输送HBI，采用的是使10个HBI从10m的高度向厚12mm的铁板上反复落下5次，然后过筛尺寸为38.1mm及6.35mm的筛，分别测定尺寸为38.1mm以上的块(以下有时简称为“+38.1mm”。)的质量比率及尺寸为6.35mm以下的粉(以下有时简称为“-6.35mm”。)的质量比率。 
图5表示利用热压块机制造的煤基HBI的整体的C含量与落下强度的关系。从同图可知，煤基HBI的C含量(即还原铁整体的平均C含量)为2.0～5.0质量％的范围，可以得到大致满足成为现有的气基HBI的落下强度的基准的平均值(+38.1mm，65％)的落下强度(+38.1mm)。另外，-6.35mm的比例也在10％左右。 
图6表示煤基HBI的金属化率与落下强度的关系。从同图可知，尽管未见金属化率与落下强度的明确的相关关系，但即使为82％左右的低金属化率，也可以得到与气基HBI同等的落下强度。 
[煤基HBI的外观及内部结构] 
在本实施例中制造的煤基HBI为长110mm×宽50mm×厚30mm、体积105cm3的枕形，宽端部和两侧均良好地成形，也没有形成被称为裂痕(fish mouth)的容易在宽端部发生的裂口。另外，还推测HBI的体部分足够厚，还原铁在高压力下被挤入。 
图7表示与其长径方向垂直地切断煤基HBI的截面，可知可以读取已被压缩变形的各还原铁的形状，还原铁的表面之间被紧密地压着。此外，还可见截面中的各还原铁的表面发黑，这是因为为了容易观察而用酸蚀刻取对比度。 
[煤基HBI的耐气候性] 
实施利用本实施例制造的煤基HBI的耐气候性试验。其中，作为比较例，使用本实施例的没有HBI化的煤基DRI和现有的气基DRI。将各样品约5kg放入没有盖的塑料制筐中，在户外(平均相对湿度71.7％，平 均温度7.2℃，每月降雨量44mm的条件)放置，每2周采集少量的样品，从其化学分析值调查再氧化的比例(金属化率降低的比例)。 
将调查结果作为经过天数与金属化率(初期的金属化率为1.0的相对值)的关系示于图8。从同图可知，在为DRI的情况下，煤基、气基的金属化率均显著地降低，在12周(84天)之后，降低至初期金属化率的60～70％左右。与此相对，煤基HBI的金属化率的降低非常小，即使在12周之后，初期金属化率也只略微降低3％。尤其从保证海上输送时的安全的观点出发，DRI或HBI的耐气候性是很重要的，而这样煤基DRI还存在输送或贮藏时的再氧化或随之发热进而起火的危险性，但由于通过HBI化而气孔率大幅度地降低、致密化，所以可以避免这样的危险性。 
[热成形温度对煤基HBI的强度的影响] 
为了调查热成形温度对煤基HBI的强度的影响，另外将供给到热压块机的煤基DRI的温度以通常程度的600℃和比通常高的760℃的2个水准进行变更，从而制作煤基HBI，测定它们的抗压强度。将测定结果示于图9。其中，利用用HBI的宽度除向宽度方向加负荷断裂时的负荷得到的每HBI宽度单位长度的负荷表现HBI的抗压强度。如同图所示，在HBI的C含量低至2质量％左右的情况下，几乎未见成形温度的影响。但是，在HBI的C含量提高至5质量％左右的情况下，在通常的600℃的成形温度下，抗压强度被极大地降低，与此相对，在760℃这样比通常高的成形温度下，抗压强度的降低量非常小。因而，可以确认，可以通过实质上不冷却从还原炉排出的DRI而直接以更高温度进行成形来制造高C含量而且高强度的HBI。 
如以上所述，本发明的一个方面的热压铁块是热成形多个还原铁颗粒从而该还原铁颗粒之间彼此附着而成的热压铁块，其中，所述还原铁颗粒具有平均碳含量为0.1～2.5质量％的表面区域和位于所述表面区域的内侧平均碳含量高于该表面区域的平均碳含量的中心区域。在此，还原铁颗粒可以为粒状、丸状的还原铁，也可以为块状的还原铁，形状不限定于粒状。 
在本发明的热压铁块中，所述表面区域为从所述还原铁颗粒的表面到深度为3mm的区域。 
如果利用所述本发明中的热压铁块，则由于将表面区域的平均C含量限定于0.1～2.5质量％，所以可以维持还原铁颗粒之间的附着力从而保证热压铁块的强度。因而，本发明中的热压铁块具有作为高炉的装入原料的强度及耐气候性。另外，可以使用将低价的煤等通常作为还原剂、将低品质的氧化铁源作为原料的煤基DRI，所以与气基HBI相比，本发明中的热压铁块的价格低。 
