專利名稱：采用含碳非燒成球團(tuán)礦的高爐操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高爐操作方法，其通過制造因含碳而提高了自還原性的含碳非燒成球團(tuán)礦，并與其它主要原料一同從爐頂裝入高爐，從而有選擇性地改善爐內(nèi)的低反應(yīng)性部位， 降低高爐的還原材比(也稱為還原材料的比例)。
背景技術(shù)：
在通常的高爐操作中，一直使用燒結(jié)礦、燒成球團(tuán)礦、塊礦石作為含鐵原料。在日本國內(nèi)燒結(jié)礦使用比率最高，其比例為70 90%。另一方面，也有5 20%使用燒成球團(tuán)礦。這些含鐵原料在從礦石槽截出、從高爐的爐頂點(diǎn)裝入爐內(nèi)的階段，因粒度或表觀比重、 形狀的差異而受到偏析作用。這些含鐵裝入物以在高爐內(nèi)與塊焦炭形成層狀的方式依次從爐頂部裝入。此外， 此時，為了促進(jìn)爐內(nèi)的含鐵原料的還原，且為了降低高溫熔合狀態(tài)下的通氣阻力，還通常將小?；蛑辛５男K焦炭與含鐵原料混合。在含鐵原料的高爐內(nèi)的還原過程中，還原速度最慢的是從方鐵礦(FeO)向鐵(Fe) 的還原階段，該反應(yīng)發(fā)生在高爐爐身部的800°C以上的溫度區(qū)域。該反應(yīng)受氣體組成的影響大，由1000°C附近的溫度下發(fā)生的焦炭的氣化反應(yīng)(溶損反應(yīng))的大小來決定反應(yīng)速度。已知對于微粒的碳原料和靠近氧化鐵的含碳非燒成球團(tuán)礦，不僅其含碳球團(tuán)礦本身的還原性優(yōu)異，而且含有一定量以上的碳含量，因此通過其高的焦炭反應(yīng)性，可極大地提高含鐵原料的還原性。作為高爐用含鐵原料，通過以平均粒度為約2 3mm的粉狀鐵礦石作為主要的含鐵原料，在其中配合石灰石、硅石等副原料、焦炭粉、無煙碳等碳材料，進(jìn)而添加水分，在混合、造粒后形成模擬粒子，然后用燒結(jié)機(jī)以原料中的碳材料作為熱源進(jìn)行加熱、燒結(jié)而得到的燒結(jié)礦占主流。該方法中的燒結(jié)原料的模擬粒子主要以粒徑為約Imm以上的粗粒子為核，在其周圍附著粒徑為約大于等于0. 5且低于Imm的微粉粒子而形成造粒物。對于該模擬粒子，為了維持燒結(jié)機(jī)內(nèi)的燒結(jié)原料填充層的通氣性，良好地進(jìn)行燒結(jié)反應(yīng)，要求在燒結(jié)原料的裝入時、以及在直到被加熱、干燥、燒結(jié)的期間不崩裂的程度的冷強(qiáng)度。通常，為了將燒結(jié)原料造粒成模擬粒子，大多采用滾筒式攪拌機(jī)在混合燒結(jié)原料的同時進(jìn)行造粒。另一方面，還采用用集塵機(jī)等回收在煉鐵工藝中大量產(chǎn)生的燒結(jié)粉塵、高爐粉塵等而得到的含鐵粉塵、以及礦泥、氧化皮粉等微粉粉塵(這些通常稱為煉鐵粉塵)、或球團(tuán)原料(球團(tuán)礦用原料)等的微粉狀原料作為含鐵原料?？墒牵谶@些微粉原料中，粒徑為0. 25mm以下的微粉粒子占總體的80%以上，因此在采用這些微粉原料作為燒結(jié)原料的情況下，容易發(fā)生微粉粒子造成的原料填充層的通氣性惡化、生產(chǎn)率降低等問題。在將上述微粉狀原料作為主要的含鐵原料進(jìn)行燒結(jié)的情況下，預(yù)先在采用混合機(jī)
3將水分添加到含鐵原料和副原料中并混合后，進(jìn)而，采用造粒強(qiáng)度比滾筒式攪拌機(jī)高的圓盤式造球機(jī)等造粒機(jī)，制造以粒徑為0. 25mm以下的微粉粒子為主體的球狀的生球團(tuán)礦，然后采用以燃燒氣體等作為熱源的外部加熱型燒結(jié)機(jī)進(jìn)行燒結(jié)，從而制造燒成球團(tuán)礦。另一方面，作為微粉狀原料，很早就已知有在通過造粒形成生球團(tuán)礦后，通過養(yǎng)護(hù) (生石灰等的水合反應(yīng)或碳酸鹽化處理)提高造粒物的強(qiáng)度后，不進(jìn)行燒結(jié)而直接作為高爐用鐵原料使用的非燒成球團(tuán)礦。作為非燒成球團(tuán)礦的制造方法，已知有在將高爐二次灰、轉(zhuǎn)爐粉塵、燒結(jié)粉塵、礦漿等煉鐵廠產(chǎn)生的煉鐵粉塵造粒成生球團(tuán)礦時，將粉塵的粒度分布調(diào)整到適當(dāng)范圍，添加水泥等結(jié)合材料(粘結(jié)劑)和5 15%的水分，利用圓盤式造球機(jī)等造粒，在制造出生球團(tuán)礦后，通過制造場堆積等養(yǎng)護(hù)幾天(促進(jìn)CaO系粘結(jié)劑的水合反應(yīng)、碳酸鹽化反應(yīng))使其硬化的冷固結(jié)球團(tuán)礦的制造方法(例如參照專利文獻(xiàn)1)。此外，近年來，以降低高爐操作中的還原材比為目的，還提出了利用上述非燒成球團(tuán)礦工藝，制造碳含量高的非燒成球團(tuán)礦的方法(例如參照專利文獻(xiàn)2 5)。