专利名称：金属铁的制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及所谓直接还原炼铁法的改良，S卩加热铁矿石的氧化铁和煤等的碳质还原剂的混合球团等而还原氧化铁来制造金属铣铁的技术的改良，详细地说，就是以通过上述制造过程中的机理分析而得到的新的认知为基础，向金属铁制造工艺中导入新的控制方法。
背景技术：
直接还原炼铁法与高炉法相比较，作为能够以绝对性地小规模且节能的条件下实施的划时代的炼铁法正在发展，近年来被称为ITmk3(第三代炼铁法)的优异的制法得到确立。现在，实际工厂的建设和根据该装置所制造的粒状金属铁(通称为铁粒)的商品化(例如作为电炉炼钢用的铁源的利用)被推进。若简单地说明该方法，则其能够使用在高炉法中难以使用的煤作为碳质还原剂，以其中加入铁矿石等氧化铁的混合物的球团作为原料， 借助由该球团中的碳质还原剂生成的还原性气氛来还原氧化铁，由此在该球团上使金属铁外皮生成且生长，进行固体状态下的还原，直至球团中实质上不再存在氧化铁，再继续加热而使其内部作为副产物生成的熔渣流出到金属铁外皮的外侧。将如此得到的金属铁和熔渣冷却固化，粉碎熔渣并且通过磁选或筛选区分凝固成粒状的金属，或者加热熔融，根据比重差分离成铁水和熔渣，若是如此，则能够得到作为金属铁为95质量％以上，更高为98质量％以上的高纯度的制品。在实施上述方法时，通过使经过加热还原而生成的金属铁外皮进一步加热熔融， 使内部的熔融渣向金属铁外皮之外流出，但从节能的观点出发，为了使金属铁外皮以尽可能低的温度熔融，优选向构成金属铁外皮的铁的晶格内供给/渗入碳(以下仅称为“渗碳”) 而成为碳含量多的铁，由此使该金属铁外皮的熔融降低。关于这种炼铁法，本发明者们早先提出过专利文献1、专利文献2所述的方法，其后又对于直接还原炼铁法的改良进行了研究。专利文献1所述的技术，是以如下内容为要点的方法即，对于上述球团状原料混合物通过加热/还原/熔融而制造金属铁时，控制含有多成分系脉石成分的生成熔渣的固液共存相中的液相率，由此促进向金属铁外皮中的渗碳，从而使金属铁的熔点降低。在该方法以前的现有技术中，从来自铁矿石等的脉石成分全部熔融时的熔点这一观点出发，提出调节作为副产物生成熔渣的碱度的控制方法，但根据专利文献1的方法，期待于在生成熔渣中部分存在的液相的作用，而不是产生使熔渣的全部熔融的状态，由于其一部分液化，导致所形成的状态是，液相率高的熔渣与碳质还原剂共存，如果是这样，则可确认向作为固体的金属铁外皮的渗碳高效率地进行。其机理被认为是，通过提高熔渣成为固液共存状态时的液相率，该液相部分发挥出载体的作用，通过碳质还原剂使液相熔渣中的氧化铁熔融还原，所得到的含碳熔融铁润湿金属铁的表面而进行接触，由此使渗碳得到促进。专利文献2在着眼于上述生成熔渣这一点上相同，该方法其基本思想是以如下内容为要点即，控制该熔渣中的升温过程的初期阶段的初期熔融渣的生成温度。该方法的所谓初期熔融渣的生成温度，是根据由如下三者构成的多元成分系平衡相图决定的值存在于原料混合物球团中的铁矿石中的脉石成分；碳质还原剂中的灰分；还原中途阶段或作为未还原成分氧化铁。即，在现有的直接还原炼铁方法中，将进行固体状态下的还原，直至球团中实质上不存在氧化铁作为指标之一，而在该方法中，将未还原而残存的氧化铁纳入多成分系平衡相图并加以控制。在此，未还原的氧化铁熔融而熔渣化，被碳还原而生成碳饱和铁，该碳饱和铁成为碳的载体而促进渗碳。作为专利文献2的具体实施中的控制目标，是决定最终得到的金属铁的目标碳浓度，基于上述多成分系平衡相图计算初期熔融渣的生成温度。如果有需要，则也能够再添加其他脉石成分来控制初期熔融渣的生成温度。