TW495552B - Method of producing reduced iron pellets - Google Patents

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A7 B7 495552— 公告* 五、發明説明（/ ) 本發明之背景 本發明之領域 本發明係有關於由還原含有鋅成分的氧化鐵九而形成 之還原鐵九的製造方法。更特別地是，本發明係有關於藉 由鐵工廠中所形成之包含鋅成分的灰渣（包括淤渣）之氧 化鐵九，而製造還原鐵九的方法。 相關技術之說明 在包括鼓風爐、轉爐與電爐之製鐵與製鋼的製程中， 各種含有灰渣或淤渣的氧化鐵係大量形成，其係回收並再 使用爲鐵源（以九狀或燒結礦石的形式使用）。然而，由 製鐵或製鋼製程中所產生的含有灰渣或淤渣的氧化鐵，可 能含有諸如氧化鋅等有害的鋅成分，導致高鋅量的鐵源不 能用做鼓風爐的起始材料（以下將用爲給料的意義）的問 題。在鼓風爐中，若起始材料含有大量的鋅，則鼓風爐的 作業能力將惡化，並且產生鋅侵蝕爐壁耐火材料的問題。 如上述，包含鋅之氧化鐵的灰渣與淤渣的使用已被限 制，並且更特別地是，由鼓風爐所大量形成之含鋅成分之 灰渣與淤渣的氧化鐵，目前尙未被有效地回收並再使用爲 鐵源。 鑑於上述，藉著由製鐵與製鋼製程中所產生之含灰渣 或淤渣的氧化鐵所成形的九狀物中移除鋅而製造還原鐵的 方法，已在最近幾年被提出。例如，使用旋窯爐之方法（ 曰本專利審查公告編號昭51-13083與55-21810)，與使用 方疋腊爐的方法（對應於美國專利編號518 6 7 41之在日本申 ------------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部中央標準局員工消費合作衽印製

495552 經濟部中央檩準局員工消費合作衽印製 A7 五、發明説明（2 ) 請的日本專利未審查公告編號平5-125454)已被提出。 使用旋窯法的優點爲鋅可減低至0.01%質量百分比， 而金屬化比例可改善至大約80% (還原比例大約爲87%) 。然而，因爲本法中之九狀物於旋窯內翻滾並烘烤，所以 在作業期間產生九狀物被粉末化的問題，其將被融化並沈 積而形成黛環（kiln ring)，而使作業不得進行。此外， 因爲供給至鼓風爐之起始材料中的鋅總數係被控制的（例 如0.2kg鋅/每噸生鐵），且使用含鋅之還原丸的數量係 受到限制，所以在本法中，鋅的數量必須進一步減少以作 爲鼓風爐起始材料之用。 其次，在日本專利未審查公告編號平5-125454所述之 使用旋膛爐法中，還原九的產生係藉由：形成包含來自鋼 工廠之灰渣、諸如煤或焦炭等碳質材料、與有機黏結劑之 混合物的生胚九，將生胚九供給至在旋膛爐中烘烤的九狀 物層上，將其在低於900°C的溫度維持1〇至15分鐘而乾 燥，以形成焦炭化之乾燥的丸狀物，然後以低於1150°C的 溫度維持20至30分鐘將九狀物還原。雖然日本專利未審 查公告編號平5-125454說明之還原九，係有關氧化鐵還原 至金屬態，且鋅成分由該還原九移除，但其並未教授有關 還原比例與鋅數量的實際程度。此外，該方法並未界定九 狀物中鐵與鋅的含量，以及加入之碳質材料的數量。由該 說明書可知，當還原九由大約1000°C的旋膛爐卸料時，其 可能包含相當數量的碳（當其由旋膛爐卸料時，有高達12 %質量百分比的碳），此意味在本法中大量的碳（12%重 ----------4_____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） --------衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 4^5552 A7 " ------- - B7 五、發明説明（3 --- 量百分比之多）在還原後仍可能留置。大量的碳留置所產 生的問題’不僅是還原九中的鐵成分減少而降低作爲鐵源 的使用效率，而且還原九本身的強度亦被劣化。特別地是 ，虽煤被加入以作爲碳質材料時，其傾向於大幅地劣化還 原九本身的強度。若還原九的強度偏低，則其將產生還原 九在鼓風爐內被粉碎或碎裂的問題，而降低鼓風爐內的氣 體流通，並惡化鼓風爐作業，使得九狀物無法使用爲鼓風 爐的起始材料。 