从金属含有物制造还原金属的方法及所用的移动型炉床炉的制作方法

专利名称：从金属含有物制造还原金属的方法及所用的移动型炉床炉的制作方法
技术领域：
本发明是关于从金属含有物制造还原金属的方法及制造还原金属用移动型炉床炉。特别是关于将金属含有物装入堆积到在炉内被加热的水平方向移动的炉床上、在该炉床移动期间该金属含有物被加热还原、并连续地制造还原金属的方法和实施这种方法采用的移动型炉床炉。
通常钢一般是用转炉或电炉制造的。其中电炉法是利用电能将废钢或还原铁加热至熔融并进一步精炼得到钢。但是，由于近年来废钢需求紧张，以及对更高品位钢的要求越来越高，因此出现了使用还原铁代替废钢的趋势。
作为为满足应用的需求而开发的还原铁制造工艺的一种，已知是将铁矿石和固体还原剂装入水平方向移动的炉床上、从上方的辐射传热加热还原铁矿石、藉此制造还原铁的移动炉床炉法(特开昭63-108188号公报)。这种方法在实施之际使用的移动型炉床如

图1所示，是在炉床水平移动过程中能够加热装入的原料形式的炉子。水平移动的炉床一般采用的是图1所示的环状(旋转)移动形式的，这种形式的移动型炉床炉通常也称作回转炉床炉。
历来，这种回转炉床炉如图1(a)所示，从原料供给侧到排出侧分有预热带10a，还原带10b及冷却带10d的环状炉体10，在炉体内，环状炉床11被支持而回转移动。在回转炉床11上，如图1(b)所示，装入例如用铁矿石和固体还原剂混合构成的原料2。这些原料最好采用含碳球团。炉床11表面筑有耐火材料，但也可以例如堆积粒状耐火材料。而且，在炉体10的上部配设有喷嘴13，以喷嘴13作为热源，在炉床11上堆积的铁矿石等含金属氧化物在还原气氛下被加热还原成还原铁。
另外图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。
上述移动型炉床炉在操作时，炉体10内的气氛温度通常为1300度左右为最合适。另外为了防止还原处理终了的还原生成物在炉外氧化和便于装运，在回转的炉床11上的冷却带10d上冷却后排出炉外。
另外，在历来的移动型炉床炉法(特开昭63-108188公报)的操作中，由铁矿石和固体还原剂间发生的还原反应而进行还原，但要以减薄原料层的厚度、加快炉床移动速度来谋求提高生产率。
可是，一般的金属含有物，例如铁矿石，虽然随产地有所差别，但都含有多的脉石成分，另一方面，固体还原剂的煤，煤焦，焦炭等亦含有较多的灰分。因此若是仅通过还原反应制造还原铁，则有以下的问题不可避免的在制品的还原铁中残留有许多脉石，同时还原剂中的灰分也附着混入还原铁中。
在将含有较多脉石和灰分的还原铁装入电炉时，脱磷和脱硫用熔渣的碱度的调整剂石灰的用量增多，不仅引起成本增加，而且伴随石灰造渣时需要的热量增加不得不使电力使用量增加，成为一个课题。
另外，所说的仅由还原反应得到的还原铁通常存在许多气孔，因此在大气中保管时再氧化的比例高，不仅引起制品质量下降，而且再氧化时的发热也有引起火灾的危险。另外，该还原铁由于有气孔存在而表观密度小，在电炉中使用时浮在熔渣上，难于顺利熔解精炼。而且在得到的还原铁块过大时，在电炉中熔解时间长，使电炉的生产率降低，因此适当的大小是不可欠缺的。
因而，历来的移动型炉床炉的操作中要求使用含脉石成分尽量少的高品位铁矿石和含灰分尽量少的还原剂。但实际上优质的铁矿石和优质的煤资源不足，现实中不得不使用低品位的原料。
由此可知，在移动型炉床炉法操作中，必须要确立将金属成分与脉石成分有效地分离回收的方法。即要使金属成分与脉石成分完全分离，在还原操作中使还原铁与脉石和灰分熔融分离是有效的。总之，在该还原操作中也可以生成熔融金属和熔融渣。
本发明的主要目的在于，制造脉石和灰分含有率低、气孔少、大小适当的优良质量的还原金属。
本发明的另一个目的在于，确立不引起耐火材料单耗和电能增加、而以低成本、容易地制造优良品质还原金属的技术。
本发明再一个的目的在于，制造制品保管性优良、装运便利的还原金属。
作为解决历来技术中存在的上述问题的方法，在本发明第一项中，提出了从金属含有物中制造还原金属的方法，其特征在于将包含金属含有物及固体还原剂的原料，装入移动型炉床炉的水平移动的炉床上，在该炉床在炉内移动期间，通过加热上述原料而得到还原金属的过程中，将上述原料装入炉床上并使之堆积而加热还原，至少一度处于熔融状态。
在本发明第二项中，提出了从金属含有物中制造还原金属的方法，其特征在于将包含金属含有物及固体还原剂的原料，装入移动型炉床炉的水平移动的炉床上，在该炉床在炉内移动期间，通过加热上述原料而得到还原金属的过程中，在上述炉床上形成固体还原剂层，同时将上述原料装入该固体还原剂层上并使之堆积而加热还原，至少一度处于熔融状态。
