CN116096924A - 生铁制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一个方式的生铁制造方法，是使用具有风口的高炉制造生铁的生铁制造方法，其中，具备如下工序：在上述高炉内交替层叠含矿石原料的第1层和含焦炭的第2层的工序；通过从上述风口吹送的热风将辅助燃料吹入到高炉内，并对于层叠的上述第1层的上述矿石原料进行还原和熔化的工序，用于使上述热风流通至上述高炉的中心部的骨料混合在上述第1层中，上述骨料含有将还原铁压缩成形得到的还原铁成形体。

Description

生铁制造方法

技术领域

本发明涉及生铁制造方法。

背景技术

制造生铁公知的方法是，在高炉内交替层叠含矿石原料的第1层和含焦炭的第2层，一边通过从风口吹送的热风将辅助燃料吹入到高炉内，一边还原上述矿石原料，并使之熔化。这时，上述焦炭承担的作用有：用于熔化矿石原料的热源；矿石原料的还原材料；渗碳到铁水中用于使熔点降低的增碳剂；以及用于确保高炉内的透气性的间隔物。利用此焦炭维持透气性，可使装入物的卸料稳定，实现高炉的稳定操作。

在高炉操作中，从削减成本的观点出发，希望该焦炭的比例低。但是，若降低焦炭的比例，则上述的焦炭发挥的作用也降低。例如作为降低焦炭的比例，即增加矿石原料比例的方法，提出在高炉周边部限定装入小粒径还原铁的高炉操作方法(参照日本特开平11－315308号公报)。在上述高炉操作方法中，认为通过只在炉周边部装入不需要还原的还原铁，可以一边维持炉中心部分的焦炭作为热源、还原材、增碳剂及间隔物的作用，一边提高原料的填充率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11－315308号公报

发明内容

发明所要解决的问题

近来从削减CO₂排放量的要求出发，在高炉操作中要求进一步削减焦炭的使用量。在上述现有的高炉操作方法中，焦炭具有的作用之中关于热源、还原材和增碳剂，可以利用从风口吹入的辅助燃料代替。另一方面，焦炭只承担间隔物的作用。在上述现有的高炉操作方法中，还原铁的装入位置只限定于炉的周边部。另外，焦炭的使用量停留于还原铁的装入而相对性地减少。因此，在上述现有的高炉操作方法中，焦炭使用量的削减存在局限，谈不上可以充分应对近来的CO₂削减要求。

本发明基于上述这样的情况提出，其目的在于，提供一种既能够维持高炉的稳定操作又能够减少焦炭使用量的生铁制造方法。

解决问题的手段

本发明的一个方式的生铁制造方法，是使用具有风口的高炉制造生铁的生铁制造方法，其中，具备如下工序：在上述高炉内交替层叠含矿石原料的第1层和含焦炭的第2层的工序；一边利用从上述风口吹送的热风将辅助燃料吹入高炉内，一边还原和熔化层叠的上述第1层的上述矿石原料的工序，用于使上述热风流通至上述高炉中心部的骨料被混合在上述第1层中，上述骨料中包含将还原铁压缩成形得到的还原铁成形体。

在该生铁制造方法中，含有矿石原料的第1层中，作为骨料包含将还原铁压缩成形得到的还原铁成形体。借助此还原铁成形体，熔化工序中在第1层软化熔融时热风容易通过，因此该生铁制造方法中，用于确保透气性的焦炭量较少即可。因此，通过使用该生铁制造方法，能够一边维持高炉的稳定操作一边减少焦炭的使用量。

在此，所谓高炉的“中心部”是指，设炉口部的半径为R时，距中心的距离为0.2R以下的区域。

上述还原铁成形体的装入量为，每1吨生铁100kg以上，上述还原铁成形体的平均粒径相对于上述矿石原料的平均粒径之比为1.3以上，上述还原铁成形体在滚筒旋转试验后的透气阻力指数为0.1以下即可。通过使还原铁成形体的装入量为上述下限以上，使上述还原铁成形体的平均粒径的比为上述下限以上，且使上述还原铁成形体的透气阻力指数为上述上限以下，能够确实地使上述热风流通至上述高炉的中心部。因此，能够减少焦炭的使用量。

在此，还原铁成形体的“滚筒旋转试验后的透气阻力指数”，由以下方式计算。首先，依据铁矿石类的转鼓强度测量法(JIS－M8712：2000)进行滚筒旋转试验，取得还原铁成形体经筛分的粒径分布。该粒度分布中，进行筛分的筛孔间的代表粒径(中值)表示为d_i[cm]，属于代表粒径d_i的还原铁成形体的重量分率表示为w_i。用此粒度分布，根据下式1计算调和平均直径D_p[cm]、粒度构成指数I_sp。此外，使用重力转换系数g_c[9.807(g·cm)/(G·sec²)]，由下式1求得透气阻力指数K。还有，上述滚筒旋转试验中的滚筒的旋转条件，以24±1rpm旋转600圈。

【算式1]

D_p＝1/(∑w_i/d_i)

在此，I_s＝D_p ²×∑w_i×(1/d_i-1/D_p)²

I_p＝1/D_p ²×∑w_i×(d_i-D_p)²···1

在此，n＝0.47，C＝0.55

上述还原铁成形体的碱度为0.9以上即可。像这样使还原铁成形体的碱度为上述下限以上，则还原铁成形体的收缩开始温度高温化，因此可抑制第1层的收缩量。因此，软熔带的透气性得到改善，能够使上述热风确实地流通至上述高炉的中心部。因此，能够减少焦炭的使用量。

在此，所谓“碱度”，是指CaO的质量相对于SiO₂的质量的比例。

上述还原铁成形体含有氧化铝，上述还原铁成形体中的上述氧化铝的含量为1.5质量％以下即可。氧化铝使熔渣粘度上升，使熔渣的滴落性恶化。因此，使还原铁成形体中的氧化铝的含量为上述上限以下，能够抑制焦炭的使用量增大。

上述第1层中的上述还原铁成形体的含量为30质量％以下即可。因为还原铁成形体比矿石原料大，单重较大，所以若与矿石原料一起装入到高炉中，则容易分离偏析。使还原铁成形体的含量在上述上限以下，则能够抑制此分离和偏析。因此，由于还原铁成形体直至高炉的中心部都比较均匀地存在，所以能够在软熔带发挥骨料效果，使上述热风确实地流通至上述高炉的中心部。因此，能够减少焦炭的使用量。