本發明之槪要 本發明之一目的係藉由使用含有從鐵工廠所形成之灰 渣（包含淤渣），特別是鼓風爐灰渣（其包含碳質材料， 但無法使用爲鼓風爐的起始材料，因爲其所包含的鋅成分 以及由其所形成的微粒）與其他包含鋅成分的灰渣的氧化 鐵，以提供具有較低有害成分的鋅含量、具有適當顆粒尺 寸與強度，並具有高還原比例之作爲鼓風爐起始材料的還 原九，以及製造其之方法。 經濟部中央檩準局員工消費合作衽印製 丨I 衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 根據本發明之較佳實施例之製造還原九的方法，還原 鐵九係藉由控制碳質材料，以使碳的數量爲含有氧化鐵與 氧化鋅之一種或多種灰渣之起始材料混合物中的鐵和鲜總 數之7至60%質量百分比，並控制足量之結合灰渣的黏結 劑，以及加水將其製備成與碳質材料混合的生胚九。其次 ，還原鐵九係藉由乾燥所製備的生胚九至還原爐中，以主 要爲輻射之熱傳導加熱該乾燥九，以使九狀物在150至 900°C的溫度範圍中的升溫速率爲3至13t/sec，而還原 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐] 一" 一~~^- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 495552 A7 ____ B7 五、發明説明（+ ) 氧化鋅並蒸發鋅，以及還原氧化鐵而獲得。 在此狀況中，九狀物的升溫速率係增加，且進給在九 狀物中之碳的數量係最佳化。因此，九狀物的形狀在還原 時可保持住，結果，還原九的還原比例將可改善，且還原 期間九狀物的粉碎將可避免。 此外，其係最好在1100至135(TC間的溫度還原氧化 鐵與氧化鋅。 在該狀況中，因爲氧化鋅在高於ll〇〇°C的溫度時將較 氧化鐵優先還原，所以九狀物中鋅的數量將可明顯地減少 。此外，因爲還原比例有改善，且金屬鐵的燒結係有進行 ，所以還原九的強度將可增加。 此外，在灰渣方面，包含碳質材料之鼓風爐灰渣、轉 爐灰渣、燒結灰渣、電爐灰渣或其混合物皆可使用。灰澄 的使用可減少工業廢棄物的數量。 最好使用包括有焦炭成份的碳質材料。 在該狀況中，因爲焦炭沒有實質揮發性成份，所以降 低九狀物還原與燒結之揮發性成分，在上述溫度範圍（ 150-900°C)中並不蒸發。結果，因爲伴隨著揮發性成份蒸 發之氣壓上升並不會產生，且九狀物並不會被粉碎，所以 九狀物的升溫速率將可增加。特別地是，當使用作爲碳質 材料之含焦炭成份的鼓風爐灰渣時，不須使用諸如煤或焦 炭等額外碳質材料，所以可獲得能源與資源的節約。 最好使用旋膛爐作爲燒結爐。 在該狀況下，藉由旋膛爐的使用，還原九可大量地且 — 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） '一·^ ϋ n - m m n - n -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 495552 A7 B7 五、發明説明（古） 高效率地生產。 圖式之簡略說明 圖1係顯示範例4之潮濕鼓風爐灰渣與滾軋淤渣之成 分的表格； 圖2係顯示範例4之用於潮濕鼓風爐灰渣與滾軋淤渣 做燒結之起始材料的混合比例的表格； 圖3係顯示範例4所製造之還原丸的還原比例與鋅移 除比例的表格； 圖4係舉例說明本發明所使用之旋膛爐結構的槪念圖 ’ 圖5係顯示在1300°C於鈍氣氣氛中加熱時，碳的數量 對九狀物還原比例、鋅移除比例以及丸狀物之原狀維持性 之影響的圖； 圖6係顯示還原溫度對九狀物還原比例、鋅移除比例 以及壓縮強度之影響的圖； 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖7係顯示在1300°C於鈍氣氣氛加熱丸狀物的情況中 ，九狀物升溫速率對原狀維持性與還原九壓碎強度之影響 的圖； 圖8係圖示九狀物升溫曲線的圖； 圖9係舉例說明使用於本發明範例中之電加熱爐結構 的槪念圖； 圖10係顯示與九狀物中的鐵和鋅接合之氧數量的(C/ 〇)比例’與還原九之還原比例、鋅移除比例以及原狀維持 性間之關係的圖。 本紙張尺度適用中國國家檩準（CNs ) Μ規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 495552 A7 B7 五、發明説明（6) 較佳實施例之說明 根據本發明較佳實施例之製造還原九的方法，係以較 佳實施例做說明。