用于生產(chǎn)金屬鐵礦塊的系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)金屬鐵礦塊的系統(tǒng)，包括：包括耐火材料以用于在其上接收爐床材料層的爐床；裝料設(shè)備，其在所述爐床材料層的至少一部分上提供可還原混合物的層；通道限定設(shè)備，以產(chǎn)生多個(gè)通道開(kāi)口，該通道開(kāi)口至少部分地延伸至所述可還原混合物的層以限定出多個(gè)形成礦塊的可還原材料區(qū)域；通道填充設(shè)備，其將礦塊分離填充材料至少部分地填充在多個(gè)通道開(kāi)口中；和爐，該爐熱處理可還原混合物的層以在多個(gè)形成礦塊的可還原材料區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)中形成一個(gè)或多個(gè)金屬鐵礦塊。本發(fā)明系統(tǒng)可提供控制鐵礦塊尺寸，可提供對(duì)微礦塊形成的控制，且可提供對(duì)鐵礦塊中硫的控制等等。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于生產(chǎn)金屬鐵礦塊的系統(tǒng)
[0001] 本申請(qǐng)是一項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)，其母案的申請(qǐng)日為2005年12月7日、申 請(qǐng)?zhí)枮?00580047838. 5 (PCT/IB2005/054110)、發(fā)明名稱(chēng)為"用于生產(chǎn)金屬鐵礦塊的方法和 系統(tǒng)"。
[0002] 政府利益
[0003] 本發(fā)明的完成得到了經(jīng)濟(jì)發(fā)展局（Economic Development Administration)的支 持許可號(hào)No. 06-69-04501。美國(guó)政府在本發(fā)明中可具有某些權(quán)利。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004] 本發(fā)明涉及金屬擔(dān)載材料的還原（例如，載鐵材料如鐵礦石的還原）。

【背景技術(shù)】
[0005] 過(guò)去已經(jīng)描述和/或使用了許多不同的鐵礦石還原方法。所述方法傳統(tǒng)上可以分 為直接還原法和熔煉還原方法。通常，直接還原法通過(guò)例如使用堅(jiān)式爐（例如基于天然氣 的堅(jiān)式爐）將鐵礦石轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)金屬形式，而熔煉還原將鐵礦石轉(zhuǎn)變?yōu)槿刍臒峤饘俣鵁o(wú) 需使用鼓風(fēng)爐。
[0006] 用于生產(chǎn)直接還原鐵（DRI)的許多常規(guī)還原方法為基于氣體的方法或者基于煤 的方法。例如，在基于氣體的方法中，氧化鐵（例如鐵礦石或氧化鐵小球）的直接還原采 用還原性氣體（例如，重整天然氣）以減少氧化鐵并獲得DRI。制造DRI的方法采用了包 括作為還原劑的碳（例如煤、木炭等等）的使用。例如，基于煤的方法包括SL-RN方法，描 述于例如 D.A. Bold 等人題為 "Direct reduction down under :the New Zealand story" 的參考文獻(xiàn)，145和147-52頁(yè)（1977)，或例如由Miyagawa等人描述于題為"Development of FASTMET1* as a New Direct Reduction Process" 參考文獻(xiàn)中的 faSTMET..K.方法， 1998ICSTI/IR0NMAKING Conference Proceedings，877-881 頁(yè)。
[0007] 介于基于氣體的或基于煤的直接還原法和熔煉還原法兩者之間的另一還原方 法可以稱(chēng)為烙化（fusion)還原。烙化還原法已描述于例如Kobayashi等人題為"A new process to produce iron directly from fine ore and coal" 的參考文獻(xiàn)中，I&SM, 19-22(2001 年 9 月）頁(yè)，以及，例如 Sawa 等人題為 "New coal-based process，Hi-QIP， to produce high quality DRI for the EAF" 的參考文獻(xiàn)中，ISIJ Interna tional, VoL41 (2001)，Supp 1 ement，S17-S21頁(yè)。通常，這樣的熔化還原法包括例如以下總結(jié)的加工 步驟：進(jìn)料制備、干燥、裝爐、預(yù)熱、還原、熔化/熔融、冷卻、產(chǎn)物排出和產(chǎn)品的分離。
[0008] 對(duì)于直接還原法已經(jīng)描述和/或使用了各種型式的床式爐。稱(chēng)為轉(zhuǎn)底爐（RHF)的 一種類(lèi)型床式爐已經(jīng)用作用于基于煤的生產(chǎn)的熔爐。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)底爐具有 分割為預(yù)熱區(qū)、還原區(qū)、熔化區(qū)和冷卻區(qū)的環(huán)形爐床，沿著熔爐的進(jìn)給側(cè)和卸料側(cè)設(shè)置。所 述環(huán)形爐床支持在熔爐中以使得能夠旋轉(zhuǎn)地移動(dòng)。例如在操作中，包括混合物（例如鐵礦 石和還原材料的混合物）的原料裝料在環(huán)形爐床上并提供至預(yù)熱區(qū)。
[0009] 預(yù)熱以后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)爐床上的鐵礦石混合物被移到還原區(qū)，其中鐵礦石在還原材 料的存在下通過(guò)一個(gè)或多個(gè)熱源（例如煤氣燃燒器）的使用還原為還原的和熔化的鐵（例 如金屬鐵礦塊）。在還原法完成之后，還原的和熔化的產(chǎn)品在旋轉(zhuǎn)爐床上的冷卻區(qū)中冷卻以 防止氧化并促進(jìn)從熔爐卸料。
[0010] 已經(jīng)描述了各種用于直接還原法的轉(zhuǎn)底爐。例如，此類(lèi)熔爐的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方 案描述于Sawa等人2000年十月3日出版并題為"Method of Producing a Reduced Metal， and Traveling Hearth Furnace for Producing Same" 的美國(guó)專(zhuān)利中。此外，還描述了例 如其它類(lèi)型的床式爐。例如，成對(duì)的直平底（PSH)熔爐描述于Lu等人的2001年7月10日 出版的題為"Paired straight hearth (PSH) furnaces for metal oxide reduction"的美 國(guó)專(zhuān)利No. 6, 257, 879B1中，以及線型的床式爐（LHF)描述于出版為US2005-0229748A1并 題為"Linear hearth furnace system and methods regarding same，'的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申 請(qǐng) No60/558, 197 中。
[0011] 基于天然氣的直接還原鐵占世界上DrI生產(chǎn)的90 %以上?；诿旱姆椒ㄍǔＳ糜?生產(chǎn)剩余量的直接還原鐵。但是，在許多地區(qū)，煤的使用可能更加合意，因?yàn)槊簝r(jià)格可能比 天然氣價(jià)格更加穩(wěn)定。此外許多地區(qū)遠(yuǎn)離使用所加工產(chǎn)品的鋼廠。因此，以金屬化鐵礦塊 的形式由基于煤的熔化還原法生產(chǎn)的鐵塊體裝船可能比使用熔化還原法更加合意。
[0012] 通常，金屬鐵礦塊特征為高品位，基本上100 %為金屬（例如大約96%-大約97 % 的金屬Fe)。這樣的金屬鐵礦塊在許多環(huán)境中是合意的，例如，至少相對(duì)于可包含30%氧和 5%脈石鐵燧巖小球。金屬鐵礦塊含脈石量低，因?yàn)槎趸抟呀?jīng)作為礦漁除去。同樣地， 通過(guò)金屬鐵礦塊，要運(yùn)輸?shù)闹亓扛汀４送?，與常規(guī)的直接還原鐵不同，金屬鐵礦塊具有低 的氧化率，因?yàn)樗鼈兪枪腆w金屬并具有很少或沒(méi)有孔。另外，這樣的金屬鐵礦塊通常與鐵礦 石小球一樣易于處理。
[0013] 用于生產(chǎn)金屬鐵礦塊的一種示例性金屬鐵礦塊熔化方法稱(chēng)為ITmk3。例如，在這樣 的方法中，使用鐵礦石、煤和粘合劑形成的干球被送到熔爐（例如轉(zhuǎn)底爐）。當(dāng)熔爐中的溫 度增加時(shí)，在溫度范圍為1450°C -1500°C時(shí)，鐵精砂還原并熔化。所得產(chǎn)品被冷卻并隨后卸 料。冷卻的產(chǎn)品通常包括小球尺寸的金屬鐵礦塊和分裂并隔離的礦渣。例如，以這樣的方法 產(chǎn)生的此類(lèi)金屬鐵礦塊大小通常為大約四分之一（6. 4mm)至八分之三（9. 5mm)英寸并且據(jù) 報(bào)道被分析為包括大約96% -大約97%的金屬Fe和大約2. 5% -大約3. 5%的碳。例如， 此類(lèi)方法的一種或多種實(shí)施方案描述于Negami等人的題為"Method and apparatus for making metallic iron"，2000 年 3 月 14 日出版的美國(guó)專(zhuān)利 No. 6, 036, 744 和 Negami 等人 的題為"Method and apparatus for making metallic iron"，2003 年 1 月 14 日出版的美 國(guó)專(zhuān)利 No. 6, 506, 231 中。
[0014] 進(jìn)一步地，據(jù)報(bào)道另一金屬鐵礦塊方法也已經(jīng)被用于生產(chǎn)金屬鐵。例如，在該方 法中，使無(wú)煙煤粉層遍布爐床并在其中生成凹陷（dimples)的規(guī)律樣式。然后，放置鐵礦 石和煤混合物的層并加熱到1500°C。鐵礦石被還原成金屬鐵、熔化并在所述凹陷中作為 鐵礫石和礦渣收集。然后，分裂并分離鐵礫石和礦渣。此類(lèi)方法的一種或多種實(shí)施方案描 述于 Takeda 等人題為 "Rotary hearth furnace for reducing oxides, and method of operating the furnace"，2001年8月7日出版的美國(guó)專(zhuān)利No6, 270, 552中。此外，例如該方 法的利用在固體還原材料中形成杯形洼地以獲得還原金屬的各種實(shí)施方案（稱(chēng)為Hi-QIP 方法）描述于Sawa等人的美國(guó)專(zhuān)利No. 6, 126. 718中。
