专利名称：粒状金属铁的制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在还原熔炼含铁矿石等氧化铁和焦炭等碳还原剂的原料制造粒状金属铁时，特别是以高收率和生产效率能制造Fe纯度高、粒径大并且运送及处理容易的粒状金属铁的改进方法。
对于加热含有铁矿石等的氧化铁源和焦炭或煤粉等的碳还原剂的原料，进行固体还原，然后使之加热熔融制造金属铁的方法，例如特开平9-256017号公报及特开平11-335712号公报等已经多有报导。由这些公报可知，如果加热由固体还原所生成的还原铁，渗碳该还原铁，使熔点降低，则能促进熔融，提高金属铁的生产效率。
但是，在这些公报中，虽然报导有在熔融由固体还原所生成的金属铁时，在固体还原工序中分离所产生付产物熔渣并进行凝集能得到Fe含量高的金属铁。但是，没有说明对如何能高收率地把该金属铁制成容易运送及处理的粒度结构的粒状金属铁进行充分地研究。另外，也存在由于原料的质量或配合不同，在固体还原后的熔融工序中金属铁与副产物熔渣不能充分离，致使不能很好进行粒状化，或成含有熔渣的产品，或成极微细的粒状物，使其分离作业变难，并且不能高收率地得到作为制品的合适的粒径范围的产品。
另外，在特开平09-310111号公报中公开了一种在加热还原内含碳材颗粒(丸形团矿)制造还原铁颗粒时，通过能抑制在碳材中所含的挥发成分含量少，防止在加热还原时该颗粒的破坏，使能稳定所得的还原铁的质量及生产效率的技术。但是，在该公报中所公开的发明不是使原料颗粒中的氧化铁熔融进行加热还原制造还原铁，所以虽能提高金属化率本身，但所得的还原铁含大量的熔渣，Fe纯度本身相当低。而且在该发明中，由于是制造未熔融状态的还原铁的方法，所以与得到能除去熔渣成分的高Fe纯度的粒状金属铁的技术不同，当然也不存在高收率制造所需粒度构成的粒状金属铁的问题。
除上述之外，还有很多报导加热还原含氧化铁源和碳还原剂的原料制造还原铁，或加热还原后再进一步使之熔融制造粒状金属铁的方法，但是，在迄今所知包括上述公报所公开的方法制造粒状金属铁的技术中，可以说还没有能综合地考虑作为炼铁和炼钢用或者制造合金钢用的原料的质量及处理性等，并且能确实能作为用于高收率地制造适当粒径范围的粒状金属铁的具体的技术。
另外，对于成为上述的金属铁的制造原料的碳还原剂，理想的是使用如焦炭或油焦炭等加工碳材及如无烟媒、烟煤等含固定碳量高的优质碳材。但是最近，随着优质碳的资源减少不得不使用如褐煤等的低质碳的增多，在使用这些低品位碳作为碳还原剂时，将产生使最终所得的粒状金属铁的质量及收率变低，特别是为得到适当粒度构成的粒状金属铁，产生预料不到的各种问题。
本发明为解决上述问题，其目的是提供一种制造粒状金属铁的方法，这种方法在使用优质的碳材作碳还原剂的情况不用说，就是在使用低质的碳材时也能以高收率和高生产效率地制造Fe纯度高并适当粒度构成的粒状金属铁的方法。
能实现上述目的的本发明的制法，是在还原熔融炉内加热含碳还原剂和含氧化铁物质的原料，固体还原该原料中的氧化铁后，再加热所生成的金属铁，使之熔融，同时分离熔渣成分并使之凝聚制造粒状金属铁，其特征在于使用固定碳含量高的碳还原剂。
作为在实施本发明时所用的上述碳还原剂，固定碳含有率为73％(质量百分比，以下同)以上，而最好为74.5％以上。而所述原料中的挥发成分控制在3.9％以下，更理想的在3.2％以下，并且，对于在该原料的含氧化铁物质中所含的氧化金属成分把碳还原剂的配合量控制在45％以下，而最好在44％以下。另外，如在上述还原熔融炉内，把由固体还原所生成的金属铁熔融时的温度控制在1400℃以上或1460℃以上，则能更高收率地得到粒径比较大的粒状金属铁，作为上述适当固定碳含量范围的碳还原剂，除能单独使用其本身固定碳含量高的碳材之外，也可合用固定碳含量比较多的高质量碳材和固定碳含量少的低质量的碳材，并调整其配合比，并如能确保所规定的固定碳含量，则即使为低质量的碳材，也可无影响地使用，是理想的。另外，在还原熔融炉内由固体还原所生成的金属铁熔融前，如在原料附近装入粉状碳物质，则该粉状碳物能保持在固体还原后期的原料附近的气氛为高还原性，能更可靠地防止所生成的金属铁的再氧化，同时该碳物成为向金属铁渗碳源，能在更低温度高效进行金属铁的熔融和凝聚，并能抑制还原炉的热老化，降低用于运转的热能，更加提高粒状铁的生产效率等，是理想的。