例如，提出了高爐用的內(nèi)裝碳的非燒成球團(tuán)礦及其制造方法，其是通過配合含氧化鐵原料和碳系碳材料并添加粘結(jié)劑，進(jìn)行混煉、成形、養(yǎng)護(hù)而成的內(nèi)裝碳的非燒成球團(tuán)礦，其特征在于，含有還原鐵礦石類的氧化鐵而形成金屬鐵所需要的理論碳量的80 120%的碳，且以常溫下的壓碎強(qiáng)度達(dá)到7850kN/m2(80kg/cm2)以上的方式選擇粘結(jié)劑，通過混合、成形、養(yǎng)護(hù)而形成(例如參照專利文獻(xiàn)2)。根據(jù)該方法，通常從還原氣體的溫度和氣體組成(nCo = CO2/(co+co2))的關(guān)系出發(fā)，在制約氧化鐵的還原反應(yīng)的進(jìn)行的高爐爐身部的熱保存帶和還原反應(yīng)平衡帶中，在 900 1100°C的溫度區(qū)域，非燒成球團(tuán)礦中的氧化鐵通過內(nèi)裝的碳發(fā)生還原反應(yīng)，結(jié)果還原率提高，因此可期待高爐操作時的降低還原材比的效果。但是，在這些方法中，內(nèi)裝在非燒成球團(tuán)礦中的C含量按還原氧化礦而形成金屬鐵所需要的理論碳量(以下有時稱為C當(dāng)量)計被限制在120%以下(總碳含量(T. C)相當(dāng)于約15質(zhì)量％以下)，如果增加C含量到此值以上，則有非燒成球團(tuán)礦的冷壓碎強(qiáng)度及熱強(qiáng)度受損的問題。另外，在這些方法中，為了維持內(nèi)裝有碳材料的非燒成球團(tuán)礦的冷壓碎強(qiáng)度，取代生石灰而使用早強(qiáng)波特蘭水泥等水泥系的粘結(jié)劑，因此如果增加粘結(jié)劑的添加量，則不僅因吸熱反應(yīng)即水泥的脫水反應(yīng)而使高爐內(nèi)的爐身部的升溫速度降低，而且還有產(chǎn)生低溫下的還原停滯區(qū)(低溫?zé)岜４鎺?、助長作為高爐用鐵原料而裝入的燒結(jié)礦在高爐內(nèi)的還原粉化的問題。此外，還提出了內(nèi)裝碳材料的非燒成球團(tuán)礦，其由碳材料和鐵礦石構(gòu)成，其中，規(guī)定了碳材料的軟化熔化時的最高流動度和鐵礦石的ΙΟμπι以下的氧化鐵粒子的比例的關(guān)系，其還原性和還原后的強(qiáng)度優(yōu)良(例如參照專利文獻(xiàn)3)。根據(jù)該方法，利用內(nèi)裝碳材料的非燒成球團(tuán)礦中的碳材料在沈0 550°C的溫度區(qū)的軟化熔化、固化，使熔化的碳材料侵入、固化在氧化鐵粒子間的空隙，增大碳材料和氧化鐵的接觸面積，改善導(dǎo)熱性，提高還原效率，同時加強(qiáng)氧化鐵粒子相互間的結(jié)合，還能夠提高還原后的強(qiáng)度(熱強(qiáng)度)?？墒?，根據(jù)該方法，為了提高內(nèi)裝碳材料的非燒成球團(tuán)礦的被還原性和還原后的強(qiáng)度(熱強(qiáng)度)，必須使用最高流動度高的煤炭類作為碳材料，因此從以節(jié)能、節(jié)省資源為前提的降低高爐操作時的還原材比的目的出發(fā)，難說是優(yōu)選的方法。此外，還提出了表觀密度為2. 3g/cm3以上的還原鐵用成塊物，其特征在于，在將粉礦石和揮發(fā)成分為16%以上、吉斯勒(Gieseler)流動度為20DDPM以上的粘結(jié)碳(碳材料) 混合，在260 550°C的溫度區(qū)，在20 150MPa的成形壓下熱成形后，在成形溫度范圍內(nèi)進(jìn)行5分鐘以上的脫氣處理(例如參照專利文獻(xiàn)4)。根據(jù)該方法，通過在碳材料軟化熔化、固化的260 550°C的溫度區(qū)進(jìn)行熱成形， 用碳材料將氧化鐵粒子相互間牢固地連結(jié)，在形成表觀密度為2. 3g/cm3以上的成塊物后， 通過利用脫氣處理抽出來自碳材料的揮發(fā)成分，提高成塊物的強(qiáng)度，防止還原中的成塊物的膨脹造成的裂紋?？墒?，該方法由于需要熱團(tuán)塊成形及脫氣處理，因此在制造時的能量消耗高、制造成本高方面，是經(jīng)濟(jì)上不利的方法，此外由于與造粒法相比成塊物的密度高，因此容易發(fā)生成塊物中的碳材料的氣化或氧化鐵的還原反應(yīng)中產(chǎn)生的CO、CO2氣體造成的爆裂 (bursting) 0此外，還提出了雙重結(jié)構(gòu)的內(nèi)裝碳材料的非燒成球團(tuán)礦，其以粒徑為3 25mm的碳材料為核，將內(nèi)包核的外周層規(guī)定為粒徑為Imm以下的鐵原料和碳材料的混合物，作為核的碳材料的體積分?jǐn)?shù)為球團(tuán)礦整體的0. 2 30vol %，外周層中的碳材料的含有率為5 25wt%，球團(tuán)礦整體的總碳含量高達(dá)25 35質(zhì)量％ (例如參照專利文獻(xiàn)5)。根據(jù)該技術(shù)，在通過外周層中所含的粒徑為Imm以下的碳材料還原氧化鐵、將外周層熔液化的情況下，通過使作為核的碳材料發(fā)揮滲碳源的作用，除了改善高爐內(nèi)的被還原性以外，還能夠改善滲碳作用造成的鐵水的滴下行為，降低高爐操作時的燃料比和熔合帶部的通氣阻力?？墒?，該由粒徑及碳材料和氧化物的組成不同的雙重結(jié)構(gòu)構(gòu)成的、總碳含量高達(dá) 25質(zhì)量％以上的球團(tuán)礦存在冷磨損強(qiáng)度降低的問題。此外，為了制造具有上述特殊的雙重結(jié)構(gòu)的球團(tuán)礦，制造工序變得復(fù)雜，為了維持強(qiáng)度需要大量的粘結(jié)劑等，從制造時的生產(chǎn)率及成本的觀點(diǎn)來看是不利的方法。