含碳团块矿、含碳团块矿的制造方法及其制造装置与流程

本发明涉及含碳团块矿、含碳团块矿的制造方法及其制造装置，更详细而言涉及能够提高强度的含碳团块矿、含碳团块矿的制造方法及其制造装置。

背景技术：

全世界铁产量的60％左右是通过14世纪开发的高炉法来生产的。高炉法是将经过烧结过程的铁矿石和焦炭等一起放入高炉，并吹入高温空气而将铁矿石还原成铁从而制造铁锭的方法。

由于高炉法从反应特性考虑要求具有一定程度以上的强度并具有能够确保炉内通气性的粒度的原料，所以使用将粉状铁矿石制成块状的烧结矿和将粉煤干馏而制成块状的焦炭。

但是，块状的烧结矿，相比粉状铁矿石，每单位体积的气体接触面积极小，即便在高炉内结束还原之后与碳的接触面积仍小，从而碳难以渗透至已还原的铁的内部。因此，烧结矿存在由于熔融温度高而在熔融时需要大量能源，铁水的生产速度慢的根本性问题。

对此，开发了一种在混合极小粉状铁矿石和碳材料而制造像煤饼、球团等这样的含碳团块矿(以下，称为“成型碳”)之后，在rhf(rotaryhearthfurnace，转底炉)中引导还原而直接制造还原铁的工序。

在还原铁的制造中，确保高炉中能够使用的常温、热强度是非常重要的。在现有技术中，虽然使用像水泥这样的无机粘合剂而通过养护确保了强度，但存在难以确保高炉内需要的热强度的问题。

为了克服上述问题，开发出了将在制造部分还原铁时使用的碳材料用作粘合剂的技术。该技术是利用煤炭在约300～500℃左右的温度下软化熔融并在其以上的温度下固化的特性，将混合有碳材料的成型碳在软化熔融温度下烧制，由此引导碳材料的软化熔融以及固化而用作成型碳中的粘合剂从而确保常温强度的技术。对于碳材料的软化熔融现象而言，已知碳材料的加热速度越块其效果越大，因此尽可能加快烧制炉内成型碳的加热速度对成型碳的常温强度的提高更有效。然而，在像窑炉(kiln)这样密封的烧制炉在利用燃烧器直接加火而使成型碳升温时难以管理成型碳的温度，而在窑炉外部供给热的间接加热方式的情况下，存在团块矿的升温速度慢的问题。另外，由于在烧制炉内发生成型碳中煤炭挥发物的挥发，而存在难以处理挥发物的问题。

现有技术文献：kr1448083b

技术实现要素：

本发明提供能够提高强度的含碳团块矿、含碳团块矿的制造方法及其制造装置。

本发明提供能够减少环境污染的含碳团块矿、含碳团块矿的制造方法及其制造装置。

本发明的实施方式所涉及的含碳团块矿的制造方法可以包括：利用混合铁原料和碳材料而成的混合物制造成型碳的步骤；将上述成型碳装入台车而形成原料层的步骤；以及使上述台车向烧制炉内部移动而进行热处理的步骤，进行上述热处理的步骤包括：对在上述烧制炉内部产生的排出气体中的一部分进行收集的步骤；使收集的上述排出气体燃烧而生成热风的步骤；以及将上述热风供给至上述烧制炉的至少一部分区域的步骤。

