专利名称：非烧成含碳团矿及其制造方法
技术领域：
本发明涉及在将含铁原料和含碳原料混合、成形后，通过养护而制造的高炉用的非烧成含碳团矿。特别是，涉及碳含量(T.C)为18 25质量％、气孔率为20 30%的高炉用的非烧成含碳团矿及其制造方法。本申请基于2009年8月21日在日本提出申请的特愿2009-192273号并主张其优先权，这里引用其内容。
背景技术：
以往，通过将从炼铁厂的各种集尘装置等回收的多种含铁粉尘或含碳粉尘进行配合，并添加水泥系的水硬性粘合剂，进行混炼、成形，制造直径为8 16mm的非烧成的团矿或压块，作为高炉原料使用。作为非烧成含碳团矿的制造方法，已知有将炼铁粉尘造粒成球团矿，接着对球团矿进行养护使其硬化的方法。在将上述炼铁粉尘造粒成球团矿的工序中，将粉尘的粒度分布调整到适当范围，添加生石灰、水泥等粘合剂和5 15%的水分，通过圆盘式造球机等对混合物进行造粒，由此得到球团矿。在如此的非烧成含碳团矿的制造中，以降低高炉操作中的还原材料比为目的，还一直要求提高非烧成含碳团矿的碳含量(τ. C)。例如，在专利文献1中，通过配合含氧化铁原料和碳系碳材料，并添加粘合剂，进行混炼、成形、养护，制造了碳内装非烧成团矿。该碳内装非烧成团矿具有对含氧化铁原料中所含的氧化铁进行还原形成金属铁所需的理论碳量的80 120%的碳。此外，按照常温下的抗压强度达到7850kN/m2以上的方式选择粘合剂，进行混合、成形、养护。非烧成含碳团矿中的氧化铁通过内装的碳发生还原反应，因而能够提高还原率。但是，在专利文献1的非烧成团矿中，为确保强度而限制碳含量，不能充分得到降低高炉的还原材料比的效果。为了得到降低还原材料比的效果，在高炉中大量使用专利文献1的非烧成含碳团矿的情况下，高炉内粘合剂的脱水反应产生的吸热量增大，形成低温热保存带。由于该低温热保存带，有助长烧结矿的还原粉化的缺陷。在专利文献2中，着眼于碳材料的粒度及碳含量与含碳非烧成含碳团矿的冷强度均对还原温度区的热强度影响较大，提出了冷抗压强度为50kg/cm2以上的高炉用非烧成含碳团矿的制造方法。该制造方法具有在含有40质量％以上铁成分的微粉状含铁原料和含有10质量％以上碳成分的微粉状碳材料中添加水硬性粘合剂，一边调整水分一边混合而进行造粒的工序，将所有原料的粒度设为2mm以下，以所有原料中的含碳比例(T. C)达到 15 25质量％的方式调整上述微粉状碳材料的配合比例，且将上述微粉状碳材料的中位数粒径规定为100 150 μ m。如上所述，在高炉用的非烧成含碳团矿中，碳含有率的提高、还原率的提高、冷强度及热强度(影响炉内的粉化率)的提高成为课题。此外，高炉用非烧成团矿在造粒、成形工序中需要适当的水分。另外，水泥系的粘合剂通过水合反应表现出强度，因此与其它原料相比，有结晶水多、高炉内的爆裂特性劣化的缺陷。另一方面，炼铁厂中产生的转炉粉尘可由非燃烧式的气体处理装置集尘，作为铁原料与碳粉混合，制造球团矿。该球团矿在回转炉床式还原炉中被部分还原成还原铁，进行再利用。回收的转炉粉尘含较多水分，处理性及与其它粉体的混合性差。因此转炉粉尘可在干燥后使用，但如果干燥过度，则有在转炉粉尘中的微粒状态下比表面积大的金属铁与空气反应，产生氧化发热的问题。在专利文献3中公开了转炉粉尘的循环使用法。