如上所述，以往的含碳非燒成球團(tuán)礦為了維持作為高爐用原料所要求的50kg/cm2 以上的冷壓碎強(qiáng)度，不得不將碳含量限制在15質(zhì)量％ (按碳當(dāng)量計相當(dāng)于1. 2)，因此即使能夠充分促進(jìn)上述含碳非燒成球團(tuán)礦中的氧化鐵的直接還原，也不能充分促進(jìn)上述含碳非燒成球團(tuán)礦以外的燒結(jié)礦等主要的高爐用含鐵原料的還原。此外，雖然利用以往方法通過大量添加波特蘭水泥等水硬性粘結(jié)劑，能夠?qū)⒑挤菬汕驁F(tuán)礦的冷壓碎強(qiáng)度提高到某種程度，但是由于在高爐內(nèi)的還原溫度區(qū)上述粘結(jié)劑發(fā)生脫水反應(yīng)，因此不能維持充分的熱強(qiáng)度。所以，為了采用比較廉價且簡單的制造方法，提高含碳非燒成球團(tuán)礦和高爐用含鐵原料的被還原率，且大幅度降低高爐操作時的還原材比，希望開發(fā)具有充分的碳含量、且冷強(qiáng)度和還原溫度區(qū)的熱強(qiáng)度(還原時的強(qiáng)度)都優(yōu)良的內(nèi)裝碳材料的非燒成球團(tuán)礦的制造方法。另一方面，即使在高爐用含鐵原料中，由于燒成球團(tuán)礦在還原過程中，通過還原氣體從球團(tuán)礦表面進(jìn)行還原較強(qiáng)的局部化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致形成金屬外殼(表面的還原鐵燒結(jié)而成的致密的鐵層)，因此與燒結(jié)礦相比較，在1000°C以上的高溫區(qū)為難還原性，在熔合開始時排出大量的熔液。另外，從其形狀(球體)出發(fā)，與燒結(jié)礦或鐵礦石相比，已知在裝入爐內(nèi)時容易偏析，特別是在向還原負(fù)荷高的周邊部大量偏析時，發(fā)生部分的還原延遲，由燒結(jié)礦和燒成球團(tuán)礦構(gòu)成的高爐熔合帶的厚度增加，爐內(nèi)的通氣性惡化，此外還產(chǎn)生未還原熔合物的滴下， 因此還原材比上升。在目前的通常的高爐操作中，燒結(jié)礦為主體，為70 90%的范圍，燒成球團(tuán)礦的配合比例為5 20%左右。可是，因礦床的枯竭在進(jìn)行鐵礦石的低品位化，進(jìn)行伴隨著選礦處理的鐵礦石的微粉化，采用微粉鐵礦石制造燒結(jié)礦時的起因于通氣性降低的成品率及生產(chǎn)率的降低成為問題。因而，與燒結(jié)礦相比，在不使成品率及生產(chǎn)率降低的情況下，用于將采用含有微粉礦石的含鐵原料能制造的燒成球團(tuán)礦在高爐中利用的技術(shù)的重要性提高。而且，還提出幾種取代燒成球團(tuán)礦的一部分而使用含碳非燒成球團(tuán)礦的方法(例如參照專利文獻(xiàn)6 7)。在通過將含碳非燒成球團(tuán)礦混合在大量含有燒成球團(tuán)礦的含鐵原料層中而在高爐中使用含碳非燒成球團(tuán)礦的情況下，即使謀求促進(jìn)含鐵原料層的主要原料即燒結(jié)礦的還原，也不能在含鐵原料層有選擇性地促進(jìn)因偏析而較多存在燒成球團(tuán)礦的部位的還原反應(yīng)，最終，發(fā)生該部位的還原延遲，不能享受充分的還原材比的降低效果。要用上述的方法充分謀求促進(jìn)含鐵原料層中的燒成球團(tuán)礦集中部位的還原，需要使用大量的含碳非燒成球團(tuán)礦。在大量使用含碳非燒成球團(tuán)礦的情況下，存在因含碳非燒成球團(tuán)礦中含有的粘結(jié)劑的脫水反應(yīng)，不僅高爐內(nèi)的爐身部的升溫速度降低，而且產(chǎn)生低溫下的還原停滯區(qū)(低溫?zé)岜４鎺?，助長高爐用含鐵原料層內(nèi)的燒結(jié)礦在高爐內(nèi)的還原粉化的問題。此外，由于含碳非燒成球團(tuán)礦促進(jìn)燒成球團(tuán)礦的還原的效果低，含有非燒成球團(tuán)礦的使用量在所需以上，因此有導(dǎo)致上述的燒結(jié)礦在高爐內(nèi)還原粉化的可能性(例如參照專利文獻(xiàn)7)。所以，在大量使用燒成球團(tuán)礦作為含鐵原料的高爐操作中，希望開發(fā)能夠高效率地發(fā)揮含碳非燒成球團(tuán)礦促進(jìn)燒成球團(tuán)礦還原的效果、能夠期待大幅度削減還原材比的含碳非燒成球團(tuán)礦的高爐使用方法?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1專利文獻(xiàn)2專利文獻(xiàn)3專利文獻(xiàn)4專利文獻(xiàn)5專利文獻(xiàn)6專利文獻(xiàn)
發(fā)明內(nèi)容日本特開昭53-130202號公報 日本特開2003-342646號公報 日本特開2000-160219號公報 日本特開平11-92833號公報 日本特開平8-199249號公報 日本特開2003-301205號公報 日本特開平6-1457 號公報
