CN102300965B

CN102300965B - 铁矿石烧结用炭材

Info

Publication number: CN102300965B
Application number: CN201080006351.3A
Authority: CN
Inventors: 野村诚治; 笠间俊次
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2030-01-26
Also published as: BRPI1007900A2; KR101296887B1; JPWO2010087468A1; WO2010087468A1; CN102300965A; JP4681688B2; BRPI1007900B1; KR20110086638A

Abstract

本发明提供一种铁矿石烧结用的燃料，其比以往所用的烧结用燃料廉价，燃烧效率优良，且能够改善烧结矿的生产率及成品率，并且还可实现烧结矿生产时的氮氧化物排放量的降低，该燃料是作为铁矿石烧结用的燃料而使用的炭材，其具有以下性质：(i)反应开始温度为550℃以下；(ii)挥发成分(VM)为1.0％以上；(iii)氢与碳的原子数比(H/C)为0.040以上；(iv)用水银压入法测定的孔径为0.1～10μm的气孔的量为50mm³/g以上。

Description

铁矿石烧结用炭材

技术领域

本发明涉及在烧结铁矿石来制造烧结矿时能够用作燃料的炭材。

背景技术

在烧结矿的制造中，首先，以粉状铁矿石为主原料，通过滚筒式混合机等将由石灰石、硅石、蛇纹岩等副原料、固体燃料、返矿等构成的配合原料混合并造粒，形成模拟粒子，在将配合原料的模拟粒子以层状装入烧结小车上后，将表层的配合原料中的固体燃料点燃，通过从烧结小车的下方吸引通风，使燃烧依次向下层转移，对装入的配合原料进行烧成，从而形成烧结矿。

作为以往制造烧结矿时的固体燃料，一直使用了粉焦。粉焦是通过对用焦炉制造的块焦中的粒度小且不能装入高炉的焦炭进行筛分而得到的。

此外，作为粉焦以外的铁矿石烧结用的固体燃料，例如以下专利文献1及2所述的固体燃料是公知的。

在专利文献1中记载了将制造烧结矿时配合的燃料（燃料炭材）的10重量%以上与通过在300℃～900℃的温度范围内对煤炭进行热分解而得到的炭进行配合的技术。

此外，在专利文献2中公开了将由炭和部分还原矿石构成的固体物质作为烧结用的燃料的技术，其中所述炭是通过将粉状铁矿石和煤炭的混合物加热并保持到足够用于煤炭热分解的300℃～900℃而得到的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-230558号公报

专利文献2：日本特开平5-230557号公报

发明内容

发明所要解决的问题

近年来，无烟煤及成为粉焦的原料的粘结性煤的价格一直在上升。所以，一直寻求能够用于制造烧结矿的更廉价的替代固体燃料。

此外，从环境上的问题出发，一直谋求降低二氧化碳的排放量，为达到此目的，一直要求降低燃料的单位消耗量。所以，作为替代的固体燃料，希望其比以往的固体燃料的燃烧效率更优良。

另外，一直谋求增大高炉的出铁量、提高出铁比，因此烧结矿的增产及烧结矿质量的提高是不可缺的。所以，一直要求与采用以往的固体燃料时相比可改善烧结矿的生产率及成品率的新的烧结矿制造方法。在此方面，在专利文献1或2中，对于烧结矿的生产率及成品率的改善没有任何公开。

再者，与二氧化碳同样，也一直要求降低烧结机排放气体中的氮氧化物(NOx)。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种铁矿石烧结用的固体燃料即炭材，其与以往所用的烧结用燃料相比更廉价，燃烧效率优良，且能够改善烧结矿的生产率及成品率，同时还可实现烧结矿生产时的氮氧化物排放量的降低。

