DE60116009T2 - Verfahren zum herstellen von reduziertem eisen - Google Patents

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Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen durch Wärmereduzieren eines Eisenoxids, wie Eisenerz, mit einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel, wie Koks, zur Gewinnung von festem, reduziertem Eisen, oder weiteres Erhitzen desselben, wodurch eine Schlacke bildenden Komponente als Schlacke von dem metallischen Eisen abgetrennt wird, um granuliertes metallisches Eisen zu erhalten.
  • Als Verfahren zum Herstellen von reduziertem Eisen ähnlich dieser Erfindung ist es bekannt, Rohmaterialpulver, die eine Eisenoxidquelle, wie Eisenerz und Koks, enthalten, zu pelletisieren und das Rohmaterialagglomerat in einen Wärmereduktionsofen, wie es ist, in einem ungetrockneten Zustand zu beschicken, um die grünen Pellets in der Wärme zu reduzieren, wodurch nacheinander das Trocknen und die Wärmereduktion zur Herstellung von reduziertem Eisen erfolgen. Obwohl dieses Verfahren den Vorteil hat, dass die zum Trocknen der Rohmaterialagglomerate erforderliche Ausrüstung oder Zeit weggelassen werden kann, erfordert es eine Vorheizzone, die auch als eine Trocknungszone dient, vor dem Wärmereduktionsbereich, was zu einer unvermeidlichen Vergrößerung des Ofens insgesamt führt. Es erfordert weiterhin Vorkehrungen mit einer Abschirmvorrichtung, wie einer Vorhangwand, um den Strom von Hochtemperaturgasen von der Wärmereduktionszone zur Vorerhitzungszone abzuschotten, und der Aufbau des Ofens wird folglich verkompliziert, was zu dem Problem eines Anstiegs an Ausrüstungskosten führt.
  • Es ist auch bekannt, die Heizwirksamkeit zu verbessern, indem man die auf den Herd beschickte Rohmaterialschicht zu länglichen Haufen bzw. Furchenrücken oder Furchenbergen formt, um die Oberfläche der Rohmaterialschicht zu erhöhen. Bei diesem Verfahren ist die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung von Brennerwärme oder Strahlungswärme in die Pellets jedoch gering, selbst bei Rohmaterialpellets mit mittleren bis großen Teilchengrößen von 10–20 mm, die Pellets sind kaum in mehreren Schichten für die vollständige Ausbildung von länglichen Haufen bzw. Furchenrücken oder Furchenbergen übereinander gestapelt, und ein ausreichender Wärmeübertragungseffekt kann nicht zwangsläufig erhalten werden. Es ist weiterhin bekannt, die Wärmewirksamkeit durch Aufpflügen der länglichen Haufen bzw. Furchenrücken oder Furchenbergen in der Mitte der Wärmereduktion zu verstärken. Jedoch das Aufpflügen des aufgeschichteten Teils der Pellets von der mittleren bis großen Teilchengröße verursacht Zerbrechen der Pellets, was eine Verminderung der Ausbeute an reduziertem Eisen ergibt.
  • Weiterhin wird ebenfalls vorgeschlagen, die Rohmaterialpulver zur Bildung von Unregelmäßigkeiten auf den Herd zuzuführen. Jedoch ist die Wärmeübertragungseigenschaft oder Reduktionsreaktivität dieses Verfahrens eher schlecht, verglichen mit der Anwendung des Agglomerats, weil die maximale Akkumulationsdicke des Rohmaterials hoch ist, und die Eisenoxidquelle und das kohlenstoffhaltige Material von den Rohmaterialpulvern nur miteinander vermischt, jedoch nicht so eng miteinander in Kontakt sind.
  • Bei diesen Verfahren wird das Rohmaterialgemisch im Allgemeinen zu einem Agglomerat mit einem Durchmesser von etwa 10 mm oder mehr geschmolzen, und es wird auf den Herd des Wärmereduktionsofens zugeführt und wärmereduziert. Das Rohmaterialagglomerat mit einem großen Durchmesser neigt allerdings dazu, durch den Einfluss von Feuchtigkeit oder darin enthaltener flüchtiger Komponente zu zerbrechen, wenn es einer hohen Temperatur von etwa 1300°C oder höher zum wirksamen Vorantreiben der Reduktionsreaktion ausgesetzt wird. In den meisten Fällen wird deshalb das Rohmaterialagglomerat vorher erhitzt und dann der Wärmereduktionsofen damit beschickt.
  • Weiterhin ist das Rohmaterialagglomerat mit großen Abmessungen im Allgemeinen schwierig zu pelletisieren, was nicht nur eine Erhöhung der für die Pelletisierungsausrüstung oder Trocknungsausrüstung erforderlichen Kosten ergibt, sondern auch einen Anstieg in den Produktionskosten. Ein Bindemittel wird verwendet, um die Form nach dem Trocknen stabil beizubehalten. Jedoch hindert eine übermäßig große Mischmenge des Bindemittels in der Regel die gleichförmige Dispersion von der Eisenoxidquelle und dem kohlenstoffhaltigen Material in dem Agglomerat und lässt eine Beeinträchtigung der Wirksamkeit der Wärmereduktionsreaktion befürchten. Es wird ebenfalls vorgeschlagen, das Trocknen wegzulassen und das Agglomerat zu dem Wärmereduktionsofen in einem grünen Pelletzustand zuzuführen. Jedoch kann dieses Verfahren nicht als im industriellen Maßstab praktisch anwendbar angesehen werden, weil das grüne Pellet nicht nur von geringer Festigkeit ist, sondern auch dazu neigt, ein Verstopfen durch das gegenseitige Anhaften der Pellets oder durch die Anhaftung am Trichter einer Zuführvorrichtung bei schlechten Handhabungseigenschaften zu verursachen.
  • Das durch das vorstehend beschriebene Verfahren erhaltene reduzierte Eisen hat eine niedrige Eisenreinheit, weil eine große Menge der Schlackekomponente, die als taube Komponente in dem Rohmaterialeisenerz eingeschlossen ist, darin enthalten ist und erfordert ein Verfahren zur Entfernung der Schlackekomponente bei der anschließenden Frischung. Weiterhin fehlen dem durch dieses Verfahren erhaltenen reduzierten Eisen Handhabungseigenschaften zum Vermarkten als Eisenquelle, weil es schwammartig und leicht zerbrechlich ist. Zum Überwinden eines solchen Nachteils muss das schwammartige, reduzierte Eisen zu einem brikettartigen Pressling verarbeitet werden, was eine zusätzliche Vorrichtung erfordert.
  • Deshalb wird vorgeschlagen, das anschließend an die Wärmereduktion des reduzierten Eisens hergestellte, metallische Eisen zu schmelzen und das geschmolzene, metallische Eisen zu koagulieren, während das Schlackekomponenten-Nebenprodukt abgetrennt wird, um granuliertes metallisches Eisen zu erhalten. Jedoch wurde eine ausreichende Prüfung bei diesem Verfahren, hinsichtlich der Frage, wie effektiv granuliertes metallisches Eisen unter Berücksichtigung der Größe des Rohmaterialagglomerats oder dergleichen hergestellt wird, nicht unbedingt durchgeführt.
  • Diese Erfindung hat eine Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, das stabil und wirksam das Agglomerieren eines Rohmaterials, das Trocknen und die Wärmereduktion, und weiterhin das Schmelzen und Koagulieren durch geeignetes Einstellen, insbesondere der Größe oder Anzahl von Schichten von Rohmaterial-Kleinagglomeraten, bei der Herstellung von festem, reduziertem Eisen (granuliertes metallisches Eisen, reduziertes Eisen enthaltende Schlacke) aus einem Rohmaterial, das eine Eisenoxidquelle und ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel enthält, ausführen kann.
  • Somit umfasst ein Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen gemäß dieser Erfindung Agglomerieren eines Rohmaterialgemisches, welches ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel und ein Eisenoxid-enthaltendes Material enthält, in kleine Agglomerate, Beschicken der kleinen Agglomerate in einen Reduktionsofen und Erwärmen der kleinen Agglomerate in dem Reduktionsofen und das Feststoffreduzieren von Eisenoxid in den kleinen Agglomeraten, um festes reduziertes Eisen herzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass 60 Masse-% oder mehr der kleinen Agglomerate eine Größe von 3–7 mm aufweisen.
  • Nachstehend bedeutet der Ausdruck „Teilchengröße der kleinen Agglomerate" oder ein Äquivalent „Größe der kleinen Agglomerate".
  • In dem vorstehend genannten Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen sind die kleinen Agglomerate vorzugsweise hauptsächlich aus jenen mit Teilchengrößen von weniger als 6 mm oder Teilchengrößen von 3 mm oder mehr und weniger als 6 mm zusammengesetzt und die kleinen Agglomerate werden vorzugsweise in 2–5 Schichten Tiefe beschickt.
  • In dem vorstehend genannten Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen werden die kleinen Agglomerate vorzugsweise auf den Herd des Reduktionsofens beschickt, um gegenseitig in einer Dicke von 10–30 mm zu überlappen.
  • In dem vorstehend genannten Verfahren zum Herstellen von reduziertem Eisen sind die kleinen Agglomerate vorzugsweise geebnet, sodass sie eine Tiefe von 3–5 Schichten aufweisen.
  • In dem bevorzugten Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen werden gemäß der Erfindung die kleinen Agglomerate in den Reduktionsofen ohne Trocknen beschickt, die kleinen Agglomerate werden nach Trocknen mindestens der Oberfläche davon auf den Herd beschickt, Erhebungsbereiche und Vertiefungsbereiche werden auf der Oberfläche der kleinen Masseschicht, die auf den Herd des Reduktionsofens beschickt wird, gebildet, die kleinen Agglomerate werden, nachdem ein pulverförmiges, kohlenstoffhaltiges Material über den Herd des Reduktionsofens schichtmäßig gelegt wurde, beschickt oder die kleinen Agglomerate auf den Herd beschickt, wobei das kohlenstoffhaltige Material an der Oberfläche davon anhaftet.
  • Demgemäß werden die kleinen Agglomerate als das Rohmaterial verwendet, wodurch das Agglomerieren des Rohmaterials, das Trocknen und die Wärmereduktion und weiterhin das Schmelzen stabil und wirksam ausgeführt werden können. Die bevorzugte Teilchengröße ist 3–6 mm. In diesem Fall werden die kleinen Agglomerate auf den Herd in einer Dicke von 10–30 mm oder in 2–5 Schichten Tiefe, vorzugsweise 3–5 Schichten Tiefe, beschickt, wodurch die Produktivität als Produkt reduziertes Eisen ausreichend erhöht werden kann. Wenn kleine Agglomerate mit solchen kleinen Teilchengrößen verwendet werden, kann die Herstellung von reduziertem Eisen bei stabiler Funktionsfähigkeit, ohne Verursachen von Zerbrechen oder Zerquetschen von kleinen Agglomeraten, wirksam ausgeführt werden, selbst wenn die kleinen Agglomerate in den Wärmereduktionsofen im ungetrockneten Zustand, ohne Trocknen, oder im halbgetrockneten Zustand beschickt werden.