發(fā)明所要解決的問題本發(fā)明鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，以提供高爐操作方法為課題，該方法在大量使用燒成球團(tuán)礦作為含鐵原料的高爐操作中，通過將含碳非燒成球團(tuán)礦混合在燒成球團(tuán)礦中，使其與還原性差的燒成球團(tuán)礦靠近地裝入，從而消除在爐內(nèi)的熔合帶附近的還原延遲部位，形成薄的熔合帶結(jié)構(gòu)，由此可大幅度發(fā)揮降低高爐操作時的燃料單位消耗量的效果。用于解決問題的手段本發(fā)明人等對構(gòu)成高爐用含鐵原料的燒結(jié)礦、燒成球團(tuán)礦、塊礦石的高溫行為進(jìn)行了測定，進(jìn)一步對在它們中按規(guī)定量配合了含碳非燒成球團(tuán)礦時的高溫行為的變化通過實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行了銳意研究。其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)在構(gòu)成高爐用含鐵原料的燒結(jié)礦、燒成球團(tuán)礦、塊礦石中，特別是在混合燒成球團(tuán)礦和含碳非燒成球團(tuán)礦時，提高高溫被還原性的效果特別大。而且，得知通過根據(jù)燒成球團(tuán)礦和含碳非燒成球團(tuán)礦的使用量的關(guān)系，謀求含碳非燒成球團(tuán)礦使用量的最優(yōu)化，能夠最大限度地發(fā)揮由含碳非燒成球團(tuán)礦帶來的改善燒成球團(tuán)礦的還原的效果。本發(fā)明是基于該見解為解決上述課題而完成的，其要旨如下。(1) 一種采用含碳非燒成球團(tuán)礦的高爐操作方法，其是從高爐爐頂交替地以層狀裝入含鐵原料和焦炭的高爐操作方法，其特征在于，(i)預(yù)先將含碳非燒成球團(tuán)礦和燒成球團(tuán)礦混合，將該含碳非燒成球團(tuán)礦和所述燒成球團(tuán)礦的混合物裝入以代替所述含鐵原料層的一部分，而且，(ii)調(diào)整所述含碳非燒成球團(tuán)礦和所述燒成球團(tuán)礦的混合比例，使所述含碳非燒成球團(tuán)礦的單位消耗量(也稱為單位使用消耗量)R(kg/tp)與所述燒成球團(tuán)礦的單位消耗量 P (kg/tp)的比 R (kg/tp) /P (kg/tp)達(dá)到 0· 09 0· 31。(2)根據(jù)上述(1)所述的采用含碳非燒成球團(tuán)礦的高爐操作方法，其特征在于，所述燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P為150kg/tp 650kg/tp。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，在使用較多地配合有燒成球團(tuán)礦的含鐵原料的高爐操作中，與以往相比能以小量的含碳非燒成球團(tuán)礦使用量獲得大幅度的還原材比的改善。所以，通過應(yīng)用本發(fā)明，能夠以廉價且劣質(zhì)的粉狀鐵礦石作為原料高效率地制造燒成球團(tuán)礦，且能夠大幅度降低使用燒成球團(tuán)礦時的高爐操作時的還原材比(焦炭比)，可在有效利用資源的同時實(shí)現(xiàn)節(jié)能化、低(X)2化。


圖1是示意性地表示用于測定各種高爐裝入物的還原性狀的負(fù)荷軟化試驗(yàn)裝置的圖。圖2是表示燒結(jié)礦和燒成球團(tuán)礦與含碳非燒成球團(tuán)礦的均勻混合帶來的1200°C 時還原率的變化的圖。圖3是表示在燒成球團(tuán)礦的還原過程中用于算出靠近的含碳非燒成球團(tuán)礦的所需量的消耗C/0的圖。圖4是表示含碳非燒成球團(tuán)礦單位消耗量R、含碳非燒成球團(tuán)礦的C含量C、燒成
7球團(tuán)礦單位消耗量P的關(guān)系的圖。圖5是表示含碳非燒成球團(tuán)礦的C含量和反應(yīng)后強(qiáng)度的關(guān)系的圖。圖6是表示含碳非燒成球團(tuán)礦的單位消耗量R和燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P的比 A( = R/P)與高爐的還原材比的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式對本發(fā)明的詳細(xì)情況進(jìn)行說明。首先，采用能夠模擬高爐內(nèi)反應(yīng)的負(fù)荷軟化試驗(yàn)裝置，研究了由配合含碳非燒成球團(tuán)礦帶來的各種含鐵裝入物的還原特性的變化。以下對采用負(fù)荷軟化試驗(yàn)裝置的還原率的測定方法進(jìn)行說明。圖1是負(fù)荷軟化試驗(yàn)裝置的剖視圖。下段電爐6和上段電爐5由凸緣連接，形成一體結(jié)構(gòu)。下段電爐6為進(jìn)行還原氣體的預(yù)熱而設(shè)置，上段電爐5用于試樣3的加熱。鐵礦石等試樣3在裝入坩堝后，被設(shè)置在反應(yīng)管內(nèi)。將試樣3夾在上下的焦炭層中裝入坩堝內(nèi)。預(yù)先將調(diào)整到規(guī)定的組成及流量的還原氣體從還原氣體入口 7導(dǎo)入反應(yīng)管內(nèi)，在被下段電爐6預(yù)熱后，導(dǎo)入到坩堝內(nèi)的試樣3中。將反應(yīng)后的氣體從反應(yīng)氣體出口 2排出， 采集該排出氣體的一部分，用氣體分析計分析其成分。