该方法具有下述工序通过在被转炉气体的非燃烧式集尘机集尘的转炉粉尘中混合含有氧化铁的粉体及含碳的粉体，将混合物的含水率调整到17 27质量％，将混合物成形，制造气孔率为40 的成形体，用回转炉床式还原炉对成形体进行还原。通过该方法，可防止金属铁的氧化发热，还能够使还原率良好。但是，该方法在用回转炉床式还原炉对成形体进行还原时具有防止氧化发热的效果。因此，该方法对于温度等操作条件不同的高炉中的爆裂特性的改善不能直接起作用。此外，在专利文献4中，公开了采用回转炉床式还原炉的氧化铁的还原方法。该方法具有通过在移动的炉床上静置含有氧化金属和碳的成形体，用来自上部的燃烧气体的热将成形体加热而进行烧成还原的工序，含有氧化铁的成形体的气孔率被调整到特定的值。 通过将成形体的气孔率调整到特定的值，氧化铁从赤铁矿还原为磁铁矿时产生的体积膨胀被气孔吸收。因此，粉化较少，可进行稳定的还原。但是，该方法虽对用回转炉床式还原炉还原成形体时的粉化防止具有效果，但对于温度及还原模式等操作条件不同的高炉中的粉化防止也不能直接起作用。在高炉用的非烧成含碳团矿中，为了提供能够对水蒸气造成的爆裂及还原粉化等的耐粉化性、非烧成含碳团矿中的氧化铁的被还原性、冷及热抗压强度进行改善，且能够进行高效的高炉操作的高炉用的非烧成含碳团矿，需要将高炉用含碳团矿的碳含量保持在一定水平，而且关于气孔率需要详细的构造设定。但是，如果气孔率大，则促进碳材料的气化及氧化铁的还原速度，但伴随有冷、热强度的下降。此外，如果气孔率过小，则有水蒸气造成的爆裂及还原粉化等炉内粉化加重的问题。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2003-342646号公报专利文献2 日本特开2008-95177号公报专利文献3 日本特开2003-8M18号公报专利文献4 日本特开2003-89813号公报
发明内容
发明所要解决的问题本发明的目的在于提供一种可特定对高效的高炉操作最佳的含碳团矿的气孔率及碳含量、从而可高效地进行高炉操作的高炉用的非烧成含碳团矿及其制造方法。
用于解决问题的手段本发明人等对高炉用的非烧成含碳团矿的气孔率及碳含量进行了锐意研究。结果发现通过控制配合条件及制造条件，以使非烧成含碳团矿的气孔率达到20 30%、碳含量达到18 25质量％，能够提供可实现以下特性的非烧成含碳团矿。(a)对水蒸气造成的爆裂及还原粉化等的优良的耐粉化性(b)非烧成含碳团矿中的氧化铁的高的被还原性(c)周围的铁矿石(铁系装入物)的还原的促进应控制的配合条件为原料粒度、微粉碳量、高结晶水矿石配合量、水泥量等。本发明的一形态的高炉用的非烧成含碳团矿，其是通过对含铁原料、含碳原料及粘合剂进行混合、混炼，将混炼物成形而得到成形体，接着对所述成形体进行养护来制造的；所述非烧成含碳团矿的碳含量(T.C)为18 25质量％，且气孔率为20 30%。本发明的一形态的高炉用的非烧成含碳团矿的制造方法，其具有下述工序对含铁原料、含碳原料及粘合剂进行混合、混炼，将混炼物成形而得到成形体的成形体形成工序，接着对所述成形体进行养护而得到非烧成含碳团矿的工序；在所述成形体形成工序中， 对选自原料水分、原料粒度、微粉焦炭量、高结晶水矿石配合量、粘合剂配合量之中的一种或二种以上的配合条件进行调整，以使所述非烧成含碳团矿的碳含量(τ. C)为18 25质量％，且气孔率达到20 30 %。