A7 531560 ______B7____ 五、發明說明（（） 【發明之詳細說明】 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種藉由將包含鐵礦石等氧化鐵與焦炭 等的碳質還原劑之原料還原熔融所得之Fe純度高、而C 及S含有量，甚至Si、Μη的含有量爲特定且粒徑亦爲特 定之粒狀金屬鐵。 【習知技術】 將鐵礦石等之酸化鐵源以碳材及還原性氣體直接還原 而得到還原鐵之直接製鐵法是自古即廣爲所知的，關於具 體的還原法及連續還原設備也有許多的硏究在進行。 在其中一例之日本專利特開平1 1-337264號公報中， 係揭示了一種旋轉型爐床，其將製鋼粉塵與粉礦等的氧化 鐵源與碳質還原劑混合後以黏結劑(binder)固化成形之生顆 粒加熱、還原時，藉由設置預熱帶來防止未乾燥狀態的生 胚急速的加熱時所產生的爆裂，而可連續有效率地製造還 原鐵。 但是，包含本例，在將包含氧化鐵源與還原劑之成形 體加熱、還原而製造金屬鐵的技術中，例如，使用作爲鐵 源之鐵礦石等的時候，在金屬鐵中混入了不少爐渣成分。 特別是，在金屬鐵以海綿狀得到的方法中，混入金屬鐵中 的爐澄成分的分離去除很困難，所以F e純度變得相當低。 因此，將這些作爲鐵源使用時，用以將混入了相當量的爐 渣成分事先去除的預備處理就變成必須的。又，以往之直 接製鐵法所得到的金屬鐵大多爲海綿狀，由於其易破損， 3 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂·------ 531560 A7 · ____B7_ ' 五、發明說明（二，/) 所以作爲鐵源使用是十分麻煩的，作爲製鐵、製鋼用或合 金鋼製造用原料等之實用化，以二次加工來塊狀化等的製 程是必要的，附帶設備也不少，經濟的負擔也很重。 又，在日本專利特開平9-256017號公報中，係揭示了 將包含氧化鐵與碳質還原劑之成形物加熱還原，以生成金 屬鐵外皮並且使其成長，而持續該還原直到內部之氧化鐵 實質上不存在爲止，同時在內部使生成爐渣的凝集物形成 ，之後再繼續加熱，使內部的爐渣從金屬鐵外皮的外側流 出而將爐渣分離，再藉由使金屬鐵外皮熔融，而得到金屬 化率高之粒狀金屬鐵之方法。 然而，包含這些習知技術，至今所知的粒狀金屬鐵的 製法中，在綜合考慮作爲製鐵、製鋼用或合金鋼製造用等 的原料之品質與處理性等而可有效率地製造得到特定之粒 徑範圍的金屬鐵之技術還未確立。又，關於粒狀金屬鐵的 純度’即使有以高純度且雜質含量儘可能少爲佳的此種理 所當然的冀求，但並沒有將用於製鐵、製鋼原料等之粒狀 金屬鐵之最適合的碳含量做特定之具體的思想，又，可將 碳含量控制在特定範圍之具體的製造技術也尙未確立。 又，在還原鐵礦石等的酸化鐵源來製造金屬鐵時，一 般使用焦炭及石炭粉等作爲還原劑，但這些還原劑中通常 含有許多硫[S]，其會藉由還原熔融而混入生成之金屬鐵之 故，所以通常的粒狀金屬鐵中含有多量的[S]。因此，將其 •作爲製鐵、製鋼用的原料等實用化時，脫硫處理是不可或 缺的，這也是粒狀金屬鐵的品質下降之很大的原因。 _____ 4 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格χ公 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) tr---------線爲 531560 A7 五、發明說明（"？） 因此，爲了提筒錯由還原熔融法所製造之粒狀金屬鐵 之附加價値，乃希望確立一種技術，其超越單純進行高純 度化之希望的要求，而是綜合的考慮原料之生產可能性與 處理性等，在擁有最適當之粒度構成之同時，並能確保如 硫等之雜負3有量爲特定之金屬鐵，而可靈活地對應於例 如使用電爐等之製鐵、製鋼成本的降低，或是作爲鐵、鋼 材及各種合金鋼等的製造原料來使用時之選擇靈活性提昇 之此種巾場的要求。 【發明所欲解決之課題] 本發明係著眼於上述之狀況，其目的爲綜合考慮鐵源 之生產可能性與處理性等，而提供一種品質安定的粒狀金 屬鐵，其擁有適當之粒度構成，且如碳及硫等雜質的含有 量爲特定，可靈活地對應例如使用電爐等之製鐵、製鋼成 本的降低、或是在金屬鐵製造中使用原料的選擇靈活性增 加之市場要求。 【用以解決課題之手段】 可解決上述課題之本發明的粒狀金屬鐵，係將包含碳 質還原劑與氧化鐵含有物質之原料加以還原熔融所得者， 要旨爲· Fe含有重爲94% (以下，成分含有量的場合皆爲 質量％ )以上，C含有量爲1·〇〜4.5%、或進一步S含有量 爲0.20%以下，粒徑爲1〜30mm。 又，本發明之粒狀金屬鐵並非意味著完全的正球狀， 而是包含橢圓狀、蛋形狀、或是略爲扁平之橢圓狀、蛋形 狀之粒狀金屬物之總稱，上述直徑1〜30mm之粒徑係意味 5 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) ' " ~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -n ·ϋ ·1 n I-、ff ϋ n i n 4 5ΤΓ5οϋ Α7 五、發明說明) 長徑和短徑及最大厚度以及最小厚度的總和除以4之値。 此粒狀金屬鐵以進一步含有其他成分之0.02%〜0.5%的 Si，而Μη的含有量以未滿0.3%爲佳。 此粒狀金屬鐵，可藉由加熱前述原料讓其中所含有之 氧化鐵與碳質還原劑反應，進一步藉由該反應所生成之還 原性氣體（CO)在固體狀態下加熱還原，將所生成之還原 鐵在滲碳環境氣氛下再加熱來使其滲碳、熔融，一邊排斥 副產之爐渣一邊凝集成粒狀來得到，此時，使前述原料中 含有CaO源，在該原料中爐渣形成成分的鹼度（Ca0/Si02 )調整爲在0.6〜1.8的範圍的話，則原料中所含之S在還 原熔融時可被生成爐渣有效率地捕捉，而可得到S含量爲 0.08%以下之粒狀金屬鐵。 又，粒狀金屬鐵之前述C含有量，在還原熔融前述原 料時，可藉由調整原料中的碳質還原劑量，使前述加熱還 原後的金屬化率爲100%的時刻之殘留C量控制在 1.5%〜5.0%的規定範圍內。 【發明之實施形態】 上述之本發明之粒狀金屬鐵係將包含碳質還原劑與氧 化鐵含有物質之原料還原熔融所得者，其中，Fe含有量爲 94%以上（而以96%以上爲更佳），C含有量爲1.〇〜4.5% (而以2·0〜4.0%爲佳），或是進一步s含有量在0.20%以 下（以0.08%以下爲更佳），且粒徑落在丨〜如瓜㈤（而以 3〜20mm更佳）的範圍內，訂定這些數値範圍的理由如下 述。 6 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先5a讀背面之注意事項再填寫本頁)
