專利名稱：以豆石鐵礦石作為原料的煉鐵用燒結(jié)礦及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以豆石鐵礦石作為原料的高爐煉鐵用燒結(jié)礦及其制造方法。
高爐煉生鐵的方法是煉鐵的有代表性的方法，其主要原料燒結(jié)礦一般是按以下這樣制造的。首先，向約10mm以下的鐵礦粉中加入石灰石、白云石、轉(zhuǎn)爐渣等含CaO的副原料(稱作CaO系副原料)，蛇紋石、硅石、橄欖石等含SiO2的副原料(稱作SiO2系副原料)，以及焦粉、無煙煤等碳質(zhì)材料，再加適量水份后混合、造粒。將這樣偽?；蟮呐浜显?偽粒子)以500mm左右的高度充填到爐蓖移動式燒結(jié)機的小車上，在該充填床表層部份的碳質(zhì)材料處點火，向下吸引空氣并使碳質(zhì)材料燃燒，通過此時產(chǎn)生的燃燒熱將配合原料燒結(jié)后，將所得燒結(jié)塊破碎、整粒，把3-5mm的顆粒作為成品燒結(jié)礦裝入高爐。而將不適宜作為高爐裝入原料的粉狀燒結(jié)礦稱作返礦，重新作為燒結(jié)礦的原料。
為了穩(wěn)定高效地操作高爐，要求高質(zhì)量的燒結(jié)礦，對其冷態(tài)強度、被還原性、耐還原粉化性等性能進行嚴格的管理。此外，由燒結(jié)礦的制造成本方面，期望有高的收得率(成品燒結(jié)礦/燒結(jié)塊)。
考查世界的鐵礦石資源，由于過去的優(yōu)質(zhì)赤鐵礦趨于枯竭，預(yù)測若按現(xiàn)狀繼續(xù)生產(chǎn)，主要礦山將在2000年之前掘盡。另一方面，還有被分類為鐵礦石一種的豆石鐵礦石，它是含SiO24.5-6%的鐵礦石。其代表是澳洲Robe River所產(chǎn)以Yandicoojina命名的鐵礦石。由于該種鐵礦石在礦床中埋藏量大，同時由于采掘中去除低品位的部份(剝土比)小而采掘費用低，以及具有供給穩(wěn)定的特點。因而，如果大量使用此礦石，不僅能得到費用降低等經(jīng)濟效果，而且具有充分利用資源的重大意義。
但是，由于該礦石是赤鐵礦(Fe2O3)粒子由針鐵礦粒子(Fe2O3·H2O)包圍的所謂魚卵狀構(gòu)造，所以存在有許多問題。即在加熱過程中引起結(jié)晶水的分解，在針鐵礦部份選擇性地產(chǎn)生大的龜裂。首先是礦石變得脆弱。其次，由于副原料和鐵礦石的反應(yīng)而產(chǎn)生熔融液，該熔融液急速侵入龜裂中，在熔融液的部位生成大的氣孔，使燒結(jié)體的強度降低。在燒結(jié)作業(yè)中引起所說的收得率、冷態(tài)強度降低。此外，同化部分(熔融液和礦石反應(yīng)的部份)生成小的粒狀赤鐵礦粒子和玻璃質(zhì)硅酸鹽，使耐低溫還原粉化性劣化。因此，現(xiàn)在豆石鐵礦石的使用量未見增加。如上所述，開發(fā)大量使用豆石鐵礦石的燒結(jié)方法，由于資源有效利用和成本降低，因此具有重大意義。
對豆石鐵礦石的基本對策是抑制大量熔融液向上述龜裂內(nèi)的急速侵入。作為抑制此熔融液急速浸入的方法，本發(fā)明人闡明了如同特許申請平1-184047和平2-115730號所述的在礦石周圍表面形成特殊成份構(gòu)造的保護層的方法，以及如同特許申請平3-146481及平3-303854所述的形成高粘度熔融液的方法。但是，這些方法還存在有如下缺點需要特殊的副原料，進而必需有將該特殊原料偏析裝入預(yù)造粒設(shè)備或燒結(jié)機的設(shè)備。
