专利名称：还原铁的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种制造还原铁的方法，其中将铁矿石或氧化铁等氧化铁源与含有碳的还原剂混合，将使其结块后的成块物装入炉中进行加热，还原该成块物中的氧化铁，制造还原铁。
背景技术：
开发了由包含铁矿石或氧化铁等氧化铁源(以下，有时称为含氧化铁的物质)与含有碳的还原剂(以下，有时称为炭质还原剂)的混合物制造还原铁的直接还原制铁法。该制铁法中，将使上述混合物成形而成的成块物装入炉中，在炉内用加热燃烧器产生的气体导热或辐射热进行加热，由此，成块物中的氧化铁用炭质还原剂还原，从而能够得到还原铁 (专利文献I)。
用炭质还原剂还原上述成块物中的氧化铁来制造还原铁时，为了使生产率提高， 期望快速地用炭质还原剂还原成块物中的氧化铁，进行溶解。另外，炉内的溶解带中，通常， 加热至约1400 1500°C，从节能的观点出发，期 望将溶解带的温度设定为例如低于1400°C 的温度，提高热效率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平9-256017号公报发明内容
发明所要解决的问题
本发明是着眼于这样的情况而完成的，其目的在于，提供一种以高生产率制造还原铁的方法，其中，由包含含氧化铁的物质以及炭质还原剂的成块物制造还原铁时，制造将氧化铁快速地还原熔融能够提高还原铁的生产率的还原熔融促进剂，进而使用该还原熔融促进剂。
用于解决问题的方法
能够解决上述课题的本发明所述的还原铁的制造方法中，将含氧化铁的物质、炭质还原剂、以及氧化剂加热至400 900°C，生成渗碳体含有物。以下，将生成渗碳体含有物的工序称为第一工序。
另外，本发明中的还原铁的制造方法中，将上述第一工序中得到的渗碳体含有物、 含氧化铁的物质以及炭质还原剂混合，将使其结块而成的成块物装入炉中进行加热，还原该成块物中的氧化铁。以下，将制造还原铁的工序称为第二工序。
优选在上述第二工序中将从上述渗碳体含有物分离出的含渗碳体的铁分与上述含氧化铁的物质以及上述炭质还原剂混合。上述含渗碳体的铁分的分离例如可以通过磁选和/或比重分离进行。
在上述渗碳体含有物的生成过程中副生成的反应气体，优选分离成气体部分和焦油部分。该焦油部分可以作为上述炭质还原剂的至少一部分使用。
作为上述氧化剂，例如，可以使用水蒸气。该水蒸气优选利用上述炉中产生的废热生成。
另外，作为上述氧化剂，例如，可以使用含氧气的气体或二氧化碳气体。作为该二氧化碳气体，例如可以使用来自上述炉中的废气。
发明效果
根据本发明，通过加热含氧化铁的物质、炭质还原剂、以及氧化剂，生成渗碳体含有物，该渗碳体含有物促进氧化铁的还原熔融，有助于提高还原铁的生产率。即，通过使用渗碳体含有物作为成块物的原料，渗碳体含有物促进成块物中的氧化铁的还原熔融，因此， 作为结果能够提高还原铁的生产率。
图1是用于说明制造 还原铁时的工序的图。
图2是表不温度(°C )与相对于CO气体以及CO2气体的总压力的CO气体部分压比之间的关系的曲线图。
具体实施方式
本发明人为了使加热包含含氧化铁的物质和炭质还原剂的成块物来制造还原铁时的还原铁的生产率提高，反复进行了深入的研究。结果发现，通过加热含氧化铁的物质、 炭质还原剂、以及氧化剂，能够简便地制造渗碳体含有物，通过配合该渗碳体含有物作为上述成块物的原料，能够提高还原铁的生产率，从而完成了本发明。
S卩，本发明中，具有如下特征，作为第一工序，将含氧化铁的物质、炭质还原剂、以及氧化剂加热至400 900°C，生成渗碳体含有物。
另外，本发明中，具有如下特征，作为第二工序，将上述第一工序中得到的渗碳体含有物、含氧化铁的物质以及炭质还原剂混合，将使其结块而成的成块物装入炉中进行加热，还原该成块物中的氧化铁。
