专利名称：向移动型炉床炉装入原料等的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于向移动型炉床炉装入原料和碳质材料等的技术。特别是关于将由含有Fe、Cr、Ni等的金属的矿石和制铁粉尘、尘泥、工业废弃物等金属含有物组成的原料(以下称作原料)与由煤、煤焦、焦炭等固体还原剂组成的碳质材料(以下称作碳质材料)同时装入堆积在移动炉床上后，在该移动炉床在加热炉内移动的期间，通过使其堆积的原料加热还原、熔融，以连续回收还原金属的向移动型炉床炉装入上述原料和碳质材料的方法，及其为实施该方法的装置，提出了能够确实而且容易地进行熔融后的还原金属的生成、分离和排出的原料等的装入方法及其装置。
背景技术：
一般的还原金属例如钢，通常是在转炉或电炉中制造的。其中，电炉法在使用电能将废钢和还原铁加热熔融后，再通过精炼而制成钢。但是，近年来，由于废钢的供求紧张，以及对更高质量的钢的要求变高，所以出现用还原铁代替废钢的倾向。
制造还原铁的工艺之一，是采用将铁矿石和固体还原剂装入堆积在水平方向移动的炉床上、从上方通过辐射传热将铁矿石加热、还原的方法制造还原铁的所谓移动型炉床炉法(特开昭63-108188号公报)。这种已知方法采用的移动型炉床炉是在炉床在加热炉内水平移动的过程中，加热装入堆积的原料这样形式的炉子，水平移动的炉床一般取如图1所示那样的环状(回转)移动形式。
作为上述移动型炉床炉的例子，对回转炉床炉进行说明。
历来的回转炉床炉，如图1所示，具有以下构成从原料供给侧向排出侧有区分为预热带10a、还原带10b和冷却带10d的环状炉体10，在该炉体内配置有环状的移动炉床11，使其能回转移动。在该回转的移动炉床11上，装入例如铁矿石等原料和固体还原剂碳质材料的混合物。还有，作为其原料适宜用含有碳质材料的球团矿。该炉床11，在其表面上施加耐火材料，但例如也可以堆积粒状耐火材料。而且，在该炉体的上部配置烧嘴13，以该烧嘴13作为热源，使移动床11上堆积的铁矿石等含有金属的氧化物在还原剂存在下被加热还原，得到还原铁。还有，在图1中，符号14是将原料装入炉床上的装入装置，符号15是排出还原物的排出装置。
在这里，一般的金属含有物，例如铁矿石，虽然因其产地有所差别，可是都含有许多的脉石成分，另一方面，固体还原剂的代表例的煤、煤焦、焦炭也含有灰分。在用移动型炉床炉生成的还原铁中混入脉石是不可避免的，另外在还原剂中含有的灰分也附着残留在该还原铁中，因此不得不只使用高品位的作为所使用原料和固体还原剂，因而受到制约。
另外，将含有许多脉石和灰分的还原铁作为原料进行电炉操作时，为调整渣的碱度的石灰的使用量不得不增多，在因石灰量的增加使成本增加的同时，由于随之而来的石灰渣化必要的热量增加，不得已增加了电力等能量的使用量，从这点来说在历来的移动型炉床炉的操作中，也仅仅使用脉石成分尽可能少的高品位铁矿石，另外对于还原剂也必须使用灰分少的还原剂。
但是，在最近，伴随着铁矿石和煤资源的枯竭和性状的变化，不得不也使用较低品位的，对此问题的解决实际上成为燃眉的当务之急。
由于这样的理由，对于移动型炉床炉的操作，也有上述的原料和碳质材料的品位问题，所以必须开发使金属成分与脉石成分等有效的分离的技术。例如，在分离金属成分与脉石成分中，有在有效的从还原铁中熔融分离脉石和灰分的同时，使脉石成分和灰分渣化生成渣的方法。
但是，使还原铁在炉床上熔融时，熔融金属与炉床耐火材料或是融着、或是侵入到微细的裂缝等中，在凝固后排出金属时，发生炉床耐火材料损坏的问题。特别是，移动型炉床炉的内部由于是为使矿石还原的相当的高温，所以要使用高温用的高价的耐火材料，为了抑制成品的制造成本，必须使该炉床耐火材料能够长期使用而不损坏，因而受到制约。