在该方法中，结果所能够得到的成果是，能够将熔渣的初期熔融温度控制得低，由此可以实施更低温下的操作，其结果是能够进行更低温下的渗碳，使金属铁的熔点快速降低，能够有助于操作整体的节能，并且通过控制碳浓度，还能够得到的优点是，根据碳含量调节制品金属铁的品质。先行技术文献专利文献专利文献1 日本特开2005-048197号公报专利文献2 日本特开2007-191736号公报但是，本发明者们对于上述的渗碳过程更深入进行研究的结果是，以往基本上前提是以气体渗碳和经由熔融氧化铁的渗碳发挥中心的作用，但进一步研究直接还原工序中的动态的机理时，则加深了如下认识，即作为新的视点，需要重视由I^e3C进行的渗碳这一步骤的控制法的确立。因此，进一步对于控制由!^e3C进行的渗碳的方法进行研究时，设想到可以根据所使用的煤的品位控制渗碳的方法，从而完成了本发明。
发明内容
S卩，本发明伴随由!^e3C进行渗碳这一机理的发现，着眼于有助于!^e3C生成的碳质还原剂，具体来说，其目的在于确立一种具体的方法，就是着眼于来自碳质还原剂的CO、 CO2, H2这样的气体成分，从而能够控制渗碳。本发明的要旨如下所示。(1) 一种加热、还原含有碳质还原剂和含氧化铁物质的原料混合物来制造金属铁的方法，其中，所述碳质还原剂含有20 60质量％的挥发成分，所述碳质还原剂产生的气体为CO-CO2-H2系气体，并包括如下工序在含有所述CO-CO2-H2系气体的气氛下加热所述原料混合物，从而生成固体I^e3C的工序；熔融该!^e3C的工序；和经由该熔融!^e3C对还原铁渗碳的工序。(2)根据上述(1)所述的金属铁的制法，其中，作为所述碳质还原剂，使用一种或两种以上的碳质物质，使所述CO-CO2-H2系气体的H2/C0摩尔比为2 4。(3)根据上述⑴或(2)所述的金属铁的制法，其中，所述生成固体!^e3C的工序， 包括在300 1147°C的温度区域保持所述原料混合物5 60分钟的工序，所述熔融!^e3C 的工序，包括至少加热温度到达1250°C为止，以100K/分以上的速度升温的工序。(4)根据上述⑴ (3)中任一项所述的金属铁的制法，其中，在所述熔融!^e3C的工序后，还包括升温至1300 1500°C的温度区域的工序。(5)根据上述(1) 中任一项所述的金属铁的制法，其中，在所述生成固体 Fe3C的工序之前，包括使所述碳质还原剂挥发成分气化而生成CO-CO2-H2系气体的工序。(6)根据上述⑴ (5)中任一项所述的金属铁的制法，其中，包括在原料混合物中添加溶剂，使所述还原铁的制造过程中作为副产物生成的熔渣的CaO/SiA的值为0. 6 1. 2。(7)根据上述⑴ (5)中任一项所述的金属铁的制法，其中，包括使原料混合物的最高加热温度，低于在所述还原铁的制造过程中作为副产物生成的熔渣的熔融温度，破碎原料混合物，通过磁选从固体状的熔渣和粒状铁的混杂物回收粒状铁的工序。(8)根据上述(1) (5)中任一项所述的金属铁的制法，其中，在制成原料混合物前，干馏所述碳质还原剂，将挥发成分调整到20 60质量％。在本发明中，与现有的方法相比，可以使用更常用的碳质物质，并且可以在比以往更低的操作温度进行还原操作，高效果地将氧化铁还原成金属铁并且进行渗碳，在更低温侧从熔渣高效率地分离生成的高含碳金属铁，能够以高产出率制造碳浓度得到控制的金属铁。
图1是例示移动炉床式加热还原炉的概略工序说明图。图2是表示ΡΗ2/Ρα^Π来自原料混合物的生成物的质量比的关系的图。图3是表示!^e-C-H-O系的亚稳相的图。图4是表示原料混合试料的反应时间和还原铁的熔融开始温度等的关系的图。图5是表示原料混合试料的反应时间和还原铁的熔融开始温度等的关系的图。图6是以!^e-C 二元系相图表示还原铁的熔融温度和总碳量的关系的图。图7是表示铁-碳系的稳定系、亚稳系的状态的图。
