含碳團塊礦、含碳團塊礦的制造方法及其制造裝置與流程

本發明涉及含碳團塊礦、含碳團塊礦的制造方法及其制造裝置，更詳細而言涉及能夠提高強度的含碳團塊礦、含碳團塊礦的制造方法及其制造裝置。

背景技術：

全世界鐵產量的60％左右是通過14世紀開發的高爐法來生產的。高爐法是將經過燒結過程的鐵礦石和焦炭等一起放入高爐，并吹入高溫空氣而將鐵礦石還原成鐵從而制造鐵錠的方法。

由于高爐法從反應特性考慮要求具有一定程度以上的強度并具有能夠確保爐內通氣性的粒度的原料，所以使用將粉狀鐵礦石制成塊狀的燒結礦和將粉煤干餾而制成塊狀的焦炭。

但是，塊狀的燒結礦，相比粉狀鐵礦石，每單位體積的氣體接觸面積極小，即便在高爐內結束還原之后與碳的接觸面積仍小，從而碳難以滲透至已還原的鐵的內部。因此，燒結礦存在由于熔融溫度高而在熔融時需要大量能源，鐵水的生產速度慢的根本性問題。

對此，開發了一種在混合極小粉狀鐵礦石和碳材料而制造像煤餅、球團等這樣的含碳團塊礦(以下，稱為“成型碳”)之后，在rhf(rotaryhearthfurnace，轉底爐)中引導還原而直接制造還原鐵的工序。

在還原鐵的制造中，確保高爐中能夠使用的常溫、熱強度是非常重要的。在現有技術中，雖然使用像水泥這樣的無機粘合劑而通過養護確保了強度，但存在難以確保高爐內需要的熱強度的問題。

為了克服上述問題，開發出了將在制造部分還原鐵時使用的碳材料用作粘合劑的技術。該技術是利用煤炭在約300～500℃左右的溫度下軟化熔融并在其以上的溫度下固化的特性，將混合有碳材料的成型碳在軟化熔融溫度下燒制，由此引導碳材料的軟化熔融以及固化而用作成型碳中的粘合劑從而確保常溫強度的技術。對于碳材料的軟化熔融現象而言，已知碳材料的加熱速度越塊其效果越大，因此盡可能加快燒制爐內成型碳的加熱速度對成型碳的常溫強度的提高更有效。然而，在像窯爐(kiln)這樣密封的燒制爐在利用燃燒器直接加火而使成型碳升溫時難以管理成型碳的溫度，而在窯爐外部供給熱的間接加熱方式的情況下，存在團塊礦的升溫速度慢的問題。另外，由于在燒制爐內發生成型碳中煤炭揮發物的揮發，而存在難以處理揮發物的問題。

現有技術文獻：kr1448083b

技術實現要素：

本發明提供能夠提高強度的含碳團塊礦、含碳團塊礦的制造方法及其制造裝置。

本發明提供能夠減少環境污染的含碳團塊礦、含碳團塊礦的制造方法及其制造裝置。

本發明的實施方式所涉及的含碳團塊礦的制造方法可以包括：利用混合鐵原料和碳材料而成的混合物制造成型碳的步驟；將上述成型碳裝入臺車而形成原料層的步驟；以及使上述臺車向燒制爐內部移動而進行熱處理的步驟，進行上述熱處理的步驟包括：對在上述燒制爐內部產生的排出氣體中的一部分進行收集的步驟；使收集的上述排出氣體燃燒而生成熱風的步驟；以及將上述熱風供給至上述燒制爐的至少一部分區域的步驟。