发明效果本发明的一形态的高炉用的非烧成含碳团矿具有对用于提高非烧成含碳团矿和烧结矿等主要高炉用含铁原料的还原率而言是充分的碳含量。另外，可维持作为高炉用原料所要求的lOOkg/cm2以上的冷抗压强度，而且与以往相比，还原温度区的热强度也优良。因此，在高炉操作中，能够抑制水蒸气造成的爆裂及还原粉化等非烧成含碳团矿的粉化。此外，能够大幅度降低高炉操作时的还原材料比(焦炭比)。由此，可进行高效的高炉操作。在本发明的一方式的高炉用的非烧成含碳团矿的制造方法中，由于应用非烧成工艺，因而与烧成工艺相比可实现节能化、低(X)2化。此外，能够通过比较廉价且简易的方法， 将炼铁工艺中产生的粉尘作为含铁原料及碳材料进行循环使用处理。
图1是表示非烧成含碳团矿的气孔率与还原粉化率的关系的图。图2是表示非烧成含碳团矿的气孔率与爆裂性的关系的图。图3是表示非烧成含碳团矿的还原粉化率与上部K值的关系的图。图4是表示非烧成含碳团矿的碳含量(T. C)与爆裂性的关系的图。图5是表示非烧成含碳团矿的爆裂性与上部K值的关系的图。图6是表示碳含量不同的非烧成含碳团矿的气孔率与冷抗压强度的关系的图。图7是表示碳含量不同的非烧成含碳团矿的气孔率与BIS炉还原材料比的关系的图。图8是表示碳含量不同的非烧成含碳团矿的气孔率与1000°C还原率的关系的图。
具体实施例方式本实施方式的高炉用的非烧成含碳团矿是通过对含铁原料、含碳原料及粘合剂进行混合、混炼，将混炼物成形而得到成形体，接着对所述成形体进行养护来制造的。所述非烧成含碳团矿的碳含量(T. C)为18 25质量％，且气孔率为20 30%。由此，在高炉操作中，能够对水蒸气造成的爆裂及还原粉化等非烧成含碳团矿的粉化进行抑制，且能够降低高炉的还原材料比。在本实施方式中，将非烧成含碳团矿的碳含量(T. C)规定为18 25质量％。如实施例中后述，如果碳含量(T.C)超过25质量％，则不能具有用于高炉用途所需要的最低限的冷抗压强度(图6)。此外，爆裂性增大，在实际高炉中，不能进行稳定的操作(图4、5)。如果碳含量(T. C)低于18质量％，则还原率的提高效果小(图7、8)。因此，得不到改善高炉操作的效果。非烧成含碳团矿的碳含量(T.C)优选为20 23质量％，更优选为22 23质量％。在本实施方式中，将非烧成含碳团矿的气孔率规定为20 30%。如实施例中后述，在气孔率低于20%时，还原率的提高效果被限定(图7、8)。此夕卜，高炉内的粉化率增大，有时超过高炉所使用的原料所要求的粉化率的上限(图1)。如果气孔率超过30%，则还原率的提高的效果饱和(图7、8)。此外冷抗压强度降低，不能具有用于高炉用途所需的最低限的冷抗压强度(图6)。非烧成含碳团矿的气孔率优选为23 27%，更优选为M 沈％。本实施方式的高炉用的非烧成含碳团矿的制造方法具有下述工序对含铁原料、 含碳原料及粘合剂进行混合、混炼，将混炼物成形而得到成形体的成形体形成工序，接着对所述成形体进行养护的工序。在成形体形成工序中，对选自原料水分、原料粒度、微粉焦炭量、高结晶水矿石配合量、粘合剂配合量之中的一种或二种以上的配合条件进行调整，以使非烧成含碳团矿的碳含量(T.C)为18 25质量％，且气孔率达到20 30%。