专利名称：高炉用的非烧成含碳块矿及其制造方法
技术领域：
本发明涉及高炉用的非烧成含碳块矿，特别是涉及降低高炉的炉下部熔渣熔点、 从而能够降低高炉的还原材料比的非烧成含碳块矿。本申请基于2009年8月21日在日本申请的特愿2009-191966号来主张优先权， 并在此援引其内容。
背景技术：
以往，将从制铁厂的各种集尘装置等中回收的多种含铁粉尘和含碳粉尘进行配合，添加水泥类的水固性粘合剂进行混炼、成型，从而制造8 16mm直径的非烧成块矿，将其作为高炉原料使用。作为非烧成含碳块矿的制造方法，已知有将制铁粉尘进行造粒来制成颗粒、接着养护颗粒使其固化的方法。将上述制铁粉尘进行造粒来制成颗粒的工序是将粉尘的粒度分布调节至适当的范围，添加生石灰、水泥等粘合剂和5 15%的水分，将混合物通过圆盘造粒机等进行造粒，从而得到颗粒。在这样的非烧成含碳块矿的制造中，为了降低高炉作业中的还原材料比，还要求提高非烧成含碳块矿的碳含量(τ. C)。例如，专利文献1公开了配合含氧化铁原料和碳系碳材料，加入粘合剂进行混炼、 成型、养护，从而制造内装有碳的非烧成块矿。该内装有碳的非烧成块矿具有将含氧化铁原料中所含有的氧化铁还原而形成金属铁所需要的理论碳量的80 120%的碳。另外，以常温下的抗压强度达到7850kN/m2以上的方式选择粘合剂，进行混合、成型、养护。非烧成含碳块矿中的氧化铁由于内装的碳而引起还原反应，因此可以使还原率提高。但是，该制造方法中，为了确保强度而限制碳含量，无法得到充分削减高炉中的还原材料比的效果。为了充分地得到削减还原材料比的效果，在高炉中大量使用该非烧成含碳块矿的情况下，在高炉内由粘合剂的脱水反应产生的吸热量增大。由此，具有形成低温热保存带、助长烧结矿的还原粉化的缺点。另外，作为粘合剂，多数使用生石灰和CaO系水泥，因此非烧成含碳块矿中的CaO 含量提高。因此，在反应过程中由非烧成含碳块矿生成的熔融液的粘度过度增高。由此，阻碍生成金属的凝聚和烧穿。由此，具有使高炉的炉下部的通气、通液性变差的缺点。例如，非烧成含碳块矿如果在低温下熔融、滴落，则在竖炉内，非烧成含碳块矿在早期熔融，容易流到在炉内填充的原料的间隙。该情况下，与焦炭接触的期间延长。其结果是，能够促进非烧成含碳块矿中的粉状铁矿石的还原反应和生成的铁的渗碳反应。专利文献2着眼于即使是产生了 Si02、Al2O3的表面富集的粉状铁矿石，也能够通过涂覆CaCO3来降低熔融温度。另外，基于该着眼点，提出了粉状铁矿石与熔剂通过煤结合而成的非烧成含碳块矿。需要说明的是，专利文献2中公开了含有煤23. 3 6质量％的含碳块矿，通常煤的含碳量为约70%，剩余部分为灰分和挥发成分。因此，含碳块矿中的碳含量相当于16 17质量％。另一方面，关于烧结矿的滴落性与成分的关系，进行了大量报道。例如，非专利文献1中报道有烧结矿的滴落温度相对于CaO/SiA呈非线形变化， 在CaO/SiA为1. 0附近滴落温度降低最多，以及使MgO增加时滴落温度降低。另外，非专利文献2中报道有在含有7%碳的粉尘冷粘结球团(水泥粘结)中添加2 %的MgO时，高温的通气阻力降低。如上所述，众所周知的是，为了改善碳含量低于10%的烧结矿和粉尘颗粒的金属滴落性，使脉石组成的CaO/SiA和MgO适宜化。但是，还原行为完全不同的碳含量高的 (18 25质量％ )含碳块矿的金属滴落性、和决定该金属滴落性的炉下部的熔渣熔点的适宜条件至今尚不清楚。另外，发明人等对于碳含量高的含碳块矿(总C含量20%、总狗含量40%、 Ca011%,Si06%,Al2032. 5%,MgOO. 5% )的还原特性进行考察。