上述矿石原料，含有气孔孔径4μm以上的粗大开口气孔的气孔率为21％以上的铁矿石球团即可。像这样使气孔孔径4μm以上的粗大开口气孔的气孔率为21％以上的铁矿石球团包含在矿石原料中，能够提高矿石原料的还原率，因此能够进一步降低焦炭的使用量。

在此，所谓“气孔孔径4μm以上的粗大开口气孔的气孔率”，是指气孔孔径4μm以上的粗大开口气孔相对于铁矿石球团的表观体积所占的体积比例，是使用压汞仪(例如岛津制作株式会社的“AutoporeIII9400”)测量的铁矿石球团的开口气孔率为ε₀[％]，铁矿石球团的单位重量下的总孔隙体积为A[cm³/g]，铁矿石球团的单位重量下的气孔孔径4μm以上的总孔隙体积为A₊₄[cm³/g]时，由ε₀×A₊₄/A[％]计算的量。还有，所谓开口气孔，是指通到铁矿石球团外部的气孔，所谓闭口气孔，是指在铁矿石球团的内部闭合的气孔。

具有在上述高炉的中心部装入焦炭和还原铁成形体的混合物的工序，上述混合物中的上述还原铁成形体之中，粒径5mm以上的还原铁成形体占据的比例为90质量％以上，上述混合物中的上述还原铁成形体的含量为75质量％以下即可。若上述热风到达高炉的中心部，则使此中心部上升。像这样在中心部以上述上限以下的含量含有粒径大的还原铁成形体，不会妨碍上述热风流动而能够有效地利用显热。因此，能够进一步降低焦炭的使用量。

具有将来自还原铁成形体的粉体和煤微粉碎的工序，作为上述辅助燃料，含有由上述微粉碎工序得到的微粉体即可。还原铁成形体经搬送过程等而导致一部分破碎，成为粉体。这样的粉体使高炉内的透气性降低，因此不适合作为第1层使用。另外，因为该粉体比表面积大，所以再氧化成氧化铁。若从风口吹入含有此氧化铁的辅助燃料，则能够改善透气性。因此，将来自还原铁成形体的粉体与煤一起微粉碎，从风口吹入含有经过了微粉碎的上述粉体和上述煤的微粉体，将其用作辅助燃料，从而能够实现还原铁成形体的有效利用，并且能够改善高炉内的透气性。

发明效果

如以上说明，本发明的生铁制造方法，既能够维持高炉的稳定操作，又能够减少焦炭的使用量。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的生铁制造方法的流程图。

图2是表示图1的生铁制造方法中使用的高炉内部的示意图。

图3是从图2的软熔带到滴落带附近的示意局部放大图。

图4是表示不同于图1的本发明另一实施方式的生铁制造方法的流程图。

图5是表示图4的生铁制造方法中使用的高炉内部的示意图。

图6是表示不同于图1和图4的本发明的又一其他实施方式的生铁制造方法的流程图。

图7是示意性地表示在图6的熔化工序中，在风口进行的处理的图。

图8是表示实施例中所用的大型负载还原实验炉的结构的示意剖视图。

图9是表示调查图11～图14所示的最大压力损失的实施例中，加热试料填充层的温度分布的图。

图10是表示调查图11～图14所示的最大压力损失的实施例中，试料填充层的温度与供给的气体流量的关系的图。

图11是表示实施例中的HBI粒径比与最大压力损失的关系的图。

图12是表示实施例中的HBI装入量与最大压力损失的关系的图。

图13是表示实施例中的HBI的碱度与最大压力损失的关系的图。

图14是表示实施例中的HBI的Al₂O₃含量与最大压力损失的关系的图。

图15是表示实施例中所用的高炉装入物分布实验装置的结构的示意图。

图16是表示铁板的大小为20×7×4mm时的实施例中HBI的含量与矿石堆积倾斜角θ的关系的图。

图17是表示铁板的大小为10×7×4mm时的实施例中HBI的含量与矿石堆积倾斜角θ的关系的图。

图18是表示调查还原率的实施例中加热试料填充层的温度分布的图。

图19是表示调查还原率的实施例中的试料填充层的温度与供给的气体流量的关系的图。

图20是表示实施例的气孔孔径4μm以上的粗大开口气孔的气孔率与还原率的关系的图。

图21是表示实施例的中心层的HBI的含量与最大压力损失的关系的图。

图22是表示实施例的HBI的吹入量与压力损失变化量的关系的图。

具体实施方式

以下，对于本发明的各实施方式的生铁制造方法进行说明。

[第1实施方式]

图1所示的生铁制造方法，是使用图2所示的高炉1制造生铁的生铁制造方法，具有层叠工序S1和熔化工序S2。

＜高炉＞

高炉1，如图2所示，具有设于炉下部的风口1a和出铁口1b。风口1a通常设有多个。高炉1是固气逆流型的竖炉，将根据需要而在高温空气中加入有高温或常温的氧的热风，从风口1a吹入炉内，从而能够进行后述的矿石原料11的还原和熔融等一系列反应，从出铁口1b取出生铁。另外，在高炉1中，装备有料钟·护板方式的原料装入装置2。关于此原料装入装置2后述。

＜层叠工序＞

在层叠工序S1中，如图2所示，在高炉1内交替层叠第1层10和第2层20。换言之，第1层10和第2层20的层数分别为2层以上。

(第1层)

第1层10含有矿石原料11。另外，在第1层10中，混合有骨料12。

矿石原料11是指作为铁原料的矿石类，主要含有铁矿石。作为矿石原料11，可列举焙烧矿(铁矿石球团、烧结矿)、块矿石，内配碳块矿、金属等。矿石原料11，通过在熔化工序S2中从风口1a吹入的热风被升温还原而成为铁水。还有，后述的骨料12中包含的还原铁成形体也能够作为铁原料，但在本说明书中，还原铁成形体不包括在矿石原料11中。

在第1层10中，除了矿石原料11以外，也可以一起装入石灰石、白云石、硅石等的辅助原料。

骨料12用于改善后述软熔带D的透气性，使上述热风流通至高炉1的中心部。骨料12含有将还原铁压缩成形得到的还原铁成形体(HBI，Hot Briquette Iron：热压铁块)。