在本发明第三项中，提出了从金属含有物中制造还原金属的方法，其特征在于将包含金属含有物及固体还原剂的原料，装入移动型炉床炉的水平移动的炉床上，在该炉床在炉内移动期间，通过加热上述原料而得到还原金属的过程中，在上述炉床上形成固体还原剂层，将上述原料装入该固体还原剂层上并使之堆积而加热还原，至少一度处于熔融状态，同时将得到的熔融物粒子，在固体还原剂层表面保持分散状态并冷却。
在本发明第四项中，提出了从金属含有物中制造还原金属的方法，其特征在于将包含金属含有物及固体还原剂的原料，装入移动型炉床炉的水平移动的炉床上，在该炉床在炉内移动期间，通过加热上述原料而得到还原金属的过程中，在上述炉床上形成固体还原剂层，将原料装入该固体还原剂层之上时，在固体还原剂层表面要堆积生成多种凸凹部，然后加热还原的同时，至少一度处于熔融状态，同时得到的熔融物粒子在固体还原剂层表面保持分散状态并冷却。
在本发明第五项中，提出了从金属含有物中制造还原金属的方法，其特征在于将包含金属含有物及固体还原剂的原料，装入移动型炉床炉的水平移动的炉床上，在该炉床在炉内移动期间，通过加热上述原料而得到还原金属的过程中，在上述炉床上形成固体还原剂层，在该固体还原剂层表面形成许多凹部，将前述原料装入堆积该固体还原剂层上面并加热还原，该原料在炉床上至少一度处于熔融状态，同时将得到的熔融物粒子在固体还原剂层表面保持分散状态并冷却。
在本发明中，在炉床上覆盖的固体还原剂层中或其表面上最好混入或散布造渣剂。
在本发明中，在覆盖炉床表面的固体还原剂层中至少与炉床相接侧最好设置不软化熔融层。
在本发明中，在炉床上覆盖的固体还原剂的层厚最好为5mm以上。
在本发明中，将上述原料装入堆积还原剂层上时，作为堆积层最好积层不同的原料。
在本发明中，最好将还原生成物中块状金属、块状熔渣进行筛分而得到的筛下的粉状回收物的全部或一部分，混入上述原料中再使用。
在本发明中，上述原料中的金属含有物中最好含有Zn和/或Pb。
在本发明中，移动型炉床炉内的气氛最好至少使原料熔融的区域为还原性。
在本发明中，最好将上述原料中除固体还原剂以外的全部或一部分在移动型炉床炉之外预热，然后与固体还原剂混合后装入移动型炉床炉内。
关于本发明中所用的原料，作为金属含有物使用含有铁、Ni、Cr等金属的铁矿石、Cr矿石、Ni矿石、铁砂、还原铁粉、炼铁粉尘、不锈钢精炼粉尘、制铁泥浆等。而作为固体还原剂使用煤焦、焦碳、一般煤、无烟煤等。
这些金属含有物或固体还原剂既可以分别单独使用、也可以2种以上混合使用。将这样的金属含有物和固体还原剂混合后作为装入原料。
装入原料中的固体还原剂的重量比最好在50％(重量)以下，这是因为如果固体还原剂即使以最大的50％(重量)混合，通常金属含有物的还原也能够充分完成，若固体还原剂过剩混合，则装入的原料熔融时，将阻碍金属和渣的凝聚，生成小粒径的粒子，因此在仅能够生成所需大小金属粒的情况下，装入原料中的固体还原剂的重量比更好是在30％(重量)以下。
另外，为了在这些原料中在熔融时还原金属和灰分容易熔融，也可添加辅助原料，作为这些辅助原料使用石灰石、萤石、蛇纹石、白云石等。
另外，这些原料必须是8mm左右以下的粉或将这些粉制成团块或球团，块状化后使用。
在炉床上以铺设形态使用的上述固体还原剂层既可以使用与原料中混合的相同的还原剂，也可以使用其他的固体还原剂。
这种固体还原剂的粒径可以根据上述原料熔融时浸透固体还原剂而熔融物不流向炉床耐火材料的程度来调整。为此可使用8mm以下的粉，更好是调整为5mm以下。
装在炉床上或在其上形成的上述固体还原剂层上的原料被加热还原并熔融，生成金属和渣，此时考虑到传热效率，装入的原料在炉床上最好大致全表面均一堆积。
原料升温熔融并金属和熔渣分离时，金属和熔渣各自凝集，由于自身的表面张力，在固体还原剂层表面以分散状态分布并维持该状态。为了真正实现金属、熔渣的分散分布状态，本发明在固体还原剂层的表面上形成凹部，以集中在底部的方式实现了金属或熔渣分散化和分离的格局。
在炉床上装入原料的量做以下考虑。
通常熔融金属、熔渣的体积相对原料的体积将收缩10-60vol％左右，因此可以装入相对于固体还原剂层表面形成的凹部的内部空间总体积大10倍左右量的原料，如果在固体还原剂层表面形成的凹部的话，希望将该凹部内被熔融金属和熔渣充满的程度取为向炉内装入原料量的最高限度。
当实施本发明还原金属制造方法时，采用下述构成的移动型炉床炉是有效的。即该还原金属制造用移动型炉床炉是具有水平移动的炉床、覆盖在该炉床上的炉体、向上述炉床上装入包含金属含有物和固体还原剂的装入物用的装入装置、加热炉床上的装入物用的加热装置、冷却通过加热装入物而生成的还原生成物和熔渣的冷却装置和排出冷却后的还原生成物和炉渣的装置的移动型炉床炉，在从上述的装入装置到排出装置的炉体内，还含有预热装入物的预热带、还原装入物的还原带、熔融装入物的熔融带和然后冷却熔融的还原生成物和熔渣的冷却带。
