CN104136633A - 还原铁团块的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种将含有含氧化铁物质和碳质还原剂而成的团块装入到移动床式加热炉的炉床上进行加热，还原该团块中的氧化铁而制造还原铁团块的方法，其中，通过使用所述含氧化铁物质的平均粒径为4～23μm，且含有粒径为10μm以下的含氧化铁物质为18质量％以上的团块，能够使粒径大的还原铁团块的产出率提高，并且实现制造时间的缩短而提高生产率，而且能够制造还原铁团块中的硫等的杂质元素的含量能极力降低这样的还原铁团块。

Description

还原铁团块的制造方法
技术领域
本发明涉及将含有含氧化铁物质和碳质还原剂的混合物作为原料的团块装入到移动床式加热炉的炉床上进行加热，还原或还原熔融该团块中的氧化铁而制造还原铁团块的方法。
背景技术
由含有铁矿石和氧化铁等的氧化铁源(以下有时称为“含氧化铁物质”)和含碳的还原剂(以下有时称为“碳质还原剂”)的混合物，得到块状(也含粒状)的金属铁(还原铁)的直接还原炼铁法逐渐被开发。在该炼铁法中，是通过将上述混合物成形的团块装入移动床式加热炉的炉床上，在炉内利用基于加热燃烧器的气体传热和辐射热进行加热，从而以碳质还原剂还原团块中的氧化铁，使所得到的还原铁继续渗碳、熔融，接着与副产的熔渣进行分离并且凝聚成块状后，使之冷却凝固而得到块状的金属铁(还原铁团块)。
这样的炼铁法，由于不需要高炉等大规模的设备，以及不需要焦炭等资源方面的灵活性也高，所以最近实用化研究被广泛进行。但是为了以工业化规模实施，包含操作稳定性、安全性、经济性、粒状铁(制品)的品质和生产率等在内，必须进一步改善的课题还很多。
特别是在还原铁团块的制造时，期望使粒径大的还原铁团块的产出率提高，并且缩短制造时间。作为这种技术，例如在专利文献1中提出以下内容，“在加热含有含金属氧化物物质和碳质还原剂的原料，还原该原料中的金属氧化物后，使生成的金属进一步加热而熔融，并且边与副产的熔渣成分进行分离边使其凝聚而生成粒状金属的方法中，制造在所述原料中配合副产熔渣的凝聚促进剂的粒状金属铁。”。
在此技术中可以期待通过配合凝聚促进剂(例如萤石等)，能够以一定程度的高产出率制造粒径大的粒状金属。然而，在这样的技术中，改善效果也处于饱和状态，仍期望效果的进一步提高。
另外，对于还原铁团块的品质而言，因为通过上述炼铁法取得的粒状铁被送到电炉和转炉这样现有的炼钢设备来作为铁源使用，所以期望硫等的杂质元素的含量少。作为这样的技术，例如在专利文献2中，提出以下内容“在将含有含金属氧化物物质和碳质还原剂的混合物装入到移动床式加热还原炉的炉床上并加热，利用碳质还原剂还原混合物中的氧化铁，使生成的金属铁与副产的熔渣进行分离并凝聚成粒状后，使之冷却凝固而制造粒状金属铁的方法中，制造以所述混合物中所包含的CaO、MgO和SiO2的含量求得的熔渣成分的碱度(CaO+MgO)/SiO2处于1.2～2.3的范围且该熔渣形成成分中所占的MgO含量(MgO)处于5～13％的范围的方式调整所述混合物中所含的CaO、MgO和SiO2含有物质的量的低硫含量的粒状金属铁。”。
在此技术中展示，若在混合物中配合含MgO物质(例如，白云石矿石)对熔渣成分进行调整，则能够得到低硫含量的粒状金属铁。在此技术中，改善效果也处于饱和状态，仍期望效果的进一步提高。
需要说明的是，上述萤石等的凝聚促进剂和白云石矿石等的含MgO物质，均是作为熔点调节剂通用的物质。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003－73722号公报
