专利名称：铁焦的制造方法及制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用立式干馏炉对含碳物质和含铁物质的成型物连续地进行干馏并在焦炭中生成金属铁的铁焦的制造方法及制造装置。
背景技术：
在高炉操作中，通常使用将煤用焦炭炉干馏而制造的冶金用焦炭。近年来，从提高焦炭的反应性的观点出发，公知的是在高炉操作中使用在煤中混合铁矿石而进行干馏来制造的冶金用铁焦的技术。铁焦可利用被还原的铁矿石的催化剂效果提高铁焦中焦炭的CO2 反应性，能够通过保温区温度的下降而降低还原材料比。作为将煤等含碳物质、及铁矿石等含铁物质作为原料而用通常的焦炉式焦炭炉干馏而制造铁焦的技术，研究了 a)将煤和铁矿石粉的混合物装入焦炉式焦炭炉的方法和b) 将煤和铁矿石冷间成型，即在室温成型并将其成型物装入焦炉式焦炭炉的方法等(例如， 参照非专利文献1。)。但是，由于通常的焦炉式焦炭炉是由硅耐火砖构成，因此，在装入铁矿石时，铁矿石与硅耐火砖的主成分即二氧化硅反应，生成低熔点的火光而导致硅耐火砖的损伤。因此，用焦炉式焦炭炉制造铁焦的技术没有在工业上实施。另一方面，作为代替焦炉式焦炭制造方法的焦炭制造方法，开发了连续式成型焦炭制造法。连续式成型焦炭制造法中，作为干馏炉，使用不是由硅耐火砖而是由粘土耐火砖构成的立式炉，通过冷间成型将煤成型为规定的大小后，装入立式炉，通过使用循环载热体气体加热来对成型碳进行干馏，制造成型焦炭。确认了即使大量使用资源埋藏量丰富且廉价的非微粘结煤，也可以制造具有和通常的焦炉式焦炭炉同等强度的焦炭。连续式成型焦炭制造法中，公知的是如下方法，其特征为，将干馏炉炉顶气作为冷却用气体，向直接连接立式干馏炉的干馏室的冷却室的下部导入，从冷却室上部排出通过了该冷却室的气体的大部分，并作为加热用介质气体向干馏炉中间部的导入口供给(例如，参照专利文献1。)。该方法中，需要三处气体导入口(干馏室中间部、干馏室下部、冷却室下部)和一处气体排出口(冷却室上部)，设备变得复杂。另外，用气体回收通过干馏完成后的高温焦炭的冷却放出的显热，通过向干馏炉中间部的导入进行再利用，但是存在抑制其过程中的热损的问题。另外，也公开了一种为了避免设备构成的复杂化而不从立式干馏炉中间部抽出气体的方法的成型焦炭的制造方法(参照专利文献2。)，该方法中，代替气体而在水槽中进行干馏后焦炭的冷却。铁焦具有如下特征，干馏时直到金属铁生成的阶段为止，铁矿石被还原，利用这些催化剂效果，反应性提高。由于担心水冷方式中金属铁的再氧化，因此，在铁焦制造中不能采用。[专利文献1]日本特公昭56-47234号公报[专利文献2]日本特开昭52-23107号公报[专利文献3]日本特开平6-65579号公报[非专利文献1]燃料协会“焦炭技术年报”1958年，p. 38
发明内容
在铁焦的制造中，如上所述，由于由硅耐火砖构成的焦炉焦炭炉的使用困难，因此认为优选的是使用通过粘土耐火砖构成的立式炉那样的、将和成型焦炭同样的气体作为热介质的、具有多级风口的立式干馏炉。这时，考虑使用也兼具冷却功能的立式连续干馏炉时，现有的成型焦炭用干馏炉中存在需要在炉的中途将气体抽出而设备变得复杂的问题。 另外，铁焦的情况下，需要进行含铁物质的还原，不能直接使用现有的成型焦炭制造方法， 需要再考虑各风口气体量的分配等操作诸要素。另外，在今后的制铁过程中节能化是不可避免的，在铁焦的制造中极力降低必要能量的设计思想变得很有必要。