因此，本發(fā)明人認為，如果將豆石鐵礦石周圍時刻存在的熔融液限制到極少量，就能抑制該熔融液的侵入，對為達此目的的條件進行了許多基礎(chǔ)研究，從而發(fā)現(xiàn)了作為適用于現(xiàn)有燒結(jié)機具體對策的本發(fā)明的方法。
即本發(fā)明的目的是使用廉價且資源豐富的鐵礦石，特別是使用豆石鐵礦石提供優(yōu)質(zhì)的燒結(jié)礦。
本發(fā)明的另一目的是使用上述鐵礦石并且不需要特殊設(shè)備制造優(yōu)質(zhì)的燒結(jié)礦。
為達到上述目的，本發(fā)明使用豆石鐵礦石和含SiO21.5%(重量)以下(下文中%均表示重量)的高品位鐵礦石作為返礦外的含鐵原料，并且將配有40-70%豆石鐵礦石的含鐵原料和副原料、碳質(zhì)材料、水等一起通過用燒結(jié)機在1200°以上的加熱條件下進行燒結(jié)。提供了在燒結(jié)礦斷面上，除了豆石鐵礦石以外的燒結(jié)原料未熔殘留物，固體部份的80%以上是由①尺寸為10μm以下的微細鐵酸鈣包圍微密化的豆石鐵礦石，②具有痕量豆石鐵礦石的粒狀赤鐵礦粒子和將該赤鐵礦粒子結(jié)合在一起的鐵酸鈣，或者③粒狀赤鐵礦粒子和鐵酸鈣相混合的組織，或由①②③的混合組織所構(gòu)成的煉鐵用燒結(jié)礦。
此外在上述燒結(jié)方法中，作為所提供的返礦以外的含鐵原料，可以將SiO2含量在1.5%以下的高品位鐵礦石的小于60%用Al2O3/SiO2重量比為0.3以下的鐵礦石代替，再有，可將上述豆石鐵礦石、高品位鐵礦石和低Al2O3鐵礦石的合計量按大于80%進行配料。
這樣得到的燒結(jié)礦具有與過去的優(yōu)質(zhì)赤鐵礦同樣的優(yōu)良收得率和性能。
再有，以下表示化學(xué)成份的%全部是指重量。
附圖的簡要說明

圖1示出了將鐵礦石以單一品種按堿度1.6-2.2用燒結(jié)鍋制造的燒結(jié)礦中，鐵礦石中的SiO2和燒結(jié)礦中尺寸10μm以下的微細鐵酸鈣以及渣的比例關(guān)系圖。
圖2示出了將SiO2%占1.5%以上的礦石以單一品種按堿度1.6-2.2用燒結(jié)鍋制造的燒結(jié)礦中，鐵礦石中的Al2O3/SiO2比和燒結(jié)礦中尺寸小于10μm的微細鐵酸鈣以及渣的比例關(guān)系圖。
圖3示出了本發(fā)明燒結(jié)礦的顯微組織圖。
圖4示出了本發(fā)明燒結(jié)礦的另一顯微組織圖。
圖5示出了本發(fā)明燒結(jié)礦的再一顯微組織圖。
圖6示出了現(xiàn)有燒結(jié)礦實例的顯微組織圖。
圖7示出了在以豆石鐵礦石和SiO2小于1.5%的鐵礦石作為原料的燒結(jié)鍋試驗結(jié)果中，在兩種鐵礦石之和中豆石鐵礦石所占比例和成品收得率，燒結(jié)礦的JIS落下強度的關(guān)系圖。