首先，控制碳質材料，以使碳的數量爲 含有氧化鐵與氧化鋅之一種或多種灰渣之起始混合物中鐵 和鋅的總數之7至60%質量百分比，並控制足量之結合灰 渣的黏結劑，以及加水將其製備成與碳質材料混合的生胚 九。其次，乾燥所製備之生胚九，經乾燥的九狀物進給於 還原爐中，而該乾燥九狀物以輻射爲主的熱傳導加熱，以 使九狀物在150至90(TC的溫度範圍中的升溫速率爲3至 13°C/sec，而還原氧化鋅並蒸發鋅，以及還原氧化鐵以製 備還原鐵九。 九狀物中之碳質材料的碳量爲九狀物中鐵和鋅的總數 之7至60%質量百分比係必須的。若其量少於7%質量百分 比，則用於九狀物中之氧化鐵與氧化鋅還原所需的碳量將 不足，而降低氧化鐵的還原比例，並使氧化鋅的還原不足 ，而降低鉢移除比例’並降低九狀物強度。另一方面，若 碳量超過60%質量百分比，則九狀物的形狀在還原時無法 維持，而降低還原效率。 此外，九狀物中之碳質材料的碳量爲九狀物中鐵和鋅 的總數之13至60%質量百分比則更佳。此乃因在13%質 量百分比或更高百分比可進一步改善金屬化比例。由13至 45%質量百分比則更佳。若碳含量爲45%質量百分比或更 低質量百分比，則九狀物還原比例可增加，而九狀物之形 狀可更確實地維持。13至20%質量百分比則更佳。若碳量 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇〆297公釐） - 、τ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央檩準局員工消費合作衽印製 495552 A7 ___ B7 五、發明説明（f]) 小於20%質量百分比，則碳質還原劑的混合量可減少以節 省碳質材料’而鐵的生產能力因鐵成分的增加而改善。 %進~步說明加入九狀物之碳量的效果。九狀物還原 比例係取決於碳量與鐵量（氧化鐵量）間的比例。亦即， 作爲九狀物起始材料之灰渣或淤渣中的鐵成分，通常以氧 化鐵的形式存在。在氧化鐵的還原中，氧化鐵將藉由在其 四周的碳質材料而被直接還原，且藉由氧化物還原所形成 之C02與碳質材料間的反應所形成的C0氣體，而進—步 去速原氧化鐵。 然而’由氧化物還原所形成的co2氣體，與co2氣體 及碳質材料間的反應所形成的CO氣體，可能常常釋出九 狀物外。因此，最好使加入九狀物之碳質材料的數量較還 原氧化鐵所需之碳的化學配比數目爲大。 此外，因爲九狀物中的鋅成分通常像氧化鐵一樣以氧 化物的型態出現，所以必須進一步將碳質材料加入丸狀物 中，以還原氧化鋅。因此，加入九狀物中的碳量最好較還 原氧化鐵與氧化鋅所需之理論碳量爲多。雖然理論碳量依 據所欲還原溫度之氧化鐵與氧化鋅的還原反應形式或氧化 物的狀態而變化，但其大約爲九狀物中鐵與鋅的總數之10 至15%質量百分比。此外，當燃燒器的燃燒火焰用於九狀 物之輻射加熱時，若由燃燒所釋出的co2氣體與蒸汽(h2o) 和九狀物表面接觸，則還原鐵將再度被氧化，所以加入碳 質材料而使得碳量較還原氧化鐵所需的理論數量（C/ (Fe+Ze))爲高，以控制再氧化亦爲所需。爲達此目的，將 〜----a_____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） —--------— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 495552 經濟部中央標準局員工消費合作衽印製 A7 B7 五、發明説明（& ) 九狀物中的碳量控制於13%質量百分比或更高百分比係所 欲。然而，當鋅移除比例與物理強度較產品的還原比例更 爲重要時，諸如還原後使用九狀物作爲鼓風爐起始材料的 狀況中，混合之碳質材料的數量將減少至13。/。或更低百分 比。其可提供能減少碳質材料數量與改進生產能力之優點 〇 另一方面，若加入九狀物中之碳質材料的添加量增加 ，則九狀物之形狀維持性將劣化，而使九狀物在還原時粉 碎。因爲九狀物的粉碎降低了氧化鐵與氧化鋅和碳質材料 或C0氣體的接觸效率，所以氧化鐵的還原效率與氧化鋅 的還原效率就降低了。再者，因爲九狀物燒結的進行被抑 制，此將難以維持九狀物形狀，九狀物之原狀維持性將明 顯地劣化。因此，最好界定九狀物中的碳量爲60%質量百 分比，45%質量百分比或更低百分比更好，則九狀物的還 原比例可進一步改善，而九狀物的形狀可完整地維持。 九狀物在150至900°C的溫度範圍中之升溫速率爲3 至13°C/sec係所需。