用于生产还原金属和其中混有含碳材料的团块的方法

专利名称：用于生产还原金属和其中混有含碳材料的团块的方法
技术领域：
本发明涉及一种生产还原金属和其中混有含碳材料的团块的方法，其通过烧结金属氧化物诸如铁矿石和煤炭的粉末混合物而制备。具体地说，本发明涉及一种方法，利用高挥发物含量的煤炭，即高VM煤，还原之后生产具有高抗碎强度的还原金属，以及涉及上述方法使用的其中混有含碳材料的团块。
背景技术：
根据已知生产还原铁的方法，粉矿或块矿以固相在逆流竖炉(counterflow shaft furnace)中利用天然气重整制备的还原性气体还原，生产还原铁。然而，该方法需要大量昂贵的天然气作为还原剂，并且一般具有局限，如选择厂址限于生产天然气的区域。
因此，利用煤炭代替作为还原剂的天然气的生产方法，近来引起人们的关注。煤炭是相对价格比较低廉，并且在选择厂址上较少受地理限制。利用煤炭作为还原剂生产还原铁的方法由如下所述的已知方法例证。一种含有金属氧化物诸如氧化铁的原料与一种含碳材料混合，随后干燥混合物并在此条件下烧结，以便产生挥发物。该挥发物的功能用作粘结剂，加热干燥的混合物，压缩以制备生坯。该生坯给料到转底炉并在2,150°F～2,350°F(1,177℃～1,288℃)加热还原5～12分钟，生产还原铁。
根据该方法，如果煤炭中用作粘结剂的挥发物的含量低于20质量％，生坯需要另外的有机粘结剂。如果挥发物的含量为20～30质量％，生坯需要10,000lb/in2(703kg/cm2)以上压缩和800°F(427℃)加热。如果挥发物的含量超过30质量％，生坯仅仅需要10,000lb/in2(703kg/cm2)以上压缩。该含碳材料优选使用一种具有高固定碳含量且挥发物含量为约20质量％或更多的煤炭，如烟煤。
如果由转底炉卸出的还原铁具有2～10质量％的过量碳含量，该过量的碳有利于提高还原速率，促进完全还原。另外，该过量的碳可用作电炉炼钢的碳。
因为该生坯(以下也称为其中混有含碳材料的团块)是多孔的，含碳材料和金属氧化物诸如铁矿石之间不能够充分接触，并因而表现出低的热导率和低的还原速率。已经有人尝试这样的方法，其中在软化熔化时显示出较低的最大流动性的含碳材料用于其中混有含碳材料的团块中，所述团块与金属氧化物(即铁矿石)中粒度为10微米或更小的高含量细小氧化铁颗粒结合以增加氧化铁颗粒之间的接触数目。根据这种方法，即使该含碳材料在软化熔化时显示出较低的最大流动性，氧化铁微粒之间的接触面积也可增加，从而增强其中混有含碳材料的团块内部的热导率。这样就导致由于热还原而金属化的颗粒之间的大量接触，以促进颗粒烧结，提供高强度的还原铁。
然而，如果含有约2～10质量％残余碳的还原铁在约10,000lb/in2(703kg/cm2)生产，一般必定使用具有高固定碳含量的含碳材料用于提高元素铁的含量以确保足够的还原铁强度。上述用于生产还原铁的方法看来需要高固定碳含量且挥发物含量可达35质量％的高等级烟煤。
此类具有高质量和高固定碳含量的高级烟煤，由于较少的储备和有限来源引起高成本的问题。另一方面，具有低固定碳含量的煤炭，包括亚烟煤和其它比亚烟煤较低煤化程度的品级煤，由于大的储备、无限的来源和低成本是潜在的用于炼钢的原材料。然而，如果使用具有低固定碳含量的亚烟煤，或较低煤化程度的煤炭诸如褐煤，则该含碳材料对氧化铁即铁矿石粉末的混合比必须提高；固定碳非常有助于金属氧化物诸如氧化铁的还原。
增加煤化程度低的煤的含量会导致元素铁在生坯中含量的相应减少。结合强度的降低归因于诸如还原烧结，并因此降低了还原铁的强度。降低强度的还原铁在冲击时例如从带有卸料装置的转底炉中卸出时变成粉末。粉末化的还原铁，具有增加的比表面积，容易通过接触氧化性气体诸如二氧化碳和转底炉中的蒸汽而再氧化。因而所得还原铁作为半成品价值很低，并因为它的粉未形式而表现出差的处理性质。此外，不幸地，低堆积密度的粉末化还原铁因为该粉末飘飞在渣层上，而不能在熔化炉中融化。