事先在第一工序中生成渗碳体含有物，将该渗碳体含有物在第二工序中与含氧化铁的物质以及炭质还原剂混合，由此，能够使成块物中包含的氧化铁在比以往更低的温度下熔融。其结果，能够提高还原铁的生产率。通过配合上述渗碳体含有物促进氧化铁的熔融的理由在于，渗碳体的熔点比纯铁低。
以下，利用附图，对第一工序以及第二工序依次进行说明。
图1表示用于制造还原铁的工序图。图1中，I表示含氧化铁的物质供给单元，2 表示炭质还原剂供给单元，3表示氧化剂供给单元，4表示加热炉，5表示混合机，6表示含氧化铁的物质供给单元，7表示炭质还原剂供给单元,8表示成块机,9表示加热炉。
含氧化铁的物质供给单元I与加热炉4用路线IOOa连接，炭质还原剂供给单元2 与加热炉4用路线IOOb连接，氧化剂供给单元3与加热炉4用路线IOOc连接。加热炉4 与混合机5用路线101连接。加热炉4通过路线108与清洗器10连接，该清洗器10通过路线109与加热炉9连接，通过路线110与炭质还原剂供给单元7连接。在加热炉4的出口处，设置用于将加热炉4内得到的渗碳体含有物向混合机5供给的送料斗(供给单元)(未图示)。该混合机5通过路线106与含氧化铁的物质供给单元6连接，通过路线107与炭质还原剂供给单元7连接。另外，混合机5与成块机8用路线102连接，成块机8与加热炉9用路线103连接。在加热炉9中生成的还原铁，从路线104中排出。
需要说明的是，图1中，设置二个含氧化铁的物质供给单元(含氧化铁的物质供给单元1、6)、和二个炭质还原剂供给单元(炭质还原剂供给单元2、7)，含氧化铁的物质供给单元和炭质还原剂供给单元也可以设置各一个以兼用的方式构成。
还原铁制造的顺序如下述(I)、⑵所示。
(I)首先，将含氧化铁的物质、炭质还原剂、以及氧化剂分别通过路线IOOa 路线 IOOc向加热炉4中供给，进行加热。
(2)接着，将加热炉4中加热而得到的渗碳体含有物通过路线101供给到混合机 5。在混合机5中，含氧化铁的物质从含氧化铁的物质供给单元6通过路线106供给，同时炭质还原剂从炭质还原剂供给单元7通过路线107供给。用混合机5混合而得到的混合物通过路线102供给到成块机8，进行成块。用成块机8成块而得到的成块物通过路线103供给到加热炉9，进行加热，制造还原铁。
以下，对上述(I)、⑵的各顺序详细地进行说明。
[(I)第一工序]
第一工序中，通过将含氧化铁的物质、炭质还原剂、以及氧化剂加热至400 900°C，能够在该含氧化铁的物质的表面生成渗碳体(Fe3C)。即，通过在氧化剂的存在下将含氧化铁的物质和炭质还原剂在固体接触的状态下加热，还原氧化铁的一部分，形成渗碳体。本发明中，将加热含氧化铁的物质、炭质还原剂以及氧化剂而得到的物质称为渗碳体含有物。在该渗碳体含有物中，除了渗碳体以外，还包含以2. 03质量％以下的范围含有C的 Fe、碳、灰分等。另外,上述炭质还原剂的一部分与上述氧化剂(例如，H20、02、Fe203等)反应，产生H2和CO等可燃性气体。
上述图1中示出了如下的构成，将含氧化铁的物质、炭质还原剂以及氧化剂按各自的路线供给到加热炉4，在加热炉4中加热，制造渗碳体含有物。本发明不限于该构成，例如也可以将含氧化铁的物质与炭质还原剂预先混合，在该混合原料中添加氧化剂，用加热炉4加热，从而可以制造渗碳体含有物。
需要说明的是，作为渗碳体的制造方法，已知碳化铁法。但是，该碳化铁法中，作为还原剂使用CH4等气体，因此，渗碳体的生成需要约8 12小时。另一方面，根据本发明， 如上所述，作为还原剂使用固体的炭质还原剂，与含氧化铁的物质直接反应，仅在含氧化铁的物质的表面上生成渗碳体，因此，能够简便地制造渗碳体含有物。
