TWI632241B - Method for manufacturing sinter ore in carbon material - Google Patents

Abstract

本發明提供一種能夠以高生產性來製造可提高還原效率的碳材內裝燒結礦的碳材內裝燒結礦的製造方法。本發明的碳材內裝燒結礦的製造方法是將燒結原料裝入至下方抽吸式燒結機的托盤中來製造，所述燒結原料是將於碳材核的周圍形成有由含有鐵礦石粉及CaO的原料所組成的外層的碳材內裝粒子，調配於通常的造粒粒子中而成，並且碳材內裝粒子相對於燒結原料的調配率為10質量%以上、30質量%以下的範圍內。

Description

碳材內裝燒結礦的製造方法

本發明是有關於一種於高爐等中作為煉鐵原料來使用的燒結礦的製造技術，具體而言，是有關於將內裝有碳材的造粒粒子（以下稱為碳材內裝粒子）作為燒結原料的一部分的碳材內裝燒結礦的製造方法。

高爐煉鐵法中，目前主要使用鐵礦石或燒結礦等含鐵原料來作為鐵源。燒結礦是以如下順序來製造。於燒結原料中添加適量的水，使用轉筒混合機等進行混合・造粒而形成模擬粒子，所述燒結原料包括：粒徑為10 mm以下的鐵礦石；副原料，包含矽石或蛇紋石（serpentine）、精煉鎳渣等的含SiO₂ 的原料或者石灰石、生石灰等含CaO的原料等；以及凝結材，包含碎焦炭（coke breeze）或無煙煤（anthracite coal）等。形成模擬粒子的燒結原料裝入至燒結機的循環移動的托盤（pallet）中。於燒結機中，燒結原料中所含的碳材燃燒、燒結，形成模擬粒子的燒結原料成為燒結餅。燒結餅經破碎、冷卻、整粒，一定粒徑以上者作為成品燒結礦而回收。燒結礦是以如上所述的方式來製造的團礦的一種。

近年來，作為所述團礦，鐵礦石或粉塵等鐵源、與焦炭等碳材近接配置的碳材內裝團礦受到關注。其原因在於：藉由將鐵礦石等鐵源與碳材於一個團礦中近接配置，可提高還原效率，進而，可使高爐上部的溫度下降。

作為此種團礦，專利文獻1中揭示有如下的煉鐵原料用顆粒，其是於將高爐・轉爐粉塵、壓延鏽皮（rolling scale）、礦泥（sludge）、鐵礦石粉等在煉鐵步驟中產生的含鐵的粉分別單獨或者混合而成的原料中，添加煤炭、焦炭等碳材、澱粉來混合、混練，進而於造粒機中供給澱粉溶液來造粒而成。然而，所述專利文獻1中揭示的煉鐵原料用顆粒於燒結礦製造時，顆粒中的碳材會燒掉，因此實際上並未成為鐵礦石等含鐵原料與碳材近接配置者。另外，出於近接配置的目的，若僅僅減小鐵礦石或碳材的粒徑，則傳播熱的氣體的移動阻抗變得過大，反而導致反應速度的下降，從而使還原效率下降。

以鐵礦石與碳材的近接配置為目的的技術亦揭示於專利文獻2～專利文獻5中。該些專利文獻中揭示的技術是將鐵礦石等含鐵原料與焦炭等碳材混合後，進行加熱成形而結塊化者，或者不燒成而直接以生坯粒子的狀態，於高爐等中用作煉鐵用原料。然而，該些結塊物由於是包含均勻混合物或者多層化造粒物的非燒成者，故而強度不足，粉化變得劇烈。因此，若將其裝入高爐等中，則導致脫水粉化或還原粉化，會阻礙高爐的通氣性，因此存在使用量受到限制的問題點。

作為解決所述問題點的技術，提出了碳材內裝團礦的技術。專利文獻6中揭示有如下技術：使用造粒機，於包含小塊焦炭的碳材核的周圍被覆煉鐵粉塵或軋鋼鏽皮（mill scale）等含金屬鐵的氧化鐵粉而被覆形成低氧化度的氧化鐵殼後，於大氣中以200℃以上且小於300℃的溫度來加熱0.5小時～5小時，進行氧化處理，藉此僅於該氧化鐵殼表面形成包含高氧化度的氧化鐵的硬質薄層，由此獲得碳材內裝團礦。