具体实施例方式本发明是以加热铁矿石等氧化铁和煤等的碳质还原剂的原料混合物而还原氧化铁制造金属铁的技术，所谓直接还原炼铁法为基础，特别是在如下点具有特征，即通过调整碳质还原剂的挥发成分，从原料混合物高效率地生成!^e3C,经由该!^e3C使向还原铁的渗碳速度提高。具体来说，本发明涉及如下金属铁的制法(1)是加热、还原含有碳质还原剂和含氧化铁物质的原料混合物来制造金属铁的方法；(2)碳质还原剂含有20 60质量％的挥发成分；(3)使碳质还原剂产生的气体为CO-CO2-H2系气体；(4)包括如下工序在含有 CO-CO2-H2系气体的气氛下加热所述原料混合物，从而生成固体!^e3C的工序；熔融该!^e3C的工序；和经由熔融!^e3C对还原铁渗碳的工序。以下，就其详情按(1) 的顺序进行说明。(1)加热、还原原料混合物而制造金属铁的方法在本发明的金属铁的制造中，含有碳质还原剂和含氧化铁物质的原料混合物，是碳质还原剂和含氧化铁物质的直接混合粉体，或经后述的团块化机构团块化而成。作为团块化机构，使用压块用压力机(滚轮压力机、辊式压制机、环-辊压力机)等，除了使用压力机以外，还能够使用压出机、旋转型造粒机(盘式造粒机、圆筒造粒机等)等公知的各种设备。团块物的形状没有特别限制，能够采用块状、粒状、煤饼状、颗粒状、棒状等各种形状。将上述团块物还原熔融而制造粒状金属铁，对于具体的还原熔融方法没有特别限定，使用公知的还原熔融炉即可。以下，列举的示例是使用移动炉床式加热还原炉制造粒状金属铁的情况，但并没有限定为此的意思。图1是例示移动炉床式加热还原炉的概略工序说明图，显示的是旋转炉床式的加热还原炉。在旋转炉床式加热还原炉A中，上述团块物1和优选作为底层炉料被供给的粉粒状的碳质物质2，通过装料漏斗3，被连续地装入到旋转炉床4上。更详细地说，在团块物 1装入之前，预先从装料漏斗3装入粉粒状的碳质物质2铺设在旋转炉床4上，在其上装入团块物1。在图示例中，显示的是团块物1和碳质物质2的装入共用一个装料漏斗3的例子，但当然也可以使用两个以上的漏斗装入它们。另外，作为底层炉料被装入的碳质物质2，在提高还原效率，并且调节所得到的粒状金属铁的邻域的还原性气氛而增进低硫化上也极其有效，但根据情况也可以省略。图示的旋转炉床式加热还原炉A的旋转炉床4沿逆时针方向旋转，虽然根据操作条件而有所不同，但大约10至20分左右旋转1圈，其间在团块物1中所含的氧化铁被固体还原，同时生成i^3C。关于详情后述，若通过升温!^e3C熔融，则其与残留碳质还原剂一起对于还原铁进行渗碳，熔点降低，凝集成粒状，并且与作为副产物生成的熔渣分离，由此成为粒状金属粒。即，该还原炉A的旋转炉床4的上方侧壁和/或炉顶部设有多个燃烧器5，通过该燃烧器5的燃烧热或其辐射热向炉床部供给热量。被装入到由耐火材构成的旋转炉床4上的原料混合物1，在该炉床4上、于还原炉 A内做周向移动，其间被来自燃烧器5的燃烧热和辐射热加热，在通过该还原炉A内的加热带期间，该团块物1内的氧化铁被固体还原/渗碳后，一边与作为副产物生成的熔融渣分离，并且一边受到由残余的碳质还原剂进行的渗碳而软化，凝集成粒状而成为粒状金属铁 9，在旋转炉床4的下游侧区段被冷却固化后，由螺杆等排出装置6从炉床上排出。图1中 7表示排气管道，8表示漏斗。若在旋转炉床上的加热还原进行，团块物中的氧化铁的还原大致完毕，则生成相当于纯铁的高铁纯度的还原铁，但是在加热还原工序中生成的还原铁粒子，被在团块物内生成的熔融I^e3C(详情后述)以及残余的碳质还原剂急速地渗碳。于是，还原铁中[C]量增加，随之而来的是熔点大幅降低，在1147°C开始熔融，进一步加热(例如1300 1500°C ) 时，微细粒状的还原铁彼此相互凝集，由此最终成为大粒的粒状金属铁。在该熔融-凝集过程中，团块物内所含的熔渣形成成分也熔融，一边相互凝集一边与粒状金属铁分离。