此乃因150至900°C的溫度範圍中， 丸狀物的還原並不有效率地進行，鐵成分微粒的燒結較少 發生，而九狀物的強度不會增加，所以快速通過150至 95(TC的溫度範圍係所需。九狀物強度可藉由將九狀物置於 9〇〇°C或更高的溫度範圍中而增加，在該溫度範圍中，當升 溫速率設定爲3°C/sec或更局時’氧化鐵的還原比例將更 高，且九狀物中的還原鐵微粒將更快速地燒結。若升溫速 率超過13°C/sec時，則九狀物的原狀維持性將劣化。該 -—________10 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21GX297公釐） —--------^^衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央檩準局員工消費合作社印製 495552 A7 ___ B7 五、發明説明（？） 九狀物最好以5至10°C/sec的升溫速率還原。當升溫速 率設定於5°C/sec或更高時，還原九的強度可進一步改善 ，而形狀可更有效地維持。藉由增加該升溫速率，得以快 速地達到ll〇〇°C或更高的溫度範圍，在該溫度範圍中，鋅 將優先被移除，結果鋅可以九狀物中的碳質材料而更有效 地被移除。特別地是，當意欲優先移除鋅時，該升溫速率 的範圍係適當的。此外，九狀物生產能力亦可藉由增加九 狀物的升溫速率而改善。 九狀物最好在1100至1350°c的溫度範圍中還原。當 九狀物在1100°c或更高的溫度還原時，因爲氧化鋅較優先 氧化鐵還原，所以九狀物中的鋅量將明顯地減少。此外， 若九狀物的還原溫度爲lioot或更高時，則還原比例將增 加，且金屬鐵的燒結將進行，而增加還原九的強度。例如 ，在1100°c還原之九狀物的壓碎強度係70kgf/P或更高 ，而該數値提供作爲鼓風爐起始材料之九狀物足夠的強度 。此乃因作爲鼓風爐起始材料必須爲40kgf/P或更高的數 値。還原溫度最好設定爲1200°C或更高的溫度。此乃因氧 化鋅可更優先地還原，而還原鐵九的強度可進一步增加。 此外，在維持還原鐵九品質（鋅移除比例，強度與鐵還原 比例）時，生產能力可改善。另一方面，若九狀物在高於 1350°C的溫度還原時，則九狀物將傾向於彼此熔解，所以 九狀物還原溫度最好設定於1350°C或更低。 最好使用焦炭成分做爲加入九狀物的碳質材料。因爲 焦炭幾乎無揮發性成分，所以在九狀物還原與燒結較少發 〜— ___—__η____________ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） —----------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作衽印製 495552 A7 _______ B7 五、發明説明（ic ) 生的溫度範圍中（150-900°C )，並無揮發性成分蒸發。不 因揮發性成分的蒸發而增加氣壓，且不會產生九狀物的粉 碎，所以九狀物的升溫速率將可增加。 燒結爐具有將爐體內部與外部空氣遮斷之爐體結構， 且最好具有藉由主要爲輻射之熱傳導，來加熱供給至爐內 之丸狀物的加熱裝置，以及用以將含有由九狀物還原並蒸 發之鋅成份的反應氣體釋出爐外的排出裝置。燃燒器燃燒 火燄的輻射熱或來自輻射管的輻射熱，皆可使用爲加熱裝 置。 本發明之實施例的燒結爐最好使用轉膛爐。藉著轉膛 爐的使用，還原九將可大量地且高效率地製造。旋膛爐的 結構將參考圖4做說明。 旋膛爐具有圓盤狀爐床，九狀物供給於其上，並隨爐 床移動而移動，以連續地產生還原九。因爲九狀物係隨著 爐床而移動且九狀物本身不會移動，所以還原時如旋窯中 所發生之九狀物的粉碎將可避免。此外，旋膛爐具有爐體 內與外部空氣隔絕之爐體結構。耐熱金屬材料或耐火材料 係使用爲隔絕結構。如上述，因爲爐體內部係與外部空氣 隔絕，所以可容易地控制氣氛。 如圖4所示，旋膛爐1包含一九狀物進給孔2，一還 原區4以及一還原九卸料孔5。九狀物係藉由來自燃燒器6 與爐壁之輻射熱傳導而加熱。爲了加熱該九狀物，其係得 以藉由燃燒器加熱外，亦可藉由九狀物所產生的CO氣體 與空氣做二次燃燒所產生的輻射熱來加熱(如圖4中之7所 ^______12_____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） --------衣-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央檩準局員工消費合作社印製 495552 A7 B7 五、發明説明（丨丨） 示）。