另外，在本发明所得的粒状金属铁的粒径没有特别地限制，但是综合地考虑在生产时所产生副产物熔渣的分离效率，作为制品的运送及容易处理等因素，理想的粒径为2-50mm，而最好为3-40mm范围。这里，所谓粒状金属铁并不一定指球形，可以是包括椭圆形、卵形、或大致扁平形的粒状物的总称，而所谓上述理想的粒径是指大致成球形物的为其直径，椭圆形或卵型物的为长轴和短轴的平均值，另外对于扁平物可为长径与短径及最大厚度之和除3的值，按本发明，能得到粒径3-40mm范围的粒状金属铁的收率为80％以上，而最好为90％以上。
另外，所谓碳还原剂中的固定碳是指按JIS M 8812所定义及测定法的碳成分，挥发成分也按同基准定，如CH4等纸级烃等挥发性有机物及吸附的H2、CO、CO2、水分等，在使用粉尘类作为含氧化铁物质时含有Zn、Pb等。
另外，把从所述还原熔融炉与所述粒状金属铁同时排到炉外的所述原料中的碳还原剂或粉状碳物的一部分或全部作为所述原料中的碳还源剂再利用，也是实施本发明的理想的实施例。
下面对附图进行简单的说明。
图1为表示本发明所用的还原熔融设备的说明图。
图2为沿图1中A-A线剖视图。
图3为表示把图1展开到旋转型炉床的旋转方向的截面说明图。
图4为表示在的把开始熔融时的温度设定在1400℃时的碳材中的固定碳量对粒状金属铁收率的影响的曲线图。
图5为表示在把开始熔融时的温度设定在1460℃时的碳材中的固定碳量对粒状金属铁收率影响的曲线图。
图6为表示在把开始熔融时的温度设定在1400℃时的原料中的挥发成分量对粒状金属铁收率影响的曲线图。
图7为表示在把开始熔融时的温度设定在1460℃时的原料中的挥发成分量对粒状金属铁收率影响的曲线图。
图8为表示在把开始熔融时的温度设定在1400℃时的原料的铁矿石中的T.Fe量与碳量对粒状金属铁收率影响的曲线图。
图9为表示在把开始熔融时的温度设定在1460℃时的原料的铁矿石中的T·Fe量与碳量对粒状金属铁收率影响的曲线图。
图中，1-回转型炉床，2-炉体，3-燃烧器枪，4-原料及副原料装入装置，5-振动送料器，6-排出装置，K隔离墙，C冷却区，H料斗。
在上述的本发明中，在还原熔融含有铁矿石及氧化铁或含有其部分还原物等的氧化铁物质(以下有时称氧化铁源或铁矿石等)和焦炭或煤等的碳还原剂(以下有时称碳材)的原料，再加热所生成的金属铁并使之熔融，同时与所生成副产物熔渣分离并使之凝聚制造粒状金属铁时，特别是对于原料中的氧化铁源，作为起还原剂作用的所述碳还原剂选择使用固定碳量高的作还原剂，并且通过适当地调整对在原料中的挥发成分量或在原料中含氧化铁物质中所含的氧化金属成分与碳还原剂的配合量等，能促进在还原和熔融时的金属铁的熔融和凝聚，并能高收率地得到适当粒度构成的粒状金属铁。
作为这里所使用的原料，如为含上述氧化铁源和碳材，则对其形态无特别地限制，可为这些粉末的均匀混合物或根据需要适当合用粘合剂并形成颗粒，团块或小块状的原料，但是为了以更高收率和高生产效率得到本发明所要的粒径比较大的粒状金属铁，最好使用换算成平均粒径为3-30mm的原料。
下面，参照实施例附图对本发明中所采用的基本制法进行更具体的说明，同时能更加明确决定上述各条件的理由。
图1-图3是表示适用于本发明的由本发明者们所开发的一例移动床型还原熔融炉的说明图，示出具有环形的回转移动床的圆顶型结构的设备。其中图1为其简单示意图，图2为沿图1的A-A线剖视图，图3是为便于理解展开图1的回转移动床的回转移动方向所示的简要截面说明图。图中1为旋转炉床，2为罩住该旋转炉床的炉体，旋转炉床1由未图示的驱动装置以适当速度能旋转驱动地被构成。