圖8示出了在燒結(jié)鍋試驗中，在由豆石鐵礦石和SiO2小于1.5%的鐵礦石所構(gòu)成的原料中，豆石鐵礦石的比例為40%或70%，并且該SiO2小于1.5%的鐵礦石的一部份用Al2O3/SiO2重量比小于0.3的鐵礦石代替的情況下，其代替率和成品收得率、燒結(jié)礦的JIS落下強度的關(guān)系圖。
圖9示出了在燒結(jié)鍋試驗中，在由豆石鐵礦石和SiO2小于1.5%的鐵礦石構(gòu)成的原料中，豆石鐵礦石的比例為40%或70%，其次將該SiO2小于1.5%的鐵礦石的60%用Al2O3/SiO2重量比小于0.3的鐵礦石置換，并且該原料的一部份用Al2O3/SiO2重量比大于0.3的鐵礦石代替的情況下，其代替率和成品收得率，燒結(jié)礦的JIS落下強度的關(guān)系圖。
以下詳述本發(fā)明的最佳實施方式。
首先說明本發(fā)明的基本原理。
如前所述，本發(fā)明的特征是將時刻變化的實際存在的熔融液抑制到極少量。其基本原理是，由燒結(jié)過程升溫階段大致1200℃起，由于固體和液體反應(yīng)，促進生成初始的鐵酸鈣(形態(tài)為尺寸10微米的針狀或片狀)。該鐵酸鈣在CaO/SiO2熔融液一旦產(chǎn)生便立刻生成，造成所謂的熔融液生成速率，而實際存在的熔融液量變得極少。本發(fā)明就是追求礦石的特性及其鐵酸鈣的生成。
首先，本發(fā)明人進行單品種的燒結(jié)試驗，該試驗用鐵礦石和石灰石并調(diào)整CaO/SiO2在通常燒結(jié)礦的范圍1.6-2.2之內(nèi)，研磨20mm左右的燒結(jié)礦顆粒，將其斷面上尺寸10μm以下的微細鐵酸鈣的比例使用帶有電視攝象機的光學(xué)顯微鏡及圖象分析裝置定量。配料中仍添加4%的焦粉。
其結(jié)果是，為使上述微細鐵酸鈣生成，熔融液的高CaO/SiO2是必要的，為此重要的分別是，鐵礦石中的SiO2%取低值，或者鐵礦石中的石英(SiO2)或粘土(SiO2-Al2O3)中的SiO2部份不容易溶解到熔融液中。關(guān)于該熔解難易程度，對含0.5-7.6%SiO2的礦石進行各種調(diào)查，結(jié)果確認了以礦石中成分Al2O3/SiO2之比來進行整理。
圖1示出了鐵礦石中SiO2%和尺寸10μm以下的微細鐵酸鈣以及渣量的關(guān)系。其鐵酸鈣渣量與實際存在的熔融液量看作是對應(yīng)的。由此結(jié)果看，鐵礦石中SiO2在1.5%以下對微細鐵酸鈣的生成起良好作用。圖2與通常引入的含SiO20.5-7.6%的鐵礦石有關(guān)，示出了鐵礦石中Al2O3/SiO2重量比與尺寸10μm以下微細鐵酸鈣以及渣量的關(guān)系。與含SiO21.5%以下的鐵礦石大致相同的微細鐵酸鈣量以及渣量時，Al2O3/SiO2是在0.3以下，可將含該Al2O3/SiO2值的鐵礦石代替含SiO21.5%以下的礦石。
在以上見解的基礎(chǔ)上，燒結(jié)礦的CaO/SiO2(堿度)按照通常的范圍調(diào)整成1.6-2.2的豆石鐵礦石，和SiO2含量為小于1.5%的低SiO2鐵礦石的多種混合原料進行燒結(jié)試驗。配合原料中作為固體燃料添加4%的焦粉。
試驗結(jié)果表明，得到的燒結(jié)礦中，在豆石鐵礦石的比例占40～70%的情況下，得到了與過去有不同特征的礦物組織。該組織示于圖3～圖5。另將用過去方法時燒結(jié)礦中的豆石鐵礦石部份的礦物組織作為比較示于圖6。