  • Die kleinen Agglomerate werden in den Wärmereduktionsofen beschickt, wobei das kohlenstoffhaltige Pulver an der Oberfläche davon anhaftet, wodurch die Erosion des feuerfesten Herdmaterials durch die in dem Reduktionsverfahren erzeugte, geschmolzene Schlacke, die von der tauben Komponente in dem Rohmaterial stammt, zurückgedrängt werden kann und auch die Reoxidation von reduziertem Eisen in der letzten Reduktionsstufe vorzugsweise verhindert werden kann. Wenn weiterhin ein Rohmaterialagglomerat von kleiner Größe mit einer hohen Zerstoßfestigkeit, verglichen mit einem Agglomerat großer Größe, verwendet wird, kann das Agglomerat so auf den Herd gegeben werden, dass beispielsweise 3–5 Schichten Tiefe vorliegen und ohne Stopp wärmereduziert werden, wodurch die Produktivität weiter erhöht werden kann. Zu diesem Zeitpunkt sind Erhebungsbereiche und Vertiefungsbereiche (von konvex und konkav) auf der Oberfläche der kleinen Masseschicht, die auf den Herd beschickt wird, unregelmäßig ausgebildet, wodurch die Wärme von Oben zu jeder kleinen Masse unter Berücksichtigung der Vergrößerung der wirksamen Wärmeübertragungsoberfläche der kleinen Masseschicht wirksamer übertragen werden kann, und die Wärmeübertragung der kleinen Unterschichtseitenagglomerate auch beschleunigt werden kann, um die Produktivität weiter zu erhöhen.
  • Es wird ebenfalls empfohlen, das Verfahren zum Beschicken der kleinen Agglomerate auf den Herd nach Trocknen von mindestens der Oberfläche davon anzupassen, da das Versagen der Zuführung durch das gegenseitige Anhaften der kleinen Agglomerate in einem Trichterteil beim Beschicken der kleinen Agglomerate zu dem Ofen oder das Zerstoßen bzw. Zerquetschen der kleinen Agglomerate durch die Stapellast nach der Beschickung weiter verhindert werden kann.
  • Das Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen umfasst Agglomerieren von kleinen Agglomeraten mit Teilchengrößen von 7 mm oder weniger, die kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel und ein Eisenoxid enthaltendes Material enthalten, Beschicken der kleinen Agglomerate in einen Reduktionsofen zu einer Vielzahl von Schichten, die durch Arbeitsbedingungen bestimmt wird; wobei beispielsweise die Anzahl von Schichten (H) der nachstehenden Beziehung genügt, und Erhitzen der kleinen Agglomerate in dem Reduktionsofen, wodurch das Eisenoxid in den kleinen Agglomeraten im festen Zustand reduziert wird, um festes, reduziertes Eisen herzustellen: H = Z × [X × (G/P)]/[A × LOAD ÷ T],worin H die Anzahl der Schichten der kleinen Agglomerate darstellt, X die Produktivität (kg/min) des Wärmereduktionsofens darstellt, Z eine positive Zahl im Bereich von 0,7 bis 1,3 ist, LOAD die Masse pro Einheitsfläche (kg/m2) der kleinen Agglomerate beim Beschicken über den Herd in einer Schicht darstellt, G/P das Masseverhältnis der Beschickungsmenge der kleinen Agglomerate zu dem entnommenen reduzierten Eisen darstellt, und A die Ofenherdfläche (m2) zum Beschicken der kleinen Agglomerate darstellt, T die Herstellungszeit (min) bei der Produktivität X wiedergibt.
  • In dem vorstehend genannten Verfahren zum Herstellen von reduziertem Eisen sind die Teilchengrößen der kleinen Agglomerate 6–7 mm, die kleinen Agglomerate werden auf den Herd des Reduktionsofens in 1–3 Schichten Tiefe beschickt, die Teilchengrößen der kleinen Agglomerate werden innerhalb ±3 mm homogenisiert, und die Oberflächentemperatur wird auf 1200°C oder höher in der Zeit von 1/3 der Gesamtreduktionszeit, nachdem die kleinen Agglomerate in den Reduktionsofen beschickt sind, erhöht.
  • Demgemäß wird, wenn die obere Grenze der Teilchengröße des Rohmaterialagglomerats auf 7 mm eingestellt ist, die Anzahl der Schichten H des Rohmaterialagglomerats, die auf den Herd beschickt wird, so spezifiziert, dass sie der Beziehung des vorstehenden Ausdrucks genügt. In dem Bereich, der einem solchen Vergleichsausdruck genügt, kann die Produktivität des reduzierten Eisens wesentlich erhöht werden, verglichen mit der Vergangenheit, selbst wenn die Teilchengröße des Rohmaterialagglomerats innerhalb des Bereichs von 6–7 mm liegt. Das Rohmaterialagglomerat hat in wünschenswerter Weise eine enge Teilchengrößenverteilung, und jene mit Teilchengrößen vorzugsweise im Bereich von ±3 mm, bevorzugter im Bereich von ±2 mm werden verwendet, wobei die Arbeitsstabilität und die Produktivität als reduziertes Eisen weiter erhöht werden können. Weiterhin wird die Oberflächentemperatur des Rohmaterialagglomerats vorzugsweise auf 1200°C oder höher zum Zeitpunkt von 1/3 der Gesamtreduktionszeit nach Beschicken in den Wärmereduktionsofen erhöht, wodurch die Reduktion wirksam in kurzer Zeit fortschreiten kann.
  • In dem Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen gemäß dieser Erfindung sind die kleinen Agglomerate vorzugsweise hauptsächlich aus jenen mit Teilchengrößen von 3 mm oder mehr und weniger als 6 mm zusammengesetzt. Bei der Wärmereduktion durch Anwendung von solchen kleinen Agglomeraten als Rohmaterial werden die kleinen Agglomerate vorzugsweise auf den Herd des Reduktionsschmelzofens so beschickt, dass sie sich gegenseitig in einer Dicke von 10–30 mm (etwa 3–10 Schichten) überlappen, wodurch die Produktivität des granulierten metallischen Eisens weiter erhöht werden kann. Weiterhin werden vorzugsweise auf der Oberfläche der kleinen Masseschicht Erhebungsbereiche und Vertiefungsbereiche zum unregelmäßigen Beschicken der kleinen Agglomerate auf den Herd gebildet, wodurch die Heizwirksamkeit durch die Ausdehnung der Wärmeübertragungswirkungsoberfläche erhöht werden kann, und die Heizgeschwindigkeit der kleinen Agglomerate in dem unteren Stapelschichtteil auch erhöht werden kann, um die Reduktion und das Schmelzen insgesamt wirksamer auszuführen.
  • Wenn weiterhin das Verfahren zum Beschicken der kleinen Agglomerate nach Schichtbildung eines pulverförmigen, kohlenstoffhaltigen Materials über den Herd, oder Beschicken der kleinen Agglomerate auf den Herd, nach Anhaften des kohlenstoffhaltigen Pulvers auf der Oberfläche davon, angepasst wird, wird das kohlenstoffhaltige Material das durch Reduktion erzeugte metallische Eisen aufkohlt unter Senken seines Schmelzpunktes, sodass nicht nur das Schmelzen von metallischem Eisen wirksamer vorangetrieben werden kann, sondern auch die Anhaftung von dem geschmolzenen metallischen Eisen, das durch Schmelzen hergestellt wurde, an der Herdoberfläche unterdrückt werden kann, unter Förderung der Granulierung des geschmolzenen metallischen Eisens durch Koagulation. Weiterhin kann auch die Erosion des feuerfesten Herdmaterials durch geschmolzene, FeO reiche Schlacke, die leicht durch unzureichende Reduktion im Bodenstapelschichtteil der zu dem Herd beschickten kleinen Agglomerate erzeugt wird, unterdrückt werden.
  • 1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer in dieser Erfindung verwendeten Wärmereduktionsvorrichtung zeigt.
  • 2 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Teilchengröße eines Rohmaterialagglomerats und der Pelletisierungsproduktivität zeigt.
  • 3 ist eine Kurve, die den Einfluss der Veränderung der Anzahl von Schichten des Rohmaterialagglomerats auf die Produktivität bei jeder Teilchengröße zeigt.
  • 4 ist eine vergrößerte Kurve von der kleinen Teilchengrößenseite von 6 mm oder weniger in 3.
  • 5 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der optimalen Zahl von Schichten gemäß der Teilchengröße des Rohmaterialagglomerats zeigt.
  • 6 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer in dieser Erfindung verwendeten Reduktionsschmelzvorrichtung zeigt.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A von 6 genommen wird.
  • 8 ist eine Querschnittsansicht, die die Reduktionsschmelzvorrichtung von 6 zeigt, entwickelt in Rotationsrichtung eines Drehherds; und
  • 9 ist eine Ansicht, die den Mittelwert der scheinbaren Dichte des in dieser Erfindung erhaltenen, granulierten metallischen Eisens und die Fe-Ausbeute von granuliertem metallischem Eisen mit einer Teilchengröße von 3 mm oder mehr zeigt.
  • Das Verfahren zum Herstellen von reduziertem Eisen gemäß dieser Erfindung wird weiterhin genauer beschrieben.
  • In dieser Erfindung werden bei der Herstellung von festem, reduziertem Eisen durch Agglomerieren eines Rohmaterials, das eine Eisenoxidquelle (anschließend häufig als Eisenerz oder dergleichen bezeichnet), wie Eisenerz, Eisenoxid oder ein teilweise reduziertes Produkt davon, und ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel (hierin nachstehend häufig als kohlenstoffhaltiges Material bezeichnet) in kleinen Agglomeraten enthält, und Beschicken derselben in einem Reduktionsofen (hierin nachstehend häufig als Wärmereduktionsofen oder Reduktionsschmelzofen bezeichnet), gefolgt von Wärmereduktion, oder bei der Herstellung eines granulären metallischen Eisens durch weiteres Erhitzen des festen, reduzierten Eisens zum Schmelzen des metallischen Eisens, das in dem festen, reduzierten Eisen hergestellt wird, und Koagulieren des geschmolzenen metallischen Eisens, während die Schlackekomponente, die in dem festen, reduzierten Eisen enthalten ist, abgetrennt wird, kleine Agglomerate (hierin nachstehend häufig als Rohmaterialagglomerate oder Agglomerate mit kleiner Größe bezeichnet) mit Teilchengrößen von weniger als 6 mm oder 10 mm oder weniger, insbesondere als die kleinen Agglomerate verwendet, wodurch die Pelletisierung erleichtert werden kann, unter Vermindern der Pelletisierungsausrüstungskosten und eine Verbesserung der Pelletausbeute oder eine Verkürzung der Pelletisierungszeit kann erzielt werden. Weiterhin können die wie nachstehend beschriebenen verschiedenen Vorteile durch die Anwendung von kleinen Agglomeraten erhalten werden. Nachstehend bedeutet das reduzierte Eisen granuliertes metallisches Eisen oder festes reduziertes Eisen, das Schlacke enthält.
  • Da die Wärmeübertragungseigenschaft zu dem inneren Teil erhöht werden kann, können die Reduktion und das Schmelzen wirksam in einem kürzeren Zeitraum vorangetrieben werden, sodass die Produktivität an reduziertem Eisen erhöht wird. Die Verwendung der kleinen Masse erlaubt die Verminderung der Anmischmenge an Bindemittel, wodurch die gleichförmige Dispersion der Eisenoxidquelle und des kohlenstoffhaltigen Materials innerhalb der kleinen Agglomerate gefördert werden kann, was auch für die Verbesserung der Reduktionswirksamkeit und Schmelzgeschwindigkeit wirksam ist. Die Anwendung der kleinen Agglomerate erlaubt auch die Erhöhung der individuellen Zerstoßfestigkeit, verglichen mit dem Agglomerat großer Größe, und die Herstellungsausbeute an reduziertem Eisen kann verbessert werden, da das Zusammenfallen oder Zerpulvern des Agglomerats bei der Reduktion teilweise unterdrückt werden kann. Weiterhin kann die Beschickungsstapeldicke auf dem Herdteil erhöht werden, sodass sie zur Verbesserung der Produktivität beiträgt.