为了克服这样的问题，申请人首先在特开平11-106815号公报中提出了“移动型炉床炉的操作方法，其特征在于，在将以粉状铁矿石和粉状固体还原剂为主的原料，层状堆积在水平移动的炉床上，用来自炉内上方的辐射传热进行铁矿石的还原的移动型炉床炉的操作方法中，使粉状铁矿石和粉状固体还原剂的混合粉或者粉状铁矿石及粉状副原料和粉状固体还原剂的混合粉在该炉床上、以粉状固体还原剂介于之间、不直接接触炉床的方式成为小的区域点状分布，使被还原的还原铁在该炉床上至少被一次熔融”。采用这种方法，可以做到“虽然用简便的设备，但是，设备不会损坏，另外，一面确保操作平稳，一面得到不混入脉石、灰分的还原铁，即供给电炉的质量高的还原铁”。
可是，该改进技术虽然在特开平11-106815号公报的图3、5、6、7中公开了在碳质材料中使原料变为小的区域点状分布的原料的装入方法，但是却没有具体的记载。将原料从上方装入碳质材料的凹坑中，使原料不从碳质材料的凹坑中溢出，并与相邻区段的原料不连结，这样的方法是烦杂的，可以推测，其原料的装入装置也有复杂的构造，在实际操作中使用是不现实的。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于，提出为了实现在炉床上生成的还原生成物的迅速熔融，金属和渣确实形成不大的小块，藉此能够容易的向炉外单独排出每个小块的原料等的装入方法。
本发明的另一个目的在于，确立不需要在现有技术中公开的球团化等原料的前处理，而一方面达到高的生产率，一方面简便地制造还原金属的技术。
为实现上述目的进行锐意研究的结果，本发明人完成开发了下述主要构成的本发明。
即，本发明是向移动型炉床炉装入原料和碳质材料的方法，其特征在于，将主要为粉和/或粒状的金属含有物等的原料和由粉和/或粒状的固体还原剂组成的碳质材料装入堆积在移动炉床上，该移动炉床在加热炉内移动期间，加热还原上述原料，进而熔融得到还原金属，当向这种型式的移动型炉床炉的该移动炉床上装入原料等时，在上述移动炉床上，首先装入碳质材料，形成碳质材料层，然后在该碳质材料层的上层装入上述原料或者上述原料和碳质材料的混合物，形成原料层，其后采用使凸起从原料层上方压下的方法，在上述碳质材料层表面上形成多数凹部。
另外，在本发明中，优选的是，使凸起从上述原料层上方压下时，使该凸起的前端达到比碳质材料层表面位置更下方处，形成从该原料层达到碳质材料层中的凹部。
另外，与凸起压下的同时或在其之前，压对应于碳质材料表面的凹部的原料层为佳。
另外，本发明是向移动型炉床炉装入原料和碳质材料的方法，其特征在于，使上述凸起压下的方法是使用有多数凸起的带凹坑的辊。
另外，本发明是向移动型炉床炉装入原料和碳质材料的方法，其特征在于，在使上述带凹坑的辊的凸起压下之前，预先用在上述带凹坑的辊的凸起部以外的辊的外周部分压原料层。
另外，本发明是向移动型炉床炉装入原料和碳质材料的装入装置，其特征在于，将主要为粉和/或粒状的金属含有物等原料和由粉和/或粒状的固体还原剂组成的碳质材料装入堆积在移动炉床上，该移动炉床在加热炉内移动期间，加热还原上述原料，而且熔融得到还原金属，向这种型式的移动型炉床炉的该移动炉床上装入原料和碳质材料的装入装置，该装置由向上述移动炉床上装入碳质材料的碳质材料装入装置、在移动炉床上形成的碳质材料层上装入原料或者原料和碳质材料的混合物的原料装入装置、以及为使凸起从原料层上方压下并在其下层存在的上述碳质材料层表面上形成多数凹部的形成凹坑的装置构成，上述带凹坑的装置设置在沿移动炉床的移动方向的原料装入装置的下游侧。
