TW201100554A - Method for producing metallic iron - Google Patents

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201100554 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種對鐵礦石等之氧化鐵與煤等碳質還 原劑之混合顆粒物等進行加熱而還原氧化鐵以製造金屬生 鐵之技術、即所謂之直接還原製鐵法之改良，詳細而言， 本發明係以通過上述製造過程十之機制解析而獲得之^賴 知識見解作為基礎，向金屬鐵製造製程中導入新的 法者。 工 【先前技術】 直接還原製鐵法係作為可在盥含摅 ~ j社興阿爐法相較壓倒性的小 規模且節能之條件下實施之下一代製鐵法而持續發展，近 年^確立有稱作ITmk3 (第三世代製鐵法）之優異製法。 目則實用工廠之建設以及藉由 楮由„亥裝置而製造之粒狀金屬鐵 (通稱塊鐵）之商品化（例如 j斯用作電爐製鋼用之鐵源）不 斷發展。簡單地對該方法、隹# 進订說明’可使用高爐法中難以 使用之煤作為碳質還原劑，將於其中添加鐵石廣石等氧化鐵 而：之混合物之顆粒物作為原料，利用來自該顆粒物中之 碳質還原劑而生成之请盾 > <原性軋體將氧化鐵還原，藉此於該 顆粒物上生成金屬鐵外戍 卜皮且使其成長，推進固體狀態下之 還原直至於顆粒物中4 ^ γ土廿 巩化鐵實負上不存在，進而繼續加熱 使八内部所副生之炫、杳 ”·' 一 口生屬鐵外皮之外側流出。 將以此方式所得之金屬樵Β阶士 ，屬鐵及熔渣冷卻固化，將熔渣粉 碎並且藉由磁選或餘；\ 3, , ^ , 來£为出固化為粒狀之金屬鐵，或 者加，，，、熔融並利用比重 八 而刀離為炫鐵與嫁渣，如此可獲 201100554 得金屬鐵為95質量％以上、進而98質量％以上之高純度製 品0 於實施上述方法時，雖係使以加熱還原所生成之金屬 鐵外皮進而加熱熔融，藉此使内部之熔融m金屬鐵外 皮之外部流出，但就節能之觀點而言，為了使金屬鐵外皮 於儘可能低之溫度下熔融，較理想的是使碳供給、滲入至 構成金屬鐵外皮之鐵之晶格内（以下有時僅稱作“渗碳，，） 而成為碳含量較多之鐵’藉此使該金屬鐵外皮之熔點下降。 關於此種製鐵法，本發明者等人已先提出了專利文獻 1、專利文獻2所記載之方法，其後亦不斷進行直接還原製 鐵法之改良研究。 ^專利文獻1所記載之技術係以如下為要點之方法：於 藉由上述顆粒狀原料混合物之加熱、還原、、熔融來製造金 屬鐵時’控制含有多成分系脈石成分之生成熔逢之固液共 存相中之液相帛’藉此促進向金屬鐵外皮中之渗碳而使金 屬鐵之熔點下降。於該方法以前之先前技術中，雖提出有 從將來自鐵礦石等之脈石成分全部熔融時之熔點之觀點對 μ生m驗度進行調整的控制手法，但根據專利文獻i 之方法’ ^期待於生成熔漬中部分存在之液相的作用，不 產生使熔潰全部熔融之狀態，而是形成因其部分液化使得 =率提高之料與碳„原劑共存之㈣，則可確認向 屬鐵外皮中之渗碳高效率地進行。認為其機制如 I提同炼邊成為固液共存狀態時之液相率使得該液相 /刀發揮載體之作用，利用碳質還原劑將液相熔渣中之 鐵溶融還原所得之含碳熔融鐵將固體狀金屬鐵之表面濡渴 201100554 而接觸，藉此促進滲碳。 專利文獻2就著眼於上述生成熔渣之方面而言相同， 但其基本思想係以對該熔渣中之升溫過程之初始階段之初 始熔融熔渣之生成溫度進行控制為要點的方法。於此方法 中之初始熔融熔渣之生成溫度’係根據原料混合物顆粒物 中存在之鐵礦石中之脈石成分、碳質還原劑中之灰分、及 還原中途階段或未還原成分之氧化鐵此三者所構成之多成 分系平衡狀態圖而決定之值。