[0015] 因此，這樣的金屬鐵礦塊形成方法包括混合載鐵的材料和粉煤（例如含碳的還原 劑）。例如，在有或者沒(méi)有形成球的情況下，將鐵礦石/煤混合物送到床式爐（例如轉(zhuǎn)底爐） 并據(jù)報(bào)道加熱到1450°C -大約1500°C的溫度以形成熔化的直接還原鐵（即金屬鐵礦塊） 和礦渣。金屬鐵和礦渣可隨后例如通過(guò)溫和的機(jī)械作用和磁分離技術(shù)的使用被分離。
[0016] 其它用于生產(chǎn)還原鐵的還原方法描述于例如Kikuchi等人題為"Method and apparatus for making metallic iron"，2001 年4月 3 日出版的美國(guó)專(zhuān)利No6, 210, 462和 Fuji 等人題為"Method for producing reduced iron"，2001 年 11 月 8 日出版的美國(guó)專(zhuān)利 申請(qǐng)No. US2001/0037703A1中。例如，Kikuchi等人的美國(guó)專(zhuān)利No6, 210, 462描述了其中 不要求初步模制的球以形成金屬鐵的方法。
[0017] 但是，對(duì)于這樣的鐵礦塊方法存在各種憂慮。例如，一種或多種此類(lèi)方法的一個(gè)主 要的憂慮涉及預(yù)防礦渣與爐床耐火材料在此類(lèi)方法期間反應(yīng)。這樣的憂慮可以通過(guò)在爐床 耐火材料上放置磨碎的焦炭或其它含碳物質(zhì)層以防止礦渣滲透與爐床耐火材料反應(yīng)而解 決。
[0018] 關(guān)于此類(lèi)金屬鐵礦塊生產(chǎn)過(guò)程的另一憂慮是完成所述方法必需很高的溫度。例 如，據(jù)報(bào)道，這樣的溫度在1450°c -大約1500°C的范圍之內(nèi)。當(dāng)與在大約1288°C -大約 1316°C的溫度下進(jìn)行的鐵燧巖球?；啾?，這通常被認(rèn)為是相當(dāng)高的。這樣的高溫不利地 影響熔爐耐火材料、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用和能量需要。
[0019] 又一個(gè)問(wèn)題是硫是鋼中主要的不受歡迎的雜質(zhì)。但是，在金屬鐵礦塊形成方法中 使用的含碳還原劑通常包括在形成的礦塊中導(dǎo)致此類(lèi)雜質(zhì)的硫。
[0020] 此外，至少在ITmk3方法中，采用了利用粘合劑的在先的球形成方法。例如，鐵礦 石與粉煤和粘合劑混合、形成球形并隨后加熱。采用了粘合劑的此類(lèi)預(yù)加工（例如球形成） 步驟為金屬鐵礦塊生產(chǎn)方法增加了不受歡迎的成本。
[0021] 更進(jìn)一步，各種鋼鐵生產(chǎn)方法傾向特定大小的礦塊。例如，采用常規(guī)碎屑裝料操作 的煉爐操作似乎由大尺寸的鐵礦塊進(jìn)料更好。采用直接注入系統(tǒng)用于鐵材料的其它操作表 明各種尺寸的結(jié)合對(duì)于它們的操作可能是重要的。
[0022] 從形成球形的進(jìn)料開(kāi)始的先前描述的金屬鐵礦塊生產(chǎn)方法使用了具有大約四分 之三英寸（19.0_)直徑干球的最大尺寸的鐵坯礦石。這些球通過(guò)還原方法期間從鐵的氧 損失、通過(guò)經(jīng)由氣化的煤損失、由于脈石和灰燼形成礦渣帶來(lái)的失重、以及孔的損失收縮為 大小為大約八分之三英寸（9.5mm)的鐵礦塊。在很多環(huán)境中，這樣大小的礦塊不能提供與 較大礦塊（在某些煉爐操作中是合意的）有關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0023] 根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)提供了還原方法（例如金屬鐵礦塊的生產(chǎn)）中的各種優(yōu) 點(diǎn)。例如，這樣的方法和系統(tǒng)可提供控制鐵礦塊尺寸（例如，使用具有至少部分由含碳物質(zhì) 填充的通道的進(jìn)料混合物垛（mound))，可提供對(duì)微礦塊形成的控制（例如，由爐床材料層 的處理），可提供對(duì)鐵礦塊中硫的控制（例如，通過(guò)向進(jìn)料混合物加入助熔劑）等等。
[0024] 用于本發(fā)明金屬鐵礦塊生產(chǎn)的一個(gè)實(shí)施方案包括：提供包括耐火材料的爐床， 和在所述耐火材料上提供爐床材料層（例如，所述爐床材料層至少包括含碳材料或涂有 A1 (0H) 3、CaF2或Ca (0H) 3和CaF2的結(jié)合的含碳材料）。在爐床材料層的至少一部分上提供 可還原的混合物層（例如，所述可還原的混合物至少包括還原材料和可還原的載鐵材料）。 多個(gè)通道開(kāi)口至少部分地延伸進(jìn)入所述可還原的混合物層以限定出多個(gè)形成礦塊的可還 原材料區(qū)域（例如，多個(gè)形成礦塊的能還原的材料區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)可包括可還原混合 物的垛，其包括至少一個(gè)彎曲或傾斜的部分，如可還原混合物的圓丘狀的垛或錐體形狀的 垛。所述多個(gè)通道開(kāi)口至少部分地由礦塊分離填充材料填充（例如所述礦塊分離填充材料 至少包括含碳材料）。對(duì)可還原混合物的層進(jìn)行熱處理以在多個(gè)形成礦塊的可還原的材料 區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)中形成一個(gè)或多個(gè)金屬鐵礦塊（例如，包括跨越最大截面的最大長(zhǎng)度大 于約0. 25英寸（6. 4mm)且小于約4. 0英寸（102mm)的金屬鐵礦塊）（例如，在多個(gè)形成礦 塊的可還原的材料區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)的每一個(gè)中形成單一金屬鐵礦塊）。
[0025] 在不同的實(shí)施方案中，可還原混合物的層可以是可還原的微團(tuán)層（例如，其中至 少50%的可還原混合物的層包括具有大約2毫米或更低的平均尺寸的微團(tuán)），或者可以是 壓緊的層（例如團(tuán)塊、部分的團(tuán)塊、壓緊的垛、在可還原物質(zhì)層中形成的壓實(shí)分布等等）。
[0026] 再進(jìn)一步，爐床材料層上的可還原混合物的層可包括多個(gè)層，其中至少一個(gè)所提 供層的可還原微團(tuán)的平均尺寸相對(duì)于先前提供的微團(tuán)的平均尺寸是不同的（例如至少一 個(gè)所提供層的可還原微團(tuán)的平均尺寸小于在爐床材料層上提供的第一層的微團(tuán)的平均尺 寸）。
[0027] 另外，還原材料的化學(xué)計(jì)量為從預(yù)先確定量的可還原載鐵材料完成完成金屬化和 形成金屬鐵礦塊所必需的量。在該方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，在爐床材料層上提供可 還原混合物的層可包括在該爐床材料上提供可還原混合物的第一層，其包括預(yù)先確定量的 可還原載鐵材料和完成其金屬化所必需的還原材料的化學(xué)計(jì)量的大約70 % -大約90 %，并 提供可還原混合物的一個(gè)或多個(gè)附加層，其包括預(yù)先確定量的可還原載鐵材料和完成其金 屬化所必需的還原材料的化學(xué)計(jì)量的大約105% -大約140%。
[0028] 在所述方法的另一實(shí)施方案中，熱處理可還原混合物的層包括在低于1450°C的 溫度下熱處理可還原混合物的層，以使得形成礦塊的可還原材料區(qū)域中的可還原混合物引 起收縮并從其它相鄰的形成礦塊的可還原材料區(qū)域中分離出來(lái)。更優(yōu)選，所述溫度低于 1400°C ;甚至更優(yōu)選所述溫度低于1390°C ;甚至更優(yōu)選所述溫度低于1375°C ;且最優(yōu)選所 述溫度低于1350°C。
[0029] 還進(jìn)一步，在所述方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，可還原混合物可進(jìn)一步包括選 自氧化鈣、一種或多種能夠通過(guò)其熱分解產(chǎn)生氧化鈣的化合物（例如石灰石）、氧化鈉、以 及一種或多種能夠通過(guò)其熱分解產(chǎn)生氧化鈉的化合物的至少一種添加劑。此外，在一個(gè)或 多個(gè)實(shí)施方案中，可還原的混合物可包括蘇打灰、Na 2C03、NaHC03、NaOH、硼砂、NaF和/或煉 鋁工業(yè)礦渣。更進(jìn)一步，可還原混合物的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案可包括選自螢石、CaF 2、硼砂、 NaF和煉鋁工業(yè)礦渣的至少一種助熔劑。
[0030] 用于生產(chǎn)本發(fā)明金屬鐵礦塊的另一方法包括提供包括耐火材料的爐床和在所述 耐火材料上提供爐床材料層（例如，所述爐床材料層可至少包括含碳材料）?？蛇€原微團(tuán)的 層提供在爐床材料層的至少一部分上，其中可還原微團(tuán)層的至少50%包括具有大約2毫米 或更低的平均尺寸的微團(tuán)。所述可還原微團(tuán)至少由還原材料和可還原載鐵材料形成。對(duì)可 還原微團(tuán)的層進(jìn)行熱處理形成一個(gè)或多個(gè)金屬鐵礦塊。
[0031] 在所述方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)在爐床材料層上的可還原微團(tuán)的第一 層并通過(guò)在第一層上提供可還原微團(tuán)的一個(gè)或多個(gè)附加層來(lái)提供所述可還原微團(tuán)層。至少 一個(gè)所提供的附加層的可還原微團(tuán)的平均尺寸相對(duì)于先前提供的微團(tuán)的平均尺寸來(lái)說(shuō)是 不同的（例如，至少一個(gè)所提供的附加層的可還原微團(tuán)的平均尺寸低于第一層微團(tuán)的平均 尺寸）。
[0032] 進(jìn)一步，在該方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，在爐床材料層上的可還原微團(tuán)的第 一層包括預(yù)先確定量的可還原載鐵材料和完成其金屬化所必需的還原材料的化學(xué)計(jì)量的 大約70 % -大約90 %，并且提供的可還原微團(tuán)的附加層包括預(yù)先確定量的可還原載鐵材料 和完成其金屬化所必需的還原材料的化學(xué)計(jì)量的大約105% -大約140%。