还有， 即使凝集进行而粒状金属铁不一定大粒化，在金属铁小粒的状态下，也可以破碎(粉碎)随熔渣一起冷却固化的混合物，通过磁选取出金属铁小粒。(2)挥发成分20 60质量％为了有效地使有助于!^e3C生成的CO-CO2-H2系气体发生，作为碳质还原剂使用具有挥发成分的。为了有效地使CO-CO2-H2系气体的这一效果发挥，需要碳质还原剂含有挥发成分20质量％以上。挥发成分的下限值优选为25质量％以上，更优选为30质量％以上。另一方面，若挥发成分的含量过多，则还原效率降低，因此挥发成分的上限值例如优选 60质量％，更优选为55质量％以下，进一步优选为50质量％以下。作为碳质还原剂，可以使用满足所述挥发成分的含量的一种碳质还原剂，也可以混合挥发成分的含有率不同的两种以上的碳质物质(例如烟煤、褐煤等)，从而调节挥发成分的含有比例。另外，使用挥发成分的含量率高的碳质物质时，在制成原料混合物之前，也可以至少将其一部分装入干馏炉进行干馏，以调节挥发成分使之达到20 60质量％。(3) CO-CO2-H2 系气体(a)如上述，CO-CO2-H2系气体有效地有助于!^e3C的生成，用于金属铁的制造工序中的气氛气体。在本发明中，所谓CO-CO2-H2系气体，意思是含有CO气、(X)2气、H2气合计95 摩尔％以上的气体。CO气、CO2气、H2气的合计量优选为98摩尔％以上，更优选为99摩尔％ 以上。本发明者们不仅使用CO-CO2-H2系气体，而且在使用CO气、CO-CO2系气体进行了各种实验时，在这些气体系下也确认到I^e3C的生成，但与使用CO-CO2-H2系气体的情况相比较，Fe3C的生成效率不良。(b)根据本发明者们的研究表明，为了更高效率地生成Fe53C,优选使CO-CO2-H2系气体中的H2气和CO气的摩尔比(H2/C0)调节到一定的范围内。图2是在含有碳质还原剂和含氧化铁的原料混合物放置的气氛中，着眼于吐气和CO气，调查摩尔比( 的分压Ph2/ CO的分压PJ与来自所述原料混合物的生成物^^!^{、(^^煤烟))的质量比的关系的实验结果。温度条件为900[K] (627[°C])。由图2可知，关于煤烟的生成比例，ΡΗ2/Ρω的值为1时最多。关于C含量非常高而达到6. 7质量％的!^e3C的生成举动，如果从一般的观点出发，则认为显示出与煤烟的生成同样的倾向，但出乎预料是I^e3C的生成比例极大的情况不是PH2/Pro的值为1时，而是高两个点的3时。根据以上，如果至少使ΡΗ2/Ρω的值为2 4，则能够高效率地生成i^3C。为了如此调节还原气氛的分压，可以将挥发成分的含量满足前述分压的条件的一种碳质物质， 或发挥发成分含量的比例不同的两种以上的碳质物质(例如烟煤、褐煤等)混合使用。还有，CO气和CO2气之中，使用CO气的分压规定上述范围的理由如下。CO2气从碳质还原剂中所含的氧生成而获得，但若CO2气多，则阻碍从F^O3向Fi53O4的还原，即，在阻碍 I^e3O4的生成的方向上起作用。图3是表示 ^-C-H-O系的亚稳相(压力1.013Χ105[Ι^]，温度800[Κ])的图。图3的左侧为H2的含有比，右侧为氧的含有比，上侧未图示，但表示碳的含有比。由图3可知，在⑶-吐线(虚线)附近是!^e3C生成的稳定区域，但在CO2-H2线(同为虚线)附近，本来是磁铁矿(Fe53O4)的稳定区域，若吐浓度高，则从动力学的观点出发，可以生成i^3C。但是，可知(X)2气对于!^e3C的生成几乎没有帮助。还有，如果还原气氛中有大量的(X)2气体存在，则就有那么多的CO气体被稀释化， 但根据本发明者们的研究，无论是气氛温度为800K的情况下，还是900K的情况下，在气体量比H2/ (C0+C02) = 1时，即使将CO气体的分压Pro/ (PCO+Pco2)减少至0. 4，也能够制造Fe^C。 若添加氢而将气体量比提高到H2/ (C0+C02) =3.9,则确认到形成!^e3C不依存于CO和(X)2的比例。这意味着，若还原气氛中存在H2，则即使(X)2存在一些，即，即使降低CO气体的分压 Pm/(Pm+PcJ ,Fe3C 仍会生成。