T ϋ mmmmmi n Ml la— n ^ 0 i n n Male I n n I 531560 A7 . _ _____ _ B7___ ___· 五、發明說明（(） 首先，該粒狀金屬鐵的Fe含有量爲支配其品質重要之 因素，Fe純度高，反過來說當然就是希望雜質的成分含有 量極少’在本發明中訂定以94%以上爲基準，而以96%以 上爲佳。其理由爲，作爲製鐵、製鋼的原料使用時，若該 金屬鐵中的雜質量超過5%而變得過多時，在以電爐等進行 熔融之際該等雜質會以爐渣的形式形成於爐浴面上，其除 去作業會變得繁雜。又，例如熔解於熔鋼中之s、Mll、Si 、P之元素對於使用該金屬鐵而得到之最終製品有不好的 影響，所以，在熔製階段脫硫、脫磷、脫矽等的處理變得 不可少’而這些處理需要不少的手續與時間。由此來看， 本發明之粒狀金屬鐵必須爲Fe含有量至少94%以上，而以 96%以上爲佳。 又’該金屬鐵的C含有量係在將該金屬作爲製鋼原料 等使用時對應鋼的種類而確保必要之c量，係提高原料鐵 的通用性上重要的元素，因此希望至少含有1.0%以上，而 以2.0%以上爲佳。但是，若c含有量過多，使用該金屬鐵 爲原料之鋼及合金鋼會變得脆弱，對韌性及耐衝撃性有不 好的影響。因此，爲了防患如此的問題於未然，在熔製階 段，吹煉等之脫炭處理爲必須。所以，在不加重如此之附 加的處理之負擔，而可無障礙的使用製鐵、製鋼原料等， C含有量被期望控制在最多4.5%以下，而在4.0%以下爲佳 〇 # 又’ S雖根據製品鋼種而可作爲有效增加切削性之元 素等’但通常爲有害元素並對鋼的物性有不好的影響，因 7 ί紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4^各（21〇 x 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂-------- 531560 A7 . _______ _B7___ 五、發明說明（L ) 此’在作爲原料使用之本發明的粒狀金屬鐵中，S含有量 被期望控制在0.20%以下，而以0.08%以下爲佳。又，爲 了提高可作爲多樣的鋼種之製造而廣泛使用之鐵源之適用 範圍的彈性，Si含有量控制在0.02〜0.5%的範圍內，而Μη 控制在未滿0·3%爲佳。 與本發明有關之粒狀金屬鐵之上述C含有量，以及S 、Si、Μη等的含有量，可比對現在最常用之高爐所用之生 鐵而確認其特徵。亦即，在高爐中所製造之生鐵所含有的 C、S、Mn、Si等的含有量，依照所使用之氧化鐵源以及 焦炭的種類以及操作條件等而不同，但通常爲[C]= 4·3〜4.8%，[Si] = 〇·2〜0.6%，[Μη] = 0·3〜0.6%的範圍內。特 別是在高爐製鐵法中，所生成之熔融金屬鐵係在高爐下部 與多量的焦炭共存下之高還原環境氣氛下被滲碳，所以C 含有量幾乎達到飽和狀態。又，特別是作爲脈石成分而混 入之S:i02,在高溫環境氣氛下藉由多量存在之焦炭而較易 被還原，所以在熔融金屬鐵中含有0.2〜0.6%左右之Si，要 得到Si含有量未滿0.20%之熔融金屬鐵並不容易。又，Μη 比Si02更易被還原，在原料鐵礦石中含有多量ΜηΟ的情 況時’在強還原性環境氣氛下容易被還原，熔融金屬鐵中 的Μη含有量必然的變多。 相對於此，本發明所採用之如後述方法所製造之本發 明的粒狀金屬鐵，由其製法上的特徵來看，在C含有量爲 1.0〜4.5%，Si含有量爲〇.〇2〜0.5%，而以未滿0.2%爲佳， Μη含有量未滿0.3%的要點上，可看出與上述通常的金屬 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------. 5ΤΓ5〇υ Α7 —_______Β7_____ 五、發明說明（j ) 鐵在這些含有元素量的差異。又，如後述，在原料成形體 的製造階段，藉由添加CaO源而提高爐渣形成成分之鹼度 來得到低S化的本發明之粒狀金屬鐵，在S含有量也在 0.08%以下之低程度的要點來看，可與通常的方法所製造 之粒狀金屬鐵區別。 再者，本發明之粒狀金屬鐵，其粒徑在1〜30mm之範 圍內是很重要的，未滿1mm的微粒物，會由於在分別回收 時微細的爐渣成分容易混入而使鐵分純度降低或是容易飛 散等，而發生作爲粒狀製品之品質以及處理性的問題。 另一方面，粒徑的上限係如後述，由製造上的限制來 看，係以可確保既定的Fe純度等之極限之粒徑來訂定的， 因此，爲了得到粒徑超過30mm之大粒徑金屬鐵，不得不 使用大的成形體作爲原料，在進行後述之固體還原與滲碳 熔融而製造粒狀金屬鐵時，特別是在固體還原期中，熱傳 達到原料成形體的內部很費時間，固體還原的效率降低， 且在滲碳、熔融後，藉由熔融鐵的凝集之合體難以均一的 進行，所得到的粒狀金屬鐵的形狀複雜且不特定，而變得 難以得到粒徑統一之均質的粒狀金屬鐵。 又’粒狀鐵的形狀及大小，除上述原料成形體的大小 之外，也會隨著：例如配合原料（氧化鐵源的種類及爐渣 形成成分的組成等）、固體還原後的滲碳量、爐內環境氣 氛溫度（特別是進行滲碳、熔融、凝集之區隔的環境氣氛 溫度）、以及對還原熔融爐之原料成形體的供給密度等而 改變。當中’供給密度係與前述原料成形體的尺寸有共同 9 ί紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) ' --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
--------訂--------I 531560 A7 , , ___B7_____ 五、發明說明（/ ) 的影響，供給密度愈提高，藉由滲碳、溶融等所生成之熔 融金屬鐵之間愈容易在爐床上互相凝集、合體而形成大尺 寸的成形體。再者，若將原料成形體的供給密度緩緩地上 升，進而以多層積層狀態供給在爐床上的話，熔融金屬鐵 合體而大粒徑化之機率會增加。但是，若供給密度過高， 爐內的傳熱速度下降，不但固體還原率的上升受阻，且凝 集、合體也變得難以均一的進行，粒狀金屬鐵的形狀變得 複雜且不特定，而難以得到粒徑統一之均質的形狀之粒狀 金屬鐵。 如此由原料成形體的尺寸等而產生的問題，係顯現在 欲得到粒徑爲30mm以上之作爲製品之粒狀金屬鐵之時， 而只要在30mm以下的粒徑的話便不會產生該問題，可得 到粒徑與外觀形狀比較統一之粒狀物。基於此理由，在本 發明中，粒徑上限定爲30mm以下。但是，可以得到更均 質且粒徑及外觀形狀統一的爲3〜15mm之粒徑者。 又，根據配合於原料成形體之鐵礦石等的商品以及其 特性，所生成之粒狀金屬鐵的尺寸會不同，一般而言，將 磁鐵礦系的鐵礦石作爲氧化鐵源來使用的情況下，凝集性 良好，但是，例如，原料成形體1個中所含有之鐵成分的 全量之凝集並不限定在1個粒狀金屬鐵中，而可常常觀察 到分成2〜3個來凝集。產生如此現象的原因雖然還不明確 ，但可想成由於作爲氧化鐵源之氧含有量的差異以及鐵礦 石結晶構造的差異，以及脈石成分由來之爐渣形成成分的 差異等而複雜的影響。但是不論如何，確認的是：只要製 10 本紙張尺度剌中S國家標準(CNS)A4規格（21G X 297公爱) ------ --------------------訂 *-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 531560 A7 ( 1 __________B7 _ 五、發明說明) 品之粒徑爲30mm以下，可安定的得到粒徑及形狀較爲一 致之粒狀金屬鐵。 如此滿足全部的要件之本發明的粒狀金屬鐵，可極爲 有效的活用於以電爐等爲首之各種的製鐵·製鋼設備與合 金鋼製造設備所用之爲了製造鐵·鋼及各種合金鋼之鐵源 〇 接著一邊參照圖式，一邊詳細說明滿足上述要件之粒 狀金屬鐵的具體製法。 