專利文獻7中揭示有如下技術：使用造粒機，將煉鐵粉塵或軋鋼鏽皮等的氧化鐵粉或者鐵礦石粉與碳材進行混合造粒，繼而，於該造粒物的外表面被覆含金屬鐵的氧化鐵粉而被覆形成低氧化度的氧化鐵殼，藉此獲得於氧化鐵粉或者鐵礦石粉中以分散狀態包含3 mm以下的大小的焦炭粉的團礦。進而，專利文獻8中揭示有如下方法：製作以鐵礦石粉與含CaO的原料來被覆碳材的碳材內裝粒子，將其混合於燒結原料中後，於下方抽吸型燒結機中進行燒結。 現有技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2001-348625號公報 專利文獻2：日本專利第3502008號公報 專利文獻3：日本專利第3502011號公報 專利文獻4：日本專利特開2005-344181號公報 專利文獻5：日本專利特開2002-241853號公報 專利文獻6：日本專利特開2011-195943號公報 專利文獻7：日本專利特開2011-225926號公報 專利文獻8：日本專利第5790966號公報 非專利文獻

非專利文獻1：佐藤駿、吉永真弓、一伊達稔、川口尊三，「燒結原料的造粒及通氣現象的模型化的研究」、「鐵與鋼」，1982年，第68卷，第15期，第2174-2181頁

[發明所欲解決的課題] 依據專利文獻6及專利文獻7中揭示的技術，由於具有作為煉鐵原料而言適當的大小及充分的強度，而且，含鐵原料與碳材近接配置，因此容易產生還原反應，能夠獲得可低溫還原的碳材內裝燒結礦。然而，為了實施該些技術，需要於大氣中以200℃以上且小於300℃的溫度來加熱0.5小時～5小時而進行氧化處理的設備，存在生產量有限的問題。

專利文獻8中揭示的技術中，雖然藉由在燒結機中製造碳材內裝燒結礦來解決生產量的限制，但關於碳材內裝粒子於燒結原料中的調配率並無任何考慮。於碳材內裝粒子於燒結原料中的調配率過高的情況下，導致由碳材內裝燒結礦的強度下降所引起的生產性的下降，於碳材內裝粒子於燒結原料中的調配率過低的情況下，存在無法享有還原效率的提高效果的可能性。

本發明是鑒於所述課題而形成，其目的在於提供一種能夠以高生產性來製造可提高還原效率的碳材內裝燒結礦的碳材內裝燒結礦的製造方法。 [解決課題的手段]

用以解決所述課題的本發明的特徵如以下所述。

（1）一種碳材內裝燒結礦的製造方法，其將燒結原料裝入至下方抽吸式燒結機的托盤中來製造燒結礦，所述燒結原料是將於碳材核的周圍形成有由含有鐵礦石粉及CaO的原料所組成的外層的碳材內裝粒子，調配於通常的造粒粒子中而成；並且所述碳材內裝粒子相對於所述燒結原料的調配率為10質量%以上、30質量%以下的範圍內。

（2）如（1）所述的碳材內裝燒結礦的製造方法，其中所述碳材內裝粒子相對於所述燒結原料的調配率為15質量%以上、25質量%以下的範圍內。 [發明的效果]

藉由實施本發明的碳材內裝燒結礦的製造方法，可提高由包含碳材內裝粒子的燒結原料所形成的裝入層的通氣性。如上所述通氣性提高的裝入層可在短時間內燒結，因此藉由實施本發明的碳材內裝燒結礦的製造方法，能夠以高生產性來製造可提高還原效率的碳材內裝燒結礦。

以下，通過發明的實施形態，對本發明進行說明，但以下的實施形態並不對申請專利範圍的發明加以限定。圖1是對本實施形態的碳材內裝燒結礦的製造方法的一例進行說明的示意圖。使用圖1，對碳材內裝粒子及碳材內裝燒結礦的製造方法進行說明。

