TW202113090A

TW202113090A - 含碳材礦石及其製造方法

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Publication number: TW202113090A
Application number: TW108128807A
Authority: TW
Inventors: 前野享太; 弘中諭
Original assignee: 日商日鐵日新製鋼股份有限公司
Priority date: 2019-08-13
Filing date: 2019-08-13
Publication date: 2021-04-01

Abstract

本案提供一種含碳材礦石，其藉著高強度而成為適於在高爐中作為鍊鐵原料中使用。本發明之含碳材礦石含有含鐵原料、碳材及黏合劑，其中，於壓汞法測量下，以所述含碳材礦石當中孔徑為0.5μm以上的細孔為對象，所測量出的孔隙率為10%以下。

Description

含碳材礦石及其製造方法

本發明係關於在高爐等中作為鍊鐵原料而使用的含碳材礦石及其製造方法。

近年來，為了要降低高爐運作當中的還原材料的比例，已經有提出使用將含鐵原料及碳材混合成形所得到的含碳材礦石。

關於作為高爐用原料而使用的含碳材礦石，為了要防止搬運時及投料進高爐時粉碎化，要求其儘可能地具有高強度。

例如，專利文獻1當中，揭示了一種非燒成含碳造塊礦石，其係將含鐵原料、含碳原料及黏合劑混合，並且進行捏合，形成捏合產物以獲得成形體，接著使該成形體固化以製造而成所述礦石，其含碳量(T.C總碳量)為18-25質量%，孔隙率為20-30%，且具有優異的冷壓潰強度及熱強度。

[先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1] 國際申請案公開號第2011/021560號公報

[發明所欲解決之問題] 然而，於專利文獻1的方法當中係使用水泥等的水硬性黏合劑，並不清楚使用有機黏合劑時也能得到同樣的效果。

因此，本發明所欲解決問題為提供一種具有高強度的含碳材材礦石，即使是在使用有機黏合劑的情況下也能在高爐中適於作為鍊鐵原料而使用。

[解決問題之手段] 本案發明人為了解決上述問題，致力研究關於含碳材礦石，發現到：以壓汞法而非阿基米德法所測量到的孔隙率來說，以孔徑0.5μm以上的細孔為對象而計算出的孔隙率對壓潰強度具有影響，且藉著以該孔徑為0.5μm以上的細孔為對象而計算出的孔隙率為10%以下，可實現高強度，進而完成本發明。

也就是說，本發明一態樣的含碳材礦石係為含有含鐵原料、碳材及黏合劑的含碳材礦石，於壓汞法測量下，以所述含碳材礦石中孔徑0.5μm以上的細孔為對象所測量出的孔隙率為10%以下。

此外，本發明一態樣的含碳材礦石的製造方法係為含有含鐵原料、碳材及黏合劑的含碳材礦石之製造方法，其中，以壓塊機成型時的輥直徑A(mm)、輥速B(rpm)、輥隙C(mm)符合下述式 A / B + 15 × C ＞ 60 且成型時的線壓為0.4kN/mm以上。

[發明之功效] 根據本發明之一態樣，可提供具有高強度的含碳材礦石，且其適於作為高爐用鍊鐵原料而使用。

本實施型態的含碳材礦石含有含鐵原料、碳材及黏合劑，於壓汞法測量下，以所述含碳材礦石當中孔徑為0.5μm以上的細孔作為對象所計算出的孔隙率為10%以下。

於本說明書當中，含碳材礦石係指於高爐中所使用的鍊鐵原料，具體來說為後述的含鐵原料與碳材緊密混合而成的塊狀物。

(含鐵原料) 作為含鐵原料，可列舉例如團礦用、燒結礦石用的鐵礦石、鋼鐵廠所產生粉塵、銹皮、金屬母材，以及此等物質的混合粉末等。

作為含鐵原料的形狀，可列舉例如粉末狀、粒徑0-10mm的粒子狀。

含鐵原料中的鐵含量(T・Fe)並無特別限制，以30質量%以上為較佳；其中以35質量%以上為更佳。此外，以70質量%以下為較佳。於此範圍中，本實施型態的效果特別顯著。