同时，该移动型炉床炉的炉床上面和炉体内侧面全部覆盖有耐火材料，具有良好的耐炉内高温的结构。在该炉中设置有加热装置，例如，优选在炉内炉床的上方，配设气体燃料或液体燃料的燃烧喷嘴，其燃烧热直接加热装入物，或使炉内壁升温，由其辐射热加热装入物。也可采用例如在炉床或炉壁上设置电加热器的其他方法。
前述的预热带、还原带、熔融带、冷却带即使不特别设有物理隔墙，也可以由适宜调整炉内温度而实现，优选的是在熔融带和冷却带或还原带各自的边界处，在炉床以及其上配设不阻碍装入物移动的隔墙，这对在熔融带容易地保持高温是有效的。
本发明的实施方式本发明是还原金属的制造方法，即将含有金属含有物和固体还原剂的原料，供给移动型炉床炉的回转移动的炉床上，该炉床在炉内回转移动期间被加热还原，并且至少一度呈熔融状态，藉此在生成金属含有物的还原物(还原生成物)的同时，使该还原生成物中的金属组分与由脉石及灰分构成的渣分离，并且生成的金属的形状可成为适当大小，排出后，能够很容易地装运。以下将详细地叙述本发明。
在本发明中，将含有金属含有物及固体还原剂的原料装入炉床上，加热并还原该原料，由于至少一度呈熔融状态，还原生成物中的金属能够以从熔渣中分离的状态获得，因而该金属在作为电炉等的原料使用时，因为没有渣的混入，电炉操作中能降低为进行脱磷或脱硫的调整渣碱度用的石灰的使用量。
在本发明中，由于以在炉床上铺满的方式供给固体还原剂的粒子，形成固体还原剂层，在该固体还原剂层上堆积上述原料时，即使原料中的固体还原剂通过还原反应全部消耗掉，对于原料中的金属含有物特别是熔融金属，也始终维持能从炉床上的前述固体还原剂层中供给碳源的状态，使还原生成物(金属)不再氧化。
这意味着，即使在炉内上部有氧化性气体滞留，原料层和还原生成物层的上方也始终呈还原气氛，这样，即使改变还原、熔融操作，也能够始终稳定地制出还原金属。另外，即使在原料中存在偏析，有时局部的原料中的固体还原剂不足时，原料堆积层下方的固体还原剂层可以补充碳素成分，因此能够连续地引起还原反应。
同时，该固体还原剂层的存在可以防止还原生成物熔融金属与炉床直接接触，达到防止金属液侵蚀炉床的效果。
本发明重要的一点是使炉床上的还原生成物具有适当的大小并以岛状分散分布。即熔融的还原生成物在炉床上再凝固后，该凝固物也维持互相分散状态，处于体积小、重量轻状态的一个一个的凝固物，能够很容易地排出炉外。另外，凝固物排出炉外时，会对炉床施加冲击，但若变成一个一个的凝固物，体积小、重量也轻，则该冲击力就小，炉床受伤的机会也就会减少。
同时，为了使生成的金属、炉渣的凝固物排出炉外，在炉体上必须要有至少比凝固物体积大的排出口，或具备排出装置的开口部，如果凝固物小，就能使它们变小，炉外的密封装置就容易些。
在本发明中，在上述固体还原剂层的表面形成多个凹部，对上述还原生成物分散化是有效的。即将原料装入堆积炉床上形成的固体还原剂层上，加热还原，生成熔融的金属和熔渣，但该金属和熔渣以粒状化各自凝集，由于其表面张力，向前述固体还原剂层表面的各凹内移动并以埋设的方式容纳在内，呈岛状分散状态。
在炉床上或固体还原剂层之上装入堆积的原料，在加热还原过程中，原料中含有的挥发分移到排气中，被固体还原剂还原的金属氧化物中的氧也移到排气中，因此，炉床上残留的是熔融金属、SiO2、Al2O3等脉石成分及固体还原剂。
下面以附图为基础说明本发明制造工艺优选的实施方式。首先，在装入原料之前，将粒状固体还原剂散布堆积在回转移动的炉床上形成固体还原剂层。炉床上形成的固体还原剂层是集中的基本的还原剂，但由于没有混合金属含有物，所以除了操作中失去的挥发分以外，大体上没有变化。通常在固体还原剂中，含有灰分约10％左右，其余大部分是碳素物质，即使处在1000-1500℃左右的高温下，也维持固体状态，因此固体还原剂本身不与移动炉床上的耐火材料熔着。这就是说，这样的固体还原剂层成为炉床上耐火材料的保护层。
在炉床上形成的上述的固体还原剂的上面装入堆积金属含有物与固体还原剂的混合物，或者金属含有物和固体还原剂和辅助原料的混合物，然后在该炉床回转并在炉内移动期间加热还原的同时，保持到使生成的还原物进而被熔融，这时生成的还原生成物(金属、炉渣)呈岛状分散状态。这就意味着，适当大小、整粒的还原金属能够被连续制造出来。
图2(a)、(b)、(c)及(d)是上述移动型炉床炉的炉床上原料积层结构的实例及达到还原熔融过程的说明图。
如前所述，原料装入前，首先在移动炉床11上铺满固体还原剂并形成固体还原剂层1，同时最好在固体还原剂层1上形成许多凹部1a。然后在这样形成的固体还原剂层1上装入堆积原料2。而后，由炉体上方用喷嘴13加热并还原。结果如图2(c)所示，原料2中的金属含有物由于共同混合的固体还原剂(含碳)的作用被还原，生成含有脉石的还原生成物3，同时，以作为原料中含有的还原剂使用的固体还原剂的灰分为主生成熔渣。另外，虽然因原料的配合方法及使用的金属含有物、固体还原剂不同而异，但是原料中的固体还原剂因还原反应而消耗掉了，因而含有脉石的还原物和灰分(还原生成物3)的体积比原料有所减少。