從該排氣的分析值算出還原率。同時，用電熱偶4測定試樣3的正上部的溫度，測定還原氣體入口 7和反應(yīng)氣體出口 2處的氣體壓力。從該壓力的差計量試樣3的通氣阻力。此外，在試樣3的升溫及還原的過程中，通過負(fù)荷施加裝置1對試樣3施加任意的負(fù)荷，模擬實(shí)際爐的負(fù)荷條件。測定由其結(jié)果得到的試樣3的收縮行為。再有，圖中8是液滴收容部，9是液滴檢測器。圖2中示出測定結(jié)果。將實(shí)際爐中所用的燒結(jié)礦及燒成球團(tuán)礦整粒到平均粒徑為 10 15mm，采用在各自中均勻地混合了含碳非燒成球團(tuán)礦而得到的材料作為試樣。作為含碳非燒成球團(tuán)礦，在配合了規(guī)定量的含鐵粉塵、含碳粉塵、早強(qiáng)波特蘭水泥后，用盤式造粒機(jī)造粒，然后晾曬養(yǎng)護(hù)兩周來制造。含碳非燒成球團(tuán)礦的成分為碳25%、 T. Fe :45%，碳當(dāng)量為 2.0。通過配合含碳非燒成球團(tuán)礦，燒結(jié)礦及燒成球團(tuán)礦到達(dá)1200°C時的還原率提高。 如果將兩者進(jìn)行比較，首先，燒成球團(tuán)礦的還原率低。這是因?yàn)橐韵碌睦碛?。在燒成球團(tuán)礦的情況下，由于氣孔徑分布均勻，因此還原通過局部化學(xué)反應(yīng)來進(jìn)行，在低溫區(qū)形成牢固的金屬外殼，抑制氣體向內(nèi)部的擴(kuò)散。其結(jié)果是，在燒成球團(tuán)礦內(nèi)部大量內(nèi)存含有較多未還原狗0的熔液，由于其在高溫區(qū)一氣地流失到外部，因而在高溫區(qū)氣孔閉塞造成的還原停滯顯著。另一方面，燒結(jié)礦具有不均勻的氣孔結(jié)構(gòu)，因而使還原迅速且均勻地進(jìn)行到內(nèi)部， 從而金屬化，所以較多含有未還原狗0的熔液量相對較少，即使在高溫區(qū)也進(jìn)行還原。通過對含碳非燒成球團(tuán)礦的效果進(jìn)行比較，得知使含碳非燒成球團(tuán)礦均勻地混合在燒成球團(tuán)礦中的一方，其還原率的提高效果顯著。這是因?yàn)椋挤菬汕驁F(tuán)礦自身的還原率非常高，而且直到形成上述金屬外殼，含碳非燒成球團(tuán)礦的利用氣化形成的CO氣體的還原被促進(jìn)，因此滯留在內(nèi)部的熔液量減少，在高溫區(qū)的還原停滯減輕。從以上的結(jié)果得到如下構(gòu)思，即與使含碳非燒成球團(tuán)礦存在于燒結(jié)礦附近相比， 使含碳非燒成球團(tuán)礦與燒成球團(tuán)礦混合、使含碳非燒成球團(tuán)礦存在于燒成球團(tuán)礦附近的一方能夠較大地發(fā)揮其效果。另外，本發(fā)明人等對用于降低高爐操作時的燃料單位消耗量的含碳非燒成球團(tuán)礦相對于燒成球團(tuán)礦的混合比例進(jìn)行了銳意研究。在此之前，算出還原燒成球團(tuán)礦所需的源自靠近的含碳非燒成球團(tuán)礦的碳當(dāng)量 (mol)。作為含鐵原料層的一部分而裝入高爐內(nèi)的燒成球團(tuán)礦和含碳非燒成球團(tuán)礦的還原階段大致被分為以下的3個階段((1) C3))，算出各階段的消耗C/0。這里，0為燒成球團(tuán)礦及含碳非燒成球團(tuán)礦的被還原氧量的合計(mol)，C為源自含碳非燒成球團(tuán)礦的C量(mol)，C/0表示相對于源自被還原的燒成球團(tuán)礦的氧量的還原所需的源自含碳非燒成球團(tuán)礦的碳量。(1)燒成球團(tuán)礦的還原率< 30% (低溫區(qū)域)燒成球團(tuán)礦與含碳非燒成球團(tuán)礦無關(guān)，被源自普通焦炭的還原氣體還原。(2)燒成球團(tuán)礦的還原率30 50% (間接還原區(qū)域)燒成球團(tuán)礦被源自含碳非燒成球團(tuán)礦的還原氣體還原。C+C02 = 2C0 (1)(源自含碳非燒成球團(tuán)礦的C開始?xì)饣?2C0+2Fe0 = 2Fe+2C02 (2)(燒成球團(tuán)礦的間接還原)由上述式(1)、式(2)得出C+2Fe0 = 2Fe+2C02摩爾比C/0= 0. 5(3)燒成球團(tuán)礦的還原率50 100% (熔化(直接)還原區(qū)域)燒成球團(tuán)礦軟化熔合開始，通過熔化(直接)還原被還原。C+FeO = Fe+CO (3)摩爾比C/0=1.0以上的結(jié)果如圖3所示。含碳非燒成球團(tuán)礦帶來的還原促進(jìn)效果在(2)的區(qū)域被發(fā)揮，按單位燒成球團(tuán)礦計，以摩爾比計C/0只要為0. 2X0. 5 = 0. 1就可以。另一方面，含碳非燒成球團(tuán)礦中的被還原氧通過含碳非燒成球團(tuán)礦中的碳在(2)、