另一方面，减少低固定碳含量的含碳材料含量得到更高的还原铁强度。然而，在这种情况下，金属氧化物诸如氧化铁不能充分还原，因为有助于还原的固定碳含量不够。如果，例如，低残余碳含量的还原铁熔化生产熔融金属，则必须向熔融金属中添加含碳材料以获得需要的碳含量。由于其低产量，向熔融金属中添加的碳提高了含碳材料的消耗，因而可能无法获得目标的碳浓度。
根据该其中粒度为10微米或更小的细小氧化铁微粒的比例增加的方法，当含碳材料的最大流动性降低时，粒度为10微米或更小的氧化铁微粒含量必须提高。该方法需要额外的步骤，用于提供更细小的微粒。单独使用粒度大于10微米的粗糙氧化铁粒子不能提供高强度的还原铁。
本发明集中于以上相关技术方面的问题。本发明目的是提供其中混有含碳材料的团块，其通过广泛分布、丰富产出且价格较低廉的高VM煤制备，并且在不使用更细小的金属氧化物粒子的情况下提供高强度还原金属，而且也提供使用团块生产还原金属的方法。

发明内容
为达到上述目的，本发明提供下列实施方案。
一种根据本发明生产还原金属的方法，包括在2t/cm2或更大的情况下，模制由高VM煤制备的含碳材料和含有金属氧化物的待还原原料，以形成其中混有所述含碳材料的团块，其中所述高VM煤含有35质量％或更多挥发物；以及在转底炉中加热其中混有所述含碳材料的团块，以高温下还原所述团块。
含有35质量％或更多挥发物的相对低煤化程度的煤炭是广泛地、丰富地分布在全世界，并因此价格较低廉。使用此类煤炭降低生产其中混有含碳材料的团块的成本，并消除在选择厂址上的限制。另外，在高VM煤中含有的挥发物可用作转底炉中加热其中混有含碳材料的团块时的燃料。高VM煤可因此节省向燃烧炉提供的燃料。其中混有相对低煤化程度煤的团块可以在至少2t/cm2下形成，以获得明显较低的孔隙率，以提高在该团块中的热传递。结果，该还原金属的烧结有效地在整个团块区域进行，生产高强度的还原金属。还原铁在冲击时例如当从带有卸料装置的转底炉中卸出时不会变成粉末。这就消除了再氧化和在渣层上漂浮的上述问题，这是在熔化炉中一直未解决的问题。
还原金属还可以由混合含有35质量％或更多挥发物的高VM煤制得的含碳材料和含有金属氧化物的待还原原料生产；在压力辊每单位长度(cm)为2t或更大的情况下，混合物压块形成其中混有含碳材料的团块，并在转底炉中加热该其中混有含碳材料的团块，从而在高温下还原该团块。
例如，当使用一种高压辊式压制机时，混合物可以在压力辊每单位长度(cm)为2t或更大的情况下压块，以提供其中混有含碳材料的团块，该团块具有相当低的孔隙率、高密度、均匀的颗粒形状和高温还原后必要的强度。混合物还可以压块形成其它适合于熔化步骤的形状，如杏仁状和枕块。确切地说，施加在每一压块上的压力随该压力辊的转速而变化，可是压块上的压力可以由压块机在操作中正常辊转速(2～30rpm)时每辊长度的压力代表。
待还原原料可以含有金属氧化物如氧化铁，氧化镍，氧化铬，氧化锰或二氧化钛。
钢厂废物，包括高炉灰和转炉烟尘，含有金属如铁或镍可以形成其中混有含碳材料的团块。这样资源可重复利用。在原料中含有二氧化钛、其它氧化物如氧化铁的情况下，作为杂质包含在原料中被还原为还原金属如元素铁。例如，当该还原金属被装入例如熔化炉时，不被还原的二氧化钛从还原金属中作为矿渣被分离，以至于高浓度的二氧化钛和还原金属可以分别地回收。二氧化钛和还原金属还可以在后面描述的加热熔化处理和结块处理之后分离，而不是在熔化炉中分离。经过这些处理，还原金属形成矿块，可被研磨成粉以分离还原金属和二氧化钛。
