專利名稱：粒狀金屬鐵的制法的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在還原熔煉含鐵礦石等氧化鐵和焦炭等碳還原劑的原料制造粒狀金屬鐵時，特別是以高收率和生產效率能制造Fe純度高、粒徑大并且運送及處理容易的粒狀金屬鐵的改進方法。
對于加熱含有鐵礦石等的氧化鐵源和焦炭或煤粉等的碳還原劑的原料，進行固體還原，然后使之加熱熔融制造金屬鐵的方法，例如特開平9-256017號公報及特開平11-335712號公報等已經多有報導。由這些公報可知，如果加熱由固體還原所生成的還原鐵，滲碳該還原鐵，使熔點降低，則能促進熔融，提高金屬鐵的生產效率。
但是，在這些公報中，雖然報導有在熔融由固體還原所生成的金屬鐵時，在固體還原工序中分離所產生付產物熔渣并進行凝集能得到Fe含量高的金屬鐵。但是，沒有說明對如何能高收率地把該金屬鐵制成容易運送及處理的粒度結構的粒狀金屬鐵進行充分地研究。另外，也存在由于原料的質量或配合不同，在固體還原后的熔融工序中金屬鐵與副產物熔渣不能充分離，致使不能很好進行粒狀化，或成含有熔渣的產品，或成極微細的粒狀物，使其分離作業變難，并且不能高收率地得到作為制品的合適的粒徑范圍的產品。
另外，在特開平09-310111號公報中公開了一種在加熱還原內含碳材顆粒(丸形團礦)制造還原鐵顆粒時，通過能抑制在碳材中所含的揮發成分含量少，防止在加熱還原時該顆粒的破壞，使能穩定所得的還原鐵的質量及生產效率的技術。但是，在該公報中所公開的發明不是使原料顆粒中的氧化鐵熔融進行加熱還原制造還原鐵，所以雖能提高金屬化率本身，但所得的還原鐵含大量的熔渣，Fe純度本身相當低。而且在該發明中，由于是制造未熔融狀態的還原鐵的方法，所以與得到能除去熔渣成分的高Fe純度的粒狀金屬鐵的技術不同，當然也不存在高收率制造所需粒度構成的粒狀金屬鐵的問題。
除上述之外，還有很多報導加熱還原含氧化鐵源和碳還原劑的原料制造還原鐵，或加熱還原后再進一步使之熔融制造粒狀金屬鐵的方法，但是，在迄今所知包括上述公報所公開的方法制造粒狀金屬鐵的技術中，可以說還沒有能綜合地考慮作為煉鐵和煉鋼用或者制造合金鋼用的原料的質量及處理性等，并且能確實能作為用于高收率地制造適當粒徑范圍的粒狀金屬鐵的具體的技術。
另外，對于成為上述的金屬鐵的制造原料的碳還原劑，理想的是使用如焦炭或油焦炭等加工碳材及如無煙媒、煙煤等含固定碳量高的優質碳材。但是最近，隨著優質碳的資源減少不得不使用如褐煤等的低質碳的增多，在使用這些低品位碳作為碳還原劑時，將產生使最終所得的粒狀金屬鐵的質量及收率變低，特別是為得到適當粒度構成的粒狀金屬鐵，產生預料不到的各種問題。
本發明為解決上述問題，其目的是提供一種制造粒狀金屬鐵的方法，這種方法在使用優質的碳材作碳還原劑的情況不用說，就是在使用低質的碳材時也能以高收率和高生產效率地制造Fe純度高并適當粒度構成的粒狀金屬鐵的方法。
能實現上述目的的本發明的制法，是在還原熔融爐內加熱含碳還原劑和含氧化鐵物質的原料，固體還原該原料中的氧化鐵后，再加熱所生成的金屬鐵，使之熔融，同時分離熔渣成分并使之凝聚制造粒狀金屬鐵，其特征在于使用固定碳含量高的碳還原劑。
作為在實施本發明時所用的上述碳還原劑，固定碳含有率為73％(質量百分比，以下同)以上，而最好為74.5％以上。而所述原料中的揮發成分控制在3.9％以下，更理想的在3.2％以下，并且，對于在該原料的含氧化鐵物質中所含的氧化金屬成分把碳還原劑的配合量控制在45％以下，而最好在44％以下。另外，如在上述還原熔融爐內，把由固體還原所生成的金屬鐵熔融時的溫度控制在1400℃以上或1460℃以上，則能更高收率地得到粒徑比較大的粒狀金屬鐵，作為上述適當固定碳含量范圍的碳還原劑，除能單獨使用其本身固定碳含量高的碳材之外，也可合用固定碳含量比較多的高質量碳材和固定碳含量少的低質量的碳材，并調整其配合比，并如能確保所規定的固定碳含量，則即使為低質量的碳材，也可無影響地使用，是理想的。另外，在還原熔融爐內由固體還原所生成的金屬鐵熔融前，如在原料附近裝入粉狀碳物質，則該粉狀碳物能保持在固體還原后期的原料附近的氣氛為高還原性，能更可靠地防止所生成的金屬鐵的再氧化，同時該碳物成為向金屬鐵滲碳源，能在更低溫度高效進行金屬鐵的熔融和凝聚，并能抑制還原爐的熱老化，降低用于運轉的熱能，更加提高粒狀鐵的生產效率等，是理想的。