至于上述主原料中加入的辅助原料，是为了使熔融还原物和灰分熔融时以较容易熔融而加入的，最好用石灰石、萤石、蛇纹石、白云石等。这些辅助原料虽然在达到熔融前发生结晶水蒸发，一部分分解反应(例如石灰石主要成分即CaCO3，受热分解成为CaO)，但维持固体状态。
然后，在对原料进行进一步加热时，不仅只使原料和辅助原料还原，同时开始熔融，如图2(d)所示，金属4和炉渣5熔融分离。此时，由于由金属含有物与固体还原剂组成的原料或者由金属含有物、固体还原剂和辅助原料混合的原料在固体还原剂层1之上分散分布，所以在固体还原剂层1上部生成前述的金属4和炉渣5，此时如图2(d)所示，若在固体还原剂层1表面上形成凹部1a，则还原生成物的金属4和炉渣5由于表面张力和重力的作用，自然地移动收纳到固体还原剂层1任何凹部1a内，固体还原剂层1上的凹部1a呈每个单位的分割状态，即所谓的金属、渣块处于以岛状的状态分散分布。
如果还原生成物象这样散布在固体还原剂层设置的凹部1a内，金属和渣就被各凹部1a分割成适当大小，而且由于生成的金属和炉渣其体积只有原料的10-60％，因此以埋设在固体还原剂层中那样散状分布，它们互相之间不能够连接起来。
另外，金属和炉渣的比重比固体还原剂层1大，预想其可能渗入固体还原剂层1下，但实际上金属和炉渣一个一个的变成小块，而且由于表面张力的作用，所以维持着在固体还原剂层的表面保持的原来状态。
在回转移动的炉床上生成的如此状态的炉渣、金属，到达冷却带被冷却。重要的是，凝固的金属和炉渣因固体还原剂层的存在在炉床上被隔离开，并且由于变成一个一个小块，所以能够较容易地排出炉外。
若固体还原剂层表面没有凹部设置而是平坦的时，冷却后的金属和炉渣就不能被分割成小块，由于此时形成大块，要排出炉外必须设置破碎机破碎炉床上的金属和炉渣，因此在固体还原剂层的表面优选地形成凹部是应该推荐的。
关于固体还原剂的表面形状的问题，发明者是通过实验确定的。即，该实验是将粒径8mm以下的铁矿石粉、焦粉、石灰石粉以7∶3∶1的重量比例混合制成作为原料的混合粉。按照如图3所示原料积层条件1，在固体还原剂焦碳粉表面作成凸凹状，其上堆积上述混合粉2，将其装入如图4所示的实验装置中保持在1480-1500℃，进行还原熔融，生成金属和炉渣，实验结果如表1所示。图4是实验使用装置的示例图，示出了炉床11’由升降装置16升降而被组装到炉体10’的结构例。在11’上形成的固体还原剂层1和原料堆积层2a由喷嘴13加热，承受与前所述相同的热过程而被还原、熔融。
作为在固体还原剂层1上形成的凹部形状，还进行了如图5所示的方型(原料积层条件2)和图6所示的大小不同圆形组合(原料积层条件3)的实验。表1中所示的穴的形状、是固体还原剂层上形成的凹部的形状、尺寸。表中L表示与穴形状面积相当的圆的直径(相当园直径)，如原料积层条件3那样形成多种形状时，L表示其中的最大值。
图3、图5和图6各自的(a)是在固体还原剂层1表面形成的凹部1a的断面形状，由原料粉最厚部分的层厚L1和固体还原剂表面凸部处原料粉最薄的层厚L2构成，如表1所示，实验后金属在各凹部内分散得到。
表1
在炉床上形成上述固体还原剂层基本的方法是铺上一定厚度的固体还原剂的粒子，并在固体还原剂层的表面形成许多凹部。这种形成方法能够确实地形成所需凹部，而且可以更容易地变更其形状，当要求凹部周期性变化时更是有效的。
凹部形成的方法是采用表面有凸部的辊子或压型器压向固体还原剂层的表面，可适宜采用。
另一种方法首先是在炉床上铺设一定厚度的固体还原剂粒子，从上部落下团块状的原料块，利用其冲击形成凹部，然后在这些团块间装入其他的金属含有物及固体还原剂，形成带有一定层厚的凹部堆积，或者，采用使上述块状原料与其他粉状原料共同落下的装入方法也是有效的。
还有一种方法可以是在下层预先铺上固体还原剂，然后在得到的一定层厚的固体还原剂层表面上装入堆积原料，此时，在该原料堆积层的表面制成许多凹凸。即这种方法是用在装入原料堆积层上形成凹凸来代替在炉床上固体还原剂层1上设置凹部1a的方法，实际上可以实现同样的作用效果。
这种方法形成的堆积层在炉内熔融时，在周围生成的金属和炉渣由于其表面张力向在形成凸部的部分生成的金属、炉渣汇集，熔融后的炉渣、金属以粒子状在固体还原剂层表面保持散状分布，实际上可以实现同样的效果。或者，向固体还原剂层表面上以分散状态装入堆积块状的原料，实际上也能够实现同样的效果。
在炉床上铺设的固体还原剂层的作用在于，向熔融金属的渗碳源，为补充原料还原反应而供给熔融金属的碳素成分，还有防止熔融物与炉床直接接触，防止熔融物对炉床的侵蚀等。因而，该固体还原剂层在实际上限于能够确保上述的作用，除了碳质材料外也可混入其他物质，例如在固体还原剂层中均匀混入造渣剂或以浓度不均匀的偏析配合方式混合造渣剂，或仅在该固体还原剂层的表层上积层造渣剂。这种混入的造渣剂由于能够吸收固体还原剂层中的S成分，所以对降低了熔融金属中的S分而言是有效的成分。