另外，本发明是向移动型炉床炉装入原料和碳质材料的装入装置，其特征在于，上述形成凹坑装置是有多数凸起的带凹坑的辊。
图1是移动型炉床炉的模式图。
图2是比较例装入装置的模式图。
图3是有关本发明装入装置的模式图。
图4是将本发明凹部四周的细部扩大示出的断面图。
图5是将本发明更佳的凹部四周的细部扩大示出的断面图。
具体实施例方式
在本发明的适宜的实施方式中，将固体还原剂、即碳质材料装入堆积在上述移动炉床上形成碳质材料层，向其上堆积原料或者原料和碳质材料的混合物形成原料层。即使其上层堆积的原料(金属含有物等)的一方熔融，移动炉床上作为下层堆积的上述碳质材料层也不会熔融，而且也不会互相混合。该碳质材料层，直至原料熔融前，实际上其大部分并没有发挥作为还原剂的作用，除失去所谓挥发分以外，几乎没有变化。还有，在一般的固体还原剂中，灰分含10wt％左右，但其余部分大半是碳质，在1000～1500℃左右的高温下能够维持固体状态。
因而，本发明的实施形式的特征是，由于存在下层的碳质材料层，即使上层的原料层熔融，也能够防止其熔融生成物与炉床直接接触。总之，在本发明中，碳质材料层成为耐火材料的保护层。另外，在该碳质材料层上积层堆积的原料层(金属含有物等)熔融后，由于增大熔融金属含有物和下层的碳质材料层的碳质材料的接触面积，所以使还原反应急速进行，能够发挥作为还原剂的作用。
在本发明中，具有以下特征在这样的碳质材料层上装入堆积原料层后，在其表面上形成凹部。即，将凸起从该原料层上压下，使得在原料层上形成凹部的同时，在碳质材料层上也形成凹部。
一般来说，因进行还原反应熔融生成的金属和渣由于熔融物的表面张力和重力的作用有积聚的性质，所以如果在上述碳质材料层上形成凹部，该熔融金属、熔融渣容易集中在其凹部中，只要使其凹部在该碳质材料层上点状分布，则上述金属等的积聚也将保持点状分散状态。在该场合下，熔融金属和熔融渣的体积由于缩小为原料混合物的10～60％，所以熔融金属和熔融渣分别在凹部内分离。
熔融金属和熔融渣因其比重比碳质材料的比重更大，所以要考虑熔融金属、熔融渣会渗入碳质材料层的下面。但是，熔融物由于其自身的表面张力，在成为粒状的同时，在碳质材料层上呈点状分布并保持，所以成为直接收容在上述凹部内的状态。
其结果，熔融金属和熔融渣在上述移动炉床的冷却带冷却时，脉石和灰分分离的金属和渣保持为该碳质材料层表面的每单位凹部一块。因此，因该碳质材料层的存在，凝固的金属和渣由于保持在与炉床隔离的位置上，所以不与炉床融着或使其损坏；由于保持小块状态，所以排出炉外必然也容易。
与此相反，在使碳质材料层表面为平滑的一如原样的状态的场合，熔融金属和熔融渣保持在该碳质材料层的上面，虽然炉床的耐火材料没有损坏，但是，冷却后的金属和渣在碳质材料层的上面不能分成小块而呈点状分布，在大多数场合，多形成连续连结的大块，使得将金属排出炉外变得困难。
还有，从炉内的炉床排出的渣和金属，例如，采用在炉外通过磁力进行强磁性金属与渣的分离、或通过风力分级等，利用渣和金属的密度差进行分级的方法，分别回收。
在本发明中，为在下层碳质材料层的表面上形成上述凹部，采用如下方法。