HBI是热状态下成形还原铁DRI(Direct Reduced Iron：直接还原铁)而成的。DRI具有气孔率高，海上运输和户外保存时发生氧化放热的缺点，相对于此，HBI的气孔率低，难以再氧化。骨料12在完成了第1层10的透气性的确保之后，作为金属发挥功能，成为铁水。骨料12因其金属化率高，不需要还原，所以成为此铁水时不需要过多还原材料。因此，能够削减CO₂排放量。还有，所谓“金属化率”，是指金属铁相对于全铁量的比例[质量％]。

作为上述还原铁成形体的装入量的下限，每1吨生铁为100kg，更优选为150kg。若上述还原铁成形体的装入量低于上述下限，则在熔化工序S2中，软熔带D中的骨料12的透气性确保功能有可能无法充分发挥。另一方面，上述还原铁成形体的装入量的上限，在不会有骨料过多且骨料效果变小的范围内适宜决定，上述还原铁成形体的装入量的上限，例如每1吨生铁1为700kg。

作为上述还原铁成形体的平均粒径相对于矿石原料11的平均粒径之比的下限，为1.3，更优选为1.4。如图3所示，第1层10的矿石原料11的一部分熔化作为滴落熔渣13移动到高炉1的下方，在矿石原料11软化收缩时，高熔点的上述还原铁成形体也不会软化。若使相对于矿石原料11大一定程度以上的上述还原铁成形体作为骨料12混合，则上述还原铁成形体的骨料效果容易显现，能够抑制第1层10整体发生层收缩。因此，通过使上述平均粒径之比为上述下限以上，则能够确保图3箭头所示这样的热风流动路径，因此能够使熔化工序S2中的透气性提高。另一方面，作为上述平均粒径之比的上限，优选为10，更优选为5。若上述平均粒径之比高于上述上限，则难以将上述还原铁成形体均匀地混合在第1层10中，偏析有可能增大。

作为上述还原铁成形体的滚筒旋转试验后的透气阻力指数的上限，为0.1，更优选为0.08。上述还原铁成形体，一般制造工厂与使用工厂不同而要被运输。若使用在其间发生了体积破坏而粒度分布发生了变化的还原铁成形体，则在高炉操作中，后述的块状带E的透气性有可能降低。相对于此，通过使用即使在上述滚筒旋转试验后，仍可保证透气阻力指数在一定值以下的还原铁成形体，则能够抑制体积破坏，由此能够确保块状带E的透气性。另一方面，上述透气性抵抗指数的下限未特别限定，也可以是接近定义上的理论极限值0的值，但通常为0.03左右。还有，只要使用具有上述透气阻力指数为规定值以下的性状的还原铁成形体即可，并不意味着在该生铁制造方法中需要进行滚筒旋转试验。

还有，使上述还原铁成形体的装入量为上述下限以上，使上述还原铁成形体的平均粒径之比为上述下限以上，且使上述还原铁成形体的透气阻力指数为上述上限以下，能够改善块状带E和软熔带D的透气性，使上述热风确实地流通到高炉1的中心部。因此，能够减少焦炭的使用量。

作为上述还原铁成形体的碱度的下限，为0.9，更优选为1.0。像这样使上述还原铁成形体的碱度为上述下限以上，则上述还原铁成形体的收缩开始温度高温化，因此可抑制第1层10的收缩量。因此，熔化工序S2中软熔带D的透气性得到改善，能够使上述热风确实地流通到高炉1的中心部。因此，能够减少焦炭的使用量。另一方面，作为上述还原铁成形体的碱度的上限，优选为1.4，更优选为1.3。若上述还原铁成形体的碱度高于上述上限，则上述还原铁成形体的强度有可能有降低。还有，上述还原铁成形体的碱度，能够在还原铁成形体的制造时通过添加石灰石等辅助原料进行调整。

另外，上述还原铁成形体含有氧化铝。作为上述还原铁成形体中的上述氧化铝的含量的上限，为1.5质量％，更优选为1.3质量％。若上述氧化铝的含量高于上述上限，则由于熔渣熔点的高温化和粘度的增加，炉下部的透气性有可能难以确保。因此，使还原铁成形体中的氧化铝的含量为上述上限以下，能够抑制焦炭的使用量增大。还有，上述氧化铝的含量高于0质量％即可，但作为上述氧化铝的含量的下限，更优选为0.5质量％。若上述氧化铝的含量低于上述下限，则还原铁成形体高价，生铁的制造成本有可能变高。

(第2层)

第2层20含有焦炭21。

焦炭21承担的作用有：用于熔化矿石原料11的热源，生成矿石原料11还原所需要的还原材料CO气体；渗碳到铁水中用于使熔点降低的增碳剂；以及用于确保高炉1内的透气性的间隔物。

(层叠方法)

交替层叠第1层10和第2层20的方法，能够使用各种方法。在此，以图2所示这样的搭载有料钟·护板方式的原料装入装置2(以下，也简称为“原料装入装置2”)的高炉1为例，对此方法进行说明。

原料装入装置2位于炉顶部。换言之，第1层10和第2层20由炉顶装入。原料装入装置2，如图2所示，具有料钟杯2a、下料钟2b、护板2c。

料钟杯2a是填充所装入的原料的部位。装入第1层10时，将构成第1层10的原料填充到料钟杯2a中，装入第2层20时，填充构成第2层20的原料。

下料钟2b是向下方扩展的圆锥形，配设在料钟杯2a内。下料钟2b可以上下移动(图2中，以实线表示移动到上方的状态，以虚线表示移动至下方的情况)。下料钟2b构成为，移动到上方时，密闭料钟杯2a的下部，移动到下方时，在料钟杯2a的侧壁的延长上构成间隙。

护板2c在下料钟2b的下方，设于高炉1的炉壁部。向下方移动下料钟2b时，原料从上述间隙落下，但护板2c是用于使此掉落的原料反弹的反弹板。另外，护板2c其构成为，可以朝向高炉1的内部(中心部)进退。

使用此原料装入装置2，以如下方式，能够层叠第1层10。还有，关于第2层20也同样。另外，第1层10和第2层20的层叠交替地进行。

首先，使下料钟2b位于上方，将第1层10的原料装入料钟杯2a。下料钟2b位于上方时，料钟杯2a的下部被密闭，因此上述原料被填充到料钟杯2a内。还有，其填充量为各层的层叠量。