[0033] 還進(jìn)一步，在所述方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，提供所述可還原微團(tuán)的層包括 至少使用水、還原材料、可還原載鐵材料和選自氧化鈣、一種或多種能夠通過(guò)其熱分解產(chǎn) 生氧化鈣的化合物、氧化鈉、以及一種或多種能夠通過(guò)其熱分解產(chǎn)生氧化鈉的化合物的一 種或多種添加劑形成可還原的微團(tuán)。進(jìn)一步，可還原微團(tuán)的可包括選自蘇打灰、Na 2C03、 NaHC03、NaOH、硼砂、NaF和煉鋁工業(yè)礦渣的至少一種添加劑或選自螢石、CaF 2、硼砂、NaF和 煉鋁工業(yè)礦渣的至少一種助熔劑。
[0034] 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，用于生產(chǎn)金屬鐵礦塊的方法包括以下步驟：提供包 括耐火材料的爐床；在所述耐火材料上提供爐床材料層，該爐床材料層至少包括涂有 A1 (0H)3、CaF2或Ca(0H)3和CaF2中的一種的含碳材料；在爐床材料層的至少一部分上提供 可還原混合物的層，該可還原混合物的至少一部分至少包括還原材料和可還原載鐵材料； 所述可還原混合物至少包括選自氧化鈣、一種或多種能夠通過(guò)其熱分解產(chǎn)生氧化鈣的化合 物、氧化鈉和一種或多種能夠通過(guò)其熱分解產(chǎn)生氧化鈉的化合物的至少一種添加劑；形成 多個(gè)至少部分延伸至可還原混合物的層以限定出多個(gè)密度低于大約2. 4的形成礦塊的可 還原材料區(qū)域的通道開(kāi)口；由至少包括含碳材料的礦塊分離填充材料至少部分地填充所述 多個(gè)通道開(kāi)口；和在低于1450°C的溫度下熱處理可還原混合物的層以在多個(gè)形成礦塊的 可還原材料區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)中形成一個(gè)或多個(gè)金屬鐵礦塊。
[0035] 用于生產(chǎn)本發(fā)明金屬鐵礦塊的另一方法包括提供包括耐火材料的爐床和在所述 耐火材料的至少一部分上提供爐床材料層（例如，所述爐床材料層可至少包括含碳材料）。 在爐床材料層的至少一部分上提供可還原的混合物（例如，所述可還原的混合物至少包括 還原材料和可還原的載鐵材料）。還原材料的化學(xué)計(jì)量為從預(yù)先確定量的可還原載鐵材料 完成金屬化和形成金屬鐵礦塊所必需的量。在一個(gè)實(shí)施方案中，在爐床材料層上提供可還 原混合物可包括在該爐床材料上提供第一部分的可還原混合物，其中所述爐床材料包括預(yù) 先確定量的可還原載鐵材料和完成其金屬化所必需的化學(xué)計(jì)量的大約70% -大約90%的 還原材料，并提供可還原混合物的一個(gè)或多個(gè)附加部分，其包括預(yù)先確定量的可還原載鐵 材料和完成其金屬化所必需的化學(xué)計(jì)量的大約105% -大約140%的還原材料。然后對(duì)可 還原混合物進(jìn)行熱處理形成一個(gè)或多個(gè)金屬鐵礦塊。對(duì)于某些應(yīng)用，可以不使用底料層，或 所述底料層可以不含有任何含碳材料。
[0036] 在所述方法一個(gè)實(shí)施方案中，多個(gè)通道開(kāi)口至少部分地延伸至可還原混合物并限 定出多個(gè)形成礦塊的可還原材料區(qū)域，且進(jìn)一步地，其中所述通道開(kāi)口至少部分地由礦塊 分離填充材料填充。
[0037] 在所述方法的另一實(shí)施方案中，在爐床材料層上提供第一部分的可還原混合物包 括在爐床材料層上提供第一層的可還原微團(tuán)，且其中提供一個(gè)或多個(gè)附加部分包括在第一 層上提供一個(gè)或多個(gè)可還原微團(tuán)的附加層，其中至少一個(gè)所提供附加層的可還原微團(tuán)的平 均尺寸相對(duì)于先前提供的微團(tuán)的平均尺寸來(lái)說(shuō)是不同的。
[0038] 在另一實(shí)施方案中，在爐床材料層上提供可還原混合物包括提供可還原混合物的 壓緊物。例如，一個(gè)或多個(gè)壓緊物的每一個(gè)的第一部分包括預(yù)先確定量的可還原載鐵材料 和完成其金屬化所必需的化學(xué)計(jì)量的大約70 % -大約90 %的還原材料，并且一個(gè)或多個(gè)壓 緊物的每一個(gè)的一個(gè)或多個(gè)附加部分包括預(yù)先確定量的可還原載鐵材料和完成其金屬化 所必需的化學(xué)計(jì)量的大約105% -大約140%的還原材料。
[0039] 還進(jìn)一步地，在所述方法的另一實(shí)施方案中，所述壓緊物可包括至少一個(gè)團(tuán)塊 (例如，三層團(tuán)塊）、部分的團(tuán)塊（例如，壓緊的可還原混合物的兩個(gè)層）、球、包括至少一個(gè) 彎曲或傾斜部分的可還原混合物的壓緊垛、可還原混合物的壓緊的圓丘狀的垛、以及可還 原混合物壓緊的錐體形狀的垛。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述部分的團(tuán)塊包括切成兩半 的完全的團(tuán)塊。所述可還原混合物甚至可以是可還原混合物的多層球。在一個(gè)實(shí)施方案中， 所述垛具有大約1. 9-2的密度，所述球具有大約2. 1的密度以及團(tuán)塊具有大約2. 1的密度。 在一個(gè)實(shí)施方案中，可還原物質(zhì)具有低于大約2. 4的密度。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，可還 原物質(zhì)具有大約1. 4-2. 2的密度。
[0040] 更進(jìn)一步，在此處描述了用于生產(chǎn)金屬鐵礦塊的另一方法。該方法包括提供包含 耐火材料的爐床并在所述耐火材料的至少一部分上提供爐床材料層。該爐床材料層至少包 括含碳材料。在所述爐床材料層的至少一部分上提供可還原混合物。所述可還原混合物包 括：還原材料；可還原載鐵材料；選自氧化鈣、一種或多種能夠通過(guò)其熱分解產(chǎn)生氧化鈣的 化合物、氧化鈉、以及一種或多種能夠通過(guò)其熱分解產(chǎn)生氧化鈉的一種或多種添加劑；和選 自螢石、CaF2、硼砂、NaF、和煉鋁工業(yè)礦渣的至少一種助熔劑。對(duì)所述可還原混合物進(jìn)行熱 處理（例如，在低于大約1450°C的溫度下）以形成一個(gè)或多個(gè)金屬鐵礦塊。
[0041] 在所述方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，可還原混合物可包括選自氧化鈣和石灰石 的至少一種添加劑。在所述方法的其它實(shí)施方案中，可還原混合物的可包括選自蘇打灰、 似 2〇)3、似!1〇)3、似0!1、硼砂、似？和煉鋁工業(yè)礦渣的至少一種添加劑。還進(jìn)一步地，爐床材料 層可包括涂有A1 (0H) 3、CaF2或Ca (0H) 3和CaF2的結(jié)合的含碳材料。
[0042] 再進(jìn)一步地，在所述方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，可還原混合物可包括包含至 少一個(gè)彎曲或傾斜部分的可還原混合物的一個(gè)或多個(gè)垛；可包括可還原微團(tuán)或其具有不同 組成的多個(gè)層；可包括壓緊物如團(tuán)塊、部分的團(tuán)塊、球、包括至少一個(gè)彎曲或傾斜部分的可 還原混合物的壓緊垛、可還原混合物的壓緊的圓丘狀垛、和可還原混合物的壓緊的錐體形 狀垛中的一種；或者可包含球（例如干球）或多個(gè)層狀的球。
[0043] 在此處還描述了用于生產(chǎn)金屬鐵礦塊的系統(tǒng)。例如，根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施 方案可包含用于在其上承受爐床材料層的包括耐火材料的爐床（例如，所述爐床材料層可 至少包括含碳材料）和可操作的裝料設(shè)備以在所述爐床材料層的至少一部分上提供可還 原混合物的層。所述可還原混合物可至少包括還原材料和可還原載鐵材料。所述系統(tǒng)進(jìn)一 步地包括可操作的通道限定設(shè)備以產(chǎn)生至少部分地延伸至可還原混合物的層來(lái)限定出多 個(gè)形成礦塊的可還原材料區(qū)域的多個(gè)通道開(kāi)口，和可操作的通道填充設(shè)備以由礦塊分離填 充材料至少部分地填充所述多個(gè)通道開(kāi)口（例如，所述礦塊分離填充材料可至少包括含碳 材料）。還提供了熔爐，其可被操作來(lái)熱處理所述可還原混合物的層以在多個(gè)形成礦塊的可 還原材料區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)中形成一個(gè)或多個(gè)金屬鐵礦塊。
[0044] 在所述系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，通道限定設(shè)備可以操作來(lái)產(chǎn)生包括至少一 個(gè)彎曲或者傾斜部分的可還原混合物的垛（例如，產(chǎn)生可還原混合物的圓丘狀的垛或者錐 體形狀的垛）。
[0045] 在用于生產(chǎn)方法金屬鐵礦塊的另一方法中，該方法包括提供包括耐火材料的爐床 和在所述耐火材料的至少一部分上提供爐床材料層（例如，所述爐床材料層可至少包括含 碳材料）。在所述爐床材料層的至少一部分上提供可還原混合物。所述可還原混合物至少 包括還原材料和可還原載鐵材料。還原材料的化學(xué)計(jì)量為從預(yù)先確定量的可還原載鐵材料 完成金屬化和形成金屬鐵礦塊所必需的量。至少部分的可還原混合物包括預(yù)先確定量的可 還原載鐵材料和完成其金屬化所必需的化學(xué)計(jì)量的大約70% -大約90%的還原材料。所 述方法進(jìn)一步地包括熱處理可還原混合物以形成一個(gè)或多個(gè)金屬鐵礦塊。
[0046] 在所述方法的一個(gè)實(shí)施方案中，在所述爐床材料層的至少一部分上提供可還原混 合物包括在爐床材料層上提供一個(gè)或多個(gè)可還原混合物的層。多個(gè)通道開(kāi)口被限定為至少 部分地延伸至所述可還原混合物的層并限定出多個(gè)形成礦塊的可還原材料區(qū)域。進(jìn)一步 地，所述通道開(kāi)口至少部分地由礦塊分離填充材料填充（例如，含碳材料）。
[0047] 再進(jìn)一步地，在所述方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，可還原混合物可包括包含至 少一個(gè)彎曲或傾斜部分的可還原混合物的一個(gè)或多個(gè)垛；可包括可還原微團(tuán)或其具有不同 組成的多個(gè)層；可包括壓緊物如團(tuán)塊（例如，單個(gè)或多層團(tuán)塊）、部分的團(tuán)塊、球、包括至少 一個(gè)彎曲或傾斜部分的可還原混合物的壓緊垛、可還原混合物的壓緊的圓丘狀垛、和可還 原混合物的壓緊的錐體形狀垛中的一種；或者可包含球（例如干球）或多個(gè)層狀的球。
