CN105274323B - 烧成装置及还原铁的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种烧成装置及还原铁的制造方法，所述烧成装置包括：烧成炉，其具有原料处理空间，所述原料处理空间沿着原料的移动方向依次划分为干燥区域、升温区域、还原区域、及冷却区域；及气体供应单元，其用于连接所述原料处理空间中的互相不同的区域，在利用所述气体供应单元来形成原料处理空间的内部气氛的步骤中，将所述还原区域的废气分别向所述干燥区域和所述升温区域供应，将所述升温区域的废气向所述冷却区域供应，将所述冷却区域的废气向所述还原区域供应，由此控制所述原料处理空间的气氛温度及氧气浓度，从而能够提高在烧成炉中制造的还原铁的金属化率。

Description

烧成装置及还原铁的制造方法

技术领域

本发明涉及一种烧成装置及还原铁的制造方法(Burning apparatus andmanufacturing method of reduced iron)，尤其涉及一种能够提高还原铁的金属化率(metallization)的烧成装置、及利用该烧成装置的还原铁的制造方法。

背景技术

部分还原铁通过如下方式制造：在烧成炉中对由铁矿粉和煤炭作为原料来制造的含碳球团(carbon composite briquette)进行烧成及还原处理。目前将上述含碳球团制造成部分还原铁的工艺以多种方式实施。例如，在韩国公开专利公报第10-2013-0053089号中公开了用于高炉的部分还原铁、及其制造方法。如上述公开专利公报所公开那样，通常，含碳球团在烧成炉内依次进行干燥、预热、还原、及冷却的处理，从而制造成部分还原铁。

另一方面，在现有技术中，对含碳球团进行处理时所产生的气体，仅作为用于控制各处理区域温度的供热源而使用。尤其，现有技术中完全没有考虑以下方案：将上述气体在烧成炉内进行循环，或者将上述气体所含有的气体成分如挥发物(volatile matter)等用于特定处理区域如冷却区域等，从而提高还原铁的金属化率及工艺的效率。因此，需要开发一种通过控制气体流动来使对含碳球团进行处理时所产生的气体在烧成炉内进行循环，并且控制气体流动而使得气体的特定成分在特定处理区域中被有效利用，从而能够提高还原铁的金属化率及工艺的效率的新型工艺、及实施该工艺的装置。

现有技术文献：

专利文献

专利文献1：KR10-2013-0053089A

发明内容

发明要解决的课题

本发明提供一种能够提高还原铁的金属化率的烧成装置、及还原铁的制造方法。

本发明提供一种在制造还原铁的过程中能够提高能效率的烧成装置、及还原铁的制造方法。

解决课题的方法

根据本发明实施方案的烧成装置，其为对原料进行烧成而制造还原铁的烧成装置，所述烧成装置包括：烧成炉，其具有原料处理空间，所述原料处理空间沿着所述原料的移动方向依次划分为干燥区域、升温区域、还原区域、及冷却区域；及气体供应单元，其用于连接所述原料处理空间中的互相不同的区域。另外，所述气体供应单元可包括多个供应线：所述多个供应线用于将所述升温区域与所述冷却区域连接，以使所述升温区域的废气供应至所述冷却区域，并且用于将所述冷却区域与所述还原区域连接，以使所述冷却区域的废气供应至所述还原区域；将所述还原区域分别连接于所述干燥区域和所述升温区域，以使所述还原区域的废气分别供应至所述干燥区域和所述升温区域。

所述还原区域沿着所述原料移动的方向划分为第一还原区域、第二还原区域、及第三还原区域，所述冷却区域沿着所述原料移动的方向划分为第一冷却区域及第二冷却区域，在所述还原区域的一侧形成有点火区域，所述点火区域可与所述第一还原区域、所述第二还原区域、及所述第三还原区域连接。

所述气体供应单元可包括：进气线，其连接于所述第二冷却区域；第一供应线，其用于将所述第一冷却区域及所述第二冷却区域连接于所述点火区域；第二供应线，其用于将所述第二还原区域及所述第三还原区域连接于所述升温区域；第三供应线，其用于将所述升温区域连接于所述第一冷却区域；第四供应线，其用于将所述第一还原区域连接于所述干燥区域；及排气线，其连接于所述干燥区域。

所述气体供应单元可包括：第一鼓风机，其安装在所述进气线，并用于形成从室外气体朝向所述第二冷却区域的气体流动；第二鼓风机，其安装在所述排气线，并用于形成从所述干燥区域朝向室外气体的气体流动；第三鼓风机，其安装在所述第一供应线，并用于形成从所述第一冷却区域及所述第二冷却区域朝向所述点火区域的气体流动；及第四鼓风机，其安装在所述第三供应线，并用于形成从所述升温区域朝向所述第一冷却区域的气体流动。另外，所述气体供应单元可包括：集尘器，所述集尘器以所述排气线的气体流动方向为基准，在所述排气线上安装于所述第二鼓风机的上游；第一换热器，所述第一换热器以所述排气线的气体流动方向为基准，在所述排气线上安装于所述集尘器的上游；及第二换热器，所述第二换热器以所述第三供应线的气体流动方向为基准，在所述第三供应线上安装于所述第四鼓风机的上游。

根据本发明实施方案的还原铁的制造方法，其为对原料进行烧成而制造还原铁的方法，所述还原铁的制造方法包括：准备所述原料的步骤；在划分为干燥区域、升温区域、还原区域、及冷却区域的原料处理空间中的各区域内形成内部气氛的步骤；以及使所述原料以所述干燥区域、升温区域、还原区域、及冷却区域的顺序依次移动的同时对其进行热处理的步骤，在所述原料处理空间内形成内部气氛的步骤包括：向所述原料处理空间中的互相不同的区域供应工艺气体(process gas)的步骤。所述供应工艺气体的步骤包括如下步骤中的至少一种：将所述升温区域的废气向所述冷却区域供应的步骤；将所述冷却区域的废气向所述还原区域供应的步骤；及将所述还原区域的废气分别向所述干燥区域和所述升温区域供应的步骤。此时，所述还原区域沿着所述原料移动的方向划分为第一还原区域、第二还原区域、及第三还原区域，所述冷却区域沿着所述原料移动的方向划分为第一冷却区域及第二冷却区域，在所述还原区域的一侧形成有点火区域，所述点火区域可连接于所述第一还原区域、所述第二还原区域、及所述第三还原区域。