圖1〜3係與本發明有關之粒狀金屬鐵之製造所用之本 發明者本身開發之旋轉爐床型還原熔融爐之一例的槪略說 明圖，顯示具有甜甜圈狀之旋轉移動床之圓頂型構造’圖 1爲槪略示意圖，圖2爲圖1上A-A線截面對應圖’圖3 係爲了便於理解而將圖1中之旋轉爐床的旋轉移動方向展 開顯示之槪略截面說明圖，圖中1爲旋轉爐床，2爲覆蓋 該旋轉爐床之爐體，旋轉爐床1係藉由未圖示之驅動裝置 而可以適當的速度旋轉驅動。 在爐體2的壁面之適當場所上設置複數的燃燒室3， 藉由該燃燒室3的燃燒熱及其輻射熱傳到旋轉爐床1上之 原料成形體，來進行該成形體的加熱還原。圖示之爐體2 係表示較佳例，爐體2內部係由3片間隔板Ki、K2、K3來 隔成第1區Zi、第2區Ζ2、第3區Ζ3、第4區Ζ4，該爐 體2的旋轉方向在最上流側面對著旋轉爐床1而配置著原 料以及副原料之裝入機構4，周時，旋轉方向的最下流側 (由於是旋轉構造，實際上也是在裝入機構的上流側）設 11 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--------- A7 531560 五、發明說明（/〇 ) 置排出設備6。 在運轉此還原溶融爐時，將旋轉爐床1依既定的速度 使其旋轉，在該旋轉爐床1上，由裝入機構4以能形成適 當的厚度來供給包含鐵礦石等和炭材之原料成形體。裝入 在爐床1上之原料成形體，在移動於第1區Zi的過程中從 燃燒室3接受燃燒熱以及輻射熱，藉著該成形體內的炭材 以及由該燃燒所生成之一氧化碳，使該成形體中的氧化鐵 能在維持固形狀態下加熱還原。之後，在第2區Z2再被加 熱速原’幾乎兀全速原而生成之速原鐵，藉著在第3區 再在還原性環境氣氛下被加熱而滲碳熔融，一邊與副產之 爐渣分離，一邊凝集成粒狀之金屬鐵後，在第4區Z4中， 以任意的冷卻機構C來冷卻固化，由其下流側所設置之排 出機構6來依序排出。此時，由鐵礦石中所含有之脈石成 分等產生之副產爐渣也被排出，它們經由料斗Η後，藉由 任意的分離機構（篩網或磁選裝置等）來進行金屬與爐渣 的分離，最終可得到鐵分純度94%以上，而以96%左右以 上爲佳之爐渣成分含量極少的粒狀之金屬鐵。 又，在此圖中，第4區Ζ4係大氣開放型，但實際上， 爲了儘可能的防止放熱，同時，爲了進行爐內環境氣氛之 適切的調整，覆上蓋子成爲大致密閉的構造爲佳。又’在 此例中，顯示以旋轉爐內的3片間隔板ΚΙ、Κ2、Κ3隔出 第1區Zi、第2區Ζ2、第3區Ζ3、第4區Ζ4之例子，但 並非侷限於如此的分割構造，依照爐的尺寸與目標生產能 力，作業形態等來適當的變更當然是可能的。但是’爲了 12 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) C------- 1訂---------. 531560 A7 , ' _____B7___ 五.、發明說明（"） 有效率的製造本發明之粒狀金屬鐵，如後述至少在加熱還 原的前半期之固體還原區域以及後半期之滲碳、熔融、凝 集區域間設置間隔壁，而成爲可個別控制爐內溫度以及環 境氣氛氣體之構成爲佳。 在上述還原、熔融製程中，還原時（固體還原期）的 環境氣氛溫度太高的情況，具體來說，在還原過程的某一 時期’若環境氣氛溫度成爲超過由原料中的脈石成分及未 還原氧化鐵等所形成之爐渣組成的融點之高溫時，則原料 中的鐵氧化物之FeO會在被還原前熔融，該熔融FeO會與 炭材中的碳（C)反應，所謂的熔融還原（在熔融狀態下 進行還原之現象，與固體還原不同）會急速的進行。雖然 由該熔融還原亦會生成金屬鐵，但一發生該熔融還原，還 原鐵與副產爐渣變得難以分離，不但所得到的還原鐵變成 海綿狀而難以粒狀化，還原鐵中的爐渣混入量也變多，而 難以確保本發明所訂定之Fe含有率。而且，也有凝集合體 之熔融金屬鐵在爐床上流延而變得扁平，有時無法成爲最 初粒狀物。 圖4表示：使用作爲氧化鐵源之鐵礦石與作爲碳質還 原劑之石炭而構成之原料成形體（直徑爲16〜19mm之顆粒 )’裝入環境氣氛溫度控制爲約1300°C (圖中的直線①） 之爐內’進行固體還原至還原率（在原料成形體中氧化鐵 中的氧去除率）大致達到100%，將所得到之還原鐵在圖中 的直線③所示之時刻裝入控制在約1425°c (直線②）之熔 解區而使其熔解之情況的反應狀況，在圖中，在表示藉由 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 一" 一 一 --------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 531560 A7 , _____ _B7____'_ 五、發明說明 預先裝入原料成形體內之熱電偶來連續測定之成形體的內 部溫度與爐的環境氣氛溫度之同時，也一倂表示在還原過 程中所發生之二氧化碳與一氧化碳的經時變化。 由此可明顯知道，爲了使裝入爐內之原料成形體保持 固體狀悲’且g襄速原進丫了至遠原率（氧去除率）要在80% (圖4的A點）以上、更佳至94% (圖4的B點）以上， 爐內溫度要保持在1200〜1500°C，而以1200〜1400°C的範 圍更佳’來進行固體還原，接著將爐內溫度提高到 1350〜1500°C，在還原一部分殘留之氧化鐵之同時，將共同 生成之金屬鐵滲碳熔融使其凝集，藉由採用此2段加熱方 式，可安定並有效率地製得Fe純度高之粒狀的金屬鐵。 又，在圖4之橫軸所示的時間，根據構成原料成形體 之鐵礦石與炭材的組成等有若干差異，但通常在10〜13分 左右可完成氧化鐵的固體還原與熔融及凝集、合體，而可 得到粒狀之金屬鐵。 此時，若將原料成形體的固體還原在未滿80%之還原 率時便停止而進行加熱熔融的話，不但如前所述所生成之 還原鐵變成海綿鐵而變得難以粒狀化，最終所得到之金屬 鐵的Fe含有率也變得難以提高至94%以上。然而，若在固 體還原末期確保80%、更佳爲94%以上之還原率’在此刖 提下進行接下來的製程之滲碳、熔融、凝集的話’則不論 原料成形體中的鐵礦石等的品牌及配合組成等爲何，原料 成形體中部分殘存之FeO也可在成形體內部有效率的被還 原，且在之後的滲碳、熔融過程可一邊排斥所產生的爐渣 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .P- 訂---------線* 531560 A7 , _______B7__ :_ 五、發明說明（/)) 一邊成長粒狀化，而可得到Fe含有率高且粒徑比較一致之 粒狀金屬鐵。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 然後’在圖4中前段的固體還原區域中，可確保高程 度還原率之較佳的爐內溫度爲1200〜1500 °C，而以 1200〜1400°C的範圍爲佳，在未滿1200°C之溫度下，固體 還原反應的進行變慢使得爐內滯留時間必須延長，所以生 產性差，另一方面，若爐內溫度在1400°C以上，特別是若 超過1500°C ’則隨著粒狀金屬鐵互相合體而大型化之同時 也會變得不定形，而成爲不佳的製品。 