即於先前之直接還原製鐵方 〇 法中係以推進固體狀態下之還原直至於顆粒物中氧化鐵實 質上不存在作為指標之一’但此方法係欲將未還原而殘留 之氧化鐵組入多成分系平衡狀態圖而進行控制者。此處， 未還原之氧化鐵熔融而熔渣化，被碳還原而生成碳飽和 鐵’該碳飽和鐵成為碳之載體而促進滲碳。 作為專利文獻2之具體實施中之控制目標，係規定最 終獲得之金屬鐵之目標碳濃度’並根據上述多成分系平衡 狀態圖而估算初始熔融熔渣之生成溫度。視需要亦可進而 〇 加入其他脈石成分來控制初始熔融熔渣之生成溫度《於該 方法中’最終可獲得能夠將溶渣之初始熔融溫度控制為較 低之成果’藉此可實施更低之溫度下之操作，其結果為亦 可獲得如下優點：可促進更低之溫度下之滲碳而使金屬鐵 之熔點快速下降，有助於作業整體之節能，並且藉由控制 碳濃度’可根據碳含量來調整製品金屬鐵之品質。 先前技術文獻 專利文獻 專利文獻1 :曰本特開2005-048197號公報 5 201100554 專利文獻2 : 曰本特開2007-191736號公報 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] 然而’本發明者等人對上述渗碳製程進行了更深 檢討之結果’發現先前係以氣體滲碳或經由溶融氧化 滲碳發揮核心作用之前提為根本，但對直接還原步驟之^ 態機制進而加以檢討後，加深作為新的視點必須確立重視 FhC之滲碳步驟之控制法的認知。因此，對控制之^ 碳之手法進一步檢討後，想到了能夠控制與使用之煤之品 質對應之滲碳的方法，從而完成了本發明。 即，本發明之目的係伴隨FhC之滲碳之機制之發現， 著眼於有助於FhC生成之碳質還原劑，具體而言係著眼於 來自炭質還原劑之CO、C〇2、H2之類的氣體成分而確立可 控制滲碳之具體之手法。 [解決問題之手段] 本發明之主旨係如下所示。 (1 ) 一種金屬鐵之製法，其係對含有碳質還原劑與氧 化鐵含有物質之原料混合物進行加熱並使其還原從而製造 金屬鐵者’其特徵在於： 上述碳質還原劑含有20〜60質量％之揮發成分； 來自上述碳質還原劑之氣體為co-co2-h2系氣體； 包含如下步驟：於包含上述C〇-C02-H2系氣體之氣體 境下加熱上述.原料混合物，藉此生成固體Fe3C之步膊； 將該FeaC熔融之步驟；及經由該熔融Fe3C而對還原鐵進 201100554 行滲碳之步驟。 (2) 如上述〇)之金屬鐵之製法，其中作為上述碳 質還原劑，係使用1種或2種以上之碳質物質以使上述 C0-C02-H2系氣體之H2/CO莫耳比成為2〜4。 (3) 如上述（1)或（2)之金屬鐵之製法，其中上述 生成固體FesC之步驟包含將上述原料混合物於3〇〇〜η” °C之溫度區域中保持5〜60分鐘之步驟；上述熔融Fe3(：之 步驟包含至少加熱溫度達125(rc為止係以1〇〇以分鐘以上 0 之速度升溫之步驟。 (4)如上述（1)至（3)中任一項之金屬鐵之製法， 其包含於上述熔融FeA之步驟之後，進而升溫至〜 1500°C之溫度區域之步驟。 (5)如上述⑴至（4)中任一項之金屬鐵之製法， 其中於上述生成固體Fe3C之步驟之前，包含使上述碳質還 原劑之揮發成分氣化而生成上述CO，％系氣體之步驟。 Ο ()如上述（1)至（5)中任一項之金屬鐵之製法， 其包含於原料混合物中添加溶劑以使上述還原鐵之製造過 程中副生之熔渣之Ca0/Si〇2之值為〇6〜12之步驟。 (7)如上述（1)至, (5)中任一項之金屬鐵之製法， :::如下步驟：將原料混合物之最高加熱溫度設為小於 料飞^鐵之製造過程中副生线渣的熔融溫度，粉碎原 物結由磁選而自固體狀之熔渣與粒狀鐵之混合 物中回收粒狀鐵。 (8)如上述（1)至 其中製成原料混合物之前 5)中任一項之金屬鐵之製法， 對上述碳質還原劑進行乾餾， 201100554 將揮發成分調整成20〜60質量％。 [發明之效果] 本發明較先前之方法改盖右. 〇有‘可使用多種多樣之碳質 物質’並且可以低於先前之極 ^ . L 操作〉现度而進行還原操作，高 效率地將氧化鐵還原至金屬 .,A 爾敦丈且加快滲碳，將生成之高 3石厌金屬鐵於更低溫側高效率 门双半地自熔渣中分離，從而可高 產率地製造碳濃度經控制之金屬鐵。 【實施方式】 本發明係以對鐵礦；5 #氧化鐵與煤等碳質還原劑之原 枓混合物進行加熱而還原氧化鐵來製造金屬鐵之技術、即 π胃的直接還原製鐵法作為基礎者，特別係藉由調整碳質 逛原劑之揮發成分而自原料混合物中高效率地生成_， 並經由上述Fe3C而提高向還原鐵之渗碳速度。 具體而。，本發明係關於一種金屬鐵之製法，⑴其 係對含有碳質還原劑與氧化鐵含有物質之原料混合物進朽 加熱，使其還原而製造金屬鐵之方法，（2)石炭質還原劑令 有2〇〜60質量％之揮發成分，⑴將來自碳質還原劑之氣 體设為C〇_C〇2-H2系氣體，“）且包含如下步驟：於含矣 CO-C〇2-H2系氣體之氣體環境中對上述原料混合物進行办 …藉此生成固體Fe3C之步驟；將該熔融之步驟; 及經由、溶融Ρρ,ρ & μ 十還原鐵進行參碳之步驟。以下’按用 (1 ) ( 4 )之順序對上述詳細内容進行說明。 (1)對原料混合物進行加熱’使其還原而製造金屬箱 之方法 201100554 於本發明之金屬鐵之製造中，含有碳質還原劑與氧化 鐵含有物質之原料混合物係碳質還原劑與氧化鐵含有物質 之直接混合粉體、或係藉由下述成塊化手段而經成塊化 者。作為成塊化手段除了可使用壓塊化用壓製機（缸麗、 輥壓、環滾輪壓等）等壓製機以外，可使用擠製機、轉動 型造粒機（盤製粒機、圓桶製粒機等）等眾所周知之各種 機器。 成塊物之形狀並無特別限定，可採用塊狀、粒狀、壓 0 塊狀、顆粒物狀、棒狀等各種形狀。 雖將上述成塊物還原熔融來製造粒狀金屬鐵，但關於 具體的還原熔融方法並無特別限定，使用眾所周知之還原 炼融爐便可。以下，雖舉使用移動爐床式加熱還原爐來製 造粒狀金屬鐵之情形為例，但並非意圖限定於此。 圊1係以例示移動爐床式加熱還原爐之概略步驟說明 圖，來表示旋轉爐床式者。於旋轉爐床式加熱還原爐A中， 上述成塊物1與較佳作為底面鋪材而被供給之粉粒狀之碳 ◎質物f 2通過原料投入漏+ 3，冑續地被裝入至旋轉爐床* 上。更詳細而t，於成塊物丨之裝入之前，自原、料投入漏 斗3將粉粒狀之碳質物質2裝入旋轉爐床4上並鋪滿，其 後裝入成域物丨。圖示例中表示成塊物丨與碳質物質2之裝 入共用1個原料投人漏斗3之例，但當然亦可使用2個以 上之漏斗來裝入該等原料。 又作為底面鋪材而被裝入之碳質物質2雖會提高還 原效率並且在調整所獲得之粒狀金屬鐵附近之還原性氣體 環境而增進低硫化方面亦極為有效，但隨狀況不同亦可省 9 201100554 略。 圖示之旋轉爐床式加熱還原爐A之旋轉爐床4係向逆 時針方向旋轉，雖根據操作條件而不同，但1周約為1〇分 鐘〜20分鐘左右，在此期間成塊物1中所含之氧化鐵被固 體還原’同時生$ Fe3C。詳細内容雖於下文進行說明，但 若Fe3C因升溫而熔融，則其與殘留碳質還原劑一起將還原 鐵滲碳且熔點降低而凝聚成粒狀，並且藉由與副生炼浩分 離而成為粒狀金屬鐵…於該還原爐A之旋轉爐床4之 上方側壁及/或者頂部設有複數個燃燒器5,藉由該燃燒器5 之燃燒熱或其輻射熱而對爐床部供給熱。 *由耐火材料構成之旋轉爐床4上所裝入之成塊物！於 Θ爐床4上在還原内向圓周方向移動過程中，藉由來 自九.、燒器5之燃燒熱或輻射熱而被加熱，於通過該還原爐a 内，加熱帶之期間’該成塊⑯1内之氧化鐵被固體還原、 滲碳後，—面與副生之熔融熔渣分離，且由於受殘留之碳 質還原劑之渗碳而軟化’ 一面粒狀凝聚而成為粒狀金屬鐵 、'於旋轉爐床4之下游側區域中被冷卻固化後’藉由螺 旋等排出裝置6而自爐床上被排出。