在炉体2的壁面上设置多个燃烧器枪3，通过把该燃烧器枪3的燃烧热以及其辐射热传到旋转炉床1上的原料进行该原料的加热还原。图中的炉体2为理想的实例，在炉体2内用1个隔离墙K隔离还原熔融区Z1和冷却区Z2。在该炉体2的回转方向最上流侧临近旋转炉床1设置原料及副原料装入装置4，同时在回转方向最下流侧(由于为旋转结构，所以实际为在装入装置4的正上流侧)设置排出装置6。
作为该加热还原熔融炉的热源，可以使用把气体或重油、微粉碳、废塑料等作为燃料所用的燃烧器加热，或有效利用在炉内所生成的可燃性气体并供给氧气或空气使之燃烧型，或蓄热型燃烧器。另外，为了排出所生成的粒状金属铁，可以采用如螺旋桨或刮板式的任意排出装置，或利用吹气或吸引使之排出的方法。
在运转该还原熔融炉时，以规定的速度使旋转炉床1旋转，在该旋转炉床1上由装入装置4用振动送料器5等把原料或适当厚度地供给。在装入该原料时，通常装入原料为10-40mm，而最好为20-30mm的范围。另外，在使用成型体(颗粒或块)作为原料时，根据其粒径装入单层或叠层3-10层，而最好为3-6层，通过增大相当于单位炉床面积的原料装入量，可提高生产效率。
另外，在以层状装入原料时，如在该原料层的表面形成任意大小的凹凸，则能扩大表面传热有效面积，能更加提高对所装入原料的加热效率，同时由于也能提高对下层原料的加热效率，是理想的。该凹凸的形成可采用例如改变在炉床宽度方向从多个供给口的装入量进行装入的方法，改变从延长炉宽度方向所设置的凹凸状料斗的装入量进行装入的方法，在大致水平装入后用具有凹凸的表面整形部件模仿形成凹凸的方法。
装入到炉床1上的原料，在移动还原熔融区Z1的过程中受到由燃烧器3的燃烧热及辐射热，用原料中所含的氧化铁和碳还原剂的反应所生成的一氧化碳还原氧化铁，所生成的金属铁进一步在富碳的环境下通过加热渗碳进行熔融，分离副反应所生成的熔渣，同时进行凝聚成为粒状的熔融金属铁后，在冷却区Z2用任意的冷却装置C进行冷却和固化，通过设置在其下该侧的排出装置6依次刮出。这时，副反应所生成的熔渣同时被排出，这些经料斗H后通过任意的分离装置(筛选或磁选装置等)进行粒状金属铁和熔渣的分离最后能得到铁纯度为95％以上，更理想的为98％以上，而熔渣成分含量极少的粒状金属铁。
在上述还原和熔融工序中，在过高的还原时(固体还原期)的氛围气温度时，在具体的还原过程的某时期中，当气氛温度超过由原料中的脉石成分或未还原氧化铁等构成的熔渣组成的熔点的高温时，则熔融这些低熔点的的熔渣，与构成移动炉床的耐火材料反应，使之熔损，将不能保持平滑的炉床。另外，在固体还原期加入对氧化铁还原所需以上热量时，则在原料中的铁氧化物中的FeO在被还原前熔融，迅速进行该熔融FeO与碳材料中的碳(C)反应的所谓的熔融还原(在溶融状态进行还原的现象，与固体还原不同)。虽然由该熔融还原也生成金属铁，但是当引起该熔融还原时，则含有流动性高的FeO的熔渣将显著地熔损炉床耐火材料，所以作为实用炉的连续运转变得困难。
这种现象，虽然根据构成原料的铁矿石及碳材或者在粘合剂等中所含的形成熔渣成分的组成不同而变化，但是，当固体还原时的气氛温度超过约1400℃时，则引起上述那样低熔点熔渣的渗出并熔损炉床而火材料，而当超过1500℃时，则与原料铁矿石等的情况无关，进行不理想的上述熔融还原反应，显著地熔损炉床耐火材料，所以固体还原的温度控制在1500℃以下，而最好为1450℃以下是理想的。另外，当该固体还原温度过低时，由于难于高效地进行固体还原，所以理想的为1200℃以上，而最好为1300℃以上。
固体还原后，接着理想的使气氛温度升温50-200℃，提高到1400-1500℃，使由固体还原所生成的金属铁熔融，并凝聚所熔融的金属铁。这时，熔融金属铁相互凝聚并粗大化，该过程排出副反应所生成的熔融熔渣，同时凝聚，所以所凝聚的金属铁成几乎不含熔渣的Fe纯度的制品，冷却凝固后，利用筛选或磁选等分离粒状金属和熔渣，能得到Fe纯度高的粒状金属铁。