[0048] 還進(jìn)一步，在所述方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，可還原混合物可包括選自氧化 鈣、一種或多種能夠通過(guò)其熱分解產(chǎn)生氧化鈣的化合物、氧化鈉、以及一種或多種能夠通過(guò) 其熱分解產(chǎn)生氧化鈉的化合物的至少一種添加劑。進(jìn)一步，所述可還原混合物可包括選自 蘇打灰、Na 2C03、NaHC03、NaOH、硼砂、NaF和煉鋁工業(yè)礦渣的至少一種添加劑或選自螢石、 CaF 2、硼砂、NaF和煉鋁工業(yè)礦渣的至少一種助熔劑。
[0049] 再進(jìn)一步地，所述方法的一個(gè)實(shí)施方案可包括提供壓緊物，并還進(jìn)一步提供與所 述壓緊物的至少一部分相鄰的附加還原材料。
[0050] 在本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施方案中，可還原混合物包括：還原材料；可還原載鐵材料； 選自氧化鈣、一種或多種能夠通過(guò)其熱分解產(chǎn)生氧化鈣的化合物、氧化鈉、以及一種或多種 能夠通過(guò)其熱分解產(chǎn)生氧化鈉的一種或多種添加劑；和選自螢石、CaF 2、硼砂、NaF和煉鋁工 業(yè)礦渣的至少一種助熔劑。
[0051] 本發(fā)明的上述內(nèi)容并不意欲描述本發(fā)明的每一個(gè)實(shí)施方案或每個(gè)執(zhí)行過(guò)程。優(yōu)點(diǎn) 連同對(duì)于本發(fā)明更加完全的理解將通過(guò)參照以下詳細(xì)說(shuō)明和權(quán)利要求結(jié)合附圖變得顯而 易見(jiàn)并理解。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0052] 圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的金屬鐵礦塊工藝的一個(gè)或多個(gè)概括的方框圖。
[0053] 圖2A是用于實(shí)施金屬鐵礦塊工藝（如根據(jù)本發(fā)明的圖1中概括地顯示的）爐系 統(tǒng)的概括方框圖。
[0054] 圖2B-2D是可以在此處用來(lái)實(shí)施一種或多種工藝（如在在此處描述的一個(gè)或多個(gè) 實(shí)施例中采用的方法）的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室爐（例如，分別為管式爐和箱式爐）和一種線型的床 式爐。
[0055] 圖3A-3C是概括的橫截面視圖以及圖3D-3E是概括的俯視圖，其顯示了根據(jù)本發(fā) 明金屬鐵礦塊方法（在圖1中概括地顯示的）如的一個(gè)實(shí)施方案的階段。
[0056] 圖4A-4D顯示了在金屬鐵礦塊方法（如圖1中概括地顯示的）中時(shí)間對(duì)金屬礦塊 形成的影響的圖解。
[0057] 圖5A-5B分別顯示了用于金屬鐵礦塊方法（如在圖1中概括地顯示的）的可還原 混合物的層中通道開(kāi)口的一個(gè)實(shí)施方案的俯視圖和橫截面?zhèn)纫晥D。
[0058] 圖6A-6B分別顯示了用于金屬鐵礦塊方法（如在圖1中概括地顯示的）的可還原 混合物的層中通道開(kāi)口的一個(gè)可選擇的實(shí)施方案的俯視圖和橫截面?zhèn)纫晥D。
[0059] 圖7A-7B分別顯示了用于金屬鐵礦塊方法（如在圖1中概括地顯示的）的可還原 混合物的層中通道開(kāi)口的另一可選擇的實(shí)施方案的俯視圖和橫截面?zhèn)纫晥D。
[0060] 圖8A-8B分別顯示了用于金屬鐵礦塊方法（如在圖1中概括地顯示的）的通道形 成設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方案的俯視圖和橫截面?zhèn)纫晥D。
[0061] 圖9A-9B分別顯示了用于金屬鐵礦塊方法（如在圖1中概括地顯示的）的通道形 成設(shè)備的另一實(shí)施方案的俯視圖和橫截面?zhèn)纫晥D。
[0062] 圖10A-10B分別顯示了用于金屬鐵礦塊方法（如在圖1中概括地顯示的）的通道 形成設(shè)備的再一其它實(shí)施方案的俯視圖和橫截面?zhèn)纫晥D。
[0063] 圖10C-10E分別顯示了用于金屬鐵礦塊方法（如在圖10e中概括地顯示的）的一 種或多種實(shí)施方案可還原混合物形成技術(shù)的再一其它實(shí)施方案的俯視圖和橫截面?zhèn)纫晥D。
[0064] 圖11A-11B顯示了用于金屬鐵礦塊方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的可還原混合物 的預(yù)先形成的球，其中圖11A顯示了可還原混合物的多層球和進(jìn)一步地其中圖11B顯示了 具有不同組成的層的多層球的橫截面。
[0065] 圖11C-11D顯示了用于提供在金屬鐵礦塊方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中使用的 可還原混合物的壓緊物（例如團(tuán)塊）的形成設(shè)備的示例性實(shí)施方案，其中圖lie顯示了三 層壓緊物的形成，和進(jìn)一步地其中圖11D顯示了雙層壓緊物的形成。
[0066] 圖11E-11F顯示了用于提供在金屬鐵礦塊方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中使用的 可還原混合物的壓緊物（例如團(tuán)塊）的其它形成設(shè)備的示例性實(shí)施方案，其中圖11E顯示 了雙層壓緊物的形成，和進(jìn)一步地其中圖11F顯示了三層壓緊物的形成。
[0067] 圖12A-12C顯示了 12段（segment)的、相等尺寸的圓丘狀的模具，以及根據(jù)本發(fā) 明的金屬鐵礦塊方法的一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的石墨托盤(pán)中的可還原混合物。圖12A 顯示了模具，圖12B顯示了由圖12A的模具形成的12段通道式樣，以及圖12C顯示了至少 部分地由粉碎的礦塊分離填充材料（例如焦炭）填充的帶有凹槽的12段通道式樣。
[0068] 圖13A-13D顯示了根據(jù)本發(fā)明的金屬鐵礦塊方法的一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案 的通道中的礦塊分離填充材料的影響。
[0069] 圖14A-14D以及圖15A-1?圖解了根據(jù)本發(fā)明的金屬鐵礦塊方法的一個(gè)或多個(gè)不 例性實(shí)施方案的通道中的礦塊分離填充材料（例如，焦炭）水平的影響。
[0070] 圖16顯示了在描述金屬鐵礦塊方法（如在圖1中概括地描述的）的一個(gè)或多個(gè) 示例性實(shí)施方案中的爐床材料層的處理中使用的各種金屬鐵礦塊方法中產(chǎn)生的微礦塊的 相對(duì)量的表。
[0071] 圖17顯示了用于如在圖1中概括地顯示的金屬鐵礦塊方法和/或用于形成金屬 鐵礦塊的其它方法的可還原混合物提供方法的一個(gè)示例性實(shí)施方案的方框圖。
[0072] 圖18-19顯示了不同的煤添加水平的使用對(duì)如在圖1中概括地顯示的根據(jù)本發(fā)明 的金屬鐵礦塊方法和/或用于形成金屬鐵礦塊的其它方法的一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案 的影響。
[0073] 圖20A-20B顯示了用于描述不同的煤添加水平的使用對(duì)如在圖1中概括地顯示的 根據(jù)本發(fā)明的金屬鐵礦塊方法和/或用于形成金屬鐵礦塊的其它方法的一個(gè)或多個(gè)示例 性實(shí)施方案的影響的圖解。
[0074] 圖21A-21B分別顯示了 Ca0-Si02-Al203相位圖和表，其顯示了在描述對(duì)如在圖1中 概括顯示的金屬鐵礦塊方法和/或用于形成金屬鐵礦塊的其它方法中的可還原混合物使 用一種或多種添加劑中使用的各種熔渣成分。
[0075] 圖22-24顯示了用于描述加入氟化鈣或螢石對(duì)如在圖1中概括地顯示的根據(jù)本發(fā) 明的金屬鐵礦塊方法和/或用于形成金屬鐵礦塊的其它方法的可還原混合物的影響的表。
[0076] 圖25A_25B、26和27分別顯示了一個(gè)表和另一表，其用于顯示Na2C0 3和CaF2添加 劑對(duì)可還原混合物在例如在圖1中概括地顯示的金屬鐵礦塊方法和/或用于形成金屬鐵礦 塊的其它方法的一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中的硫水平控制的影響。
[0077] 圖28顯示了微團(tuán)形成方法的一個(gè)實(shí)施方案的方框圖，該微團(tuán)形成方法用來(lái)提供 可還原混合物以用于例如在圖1中概括地顯示的金屬鐵礦塊方法和/或用于形成金屬鐵礦 塊的其它方法。
[0078] 圖29是顯示水分含量對(duì)微團(tuán)（例如根據(jù)圖28的方法形成的那些）粒徑分布的影 響的曲線圖。
[0079] 圖30顯示了作為尺寸和空氣速度的函數(shù)的描述微團(tuán)（例如根據(jù)圖28中顯示的方 法所形成的那些）末端速度（terminal velocities)的表。
[0080] 圖31A-31B顯示了在例如在圖1中概括地描述的金屬鐵礦塊方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí) 施方案中使用微成團(tuán)的可還原混合物的影響的圖解。
[0081] 圖32A-32C顯示了對(duì)可以在例如在圖1中概括地描述的金屬鐵礦塊方法和/或用 于形成金屬鐵礦塊的其它方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中使用的各種含碳還原劑材料給出 分析的表。
[0082] 圖32D顯示了對(duì)可以在例如在圖1中概括地描述的金屬鐵礦塊方法和/或用于形 成金屬鐵礦塊的其它方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中使用的各種含碳還原劑材料給出灰分 分析的表。
[0083] 圖33顯示了對(duì)可以在例如在圖1中概括地描述的金屬鐵礦塊方法和/或用于形 成金屬鐵礦塊的其它方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中使用的一種或多種鐵礦石給出化學(xué)組 成的表。
[0084] 圖34顯示了對(duì)例如在圖1中概括地描述的金屬鐵礦塊方法和/或用于形成金屬 鐵礦塊的其它方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中可以使用的一種或多種添加劑給出化學(xué)組成 的表。
[0085] 圖35A和35B顯示了在其中具有不同的進(jìn)料混合物排列的托盤(pán)（pallet)，其用于 描述采用線型的床式爐（例如圖2D中顯示的）的一個(gè)或多個(gè)測(cè)試，以及從一個(gè)典型的測(cè)試 所得的產(chǎn)品。