首先，图2表示了为在下层的碳质材料层1上形成凹部3，发明人最初研究的比较例的装入装置14的一例。还有，该图2的方法是本发明人在本发明之前独自开发的，因在本申请的优先权日的2000年8月7日没有公开，所以不是本发明的公知的现有技术。图2的装入装置14，由在沿着以20～160mm/sec的速度移动的移动炉床11上的移动方向上，配置碳质材料料斗4和原料料斗5的同时，在其两者之间配置带凹坑的辊而构成。而且，首先从碳质材料料斗4卸出的碳质材料以约50mm的厚度堆积形成碳质材料层1，将在圆筒的周面上对应于上述凹部形状设置多数凸起6a(高度约13mm)构成的带凹坑的辊6的该凸起6a从其表面压下，形成凹部3。然后，在其带有凹部3的碳质材料层1的表面上，从上述原料料斗5卸出以金属含有物为主的原料堆积成10～25mm厚，其后，将碳质材料层1和原料层2送入炉床炉的预热带10a。
根据该比较例所示的装入装置14向碳质材料层1形成凹部3存在以下问题由于凹部3形成后才进行原料的卸出堆积，所以在原料堆积时的冲击容易使凹部3的形状倒塌，使熔融物(金属、渣)的积聚比率低、熔融物呈点状分布的程度也差，而且因在炉床内受到加热的原料2的表面2b平坦，所以凹部3内的原料的熔融容易变慢。
在本发明中，从克服上述比较例的装入装置存在的问题出发，提出了图3所示的装入装置和用该装置的装入方法。
有关本发明的该装入装置14是，在沿着以20～160mm/sec的速度移动的移动炉床11上的移动方向上，在首先配置碳质材料料斗4的同时，在其下游侧排列设置原料料斗5，而在再其下游侧，配置在圆筒周面上有高度约23mm的凸起6a的带凹坑的辊6。若用这样的装入装置14，首先从碳质材料料斗4中卸出碳质材料成为约50mm厚度在炉床上形成碳质材料层1，然后，在其上面，从原料料斗5中卸出以金属含有物为主的原料，积层堆积成10～25mm厚度的原料层2，其后使上述带凹坑的辊6的凸起6a从该原料层2的上方压下并压入原料层2以后、使生成的凹坑3(凹部)达到上述碳质材料层1并陷没其中。
更详细的情况如图4所示那样形成凹坑3。例如，当初的原料层2的厚度是15mm时，对上述凹部压缩至7mm左右的同时，生成的该凹部3的底(原料层2的压缩部2c的下端)成为从碳质材料层1的表面压入约15mm并陷没的状态。从而，经压缩减少尺寸至约7mm厚的原料层2c的底部的厚度部分，全部直接成为埋没在该碳质材料层1中的状态，形成了上述凹部3。
然后，由于这样构造的凹部3，即在碳质材料层1中处于埋没状态的原料层2c的存在，所以熔融的金属等容易在凹部3内凝聚，而且明显呈点状分布。
并且，在炉床炉内被加热的原料层表面因凹部3而增加受热面积，所以促进了向原料层的热传递，提高了生产率。另外，根据本发明，在原料等装入的最终阶段才形成凹部3的形状，所以其形状不会倒塌，因此，确实能够实现金属和渣的凝聚，不至于招致排出障碍。
为了使有关本发明的上述装入装置14这样的作用有更好的效果，在本发明中，在形成凹坑前，预先将上述凹部3的四周的原料层2的表面加压压实，以希望谋求原料层2的压密。之所以这样是因为形成凹坑时凹部不发生倒塌，形成形状牢固的凹部，并能够保持。作为该原料层2的压密装置，可以在带凹坑的辊的上游设置压密用的辊或压力装置，或用上述带凹坑的辊的凸起部分以外的辊的外周部分使原料层预先压密的方法。
另外，形成凹部的手段，除上述带凹坑的辊之外，还可采用有凸部的压型器由上方压入的方法，或将一定形状的棒由上方压入等适宜的方法。此外，在使用有凸部的压型器时，形成凹坑和原料层的压密可以同时完成。
还有，在本发明中，作为上述原料中的金属含有物，使用铁矿石、Cr矿石、Ni矿石、铁砂、还原铁粉、制铁粉尘、不锈钢精炼粉尘、制铁尘泥等含有铁成分、Ni成分、Cr成分、Zn成分、Pb成分等金属的粉和/或粒状物。
另一方面，作为固体还原剂、即碳质材料，主要使用煤焦、焦炭、一般煤、无烟煤等含有碳成分的材料粉。这些粉和/或粒状原料，以及粉和/或粒状碳质材料既可分别使用单一种类，另外，也可使用分别2种以上的混合物。混合这样的金属含有物和固体还原剂作为炉床炉用装入物。