该还原金属优选含有1质量％或更多的残余碳。在高温还原后，未还原的金属氧化物保留从转底炉中卸出的还原金属中。包含于还原金属中的残余碳在下游步骤的熔化炉中还原所述未还原的金属氧化物。一般说来，如果还原铁中含有的残余碳含量低于1质量％，未还原的金属氧化物可能不能充分地还原。根据该含碳材料的挥发物含量和固定碳含量，残余碳含量可以通过改变金属氧化物和含碳材料之间的混合比而加以调节。
与待还原原料混合的含碳材料优选是部分或完全不加热的。
上述加热是指在约400℃～1,000℃碳化含碳材料的高温热处理。不经过此类热处理，可形成其中混有未硬化的含碳材料的团块以获得明显较低的孔隙率、高密度和因此获得需要的强度。尽管上述热处理的温度条件变化取决于含碳材料的类型，在将含碳材料研磨成粉和干燥的步骤中在200℃或更低温度下的加热并不假定为如上的热处理。此类简单为了加热的干燥是可接受的，因为它基本上不产生碳化和硬化效应。
由上述任何一个方法生产的还原金属优选进一步加热和熔化。
该还原金属可以被加热熔化以分离矿渣和进料中含有的金属组分，即含碳材料和待还原原料。该分离得到具有最小化的不必要矿渣含量的还原金属。转底炉中高温还原后，加热和熔化处理可以连续地进行。
通过上述的加热熔化处理熔化的还原金属可导致结块形成矿块。
因为上述的还原金属是由研磨成粉的含碳材料和金属氧化物的混合物产生的，因此细小的还原金属微粒分散在团块中。熔化的还原金属微粒在冷却步骤由于它们自己的表面张力而结块，形成还原金属矿块。此类还原金属矿块在，例如，运输和向熔化炉中装料中提供较高的处理性能。该熔化还原金属可以通过例如将其携带到比如不受转底炉中卸料装置侧的燃烧器加热的区域，或携带到其中在诸如在炉顶提供有冷却装置比如水冷夹套的冷却区域中进行冷却。
根据本发明其中混有含碳材料的团块由含碳材料和含有金属氧化物的待还原原料组成。使用的含碳材料是含有35质量％或更多挥发物的高VM煤。该团块在加压下形成，以使它的孔隙率可以减少到35％或更低。
如上所述，其中混有含有35质量％或更多挥发物的高VM煤的团块可在加压下形成，以使团块的孔隙率减少到约35％或更低。孔隙率的减少促进了在高温还原步骤中团块内部的热传递，以便于还原金属的烧结在整个团块区域有效地进行，以生产具有高抗碎强度的还原金属。


图1是示出根据本发明的一个实施例，含碳材料类型对于残余碳含量和还原铁抗碎强度之间关系的影响的图；图2是示出含碳材料类型对于其中混有含碳材料的团块的模制压力与还原铁抗碎强度之间关系的影响的图；图3是示出含碳材料类型对于团块的模制压力和孔隙率之间关系的影响的图；图4是示出含碳材料类型对于团块的模制压力和表观密度之间关系的影响的图；图5是示出模制压力对于残余碳含量和还原铁的抗碎强度之间关系的影响的图；图6是示出在相关技术中，含碳材料类型对于残余碳含量和还原铁的抗碎强度之间关系的影响的图。
具体实施例方式
在本发明中，含有35质量％或更多挥发物的高VM煤用作含碳材料。该高VM煤和铁矿石，即金属氧化物，被粉碎机或研磨机粉碎，并以还原后残余碳含量是1质量％或更多、优选2质量％或更多的混合量用混合器混合。该混合物供应在例如高压辊式压制机的一对辊之间。该对辊在它的表面上有凹穴用作形成团块的模型。铁矿石与高VM煤的混合物在需要的压力下压缩，即高压辊式压制机每辊长度(cm)为2t或更大，优选3t/cm或更大，以制备具有约35％或更小孔隙率的压坯。
该其中混有含碳材料的团块一般是装料到用燃烧器加热的转底炉中，并在高温下即约1,300℃加热还原，以生产还原铁。然后该还原铁从转底炉卸出，并在电炉或熔化炉使用矿物燃料加热熔融以生产生铁。
其中混有含碳材料的团块由粉状的含碳材料和铁矿石的混合物制成。当该团块在高温下还原，生产的还原铁以细小颗粒形式分散在压坯中。在高温还原完成后，该压坯可在转底炉中连续加热以熔化所得的还原铁。该熔化使矿渣与属于待还原原料的进料(即含碳材料和铁矿石)中含有的金属组分分离，以提供不必要矿渣含量最小化的还原铁。