专利文献2：日本特开2003－285399号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于，提供一种制造还原铁团块的方法，其是在用移动床式加热装置加热以至少含有含氧化铁物质和碳质还原剂的混合物作为原料的团块，还原熔融团块中的氧化铁而制造还原铁团块时，能够使粒径大的还原铁团块的产出率提高，并且能够实现制造时间的缩短而提高生产率，而且还能够极力降低还原铁团块中的硫等杂质元素的含量。
用于解决课题的手段
能够解决上述课题的本发明的还原铁团块的制造方法如下，是将含有含氧化铁物质和碳质还原剂而成的团块装入到移动床式加热炉的炉床上加热，还原该团块中的氧化铁而制造还原铁团块的方法，其中具有以下要点：使用所述含氧化铁物质的平均粒径为4～23μm，且含有粒径为10μm以下的含氧化铁物质为18质量％以上的团块。
在本发明方法中，作为所述含氧化铁物质具体可列举铁矿石。另外，优选使存在于团块的中心部的含氧化铁物质的平均粒径为4～23μm。
能够解决上述课题的本发明的另一方法的特征在于，是将含有含氧化铁物质、碳质还原剂和熔点调节剂构成的团块装入到移动床式加热炉的炉床上并加热，从而还原该团块中的氧化铁，进一步进行加热并至少部分性地熔融，使铁成分凝聚而制造还原铁团块的方法，其中，使用所述含氧化铁物质的平均粒径为4～23μm，且含有粒径为10μm以下的含氧化铁物质为18质量％以上的团块。
在此方法中也同样，作为所述含氧化铁物质具体可列举铁矿石。另外，优选使存在于团块的中心部的含氧化铁物质的平均粒径为4～23μm。
发明效果
根据本发明，将至少含有含氧化铁物质和碳质还原剂的混合物作为原料的团块装入到移动床式加热炉的炉床上并加热，还原熔融该团块中的氧化铁而制造还原铁团块时，通过适当地控制含氧化铁物质的平均粒径和粒度分布，能够使粒径大的还原铁团块的产出率提高，并且实现制造时间的缩短而提高生产率，而且还能够极力降低还原铁团块中的硫等杂质元素的含量。
具体实施方式
制造还原铁团块时，在形成含有作为其原料成分的含氧化铁物质和碳质还原剂的混合物所构成的团块时，所要进行的是，让含氧化铁物质和碳质还原剂被实施适度的粉碎而使其统一成适度的大小，以使得易于造粒。但是，关于这些原料成分的大小(平均粒径)对还原铁团块的产出率、生产率所造成的影响并未予以考虑。反倒认为，将原料成分过度地微粉碎会招致原料成分的离散化，妨碍还原铁凝聚，反而使生产率降低。
本发明人为了达成上述目的，从各种角度进行了研究。特别是就原料成分的粒径、粒度分布对还原铁团块的产出率、生产率造成的影响进行了研究。其结果发现，如果恰当调整含氧化铁物质的平均粒径、粒度分布，则上述目的可圆满地达成，从而完成了本发明。
在本发明中，需要使团块中所含的含氧化铁物质的平均粒径为23μm以下，并且含有粒径为10μm以下的含氧化铁物质为18质量％以上。还有，这时的所谓“平均粒径”是指针对粒子尺寸以从小尺寸开始计数粒子数时，相当于50质量％(累计值为50质量％)时的粒径(以下有时记为“D50”)。关于通过使用这样的微细原料成分使还原铁团块的产出率和生产率提高的理由，有如下考虑。
上述团块在1200～1500℃下被还原或还原熔融，而在其还原反应的初期，反应是通过含氧化铁物质与碳质还原剂直接接触来进行的。使含氧化铁物质成为微细粒会导致含氧化铁物质和碳质还原剂接触的机会增加，还原时间被缩短。另外，在此之后，若碳质还原剂开始气化，则还原反应从含氧化铁物质的表面进行，因此，使含氧化铁物质成为微细粒使其表面积增大，会缩短还原时间，使得还原铁团块(以下，将通过还原熔融得到的还原铁团块特别地称为“粒状还原铁”)的制造时间被缩短。