結果，其係得以改善對九狀物的熱傳導，並節省燃燒 器加熱所用燃料。燃燒氣體將由氣體卸放孔8釋放至爐體 外。燃燒氣體包含自九狀物還原並蒸發之鋅成份的反應氣 體，其將由於降低溫度而形成固態氧化鋅，並可以灰渣收 集裝置回收並處理氧化鋅。 其次，在如圖4所示之在旋膛爐中製造還原丸的方法 ，將以本發明之較佳實施例作說明。以製九機所製備之九 狀物係加以乾燥，以改善旋膛爐的生產能力。經乾燥的九 狀物經由九狀物進給孔2供給至旋膛爐。在該狀況中，九 狀物係以單層覆置或以雙層層疊於爐床上。在該狀況中， 九狀物並不相互熔解。此乃認爲：九狀物係僅以單層覆置 或以雙層層疊於爐內，並且實質上不受九狀物彼此間層疊 所引起的重力燒結所影響，所以九狀物將不會彼此熔解， 因爲九狀物彼此間的接觸點較少。 在還原區域4中，九狀物的溫度藉由燃燒器燃燒和二 次燃燒之輻射熱傳導而快速上升，其中藉由九狀物中所加 入的碳質材料，氧化鐵將還原且氧化鋅將還原並蒸發。在 Μ狀況中’由於供給至九狀物中的碳質材料的數量係較氧 化鐵與氧化鋅還原所需之理論碳量多（在大約10至15%質 量百分比的範圍中，雖然其依據化合物形式與反應方式而 變化），所以當燃燒器燃燒與二次燃燒所形成的C02與蒸 汽(H2〇)到達九狀物表面時，其將以過量加入九狀物中的碳 質材料而還原成C0或H2，所以氧化鐵與氧化鋅將可還原 。其次，該還原九將由九狀物卸料孔5機械化地卸料。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格---- I--------罐衣I — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 495552 A7 B7 五、發明説明（Q) 在還原區域4中，該九狀物被加熱而維持於1100至 1350°C間的溫度’且該熱係提供於升溫以及九狀物的吸熱 反應，以還原九狀物中的氧化鐵與氧化鋅。在該狀況中， 因爲九狀物係以單層鋪置或雙層層疊於爐中，所以主要爲 輻射之熱傳導可有效率地進行。 範例1 在使用混有碳質材料的乾燥九狀物之本發明的實施例 中，該丸狀物的製備係藉由將碳質材料（焦炭成分）、含 有鋅成分之氧化鐵的鼓風爐灰渣、以及其他包含有氧化鐵 的灰渣（例如滾軋淤渣），以預定混合比例混合，並將其 成形與乾燥而完成。圖1係顯示用於本範例之潮濕鼓風爐 灰渣與滾軋淤渣成分的表格，圖2係顯示用以燒結潮濕鼓 風爐灰渣與滾軋淤渣材料之混合比例的表格，以及圖3係 顯示以本範例所製造之還原丸的還原比例、鋅移除比例及 相似者。 經濟部中央檩準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

如圖1所示，所使用之潮濕鼓風爐灰渣包含作爲焦炭 成分之33%質量百分比的碳，與作爲雜質之3%質量百分比 的鋅之氧化鐵。在鼓風爐灰渣中的鐵成分與鋅成分實質上 以氧化物的形式出現。另一方面，滾軋淤渣包含4%質量百 分的油成分，而且像鼓風爐灰渣一樣，滾軋淤渣中的鐵成 分實質上以氧化物的形式出現。該鼓風爐灰渣與滚軋淤'渣 係以圖2所示之混合比例混合，一黏結劑及水係施加於其 中，並成形爲具有大約16至20mm直徑的生胚九。其次’ 該生胚九以包括有燃燒氣體與空氣的氣體混合物在160°C — 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 495552

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 供乾’直到水3里降至低於1·〇%質量百分比爲止。 其次’該乾燥九狀物進給於電爐中，並在氮氣氣氛中 以1300°C維持9分鐘。九狀物的升溫曲線係顯示於圖8中 〇 使用於本發明之實驗中的燒結爐係圖9所示之電加熱 爐10,該爐體內部係以耐火材料所製之管線U與外部空 氣隔絕。加入碳質材料的丸狀物係置於試件座12，並進給 至預先於氮氣氣氛中維持在一預定還原溫度的電加熱爐中 。熱電偶（未舉例說明）係置於九狀物的中心部位，以量 測九狀物的升溫速率。 首先，加入九狀物中之碳量的效果將參考圖5做說明 。