  • Damit sich der Effekt durch die Anwendung des Agglomerats mit kleiner Größe wirksam zeigt, wird die Teilchengröße des Agglomerats wünschenswerter Weise auf 10 mm oder weniger, 7 mm oder weniger, vorzugsweise 6 mm oder weniger und bevorzugter weniger als 6 mm eingestellt. Der vorstehend genannte Effekt kann kaum signifikant bei dem Agglomerat mit großer Größe, bei der die Teilchenabmessungen diese übersteigt, gezeigt werden. Jedoch ein feines Agglomerat mit einer Teilchengröße von weniger als 2 mm, insbesondere 1 mm oder weniger, neigt nicht nur zum Verstopfen des Siebs bei Anwendung eines Siebs unter Verschlechtern der Handhabungseigenschaften, sondern verursacht auch Schwierigkeiten, indem das schließlich erhaltene reduzierte Eisen auch im Durchmesser fein ist, wodurch die anschließende Handhabung verkompliziert wird. Deshalb wird die Teilchengröße in wünschenswerter Weise auf 3 mm oder mehr oder 4 mm oder mehr eingestellt.
  • Nicht alle Agglomerate müssen bei der Ausführung dieser Erfindung unbedingt innerhalb des vorstehenden Bereichs liegen, und der vorstehend genannte Effekt kann sich auch wirksam zeigen, wenn eine kleine Menge (etwa 40% oder weniger auf das Masseverhältnis, vorzugsweise etwa 20% oder weniger) von feinen Agglomeraten etwas außerhalb des vorstehenden Bereichs enthalten ist, solange jene mit geeigneten Teilchengrößen des vorstehenden Bereichs, 60 Masse-% oder mehr, vorzugsweise etwa 70 Masse-% oder mehr, insgesamt einnehmen.
  • Das Agglomerat mit kleiner Größe (der Pressling mit kleinem Durchmesser), auf das sich diese Erfindung bezieht, ist der allgemeine Begriff für das Agglomerat, Pellet, Brikett und dergleichen von einem Gemisch, das die Eisenoxidquelle und das kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel enthält, und es kann in Form von nicht nur einem einzelnen Körper, sondern auch Gemisch, vorliegen, oder eine geringe Menge von gebrochenen Stücken, zerbrochen beim Übertragungsvorgang, oder Pulver ungeachtet der Bezeichnung enthalten. Für die Herstellung des Agglomerats mit kleiner Größe kann ein allgemeines Agglomerierungsverfahren, durch Anwendung einer Pfannenpelletisierungsmaschine, Scheibenpelletisierungsmaschine, Trommelpelletisierungsmaschine oder dergleichen, ohne außerordentliche Begrenzung angepasst werden.
  • Die Eisenoxidquelle, die das Rohmaterial des Agglomerats bildet, schließt Walzzunder, Schlamm und dergleichen sowie Eisenerz ein und kann beispielsweise Hochofenstaub, Elektroofenstaub, Walzstaub und dergleichen enthalten. Die Art des kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels (kohlenstoffhaltiges Material) ist nicht besonders begrenzt und zusätzlich zu dem üblicheren Kohlepulver oder Kokspulver ist auch Holzkohlepulver bzw. Knochenkohlepulver verwendbar. Beispiele für das erforderlichenfalls einzumischende Bindemittel sind Bentonit, Stärke und dergleichen, sind jedoch natürlich keinesfalls auf diese Beispiele begrenzt. Wenn außerdem eine geeignete Menge an CaO-Quelle (Branntkalk, Löschkalk, Calciumcarbonat oder dergleichen) vorzugsweise in dem Rohmaterialgemisch zum Regulieren der Basizität der Schlacke bildenden Komponente enthalten ist, wirkt sie als ein Entschwefelungsmittel zum Fixieren des in dem Rohmaterialgemisch enthaltenen S auf der Schlackenseite als CaS, sodass granuliertes metallisches Eisen mit niedrigem S- Gehalt erhalten werden kann.
  • Wenn ein solches Agglomerat mit kleiner Größe verwendet wird, kann nicht nur die Reduktion des auf den Herd des Wärmereduktionsofens in einem einzelnen Schichtzustand beschickten Agglomerats wirksam ausgeführt werden, sondern auch seine ausgezeichnete Zerstoßfestigkeitseigenschaft kann genutzt werden, um die Produktivität pro Herdeinheit durch Beschicken des Agglomerats auf den Herd im Mehrschichtzustand zu erhöhen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Schichtdicke vorzugsweise im Bereich von 3–10 Schichten durch die Anzahl von Schichten von kleinen Agglomeraten oder 10–30 mm auf die Dicke eingestellt. Wenn sie weniger als 3 Schichten ist, wird die Verbesserungswirkung der Produktivität durch Stapeln einer Beschikkung etwas unzureichend sein, und, wenn die Beschickungsstapeldicke über 10 Schichten hinaus geht, wird das Erhitzen der kleinen Agglomerate auf der unteren Schichtstapelseite in der Regel unzureichend, wodurch sich die Wirksamkeit der Reduktion und die Schmelz-Koagulation verschlechtern. Die Produktivität pro Einheit Herdfläche kann durch Beschicken der kleinen Agglomerate in 2–5 Schichten für eine Teilchengröße von 3 mm oder mehr und weniger als 6 mm verbessert werden.
  • Für das Zuführen des Agglomerats mit kleiner Größe auf die Herdoberfläche kann beispielsweise ein Verfahren von Dosieren [cutting] derselben mit einem Trichter, einer Vibrationszufuhrvorrichtung, einem Trommelzuführer oder dergleichen, gefolgt von Zuführen durch Anwendung einer Führungsrinne oder eines Rohrs, einer geneigten Platte oder dergleichen, angepasst werden.
  • Wenn das Agglomerat mit kleiner Größe im Mehrschichtzustand beschickt wird, ist es erwünscht, unregelmäßig (beispielsweise konvexe und konkave) Erhebungsbereiche und Vertiefungsbereiche von wahlweisen Formen auf der Oberfläche des Stapels längs (in der Herdlängsrichtung) oder quer (in der Herdquerrichtung) zu bilden, um die Wärmeübertragungswirkungsoberfläche zu erstrecken, wodurch die Heizwirksamkeit durch Brennerwärme oder Strahlungswärme von oben verstärkt werden kann. Die Bildung solcher Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche von Stapeln kann wirksam die Wärmeübertragungswirksamkeit zu dem Agglomerat mit kleiner Größe von dem unteren Schichtstapelteil erhöhen. Die bevorzugte Form, Größe oder Abstand der Unregelmäßigkeiten wird im Bereich von 5–200 mm auf die Höhe (der Abstand von der Erhebungsspitze bis dem Vertiefungsgrund), vorzugsweise 10–100 mm oder 5–30 mm und bevorzugter 10–30 mm, eingestellt, obwohl er nicht wahllos eingestellt werden kann, weil er in Abhängigkeit von der Stapeldicke variiert. Der bevorzugte Abstand (die Breite zwischen benachbarten Erhebungsbereichen) wird innerhalb des Bereichs von vorzugsweise 10–100 mm, bevorzugter 10–70 mm, eingestellt. Die Unregelmäßigkeiten können beispielsweise durch Beschicken des Agglomerats durch eine Vielzahl von Zuführungsöffnungen in der Herdquerrichtung, unter Verändern der Beschickungsmenge, durch Beschicken derselben durch einen unregelmäßigen Trichter, bereitgestellt durch Erstrecken in der Herdseitenrichtung, unter Verändern der Beschickungsmenge, oder durch Ziehen über die Oberfläche mit einem Oberflächenformungsglied mit Unregelmäßigkeiten nach dem im Wesentlichen horizontalen Beschicken desselben zur Bildung von Unregelmäßigkeiten, gebildet werden, und dieses Verfahren kann gegebenenfalls ausgewählt werden.
  • Das in dieser Erfindung verwendete Agglomerat mit kleiner Größe kann auf den Herd, wie es ist, in der ungetrockneten Form zugeführt werden, da es individuell relativ hoch in der Zerquetschfestigkeit ist, weil sein kleiner Durchmesser, wie vorstehend beschrieben, durch den Stapeldruck, auch durch die Stapelbeschickung, kaum zerstoßbar ist und ist auf Grund seiner hohen Wärmeübertragungsgeschwindigkeit durch das anfängliche Erhitzen schnell trockenbar. Um jedoch sicherer das Zerbrechen durch den Schlag beim Beschicken oder der Stapelbeschickung zu verhindern, wird das Beschicken vorzugsweise nach vorherigem Trocknen mindestens der Oberflächenschichtseite des Agglomerats mit kleiner Größe ausgeführt, wodurch das Verstopfen des Beschickungstrichters durch die Anhaftung von Agglomerat mit kleiner Größe auch verhindert werden kann.
  • Bei der Ausführung dieser Erfindung kann, wenn ein Verfahren zum Beschicken der kleinen Agglomerate nach Schichtbildung des pulverförmigen, kohlenstoffhaltigen Materials auf dem Herd, oder Beschicken des kleinen Agglomerats nach Anhaften des kohlenstoffhaltigen Pulvers auf der Oberfläche davon, angepasst wird, die Erzeugung von FeO-enthaltender, geschmolzener Schlacke, die das feuerfeste Herdmaterial stark erodiert, verhindert werden, um die Lebensdauer des Herds zu verlän gern, da das kohlenstoffhaltige Pulver den Reduktionsgrad des umlaufenden Gases nahe dem Agglomerat der kleinen Größe unter wirksamerer Förderung der Reduktion erhöht, die unzureichende Reduktion der unteren Schichtseite kompensiert, welche in der Regel in der Stapelbeschickung des Agglomerats mit kleiner Größe vorkommt, um die Gesamtreduktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, und auf FeO wirkt, das in der Regel durch die unzureichende Reduktion der unteren Schichtseite erzeugt wird, um es schnell zu reduzieren. Weiterhin ist die Rieselhaftung des kohlenstoffhaltigen Pulvers an die Oberfläche des Agglomerats mit kleiner Größe besonders wirksam für das Beschicken des Agglomerats mit kleiner Größe im ungetrockneten Zustand, da die gegenseitige Anhaftung der Agglomerate oder die Anhaftung am Beschickungstrichter verhindert werden kann. Das kohlenstoffhaltige Material kohlt das feste, reduzierte metallische Eisen vorzugsweise zu seinem unteren Schmelzpunkt auf, fördert das Schmelzen und die Koagulation und granuliert das geschmolzene metallische Eisen, während die Anhaftung an der Herdoberfläche zurückgedrängt wird.
  • Wie das in dieser Erfindung verwendete kohlenstoffhaltige Pulver sind Kohlepulver, Kokspulver, Holzkohlepulver bzw. Tierkohlepulver und dergleichen gegebenenfalls selektiv verwendbar. Die Anhaftung des kohlenstoffhaltigen Pulvers an die Oberfläche des Agglomerats mit kleiner Größe kann durch Berieseln, durch Verteilen des kohlenstoffhaltigen Pulvers in einem Dispersionsmedium, wie Wasser, gefolgt von Versprühen oder dergleichen, ausgeführt werden. Um die vorstehende Wirkung wirksamer zu zeigen, hat das auf die Herdoberfläche zu schichtende pulverförmige, kohlenstoffhaltige Material eine Teilchengröße von vorzugsweise 2 mm oder weniger, auf die mittlere Teilchengröße, bevorzugter 1,5 mm oder weniger. Bei der Anhaftung des kohlenstoffhaltigen Materials an die Oberfläche der kleinen Agglomerate wird die mittlere Teilchengröße auf vorzugsweise 1 mm oder weniger, bevorzugter etwa 0,3 mm oder weniger, eingestellt.