可以将上述烧制炉划分为干燥区域、煤炭气化区域、烧制区域以及冷却区域，在收集上述排出气体中的一部分的步骤中，在上述烧制炉的煤炭气化区域收集挥发气体。

可以在生成上述热风的步骤中，使上述挥发气体燃烧而生成800℃至900℃的热风。

可以在将上述热风供给至上述烧制炉的至少一部分区域的步骤中，上述热风的温度被调节为500℃至600℃进行供给。

可以在上述热风的温度低于500℃的情况下，在将热风供给至上述烧制炉之前在热风炉加热上述热风，然后进行供给。

可以在上述热风炉加热上述热风的步骤中，将外气供给至上述热风炉。

可以在上述热风的温度高于600℃的情况下，在上述热风炉中对上述热风混合外气而使上述热风冷却。

被供给至上述烧制炉的热风可以具有1％至5％的氧浓度。

上述热风可以被供给至上述烧制炉的烧制区域。

可以将上述烧制区域的温度控制在300℃至700℃的范围。

在上述烧制区域中，可以将上述成型碳的升温速度调节成50℃至60℃。

可以在上述烧制区域中，使上述碳材料软化熔融。

利用本发明的实施方式所涉及的含碳团块矿的制造方法来制造的含碳团块矿可以具有140kgf/p至160kgf/p的常温强度。

本发明的实施方式所涉及的含碳团块矿的制造装置可以包括：多个漏斗，该多个漏斗供铁原料以及碳材料收容；混合机，该混合机与上述漏斗连接，接受上述铁原料和碳材料的供给而进行混合；成型机，该成型机具备从上述混合机接受混合物的供给而压缩成型碳的压缩部件；烧制炉，该烧制炉形成供装入有成型碳的台车移动的路径；燃烧炉，该燃烧炉使上述烧制炉中产生的排出气体中的至少一部分燃烧而生成热风；以及气体供给配管，该气体供给配管使上述燃烧炉和上述烧制炉连通，将上述热风中的至少一部分供给至上述烧制炉。

上述烧制炉可以包括干燥区域、煤炭气化区域、烧制区域以及冷却区域，上述燃烧炉可以与上述煤炭气化区域连通。

可以在上述气体供给配管具备将上述热风向上述烧制炉引导的送风机。

上述气体供给配管可以与用于将上述热风向外部排出的分支管连接，可以在上述分支管具备脱硫装置和选择性地开闭上述分支管的阀。

可以在上述气体供给配管具备温度测定机。

上述气体供给配管可以与上述烧制区域连通。

可以在上述气体供给配管与上述烧制炉之间具备热风炉。

在上述热风炉可以具备燃烧器和用于使外气流入的导入口。

根据本发明的实施方式，能够使用将利用极小粉状铁矿石和碳材料制造出的成型碳烧制的过程中产生的排出气体中的一部分来控制烧制炉内温度以及氧浓度。由此，能够抑制碳材料的燃烧地使成型碳烧制，由此增大成型碳的强度。即，能够使在烧制过程中产生的排出气体中的一部分、例如挥发气体燃烧而产生热风，并使这样产生的热风在烧制炉循环而控制烧制炉内温度以及氧浓度。因此，能够在烧制过程中对成型碳进行迅速加热而在抑制成型碳内碳材料的燃烧的同时使碳材料软化熔融，从而抑制成型碳内气孔的产生，由此能够提高成型碳的强度。

另外，能够使在烧制过程中产生的排出气体向烧制炉内循环，由此降低由排出气体引起的环境污染。

附图说明

图1是按顺序示出本发明的实施例所涉及的含碳团块矿的制造方法的顺序图。

图2是示出在利用本发明的实施例所涉及的含碳团块矿的制造方法来制造含碳团块矿的过程中对排出气体进行处理的过程的顺序图。

图3是示出本发明的实施例所涉及的含碳团块矿的制造装置的构成的框图。

图4是示意性示出本发明的实施例所涉及的含碳团块矿的制造方法的图。

图5是示意性示出本发明的另一实施例所涉及的含碳团块矿的制造方法的图。

附图标记的说明

100、110：漏斗；200：混合机；300：成型机；400：烧制炉；500：燃烧炉；600：热风炉；700：筛选机；800：脱硫装置；900：烟囱。

具体实施方式

以下，参照随附的附图对本发明的实施例进行详细说明。然而，本发明并不限定于下文中公开的实施例，而是能够以相互不同的多种方式来实现，这些实施例仅仅是为了使本发明的公开完整，向具有常规知识的人员完整地传递发明的范围而提供的。为了在附图中清楚地表示各个要素，将大小夸张或放大表示，并且在附图中相同的附图标记是指相同的要素。