如圖1所示，首先，使用混練機，將含有鐵礦石粉及生石灰（CaO）的原料均勻混合而形成混合物。將該混合物、與成為碳材核的粒徑為3 mm以上的焦炭粒子供給至造粒機中，添加既定量的水。造粒機中，利用水的交聯力於焦炭粒子的周圍形成包含鐵礦石粉與生石灰均勻化的混合粉的外層，造粒出具有粒徑為5 mm以上的大小的碳材內裝粒子。雖藉由所述造粒步驟來造粒出碳材內裝粒子，但並非所造粒的碳材內裝粒子全部均內裝有碳材核，還包含一部分未內裝碳材核的造粒粒子。本實施形態中所謂碳材內裝粒子，是指於所述造粒步驟中造粒的內裝有碳材核的造粒粒子與一部分的未內裝碳材核的造粒粒子的造粒粒子。此外，本實施形態中的所謂粒徑是使用以JIS（日本工業標準）Z 8801-1為凖的標稱孔徑的篩而篩分出的粒徑，例如，所謂粒徑為3 mm以上，是指以JIS Z 8801-1為凖的標稱孔徑為3 mm的篩，於篩上進行篩分的粒徑。

繼而，於將現有的原料於轉筒混合機等中攪拌、造粒而成的通常的造粒粒子即模擬粒子中，調配碳材內裝粒子而形成燒結原料。此時，以相對於燒結原料的調配率成為10質量%以上、30質量%以下的範圍內的方式調配碳材內裝粒子。此外，本實施形態中，所謂碳材內裝粒子的相對於燒結原料的調配率是將碳材內裝粒子的質量除以燒結原料的質量而算出的值。 調配有碳材內裝粒子的燒結原料搬入至下方抽吸式燒結機的緩衝料斗（surge hopper）中。燒結原料從緩衝料斗中裝入至環形移動式的托盤中，形成裝入層。本實施形態中，以相對於燒結原料的調配率成為10質量%以上、30質量%以下的範圍內的方式調配碳材內裝粒子。藉由設為所述調配率，可提高裝入至托盤中的裝入層的通氣性。為了進而提高裝入層的通氣性，較佳為將碳材內裝粒子相對於燒結原料的調配率設為10質量%以上且小於30質量%的範圍內，更佳為將該調配率設為15質量%以上、25質量%以下的範圍內，尤佳為將該調配率設為20質量%。

裝入層是由設置於上方的點火爐來點火，從設置於下方的風箱（wind box）中將上方的氣體抽吸至下方，藉此使裝入層依次燃燒。裝入層利用藉由該燃燒而產生的燃燒熱來燒結，成為燒結餅。以所述方式獲得的燒結餅於排礦部中經破碎及整粒，約5 mm以上的結塊物作為成品的碳材內裝燒結礦而回收。如此一來，製造出碳材內裝燒結礦，該碳材內裝燒結礦作為高爐的煉鐵原料而使用。

如上所述，藉由以調配率成為10質量%以上、30質量%以下的範圍內的方式來調配碳材內裝粒子，則裝入至托盤中的裝入層的通氣性提高。通氣性提高的裝入層與通氣性未提高的裝入層相比較，以更短的時間來燒結，因此，藉由以成為所述調配率的範圍內的方式調配碳材內裝粒子，可提高碳材內裝燒結礦的生產性。另外，本實施形態的碳材內裝燒結礦的製造方法由於可使用現有的燒結機來實施，故而亦不會產生用以準備新的燒結設備的設備成本。

另外，於碳材內裝粒子的造粒步驟中，若將成為碳材核的焦炭粒子相對於碳材內裝粒子的總質量的調配率設為1質量%以上、10質量%以下的範圍內，則例如可直接使用先前所使用的稱為圓盤製粒機（disc pelletizer）的造粒機。

以下，對碳材內裝燒結礦進行說明。利用本實施形態的碳材內裝燒結礦的製造方法來製造的碳材內裝燒結礦的碳材與鐵礦石等鐵源於團礦內近接配置。若將碳材與鐵源於團礦中近接配置，則碳材側的氣化反應（吸熱反應）中產生的CO用於鐵源側的還原反應（發熱反應），還原反應中產生的CO₂ 用於氣化反應，如此，該些反應於團礦內部連鎖性地以快速的速度反覆產生，因此還原效率提高。進而，若將碳材與鐵源近接配置，則藉由鐵源的還原反應來供給氣化反應所必需的熱，因此熱效率亦提高，亦可不降低還原效率而使高爐上部的溫度下降。如上所述，藉由使用碳材內裝燒結礦作為高爐用的煉鐵原料，可提高還原效率，進而，可使高爐上部的溫度下降。 實施例

使用內徑為300 mmφ×高度為400 mm的圓筒狀的燒結實驗裝置（以下記作燒結鍋）來進行燒結實驗。於燒結鍋中裝入模擬粒子至400 mm的厚度，形成裝入層，使用以丙烷為燃料的燃燒器，將所述裝入層的上表面加熱60秒來點火，以700 mmAq從燒結鍋的下部抽吸，製作燒結餅。