因此，本发明的目的在于，解决这种现有技术的问题，提供一种在使用立式干馏炉制造冶金用铁焦时可以使设备简单化、节省使用能量的铁焦的制造方法及装置。为了解决这样的问题的本发明具有如下特征。(1) 一种铁焦的制造方法，具有如下工序提供干馏炉的工序，该干馏炉具有炉顶部，且在上部具有干馏区域，在下部具有冷却区域；将由含碳物质和含铁物质构成的成型物装入干馏炉的装入工序；在上述干馏区域将上述成型物进行干馏并制造铁焦的干馏工序；从设置于上述冷却区域的冷却气体吹入风口吹入冷却气体并对上述铁焦进行冷却的冷却工序；从上述炉顶部的排出口排出炉内气体的排出工序，上述干馏工序使在上述冷却区域和铁焦进行热交换后的冷却气体上升到上述干馏区域，从上述干馏区域的下部的高温气体吹入风口吹入高温气体，从上述干馏区域的中间部的低温气体吹入风口吹入低温气体。(2)如(1)所述的铁焦的制造方法，其中，只从炉顶部的排出口进行上述炉内气体的排出。(3)如⑴所述的铁焦的制造方法，其中，还具有使从上述炉顶部的排出口排出的炉内气体向低温气体吹入风口循环的工序。(4)如⑴所述的铁焦的制造方法，其中，还具有使从上述炉顶部的排出口排出的炉内气体向高温气体吹入风口循环的工序。(5)如⑴所述的铁焦的制造方法，其中，还具有使从上述炉顶部的排出口排出的炉内气体向冷却气体吹入风口循环的工序。(6)如(1)所述的铁焦的制造方法，其中，还具有使从上述炉顶部的排出口排出的炉内气体向上述低温气体吹入风口、上述高温气体吹入风口、上述冷却气体吹入风口循环的工序。(7)如⑴所述的铁焦的制造方法，其中，从上述低温气体吹入风口吹入的气体具有400 700°C的温度。(8)如⑴所述的铁焦的制造方法，其中，从上述高温气体吹入风口吹入的气体具有800 1000°C的温度。(9)如⑴所述的铁焦的制造方法，其中，从上述冷却气体吹入风口吹入的气体具有25 80°C的温度。
(10) 一种铁焦的制造装置，用于对含碳物质和含铁物质的成型物进行干馏而连续制造铁焦，所述铁焦的制造装置具有如下单元在上部具有对上述成型物进行干馏的干馏区域且在下部具有对上述成型物进行冷却的冷却区域的干馏炉主体；设置于上述干馏炉主体的炉顶部且用于装入成型物的装入口 ；设置于上述干馏区域的中间部且吹入用于加热成型物的低温气体的低温气体吹入风口 ；设置于上述干馏区域的下部且吹入用于加热成型物的高温气体的高温气体吹入风口 ；冷却气体吹入风口，设置于上述冷却区域的下部，吹入用于冷却铁焦的冷却气体， 使吹入的冷却气体上升到上述冷却区域及上述干馏区域；设置于上述干馏炉主体的炉顶部的用于排出炉内气体的炉内气体的排出口 ；及设置于上述干馏炉主体的下部的铁焦的排出口。(11)如(10)所述的铁焦的制造装置，其中，只从炉顶部的排出口排出上述炉内气体。(12)如(10)所述的铁焦的制造装置，其中，上述干馏炉主体的冷却气体吹入风口位置的水平截面积和高温气体吹入风口位置的水平截面积大致相同。根据本发明，能够实现设备的简略化及能量消耗的降低，能够连续地进行铁焦的制造。由此，能够将反应性较高的铁焦用于高炉操作，具有还原材料比降低的效果。
图1是表示本发明的一实施方式的概略图；图2是表示比较例的实施方式的概略图；图3是表示铁焦干馏过程中的矿石还原反应的各自明细的曲线图；图4是表示铁焦干馏过程中的矿石还原率的温度变化的曲线图；图5是表示本发明中的干馏炉内温度分布计算结果的曲线图；图6是表示比较例中的干馏炉内温度分布计算结果的曲线图；图7是实施例中使用的铁焦的制造试验装置的概略图；图8是表示本发明的干馏温度和低温气体与高温气体的升温所需要的热量的总计的关系的曲线图。