其次，使下料钟2b向下方移动。若是这样，则与料钟杯2a之间产生间隙，因此上述原料从此间隙向炉壁方向落下，碰撞到护板2c。碰撞到护板2c并反弹的上述原料被装入炉内。上述原料因为受到护板2c的反弹而一边朝炉内方向移动一边落下，所以从下落位置朝向炉内的中心侧流入并堆积。护板2c其构成为，可以朝向中心部进退，因此，上述原料的落下位置能够通过使护板2c进退来进行调整。通过此调整，能够使第1层10堆积成希望的形状。

＜熔化工序＞

在熔化工序S2中，一边利用从风口1a吹送的热风将辅助燃料吹入到高炉内，一边还原和熔化层叠的第1层10的矿石原料11。还有，高炉操作是连续操作，熔化工序S2连续进行。另一方面，层叠工序S1间歇性地进行，根据熔化工序S2中第1层10和第2层20的还原及熔化处理的状况，重新追加应由熔化工序S2处理的第1层10和第2层20。

图2表示熔化工序S2中的状态。如图2所示，在来自风口1a的热风作用下，在风口1a附近会形成风口循环区A，其是焦炭21回旋并以显著稀疏的状态存在的空腔部分。在高炉1内，此风口循环区A的温度最高为2000℃左右。毗邻风口循环区A，在高炉1的内部存在作为焦炭的拟停滞域的炉芯B。另外，从炉芯B起向上，按顺序存在滴落带C、软熔带D和块状带E。

高炉1内的温度从顶部朝向风口循环区A上升。换言之，温度按块状带E、软熔带D、滴落带C的顺序依次升高，例如在块状带E为20℃以上且1200℃以下的程度，相对于此，炉芯B为1200℃以上且1600℃以下的程度。还有，炉芯B的温度在径向不同，也有炉芯B的中心部比滴落带C温度低的情况。另外，通过使热风在炉内的中心部稳定流通，从而形成截面倒V字形的软熔带D，确保炉内的透气性和还原性。

在高炉1内，铁矿石原料11首先在块状带E被升温还原。在软熔带D，在块状带E被还原的矿石软化收缩。软化收缩的矿石下降而成为滴落熔渣，移动到滴落带C。在熔化工序S2中，矿石原料11的还原，主要在块状带E进行，矿石原料11的熔化，主要在滴落带C发生。还有，在滴落带C和炉芯B，下降来的液状的氧化铁FeO与焦炭21的碳直接反应的直接还原进行。

含有还原铁成形体的骨料12，在软熔带D发挥骨料效果。换言之，即使在矿石软化收缩的状态下，高熔点的上述还原铁成形体也不软化，可确保使上述热风确实地流通到高炉1的中心部的通气路径。

另外，在炉床部，有被还原的铁熔融得到的铁水F堆积，在该铁水F的上部堆积有熔融渣G。此铁水F和熔融渣G，能够从出铁口1b取出。

作为从风口1a吹入的辅助燃料，可列举将煤微粉碎至粒径50μm左右的微粉煤、重油和天然气等。上述辅助燃料，作为热源、还原材和增碳剂发挥功能。换言之，代替焦炭21承担的作用之中间隔物以外的作用。

＜优点＞

在该生铁制造方法中，含有矿石原料11的第1层10，包含将还原铁压缩成形得到的还原铁成形体作为骨料12。利用此还原铁成形体，熔化工序S2中，第1层10的软化熔融时热风容易通过，因此在该生铁制造方法中，用于确保透气性的焦炭21的量很少即可。因此，通过使用该生铁制造方法，既能够维持高炉的稳定操作，又能够减少焦炭21的使用量。

[第2实施方式]

图3所示的生铁制造方法，是使用具有图4所示的风口1a的高炉1制造生铁的生铁制造方法，其中具备如下工序：在高炉1内交替层叠含有矿石原料11的第1层10和含有焦炭21的第2层20的工序(层叠工序S1)；一边通过从风口1a吹送的热风将辅助燃料吹入到高炉1内，一边还原和熔化层叠的第1层10的矿石原料11的工序(熔化工序S2)，用于使上述热风流通到高炉1的中心部的骨料12混合在第1层10中，骨料12中，含有将还原铁压缩成形得到的还原铁成形体。另外，该生铁制造方法，具有中心部装入工序S3。

＜高炉＞

因为高炉1与第1实施方式的高炉1一样，所以相同结构附加相同编号并省略说明。

＜层叠工序＞

(第1层)

矿石原料11，含有气孔孔径4μm以上的粗大开口气孔的气孔率为21％以上的铁矿石球团即可。所谓铁矿石球团，是使用球团进料、铁矿石微粉、对应需要的辅助原料，按照适合高炉用的性状(例如尺寸、强度、还原性等)，使品质提高而制作的。

铁矿石球团，主要由作为球团进料的粗粒、和作为铁矿石粉碎原料的微粉构成，在内部形成有大量的气孔。如上述，铁矿石球团也可以包含辅助原料。作为这样的辅助原料，可列举石灰石、白云石等。

本发明人等发现，矿石原料11中包含气孔孔径4μm以上的粗大开口气孔的气孔率为21％以上的铁矿石球团，能够提高矿石原料的还原率。矿石原料11中包含上述的铁矿石球团，能够进一步降低焦炭的使用量。还有，作为上述粗大开口气孔的气孔率的下限，更优选为23％，进一步优选为25％。

作为上述铁矿石球团的抗压强度的下限，优选为180kg/P，更优选为190kg/P，进一步优选为200kg/P。若抗压强度低于上述下限，则该铁矿石球团1在高炉内容易粉化，高炉操作有可能困难。

上述铁矿石球团，优选具有微粉的凝聚结构。像这样具有微粉的凝聚结构，既可提高气孔孔径4μm以上的粗大开口气孔的气孔率，又可提高抗压强度。在此，所谓“凝聚结构”，是指分散的微粉多个聚集，形成二次粒子的状态，具体来说是指5个以上，优选10个以上的微粉相接触的状态。还有，所谓“微粉”，是指以同体积的球形直径(粒径)计低于0.5mm的粒子。