图8表示对于以往的烧结矿(总 Fe 含量 58. 5%,Fe08%,Ca010%,Si025%,Al2O3I- 7%,MgOl. 0% )和碳含量多的含碳块矿而言温度与还原率的关系。参照图8可知，与以往的烧结矿相比，含碳块矿在低温范围内显著地进行还原。这是碳含量高的含碳块矿的一大特征。接着，使用由上述还原试验的结果得到的图8的还原率，通过计算机模拟由进行还原而产生的熔渣熔点(CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO)的变化。需要说明的是，在烧结矿以及含碳块矿的铁成分中，假定未还原的铁全部以FeO的形式存在，由还原率计算熔渣熔点。将结果示于图9。其中，熔点是指全部成为液相的温度，在熔点以下也生成熔融液。但是，熔点高时，熔融液量降低，因此熔点间接地表示熔融液量。参照图9可以认为，烧结矿在1200 1400°C下熔渣熔点与试样温度基本上一致， 在该温度范围内生成大量的熔融液。与此相对，含碳块矿的熔渣熔点从900°C附近显著上升，达到1600°C以上。因此可以认为，碳含量高的含碳块矿在熔融液量极少的状态下进行还原。因此，通常存在固相，因而阻碍上述金属的凝聚，成为滴落恶化的原因。在上述5成分体系(CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO)中，对于碳含量高的含碳块矿来说，FeO对熔点的影响极大，在低温下快速地进行还原。图9中所示的结果是碳含量高的含碳块矿所特有的现象。如上所述，与烧结矿相比，碳含量高的含碳块矿的还原在低温范围内显著地进行， 在熔融液量极少的状态下进行还原。因此，对于烧结矿的还原进行中的滴落特性的见解，无法直接适用于碳含量高的含碳块矿。在高炉中使用含碳块矿时，在熔渣熔点高的情况下，软熔带下表面下降，下部滴落带区域变窄，并且滴落带和炉芯部的熔渣滞留量增加。详细而言，在滴落带和炉芯部(金属与熔渣进行比重分离的同时流向凹下部的区域)中，熔融液的流动不顺利，熔融液在空隙部(流路)滞留。由此，气体的流动发生偏流，无法进行均勻的气体加热。因此，局部地出现热不足的部位，炉下部通气性稳定的操作变得困难。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2003-342646号公报专利文献2 日本特开2005-325412号公报非专利文献
非专利文献1:ISIJ International 44(2004), p. 2057非专利文献2 铁和钢(鉄i鋼)，70 (1984)，p. S82
发明内容
发明所要解决的课题本发明中，将具有对用于高炉来说是最佳的熔渣熔点的含碳块矿的成分条件进行特定化。基于该研究结果，本发明的目的在于，提供降低熔渣熔点从而能够降低高炉的还原材料比的非烧成含碳块矿及其制造方法。用于解决课题的手段本发明人等发现了一种非烧成含碳块矿成品，其通过使含碳块矿的脉石成分的 CaCVSiO2在特定的范围(1.0 2.0)内，能够降低炉下部熔渣熔点，从而能够实现优良的金属滴落性。还发现了，为了使非烧成含碳块矿的脉石成分的Ca0/Si02* 1.0 2.0，如后所述，优选调节含高S^2矿石以及含MgO副原料的配合量。本发明的一个方案的高炉用的非烧成含碳块矿是通过下述方法来制造的将含铁原料、含碳原料、以及粘合剂进行混合、混炼，使混炼物成形，从而得到成形体，接着对上述成形体进行养护，其中碳含量(τ. C)为18 25质量％，并且脉石成分的CaO含量(质量％ ) 与SiA含量(质量％ )之比CaO/SiA为1. 0 2. 0。