所述供应工艺气体的步骤包括：使室外气体流入至所述第二冷却区域的步骤；将所述升温区域的废气向所述第一冷却区域供应的步骤；将所述第一冷却区域及所述第二冷却区域的废气经由所述点火区域向所述第一还原区域、第二还原区域、及第三还原区域供应的步骤；将所述第二还原区域及所述第三还原区域的废气向所述升温区域供应的步骤；将所述第一还原区域的废气向所述干燥区域供应的步骤；及将所述干燥区域的废气排出至室外气体的步骤。此时，在所述供应工艺气体的步骤中，向所述第一冷却区域供应的所述升温区域的废气，可以在供应至所述第一冷却区域之前，经过换热器而其温度降低。另外，在所述供应工艺气体的步骤中，可以将穿过所述干燥区域的气体的流动方向、和穿过所述升温区域的气体的流动方向控制成互相不同的方向，并且将穿过所述还原区域的气体的流动方向、和穿过所述冷却区域的气体的流动方向控制成互相不同的方向。

在所述原料处理空间内形成内部气氛的步骤中，注入到所述还原区域的气体的温度可控制在1000℃至1450℃的范围，并且穿过所述干燥区域和所述升温区域的气体的流速可控制在1m/s至3m/s的范围，注入到所述还原区域的气体的氧气浓度可控制在15％以下的范围。

在对所述原料进行热处理的步骤中，穿过所述升温区域的所述原料的温度可控制在300℃至1200℃的范围。

所述原料在与所述原料移动的方向交叉的方向上可形成为20cm至50cm的厚度，所述原料可含有10重量％至30重量％的碳材料，基于所述原料的总重量计。

发明的效果

在本发明实施方案的制造还原铁的步骤中，可使供应至烧成炉的原料处理空间的气体的一部分，向原料处理空间中的互相不同的区域进行循环，并且可通过控制原料处理空间的气氛温度及氧气浓度，提高在烧成炉所制造的还原铁的金属化率，并减小所制造的还原铁的质量偏差。

另外，根据本发明的实施方案，利用上述气体循环来将在升温区域所产生的挥发物向冷却区域供应，从而使其用于原料的冷却，接着，供应至点火区域而使其用于气体的燃烧，由此能够提高还原铁制造工艺的能效率，从而减少生产成本。

附图说明

图1是示出本发明实施例的烧成装置的框图。

图2是示出利用本发明实施例的烧成装置及还原铁的制造方法来制造还原铁的步骤中的、工艺条件的一例的框图。

图3是示出利用本发明实施例的烧成装置及还原铁的制造方法来制造还原铁的步骤中的、原料的温度变化的图表。

图4是示出利用本发明实施例的烧成装置及还原铁的制造方法来制造还原铁的步骤中的、原料所含有的碳的还原使用量及燃烧使用量的图表。

图5是示出利用本发明实施例的烧成装置及还原铁的制造方法来制造还原铁的步骤中的、金属化率的图表。

附图标记说明

100：干燥区域 200：升温区域

310：第一还原区域 320：第二还原区域

330：第三还原区域 340：点火区域

410：第一冷却区域 420：第二冷却区域

530：第一供应线 540：第二供应线

550：第三供应线 560：第四供应线

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的实施例进行详细说明。但是，本发明不限定于下述的实施例，能够以各种不同的方案实施。其中，提供本发明的实施例的目的在于，完整地公开本发明，并对本领域普通技术人员完整地说明发明的范畴。为说明实施例，可放大附图中的尺寸，并且附图中的相同附图标记表示相同的要素。

本发明实施例的烧成装置，是对原料进行烧成而制造还原铁的烧成装置。在烧成装置中进行热处理的原料例如是含碳球团(briquette)。含碳球团，例如可通过向铁矿粉添加煤炭并均匀地混合，使其在常温下形成块状化来制造。此时，铁矿粉可以是粒度为0.1mm以下的铁矿粉，煤炭可以是粒度为1mm以下的煤炭。另外，煤炭的添加量可调整为，相对于含碳球团总重量而混合5重量％至30重量％的量。就所述含碳球团而言，在温度及氧气浓度被控制在所需范围的、例如氧化性气氛的原料处理空间中，由碳材料的碳成分来引导铁成分的还原。由此，通过含碳球团所含有的铁成分的全部或一部分被还原，可以将含碳球团制成还原铁。

图1是示出本发明实施例的烧成装置的结构的框图。

本发明实施例的烧成装置包括：烧成炉，其朝向原料移动的方向延伸，并具有划分成多个区域的原料处理空间；气体供应单元500，其用于连接原料处理空间中的互相不同的区域。

烧成炉是对原料进行热处理而使原料中的铁成分还原的结构单元，所述烧成炉可包括：原料处理空间，其对原料进行热处理；上部风箱，其形成在原料处理空间的上部，并连接于原料处理空间；及下部风箱，其形成在原料处理空间的下部，并连接于原料处理空间。

原料处理空间沿着原料移动的方向划分为干燥区域100、升温区域200、还原区域、及冷却区域。此时，还原区域沿着原料移动的方向划分为第一还原区域310、第二还原区域320、及第三还原区域330。冷却区域沿着原料移动的方向划分为第一冷却区域410及第二冷却区域420。在还原区域的一侧可形成有点火区域340。本实施例中，举例示出了点火区域340，其形成在还原区域的上侧，并分别连接于第一还原区域310、第二还原区域320、及第三还原区域330。在点火区域340可具有多个燃烧器(Burners)341，多个燃烧器341可在原料移动的方向上互相隔开距离配置。另外，在点火区域340的一侧可连接有燃料线342，燃料线342可向点火区域340供应燃料例如液化石油气(Liquefied Petroleum Gas，LPG)。由气体供应单元500向第一还原区域310、第二还原区域320、及第三还原区域330供应的气体在穿过点火区域340期间，通过由燃料线342供应的燃料、及燃烧器341来燃烧，从而可控制成所需的温度及氧气浓度。在点火区域340中被控制成所需的温度及氧气浓度的气体，可分别向第一还原区域310、第二还原区域320、及第三还原区域330供应。