[0086] 圖36是顯示用于描述采用線型床式爐（例如圖2D中顯示的）的一個(gè)或多個(gè)測(cè)試 的爐氣分析結(jié)果的表。
[0087] 圖37是顯示用于描述采用此類(lèi)爐的一個(gè)或多個(gè)測(cè)試的C0在線型床式爐（例如圖 2D中顯示的）的不同區(qū)域中濃度的曲線圖。
[0088] 圖38是顯示用于描述采用線型床式爐（例如圖2D中顯示的）的一個(gè)或多個(gè)測(cè)試 的熔渣組成對(duì)還原方法的影響的表。
[0089] 圖39是顯示用于描述采用線型床式爐（例如圖2D中顯示的）的一個(gè)或多個(gè)測(cè)試 的鐵礦塊以及礦渣分析結(jié)果的表。
[0090] 圖40是顯示用于描述采用線型床式爐（例如圖2D中顯示的）的一個(gè)或多個(gè)測(cè)試 的溫度對(duì)還原方法的影響的表。
[0091] 圖41是顯示在用于描述采用線型床式爐（例如圖2D中顯示的）的一個(gè)或多個(gè)測(cè) 試的還原方法中煤和螢石加入、以及爐溫對(duì)微礦塊形成的影響的表。

【具體實(shí)施方式】
[0092] 本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案將參考圖1-4概括地描述。本發(fā)明的各種其它實(shí)施 方案和支持此類(lèi)不同實(shí)施方案的實(shí)施例則將參考圖5-41描述。
[0093] 對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，來(lái)自此處所述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的要素或加 工步驟可以與來(lái)自在此處所述一個(gè)或多個(gè)其它實(shí)施方案的要素或加工步驟結(jié)合，并且本發(fā) 明并不局限于此處提供的具體實(shí)施方案而僅僅在所附的權(quán)利要求中列出。例如，而不是被 認(rèn)為是限制本發(fā)明，向可還原混合物加入一種或多種添加劑（例如螢石）可以與作為微團(tuán) 的可還原混合物提供結(jié)合使用，通道中的礦塊分離填充材料可以與作為微團(tuán)的可還原混合 物的提供結(jié)合使用，用于形成可還原混合物的通道和垛的模制過(guò)程可以與通道中的礦塊分 離填充材料和/或與作為微團(tuán)的可還原混合物的提供結(jié)合使用等等。
[0094] 進(jìn)一步地，各種金屬鐵礦塊方法已知和/或已經(jīng)描述于一個(gè)或多個(gè)參考文獻(xiàn)。例 如，這樣的方法包括ITmk3方法，存在于例如，Negami等人的美國(guó)專(zhuān)利No. 6, 036, 744和/或 Negami等人的美國(guó)專(zhuān)利No. 6, 506, 231 ;Hi-QIP方法，存在于例如Takeda等人的美國(guó)專(zhuān)利 No. 6. 270, 552和/或Sawa等人的美國(guó)專(zhuān)利No. 6, 126, 718 ;其它金屬礦塊方法，例如描述于 Kikuchi等人的美國(guó)專(zhuān)利No. 6. 210. 462、Fuji等人的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. US2001/0037703A1 和Kikuchi等人的美國(guó)專(zhuān)利No. 6, 210, 462。此處所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案可以與來(lái)自此 類(lèi)金屬礦塊方法的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的要素和/或加工步驟結(jié)合使用。例如，而不認(rèn)為 是限制本發(fā)明，向可還原混合物和/或此處所述的任何可還原混合物加入一種或多種添加 劑（例如螢石）可以與作為預(yù)先形成的球、作為用于在粉碎的含碳層中填充凹陷（dimple) 的可還原混合物、作為一個(gè)或多個(gè)壓緊物（例如團(tuán)塊）的一部分提供的可還原混合物結(jié)合 使用，或可以在一種或多種其它各種模制技術(shù)中作為此類(lèi)金屬鐵礦塊形成方法的一部分使 用。同樣地，在此處一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中所述的概念和技術(shù)并不局限于僅僅以此處參考 圖1概括描述的金屬鐵礦塊方法使用，而是也可以適用于各種其它方法。
[0095] 圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的金屬鐵礦塊方法10的一個(gè)或多個(gè)概括說(shuō)明性的的方框 圖。所述方框圖中顯示的金屬鐵礦塊方法10將進(jìn)一步地參考圖3A-3E和圖4A-4D中顯示的 更加詳細(xì)的實(shí)施方案描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到參考金屬鐵礦塊方法10描述的一個(gè) 或多個(gè)加工步驟可以是可選擇的。例如，區(qū)塊16、20和26被列為是任選地提供的。但是， 在其中描述的其它加工步驟，例如如參考區(qū)塊22描述的通道開(kāi)口的提供，在一個(gè)或多個(gè)實(shí) 施方案中也可能是任選的。同樣地，應(yīng)該理解金屬鐵礦塊方法10是概括的說(shuō)明性實(shí)施方案 并且本發(fā)明并不局限于此處所述的任何具體的方法實(shí)施方案，而是僅僅描述于所附的權(quán)利 要求中。
[0096] 將進(jìn)一步地在此處詳細(xì)描述的本發(fā)明可以例如用于提供一個(gè)或多個(gè)以下益處或 特征。例如，本發(fā)明可以如此處所述的用來(lái)控制金屬鐵礦塊尺寸。常規(guī)干球作為進(jìn)料混合物 導(dǎo)致約為3/8英寸（9. 5_)的小尺寸鐵礦塊?？蛇€原混合物的垛（例如，具有部分地由含 碳材料填充的通道的不等邊四邊形的和圓丘狀的垛）的使用可使鐵礦塊尺寸增加到大至4 英寸（102mm)。不同形狀的垛（例如，不等邊四邊形的垛）可能需要比一樣大小的圓丘狀垛 更長(zhǎng)的時(shí)間以完全形成熔化的鐵礦塊。
[0097] 進(jìn)一步地，例如，微團(tuán)可以用來(lái)最小化進(jìn)料爐中的粉塵損失（例如，旋轉(zhuǎn)或線型床 式爐）；微團(tuán)可以根據(jù)尺寸、進(jìn)料組成被放入底料層之上的層中（例如，煤的化學(xué)計(jì)量百分 比可改變）等等；以及考慮到高的C0 2和高度紊流爐氣氣氛，特別是在如此處所述的線型床 式爐中，進(jìn)料混合物在它們放置在底料層上之后的壓實(shí)或者，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，例 如在放置在爐床上之前壓實(shí)，以形成包括一個(gè)或多個(gè)層的團(tuán)塊）可能是合意的。
[0098] 再進(jìn)一步地，例如，本發(fā)明可以用來(lái)控制微礦塊形成。如此處所述的，超過(guò)用于可 還原進(jìn)料混合物金屬化的化學(xué)計(jì)算需要量的過(guò)量煤的使用，以及用于進(jìn)料混合物的超過(guò)預(yù) 先確定的熔渣組成的過(guò)量石灰的使用（例如，熔渣組成（L))，已經(jīng)導(dǎo)致增加量的微礦塊。
[0099] 如此處進(jìn)一步地所述，例如，如圖21A的Ca0-Si02-Al20 3相位圖和圖21B的表所示， 熔渣組成（L)位于其低熔化溫度槽。進(jìn)一步地，圖21A的Ca0-Si02-Al 203相位圖顯示的其 它熔渣組成表明了（A)、（L)、（LJ和（L2)的熔渣組成。但是，本發(fā)明不局限于任何特定的 熔渣組成。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，此處的描述在很多情況中使用定義的熔渣組成（L)及對(duì)其的相關(guān) 縮寫(xiě)，以限定總的發(fā)明構(gòu)思。
[0100] 熔渣組成通過(guò)作為下標(biāo)表明附加的石灰使用量百分比進(jìn)行簡(jiǎn)寫(xiě)，例如，（LJ和 (L2)分別表示1%和2wt%的石灰被加入到所述進(jìn)料混合物，相對(duì)于熔渣組成（L)。換句話 說(shuō)，與在熔渣組成（L)的進(jìn)料混合物相比，所述進(jìn)料混合物分別包括附加的1%和2wt%的 石灰。進(jìn)一步地，例如，熔渣組成在此處被進(jìn)一步簡(jiǎn)寫(xiě)以表明進(jìn)料混合物中其它要素或者化 合物的存在。例如，加入的化學(xué)CaF 2(縮寫(xiě)成CF)的量以百分比表示為，例如，（1^.#匕25)表 示進(jìn)料混合物包括〇. 25wt%的CaF2,具有（La5)的熔渣組成。
[0101] 底料層的使用，包括焦炭-氧化鋁混合物以及αι(οη)3涂覆的焦炭，可以如此處所 述的用來(lái)減少這樣的微礦塊形成。進(jìn)一步地，例如，向進(jìn)料混合物加入某些添加劑（例如螢 石）可在進(jìn)料混合物的加工期間減少微礦塊產(chǎn)生的量。
[0102] 更進(jìn)一步，例如，如此處所述的，本發(fā)明可以用來(lái)控制根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生鐵礦塊中硫 的量。為了增加爐渣堿度，在鋼鐵工業(yè)中通常的做法是通過(guò)在還原氣氛之下向礦渣加入石 灰以從金屬鐵除去硫，例如在鼓風(fēng)爐中。將石灰從熔渣組成（L)增加到U和（L2)可降 低硫（例如，從0. 084%分別到僅僅0. 058%和0. 050%，如此處所述的），但是增加熔化溫 度以及微礦塊產(chǎn)生的量，如此處所述的。發(fā)現(xiàn)，降低礦渣熔化溫度的助熔添加劑（例如螢 石）的使用不僅降低鐵礦塊形成的溫度，而且減少鐵礦塊中的硫，并且尤其是，在有效減少 微礦塊的量。
[0103] 例如，如此處進(jìn)一步所述的，隨著加入的螢石（FS)增加，在加入4%的螢石下，熔 渣組成（LuFSad和（L2FSa5_4)中的硫分別被穩(wěn)定地降低到低至0. 013%和0. 009%。還 如此處進(jìn)一步所述的，蘇打灰的使用，特別是與螢石結(jié)合，可有效降低鐵礦塊中的硫，但是 蘇打灰的使用傾向于增加微礦塊的量。
[0104] 如圖1的區(qū)塊12所示，提供了爐床42 (參見(jiàn)圖3A)。如圖3A所示的爐床42可以 是適合于與爐系統(tǒng)30 -起使用的任何爐床（例如，圖2A中概括顯示的），其可操作用于實(shí) 施如將在此處進(jìn)一步描述的金屬鐵礦塊方法10,或者并入此處所述一個(gè)或多個(gè)特征的一種 或多種其它金屬礦塊方法。例如，爐床42可以是適合在轉(zhuǎn)底爐中使用的爐床、線型床式爐 (例如如圖35A所示托盤(pán)尺寸的用于此類(lèi)爐），或者可操作用于實(shí)施金屬鐵礦塊方法的任何 其它爐系統(tǒng)。