  • Das wesentliche Erfordernis, das bei der Anwendung des Agglomerats mit kleiner Größe mit einer Teilchengröße von 10 mm oder weniger, insbesondere 6–10 mm, hinzuzufügen ist, ist in dieser Erfindung die optimale Zahl an Schichten (N) des Rohmaterialagglomerats, das in einer Schicht beschickt wird, was durch Berücksich tigung der Arbeitsbedingung des anzuwendenden Wärmereduktionsofens bestimmt wird. Der Grund, dieses zu bestimmen, ist wie nachstehend.
  • Hinsichtlich der Herstellung von reduziertem Eisen wird die Produktivität pro Einheitszeit (X: kg/min)(die Menge an reduziertem Eisen, entnommen pro Einheitszeit aus einem Ofen, oder die Menge an reduziertem Eisen, zugeführt zu einem Schmelzteil von dem Reduktionsteil) von dem Wärmereduktionsofen durch den nachstehenden Ausdruck wiedergegeben, wobei die Heizfläche (die Herdfläche zum Beschicken der kleinen Agglomerate von dem Beschickungsteil zum Ende des Reduktionsteils, oder die Herdfläche von dem Teil zur Beschickung des Rohmaterialagglomerats: m2)(A) ist, und die Beschickungsmenge (kg/min·m2) des Rohmaterialagglomerats pro Einheitszeit und Einheitsfläche (B) ist. X = A × B
  • Jedoch wird das Eisenoxid in dem Rohmaterialagglomerat durch Wärmereduktion zu Fe reduziert, das kohlenstoffhaltige Material wird zersetzt, und eine flüchtige Komponente, wie Zn oder Pb, wird verflüchtigt, und durch Zerpulvern weiter zerstreut. Deshalb wird der vorstehende Ausdruck durch Hinzufügen des Masseverhältnisses (G/P) zu dem zu beschickenden Rohmaterialagglomerat korrigiert. X = A × B/(G/P)
  • Die Beschickungsmenge (B) des Rohmaterialagglomerats kann durch den nachstehenden Ausdruck wiedergegeben werden, wobei die Masse pro Einheitsfläche (kg/m2) des Rohmaterialagglomerats beim Beschicken über den Herd in einer Schicht (LOAD) ist, die Anzahl der Schichtentiefe (N) ist, die Herstellungszeit (min) in der Produktivität (X) (Retentionszeit in einem Ofen oder Retentionszeit von einem Reduktionsteil) (T) ist. Dies wird für die vorstehend angeführte Gleichung substituiert. B = LOAD × H ÷ T X = [A × LOAD](H ÷ T)/(G/P)
  • Der vorstehende Ausdruck wird dann zu dem Berechnungsausdruck der Anzahl an Schichten (H) modifiziert. H = [X × (G/P)]/[A × LOAD ÷ T]
  • Da die ideale Beschickungsmenge pro Einheitsfläche dem Gewicht pro Einheitsfläche in der Beschickung des Rohmaterialagglomerats in einer Schicht entspricht, und (G/P) das Masseverhältnis von (G: das Rohmaterialagglomerat/P: das Produkt reduziertes Eisen [das reduzierte Eisen, entnommen aus einem Ofen, oder das reduzierte Eisen, zugefügt zu einem Schmelzteil aus dem Reduktionsteil]) darstellt, kann die ideale Zahl von Schichten (H) aus diesen Werten bestimmt werden. Jedoch ist eine Korrektur zur Berücksichtigung der Produktionsbedingung für den praktischen Ofen erforderlich, da die Heizbedingung oder reduktive atmosphärische Bedingung in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Wärmereduktionsofens tatsächlich eher verteilt ist. Im Ergebnis der Bestätigung der Dispersion von (N) in dem praktischen Ofen liegt die Dispersion (Z) im Bereich von ±30% oder im Bereich von 0,7–1,3, und es wurde bestätigt, dass der nachstehende Ausdruck sich wie vorstehend beschrieben erweist. H = Z × [X × (G/P)]/[A × LOAD ÷ T]
  • Das Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen gemäß dieser Erfindung wird kurz mit Bezug auf eine konkrete Vorrichtung für die Herstellung von reduziertem Eisen durch Feststoffreduktion des Agglomerats mit kleiner Größe als Rohmaterial beschrieben.
  • 1 ist eine schematische Draufsicht, die ein Beispiel eines beweglichen Herdtyp- (Drehherdtyp in diesem Beispiel) -Reduktionsofen zeigt, auf den diese Erfindung angewendet wird, und ein Bedeckungsteil zum Abdecken des Ofenkörpers in der Zeichnung weggelassen wird. Bezeichnet mit 1 ist ein Doughnut-förmiger Drehherd, 2 ist ein Rohmaterialbeschickungsteil, 3 ist ein Oberflächenformglied, 4 ist ein Kühlteil, 5 ist eine Entnahmevorrichtung für reduziertes Eisen- und 6 ist ein Heiz brenner.
  • Bei der Herstellung von reduziertem Eisen durch Anwendung dieser Vorrichtung wird ein Rohmaterialagglomerat, das eine Eisenoxidquelle und ein kohlenstoffhaltiges Material enthält, auf den Rotationsherd 1 durch den Rohmaterialbeschickungsteil 2 beschickt, damit es eine geeignete Dicke (Anzahl an Schichten) aufweist. Das Beschicken des Rohmaterialagglomerats wird beispielsweise durch Dosieren [cutting] des Rohmaterialagglomerats mit einem Trichter, einem Vibrationszuführer, einem Trommelzuführer oder dergleichen und Regulieren der Beschickungsmenge durch Anwendung eines Führungsrohrs oder einer geneigten Platte ausgeführt. Die Oberfläche der Rohmaterialbeschickungsschicht ist sanft eingeebnet durch das Oberflächenformglied 3 genau auf der Stromabwärtsseite des Rohmaterialbeschickungsteils 2. Zu diesem Zeitpunkt werden vorzugsweise Unregelmäßigkeiten von geeigneter Höhe und geeignetem Abstand auf der Oberfläche der Rohmaterialladungsschicht durch das Oberflächenformglied 3, wie vorstehend beschrieben, gebildet, wodurch die Wärmeübertragungswirksamkeit durch Brennerwärme und Strahlungswärme zu der Rohmaterialagglomeratschicht erhöht werden kann.
  • Das beschickte Rohmaterialagglomerat wird durch die Verbrennungswärme und Strahlungswärme durch den Brenner 6, der an dem Ofenwandteil bereitgestellt wird, erhitzt, unter Bewegen in der Pfeilkopfrichtung X durch die Drehung des Drehherds 1 und die Reduktion wird vorangetrieben. Für dieses Erhitzen kann Brennererhitzen durch Anwendung von Schweröl, pulverisierter Kohle oder Abfallkunststoff als Brennstoff, Verbrennungstyperhitzen unter wirksamem Verwenden eines brennbaren Gases (CO oder H2), erzeugt in dem Ofen durch die Reduktion, und Verbrennen desselben durch Zuführen von Luft oder Sauerstoff und weiteres Erhitzen vom Wärmeakkumulationstyp unabhängig oder in einer geeigneten Kombination davon angepasst werden. Das durch Reduktion erzeugte CO2 oder Verbrennungsabgas wird durch einen Gasablaufport, nicht gezeigt, extrahiert.
  • Wenn das reduzierte Produkt (festes reduziertes Eisen) nach vollständiger Reduktion (Metallisierungsgeschwindigkeit: etwa 90% oder mehr) als Produkt wie es ist entnommen wird, wird es in dem Kühlteil 4 (beispielsweise durch Anwendung von einem Wasserkühlmantel, der in dem unteren Teil des Herds bereitgestellt wird oder durch Versprühen von Kühlgas) gekühlt und nacheinander aus dem Ofen durch die wahlweise Entnahmevorrichtung 5 herausgenommen. Der Aufbau der Entnahmevorrichtung ist nicht besonders begrenzt, und ein Verfahren, unter Anwendung einer Schnecke oder Schabers, und ein Entnahmeverfahren durch Gassprühen oder Saugen und dergleichen können gegebenenfalls selektiv angepasst werden.
  • Wenn die Temperatur bei der Wärmereduktion (Feststoffreduktion) zu hoch ist; konkreter, wenn die Umgebungstemperatur höher als der Schmelzpunkt der Schlackezusammensetzung ist, die aus der tauben Komponente, nicht reduziertem Eisenoxid und dergleichen in dem Rohmaterial besteht, wird die Schlacke mit niedrigem Schmelzpunkt geschmolzen und mit dem feuerfesten Material, das den beweglichen Herd ausmacht, unter Erodieren desselben umgesetzt, sodass ein glatter Herd nicht gehalten werden kann. Wenn Wärme höher als die, die für die Reduktion von Eisenoxid in dem Reduktionszeitraum erforderlich ist, angewendet wird, wird FeO, das das Eisenoxid in dem Agglomerat mit kleiner Teilchengröße darstellt, vor seiner Reduktion geschmolzen, und eine so genannte Schmelzreduktion (das Phänomen, dass eine Reduktion in einem geschmolzenen Zustand vorantreibt, was von der festen Reduktion bzw. dem Feststoff-reduzieren verschieden ist), indem das geschmolzene FeO mit Kohlenstoff (C) in dem kohlenstoffhaltigen Material reagiert, wird schnell vorangetrieben. Obwohl das metallische Eisen auch durch die Schmelzreduktion erzeugt wird, ist der kontinuierliche Vorgang als praktischer Ofen schwierig, weil die FeO enthaltende Schlacke mit hoher Fluiditätseigenschaft das feuerfeste Herdmaterial stark erodiert, wenn die Schmelzreduktion stattfindet.
  • Obwohl ein solches Phänomen, in Abhängigkeit von dem Eisenerz oder kohlenstoffhaltigen Material, das das Agglomerat mit kleiner Größe ausmacht, oder weiterhin der Zusammensetzung der Schlacke bildenden Komponente, die in dem Bindemittel enthalten ist, variiert, schreitet die vorstehend genannte, unerwünschte Schmelzreduktionsreaktion voran, ungeachtet der Marke von Rohmaterialeisenerz, um das feuerfeste Herdmaterial stark zu erodieren, wenn die Umgebungstemperatur bei der Reduktion etwa 1500°C übersteigt. Deshalb wird die Reduktionstemperatur wünschenswerter Weise auf 1500°C oder niedriger, bevorzugter etwa 1450°C oder nied riger, gesteuert. Da der Fortschritt der Reduktion verzögert wird, wenn die Heiztemperatur zu niedrig ist, wird die Heiztemperatur wünschenswerter Weise auf vorzugsweise 1200°C oder höher, bevorzugter 1300°C oder höher, eingestellt.
  • Um die Reduktion des Rohmaterialagglomerats, das in den Ofen bei effizienter Reduktionsgeschwindigkeit beschickt wird, ohne irgendwelches Teilschmelzen der in dem Agglomerat enthaltenen Schlackekomponente zu verursachen, voranzutreiben wird die Reduktion unter Halten der Ofentemperatur im Bereich von 1200–1500°C, bevorzugter 1250–1450°C, ausgeführt, und insbesondere wird die Temperatur wünschenswerter Weise in der Zeit von etwa 1/3 der für die Gesamtreduktion erforderlichen Zeit in dem Ofen auf 1200°C erhöht. Gemäß einer solchen Zustandseinstellung kann die Reduktion im Allgemeinen im Wesentlichen durch Erhitzen von etwa 8 Minuten bis 13 Minuten vollständig werden.