上述固体还原剂层的构成成分可使用煤焦、焦炭、一般煤、粘结煤、无烟煤等。这些物质中均含有碳，担负向熔融金属的渗碳源的作用，并向熔融金属供给碳以完成还原。
另外，在这些固体还原剂中有的如粘结煤那样被加热后软化熔融，而后收缩，产生肉眼可见的龟裂，固体还原剂层上的熔融物可能会在龟裂处渗透，因此，炉床上铺设的固体还原剂层只要至少与炉床接触部分是不软化熔融层，就能防止熔融物与炉床直接接触，从而确实防止熔融物对炉床的侵蚀。
该不软化熔融层因固体还原剂的软化熔融行为而随固体还原剂的种类及赋与的加热曲线情况而变化，所以应当根据操作条件、使用的固体还原剂选择适宜的层厚和积层的碳质材料的种类。
这样的固体还原剂层具有上述的作用效果，但在炉床上铺的量少时，由于渗碳、还原的消耗会发生得不到上述机能的情况。即使不消耗，由于炉的震动，在炉床上铺的固体还原剂层可能部分变得没有。因此，为了防止熔融物和炉床直接接触，以便更确实地防止熔融物对炉床的侵蚀，本发明中炉床上铺的固体还原剂层应在5mm以上，最好在10mm以上。
本发明中，将含有金属含有物和固体还原剂的原料装入堆积到固体还原剂层上时，不仅可以将单一种原料装载一定的厚度，而且可以将不同的原料积层多段。例如，在固体还原剂层表面堆积已进行一定还原的金属含有物中固体还原剂配比减少的原料，其上再堆积由与其不一样的金属含有物和固体还原剂配成的原料，同样可以得到没有问题的还原金属。如果采用这种装入方法，已进行一定还原的金属含有物还原比通常进行的快，熔融渗碳快，将其作为熔融的起点，促进上部层的还原、熔融，成为本发明的效果的优势。
另外，当原料装入时，利用粒子的渗滤作用，有意地使原料偏析，例如，装入形成下部为大粒子、上部为小粒子那样分布的原料堆积层。
对于不同原料多段积层时，不仅采用单一金属含有物和固体还原剂的配比变化的方法，而且例如也可以是上层侧为高炉干式除尘灰，下层侧为含有铁矿石和固体还原剂的原料等，采用金属含有物和固体还原剂的种类变化的方法。
为了冷却后的金属、炉渣容易被排出装置排出，可以在炉内粉碎，这时将产生金属和炉渣的微粉。另外，在固体还原剂层表面分散保持的熔融物粒子冷却后得到的金属和炉渣小块在炉外装运过程中也将微粉化，采用从炉内回收的方法与炉床上铺的固体还原剂一起排出炉外。
由以上说明可知，成为金属原料的块状金属和副产物的渣块的回收最简单的办法是炉外筛分，但这时筛下得到粉状金属、粉状渣、固体还原剂粉的混合物。
因此，在本发明中，这些筛下的粉状金属和粉渣、残留固体还原剂粉的混合物被回收，并添加到装入的原料中，再度入炉，实现了金属、渣、固体还原剂的完全再循环。
进行这样操作能够提高金属的回收率、降低固体还原剂的单耗量。另外，将筛下回收物粉作为前述原料装入固体还原剂层上时，可以将它们作为上述不同原料的一种应用于多段积层技术。
本发明另一个较好的实施方式是，在装入的原料中能够有效地分开含有如Zn和Pb的挥发性高的金属元素。因为在原料中含有的这些Zn和Pb在加热时，极容易汽化进入排出的气体中，所以将这些含有Zn和Pb的排出气体进行水喷雾等急冷处理，能够有效地回收Zn和Pb成分。如果原料中含铁和Cr，Ni等的场合，由于它们残留在炉床上，所以(Zn，Pb)成分和(Fe，Cr，Ni)成分能够自然分离。因而在使用这样的原料时，可以得到良好的Zn和Pb制造用原料或Fe、Cr、Ni制造用原料。
由于排出气体的温度、氧分压，前述Zn、Pb再氧化成为固体状态，但它们的粒径非常小，与排出气体一同排出炉外并用公知的捕集器捕集。
在本发明方法下操作，在炉床上装入堆积的原料熔融时，在取还原性气氛的情况下，氧分压低，炉床上铺的固体还原剂能够迅速向金属渗碳。而且在用含碳气体进行气氛调整时，也可以由气氛气体进行渗碳。由此降低了金属的熔点，促进了熔融，提高了生产率。另外，氧分压低时，由于渣一金属间硫的平衡作用，金属中的硫分将有效的降低。
本发明方法的重要之处是炉内周围气氛为还原性气氛。即以覆盖炉床上堆积的原料层的方式提供还原性气体，特别是至少熔融带区域由于呈还原性而得到同一效果。采用喷嘴燃烧加热的方法时，不仅可通过喷嘴的燃烧控制使炉内整体气氛成为还原性，而且也可以通过别的途径在原料层表面附近导入还原性气体。
本发明所用原料先预热再装入炉内是有效的。这时，混合原料在炉外预热的场合，因某些煤的种类和预热温度，使煤软化熔融，常常有预热工序中发生装运事故的危险。
这时，作为提高生产率的预热措施，在移动型炉床炉外，对以金属含有物和固体还原剂为主的原料中的固体还原剂以外的全部或一部分实施，在供给移动型炉床炉前混合，块状化后供给移动型炉床炉，避开了装运事故，并提高了生产率。