对上述含氧化铁的物质、炭质还原剂以及氧化剂进行加热的温度为400 900°C。 加热温度低于400°C或超过900°C时，以氧化铁或Fe的形式存在更加稳定，因此，难以生成渗碳体。这由图2可知。图2表示Fe-C-O系的还原平行图。图2中由斜线所示可知，400 750°C时，稳定地生成渗碳体。另一方面可知，750 900°C时，虽然略微难以生成，但在该温度范围内也生成渗碳体。需要说明的是，750 900°C时，除了渗碳体以外，还生成以203质量％以下的范围含有C的Fe，关于该含C的F，也发挥氧化铁的还原熔融促进效果。为了进一步促进渗碳体的生成，上述加热优选为400 750°C。
对上述含氧化铁的物质、炭质还原剂以及氧化剂进行加热的时间，只要考虑上述加热温度以生成渗碳体的方式设定即可，例如为约5 60分钟。
作为上述含氧化铁的物质，例如，可以使用铁矿石、氧化铁、砂铁、制铁灰尘、非铁熔炼残渣、制铁废弃物等。作为上述炭质还原剂，可以使用含碳物质，例如，可以使用煤和焦炭等。作为上述煤，例如，可以使用烟煤和褐煤。作为上述氧化剂，例如，可以使用水蒸气、 含氧气的气体(例如，空气和氧气)、二氧化碳气体、或它们的混合气体等。
上述含氧化铁的物质以及上述炭质还原剂均能够制成粉末，作为含氧化铁的物质粉末，优选使用平均粒径例如约10 600 μ m的粉末，作为炭质还原剂粉末，优选使用平均粒径例如约30 μ m Imm的粉末。
添加上述氧化剂进行加热的方法没有特别限定，在对上述含氧化铁的物质以及上述炭质还原剂喷吹水蒸气、含氧气的气体、或二氧化碳气体的同时进行加热即可。
作为上述水蒸气，优选使用利用在后述的第二工序中所用的加热炉9中产生的废热而生成的水蒸气。通过利用废热，能够节能化。
作为上述二氧化碳气体，例如，可以使用来自后述第二工序中使用的加热炉9的废气(或者，从该废气中精制分离出的二氧化碳气体)。
将上述含氧化铁的物质和炭质还原剂在氧化剂的存在下进行加热时，副生成反应气体( > 气体)。由于该反应气体中包含可燃性气体和焦油，因此，例如，可以作为后述的第二工序中使用的加热炉9的燃料气体和碳源使用。
但是，将包含焦油的反应气体作为上述燃料气体使用时，附着在配管内和燃烧器喷嘴、炉壁上，成为问题。因此，优选上述反应气体从上述图1所示的路线108向清洗器10 中供给，通过该清洗器10分离成气体部分和焦油部分，将回收的气体部分通过路线109供给到加热炉9，作为上述燃料气体利用。此时回收的气体部分可以在精制后作为上述燃料气体利用(未图示)。另一方面，用清洗器10分离出的焦油部分，从图1所示的路线110向炭质还原剂供给单元7搬运，可以作为第二工序中使用的炭质还原剂利用。
需要说明的是，通常在气化工艺中，通过将加热温度设为1000°C以上，分解除去焦油。此时加热至1000°c以上的高温时，不仅难以生成渗碳体，而且还原生成的铁像胡须那样延伸，生成铁晶须。铁晶须附着在炉内和配管等上，成为闭塞的原因。另一方面，本发明中， 由于上述炭质还原剂和含氧化铁的物质的加热在900°c以下的低温下进行，因此，能够防止铁晶须的生成。因而，能够抑制加热炉4和配管等的闭塞。
[ (2)第二工序]
第二工序中，将上述第一工序中得到的渗碳体含有物、与含氧化铁的物质以及炭质还原剂混合，将使其结块而成的成块物装入加热炉9中进行加热，还原成块物中的氧化铁，制造还原铁。
将上述第一工序中预先生成的渗碳体含有物与含氧化铁的物质以及炭质还原剂混合，对其进行加热时，渗碳体在1252°C下熔融。通过渗碳体熔融而形成的液体与未熔融的铁(固体成分)接触，未熔融的铁通过渗碳体中包含的C而被浸碳。因此，铁中的C量增加 ，熔点降低，因而，促进氧化铁的熔融。这样，根据本发明，第一工序中预先生成的渗碳体含有物在低温下发生熔融而形成液状，由此，达到固液接触，因此，接触面积增大。其结果， 作为还原熔融促进剂起作用，促进成块物整体的熔融。