另外，该熔化还原铁可以在比如不受转底炉中卸料装置侧的燃烧器加热的区域冷却，或在诸如在炉顶提供有冷却装置比如水冷夹套的冷却区域中进行冷却。该冷却使熔化的还原铁由于自身的表面张力结块形成矿块。
如上所述，其中混有含碳材料的团块的孔隙率通过高温还原前的加压模制减小，并通过以上的加热和熔化处理以及结块处理进一步减小。随后，该金属化还原铁在诸如电炉中融化。因为该还原铁具有低孔隙率，邻近的还原铁微粒容易结合并结块形成大的铁矿块。较大铁矿块的形成导致少量精细还原铁微粒难于回收，因为从转底炉卸料后，这些微粒分散在矿渣中或过度细小的缘故。这样促进了元素铁和矿渣的分离，并减少铁的损失，从而获得更高的产率。
如果含碳材料具有流动性，可以通过加压模制减少其中混有含碳材料的团块的孔隙率，以使含碳材料和铁矿石微粒在高温还原步骤更紧密地结合。紧密结合提高团块内部的热传递速率，因而提供较高的还原速率，并且即使在固相中，也能通过烧结促进还原铁微粒凝结以在上述加热和熔化处理后易于凝结形成矿块。
该还原铁产品不局限于一种普通的海绵状还原铁；它还可以以粉末、矿块或片状形式提供。另外，该产品可以以熔融金属或熔化后固化的固体金属形式提供。该金属氧化物不必局限于铁矿石，并且相应地还原金属不局限于还原铁。
如果一种含有二氧化钛的原料被还原，则含有的金属氧化物诸如氧化铁作为杂质被还原形成还原金属如还原铁。当该还原金属被送入例如熔化炉中时，不被还原的二氧化钛作为矿渣从还原金属中分离，以至于高浓度的二氧化钛和还原金属可以单独回收。该分离不必仅在熔化炉中进行；上述加热和熔化处理及结块处理之后，含在还原金属中的元素铁形成矿块，该矿快可被粉末化，以分离出元素铁和二氧化钛。
另外，因为含碳材料具有高挥发物含量，因此过量的挥发物可以回收，并在转底炉中需要燃料供应的炉床位置循环用作燃料，从而使此类节能可减少对原始燃料的需求。
实施例本发明将通过下面的实施例具体描述，但它们不是限制本发明；在符合上下文所述精神的范围内可以对其进行适当的改进，并且所有的这些改进都包括在本发明的技术范围内。在下面的描述中，除非另有规定，否则“％”指“质量％”。
下面实施例中显示的各个组分的性质通过下列方法测定灰分含量(％)根据JIS M8812(日本工业标准“煤和焦炭--近似分析方法(Coal and coke--Methods for proximate analysis)”)测量。
挥发物含量(％)同上。
固定碳含量(％)由“100％-灰分含量(％)-挥发物含量(％)”计算。
最大流动性[log(DDPM)]根据JIS M8801“煤--测试方法”的流动性试验方法测定。
抗碎强度(kg/压坯)根据ISO4700测量，其中压坯压缩之前处于最稳定取向(具体地说，具有28mm长，20mm宽和最大厚度为11mm的压坯在厚度方向上被压缩)。
实施例1组成见下面表1的含碳材料(高VM煤A，高VM煤B和烟煤C)被粉状化，以便约80％或更多的微粒具有200目或更小的粒度。铁矿石也被研磨成约1,500cm2/g的Blaine细度。每一含碳材料和铁矿石以不同比率混合以提供在直接还原铁中不同的残余碳含量(即，DRI残余碳含量)。混合物使用包括枕头形状的袋子、228mm辊直径和70mm辊长度(辊身长度)的试验压坯机以2.5t/cm(每辊长度)压缩，形成枕型的其中混有含碳材料的团块(压坯)。该团块横截面是椭圆形，长度35mm，宽度25mm，最大厚度13mm，体积6cm3。
表1

上述制备的压坯在转底炉中约1,300℃的氮气氛下，进行高温还原。图1是示出直接还原铁(长28mm，宽20mm，最大厚度11mm)的所得DRI残余碳含量(％)和抗碎强度，即DRI抗碎强度(kg/压坯)，之间关系的图。
