CN104870655A - 还原铁制造方法 - Google Patents

还原铁制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104870655A
CN104870655A CN201280077818.2A CN201280077818A CN104870655A CN 104870655 A CN104870655 A CN 104870655A CN 201280077818 A CN201280077818 A CN 201280077818A CN 104870655 A CN104870655 A CN 104870655A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ore
iron
magnetite
reducing gas
iron ore
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201280077818.2A
Other languages
English (en)
Inventor
金炫秀
赵敏永
李达会
高彰国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Posco Holdings Inc
Original Assignee
Posco Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Posco Co Ltd filed Critical Posco Co Ltd
Publication of CN104870655A publication Critical patent/CN104870655A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/14—Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces
    • C21B13/143—Injection of partially reduced ore into a molten bath
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/02—Making special pig-iron, e.g. by applying additives, e.g. oxides of other metals
    • C21B5/023—Injection of the additives into the melting part
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/134—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by avoiding CO2, e.g. using hydrogen

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)

Abstract

本发明公开一种还原铁制造方法。根据本发明的还原铁制造方法包括：将铁矿石装入还原炉中；吹入还原气体；对铁矿石进行还原，其中装入所述还原炉的铁矿石中混入固体硫化合物，使得以总矿石质量比计的硫的质量比为0.1～1％，还原气体的压力范围为1atm以上。