圖i中，7表示排氣管， 8表示漏斗。 轉爐木上之加熱還原進展，成塊物中之氧化鐵之 原大致結束後，雖相當於純鐵之鐵純度較高之還原鐵會 成’但於加熱還原步跡φ & _ 驟中生成之還原鐵粒子被成塊物内 成之熔融Fe3C (註^ — μ 細内谷於下文進行說明）以及殘留之 質還原劑而急速地:灸山 '夕厌。而且，伴隨還原鐵中[C]量之增 而炫點大幅降低，於】。 田 ' 1 47 C之度開始熔融，進而加熱（ 201100554 如⑽〜1500t)時微細粒狀之還原鐵彼此相互凝聚，藉 此最終成為大粒之粒狀金屬鐵。該溶融·凝聚過程中，於成 鬼物内所3之炫蜜形成成分亦炫融，一面相互凝聚一面與 粒狀金屬鐵分離。再者，即便未必粒狀金屬隨著凝聚進展 而變大，亦可將維持金屬鐵小粒之狀態而與炫淺一起冷卻 固化之混合物粉碎並藉由磁選而取出金屬鐵小粒。 (2)揮發成分為20〜60質量％ ο 為了使有效地有助於^之生成之c〇_c〇2_H2系氣體 埋係使用含有揮發成分者作為碳㈣原劑。為了有效 有2^C〇-C〇2_H2系氣體之此種效果，碳質還原劑必須含 ^質量%以上之揮發成分。揮發成分之下限值較佳為25 分==^更佳為3〇 f4%以上。另一方面’若揮發成 值較于過多’則還原效率下降，故揮發成分之上限 值車乂佳為例如6〇質量％，f # 佳為55質量％以下，進而較佳 為5 〇質量〇/0以下。作為 作為炭質還原劑，可使用滿足上述揮發 ❹ 紙刀义含量之1種碳質 #可猎由混合揮發成分之含 而調敕：2種以上之碳質物質（例如瀝青碳、褐碳等） 而调2揮發成分之含有比例。 時&使用揮發成分含有率較高之碳質物質之情形 二Π於製成原料混合物之前，至少將其-部”入至 爐進行乾餾，調整為使揮發成分為2()〜6()質量％。 (3 ) C0-C02-H2 系氣體

之生成本上所述CO'C〇2_H2系氣體係有效地有助於Fe3C 曰月中，所謂C0-CXVH 境氣體。於本發 2糸氣體係指CO氣體、c〇2氣體、 11 201100554 Η2氣體合計含有95莫耳％以上之氣體者。c〇氣體、ch 氣體、&氣體之合計量較佳為98莫耳％以上，更佳為992 莫耳％以上。 产本發明者等人不僅使用c〇-c〜h2系氣體，亦使用c〇 氣體、C〇'C〇2系氣體進行了各種實驗，確認該等氣體均生 成Fe/，但若與使用c〇_c〇2_H2系氣體之情形相較， 之生成效率欠佳。 (b )根據本發明者等人之檢討可明瞭：為了進而高效 率地生成FeW，較佳為將c〇_c〇2_H2系氣體中之^氣^盥 CO氣體之莫耳比（H2/c〇)調整至一定之範圍内。圖2係 於放置含有碳質還原劑與氧化鐵含有物質之原料混合物之 氣體環境中，著眼於&氣體與C0氣體，對莫耳比之 分壓IWC◦之分壓Pc。）與來自上述原料混合物之生』物 (Fe Fe3C ’ C_t (煤））之質量比之關係進行調查的實驗 結果。溫度條件為900[K] ( 627[。(：])。 根據圖2可知，冑Ph2/Pc〇之值$】時煤之生成比例變 得最多。關於C含量非常高為6 7質量％時之W之生成 仃為’根據通常之觀點而言’認為表現出與煤之生成相同 之傾向，但意外的是，Fe3C之生成比例變得極大並非於 Ph2/Pco之值為1時，而是高出2點之3時。根據以上内容， 只要至少將Ph2/Pco之值設為2〜4，便可高效率地生成 FhC。為了以此方式調節還原氣體環境之分壓，可使用揮 發成分之含量滿足上述分壓條件t i種碳質物質，或混合 使用揮發成分之含有比例不同之2種以上之碳質物質（例 如瀝青碳、褐碳等）。 12 201100554 再者’ CO氣體與C〇2氣體甲，使用CO氣體之分展來 規及上述範圍之理由係如下所示。C〇2氣體雖可由碳質 齊]J γ|*» 之氧生成，但若c〇2氣體較多則會阻礙自Fe2〇 向Fe3〇4之還原、即會往阻礙FhO4之生成之方向作用。