还有，使用内配碳块矿代替上述铁矿石球团，或与上述铁矿石球团一起使用，也会起到同样的效果。

作为第1层10中的上述还原铁成形体的含量的上限，优选为30质量％，更优选为25质量％。因为还原铁成形体比矿石原料11大，单重较大，所以若与矿石原料11一起装入高炉1，则与矿石原料11分离，容易偏析。通过使还原铁成形体的含量为上述上限以下，能够抑制此分离和偏析，矿石堆积倾斜角稳定在低位。因此，能够使还原铁成形体在第1层10内比较均匀地存在，使上述热风确实地流通到高炉1的中心部。因此，能够减少焦炭21的使用量。另外，能够避免还原铁成形体偏析造成的第1层10的不稳定，因此能够抑制在熔化工序S2中从下方熔化，上层下降时发生层崩塌。还有，所谓矿石堆积倾斜角，是指矿石堆积层(第1层10等)的倾斜面相距水平的角度。

作为上述还原铁成形体的装入量的下限，优选每1吨生铁为100kg，更优选为150kg。若上述还原铁成形体的装入量低于上述下限，则熔化工序S2中，软熔带D中骨料12确保透气性的功能有可能无法充分发挥。

作为上述还原铁成形体的平均粒径对于矿石原料11的平均粒径之比的下限，优选为1.3，更优选为1.4。若上述平均粒径之比低于上述下限，则上述还原铁成形体的骨料效果容易显现，软熔带D的透气性有可能降低。

作为上述还原铁成形体的滚筒旋转试验后的透气阻力指数的上限，优选为0.1，更优选为0.08。若上述透气阻力指数高于上述上限，则块状带E的透气性有可能降低。

作为上述还原铁成形体的碱度的下限，优选为0.9，更优选为1.0。若上述还原铁成形体的碱度低于上述下限，则上述还原铁成形体的收缩开始温度低温化，因此软熔带D的第1层10的收缩容易发生，透气性有可能降低。

上述还原铁成形体也可以含有氧化铝。上述还原铁成形体含氧化铝时，作为上述还原铁成形体中的上述氧化铝含量的上限，优选为1.5质量％，更优选为1.3质量％。若上述氧化铝的含量高于上述上限，则由于熔渣熔点的高温化和粘度的增加，导致炉下部的透气性有可能降低。

(第2层)

第2层20与第1实施方式的第2层20以同样方式构成，因此省略详细说明。

(层叠方法)

作为交替层叠第1层10和第2层20的方法，能够使用与第1实施方式中说明的方法同样的方法，因此省略详细说明。

＜中心部装入工序＞

在中心部装入工序S3中，在高炉1的中心部装入焦炭31和还原铁成形体32的混合物。通过此混合物的装入，如图5所示这样形成中心层30。

(中心层)

上述混合物中的还原铁成形体32之中，优选粒径5mm以上的还原铁成形体占据的比例为90质量％以上，更优选95质量％以上。熔化工序S2中从风口1a吹入的热风，在到达高炉1的中心部时，使中心层30升温。在中心层30含有上述下限以上的粒径5mm以上的还原铁成形体，能够在不妨碍上述热风流动的情况下，回收高温气体的显热。另外，粒径小的还原铁成形体32容易被再氧化。因为被再氧化的还原铁成形体32产生再还原的需要，所以将降低优选为高温的高炉1的中心部的温度。另外，被再氧化的还原铁成形体32，与中心层30和炉芯B的焦炭反应，使焦炭劣化。根据以上，通过在上述下限以上含有难以再氧化的粒径5mm以上的还原铁成形体，能够有效地利用显热。因此，能够进一步降低焦炭21的使用量。还有，还原铁成形体32的粒径的上限没有特别限定，例如可以为100mm。

作为上述混合物中的还原铁成形体32的含量，从削减焦炭31的使用量的观点出发，则越多越好，但作为上述含量的上限，优选为75质量％，更优选为70质量％。若上述含量高于上述上限，则中心层30的透气性有可能降低。

(层叠方法)

中心层30的层叠，能够使用各种方法，例如可以与第1层10和第2层20同样，使用料钟·护板方式的原料装入装置2进行。具体来说，在层叠第1层10和第2层20之间，换言之就是在层叠第1层10之后层叠后面的第2层20之前，以及层叠第2层20之后层叠后面的第1层10之前，使用原料装入装置2，在高炉1的中心部层叠中心层30的一部分(相当于其后层叠的第2层20或第1层10的厚度的厚度量)即可。换言之，层叠工序S1与中心部装入工序S3同时进行。

＜熔化工序＞

熔化工序S2，因为可以与第1实施方式的熔化工序S2一样，所以省略详细说明。

＜优点＞

在该生铁制造方法中，因为使第1层10中的还原铁成形体的含量为30质量％以下，所以能够抑制还原铁成形体在高炉周边部分离和偏析。因此，还原铁成形体直至高炉1的中心部都比较均匀地存在，因此能够在软熔带D发挥骨料效果，使熔化工序S2的热风确实地流通到高炉1的中心部。

另外，在该生铁制造方法中，具备在高炉1的中心部装入焦炭31和还原铁成形体32的混合物的工序，使上述混合物中的上述还原铁成形体之中，粒径5mm以上的还原铁成形体占据的比例为90质量％以上，使上述混合物中的上述还原铁成形体的含量为75质量％以下。像这样在中心部以上述上限以下的含量，含有粒径大的还原铁成形体，能够在不妨碍上述热风流动的情况下，有效地利用显热。

根据以上，该生铁制造方法能够减少焦炭的使用量。

[第3实施方式]

图6所示的生铁制造方法，是使用具有图1所示的风口1a的高炉1，制造生铁的生铁制造方法，其中具备如下工序：在高炉1内交替层叠含矿石原料11的第1层10和含焦炭21的第2层20的工序(层叠工序S1)；一边利用从风口1a吹送的热风将辅助燃料吹入到高炉1内，一边还原和熔化层叠的第1层10的矿石原料11的工序(熔化工序S2)，用于使上述热风流通至高炉1的中心部的骨料12混合在第1层10中，骨料12含有将还原铁压缩成形得到的还原铁成形体。另外，该生铁制造方法具备微粉碎工序S4。

