還原鐵的制造方法以及制造設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及還原鐵的制造方法W及制造設(shè)備。特別設(shè)及不因原料性狀的變動(dòng)而能 夠穩(wěn)定地效率良好地獲得高金屬化率的還原鐵的還原鐵制造方法W及制造設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，利用在制鐵.制鋼工序中產(chǎn)生的包含氧化鐵的粉塵(dust)類(高爐粉塵、 轉(zhuǎn)爐粉塵等。W下有時(shí)稱為優(yōu)質(zhì)粉塵(類）。）、粉鐵礦石類等的粉狀氧化鐵原料（W下有時(shí)稱 為優(yōu)質(zhì)粉狀氧化鐵原料。）來制造還原鐵的方法正在被廣泛使用。
[0003] 作為運(yùn)樣的還原鐵的制造方法，已知W下方法:將制鐵粉塵、鐵礦石等的粉狀氧化 鐵原料和碳質(zhì)的還原材料混合，實(shí)施成塊化處理而形成顆粒(pel let)或團(tuán)塊(briquette) 狀的成塊物，將該成塊物連續(xù)地在爐床移動(dòng)的回轉(zhuǎn)爐床爐等還原爐中進(jìn)行加熱來還原的方 法（例如專利文獻(xiàn)1);將粉狀氧化鐵原料和碳質(zhì)的還原材料混合后，用回轉(zhuǎn)爐（回轉(zhuǎn)害： ro化ry kiln)進(jìn)行加熱來還原的方法(例如專利文獻(xiàn)2)。
[0004] 接受最近的制鐵廠的再循環(huán)促進(jìn)和零排放化志向，不僅是在制鐵?制鋼工序中副 產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)粉塵，從烙化爐、電爐副產(chǎn)的爐渣成分的含有率高的烙化爐粉塵和電爐粉塵、在社 制工序中副產(chǎn)的社制氧化皮、在酸洗和中和工序中副產(chǎn)的酸洗和中和渺渣等的劣質(zhì)粉狀氧 化鐵原料也開始作為還原鐵制造用的原料來使用。
[0005] -般地，運(yùn)樣的劣質(zhì)粉狀氧化鐵原料，與優(yōu)質(zhì)粉塵相比，原料氧化度高，因此當(dāng)作 為還原鐵制造用的原料使用時(shí)，為了將制品還原鐵的金屬化率(制品金屬化率)保持在相同 水平，加熱還原工序中的負(fù)荷增大。在此，原料氧化度(有時(shí)僅稱為"氧化度"。）是用質(zhì)量百 分率定義的指標(biāo)，所述質(zhì)量百分率是現(xiàn)在實(shí)際與鐵結(jié)合的氧量相對(duì)于原料中的含鐵成分 (金屬鐵、方鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦)全部變?yōu)槌噼F礦時(shí)能結(jié)合的理論氧量的質(zhì)量百分率。另 夕h制品金屬化率是用制品還原鐵中的金屬鐵相對(duì)于總鐵分的質(zhì)量百分率定義的指標(biāo)。為 了降低在后工序中將還原鐵進(jìn)行精還原的負(fù)荷，期望制品金屬化率較高。
[0006] 而且，運(yùn)樣的劣質(zhì)粉狀氧化鐵原料，成分的波動(dòng)也比優(yōu)質(zhì)粉塵大，因此加熱還原工 序中的負(fù)荷的變動(dòng)幅度也變大。
[0007] 目P，迄今為止，在由優(yōu)質(zhì)粉塵類、粉鐵礦石類等的優(yōu)質(zhì)粉狀氧化鐵原料制造還原鐵 的已有的工序中，如果要利用上述的劣質(zhì)粉狀氧化鐵原料的話，則需要尋求用于應(yīng)對(duì)加熱 還原工序中的負(fù)荷的增大、W及用于應(yīng)對(duì)原料性狀的波動(dòng)的能力增強(qiáng)對(duì)策。
[000引在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2003-293020號(hào)公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)2:日本特開2001-280849號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)3:日本特開2000-160219號(hào)公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)4:日本特開2012-126963號(hào)公報(bào)
[0014] 專利文獻(xiàn)5:日本特開2010-222667號(hào)公報(bào)