图1是按顺序示出本发明的实施例所涉及的含碳团块矿的制造方法的顺序图，图2是示出在利用本发明的实施例所涉及的含碳团块矿的制造方法来制造含碳团块矿的过程中对排出气体进行处理的过程的顺序图，图3是示出本发明的实施例所涉及的含碳团块矿的制造装置的构成的框图。

参照图1，本发明实施例所涉及的含碳团块矿的制造方法包括：准备铁原料以及碳材料的步骤(s100、s200)；将铁原料和碳材料混合的步骤(s300)；将混合铁原料和碳材料而成的混合物成型而制造成型碳的步骤(s400)；将成型碳装入台车而形成原料层的步骤(s500)；以及使台车向烧制炉内部移动而对成型碳进行热处理，来制造含碳团块矿的步骤(s600)。并且，参照图2，对成型碳进行热处理的步骤还可以包括使成型碳在热处理即烧制的过程中产生的排出气体中的一部分燃烧而制造热风，并使该热风在烧制炉内部循环的步骤。该步骤可以包括：收集排出气体的步骤(s610)；加热排出气体而制造热风的步骤(s620)；以及将热风供给至烧制炉400的步骤(s640)。另外，根据需要，还可以包括在将热风供给至烧制炉400之前再加热热风的步骤(s630)。

在此，铁原料是含有铁成分的物质，作为被还原剂可以利用铁矿石、铁氧化物、炼钢工序中产生的含铁粉尘以及炉渣中至少任意一种。另外，碳材料作为使铁原料还原的还原剂，可以利用在煤炭以及炼钢工序中产生的含碳粉尘中的至少任意一种。

如图3所示，用于利用这样的过程来制造含碳团块矿的含碳团块矿的制造装置可以包括：分别收容铁原料和碳材料的多个漏斗100、110；与各漏斗100、110连接，并接受铁原料以及碳材料的供给而进行混合的混合机200；具备对混合机200中混合的混合物进行压缩的压缩部件的成型机300；形成为供在成型机300中制造出的含碳团块矿、即成型碳装入内部，并具备加热部件，并对成型碳进行热处理而制造含碳团块矿的烧制炉400；以及对在烧制炉400制造出的成型碳进行粒度分离的筛选机700。此时，也可以进一步具备从漏斗100、110分别接受铁原料以及碳材料的供给而进行破碎的破碎机(未图示)，在利用破碎机将铁原料以及碳材料分别破碎之后将破碎物注入混合机200。

虽未进行图示，但成型机300具备压缩部件。例如，可以使用具备设置为相互对置的一对辊的成型机、即双辊式成型机。由此，若在一对辊之间装入混合物，则能够通过由上述一对辊的旋转引起的挤压来制造成型碳。

烧制炉400用于对在成型机300中制造出的成型碳进行热处理，具有内部空间，并设置有加热烧制炉400的加热单元(未图示)。加热单元可以是燃烧器(burner)，作为用于加热的燃料利用lpg以及空气(air)。于是，由燃烧器(burner)产生的加热气体加热烧制炉400内部，由此进行装入烧制炉400内的成型碳的热处理。当然，作为用于加热烧制炉400的单元，除燃烧器(burner)之外可以使用各种单元，并且作为燃料除lpg以及空气(air)之外也可以使用各种材料的原料。