图1表明，当使用的任何含碳材料的含量减少以使DRI残余碳含量降低时，DRI抗碎强度提高。在DRI残余碳含量相同的情况下，高VM煤，即高VM煤A和高VM煤B比烟煤C具有更低的DRI抗碎强度。这两个高VM煤中，高VM煤A具有较低的DRI抗碎强度，因为它的固定碳的含量较低，并因此不得不混入相对较高的比率以获得相同的DRI残余碳含量。因此，使用高VM煤生产的DRI(直接还原铁)具有较低的抗碎强度。例如，如果用高VM煤获得需要的DRI抗碎强度，即40kg/压坯，则该残余碳含量必定比使用烟煤生产的DRI低。如上所述，低的DRI残余碳含量导致未还原的金属氧化物，即氧化铁，在下游步骤的熔化炉中还原不充分。因此，即使使用高VM煤，也必需一定的残余碳含量。
其次，组分见以上表1的含碳材料(高VM煤B和碳化煤D)和铁矿石被粉状化，以便所有微粒当中约80％具有约200目或更小的粒度。每一含碳材料和铁矿石以各种比率混合，每一混合物5g给料入内径20mm的圆筒并通过柱塞压缩形成直径20mm、6.7～8.8mm高的圆柱形片。该片高度取决于模制压力而不同。
然后将该片放置在转底炉中，在约1,300℃于氮气氛下，经受高温还原九分钟，以生产还原铁(具有16～17mm直径和5.5～7.5mm高度)。图2是示出在圆柱形片上的模制压力(即片模制压力)和还原铁的抗碎强度(即DRI抗碎强度)(kg/片)之间关系的图。图3示出使用表1所示的高VM煤B和碳化煤D生产圆柱形片的模制压力与该片的孔隙率之间的关系图。图4所示为片模制压力与片表观密度(g/cm3)之间关系。该DRI残余碳含量大约2％。
图2到4表明使用高VM煤B生产的片上的片模制压力越高，提供的孔隙率约低、表观密度约高，因此DRI抗碎强度越高。在片模制压力为5～6t/cm2(490～588MPa)时，孔隙率和表观密度基本上恒定。另外，如图3所示，当片模制压力增加到约1t/cm2(98MPa)时，孔隙率减少到约35％。因此，片成形过程中，当使用约1t/cm2(98MPa)的压力时，孔隙率从约45％(在基本上不使用压力，即50kg/cm2(4.9MPa)的情况下的孔隙率)减少到约35％。也就是说，孔隙率的减少量约为孔隙率最大减少量的一半，所述孔隙率最大减少量可以通过提高压力获得(最低孔隙率约25％)。
此外，根据图2，在片模制压力为1t/cm2(98MPa)或更大时，DRI抗碎强度超过可使用的水平，即10kg/片，而在片模制压力为2t/cm2(196MPa)或更大时超过优选的水平，即15kg/片，此时，孔隙率的减少量大于孔隙率最大减少量的一半。因此，孔隙率的减少有效促进片(其中混有含碳材料的团块)内部的热传递，以便还原金属的烧结在整个团块区域有效进行，从而生产具有高强度的还原金属。
另一方面，因为烟煤C由于挥发物含量低而具有低孔隙率，因此即使在1t/cm2(98MPa)或更低的片模制压力下，烟煤C也提供超过15kg/片的DRI抗碎强度。相反，通过在约450℃碳化高VM煤B制备的碳化煤D，不能通过提高片模制压力获得高DRI抗碎强度。因为碳化反应提高了该煤炭的硬度，因此片模制压力的增加没有导致孔隙率充分减少或表观密度有效增加。
当圆柱形片的抗碎强度根据ISO(国际标准组织)4700测量时，负荷施加于该片的侧面。因此抗碎强度的不同取决于片的长度。因为每一片材料，即含碳材料和铁矿石的混合物的重量被固定为5g，因此片的体积或柱体的长度根据含碳材料的类型而有稍微的不同。然而，实验证实，5g原料在模制压力1t/cm2时生产的片的DRI抗碎强度几乎等于在模制压力1t/cm时形成的体积为6cm3压坯的DRI抗碎强度。因此，在图2水平轴所示的片模制压力(t/cm2)可假定为压坯压力(t/cm)。