在本发明实施方式中，原料的装入方法也随炉温等而变化，从向炉内供给原料到排出为止，原料在炉内滞留时间为数十分钟左右。在该期间原料被加热还原，然后熔融，也就是说如果原料能够快加热，移动型炉床炉的生产率就可以提高，即原料在上述移动型炉床炉外预热，则在炉内滞留的时间可以缩短。移动型炉床炉的生产率就可以提高。
当移动型炉床炉加热时，可以采用喷嘴燃烧的方法。可供给喷嘴天然气，焦炉煤气，重油等燃料和空气，氧气等助燃剂，这些燃料或助燃剂可与炉内排出气体进行热交换而预热，这样可以减少向喷嘴供给的燃料，即可以降低制造用能量的单耗量。
采用该喷嘴燃烧的方法时，适于上述原料的预热，由于产生的排出气体温度达1000℃或其以上，利用这排出气体在炉外预热原料是很合算的。它不用说可以提高上述移动型炉床炉的生产率，而且没有必要再向移动型炉床炉供给用于预热原料用的能量了，这能够降低这部分能量的消耗。
在本发明中，装入炉内的原料还原后被熔融。因此耐火材料和炉体结构必须要耐高温，这样设备的成本升高。温度越高，原料还原越快，但即使没有熔融程度的高温也能够确保实用的还原速度。另外，进行熔融的区域短到必要以上时，为了确保熔融必要的滞留时间，移动型炉床炉水平移动的炉床的移动速度将降低，结果在炉内滞留的时间将延长，生产率将下降。即，要从维持生产率和抑制设备成本两点出发来选择适当的进行熔融的区域的长度。
在炉床上熔融的金属、炉渣制品类在排出炉外前将凝固，这时供给喷嘴的天然气、焦炉煤气、重油等燃料和空气、氧等助燃剂可以起到冷却媒体的作用，燃料、助燃剂被预热，从而可降低制造能量单耗。另外，用氮气、还原性气体等在炉床上冷却熔融金属和炉渣制品类，这样被预热的氮气、还原性气体可以用来控制熔融时炉内的气氛。
金属和炉渣排出炉外时，根据排出装置、排出方法，不仅金属、炉渣、还有固体还原剂层的全部或一部分被排出，但实际上仅排出金属、炉渣是可能的。移动型炉床炉是回转炉，当固体还原剂排出一部分或者实际上不排出时，炉床上残留的固体还原剂将原样送到原料供给部，这时原料供给部只要供给已消耗掉的那部分固体还原剂就可以了。
图1是移动型炉床炉的示意2是适合本发明的向炉床上堆积原料的状态和还原生成物熔融时的变化的示意3是实验用积层条件1示意4是实验用加热炉1示意5是实验用积层条件2示意6是实验用积层条件3示意7是实施例用移动型炉床炉示意8是实施例用排出装置示意9是实施例中采用的原料积层条件A的示意10是实施例中采用的原料积层条件B的示意11是实施例中采用的原料积层条件C的示意12是实施例中采用的原料积层条件D的示意13是实施例3采用的原料积层条件的示意14是实施例7采用的原料预热装置图15是图7所示装入装置的详细说明实施例本实施例是在直径为2.2m的移动型炉床上面铺设有氧化铝系的耐火材料的回转炉床，该炉床上方配置有喷嘴，由环状炉体将它们覆盖。图7示出了使用的回转炉床炉，并进行以下操作。
如图7所示，该回转炉炉床划分为预热带10a、还原带10b、熔融带10c及冷却带10d。在该回转炉炉床上，装入堆积以铁的含有物和固体还原剂为主的原料并形成原料层2，该设备的内部与图1所示符号相同的符号表示同一构成。符号17为还原铁冷却后取出的排出口前配设的冷却器。图8为该操作用排出口附近的模式示意图，金属由排出装置15排出后，采用磁铁使金属与渣分离，按情况使用破碎机18。
本实施例中，在炉的供给处原料的装入堆积方法，是由装入装置14将金属含有物和固体还原剂等原料依照图9、图10、图11、图12所示的4种条件的原料积层例分别堆积到回转炉床11上。另外，本例中固体还原剂层的表面形成的凹部是在铺设固体还原剂层后用表面有凸部的辊子压制而成的。
在金属含有物中，脉石成分(SiO2、Al2O3等)含7％以上，表2示出了采用的铁矿石的成分组成。而固体还原剂含灰分约6-11％，表3示出了其成分组成，将它们调整为3mm以下的筛目后使用。
以上操作结果如表4所示。所示适合例No.1-6是本发明的适合例，采用图9所示堆积形状例的任何条件，炉床耐火材料都没有损伤，制品排出也没有故障，制品铁的回收率高达97.4％以上，脉石、灰分可大体上除去而回收，生产率没有显著的降低。在No.5中，有2-3个凹部的金属和渣各自聚合成大块部分，但排出不存在问题。
适合例No.7、8是按照图10堆积形式的例子，但夹在固体还原剂层中间使原料不与炉床直接接触，是小区域分散分布的积层。在这种积层条件下，即使为了脉石、灰分的除去操作而使还原铁、灰分熔融，也由固体还原剂将它们与炉床耐火材料隔开，因此渣、熔融铁对炉床耐火材料没有损伤。但是，这种堆积时，由于固体还原剂层在表面，传向这部分的辐射热有一些不能充分利用，因此比实施例1-6生产率稍低一些。
适合例No.9、10是按照图11的积层条件将固体还原剂表面平滑堆积、在其上的全面将原料混合粉层状堆积的实施例。在该例中，为除去脉石和灰分、还原铁、灰分的熔融处，炉渣、金属共同以大的板状存在，虽然冷却过程中收缩而部分裂开，但冷却后金属、炉渣是大的板状，由排出口连接到图8所示冷却器17附近。因此在这些适合例中，在排出装置前设置破碎机，将制品在排出炉外前在炉床上破碎，破碎机设置的设备费和运转成本增大，但采用这些对策这些适合例的操作才有可能，才能够制造出金属来。