另外，由固体还原所生成的金属铁的熔融，通过把气氛温度提高到该金属铁的熔点以上进行，但是，在该熔融开始时的金属铁的附近存在C或CO时，由于金属铁受到渗碳，引起熔点下降，能在更低温度且短时间内进行金属铁的熔融，所以是理想的。即，为了迅速进行该熔融，在固体还原结束后的原料内使残留对渗碳充分量的碳是理想的。该残留碳量可以通过原料中的铁矿石等与碳材的配合比例进行调整。本发明者们由实验得知，在固体还原时的最终还原率几乎达到100％的状态，即在金属化率达到100％的状态，当该固体还原物中的残留碳量(即，剩余碳量)为1.5％以上时，如能确保当初的碳材配合量，则能迅速地使由固体还原所生成的金属铁渗碳，能降低熔点，并且在1300-1500℃的温度区域能迅速熔融。
在无渗碳的情况下，即纯铁的熔融温度为1537℃，如加热到比该温度更高温，虽然能使金属铁熔融，但是，在实用炉中为了减轻炉床耐火材料的热负荷，操作温度控制尽可能低温是理想的。另外，当考虑到副反应所生的熔渣的熔点，操作温度控制在1500℃以下是理想的。
并且，为了高效地使装入到炉内的原料在保持固体状态，同时不引起在该原料中所含的氧化铁的部分熔融下进行还原，采用把炉内温度保持在1200-1500℃，而最好为1200-1400℃的范围进行固体还原，然后把炉内温度提高到1400-1500℃，还原一部分残留的氧化铁，同时使所生成的金属铁熔融和凝聚的2级加热方式是理想的。通过设定这样的条件，能稳定地高收率地制造粒状的金属铁，通常，经10分-13分钟能完成氧化铁的固体还原和熔融及凝聚。
采用上述的方法制造粒状金属铁时，对于在本发明的含有氧化铁物质中作为氧化金属成分起还原剂作用的上述碳还原剂，使用固定碳含量高的碳材，并且使用挥发成分量少的碳材，或者通过特定对于在该碳还原剂的含氧化铁物质中所含的氧化金属成分的使用比率，具有能提高作为粒状金属铁的收率的特征，对此将在下述给予详细的说明。
图4-图9是以后述的实施例所得的实验数据为基础，整理和表示在本发明所定的所述各条件对作为制品的粒状金属铁收率影响的曲线图。在这些图中，为确保适当作为制品的运送及处理性的粒度构成作为基准，以粒径成长到3.35mm以上的粒状金属铁的收率(回收率质量％)进行评价。这里作为含氧化铁物质使用铁矿石，所以这里所含的氧化金属成分为氧化铁。
首先，图4、5为整理和表示作为原料所配合的碳材中的固定碳量对粒状金属铁收率影响的曲线图。其中图4是把受到固体还原的金属铁开始熔融时的温度设定在1400℃时的结果，而图5是把该温度设定在1460℃时的结果。由这些图可知，作为粒状金属铁的收率根据熔融的开始温度不同而有很大变化。在把熔融开始温度设定在1400℃时，碳材中的固定碳量在74％的前后收率急激上升，如固定碳量使用74.5％以上的碳材，能确保目标粒度构成的粒状金属铁的收率约为80％以上，而当该固定碳量约为75％以上，则能确保90％以上的收率。与此相比，在把熔融开始温度设定在1460℃时，如图5所示，碳材中的固定碳量从72％的前后收率急激上升，如使用固定碳量约为73％以上的碳材，则能确保目标粒度构成的粒状金属铁的收率约为80％以上，当该固定碳量约为73.5％以上时，可知能确保90％以上的高收率。由这些结果可知，在使用固定碳量为73％以上的碳材时，通过把熔融开始温度设定在1460％以上，能以80％以上收率制造合适粒子径的金属铁，而在使用固定碳量为74.5％级以上的优质的碳材时，即使熔融开始温度降低到1400℃程度，也能确保充分的收率。
另外，当上述碳材的固定碳量为73％以上或为74.5％水平以上时，可单独使用该碳材。另外，即使固定碳量当不到73％的低品位的碳，用与固定碳含有量高的高品位碳合用，如能确保上述合适的固定碳量作为总量，则能无碍使用，其结果，即使是难于单独使用的低品位碳也能有效的利用。