作为本发明中使用的原料成分，也有含石灰石、萤石、白云石矿石等熔点调节剂的情况。这种情况下，使含氧化铁物质成为微细粒，含氧化铁物质所包含的脉石成分与熔点调节剂表面本身的距离变短(存在于熔点调节剂表面附近的概率变高)，脉石成分与熔点调节剂的接触频率增加，因此容易生成熔融物。由此，脉石成分从含氧化铁物质的分离、以及被还原的氧化铁成分的凝聚得到促进。即，认为会发生与以往认识的知识完全相反的现象。
另一方面，虽然硫成分主要包含在碳质还原剂中，但在碳质还原剂气化后也会残留在球团内，随着熔融而被粒状还原铁、脉石熔融物摄取。如果像本发明这样成为脉石熔融物容易生成的状态，则硫成分会变得容易顺利且迅速地被摄取到熔融物中，因此难以被摄取到粒状还原铁中，从而认为粒状还原铁中的硫浓度被降低。
为了有效地发挥这样的效果，需要使含氧化铁物质的平均粒径(D50)为23μm以下，且含有粒径为10μm以下的含氧化铁物质为18质量％以上，平均粒径优选为17μm以下，但若平均粒径(D50)变得过小而低于4μm，则团块的成形困难。
作为本发明所用的含氧化铁物质，可以使用铁矿石、铁砂和有色金属冶炼残渣等。另外作为碳质还原剂，可以使用含碳物质，例如可以使用煤和焦炭等。
在上述团块中，作为其他的成分，也可以配合粘合剂、MgO供给物质、CaO供给物质等。作为粘合剂可以使用例如多糖类(例如小麦粉等的淀粉等)等。作为MgO供给物质，可以使用例如MgO粉末、天然矿石、从海水等中提出的含Mg物质或碳酸镁(MgCO3)等。作为CaO供给物质，可以使用例如生石灰(CaO)、消石灰(Ca(OH)2)和石灰石(主要成分为CaCO3)等。另外，可以使用作为碳酸钙和碳酸镁的复盐的白云石。
团块的形状未特别限定，可以是例如球团状和团块状等。团块的大小也没有特别限定，但优选粒径(最大直径)为50mm以下。若使团块的粒径过大，则造粒效率变差。另外，向球团下部的传热变差，生产率降低。还有，粒径的下限值为5mm左右。
不需要使团块中的全部含氧化铁物质进行微细化，只要相对于含氧化铁物质全体有10质量％以上满足上述的平均粒径的要件即可。作为用于满足这一条件的方式，可列举仅在团块的至少中心部存在微细化的含氧化铁物质。即，从外部加热团块时，团块的中心部的温度上升会比周围慢，使得反应也慢。为了缓和这一现象，使存在于中心部的含氧化铁物质微细化是有效的。还有，所谓“中心部”，例如如果是球状(后述的干燥球团)，则表示从球的中心至满足上述微细粒的平均粒径的位置(相对于此的外侧为“外周部”)。
使团块的至少中心部存在微细化的含氧化铁物质时，仅在中心部存在本发明所规定的微细化的含氧化铁物质，而在外周部存在通常的平均粒径(没有微细化的)的原料成分是基本的方式。但是，使所使用的全部原料成分成为满足本发明所规定的平均粒径和粒度分布的含氧化铁物质的方案也包含在本发明的实施方式中。
本申请基于2012年2月28日申请的日本国专利申请第2012－042395号主张优先权。2012年2月28日所申请的日本专利申请第2012－042395号的说明书的全部内容作为参考而援引于本申请中。
实施例
以下，通过实施例更详细地说明本发明，但下述实施例并非限定本发明的性质的内容，在能够符合前、后述的宗旨的范围内也可以适当加以变更实施，这些均包含在本发明的技术性范围内。
[实施例1]
制作以含有含氧化铁物质、碳质还原剂和粘合剂的混合物作为原料的团块，将该团块供给到加热炉中进行加热，使团块中的氧化铁还原熔融而制造还原铁团块(粒状还原铁)。