用于解决问题的手段

本发明是鉴于上述问题点而完成的，作为其要旨的部分如下。

(1)一种炭材，其是作为铁矿石烧结用的固体燃料而使用的炭材，其特征在于，其具有以下的性质：

(i)反应开始温度为550℃以下；

(ii)挥发成分(VM)为1.0％以上；

(iii)氢与碳的原子数比(H/C)为0.040以上；

(iv)用水银压入法测定的孔径为0.1～10μm的气孔的量为50mm³/g以上。

(2)根据(1)所述的炭材，其特征在于，所述炭材进一步具有以下的性质：

(v)反应速度最大温度为600℃以下；

(vi)1000℃时的反应速度为0.19min^-1以上。

(3)根据(1)或(2)所述的炭材，其特征在于，所述炭材进一步具有以下的性质：

(vii)显微强度指数(MSI_0.21)为20以上。

(4)根据(1)或(2)所述的炭材，其特征在于，所述炭材是以次烟煤或褐煤作为原料制造的。

(5)根据(3)所述的炭材，其特征在于，所述炭材是以次烟煤或褐煤作为原料而制造的。

(6)一种烧结矿的制造方法，其特征在于，采用(1)或(2)所述的炭材作为固体燃料。

(7)一种烧结矿的制造方法，其特征在于，采用(3)所述的炭材作为固体燃料。

(8)一种烧结矿的制造方法，其特征在于，采用(4)所述的炭材作为固体燃料。

在本说明书中，所谓反应开始温度指的是以下的温度。即，将规定重量(10～20mg)的调整到规定的粒度(0.15～0.25mm)的试样装入热天平中，在空气气氛中以规定的升温速度(10℃/min)升温，测定重量减少量。这里，将重量减少率稳定且超过0.002(1/min)的温度称为反应开始温度。

此外，在本说明书中，将重量减少曲线的斜率达到最大的温度(单位时间的重量减少为最大时的温度)称为反应速度最大温度。

此外，在本说明书中，所谓1000℃时的反应速度，指的是将规定重量(10～20mg)的调整到规定的粒度(0.15～0.25mm)的试样装入热天平中，在氮气氛中升温到1000℃，然后使气氛为空气气氛的初期时的单位时间的重量减少比(重量减少量与初期重量的比)(1/min)。

此外，本说明书中的挥发成分(VM)能够用JIS M8812中记载的方法进行测定。

此外，氢与碳的原子数比(H/C)能够基于通过元素分析测定的碳与氢的重量百分率C％及H％，通过H/C＝(H％/1)/(C％/12)来求出。

此外，在本说明书中，气孔量通过水银压入法测定。水银压入法是对多孔质粒子等试样一边施加压力一边使水银浸入其细孔中，从压力和压入的水银量的关系得到细孔径分布等信息的方法。作为由该水银压入法得到的气孔量分布，能够采用用于测定固体物质内的孔径为0.01～100μm的尺寸的气孔量分布的设备即一般所用的水银孔率计来确定。

此外，在本说明书中，所谓显微强度指数(MSI_0.21)，指的是在Φ24.2×L300mm的圆筒容器内装入0.5～1.0mm试样2g和Φ7.9mm铁球12个，在以25rpm的转速施加800个旋转的冲击后，用70目(0.21mm)的筛子来筛分，测定重量时的+0.21mm(0.21mm以上)的重量相对于试样重量的重量百分率。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种铁矿石烧结用的燃料，其与以往所用的烧结用燃料相比更廉价，燃烧效率优良，且能够改善烧结矿的生产率及成品率，同时还可实现烧结矿生产时的氮氧化物排放量的降低。