另外，在本發明所得的粒狀金屬鐵的粒徑沒有特別地限制，但是綜合地考慮在生產時所產生副產物熔渣的分離效率，作為制品的運送及容易處理等因素，理想的粒徑為2-50mm，而最好為3-40mm范圍。這里，所謂粒狀金屬鐵并不一定指球形，可以是包括橢圓形、卵形、或大致扁平形的粒狀物的總稱，而所謂上述理想的粒徑是指大致成球形物的為其直徑，橢圓形或卵型物的為長軸和短軸的平均值，另外對于扁平物可為長徑與短徑及最大厚度之和除3的值，按本發明，能得到粒徑3-40mm范圍的粒狀金屬鐵的收率為80％以上，而最好為90％以上。
另外，所謂碳還原劑中的固定碳是指按JIS M 8812所定義及測定法的碳成分，揮發成分也按同基準定，如CH4等紙級烴等揮發性有機物及吸附的H2、CO、CO2、水分等，在使用粉塵類作為含氧化鐵物質時含有Zn、Pb等。
另外，把從所述還原熔融爐與所述粒狀金屬鐵同時排到爐外的所述原料中的碳還原劑或粉狀碳物的一部分或全部作為所述原料中的碳還源劑再利用，也是實施本發明的理想的實施例。
下面對附圖進行簡單的說明。
圖1為表示本發明所用的還原熔融設備的說明圖。
圖2為沿圖1中A-A線剖視圖。
圖3為表示把圖1展開到旋轉型爐床的旋轉方向的截面說明圖。
圖4為表示在的把開始熔融時的溫度設定在1400℃時的碳材中的固定碳量對粒狀金屬鐵收率的影響的曲線圖。
圖5為表示在把開始熔融時的溫度設定在1460℃時的碳材中的固定碳量對粒狀金屬鐵收率影響的曲線圖。
圖6為表示在把開始熔融時的溫度設定在1400℃時的原料中的揮發成分量對粒狀金屬鐵收率影響的曲線圖。
圖7為表示在把開始熔融時的溫度設定在1460℃時的原料中的揮發成分量對粒狀金屬鐵收率影響的曲線圖。
圖8為表示在把開始熔融時的溫度設定在1400℃時的原料的鐵礦石中的T.Fe量與碳量對粒狀金屬鐵收率影響的曲線圖。
圖9為表示在把開始熔融時的溫度設定在1460℃時的原料的鐵礦石中的T·Fe量與碳量對粒狀金屬鐵收率影響的曲線圖。
圖中，1-回轉型爐床，2-爐體，3-燃燒器槍，4-原料及副原料裝入裝置，5-振動送料器，6-排出裝置，K隔離墻，C冷卻區，H料斗。
在上述的本發明中，在還原熔融含有鐵礦石及氧化鐵或含有其部分還原物等的氧化鐵物質(以下有時稱氧化鐵源或鐵礦石等)和焦炭或煤等的碳還原劑(以下有時稱碳材)的原料，再加熱所生成的金屬鐵并使之熔融，同時與所生成副產物熔渣分離并使之凝聚制造粒狀金屬鐵時，特別是對于原料中的氧化鐵源，作為起還原劑作用的所述碳還原劑選擇使用固定碳量高的作還原劑，并且通過適當地調整對在原料中的揮發成分量或在原料中含氧化鐵物質中所含的氧化金屬成分與碳還原劑的配合量等，能促進在還原和熔融時的金屬鐵的熔融和凝聚，并能高收率地得到適當粒度構成的粒狀金屬鐵。
作為這里所使用的原料，如為含上述氧化鐵源和碳材，則對其形態無特別地限制，可為這些粉末的均勻混合物或根據需要適當合用粘合劑并形成顆粒，團塊或小塊狀的原料，但是為了以更高收率和高生產效率得到本發明所要的粒徑比較大的粒狀金屬鐵，最好使用換算成平均粒徑為3-30mm的原料。
下面，參照實施例附圖對本發明中所采用的基本制法進行更具體的說明，同時能更加明確決定上述各條件的理由。
圖1-圖3是表示適用于本發明的由本發明者們所開發的一例移動床型還原熔融爐的說明圖，示出具有環形的回轉移動床的圓頂型結構的設備。其中圖1為其簡單示意圖，圖2為沿圖1的A-A線剖視圖，圖3是為便于理解展開圖1的回轉移動床的回轉移動方向所示的簡要截面說明圖。圖中1為旋轉爐床，2為罩住該旋轉爐床的爐體，旋轉爐床1由未圖示的驅動裝置以適當速度能旋轉驅動地被構成。