具体实施例方式本发明人等考虑到希望在如上所述的铁焦的制造中不使用焦炉式焦炭炉而是使用也兼备冷却功能的立式连续干馏炉。这时，在现有的成型焦炭用干馏炉中，如图2所示， 需要从干馏炉主体2的中途的冷却气体抽出风口 10抽出气体，设备变得复杂。另外，在此抽出的气体为通过与干馏完成后的高温焦炭进行热交换而升温后的高温气体。在成型焦炭制造工艺中，通过将上述升温后的高温气体从低温气体吹入风口 5向干馏炉中间部导入而进行再利用，但是该过程中可能会产生热损。此外，在制造铁焦时，除煤的干馏外还需要进行氧化铁的还原，与成型焦炭制造相比较，氧化铁的还原在活化的高温部需要热量。推定为如成型焦炭制造那样，暂时将高温气体抽出到炉外而在低温部(干馏炉中间部)再利用的情况在热平衡上并非上策。因此，在本发明中使用如下的铁焦的制造设备，其构成为使用立式干馏炉对含碳物质和含铁物质的成型物连续地进行干馏，在制造在焦炭中生成金属铁的铁焦时，将立式干馏炉的上部作为干馏区域并将下部作为冷却区域，从干馏区域的中间部和下部、冷却区域的下部三处供给热介质气体，且只从炉顶部排出炉内气体，通过去除成型焦炭制造时设置的冷却气体抽出风口而使设备简单化。这种设备的一实施方式如图1所示。图1中，铁焦的制造设备为在上部的干馏区域进行成型物的干馏且在下部的冷却区域进行铁焦的冷却的干馏炉，在干馏炉2的侧方且相当于干馏区域的中间部的位置具有低温气体吹入风口 5，在干馏炉2的侧方且相当于干馏区域的下部的位置具有高温气体吹入风口 6，在干馏炉2的侧方且相当于冷却区域的下部的位置具有冷却气体吹入风口 9，在干馏炉2的炉顶部具有成型物的装入口和炉内气体的排出口，在干馏炉2下部具有铁焦的排出口。在制造铁焦时，含碳物质和含铁物质的成型物使用成型物装入装置1从立式干馏炉主体2的炉顶部装入，在干馏区域干馏后在冷却区域冷却而从下部排出。从低温气体吹入风口 5和高温气体吹入风口 6吹入用于干馏成型物的加热气体。从高温气体吹入风口 6 吹入比从低温气体吹入风口 5吹入的气体温度高的气体。用于冷却铁焦的冷却气体从冷却气体吹入风口 9吹入。吹入的气体只从炉顶部的炉内气体的排出口排出。只从炉顶部排出的炉内气体由循环气体冷却装置3、4冷却，一部分由低温气体加热装置7加热而从低温气体吹入风口 5吹入到炉内、一部分由高温气体加热装置8加热而从高温气体吹入风口 6吹入到炉内、其余部分从冷却气体吹入风口 9吹入到炉内。使用具有设置于这样高度不同的位置的三级风口且除炉顶部以外不具有气体的排出口的立式干馏炉，通过从设置于干馏区域的中间部的风口吹入低温气体、从设置于干馏区域的下部的风口吹入高温气体、从设置于冷却区域的下部的风口吹入冷却气体，从而将含碳物质和含铁物质的成型物连续干馏而制造铁焦。通过如此制造铁焦，能够使铁焦制造中所需要的热量处于低位。从低温气体吹入风口 5吹入的低温气体是为了调整炉顶气体温度及干馏炉内的固体的升温速度而吹入的气体，优选为400 700°C左右。从高温气体吹入风口 6吹入的高温气体是为了向固体的最高温度升温而吹入的气体，优选为800 1000°C左右。从冷却气体吹入风口 9吹入的冷却气体是为了冷却在炉内通过干馏制造的铁焦而吹入的气体，优选为25 80°C左右。