上部风箱沿着原料移动的方向划分为：干燥区域上部风箱100a、升温区域上部风箱200a、第一还原区域上部风箱310a、第二还原区域上部风箱320a、第三还原区域上部风箱330a、第一冷却区域上部风箱410a、及第二冷却区域上部风箱420a。此时，第一还原区域上部风箱310a可连接点火区域340和第一还原区域310之间。另外，第二还原区域上部风箱320a可连接点火区域340和第二还原区域320之间。此外，第三还原区域上部风箱330a可连接点火区域340和第三还原区域330之间。下部风箱沿着原料移动的方向划分为：干燥区域下部风箱100b、升温区域下部风箱200b、第一还原区域下部风箱310b、第二还原区域下部风箱320b、第三还原区域下部风箱330b、第一冷却区域下部风箱410b、及第二冷却区域下部风箱420b。从干燥区域100、升温区域200、第一还原区域310至第三还原区域330、第一冷却区域410、及第二冷却区域420各自向气体供应单元500排出的气体，穿过各区域的上部风箱或下部风箱而从各区域排出。与此相同地，从气体供应单元500分别向干燥区域100、升温区域200、第一还原区域310至第三还原区域330、第一冷却区域410、及第二冷却区域420供应的气体，穿过各区域的上部风箱或下部风箱而向各区域供应。

所述烧成炉可以是包括作为结构单元的台车(未图示)的台车型烧成炉，台车可向原料移动的方向延伸。对台车的构成要素及其连接关系没有特别的限定。台车的构成要素及其连接关系，例如可适用于烧结工艺中所使用的烧结台车的构成要素及其连接关系。在台车上具有原料，烧成炉利用台车来可以将原料以干燥区域100、升温区域200、第一还原区域310、第二还原区域320、第三还原区域330、第一冷却区域410、及第二冷却区域420的顺序移动。

气体供应单元500，是用于连接原料处理空间中的互相不同的区域而向这些各个区域供应气体的结构单元。尤其，在本实施例中，气体供应单元500可使供应至原料处理空间的气体的至少一部分循环。即，供应至这些区域的气体的一部分，是通过气体供应单元500来在原料处理空间内进行循环的气体。在本实施例中，利用在原料处理空间中循环的气体，可以独立有效地控制各个区域的内部气氛。

气体供应单元500可包括分别与原料处理空间中的互相不同的两个区域连接的进气线510及排气线520，以使在室外气体和原料处理空间之间形成气体的流动。另外，气体供应单元500可进一步包括用于连接原料处理空间中的互相不同的区域的多个供应线，以使穿过原料处理空间中的一个区域的气体向其他区域供应。更加具体而言，气体供应单元500可包括：进气线510，其连接于第二冷却区域420；第一供应线530，其用于将第一冷却区域410及第二冷却区域420连接于点火区域340，以使冷却区域的废气向还原区域供应；第二供应线540，其用于将第二还原区域320及第三还原区域330连接于升温区域200，以使还原区域的废气的一部分向升温区域200供应；第三供应线550，其用于将升温区域200连接于第一冷却区域410，以使升温区域200的废气向冷却区域供应；第四供应线560，其用于将第一还原区域310连接于干燥区域100，以使还原区域的废气的剩余气体向干燥区域100供应；以及排气线520，其连接于干燥区域100。另外，气体供应单元500可包括多个鼓风机，以控制气体供应单元500的气体流动。上述鼓风机可分别安装在进气线510及排气线520，并且，可进一步安装在多个供应线中温度相对较低的气体所通过的至少一个以上的供应线。

进气线510的一端暴露在室外气体中，另一端连接于第二冷却区域420的下部的第二冷却区域下部风箱420b。在进气线510安装有第一鼓风机581，所述第一鼓风机581用于形成从室外气体朝向第二冷却区域420的气体流动。进气线510可利用第一鼓风机581来吸收室外气体例如空气，并向第二冷却区域420供应。排气线520的一端连接于干燥区域100的上部的干燥区域上部风箱100a，另一端暴露在室外气体中。

在排气线520安装有第二鼓风机582，所述第二鼓风机582用于形成从干燥区域100朝向室外气体的气体流动。排气线520可利用第二鼓风机582来将干燥区域100的气体例如废气排出到室外气体中。另外，集尘器570以排气线520的气体流动方向为基准，在排气线520上安装于第二鼓风机582的上游。

在这里，上述的“上游”是指，气体相对先通过的位置。例如，由于集尘器570安装于第二鼓风机582的上游，因此在排气线520内流动的气体首先通过集尘器570，之后再通过第二鼓风机582。

集尘器570能够在从干燥区域100向室外气体排出的废气中收集粉尘，由此能够防止污染室外气体。另外，第一换热器591以排气线520的气体流动方向为基准，在排气线520上安装于集尘器570的上游。第一换热器591用于将向室外气体排出的废气控制成所需的温度，从而能够防止高温废气对集尘器570及第二鼓风机582的损伤。

第一供应线530的一端以多个分管形成分岔，并且分别连接于在第一冷却区域410的上部设置的第一冷却区域上部风箱410a、及在第二冷却区域420的上部设置的第二冷却区域上部风箱420a。具体而言，第一供应线530的一端分别朝向第一冷却区域410及第二冷却区域420分岔，由此形成第一供应线第一分管531、及第一供应线第二分管532。另外，第一供应线530的另一端例如第一供应线主管533可连接于点火区域340。另一方面，在第一供应线530安装有第三鼓风机583，所述第三鼓风机583用于形成从第一冷却区域410及第二冷却区域420朝向点火区域340的气体流动。具体而言，第三鼓风机583可安装在与第一供应线第一分管531及第一供应线第二分管532连接的第一供应线主管533的一侧。第三鼓风机583可将第一冷却区域410的废气、及第二冷却区域420的废气供应至点火区域340。