(碳材) 於本說明書當中，碳材係指包含碳源的原料。作為碳材，可列舉如粉化焦炭、普通碳、無煙煤、焦炭粉、鍊鐵製程中所產生粉塵中其中一種的高爐初級灰等。

作為碳材的形狀，可列舉例如粉末狀、粒徑0-10mm的粒子狀。

以含鐵原料及碳材的合計為100質量%時，雖然碳材量可不特別限制，惟以3質量%以上為較佳；以5質量%以上為更佳。此外，以25質量%以下為較佳，又以20質量%以下為更佳。於此範圍當中，本實施型態的效果特別顯著。

(黏合劑) 關於黏合劑，只要是具有作為使含氧化鐵原料及碳材結合的結合劑作用之物即可。作為此類的黏合劑，可列舉例如有機黏合劑、無機黏合劑等。

作為有機黏合劑，可將例如紙漿廢液(例如木質素亞硫酸鹽)、糖蜜、澱粉等的各種聚合物、及羧甲基纖維素所組成群組中所選出的一種或兩種以上成份適當組合而使用。

此外，亦可視需要而在含碳材礦石的爐渣量不會導致對高爐運作帶來不良影響的範圍內，包含例如生石灰及膨潤土等無機黏合劑。

較佳地，黏合劑包含紙漿廢液及糖蜜兩者中的至少其中之一。於黏合劑為紙漿廢液及糖蜜之混合物所形成時，關於其混合比以換算固體成分重量比(紙漿廢液/糖蜜)為1-10為較佳，其中以2-4為更佳。於此範圍內，具有能夠以更少量黏合劑量獲得高強度之優點。

關於黏合劑的量並無特別限制，相對於含鐵原料及碳材之合計為100質量%情形下，以換算固體成分為1質量%以上為較佳；又以5質量%以上為更佳。此外，以15質量%以下為較佳；又以10質量%以下為更佳。於此範圍內具有利於成本面之優點。

(孔隙率) 本實施型態之含碳材礦石係為壓汞法測量下，以所述含碳材礦石中孔徑為0.5μm以上的細孔作為對象所計算出的孔隙率為10%以下。於本說明書當中，以孔徑0.5μm以上的細孔作為對象而計算出的孔隙率，係指以壓汞法測量，所述孔徑為0.5μm的細孔的總體積相對於含碳材礦石的總體積。基於壓汞法的具體的測量及計算方法，可如後述實施例中所記載。所述孔隙率從強度之觀點來看越小越好，惟以還原性的觀點來看以高為佳，以5%以上為較佳。

(強度) 以壓汞法測量下，相較於孔徑0.5μm以上細孔為對象而計算出的孔隙率高於10%的情況，本實施型態之含碳材礦石的強度(尤其是壓潰強度)得到改善。本實施型態之含碳材礦石的壓潰強度係以1.0kN以上為較佳，1.3kN以上為更佳。此外，於本實施型態當中，壓潰強度的測量係根據日本工業規格JIS M8718來進行。

如上述般，本實施型態之含碳材礦石具有高強度。因此，本實施形態之含碳材礦石在送往高爐的輸送過程當中及投料進高爐的過程中不易粉碎化，可適用於作為鍊鐵原料。

(製造方法的一例) 接著，針對本實施形態之含碳材礦石的製造方法的一例進行說明。此外，本實施形態之含碳材礦石並不限於用以下製造方法來製造之物。

本實施形態之含碳材礦石，於一實例當中，其製造的方法係包含將上述含鐵原料、碳材及黏合劑捏合，並將所得到的捏合產物進行輥壓成形。

各種原料的摻入量如上所述。

含鐵原料、碳材及黏合劑的捏合，可藉例如適當地將水等加進含有含鐵原料、碳材及黏合劑的捏合產物來進行。

捏合產物的輥壓可使用例如壓塊機、例如輥式壓塊機等(不具其他輥壓)已知的設備。此外，於本說明書當中，輥壓係指於旋轉的一對輥之間壓縮測試材料之意。此外，輥式壓塊機係為造粒機的一種，於旋轉的一對輥的表面上設置有複數個袋區。然後，藉著調整袋區，可得到例如枕頭形狀、杏仁形狀、球狀等所需形狀的塊狀物。