在約2mm以上的粗粒豆石鐵礦石中，①如圖3(a)所示，未熔融的豆石鐵礦石致密化，其周圍如圖3(b)所示，由10μm以下的微細鐵酸鈣包圍著，或者②如圖4(a)所示，具有豆石鐵礦石的原來形狀的痕跡，由于熔融而全體完全同化，粒狀赤鐵礦粒子和與該粒子結(jié)合的鐵酸鈣析出(圖4(b))。再有，在一部份燒結(jié)礦粒子中組織①和②混合存在。此外，在約0.5mm以下的其它原料上附著的細粒豆石鐵礦石粉或中間粒子，③如圖5所示，由粒狀的赤鐵礦粒子和鐵酸鈣(作為極端的一部份尺寸長大到20-30μm)構(gòu)成，與前面的粗粒豆石鐵礦石部份的圖4組織大致類似。即鐵酸鈣結(jié)合組織作為其特征。
在煉鐵用燒結(jié)礦的制造中，燒結(jié)床維持透氣性，即為確保焦炭的燃燒，采用不將全部原料完全熔融的方法以不使空隙閉塞。從而一部份原料以未熔融的原樣殘留下來。圖5是特意對未熔融礦石的外面攝影。此外，由于在含鐵原料中配有粒度分布較寬的焦粉和蛇紋石那樣的含MgO原料，所以從理論上講在這些粗粒子的周圍不形成鐵酸鈣。另外，由燒結(jié)試驗1中隨便選擇20個尺寸約20mm的試料作分析。在各粒子斷面中，除了豆石鐵礦石以外的未熔融料，就固體部份No.1-6求出各組織的比例加以平均。其結(jié)果示于表1。
表1 豆石鐵礦石和低SiO2(≤1.5%)鐵礦石配合燒結(jié)實驗結(jié)果(CaO/SiO2＝1.6)No.豆石鐵礦石比例組織①組織②組織③組織④組織⑤ 組織⑥130%5%10%49%10%7%19%240%1616504212350%1619465311460%1820454211570%1922415310680%1712336923
備注組織①……由尺寸10μm以下的微細物包圍致密化豆石鐵礦石粒子組織②……具有豆石鐵礦石粒子痕跡，同化在粒狀赤鐵礦粒子和鐵酸鈣之上組織③……粒狀赤鐵礦粒子和鐵酸鈣組織④……粒狀赤鐵礦粒子和玻璃質(zhì)硅酸鹽組織⑤……磁鐵礦粒子，鐵酸鈣及玻璃質(zhì)硅酸鹽組織⑥……再氧化的赤鐵礦粒子、磁鐵礦粒子、鐵酸鈣及玻璃質(zhì)硅酸鹽由表1可知，由于No.2-5豆石鐵礦石的比例為40%-70%，所以組織①、②和③的面積率大，合計超過80%。此外，No.1的豆石鐵礦石比例小，為30%，組織④和組織⑥增加，這是由于添加的SiO2系副原料增加使其容易同化的緣故。此外，在No.6的豆石鐵礦石比例在80%和更高的情況下，組織6增加，可以認為是由于料床透氣性受到阻礙產(chǎn)生燃燒不均勻的緣故。
在過去的燒結(jié)礦中，如圖6(a)所示，未熔融的殘留豆石鐵礦石呈同心圓狀或由表面向中心部份產(chǎn)生大的龜裂，并且其周圍由許多各種不定形氣孔包圍，氣孔間的壁厚極薄，成為極脆的結(jié)構(gòu)。此外，包圍殘留豆石鐵礦石的多孔質(zhì)部份如圖6(b)所示呈玻璃質(zhì)硅酸鹽結(jié)合粒狀赤鐵礦粒子的構(gòu)造，具有低溫還原粉化性和被還原性差的特征。前述圖3～圖5的結(jié)合相是鐵酸鈣，已知其耐低溫還原粉化性和被還原性是良好的。事實上，用過去方法時耐低溫還原粉化指數(shù)(RDI)為37±3，相比之下本發(fā)明為34±2，得到很大改善。另外，圖3-圖5的氣孔結(jié)構(gòu)不是不定形的而是園形的，并且氣孔間壁的厚度增大，強度也變高。該氣孔構(gòu)造的變化是與熔融液的流動性密切相關(guān)的，由于鐵酸鈣系熔融液呈高流動性，所以與鐵酸鈣結(jié)合相的形成有單值的關(guān)系。