圖 3係表不Fe_C—H-0系之介穩相（壓力1.013xl05[Pa],溫声 800[K])之圖。圖3之左側表示&之含有比，右侧表示氧 之含有比，上側雖未圖示但表示碳之含有比。根據圖3可 知，CO-H2線（虛線）附近為j^c生成之穩定區域， 〇線（相同之虛線）附近原本為磁鐵礦（Fe3〇4 )之穩定區域， 若Η〗/辰度變兩則根據速度論之觀點而言可生成^但 是，可知C〇2氣體對於Foe之生成基本上無幫助。 再者，若還原氣體環境中存在較多之c〇2氣體，則相 應地C0氣體被稀釋化，根據本發明者等人之檢討，無論是 氣體環境溫度為800K之情形還是900K之情形時，氣體量 比h2/ (co+co2) =1時即便使co氣體之分壓Pc〇/ (pc〇 + PC〇2)減少至0.4亦可製造FgC。若添加氫而將氣體量比 ❹提高至H2/ (C0+C02) =3.9，確認不依賴於c〇與c〇2 之比例而形成FhC。這意味著若還原氣體環境中存在Η。 即使存在少量c〇2、也就是即便降低co氣體之分壓pc〇/ (Pco+ Pc〇2)，亦可生成 Fe3C。 (4)固體Few之生成'Few之熔融、利用Fe3c之滲 碳 (4-1 )固體Fe3C之生成 於還原爐等中對含有碳質還原劑與氧化鐵含有物質之 原料混合物進行加熱，藉此自氧化鐵含有物質生成固體 13 201100554

Fe3C。作為固體夕斗》& 生成條件，例如為將原料混合物加 熱至較佳為300〜1147〇c$，、σ奋 土法 c之皿度區域。以揮發成分之氣化結 束為目標，較佳為於上述溫声F硤 上迈/皿度&域内保持5分鐘以上，就 ^效率之方面而言例如保持6Q分鐘以τ(無須保持固定 /皿度’而於上述溫度區域内維持溫度）。溫度條件之下限 更佳為400。(：，進而較佳A snn(3r , ^ 延阳权佳為500 C，上限更佳為n〇(rc，進 而較佳為loorc ’尤佳為9〇(rc。保持時間之下限更佳為 1〇分鐘’進而較佳為15分鐘’上限更佳為40分鐘，進而 較佳為30分鐘。 外/ π〜則，邳4无進行將与 質還原劑之揮發成分揮發之步驟。於將爐内溫度適當地右 持為料揮發成分之氣化之溫度的區域中，產生CQ_c〇d 系氣體，藉此可高效率地進行固體Fe3C之生成。 (4-2 ) Fe3C之熔融、利用熔融Fe3(：之滲碳 其後，可知若對含有Fe3C之原料混合物進行急速加 :、’則即便係較低溫度（125(rc )，亦生成液狀之he (炫 j Fe3C)。進行急速加熱之理由在於：於低速加熱原料現 &物之情形時’根據Fe_c狀態圖，會析出粒滴斑鐵共晶與 石墨，有可忐無法獲得本發明所必需之液冑Μ。。此處， 所謂急速加熱，係指如下述般、例如以刚κ/分以上: 為分以上、更佳為3〇〇κ/分以上）之速度進行斤溫乂。 再者，本發明者等人能確信於原料混合物中存在熔融 hC係由於利用液態氮將上述急速加熱至12%^之原 現合物急速冷卻後，在固體中觀察到了 Fe3C。將原料混合 物緩冷卻時，根據Fe_c狀態圖會析出隱晶質石墨，故：： 14 201100554 推測1250°C以上之原料混合物之組成狀態。 用以溶融FesC之加熱溫度較佳為1250°c以上。為了更 確實地使FesC熔融，較佳為126(rc以上，更佳為127(rc 以上。另一方面’就之熔融之觀點而言，到達溫度區 域雖無特別上限’但只要到達135(rc左右則充分熔融。就 還原反應以及渗碳充分進行之觀點而言，還原氣體環境之 溫度處於1250。(：以上之狀態之時間，例如為5〜3〇分鐘， 較佳為10〜20分鐘。