＜高炉＞

高炉1与第1实施方式的高炉1同样，因此省略详细说明。

＜层叠工序＞

层叠工序S1，与第1实施方式的层叠工序S1以同样方式进行，因此省略详细说明。

＜微粉碎工序＞

在微粉碎工序S4中，对于来自还原铁成形体的粉体和煤进行微粉碎。

还原铁成形体，由于搬送过程等导致一部分破碎而成为粉体。该粉体因为比表面积大，所以从金属铁再氧化成氧化铁。再氧化的还原铁的粉体也使高炉1内的透气性降低，因此不适合用于第1层10。在微粉碎工序S4中，利用这样不被用于第1层10的还原铁成形体。

作为在微粉碎工序S4中粉碎的还原铁成形体的粒径的上限，优选为3mm，更优选为1mm。若上述粒径高于上述上限，则再氧化程度小，金属化率变高，因此有可能无法作为鸟巢透气改善用熔剂充分发挥功能。

微粉碎能够使用辊磨机、球磨机等进行。作为微粉碎后的还原铁成形体和煤的最大粒径，优选为500μm以下，作为其平均粒径优选为100μm以下。

＜熔化工序＞

熔化工序S2，除了包含在微粉碎工序S4中得到的微粉体41作为辅助燃料以外，均与第1实施方式的熔化工序S2同样。以下，说明包含微粉体41作为辅助燃料这一点，其他说明省略。

如图7所示，在高炉1上设有与风口1a相连的筒状的辅助燃料吹入口1c，微粉体41由此辅助燃料吹入口1c被吹入风口1a。微粉体41包含，在微粉碎工序S4中得到的还原铁成形体(微粉还原铁41a)和煤(微粉煤41b)。辅助燃料吹入口1c设置为，使辅助燃料顺着从风口1a吹入的热风H的气流而将微粉体41吹入到风口循环区A的里面，使此吹出口朝向热风H的下游侧。

风口循环区A，如上述，是相对于周围填充有焦炭21的区域，焦炭21回旋并以显著稀疏的状态存在的空腔部分(参照图7)。吹入的辅助燃料，主要被吹入到风口循环区A里面的焦炭21处。这样，在风口循环区A的里面，来自微粉煤41b熔融的灰分的酸性熔渣增加，粘度和熔点上升的熔渣形成滞留(阻滞)的熔渣层即鸟巢熔渣J。若鸟巢熔渣J生长，则高炉1的风口循环区A附近的炉下部透气性恶化。

在此，微粉体41，如上述含有再氧化的还原铁成形体。若将含有此氧化铁的辅助燃料从风口1a吹入，则在风口循环区A内升温熔融，与至此所形成的鸟巢熔渣J同化和渣化，并作为滴落熔渣13而迅速滴落。其结果上，鸟巢熔渣J难以生长，能够维持透气性。如果透气性得以维持，则容易使热风H流通到高炉1的中心部，因此，结果是能够减少焦炭21的使用量。

作为微粉体41所含的还原铁成形体的吹入量的下限，优选每1吨生铁为3kg，更优选为5kg。若上述吹入量低于上述下限，则透气性改善效果有可能不充分。

＜优点＞

在该生铁制造方法中，通过对于来自还原铁成形体的粉体进行微粉碎，并作为从风口1a吹入的辅助燃料使用，能够实现还原铁成形体的有效利用，并且能够改善高炉1内的透气性。

[其他实施方式]

还有，本发明不受上述实施方式限定。

在上述第1实施方式中，说明了如下情况：(1)上述还原铁成形体的装入量为每1吨生铁100kg以上，上述还原铁成形体的平均粒径对于上述矿石原料的平均粒径之比为1.3以上，并且上述还原铁成形体的滚筒旋转试验后的透气阻力指数为0.1以下，(2)上述还原铁成形体的碱度为0.9以上，(3)上述还原铁成形体含氧化铝，上述还原铁成形体中的上述氧化铝的含量为1.5质量％以下的情况，但上述(1)～(3)的条件并非全都必须满足，3个上述条件之中，只满足2个或只满足1个的生铁制造方法，也是本发明的意图。满足3个上述条件的任意一个，就能够改善软熔带的透气性，使中心气流强化，从而减少焦炭的使用量。还有，上述条件之中，不包括条件(3)的情况下，上述还原铁成形体不一定非要含有氧化铝。

在上述第2实施方式中，说明了该生铁制造方法具备中心部装入工序的情况，但中心部装入工序不是必需工序，可以省略。即使省略中心部装入工序，也能够减少焦炭的使用量。

另外，上述中心部装入工序，第1实施方式的生铁制造方法中也可以具有。

在上述第1实施方式和上述第2实施方式的层叠工序、与上述第2实施方式的中心部装入工序中，作为层叠方法或装入方法，说明了使用料钟·护板方式的情况，但也可以使用其他的方式。作为这种其他方式，可列举无料钟方式。在无料钟方式中，能够使用旋转溜槽，一边调整其角度一边进行层叠或装入。

另外，在上述第2实施方式中，说明了第1层和第2层的层叠、与中心层的装入分别进行的情况，但上述层叠和上述装入也可以用相同装置一次进行。例如在上述的无料钟方式中，可以一边调整旋转溜槽的角度，一边层叠第1层或第2层，同时以此溜槽进行向中心部的装入。

在上述第3实施方式中，说明了对于第1实施方式附加微粉碎工序的构成，但也可以是对于第2实施方式附加微粉碎工序的构成。

实施例

以下，通过实施例更详细地说明本发明，但本发明不受这些实施例限定。

〔粒径比〕

进行模拟高炉周边部的大型负载还原实验，调查关于还原铁成形体的平均粒径对于矿石原料的平均粒径之比(以下，也称为“HBI粒径比”)对透气性造成的影响。

图8中，显示用于此实验的大型负载还原实验炉7。填充试料的石墨坩埚71的内径为φ75mm。试料填充层72从上往下，由上部焦炭层72a(高度20mm)、矿石层72b(高度110mm)和下部焦炭层72c(高度40mm)构成。矿石层72b相当于本发明的第1层10，上部焦炭层72a和下部焦炭层72c相当于第2层20。

矿石层72b，为还原铁成形体(HBI)、烧结矿(粒径11.2～13.2mm)、铁矿石球团(粒径8.0～11.2mm)、块矿石(粒径11.2～13.2mm)的混合物。矿石层72b使全铁量(T.Fe)为一定。另外，通过使HBI的粒径变化，从而使HBI的平均粒径对于矿石原料的平均粒径之比变化。具体来说，作为HBI，准备(1)粒径8.0～11.2mm，(2)粒径11.2～13.2mm，(3)粒径13.2～16.0mm这3种。使用的HBI的化学性状在表1中显示。另外，HBI的装入量，每1吨生铁为400kg。