由豆石鐵礦石和SiO2小于1.5%的鐵礦石構(gòu)成的原料的燒結(jié)鍋試驗結(jié)果示于圖7。以上述鐵酸鈣結(jié)合相作為特征的豆石鐵礦石比例為40-70%的情況下，燒結(jié)礦的收得率，冷態(tài)強度(JIS落下強度)的顯著提高是明顯的。此外，在低SiO2鐵礦石配料大于70%時，收得率大大降低，這是由于SiO2少，構(gòu)成結(jié)合相的熔融液減少的緣故。
接著將上述配料中的低SiO2鐵礦石用Al2O3/SiO2小于0.3的低Al2O3礦石置換，進行燒結(jié)試驗。由于燒結(jié)礦的堿度在1.6-2.2內(nèi)傾向不會變化，所以將堿度1.6的情況示于圖8。如果用低Al2O3礦石置換，將置換率控制在60%以下，則收得率、冷態(tài)強度的維持是明顯的。此外，該置換率在60%以下的場合，燒結(jié)礦組織與圖3～5在本質(zhì)上是相同的，而數(shù)μm以下的微細鐵酸鈣的比例增加。
在實際的燒結(jié)操作中，由于礦山現(xiàn)場罷工等原因由礦石產(chǎn)地得到的量不足。
為此，上述的“豆石鐵礦石和低SiO2鐵礦石的配合原料”和“豆石鐵礦石、低SiO2鐵礦石及低Al2O3礦石的配合原料”在什么程度上可用“Al2O3/SiO2大于0.3的鐵礦石”代替，對此進行燒結(jié)試驗的結(jié)果如圖9所示。此外，該結(jié)果不會由于堿度而出現(xiàn)大的差別，因此示出堿度為1.9的結(jié)果。本試驗中焦粉添加量為4%。由圖9表明，代替率直到20%的情況下收得率只有少許降低，而冷態(tài)強度則維持不變。也就是說，作為返礦以外的含鐵原料，SiO2含量小于1.5%的高品位鐵礦石和Al2O3/SiO2重量比小于0.3的鐵礦石按合計量80%以上配料，均得到上述組織①，②，③。
下面以實例來說明本發(fā)明的效果。礦物組織是圖3-圖5的混合，合計在80%以上。
實施例1表2是現(xiàn)有實踐中有代表性的配料(赤鐵礦石為主體)及其燒結(jié)操作結(jié)果。表3中條件A是僅用豆石鐵礦石燒結(jié)，條件B是用表2的配合原料，其新原料中豆石鐵礦石比例為30%的情況。此外，條件C和D是按本發(fā)明的方法燒結(jié)操作結(jié)果的實例。單品種豆石鐵礦石的情況下，收得率、生產(chǎn)率和冷態(tài)強度顯著低下、而用新原料中的豆石鐵礦石比例30%時，收得率比表2更差。另一方面，按本發(fā)明的條件經(jīng)過配合含SiO2小于1.5%的鐵礦石則如條件C和D所示出的那樣，由表2表明得到了與現(xiàn)有平均收得率，生產(chǎn)率，冷態(tài)強度同等的特性。
表2實踐中有代表性的配料條件(干基)和燒結(jié)操作結(jié)果
＊相對于新原料的比例(%)