在圖5中，橫軸係標示基於九狀物中鐵和鋅總數而加入 九狀物中的碳量，而縱軸係標示九狀物的還原比例（實線 )以及九狀物的形狀維持性（虛線）。 九狀物的還原比例數値，係將“以還原而移除之與鐵結 合的氧量”除以“與鐵結合之初始氧量”而得。 此外，原狀維持性定義還原九的外觀爲： 原狀維持性=Σ (形狀指數X頻率）％ 亦即，原狀維持性係藉由定義形狀指數而表示’形狀 指數爲： 1〇〇 ··維持形狀的九狀物，實質上沒有觀察到龜裂 75 ··維持形狀的九狀物，有觀察到龜裂 5〇 ··包含有大龜裂於內部，或龜裂成兩半的九狀物 25 :龜裂成數塊的九狀物 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ---I------#^1 — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 495552 A7 B7 五、發明説明（w) 0:粉碎的九狀物 並藉由將顯示上述外觀的頻率與形狀因子相乘而表示 〇 如圖5所示，其可見到：若基於鐵和鋅總量之九狀物 內的碳量在13至60%質量百分比的範圍中時，則丸狀物的 還原比例爲75%質量百分比或更高比例’且還原九的形狀 維持性爲50%或更高比例。在該狀況中，鋅移除比例係 98%質量百分比，且可見到鋅可令人滿意地還原。 通常要求還原九之還原比例爲75%質量百分比或更高 比例，而以將還原九進給於鼓風爐或轉爐之處理能力的觀 點視之，還原九的原狀維持性具有形狀維持性爲50%的限 制。 此外，其係認爲：若還原九中的碳量係18%質量百分 比或更高比例時，則還原九的還原比例爲90%質量百分比 或更高；反之，若還原九中的碳量低於45%質量百分比或 更低比例時，則還原九的原狀維持性爲75%或更高比例。 其已證實：在本狀況中之還原九的強度係於45至80kgf/ P的範圍中，且可使用爲鼓風爐的起始材料。 範例2 範例2係顯示九狀物之還原溫度效果的範例。九狀物 係進給於保持在900至1350°C溫度的電加熱爐中，於九狀 物達一預定溫度後維持12分鐘，然後進行九狀物還原。圖 6係顯示量測還原九之鋅量、還原比例以及粉碎強度的結 果。 ______ 16___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格(210 X297公釐) ~ ~ II---------罐衣—丨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 495552 經濟部中央檩準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（α) 如圖6所示，還原九的鋅移除比例在i2〇〇°c或更高的 溫度時達到99%質量百分比或更高比例，而鋅量將降低至 0.01%質量百分比或更低比例。此乃因在高溫區域中之氧 化鋅將優先於氧化鐵還原，且其已證實：鋅量可降低一個 位數，以及鋅可較習知技術更有效率地移除。另一方面， 其可見到還原丸之還原比例與粉碎強度隨還原溫度的上升 而增加。還原九具有足夠的強度，可作爲在ll〇(TC或更高 溫度之鼓風爐起始材料。在該狀況中，雖然在135(TC時部 份地觀察到九狀物間的熔解，但在其他溫度時之熔解並未 觀察到。此外，在1350°C時九狀物間的部份熔解部份，亦 可機械性地加以粉碎。 範例3 範例3係顯示九狀物升溫速率之效果的範例。 對於具有基於九狀物中鐵與鋅總量而加入九狀物中的 碳量分別爲30.6%質量百分比與53.8%質量百分比之丸狀 物，係進行在150至900t溫度範圍中變換升溫速率的升 溫實驗，而其結果顯示於圖7中。 如圖7所示，其已發現：在基於鐵與鋅總量之30β6% 質量百分比之九狀物中的碳量，九狀物之原狀維持性在13 °C/sec或更低的九狀物升溫速率時可維持於50% ;而九狀 物之升溫速率爲5°C/sec或更低時，九狀物之原狀維持性 可改善，且九狀物之形狀維持性係大約100%。以相同的方 式，其已證實：在53.8%質量百分比之碳量時，丸狀物的 原狀維持性隨著丸狀物升溫速率的減少而改善，而九狀物 丨 衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 495552 經濟部中夬檩準局員工消費合作社印製 A7 五、發明説明（Μ) 之原狀維持性可藉由將九狀物的升溫速率保持於lot/sec 或更低速率下，而維持於50%或更高比例。