  • Bei dem Wärmereduktionsofen, der für die Ausführung dieser Erfindung verwendet wird, wird das Brennererhitzen häufig zum Erhitzen des Rohmaterialagglomerats angepasst. Da in diesem Fall eine große Menge CO-Gas durch die Reaktion von der Eisenoxidquelle und dem kohlenstoffhaltigen Material in dem Rohmaterialagglomerat, das in den Ofen an der Anfangsstufe der Reduktion beschickt wird, erzeugt wird, wird die Nachbarschaft des Rohmaterialagglomerats in der stark reduktiven Atmosphäre durch den Abschirmeffekt durch das von selbst freigesetzte CO-Gas verzögert.
  • Dieser Selbstabschirmeffekt wird jedoch verschlechtert, weil die Erzeugung des vorstehenden CO-Gases schnell von der letzteren Hälfte der Reduktion zu der letzten Stufe davon vermindert wird, und das Rohmaterialagglomerat in der Regel durch das Verbrennungsabgas (CO2 oder H2O), das durch das Brennererhitzen erzeugt wird, beeinflusst wird, sodass das unter Mühen reduzierte Eisen dafür anfällig ist, erneut oxidiert zu werden. Als ein bevorzugtes Mittel für das wirksame Vorantreiben der Reduktion, möglichst unter Zurückdrängen einer solchen Reoxidation, wird beispielsweise die vorauslaufende, wie vorstehend beschriebene Anhaftung des kohlenstoffhaltigen Pulvers an die Oberfläche des Rohmaterialagglomerats, angegeben. Wenn das kohlenstoffhaltige Pulver nämlich auf diese Weise an der Oberfläche des Rohmaterialagglomerats anhaftet, wird es sofort mit dem durch die Verbrennung im Brenner erzeugten, oxidierenden Gas (CO2 oder H2O) umgesetzt, wobei dieses Gas zu einem reduzierenden Gas, wie CO oder H2, verändert wird. Folglich kann die Nachbarschaft des reduzierten Produkts, das Reduktion unterzogen wird, in einer stark reduzierenden Atmosphäre gehalten werden, um die Reoxidation des reduzierten Eisens möglichst zu verhindern. Um einen solchen Verhinderungseffekt von Reoxidation wirksam zu zeigen, ist es erwünscht, ein feines, kohlenstoffhaltiges Pulver von vorzugsweise 2 mm oder weniger, besonders bevorzugt 1,0 mm oder weniger, als das kohlenstoffhaltige Pulver anzuhaften. Das kohlenstoffhaltige Pulver kann beispielsweise durch Berieseln der Oberfläche des Rohmaterialagglomerats, das in dem ungetrockneten Zustand vorliegt, oder Besprühen desselben durch Verwendung eines Dispersionsmediums, wie Wasser, anhaften. Natürlich ist das Anhaftungsverfahren keinesfalls auf diese Verfahren begrenzt. Eine solche Anhaftung des kohlenstoffhaltigen Pulvers an die Rohmaterialagglomeratoberfläche erbringt weitere bevorzugte, zusätzliche Wirkungen zur Verhinderung der gegenseitigen Anhaftung der Agglomerate oder deren Anhaftung an dem Rohmaterialbeschickungstrichterteil beim Beschicken des Rohmaterialagglomerats im ungetrockneten Zustand und zum glatten Beschicken des Rohmaterials.
  • Für die Herstellung von reduziertem Eisen, das granuläres metallisches Eisen darstellt (hierin anschließend häufig als granuläres metallisches Eisen oder metallisches Eisen bezeichnet) durch Ausführen einer Reduktion durch Anwendung von kleinen Agglomeraten als das Rohmaterial, gefolgt von Schmelzen und Koagulation, wird das erfindungsgemäße Verfahren kurz mit Bezug auf eine konkrete Vorrichtung beschrieben.
  • 6–8 sind schematische Ansichten, die ein Beispiel eines Reduktionsschmelzofens vom Wanderbetttyp, der von den Erfindern entwickelt wurde, zeigen, und dieser Ofen hat eine Domstruktur mit einem Doughnut-förmigen, rotierenden Wanderbett. 6 ist eine schematische Perspektivansicht, 7 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A von 6 genommen wird, und 8 ist eine schematische Querschnittsansicht von dem Reduktionsschmelzofen, der in der Drehrichtung des Wanderbetts in 6 geeigneter Weise zum Verständnis entwickelt wurde. In den Zeichnungen, ist mit 1 ein Drehherd bezeichnet, 7 ist ein Ofenkörper zum Bedecken des Drehherds, und der Drehofen 1 ist so aufgebaut, dass er bei einer geeigneten Geschwindigkeit durch eine nicht gezeigte Antriebseinheit drehbar ist.
  • Der Ofenkörper 7 hat eine Vielzahl von Brennern 6 zur Verbrennung in geeigneten Positionen der Wandoberfläche, und die Verbrennungswärme der Brenner 6 zur Verbrennung und die Strahlungswärme davon werden zu den kleinen Agglomeraten des Drehherds 1 überführt, wodurch die Wärmereduktion der kleinen Agglomerate ausgeführt wird. In dem in den Zeichnungen gezeigten Ofenkörper 7, der ein bevorzugtes Beispiel darstellt, ist der innere Teil des Ofenkörpers 7 in eine Reduktionsschmelzzone Z1 und eine Kühlzone Z2 durch eine Teilwand K geteilt, eine Rohmaterial- und Unterrohmaterialbeschickungsvorrichtung 2 ist auf der rotierenden, gerichteten äußersten Stromseite des Ofenkörpers 7, entgegengesetzt zu dem Drehherd 1, angeordnet, und die Entnahmevorrichtung 5 wird an der drehenden, gerichteten äußersten Stromseite (auch genau an der -Aufwärtsseite des Beschickungsmittels 2, auf Grund der rotierenden Struktur) bereitgestellt.
  • Die Heizquelle des Wärmereduktionsschmelzofens schließt eine Brennerheizung, unter Anwendung von Gas, Schweröl, pulverförmiger Kohle, oder Abfallkunststoff als Brennstoff, und einen Verbrennungstyp zur wirksamen Anwendung des in dem Ofen erzeugten brennbaren Gases und Verbrennen desselben durch Zuführen von Sauerstoff oder Luft, ein, und ein Ofen vom Wärmeakkumulationstyp ist ebenfalls anwendbar. Das hergestellte, granulierte metallische Eisen kann durch Anwendung einer wahlweisen Entnahmevorrichtung, wie einer Schnecke oder eines Kratzers, entnommen werden oder mit Hilfe von Gassprühung oder Saugung entnommen werden.
  • Beim Betrieb des Reduktionsschmelzofens wird der Drehherd 1 mit einer vorgeschriebenen Geschwindigkeit gedreht, die kleinen Agglomerate des Hauptrohmaterials werden durch Anwendung von der Beschickungsvorrichtung 2 oder einem vibrierenden Zuführer 8 zugeführt, sodass sie eine geeignete Dicke aufweisen. Beim Beschicken können die kleinen Agglomerate in einer einzigen Schicht beschickt wer den, werden jedoch vorzugsweise in 3–10 Schichten, bevorzugter 3–6 Schichten, oder 10–30 mm, auf die Dicke, bevorzugter 20–30 mm, wie vorstehend beschrieben, auf den Herd beschickt, wodurch die Rohmaterialbeschickungsmenge pro Einheit Herdfläche zur Verbesserung der Produktivität erhöht werden kann.
  • Beim Beschicken der kleinen Agglomerate im laminierten Zustand werden Unregelmäßigkeiten von wahlweisen Größen, vorzugsweise auf der Oberfläche des laminierten Körpers, gebildet, wodurch die wirksame Wärmeübertragungsfläche der laminierten Oberfläche zum weiteren Erhöhen der Heizwirksamkeit zu den beschickten kleinen Agglomeraten ausgedehnt werden kann, und die Heizwirksamkeit der kleinen Agglomerate auf die untere Schichtstapelseite kann auch verstärkt werden. Die Unregelmäßigkeiten können, wie vorstehend beschrieben, durch Beschicken der kleinen Agglomerate durch eine Vielzahl von Zuführungsöffnungen in der Herdquerrichtung, während die Beschickungsmenge geändert wird, Beschicken durch einen unregelmäßigen Trichter, bereitgestellt unter Erstrecken in der Herdquerrichtung, während die Beschickungsdicke geändert wird, oder im Wesentlichen horizontales Beschicken der kleinen Agglomerate und Nachziehen der Oberfläche mit einem Oberflächenformelement mit Unregelmäßigkeiten, zur Bildung der Unregelmäßigkeiten, gebildet werden.
  • Die auf den Herd 1 beschickten kleinen Agglomerate werden durch die Verbrennungswärme und Strahlungswärme von den Brennern 6 zur Verbrennung bei dem Vorgang des Bewegens der Reduktionsschmelzzone Z1 erhitzt, das Eisenoxid wird durch das durch die gegenseitige Reaktion von dem Eisenoxid und kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel, das in den kleinen Agglomeraten enthalten ist, reduziert, und das hergestellte metallische Eisen wird unter kohlenstoffreicher Atmosphäre weiter erhitzt, wobei es aufgekohlt, geschmolzen und koaguliert wird, unter Abtrennen von dem Nebenprodukt Schlacke, zur Bildung von granulärem, geschmolzenem metallischem Eisen, das dann durch ein wahlweises Kühlmittel C in der Kühlzone Z2 gekühlt und verfestigt wird und anschließend aus dem Entnahmemittel 5 abgezogen (gekratzt) wird, das auf der Stromabwärtsseite bereitgestellt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die nebenbei hergestellte Schlacke auch entnommen. Diese werden in granuliertes Metall und die Schlacke durch ein wahlweises Trennmittel (Sieb oder magnetische Aussortiervorrichtung), nach Leiten durch einen Trichter H, getrennt, und granuläres metallisches Eisen mit einer Eisenreinheit von etwa 95% oder mehr, bevorzugter etwa 98% oder mehr, und einem extrem kleinen Schlackegehalt kann schließlich bereitgestellt werden.
  • Wenn die Umgebungstemperatur bei der Reduktion (Feststoffreduktion) in der vorstehenden Reduktion und dem Schmelzverfahren zu hoch ist, und konkreter wenn in einem bestimmten Zeitraum des Reduktionsverfahrens die Umgebungstemperatur höher als der Schmelzpunkt der Schlackenzusammensetzung ist, die aus der taubem Komponente, nicht umgesetztem Eisenoxid und dergleichen in dem Rohmaterial besteht, wird die niedrige schmelzende Punktschlacke geschmolzen und mit dem feuerfesten Material, aus dem der bewegliche Herd besteht, umgesetzt, wodurch dasselbe erodiert, sodass der glatte Herd nicht gehalten werden kann. Wenn eine Wärme, höher als die für die Reduktion des Eisenoxids erforderliche, in dem Reduktionszeitraum angewendet wird, wird FeO, das das Eisenoxid in den kleinen Agglomeraten darstellt, vor seiner Reduktion geschmolzen, und eine so genannte Schmelzreduktion (das Phänomen, dass eine Reduktion in einem geschmolzenen Zustand fortschreitet, was von der Feststoffreduktion verschieden ist), indem das geschmolzene FeO mit Kohlenstoff (C) in dem kohlenstoffhaltigen Material reagiert, wird schnell vorangetrieben. Obwohl das metallische Eisen auch durch die Schmelzreduktion hergestellt wird, ist der kontinuierliche Betrieb als praktischer Ofen schwierig, weil die FeO enthaltende Schlacke mit hoher Fluiditätseigenschaft das feuerfeste Herdmaterial stark erodiert, wenn die Schmelzreduktion stattfindet.