可以將上述燒制爐劃分為干燥區域、煤炭氣化區域、燒制區域以及冷卻區域，在收集上述排出氣體中的一部分的步驟中，在上述燒制爐的煤炭氣化區域收集揮發氣體。

可以在生成上述熱風的步驟中，使上述揮發氣體燃燒而生成800℃至900℃的熱風。

可以在將上述熱風供給至上述燒制爐的至少一部分區域的步驟中，上述熱風的溫度被調節為500℃至600℃進行供給。

可以在上述熱風的溫度低于500℃的情況下，在將熱風供給至上述燒制爐之前在熱風爐加熱上述熱風，然后進行供給。

可以在上述熱風爐加熱上述熱風的步驟中，將外氣供給至上述熱風爐。

可以在上述熱風的溫度高于600℃的情況下，在上述熱風爐中對上述熱風混合外氣而使上述熱風冷卻。

被供給至上述燒制爐的熱風可以具有1％至5％的氧濃度。

上述熱風可以被供給至上述燒制爐的燒制區域。

可以將上述燒制區域的溫度控制在300℃至700℃的范圍。

在上述燒制區域中，可以將上述成型碳的升溫速度調節成50℃至60℃。

可以在上述燒制區域中，使上述碳材料軟化熔融。

利用本發明的實施方式所涉及的含碳團塊礦的制造方法來制造的含碳團塊礦可以具有140kgf/p至160kgf/p的常溫強度。

本發明的實施方式所涉及的含碳團塊礦的制造裝置可以包括：多個漏斗，該多個漏斗供鐵原料以及碳材料收容；混合機，該混合機與上述漏斗連接，接受上述鐵原料和碳材料的供給而進行混合；成型機，該成型機具備從上述混合機接受混合物的供給而壓縮成型碳的壓縮部件；燒制爐，該燒制爐形成供裝入有成型碳的臺車移動的路徑；燃燒爐，該燃燒爐使上述燒制爐中產生的排出氣體中的至少一部分燃燒而生成熱風；以及氣體供給配管，該氣體供給配管使上述燃燒爐和上述燒制爐連通，將上述熱風中的至少一部分供給至上述燒制爐。

上述燒制爐可以包括干燥區域、煤炭氣化區域、燒制區域以及冷卻區域，上述燃燒爐可以與上述煤炭氣化區域連通。

可以在上述氣體供給配管具備將上述熱風向上述燒制爐引導的送風機。

上述氣體供給配管可以與用于將上述熱風向外部排出的分支管連接，可以在上述分支管具備脫硫裝置和選擇性地開閉上述分支管的閥。

可以在上述氣體供給配管具備溫度測定機。

上述氣體供給配管可以與上述燒制區域連通。

可以在上述氣體供給配管與上述燒制爐之間具備熱風爐。

在上述熱風爐可以具備燃燒器和用于使外氣流入的導入口。

根據本發明的實施方式，能夠使用將利用極小粉狀鐵礦石和碳材料制造出的成型碳燒制的過程中產生的排出氣體中的一部分來控制燒制爐內溫度以及氧濃度。由此，能夠抑制碳材料的燃燒地使成型碳燒制，由此增大成型碳的強度。即，能夠使在燒制過程中產生的排出氣體中的一部分、例如揮發氣體燃燒而產生熱風，并使這樣產生的熱風在燒制爐循環而控制燒制爐內溫度以及氧濃度。因此，能夠在燒制過程中對成型碳進行迅速加熱而在抑制成型碳內碳材料的燃燒的同時使碳材料軟化熔融，從而抑制成型碳內氣孔的產生，由此能夠提高成型碳的強度。

另外，能夠使在燒制過程中產生的排出氣體向燒制爐內循環，由此降低由排出氣體引起的環境污染。

附圖說明

圖1是按順序示出本發明的實施例所涉及的含碳團塊礦的制造方法的順序圖。

圖2是示出在利用本發明的實施例所涉及的含碳團塊礦的制造方法來制造含碳團塊礦的過程中對排出氣體進行處理的過程的順序圖。

圖3是示出本發明的實施例所涉及的含碳團塊礦的制造裝置的構成的框圖。

圖4是示意性示出本發明的實施例所涉及的含碳團塊礦的制造方法的圖。

圖5是示意性示出本發明的另一實施例所涉及的含碳團塊礦的制造方法的圖。

附圖標記的說明

100、110：漏斗；200：混合機；300：成型機；400：燒制爐；500：燃燒爐；600：熱風爐；700：篩選機；800：脫硫裝置；900：煙囪。

具體實施方式

以下，參照隨附的附圖對本發明的實施例進行詳細說明。然而，本發明并不限定于下文中公開的實施例，而是能夠以相互不同的多種方式來實現，這些實施例僅僅是為了使本發明的公開完整，向具有常規知識的人員完整地傳遞發明的范圍而提供的。為了在附圖中清楚地表示各個要素，將大小夸張或放大表示，并且在附圖中相同的附圖標記是指相同的要素。