另外，在本发明的热压铁块中，优选所述还原铁颗粒的全部区域的平均碳含量为1.0～5.0质量％。 
如果这样，则通过将热压铁块中的还原铁颗粒整体的平均C含量设定于高的范围，可以保证热压铁块的强度并同时可以防止在高炉炉身部的富CO2的炉内气体引起的再氧化，同时在高炉高温部的金属铁中的渗碳容易进行，快速地发生熔融滴注，从而提高高炉内的通气性。 
另外，在本发明的热压铁块中，优选所述还原铁颗粒的金属化率为80％以上。 
如果这样，则通过将热压铁块中的还原铁颗粒整体的金属化率设定成80％以上的高的值，如果将该热压铁块用作高炉用装入原料，则高炉的生产率增大，同时还可以减低高炉的回炉料比，所以可以削减排出CO2量。 
本发明的另一个方面的热压铁块的制造方法具有：对含有氧化铁成分和炭材的内含炭材的块状物进行造粒的结块化步骤；通过利用还原炉加热还原所述内含炭材的块状物，生成表面区域的平均碳含量为0.1～2.5质量％且中心区域的碳含量高于所述表面区域的平均碳含量的还原铁颗粒的加热还原步骤；从所述还原炉排出还原铁颗粒的排出步骤；利用热成形机压缩成形从所述还原炉排出的多个所述还原铁颗粒的热成形步骤。 
如果这样，由于利用加热还原作为还原剂的低价的煤等炭材和含有低品质的氧化铁源的炭材内装块成化物来生成煤基还原铁颗粒，使用热成形机将其制造热压铁块，所以可以维持还原铁颗粒之间的附着力从而保证热压铁块的强度。因此，可以提供能够实际上用作高炉的装入原料的低价、高强度且具备耐气候性的热压铁块。 
另外，在本发明的热压铁块的制造方法中，优选实质上没有冷却所述排出的还原铁颗粒，在所述热成形步骤中压缩成形。 
如果这样，则可以以更高温度的软化的状态压缩成形还原铁颗粒，所以即使在还原铁颗粒整体的平均C含量高的情况下，也可以保证热压铁块的强度。 
另外，在本发明的热压铁块的制造方法中，优选在所述结块化步骤中，以所述还原铁颗粒的全部区域的平均碳含量成为1.0～5.0质量％的比例配合所述氧化铁成分与所述炭材，还优选在所述加热还原步骤中，在所述还原铁颗粒的全部区域的平均碳含量成为1.0～5.0质量％的条件下，加热还原所述内含炭材的块状物。 
如果利用这些制造方法，则可以更高精密度地调整还原铁颗粒的表面区域的平均C含量，所以可以更可靠地得到本发明中的热压铁块。 
另外，在本发明的热压铁块的制造方法中，优选在所述块成化步骤中，以所述还原铁颗粒的金属化率成为80％以上的比例配合所述氧化铁成分和所述炭材，还优选在所述加热还原步骤中，在所述还原铁颗粒的金属化率成为80％以上的条件下，加热还原所述内含炭材的块状物。 
如果利用这些制造方法，则由于还原铁颗粒整体的金属化率成为80％以上的较高的值，所以如果将使用该还原铁颗粒得到的热压铁块用作高炉用装入原料，则高炉的生产率增大，同时还可以减低高炉的回炉料比(燃料比)，所以可以削减排出CO2量。 
另外，在本发明的热压铁块的制造方法中，优选在所述加热还原步骤的终期，使所述还原炉内的气体气氛的氧化度升降，还优选在所述排出步骤之后，使所述排出的还原铁颗粒与氧化性气体接触。 
如果利用这些制造方法，则可以提高还原铁颗粒的金属化率，所以如果将使用该还原铁颗粒得到的热压铁块用作高炉用装入原料，则高炉的生产率增大，同时还可以减低高炉的回炉料比(燃料比)，所以可以削减排出CO2量。 
本发明的另一个方面的热压铁块的制造方法是由数个还原铁颗粒构成的热压铁块的制造方法，其中，利用热成形机压缩成形如下所述的还原铁颗粒来制造热压铁块，其中的还原铁颗粒为具有平均碳含量为0.1～2.5质量％的表面区域和位于所述表面区域的内侧的平均碳含量高于该表面区域的平均碳含量的中心区域的还原铁颗粒。 
如果这样，则由于压缩成形表面区域的平均C含量为0.1～2.5质量％的还原铁颗粒，所以热压铁块可以维持还原铁颗粒之间的附着力。其结果为，可以制造具有作为高炉的装入原料的强度及耐气候性的热压铁块。另外，作为还原铁颗粒，可以使用将低价的煤等炭材作为还原剂、将低品质的氧化铁源作为原料的煤基DRI，所以与气基HBI相比，可以制造低价的热压铁块。 