[0105] 通常，爐床42包括在其上接受待加工材料（例如進(jìn)料材料）的耐火材料。例如， 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述耐火材料可以用來(lái)形成爐床（例如，爐床可以是由耐火材 料形成的容器）和/或爐床可以包括例如承載耐火材料的支撐底部結(jié)構(gòu)（例如，耐火材料 襯里的爐床）。
[0106] 例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，所述支撐底部結(jié)構(gòu)可以由一種或多種不同的材料形成， 例如具有對(duì)于熔爐加工來(lái)說(shuō)所需的高溫特性的不銹鋼、碳鋼或者其它金屬、合金或者其結(jié) 合。進(jìn)一步地，所述耐火材料例如可以是耐火材料板、耐火磚、陶瓷磚或者可澆鑄的耐火材 料。再進(jìn)一步地，例如，可以選擇耐火材料板和耐火磚的結(jié)合以提供對(duì)于在下面的底部結(jié)構(gòu) 最大的熱防護(hù)。
[0107] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，例如，線型床式爐系統(tǒng)被用于例如描述在2004年3 月31日提交，作為US2005/0229748A1出版的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 60/558, 197中的熔爐 加工，以及爐床42是例如托盤(pán)的容器（例如圖35A中顯示的）。例如，這樣的容器可包括支 撐在金屬容器（例如托盤(pán)）中的相對(duì)細(xì)的輕質(zhì)耐火材料床。但是，能夠提供熔爐加工所必 需功能的任何合適的爐床42均可根據(jù)本發(fā)明使用。
[0108] 進(jìn)一步地參考圖1的區(qū)塊14和圖3A，在爐床42上提供爐床材料層44。該爐床材 料層44至少包括一種含碳材料。
[0109] 如此處所使用的，含碳材料表示適用于作為含碳還原劑的任何含有碳的材料。例 如，含碳材料可包括煤、木炭或者焦炭。進(jìn)一步地，例如，這樣的含碳還原劑可包括在圖 32A-32C顯示的表（按照wt%)中列舉和分析的那些。
[0110] 例如，如圖32A-32C所示，一種或多種無(wú)煙煤、低揮發(fā)分的煙煤含碳還原劑、中等 揮發(fā)性的煙煤含碳還原劑、高揮發(fā)性的煙煤含碳還原劑、次煙煤含碳還原劑、焦炭、石墨及 其它次煙煤燒焦含碳還原劑材料可用于所述底料層44。圖32D進(jìn)一步提供了對(duì)圖32A-32C 的表中顯示的含碳還原劑的灰分分析。一些低的、中等的和高揮發(fā)性煙煤可能不適于單獨(dú) 用作底料層，但是可以用作構(gòu)成材料以粉碎煙煤木炭。
[0111] 爐床材料層44包括阻止礦渣穿透爐床材料層44并接觸爐床42的耐火材料所必 需的厚度。例如，可以將所述含碳材料粉碎至一定程度以使得其足夠細(xì)小從而能夠阻止礦 渣發(fā)生這樣的穿透。如本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到的，如果不阻止接觸，則金屬鐵礦塊方法10 期間礦渣的接觸對(duì)爐床42的耐火材料產(chǎn)生不合需要的損害。
[0112] 如通過(guò)圖1的區(qū)塊16所示，用作爐床材料層44的一部分的含碳材料可任選地被 處理，或否則改性，以提供如將進(jìn)一步在此處論述的一種或多種優(yōu)點(diǎn)。例如，爐床材料層44 的含碳材料可以涂有氫氧化鋁（或者CaF 2或者Ca (0H) 3和CaF2的結(jié)合）以如此處進(jìn)一步 所述的減少微礦塊的形成。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)特別有利的實(shí)施方案，爐床材料層44包括無(wú)煙 煤、焦炭、木炭或者其混合物。
[0113] 在一個(gè)實(shí)施方案中，爐床材料層44具有大于.25英寸（6. 4mm)且低于1. 0英 寸（25.4mm)的厚度。進(jìn)一步地，在另一實(shí)施方案中，爐床材料層44具有低于.75英寸 (19. 0mm)且大于· 375英寸（9. 5mm)的厚度。
[0114] 進(jìn)一步地，參考圖1的區(qū)塊18和圖3A，在下面的爐床材料層44上提供可還原混合 物的層46。所述可還原混合物的層至少包括用于鐵金屬礦塊生產(chǎn)的可還原載鐵材料和還原 材料（例如，其它可還原材料將用于使用一種或多種類(lèi)似方法的其它類(lèi)型金屬礦塊，例如， 使用載鎳紅土礦和硅鎂鎳礦礦石用于鎳鐵礦塊）。
[0115] 如此處所使用的，載鐵材料包括能夠經(jīng)由金屬鐵礦塊方法（例如參考圖1所述的 方法10)形成為金屬鐵礦塊的任何材料。例如，載鐵材料可包括氧化鐵材料、鐵精砂、可循 環(huán)的載鐵材料、球團(tuán)車(chē)間（pellet plant)廢料和球團(tuán)篩選的細(xì)料。進(jìn)一步地，例如，這樣的 球團(tuán)車(chē)間廢料和球團(tuán)篩選細(xì)料可包括顯著量的赤鐵礦。再進(jìn)一步地，例如，這樣的載鐵材料 可包括磁鐵礦精礦、氧化的鐵礦石、鋼鐵廠廢料（例如，高爐灰、堿性氧氣爐（B0F)粉塵和軋 屑）、來(lái)自鋁礬土加工過(guò)程的紅泥、含鈦的鐵砂、含錳鐵礦、氧化鋁廠廢料、或者含鎳的氧化 的鐵礦石。
[0116] 在至少一個(gè)實(shí)施方案中，將這樣的載鐵材料研磨至尺寸上為-100目（0. 149mm)或 更低以用于根據(jù)本發(fā)明的方法。本文中存在的各個(gè)實(shí)施例均使用研磨至-100目（〇. 149mm) 的載鐵材料，除非另作說(shuō)明。但是，也可使用更大尺寸的載鐵材料。例如，球團(tuán)篩選的細(xì)料 和球團(tuán)車(chē)間廢料通常為大約.25英寸（6. 4_)公稱(chēng)尺寸。這樣的材料可以直接使用，或者 可以研磨至-100目（〇.149_)以與含碳還原劑在加工期間更好的接觸。
[0117] 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，對(duì)于含有化學(xué)計(jì)量量80%的煤的壓緊物，垛具有大約 1. 9-2. 0的密度，球具有大約2. 1的密度以及團(tuán)塊具有大約2. 1的密度。進(jìn)一步地，可還原 混合物具有低于大約2. 4的密度。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，可還原物質(zhì)具有大約1. 4-2. 2 的密度。
[0118] 圖33的表中顯示的鐵礦石一種或多種化學(xué)組成（S卩，排除氧含量）提供了將通過(guò) 金屬鐵礦塊方法（例如參考圖1所述的方法10)加工的合適載鐵材料。如其中所示，以化 學(xué)組成的形式顯示了三種磁選精礦、三種浮選精礦、球團(tuán)車(chē)間廢料和球團(tuán)篩選細(xì)料。
[0119] 如此處所使用的，在可還原混合物的層46中使用的還原材料包括至少一種含碳 材料。例如，所述還原材料可包括煤、木炭或者焦炭的至少一種。在還原材料和可還原載鐵 材料的混合物中的還原材料的量將取決于在所采用的熔爐加工方法中完成還原反應(yīng)所必 需的化學(xué)計(jì)量量。如以下進(jìn)一步所述的，這樣的量可依仗使用的爐而改變（例如，在其中發(fā) 生還原反應(yīng)的氣氛）。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，例如，實(shí)施載鐵材料還原所必需的還原材 料的量為實(shí)施所述還原所必需的還原材料的化學(xué)計(jì)量量的大約70% -90%。在其它實(shí)施方 案中，例如，實(shí)施載鐵材料還原所必需的還原材料的量為實(shí)施所述還原所必需的還原材料 的化學(xué)計(jì)量量的大約70% -140%。
[0120] 在至少一個(gè)實(shí)施方案中，將這樣的含碳材料研磨至尺寸上為-100目（0. 149mm)或 更低以用于根據(jù)本發(fā)明的方法。在另一實(shí)施方案中，這樣的含碳材料在-65目（0.230mm) 至-100目（0. 149mm)的范圍內(nèi)提供。例如，這樣的含碳材料可以以不同的化學(xué)計(jì)量水平使 用（例如，對(duì)載鐵材料的還原所必需的化學(xué)計(jì)量量的80%、90%和100%)。但是，也可使 用-200目（0.074mm)至-8目（2.38mm)范圍內(nèi)的含碳材料。粗含碳材料（例如煤）的使 用可能需要增加量的煤以實(shí)施還原方法。更細(xì)研磨的含碳材料可能在還原方法中有效，但 是微礦塊的量可能增加，并由此較為不合意。本文中存在的各個(gè)實(shí)施例均使用研磨至-100 目（0.149mm)的含碳材料，除非另作說(shuō)明。但是，也可使用更大尺寸的含碳材料。例如，可以 使用公稱(chēng)尺寸為大約1/8英寸（3mm)的含碳材料。此類(lèi)更大尺寸的材料可以直接使用，或 者可以研磨至-100目（〇.149_)或者更低以與所述載鐵的可還原物質(zhì)在加工期間更好的 接觸。當(dāng)其它添加劑也加入所述可還原混合物時(shí)，如有必要，此類(lèi)添加劑也可以研磨至-100 目（0. 149mm)或者更低的尺寸。
[0121] 根據(jù)本發(fā)明，在提供還原材料的可還原混合物和可還原載鐵材料時(shí)可以使用各種 含碳材料。例如，在根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案中，東方的（eastern)無(wú)煙煤和煙煤可 以用作含碳還原劑。但是，在一些地區(qū)，例如在北明尼蘇達(dá)州（Northern Minnesota)的鐵 礦帶上，西方的次煙煤的使用提供了一種經(jīng)濟(jì)上有吸引力的變通辦法，照此，煤更加容易用 于已經(jīng)存在的運(yùn)輸系統(tǒng)，加上它們成本低且含硫低。因而，西方的次煙煤可以使用在如此處 所述的一種或多種方法中。進(jìn)一步地，直接使用次煙煤的一種替代方案可以例如是在使用 次煙煤之前在900°C下使該次煙煤碳化。
[0122] 在一個(gè)實(shí)施方案中，可還原混合物46具有大于.25英寸（6. 4mm)且低于2. 0英寸 (51_)的厚度。進(jìn)一步地，在另一實(shí)施方案中，可還原混合物46具有低于1英寸（25. 4_) 且大于.5英寸（12. 7_)的厚度。可還原混合物的厚度通常受限和/或依賴(lài)于其有效的熱 穿透以及該可還原混合物增加的表面積（其允許增加的傳熱）（例如，如此處所述的圓丘狀 可還原混合物）。