又’依據原料鐵礦石的組成及配合量，在1400〜1500 °C的溫度區域內，也有粒狀金屬鐵之間不互相合體而大型 化之情況’但其頻率與可能性較少，因此，固體還原期的 適當溫度爲1200〜1500°C，而以採用1200〜1400°C之範圍 爲佳。又’在實際操作中，在固體還原期的初期，將爐內 溫度設定在1200°C以下，而在固體還原的後半期將溫度提 高至1200〜150(TC來進行固體還原當然也是可能的。 於固體還原區域中完成最終目標之固體還原的成形體 係移送至爐內溫度升高至1425°C之熔融區域。如此一來， 如圖4所示，成形體的內部溫度逐漸上升，在C點暫時下 降而再升溫達到設定溫度之H25°C。在C點之上述的溫度 下降被認爲是伴隨著還原鐵熔融而以熔解潛熱的形式被吸 熱’亦即該C點可視爲熔融開始點。此熔融開始點根據還 原鐵粒子內之殘存碳量而大致決定，該還原鐵藉由其中之 殘存碳及CO氣體等而受到滲碳，融點下降而急速的熔融 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 531560 A7 ， * ---- ----------B7__—_ —-- 五、發明說明（丨.） Ο 因此，爲使得此熔融快速的進行，在完成固體還原之 還原鐵內，上述之滲碳必須殘存相當量之碳。此殘留碳量 ，係根據製造原料成形體時之鐵礦石等與炭材的配合比例 來決定，但根據本發明者們藉由實驗確認之結果’在固體 還原期中，最終還原率到達大致100%的狀態下，即金屬化 率到達100%之狀態下，若以使得該固體還原物中的殘留碳 量（亦即剩餘碳量）成爲1.5%以上的方式來確保當初之碳 配合量的話，可使還原鐵迅速的滲碳並可使其低融點化’ 而可在1300〜1500°C的溫度範圍中快速的使其凝集而合體 爲適當的粒徑。順帶一提，若上述還原鐵中之殘留碳含量 未滿1.5%，用以滲碳之碳量不足，會使得還原鐵的融點無 法充分的降下，用以加熱熔融之溫度也不得不提高到150〇 °C以上。 又，在滲碳量爲〇的情況時，亦即純鐵的熔融溫度爲 1537°C，若加熱到比此溫度還高之高溫的話，雖可使還原 鐵熔融，但在實用爐中爲了減輕對爐床耐火物的熱負荷， 作業溫度儘可能以低溫較佳之故，所以，作業溫度控制在 1500°C左右以下爲佳。更具體的說，希望能控制作業條件 以確保在從圖4中熔融、凝集期的熔融開始點（C點）開 始約50〜200°C的範圍之昇溫量。如此爲使固體還原與滲碳 、熔融更爲平順且有效率的進行，上述滲碳熔融時的溫度 希望設定在比固體還原時的溫度高50〜200°C，而更以 50〜150°C左右爲佳之高溫。 16 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱1 ~' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
丁 —I n li —I n 1-1 1 · flu n n Hi n n n I 531560 A7 . ______B7____ 五、發明說明（（f) 又，在本發明中，最終所得之粒狀金屬鐵中的碳量有 必要確保在1.0〜4.5%，而最好確保在2.0〜4.0%的範圍，此 碳量係由製造原料成形體時之碳配合量與固體還原期的環 境氣氛控制來大致決定。特別是碳量的下限値雖係根據在 固體還原末期還原鐵中殘留之碳素量及之後的保持時間（ 滲碳量）來決定，但若如前述在固體還原末期達成大約接 近100%之還原率，且能確保1.5%之殘留碳量的話，可確 保最終得到的粒狀金屬鐵之碳有量爲1.0%以上。又，在固 體還原終了的時刻，若能確保還原鐵中的殘留碳量在5%以 上，並接著在熔融、凝集期進行該還原鐵的滲碳、熔融與 凝集的話，便可確認所得到之粒狀金屬鐵中的碳量提高至 4.5 %。但是’爲了確保最終所得到之松狀金屬鐵中的含 有量安定在較佳之2.0〜4.0%的範圍’固體還原終了時的殘 存碳量控制在1.5〜4.5%的範圍內爲佳。 又，從其間之環境氣氛氣體來看，固體還原急速的進 行之時期，原料成形體中的氧化鐵與碳之反應會生成大量 的CO,藉由自保護作用使得成形體附近維持高還原性環 境氣氛，但在固體還原的末期及之後的滲碳、熔融期中 c 0氣體的發生量銳減之故’無法期待由自保護作用產生 之再氧化防止效果。 圖5顯示調查固體還原生成物的金屬化率與殘留FeO 量及殘留碳的關係之結果’如圖所示殘留FeO隨著固體還 原的進行’亦即金屬化率的上升而減少。在圖中的直線① 以前，如前述圖4所示’在控制在1200〜1500°C的爐內進 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂--------*線康 A7 531560 五、發明說明（/ 行原料成形體的固體還原，之後，接著在控制在 1350~l5G(rc之高還原性環境氣氛中之熔融期進行還原鐵的 渗碳、溶融、凝集，在此之間的金屬化率與殘留FeO以及 殘留碳的關係相當於在圖5中較直線①右側的曲線之關係 來變化。 圖5中的（1)和（2)係顯示金屬化率與殘留碳量的 關係之曲線，（1)顯示在金屬化率爲100%之時刻而殘留 碳量爲丨·5%之情況，（2)顯示在金屬化率爲1〇〇%之時刻 而殘留碳鼇爲3.0%之情況，爲得到本發明之粒狀金屬鐵， 在^料成形體之製造階段之炭材配合量最好調整到殘留碳 素量在曲線（1)以上。 又’即使在製造原料成形體時之炭材配合量爲一定， @ 爐內環境氣氛氣體的還原力，在金屬化率100°/。的時 的殘留碳量會略爲變動之故，對應作業時的環境氣氛 還原力，注意前述炭材的配合量應適當的控制，但 是不管怎樣，當初的炭材配合量調整到在金屬化率100%的 時刻上最終殘留碳素量在L5%以上爲佳。 _帶一提，圖6係調查在金屬化率100%的時刻上之 最終殘留碳量與所得到之粒狀金屬鐵的C含有率的關係所 絲頁示之結果，該殘留碳量若爲1.5〜5.0%，就可以確保所得 到之粒狀金屬鐵的C量爲1.0〜4.5%，若該殘留碳量爲 2·5~4·5%，就可確保所得到之金屬鐵的c量爲2.0〜4.0%。 在上述說明中，使用金屬化率與還原率2種作爲表示 Fe0的還原狀態之指標，而其定義如下述，兩者的關係可 __ 18 ^氏張尺度適用標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -^^衣--------訂—-------'線▲ 531560 A7 ， ------- Β7___ 五、發明說明（^) ' / 如匱1 7所示。兩者的關係依據用作爲氧化鐵源之鐵礦石等 的品牌而不同，圖7表示的是使用磁鐵礦（Magnetite : FesO4)作爲氧化鐵源之情況之關係。 金屬化率=[生成之粒狀金屬鐵/(生成之粒狀金屬鐵 +鐵礦石中的鐵）]Xl〇〇 (〇/〇) 還原率=[還原過程中除去之氧量/原料成形中所含之 氧化鐵中的氧量]X 100 (%) 另一方面在製造本發明之粒狀金屬鐵時所用之還原熔 融爐中’如前述在原料成形體的加熱上係採用燃燒器加熱 。然後，固體還原期如前述圖4所說明的，由於裝入爐內 之原料成形體中的氧化鐵源與炭材的反應產生大量的CO 氣體與少量的C02氣體之故，利用在原料成形體附近由本 身放出之上述CO氣體的保護效果，可保持充分的還原性 環境氣氛。 然而，在固體還原期的後半到末期，上述CO氣體的 發生量急速的減少，所以自保護作用降低，易受由燃燒室 加熱所產生之燃燒排氣（〇〇2和H20等的氧化性氣體）的 影響，好不容易還原之金屬鐵變得容易受到再氧化。又， 在固體還原終了後，雖成形體中的殘留碳所造成之還原鐵 的滲碳使得融點下降，可讓微小還原鐵的熔融與凝集進行 ，但在此階段也缺乏前述之自保護作用之故，易受到再氧 化。 因此，爲了儘可能一邊抑制如此由於再氧化之Fe純度 的降低，有效的進行固體還原後的滲碳、熔融、凝集，將 19 本、紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線邊 531560 A7 ^ ， _____B7____ 五、發明說明（//)