上述成块物中配合的上述渗碳体含有物的比例没有特别限定，通过配合上述渗碳体含有物，能够使氧化铁在低温下熔融。上述成块物中配合的上述渗碳体含有物的比例的上限，例如，优选为约30质量％以下，优选20质量％以下，更优选10质量％以下，进一步优选5质量％以下。
上述第一工序中得到的渗碳体含有物，可以直接与上述含氧化铁的物质以及炭质还原剂混合，但优选从上述渗碳体含有物中分离含渗碳体的铁分，将该含渗碳体的铁分作为上述第二工序的上述渗碳体含有物使用。即，在上述第一工序中得到的渗碳体含有物中， 除了在表面形成有渗碳体的含氧化铁的物质之外，还包含炭(固定碳与灰分的块)。该炭中包含灰分，因此，在上述成块物的原料中配合炭时，成为熔渣大量生成的原因。
因此，优选从上述第一工序中得到的渗碳体含有物中选择性地分离含渗碳体的铁分(即，选择性地除去炭)，将该含渗碳体的铁分作为成块物的原料使用。
需要说明的是，在从上述渗碳体含有物中分离出的炭中包括固定碳，因此，能够作为还原剂(半焦炭)利用。
作为从上述渗碳体含有物中分离含渗碳体的铁分的方法，例如，可以列举磁选和比重分离。比重分离可以通过将上述渗碳体含有物放入例如水槽中进行。
上述第二工序中使用的含氧化铁的物质，可以与上述第一工序中使用的含氧化铁的物质为相同的种类，也可以为不同的种类。另外，第二工序中使用的炭质还原剂，可以与上述第一工序中使用的炭质还原剂为相同的种类，也可以为不同的种类。
上述第二工序中，在包含上述含氧化铁的物质和上述炭质还原剂的原料混合物中，作为其他的成分，可以配合粘合剂和含MgO的物质、含CaO的物质等。作为上述粘合剂， 例如，可以使用多糖类(例如， 玉米淀粉或小麦粉等淀粉等)等。作为上述含MgO的物质， 例如，可以使用从MgO粉末或天然矿石或海水等中提取的含MgO的物质、或者白云石或碳酸镁(MgCO3)等。作为上述含CaO的物质，例如，可以使用生石灰(CaO)或石灰石(主成分为 CaCO3)等。
作为混合上述原料混合物的混合机5，例如，可以使用旋转容器型混合机或固定容器型混合机。作为旋转容器型混合机，例如，可以使用旋转圆筒型、二重圆锥型、V型等混合机。作为固定容器型混合机，例如，可以使用在混合槽内设置有旋转叶片(例如，桨状锹等) 的混合机。
作为使上述原料混合物成块的成块机8，例如可以使用盘型造粒机(盘型造粒机) 或鼓型造粒机(圆筒型)造粒机等。
上述成块物的形状没有特别限定，例如为块状、粒状、煤饼状、颗粒状、棒状等即可，优选可以为颗粒状或煤饼状。
作为对上述成块物进行加热的加热炉9，可以使用公知的加热炉，例如，可以使用移动炉床式加热炉。移动炉床式加热炉是炉床像带式输送机那样在炉内移动的加热炉，具体而言，可以例示转底炉。转底炉以炉床的始点与终点成为相同的位置的方式，将炉床的外观形状设计成圆形(环状)，向炉床上供给的成块物，在绕炉内一周的期间被加热还原，生成还原铁。因此，在转底炉中，在旋转方向的最上游侧设置将成块物向炉内供给的装入单元，在旋转方向的最下流侧(由于为旋转结构，因此，实际上为装入单元的正上游侧)设置排出单元。
将上述成块物中的氧化铁在炉内加热还原时的温度条件没有特别限定，根据本发明，在上述原料混合物中配合渗碳体含有物，因此，能够使炉温比以往低。即，为了还原氧化铁，以往，需要将成块物加热至约1400 1500°C，但根据本发明，通过在上述原料混合物中配合渗碳体，使氧化铁的熔点降低，因此，即使将加热温度设定为约1200 1400°C这样的比较低的温度，也能够使氧化铁熔融。对生成的还原铁在炉内进一步进行加热，使其浸碳熔融，从而可以制造粒状的还原铁。