壓塊條件對於含碳材礦石的強度具有高度的影響。以壓塊機成型時輥直徑A(mm)、輥速B(rpm)、輥隙C(mm)符合下述式，且成型時的線壓為0.4kN/mm以上時，可獲得1.0kN以上的高壓潰強度。

A / B + 15 × C ＞ 60 最後使塊狀物乾燥，獲得含碳材礦石。塊狀物的乾燥方法並不特別限制，可列舉例如加熱乾燥、自然乾燥等。

當將塊狀物進行加熱乾燥時，雖然對於加熱溫度並無特別限制，惟以200℃以下較佳。此外，此時的加熱時間並無特別限制。

以下示出實施例，進一步地詳細說明本發明的實施型態。理所當然地，本發明並不限於以下的實施例，更不須多說關於細部可為各種態樣。此外，本發明並不限於上述實施型態，於請求項所示的範圍內可進行各種變更，將分別揭示的技術手段適當地組合所得到的實施型態亦包含於本發明技術範圍中。此外並引用本說明書中所述的所有文獻均作為參考。

[整理] 也就是說，本發明的一態樣之含碳材礦石為含有含鐵原料、碳材及黏合劑的含碳材礦石，於壓汞法測量下，以所述含碳材礦石當中孔徑為0.5μm以上的細孔為對象所測量出的孔隙率為10%以下。

較佳地，本發明的一態樣之含碳材礦石中，所述含鐵原料的鐵含量(T. Fe總鐵量)係為30質量%以上，70質量%以下。

較佳地，本發明的一態樣之含碳材礦石中，以所述含鐵原料及所述碳材之合計為100質量%時，所述碳材的量為3質量%以上且25質量%以下。

此外，本發明的一態樣之含碳材礦石的製造方法係為含有含鐵原料、碳材及黏合劑的含碳材礦石的製造方法，其中，以壓塊機成型時的輥直徑A(mm)、輥速B(rpm)、輥隙C(mm)符合下述式： A / B + 15 × C ＞ 60 且成型時的線壓為0.4kN/mm以上。

較佳地，本發明的一態樣之含碳材礦石的製造方法中，所述含鐵原料的鐵含量(T. Fe)為30%以上且70質量%以下。

較佳地，本發明的一態樣之含碳材礦時的製造方法中，所述含鐵原料及所述碳材之合計為100質量%時，所述碳材的量為3質量%以上且25質量%以下。

[實施例] (含碳材礦石的製作) 使用下列成分作為原料：鋼鐵廠粉塵(含鐵原料)，其包含表1所示成分；焦炭(碳材)，其為粉狀並為燒結用；黏合劑，其包含表2所示成分。此時，將原料摻入量設定為表3所示之比例。黏合劑的量係為其換算固體成分相對於含鐵原料及碳材的合計100質量%的量。此外，一邊加入水一邊捏合原料，以得到捏合產物。

[表1] 單位：質量%

總原料中含鐵比例 (T. Fe)	氧化鐵(II) (FeO)	赤鐵礦 (Fe₂ O₃ )	氧化鈣 (CaO)	二氧化矽 (SiO₂ )	氧化鋁 (Al₂ O₃ )
50.5	25.0	39.5	8.94	3.47	1.21

[表2] 單位：質量%

	二氧化矽(SiO₂ )	氧化鋁(Al₂ O₃ )	氧化鎂(MgO)	氧化鈣(CaO)	碳 (C)	氫 (H)
紙漿廢液	0.08	0.01	6.10	0.15	39.1	6.49
糖蜜	0.21	0.01	0.63	0.23	34.6	7.73