(3)的區(qū)域被還原，因此按單位含碳非燒成球團(tuán)礦計，以摩爾比計C/0需要為0.6。基于上述研究結(jié)果，本發(fā)明人等求出了根據(jù)燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P(kg/tp) 的含碳非燒成球團(tuán)礦的單位消耗量R(kg/tp)。例如，在按燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P(kg/tp)計，將0量為觀.(T. Fe = 65.7%, FeO = 0.9)的燒成球團(tuán)礦和具有被還原氧量0%的含碳非燒成球團(tuán)礦混合裝入高爐時，用于還原該燒成球團(tuán)礦和含碳非燒成球團(tuán)礦的含碳非燒成球團(tuán)礦的單位消耗量: R(kg/tp)采用C 含碳非燒成球團(tuán)礦中碳含量(％ )、0 含碳非燒成球團(tuán)礦中被還原氧量， 下式⑷成立。R(kg/tp) = 12X 100/CX (0. 1X28. 1/100/16XP+0. 6X0/100/16XR) (kg/tp)
(4)這里，對含碳非燒成球團(tuán)礦中的碳含量、被還原氧量的關(guān)系進(jìn)行說明。含碳非燒成球團(tuán)礦的主成分由碳C和氧化鐵!^e2O3構(gòu)成，源自含鐵粉塵或含碳粉塵的灰分、源自水泥的脈石成分、水泥水合反應(yīng)形成的結(jié)晶水合計含有20 30%左右。這里，用[C/0](摩爾比) 表示含碳非燒成球團(tuán)礦的成分。
現(xiàn)在，如果將含碳非燒成球團(tuán)礦的含有脈石成分規(guī)定為25%，則為C+Fe203 = 75 (質(zhì)量 ％ ) (5)因此，被還原氧0(mol% )和碳含量C (質(zhì)量％ )的關(guān)系為0(mol% ) = 3 X 16/ (2 X 55. 85+3 X 16) X (75-C) /16= 0. 3 X (75-0/16 (6)如果將該關(guān)系式代入式，則為R(kg/tp) = 12/CX 100X (0. 1X28. 1/100/16XP+0. 6X0. 3X (75-C)/16/100X R)= 2. 1075XP/(1. 135XC-10. 125) (7)所以，根據(jù)燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P(kg/tp)及含碳非燒成球團(tuán)礦的含C量，基于上述式(7)的關(guān)系，設(shè)定含碳非燒成球團(tuán)礦的單位消耗量R(kg/tp)，由此能夠還原靠近的燒成球團(tuán)礦。圖4中示出該含碳非燒成球團(tuán)礦的單位消耗量R(kg/tp)和燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P(kg/tp)的關(guān)系。此外，如果用C/0(摩爾比)表示含碳非燒成球團(tuán)礦的成分，則由式(6)得出[C/0] = C/12 X 16/0. 3/(75-C)= 4. 44XC/(75-C) (7)從而得出C = 75 X [C/0] / (4. 44+ [C/0]) (8)從該關(guān)系式得出，例如，[C/0] = 1.0、2.0、3.0分別相當(dāng)于((質(zhì)量(％) = 14%, 23%、30%。如果C含量增多，則含碳非燒成球團(tuán)礦的冷、熱強(qiáng)度降低，因此C含量存在上限。因而，本發(fā)明人等調(diào)查了C含量對含碳非燒成球團(tuán)礦的反應(yīng)后強(qiáng)度的影響。對將具有多種C含量的含碳非燒成球團(tuán)礦在900°C、C0/a)2 = 7/3的條件下加熱1 小時后的壓碎強(qiáng)度進(jìn)行了調(diào)查。如圖5所示，因C含量C的上升反應(yīng)后強(qiáng)度降低。從非專利文獻(xiàn)“鉄J鋼72 (1986)，S98. ”得知，在高爐內(nèi)需要確保含碳球團(tuán)礦為IOkg/片以上，但如果C含量C大于30 %，則不能確保IOkg/片。因而，將本發(fā)明中的C含量C的上限規(guī)定為 30%。本發(fā)明人等接著對用于降低還原材比的含碳非燒成球團(tuán)礦的單位消耗量R(kg/ tp)的最佳范圍進(jìn)行了銳意研究。在含碳非燒成球團(tuán)礦的含碳量Y低于15% (C/0相當(dāng)于 1.0)時，上述式O)的間接還原及熔化(直接)還原的反應(yīng)效率的提高效果降低，其結(jié)果是，與采用普通焦炭時相比，難以充分降低還原材比。此外，在含碳非燒成球團(tuán)礦的含碳量C超過30% (C/0相當(dāng)于3.0)時，壓碎強(qiáng)度降低，阻礙高爐內(nèi)的通氣性，因此妨礙上述式(1) (2)的間接還原反應(yīng)的進(jìn)行，其結(jié)果是，與采用普通焦炭時相比，難以充分降低還原材比。因此，優(yōu)選將含碳非燒成球團(tuán)礦的含碳量C規(guī)定為15 30%。根據(jù)該含碳非燒成球團(tuán)礦的優(yōu)選的C量C :15 30%，基于上述式(7)，用于降低還原材比的含碳非燒成球團(tuán)礦的單位消耗量R(kg/tp)的上下限值如下R(kg/tp) = (0. 09 0. 31) XP(kg/tp) (9)