Fe純度確保在94%以上之同時，得到適當粒徑之粒狀金屬 鐵，最好適切的控制滲碳、熔融區域的環境氣氛氣體組成 0 因此，在固體還原終了後的滲碳、熔融時，爲了一邊 防止還原鐵的再氧化一邊有效率的進行滲碳、熔融，進行 了環境氣氛條件的檢討，該檢討結果可一邊參照圖8 —邊 說明。又，在此實驗中所採方法，係使用箱型的電爐，在 滲碳、熔融時使用石炭粒作爲環境氣氛調整劑，將其以適 當的厚度鋪緊在爐床上，以將滲碳、熔融時的環境氣氛維 持在高還原性。 亦即，使用不同粒徑石炭粒作爲環境氣氛調整劑，將 此以約3mm的厚度鋪緊在鋁托盤上，在其上排列載置直徑 約19mm之原料成形體50〜60個之同時，在其中1個中設 置熱電偶，將它們裝入箱型電爐，在測定加熱時之溫度之 同時，測定產生氣體之組成，調查生成之金屬鐵的再氧化 之可能性。又，電爐的溫度設定在最高到達溫度爲約1450 °C，而且初期的爐內環境氣氛氣體之組成爲C02 : 20%， N2 : 80%。圖8係顯示使電爐內溫度緩緩上升時，藉由前 述熱電偶經時性檢測之原料成形體的溫度與環境氣氛氣體 組成之結果，橫軸爲溫度變化，縱軸表示環境氣氛氣體的 簡易還原率(CO) /(C0+C02)。而在此圖中，將4種的實 驗結果分爲區塊，圖中的（3)爲不使用環境氣氛調整劑的 情況，（4)爲使用平均粒徑超過3.0mm直徑之粗粒的石 炭來作爲環境氣氛調整劑情況，（1 ) ( 2)顯示使用粒度 20 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210_χ 297公釐巧 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
-In I n n I It 一.口，t (ϋ in n I A7 ? ， ^^^--ή-—---— 五.、發明說明（[) 調整爲2.0mm以下之微粒石炭粉A、Β情況之結果，在此 圖中，作爲顯示再氧化可能性之指標之FeO-Fe平衡曲線與 FhCU-FeO平衡曲線也一倂記載。又，在圖中以圓圏住的 區域係顯示在各個實驗中固體還原大致終了，熔融、凝集 開始的時期，在此時期中環境氣氛氣體的控制，係在抑制 氧化鐵的再氧化而得到Fe純度高的粒狀金屬鐵中最重要的 〇 由此圖明顯的看出，未使用環境氣氛調整劑之（3)中 ’還原鐵的滲碳、熔融、凝集開始之區域（C)位於FeO-Fe平衡曲線相當下方處，表示一邊發生部份熔融還原、一 邊熔融還原鐵全體。在此場合中亦會生成金屬鐵，但若如 前述發生熔融還原的話，不僅金屬鐵易變成海綿狀而不易 粒狀化，且金屬鐵的Fe純度也很難充分提高。 相對於此，（1)、（2)爲使用微細化之石炭粉作爲 環境氣氛調整劑之情況，在這些圖中也很明顯的看出環境 氣氛氣體的還原力大幅改善，而發生還原鐵的滲碳、熔融 、凝集之區域（A)位於FeO-Fe平衡曲線的上部，維持在 不生成FeO的區域。又（3)爲使用粗粒的石炭之例，在 此情況下，發生滲碳、熔融、凝集之區域（B)位於FeO-Fe平衡曲線略爲下側處，雖潛藏著些許發生再氧化之可能 性，但進行所得到的金屬鐵之成分分析確認幾乎沒有再氧 化。 再者，至少在滲碳、熔融、凝集的開始期，氣體環境 氣氛的還原力爲〇·5以上，而以0.6以上更佳，最佳在0.7 21 广#先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} ----訂.------I« 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 531560 A7 ______B7____ 五、發明說明（*7^) 以上，而最好將環境氣氛氣體的還原力控制在FeO-Fe平衡 曲線的上方的話，確認不會由於固體還原導致還原鐵的再 氧化，可平順的進行該滲碳、溶融、凝集，可極有效率地 製得Fe含有率爲94%以上且碳含有量在1.0〜4.5%的範圍 之粒狀金屬鐵。 又，若直接解析上述圖8的實驗資料，簡易還原力在 0.5〜0·7的程度雖有相當量之再氧化的疑慮，但在此實驗中 最多只求環境氣氛氣體的還原力，實際上在原料成形體的 內部或附近，由於原料成形體內的殘留碳以及前述環境氣 氛調整劑的存在而應當保持著高還原性環境氣氛，而且從 爐床上部的環境氣氛侵入原料成形體附近之氧化性氣體（ C〇2及H2〇等）係被碳質的環境氣氛調整劑所立即還原之 故，推測實測之環境氣氛氣體的還原力即使是0.5〜0.7的 程度也不會發生再氧化。順帶一提，若該還原力未滿q.5， 不僅所生成之金屬鐵變得易受到再氧化，由於滲碳不足， 金屬鐵的凝集與粒狀化變得難以進行，而變得難以得到本 發明意圖的粒徑範圍之粒狀金屬鐵。 又，®原鐵的滲碳、熔融、凝集終了後，氣體環境氣 氛的速原力急速降低，但在實際作業製程中，在此時刻熔 融、凝集之金屬鐵與副產之爐渣幾乎完全分離之故，幾乎 不會受到環境氣氛氣體的影響，藉由將其冷卻凝固，可有 效率地^到爐澄混入量少、；Fe含有率高之粒狀金屬鐵。 上述也明j的顯不，在使用石炭粉作爲環境氣氛調整 劑的情況時’藉由粒徑3mm以下，最好在2麵以下來微 22 t、紙張尺用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 ----一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) τ _ 11 m i i i ·ϋ n-i I HI m n n In Βϋ I^-- 531560 A7 _____B7__ 五、發明說明) 細化使用，可更確實的防止滲碳、熔融、凝集時的再氧化 之故，所以較佳。若考慮實際操作時在爐內之良率與操作 性等，該石炭粉之粒徑以〇·3〜i·5111111之範圍爲佳。鋪緊該 石炭粉的厚度並沒有特別的限制’但過薄的情況時，作爲 環境氣氛調整劑的絕對量略顯不足，所以希望能確保在 2mm左右以上，而以3mm以上爲佳。厚度的上限並沒有 特別限定，但若鋪的過厚，環境氣氛調整作用本身飽和， 變成經濟上的浪費，最好控制在7mm以下，而以6mm以 下較爲實際。又，作爲該環境氣氛調整劑，除了石炭以外 可以使用焦炭及木炭等，只要成爲CO發生源皆可，當然 也可使用它們的混合物。 此環境氣氛調整劑在原料成形體裝入爐床上前可預先 鋪在爐床上，在此情況，對於還原、熔融過程所產生之熔 融爐渣之滲出，可發揮保護爐床耐火物的作用。