因此，图2所示的关系可以假定为压坯压力(t/cm)和DRI抗碎强度(kg/片)之间的关系。采用压坯机在压坯压力为2t/cm或更大时生产的片，可以假定为具有DRI抗碎强度超过优选的DRI抗碎强度，即15kg/片。另外，在3t/cm或更大的模制压力生产的片，可以假定为具有超过20kg/片的DRI抗碎强度。更优选这种高的模制压力范围，因为达到上述强度范围的片可显著地改进还原铁运输过程中受冲击时的抗粉末化性能。
实施例2使用实施例1所示的高VM煤B和碳化煤D。使用该高VM煤B，以在2.5和6.5t/cm下形成其中混有含碳材料的压坯，所述压坯体积为6cm3。将这些压坯放置在转底炉中，在约1,300℃于氮气氛下，经受高温还原约九分钟。图5所示为DRI残余碳含量(质量％)和DRI抗碎强度(kg/压坯)之间关系的图。图5表明在相同残余碳含量的情况下，压坯压力越高，即6.5t/cm，所获得的DRI抗碎强度越高，这种情况有助于未还原金属氧化物即氧化铁在下游步骤的熔化炉中还原。这意味着即使该高VM煤含量被提高确保需要的DRI残余碳含量，具有高抗碎强度的还原铁也可以通过提高压坯压力用高VM煤生产。例如，如果使用表1所示的含有约41％挥发物和约50质量％固定碳的高VM煤B，则其中混有含碳材料的压坯可以在6.5t/cm压坯压力下形成，以生产DRI残余碳含量为5％和需要的DRI抗碎强度即约40kg/压坯的还原铁。
然而，较高的模制压力，增加了辊式压制机的轧辊磨损量，并因此提高了维修费。考虑到需要的DRI抗碎强度水平和生产成本，可以确定最适宜的模制压力模制压力优选2.5～10t/cm。
比较实施例组成见表1的含碳材料(高VM煤B和烟煤C)和铁矿石被粉状化，以使所有微粒当中约80％具有约200目或更小的粒度。每种含碳材料和铁矿石被混合并用制粒机(造粒机)碎成直径17mm的粒料。这些粒料在转底炉中，约1,300℃于氮气氛下，经受高温还原以生产还原铁。图6所示为DRI残余碳含量(％)和DRI抗碎强度(kg/粒料)之间关系的图。对于具有低挥发物含量的烟煤C，随DRI残余碳含量的减少，DRI抗碎强度显著地提高并超过需要的抗碎强度，即15kg/粒料。对于具有高挥发物含量的高VM煤B，随DRI残余碳含量减少，DRI抗碎强度倾向于轻微地提高，但不能达到需要的抗碎强度，即15kg/粒料，因为在成粒作用中低的压缩压力和孔隙率降低少的缘故。
实施例3制备其中混有流动性为零的含碳材料的压坯，并在转底炉中还原。下面表2中表明氧化铁中10微米或更小粒度的氧化物颗粒含量、还原铁的抗碎强度与小于6mm还原铁的细物比率之间的关系。该表还表明使用的含碳材料(见以上表1)的类型、含碳材料和铁矿石的含量以及还原铁的金属化比例及残余碳含量。在与上述实施例1和2相同的条件下，即在约1,300℃于氮气氛下还原约九分钟，其中混有含碳材料的压坯在转底炉中还原。所使用的含碳材料流动性为零。
表2

如上所述，根据已知技术，如果使用流动性为零的煤炭，15质量％或更多的粒度为10微米或更小的氧化铁微粒需要将小于6mm的还原铁的细物的比率减小到实际上可接受的程度，即10质量％或更低。对于每个使用2.5t/cm的压坯压力的实施例，粒度为10微米或更小的氧化铁微粒的含量低于15％，并且细物的比率低于10％。另外，孔隙率低于35％，DRI抗碎强度超过需要程度，即40kg/压坯。使用低压坯压力，即0.2t/cm的比较实施例，粒度为10微米或更小的氧化铁颗粒含量低于15％，因此细物比率极高，即约68％。另外，孔隙率超过40％，DRI抗碎强度约为34kg/压坯，低于需要的水平，即40kg/压坯。
如上所述，待还原原料还可以是例如氧化镍，氧化铬或氧化锰。另外，含有重金属如氧化锌或氧化铅的原料可以被还原，但是由于重金属在还原时挥发，因此其应使用袋式收尘器在高浓度回收。