圖1是按順序示出本發明的實施例所涉及的含碳團塊礦的制造方法的順序圖，圖2是示出在利用本發明的實施例所涉及的含碳團塊礦的制造方法來制造含碳團塊礦的過程中對排出氣體進行處理的過程的順序圖，圖3是示出本發明的實施例所涉及的含碳團塊礦的制造裝置的構成的框圖。

參照圖1，本發明實施例所涉及的含碳團塊礦的制造方法包括：準備鐵原料以及碳材料的步驟(s100、s200)；將鐵原料和碳材料混合的步驟(s300)；將混合鐵原料和碳材料而成的混合物成型而制造成型碳的步驟(s400)；將成型碳裝入臺車而形成原料層的步驟(s500)；以及使臺車向燒制爐內部移動而對成型碳進行熱處理，來制造含碳團塊礦的步驟(s600)。并且，參照圖2，對成型碳進行熱處理的步驟還可以包括使成型碳在熱處理即燒制的過程中產生的排出氣體中的一部分燃燒而制造熱風，并使該熱風在燒制爐內部循環的步驟。該步驟可以包括：收集排出氣體的步驟(s610)；加熱排出氣體而制造熱風的步驟(s620)；以及將熱風供給至燒制爐400的步驟(s640)。另外，根據需要，還可以包括在將熱風供給至燒制爐400之前再加熱熱風的步驟(s630)。

在此，鐵原料是含有鐵成分的物質，作為被還原劑可以利用鐵礦石、鐵氧化物、煉鋼工序中產生的含鐵粉塵以及爐渣中至少任意一種。另外，碳材料作為使鐵原料還原的還原劑，可以利用在煤炭以及煉鋼工序中產生的含碳粉塵中的至少任意一種。

如圖3所示，用于利用這樣的過程來制造含碳團塊礦的含碳團塊礦的制造裝置可以包括：分別收容鐵原料和碳材料的多個漏斗100、110；與各漏斗100、110連接，并接受鐵原料以及碳材料的供給而進行混合的混合機200；具備對混合機200中混合的混合物進行壓縮的壓縮部件的成型機300；形成為供在成型機300中制造出的含碳團塊礦、即成型碳裝入內部，并具備加熱部件，并對成型碳進行熱處理而制造含碳團塊礦的燒制爐400；以及對在燒制爐400制造出的成型碳進行粒度分離的篩選機700。此時，也可以進一步具備從漏斗100、110分別接受鐵原料以及碳材料的供給而進行破碎的破碎機(未圖示)，在利用破碎機將鐵原料以及碳材料分別破碎之后將破碎物注入混合機200。

雖未進行圖示，但成型機300具備壓縮部件。例如，可以使用具備設置為相互對置的一對輥的成型機、即雙輥式成型機。由此，若在一對輥之間裝入混合物，則能夠通過由上述一對輥的旋轉引起的擠壓來制造成型碳。

燒制爐400用于對在成型機300中制造出的成型碳進行熱處理，具有內部空間，并設置有加熱燒制爐400的加熱單元(未圖示)。加熱單元可以是燃燒器(burner)，作為用于加熱的燃料利用lpg以及空氣(air)。于是，由燃燒器(burner)產生的加熱氣體加熱燒制爐400內部，由此進行裝入燒制爐400內的成型碳的熱處理。當然，作為用于加熱燒制爐400的單元，除燃燒器(burner)之外可以使用各種單元，并且作為燃料除lpg以及空氣(air)之外也可以使用各種材料的原料。

另外，燒制爐也可以具備能夠供在內部儲存成型碳的臺車移動的路徑，能夠按照路徑上的各區域來控制溫度。例如，如圖4所示，燒制爐400可以包括干燥區域401、煤炭氣化區域402、燒制區域403以及冷卻區域404。當然，還可以包括用于對這些供給熱風的燃燒器(未圖示)。由此，臺車進入燒制爐400內部，并且臺車連續地在燒制爐的各區域移動而能夠進行干燥、煤炭氣化(或者預熱)、燒制、冷卻等的過程。成型碳在成型之后含有大量水分，但由于是煤餅或者團塊物，所以若被供給熱，則還可能發生由熱沖擊引起的破裂。為此，在燒制前使儲存有成型碳的臺車經過干燥區域401而干燥成型碳。在經過干燥區域401后，為了有助于燒制而使臺車經過煤炭氣化區域402，之后在燒制區域403中實現成型碳的熱處理即燒制，之后在冷卻區域404冷卻。