其次，图6、7是整理和表示原料中的挥发成分量对粒状金属铁的收率的影响的曲线图，其中，图6是把受到固体还原的金属铁开始熔融时的温度设定为1400℃时的结果，而图7是把同温度设定在1460℃时的结果。如从这些图可知，在这种情况作为粒状金属铁的收率根据熔融开始时的温度不同而有相当地变化，在熔融开始温度设定在1400℃时，当挥发成分量超过3.2％时，则收率急激降低，如挥发成分量为3.2％，则能得到80％以上的收率，如挥发成分量为2.9％以下，则能确保90％水平以上的高收率。与此相对，当把熔融开始温度设定在1460℃时，如图7所示，当该挥发成分量超过3.9％水平时，则收率显著地降低，但是如为3.9％以下，则能得到80％以上的收率，如把挥发成分量控制在3.7％水平以下，能确保90％水平以上的高收率。由这些结果可知，在上述挥发成分量为3.8％水平时，通过把熔融开始温度设定在1460℃以上，能以80％以上的高收率制造适当粒子径的金属铁，而在挥发成分量为3.2％水平以下时，即使把熔融开始温度降低到1400℃程度，也能确保充分的收率。
另外，图8、9整理和表示作为原料所配合的含氧化铁物质(铁矿石)中的氧化金属成分(氧化铁成分TFe)与碳材量对粒状金属铁收率影响的曲线图，其中图8是把受到固体还原的金属铁开始熔融时的温度设定在1460℃时的结果，而图9是把同温度设定在1400℃时的结果。由这些图可知，这时作为粒状金属铁的收率根据熔融开始时的温度不同而有相当变化，在把熔融开始温度设定在1400℃时，上述碳材量为大约44.2％以上，收率急剧降低，如该碳材量为44％以下，则能得到80％以上的收率，如把该碳材量控制在43.6％程度以下，则能确保90％水平以上的高收率。与此相对，在把熔融开始温度设定在1460℃时，如图8所示，当该碳材量超过45％水平，则收率显著降低，但是如控制到45％以下，则能得到80％以上的收率，并且如把碳材量控制到44.8％水平以下，则能确保90％水平以上的高收率。从这些结果可知，在上述碳材量为45％水平时，通过把熔融开始时的温度设定在1460℃以上，能以80％以上的高收率制造合适粒子径的金属铁，而在该碳材量为44％水平以下时，即使把熔融开始温度降低到1400℃，也能确保充分的收率。
但是，在本发明的实施例所用的还原熔融炉中，大多采用燃烧器加热原料。这时，在固体还原时通过装入炉内的原料中的氧化铁源和碳材的反应产生大量的CO气体，所以通过从原料所放出的上述CO气的封闭效果能保持充分的还原性气氛。
在从固体还原时的后半部到末期，由于上述CO气体的产生量急速地减少，降低了自封闭作用，容易受到由于燃烧器加热所产生的燃烧排气(CO2及H2O等的氧化性气体)的影响，被还原的金属铁容易受到再氧化。另外，在固体还原结束后，由于在原料中残留碳对还原铁的渗碳的熔点降低，进行微小金属铁的熔融和凝聚，在这阶段由于缺乏所述自封闭作用，所以金属铁容易受到再氧化。
因此，为了及时地抑制这种再氧化同时高效地进行固体还原后的熔融和凝聚，适当控制熔融区域的气氛气体组成是是理想的。作为理想的方法，可列举在把上述的原料装入炉床上前，在炉床上装入粉状碳物质，或者在原料为成型物时的其表面预先附着碳粉的方法。即，在炉床面上装入粉状碳物质，或者在其表面附着碳物质，则固体还原这些原料后，在熔融开始时，直接与由燃烧器燃烧所生成的氧化性气体(CO2或H2O)反应，使这些气体被还原成CO或H2等的还原性气体，所以能把由固体还原所生成的金属铁的附近保持高还原性气氛，能有效地防止金属铁的再氧化。而且，这些粉状碳物质对于所生成的金属铁成为渗碳源，更加缩短对金属铁的渗碳和熔融所需的时间，能发挥促进粒状化的作用，所以是理想的。
为了有效地发挥上述碳物质的作用效果，作为预先装入炉床上的上述粉状碳物质，使用粒径为3mm以下，理想的为2mm以下，而最好为0.3-1.5mm范围的微细化物质，并且理想地装入厚度可为2-7mm，而最好为3-6mm。另外，在成形原料所使用时其表面附着时，其附着量对于该成型物设定为1-10质量％，而最好为3-7质量％。但是，该粉状碳物质也可在其效果最有效的熔融开始时间之前从上方落下装入。