另外，在本发明的由数个还原铁颗粒构成的热压铁块的制造方法中，优选所述还原铁颗粒的全部区域的平均碳含量为1.0～5.0质量％。 
如果这样，则可以更高精密度地调整还原铁颗粒的表面区域的平均C含量，所以可以更可靠地得到本发明中的热压铁块。 
另外，在本发明的由数个还原铁颗粒构成的热压铁块的制造方法中，优选所述还原铁颗粒的金属化率为80％以上。 
如果这样，通过将还原铁颗粒整体的金属化率设定成80％以上的高的值，如果将使用该还原铁颗粒得到的热压铁块用作高炉用装入原料，则高炉的生产率增大，同时还可以减低高炉的回炉料比(燃料比)，所以可以削减排出CO2量。 
此外，本发明中的热压铁块特别适于作为高炉的装入原料，但不排除作为电炉用原料的使用。尤其还原铁颗粒的全部区域的平均碳含量为1.0～5.0质量％的热压铁块可以使C含量高于由现有的气基DRI构成的HBI，所以尽管存在处理炉渣成分或硫成分的必要性，但可以减低电力消耗量的效果较大，探讨在电炉中的使用的价值很充分。 

Claims (14)

1.一种热压铁块，是热成形多个还原铁颗粒使该还原铁颗粒彼此附着而成的热压铁块，其特征在于，
所述还原铁颗粒具有平均碳含量为0.1～2.5质量％的表面区域、和位于所述表面区域的内侧平均碳含量高于该表面区域的平均碳含量的中心区域，
其中，所述表面区域为从所述还原铁颗粒的表面到深度为3mm为止的区域。
2.根据权利要求1所述的热压铁块，其特征在于，
所述还原铁颗粒的全部区域的平均碳含量为1.0～5.0质量％。
3.根据权利要求1或2所述的热压铁块，其特征在于，
所述还原铁颗粒的金属化率为80％以上。
4.一种热压铁块的制造方法，其特征在于，包括：
对含有氧化铁成分和炭材的内含炭材的块状物进行造粒的结块化步骤；
通过在还原炉对所述内含炭材的块状物进行加热还原，生成表面区域的平均碳含量为0.1～2.5质量％且中心区域的碳含量高于所述表面区域的平均碳含量的还原铁颗粒的加热还原步骤；
从所述还原炉排出还原铁颗粒的排出步骤；
利用热成形机压缩成形从所述还原炉排出的多个所述还原铁颗粒的热成形步骤，
其中，所述表面区域为从所述还原铁颗粒的表面到深度为3mm为止的区域。
5.根据权利要求4所述的热压铁块的制造方法，其特征在于，
在实质上没有冷却所述排出的还原铁颗粒的状态下，在所述热成形步骤中压缩成形。
6.根据权利要求4或5所述的热压铁块的制造方法，其特征在于，
在所述结块化步骤中，以所述还原铁颗粒的全部区域的平均碳含量成为1.0～5.0质量％的比例配合所述氧化铁成分与所述炭材。
7.根据权利要求4或5所述的热压铁块的制造方法，其特征在于，
在所述加热还原步骤中，在所述还原铁颗粒的全部区域的平均碳含量成为1.0～5.0质量％的条件下，加热还原所述内含炭材的块状物。
8.根据权利要求4或5所述的热压铁块的制造方法，其特征在于，
在所述结块化步骤中，以所述还原铁颗粒的金属化率成为80％以上的比例配合所述氧化铁成分和所述炭材。
9.根据权利要求4或5所述的热压铁块的制造方法，其特征在于，
在所述加热还原步骤中，在所述还原铁颗粒的金属化率成为80％以上的条件下，加热还原所述内含炭材的块状物。
10.根据权利要求4或5所述的热压铁块的制造方法，其特征在于，
在所述加热还原步骤的终期，使所述还原炉内的气体气氛的氧化度升降。
11.根据权利要求4或5所述的热压铁块的制造方法，其特征在于，
在所述排出步骤之后，使所述排出的还原铁颗粒与氧化性气体接触。
12.一种热压铁块的制造方法，是由数个还原铁颗粒构成的热压铁块的制造方法，其特征在于，
利用热成形机压缩成形如下的还原铁颗粒来制造热压铁块，所述还原铁颗粒具有平均碳含量为0.1～2.5质量％的表面区域和位于所述表面区域的内侧平均碳含量高于该表面区域的平均碳含量的中心区域，
其中，所述表面区域为从所述还原铁颗粒的表面到深度为3mm为止的区域。
13.根据权利要求12所述的热压铁块的制造方法，其特征在于，
所述还原铁颗粒的全部区域的平均碳含量为1.0～5.0质量％。
14.根据权利要求12或13所述的热压铁块的制造方法，其特征在于，
所述还原铁颗粒的金属化率为80％以上。
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