但是，環 境氣氛調整劑之前述作用被期待的是在固體還原終了後的 滲碳、熔融、凝集時期之故，在快要開始原料成形體的滲 碳、熔融之前再從上方灑在爐床上當然也是有效的。 根據上述的方法，特別由於在滲碳、熔融中環境氣氛 氣體的還原力提高，在防止還原鐵的再氧化之同時，可有 效率的進行滲碳、熔融與藉由凝集之粒狀化，進而可有效 率的得到Fe含有率高’且保有適當之粒度構成之粒狀金屬 鐵。此時，爲了有效率的進行從固體還原到滲碳、熔融、 凝集之一連的製程，在各階段適當的控制溫度以及環境氣 氛氣體爲佳。亦即，固體還原期的溫度，如前述，爲使其 23 ;紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線應 531560 B7 五、發明說明（>4〉 不產生熔融還原反應，最好保持在1200〜1400°C，又，滲 碳、熔融、凝集期的溫度保持在1300〜1500°C的範圍內爲 佳’而更佳的是前述固體還原期的溫度控制在比滲碳、熔 融、凝集期的溫度低50〜20(TC之低溫。 關於環境氣氛氣體方面，由於固體還原期中原料成形 體中的炭材之燃燒產生多量之CO氣體而維持著高度的還 原性環境氣氛之故，爐內環境氣氛氣體的調整並不是那麼 必要’但在滲碳、溶融、凝集期，如前述從原料成形體放 出之CO氣體量大幅減少，易由燃燒室燃燒所生成之氧化 性氣體引起再氧化，在此時期以後，包含前述環境氣氛調 整劑的使用，適當的控制爐內環境氣氛氣體對得到適當碳 量之粒狀金屬鐵是很重要的。 因此，爲使對應如此之還原熔融的進行時期，個別調 整適當之溫度與爐內環境氣氛氣體的組成爲可能，可如在 前述圖1〜3也說明過之將還原熔融爐以隔壁在爐床的移動 方向上至少隔成2區以上，被分隔的區塊中，上流側爲固 體還原區，下流側爲滲碳、熔融、凝集區，而能個別地控 制各個區塊的溫度及環境氣氛氣體組成之構造爲佳。又， 在圖3中，舉例說明了藉由3片隔壁來區分成4區塊，而 可實現更嚴密之溫度與環境氣氛氣體組成的控制，但此分 割區塊的數目可以對應還原熔融設備的規模與構造等來任 意的增減。 由上述方法所得到之本發明的粒狀金屬鐵，幾乎不含 有爐渣成分，Fe純度爲94%以上，甚至顯示96%以上的高 24 ^氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -flu I m n ί ί i 一 i I lift m m % A7 531560 __B7 _ — _·Μ U •丨 丨國―_ — 五、發明說明（ 純度，同時，可得到碳含有量在1·〇〜4·5%的範圍內，粒徑 在1〜30mm的範圍內之物，此粒狀金屬鐵可使用在如電爐 與轉爐等既存之製鋼設備中作爲鐵源。但是，使用其作爲 製鋼原料等時，硫[S]的含有量儘可能降低爲佳。於是，上 述粒狀金屬鐵的製程中，對於鐵礦石與炭材中所含之S成 分盡量去除，而得到低[S]的粒狀金屬鐵，更進行了硏究。 其結果，確認：配合前述鐵礦石及炭材製造原料成形' 體時，在該原料中積極的配合CaO源（除了生石灰之外， 也包括消石灰與碳酸錦等），並加上含在鐵礦石等中之脈 石成分等的爐渣形成成分之原料成形體中所含全爐澄形成 成分的鹼度（亦即Ca0/Si02比）爲〇.6〜1.8，而以成分調 整到在0.9〜1.5的範圍內爲佳，則最終得到之粒狀金屬鐵 中的S含有量可降低到0.08%以下。 順帶一提，最常使用作爲碳質還原劑之焦炭及石炭通 常含有0·2〜1.0%之硫，這些[S]的大部分會進入金屬鐵中。 另一方面’在沒有進行藉由積極添加CaO源來調整鹼度的 情況時，雖根據鐵礦石的品牌等有相當大的差異，但由原 料成形體中所含有之爐渣形成成分所算出之鹼度在大部分 的場合在0.3以下，在如此低鹼度的爐渣中，在固體還原 或之後的滲碳、熔融、凝集過程中無法避免對金屬鐵混入 S (加硫），原料成形體中所含有之全部[s]中，大槪有 85%進入金屬鐵中。結果，粒狀金屬鐵的[s]量變高，損害 製品金屬鐵的品質。 然而’若在上述之原料成形體的製造階段，積極的添 25 本紙€尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) tr---------4 531560 A7 ____B7 _______ 五、發明說明（7^) 加CaO源來將爐渣形成成分的組成調整在鹼度爲0.6〜1.8% 之範圍的話，固體還原及滲碳、熔融、凝集時副產爐渣中 上述[S]被固定，結果可確認粒狀金屬鐵的[S]量可大幅的降 低。 該低S化的機構被認爲係由於原料成形體中所含有的 [S]與CaO反應（CaO+S = CaS)而以CaS被固定之故。 在以往，如上述的還原熔融機構還不明確的狀況下，通常 的鐵水脫硫所期待之藉由CaO的添加來脫硫被認爲無法被 期待，但經本發明者們確認，發現藉由固體還原終了時刻 下殘留於還原鐵中的碳所造成之滲碳來進行還原鐵的熔融 與凝集以及爐渣分離時，爐渣中的CaO捕捉S並固定，可 大幅降低粒狀金屬鐵的[S]含有量。 如此之低S化機構係與使用含CaO爐渣之通常之鐵水 脫硫不同，可想成是實施上述方法時特有的反應。當然， 還原鐵在滲碳、熔融後與副產爐渣之間若確保在充分的加 熱條件下之接觸的話，一般認爲依據液一（熔融鐵）一液 (熔融爐渣）間的反應，爐渣中的s含有量（S%)與粒狀 金屬鐵中的S含有量[S%]之比（亦即s的分配比）（s%) /[S%]即可決定，但在上述還原熔融法中，所生成之熔融 鐵與熔融爐渣，由圖9 (照片）也可確認，爐渣一金屬間 的接觸面積極少，藉由還原鐵在滲碳、熔融、凝集之後的 爐渣一金屬間的平衡反應來低S化並不太能期待。因此， 上述方法中所採用之在原料成形體中積極的添加Ca0之脫 硫機構，係還原鐵的滲碳、熔融、凝集舆爐渣分離進行的 26 本紙張尺度中國國家標準（CNS〉A4規格（210 X 297公- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丁 n I n n 2 0 flu I n· I m m li 1 ^ 531560 A7 ____B7______ 五、發明說明 〇yf) 過程所產生之CaO特有的S捕捉反應，以及藉由此對粒狀 金屬鐵的加硫防止作用。 又，爲調整鹼度所添加之CaO量，應對應鐵礦石等所 含之脈石成分的量及組成以及配合之炭材的種類及配合量 等來決定，爲了將爐渣形成成分全體之鹼度調整到上述之 0.6〜1.8的範圍之標準添加量爲，以CaO純成分換算在成 形體全量中2.0〜7.0%的範圍，而以3.0〜5.0%的範圍爲佳， 使用消石灰[Ca(OH)2]及碳酸鈣（CaC03)等情況的添加量 爲上述CaO換算量。再者，已確認在原料成形體中，例如 添加4%之CaC03而將爐渣形成成分的鹼度調整爲0.9〜1.1 之情況，根據下式求得之表觀之脫硫率可確保在45〜50% ，又，添加6%之CaC03時，爐渣形成成分的鹼度調整爲 約1.2〜1.5之場合，表觀之脫硫率可確保在70〜80%。 表觀脫硫率（％)二[使用添加CaO之原料成形體時粒 狀金屬鐵中的S (%)/使用無添加CaO的原料成形體粒 狀金屬鐵中的S ( %) ]X 100 根據用於箱型電爐確認之實驗資料來說明上述藉由添 加CaO源之低S化效果。