作为本实施方式中使用的含铁原料，可列举出在炼铁工艺中产生的烧结粉尘、将含油矿泥烧成而得到的烧成粉尘等含铁粉尘、粒度比烧结用粉状铁矿石小的球团矿给料等微粉状铁矿石、含较多结晶水的高结晶水矿石等。作为本实施方式中使用的含碳原料，可列举出高炉一次灰、焦炭粉尘、微粉焦炭、 无烟煤等。在本实施方式中，所谓“原料水分”，也称为自由水，指的是成形后的生(养护前) 的成形品原料中所含的水分量。通过增加原料水分，能够使气孔率增加。可是，如果原料水分过多，则粉化率(爆裂性)增高。因此，优选在8 15%的范围内调整原料水分。在本实施方式中，所谓原料粒度，指的是所使用的含铁原料及含碳原料的重量基准的中位数粒径d50的加权平均值。通过减小原料粒度，能够使气孔率减少。可是，如果原料粒度过小，则粉化率(爆裂性)提高，还产生制造时的附着等问题。因此，优选在10 50 μ m的范围内调整重量基准的中位数粒径d50的加权平均值。在本实施方式中，所谓微粉焦炭，指的是重量基准的中位数粒径d50的值为 100 μ m以下的微粉状的焦炭。如果增大作为含碳原料的微粉焦炭量，则能够使气孔率增加。可是，如果微粉焦炭量过少，则还产生粉化率(爆裂性)增高的问题。因此，优选在10 30%的范围内调整微粉焦炭量。在本实施方式中，所谓高结晶水矿石，指的是罗布河(Robe River)、扬迪库吉那 (Yandicoogina)、马拉曼巴(Marra Mamba)等含有5%以上结晶水的矿石。通过增加高结晶水矿石量，能够使非烧成含碳团矿的气孔率增加。可是，如果高结晶水矿石量过多，则粉化率(爆裂性)增高。因此，优选在5 20%的范围内调整高结晶水矿石的配合量。作为本实施方式中使用的粘合剂，可列举出通常所用的由以高炉水碎炉渣为主成分的微粉末或由碱刺激剂构成的时效性粘合剂、生石灰、波特兰水泥、膨润土等。粘合剂配合量(添加量)可通过考虑其它配合条件等适当决定。如果粘合剂配合量过少，则难以充分维持非烧成含碳团矿的冷轧强度。此外，如果粘合剂配合量过多，则非烧成含碳团矿的炉渣量增大，炉下部的通气性不稳定化。因此，不能得到稳定地降低还原材料比的效果。从上述观点出发，特别优选的粘合剂配合量的范围为5 19质量％。在成形体形成工序中，将从原料加料斗取出的含铁原料及含碳原料与水泥等粘合剂一同，投入湿式球磨机或Lodige Mixer等中进行混合。然后，在加水后进行混炼。将通过充分混炼得到的原料的混炼物用盘式制粒机或压块机等进行成形。接着，在成形体的养护工序中，在1次养护场中，将成形体在阳光下养护数天，直到体现出处理所需的强度。然后， 在2次养护场中，使成形体在阳光下养护，以充分谋求体现出水泥等粘合剂形成的强度。通过以上方法可制造高炉用的非烧成含碳团矿。然后，将其供给到高炉使用。在本实施方式中，为了将非烧成含碳团矿的碳含量(T.C)规定为18 25质量％， 将气孔率规定为20 30%，可通过调整制造工艺(球团矿、压块)、配合条件(原料水分、 原料粒度、微粉焦炭量、高结晶水矿石配合量、粘合剂配合量)来进行。特别是，能够通过对选自原料水分、原料粒度、微粉焦炭量、高结晶水矿石配合量、粘合剂配合量之中的一种或二种以上的配合条件进行调整来进行。通常球团矿成形与压块成形相比形成多孔质，但也可以根据原料条件选择任意一方。如上所述，水泥配合量(粘合剂配合量)越多，越形成致密的非烧成含碳团矿。