  • Ein solches Phänomen variiert in Abhängigkeit von dem Eisenerz oder kohlenstoffhaltigen Material, das die kleinen Agglomerate ausmacht, oder weiterhin von der Zusammensetzung der Schlacke bildenden Komponente, die in dem Bindemittel enthalten ist. Jedoch die wie vorstehend beschriebene, Niedrigschmelzpunktschlacke tritt aus, unter Erodieren des feuerfesten Herdmaterials, wenn die Umgebungstemperatur bei der Reduktion etwa 1400°C übersteigt, und die vorstehende unerwünschte Schmelzreduktionsreaktion schreitet fort, unter starker Erzeugung von Erosion des feuerfesten Materials vom Herd, ungeachtet der Marke des Rohmaterialeisenerzes, wenn sie etwa 1500°C übersteigt. Deshalb wird die Temperatur des Reduktionszeitraums wünschenswerter Weise auf 1500°C oder niedriger, bevorzugter etwa 1450°C oder niedriger, gesteuert. Da die Reduktion kaum wirksam fortschreitet, wenn die Temperatur in dem Reduktionszeitraum zu niedrig ist, wird die Temperatur in wünschenswerter Weise auf vorzugsweise 1200°C oder höher, bevorzugter 1300°C oder höher, eingestellt.
  • Nach der Reduktion wird die Umgebungstemperatur nacheinander, vorzugsweise um etwa 50–200°C erhöht und auf 1350–1500°C eingestellt, um das metallische Eisen zu schmelzen, das durch die Reduktion hergestellt wurde und das geschmolzene metallische Eisen zu koagulieren. Zu diesem Zeitpunkt hat, da das geschmolzene metallische Eisen koaguliert wird, während das geschmolzene Schlackenebenprodukt entfernt wird, während es in gegenseitiger Koagulation und Rohbearbeitung ist, das koagulierte metallische Eisen hohe Fe-Reinheit und enthält kaum Schlacke. Diese wird gekühlt und verfestigt und dann in granuliertes metallisches Eisen und die Schlacke durch Sieben oder magnetische Auswahl abgetrennt, wodurch granuliertes metallisches Eisen mit hoher Fe-Reinheit erhalten werden kann.
  • Das Schmelzen des durch Reduktion hergestellten metallischen Eisens wird durch Erhöhen der Umgebungstemperatur, höher als der Schmelzpunkt des metallischen Eisens, vorangetrieben. Am Beginn des Schmelzens wird dafür gesorgt, dass C oder CO vorzugsweise in Nachbarschaft des metallischen Eisens vorliegen, wodurch das metallische Eisen zur Erzeugung eines Schmelzpunktabfalls aufgekohlt wird, sodass das Schmelzen des metallischen Eisens bei einer niederen Temperatur innerhalb einer kürzeren Zeit fortschreiten kann. Um nämlich das Schmelzen schnell voranzutreiben, ist es bevorzugt, eine ausreichende Menge von Kohlenstoff zum Aufkohlen in den Teilchen nach Reduktion zu hinterlassen. Die Restkohlenstoffmenge kann gemäß dem Mischverhältnis von Eisenerz zu kohlenstoffhaltigem Material bei der Herstellung von kleinen Agglomeraten des Rohmaterials reguliert werden. Auf der Basis von Versuchen durch die vorliegenden Erfinder wurde bestätigt, dass die Mischmenge des anfänglichen kohlenstoffhaltigen Materials so eingestellt ist, dass die restliche Kohlenstoffmenge (oder überschüssige Kohlenstoffmenge) in dem festen, reduzierten Produkt 1,5% oder mehr in dem Zustand ist, wo der Endreduktionsgrad etwa 100% erreicht, oder der Metallisierungsgrad 100% erreicht, wodurch das reduzierte Eisen schnell aufgekohlt werden kann, um den Schmelzpunkt zu senken und auch schnell innerhalb eines Temperaturbereichs von 1300–1500°C geschmolzen wird. Wenn die restliche Kohlenstoffmenge weniger als 1,5% ist, ist der Schmelzpunkt des reduzierten Eisens auf Grund der unzureichenden Kohlenstoffmenge zum Aufkohlen nicht ausreichend gesenkt, und die Temperatur für das Erhitzen und Schmelzen muss auf 1500°C oder höher erhöht werden.
  • Wenn das Aufkohlen null ist, oder wenn das reduzierte Eisen durch Erhitzen auf eine Temperatur höher als die Schmelztemperatur von reinem Eisen von 1537°C geschmolzen ist, wird die Arbeitstemperatur wünschenswerter Weise möglichst niedrig gesteuert, um die thermische Belastung, die zu dem feuerfesten Herdmaterial in dem praktischen Ofen hinzugefügt wird, zu vermindern. Die Arbeitstemperatur wird wünschenswerter Weise auf 1500°C oder niedriger gesteuert, wenn der Schmelzpunkt des Schlackenebenprodukts berücksichtigt wird.
  • Um die Reduktion der Rohmaterialagglomerate voranzutreiben, die in den Ofen bei einer wirksamen Reduktionsgeschwindigkeit, ohne Verursachen von jeglichem Teilschmelzen der Schlackekomponente, die in den kleinen Rohmaterialagglomeraten enthalten ist, unter Halten des festen Zustands, beschickt werden, ist es erwünscht, ein Zwei-Schritt-Erhitzen zum Ausführen der Reduktion, unter Halten der Ofentemperatur im Bereich von 1200–1500°C, bevorzugter 1200–1400°C, und anschließendes Erhöhen der Ofentemperatur auf 1350–1500°C, um das teilweise hinterlassene Eisenoxid zu reduzieren und zu schmelzen und das erzeugte metallische Eisen zu koagulieren, anzupassen. Gemäß einer solchen Bedingungseinstellung kann das granulierte metallische Eisen stabil und wirksam hergestellt werden, und die Reduktion und Schmelzkoagulation des Eisenoxids kann im Allgemeinen in etwa 10 Minuten bis 13 Minuten vollständig sein.
  • In dem bei der Ausführung dieser Erfindung verwendeten Reduktionsschmelzofen wird Brennererhitzen häufig angepasst, um die kleinen Rohmaterialagglomerate zu erhitzen. In diesem Fall ist, da eine große Menge an CO-Gas durch die Reaktion der Eisenoxidquelle und kohlenstoffhaltigem Material in den kleinen Agglomeraten, die in den Ofen in dem Reduktionszeitraum beschickt werden, erzeugt wird, die Nachbar schaft der Rohmaterialagglomerate durch den Abschirmeffekt des von selbst freigesetzten CO-Gases in einer ausreichend reduzierenden Atmosphäre gehalten.
  • Jedoch wird der Selbstabschirmeffekt verschlechtert, wegen der schnellen Reduktion bei der Erzeugung des vorstehend genannten CO-Gases aus dem Letzteren von der Hälfte des Reduktionszeitraums zu der letzten Stufe davon, und die kleinen Agglomerate neigen dazu durch das Verbrennungsabgas (oxidierendes Gas, wie CO2 oder H2O), das durch das Brennererhitzen erzeugt wird, beeinflusst zu werden, sodass das mit Mühe reduzierte metallische Eisen für Reoxidation anfällig ist. Am Ende der Reduktion wird die Schmelzkoagulation des reduzierten Eisens durch den Schmelzpunktabfall, der durch Aufkohlen des reduzierten Eisens durch den restlichen Kohlenstoff in den kleinen Agglomeraten verursacht wird, vorangetrieben. Jedoch auch in dieser Stufe ist das reduzierte Eisen auch anfällig zum Reoxidieren, da der Selbstabschirmungseffekt schlecht ist.
  • Folglich ist es zum wirksamen Vorantreiben der Schmelzkoagulation nach der Reduktion, unter möglichst starkem Unterdrücken der Reoxidation erwünscht, die Umgebungsgaszusammensetzung in der Schmelzfläche geeigneterweise zu steuern. Als das bevorzugte Mittel dafür kann, wie vorstehend beschrieben, das pulverförmige kohlenstoffhaltige Material auf den Herd vor dem Beschicken der kleinen Agglomerate auf den Herd beschickt werden, oder das kohlenstoffhaltige Pulver kann vorher an die Oberfläche der kleinen Agglomerate angeheftet werden. Wenn das pulverförmige kohlenstoffhaltige Material nämlich vorher auf die Herdoberfläche beschickt wird, oder das kohlenstoffhaltige Material vorher an die Oberfläche der kleinen Agglomerate angehaftet wird, reagiert das kohlenstoffhaltige Material sofort mit dem oxidierenden Gas (CO2 oder H2O), das durch Verbrennung im Brenner in dem Ausgangszeitraum des Schmelzens erzeugt wurde, unter Verändern dieses Gases zu einem reduzierenden Gas, wie CO oder H2. Folglich kann die Nachbarschaft der einer Reduktion unterzogenen Agglomerate in einer stark reduzierenden Atmosphäre gehalten werden, um die Reoxidation von metallischem Eisen möglichst zu verhindern. Das kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel kann weiterhin den Effekt des Wirkens als eine Aufkohlungsquelle für das hergestellte metallische Eisen zeigen, um weiterhin die für das Aufkohlen und Schmelzen des metallischen Eisens erforderliche Zeit zu verkürzen.
  • Um den vorstehend genannten Effekt des kohlenstoffhaltigen Materials als das pulverförmige kohlenstoffhaltige Material, das vorher auf den Herd beschickt wurde, wirksam zu zeigen, wird ein feiner Stoff mit einer Teilchengröße von vorzugsweise 3 mm oder weniger, bevorzugter 2 mm oder weniger, besonders bevorzugt 0,3–1,5 mm, als das pulverförmige kohlenstoffhaltige Material, das vorher auf den Herd beschickt werden soll, verwendet, und er wird vorzugsweise in einer Dicke von vorzugsweise etwa 2–7 mm, bevorzugter 3–6 mm, beschickt. Bei der Anhaftung an die Oberfläche der kleinen Agglomerate wird die Anhaftungsmenge wünschenswerter Weise auf 1–10 Masse-% zu den kleinen Agglomeraten, bevorzugter 3–7 Masse-%, eingestellt.
  • Das gemäß dem vorstehenden Verfahren erhaltene, granulierte metallische Eisen enthält kaum die Schlackekomponente, und weist eine sehr hohe Fe-Reinheit auf, da die Koagulation unter Entfernen des Schlackenebenprodukts ausgeführt wird. Dieses metallische Eisen wird zu einer Stahlherstellungsvorrichtung, wie Elektroofen oder Konverter, geschickt und als Eisenquelle verwendet. Um sie als Stahlherstellungsrohmaterial zu verwenden, wird der Schwefelgehalt (S) wünschenswerter Weise möglichst stark vermindert. Deshalb wird im Ergebnis von Untersuchungen zur Bereitstellung von metallischem Eisen mit niedrigem S-Gehalt durch Entfernen der S-Komponente in dem Eisenerz oder kohlenstoffhaltigem Material in dem vorstehenden Herstellungsverfahren von metallischem Eisen bestätigt, dass eine CaO-Quelle (einschließlich Löschkalk und Calciumcarbonat, zusätzlich zu Branntkalk) positiv mit dem Rohmaterial bei der Herstellung der kleinen Masse durch Vermischen von Eisenerz zu dem kohlenstoffhaltigen Material vermischt wird, um die Zusammensetzungen zu regulieren, sodass die Basizität (oder das CaO/SiO2-Verhältnis) der gesamten Schlacke bildenden Komponente, die in der kleinen Rohmaterialmasse enthalten ist, reguliert, unter Berücksichtigung, dass die Schlacke bildende Komponente, wie taube Komponente, die in dem Eisenerz enthalten ist, 0,6–1,8, bevorzugter 0,9–1,5, ist, wodurch der S-Gehalt des schließlich erhaltenen metallischen Eisens auf 0,10% oder weniger, weiter auf etwa 0,05% oder weniger, vermindert werden kann.