还有，在如上述原料中的制铁粉尘和制铁尘泥等那样本来就充分含有碳成分的金属含有物的场合，也可以不用混合碳质材料而使用其自身的碳。另外，在原料中，为了在熔融时使还原铁和灰分容易熔融，也可以添加必要的最小限度的副原料。作为这样的副原料可以使用石灰石、萤石、蛇纹石、白云石等。另外，这样的原料也可使用烧结块和球团等那样的块状化原料。
在移动炉床11上，将用筛下的粒径10mm以下的粒子的100％的焦炭以平均50mm的层厚堆积形成碳质材料层1，在该碳质材料层1的上面，将用筛下的粒径为3mm以下的粒子100％的矿石和筛下的粒径10mm以下粒子的100％的焦炭以80∶20的重量比混合的原料以平均15mm的层厚堆积，形成规定层厚的原料层2。其后，在上述原料层2的表面上用设置有多数凸起6a的带凹坑的辊6制作从上述原料层2的表层起，达至碳质材料层1深度的多数凹坑(凹部3)。这时的带凹坑的辊6使用的直径是100mm、凸起高度是23mm，但该带凹坑的辊的形状并不受这些限定。但是，显然辊径大为好，凸起6a的高度可以根据堆积的原料和碳质材料的体积密度、在最终的碳质材料层的表面上残存的凹坑的深度(表面的落差)成为15mm左右来选择尺寸。另外，辊的圆周速度与移动炉床11的行走速度相同或在其以下为佳。之所以这样是因为当辊的圆周速度快时，因辊的凸起会破坏凹部的内壁，不能够形成确实的凹坑。另外，形成凹坑(凹部)时，如图5所示的采取将形成凹坑的辊6的高度降低的方法，可以预先用辊的凸起以外的辊的外周部分将原料压紧，显然，由于在形成凹坑时能够防止凹部倒塌，所以能够形成更确实的凹坑。
如以上那样堆积碳质材料和原料的结果、最终在碳质材料层残存的凹坑深度(凹部3)平均为15mm较好。使其在加热炉内从原料层2的表面加热时，金属含有物的还原物熔融，金属和渣一边分离，一边积聚在碳质材料层1残存的凹部3中，能够达到当初的目的。
另外，在这样的装入方法中，形成碳质材料层的碳质材料的粒径只要用筛下10mm以下左右就行，其上层的金属还原物的粒径，不管含不含碳质材料，只要与形成碳质材料层1的碳质材料是同程度以下都能够达到目的。作为这样的金属含有物的一例，显然可以使用如高炉粉尘那样含有金属的粉尘。
根据以上说明的本发明，由于使用形成凹坑的辊的凸起从上层原料层的上面达至下层的碳质材料层的深度，形成点状分布的多数的凹部，所以从表层加热的金属含有物加热还原、熔融，一边分离金属和渣，一边因熔融物的表面张力和重力的作用能够容易的凝聚在碳质材料层中形成的凹部中，能够生成在每个凹部分散凝固的粒状的金属、渣。而且，在本发明中，由于用造成凹坑来形成的凹部在一系列原料装入工序的最终阶段进行，所以在以后的工序中形成的凹部不倒塌，确实能够进行金属·渣向凹部的凝聚。
另外，由于在原料层表面上能够凹凸，所以增大了加热的表面积，由于热传递改善，所以能够防止还原和熔融过慢，关联着生产率的提高。特别是，由于熔融金属和熔融渣确实在凹部内凝聚并呈粒状，所以，从炉床排出时也容易，与一同排出的碳质材料层的碳质材料分级除去也容易，因此成品率也极高。
而且，由于金属含有物的熔融在碳质材料层上进行，所以也不发生熔融的金属浸透到炉床耐火材料的微细间隙中，这样炉床耐火材料完全不发生损坏。
再另外，根据本发明，由于带凹坑的辊的凸起的高度至少是到碳质材料层的表层，或达至其以下的深度的程度，所以更确实的确保了凹部的形状，熔融金属和熔融渣的凝聚也更确实。