在爐體2的壁面上設置多個燃燒器槍3，通過把該燃燒器槍3的燃燒熱以及其輻射熱傳到旋轉爐床1上的原料進行該原料的加熱還原。圖中的爐體2為理想的實例，在爐體2內用1個隔離墻K隔離還原熔融區Z1和冷卻區Z2。在該爐體2的回轉方向最上流側臨近旋轉爐床1設置原料及副原料裝入裝置4，同時在回轉方向最下流側(由于為旋轉結構，所以實際為在裝入裝置4的正上流側)設置排出裝置6。
作為該加熱還原熔融爐的熱源，可以使用把氣體或重油、微粉碳、廢塑料等作為燃料所用的燃燒器加熱，或有效利用在爐內所生成的可燃性氣體并供給氧氣或空氣使之燃燒型，或蓄熱型燃燒器。另外，為了排出所生成的粒狀金屬鐵，可以采用如螺旋槳或刮板式的任意排出裝置，或利用吹氣或吸引使之排出的方法。
在運轉該還原熔融爐時，以規定的速度使旋轉爐床1旋轉，在該旋轉爐床1上由裝入裝置4用振動送料器5等把原料或適當厚度地供給。在裝入該原料時，通常裝入原料為10-40mm，而最好為20-30mm的范圍。另外，在使用成型體(顆粒或塊)作為原料時，根據其粒徑裝入單層或疊層3-10層，而最好為3-6層，通過增大相當于單位爐床面積的原料裝入量，可提高生產效率。
另外，在以層狀裝入原料時，如在該原料層的表面形成任意大小的凹凸，則能擴大表面傳熱有效面積，能更加提高對所裝入原料的加熱效率，同時由于也能提高對下層原料的加熱效率，是理想的。該凹凸的形成可采用例如改變在爐床寬度方向從多個供給口的裝入量進行裝入的方法，改變從延長爐寬度方向所設置的凹凸狀料斗的裝入量進行裝入的方法，在大致水平裝入后用具有凹凸的表面整形部件模仿形成凹凸的方法。
裝入到爐床1上的原料，在移動還原熔融區Z1的過程中受到由燃燒器3的燃燒熱及輻射熱，用原料中所含的氧化鐵和碳還原劑的反應所生成的一氧化碳還原氧化鐵，所生成的金屬鐵進一步在富碳的環境下通過加熱滲碳進行熔融，分離副反應所生成的熔渣，同時進行凝聚成為粒狀的熔融金屬鐵后，在冷卻區Z2用任意的冷卻裝置C進行冷卻和固化，通過設置在其下該側的排出裝置6依次刮出。這時，副反應所生成的熔渣同時被排出，這些經料斗H后通過任意的分離裝置(篩選或磁選裝置等)進行粒狀金屬鐵和熔渣的分離最后能得到鐵純度為95％以上，更理想的為98％以上，而熔渣成分含量極少的粒狀金屬鐵。
在上述還原和熔融工序中，在過高的還原時(固體還原期)的氛圍氣溫度時，在具體的還原過程的某時期中，當氣氛溫度超過由原料中的脈石成分或未還原氧化鐵等構成的熔渣組成的熔點的高溫時，則熔融這些低熔點的的熔渣，與構成移動爐床的耐火材料反應，使之熔損，將不能保持平滑的爐床。另外，在固體還原期加入對氧化鐵還原所需以上熱量時，則在原料中的鐵氧化物中的FeO在被還原前熔融，迅速進行該熔融FeO與碳材料中的碳(C)反應的所謂的熔融還原(在溶融狀態進行還原的現象，與固體還原不同)。雖然由該熔融還原也生成金屬鐵，但是當引起該熔融還原時，則含有流動性高的FeO的熔渣將顯著地熔損爐床耐火材料，所以作為實用爐的連續運轉變得困難。
這種現象，雖然根據構成原料的鐵礦石及碳材或者在粘合劑等中所含的形成熔渣成分的組成不同而變化，但是，當固體還原時的氣氛溫度超過約1400℃時，則引起上述那樣低熔點熔渣的滲出并熔損爐床而火材料，而當超過1500℃時，則與原料鐵礦石等的情況無關，進行不理想的上述熔融還原反應，顯著地熔損爐床耐火材料，所以固體還原的溫度控制在1500℃以下，而最好為1450℃以下是理想的。另外，當該固體還原溫度過低時，由于難于高效地進行固體還原，所以理想的為1200℃以上，而最好為1300℃以上。
固體還原后，接著理想的使氣氛溫度升溫50-200℃，提高到1400-1500℃，使由固體還原所生成的金屬鐵熔融，并凝聚所熔融的金屬鐵。這時，熔融金屬鐵相互凝聚并粗大化，該過程排出副反應所生成的熔融熔渣，同時凝聚，所以所凝聚的金屬鐵成幾乎不含熔渣的Fe純度的制品，冷卻凝固后，利用篩選或磁選等分離粒狀金屬和熔渣，能得到Fe純度高的粒狀金屬鐵。