附图说明

图1是本发明的实施方式的炭材的制造工序的示意图。

图2是表示实施例H及比较例A的气孔量分布的曲线图。

图3是表示实施例H及比较例A的重量与温度的关系的曲线图。

图4是表示实施例H及比较例A的重量减少率与温度的关系的曲线图。

图5是采用本发明的实施方式的炭材的烧结矿的制造工序的示意图。

图6是表示烧结过程中的烧结原料的状态的示意图。

具体实施方式

本发明的实施方式的炭材例如可通过以次烟煤或褐煤为原料，采用例如回转炉等热分解炉对其进行热分解来制造。该次烟煤或褐煤与粉焦相比，能够非常廉价地得到，即使考虑到生产成本等，也比以往的固体燃料廉价。再有，本发明的实施方式的炭材的原料也不限定于此，还能够以煤化程度比粘结性煤低的煤炭类(不粘煤和弱粘煤、普通煤、次烟煤、褐煤等)、更具体地讲能够以氧与碳的原子数比(O/C)为0.07以上的煤炭为原料。其中，如果将原料规定为次烟煤或褐煤，则在采用本发明的实施方式的炭材来制造烧结矿时，可进一步改善生产率及成品率，因此是优选的。

首先，通过举例对本发明的实施方式的炭材的制造进行具体的说明。图1是本发明的实施方式的炭材1的制造工序的示意图，2是热分解炉（回转炉），是通过隔热壁形成与大气气氛隔断的内部空间的封闭容器。此外，3是预热炉，4是喷水冷却器。此外，在图1中，实线箭头表示次烟煤或褐煤等炭材的原料及制造的炭材1的流动。另一方面，虚线箭头表示通过热分解工序等生成的气体的流动。

首先，把成为原料的次烟煤或褐煤装填到料斗（未图示）中，经由第1回转阀5a供给到预热炉3的螺旋式输送机3a。经由螺旋式输送机3a装入预热炉3内的次烟煤或褐煤在预热炉3内作为前处理例如在490℃下被加热而除去水分。

该被前处理过的次烟煤或褐煤从预热炉3送出，然后经由第2回转阀5b供给到回转炉2的螺旋式输送机2a，装入回转炉2内。在回转炉2内，以任意的速度一边搅拌、移动作为原料的次烟煤或褐煤，一边在650～850℃下进行热分解。由此，从次烟煤或褐煤释放出挥发成分（VM：烃类、CO、H₂等气体成分）的一部分及焦油。另一方面，残留在回转炉内的固体成分被称为炭，其成为具有后述的性质的本发明的实施方式的炭材。该炭在从回转炉2内送出后被喷水冷却器4冷却，然后可保存下来供烧结炉使用。

通过回转炉2中的热分解制造的炭材（炭）通常与坚固的焦炭不同，是具有粉化性的炭材。众所周知，焦炭是在焦炉中在1100～1200℃下干馏而成的，煤炭粒子相互粘结而形成块状，但本发明的炭材不需要这样的粘结性，只要是从煤炭中除去了一部分挥发成分和焦油而得到的热分解产物就可以。

再有，在本实施方式中，在进行了利用预热炉3的前处理后，装入回转炉2进行热分解，但也可以省略该前处理，直接进行热分解。

此外，冷却方法也没有特别的限定，除了喷水冷却器以外，也可以使用外部冷却式的旋转冷却器。

此外，通过热分解而生成的气体（VM气体）通过从炉内供给到气体利用设备可进行再利用。具体而言，可以将经由热分解产生的气体作为燃料供给到回转炉2，从而将次烟煤或褐煤热分解。此外，也能够在通过燃烧炉6使该气体燃烧后，把产生的燃烧排气送出到预热炉3，从而在预热过程中进行有效利用。

这样，通过在650～850℃下对次烟煤或褐煤进行热分解而制造的本发明的实施方式的炭材(炭)，其挥发成分(VM)为1.0％以上，氢与碳的原子数比(H/C)为0.040以上，及用水银压入法测定的孔径为0.1～10μm的气孔的量为50mm³/g以上，反应开始温度为550℃以下。

即，挥发成分(VM)为1.0％以上的本发明的实施方式的炭材化学结构容易切断，在与铁矿石等一同装入烧结炉时，可在更低的温度下开始反应。此外，通过使原子数比(H/C)为0.040以上，在结构内含有较多氢原子，从而包含使芳香族的多环化不能充分进行、化学结构容易切断、在低温下开始反应这样的结构。