(4)固体!^e3C的生成，!^e3C的熔融·由！^e3C进行的渗碳(4-1)固体！^e3C 的生成在还原炉等中，通过加热含有碳质还原剂和含氧化铁物质的原料混合物，从含氧化铁物质生成固体i^3C。作为固体!^e3C的生成条件，例如是优选将原料混合物加热至300 1147°C的温度区域。以挥发成分的气化完毕为目标，在所述温度区域保持5分钟以上，从生产效率方面出发，优选例如保持60分钟以下(不需要以恒定温度保持，在前述温度区域内维持温度)。温度条件的下限更优选为400°C，更优选为500°C，上限更优选为1100°C，更优选为1000°C，进一步优选为900°C。保持时间的下限更优选为10分钟，进一步优选为15分钟，上限更优选为40分钟，进一步优选为30分钟。另外，在该固体!^e3C的生成工序之前，也可以另行存在使碳质还原剂的挥发成分脱挥的工序。在将炉内温度适宜保持在适合挥发成分的气化的温度的区域，通过使 CO-CO2-H2系气体发生，可以高效率地进行固体!^e3C的生成。(4-2) Fe3C的熔融·由熔融!^e3C进行的渗碳其后，若急速加热含有!^e3C的原料混合物，则可知即使在比较低的温度(1250°C ) 下，也会生成液状的!^e3C(熔融Fe53C)。进行急速加热的理由在于，以低速加热原料混合物时，根据!^e-C相图，莱氏体共晶和石墨析出，有可能得不到在本发明中需要的液体i^3C。在此，所谓急速加热，如后述，意思是例如以100K/分以上(优选为200K/分以上，更优选为 300K/分以上)的速度升温。还有，本发明者们之所以能够确信在原料混合物中存在熔融!^e3C,是因为以液氮将上述急速加热至1250°C的原料混合物进行急速冷却时，在固体中观察到i^e3C。在缓冷却原料混合物时，根据相图，析出软片石墨、W”y7 A卜)，因此不能推测 1250°C以上的原料混合物的组成状态。用于熔融!^e3C的加热温度优选为1250°C以上。为了更确实的使!^e3C熔融，优选为 1260°C以上，更优选为1270°C以上。另一方面，如果从!^e3C的熔融这一观点看，到达温度区域没有特别上限，但如果到达1350°C左右，则充分熔融。还原气氛的温度处于1250°C以上的状态的时间，从还原反应和渗碳充分进行的观点出发，例如为5 30分钟，优选为10 20分钟。但是，为了促进基于还原铁的熔融的凝集，也可以在!^e3C熔融后，附加再加热至 1300°C以上(优选为1320°C以上，更优选为1340°C以上)的工序。这种情况下，最终到达温度从生产效率的观点出发，优选为1500°C以下(优选1450°C以下，更优选为1400°C以下)。 这时，如果在原料混合物中添加溶剂，在还原铁的制造过程中添加溶剂(例如石灰石、消石灰、白云石等)而使作为副产物生成的熔渣的CaO/SiA的值为0. 6 1. 2，则能够降低熔渣的熔点，促进还原铁的凝集，因此能够高效率地得到大粒的金属粒。另一方面，如上述，还能够选择的方法是，原料混合物的最高加热温度，低于在前述还原铁的制造过程中作为副产物生成的熔渣的熔融温度，金属粒以小粒金属粒的状态冷却固化，通过磁选从固体状的熔渣和小粒铁(粒状铁)的混合物中回收小粒铁(粒状铁)。为了高效率地生成熔融!^e3C,加热的速度例如为100K/分以上(优选为200K/分以上，更优选为300K/分以上)。关于上限没有特别限制，但如果从实用的观点出发，则例如为500K/分以下。