另外，由固體還原所生成的金屬鐵的熔融，通過把氣氛溫度提高到該金屬鐵的熔點以上進行，但是，在該熔融開始時的金屬鐵的附近存在C或CO時，由于金屬鐵受到滲碳，引起熔點下降，能在更低溫度且短時間內進行金屬鐵的熔融，所以是理想的。即，為了迅速進行該熔融，在固體還原結束后的原料內使殘留對滲碳充分量的碳是理想的。該殘留碳量可以通過原料中的鐵礦石等與碳材的配合比例進行調整。本發明者們由實驗得知，在固體還原時的最終還原率幾乎達到100％的狀態，即在金屬化率達到100％的狀態，當該固體還原物中的殘留碳量(即，剩余碳量)為1.5％以上時，如能確保當初的碳材配合量，則能迅速地使由固體還原所生成的金屬鐵滲碳，能降低熔點，并且在1300-1500℃的溫度區域能迅速熔融。
在無滲碳的情況下，即純鐵的熔融溫度為1537℃，如加熱到比該溫度更高溫，雖然能使金屬鐵熔融，但是，在實用爐中為了減輕爐床耐火材料的熱負荷，操作溫度控制盡可能低溫是理想的。另外，當考慮到副反應所生的熔渣的熔點，操作溫度控制在1500℃以下是理想的。
并且，為了高效地使裝入到爐內的原料在保持固體狀態，同時不引起在該原料中所含的氧化鐵的部分熔融下進行還原，采用把爐內溫度保持在1200-1500℃，而最好為1200-1400℃的范圍進行固體還原，然后把爐內溫度提高到1400-1500℃，還原一部分殘留的氧化鐵，同時使所生成的金屬鐵熔融和凝聚的2級加熱方式是理想的。通過設定這樣的條件，能穩定地高收率地制造粒狀的金屬鐵，通常，經10分-13分鐘能完成氧化鐵的固體還原和熔融及凝聚。
采用上述的方法制造粒狀金屬鐵時，對于在本發明的含有氧化鐵物質中作為氧化金屬成分起還原劑作用的上述碳還原劑，使用固定碳含量高的碳材，并且使用揮發成分量少的碳材，或者通過特定對于在該碳還原劑的含氧化鐵物質中所含的氧化金屬成分的使用比率，具有能提高作為粒狀金屬鐵的收率的特征，對此將在下述給予詳細的說明。
圖4-圖9是以后述的實施例所得的實驗數據為基礎，整理和表示在本發明所定的所述各條件對作為制品的粒狀金屬鐵收率影響的曲線圖。在這些圖中，為確保適當作為制品的運送及處理性的粒度構成作為基準，以粒徑成長到3.35mm以上的粒狀金屬鐵的收率(回收率質量％)進行評價。這里作為含氧化鐵物質使用鐵礦石，所以這里所含的氧化金屬成分為氧化鐵。
首先，圖4、5為整理和表示作為原料所配合的碳材中的固定碳量對粒狀金屬鐵收率影響的曲線圖。其中圖4是把受到固體還原的金屬鐵開始熔融時的溫度設定在1400℃時的結果，而圖5是把該溫度設定在1460℃時的結果。由這些圖可知，作為粒狀金屬鐵的收率根據熔融的開始溫度不同而有很大變化。在把熔融開始溫度設定在1400℃時，碳材中的固定碳量在74％的前后收率急激上升，如固定碳量使用74.5％以上的碳材，能確保目標粒度構成的粒狀金屬鐵的收率約為80％以上，而當該固定碳量約為75％以上，則能確保90％以上的收率。與此相比，在把熔融開始溫度設定在1460℃時，如圖5所示，碳材中的固定碳量從72％的前后收率急激上升，如使用固定碳量約為73％以上的碳材，則能確保目標粒度構成的粒狀金屬鐵的收率約為80％以上，當該固定碳量約為73.5％以上時，可知能確保90％以上的高收率。由這些結果可知，在使用固定碳量為73％以上的碳材時，通過把熔融開始溫度設定在1460％以上，能以80％以上收率制造合適粒子徑的金屬鐵，而在使用固定碳量為74.5％級以上的優質的碳材時，即使熔融開始溫度降低到1400℃程度，也能確保充分的收率。
另外，當上述碳材的固定碳量為73％以上或為74.5％水平以上時，可單獨使用該碳材。另外，即使固定碳量當不到73％的低品位的碳，用與固定碳含有量高的高品位碳合用，如能確保上述合適的固定碳量作為總量，則能無礙使用，其結果，即使是難于單獨使用的低品位碳也能有效的利用。