对于本发明的一个方案的高炉用的非烧成含碳块矿来说，也可以是由CaO含量 (质量％)、Si02含量(质量％)、Al2O3含量(质量％)、MgO含量(质量％)以及碳含量 (T. C)(质量％ )表示的脉石量((Ca0+Si02+Al203+Mg0)/(100-碳含量(T. C)))的值为 0. 25 以下，并且MgO含量为0. 5质量％以上。上述粘合剂的含量可以为5 10质量％。本发明的一个方案的高炉用的非烧成含碳块矿的制造方法具有下述工序成形体的形成工序，在该工序中将含铁原料、含碳原料以及粘合剂进行混合、混炼，使混炼物成形而得到成形体；和接着对上述成形体进行养护来得到非烧成含碳块矿的工序，其中，以上述非烧成含碳块矿的碳含量(T.C)为18 25质量％并且脉石成分的CaO含量(质量％)与 SiO2含量(质量％ )之比CaO/SiA达到1. 0 2. 0的方式，在上述成形体的形成工序中调节选自矿石品种以及粘合剂配合量中的一种以上的配合条件。对于本发明的一个方案的高炉用的非烧成含碳块矿的制造方法来说，可以是以上述非烧成含碳块矿的由CaO含量(质量％ )、SiO2含量(质量％)、Al2O3含量(质量％ )、 MgO含量(质量％ )以及碳含量(T.C)(质量％ )表示的脉石量((Ca0+SiA+Al203+Mg0)/ (100-碳含量(T.C)))的值为0.25以下并且MgO含量达到0.5质量％以上的方式，在上述成形体的形成工序中调节上述配合条件。可以将上述粘合剂配合量调节在5 10质量％的范围内。在上述成形体的形成工序中，也可以进一步配合副原料以及含高SW2矿石之中的任一者或两者，上述副原料选自硅石、蛇纹石、橄榄石、白云石、镍渣(镍熔渣)、菱镁矿、水镁石，其中，以上述非烧成含碳块矿的碳含量(τ. C)为18 25质量％并且CaO含量与SiO2 含量之比CaO/SiA达到1. 0 2. 0的方式调节上述副原料以及含高SW2矿石的配合量。发明的效果
本发明的一个方案的高炉用的非烧成含碳块矿具有足以提高非烧成含碳块矿以及烧结矿等主要的高炉用含铁原料的被还原率的碳含量。另外，在高炉的操作中，与以往相比，能够将熔渣熔点抑制得较低，从而能够实现优良的还原生成熔渣特性(金属滴落性)。因此，在将本发明的一个方案的非烧成含碳块矿作为高炉用含铁原料的一部分使用时，在高炉操作时的炉下部能够实现良好的通气性。另外，能够大幅降低还原材料比(焦炭比)。本发明的一个方案的高炉用的非烧成含碳块矿的制造方法采用了非烧成工艺，因此与烧成工艺相比，能够实现节能化、低CO2化。另外，通过比较廉价且简便的方法，能够将制铁工艺中产生的粉尘作为含铁原料以及碳材料进行再利用处理。
图1是表示粘合剂(水泥)配合量(以及CaCVSiO2之比)与冷抗压强度的关系的图。图2是表示MgO含量为1. 5%时的烧结矿以及非烧成含碳块矿的CaO/SiA与熔渣熔点的关系的图。图3是表示CaO/SiA为1. 5时的烧结矿以及非烧成含碳块矿的MgO含量与熔渣熔点的关系的图。图4是表示非烧成含碳块矿和烧结矿的CaO/SiA与金属滴落率的关系的图。图5是表示非烧成含碳块矿和烧结矿的MgO含量与金属滴落率的关系的图。图6是表示脉石量(Ca0+SiA+Mg0+Al203)/(100-TC)的值与金属滴落率的关系的图。图7是表示非烧成含碳块矿的碳含量(T. C)与金属滴落率的关系的图。图8是表示以往的烧结矿以及高碳含量的非烧成含碳块矿的温度与还原率的关系的图。图9是表示以往的烧结矿以及高碳含量的非烧成含碳块矿的温度与熔渣熔点的计算值的关系的图。