第二供应线540的一端形成分岔，并且分别连接于在第二还原区域320的下部设置的第二还原区域下部风箱320b、及在第三还原区域330的下部设置的第三还原区域下部风箱330b。另外，第二供应线540的另一端可连接于升温区域200的上部的升温区域上部风箱200a。为此，第二供应线540可包括：第二供应线主管543，其连接于升温区域200；第二供应线第一分管541，其从第二供应线主管543分岔而成并连接于第二还原区域320；及第二供应线第二分管542，其从第二供应线主管543分岔而成并连接于第三还原区域330。由此，第二还原区域320的废气、及第三还原区域330的废气经由第二供应线540供应至升温区域200。

第三供应线550的一端可与升温区域200的下部的升温区域下部风箱200b连接，另一端可与第一冷却区域410的下部的第一冷却区域下部风箱410b连接。在第三供应线550安装有第四鼓风机584，所述第四鼓风机584用于形成从升温区域200朝向第一冷却区域410的气体流动。由此，升温区域200的气体例如废气可供应至第一冷却区域410。另外，第二换热器592以第三供应线550的气体流动方向为基准，在第三供应线550上安装于第四鼓风机584的上游。由此，在本实施例中，不仅能够使向第一冷却区域410供应的气体控制成所需的温度，而且能够防止从升温区域200排出的高温废气对第四鼓风机584的损伤。

第四供应线560的一端可与第一还原区域310的下部的第一还原区域下部风箱310b连接，另一端可与干燥区域100的下部的干燥区域下部风箱100b连接。由此，第一还原区域310的废气可经由第四供应线560供应至干燥区域100。

另一方面，流入到供应线的气体穿过供应线而降低至规定的温度，此时，温度降低与供应线的长度具有线性关系。因此，在本实施例中，对连接原料处理空间的一区域与另一区域的供应线的长度进行调节，从而调节从一区域经由供应线向另一区域供应的气体的温度降低程度，从而可更加容易控制供应至另一区域的气体的温度。

在所述烧成装置具有气体流动空间，所述气体流动空间包括原料处理空间及气体供应单元500，在气体流动空间可形成有通过气体供应单元500来向互相不同的路径流动的多个气流例如流线。对于所述气流，与下面的本发明实施例的还原铁的制造方法一同进行说明。

下面，参照图1，对本发明实施例的还原铁的制造方法进行说明。还原铁的制造方法是对原料进行烧成而制造还原铁的方法，本发明实施例的烧成装置可适用于实施所述还原铁的制造方法的装置。另外，在本实施例中，作为适用于还原铁制造时的原料例示含碳球团。

制造还原铁的方法包括：准备原料的步骤；在划分为干燥区域、升温区域、还原区域、及冷却区域的原料处理空间中的各区域内形成内部气氛的步骤；以及使原料以干燥区域100、升温区域200、第一还原区域310、第二还原区域320、第三还原区域330、第一冷却区域410、及第二冷却区域420的顺序依次移动的同时对其进行热处理的步骤。另一方面，在本实施例中，分别实施在原料处理空间形成内部气氛的步骤、和在原料处理空间对原料进行热处理的步骤时，其顺序没有特别的限定。例如，可同时实施在原料处理空间形成内部气氛的步骤、和对原料进行热处理的步骤，或者先实施在原料处理空间形成内部气氛的步骤，之后，再实施对原料进行热处理的步骤。下面，对制造还原铁的方法进行说明。

首先，准备原料。在本实施例中，作为原料举例示出含碳球团，在含碳球团中可含有10重量％至30重量％的碳材料例如煤炭，基于含碳球团的总重量计。原料供应至台车(未图示)并载置在台车的车座(bed)，并且以在与原料移动的方向交叉的方向例如原料的厚度方向上以20cm至50cm的厚度载置。如上所述，供应至台车的原料在本发明实施例的烧成装置内被热处理，从而制成还原铁。

接着，在原料处理空间的各区域形成内部气氛。此时，在原料处理空间形成内部气氛的步骤可包括：向原料处理空间中的互相不同的区域供应工艺气体的步骤。向原料处理空间中的互相不同的区域供应工艺气体的步骤包括如下步骤中的至少一种：将升温区域的废气向冷却区域供应的步骤；将冷却区域的废气向还原区域供应的步骤；以及将还原区域的废气分别向干燥区域和升温区域供应的步骤。

为了在原料处理空间形成内部气氛，首先，进行：使室外气体流入到第二冷却区域410的步骤；将升温区域200的气体向第一冷却区域410供应的步骤；将第一冷却区域410及第二冷却区域420的气体经由点火区域340向第一还原区域310、第二还原区域320、及第三还原区域330供应的步骤；将第二还原区域320及第三还原区域330的气体向升温区域200供应的步骤；将第一还原区域310的气体向干燥区域100供应的步骤；以及将干燥区域100的气体排出到室外气体的步骤，之后，再进行向原料处理空间的各区域供应用于进行工艺的气体的步骤。

由此，可以在包括所述原料处理空间及气体供应单元500而形成的气体流动空间中，流向互相不同路径的多个气流例如流线以如下方式形成。在气体流动空间中，可形成有依次穿过第一冷却区域410、点火区域340、第二还原区域320(及第三还原区域330)、及升温区域200从而向第一冷却区域410循环的第一气流。另外，在气体流动空间中，可形成有依次穿过第一冷却区域410、点火区域340、第一还原区域310、及干燥区域100从而排出到室外气体的第二气流。另外，在气体流动空间中，可形成有依次穿过第二冷却区域420、点火区域340、第二还原区域320(及第三还原区域330)、及升温区域200从而流向第一冷却区域410的第三气流。接着，第三气流可与第一气流或第二气流连接。最后，在气体流动空间中，可形成有依次穿过第二冷却区域420、点火区域340、第一还原区域310、及干燥区域100从而排出到室外气体的第四气流。此时，通过第一气流及第三气流来控制穿过升温区域200的废气，使得其连续穿过第一冷却区域410和点火区域340。