适合例No.11是按照图12的积层条件、没有固体还原剂层、原料2在炉床耐火材料上堆积为层状的实施例。对于这样的原料堆积层，为了脉石和灰分的除去操作，还原铁、灰分的熔融均直接在炉床耐火材料上进行，炉床耐火材料由于熔融物而受到熔损。另外，金属和炉渣共同呈大的板状存在，也由排出口连接到图8所示冷却器17附近，因此在排出装置侧设有破碎机，制品在向炉外排出前在炉床上被破碎。采用这种方法时虽然破碎机设置的设备费增大，破碎机使用的电力等运转成本和因为炉床耐火材料的部分熔损的成本上升，但使操作成为可能，能够制造出金属来。
另外，实施例No.1-10中，与炉床连接的固体还原剂层1在排出部附近全都没有软化熔融。
表2
表3
表4
(1)原料中的配比(2)原料中的脉石+灰分的比例(3)制品中的Fe含量/原料中全Fe含量(4)制品中混入的金属以外脉石的比例(5)每小时制品的生产量(6)积层条件B时与L2相当的数值不能定义实施例2采用与实施例1相同的装置，进行以下操作。堆积在炉的供口部的原料用装入装置14按照图9所示积层条件装入堆积在回转炉床11上，但固体还原剂层1中添加重量比为5％的石灰石，如表5所示，在操作条件大致相同的情况时，固体还原剂层配有石灰石的方法可以吸收金属中的S。表5
(1)原料中的配比(2)原料中的脉石+灰分的比例(3)固体还原剂层所含石灰石的比例(4)制品金属中所含S的比例(5)每小时的制品生产量实施例3采用与实施例1相同的装置，进行以下操作。堆积在炉的供口部的原料用装入装置14按照图13所示原料积层条件装入，图中，原料(下层)21和原料(上层)22按表6所示不同的比例装入，适合例16的原料(下层)21的金属含有物不仅是表2的铁的含有物，而且配入表7的生铁粉。如表6所示，每单位面积铁分装填量相同，除炉的回转速度以外操作条件大致相同的情况下，原料(下层)21配入生铁粉的条件下即使回转速度快也能生产，也就是说生产速度可以提高。适合例17中，原料(上层)22中采用表9所示的高炉干式除尘灰，原料(下层)21采用同适合例16相同的原料。
由于上层原料性质不同，无法直接比较生产率，但生产没有问题。
表6
(1)原料中的配比(2)原料中的脉石+灰分的比例(3)每单位炉床面积各原料层所含铁的装入量(4)炉床每分钟的回转数表7
实施例4采用与实施例1相同的装置，进行以下操作。堆积在炉的供口部的原料，用装入装置14按照图9所示积层条件装入堆积在回转炉床11上，在固体还原剂层1上生成的块状物由排出装置15排出后，全部用3mm的筛筛过，筛下物全部混入原料中再循环使用，原料中的再循环部分占原料的1.5-2％。如表8所示，在操作条件大致相同的情况下，金属的回收率能够提高。表8
(1)除再循环原料外原料中的配合比例(2)返回原料的再循环原料占全部原料的比例(3)制品中铁含量占除再循环原料外原料中的全铁的比例(4)每单位炉床面积积层的原料层中所含铁的装入量(5)每一分钟炉床的回转数实施例5采用与实施例1相同的装置，进行以下操作。对于从炉内排出气体进行喷雾冷却，在冷却排出气体的同时，排出气体中的粉尘类被捕集到水中回收，采用装入装置14将原料按图9所示积层条件堆积到炉床11上。但是原料是高炉干式除尘灰，金属成分除铁以外，还含有Zn、Pb。在干式除尘灰中含有装入高炉的一部分焦炭，其组成如表9所示。其结果如表10所示，在水中捕集的二次粉尘中的ZnO和金属Pb可被回收。而这些二次粉尘中大体上不含有铁的成分，在炉内熔融、凝固、回收的金属大部分是Fe而没有Zn、Pb。表9
表10
(1)原料中的配入比例(2)每单位炉床面积积层原料层中含铁的装入量(3)每一分钟炉床的回转数(4)制品金属中的含有比例(5)回收二次粉尘中的含有比例实施例6采用与实施例1相同的装置，进行以下操作。使用纯氧气丙烷喷嘴的燃烧进行熔融带的温度补偿，而且通过控制空气比调整燃烧后排出气体的氧化度。使用装入装置14按照图9所示积层条件将原料堆积在回转炉床11上，操作结果如表11所示，在除燃烧后气体的氧化度、即气氛的还原性和炉的回转速度以外，操作条件大致相同的情况下，还原性气氛高的方法能够使生产率有一定提高。
表11
(1)原料中的配比(2)原料中的脉石+灰分的比例(3)每1小时制品的生产量实施例7采用与实施例1相同的装置，进行以下操作。但采用如图14所示那样内径为1m长度为3m的回转窑型预热装置，将矿石和从移动型炉床炉排出的气体导入该装置内，由排出的气体预热矿石，排出的气体在1000-1100℃左右变化，预热的矿石被加热到500℃左右。预热后的矿石送入混合机(内径1米，长3米)与常温的固体还原剂(表12的煤)混合，而后用图7所示装入装置14按照图9所示积层条件装入堆积在回转炉床11上，此时的操作结果如表13所示。没有矿石预热的操作，向喷嘴用燃料、消费固体还原剂等投入的能量为7.0Gcal/t金属，而使用预热矿石的操作下降到约为6.8Gcal/t金属。