具体实施例方式本实施方式的高炉用的非烧成含碳块矿是通过如下方法来制造的将含铁原料、 含碳原料、以及粘合剂进行混合、混炼，使混炼物成形而得到成形体，接着对上述成形体进行养护。碳含量(τ. C)为18 25质量％，脉石成分的Ca0/Si02为1. 0 2. 0。由此，得到对用于高炉来说最适宜的熔渣熔点。本实施方式中，非烧成含碳块矿的碳含量(T. C)为18 25质量％，优选为20 23质量％。碳含量低于18%时，即使调节脉石成分，降低还原材料比的效果也变小。碳含量超过25质量％时，无法具有用于高炉所需要的最低限的冷抗压强度。非烧成含碳块矿的脉石成分的CaO含量(质量％)与SiO2含量(质量％)之比 Ca0/Si02 (也称为碱度)为1.0 2.0，优选为1. 4 1.7。通过使Ca0/Si02* 1.0 2.0范围内的低值，可以提高金属滴落率。在Ca0/Si&超过2. 0的情况下，金属滴落率低于50%。在CaO/SiA低于1. 0的情况下，金属滴落率提高的效果饱和。本实施方式中，脉石量的值优选为0. 25以下，更优选为0. 22 0. 25。其中，脉石量是通过下式计算出的值。脉石量=(Ca0+Si02+Al203+Mg0)/ (100-碳含量(T. C))需要说明的是，式中的CaO、Si02、Al203以及MgO分别表示非烧成含碳块矿中的CaO 含量(质量％ )、SiO2含量(质量％ )、Al2O3含量(质量％)以及MgO含量(质量％ )。通过使脉石量的值为0. 25以下，能够使熔渣量降低，进一步改善滴落性。MgO含量优选为0.5质量％以上，更优选为0.6 2.0质量％。由此，低FeO熔渣 (FeO含量少的熔渣)的熔点由于MgO而降低，能够进一步提高金属滴落性。本实施方式的高炉用的非烧成含碳块矿的制造方法具有下述工序成形体的形成工序，在该工序中将含铁原料、含碳原料以及粘合剂进行混合、混炼，使混炼物成形而得到成形体；和接着对上述成形体进行养护来得到非烧成含碳块矿的工序。在成形体的形成工序中，以非烧成含碳块矿的碳含量(τ. C)达到18 25质量％并且脉石成分的CaO含量(质量％)与SiO2含量(质量％)之比Ca0/Si02达到1.0 2.0的方式，调节选自矿石品种以及粘合剂配合量中的一种以上的配合条件。作为本实施方式中使用的含铁原料，可以列举出制铁工艺中产生的烧结粉尘、高炉粉尘等含铁粉尘、粒度比烧结用粉状铁矿石小的球团原料、将烧结用粉状铁矿石进行破碎和/或整粒来制作的微粉状铁矿石等。根据使用的矿石品种，铁以及S^2等脉石成分的含量大大不同。因此，通过选择使用的矿石品种，能够调节CaO/Sih值。特别是CaO/SiA值受到SW2含量多的矿石的配合量很大影响。作为本实施方式中使用的矿石品种，可以列举出印度高硅矿(^ >卜~、4 ν 'J ^ ^ )、罗伯河矿(Robe River)、扬迪库吉那矿(Yandicoogina)、淡水河谷伊塔比腊矿
(Rio Doce(Itabira))、马拉曼巴矿(Marra Mamba)等。作为本实施方式中使用的含碳原料，可以列举出高炉一次灰、焦炭粉尘、微粉焦炭、无烟碳等。作为本实施方式中使用的粘合剂，可以列举出以通常使用的高炉水碎熔渣作为主成分的微粉和由碱刺激剂构成的时效性粘合剂、生石灰、波特兰水泥、膨润土等。粘合剂的配合量(添加量)可以考虑其他配合条件等来适当确定。粘合剂的配合量过少时，难以充分地维持非烧成含碳块矿的冷轧强度。另外，粘合剂的配合量过多时，非烧成含碳块矿的熔渣量增大，炉下部的通气性变得不稳定。由此，无法得到稳定的还原材料比降低效果。于是，对调节粘合剂配合量使CaO/SiA发生变化的非烧成含碳块矿的冷强度进行考察。将所得到的结果示于表1以及图1。表 权利要求