此外，通过用水银压入法测定的孔径为0.1～10μm的气孔的量为50mm³/g以上，与值比50mm³/g小时相比，燃烧开始温度低，燃烧速度快，因此进一步促进烧结反应。再有，孔径小于0.1μm的小气孔在烧结层的反应气氛条件下，氧的扩散速度与燃烧速度相比相对较慢，因此小气孔的量的大小不能成为决定燃烧性的因素。此外，大于10μm的气孔，由于气孔表面积小，因此对燃烧性的影响小。所以，在本发明的实施方式的炭材中，孔径为0.1～10μm的气孔的量能对燃烧性施加大的影响。这里，为了更加容易理解，图2中示出后述的实施例H的炭材和粉焦即比较例A的气孔量分布。如图2所示，在实施例H中孔径为0.1～10μm的尺寸的气孔与比较例A相比存在非常多。

而且，对于挥发成分(VM)、原子数比(H/C)及用水银压入法测定的孔径为0.1～10μm的气孔的量方面具有以上性质的炭材，反应开始温度为550℃以下，在比粉焦低的温度下开始反应。这里，为了更加容易理解，图3中示出实施例H和比较例A的重量减少曲线，图4中示出纵轴为图3的一次微分、表示温度与反应速度的关系的重量减少率曲线。如图3及图4所示，实施例H的炭材与比较例A的粉焦相比，反应开始温度为低温，在550℃以下。

因而，由该炭材构成的本发明的实施方式的固体燃料在烧结机内被点燃时，在比粉焦低的温度下释放出烃等气体(燃烧气体)。该燃烧气体对烧结用原料及燃料的升温进行加速，同时在燃烧带促进烧结反应，改善燃烧效率，因此能够实现烧结用燃料的单位消耗量的削减，与以往相比能够削减烧结矿制造时的二氧化碳的排放量。此外，采用由该炭材构成的本发明的实施方式的固体燃料制造的烧结矿与使用粉焦制造时相比强度高，所以能够改善烧结矿的生产率及成品率。

而且，由于如上所述可改善燃烧效率，因此燃烧时的氮氧化物的发生量降低。认为这是由于因燃烧性好而使得炭材周边的CO浓度相对高，容易还原从炭材产生的氮氧化物。所以，通过采用本实施方式的炭材来制造烧结矿，与以往相比能够削减烧结矿生产时的氮氧化物的排放量。

再有，关于挥发成分(VM)高的炭材，如果在烧结机中使用，则在低温区域产生的挥发成分(VM)的一部分无助于燃烧，被吸引到集尘器、鼓风机，因此集尘器等有时需要更频繁的维修，需要花费工时及成本。因此，本发明的实施方式的炭材优选挥发成分(VM)为10％以下。

此外，本发明的实施方式的炭材，优选反应速度最大温度为600℃以下，1000℃时的反应速度为0.19min^-1以上。通过具有该性质，能够进一步促进烧结反应，因而能够进一步改善烧结矿的生产率及成品率。

再者，本发明的实施方式的炭材除了以上的条件以外，优选显微强度指数(MSI_0.21)为20以上。当在20以上时，可更进一步改善烧结矿的生产率及成品率。这样显微强度指数在20以上时可更进一步改善生产率及成品率的理由虽不清楚，但认为是因为，在与原料铁矿石混合、造粒，调整配合原料的过程中，本发明的实施方式的炭材被破坏而成为微粉的比率降低，因而在作为配合原料的造粒物的表面，本发明的实施方式的炭材的露出率提高，结果造粒物的着火性提高，另外可抑制微粉化，结果因飞散而不能发挥作为燃料的功能的部分减少。

接着，关于采用本实施方式的炭材的烧结矿的制造，举例对采用下方吸引式的特劳氏(Dwight-Lloyd)式烧结机时进行说明。图5是烧结矿的制造工序的示意图，10是烧结机，11(11a～11d)是料斗，12(12a，12b)是滚筒式混合机。