表3按本發(fā)明大量使用豆石鐵礦石的燒結(jié)操作結(jié)果
＊返礦和焦炭是相對新原料的比例(%)
備注鐵礦石的化學(xué)組成
實施例2表4是在由豆石鐵礦石和含SiO2小于1.5%的低SiO2鐵礦石構(gòu)成的原料中，將低SiO2礦石的一部份用Al2O3/SiO2小于0.3的鐵礦石在本發(fā)明條件的范圍內(nèi)代替，在這樣情況下燒結(jié)的結(jié)果。在該場合下得到與表2通常相同的成績。
表4.按本發(fā)明方法的操作結(jié)果實例
＊返礦和焦炭是相對新原料的比例(%)實施例3表5列出了將表4的鐵礦石混合原料的一部份用Al2O3/SiO2大于0.3的鐵礦石代替的情況下所得的燒結(jié)結(jié)果。在此情況下，收得率和生產(chǎn)率比表2的通常原料的場合稍有降低，但比表3的條件A和B遠遠提高。此外冷態(tài)強度與表2相比大致不變。
＊返礦和焦炭是相對新原料的比例(%)
如以上所述，如果按照本發(fā)明大量使用過去一般認為造成燒結(jié)礦收得率和質(zhì)量低下的豆石鐵礦石，有可能得到與過去同樣的成績。過去的優(yōu)質(zhì)赤鐵礦礦石的枯竭是明顯的。作為可能大量使用儲量豐富并且低價的豆石鐵礦石的本發(fā)明的方法，解決了其資源問題，并且對煉鐵焦比的降低寄與大的期望。
權(quán)利要求
1.煉鐵用燒結(jié)礦，其特征在于，在燒結(jié)礦的斷面中，除了豆石鐵礦石以外的燒結(jié)原料未熔融殘留物，其固體部份80%(重量)以上是由鐵酸鈣包圍致密化的豆石鐵礦石，或者具有豆石鐵礦石痕跡并由粒狀赤鐵礦粒子和將該赤鐵礦粒子結(jié)合在一起的鐵酸鈣構(gòu)成，或由它們的混合物構(gòu)成。
2.權(quán)利要求1的煉鐵用燒結(jié)礦，其特征在于它是由上述燒結(jié)礦組織和粒狀赤鐵礦粒子和鐵酸鈣組織混合構(gòu)成。
3.煉鐵用燒結(jié)礦的制造方法，其特征在于，在用燒結(jié)機將鐵礦石等含鐵原料和副原料、碳質(zhì)材料及水進行燒結(jié)的煉鐵燒結(jié)礦的制造方法中，使用豆石鐵礦石和含SiO2小于1.5%(重量)的高品位鐵礦石作為返礦以外的含鐵原料，并且配入豆石鐵礦石40～70%(重量)。
4.權(quán)利要求3的煉鐵用燒結(jié)礦制造方法，其特征在于，作為返礦以外的含鐵原料，將SiO2含量小于1.5%的高品位鐵礦石的小于60%(重量)用Al2O3/SiO2重量比例小于0.3的鐵礦石代替。
5.權(quán)利要求4的煉鐵用燒結(jié)礦制造方法，其特征在于，作為返礦以外的含鐵原料，以豆石鐵礦石、含SiO2小于1.5%(重量)的高品位鐵礦石和Al2O3/SiO2重量比例小于0.3的鐵礦石合計量大于80%(重量)的方式配料。
全文摘要
在將鐵礦石等含鐵原料、碳質(zhì)材料及水等用燒結(jié)機燒結(jié)的時候，作為返礦以外的含鐵原料，使用40～70％(重量)的豆石鐵礦石和含SiO
文檔編號C22B1/16GK1077752SQ9310296
公開日1993年10月27日 申請日期1993年2月13日 優(yōu)先權(quán)日1992年2月13日
發(fā)明者肥田行博, 岡崎潤, 細谷陽三 申請人:新日本制鐵株式會社