还有，若根据本发明，由于在凹部形成之际，与凸起压下的同时或者在此之前压凹部附近的原料层，所以能够防止在凹部形成的瞬间发生的凹部的最终隆起，能够形成按照目标要求的凹部形状。从而，对凹部形状的控制性提高，其结果，凝聚的金属和渣的形状的弥散度降低，在后步工序中得到装卸性提高的效果。
权利要求
1.向移动型炉床炉装入原料和碳质材料的方法，在移动炉床上装入原料和碳质材料，其特征在于，该方法包括下述工序在上述移动炉床上，首先装入碳质材料，形成碳质材料层；然后在其碳质材料层的上层装入上述原料或者上述原料和碳质材料的混合物形成原料层；其后，在上述碳质材料层表面上形成多数凹部。
2.权利要求1所述向移动型炉床炉装入原料和碳质材料的方法，其特征在于，上述原料主要含有粉和/或粒状的金属含有物。
3.权利要求1所述向移动型炉床炉装入原料和碳质材料的方法，其特征在于，上述碳质材料含有粉和/或粒状的固体还原剂。
4.权利要求1所述向移动型炉床炉装入原料和碳质材料的方法，其特征在于，在上述移动炉床在加热炉内移动期间，加热还原上述原料，进而熔融，得到还原金属。
5.权利要求1所述向移动型炉床炉装入原料和碳质材料的方法，其特征在于，上述凹坑采用使凸起从上述原料层的上方压下的方法形成。
6.权利要求1所述向移动型炉床炉装入原料和碳质材料的方法，其特征在于，使凸起从上述原料层上方压下时，使其凸起的前端达到比碳质材料层表面位置更下方处，形成从该原料层达到碳质材料层中的凹部。
7.权利要求5或6所述的向移动型炉床炉装入原料和碳质材料的方法，其特征在于，与凸起压下的同时或在其之前，压对应于碳质材料表面的凹部的原料层。
8.权利要求6所述的向移动型炉床炉装入原料和碳质材料的方法，其特征在于，使上述凸起压下的方法是使用有多数凸起的带凹坑的辊。
9.权利要求8所述的向移动型炉床炉装入原料和碳质材料的方法，其特征在于，在使上述带凹坑的辊的凸起压下之前，用上述带凹坑的辊的凸起部以外的辊的外周部分预先压原料层。
10.向移动型炉床炉装入原料和碳质材料的装入装置，是在移动炉床上装入原料和碳质材料的装置，其特征在于，包括下述装置在上述移动炉床上，装入为形成碳质材料层的碳质材料的碳质材料装入装置；在移动炉床上形成的碳质材料层上装入为形成由原料或者原料和碳质材料的混合物组成的原料层的原料的原料装入装置；以及为了使凸起从上述原料层上方压下并在处于其下层的上述碳质材料层表面上形成多数凹部的带凹坑的装置；上述带凹坑的装置设置在沿移动炉床的移动方向的原料装入装置的下游侧。
11.权利要求10所述的向移动型炉床炉装入原料和碳质材料的装置，其特征在于，上述原料主要包含粉和/或粒状的金属含有物。
12.权利要求10所述的向移动型炉床炉装入原料和碳质材料的装置，其特征在于，上述碳质材料含有粉和/或粒状的固体还原剂。
13.权利要求10所述的向移动型炉床炉装入原料和碳质材料的装置，其特征在于，上述带凹坑的装置是有多数凸起的带凹坑的辊。
全文摘要
提出了为了实现在炉床上生成的还原生成物的迅速熔融、确实做到金属和渣的分离、而且使其能够容易的向炉外分别排出原料和碳质材料的装入方法及其装置。具体的说,该原料和碳质材料的装入方法及其装置,其特征在于,当向移动型炉床炉的其移动炉床上装入原料等时,在上述移动炉床上,首先装入碳质材料形成碳质材料层,然后在该碳质材料层的上层装入上述原料和碳质材料的混合物形成混合物层,其后采用使凸起从其混合物层的上方压下的方法,在上述碳质材料层表面上形成多数的凹部。
文档编号C21B11/00GK1339686SQ0113283
公开日2002年3月13日 申请日期2001年8月7日 优先权日2000年8月7日
发明者小泽达也, 山本哲也, 泽义孝 申请人:川崎制铁株式会社