其次，圖6、7是整理和表示原料中的揮發成分量對粒狀金屬鐵的收率的影響的曲線圖，其中，圖6是把受到固體還原的金屬鐵開始熔融時的溫度設定為1400℃時的結果，而圖7是把同溫度設定在1460℃時的結果。如從這些圖可知，在這種情況作為粒狀金屬鐵的收率根據熔融開始時的溫度不同而有相當地變化，在熔融開始溫度設定在1400℃時，當揮發成分量超過3.2％時，則收率急激降低，如揮發成分量為3.2％，則能得到80％以上的收率，如揮發成分量為2.9％以下，則能確保90％水平以上的高收率。與此相對，當把熔融開始溫度設定在1460℃時，如圖7所示，當該揮發成分量超過3.9％水平時，則收率顯著地降低，但是如為3.9％以下，則能得到80％以上的收率，如把揮發成分量控制在3.7％水平以下，能確保90％水平以上的高收率。由這些結果可知，在上述揮發成分量為3.8％水平時，通過把熔融開始溫度設定在1460℃以上，能以80％以上的高收率制造適當粒子徑的金屬鐵，而在揮發成分量為3.2％水平以下時，即使把熔融開始溫度降低到1400℃程度，也能確保充分的收率。
另外，圖8、9整理和表示作為原料所配合的含氧化鐵物質(鐵礦石)中的氧化金屬成分(氧化鐵成分TFe)與碳材量對粒狀金屬鐵收率影響的曲線圖，其中圖8是把受到固體還原的金屬鐵開始熔融時的溫度設定在1460℃時的結果，而圖9是把同溫度設定在1400℃時的結果。由這些圖可知，這時作為粒狀金屬鐵的收率根據熔融開始時的溫度不同而有相當變化，在把熔融開始溫度設定在1400℃時，上述碳材量為大約44.2％以上，收率急劇降低，如該碳材量為44％以下，則能得到80％以上的收率，如把該碳材量控制在43.6％程度以下，則能確保90％水平以上的高收率。與此相對，在把熔融開始溫度設定在1460℃時，如圖8所示，當該碳材量超過45％水平，則收率顯著降低，但是如控制到45％以下，則能得到80％以上的收率，并且如把碳材量控制到44.8％水平以下，則能確保90％水平以上的高收率。從這些結果可知，在上述碳材量為45％水平時，通過把熔融開始時的溫度設定在1460℃以上，能以80％以上的高收率制造合適粒子徑的金屬鐵，而在該碳材量為44％水平以下時，即使把熔融開始溫度降低到1400℃，也能確保充分的收率。
但是，在本發明的實施例所用的還原熔融爐中，大多采用燃燒器加熱原料。這時，在固體還原時通過裝入爐內的原料中的氧化鐵源和碳材的反應產生大量的CO氣體，所以通過從原料所放出的上述CO氣的封閉效果能保持充分的還原性氣氛。
在從固體還原時的后半部到末期，由于上述CO氣體的產生量急速地減少，降低了自封閉作用，容易受到由于燃燒器加熱所產生的燃燒排氣(CO2及H2O等的氧化性氣體)的影響，被還原的金屬鐵容易受到再氧化。另外，在固體還原結束后，由于在原料中殘留碳對還原鐵的滲碳的熔點降低，進行微小金屬鐵的熔融和凝聚，在這階段由于缺乏所述自封閉作用，所以金屬鐵容易受到再氧化。
因此，為了及時地抑制這種再氧化同時高效地進行固體還原后的熔融和凝聚，適當控制熔融區域的氣氛氣體組成是是理想的。作為理想的方法，可列舉在把上述的原料裝入爐床上前，在爐床上裝入粉狀碳物質，或者在原料為成型物時的其表面預先附著碳粉的方法。即，在爐床面上裝入粉狀碳物質，或者在其表面附著碳物質，則固體還原這些原料后，在熔融開始時，直接與由燃燒器燃燒所生成的氧化性氣體(CO2或H2O)反應，使這些氣體被還原成CO或H2等的還原性氣體，所以能把由固體還原所生成的金屬鐵的附近保持高還原性氣氛，能有效地防止金屬鐵的再氧化。而且，這些粉狀碳物質對于所生成的金屬鐵成為滲碳源，更加縮短對金屬鐵的滲碳和熔融所需的時間，能發揮促進粒狀化的作用，所以是理想的。
為了有效地發揮上述碳物質的作用效果，作為預先裝入爐床上的上述粉狀碳物質，使用粒徑為3mm以下，理想的為2mm以下，而最好為0.3-1.5mm范圍的微細化物質，并且理想地裝入厚度可為2-7mm，而最好為3-6mm。另外，在成形原料所使用時其表面附著時，其附著量對于該成型物設定為1-10質量％，而最好為3-7質量％。但是，該粉狀碳物質也可在其效果最有效的熔融開始時間之前從上方落下裝入。