於所述燒結實驗中，測定從燒結鍋的下部排出的燃燒廢氣的溫度，將從點火起直至該溫度達到峰值的時刻為止的時間作為燒結時間。另外，燒結實驗結束後，使燒結餅從2 m的高度落下1次，將殘留於孔徑為10 mm的篩上的燒結礦定義為成品燒結礦。成品良率是將10 mm以上的成品燒結礦的質量除以燒結餅的質量來算出。另外，根據燒結鍋的截面積（m² ）、成品燒結礦的質量（t）、以及燒結時間（h），來算出每單位爐床面積（m² ）及單位時間（h）的燒結礦生產量（t）即燒結礦的生產率（t/（h×m² ））。

成為碳材內裝粒子的碳材核的焦炭粒子是使用利用以JIS Z 8801-1為凖的篩進行篩分的粒徑為2.8 mm以上、4.75 mm以下的範圍內的焦炭粒子。以於該焦炭粒子的周圍，混合有鐵礦石粉（150 μm以下）及生石灰的混合粉層的厚度成為5 mm的方式，利用圓盤製粒機來造粒，製作碳材核的內裝率為97質量%的碳材內裝粒子。

另一方面，通常的造粒粒子是使用如下原料：對通常的粉礦石及石灰石等副原料、進而粒徑為2.8 mm以下的碎焦炭添加水進行混合，利用轉筒混合機，以算術平均粒徑成為3 mm～4 mm左右的方式進行造粒而成。此外，算術平均的粒徑是藉由對篩分為多個粒度範圍的造粒粒子的重量進行測定，使用各個粒度範圍的代表粒徑來進行加權平均而算出。

於該通常的造粒粒子中調配所製作的碳材內裝粒子而形成燒結原料。對改變了碳材內裝粒子相對於燒結原料的調配率的燒結原料進行調整，使用該燒結原料來進行燒結實驗。表1中示出燒結實驗的條件。

[表1]

於各條件下，為了使裝入至燒結鍋中的碳材內裝粒子以及模擬粒子中所含的CaO、SiO₂ 、及鹼度成為一定，而利用石灰石或矽石進行調整。其他成分順其自然。另外，碎焦炭是以相對於碳材內裝粒子與燒結原料的質量和而成為5質量%的方式調配於模擬粒子中。

圖2是表示碳材內裝粒子調配率、與裝入密度及通氣性的關係的圖表。圖2所示的圖表中，橫軸為碳材內裝粒子調配率（質量%），其中一縱軸為裝入密度（dry-t/m³ ），另一縱軸為通氣性（J・P・U指數（-））。圖2中的裝入密度（dry-t/m³ ）是將去除了水分的燒結原料的裝入至裝入鍋中的質量（t）除以燒結鍋的內容積（m³ ）而得的值。另外，所謂J・P・U指數（-）是用於評價通氣性的指數，是依據非專利文獻1中記載的方法來算出的指數。

如圖2所示，隨著碳材內裝粒子的調配率的增加，裝入層的裝入密度升高。另一方面，雖然隨著碳材內裝粒子的調配率的增加，於20質量%附近之前，表示裝入層的通氣性的J・P・U指數提高，但若進一步增加碳材內裝粒子的調配率，則J・P・U指數轉為減少。認為其原因為，碳材內裝粒子由於粒徑大於通常的造粒粒子，故而裝入的碳材內裝粒子成為空氣的通道，於調配率20質量%附近之前，通氣性提高。另一方面，若調配率超過20質量%，則通氣性下降。認為其原因為，藉由使碳材內裝粒子彼此連結的熔融的通常的造粒粒子減少，分散於裝入層內的碳材內裝粒子無法耐受層內的負重，一部分崩塌，藉此，空氣的通道被堵塞，或隨著裝入密度的增加，藉由增加的碎焦炭的燃燒熱，碳材內裝粒子熔融。進而，若碳材內裝粒子的調配率高於30質量%，則裝入層的通氣性顯著下降。

圖3是表示碳材內裝粒子調配率、與冷強度及被還原性的關係的圖表。 圖3所示的圖表中，橫軸為碳材內裝粒子調配率（質量%），其中一縱軸為碳材內裝燒結礦的冷強度：TI（%），另一縱軸為碳材內裝燒結礦的被還原性：RI（%）。此外，圖3中的冷強度是以JIS M 8712為凖進行測定，被還原性是以JIS M 8713為凖進行測定。