[0123] 除了還原材料（例如，煤或者木炭）和可還原載鐵材料（例如氧化鐵材料或者鐵 礦石）之外，還可以為了一種或多種目的任選地向所述可還原混合物提供各種其它添加 齊U，如通過(guò)圖1的區(qū)塊20所示。例如，可以使用用于控制爐渣堿度的添加劑、提供粘合劑功 能的粘合劑或者其它添加劑（例如，在潤(rùn)濕時(shí)，石灰可在本文所述的微團(tuán)結(jié)構(gòu)中充當(dāng)弱粘 合劑）、用于控制礦渣熔化溫度的添加劑、減少微礦塊形成的添加劑、和/或用于控制由金 屬鐵礦塊方法10形成的所得鐵礦塊中硫含量的添加劑。
[0124] 例如，顯示于圖34表中的添加劑可以在可還原混合物的層46的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施 方案中使用。圖34的表顯示了各種添加劑的化學(xué)組成，例如，其包括例如A1 (0H) 3、鐵礬土、 皂土、Ca(0H)2、熟石灰、石灰石、煅燒白云石和硅酸鹽水泥的化學(xué)組成。但是，如將進(jìn)一步地 在此處所述的，也可使用其它添加劑，例如CaF 2、Na2C03、螢石、蘇打灰。當(dāng)在金屬鐵礦塊方法 10中使用時(shí)，單獨(dú)或結(jié)合的一種或多種此類(lèi)添加劑可提供有益的結(jié)果。
[0125] 如在此處論述的，參考以一種或另一方式不同于參考圖1所述金屬鐵礦塊方法 (例如，ITmk3方法、Hi-QIP方法等等）的金屬鐵礦塊方法，所述可還原混合物可包括相同 的材料（即，組成的類(lèi)型），但是在爐床上可還原混合物的形式可以不同。例如，可還原混合 物采取的形式可以為預(yù)先形成的球、可以在粉碎的含碳層中填充凹陷、可以是團(tuán)塊或其它 類(lèi)型的壓緊物（例如，包括壓實(shí)層）等等。因而，所述可還原混合物的組成有益于多種類(lèi)型 的金屬鐵礦塊方法，而不僅僅是在此處概括地參考圖1所述的金屬鐵礦塊方法。
[0126] 進(jìn)一步參考圖1，且尤其是區(qū)塊22和圖3B，可還原混合物的層46中限定出了通道 開(kāi)口 50 (或者另有提供）以限定出如所示的形式金屬鐵礦塊的可還原材料區(qū)域59,例如通 過(guò)圖3D俯視圖中的正方形區(qū)域。這樣的通道限定方法一般性地參考圖3A-3E得到最好的 顯示和描述。通道限定提供了至少一種控制金屬鐵礦塊尺寸的方式，如參考此處提供的各 種實(shí)施方案所述。
[0127] 如圖3B所示，通道50提供在圖3A的可還原混合物的層46中以提供形成的可還 原混合物的層48。這樣的通道50在可還原混合物46中被限定至深度56。所述深度56定 義為從所述可還原混合物的層46的上表面在朝向爐床42的方向延伸。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施 方案中，通道50的深度可僅僅延伸至爐床材料層44距離的一部分。但是，在一個(gè)或多個(gè)其 它實(shí)施方案中，通道深度可延伸至爐床材料層44 (或者如果足夠厚，甚至至層44)。
[0128] 在圖3A-3E顯示的實(shí)施方案中，在可還原混合物的層46中限定的通道開(kāi)口 50所 提供的方式使得在每一形成礦塊的可還原材料區(qū)域59 (參見(jiàn)圖3D)形成由開(kāi)口 50定義的 垛52 (參見(jiàn)圖3B中圓丘狀的垛）。如圖3B-3D所示，在可還原混合物的層46中產(chǎn)生通道開(kāi) 口 50的矩陣?？蛇€原混合物的每一形成的部分，或者垛52包括至少一個(gè)彎曲或者傾斜部 分61。例如，垛52可以形成為錐體、截頂錐體、圓垛、截頂圓垛、或者任何其它合適的形狀或 者結(jié)構(gòu)。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，可以使用導(dǎo)致在一個(gè)或多個(gè)形成礦塊的可還原材料區(qū)域 59的每一個(gè)中形成金屬礦塊的任何合適的形狀或結(jié)構(gòu)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，使用的 形狀提供大的暴露表面區(qū)域以用于有效熱傳遞（例如，類(lèi)似于形成的礦塊形狀的圓丘狀的 垛）。
[0129] 進(jìn)一步地，如將根據(jù)此處的描述顯而易見(jiàn)的，取決于形成部分或垛52的形狀，通 道開(kāi)口 50將具有與此相關(guān)的形狀或結(jié)構(gòu)。例如，如果垛52是錐體結(jié)構(gòu)、截頂錐體結(jié)構(gòu)或梯 形形狀的垛，則開(kāi)口 50可以形成為V型結(jié)構(gòu)。參考圖5A-10E進(jìn)一步地在此處描述了一種 或多種此類(lèi)不同類(lèi)型的通道開(kāi)口。
[0130] 所述通道開(kāi)口可以使用任何合適的通道限定設(shè)備形成。例如，一種或多種不同的 通道限定設(shè)備參考圖8A-10E進(jìn)行了描述。
[0131] 進(jìn)一步地參考圖1，以及任選地如區(qū)塊26顯示的，通道開(kāi)口 50至少部分地由如圖 3C-3D所示的礦塊分離填充材料填充。該礦塊分離填充材料58至少包括含碳材料。例如， 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述含碳材料包括粉碎的焦炭或粉碎的木炭、無(wú)煙煤粉或其混 合物。
[0132] 在至少一個(gè)實(shí)施方案中，將用于填充通道開(kāi)口的此類(lèi)粉碎材料研磨至尺寸上為_(kāi)6 目（3. 36_)或更低以用于根據(jù)本發(fā)明的方法。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，用于填充通道開(kāi)口 的此類(lèi)粉碎材料為-20目（0.840mm)或更高。大于-20目（0.840mm)的更細(xì)粉碎材料（例 如-100目（0. 149_))可增加微礦塊形成的量。但是，也可使用更大尺寸的材料。例如，可 以使用公稱(chēng)尺寸為大約1/4英寸（6mm)的含碳材料。
[0133] 如圖3C所示，每一個(gè)通道50的深度56僅僅部分地由礦塊分離填充材料58填充。 但是，此類(lèi)通道50可以被完全地填充，并且在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，可以作為例如垛之 上以及在填充的所限定的通道之上的層形成附加的含碳材料。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，通 道深度56的至少大約四分之一由礦塊分離填充材料58填充。再進(jìn)一步地，在另一實(shí)施方 案中，低于大約四分之三的通道深度56由礦塊分離填充材料58填充。隨著通道開(kāi)口 50至 少由含碳材料填充并隨著總體上均勻的形成礦塊的可還原材料區(qū)域59形成，通過(guò)所述金 屬鐵礦塊方法10可以產(chǎn)生均勻尺寸的礦塊。如將認(rèn)識(shí)到的，形成礦塊的可還原材料區(qū)域59 越大（例如，可還原混合物的垛52越大），則通過(guò)方法10形成的礦塊越大。換句話說(shuō)，礦塊 尺寸可以得到控制。
[0134] 隨著通道開(kāi)口 50至少部分地由礦塊分離填充材料58填充，形成的可還原混合物 的層48 (例如，垛52)可以在適當(dāng)?shù)臈l件下熱處理以還原可還原載鐵材料，并在一個(gè)或多個(gè) 限定出的形成金屬鐵礦塊的可還原材料區(qū)域59中形成一個(gè)或多個(gè)金屬鐵礦塊，如圖1的區(qū) 塊24所示。例如，如圖3E的實(shí)施方案所示，在形成礦塊的可還原材料區(qū)域59的每一個(gè)中 形成一金屬礦塊63。這樣的礦塊63通常是大小均勻的，因?yàn)樾纬刹⒓庸ち嘶旧舷嗤康?可還原混合物以產(chǎn)生每一礦塊63。
[0135] 如進(jìn)一步在圖3E中顯示的，在爐床材料層44上生成的爐渣60顯示出具有一個(gè)或 多個(gè)金屬鐵礦塊63 (例如從鐵礦塊63中分離出來(lái)或者與其連接的在爐床材料層44上的礦 渣珠粒）。進(jìn)一步參考圖1的區(qū)塊28,金屬礦塊63和礦渣60 (例如，連接的礦渣珠粒）從 爐床42卸料，并且卸料的金屬礦塊然后從礦渣60中分離出來(lái)（區(qū)塊29)。
[0136] 在形成的可還原混合物層48的熱處理（區(qū)塊24)期間鐵礦塊形成的機(jī)理在此處 參考圖4A-4D進(jìn)行描述。圖4A-4D顯示了在還原爐（S卩，此處所述的還原爐稱(chēng)為管式爐） 中在1400°C溫度下的時(shí)間對(duì)于礦塊形成的影響?？蛇€原混合物的組成包括使用5. 7%的二 氧化硅精礦、處于80%化學(xué)計(jì)算需要量的中等揮發(fā)性的煙煤、以及形成為兩個(gè)隔離的垛67 的熔渣組合物（A)。熔渣組合物（A)可以從圖21A的相位圖和圖21B的表辨別出。
[0137] 圖4A顯示了在爐床上形成礦塊71的礦塊形成加工階段，圖4B提供了此類(lèi)礦塊的 俯視圖，圖4C提供了此類(lèi)礦塊的側(cè)視圖，以及圖4D提供了此類(lèi)礦塊的橫截面。換句話說(shuō)，圖 4A-4D顯示了鐵礦塊形成順序的一個(gè)實(shí)施方案，包括金屬的海綿鐵形成、金屬化顆粒的燒熔 (frit)、燒熔的金屬鐵顆粒通過(guò)收縮并擠出產(chǎn)生的礦渣進(jìn)行的凝結(jié)。這樣的圖4A-4D顯示 充分熔化的固體鐵礦塊71在大約5-6分鐘之后形成。用以形成垛67的可還原混合物中凹 槽69的存在誘發(fā)個(gè)體島狀物（islands)中的鐵礦塊71彼此收縮離開(kāi)并分離成個(gè)體礦塊。
[0138] 這樣的方法相當(dāng)不同于使用干燥鐵礦石/煤混合物球（例如本文【背景技術(shù)】部分中 所述的）建議和描述的機(jī)理。據(jù)報(bào)道以球的方式使用的機(jī)理包括通過(guò)含碳球的還原形成直 接還原的鐵，在原有圓形的表面上由從金屬中分離出來(lái)的液態(tài)熔渣形成致密的金屬鐵殼和 內(nèi)部大的空隙空間，然后熔化鐵相并從熔融金屬分離礦渣。
[0139] 金屬鐵礦塊方法10可以通過(guò)如圖2A概括所示的爐系統(tǒng)30進(jìn)行。其它類(lèi)型的金 屬鐵礦塊方法可以使用此類(lèi)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)組分，單獨(dú)地或者與其它適當(dāng)?shù)脑O(shè)備結(jié)合進(jìn) 行。所述爐系統(tǒng)30通常包括裝料設(shè)備36,其可操作來(lái)在爐床材料層44的至少一部分上提 供可還原混合物的層。裝料設(shè)備可包括適合于在爐床材料層44上提供可還原混合物46的 任何設(shè)備。例如，可以使用可控制的進(jìn)料槽、液面控制裝置、進(jìn)料導(dǎo)向設(shè)備等等以在爐床42 上提供這樣的進(jìn)料混合物。