下面，对本发明的始末进行详细说明。以下，作为含碳物质使用碳材料即煤、作为含铁物质使用铁矿石(矿石)而进行说明。在铁焦制造中，考虑到不仅是煤的干馏，含有的矿石的还原也需要热量，成型焦炭制造的操作的诸要素不能直接使用。在本发明中，通过对涉及干馏/还原的基础特性的调查、基于此的干馏炉的模拟，研究了铁焦制造时的立式干馏炉操作的诸要素。首先，作为基本的特性，调查了成型物的干馏过程中的铁矿石的还原举动。铁焦制造过程中的氧化铁的还原能够大致区分为由固体碳引起的直接还原(参照下式(1)。)、由煤产生的CO气体及H2气体引起的气体还原(参照下式(2)、式(3)。)。
Fe203+3C — 2Fe+3C0_ Δ H298 = -676. 1 (kcal/kg_Fe203)... (1)Fe203+3H2 — 2Fe+3H20_ Δ H298 = -142. 5 (kcal/kg-Fe203) · · . (2)Fe203+3C0 — 2Fe+3C02- Δ H298 = +42. 0 (kcal/kg-Fe203)... (3)在此，式(1)的直接还原伴随有较大的吸热反应。间歇式小型炉中，通过一边使队流通一边升温来对煤和铁矿石的成型物进行干馏，从排气组成解析上述的还原形态。结果如图3所示。可知在800°C以上由C引起的直接还原(式(1))的比率急增，还原时的吸热量增大。因此，在铁焦制造中，需要补偿800°C以上的吸热反应的操作设计。接着，使用图3的关系、及涉及由实验得到的温度和还原率的图4的关系，通过一维的数学式模型推算炉内的温度分布。关于使用如图1所示的没有冷却气体抽出风口的本发明的铁焦制造设备的壳体的计算结果如图5所示，关于使用如图2所示的具有冷却气体抽出风口 10的现有的成型焦炭制造设备的壳体的计算结果如图6所示。算出满足900°C的区域为1 2小时的目标温度分布的气体条件。在图5中，A为低温气体吹入风口位置，吹入576Nm3/t的500°C的气体，B为高温气体吹入风口位置，吹入1152Nm3/t的980°C的气体，D为冷却气体吹入风口位置，吹入952Nm3/ t的35°C的气体。另外，在图6中，A为低温气体吹入风口位置，吹入514Nm3/t的600°C的气体，B为高温气体吹入风口位置，吹入1740Nm3/t的950°C的气体，C为冷却气体抽出风口位置，抽出 94INmVt的880°C的气体，D为冷却气体吹入风口位置，吹入941Nm7t的35°C的气体。关于具有冷却气体抽出风口 10的图2的现有的设备的壳体，将由炉的下部导入且通过与高温的干馏成型物进行的热交换而升温到900°C附近的气体暂时排出到炉外，因此有时需要从高温气体吹入风口 6向干馏区域的高温部供给必要的热量。因此，与没有冷却气体抽出风口的本发明的图1的壳体相比较，高温气体吹入风口 6的气体量变多。表1中，对于专利文献1所述的使用图2的现有的设备制造成型焦炭的情况和上述研究中的制造铁焦的情况，比较表示以高温气体吹入风口的气体流量为基准的情况下的从低温气体吹入风口的气体流量的比。[表 1]
权利要求