在上述炉内的加热中，如果使用燃烧器，控制该燃烧器的燃烧条件，则能够调节成块物的加热温度。
在将上述成块物向炉床上供给之前，优选在炉床上预先涂敷作为床敷材的炭材。 床敷材作为炉床保护材料起作用，同时成为在成块物中包含的碳不足时的碳供给源。
上述床敷材的厚度没有特别限定，例如，优选为3 30mm。作为上述床敷材使用的炭材，可以使用作为上述炭质还原剂例示的材料。作为上述炭材，优选使用粒子直径为约 O. 5 3. Omm的炭材。
所得到的还原铁可以供给到制钢炉中作为铁源使用。作为制钢炉，可以例示电炉。
需要说明的是，上述第二工序中，除了还原铁以外，还副生成熔渣。副生成的熔渣， 能够作为路基材再利用。
如上所述，根据本发明，在第一工序中制造渗碳体含有物，将所得到的渗碳体含有物在第二工序中作为成块物的原料使用，由此，能够促进成块物中包含的氧化铁的熔融，作为结果，能够提高还原铁的生产率。
参照特定的实施方式对本发明详细地进行说明，在不脱离本发明的精神和范围的情况下能够加入各种变更和修正，对本领域技术人员而言是显而易见的。
本申请基于2010年9月7日申请的日本专利申请(特愿2010-200223)，其内容在 此作为参考引用。
产业上的可利用性
根据本发明，能够使氧化铁快速地还原熔融，从而能够提高还原铁的生产率。
标号说明
I含氧化铁的物质供给单元
2炭质还原剂供给单元
3氧化剂供给单元
4加热炉
5混合机
6含氧化铁的物质供给单元
7炭质还原剂供给单元
8成块机
9加热炉
10清洗器
权利要求
1.一种还原铁的制造方法，其特征在于，具备第一工序，将含氧化铁的物质、炭质还原剂以及氧化剂加热至400 900°C，生成渗碳体含有物；和第二工序，将所述第一工序中得到的渗碳体含有物、含氧化铁的物质以及炭质还原剂混合使其结块成为成块物，将所述成块物装入炉中进行加热，还原该成块物中的氧化铁。
2.根据权利要求1所述的还原铁的制造方法，其特征在于，在所述第一工序后从所述渗碳体含有物中分离含渗碳体的铁分，在所述第二工序中，将所述含渗碳体的铁分与所述含氧化铁的物质以及所述炭质还原剂混合。
3.根据权利要求2所述的还原铁的制造方法，其特征在于，通过磁选和/或比重分离来进行所述含渗碳体的铁分的分离。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的还原铁的制造方法，其特征在于，在所述第一工序中，将在所述渗碳体含有物的生成过程中副生成的反应气体分离成气体部分和焦油部分。
5.根据权利要求4所述的还原铁的制造方法，其特征在于，将所述焦油部分作为所述第二工序中的所述炭质还原剂的至少一部分使用。
6.根据权利要求5所述的还原铁的制造方法，其特征在于，在所述第一工序中，使用水蒸气作为所述氧化剂。
7.根据权利要求6所述的还原铁的制造方法，其特征在于，利用所述第二工序中的所述炉产生的废热生成所述水蒸气。
8.根据权利要求7所述的还原铁的制造方法，其特征在于，在所述第一工序中，使用含氧气的气体或二氧化碳气体作为所述氧化剂。
9.根据权利要求8所述的还原铁的制造方法，其特征在于，使用来自所述第二工序中的所述炉中的废气作为所述二氧化碳气体。
全文摘要
本发明中，将含氧化铁的物质、炭质还原剂、以及氧化剂加热至400～900℃，生成渗碳体含有物。另外，将包含该渗碳体含有物、含氧化铁的物质以及炭质还原剂的成块物加热，还原该成块物中的氧化铁，制造还原铁。由此，将氧化铁快速地还原熔融，使还原铁的生产率提高。
文档编号C22B1/24GK103003452SQ20118003523
公开日2013年3月27日 申请日期2011年8月23日 优先权日2010年9月7日
发明者立石雅孝 申请人:株式会社神户制钢所