由上述方法所得的粒状金属铁为排出副反应所生成的熔渣，同时凝聚的制品，所以几乎不含熔渣成分为Fe纯度非常高的制品，该粒状金属铁被送到电炉或转炉等已知的炼钢设备作为铁源使用。为了把这些作为炼钢原料使用，尽可能降低碳[S]的含量是理想的。在所述金属铁的制造工序中，对尽可能地除去含在铁矿石或碳材中的S成分并应得到低[S]的粒状金属铁进行了研究，结果确认在原料调制阶段与铁矿石及碳材同时积极地配合适量的CaO源(除生石灰之外，含有消石灰或碳酸钙等)，并使附加在铁矿石等中所含的脉石成分等的熔渣形成成分的原料中所含的全部熔渣形成成分的碱度(即CaO/SiO2比)为0.6-1.8，而最好为0.9-1.5的范围进行调整成分，则可以确认能使最终所得的粒状金属铁中的S含量为0.1％以下，并且最好降低到0.05％以下。
顺便提一下，作为碳还原剂在最普通所用的煤中通常含有约0.2-1.0％的S，这些[S]的大部分进入到金属铁中。另一方面，在不进行积极添加CaO源的碱度调整时，由于铁矿石的品种等是相当不同的，从原料中所含的熔渣形成成分所计算出的碱度大约为0.3以下，在这样低碱度的熔渣中，在固体还原或者其后的熔融和凝聚过程中不可避免S混入(加硫)到粒状金属铁中，在原料中所含的全部[S]中大约85％进入到粒状金属铁中。其结果，粒状金属铁的[S]量为0.1-0.2％的非常高的值，有损作为粒状金属铁的质量。
但是，在上述的原料调制阶段，如通过主动添加CaO源把熔渣形成的组成调整成碱度为0.6-1.8的范围，则在固体还原及渗碳和凝聚时副反应所生成的熔渣中固定上述[S]，其结果能大幅度地把粒状金属铁的[S]量降低到0.050-0.080％的水平。该低S化的原理可被认为是在原料中所含的[S]与CaO反应()，并作为CaS被固定。
在本发明中所使用的原料，如上所述，可使用含有氧化铁源和碳材的均匀混合物或根据在这些混合物中合用少量的粘合剂(膨润土或淀粉等)并凝结成适当大小的粒状物，或作为颗粒、块等的成型体使用。在作成型体时，可采用例如使用盘式造粒机、圆盘型造粒机、滚筒型造粒机等常用的成型法。
另外，成为原料的氧化铁源除铁矿石之外，包含轧制氧化铁皮等广义氧化铁，例如，也可包含高炉粉尘或电炉粉尘、炼钢粉尘等物质。并且，根据铁矿石地不同，除氧化铁以外，也有含如Ni、Cr、Mn等其它金属的氧化物，当然，也可为包含这些以外的金属氧化物成分的物质。另外，对碳还原剂的种类无特别地限制，除最普通的煤粉或焦炭粉以外也可使用木炭粉等。作为根据需要所配合的粘合剂，可举膨润土或淀粉等，但是不受这些的限制。并且在原料混合物中，如作为熔渣形成成分的碱度调整用使含有适量的CaO源(生石灰、消石灰、碳酸钙等)，则这些作为脱硫剂起作用，并把在原料混合物中所含的S作为CaS固定在熔渣中，能得到S含量低的粒状金属铁，所以是理想的。
另外，在固体还原工序中，作为调整到副反应所生成的熔渣的熔点用，根据在原料中所含的熔渣形成性成分的组成适量加入如石灰石、消石灰、碳酸钙的钙源或二氧化硅、氧化铝等是有效的。
在向炉床面上供给原料方面不采用特别的方法，例如可采用料斗或振动送料器、滚筒送料器等送出，并使用导槽或导管、倾斜板进行供给的方法。
另外，在层状装入原料时，在原料层的表面沿纵向和/或横向形成任意形状的山部和谷部成凹凸状，通过扩大表面积提高从上方的燃烧器加热或辐射热的加热效率能提高原料整体的加热效率，同时，也能提高对下层原料的传热效率，所以是理想的。该凹凸的理想形状或大小、间距等根据积层厚度不同而变化，所以不能有同样的规定，但是可以认为理想的高度(山顶部到谷底部的间隔)为5-30mm，而最好为10-30mm的范围，理想的间距(相邻的山顶部问的宽度)为10-100mm，而最好为10-70mm的范围。对该凹凸的形成法没有特别的限制，例如可任意选择在炉床宽度方向从多个供给口改变装入量的方法，从在炉床宽度方向延长设置的凹凸状料斗改变装入厚度的装入方法，在几乎水平装入后用带有凹凸形状的表面整形部模仿形成凹凸的方法等，均可适用。