1.一种高炉用的非烧成含碳块矿，其特征在于，其是通过下述方法来制造的将含铁原料、含碳原料以及粘合剂进行混合、混炼，使混炼物成形而得到成形体，接着对所述成形体进行养护，其中，碳含量(τ. C)为18 25质量％，并且脉石成分的CaO含量(质量％)与SiO2含量(质量％ )之比CaO/SiR为1. 0 2. 0。
2.根据权利要求1所述的高炉用的非烧成含碳块矿，其中，由CaO含量(质量％)、S^2 含量(质量％ )、A1203含量(质量％ )、MgO含量(质量％ )以及碳含量(T. C)(质量％ )表示的脉石量((Ca0+Si02+Al203+Mg0)/(100-碳含量(T. C)))的值为0. 25以下，并且MgO含量为0.5质量％以上。
3.根据权利要求1所述的高炉用的非烧成含碳块矿，其中，所述粘合剂的含量为5 10质量％。
4.一种高炉用的非烧成含碳块矿的制造方法，其特征在于，具有下述工序成形体的形成工序，在该工序中将含铁原料、含碳原料以及粘合剂进行混合、混炼，使混炼物成形而得到成形体；和接着对所述成形体进行养护来得到非烧成含碳块矿的工序，其中，以所述非烧成含碳块矿的碳含量(T. C)为18 25质量％、并且脉石成分的CaO 含量(质量％ )与SiO2含量(质量％)之比CaCVSiO2达到1.0 2.0的方式，在所述成形体的形成工序中调节选自矿石品种以及粘合剂配合量中的一种以上的配合条件。
5.根据权利要求4所述的高炉用的非烧成含碳块矿的制造方法，其中，以所述非烧成含碳块矿的由CaO含量(质量％ )、SiO2含量(质量％)、Al2O3含量(质量％ )、MgO含量 (质量％ )以及碳含量(T.C)(质量％ )表示的脉石量((Ca0+Si02+Al203+Mg0)/(100-碳含量(T.C)))的值为0.25以下、并且MgO含量达到0.5质量％以上的方式，在所述成形体的形成工序中调节所述配合条件。
6.根据权利要求4所述的高炉用的非烧成含碳块矿的制造方法，其中，将所述粘合剂配合量调节在5 10质量％的范围内。
7.根据权利要求4所述的高炉用的非烧成含碳块矿的制造方法，其中，在所述成形体的形成工序中，进一步配合副原料以及含高SiO2矿石之中的任一者或两者，所述副原料选自硅石、蛇纹石、橄榄石、白云石、镍渣、菱镁矿、水镁石，其中，以所述非烧成含碳块矿的碳含量(T.C)为18 25质量％并且CaO含量与SiO2 含量之比CaO/SiA达到1. 0 2. 0的方式调节所述副原料以及含高S^2矿石的配合量。
全文摘要
本发明涉及高炉用的非烧成含碳块矿及其制造方法。该非烧成含碳块矿的碳含量(T.C)为18～25质量％，CaO含量(质量％)与SiO2含量(质量％)之比CaO/SiO2为1.0～2.0。该非烧成含碳块矿的制造方法具有下述工序成形体的形成工序，在该工序中将含铁原料、含碳原料以及粘合剂进行混合、混炼，使混炼物成形而得到成形体；和接着对上述成形体进行养护来得到非烧成含碳块矿的工序，其中以上述非烧成含碳块矿的碳含量(T.C)为18～25质量％并且脉石成分的CaO含量(质量％)与SiO2含量(质量％)之比CaO/SiO2达到1.0～2.0的方式，在上述成形体的形成工序中调节选自矿石品种以及粘合剂配合量中的一种以上的配合条件。
文档编号C22B1/243GK102482730SQ201080036478
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月12日 优先权日2009年8月21日
发明者国友和也, 樋口谦一, 横山浩一 申请人:新日本制铁株式会社