首先，将成为烧结矿的原料的粉状或破碎调整到适当粒度的铁矿石、石灰石及蛇纹岩等副原料、返矿、本实施方式的炭材或粉焦等固体燃料装填到铁矿石用料斗11a、副原料用料斗11b、返矿用料斗11c及固体燃料用料斗11d中。将从各料斗送出的铁矿石、副原料、返矿及固体燃料以规定的比率装填到混炼用的滚筒式混合机12a中，进行破碎及混炼，然后在造粒用滚筒式混合机12b中添加水分进行造粒，形成模拟粒子(造粒物)。在将该模拟粒子装填到缓冲斗13中后，用滚筒式进料机14下料，以层状装入到特劳氏式烧结机10的环形烧结小车10a上，以达到规定的厚度(例如500～700mm)(以下，将层叠有该模拟粒子的层称为原料层31)。

接着，通过点火炉15将烧结小车10a上的表层的造粒物(模拟粒子)中的固体燃料点燃，开始烧结过程。着火后，通过风箱10b一边朝下方吸引空气，一边使固体燃料及从固体燃料释放出的挥发成分燃烧，通过其燃烧热将烧结小车10a上的模拟粒子烧结，形成烧结块40。

图6示意性地示出烧结过程中的烧结原料的状态，例示了将本实施方式的固体燃料作为烧结用燃料时的烧结小车10b上的烧结原料的某个时刻的温度分布。通过点火炉15将原料层31上部的本实施方式的炭材等点燃，燃烧带32向下方降低，但在燃烧带正下方的干燥带33中通过燃烧气体将原料及燃料升温。另一方面，先前燃烧结束的部分的温度下降，成为冷却带34。除图6以外，通过参照图5，也可示意性地理解随着向环形的烧结小车10a的折回点的接近，燃烧进行，原料层31减少，同时冷却带34增加，从而形成烧结块40的情况。再有，图6所示的温度分布与将粉焦作为固体燃料的以往情况实质上是相同的。

经过烧结过程形成的烧结块在从环形的烧结小车10a被送出后，被第1破碎机16破碎，被冷却器17通风冷却。接着，在通过网筛18及第2破碎机19被进一步破碎后，供给多段式的筛子20，成为具有规定粒径的烧结矿。另一方面，未达到规定粒径的烧结矿成为返矿，作为烧结原料进行再利用。

再有，通过烧结过程产生的气体被从风箱10b送出，经由集尘器21、风扇22从排气筒23排出。

本发明的实施方式的炭材能够作为装填到料斗中的固体燃料的至少一部分使用。烧结矿制造中使用的固体燃料中的本实施方式的炭材的混合比例没有特别的限定，也可使固体燃料全部为本实施方式的炭材，也可将本发明的实施方式的炭材与粉焦混合而使用。

实施例

以下，对本发明的实施例进行说明。再有，只要不妨碍本发明的目的，本发明并不限定于以下所示的条件等。

由表1所示的原料，采用回转炉，在650～850℃进行热分解来制造实施例C～I的炭材。这些条件决定了挥发成分(VM)的比例、氢与碳的原子数比(H/C)、反应开始温度、反应速度最大温度、1000℃时的反应速度、用水银压入法测定的0.1～10μm气孔量(采用水银孔率计进行测定)、及显微强度指数。

即，关于反应开始温度，将10mg的粒度调整到0.15～0.25mm的试样装入热天平，在空气气氛中以10℃/min的升温速度升温，测定重量减少量。将此时的重量减少率稳定且超过0.002(1/min)的温度作为反应开始温度。

此外，关于反应速度最大温度，从上述的重量减少量的测定做成图1所示的重量原料曲线，将该重量减少曲线的斜率达到最大时的温度(单位时间的重量减少量达到最大时的温度)作为反应速度最大温度。

此外，关于1000℃时的反应速度，通过将10mg的粒度调整到0.15～0.25mm的试样装入热天平，在氮气氛中升温到1000℃，然后使气氛为空气气氛，对初期时的单位时间的重量减少比(重量减少量与初期重量之比)(1/min)进行测定来决定。