另一方面，隨 著還原的進行，由於金屬鐵在3°C/sec或更高升溫速率的 燒結，40kgf/P的壓碎強度將可獲得；而在5°C/sec或更 高升溫速率時，燒結變得完全而獲得具有足夠強度的還原 丸。因此，其可見到：3至13°C/sec，最好爲5至1(TC/ sec的升溫速率係所需，以獲得具有高度原狀維持性和高強 度的還原丸。 範例4 範例4係顯示在範例1之條件下所生產之還原九的還 原比例與鋅移除比例的範例。如圖3所示，其已證實：在 本發明之任何一項範例中，鋅量減少至0.020%質量百分比 或更低比例，且鋅可令人滿意地減少。 在本發明之範例中，其可見到：九狀物之原狀維持性 維持於50%或更高比例，所產生之還原九的壓碎強度係 45kgf/P或更高，且還原比例亦爲75%質量比分比或更高 比例，故其可用爲鼓風爐的起始材料。特別地是，在包括 有鼓風爐灰渣與滾軋淤渣混合比例各爲50%質量百分比（ 基於鐵加鋅成分比例之丸狀物中的碳量）之試驗材料3中 ，其可見到：所產生的九狀物具有99.1%的還原比例以及 98%的原狀維持性，所以九狀物的還原比例與原狀維持性 可明顯地改善。 在本範例中，在最初成形生胚九內所包含的油成分爲 2%質量百分比，但若生胚九中的油含量大約爲2%質量百 __________ 18 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格(210 X297公釐1 衣丨I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 495552 A7 B7 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 五、發明説明（I]) 分比，則並不會觀察到還原期間九狀物的破裂。 本發明之方法可提供高還原度（還原比例爲75%質量 百分比或更咼）並具有極微量鋅的還原九，不僅可做爲鼓 風爐的起始材料，也可做爲轉爐以及電爐的起始材料。 本發明之方法並不僅限定於本實施例中，且本方法不 僅可使用含有碳質材料的鼓風爐灰渣以及滾軋淤渣，亦可 使用其他由製鐵和製鋼製程中所產生之含有氧化鐵的灰渣 與淤渣，以作爲九狀物之起始材料。此外，九狀物的顆粒 尺寸並不僅限於如本範例所示之大約16-2〇mm，而其可爲 大約6至16mm，其係用於鼓風爐之燒結氧化鐵丸的一般 尺寸。此外，本發明之方法不僅可使用於還原九，亦可用 於還原錠塊的製造。乾燥的錠塊係使用於還原錠塊的製造 ，而乾燥的錠塊係藉由例如將水加入含有添加劑的原料以 製成錠塊，然後將其以像生胚九的情況乾燥，以及藉由加 入添加劑於先前經乾燥的原料之成錠法而獲得。 此外，在本實施例中，九狀物係於圖9所示之電加熱 爐中還原，且其結果亦可應用於轉膛爐。當九狀物在轉膛 爐內還原時，可大量地且高效率地製造具有極微量鋅成分 、適當顆粒尺寸以及高還原比例的還原九。 在本實施例中，一以氮氣爲典型代表的鈍氣（亦包含 氬氣）係作爲氣氛，但是亦可使用諸如以旋膛爐中之燃燒 器加熱的燃燒氣體等氣氛。因爲燃燒氣體可使用爲含有由 九狀物還原並蒸發之鋅成分的反應氣體的載體氣體’所以 無須額外供應一作爲載體氣體之氮氣或相似者’其不僅可 19 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 495552 Α7 Β7 五、發明説明（丨？） 以節省氮氣或相似者，而且亦可避免由分離供給的氮氣所 引起的熱損耗。 範例5 此外，因爲作爲九狀物之起始材料的淤渣或灰渣，係 包含鐵和鋅的氧化物以及鐵和鋅的複合化合物做爲主要成 分，所以本發明之方法亦可處理小量金屬鐵、金屬鋅以及 鐵和鋅之複合化合物出現的狀況。在該狀況中，九狀物中 的碳量最好爲鐵和鋅總量之13至60%質量百分比的範圍中 。其可以另一種表示方式表示爲：混合於九狀物中的碳量 和九狀物中與鐵及鋅接合之氧量的比例(C/0)，係位於65 至160%質量百分比的範圍中。鑑於顯示九狀物中與鐵和鋅 接合之氧數量的(C/0)比例，與還原比例、鋅移除比例以 及原狀維持性間之關係的圖10，其可見到：在高還原比例 :具有50%或更高比例之原狀維持性、與極微量鋅成分的 還原九可在此範圍中獲得。 包括專利說明書、申請專利範圍、圖示以及槪述之 1997年12月18日申請的日本專利申請案號9-349478之 所有揭示’係整個作爲參考文獻而納編於此。 I---------乘衣II (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、tr 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ___20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格釐)