另一方面，在供应工艺气体的过程中，穿过干燥区域100的气体的流动方向、和穿过升温区域200的气体的流动方向可控制成互相不同的方向。由此，穿过干燥区域100和升温区域200而向还原区域移动的原料，在供应至还原区域之前，原料的厚度方向上的温度偏差减小或得到抑制，从而在其厚度方向上可形成更加均匀的温度。另外，穿过还原区域的气体的流动方向、和穿过冷却区域的气体的流动方向可控制成互相不同的方向，通过以上，可有效地使穿过还原区域并向冷却区域供应的原料冷却。此时，供应至冷却区域的气体从冷却区域的下方流向上方，从而可更加容易地冷却与车座接触的原料的下部。

在供应上述工艺气体的过程中，进行在各区域形成内部气氛的步骤。首先，进行在点火区域340形成内部气氛的步骤。为此，向点火区域340供应燃料，并使该燃料与穿过第一冷却区域410及第二冷却区域420而供应至点火区域340的气体一同燃烧，由此形成火焰。接着，控制火焰温度及燃烧面积，从而将点火区域340的内部气氛控制成所需的温度及氧气浓度。通过上述的第一至第四气流，具有所需的温度及氧气浓度的气体向原料处理空间的各区域供应及循环，由此，可在原料处理空间中的各区域形成内部气氛。此时，向第一冷却区域410供应的升温区域200的废气，在向第一冷却区域410供应之前，经过换热器592而降低其温度，由此可容易地将第一冷却区域410的气氛温度控制成所需的温度。

更加具体而言，进行在原料处理空间形成内部气氛的步骤、及向原料处理空间中的各区域供应工艺气体的步骤，从而如下所述那样可以控制各区域的内部气氛。

向各区域供应的气体的温度可以以如下方式控制。向干燥区域100供应的气体的温度可控制在680℃至1020℃的范围，向升温区域200供应气体的温度可控制在760℃至1140℃的范围。另外，向第一还原区域310、第二还原区域320、及第三还原区域330供应的气体的温度可控制在1000℃至1450℃的范围。另外，向第一冷却区域410供应的气体的温度可控制在160℃至240℃的范围、或100℃至300℃的范围。另一方面，向第二冷却区域420供应室外气体，该室外气体的温度可以是常温例如16℃至24℃。

另外，向各区域供应的气体的氧气浓度可以以如下方式控制。分别向干燥区域100及升温区域200供应的气体的氧气浓度可控制在1.6％至2.4％的范围。另外，向第一冷却区域410供应的气体的氧气浓度可控制在1.6％至2.4％的范围、5％以下的范围、或10％以下的范围中的任意一个范围。另外，向第一还原区域310、第二还原区域320、及第三还原区域330注入的气体的氧气浓度可控制在15％以下的范围。此时，分别向干燥区域100、升温区域200、及第一冷却区域410供应的气体是穿过还原区域的气体，即，是在注入还原区域之前氧气浓度得到控制的气体，因此，各区域、尤其第一冷却区域410的氧气浓度可控制在1.6％至2.4％的范围、5％以下的范围、或10％以下的范围中的任意一个范围。另一方面，可以向第二冷却区域420供应室外气体例如标准状态的空气，其氧气浓度例如是21％。

另外，向各区域供应的气体的流速可以以如下方式控制。分别穿过干燥区域100及升温区域200的气体的流速可控制在1m/s至3m/s的范围。另外，穿过还原区域的气体的流速可控制在0.64m/s至2.04m/s的范围。另外，穿过冷却区域的气体的流速可控制在1.28m/s至1.92m/s的范围。

接着，在各区域形成内部气氛的步骤中，实施对原料进行热处理的步骤。放置在台车的原料以干燥区域100、升温区域200、第一还原区域310、第二还原区域320、第三还原区域330、第一冷却区域410、及第二冷却区域420的顺序移动，并且该原料穿过内部气氛得到控制的这些区域的同时，对其进行热处理。

首先，从穿过干燥区域100的原料开始去除水分。为此，向干燥区域100供应控制成规定的温度范围和氧气浓度的第一还原区域310的废气，并且在干燥区域100进行热处理时所使用的废气排出到室外气体。此时，所供应的气体从干燥区域100的下方流向上方。例如，原料在其制造过程中可能会含有水分。当含有水分的原料在还原区域中进行热处理时，因水分急剧蒸发而可能会对原料造成损伤。因此，在本实施例中，在与还原区域相比形成为低温气氛的干燥区域100，对原料进行热处理以去除水分，从而防止原料的损伤。

接着，从穿过升温区域200的原料去除挥发物。为此，向升温区域200供应控制成规定的温度范围和氧气浓度的第二及第三还原区域的废气，并且在升温区域200进行热处理时所使用的废气排出至第一冷却区域410。此时，所供应的气体从升温区域200的上方流向下方。例如，在混合于原料的碳材料中，CHn系的挥发物可含有20重量％至30重量％，基于碳材料的总重量计。为了控制还原原料过程中的工艺气氛，挥发物需在进行原料的还原过程之前从原料中去除。当在还原区域对含有挥发物的原料进行热处理时，因挥发物的急剧挥发及燃烧，会导致难以控制原料的温度。挥发物一般在300℃至800℃的温度下其挥发活跃。因此，将穿过升温区域200的原料的温度控制在300℃至1200℃的范围，由此挥发物被升温区域200的气氛温度及原料的温度容易挥发，从而可以从原料中去除。被去除的挥发物混入至升温区域200的废气中，并供应至第一冷却区域410。