〇 然而’為了促進還原鐵之熔融之凝聚，亦可附加於Fe3C 熔融之後’進而加熱至13〇(rc以上（較佳為132〇t：以上， 更佳為1340C以上）之步驟。就生產效率之觀點而言，該 情形時最終到達溫度亦較佳為15〇〇〇c以下（較佳為145(rc 以下，更佳為1400°C以下）。於該情形時，若於原料混合 物中添加溶劑（例如石灰石、消石灰、白雲石等）以使還 原鐵之製造過程中副生之熔渣之Ca0/Si〇2之值為〇.6〜 1.2，則可降低熔渣之熔點，促進還原鐵之凝聚，故可高效 〇 率地獲得大粒之金屬粒。 另一方面’亦可如上述般、選擇如下方法：將原料混 合物之最高加熱溫度設為小於上述還原鐵之製造過程中副 生之熔渣的熔融溫度，金屬粒維持小粒金屬粒之狀態冷卻 固化，並藉由磁選而自固體狀之熔渣與小粒鐵（粒狀鐵） 之混合物中回收小粒鐵（粒狀鐵）。 、為了高效率地生成熔融FhC ’加熱速度為例如1〇〇κ/ 分以上（較佳為200Κ/分以上，更佳為3〇〇κ/分以上）。關 於上限並無特別制限，但就實用性之觀點而言，例如為 15 201100554 500K/分以下。 如上所述，為了在設備上實現將原料混合物以3〇〇〜 1147°C保持固定時間之步驟、及升溫至125(rc以上、進而 1300〜1500°C之溫度區域之步驟，而有於立式爐、隧道爐、 轉膛爐（RHF，rotary hearth fUrnace )等還原爐中利用間隔 板等而設置溫度不同之多室構造，或藉由燃燒器之位置或 温度控制而於反應爐内形成溫度分布之方法。 更具體而言，作為還原爐可採取如下之設備構成：（A) 於RHF内設置間隔板作為多室構造以使具有溫度分布；（b ) 利用隧道爐等直線爐以使具有溫度分布；（c )利用如回轉 爐之旋轉爐内之燃燒器溫度控制而使爐之軸方向上具有溫 度分布；& (D)利用如豎爐之立式爐使高度方向上具有溫 度分布等。 又，亦可不使用上述多室構造，而串連設置複數個爐， 分別設置將原料混合物於3〇〇〜114rc之溫度區域内保持 固定時間之爐’行升溫至以上、進而13GG〜1500〇C 之溫度區域之爐。 若於原料混合物中生成液體之Fe3C，則帶來還原鐵之 熔解開始’皿度降低、低溫操作之節能、生產性提高等各箱 效果。還原鐵之熔冑開始溫度降低被認為係由於還原鐵之 滲碳因熔融FhC而急速進行。 因此本發明者等進而進行檢討，調查Fe3C ( s )對向F( / s )之滲杈產生之影響。使用R ( s )與以/ ( s )之混合 ^ ^ ”石墨（s)之混合試料B，以500K/分進 行升溫而測定雨續制_ + h 兩乂科之熔融開始溫度與完全熔融溫度（嫁 16 201100554 融結束溫度）。再者，（S )係指固體（solid)。 (i )檢討1 圖4及圖5表示兩混合試料之反應時間與還原鐵之溶 融開始溫度、及熔融結束溫度之關係。圖4與圖5之不同 在於··圖4中使用混合試料之總碳量（T.C )為4.3質量％ 者；圖5中使用還原鐵之總碳量為2.〇質量％者。可知於圖 4、圖5之任一情形時，Fe (s)與Fe3C (s)之混合試料A 之還原鐵之熔融開始溫度、熔融結束溫度均低於Fe ( s )與 〇 石墨（S )之混合試料B。 (ii )檢討2 圖6係以Fe-C二元系狀態圖來表示混合試料A、b中 之總碳量與還原鐵之熔融溫度之關係。Fe_c -开备也 —凡乐狀態圖 亦表現為Fe (s)與Few (s)之混合式樣Α之還原鐵之熔 融開始溫度、熔融結束溫度均低於Fe ( s )與石墨（s ) 混合試料B。 (iii)檢討3

G 又，若考慮鐵-碳系之穩定系、介穩系之狀態圖（圖7) 令之天平法則，可考慮FeA (s)之大部分成為Fe c之熔 融液，少量之C晶化。由此可認為混合試料A内， 分解熔融後於Fe⑴與Fe-C溶融液間推進固體/體間= 碳反應。Fe(s)與Fe-C熔融液間之滲碳速度較' 石墨（s )間之滲碳速度快，因此於pe ( s )與ρ 合試料A之情形時’由於〜。“)之分解:二(二：