另外，作为原料使用成型物时，根据其大小不同特别是在炉床上叠层装入时，由于叠层负荷有压坏成型物的情况，因此使用平均粒径为1-10mm，而最好为3-7mm的成型物是理想的，如为这样比较小直径的成型体，则即使叠层装入因叠层压力压坏的可能性也少，并且热传导迅速，在加热初期就能迅速地干燥，所以可以直接把未干燥的成型物供给到炉床上。另外，为了能更可靠地防止由于装入时冲撞或叠层负荷的破损，所以至少预先干燥该成型物的表层后进行装入是理想的。
另外，在装入上述原料时，如采用在炉床上敷设粉状碳物质后装入原料，或者在使用成型物时，在该成型物的表面附着碳物质后装入炉床上的方法，则能，例如1.提高上述碳物质在固体还原时的原料附近气氛气体的还原性并能更高效地进行固体还原；2.使该碳物质渗碳到固体还原后的金属铁中，并使其熔点降低，促进熔融和凝聚；3.该碳物质能抑制熔融金属铁向炉床表面附着并促进粒状化；
4.在叠层进行装入原料时，通过该碳物质补充易引起下层侧的还原不足，提高总体固体还原率；5.由于该下层侧的还原不足、产生的FeO作用并迅速地还原FeO，所以也能抑制含有显著地熔损炉床耐火材料的FeO的熔融熔渣的生成，谋求延长炉床寿命；6.在把原料作成成型物使用时，如使其表面涂满碳物质地附着，则能防止相互附着或向装入用料斗等的附着，所以在未干燥状态也能装入该原料成型物。
作为这里所用的碳物质，可任选煤粉、焦炭粉、木炭粉等使用。另外，作为在炉床上面所敷设的碳物质能更有效地发挥上述作用的理想的粒径为平均粒径2mm以下，而最好为1.5mm以下。另外，在原料成型物的表面附着碳物质时，可采用使在表面涂满平均粒径为0.3mm以下的碳物质附着的方法，使碳物质分散在水等的分散剂中使之喷射附着的方法。
另外，有从还原熔融炉与粒状金属铁一起排出上述碳物质或原料中的碳还原剂(在装入到炉内时作为粉装入，在炉内原料颗粒粉化时所产生的物质)的情况，但是，这些可以作为碳还原剂再使用。这些一度在炉内曝露在高温下并除去挥发成分，所以成为优质量的原料。
实施例以下，通过实施例具体地说明本发明的构成及作用效果，但是本发明不受下述实施例限制，只要在本发明的技术范围内进行适当的变化都能进行实施，这些都包含在本发明的技术范围内。
实施例1作为氧化铁源及碳材使用下述成分组成的物质，并使用图1-图3所示的旋转炉床型还原熔融炉，按下述条件进行粒状金属铁的制造实验。
氧化铁源铁矿石主要成分T·Fe68.1％，Al2O30.5％，SiO21.4％，平均粒径50μm。
碳还原剂碳材(1)固定碳量71.6％，挥发成分量19.6％，平均粒径30μm，
碳材(2)固定碳量77.0％，挥发成分量9.4％，平均粒径30μm。
原料调制把上述氧化铁源与碳材(1)、(2)按下述表1所示的质量比配合并均匀地混合后，用盘型造粒装置把粒径调制成16-19mm的粒状原料。
实验法把上述粒状原料装入到旋转炉床型还原熔融炉中成厚度约20mm，通过燃烧器加热，在4分钟从原料装入开始迅速升温到1100℃，在约1350℃进行固体还原后，把熔融开始部的温度调整到约1400℃或约1460℃的温度，在冷却部(利用设置在炉床下部的水冷水套)冷却熔融和凝聚的金属铁得到粒状金属铁。装入原料后到把粒状金属铁取出到炉外为止的时间约为10-12分钟。取出到炉外的粒状金属铁，通过磁选装置与同时排出的副产物熔渣的凝聚物分离并只含有粒状铁后，再使用筛网为3.35mm的筛子分离粗粒物和微粒物，求出粒径为3.35mm以上的粗粒物的收率。
把原料的配合组成或含固定碳含量、挥发物含量等诸项及收率汇集表1。根据表1的结果为基础，分别把“碳材中的固定碳量对粒状金属铁收率的影响”示于表2、3及图4、5中，把“原料中的挥发成分量对粒状金属铁的收率的影响”示于表4、5及图6、7中，把“相对铁矿石中的氧化铁成分(T·Fe)与碳材量对粒状金属铁收率的影响”示于表6、7及图8、9中。
表1
*粒径为3.35mm以上的粒状金属铁的收率。
表2
表3
表4
表5
表6
表7