圖10係調查使用由鐵礦石與炭 材以及少量的黏結劑（如皂土等）以及適量的CaO所混合 成形之原料成形體，藉由前述方法來進行還原熔融時的S 的變化所示之結果。 圖1〇中的乾燥成形體係顯示以還原熔融前的原料中所 含之[S]量爲100%，來自炭材（石炭）約89%，而來自鐵 礦石約11%的S包含在原料中。在將此成形體還原熔融之 27 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -I - - - i H I - H 一口、 i i n - 1 - - _ 線. 531560 A7 _ B7 _ 五、發明說明（/t) 場合，前述圖4所說明之固體還原終了時的還原鐵中殘留 約85%的S，約12%在其間往爐外揮發而被除去。再者， 使用沒有進行CaO源之添加的成形體（由該成形體中的爐 渣形成成分組成求得之鹼度爲〇·165)之情況，最終所得到 的粒狀金屬鐵中包含了 74.8%的S，可確認在爐渣中捕捉 到 10.2%的 S。 相對於此，若在使用添加4.5%之CaO源將爐渣形成 成分的鹼度調整爲1.15之原料成形體的情況，進入粒狀金 屬鐵中的S量降低到43.2%之同時，爲爐渣所捕捉的S量 增加到48.8%，而且在該製程中往爐外揮發而被除去的S 量減少到約8%，又，在使用添加5.0%之CaO源而爐渣形 成成分的鹼度調整到1.35之成形體的情況時，進入粒狀金 屬鐵中的S量降低到19.7%之同時，爲爐渣所捕捉之S量 增加到78.8%，而且在該製程中，往爐外揮發之S量減少 到約1.5%。 在上述使用箱型電爐的基礎實驗中，藉由添加CaO源 來調整鹼度被確認對於金屬鐵的低S化極爲有效之故，乃 使用實證爐進行同樣的實驗，調查改變CaO的添加量而使 得爐渣鹼度做種種變化時鹼度定量對粒狀金屬鐵的低S化 的影響。結果示於圖11。 在此圖中，改變CaO源添加量時所生成之最終爐渣的 驗度與粒狀金屬鐵中[S]的關係如圖所示，圖中各點爲實績 値’而在前述箱型電爐中所得到之基礎實驗結果一倂記在 斜線區域。在基礎實驗中，採用電氣加熱方式，由於使用 28 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---訂·--------"^痛 531560 A7 _______B7__ 五、發明說明（/j) 惰性氣體作爲環境氣氛氣體之故，環境氣氛之氧化分壓低 ，結'果爲對於表觀脫硫有利。相對於此，實証爐的情況係 採用燃燒室燃燒之故’由於燃燒排氣的生成使環境氣氛氣 體的還原力較基礎實驗低，粒狀金屬鐵中的[S]量比基礎實 驗的結果高。但是，基本的傾向與大致遵從基礎實驗結果 ，在完全不添加CaO源的情況[區域（A)]中，粒狀金屬 鐵的[S]程度約爲0.12%，若將鹼度調整到丨.0，如區域（B )，[S]量下降到0.05〜0.08%，表觀脫硫率約爲33〜58%。 若更將鹼度提高到1.5，則如區域（C)，可確認金屬鐵中 的[S]可降低到約0.05%。 又，若添加使鹼度到1.8以上之CaO源，由於所生成 之爐渣的融點上升，作業溫度不得不過度提高，不僅加速 對爐的損傷，熱經濟上也不利，而且還原鐵的凝集能力也 很差，所得到的金屬鐵成爲未滿1 mm之微粒物，而損害製 品價値所以不佳。 由這些實驗可明顯知道，在原料成形體中積極添加適 量的CaO源，而將爐渣形成成分的鹼度提高到約0.6以上 的話，生成爐渣之S捕捉能力顯著提高而進入粒狀金屬鐵 中的S量大幅降低，而可容易的得到本發明中所期望之S 含量在0.08%程度以下的粒狀金屬鐵。而且，如前述圖10 所說明的，在一連串的粒狀金屬鐵製程中，成爲SOx等排 出爐外之S量也大幅降低之故，由排氣所造成之空氣污染 減輕，同時，在進行排氣的脫硫處理的情況時，也可大幅 減輕脫硫負荷。 29 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·111111. 531560 A7 __B7____ -- 〇〆 五、發明說明（>/) 又，在爲了低S化而進行上述CaO源之添加的情況， 由於添加量所引起之副產爐渣的低融點化，在還原熔融期 易發生低融點爐渣的滲出，而有招致爐床耐火物之熔損的 疑慮。但是，在實施上述方法時，如前述採用固體還原期 與滲碳、熔融、凝集期之2段加熱方式，將固體還原期設 定在1200〜1400 °C，而滲碳、熔融、凝集期設定在 1350〜1500°C之較佳溫度條件，在副產爐渣的融點以下的溫 度充分進行固體還原之故，藉由進行部份殘留之FeO之還 原與還原鐵的滲碳、熔融、凝集，可將不佳的副產爐澄的 滲出控制在最小限度。 如上所示，將包含鐵礦石與炭材之原料成形體固體還 原後使其滲碳、熔融、凝集來製造金屬鐵時，藉由適當的 控制原料成形體中的碳質還原劑量與固體還原時的溫度條 件，甚至是滲碳、熔融時的溫度條件及環境氣氛氣體的組 成等，可效率良好的進行還原·滲碳熔融、凝集、合體， 而可得到滿足適切的碳含有量與粒徑之F e純度非常高的粒 狀金屬鐵，而且在這樣的條件設定下，所得到之粒狀金屬 鐵的Si含有量落在〇.〇2〜0.5%之範圍的同時，Mn含有量 控制在0.3%未滿。又，藉由積極的在原料成形體中添加 CaO來調整爐渣形成成分的鹼度，可達到該粒狀金屬鐵的 低S化。 因此，所得到之本發明的粒狀金屬鐵，Fe純度高並含 有適量的碳，並且具有當作製品之處理性優良的hSOmm 的粒度以及一致的形狀，可有效的利用作爲製鐵、製鋼或 30 木紙張尺度適5中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) ' - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
T · —I I ϋ· n i n·-I n an n mmmme Mmmm§ m ϋ I 531560 A7 ______ B7 - ~ ' 一~S ^ 1 ~一 〜--- 五、發明說明（〆） 是各種合金鋼等的製造之鐵源。 【實施例】 以下，舉出實施例具體地說明本發明的構成及作用效 果，但本發明並非受限於下述實施例，可以在合於前、後 述的旨趣所得到之範圍內適當的變更來實施，其皆屬於本 發明之技術的範圍。 【實施例1】 將作爲鐵源之赤鐵礦系鐵礦石與石炭以及少量的黏結 劑（皂土）均一混合製造直徑約19mm之原料成形體，用 此進行金屬鐵的製造。亦即將此成形體裝入前述圖丨〜3所 不之旋轉爐床型的還原熔融爐’將環境氣氛溫度控制在約 1350°C，進行固體還原直到金屬化率達到約90%。之後， 接者將環境氣氛溫度設定在1440°C送入滲碳、熔融、凝集 區，進行滲碳、熔融與凝集及副產爐渣之分離，而製造沒 有爐渣之粒狀金屬鐵。 此時，藉著在爐床上以5mm的厚度預先鋪緊粒徑在 2mm以下之石炭粒作爲環境氣氛調整劑然後再將原料成形 體裝入’把滲碳、熔融、凝集期的環境氣氛氣體的還原力 控制在0.60〜0·75的範圍。此時的原料配合、固體還原終 了時的還原鐵組成、最終得到之金屬鐵的成分組成、生成 爐渣的組成等如圖12所示。 