Description

还原铁制造方法
技术领域
本发明涉及一种还原铁制造方法，更具体地涉及一种可提高含硫磁铁矿的还原率的还原铁制造方法。
背景技术
利用还原炉和熔炼炉制造铁水时，通过燃烧煤炭、粉煤等在熔炼炉中将还原铁熔炼而生成铁水及熔渣。而且，还原炉利用熔炼炉中生成的还原气体来将铁矿石中的氧分离和使其还原。
关于装入还原炉中的铁矿石，近来因高品位赤铁矿的耗尽，使用磁铁矿的必要性正在上升。然而，磁铁矿分类为不易还原的所谓的难还原性矿石。
在磁铁矿被包含于还原气体中的一氧化碳和氢气还原时，从磁铁矿的表面开始进行还原，从而在磁铁矿的表面形成金属铁(Fe)层。
在这种金属铁层中会产生渗碳反应，但碳析出反应同时产生，因而形成石墨。如果形成石墨，就会阻碍还原气体渗透到铁矿石内部，由此铁矿石内部的氧化铁与还原气体的反应会被阻断。
因此，为了提高还原速度，即使增加还原气体中氢气的用量，如上所述，因形成于磁铁矿表面的表面金属铁(Fe)层，还原气体难以渗透，从而导致还原速度降低。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的在于提供一种还原铁制造方法，其在对难还原性磁铁矿进行还原时，在还原速度因形成于还原铁表面的表面铁(Fe)层而降低时，破坏表面铁(Fe)层，使还原气体易于渗透，从而能够提高磁铁矿的还原效率。
技术方案
本发明一方面提供一种还原铁制造方法，其通过将铁矿石装入还原炉中并吹入还原气体对铁矿石进行还原，其中铁矿石是硫(S)含量为0.1～1％的磁铁矿，还原气体的压力范围可为1atm以上。
还原气体的碳活度(carbon activity)可为1以上。
而且，本发明另一方面提供一种还原铁制造方法，其通过将铁矿石装入还原炉中并吹入还原气体对铁矿石进行还原，其中铁矿石通过在硫(S)含量小于100ppm的磁铁矿中混入包含硫(S)含量高的矿石的固体硫化合物获得，使得以装入还原炉的总矿石质量比计的硫的质量比为0.1～1％，还原气体的压力范围可为1atm以上。
还原气体的碳活度可为1以上。
还原炉可为流化床型还原炉或者填充床型还原炉。
还原气体可包含55～65％的一氧化碳、15～25％的氢、小于10％的二氧化碳、10～15％的氮。
有益效果
根据本发明，包含磁铁矿的矿石或者固体硫化合物中存在的硫分解而吸附于磁铁矿表面，阻碍碳的沉积但可以使碳渗透，进而提高磁铁矿的还原效率及还原速度，因此可使难还原性矿石易于还原。
附图说明
图1是显示常规磁铁矿还原时根据反应时间的质量减少率的图。
图2是显示对硫(S)含量低的磁铁矿先利用氢气进行还原再用一氧化碳和氢的混合气体取代时的根据反应时间的质量减少率的图。
图3是显示对硫(S)含量高的磁铁矿先利用氢气进行还原再用一氧化碳和氢的混合气体取代时的根据反应时间的质量减少率的图。
图4是显示基于硫(S)的铁矿石还原促进原理的示意图。
图5是显示利用加压还原气体时硫(S)含量高的铁矿石根据反应时间的质量减少率的图。
图6是显示将硫化合物用于还原反应而破坏金属铁层和形成多孔结构的磁铁矿截面的照片。
具体实施方式
以下，参照附图详细描述本发明的实施例，以使所属领域的技术人员容易实施。但是本发明能够以各种不同方式实施，并不局限于下述实施例。
在根据本发明一个实施例的还原铁的制造方法中，通过将铁矿石装入还原炉中并吹入还原气体对铁矿石进行还原，其中铁矿石是硫(S)含量为0.1～1％的磁铁矿，还原气体的压力范围为1atm以上。
碳的活度可表示如下：
2CO＝C+CO2   (式1)
式1的平衡常数定义如下：
K1＝aC·PCO2/(PCO)2   (式2)
CO+H2＝C+H2O   (式3)
同样，式3的平衡常数也定义如下：
K2＝aC·PH2O/(PCO)·(PH2)   (式4)
其中，aC为气体中碳的活度。在一定温度下，K1、K2是固定的，而且气体的总压力是固定的。
Ptotal＝PCO+PCO2+PH2+PH2O+PN2＝固定   (式5)
求解式2、式3、式5就能求出碳的活度aC。这种还原气体中碳的活度与总气体压力成比例增加。还原气体的压力越大，碳的活度越大。
还原气体的碳活度可为1以上。
若碳的活度小于1，则对还原的磁铁矿的表面Fe层的渗碳速度变慢，因此不是有效的。为了提高碳向Fe层中的扩散，碳活度要大于1。
而且，在根据本发明另一实施例的还原铁制造方法中，将铁矿石装入还原炉中并吹入还原气体对铁矿石进行还原，其中铁矿石通过在硫(S)含量小于100ppm的磁铁矿中混入包含矿石的固体硫化合物获得，使得以装入还原炉中的总矿石质量比计的硫的质量比为0.1～1％，还原气体的压力范围可为1atm以上。
还原炉可为流化床型还原炉或者填充床型还原炉。
还原气体可包含55～65％的一氧化碳、15～25％的氢、小于10％的二氧化碳和10～15％的氮。
在本发明中，还原炉可以是其中熔炼气化炉和多个流化床还原炉以多级连接的铁水制造工艺(FINEX工艺)的流化床还原炉。而且，还原炉可以是填充床型还原炉。使用填充床型还原炉时，装入的铁矿石能以块状形式装入。