Claims (1)

1. 495552 一—人〜 •令，' _’〕 /ί\申#蓴利範圍: Α8 Β8 C8 D8 •正 ml ^0* IL i2 1. 一種製造還原鐵九的方法，包括有下列步驟： 控制碳質材料，以使碳的數量爲含有氧化鐵與氧化鋅 之一種或多種灰渣之供給材料混合物中的鐵和鋅的總數之 7至60%質量百分比，並加水將其製備成加入碳質材料的 生胚九； 將所製備的生胚九乾燥，以製備乾燥九狀物； 將乾燥九狀物供給至還原爐中；以及 以主要爲輻射之熱傳導加熱該乾燥九，以使九狀物在 150至900°C的溫度範圍中的升溫速率爲3至13°C/sec，以 及進一步加熱該九狀物至溫度足夠，以還原氧化鋅並蒸發 鋅，以及還原氧化鐵。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中碳的數量爲鐵 和鋅總數之13至60%質量百分比。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中碳的數量爲鐵 和鋅總數之13至45%質量百分比。 4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中 升溫速率係5至10°C/sec。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含此步 驟： 氧化鐵與氧化鋅的還原係在11〇〇至135CTC間的溫度 進行。 6. 如申請專利範圍第7項之方法，其進一步包含此步 驟： 氧化鐵與氧化鋅的還原係在1200至1350t間的溫度 進行。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 --------訂·--------ii—Αν-----^------ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 495552 A8 B8 C8 D8 12 申請專利範圍 7. —種製造還原鐵九的方法，包括有下列步驟： 控制碳質材料，以使碳的數量爲含有氧化鐵與氧化鋅 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之一種或多種灰渣之供給材料混合物中的鐵和鋅的總數之 7至60%質量百分比，並加水將其製備成加入碳質材料的 生胚九； ♦將所製備的生胚九乾燥，以製備乾燥九狀物； 將乾燥九狀物供給至還原爐中； 以3至13°(：/^(：的升溫速率加熱該乾燥九，其中九狀 物的溫度範圍在150至900°C間；以及 進一步加熱該九狀物至溫度足夠還原該氧化鋅並蒸發 該鋅，以及還原該氧化鐵。 8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中氧化鐵與氧化 鋅的還原係在1100至135CTC間的溫度進行。 9. 如申請專利範圍第7項之方法，其中氧化鐵與氧化 鋅的還原係在1200至1350°C間的溫度進行。 10. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中 該灰渣爲包含碳質材料之鼓風爐灰渣、轉爐灰渣、燒結灰 渣、電爐灰渣或其混合物。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 11. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中 該碳質材料包含焦炭成分。 12. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中 旋膛爐係使用爲燒結爐。 13. —種以申請專利範圍第1至3項中任一項之方法所 產生的還原鐵九。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）