工业实用性如上所述，根据本发明，其中混有含碳材料的团块使用含有35％或更多挥发物的高VM煤在至少2t/cm2压力下形成，以获得显著低的孔隙率。这促进高温还原步骤时转底炉中团块内部的热传递，以使还原金属的烧结在整个团块区域有效地进行，从而生产具有高抗碎强度的还原金属。即使使用没有流动性的含碳材料或增加高VM煤的含量以确保需要的残余碳含量，也可以生产此类具有高抗碎强度的还原金属。从转底炉卸料时，还原铁不会变成粉末，因此消除在熔炉中一直未解决的再氧化和在炉渣层上漂浮的问题。
因此，高强度还原铁可以使用含有大量挥发物的高VM煤生产，高VM煤广泛地并丰富地分布在地球上，并且价格比较低廉。该还原铁可有效地作为生产钢和铁合金的生铁使用，或在铁合金生产中用作与碎片一起装料的预还原材料。
权利要求
1.一种用于生产还原金属的方法，包括将含有高VM煤的含碳材料与一种含有金属氧化物的待还原原料混合，所述高VM煤含有35质量％或更多的挥发物；在2t/cm2或更大下，模制所述混合物以形成其中混有含碳材料的团块；以及，在转底炉中加热所述其中混有含碳材料的团块，以在高温下还原所述团块。
2.如权利要求1所述的生产还原金属的方法，其中所述待还原原料含有金属氧化物，如氧化铁，氧化镍，氧化铬，氧化锰或二氧化钛。
3.如权利要求1所述的生产还原金属的方法，其中所述还原金属含有1质量％或更多的残余碳。
4.如权利要求1所述的生产还原金属的方法，其中与待还原原料混合的所述含碳材料是部分地或完全地未加热的。
5.一种用于生产还原金属的方法，包括加热和熔化根据权利要求1所述的方法生产的还原金属。
6.一种用于生产还原金属的方法，包括使通过根据权利要求5所述的所述加热和熔化处理熔化的还原金属结块成为矿块。
7.一种用于生产还原金属的方法，包括使含有高VM煤的含碳材料与含有金属氧化物的待还原原料混合，其中所述高VM煤含有35质量％或更多的挥发物；在压坯辊每单位长度(cm)为2t或更大压力下，将所述混合物进行压坯，以形成其中混有含碳材料的团块；和，在转底炉中加热所述其中混有含碳材料的团块，以在高温下还原所述团块。
8.如权利要求7所述的生产还原金属的方法，其中所述待还原原料含有金属氧化物如氧化铁，氧化镍，氧化铬，氧化锰或二氧化钛。
9.如权利要求7所述的生产还原金属的方法，其中所述还原金属含有1质量％或更多的残余碳。
10.如权利要求7所述的生产还原金属的方法，其中与所述待还原原料混合的所述含碳材料是部分地或完全未加热的。
11.一种用于生产还原金属的方法，包括加热和熔化通过根据权利要求7所述的方法生产的还原金属。
12.一种用于生产还原金属的方法，包括使通过根据权利要求11所述的加热和熔化处理熔化的还原金属结块形成矿块。
13.其中混有含碳材料的团块，所述团块包括含碳材料和含有金属氧化物的待还原原料，所述含碳材料包括含有35质量％或更多挥发物的高VM煤，所述团块在压力下形成，以使它的孔隙率减少到35％或更少。
14.一种还原金属，其通过如下方法生产在底转炉中加热如权利要求13所述的其中混有含碳材料的团块，以在高温下还原所述团块。
全文摘要
本发明提供其中混有含碳材料的团块和使用该团块生产还原金属的方法。这些团块采用广泛分布、丰富产出且价格比较低廉的高VM煤制备，在不需要更细的金属氧化物微粒的情况下，这些团块在还原之后可提供高强度。该团块由含碳材料和含有金属氧化物的待还原原料如铁矿石制备。所使用的含碳材料是高VM煤，其含有35质量％或更多的挥发物。该团块在至少2t/cm
文档编号C22B34/32GK1759192SQ20048000669
公开日2006年4月12日 申请日期2004年2月9日 优先权日2003年3月10日
发明者原田孝夫, 田中英年 申请人:株式会社神户制钢所