为了在设备上实现如上以300 1147°C—定时间保持原料混合物的工序，和升温至1250°C、进而至1300 1500°C的温度区域的工序，有如下方法在竖炉、隧道式炉、旋转炉床炉(RHF)等的还原炉中，通过隔板等设置温度不同的多室构造，以及通过燃烧器的位置和温度控制，在反应炉内形成温度分布。更具体地说，作为还原炉，可以采取如下等设备构成(A)在RHF内设置隔板，作为多室构造来维持温度分布；(B)以隧道式炉等的直线炉维持温度分布；(C)以回转窑这样的回转炉内的燃烧器温度控制来维持炉内的轴向的温度分布；(D)以鼓风炉这样的竖炉维持高度方向的温度分布。另外，也可以不使用上述多室构造，而是分别设置如下的炉串联设置多个炉，在 300 1147°C的温度区域内将原料混合物保持一定时间的炉；升温至1250°C，再升温至 1300 1500°C的温度区域的炉。若在原料混合物中生成液体的!^e3C,则还原铁的熔化开始温度变低，还带来低温操作下的节能、生产率的提高等各种效果。之所以还原铁的熔化开始温度变低，被认为是由于在熔融!^e3C作用下，还原铁的渗碳急速进行。因此本发明者们进一步进行研究，调查!^e3C(S)给狗(s)的渗碳带来的影响。使用Fe (s)和!^e3C (s)的混合试料A、!^e (s)和石墨(s)的混合试料B，以500K/分升温，测量两种试料的熔融开始温度和完全熔融温度(熔融结束温度)。还有，(s)是固体(solid)的
)固、ο⑴研究1图4和图5表示两种混合试料的反应时间与还原铁的熔融开始温度和熔融结束温度的关系。图4和图5不同的点在于，在图4中，使用混合试料的总碳量(T. C)为4. 3质量％ 的，在图5是，使用还原铁的总碳量为2. 0质量％。可知无论图4、图5哪种情况下，Fe(S) 和!^e3C (s)的混合试料A的一方，比起i^e(s)和石墨(s)的混合试料B，还原铁的熔融开始温度、熔融结束温度都低。(ii)研究 2图6是以!^e-C 二元系相图表示混合试料A、B中的总碳量和还原铁的熔融温度的关系。在!^e-C 二元系相图中，也显示出Fe (s)和！^e3C(S)的混合试料A的一方，比起！^ (s) 和石墨(s)的混合试料B，还原铁的熔融开始温度、熔融结束温度都低。(iii)研究 3另外，如果考虑铁-碳系的稳定系、亚稳系的相图(图7)中的天平的法则，则认为 Fe3C(S)的大部分成为i^e-C的溶融物，少量的C结晶。因此认为在混合试料A内，Fe3C(S)在分解熔融后，在I^e3C(s)和！^-C的溶融物间，固体-液体间渗碳反应进行。比起i^e(s)-石墨(s)间的渗碳，Fe(S)和！^-C熔融物间的渗碳速度快，因此狗(8) ^P Fe3C(S)混合试料A 的情况下，由I^e3C(S)的分解熔融所形成的i^e-C熔融物导致渗碳速度变快，其结果被认为是，与i^e(s)和石墨(s)的混合试料B相比，还原铁的熔融温度变低。还有，在本发明中，关于!^e3C的生成量没有特别要求，但如果通过渗碳制造高碳浓度的金属铁，则在电炉等中与其他的低碳浓度的金属铁混合，由此能够自由调节最终制品的碳浓度。可是，来自碳质物质的挥发成分的气体，在帮助固体!^e3C的生成后，便从还原路A
9的排气管道7排出。但是该气体为高热量时，能够在使固体!^e3C熔融的工序中经二次燃烧， 供给同工序所需要的热量。这种情况下，在固体I^e3C的生成后的阶段，不从还原炉A排出， 而是在使固体I^e3C熔融的工序中使之二次燃烧，之后再排出。另外，来自碳质物质的挥发成分的气体从还原炉A排出时，或者如前述以干馏炉从碳质物质将挥发成分脱挥后，能够回收这些挥发成分，在其他工序中加以利用。例如，能够将回收的挥发成分作为炉内气体的氢源供给到还原炉A。或者，能够作为还原炉A或干馏炉中的燃烧器的燃料加以利用。