【表1】

对此试料填充层72，使用电炉73，一边按图9所示的温度分布加热，一边供给图10所示组成的气体(还原气体)。上述气体从设于大型负载还原实验炉7的下部的供气管74供给，从设于上部的排气管75排出。上述气体的总供给量为40NL/min，温度管理由2个热电偶76进行。另外，附加于试料填充层72的载荷为1kgf/cm²。该载荷经由加载棒77添加锤78的重量来进行附加。

以上述的条件连续测量试料填充层72的压力损失，记录其最大值(最大压力损失)。此最大压力损失越大，能够判断为透气性越低。结果显示在图11中。

由图11的结果可知，通过使HBI粒径比为1.3以上，骨料效果(矿石原料层发生软化收缩时，M.Fe为主体，高熔点的HBI不会软化而作为骨料发挥功能，抑制层收缩。其结果是，在HBI的周围生成空隙，具有气体在此空隙流动的效果)容易显现。

〔装入量〕

进行模拟高炉周边部的大型负载还原实验，调査关于HBI每吨生铁装入量对透气性造成的影响。

在上述的粒径比的实施例中，将HBI的粒径固定在13.2～16.0mm(HBI粒径比＝1.6)，使HBI每吨生铁的装入量变化，进行同样的实验。结果显示在图12中。

由图12的结果可知，通过使HBI每吨生铁的装入量为100kg以上，骨料效果容易显现。

〔碱度〕

进行模拟高炉周边部的大型负载还原实验，调查关于HBI的碱度对透气性造成的影响。

作为HBI，准备按以下的含量含有T.Fe和Al₂O₃的2种。

case(1)：T.Fe＝74.2～80.4质量％，和

Al₂O₃＝1.99～2.20质量％

case(2)：T.Fe＝89.9～91.7质量％，和

Al₂O₃＝0.66～1.31质量％

对于2种上述HBI，使HBI的粒径为13.2～16.0mm(HBI粒径比＝1.6)，使HBI每吨生铁的装入量为250kg，使碱度变化而测量最大压力损失。碱度的调整，通过变更石灰石等的辅助原料的量和铁矿石的品种来进行。还有，其他条件与上述的粒径比的实施例同样。结果显示在图13中。

由图13的结果可知，不论HBI的种类，通过使碱度为0.9以上，骨料效果就容易显现。还有，若在同一碱度下进行比较，则T.Fe高(熔渣量低)，Al₂O₃含量低的case(2)，最大压力损失低。

〔氧化铝的含量〕

进行模拟高炉周边部的大型负载还原实验，调査关于HBI包含的氧化铝的含量对于透气性造成的影响。

作为HBI，准备具有T.Fe＝87.6～92.0质量％，碱度＝0.04～0.56的性状，Al₂O₃的含量不同的。还有，根据图13的图可以认为，在上述T.Fe的含量中，碱度在0.56以下的范围时，最大压力损失难以受到碱度的影响。

除使用上述HBI以外，均在与上述粒径比的实施例同样的条件下测量最大压力损失。结果显示在图14中。

由图14的结果可知，通过使Al₂O₃的含量为1.5质量％以下，骨料效果容易显现。若使Al₂O₃的含量高于1.5质量％，则认为由于熔渣熔点的高温化和熔渣粘度的增加，导致生铁渣分离性·熔渣滴落性恶化，最大压力损失上升。

〔含量〕

进行模拟料钟·护板方式的原料装入装置的高炉装入物分布实验，调査第1层10中的HBI的含量对于透气性造成的影响。

图15中，显示用于此实验的高炉装入物分布实验装置8。图15所示的高炉装入物分布实验装置8，是按比例1/10.7模拟料钟·护板方式的原料装入装置的二维切片冷态模型。高炉装入物分布实验装置8的大小为，高度1450mm(图15的L1的长度)，宽度580mm(图15的L2的长度)，深度100mm(图15中与纸面垂直方向的长度)。

高炉装入物分布实验装置8的各构成要素，附加与图2的料钟·护板方式的原料装入装置2所对应相同功能的构成要素同一编号。因为功能相同，所以省略详细说明。另外，高炉装入物分布实验装置8，如图15所示，具有模仿中心装入的用于装入焦炭的中心装入溜槽8a。

在该高炉装入物分布实验装置8中，按顺序装入作为底层的焦炭层81、中心装入焦炭层82和矿石层83后，装入作为矿石层的实验层84，测量矿石堆积倾斜角θ。HBI与焙烧矿(烧结矿和铁矿石球团)和块矿石相比，金属化率较高(氧化物的比例较低)，气孔率也低，因此表观密度大。另外，尺寸也大的每1个粒子的质量也大。因此，若将HBI与焙烧矿和块矿石一起装入到高炉中，则容易发生分离和偏析。若发生分离和偏析，在周边部有局部偏析，则气流沿周边流动，有可能因设备损耗和热损失增加造成还原材料比增加。

实验层84的装入所用的原料，是模拟烧结矿和块矿石的烧结矿(粒径2.8～4.0mm)，模拟铁矿石球团的氧化铝球(φ2mm)，模拟块状焦炭的焦块(粒径8.0～9.5mm)，模拟HBI的铁板(20×7×4mm，10×7×4mm)。原料为2/11.2的比例。

作为烧结矿与氧化铝球的比率(烧结矿/氧化铝球)，准备70/30、40/60、0/100三种，分别一边使其HBI的含量变化，一边测量矿石堆积倾斜角θ。模拟HBI的铁板的大小为20×7×4mm时的结果显示在图16中，为10×7×4mm时的结果显示在图17中。

由图16和图17的结果可知，不论模拟HBI的铁板的大小，通过使HBI的含量为30质量％以下，矿石堆积倾斜角θ就稳定在较低位。另一方面，若HBI的含量高于40质量％，则矿石堆积倾斜角θ增大，HBI向实验层84上部的偏析显著。