在現有技術中，將成型碳在燒制爐中以1000℃以上的溫度進行熱處理而產生還原反應，從而制造還原鐵。然而，若在這樣的高溫下制造還原鐵，則存在成型碳內碳材料被燃燒而產生成型碳內氣孔，導致而后制造出的還原鐵的強度降低的問題。為此，本申請發明，在比現有技術低的300至700℃下對成型碳進行熱處理而抑制成型碳內碳材料的燃燒并使碳材料軟化熔融，由此能夠提高制造出的含碳團塊礦的強度。對于這樣制造出的含碳團塊礦，能夠使其在燒制爐中還原，或者在需要含碳團塊礦的其它作業中使用。此時，在使成型碳在燒制爐中還原的情況下，碳材料被軟化熔融從而在含碳團塊礦內的密度升高，使制造出的還原鐵內的氣孔率降低，從而能夠抑制或者防止還原鐵的強度的降低。

為此，在本申請發明中，通過由燃燒器(burner)產生的加熱氣體加熱燒制爐400內部的同時，收集在燒制過程中產生的排出氣體、例如在煤炭氣化區域402中產生的揮發氣體(s610)，使該揮發氣體燃燒而制造熱風(s620)之后，將熱風供給至燒制爐(s640)而當做成型碳的燒制所需的熱源使用。此時，還可以包括將熱風再次加熱的步驟(s630)。這樣制造出的含碳團塊礦內可以包括碳材料，可以具有140至160kgf/p的常溫強度。

參照圖3，含碳團塊礦的制造裝置可以包括：用于收集在燒制爐400中產生的排出氣體的第一氣體供給配管20；用于在內部收容通過第一氣體供給配管20收集到的排出氣體，并使該排出氣體燃燒而制造熱風的燃燒爐500；以及使燃燒爐500和燒制爐400連通的第二氣體供給配管22。此時，在第一氣體供給配管20可以具備用于將燒制爐400內的排出氣體向燃燒爐500引導的第一送風機10，在燃燒爐500可以具備用于使排出氣體點燃的第一燃燒器510。

第一氣體供給配管20收集在燒制爐400的一部分區域、例如煤炭氣化區域402產生的排出氣體亦即揮發氣體。為此，第一氣體供給配管20可以形成為覆蓋煤炭氣化區域402的管道形狀，以能夠從煤炭氣化區域402收集揮發氣體。通常在燒制爐400中，用于燒制成型碳的氣體從燒制爐400的上部側向下部側移動，例如從臺車的上部向下部移動，因此第一氣體供給配管20可以與燒制爐400的下部側連接。

第二氣體供給配管22被當做熱風移動的路徑使用，能夠使燃燒爐500和燒制爐400相互連通。此時，第二氣體供給配管22的一側可以與燃燒爐500連接，另一側可以與燒制爐400的燒制區域403連接。在第二氣體供給配管22可以具備將熱風向燒制爐400側引導的第二送風機12，并且可以具備用于測定熱風的溫度的溫度測定機30。另外，在第二氣體供給配管22可以連接與煙囪(stack)900連接的分支管24，在分支管24可以具備能夠根據需要將向煙囪900排出熱風的分支管24內部流路開閉的閥26。并且，在分支管24可以具備用于去除熱風內含有的雜質、例如硫磺成分的脫硫裝置800。由此，在熱風通過煙囪900向外部排出時，能夠以去除硫磺成分的狀態排出而降低環境污染。

另外，還可以包括在沿著第二氣體供給配管22移動的熱風被冷卻的情況下用于將該熱風加熱為期望的溫度的熱風爐600。熱風爐600為了抑制再次加熱的熱風的溫度降低，可以與燒制爐400相鄰地設置。在熱風爐600可以形成用于使外氣流入內部的導入口602，并且根據需要可以具備用于再次加熱熱風的第二燃燒器610。