由上述方法所得的粒狀金屬鐵為排出副反應所生成的熔渣，同時凝聚的制品，所以幾乎不含熔渣成分為Fe純度非常高的制品，該粒狀金屬鐵被送到電爐或轉爐等已知的煉鋼設備作為鐵源使用。為了把這些作為煉鋼原料使用，盡可能降低碳[S]的含量是理想的。在所述金屬鐵的制造工序中，對盡可能地除去含在鐵礦石或碳材中的S成分并應得到低[S]的粒狀金屬鐵進行了研究，結果確認在原料調制階段與鐵礦石及碳材同時積極地配合適量的CaO源(除生石灰之外，含有消石灰或碳酸鈣等)，并使附加在鐵礦石等中所含的脈石成分等的熔渣形成成分的原料中所含的全部熔渣形成成分的堿度(即CaO/SiO2比)為0.6-1.8，而最好為0.9-1.5的范圍進行調整成分，則可以確認能使最終所得的粒狀金屬鐵中的S含量為0.1％以下，并且最好降低到0.05％以下。
順便提一下，作為碳還原劑在最普通所用的煤中通常含有約0.2-1.0％的S，這些[S]的大部分進入到金屬鐵中。另一方面，在不進行積極添加CaO源的堿度調整時，由于鐵礦石的品種等是相當不同的，從原料中所含的熔渣形成成分所計算出的堿度大約為0.3以下，在這樣低堿度的熔渣中，在固體還原或者其后的熔融和凝聚過程中不可避免S混入(加硫)到粒狀金屬鐵中，在原料中所含的全部[S]中大約85％進入到粒狀金屬鐵中。其結果，粒狀金屬鐵的[S]量為0.1-0.2％的非常高的值，有損作為粒狀金屬鐵的質量。
但是，在上述的原料調制階段，如通過主動添加CaO源把熔渣形成的組成調整成堿度為0.6-1.8的范圍，則在固體還原及滲碳和凝聚時副反應所生成的熔渣中固定上述[S]，其結果能大幅度地把粒狀金屬鐵的[S]量降低到0.050-0.080％的水平。該低S化的原理可被認為是在原料中所含的[S]與CaO反應()，并作為CaS被固定。
在本發明中所使用的原料，如上所述，可使用含有氧化鐵源和碳材的均勻混合物或根據在這些混合物中合用少量的粘合劑(膨潤土或淀粉等)并凝結成適當大小的粒狀物，或作為顆粒、塊等的成型體使用。在作成型體時，可采用例如使用盤式造粒機、圓盤型造粒機、滾筒型造粒機等常用的成型法。
另外，成為原料的氧化鐵源除鐵礦石之外，包含軋制氧化鐵皮等廣義氧化鐵，例如，也可包含高爐粉塵或電爐粉塵、煉鋼粉塵等物質。并且，根據鐵礦石地不同，除氧化鐵以外，也有含如Ni、Cr、Mn等其它金屬的氧化物，當然，也可為包含這些以外的金屬氧化物成分的物質。另外，對碳還原劑的種類無特別地限制，除最普通的煤粉或焦炭粉以外也可使用木炭粉等。作為根據需要所配合的粘合劑，可舉膨潤土或淀粉等，但是不受這些的限制。并且在原料混合物中，如作為熔渣形成成分的堿度調整用使含有適量的CaO源(生石灰、消石灰、碳酸鈣等)，則這些作為脫硫劑起作用，并把在原料混合物中所含的S作為CaS固定在熔渣中，能得到S含量低的粒狀金屬鐵，所以是理想的。
另外，在固體還原工序中，作為調整到副反應所生成的熔渣的熔點用，根據在原料中所含的熔渣形成性成分的組成適量加入如石灰石、消石灰、碳酸鈣的鈣源或二氧化硅、氧化鋁等是有效的。
在向爐床面上供給原料方面不采用特別的方法，例如可采用料斗或振動送料器、滾筒送料器等送出，并使用導槽或導管、傾斜板進行供給的方法。
另外，在層狀裝入原料時，在原料層的表面沿縱向和/或橫向形成任意形狀的山部和谷部成凹凸狀，通過擴大表面積提高從上方的燃燒器加熱或輻射熱的加熱效率能提高原料整體的加熱效率，同時，也能提高對下層原料的傳熱效率，所以是理想的。該凹凸的理想形狀或大小、間距等根據積層厚度不同而變化，所以不能有同樣的規定，但是可以認為理想的高度(山頂部到谷底部的間隔)為5-30mm，而最好為10-30mm的范圍，理想的間距(相鄰的山頂部問的寬度)為10-100mm，而最好為10-70mm的范圍。對該凹凸的形成法沒有特別的限制，例如可任意選擇在爐床寬度方向從多個供給口改變裝入量的方法，從在爐床寬度方向延長設置的凹凸狀料斗改變裝入厚度的裝入方法，在幾乎水平裝入后用帶有凹凸形狀的表面整形部模仿形成凹凸的方法等，均可適用。