将铁矿石与石灰石、白云石等辅助原料一起装入还原炉中，吹入熔炼气化炉中生成并供应的含一氧化碳、氢的还原气体，对铁矿石进行还原而制造成还原铁的形式。
优选地，在FINEX工艺所使用的流化床型还原炉中对磁铁矿进行还原时可以采用本发明。
在流化床型还原炉中使矿石流态化时，可以利用通过煤炭气化反应形成的气体或者天然气等，这些气体中共同存在微量的硫化氢(H2S)。
然而，在铁水制造工艺中，通常H2S作为杂质会增加铁水中S的含量，所以在工艺中最大限度地抑制S的混入。因此，在煤炭气化反应时最大限度地降低煤炭中S的含量。
同样，矿石中S的含量高时，使用会受到限制。
然而，由于目前脱硫技术的发展，铁水中的S可以被有效地去除，而且利用视为杂质或者有害物质的S时，磁铁矿的还原速度可以得到改善。
煤炭气化反应或者天然气重整时产生的CO+H2混合气体进入装有矿石的流化床，还原炉对磁铁矿进行还原，从而在表面会形成Fe层。
在如此形成的Fe层会产生渗碳反应，但碳析出反应同时产生，即形成石墨，从而抑制渗碳及还原，并且阻碍气体渗透。
如果产生此反应，存在于气体中的碳都会变成石墨，就不能对还原做贡献，会造成气体利用率大为降低。如果有效地利用包含于矿石中的S化合物，就会抑制石墨的形成，使碳持续渗透到矿石内部，从而起到促进还原的作用。
如此渗透的碳与内部氧化铁反应形成气体，同时破坏Fe层。
另外，对于磁铁矿还原时氢含量越增加磁铁矿的还原速度越增加的预测，仅适用于高温区域，即Fe离子的扩散速度高的情形。
利用氢对磁铁矿进行还原时，在表面形成Fe层会抑制气体渗透，从而阻断内部未被还原的氧化铁与气体的反应，造成还原速度迅速降低。
对于在900℃以下的低温用氢进行还原的磁铁矿的还原模式，如图1所示，通过氢的初始反应速度较快但是会很快降低，这是已知的事实，也可通过实验容易确认。
在高温的情况下，未被还原的氧化铁的Fe离子向表面移动的扩散速度提高，因此磁铁矿表面结构可以有各种变化。
然而，如前所述，在低温下对于磁铁矿的还原，反应速度控制阶段(rate controlling step)就是Fe离子的扩散，因此即使利用氢，还原时磁铁矿的还原也不能得到大的改善。综上，为了改善磁铁矿的还原性，应该有效地破坏阻碍气体渗透的Fe层。但是，为了破坏而利用物理能量时，反应的效率方面就会有很大困难，而且这种方法也难以实现，因此非常不适用。
也就是说，只能使用化学能量，作为最廉价的资源利用矿石中包含的杂质即S化合物。已知S作为界面活性物质，即使只有很少的量也能覆盖表面且抑制石墨的形成，从而解决金属粉化(metal dusting)等问题，而且能促进碳化铁(iron carbide)的形成。
然而，利用这种S的优点来改善磁铁矿的还原性的研究或者技术开发处于空白状态。
如果有效地利用S，就能改变还原磁铁矿的结构，由此能大大改善还原性。
图2显示对S含量低的磁铁矿先利用氢进行还原，再将气体转换为CO+H2混合气体时还原模式的变化。利用氢时，初始质量减少速度较快但是会很快降低，用CO+H2取代时质量反而会大大增加。这种质量的增加是因为还原被阻断且在表面形成石墨的碳析出速度增加。
相反，图3显示对S含量高的磁铁矿先利用氢进行还原，再将气体用CO+H2混合气体取代时的变化。和图2一样，还原速度会很快降低，但是用CO+H2取代时经过质量略微增加之后，质量会再次减少。质量的增加表示还原时形成的Fe层内部的C含量增加，质量的减少表示氧被去除，即再次开始还原。
即，可以理解为被阻断的还原气体再次开始渗透。可以理解气体可渗透的原因是由于矿石中存在的S抑制碳析出而渗碳会持续下去，碳直接遇到氧化铁，生成CO作为反应产物，CO再与氧化铁反应形成CO2，CO2再遇到C而生成CO，该反应反复进行，使Fe与Fe-氧化物界面的压力增大，由此Fe层破裂。
有关于此的反应机理(mechanism)示于图4中。
另外，S含量低的矿石中混入S含量高的矿石时，也可以获得类似的结果。
因为S含量高的矿石中的S会转移到S含量低的矿石，从而可以提高S含量。在混合时，S含量高的矿石的混合比以总矿石质量计优选为0.1～1％。
在利用以上说明的S进行还原时，磁铁矿结构诱导在加压条件下也可以适用。大气压下相当于混合有55～65％的CO、15～25％的H2、小于10％的CO2、10～15％的N2的气体成分(碳活度为1.2以上)的气体，在没有成分变化的情况下，通过加压可以改善磁铁矿的还原。
这在经济层面上，不必进一步消耗燃料就可以提高还原率。加压至4atm时，碳活度(carbon activity)增加至4。
图5说明了S含量高的磁铁矿的还原性改善效果。矿石中S含量为0.1％以上且小于1％的矿石在没有H2S负荷的情况下可以增加还原性。图6显示被还原的多孔结构的磁铁矿的截面。
以上，对本发明优选实施例进行了描述，但本发明并不局限于此，在权利要求书、说明书及附图范围内能以各种方式变形实施。