从这些结果进行考察如上述用图4-9所说明的。总之，可以确认(1)在使用固定碳量为73％以上的碳材时，通过把熔融开始时的温度设定在1460℃以上程度，能以80％以上的高收率制造合适粒子径的金属铁，如使用固定碳量为74.5％水平以上优质碳材，则即使熔融开始温度降低到1400℃，也能确保充分的收率；(2)在原料中的挥发成分量为3.9％水平时，通过把熔融开始时的温度设定在1460℃以上，能以80％以上的高收率制造合适粒子径的金属铁，在挥发量为3.2％水平以下时，即使熔融开始温度降低到1400℃，也能得到充分的收率；(3)在对于铁矿石中氧化铁成分(T·Fe)的碳材量为45％水平时，通过把熔融开始时的温度设定在1460℃以上能以80％以上的高效率制造合适粒子径的金属铁，在该碳材量为44％水平以下时，即使熔融开始温度降低到1400℃，也能确保充分的收率。
按以上所构成的本发明，在加热还原含氧化铁源和碳还原剂制造粒状金属铁时，使用固定碳量及挥发成分量特定的碳材作为该原料，或者进一步通过适当地调整对氧化铁源与碳材的配合量能以高收率高生产效率地制造适于作为制品的运送或处理的粒度结构的粒状金属铁。
权利要求
1.一种粒状金属的制法，是在还原熔融炉内加热含碳还原剂和含氧化铁物质的原料，固体还原该原料中的氧化铁后，再加热生成的金属铁并使之熔融，同时分离熔渣成分并使之凝聚制造粒状金属铁，其特征在于使用固定碳含有率高的碳还原剂。
2.根据权利要求1所述的制法，其特征在于所述碳还原剂的固定碳含有率为73质量％以上。
3.根据权利要求2所述的制法，其特征在于所述碳还原剂的固定碳含有率为74.5质量％以上。
4.根据权利要求1-3中任意项所述的制法，其特征在于所述原料中的挥发成分量为3.9质量％以下。
5.根据权利要求4所述的制法，其特征在于所述原料中的挥发成分量为3.2质量％以下。
6.根据权利要求1-5中任意项所述的制法，其特征在于对于在所述原料中的含氧化铁物质中所含的氧化金属成分把碳还原剂的配合量控制在45质量％以下。
7.根据权利要求6所述的制法，其特征在于对于在所述原料中的含氧化铁物质中所含的氧化金属成分把碳还原剂的配合量控制在44质量％以下。
8.根据权利要求2、4或6所述的制法，其特征在于在所述还原熔融炉中，把在熔融由固体还原所生成的金属铁时的温度为1460℃以上。
9.根据权利要求3、5或7所述的制法，其特征在于在所述还原熔融炉中，把在熔融由固体还原所生成的金属铁时的温度为1400℃以上。
10.根据权利要求1-9中任意项所述的制法，其特征在于作为所述碳还原剂，合用固定碳量多的碳材和固定碳量少的碳材，通过调整它们的配合比得到规定的固定碳含有率。
11.根据权利要求1-10中任意项所述的制法，其特征在于在还原熔融炉内熔融由固体还原所生成的金属铁前，在原料附近装入粉状碳物质。
12.根据权利要求1-11中任意项所述的制法，其特征在于以80％以上的收率能得到粒径3-40mm范围的粒状金属铁。
13.根据权利要求1-11中任意项所述的制法，其特征在于以90％以上的收率能得到粒径3-40mm范围的粒状金属铁。
14.根据权利要求1-13中任意项所述的制法，其特征在于在所述原料中配合熔渣熔点调整剂到，并把在还原熔融工序中所生成的熔渣的熔点调整到1400℃以下。
15.根据权利要求1-14中任意项所述的制法，其特征在于把从还原熔融炉向炉外所排出的所述原料中的碳还原剂或者粉状碳物质的一部分或全部与所述粒状金属铁一起作为所述原料中的碳还原剂再利用。
全文摘要
一种粒状金属铁的制法是在还原熔融炉内加热含有碳还原剂和含氧化铁物质的原料,固体还原该原料中的氧化铁后,再加热所生成的金属铁使之熔融,同时与熔渣成分分离并使之凝聚制造粒状金属铁。所述碳还原剂使用固定碳含有率为73%以上,且原料中的挥发成分量为3.9%以下的碳材,对在该原料的含氧化铁物质中所含的氧化金属成分,可控制碳还原剂的配合量为45%以下。该制法能高收率高生产效率地制造Fe纯度高粒径大易处理的粒状金属铁。
文档编号C21B11/00GK1335412SQ0112958
公开日2002年2月13日 申请日期2001年6月28日 优先权日2000年6月28日
发明者菊池晶一, 谷垣恭广, 德田耕司, 土屋脩, 伊东修三 申请人:米德雷克斯国际公司苏黎世分公司