Fe-C熔融液而使得滲碳速度變快，|社鬼从 '、…果為與Fe ( s)鱼 墨⑴之滿合試料B相較，還原鐵之熔融溫度變低。- 17 201100554 若藉！： ’關於Fe3C之生成量並無特別要件， =渗碳而製造高碳濃度之金屬鐵，則可藉由於電：等 中與其他低碳濃度之金屬鐵混合，從而自 = 品之碳濃度。 月正敢終製

來自碳質物質之揮發成分之氣體在幫助固體 成後，自還原爐A之M 士… 排出。然而，當該氣體為高 卡路里時，可能可藉由於使固體㈣㈣之步驟中 次燃燒而提供上述步驟所必需之熱量。該情形時，上 體於固體Fe3C之生成後之階段不自還原爐Α排出，於熔融 固體FeW之步驟中二次燃燒後排出便可。 又’於將來自碳質物質之揮發成分之氣體自還原爐A 排出之清形時’或如上述般藉由乾餾爐而自碳質物質中將 揮發成分揮發之情料，可时該㈣發成分而利用於其 他步驟：例如’可將回收之揮發成分作為爐内氣體之氫源 供給至還原爐A。或者，可作為還㈣a或乾顧爐中之燃 燒器之燃料而利用。又’亦可.作為包含還原爐A等之金屬 鐵製造設備中之發電機器等之燃料而利用。 實施例 以下，舉出實施例對本發明進行更具體之說明，本發 明當然並不限定於下述實施例，不用說可於能適於上述及 下述之主旨之範圍内施加適當的變更而實施，其等均包含 於本發明之技術範圍内。 顯示將碳質還原劑與磁鐵礦礦石混合而製作原料混合 物之試料’變更各種操作條件而製造金屬鐵之例。所使用 之碳質還原劑具體而言係使用為瀝青碳之AK9(俄羅斯產， 18 201100554

YakUtK9碳）與高揮發成分碳之a褐碳#ι (俄羅斯產，_ 褐碳），分別於表i中表示其等之工業分析於表2中表 示元素分析結果。再者，於表1中r 矣_ & θ 、 「 Μ」表不揮發成分（質 罝％) 、 ASh」表示灰成分（質量。/〇) 、「 „、r 表示硫（質 1%)、T.Cj表示總碳量（總碳量：質量％) 以質量％來表示各元素之含量者。 ^ '、 [表1】

Ο

原料混合物係如下述表3般將礦石、 展材、助熔毛 黏合劑配合而製作。助熔劑係使用石灰石+ ^ 石，黏合劑係使用有機物系者。表3中白雲石H 表示者。 <數值亦係以質 201100554 [表3] 樣品名 —礦石 碳材 助溶劑 (質量％) ~~~ —» 黏合齊|J (質量°/〇 磁鐵礦 (質量％) A褐碳#1 (質量％) AK9碳 (質量％) S1 69.57 0.00 16.56 13.0 ----- 0.90 S2 64.28 24.62 0.00 9.6 — 下述表4表示變更製造溫度、配合物而製造金屬粒鐵 之結果（試驗No.l〜4)。於使用揮發成分較多之a褐碳 之情形（試驗No.2〜4)時，亦可獲得與先前之使用瀝青碳 AK9之情形（試驗N〇1 )相同程度之製品良率、製品品質 (C 3量[貝量％])。再者，製品良率係由丨經回收之金 屬鐵塊重量（g) /投入鐵分量（g) [%]來計算，以9〇%以上 為合格。又，於試驗Νο·3、4中，即便將操作溫度（最古 到達溫度）下降至剛t、135(rc，亦可確保良好之製： 良率與製品品質’證實了新的低溫區域中之直接還原製: 對於利用揮發成分較多之A褐碳#1之試驗n〇 2 作條件進行說明。首先，將原料混合物裝入至旋轉: 加熱還原爐中在生成固體Fe3c之步驟 " 劑之楛旅4、v & ⑴附加將碳質還原 刀揮發之步驟。於該揮發步驟中，爐内溫度設 為20C，保持10分鐘。此時還原率為245 爐内溫度為8HTC之區域對原料混合物進 ，以 ill辦r 订加熱，藉此生忐 固體Fe3Ce將該固體Fe3C之生成步驟 成 35分鐘。此時還原率$ 8〇 2%。其次 ’、'日間設為 τ 3有i^C之原料 20 201100554 混合物進行急速加熱而設為1300。。之加熱溫度並保 、 鐘:藉此溶融Fe3C。此時還原率為92〇%，而，炼融 之後’升溫至145(rc，保持5分鐘，藉此促 聚。此時還原率大致為100%。 载之凝 [表4]