  • Der Koks oder die Kohle, die im Allgemeinen als das kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel verwendet werden, enthalten allgemein etwa 0,2–1,0% S und das Meiste von S wird in das metallische Eisen eingetragen. Wenn andererseits die Basizitätsregulierung durch positive Addition der CaO-Quelle nicht ausgeführt wird, ist die sich aus der Schlacke bildenden Komponente, die in der Rohmaterialmasse enthalten ist, berechnete Basizität in den meisten Fällen 0,3 oder weniger, obwohl sie ziemlich in Abhängigkeit von der Marke des Eisenerzes variieren wird. In solcher Niederbasizitätsschlacke ist der Einschluss (Vulkanisierung) von S zu metallischem Eisen in dem nachstehenden Schmelz- und Koagulationsverfahren unvermeidbar und etwa 85% des gesamten, in der Rohmaterialmasse enthaltenen S wird in das metallische Eisen eingetragen. Folglich ist die Menge an S in dem metallischen Eisen so hoch wie 0,1–0,2% zur Schädigung der Eigenschaft als granuläres metallisches Eisen.
  • Jedoch wird die Zusammensetzung der Schlacke bildenden Komponente so gesteuert, dass durch den positiven Zusatz der CaO-Quelle in dem Herstellungsverfahren der Rohmaterialmasse, wie vorstehend beschrieben, eine Basizität im Bereich von 0,6–1,8 vorliegt, wodurch S in die bei der Reduktion nebenbei produzierten Schlacke und bei dem Aufkohlen, Schmelzen und der Koagulation fixiert wird, und die S-Menge in dem granulären metallischen Eisen kann folglich signifikant auf den Anteil von beispielsweise 0,05–0,08% vermindert werden. Der Mechanismus des Reduzierens von S ist begreiflich, indem der in der Rohmaterialmasse enthaltene S mit CaO (CaO + S → CaS) umgesetzt und als CaS fixiert wird.
  • Beispiel 1
  • Zwei Arten von Gemischen wurden als Rohmaterialien verwendet, jedes Gemisch wurde zu verschiedenen Arten von Agglomeraten, die sich in der Teilchengröße unterschieden, durch Anwendung einer Pfannenpelletisiermaschine pelletisiert und die Produktivitäten der Pellets innerhalb des Bereichs von ±10% einer vorgesehenen Teilchengröße für die entsprechenden Fälle wurden miteinander verglichen. Das Ergebnis wird in 2 gezeigt.
  • Rohmaterial 1
    • Eisenoxidquelle (Eisenerz) Zusammensetzung: T. Fe 68,8%, SiO2 2,1%, Al2O3 0,6%, Teilchengröße 75 μm oder weniger
    • Kohlenstoffhaltige (Kohlepulver) Zusammensetzung: fixierter Kohlenstoff 72,2%, Flüchtigkeitsgehalt 18,4%, Aschegehalt 9,4%, Teilchengröße 75 μm oder weniger
    • Mischverhältnis von Eisenerz/Kohlepulver/Bindemittel: 78,3%/20%/1,7
  • Rohmaterial 2
    • Eisenoxidquelle und kohlenstoffhaltiges Material (Hochofenstaub) Zusammensetzung: T. Fe 38,02%, SiO2 2,51%, Al2O3 1,03%, fixierter Kohlenstoff 14,57%, Teilchengröße 75 μm oder weniger
    • Mischverhältnis von Hochofenstaub/Bindemittel: 98%/2%
  • Wie aus 2 deutlich wird, wird der absolute Wert der Pelletisierungsproduktivität in Abhängigkeit von der Art der Rohmaterialien ziemlich variiert. In beiden Fällen gilt, je größer die vorgesehene Teilchengröße der Pellets, umso geringer ist die Pelletisierungsproduktivität. Wenn die vorgesehene Teilchengröße 10 mm übersteigt, ist insbesondere die Pelletisierungsproduktivität stark verschlechtert. Wenn die vorgesehene Teilchengröße 10 mm oder weniger, insbesondere weniger als 6 mm, ist, kann die Pelletisierungsproduktivität stabil bereitgestellt werden. Das heißt, hohe Produktivität kann in einem Agglomerat mit kleiner Größe mit einer Teilchengröße von 10 mm oder weniger, bevorzugter weniger als 6 mm, die in dieser Erfindung gesteuert werden, verglichen mit einem Agglomerat mit großer Größe, das im Allgemeinen in der Vergangenheit verwendet wurde, erhalten werden, und dieser Vorteil wird in dem Herstellungsverfahren des Rohmaterialagglomerats wirksam gezeigt.
  • Beispiel 2
  • Für zwei Arten von Agglomeraten von Teilchengrößen von 5 mm und 18 mm, die durch Anwendung des gleichen Materials wie das Rohmaterial 1 von Beispiel 1 hergestellt wurden, wurden ungetrocknete Körper bzw. getrocknete Körper hergestellt. Jeder wurde in einen Versuchsofen beschickt, die Temperatur wurde auf 1350°C bei einer Temperaturerhöhungsrate von 1350°C/min erhöht, um das Vorliegen von Bruch zu vergleichen. Für die Einstellung von Bruch, wenn das Agglomerat teilweise bei dem Erhitzen innerhalb des Ofens gebrochen war, und die Hälfte oder mehr der Kugelform nicht halten konnte, wurde das Vorliegen von Bruch eingestuft.
  • Das Ergebnis ist wie nachstehend. Beide Agglomerate mit Teilchengrößen von 5 mm und 18 mm waren in der Form des getrockneten Körpers nicht gebrochen, jedoch der Unterschied durch die Teilchengröße erscheint bemerkenswert bei der Form von ungetrocknetem Körper mit Bruch von 90% der Agglomerate mit großer Größe von 18 mm, gegenüber keinem Bruch der Agglomerate von 5 mm, und hat einen deutlich schlechten Effekt auf die Reduktion. Agglomeratteilchengröße: 5 mm
    Getrocknetes Agglomerat(Anzahl an Brüchen/Anzahl von Test) 0/10
    Ungetrocknetes Agglomerat(Anzahl an Brüchen/Anzahl von Test) 0/10
    Agglomeratteilchengröße: 18 mm
    Getrocknetes Agglomerat(Anzahl an Brüchen/Anzahl von Test) 0/10
    Ungetrocknetes Agglomerat(Anzahl an Brüchen/Anzahl von Test) 9/10
  • Beispiel 3
  • Der als Rohmaterial 2 in dem vorstehenden Beispiel verwendete Staub wurde eingesetzt, um Agglomerate von verschiedenen Teilchengrößen herzustellen. Für jedes Agglomerat wurde ein Reduktionsversuch (das Probenagglomerat wird in einem aus feuerfestem Material hergestellten flachen Tablett beschickt) durch Anwendung eines Versuchsofens (Elektroofen vom Boxentyp) zum Prüfen der Wirkung auf die Produktivität der Teilchengröße des Agglomerats und die Anzahl der Schichten (1–5 Schichten) in dem Ofen ausgeführt. Die Produktivität wurde gemäß der Reduktionszeit, die erforderlich ist, bis die Reduktionsgeschwindigkeit von jedem Probenagglomerat 90% erreicht, eingestuft. Die Reduktionsbedingungen von Stickstoffatmosphäre und einer Temperatur von etwa 1300°C wurden in allen Fällen von diesem Versuch angepasst.
  • Die Ergebnisse werden in 3 und 4 gezeigt. Der Einfluss gegenüber der Produktivität der Schichtdicke des Agglomerats mit einer Teilchengröße, die 6 mm übersteigt, wird in eine Gruppe mit einer Schichtdicke von 1 oder 2 Schichten und in eine Gruppe mit einer Schichtdicke von 3–5 Schichten geteilt. Da das Agglomerat die Strahlungswärme zum schnellen Erhitzen der ganzen Schicht in 1- oder 2-Schicht-Dicke ausreichend aufnimmt, wird die Produktivität stärker verbessert, da die Teilchengröße von jedem Agglomerat größer ist. Im Gegensatz dazu ist die Produktivität der Grenzzustand insgesamt in der 3-Schicht-Dicke oder mehr, da die Übertragung von Strahlungswärme zu dem Agglomerat auf der unteren Schichtseite verzögert ist. Obwohl der Einfluss durch die unzureichende Wärmeübertragung zu der unteren Schichtseite durch die Mehrschichtbeschickung bemerkenswert bei der Teilchengröße des Rohmaterialagglomerats von 6 mm oder, insbesondere 10 mm übersteigend, erscheint, wobei die Verbesserung der Produktivität blockiert wird, wird nämlich die Teilchengröße des Rohmaterialagglomerats auf 10 mm oder weniger gesteuert, wodurch die Produktivität durch die Erhöhung des Rohmaterialagglomerats im Gewicht scheinbar verstärkt wird, unter begleitender Erhöhung der Anzahl an Schichten (3).
  • Wenn ein Agglomerat insbesondere mit einer Teilchengröße von 6 mm verwendet wird (4), zeigt die Gruppe mit größerer Schichtdicke von 3–5 Schichten scheinbar die höhere Produktivität als die Gruppe mit Schichtdicke von 1–2 Schichten. Es kann nämlich daraus bestätigt werden, dass, um die Teilchengröße des Agglomerats auf weniger als 6 mm einzustellen, es sehr wirksam ist, die Produktivität durch die Erhöhung des Rohmaterialagglomerats im Gewicht durch die Erhöhung der Anzahl an Schichten wirksamer zu verstärken. Der Grund dafür ist nachvollziehbar, indem die kleinere Teilchengröße des Agglomerats zu einer Erhöhung der Be schickungsdichte in der Rohmateriaibeschickungsschicht führt, um den Unterschied in der Wärmeübertragungsgeschwindigkeit zu kompensieren, sodass die Temperatur schnell auf den unteren Schichtteil erhöht werden kann. Wenn folglich das Agglomerat mit kleiner Größe verwendet wird, kann die Beschickungsmenge pro Einheit Ofenfläche durch die Erhöhung der Anzahl an Schichten zum Erhöhen der Produktivität erhöht werden.
  • Weiterhin wurden Agglomerate, die sich in der Teilchengröße unterschieden, in 1–5 Schichten in dem gleichen, wie vorstehend beschriebenen Verfahren geschichtet, und die Wärmereduktionsprüfung wurde ausgeführt, um die notwendige Zeit vom Erhitzungsbeginn bis die Metallisierungsgeschwindigkeit von jedem Agglomerat 90 erreicht, zu messen, wobei die optimale Schichtdicke gemäß der Teilchengröße des Agglomerats geprüft wurde. Folglich wurde bestätigt, dass die optimale Dicke 1,1 Schichten in einem Agglomerat mit einer Teilchengröße von 10 mm, 2,0 Schichten in einer Teilchengröße von 8 mm, 1,7 Schichten in einer Teilchengröße von 6 mm, 2,7 Schichten in einer Teilchengröße von 4 mm, 3,2 Schichten in einer Teilchengröße von 3 mm und 4,3 Schichten in einer Teilchengröße von 2 mm ist.