將經熔融、凝集之與爐渣幾乎完全分離之金屬鐵送到 冷卻區使其冷卻凝固到約1〇00 C，然後藉由排出機排出到 爐外，進行回收之粒狀金屬鐵與副產爐渣以及剩餘炭材之 31 ^_- . _ … . ------ --___ 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---訂*--------'^應 531560 A7 __________B7_ 五、發明說明（10) / 生成比率之各種的組成分析。又，將還原熔融爐中滲碳、 熔融前的還原鐵挑出進行組成分析，其金屬化率爲9〇%， 而殘留碳量爲4.58%。上述原料成形體從裝入到以金屬鐵 取出之時間爲約9分鐘之極短的時間，所得到之金屬鐵的 C含有量爲2.88%，Si含有量爲〇·25%，s含有量爲 0.165%，可簡單的分離此金屬鐵與副產爐渣。所得到之粒 狀金屬鐵如圖13的照片所示，係直徑在i〇mm前後之粒徑 大致~致之均一的粒度構成者。 【實施例2】 使用磁鐵礦系鐵礦石作爲鐵源，將此與石炭以及少量 的黏結劑（巷土）以及用以調整爐澄鹼度之5%CaC03均一 混合來製造直徑約19mm之原料成形體。 將此原料成形體裝入鋪緊了 3mm厚之作爲環境氣氛調 整劑的石炭粒（平均粒徑：約3mm)之爐床，一邊維持在 與前述實施例1相同之環境氣氛溫度之約1350°C，進行固 體還原直到金屬化率接近100%，然後，送往保持在1425 °C之熔融區域，進行滲碳、熔融與凝集以及副產爐渣之分 離，製造無爐渣之金屬鐵。此時的原料配合、固體還原終 了時的還原鐵組成、最終所得到之金屬鐵的成分組成、生 成爐渣的組成等示於圖14。 _ 將經熔融、凝集之與爐渣大致完全分離之金屬鐵送到 冷卻區使其冷卻凝固到約1000°C，然後藉由排出機排出到 爐外’進fr回收之松狀金屬鐵與副產爐渣以及剩餘炭材之 生成比率之各種的組成分析。又，將還原熔融爐中之滲碳 32 $紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨 -n —El 1_1 vn m 一口，I n flu m it n m A7 531560 ______ B7_ 五、發明說明（今b 、溶融前的還原鐵挑出進行組成分析’其金屬化率爲 92.3%，而殘留碳量爲3.97%。 上述原料成形體從裝入到以金屬鐵取出之時間爲約8 分鐘之極短的時間，所得到之金屬鐵的C含有量爲2.10% ，Si含有量爲0.09%，S含有量爲0.07%。亦即在此實驗中 ，爲了低S化而添加CaO源之故，比前述實施例1達到更 低S化。所得到之粒狀金屬鐵如圖15的照片所示’全部粒 狀鐵中有98%落在粒徑爲5〜30mm之範圍。 在此實施例中，藉由添加CaO源使得副產爐渣低融點 化而造成固體還原後半期之熔融爐渣的滲出雖令人擔心， 但採用固體還原期的溫度設定在1200〜1400°C，而由固體 還原產生高金屬化率的還原鐵後升溫到1350°C〜1500°C之2 段加熱方式，並且在爐床面上鋪緊石炭粉作爲環境氣氛調 整劑，就完全不會產生由於熔融爐渣的滲出造成之爐床耐 火物熔損的問題。 又，將固體還原末期的還原鐵挑出，詳細的調查結果 ，在沒有添加CaO源之前述實施例1中，在還原鐵表面確 認有高濃度的Fe—(Μη)—S的存在，被確認爲在滲碳、熔 融時進入熔鐵內；相對於此，在添加了 CaO源之本實施例 中，固體還原期的末期S幾乎都與CaO源反應而被固定， 可確認在滲碳、熔融製程中抑制S混入熔鐵內。 又，在上述的實驗中，除了使用石炭粉的粒度爲 2.0mm以下之細粒物取代作爲環境氣氛調整劑，進行與前 述同樣的實驗，確認所得到之金屬鐵中的S含有量爲 33 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · I------^ --------I . 531560 A7 ____B7
五、發明說明U / 0.032% 〇 【實施例3】 採用與上述貫施例1相同的條件’將原料成形體·（顆 粒）的直徑在3〜35mm的範圍內做各種的變更之場合，對 於所得到之粒狀金屬鐵之平均粒徑與粒狀金屬鐵載體的平 均重量所造成之影響藉由實爐實驗來確認，而得到圖16所 示之結果。 由這些圖可以明顯知道，若使用原料成形體（乾燥顆 粒）爲10〜35mm左右之直徑者，可有效率地製得作爲金屬 鐵之處理性最良好之粒徑在5〜20mm範圍之粒狀鐵。 【發明效果】 本發明如以上所述而構成，提供Fe純度高且含有適當 量之C，並且擁有處理簡便之粒度構成，或甚至s含量少 ，Si、Μη的含量也少，容易作爲鐵源來處理之品質安定的 粒狀金屬鐵。而且适些狀金屬鐵’藉由適切的控制如前 述之製造條件，可效率良好、安定、再現性佳地被製造出 來。 【圖式之簡單說明】 圖1係有關於本發明之粒狀金屬鐵之製造所使用之還 原熔融設備之例示說明圖。 圖2係在圖1之Α-Α線截面對應圖。 圖3係顯示圖1在長的方向展開之截面|兌明圖。 圖4係本發明中採用2段加熱方式時，在固體還原期 以及熔融期所通入之環境氣氛溫度，原料成形溫度，還原 34 --------------------訂---------^__wl (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 531560 A7 ______B7 _ 五、發明說明（)7) 率以及CO，co2氣體排出量的演變圖。 圖5係經過同樣之固體還原期以及熔融期之原料成形 體中的氧化鐵之金屬化率與殘留FeO量之演變圖。 圖6係在金屬化率爲100%的時刻，殘留於還原鐵中 之碳量與最終所得到之粒狀金屬鐵中的殘留碳量之關係圖 〇 圖7係金屬化率與還原率之關係圖。 圖8係使用石炭粉作爲環境氣氛調整劑時以及沒有使 用環境氣氛調整劑時，原料成形體的內部溫度變化以及環 境氣氛氣體之還原力變化之圖。 圖9係顯示製造實驗中所得到之滲碳、熔融後不久， 金屬鐵與爐渣的狀況之照片。 圖10係證明藉由在原料成形體中積極添加CaO源來 調整爐渣鹼度可得到低S化效果之實驗圖。 圖11係生成爐渣之鹼度與所得到之粒狀金屬鐵中的S 含有量之關係圖。 圖12係採用實施例而製造之粒狀金屬鐵中，原料配合 以及製造出之粒狀金屬鐵等的比率及成分組成等之說明圖 〇 圖13係表示在實施例1中所得到之粒狀金屬鐵之照片 〇 圖14係採用另一實施例而製造之粒狀金屬鐵中，原料 配合以及粒狀金屬鐵等的比率及成分組成等之說明圖。 圖15係表示在實施例2中所得到之粒狀金屬鐵之照片 35 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------------訂-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 531560 A7 B7 五、發明說明（子0 圖16係將原料成形體（乾燥顆粒）之粒徑與所生成之 粒狀鐵平均粒徑以及載體平均重量之關係之圖。 【符號說明】 1 旋轉型爐床 2 爐體 3 燃燒室 4 原料及副原料裝入機構 6 排出機構 K1?K25K3 間隔壁 C 冷卻區 Η 料斗 36 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ------訂---------線一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）