表12
表13
(1)原料中的配比(2)原料中脉石+灰分的比例(3)每一小时制品的生产量根据以上说明，虽然本发明设备简便，但由金属含有物和固体还原剂可以得到不混有脉石、灰分的还原铁，也就是说，可以得到作为电炉等精炼用原料、评价高的还原金属。而且由于在炉床上形成固体还原剂层，可以避免设备的损伤，在炉床上的固体还原剂层上生成的还原金属分散分布，使还原金属的装卸很容易，能够得到很好的作为电炉原料的还原金属。
符号的说明1 固体还原剂层 10、10’炉体14-1 固体还原剂装入机1a 凹部 10a 预热带 14-2 原料装入机2 原料 10b 还原带 14-3 带有凸部的压辊2a 混合粉 10c 熔融带 15 排出装置3 还原生成物 10d 冷却带 16 升降装置4 金属 11、11’炉床17 冷却器18 破碎机5 炉渣 13、13’喷嘴21 原料(下层)14 装入装置22 原料(上层)
权利要求
1.从金属含有物中还原金属的制造方法，将包含金属含有物及固体还原剂的原料，装入移动型炉床炉的水平移动的炉床上，在该炉床在炉内移动期间，通过加热上述原料而得到还原金属过程中，将上述原料装入炉床上并使之堆积而加热还原，至少一度处于熔融状态。
2.从金属含有物中还原金属的制造方法，将包含金属含有物及固体还原剂的原料，装入移动型炉床炉的水平移动的炉床上，在该炉床在炉内移动期间，通过加热上述原料而得到还原金属过程中，在上述炉床上形成固体还原剂层，将上述原料装入该固体还原剂层上并使之堆积而加热还原，至少一度处于熔融状态。
3.如权利要求2所述的还原金属的制造方法，其特征在于，在将处于上述熔融状态而得到的熔融物粒子分散在固体还原剂层表面的状态下保持并冷却。
4.如权利要求3所述的还原金属的制造方法，其特征在于，在将原料装入上述固体还原剂层上而堆积时，堆积在固体还原剂层的表面上，并形成多个凸凹。
5.如权利要求3所述的还原金属的制造方法，其特征在于，在上述炉床上形成固体还原剂层，接着，在该固体还原剂层的表面上形成多个凹部。
6.如权利要求2-5中任一项所述的制造方法，其特征在于，在覆盖炉床上的固体还原剂中或其表面上，混入或散布造渣剂。
7.如权利要求2-5中任一项所述的制造方法，其特征在于，在覆盖炉床表面的固体还原剂层中至少与炉床相接侧，设置不软化熔融层。
8.如权利要求2-5中任一项所述的制造方法，其特征在于，覆盖炉床上的固体还原剂的层厚为5毫米以上。
9.如权利要求2-5中任一项所述的制造方法，其特征在于，将上述原料装入堆积在固体还原剂层上时，层积不同种的原料而形成堆积层。
10.如权利要求1-5中任一项所述的制造方法，其特征在于，将还原生成物中块状金属、块状熔渣进行筛选而得到的筛过的粉状回收物的全部或一部分，混合入上述原料中再使用。
11.如权利要求1-5中任一项所述的制造方法，其特征在于，上述原料中的金属含有物中包含Zn和/或Pb。
12.如权利要求1-5中任一项所述的制造方法，其特征在于，移动型炉床炉内的气氛使至少熔融原料的区域为还原性。
13.如权利要求1-5中任一项所述的制造方法，其特征在于，将上述原料中除固体还原剂以外的全部或一部分在移动型炉床炉之外预热，然后，和固体还原剂混合之后，装入移动型炉床炉内。
14.制造还原金属用的移动型炉床炉，是具有水平移动的炉床、覆盖在该炉床上的炉带、向上述炉床上装入包含金属含有物及固体还原剂的装入物用的装入装置、加热炉床上的装入物用的加热装置、冷却通过加热装入物而生成的还原生成物及炉渣的冷却装置和排出冷却后的还原生成物和炉渣的装置的移动型炉床炉，在从上述装入装置朝向排出装置的炉体内，还包括预热装入物的预热带、还原装入物的还原带、熔融装入物的熔融带和冷却熔融的还原生成物和炉渣的冷却带。
15.如权利要求14所述的移动型炉床炉，其特征在于，上述炉床表面的表面上用具有多个凹部的固体还原剂层覆盖着。
全文摘要
本发明提出了在移动型炉床炉的炉床上金属和脉石及灰分容易分离、并且金属从炉床上排出容易的从金属含有物中还原金属的制造方法。将含有金属含有物和固体还原剂的原料装入堆积在移动型炉床炉的水平移动的炉床上,在该炉床在炉内移动期间被加热还原得到还原金属。在上述炉床上设有固体还原剂层,同时在其表面形成凹部,然后,将上述原料堆积在该固体还原剂层的表面上,加热还原该原料粉,而且原料在炉床上至少一度处于熔融状态,从而得到还原金属。
文档编号C21B13/00GK1262332SQ9910624
公开日2000年8月9日 申请日期1999年3月30日 优先权日1999年2月3日
发明者泽义孝, 山本哲也, 武田干治, 板谷宏 申请人:川崎制铁株式会社