〔铁矿石球团的开口气孔率〕

进行模拟高炉周边部的大型负载还原实验，调査有关作为矿石原料被包含的铁矿石球团的开口气孔率对还原性造成的影响。

使用图8所示的大型负载还原实验炉7。填充试料的石墨坩埚71的内径为φ85mm。试料填充层72从上往下，由上部焦炭层72a(高度20mm)、矿石层72b(高度150mm)和下部焦炭层72c(高度40mm)构成。矿石层72b，为烧结矿(粒径16～19mm)、上述铁矿石球团(粒径11.2～13.2mm)和模拟HBI的铁块(30mm见方立方体×2个)的混合物。

对此试料填充层72，使用电炉73，一边按图18所示的温度分布加热，一边供给图19所示组成的气体(还原气体)。上述气体从设于大型负载还原实验炉7的下部的供气管74供给，从设于上部的排气管75排出。上述气体的总供给量为，试料温度200℃之前为58.4NL/min，试料温度200℃～1250℃为50.4NL/min，温度管理由2个热电偶76进行。另外，施加于试料填充层72的载荷为1kgf/cm²。该载荷经由负载棒77添加锤78的重量而附加。

在上述条件下试料填充层72的温度达到1250℃的时刻结束升温，并且停止气体的供给，根据试料填充层72的还原前重量与还原后重量的差分计算还原率。

使用开口气孔率不同的3个铁矿石球团，进行还原率的测量。测量只对开口气孔率最低的铁矿石球团进行2次，对其他2个铁矿石球团进行1次。结果显示在图20中。在图20的图中，对于进行了2次测量的，以杠表示其结果，以点表示其平均值。由图20的结果可知，使用气孔孔径4μm以上的粗大开口气孔的气孔率为21％的铁矿石球团，还原性提高。

〔中心层的HBI含量〕

进行模拟高炉中心部的大型负载还原实验，调査关于中心层对透气性造成的影响。

在图8的大型负载还原实验炉7中，由具有表1所示化学性状的HBI(粒径11.2～13.2mm)和焦炭(粒径10.0～13.2mm)的混合层(高度150mm)构成试料填充层72，使HBI的含量变化，测量最大压力损失。还有，升温速度固定在5℃/min，气体的组成为CO/N₂＝50/50体积％，上述气体的总供给量为40NL/min。其他条件与上述的粒径比的实施例同样。结果显示在图21中。

由图21的结果可知，通过使中心层的HBI的含量为75质量％以下，透气性不会恶化。另一方面，若中心层的HBI的含量高于75质量％，则最大压力损失上升，透气性恶化。

〔微粉体向辅助燃料中的添加〕

将来自还原铁成形体的粉体与煤一起微粉碎，使得到的微粉体包含在辅助燃料中，通过模拟验证其效果。

上述模拟中，来自还原铁成形体的粉体的平均粒径为50μm，将微粉体中包含的微粉煤的吹入量固定在每1吨生铁226kg。在此条件基础下，使经过微粉碎的HBI的吹入量变化，通过公知的方法，进行微粉体的熔化率的计算、熔渣粘度的计算、滴落线速度的计算、阻滞量的计算，根据这些结果计算压力损失变化量。

由图22的结果可知，即使少量含有微粉碎的HBI，炉下部压力损失也会降低。另外可知，使微粉体中包含的HBI的吹入量每1吨生铁为3kg以上，透气性显著改善。

产业上的可利用性

本发明的生铁制造方法，既能够维持高炉的稳定操作，又能够减少焦炭的使用量。

符号说明

1 高炉

1a 风口

1b 出铁口

1c 辅助燃料吹入口

2 原料装入装置

2a 料钟杯

2b 下料钟

2c 护板

10 第1层

11 矿石原料

12 骨料

13 滴下熔渣

20 第2层

21 焦炭

30 中心层

31 焦炭

32 还原铁成形体

41 微粉体

41a 微粉还原铁

41b 微粉煤

7 大型负载还原实验炉

71 石墨坩埚

72 试料填充层

72a 上部焦炭层

72b 矿石层

72c 下部焦炭层

73 电炉

74 供气管

75 排气管

76 热电偶

77 载荷棒

78 锤

8 高炉装入物分布实验装置

8a 中心装入溜槽

81 焦炭层

82 中心焦炭层

83 矿石层

84 实验层

A 风口循环区

B 炉芯

C 滴落带

D 软熔带

E 块状带

F 铁水

G 熔融渣

H 热风

J 鸟巢熔渣

Claims (8)

1.一种生铁制造方法，是使用具有风口的高炉制造生铁的生铁制造方法，其中，具有如下工序：

在所述高炉内交替地层叠含矿石原料的第1层和含焦炭的第2层的工序；

通过从所述风口吹送的热风将辅助燃料吹入到高炉内，并对于层叠的所述第1层的所述矿石原料进行还原和熔化的工序，

用于使所述热风流通到所述高炉的中心部的骨料被混合在所述第1层中，

所述骨料含有将还原铁压缩成形得到的还原铁成形体。

2.根据权利要求1所述的生铁制造方法，其中，所述还原铁成形体的装入量每1吨生铁为100kg以上，

所述还原铁成形体的平均粒径相对于所述矿石原料的平均粒径之比为1.3以上，

所述还原铁成形体的滚筒旋转试验后的透气阻力指数为0.1以下。

3.根据权利要求1所述的生铁制造方法，其中，所述还原铁成形体的碱度为0.9以上。

4.根据权利要求1所述的生铁制造方法，其中，所述还原铁成形体含有氧化铝，

所述还原铁成形体中的所述氧化铝的含量为1.5质量％以下。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的生铁制造方法，其中，所述第1层中的所述还原铁成形体的含量为30质量％以下。

6.根据权利要求5所述的生铁制造方法，其中，所述矿石原料含有气孔孔径为4μm以上的粗大开口气孔的气孔率为21％以上的铁矿石球团。

7.根据权利要求5所述的生铁制造方法，其中，具有在所述高炉的中心部装入焦炭和还原铁成形体的混合物的工序，

所述混合物中的所述还原铁成形体之中，粒径5mm以上的还原铁成形体所占据的比例为90质量％以上，

所述混合物中的所述还原铁成形体的含量为75质量％以下。

8.根据权利要求5所述的生铁制造方法，其中，具备将来自还原铁成形体的粉体和煤进行微粉碎的工序，

含有在所述微粉碎工序中得到的微粉体作为所述辅助燃料。

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