另外，烧制炉也可以具备能够供在内部储存成型碳的台车移动的路径，能够按照路径上的各区域来控制温度。例如，如图4所示，烧制炉400可以包括干燥区域401、煤炭气化区域402、烧制区域403以及冷却区域404。当然，还可以包括用于对这些供给热风的燃烧器(未图示)。由此，台车进入烧制炉400内部，并且台车连续地在烧制炉的各区域移动而能够进行干燥、煤炭气化(或者预热)、烧制、冷却等的过程。成型碳在成型之后含有大量水分，但由于是煤饼或者团块物，所以若被供给热，则还可能发生由热冲击引起的破裂。为此，在烧制前使储存有成型碳的台车经过干燥区域401而干燥成型碳。在经过干燥区域401后，为了有助于烧制而使台车经过煤炭气化区域402，之后在烧制区域403中实现成型碳的热处理即烧制，之后在冷却区域404冷却。

在现有技术中，将成型碳在烧制炉中以1000℃以上的温度进行热处理而产生还原反应，从而制造还原铁。然而，若在这样的高温下制造还原铁，则存在成型碳内碳材料被燃烧而产生成型碳内气孔，导致而后制造出的还原铁的强度降低的问题。为此，本申请发明，在比现有技术低的300至700℃下对成型碳进行热处理而抑制成型碳内碳材料的燃烧并使碳材料软化熔融，由此能够提高制造出的含碳团块矿的强度。对于这样制造出的含碳团块矿，能够使其在烧制炉中还原，或者在需要含碳团块矿的其它作业中使用。此时，在使成型碳在烧制炉中还原的情况下，碳材料被软化熔融从而在含碳团块矿内的密度升高，使制造出的还原铁内的气孔率降低，从而能够抑制或者防止还原铁的强度的降低。

为此，在本申请发明中，通过由燃烧器(burner)产生的加热气体加热烧制炉400内部的同时，收集在烧制过程中产生的排出气体、例如在煤炭气化区域402中产生的挥发气体(s610)，使该挥发气体燃烧而制造热风(s620)之后，将热风供给至烧制炉(s640)而当做成型碳的烧制所需的热源使用。此时，还可以包括将热风再次加热的步骤(s630)。这样制造出的含碳团块矿内可以包括碳材料，可以具有140至160kgf/p的常温强度。

参照图3，含碳团块矿的制造装置可以包括：用于收集在烧制炉400中产生的排出气体的第一气体供给配管20；用于在内部收容通过第一气体供给配管20收集到的排出气体，并使该排出气体燃烧而制造热风的燃烧炉500；以及使燃烧炉500和烧制炉400连通的第二气体供给配管22。此时，在第一气体供给配管20可以具备用于将烧制炉400内的排出气体向燃烧炉500引导的第一送风机10，在燃烧炉500可以具备用于使排出气体点燃的第一燃烧器510。

第一气体供给配管20收集在烧制炉400的一部分区域、例如煤炭气化区域402产生的排出气体亦即挥发气体。为此，第一气体供给配管20可以形成为覆盖煤炭气化区域402的管道形状，以能够从煤炭气化区域402收集挥发气体。通常在烧制炉400中，用于烧制成型碳的气体从烧制炉400的上部侧向下部侧移动，例如从台车的上部向下部移动，因此第一气体供给配管20可以与烧制炉400的下部侧连接。

第二气体供给配管22被当做热风移动的路径使用，能够使燃烧炉500和烧制炉400相互连通。此时，第二气体供给配管22的一侧可以与燃烧炉500连接，另一侧可以与烧制炉400的烧制区域403连接。在第二气体供给配管22可以具备将热风向烧制炉400侧引导的第二送风机12，并且可以具备用于测定热风的温度的温度测定机30。另外，在第二气体供给配管22可以连接与烟囱(stack)900连接的分支管24，在分支管24可以具备能够根据需要将向烟囱900排出热风的分支管24内部流路开闭的阀26。并且，在分支管24可以具备用于去除热风内含有的杂质、例如硫磺成分的脱硫装置800。由此，在热风通过烟囱900向外部排出时，能够以去除硫磺成分的状态排出而降低环境污染。

另外，还可以包括在沿着第二气体供给配管22移动的热风被冷却的情况下用于将该热风加热为期望的温度的热风炉600。热风炉600为了抑制再次加热的热风的温度降低，可以与烧制炉400相邻地设置。在热风炉600可以形成用于使外气流入内部的导入口602，并且根据需要可以具备用于再次加热热风的第二燃烧器610。