接着，对穿过第一还原区域310的原料的铁成分进行还原。为此，向第一还原区域310供应控制成规定的温度范围和氧气浓度的点火区域340的废气，并且在第一还原区域310进行热处理时所使用的废气排出到干燥区域100。此时，所供应的气体从第一还原区域310的上方流向下方。例如，在原料中含有被氧化的铁成分及碳成分，并在第一还原区域310的气氛温度及氧气浓度下，由碳成分可诱导铁成分的还原。

接着，对穿过第二还原区域320和第三还原区域330的原料的铁成分持续进行还原，从而制造具有所需金属化率的高温的还原铁。为此，向第二及第三还原区域供应控制成规定的温度范围和氧气浓度的点火区域340的废气，并且在第二及第三还原区域进行热处理时所使用的废气排出到升温区域200。此时，所供应的气体从第二及第三还原区域的上方流向下方。在本实施例中，还原区域划分为第一至第三还原区域，并且将这些还原区域控制成互相不同的气氛温度及气体流速，从而可更加有效地诱导原料中铁成分的还原。另外，利用这些各区域中产生的废气在各区域中存在的温度差异，将温度相对低的第一还原区域310的废气排出到干燥区域100，将温度相对高的第二及第三还原区域的废气排出到升温区域200。即，细分还原区域而形成有效的废气循环，由此能够提高工艺的能效率。

接着，将穿过第一冷却区域410的高温的还原铁冷却至可抑制或防止还原铁发生再氧化的温度。为此，向第一冷却区域410供应控制成规定的温度范围和氧气浓度的升温区域200的废气，并且在第一冷却区域410进行冷却时所使用的废气排出到点火区域340。此时，所供应的气体从第一冷却区域410的下方流向上方。例如，向第一冷却区域410供应的升温区域200的废气中混合有CHn系的挥发物。挥发物在第一冷却区域410的气氛温度及氧气浓度下，与被还原的高温原料接触，并从该高温原料吸收热量而分解(cracking)为一氧化碳和氢气。即，在本实施例中，挥发物用作冷却气体。另外，挥发物分解而产生的一氧化碳和氢气混入到废气并向点火区域340供应，由此在点火区域340中用作燃料。另一方面，向点火区域340供应的一氧化碳和氢气与挥发物相比更加容易燃烧，因此，能够进一步提高点火区域340的燃烧效率。在本实施例中，如上所述，使从原料产生的挥发物在第一冷却区域410吸热分解，从而能够更加有效地诱导原料的冷却，之后，将其在点火区域340中用作燃料。据此，能够提高工艺的效率。另一方面，在第一冷却区域410中，用穿过还原区域和升温区域200的、氧气浓度得到控制的废气来冷却原料，从而能够有效地抑制或防止在冷却原料期间可能会发生的原料的再氧化。

接着，对穿过第二冷却区域420的还原铁进行冷却。为此，向第二冷却区域420供应室外气体，即空气。穿过第二冷却区域420的原料，与穿过第一冷却区域410时相比处于温度更低的状态，处于被冷却至比原料发生再氧化时所需的温度更低的状态。由此，在第二冷却区域420进行冷却时，即使使用与向第一冷却区域410供应的废气相比氧气浓度更高的空气，也不会超出还原铁的再氧化反应所允许的范围。另一方面，在第二冷却区域420中用于冷却的空气与第一冷却区域410的废气混合，并且其温度控制成适合穿过安装在第一供应线530的第三鼓风机583的温度，从而经由第三鼓风机583及第一供应线530而供应至点火区域340。进行上述原料热处理步骤，制造具有所需金属化率的还原铁，并将结束冷却的还原铁排出到烧成炉的外部。

图2是示出利用本发明实施例的烧成装置及还原铁的制造方法来制造还原铁的工艺的、工艺条件的一例的框图，图3是示出利用本发明实施例的烧成装置及还原铁的制造方法来制造还原铁的步骤中的、原料的温度变化的图表。另外，图4是示出利用本发明实施例的烧成装置及还原铁的制造方法来制造还原铁的步骤中的、原料所含有的碳的还原使用量及燃烧使用量的图表，图5是示出利用本发明实施例的烧成装置及还原铁的制造方法来制造还原铁的步骤中的、金属化率的图表。

下面，对于将以如上所述那样形成的烧成装置及使用其的还原铁的制造方法适用于还原铁制造工艺，由此进行还原铁的制造的结果进行说明，以有助于理解本发明实施例的烧成装置及还原铁的制造方法。尤其，参照图2至图5，以在烧成炉的各区域中导出的工艺条件、和由此所产生的原料的物理性质变化为中心进行说明。此时，下述说明中的工艺条件及原料的物理性质变化是有助于本发明的理解的，并不旨在限定本发明。

上述还原铁的制造工艺以如下方式实施。将原料以460ton/hr的供应量向烧成炉供应。所供应的原料穿过原料处理空间的各区域的同时对其进行热处理。具体而言，在干燥区域进行3分钟的热处理，在升温区域进行5分钟的热处理。接着，在第一还原区域进行5分钟的热处理，在第二还原区域进行7分钟的热处理，在第三还原区域进行7分钟的热处理。接着，在第一冷却区域进行7分钟的热处理，在第二冷却区域进行5分15秒的热处理。由此，以306ton/hr的生产量制造还原铁。

在原料处理空间中将原料制成还原铁的期间，穿过烧成装置的气体流动空间的气体的状态量、即流量、流速、温度及氧气浓度以如下方式控制。

向干燥区域注入空气，该空气的流量控制在384000Nm³/hr至576000Nm³/hr的范围，其流速控制在2.32m/s至3.48m/s的范围，其温度控制在680℃至1020℃的范围，其氧气浓度控制在1.6％至2.4％的范围。此时，穿过干燥区域而被排出的气体的温度形成在487.2℃至730.8℃的范围，并且穿过干燥区域的原料的温度形成在440℃至660℃的范围。