[表3] 單位：質量%

含鐵原料	碳材	黏合劑
種類	量	種類	量	種類	量	種類	量
製鐵廠粉塵	90	焦炭	10	紙漿廢液	4.5	糖蜜	2.2

以壓塊機(新東工業股份有限公司製，型號BGS-1V)將得到的捏合產物進行輥壓成型，以得到塊狀物。此時的輥直徑(A)、輥速(B)及輥隙(C)係如表4所示。輥的袋區的尺寸為28mm×26mm×6.5mm。螺桿速度可適當調整以獲得所需的線壓。

此外，將得到的塊狀物於105℃下乾燥2小時以上，以獲得乾燥塊狀物並將其作為測試用測試材料。

[表4]

測試材料 NO.	輥直徑(A) (mm)	輥速(B) (rpm)	輥隙(C) (mm)	A/B + 15C	線壓 (kN/mm)	備註
1	228	5	1.3	65	0.94	實施例
2	228	7	1.3	51	0.52	比較例
3	228	7	1.9	61	0.52	實施例
4	228	5	1.3	65	0.52	實施例
5	228	5	1.3	65	0.33	比較例

(抗壓強度測量) 抗壓強度測量係基於JIS M8718進行測量。

(孔隙率之測量，以孔徑0.5μm以上的細孔為對象進行計算) 使用壓汞式孔隙率計(島津製作所製，Micromeritec Autopore IV9500)來測量孔徑及孔隙率。

(基於阿基米德法所進行的孔隙率之測量) 藉著用水中置換法求視密度的方法(JIS K2151)來計算孔隙率。

(結果) 將各個測試材料的測量結果表示於表5。此外，將以壓汞法測量並以孔徑0.5μm以上的細孔為對象而計算出的－孔隙率及壓潰強度之間的關係，表示於圖1。將以阿基米德法測量出的總孔隙率及壓潰強度之間的關係表示於圖2。

[表5]

測試材料 NO.	壓潰強度 (kN)	以0.5μm以上的細孔為對象所計算出的孔隙率 (%)	總孔隙率 (%)	備註
1	1.42	6.9	18.1	實施例
2	0.71	12.7	17.1	比較例
3	1.45	8.8	19.2	實施例
4	1.39	6.6	18.4	實施例
5	0.76	11.7	17.5	比較例

通常如果空隙增加則強度會降低。然而，令人驚訝的是，由圖2可知以阿基米德法所測量出的總孔隙率並不影響壓潰強度。另一方面，由圖1可知，當以孔徑0.5μm以上的細孔為對象所計算出的孔隙率為10%以下時，相較於高於10%的情況下壓潰強度顯著地提高了。可知，如上述般地，並非總孔隙率，而是以壓汞法所測量出以孔徑0.5μm以上的細孔為對象所計算出的孔隙率對於強度有影響。

無

［圖1］係表示出為以壓汞法所求得，以孔徑0.5μm以上的細孔為對象所計算出的孔隙率與壓潰強度之間關係的圖。［圖2］係表示出以阿基米德法所求得，總孔隙率與壓潰強度之間關係的圖。

Claims

一種含碳材礦石，其係含有含鐵原料、碳材及黏合劑的含碳材礦石，其中，於壓汞法測量下，以所述含碳材礦石當中孔徑為0.5μm以上的細孔為對象，所測量出的孔隙率為10%以下。
如請求項1所述之含碳材礦石，其中，所述含鐵原料的鐵含量(T. Fe)係為30質量%以上且70質量%以下。
如請求項1或2所述之碳材礦石，其中，以所述含鐵原料及所述碳材之合計為100質量%時，所述碳材的量為3質量%以上且25質量%以下。
一種含碳材礦石的製造方法，其係含有含鐵原料、碳材及黏合劑的含碳材礦石的製造方法，其中，以壓塊機成型時的輥直徑A(mm)、輥速B(rpm)、輥隙C(mm)符合下述式： A / B + 15 × C ＞ 60 且成型時的線壓為0.4kN/mm以上。
如請求項4所述之含碳材礦石的製造方法，其中，所述含鐵原料的鐵含量為30%以上且70質量%以下。
如請求項4或5所述之含碳材礦石的製造方法，其中，所述含鐵原料及所述碳材之合計為100質量%時，所述碳材的量為3質量%以上且25質量%以下。