另外，含碳团块矿的制造装置不限定于在上文中说明的构成以及结构，能够以多种方式变更。

通过这样的构成，能够向烧制炉400内部供给使在烧制炉400中产生的排出气体中的一部分、例如挥发气体燃烧而制造出的热风，将该热风当做热源使用于对含碳团块矿、即成型碳的热处理。在这样利用热风而对成型碳进行热处理的情况下，能够引导成型碳的迅速加热的同时，能够在比较低的温度下进行热处理，因此能够使碳材料软化熔融的同时抑制燃烧，从而能够提高制造出的含碳团块矿的强度。

在下文中，参照图1至图5对制造含碳团块矿的方法进行更具体的说明。

首先，准备铁原料(s100)，准备要当做还原剂使用的碳材料(s200)，将这些储存至单独设置的各个漏斗100、200。然后，将各个漏斗100、200)中储存的铁原料以及碳材料装入破碎机(未图示)进行破碎，其中可以使铁原料破碎成粒度在0.1mm以下，使碳材料破碎成粒度在1mm以下。

若在破碎机中铁原料以及碳材料各个的破碎结束，则将上述铁原料以及碳材料装入混合机200而进行混合(s300)。此时，优选以混合铁原料和碳材料而成的混合物整体为基准，碳材料混合成相对于整体重量含有15重量％以上。此时，除铁原料以及碳材料以外可以追加粘合剂进行混合，但由于本申请发明在烧制过程中使碳材料软化熔融，由此能够当做将铁原料、例如极小粉状铁矿石相互结合的粘合剂使用。若碳材料被软化熔融，则粘度以及粘着性增加而使铁原料容易结合。当然，在混合物中也可能会混合有除铁原料、碳材料、粘合剂以外的不可避免的成分。

之后，混合物装入成型机300而成型(s400)，例如成型碳可以是含碳的煤饼(briquette)。

若制造出成型碳，则将成型碳投入至台车(s500)而使装入有成型碳的台车向烧制炉400内移动。台车会在烧制炉400的干燥区域401、煤炭气化区域402、烧制区域403以及冷却区域404依次移动，由此实现投入至台车的成型碳的热处理(s500)。

在烧制炉400中实施成型碳的烧制、即热处理，为了抑制成型碳所含有的碳材料的燃烧，可以控制烧制炉400内部氛围。即，由于若烧制炉400内部的氧浓度高则碳材料可能会燃烧，所以控制烧制炉400内的氧浓度。例如，可以调节成烧制炉400内的氧浓度在15％以下，从而抑制碳材料的燃烧。为了调节氧浓度，可以向烧制炉400内部供给惰性气体例如氮气(n2)、氩气(ar)等。

像这样实现热处理时在烧制炉400内部产生排出气体。排出气体能够在烧制炉400的整个区域中产生，尤其在煤炭气化区域402中，会产生像碳材料内焦油、沥青等这样的挥发成分挥发而产生的挥发气体。

这样产生的挥发气体能够通过基于第一送风机的吸引力而被第一气体供给配管20收集，从而向燃烧炉500供给。此时，煤炭气化区域402的温度被控制为300至800℃左右，此处所产生的挥发气体的温度为约300至500℃左右。

在燃烧炉500中，利用第一燃烧器510将供给至燃烧炉500内的挥发气体点燃而使其燃烧。由此，在燃烧炉500中挥发气体被燃烧而产生热风。此时，可以使外气流入燃烧炉500而调节热风量或温度。在燃烧炉500中，能够使挥发气体燃烧而制造800至900℃左右的热风。