在原料水分、微粉碳量(微粉焦炭量)、高结晶水矿石的配合量都多的情况下气孔率增加。可是，优选也考虑成形成品率、制造时的附着、制品成分而进行适当调整。本实施方式的非烧成含碳团矿中的碳对非烧成含碳团矿中的氧化铁进行还原，但剩余部分的碳还进一步对高炉内的周围的铁矿石进行还原。因此，能够提高还原率(图7、 8)。在高炉的连续操作中，CO气体(还原气体)在从高炉的下层向上层上升的同时还原铁矿石。可是，在只采用焦炭作为还原材料来操作高炉的情况下，在矿石层的上层部还原气体的还原力弱，有时不能充分进行矿石的还原。与此相对，如果采用本实施方式的非烧成含碳团矿，通过在高炉内与铁矿石一同存在本实施方式的非烧成含碳团矿，则特别能够大幅度提高矿石层的上层的还原效率。因为能够大幅度提高难进行还原的矿石层上层的还原效率，因而能够大幅度提高高炉整体的还原效率。因此，能够降低与本实施方式的非烧成含碳团矿中的碳量的剩余部分同量的焦炭量相比更多量的还原材料(图7)。
此外，由于能够大幅度提高高炉整体的还原效率，因而能够降低也包含从风口吹入的微粉煤的与高炉操作有关的还原材料比。因为能够降低还原材料比，因而还能够降低炼铁工序中产生的(X)2量，能够降低环境负荷。实施例以下，基于具体的实施例对本发明的实施方式进行说明。这只是实施方式，本发明当然不受此限定。[实施例1](非烧成含碳团矿的制造)使用含铁原料、含碳原料、粘合剂，一边如表1所示调整原料的配合量、粒度及水分量，一边进行混合、加水、混炼、成形(造粒)、养护，制造非烧成含碳团矿。对得到的非烧成含碳团矿，利用通过水置换测定表观比重的水法(依据JIS K2151)测定了气孔率。表权利要求
1.一种高炉用的非烧成含碳团矿，其特征在于，其是通过对含铁原料、含碳原料及粘合剂进行混合、混炼，将混炼物成形而得到成形体，接着对所述成形体进行养护来制造的；所述非烧成含碳团矿的碳含量T. C为18 25质量％，且气孔率为20 30%。
2.一种高炉用的非烧成含碳团矿的制造方法，其特征在于，其具有下述工序 对含铁原料、含碳原料及粘合剂进行混合、混炼，将混炼物成形而得到成形体的成形体形成工序，接着对所述成形体进行养护而得到非烧成含碳团矿的工序；在所述成形体形成工序中，对选自原料水分、原料粒度、微粉焦炭量、高结晶水矿石配合量、粘合剂配合量之中的一种或二种以上的配合条件进行调整，以使所述非烧成含碳团矿的碳含量T. C为18 25质量％，且气孔率达到20 30 %。
全文摘要
本发明提供一种高炉用的非烧成含碳团矿，其碳含量T.C为18～25质量％，且气孔率为20～30％。还提供一种高炉用的非烧成含碳团矿的制造方法，其具有下述工序对含铁原料、含碳原料及粘合剂进行混合、混炼，将混炼物成形而得到成形体的成形体形成工序，接着对所述成形体进行养护而得到非烧成含碳团矿的工序；按照使所述非烧成含碳团矿的碳含量T.C为18～25质量％，且气孔率达到20～30％的方式，在所述成形体形成工序中，对选自原料水分、原料粒度、微粉焦炭量、高结晶水矿石配合量、粘合剂配合量之中的一种或二种以上的配合条件进行调整。
文档编号C21B5/00GK102471822SQ20108003649
公开日2012年5月23日 申请日期2010年8月12日 优先权日2009年8月21日
发明者国友和也, 樋口谦一, 横山浩一 申请人:新日本制铁株式会社