另外，作為原料使用成型物時，根據其大小不同特別是在爐床上疊層裝入時，由于疊層負荷有壓壞成型物的情況，因此使用平均粒徑為1-10mm，而最好為3-7mm的成型物是理想的，如為這樣比較小直徑的成型體，則即使疊層裝入因疊層壓力壓壞的可能性也少，并且熱傳導迅速，在加熱初期就能迅速地干燥，所以可以直接把未干燥的成型物供給到爐床上。另外，為了能更可靠地防止由于裝入時沖撞或疊層負荷的破損，所以至少預先干燥該成型物的表層后進行裝入是理想的。
另外，在裝入上述原料時，如采用在爐床上敷設粉狀碳物質后裝入原料，或者在使用成型物時，在該成型物的表面附著碳物質后裝入爐床上的方法，則能，例如1.提高上述碳物質在固體還原時的原料附近氣氛氣體的還原性并能更高效地進行固體還原；2.使該碳物質滲碳到固體還原后的金屬鐵中，并使其熔點降低，促進熔融和凝聚；3.該碳物質能抑制熔融金屬鐵向爐床表面附著并促進粒狀化；
4.在疊層進行裝入原料時，通過該碳物質補充易引起下層側的還原不足，提高總體固體還原率；5.由于該下層側的還原不足、產生的FeO作用并迅速地還原FeO，所以也能抑制含有顯著地熔損爐床耐火材料的FeO的熔融熔渣的生成，謀求延長爐床壽命；6.在把原料作成成型物使用時，如使其表面涂滿碳物質地附著，則能防止相互附著或向裝入用料斗等的附著，所以在未干燥狀態也能裝入該原料成型物。
作為這里所用的碳物質，可任選煤粉、焦炭粉、木炭粉等使用。另外，作為在爐床上面所敷設的碳物質能更有效地發揮上述作用的理想的粒徑為平均粒徑2mm以下，而最好為1.5mm以下。另外，在原料成型物的表面附著碳物質時，可采用使在表面涂滿平均粒徑為0.3mm以下的碳物質附著的方法，使碳物質分散在水等的分散劑中使之噴射附著的方法。
另外，有從還原熔融爐與粒狀金屬鐵一起排出上述碳物質或原料中的碳還原劑(在裝入到爐內時作為粉裝入，在爐內原料顆粒粉化時所產生的物質)的情況，但是，這些可以作為碳還原劑再使用。這些一度在爐內曝露在高溫下并除去揮發成分，所以成為優質量的原料。
實施例以下，通過實施例具體地說明本發明的構成及作用效果，但是本發明不受下述實施例限制，只要在本發明的技術范圍內進行適當的變化都能進行實施，這些都包含在本發明的技術范圍內。
實施例1作為氧化鐵源及碳材使用下述成分組成的物質，并使用圖1-圖3所示的旋轉爐床型還原熔融爐，按下述條件進行粒狀金屬鐵的制造實驗。
氧化鐵源鐵礦石主要成分T·Fe68.1％，Al2O30.5％，SiO21.4％，平均粒徑50μm。
碳還原劑碳材(1)固定碳量71.6％，揮發成分量19.6％，平均粒徑30μm，
碳材(2)固定碳量77.0％，揮發成分量9.4％，平均粒徑30μm。
原料調制把上述氧化鐵源與碳材(1)、(2)按下述表1所示的質量比配合并均勻地混合后，用盤型造粒裝置把粒徑調制成16-19mm的粒狀原料。
實驗法把上述粒狀原料裝入到旋轉爐床型還原熔融爐中成厚度約20mm，通過燃燒器加熱，在4分鐘從原料裝入開始迅速升溫到1100℃，在約1350℃進行固體還原后，把熔融開始部的溫度調整到約1400℃或約1460℃的溫度，在冷卻部(利用設置在爐床下部的水冷水套)冷卻熔融和凝聚的金屬鐵得到粒狀金屬鐵。裝入原料后到把粒狀金屬鐵取出到爐外為止的時間約為10-12分鐘。取出到爐外的粒狀金屬鐵，通過磁選裝置與同時排出的副產物熔渣的凝聚物分離并只含有粒狀鐵后，再使用篩網為3.35mm的篩子分離粗粒物和微粒物，求出粒徑為3.35mm以上的粗粒物的收率。
把原料的配合組成或含固定碳含量、揮發物含量等諸項及收率匯集表1。根據表1的結果為基礎，分別把“碳材中的固定碳量對粒狀金屬鐵收率的影響”示于表2、3及圖4、5中，把“原料中的揮發成分量對粒狀金屬鐵的收率的影響”示于表4、5及圖6、7中，把“相對鐵礦石中的氧化鐵成分(T·Fe)與碳材量對粒狀金屬鐵收率的影響”示于表6、7及圖8、9中。
表1
*粒徑為3.35mm以上的粒狀金屬鐵的收率。
表2
表3
表4
表5
表6
表7