Claims (6)

1.一种还原铁制造方法，其通过将铁矿石装入还原炉中并吹入还原气体对铁矿石进行还原，
其中所述铁矿石是硫(S)含量为0.1～1％的磁铁矿，
所述还原气体的压力范围为1atm以上。
2.根据权利要求1所述的还原铁制造方法，
其中所述还原气体的碳活度为1以上。
3.一种还原铁制造方法，其通过将铁矿石装入还原炉中并吹入还原气体对铁矿石进行还原，
其中所述铁矿石是硫(S)含量小于100ppm的磁铁矿，
所述还原气体的压力范围为1atm以上。
4.一种还原铁制造方法，其通过将铁矿石装入还原炉中并吹入还原气体对铁矿石进行还原，
其中所述铁矿石通过在硫(S)含量小于100ppm的磁铁矿中混入包含硫(S)含量高的矿石的固体硫化合物获得，使得以装入所述还原炉中的总矿石质量比计的硫的质量比为0.1～1％，以及
所述还原气体的压力范围为1atm以上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的还原铁制造方法，
其中所述还原炉为流化床型还原炉或者填充床型还原炉。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的还原铁制造方法，
其中所述还原气体包含55～65％的一氧化碳、15～25％的氢、10％以下的二氧化碳和10～15％的氮。
CN201280077818.2A 2012-12-27 2012-12-28 还原铁制造方法 Pending CN104870655A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2012-0155091 2012-12-27
KR1020120155091A KR101384801B1 (ko) 2012-12-27 2012-12-27 환원철의 제조방법
PCT/KR2012/011716 WO2014104439A1 (ko) 2012-12-27 2012-12-28 환원철의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104870655A true CN104870655A (zh) 2015-08-26

Family

ID=50657560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280077818.2A Pending CN104870655A (zh) 2012-12-27 2012-12-28 还原铁制造方法

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR101384801B1 (zh)
CN (1) CN104870655A (zh)
WO (1) WO2014104439A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102167239B1 (ko) 2018-10-23 2020-10-20 한국기초과학지원연구원 비산화 금속철 및 그 제조방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3299063B2 (ja) * 1995-01-20 2002-07-08 義章 井口 炭化鉄の製造法
SK125398A3 (en) * 1996-03-15 1999-05-07 Kobe Steel Ltd Method and apparatus for making metallic iron
LU90314B1 (de) * 1998-11-05 2000-05-08 Wurth Paul Sa Verfahren zum Herstellen von direkt reduziertem entschwefeltem Eisen
KR20000042005A (ko) * 1998-12-24 2000-07-15 이구택 동함유 스크랩을 이용한 용선제조방법
KR100931227B1 (ko) * 2002-12-23 2009-12-10 주식회사 포스코 복합형 제강장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014104439A1 (ko) 2014-07-03
KR101384801B1 (ko) 2014-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20230006894A (ko) 침탄된 해면철을 제조하는 방법
CN114729409B (zh) 直接还原铁矿石的方法
CN102471809B (zh) 高炉操作方法
JP5546675B1 (ja) 高炉の操業方法及び溶銑の製造方法
US5542963A (en) Direct iron and steelmaking
CN104870655A (zh) 还原铁制造方法
JP2023503296A (ja) 一酸化炭素製造方法およびその活用
JP2008056985A (ja) 高炉の操業方法
RU2542050C1 (ru) Способ пирометаллургической переработки железосодержащих материалов
CN117881799A (zh) 用于生产铁熔体的方法
CA2513814A1 (en) An improved smelting process for the production of iron
KR20230110276A (ko) 침탄된 해면철을 제조하는 방법
JP2023544805A (ja) シャフト炉における銑鉄の製造方法
KR101197697B1 (ko) 탄화철 함유 분환원철 제조장치
US3591364A (en) Reducing gas generation
Cavaliere Hydrogen Ironmaking
JP5369848B2 (ja) 竪型溶解炉の操業方法
JP2001234213A (ja) 高炉操業方法
KR101197696B1 (ko) 탄화철 함유 분환원철
RU2190022C2 (ru) Способ получения железа прямым восстановлением и устройство для его осуществления
WO2024135697A1 (ja) 還元鉄の製造方法
KR20170076249A (ko) 용철 제조 장치
JPS59153847A (ja) 吹き込み熔錬による亜鉛製錬法
WO2005119380A2 (en) Computer implemented control process for the production of molten pig iron
JP4759977B2 (ja) 高炉操業方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150826