若制造出热风，则将热风向第二气体供给配管22移送而供给至烧制炉400。热风通过由第二气体供给配管22具备的第二送风机12而向烧制炉400侧引导，从而向烧制炉400的烧制区域403供给。此时，热风可以在被调节成具有500至600℃左右的温度之后供给至烧制炉400。在燃烧炉500中制造出的热风的温度在到达烧制炉400时维持500至600℃左右的情况下，可以像图4示出的那样保持原样供给至烧制炉400的烧制区域403。然而，在燃烧炉500中制造出的热风的温度没有达到500至600℃左右的情况下，可以像图5示出的那样在热风炉600中再次加热热风而调节成500至600℃左右之后供给至烧制炉400的烧制区域403。

在这样通过第二气体供给配管22来移送热风的过程中，利用温度测定机30测定热风的温度，并能够根据该测定结果冷却或者加热热风而调节热风的温度。温度测定机30被设置于第二送风机12的前端从而能够在热风经过第二送风机12之前测定热风的温度。

在通过温度测定机30测定出的热风的温度在600℃以上的情况下，可以使外气流入第二气体供给配管22而降低热风的温度。另外，也可以通过热风炉600的导入口602使外气流入而降低热风的温度。

另外，在通过温度测定机30测定出的热风的温度在500℃以下的情况下，可以在热风炉600中利用第二燃烧器610来加热热风而升温至500至600℃左右之后供给至烧制炉400。此时，也可以在热风炉600中加热热风的过程中，通过热风炉600的导入口602使外气流入热风炉600内。在像这样向烧制炉400供给的热风的流量不充分或者在热风炉600中加热的热风的温度过高的情况下、例如在高于600℃的其情况下，可以混合外气而将热风的温度调节成500至600℃左右。

像这样将供给至烧制炉400的热风的温度调节成500至600℃左右的理由是因为成型碳内碳材料在300至500℃左右软化熔融，这样的过程能够执行约5至10分钟左右。

在现有技术中，使成型碳在1000℃以上的温度下直接还原，但该温度是非常高的温度，是能够使成型碳所含有的碳材料燃烧的温度。若将成型碳的还原在这样高的温度下执行，则成型碳内碳材料被燃烧而形成气孔，因此存在烧制后制造出的还原铁的强度降低的问题。因此，能够将成型碳在比还原温度低的温度、例如300至700℃下预先进行热处理而增大碳材料的粘性和粘着力，从而制造铁原料间的结合力得到提高的含碳团块矿，之后根据需要再执行还原工序，由此防止还原铁的强度的降低。

若热风供给至烧制炉400的烧制区域403，则成型碳以50至60℃/分钟左右的速度升温。成型碳的升温速度比制造焦炭时的升温速度(约4℃/分钟)快很多，这样的升温速度能够促进碳材料的软化熔融。

另外，在将热风供给至烧制炉400时，热风中氧浓度被调节成5％以下，优选被调节成1％至5％左右。虽然热风中氧浓度越少越好，但由于烧制炉400并非完全封闭的状态，所以调节得比上述的范围低是不可能的。另外，在热风中氧浓度高于上述的范围的情况下，存在还原反应中碳材料被燃烧的问题。

另一方面，在烧制炉400中发生问题或者在热风炉600中发生问题的情况下，可以使通过第二气体供给配管22移送的热风经过与第二气体供给配管22连接的分支管24而通过烟囱900向外部排出。此时，可以通过利用分支管24所具备的阀26来开放分支管24内部流路而使热风向分支管24侧流入，并在脱硫装置800中去除热风中硫磺成分之后通过烟囱900向外部排出。

如上所述，使在烧制炉400中产生的排出气体中的一部分、例如挥发气体燃烧而制造热风，并使该热风在烧制炉400循环而当做对成型碳进行热处理所需的热源使用，由此能够提高制造出的成型碳的强度。另外，还存在能够降低能源费用的优点。

本发明的技术构思虽然使用了上述实施例进行了具体描述，但应知晓上述实施例只是用于说明的，并非用于限制。另外，应当能够理解在本发明的技术领域中，本领域技术人员能够在本发明的技术构思的范围内实施多种实施例。