從這些結果進行考察如上述用圖4-9所說明的。總之，可以確認(1)在使用固定碳量為73％以上的碳材時，通過把熔融開始時的溫度設定在1460℃以上程度，能以80％以上的高收率制造合適粒子徑的金屬鐵，如使用固定碳量為74.5％水平以上優質碳材，則即使熔融開始溫度降低到1400℃，也能確保充分的收率；(2)在原料中的揮發成分量為3.9％水平時，通過把熔融開始時的溫度設定在1460℃以上，能以80％以上的高收率制造合適粒子徑的金屬鐵，在揮發量為3.2％水平以下時，即使熔融開始溫度降低到1400℃，也能得到充分的收率；(3)在對于鐵礦石中氧化鐵成分(T·Fe)的碳材量為45％水平時，通過把熔融開始時的溫度設定在1460℃以上能以80％以上的高效率制造合適粒子徑的金屬鐵，在該碳材量為44％水平以下時，即使熔融開始溫度降低到1400℃，也能確保充分的收率。
按以上所構成的本發明，在加熱還原含氧化鐵源和碳還原劑制造粒狀金屬鐵時，使用固定碳量及揮發成分量特定的碳材作為該原料，或者進一步通過適當地調整對氧化鐵源與碳材的配合量能以高收率高生產效率地制造適于作為制品的運送或處理的粒度結構的粒狀金屬鐵。
權利要求
1.一種粒狀金屬的制法，是在還原熔融爐內加熱含碳還原劑和含氧化鐵物質的原料，固體還原該原料中的氧化鐵后，再加熱生成的金屬鐵并使之熔融，同時分離熔渣成分并使之凝聚制造粒狀金屬鐵，其特征在于使用固定碳含有率高的碳還原劑。
2.根據權利要求1所述的制法，其特征在于所述碳還原劑的固定碳含有率為73質量％以上。
3.根據權利要求2所述的制法，其特征在于所述碳還原劑的固定碳含有率為74.5質量％以上。
4.根據權利要求1-3中任意項所述的制法，其特征在于所述原料中的揮發成分量為3.9質量％以下。
5.根據權利要求4所述的制法，其特征在于所述原料中的揮發成分量為3.2質量％以下。
6.根據權利要求1-5中任意項所述的制法，其特征在于對于在所述原料中的含氧化鐵物質中所含的氧化金屬成分把碳還原劑的配合量控制在45質量％以下。
7.根據權利要求6所述的制法，其特征在于對于在所述原料中的含氧化鐵物質中所含的氧化金屬成分把碳還原劑的配合量控制在44質量％以下。
8.根據權利要求2、4或6所述的制法，其特征在于在所述還原熔融爐中，把在熔融由固體還原所生成的金屬鐵時的溫度為1460℃以上。
9.根據權利要求3、5或7所述的制法，其特征在于在所述還原熔融爐中，把在熔融由固體還原所生成的金屬鐵時的溫度為1400℃以上。
10.根據權利要求1-9中任意項所述的制法，其特征在于作為所述碳還原劑，合用固定碳量多的碳材和固定碳量少的碳材，通過調整它們的配合比得到規定的固定碳含有率。
11.根據權利要求1-10中任意項所述的制法，其特征在于在還原熔融爐內熔融由固體還原所生成的金屬鐵前，在原料附近裝入粉狀碳物質。
12.根據權利要求1-11中任意項所述的制法，其特征在于以80％以上的收率能得到粒徑3-40mm范圍的粒狀金屬鐵。
13.根據權利要求1-11中任意項所述的制法，其特征在于以90％以上的收率能得到粒徑3-40mm范圍的粒狀金屬鐵。
14.根據權利要求1-13中任意項所述的制法，其特征在于在所述原料中配合熔渣熔點調整劑到，并把在還原熔融工序中所生成的熔渣的熔點調整到1400℃以下。
15.根據權利要求1-14中任意項所述的制法，其特征在于把從還原熔融爐向爐外所排出的所述原料中的碳還原劑或者粉狀碳物質的一部分或全部與所述粒狀金屬鐵一起作為所述原料中的碳還原劑再利用。
全文摘要
一種粒狀金屬鐵的制法是在還原熔融爐內加熱含有碳還原劑和含氧化鐵物質的原料,固體還原該原料中的氧化鐵后,再加熱所生成的金屬鐵使之熔融,同時與熔渣成分分離并使之凝聚制造粒狀金屬鐵。所述碳還原劑使用固定碳含有率為73%以上,且原料中的揮發成分量為3.9%以下的碳材,對在該原料的含氧化鐵物質中所含的氧化金屬成分,可控制碳還原劑的配合量為45%以下。該制法能高收率高生產效率地制造Fe純度高粒徑大易處理的粒狀金屬鐵。
文檔編號C21B11/00GK1335412SQ0112958
公開日2002年2月13日 申請日期2001年6月28日 優先權日2000年6月28日
發明者菊池晶一, 谷垣恭廣, 德田耕司, 土屋脩, 伊東修三 申請人:米德雷克斯國際公司蘇黎世分公司