此外，用JIS M8812中记载的方法测定了挥发成分(VM)。

此外，基于通过元素分析测定的碳和氢的重量百分比C％及H％，根据H/C＝(H％/1)/(C％/12)算出了氢与碳的原子数比(H/C)。

此外，采用水银孔率计测定了利用水银压入法测量的孔径为0.1～10μm的气孔的量。

此外，关于显微强度指数(MSI_0.21)，通过在Φ24.2×L300mm的圆筒容器内装入0.5～1.0mm试样2g和Φ7.9mm铁球12个，在以25rpm的转速施加800个旋转的冲击后，用70目(0.21mm以上)的筛来筛分，测定重量，求出此时的+0.21mm(0.21mm以上)的重量相对于试样重量的重量百分率来确定。

另外，通过烧结锅试验对采用实施例C～I的炭材时的烧结矿的生产率和成品率进行了评价。

作为烧结锅试验，采用直径30cm、层高60cm的烧结试验装置，用规定的配合原料即澳洲产铁矿石：53％、巴西产铁矿石：30％、石灰石：14％、蛇纹岩：3％(都为质量％)实施了制造烧结矿的试验。首先，将配合原料装入烧结试验装置内直到60cm的高度后，对原料层的表层的炭材进行了用丙烷气体燃烧器添加90秒钟的操作。然后，在15kPa的固定负压下，一边向下方吸引空气，一边进行烧结反应。结束了一系列的烧结处理的烧结体在被充分冷却后，使其从2m高度落下4次进行破碎，将粒度为5mm以上的作为烧结矿回收。从该物料衡算测定了烧结矿的生产率和成品率。按生产率和成品率进行评价，与采用粉焦(炭材A)的基准条件相比较，将同等时评价为△，将优良时评价为○，将更优良时评价为◎。此外，还对该烧结锅试验中的排气中的NOx进行了测定。

其结果示于表1。此外，作为比较例A，采用粉焦作为固体燃料，进行了与实施例同样的测定及评价。另外，作为比较例B，将炭材用的原料规定为粘结煤，用与实施例同样的方法制造炭材，进行了与实施例同样的测定及评价。

如表1所示，反应开始温度都为550℃以下的实施例C～I与粉焦的比较例相比，生产率提高，同时也改善了成品率。特别是，反应速度最大温度为600℃以下、且1000℃时的反应速度为0.19min^-1以上的实施例F～I进一步改善了生产率、成品率。再者，满足以上条件、且显微强度指数为20以上的实施例H及I可得到生产率及成品率进一步改善的效果。此外，还能削减排气中的NOx的浓度。

Claims

1.一种炭材，其是作为铁矿石烧结用的固体燃料而使用的炭材，其特征在于，其具有以下的性质：

（i）反应开始温度为550℃以下；

（ii）挥发成分VM为1.5%以上；

（iii）氢与碳的原子数比H/C为0.040以上；

（iv）用水银压入法测定的孔径为0.1～10μm的气孔的量为50mm³/g以上。

2.根据权利要求1所述的炭材，其特征在于，所述炭材进一步具有以下的性质：

（v）反应速度最大温度为600℃以下；

（vi）1000℃时的反应速度为0.19min^－1以上。

3.根据权利要求1或2所述的炭材，其特征在于，所述炭材进一步具有以下的性质：

（vii）显微强度指数MSI_0.21为20以上。

4.根据权利要求1或2所述的炭材，其特征在于，所述炭材是以次烟煤或褐煤作为原料制造的。

5.根据权利要求3所述的炭材，其特征在于，所述炭材是以次烟煤或褐煤作为原料而制造的。

6.一种烧结矿的制造方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的炭材作为固体燃料。

7.一种烧结矿的制造方法，其特征在于，采用权利要求3所述的炭材作为固体燃料。

8.一种烧结矿的制造方法，其特征在于，采用权利要求4所述的炭材作为固体燃料。