所以，在本發(fā)明中，為了降低高爐操作時的還原材比，對含碳非燒成球團(tuán)礦和燒成球團(tuán)礦的混合比例，以含碳非燒成球團(tuán)礦的單位消耗量R(kg/tp)與燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P(kg/tp)的比即R(kg/tp)/XP(kg/tp)滿足上述式(9)的方式進(jìn)行調(diào)整。接著，本發(fā)明人等對燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P的范圍進(jìn)行了銳意研究。如果燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P低于150kg/tp，則高爐裝入物的主體為燒結(jié)礦和塊礦石，它們的反應(yīng)特性左右高爐操作業(yè)績，即使裝入的燒成球團(tuán)礦的還原性通過靠近裝入的含碳非燒成球團(tuán)礦被改善，對整體的操作的貢獻(xiàn)也相對減小。此外，如果燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P超過650kg/tp，則裝入時的燒成球團(tuán)礦的偏析程度增大，即使是含碳非燒成球團(tuán)礦也不能彌補(bǔ)不良影響。根據(jù)以上情況，在本發(fā)明中，將燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P(kg/tp)規(guī)定為150 650kg/tp。這相當(dāng)于燒成球團(tuán)礦比為10 40%，含碳非燒成球團(tuán)礦的單位消耗量R的范圍相當(dāng)于14 202kg/tp。圖6中示出含碳非燒成球團(tuán)礦的單位消耗量R(kg/tp)和燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P(kg/tp)的比即A( = R/P)與還原材比的關(guān)系。在有效容積為5500m3的高爐中，調(diào)查了根據(jù)燒成球團(tuán)礦和含碳非燒成球團(tuán)礦的使用量帶來的還原材比的變化。在調(diào)查期間中，燒結(jié)礦的品質(zhì)大致穩(wěn)定，以出鐵比達(dá)到2. 1 2.2(t/d/m3)的方式操作。在不配合含碳非燒成球團(tuán)礦時，伴隨著燒成球團(tuán)礦的單位消耗量 P的增加，還原材比上升。另一方面，在以含碳非燒成球團(tuán)礦的單位消耗量R(kg/tp)與燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P(kg/tp)的比A( = R/P)達(dá)到0. 09 0. 31的方式混合含碳非燒成球團(tuán)礦和燒成球團(tuán)礦時，將還原材比抑制在485(kg/tp)以下?？墒牵绻麩汕驁F(tuán)礦的單位消耗量P超過650kg/tp，即使使用含碳非燒成球團(tuán)礦，還原材比為485(kg/tp)以下的操作也困難。此外，在燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P低于 150kg/tp的情況下，即使使用含碳非燒成球團(tuán)礦，還原材比為485(kg/tp)以下的操作也困難。在含碳非燒成球團(tuán)礦的單位消耗量R和燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P的比即A(= R/P)超過0. 31時，伴隨著燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P的上升，含碳非燒成球團(tuán)礦使用量不足，還原材比上升。另一方面，在含碳非燒成球團(tuán)礦的單位消耗量R和燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P的比即A( = r/p)低于ο. 09時，也伴隨著燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P的上升，還原材比上升。這是因?yàn)椋缟纤?，以燒成球團(tuán)礦的還原所需的量以上來配合含碳非燒成球團(tuán)礦的結(jié)果是，伴隨著壓碎強(qiáng)度比燒成球團(tuán)礦低的含碳非燒成球團(tuán)礦的增加，通氣性的降低變得顯著，此外含碳非燒成球團(tuán)礦的快速氣化產(chǎn)生的CO氣未能被有效地利用，而從爐頂排出O再有，即使將同樣的情況應(yīng)用于普通焦炭(小塊焦炭)也不能成立。由于普通焦炭的氣化反應(yīng)(C+0)2 = 2C0)的速度慢，因此需要更多的焦炭。此外，使用的含碳非燒成球團(tuán)礦的粒徑在本發(fā)明中沒有特別的限定，但為了謀求與燒成球團(tuán)礦的均勻混合，對含碳非燒成球團(tuán)礦的壓碎造成的通氣性的降低進(jìn)行抑制，因而優(yōu)選平均粒徑為20mm以下。