——_LAjj 碳 #1 1350 105.5 雖誶細或參照特定之實施態樣而對本申請案進行了戈 明，但本領域技術人員可明瞭，在不脫離本發明之精神與 範圍内可進行各種變更或修正。 、 〇 本巾請案係基於2GG9年4月7日巾請之日本專利申往 案（日本特願2_，3242)，其内容於此處作為參昭^ 入本文。 、 [產業上之可利用性] 與先前之方法相較，本發明改善有：可使用多種碳質 物質，並且可以低於先前之操作溫度進行還原操作，將氧 化鐵高效率地還原至金屬鐵並且促進渗碳，將生成之高含 碳金屬鐵於較低溫度側自熔渣高效率地分離，從而可 地製造碳濃度受控制之金屬鐵。 间 21 201100554 【圖式簡單說明】 圖1係例示移動爐床式加熱還原爐之概略步驟說明圖。 圖2係表示PH2/Pco與來自原料混合物之生成物之質量 比之關係的圖。 圖3係表示Fe-C-Η-Ο系之介穩相之圖。 圖4係表示原料混合試料之反應時間還與原鐵之熔融 開始溫度等之關係的圖。 圖5係表示原料混合試料之反應時 „ ^ ^ 了间興遇原鐵之熔融 開始溫度等之關係的圖。 圖6係以Fe-C二元 與總碳量之關係之圖。 來表 還原鐵之熔融溫度 圖7係鐵-碳系之穩定系、介穩系之狀態圖 【主要元件符號說明】 、旋轉爐床式加熱還原爐 成塊物（原料混合物） : 碳質物質 1 原料投入漏斗 I 旋轉爐床 ; 燃燒器 ; 排出裝置 ^ 排氣管 ; 漏斗 > 粒狀金屬鐵 22

Claims (1)

1. 201100554 七、申請專利範圍： 化鐵含 屬鐵， 1.種金屬鐵之製法，係對含有碳質還原劑與 有物質之原料混合物進行加熱，使其還原以製造 其特徵在於： 上述碳質還原劑含有20〜6〇質量％之揮發成分； 來自上述碳質還原劑之氣體為CO-C〇2_H2系氣體； 並匕3於含有上述C〇_CC)2_H2系氣體之氣體

   上述原料混合物進行加熱藉此生成固體Fe3c之步驟、將= Fe3C熔融之步驟、及經由溶融而對還原鐵進行渗碳之 步驟。 山2.如申請專利範圍第1項之金屬鐵之製法，其中作為上 述礙質還原劑，係使用1種或2種以上之碳質物質以使上 述co-co2_h2系氣體之H2/c〇莫耳比成為2〜4。 .3.如申請專利範圍第1項之金屬鐵之製法，其中生成上 述固體Fe3C之步驟包含將上述原料混合物於3GG〜1147°C 之溫度區域中保持5〜6G分鐘之步驟，上述將¥溶融之 步驟則包含至少加熱溫度達125〇°C為止係以ΐοοκ/分鐘以 上之速度升溫之步驟。 4. 如申請專利範圍第1項之金屬鐵之製法，其包含於上 述Fe3(：之熔融步驟後，進而升溫至1300〜1500。(：之溫度區 域為止之步驟。 5. 如申請專利範圍第丨項之金屬鐵之製法，其中於上述 生成S1體Fe3C之㈣之前’包含使上述碳f還原劑之揮發 成分氣化而生成上述co_c〇2_H2系氣體之步驟。 6. 如申請專利範圍第丨項至第5項中任一項之金屬鐵之 23 201100554 製法’其包含於原料混合物中添加溶劑以 製造過程中副生之熔、.杳之Ca0/S.n 夂俗，査之La0/Sl〇2之值為0.6〜1.2之步 驟。 7 .如申請專利範圍第1項至笸 因乐貝主第5項中任一項之金屬鐵之 襄法’其申包含將原料混合物 … τ叶 物之最问加熱溫度設為小於上 述還原鐵之製造過程中副生之、这 r玍之熔渣之熔融溫度，將原料混 σ物粉碎，藉由磁選而自固體 u瓶狀之熔渣與粒狀鐵之混合物 中回收粒狀鐵之步驟。 8·如中請專利範圍第1ΙΜ^5項中任—項之金屬鐵之 7去’其中於製成原料混合物之前，對上述碳質還原劑進 仃乾餾，將揮發成分調整至2〇〜6〇質量％。 八、圖式： (如次頁） 24