这时作为含氧化物物质，使用下述表1中所示的成分组成(主要的成分组成)的铁矿石A，作为碳质还原剂使用下述表2中所示的成分组成的煤，使原料成分(含氧化铁物质和碳质还原剂)的平均粒径和粒度分布进行各种变化而制造团块。具体来说，是在平均粒径(D50)不同的铁矿石和煤的混合物中，按下述表3的配比混合作为粘合剂的小麦粉，制作直径：20mm×高度：10mm的圆柱状团块(成形后，以105℃干燥一昼夜)。
[表1]
[表2]
[表3]
将上述团块在1300℃的氮气氛中加热来研究还原速度(反应时间)。反应时间以铁矿石中的氧化铁成分的还原率达到90％的时间来评价。将其结果与所使用的原料成分(铁矿石和煤)的平均粒径和粒度分布一同示于下述表4中。
[表4]
由该结果可知，通过减小铁矿石的平均粒径(D50)能够显著地缩短反应时间。还有，也尝试使用平均粒径(D50)低于4μm的铁矿石进行团块的成形，但能够确认不能成形。
[实施例2]
制作以含有含氧化铁物质、碳质还原剂、熔点调节剂(石灰石、白云石和萤石)和粘合剂的混合物作为原料的团块，将该团块供给到加热炉中进行加热，使团块中的氧化铁还原熔融而制造还原铁团块。
此时，作为氧化物含有物质使用上述表1中所示的成分组成的铁矿石，作为碳质还原剂使用下述表5中所示的成分组成的煤，除此之外，作为熔点调节剂使用下述表6所示的成分组成(主要的成分组成)的石灰石、下述表7中所示的成分组成(主要的成分组成)的白云石和下述表8中所示的成分组成(主要的成分组成)的萤石，使铁矿石的平均粒径和粒度分布(规定粒径的含量)进行各种变化而制造团块。具体来说，是在使用了平均粒径和粒度分布不同的铁矿石的混合物中，按下述表9的配比混合作为粘合剂的小麦粉。在该混合物中添加适量的水，使用涡轮型造粒机，造粒成直径：19mm的生球团。将所得到的生球团装入干燥机中，以180℃加热1小时来完全除去吸附水，从而制作球团状团块(球状的干燥球团)。
[表5]
[表6]
[表7]
[表8]
[表9]
将上述干燥球团装入到铺设有炭材(最大粒径为2mm以下的无烟煤)的加热炉内，在1450℃的氮气氛中加热，研究还原熔融所需要的时间(反应时间)。
其结果与所使用的原料成分(铁矿石、煤、石灰石、白云石和萤石)的平均粒径、铁矿石中的直径：－10μm的含量(粒径为10μm以下的粒子的含量)一同示于下述表10中。还有，表10中还显示了关于干燥球团的一般性状(表观密度、干燥球团分析值等)(均为10个的平均值)。另外，在表10中所示的项目中，主要项目的测量方法和标准如下所述。
[硫分配比]
计算还原铁团块中所含的硫量[S]对熔渣(粒状还原铁生成时副产的熔渣)的成分组成所含的硫量(S)的比([S]/(S)：硫分配比)。该硫分配比作为粒状还原铁中的硫含量的指标。
[生产率(生产率指数)]
加热上述干燥球团并还原熔融金属氧化物而制造还原铁团块时的生产率如下述(1)式所示那样，通过单位时间(小时)内的每炉床面积(m2)的还原铁团块的生产量(ton)进行评价。
生产率(ton/m2/小时)＝粒状还原铁的生产率(ton/小时)/炉床面积(m2)…(1)
在上述(1)式中，粒状还原铁的生产率(ton/小时)由下述(2)式表示。
粒状还原铁的生产率(粒状还原铁ton/小时)＝团块(干燥球团)的装入量(团块ton/小时)×由每吨团块1制造的粒状还原铁的质量(粒状还原铁ton/团块ton)×制品回收率…(2)
在上述(2)式中，制品回收率以如下方式计算：直径为3.35mm以上的粒状还原铁的质量相对于所得到的粒状还原铁的总量的比例[(+3.35mm粒铁质量％/粒状还原铁的总量％)×100(％)](在表10中表示为“+3.35mm粒铁产出率(％)”)。还有，在表10中，为了定量地评价本发明的效果，以实验No.7的团块(干燥球团)作为标准团块，以使用该标准团块时的生产率作为1.00，用相对值(生产率指数)表示使用各团块时的生产率。
[表10]