[0140] 然后，通道限定設(shè)備35可操作（例如，其手動(dòng)和/或自動(dòng)操作；通常在商業(yè)單元或 系統(tǒng)中自動(dòng)的）以產(chǎn)生至少部分地延伸通過(guò)可還原混合物46的層以限定出多個(gè)形成礦塊 的可還原材料區(qū)域59的通道開(kāi)口 50。通道限定設(shè)備35可以是用于在可還原混合物的層 46中產(chǎn)生通道開(kāi)口 50 (例如，形成垛52、按壓可還原混合物46、切割開(kāi)口等等）的任何合 適的設(shè)備（例如，通道切割設(shè)備、垛成形壓力機(jī)等等）。例如，通道限定設(shè)備35可包括一個(gè) 或多個(gè)模具、刀具、成形刀、鼓、圓筒、棒（bars)等等。一種或多種合適的通道限定設(shè)備將參 考圖8A-10E描述。但是，本發(fā)明并不局限于任何具體設(shè)備以在形成礦塊的可還原材料區(qū)域 59的形成中產(chǎn)生通道開(kāi)口 50。
[0141] 爐系統(tǒng)30進(jìn)一步包括通道填充設(shè)備37,其可操作來(lái)由礦塊分離填充材料58至少 部分地填充多個(gè)通道開(kāi)口 50?？梢允褂糜糜谔峁┻@樣的分離填充材料58進(jìn)入通道50的任 何合適的通道填充設(shè)備37 (例如，其手動(dòng)和/或自動(dòng)操作）。例如，可以使用在一個(gè)或多個(gè) 位置限制并定位材料的進(jìn)料裝置，可以使得材料成為下卷（roll down)圓丘狀垛以至少部 分地填充所述開(kāi)口，可以使用噴霧器以在通道中提供材料，或者可以使用與通道限定設(shè)備 同步的設(shè)備（例如，形成如垛的至少部分地被填充的通道）。
[0142] 隨著形成的可還原物質(zhì)48提供在爐床材料層44上并隨著提供礦塊分離填充材 料58以至少部分地填充多個(gè)通道開(kāi)口 50,提供還原爐34以熱處理形成的可還原混合物的 層48以在多個(gè)形成礦塊的可還原材料區(qū)域59的一個(gè)或多個(gè)中產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)金屬鐵礦塊 63。還原爐34可包括用于提供適當(dāng)條件（例如，氣氛和溫度）的任何合適的爐區(qū)域或者區(qū) 段以用來(lái)加工可還原混合物46以使得形成一個(gè)或多個(gè)金屬鐵礦塊63。例如，可以使用轉(zhuǎn)底 爐、線型床式爐或者能夠進(jìn)行可還原混合物46的熱處理的任何其它爐。
[0143] 進(jìn)一步如圖2A所示，爐系統(tǒng)30包括卸料設(shè)備38,用于除去在通過(guò)爐系統(tǒng)30的加 工期間形成的金屬礦塊63和礦渣60并從系統(tǒng)30卸料這樣的組分（例如，礦塊63和礦渣 60)。卸料設(shè)備38可包括許多不同的卸料技術(shù)，包括重力型卸料（例如，包括礦塊和礦渣的 托盤(pán)的傾斜）或者使用螺旋卸料裝置或耙子（rake)卸料裝置的技術(shù)。人們將意識(shí)到，許多 不同類(lèi)型的卸料設(shè)備可適合于提供礦塊63的此類(lèi)卸料（例如，鐵礦塊63和礦渣珠粒60聚 集體），且本發(fā)明并不局限于其任何特定的結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，分離設(shè)備可隨后用來(lái)從礦渣珠 粒60中分離金屬鐵礦塊63。例如，可以使用破壞鐵礦塊和礦渣珠粒聚集體的任何方法，例 如，在圓筒中滾動(dòng)、篩選、錘磨機(jī)等等。但是，可以使用任何合適的分離設(shè)備（例如，磁力分 離設(shè)備）。
[0144] 取決于本發(fā)明的應(yīng)用，可以根據(jù)本發(fā)明使用一種或多種不同的還原爐。例如，在本 文一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，使用實(shí)驗(yàn)室爐來(lái)進(jìn)行熱處理。人們將意識(shí)到，可以進(jìn)行從實(shí)驗(yàn)室 爐放大到批量生產(chǎn)的水平，且本發(fā)明預(yù)期到了這樣的放大。因而，人們將意識(shí)到，本文所述 的各種型式的設(shè)備可以在更大規(guī)模的方法中使用，或者可以使用在更大尺度下進(jìn)行這樣的 加工所必需的生產(chǎn)設(shè)備。
[0145] 在沒(méi)有鐵礦塊方法的爐氣成分的任何其它信息的情況下，本文所述的大多數(shù)實(shí)驗(yàn) 室測(cè)試在67. 7% N2和33. 3% C0的氣氛中進(jìn)行，假定，天然氣燃燒爐氣中的C02在含碳還 原劑和底料層材料的存在下，通過(guò)Boudouard(或者碳溶液）反應(yīng)（C0 2+C = 2C0)在高于 l〇〇〇°C的溫度下將迅速地轉(zhuǎn)變向C0,和富含CO的氣氛至少在可還原材料附近占優(yōu)勢(shì)。
[0146] 盡管爐內(nèi)氣氛中C0的存在與僅有N2的氣氛相比較稍微加速了熔化方法，但爐內(nèi) 氣氛中C0的存在減緩了鐵礦塊的熔化性能。爐內(nèi)氣氛中的C0 2在1325°C (2417° F)下對(duì) 鐵礦塊形成存在顯著的影響，其中溫度接近于形成熔化鐵礦塊。在更高的溫度下，C02的影 響變得較不明顯，且事實(shí)上，在1400°C (2552° F)以上該影響變得幾乎不存在。在本文給 出的實(shí)施例中，除非另有陳述，否則發(fā)現(xiàn)的顯著特征作為主要在N2和C0氣氛中所觀察到的 提供。
[0147] 本文使用的用于實(shí)現(xiàn)一種或多種技術(shù)和/或概念的兩種還原爐包括實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn) 爐（包括例如實(shí)驗(yàn)室管式爐，如圖2B所示）和實(shí)驗(yàn)室箱式爐（如圖2C所示）。對(duì)于此類(lèi)爐 的細(xì)節(jié)將作為對(duì)本文所述的一個(gè)或多個(gè)示例性測(cè)試的補(bǔ)充信息提供。除非另有陳述，否則 使用這樣的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)爐來(lái)實(shí)施本文提供的各個(gè)實(shí)施例。
[0148] 實(shí)驗(yàn)室管式爐500(圖2B)在本文所述的多個(gè)測(cè)試情形中使用，其包括2英寸 (51mm)直徑的水平管式爐，1Θ英寸（406mm)高x20英寸（508mm)寬x41英寸（1040mm)長(zhǎng)， 具有四個(gè)碳化硅加熱元件，額定為8kW，和West2070溫度控制器，配備有2英寸（51mm)直 徑x48英寸（1220mm)長(zhǎng)的莫來(lái)石管。其原理圖顯示于圖2B中。在燃燒管501的一端，放 置了類(lèi)型R熱電偶503和進(jìn)氣管505,而在另一端，連接有水冷的腔室507,與其連接有氣體 出口和取樣口 509。如果使用C0,則燃燒排出氣體，并移動(dòng)到排出系統(tǒng)。N2、C0、和0)2通過(guò) 燃燒管以不同的組合經(jīng)由各自的轉(zhuǎn)子流量計(jì)供應(yīng)以控制爐內(nèi)氣氛。最初，使用剛鋁石舟皿， 其為 5 英寸（127mm)長(zhǎng) x3/4 英寸（19. 0mm)寬 x7/16 英寸（11. 1mm)高。
[0149] 當(dāng)溫度設(shè)定在1300°C (2372° F)時(shí)管式爐典型溫度分布圖如下顯示。
[0150] 管式爐的溫度分布圖，設(shè)定在1300°C (2372° F)
[0151]

【權(quán)利要求】
1. 用于生產(chǎn)金屬鐵礦塊的系統(tǒng)，包括： 包括耐火材料以用于在其上接收爐床材料層的爐床，該爐床材料層至少包括含碳材 料； 裝料設(shè)備，其在所述爐床材料層的至少一部分上提供可還原混合物的層，該可還原混 合物的至少一部分至少包括還原材料和可還原載鐵材料； 通道限定設(shè)備，以產(chǎn)生多個(gè)通道開(kāi)口，該通道開(kāi)口至少部分地延伸至所述可還原混合 物的層以限定出多個(gè)形成礦塊的可還原材料區(qū)域； 通道填充設(shè)備，其將礦塊分離填充材料至少部分地填充在所述多個(gè)通道開(kāi)口中，該礦 塊分離填充材料至少包括含碳材料；和 爐，該爐熱處理可還原混合物的層以在所述多個(gè)形成礦塊的可還原材料區(qū)域的一個(gè)或 多個(gè)中形成一個(gè)或多個(gè)金屬鐵礦塊。
2. 權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述通道限定設(shè)備產(chǎn)生所述可還原混合物的包括至少一個(gè) 彎曲或傾斜部分的垛。
3. 權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中所述通道限定設(shè)備產(chǎn)生所述可還原混合物的圓丘狀垛。
4. 權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中所述通道限定設(shè)備產(chǎn)生所述可還原混合物的角錐體狀垛。
5. 權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)通道開(kāi)口延伸進(jìn)入所述可還原混 合物的層至通道深度，且所述通道填充設(shè)備用礦塊分離填充材料將所述多個(gè)通道開(kāi)口填充 至所述通道深度的至少大約四分之一。
6. 權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)通道開(kāi)口延伸進(jìn)入所述可還原混 合物的層至通道深度，且所述通道填充設(shè)備用礦塊分離填充材料將所述多個(gè)通道開(kāi)口填充 至所述通道深度的不到大約四分之三。
7. 權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述爐在低于1450°C的溫度下熱處理所述 可還原混合物的層，以引起至少一些所述形成礦塊的可還原材料區(qū)域中的可還原混合物收 縮并與其它相鄰的形成礦塊的可還原材料區(qū)域分離開(kāi)來(lái)。
【文檔編號(hào)】C21B13/10GK104099439SQ201410216361
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2005年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2004年12月7日
【發(fā)明者】巖崎嚴(yán), M.C.拉利奇, R.C.博丁, R.F.基塞爾, A.L.林格倫, R.L.布萊福斯 申請(qǐng)人:紐-鐵科技有限責(zé)任公司