另外，含碳團塊礦的制造裝置不限定于在上文中說明的構成以及結構，能夠以多種方式變更。

通過這樣的構成，能夠向燒制爐400內部供給使在燒制爐400中產生的排出氣體中的一部分、例如揮發氣體燃燒而制造出的熱風，將該熱風當做熱源使用于對含碳團塊礦、即成型碳的熱處理。在這樣利用熱風而對成型碳進行熱處理的情況下，能夠引導成型碳的迅速加熱的同時，能夠在比較低的溫度下進行熱處理，因此能夠使碳材料軟化熔融的同時抑制燃燒，從而能夠提高制造出的含碳團塊礦的強度。

在下文中，參照圖1至圖5對制造含碳團塊礦的方法進行更具體的說明。

首先，準備鐵原料(s100)，準備要當做還原劑使用的碳材料(s200)，將這些儲存至單獨設置的各個漏斗100、200。然后，將各個漏斗100、200)中儲存的鐵原料以及碳材料裝入破碎機(未圖示)進行破碎，其中可以使鐵原料破碎成粒度在0.1mm以下，使碳材料破碎成粒度在1mm以下。

若在破碎機中鐵原料以及碳材料各個的破碎結束，則將上述鐵原料以及碳材料裝入混合機200而進行混合(s300)。此時，優選以混合鐵原料和碳材料而成的混合物整體為基準，碳材料混合成相對于整體重量含有15重量％以上。此時，除鐵原料以及碳材料以外可以追加粘合劑進行混合，但由于本申請發明在燒制過程中使碳材料軟化熔融，由此能夠當做將鐵原料、例如極小粉狀鐵礦石相互結合的粘合劑使用。若碳材料被軟化熔融，則粘度以及粘著性增加而使鐵原料容易結合。當然，在混合物中也可能會混合有除鐵原料、碳材料、粘合劑以外的不可避免的成分。

之后，混合物裝入成型機300而成型(s400)，例如成型碳可以是含碳的煤餅(briquette)。

若制造出成型碳，則將成型碳投入至臺車(s500)而使裝入有成型碳的臺車向燒制爐400內移動。臺車會在燒制爐400的干燥區域401、煤炭氣化區域402、燒制區域403以及冷卻區域404依次移動，由此實現投入至臺車的成型碳的熱處理(s500)。

在燒制爐400中實施成型碳的燒制、即熱處理，為了抑制成型碳所含有的碳材料的燃燒，可以控制燒制爐400內部氛圍。即，由于若燒制爐400內部的氧濃度高則碳材料可能會燃燒，所以控制燒制爐400內的氧濃度。例如，可以調節成燒制爐400內的氧濃度在15％以下，從而抑制碳材料的燃燒。為了調節氧濃度，可以向燒制爐400內部供給惰性氣體例如氮氣(n2)、氬氣(ar)等。

像這樣實現熱處理時在燒制爐400內部產生排出氣體。排出氣體能夠在燒制爐400的整個區域中產生，尤其在煤炭氣化區域402中，會產生像碳材料內焦油、瀝青等這樣的揮發成分揮發而產生的揮發氣體。

這樣產生的揮發氣體能夠通過基于第一送風機的吸引力而被第一氣體供給配管20收集，從而向燃燒爐500供給。此時，煤炭氣化區域402的溫度被控制為300至800℃左右，此處所產生的揮發氣體的溫度為約300至500℃左右。

在燃燒爐500中，利用第一燃燒器510將供給至燃燒爐500內的揮發氣體點燃而使其燃燒。由此，在燃燒爐500中揮發氣體被燃燒而產生熱風。此時，可以使外氣流入燃燒爐500而調節熱風量或溫度。在燃燒爐500中，能夠使揮發氣體燃燒而制造800至900℃左右的熱風。