此外，關(guān)于含碳非燒成球團(tuán)礦向高爐的裝入方法，優(yōu)選在從高爐爐頂交替地以層狀裝入含鐵原料和焦炭時，事先在裝入前將燒成球團(tuán)礦和含碳非燒成球團(tuán)礦混合，裝入上述含碳非燒成球團(tuán)礦和上述燒成球團(tuán)礦的混合物，以代替上述含鐵原料層的一部分。作為裝入前將燒成球團(tuán)礦和含碳非燒成球團(tuán)礦混合的方法，使燒成球團(tuán)礦槽、含碳非燒成球團(tuán)礦槽靠近而截出，也能得到同樣的效果。另外，本發(fā)明的含碳非燒成球團(tuán)礦對于形狀及制造方法沒有特別的限定。通常，采用利用盤式造粒機(jī)的生球團(tuán)礦的造粒方法，但采用可進(jìn)一步進(jìn)行壓緊成形的團(tuán)塊成形，也能得到同樣的效果。此外，本發(fā)明的含碳非燒成球團(tuán)礦對原料的條件也沒有特別的限定。通常，主要采用含鐵粉塵或含焦炭粉塵等，但配合鐵礦石或氧化皮類等，只要成分范圍在本發(fā)明范圍內(nèi)， 也能夠得到大致相同的效果。實(shí)施例以下，對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明，但實(shí)施例的條件是為確認(rèn)本發(fā)明的可實(shí)施性及效果而采用的一個條件例，本發(fā)明并不限定于該一個條件例。本發(fā)明在不脫離本發(fā)明的要旨而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)，可采用各種條件。[實(shí)施例1]以含鐵粉塵、含碳粉塵、早強(qiáng)波特蘭水泥作為原料，制造了兩種含碳非燒成球團(tuán)礦 Pl和P2。Pl中，C含量為23%，C/0為2.0，脈石成分量為25%。P2中，C含量為觀％，C/ 0為2. 8，脈石成分量為25%。將這些含碳非燒成球團(tuán)礦與燒成球團(tuán)礦一同從爐頂部裝入有效容積為5500m3的高爐中而使用。在使用期間中，燒結(jié)礦的品質(zhì)大致穩(wěn)定，以出鐵比達(dá)到2. 1 2. 2(t/d/m3) 的方式操作。表1中示出含碳非燒成球團(tuán)礦、燒成球團(tuán)礦的使用條件和高爐操作評價結(jié)果的一覽。從表1得知，在使用含碳非燒成球團(tuán)礦Pi時，在含碳非燒成球團(tuán)礦使用量相對于燒成球團(tuán)礦使用量較小的比較例ι中，不能進(jìn)行還原材比為485(kg/tp)以下的操作。在比較例2中，相反，含碳非燒成球團(tuán)礦使用量相對于燒成球團(tuán)礦使用量過多，還原材比上升，同樣不能進(jìn)行還原材比為485(kg/tp)以下的操作。在使用含碳非燒成球團(tuán)礦P2時，在燒成球團(tuán)礦使用量大的條件下進(jìn)行了研究。在比較例3中，含碳非燒成球團(tuán)礦使用量為45 (kg/tp)，盡管是與發(fā)明例1同等的使用量，但相對于燒成球團(tuán)礦量為不足，不能使還原材比降低。在比較例4中，相反，因含碳非燒成球團(tuán)礦的配合過多，同樣還原材比向增高方向推移。表 權(quán)利要求
1.一種采用含碳非燒成球團(tuán)礦的高爐操作方法，其是從高爐爐頂交替地以層狀裝入含鐵原料和焦炭的高爐操作方法，其特征在于，(i)預(yù)先將含碳非燒成球團(tuán)礦和燒成球團(tuán)礦混合，將該含碳非燒成球團(tuán)礦和所述燒成球團(tuán)礦的混合物裝入以代替所述含鐵原料層的一部分，而且，(ii)調(diào)整所述含碳非燒成球團(tuán)礦和所述燒成球團(tuán)礦的混合比例，使所述含碳非燒成球團(tuán)礦的單位消耗量R與所述燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P的比R/P達(dá)到0. 09 0. 31，其中， 所述含碳非燒成球團(tuán)礦和所述燒成球團(tuán)礦的單位消耗量的單位是kg/tp。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用含碳非燒成球團(tuán)礦的高爐操作方法，其特征在于，所述燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P為150kg/tp 650kg/tp。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高爐操作方法，該方法在大量使用燒成球團(tuán)礦作為含鐵原料的高爐操作中，通過將含碳非燒成球團(tuán)礦混合在燒成球團(tuán)礦中，使其與還原性差的燒成球團(tuán)礦靠近地裝入，從而消除在爐內(nèi)的熔合帶附近的還原延遲部位，形成薄的熔合帶結(jié)構(gòu)，由此可大幅度發(fā)揮降低高爐操作時的燃料單位消耗量的效果，其中，在從高爐爐頂交替地以層狀裝入含鐵原料和焦炭的高爐操作方法中，(i)預(yù)先將含碳非燒成球團(tuán)礦和燒成球團(tuán)礦混合，將該含碳非燒成球團(tuán)礦和所述燒成球團(tuán)礦的混合物裝入以代替所述含鐵原料層的一部分，而且，(ii)調(diào)整所述含碳非燒成球團(tuán)礦和所述燒成球團(tuán)礦的混合比例，使所述含碳非燒成球團(tuán)礦的單位消耗量R(kg/tp)與燒成球團(tuán)礦的單位消耗量P(kg/tp)的比R(kg/tp)/P(kg/tp)達(dá)到0.09～0.31。
文檔編號C22B1/24GK102177256SQ20098013980
公開日2011年9月7日 申請日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者樋口謙一, 筱原貴司, 野田武志 申請人:新日本制鐵株式會社