  • 5 zeigt die Kurve des Ergebnisses des vorstehenden Versuchs. Bei der Dispersion der Eigenschaften oder Produktivität von praktischen Öfen wird die optimale Zahl von Schichten gemäß der Teilchengröße des Agglomerats im Bereich eingestellt, der durch die schräge Linie von 5 gezeigt wird, wodurch die Produktivität pro Einheit Ofenfläche wirksam verstärkt werden kann. Wie auch aus der Kurve deutlich wird, kann, wenn die Teilchengröße des Agglomerats auf 10 mm oder weniger, bevorzugter weniger als 6 mm, insbesondere in dem Bereich von 2–5 mm, eingestellt wird, das Optimum der Anzahl an Schichten erhöht werden, um die Produktivität pro Einheit Herdfläche wirksam zu verbessern.
  • Bei der LOAD (kg/m2) in dem vorstehend beschriebenen Ausdruck mit der Teilchengröße des Agglomerats D (m) kann der nachstehende Ausdruck erhalten werden. LOAD(kg/m2) = scheinbare Dichte(kg/m3)(3/4·π(D/2)2(m3) ÷ D2
  • Da die LOAD im Wesentlichen gemäß der Teilchengröße (D) des Agglomerats bestimmt wird, kann die geeignete Anzahl an Schichten (H) gemäß der Teilchengröße (D) des Rohmaterialagglomerats, wie in 5 gezeigt, bestimmt werden. Der Durchmesser wird als die Teilchengröße angepasst, wenn die Teilchengröße des Rohmaterialagglomerats im Wesentlichen gleichförmig ist, und der Gewichtsdurchschnitt oder der mittlere Durchmesser, umgewandelt zur Kugelbildung, können angepasst werden, wenn die Teilchengröße gleichförmig ist oder die Form auch wie Brikett uneben ist.
  • Außerdem kann die optimale Zahl der Schichten erhöht werden, um die Produktivität pro Einheit Herdfläche von granulärem metallischem Eisen zur Herstellung von Schmelzen und Koagulieren wirksam zu verbessern.
  • Beispiel 4
  • Eisenerz(wesentliche Komponenten: T. Fe 69,2, Al2O3 0,51%, SiO2 1,81%) als Eisenquelle, Kohlepulver (wesentliche Komponenten: fixierter Kohlenstoff 71,6%, Aschegehalt 8,8%, flüchtiger Gehalt 19,6%) als kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel und Branntkalk wurden als Bindemittel verwendet, diese wurden gleichförmig in einem Masseverhältnis von 78,54:20,46:1,00 vermischt und für etwa 15 Minuten durch Anwendung eines Mischers unter Besprühen mit Wasser vermischt, wodurch ein pseudo-granuliertes kleines Agglomerat (Wassergehalt: 12,9%) erhalten wurde. Die kleinen Agglomerate wurden getrocknet, sodass sie einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 6% aufweisen, und durch Sieben zu vier Teilchengrößengruppen von 1,0 mm oder weniger, 1,0–3,35 mm, 3,35–5,6 mm und 5,6–6,7 mm getrennt.
  • Die pseudo-granulierten kohlenstoffhaltigen Teilchen wurden über die Bodenfläche eines aus feuerfestem Material hergestellten, flachen Tabletts dicht geschichtet, und jedes von den gesiebten kleinen Agglomeraten wurde in eine Schicht beschickt, sodass eine Höhe von etwa 12 mm vorliegt. Dies wurde in einen kleinen Elektroofen gegeben und für 12 Minuten auf 1440°C (für 15 Minuten bei der Anwendung von jenen mit einer Teilchengröße von weniger als 1 mm) erhitzt, während 100% Stick stoffgas zur Reduktion und Schmelzen desselben eingetragen wurden, wodurch granuliertes metallisches Eisen experimentell hergestellt wurde. Der Durchschnittswert der scheinbaren Dichte des erhaltenen, granulierten metallischen Eisens und die Fe-Ausbeute des granulierten metallischen Eisens mit einer Teilchengröße von 3 mm oder mehr werden in 9 gezeigt. Zum Vergleich wurde die Herstellung von granulärem metallischem Eisen in der gleichen Weise wie in dem vorstehenden Verfahren ausgeführt, mit der Ausnahme der Einstellung der mittleren Teilchengröße der Agglomerate auf 18,5 mm und Ändern der Heizbedingung auf 1430°C × 12 Minuten. Das Ergebnis wird auch in der gleichen Figur gezeigt.
  • Bei der Herstellung des granulierten metallischen Eisens durch Erhitzen und Reduzieren des Agglomerats, das die Eisenoxidquelle und das kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel enthält, wird im Allgemeinen vorgeschlagen, dass das größere granulierte metallische Eisen erhalten werden kann, wenn die Größe des Rohmaterialagglomerats größer wird. In dem vorstehenden Versuch wird auch erkannt, dass die Teilchengröße des erhaltenen granulierten metallischen Eisens sich in der Regel relativ erhöht, wenn sich die Teilchengröße des Rohmaterialagglomerats erhöht. Jedoch ist diese Tendenz gering, und selbst wenn das kleine Agglomerat mit einer Teilchengröße von etwa 3–7 mm dieser Erfindung als das Rohmaterial verwendet wird, ist die Teilchengröße des erhaltenen granulierten Eisens von der Teilchengröße des granulierten Eisens, das bei der Anwendung des Agglomerats mit einer allgemeinen Teilchengröße von etwa 18 mm erhalten wird, kaum verschieden. Somit kann gemäß dieser Erfindung der vorstehend erwähnte Vorteil durch Anwenden von kleinen Agglomeraten wirksam unter kaum Verursachen der Verschlechterung in der Qualität des granulierten metallischen Eisens ausgeführt werden.
  • In dem vorstehenden Versuch war, da das Kokspulver auf den Herd gelegt wurde, das hergestellte granulierte metallische Eisen vollständig auf der Oberfläche des Kokspulver koaguliert und die Korrosion des Tabletts wurde deutlich in der Bodenoberfläche beobachtet, jedoch nur wenig an der Seitenwandoberfläche beobachtet.
  • Wenn die Eisenoxidquelle und kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel der gleichen Zu sammensetzung wie die vorstehenden als die Rohmaterialien verwendet wurden, wurde die Wärmereduktion unter der gleichen Bedingung wie vorstehend ausgeführt, mit der Ausnahme der Anwendung von trockenen Pulvern, die keiner Agglomerierungsbehandlung unterzogen wurden. Im Ergebnis wurde bestätigt, dass kein geschmolzenes metallisches Eisen hergestellt wurde, selbst wenn die Heiztemperatur auf 1480°C erhöht wurde. Der Grund dafür ist nachvollziehbar, indem die Reduktion auf Grund der Eisenoxidquelle stark vorangetrieben wurde und das kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel nicht in engem Kontakt zueinander war und das Eisenoxid nicht zu metallischem Eisen in dem Anteil von 1440°C reduziert werden konnte.
  • Beispiel 5
  • Das Eisenerz (das gleiche wie in Beispiel 4) als Eisenquelle und Kokspulver (das gleiche wie in Beispiel 4) als kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel wurden verwendet; die beiden wurden gleichförmig in einem Verhältnis 79,3%:20,7% (Masse-%) vermischt und 10% Wasser wurden dann zur Ausführung der Pelletisierung durch Anwendung einer Pfannenpelletisiermaschine zugegeben, wobei kleine Agglomerate mit Teilchengrößen von 3–5 mm hergestellt wurden. Die kleinen Agglomerate wurden in einem aus feuerfesten Material hergestellten, flachen Tablett in einer Dicke von etwa 30 mm ohne Trocknen beschickt, wobei längliche Häufungen von 20 mm oder 30 mm in der Höhe auf der Oberfläche in Intervallen von einer Breite von 30 mm gebildet wurden, und das erhaltene Tablett wurde in einen Elektroofen vom Boxtyp beschickt und für 12 Minuten auf 1425°C erhitzt, wodurch die Reduktion und das Schmelzen und die Koagulation ausgeführt wurden. Im Ergebnis des Vergleichs für den Herstellungszustand von granuliertem metallischem Eisen (Ausbeute von granuliertem metallischem Eisen 3,35 mm oder mehr im Durchmesser), war die Ausbeute an granuliertem metallischem Eisen mit 3,35 mm oder mehr im Durchmesser, 93,0% in der Höhe des Furchenbergs von 20 mm und 94,7% in der Höhe des Furchenbergs von 30 mm.
  • Wenn der fließende Zustand von geschmolzenem metallischem Eisen, das durch das Erhitzen nach Reduktion hergestellt wurde, durch ein Beobachtungsfenster in dem vorstehenden Versuch beobachtet wurde, wurde das Phänomen, dass das ge schmolzene metallische Eisen, das in dem oberen Teil des Furchenbergs erzeugt wurde, entlang der Vertiefungsbereiche abwärts fließt und koaguliert, und in dem Vertiefungsbodenbereich Granulate beobachtet wurden. Es wurde bestätigt, dass die Teilchengröße des erhaltenen granulierten metallischen Eisens größer ist, wenn der Furchenberg größer ist. Jedoch, wenn der Furchenbergabstand zu breit ist, kann der vorstehende Koagulationseffekt kaum wirksam gezeigt werden. Es wurde bestätigt, dass das granulierte metallische Eisen mit einer Teilchengröße von etwa 3 mm oder mehr wirksam in einem Furchenbergabstand, eingestellt auf etwa 10 mm, hergestellt werden kann.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen, umfassend: Agglomerieren eines Rohmaterialgemischs, welches ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel und ein Eisenoxid-enthaltendes Material enthält, in kleine Agglomerate, Beschicken der kleinen Agglomerate in einen Reduktionsofen, Erwärmen der kleinen Agglomerate in dem Reduktionsofen und Feststoffreduzieren von Eisenoxid in den kleinen Agglomeraten, um festes reduziertes Eisen herzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß 60 Masse-% oder mehr der kleinen Agglomerate eine Größe in einem Bereich von 3 mm bis 7 mm aufweisen.
  2. Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen nach Anspruch 1, ferner umfassend: Erwärmen des festen reduzierten Eisens innerhalb des Reduktionsofens, Schmelzen des metallischen Eisens, welches in dem festen reduzierten Eisen hergestellt wird, und Koagulieren des geschmolzenen metallischen Eisens, während die Schlackekomponente, welche in den kleinen Agglomeraten enthalten ist, abgetrennt wird, um granuliertes metallisches Eisen bereitzustellen.
  3. Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen nach Anspruch 1 oder 2, wobei die kleinen Agglomerate auf den Herd des Reduktionsofens in 2 bis 5 Schichten beschickt werden.
  4. Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die kleinen Agglomerate auf den Herd des Reduktionsofens beschickt werden, um gegenseitig in einer Dicke von 10 bis 30 mm zu überlappen.
  5. Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die kleinen Agglomerate auf dem Herd des Reduktionsofens derart abgeglichen werden, daß die Anzahl der Schichten 3 bis 5 beträgt.
  6. Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die kleinen Agglomerate in den Reduktionsofen ohne, Trocknen beschickt werden.
  7. Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die kleinen Agglomerate nach Trocknen von mindestens der Oberfläche davon auf den Herd beschickt werden.
  8. Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei Erhebungsbereiche und Vertiefungsbereiche auf der Schicht aus kleinen Agglomeraten, die auf den Herd des Reduktionsofens beschickt werden, gebildet werden.
  9. Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die kleinen Agglomerate nach Auflegen eines pulverförmigen kohlenstoffhaltigen Materials auf den Herd des Reduktionsofens beschickt werden.
  10. Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die kleinen Agglomerate auf den Herd mit dem kohlenstoffhaltigen Pulver, welches an der Oberfläche davon anhaftet, beschickt werden.
  11. Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Reduktionsofen ein Drehherdofen ist.
  12. Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die kleinen Agglomerate in den Reduktionsofen beschickt werden und die Oberflächentemperatur anschließend in der Zeit von 1/3 der Gesamtreduktionszeit auf 1200°C oder höher erhöht wird.
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