若制造出熱風，則將熱風向第二氣體供給配管22移送而供給至燒制爐400。熱風通過由第二氣體供給配管22具備的第二送風機12而向燒制爐400側引導，從而向燒制爐400的燒制區域403供給。此時，熱風可以在被調節成具有500至600℃左右的溫度之后供給至燒制爐400。在燃燒爐500中制造出的熱風的溫度在到達燒制爐400時維持500至600℃左右的情況下，可以像圖4示出的那樣保持原樣供給至燒制爐400的燒制區域403。然而，在燃燒爐500中制造出的熱風的溫度沒有達到500至600℃左右的情況下，可以像圖5示出的那樣在熱風爐600中再次加熱熱風而調節成500至600℃左右之后供給至燒制爐400的燒制區域403。

在這樣通過第二氣體供給配管22來移送熱風的過程中，利用溫度測定機30測定熱風的溫度，并能夠根據該測定結果冷卻或者加熱熱風而調節熱風的溫度。溫度測定機30被設置于第二送風機12的前端從而能夠在熱風經過第二送風機12之前測定熱風的溫度。

在通過溫度測定機30測定出的熱風的溫度在600℃以上的情況下，可以使外氣流入第二氣體供給配管22而降低熱風的溫度。另外，也可以通過熱風爐600的導入口602使外氣流入而降低熱風的溫度。

另外，在通過溫度測定機30測定出的熱風的溫度在500℃以下的情況下，可以在熱風爐600中利用第二燃燒器610來加熱熱風而升溫至500至600℃左右之后供給至燒制爐400。此時，也可以在熱風爐600中加熱熱風的過程中，通過熱風爐600的導入口602使外氣流入熱風爐600內。在像這樣向燒制爐400供給的熱風的流量不充分或者在熱風爐600中加熱的熱風的溫度過高的情況下、例如在高于600℃的其情況下，可以混合外氣而將熱風的溫度調節成500至600℃左右。

像這樣將供給至燒制爐400的熱風的溫度調節成500至600℃左右的理由是因為成型碳內碳材料在300至500℃左右軟化熔融，這樣的過程能夠執行約5至10分鐘左右。

在現有技術中，使成型碳在1000℃以上的溫度下直接還原，但該溫度是非常高的溫度，是能夠使成型碳所含有的碳材料燃燒的溫度。若將成型碳的還原在這樣高的溫度下執行，則成型碳內碳材料被燃燒而形成氣孔，因此存在燒制后制造出的還原鐵的強度降低的問題。因此，能夠將成型碳在比還原溫度低的溫度、例如300至700℃下預先進行熱處理而增大碳材料的粘性和粘著力，從而制造鐵原料間的結合力得到提高的含碳團塊礦，之后根據需要再執行還原工序，由此防止還原鐵的強度的降低。

若熱風供給至燒制爐400的燒制區域403，則成型碳以50至60℃/分鐘左右的速度升溫。成型碳的升溫速度比制造焦炭時的升溫速度(約4℃/分鐘)快很多，這樣的升溫速度能夠促進碳材料的軟化熔融。

另外，在將熱風供給至燒制爐400時，熱風中氧濃度被調節成5％以下，優選被調節成1％至5％左右。雖然熱風中氧濃度越少越好，但由于燒制爐400并非完全封閉的狀態，所以調節得比上述的范圍低是不可能的。另外，在熱風中氧濃度高于上述的范圍的情況下，存在還原反應中碳材料被燃燒的問題。

另一方面，在燒制爐400中發生問題或者在熱風爐600中發生問題的情況下，可以使通過第二氣體供給配管22移送的熱風經過與第二氣體供給配管22連接的分支管24而通過煙囪900向外部排出。此時，可以通過利用分支管24所具備的閥26來開放分支管24內部流路而使熱風向分支管24側流入，并在脫硫裝置800中去除熱風中硫磺成分之后通過煙囪900向外部排出。

如上所述，使在燒制爐400中產生的排出氣體中的一部分、例如揮發氣體燃燒而制造熱風，并使該熱風在燒制爐400循環而當做對成型碳進行熱處理所需的熱源使用，由此能夠提高制造出的成型碳的強度。另外，還存在能夠降低能源費用的優點。

本發明的技術構思雖然使用了上述實施例進行了具體描述，但應知曉上述實施例只是用于說明的，并非用于限制。另外，應當能夠理解在本發明的技術領域中，本領域技術人員能夠在本發明的技術構思的范圍內實施多種實施例。