另外，也能够作为含有还原炉等的金属铁制造设备的发电设备等的燃料加以利用。实施例以下，列举实施例更具体地说明本发明，但本发明当然不受下述实施例限制，在能够符合前后述的宗旨的范围内，当然也可以适当加以变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。例示混合碳质还原剂和磁铁矿矿石，制作原料混合物的试料，使操作条件进行各种变化来制造金属铁的例子。使用的碳质还原剂，具体来说是使用作为烟煤的AK9 (俄罗斯产，Yakut K9煤)和高挥发成分碳的A褐煤#1(俄罗斯产，Suek褐煤)，其工业分析显示在表1中，元素分析结果显示在表2中。还有，在表1中“VM”表示挥发成分(质量％ )、“Ash” 表示灰分(质量％)、“S”表示硫磺(质量^^“！“丄”表示总碳量丨全部碳量质量^)。 表2由质量％表示各个元素的含量。[表 1]
权利要求
1.一种金属铁的制造方法，是加热、还原含有碳质还原剂和含氧化铁物质的原料混合物来制造金属铁的方法，其中，所述碳质还原剂含有20 60质量％的挥发成分，所述碳质还原剂产生的气体为CO-CO2-H2系气体，所述金属铁的制造方法包括如下工序通过在含有所述CO-CO2-H2系气体的气氛下加热所述原料混合物，从而生成固体!^e3C的工序；熔融该!^e3C的工序；以及经由该熔融!^e3C 对还原铁进行渗碳的工序。
2.根据权利要求1所述的金属铁的制造方法，其中，作为所述碳质还原剂使用一种或两种以上的碳质物质，使所述CO-CO2-H2系气体的H2/C0摩尔比为2 4。
3.根据权利要求1所述的金属铁的制造方法，其中，在所述生成固体!^e3C的工序中，包括在300 1147°C的温度区域保持所述原料混合物5 60分钟的工序，在所述熔融!^e3C 的工序中，包括至少加热温度到达1250°C为止，以100K/分以上的速度升温的工序。
4.根据权利要求1所述的金属铁的制造方法，其中，在所述熔融!^e3C的工序后，还包括升温至1300 1500°C的温度区域的工序。
5.根据权利要求1所述的金属铁的制造方法，其中，在所述生成固体!^e3C的工序之前， 包括使所述碳质还原剂的挥发成分气化而生成所述CO-CO2-H2系气体的工序。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的金属铁的制造方法，其中，包括在原料混合物中添加溶剂，使所述还原铁的制造过程中作为副产物生成的熔渣的CaO/SiA的值为0. 6 1. 2的工序。
7.根据权利要求1 5中任一项所述的金属铁的制造方法，其中，包括使原料混合物的最高加热温度低于在所述还原铁的制造过程中作为副产物生成的熔渣的熔融温度，并破碎原料混合物，通过磁选从固体状的熔渣和粒状铁的混杂物中回收粒状铁的工序。
8.根据权利要求1 5中任一项所述的金属铁的制造方法，其中，在制成原料混合物前干馏所述碳质还原剂将挥发成分调整为20 60质量％。
全文摘要
本发明提供一种可以在低温下操作的金属铁的制造方法。本发明涉及金属铁的制造法，是加热、还原含有碳质还原剂和含氧化铁的原料混合物来制造金属铁的方法，所述碳质还原剂含有20～60质量％的挥发成分，所述碳质还原剂产生的气体为CO-CO2-H2系气体，其包括如下工序在含有所述CO-CO2-H2系气体的气氛下加热所述原料混合物，从而生成固体Fe3C的工序；熔融该Fe3C的工序；以及经由该熔融Fe3C对还原铁渗碳的工序。
文档编号C21B11/08GK102361992SQ201080013449
公开日2012年2月22日 申请日期2010年4月6日 优先权日2009年4月7日
发明者小林勋, 日野光兀, 根上卓也, 浦上昭 申请人:日野光兀, 株式会社神户制钢所