如圖3所示，隨著碳材內裝粒子的調配率的增加，表示碳材內裝燒結礦的強度的冷強度稍微下降。認為其原因在於通氣性的改善，但於本實驗中的碳材內裝粒子的調配率的範圍內，未看到那麼大程度的冷強度的下降。另一方面，被還原性隨著碳材內裝粒子的調配率的增加而升高。因此確認，藉由使碳材內裝粒子的調配率增加，可提高作為鐵源的碳材內裝燒結礦的被還原性。

圖4是表示碳材核內裝率為97質量%、90質量%及80質量%的碳材內裝粒子的調配率與燒結礦生產率的關係的圖表。圖4所示的圖表中，橫軸為碳材內裝粒子調配率（質量%），縱軸為碳材內裝燒結礦的生產率（t/（h×m² ））。另外，圓形標記是碳材核內裝率為97質量%的碳材內裝粒子的結果，三角形標記是碳材核內裝率為90質量%的碳材內裝粒子的結果，四角形標記是碳材核內裝率為90質量%的碳材內裝粒子的結果。

如圖4所示，不論碳材核的內裝率如何，隨著碳材內裝粒子的調配率的增加，於20質量%附近之前，碳材內裝燒結礦的生產率提高。另一方面，若碳材內裝粒子的調配率高於20質量%，則碳材內裝燒結礦的生產率轉為減少。該些傾向與裝入層的通氣性相同。

不論碳材核的有無，碳材內裝粒子的粒徑均大於通常的造粒粒子。因此認為，不論碳材核的有無，均藉由以成為所述調配率的範圍內的方式調配碳材內裝粒子，所裝入的碳材內裝粒子成為空氣的通道，裝入層的通氣性提高，藉此，可提高碳材內裝燒結礦的生產性。根據該些結果來確認，不論碳材核的內裝率如何，均藉由將碳材內裝粒子的調配率設為10質量%以上、30質量%以下的範圍內，來提高碳材內裝燒結礦的生產率、即碳材內裝燒結礦的生產性。

另外，如圖4所示，表示碳材內裝燒結礦的生產率的輪廓成為以碳材內裝粒子的調配率20質量%附近為頂點的上凸形的輪廓。因此可知，為了提高碳材內裝燒結礦的生產性，較佳為將碳材內裝粒子的調配率設為10質量%以上且小於30質量%的範圍內，更佳為將該調配率設為15質量%以上、25質量%以下的範圍內，尤佳為將該調配率設為20質量%。

如上所述，藉由燒結實驗而確認：藉由實施本實施形態的碳材內裝燒結礦的製造方法，其使用以相對於燒結原料的調配率成為10質量%以上、30質量%以下的範圍內的方式調配有碳材內裝粒子的燒結原料，而能夠以高生產性來製造可提高還原效率的被還原性高的碳材內裝燒結礦。

無

圖1是對本實施形態的碳材內裝燒結礦的製造方法的一例進行說明的示意圖。 圖2是表示碳材內裝粒子調配率、與裝入密度及通氣性的關係的圖表。 圖3是表示碳材內裝粒子調配率、與冷強度及被還原性的關係的圖表。 圖4是表示碳材核內裝率為97質量%、90質量%及80質量%的碳材內裝粒子的調配率與燒結礦生產率的關係的圖表。

Claims (2)

1. 一種碳材內裝燒結礦的製造方法，其包括：將燒結原料裝入至下方抽吸式燒結機的托盤中，形成裝入層；由設置於所述裝入層的上方的點火爐來點火，從設置於所述裝入層的下方的風箱中將上方的氣體抽吸至下方，藉此使所述裝入層燃燒，以製造燒結餅；以及使用排礦部對所述燒結餅進行破碎及整粒，以製造燒結礦，所述燒結原料是將於碳材核的周圍形成有由含有鐵礦石粉及CaO的原料所組成的外層的碳材內裝粒子，調配於通常的造粒粒子中而成；並且所述碳材內裝粒子相對於所述燒結原料的調配率為10質量%以上、30質量%以下的範圍內，所述鐵礦石粉的粒徑為150μm以下。
2. 如申請專利範圍第1項所述的碳材內裝燒結礦的製造方法，其中所述碳材內裝粒子相對於所述燒結原料的調配率為15質量%以上、25質量%以下的範圍內。