向升温区域注入空气，该空气的流量控制在512000Nm³/hr至768000Nm³/hr的范围，其流速控制在1.84m/s至2.76m/s的范围其温度控制在760℃至1140℃的范围，其氧气浓度控制在1.6％至2.4％的范围。此时，穿过干燥区域而被排出的气体的温度形成在689.6℃至1034.4℃的范围，穿过干燥区域的原料的温度形成在680℃至1020℃的范围。

向第一还原区域注入空气，该空气的流量控制在384000Nm³/hr至576000Nm³/hr的范围，其流速控制在1.36m/s至2.04m/s的范围，其温度控制在1000℃至1500℃的范围，其氧气浓度控制在4.8％至7.2％的范围。此时，穿过第一还原区域而被排出的气体的温度形成在896.8℃至1345.2℃的范围，穿过第一还原区域的还原铁的温度形成在868℃至1302℃的范围。

向第二还原区域注入空气，该空气的流量控制在256000Nm³/hr至384000Nm³/hr的范围，其流速控制在0.64m/s至0.96m/s的范围，其温度控制在1040℃至1560℃的范围的温度，其氧气浓度控制在4.8％至7.2％的范围。此时，穿过第二还原区域而被排出的气体的温度形成在958.4℃至1437.6℃的范围，穿过第二还原区域的还原铁的温度形成在944℃至1416℃的范围。

向第三还原区域注入空气，该空气的流量控制在256000Nm³/hr至384000Nm³/hr的范围，其流速控制在0.64m/s至0.96m/s的范围，其温度控制在1000℃至1500℃的范围，其氧气浓度控制在4.8％至7.2％的范围。此时，穿过第三还原区域而被排出的气体的温度形成在969.6℃至1454.4℃的范围，穿过第三还原区域的还原铁的温度形成在970.4℃至1455.6℃的范围。

向第一冷却区域注入空气，该空气的流量控制在512000Nm³/hr至768000Nm³/hr的范围，其流速控制在1.28m/s至1.92m/s的范围，其温度控制在160℃至240℃的范围或100℃至300℃的范围，其氧气浓度控制在1.6％至2.4％的范围、5％以下的范围、或10％以下的范围中的任意一个范围。此时，穿过第一冷却区域而被排出的气体的温度形成在519.2℃至778.8℃的范围，穿过第一冷却区域的还原铁的温度形成在602.4℃至903.6℃的范围。

向第二冷却区域注入空气，该空气的流量控制在384000Nm³/hr至576000Nm³/hr范围，其流速控制在1.28m/s至1.92m/s的范围，其温度控制在常温例如16℃至24℃，其氧气浓度控制在16％至24％的范围。此时，穿过第二冷却区域而被排出的气体的温度形成在185.6℃至278.4℃的范围，穿过第二冷却区域的还原铁的温度形成在212℃至318℃的范围。

在上述工艺条件下，反复实施还原铁的制造，并导出适合的工艺条件，并将其结果在图2中示出。即，图2所示的工艺条件值是，反复实施的还原铁的制造步骤中所制造的还原铁的金属化率及工艺中的能效率相对提高时的工艺条件。另一方面，图2所示的各数值是包含在以上所述的还原铁制造工艺的实施条件中的数值，已对其进行充分的说明，故省略与图2所示的工艺条件的各数值相关的说明。

在还原铁的制造过程中，测量了穿过原料处理空间中的各区域的原料的温度变化，并将其值在图3中示出。在这里，在图表中原料层车座的下部温度是用三角形的点表示的，在图表中原料层车座的上部温度是用菱形的点表示的。参照图3可知，在干燥区域发生原料上下部的温度偏差，但随着穿过升温区域，该偏差持续减小。并且，可知：随着分别穿过还原区域，该温度维持固定值，上下部的温度偏差维持在规定温度偏差范围内。如此地，在本实施例中，通过上述工艺调节，可减小还原区域中的原料的上下部温度偏差。

在还原铁的制造过程中，测量了穿过原料处理空间中的各区域的原料所含有的碳的还原使用量和氧化使用量，并将其在图4中示出。参照图4可知，原料所含有的碳相比于燃烧反应，更多消耗在还原反应。如此地，在本实施例中，通过上述工艺条件，原料内的碳相对集中消耗在铁成分的还原诱导中。在还原铁的制造过程中，测量了穿过原料处理空间中的各区域的原料的金属化率，并将其在图5中示出。参照图5可知，利用本实施例的烧成装置及还原铁的制造方法，并以上述工艺条件制造还原铁时所生产出的还原铁的金属化率在60％至70％的范围内形成，其上下部的质量偏差小。

如上所述，可以确认：通过本发明实施例的烧成装置及还原铁的制造方法来制造还原铁，可提高还原铁的金属化率。

本发明的上述实施例中，举例示出了由含碳球团制造还原铁的工艺的情况，但也可适用于对除此之外的各种被处理物进行烧成及还原的制造工艺。另一方面，本发明的上述实施例是为说明发明而提供的，并不旨在限定发明。另外，应理解本发明所属技术领域的普通技术人员在本发明的技术构思的范围内可以实施多种实施例。

Claims (18)

1.一种烧成装置，其为对原料进行烧成而制造还原铁的烧成装置，所述烧成装置包括：

烧成炉，其具有原料处理空间，沿着所述原料的移动方向依次划分为干燥区域、升温区域、还原区域、及冷却区域；及

气体供应单元，其用于连接所述原料处理空间中的互相不同的区域，

在所述升温区域中，从所述原料中去除的挥发物混入至废气中，

所述气体供应单元可包括多个供应线：所述多个供应线将所述升温区域与所述冷却区域连接，以使混入所述挥发物的所述升温区域的废气供应至所述冷却区域，并且用于将所述冷却区域与所述还原区域连接，以使混入所述挥发物分解而产生的一氧化碳和氢气的所述冷却区域的废气供应至所述还原区域。