由此结果可知，通过使铁矿石的平均粒径(D50)为23μm以下，并且使粒径为10μm以下的铁矿石的含量为18质量％以上，粒状还原铁的产出率提高，生产率显著提高。另外可知粒状还原铁中的硫量也减少。还有，在实施例2中，也尝试使用平均粒径(D50)低于4μm的铁矿石进行团块的成形，但能够确认不能成形。
[实施例3]
使用含有与实施例2所用的相同成分组成的含氧化铁物质(铁矿石种类A)、碳质还原剂、熔点调节剂(石灰石、白云石和萤石)和粘合剂的混合物(关于混合率也与表9的a所示的配合模式相同)制作双重结构的干燥球团。具体来说，是在使用了下述表11的“中心部”所示的平均粒径的铁矿石的混合物中，混合作为粘合剂的小麦粉，在该混合物中添加适量的水，使用涡轮型造粒机造粒成直径：9.5mm的球状生球团，将以其为核而在其周围(外周部)含有平均粒径不同的原料成分的混合物成形为同心球状，造粒成直径：19.0mm的生球团(中心部的混合物的含量相对于球团整体为12质量％左右)。将所得到的生球团装入干燥机中，以180℃加热1小时来完全除去吸附水，从而制作球团状团块(双重结构球团)。
将上述双重结构球团装入铺设有炭材(最大粒径为2mm以下的无烟煤)的加热炉内，在1450℃的氮气氛中加热，与实施例2同样地评价还原速度(反应时间)。将其结果与使用的原料成分(铁矿石、煤、石灰石、白云石和萤石)的平均粒径(D50)一同示于下述表11中。还有，在下述表11中还显示了在实施例2中评价的项目(评价方法与实施例2相同)。
[表11]
由此结果可知，即使不使球团整体微细化而仅重点性地使中心部细粒化，也可达成粒状还原铁的产出率提高效果，此外硫分配比也提高。可知通过按照这样仅重点性地使中心部微细化，即使是在球团所包含的微细化的原料成分的量更少的状态下，也能够取得本发明的效果。
产业上的可利用性
本发明是一种将含有含氧化铁物质和碳质还原剂而成的团块装入到移动床式加热炉的炉床上进行加热，还原该团块中的氧化铁而制造还原铁团块的方法，其中，通过使用所述含氧化铁物质的平均粒径为4～23μm，且含有粒径为10μm以下的含氧化铁物质为18质量％以上的团块，能够使粒径大的还原铁团块的产出率提高，并且实现制造时间的缩短而提高生产率，而且制造能极力降低还原铁团块中的硫等杂质元素的含量这样的还原铁团块。

Claims (6)

1.一种还原铁团块的制造方法，其特征在于，是将含有含氧化铁物质和碳质还原剂而成的团块装入到移动床式加热炉的炉床上进行加热，还原该团块中的氧化铁而制造还原铁团块的方法，其中，
使用所述含氧化铁物质的平均粒径为4～23μm，且含有粒径为10μm以下的含氧化铁物质为18质量％以上的团块。
2.根据权利要求1所述的还原铁团块的制造方法，其中，所述含氧化铁物质是铁矿石。
3.根据权利要求1或2所述的还原铁团块的制造方法，其中，存在于团块的中心部的含氧化铁物质的平均粒径为4～23μm。
4.一种还原铁团块的制造方法，其特征在于，是通过将含有含氧化铁物质、碳质还原剂和熔点调节剂而成的团块装入到移动床式加热炉的炉床上进行加热，由此还原该团块中的氧化铁，进一步进行加热并至少部分性地熔融，使铁成分凝聚而制造还原铁团块的方法，其中，
使用所述含氧化铁物质的平均粒径为4～23μm，且含有粒径为10μm以下的含氧化铁物质为18质量％以上的团块。
5.根据权利要求4所述的还原铁团块的制造方法，其中，所述含氧化铁物质是铁矿石。
6.根据权利要求4或5所述的还原铁团块的制造方法，其中，存在于团块的中心部的含氧化铁物质的平均粒径为4～23μm。
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