1.一种铁焦的制造方法，具有如下工序提供干馏炉的工序，该干馏炉具有炉顶部，且在上部具有干馏区域，在下部具有冷却区域；将由含碳物质和含铁物质构成的成型物装入干馏炉的装入工序； 在所述干馏区域对所述成型物进行干馏并制造铁焦的干馏工序； 从设置于所述冷却区域的冷却气体吹入风口吹入冷却气体并对所述铁焦进行冷却的冷却工序；从所述炉顶部的排出口排出炉内气体的炉内气体排出工序；及从所述冷却区域下部排出所述铁焦的铁焦排出工序，所述干馏工序使在所述冷却区域和铁焦进行热交换后的冷却气体上升到所述干馏区域，从所述干馏区域的下部的高温气体吹入风口吹入高温气体，从所述干馏区域的中间部的低温气体吹入风口吹入低温气体。
2.如权利要求1所述的铁焦的制造方法，其中， 只从炉顶部的排出口进行所述炉内气体的排出。
3.如权利要求1所述的铁焦的制造方法，其中，还具有使从所述炉顶部的排出口排出的炉内气体向低温气体吹入风口循环的工序。
4.如权利要求1所述的铁焦的制造方法，其中，还具有使从所述炉顶部的排出口排出的炉内气体向高温气体吹入风口循环的工序。
5.如权利要求1所述的铁焦的制造方法，其中，还具有使从所述炉顶部的排出口排出的炉内气体向冷却气体吹入风口循环的工序。
6.如权利要求1所述的铁焦的制造方法，其中，还具有使从所述炉顶部的排出口排出的炉内气体向所述低温气体吹入风口、所述高温气体吹入风口、所述冷却气体吹入风口循环的工序。
7.如权利要求1所述的铁焦的制造方法，其中，从所述低温气体吹入风口吹入的气体具有400 700°C的温度。
8.如权利要求1所述的铁焦的制造方法，其中，从所述高温气体吹入风口吹入的气体具有800 1000°C的温度。
9.如权利要求1所述的铁焦的制造方法，其中，从所述冷却气体吹入风口吹入的气体具有25 80°C的温度。
10.一种铁焦的制造装置，用于对含碳物质和含铁物质的成型物进行干馏而连续制造铁焦，所述铁焦的制造装置具有如下单元在上部具有对所述成型物进行干馏的干馏区域且在下部具有对所述成型物进行冷却的冷却区域的干馏炉主体；设置于所述干馏炉主体的炉顶部且用于装入成型物的装入口；设置于所述干馏区域的中间部且吹入用于加热成型物的低温气体的低温气体吹入风π ；设置于所述干馏区域的下部且吹入用于加热成型物的高温气体的高温气体吹入风π ；冷却气体吹入风口，设置于所述冷却区域的下部，吹入用于冷却铁焦的冷却气体，使吹入的冷却气体上升到所述冷却区域及所述干馏区域；设置于所述干馏炉主体的炉顶部的用于排出炉内气体的炉内气体的排出口 ；及设置于所述干馏炉主体的下部的铁焦的排出口。
11.如权利要求10所述的铁焦的制造装置，其中， 只从炉顶部的排出口排出所述炉内气体。
12.如权利要求10所述的铁焦的制造装置，其中，所述干馏炉主体的冷却气体吹入风口位置的水平截面积和高温气体吹入风口位置的水平截面积大致相同。
全文摘要
一种铁焦的制造方法，铁焦通过如下方式进行制造将由含碳物质和含铁物质构成的成型物装入干馏炉，在干馏区域对所述成型物进行干馏，从设置于冷却区域的冷却气体吹入风口吹入冷却气体，冷却所述铁焦，从所述炉顶部的排出口排出炉内气体，从所述冷却区域下部排出所述铁焦。所述干馏通过如下方式进行使在所述冷却区域和铁焦进行热交换后的冷却气体上升到所述干馏区域，从所述干馏区域的下部的高温气体吹入风口吹入高温气体，从所述干馏区域的中间部的低温气体吹入风口吹入低温气体。
文档编号C10B3/00GK102471693SQ20108003535
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月28日 优先权日2009年8月10日
发明者佐藤健, 山本哲也, 庵屋敷孝思, 藤本英和 申请人:杰富意钢铁株式会社