2.根据权利要求1所述的烧成装置，其中：

所述还原区域沿着所述原料移动的方向划分为第一还原区域、第二还原区域、及第三还原区域，

所述冷却区域沿着所述原料移动的方向划分为第一冷却区域及第二冷却区域，

在所述还原区域的一侧形成有点火区域，所述点火区域与所述第一还原区域、所述第二还原区域、及所述第三还原区域连接。

3.根据权利要求2所述的烧成装置，其中，所述气体供应单元包括：

进气线，其连接于所述第二冷却区域；

第一供应线，其用于将所述第一冷却区域及所述第二冷却区域连接于所述点火区域；

第二供应线，其用于将所述第二还原区域及所述第三还原区域连接于所述升温区域；

第三供应线，其用于将所述升温区域连接于所述第一冷却区域；

第四供应线，其用于将所述第一还原区域连接于所述干燥区域；及

排气线，其连接于所述干燥区域。

4.根据权利要求3所述的烧成装置，其中，所述气体供应单元包括：

第一鼓风机，其安装在所述进气线，并用于形成从室外气体朝向所述第二冷却区域的气体流动；

第二鼓风机，其安装在所述排气线，并用于形成从所述干燥区域朝向室外气体的气体流动；

第三鼓风机，其安装在所述第一供应线，并用于形成从所述第一冷却区域及所述第二冷却区域朝向所述点火区域的气体流动；及

第四鼓风机，其安装在所述第三供应线，并用于形成从所述升温区域朝向所述第一冷却区域的气体流动。

5.根据权利要求4所述的烧成装置，其中，所述气体供应单元包括：

集尘器，所述集尘器以所述排气线的气体流动方向为基准，在所述排气线上安装于所述第二鼓风机的上游；

第一换热器，所述第一换热器以所述排气线的气体流动方向为基准，在所述排气线上安装于所述集尘器的上游；及

第二换热器，所述第二换热器以所述第三供应线的气体流动方向为基准，在所述第三供应线上安装于所述第四鼓风机的上游。

6.根据权利要求4所述的烧成装置，其中：

所述气体供应单元连接于所述干燥区域及升温区域，以使穿过所述干燥区域的气体的流动方向、和穿过所述升温区域的气体的流动方向控制成互相不同的方向，并且所述气体供应单元连接于所述还原区域及冷却区域，以使穿过所述还原区域的气体的流动方向、和穿过所述冷却区域的气体的流动方向控制成互相不同的方向。

7.一种还原铁的制造方法，其为对原料进行烧成而制造还原铁的方法，所述还原铁的制造方法包括：

准备所述原料的步骤；

在划分为干燥区域、升温区域、还原区域、及冷却区域的原料处理空间中的各区域内形成内部气氛的步骤；及

使所述原料以所述干燥区域、升温区域、还原区域、及冷却区域的顺序依次移动的同时对其进行热处理的步骤，

在所述原料处理空间形成内部气氛的步骤包括：向所述原料处理空间中的互相不同的区域供应工艺气体的步骤，

在所述升温区域中，从所述原料中去除的挥发物混入至废气中，

所述供应工艺气体的步骤包括如下步骤中的：

将混入所述挥发物的所述升温区域的废气向所述冷却区域供应的步骤；

将混入所述挥发物分解而产生的一氧化碳和氢气的所述冷却区域的废气向所述还原区域供应的步骤。

8.根据权利要求7所述的还原铁的制造方法，其特征在于：

所述还原区域沿着所述原料移动的方向划分为第一还原区域、第二还原区域、及第三还原区域，

所述冷却区域沿着所述原料移动的方向划分为第一冷却区域及第二冷却区域，

在所述还原区域的一侧形成有点火区域，所述点火区域与所述第一还原区域、所述第二还原区域、及所述第三还原区域连接。

9.根据权利要求8所述的还原铁的制造方法，其中，所述供应工艺气体的步骤包括：

使室外气体流入至所述第二冷却区域的步骤；

将所述升温区域的废气向所述第一冷却区域供应的步骤；

将所述第一冷却区域及所述第二冷却区域的废气经由所述点火区域向所述第一还原区域、第二还原区域、及第三还原区域供应的步骤；

将所述第二还原区域及所述第三还原区域的废气向所述升温区域供应的步骤；

将所述第一还原区域的废气向所述干燥区域供应的步骤；及

将所述干燥区域的废气排出至室外气体的步骤。

10.根据权利要求9所述的还原铁的制造方法，在所述供应工艺气体的步骤中，

向所述第一冷却区域供应的所述升温区域的废气，在供应至所述第一冷却区域之前，穿过换热器而其温度降低。

11.根据权利要求9所述的还原铁的制造方法，在所述供应工艺气体的步骤中，

将穿过所述干燥区域的气体的流动方向、和穿过所述升温区域的气体的流动方向控制成互相不同的方向。

12.根据权利要求9所述的还原铁的制造方法，在所述供应工艺气体的步骤中，

将穿过所述还原区域的气体的流动方向、和穿过所述冷却区域的气体的流动方向控制成互相不同的方向。

13.根据权利要求9所述的还原铁的制造方法，在所述原料处理空间形成内部气氛的步骤中，

将注入至所述还原区域的气体的温度控制在1000℃至1450℃的范围。

14.根据权利要求9所述的还原铁的制造方法，在所述原料处理空间形成内部气氛的步骤中，

将穿过所述干燥区域和所述升温区域的气体的流速控制在1m/s至3m/s的范围。

15.根据权利要求9所述的还原铁的制造方法，在所述原料处理空间形成内部气氛的步骤中，

将注入至所述还原区域的气体的氧气浓度控制在15％以下的范围。

16.根据权利要求9所述的还原铁的制造方法，在对所述原料进行热处理的步骤中，

将穿过所述升温区域的所述原料的温度控制在300℃至1200℃的范围。

17.根据权利要求7-16中任一项所述的还原铁的制造方法，其中：

所述原料在与所述原料移动的方向交叉的方向上形成20cm至50cm的厚度。

18.根据权利要求7-16中任一项所述的还原铁的制造方法，其中：

在所述原料中含有10重量％至30重量％的碳材料，基于所述原料的总重量为计。