[0015] 專利文獻(xiàn)6:日本特開昭59-25910號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 在使用回轉(zhuǎn)爐床式還原爐制造還原鐵時(shí)，還原鐵的制造能力，即，每單位時(shí)間在爐 內(nèi)原料中的氧化鐵被還原的量主要由回轉(zhuǎn)爐床的爐床面積和爐溫決定。在實(shí)際作業(yè)中，為 了使生產(chǎn)效率最大化，一般是在設(shè)備制約的范圍內(nèi)盡可能提高爐溫來作業(yè)。
[0017] 如前所述，最近，在推進(jìn)使用劣質(zhì)粉狀氧化鐵原料作為還原鐵制造原料，需要使用 已有的回轉(zhuǎn)爐床爐來還原氧化度比W往高的原料。
[0018] 在使用運(yùn)樣的劣質(zhì)粉狀氧化鐵原料的情況下，為了 W與目前相同的金屬化率由更 高氧化度的原料制造還原鐵，還原爐內(nèi)的必要還原量變多。但是，爐溫難W比目前進(jìn)一步提 高的情況較多，另外，回轉(zhuǎn)爐床的爐床面積也難W容易地?cái)U(kuò)張。因此，現(xiàn)狀是延長還原鐵制 造原料在還原爐內(nèi)的滯留時(shí)間來應(yīng)對(duì)。
[0019] 其結(jié)果是，伴隨著劣質(zhì)粉狀氧化鐵原料的使用量的增加，還原鐵的生產(chǎn)率降低。而 且，劣質(zhì)粉狀氧化鐵原料，不僅氧化度高，相同品種中的原料性狀的波動(dòng)也大。另一方面，還 原鐵制造時(shí)的成塊物在回轉(zhuǎn)爐床爐內(nèi)的滯留時(shí)間較短，大約為15~25分鐘左右，追從原料 性狀的波動(dòng)而改變還原時(shí)間在實(shí)際操作上非常困難。
[0020] 因此，在使用劣質(zhì)粉狀氧化鐵原料，一面滿足制品金屬化率的要求值一面制造還 原鐵的情況下，必須考慮原料性狀的波動(dòng)來進(jìn)行具有富余量的作業(yè)。其結(jié)果是，不得不進(jìn)行 與波動(dòng)的上限的原料氧化度對(duì)應(yīng)的作業(yè)，總體的生產(chǎn)率會(huì)降低。
[0021] 內(nèi)裝有作為還原材料的碳材料的粉狀氧化鐵系成塊物的還原反應(yīng)，通過存在于成 塊物的氣孔內(nèi)的一氧化碳將赤鐵礦、磁鐵礦、方鐵礦等的氧化鐵還原來進(jìn)行。
[0022] 在該反應(yīng)系中，作為還原材料發(fā)揮作用的一氧化碳，是內(nèi)裝于成塊物中的碳材料 中的碳和存在于氣孔內(nèi)的二氧化碳進(jìn)行反應(yīng)而生成的。該一氧化碳生成反應(yīng)（布氏反應(yīng) (Boudouard reaction)，C+C〇2+ A Q = 2C0)為吸熱反應(yīng)，因此為了使還原反應(yīng)進(jìn)行，需要從 成塊物的外部繼續(xù)供給補(bǔ)償反應(yīng)熱的熱量。
[0023] 在此，還原鐵制造原料的成塊物一般是氣孔率為30% W上的多孔質(zhì)體，其表觀的 熱傳導(dǎo)率比由成分平均所預(yù)測的值小，因此成塊物內(nèi)的傳導(dǎo)傳熱非常慢。
[0024] 目P，在回轉(zhuǎn)爐床爐內(nèi)的成塊物的還原反應(yīng)中，從爐內(nèi)氣氛向成塊物表面通過福射 傳熱供給的熱向成塊物內(nèi)部傳導(dǎo)的傳導(dǎo)傳熱過程，成為通過整體的律速階段(例如參照專 利文獻(xiàn)3 W及4)。
[0025] 在專利文獻(xiàn)3中公開了為了提高內(nèi)裝有碳材料的鐵礦石成塊物的內(nèi)部傳熱速度而 規(guī)定碳材料、礦石的性狀的方法。另外，在專利文獻(xiàn)4中公開了混合促進(jìn)傳熱的線狀添加物 的方法。但是，不論在哪種方法中，都尚未在還原反應(yīng)的同時(shí)從本質(zhì)上抑制氧化鐵中結(jié)合的 氧分脫離所致的氣孔率的上升。
[0026] 只要不割斷下述關(guān)系，即，通過運(yùn)樣的還原反應(yīng)的進(jìn)行，成塊物的氣孔率增大，作 為結(jié)果，內(nèi)部的熱傳導(dǎo)速度降低運(yùn)一關(guān)系，為了使用如回轉(zhuǎn)爐床爐那樣的W福射加熱為主 體的還原爐來促進(jìn)還原反應(yīng)，就需要使?fàn)t溫持續(xù)較高，在高爐溫下的連續(xù)作業(yè)中，耐火材料 的負(fù)荷變大，有可能由于維修而運(yùn)轉(zhuǎn)率降低。
[0027] 在此，考慮通過回轉(zhuǎn)爐床爐主體的延長或增設(shè)來補(bǔ)償與高氧化度的劣質(zhì)粉狀氧化 鐵原料的使用相伴的已有的回轉(zhuǎn)爐床爐的能力不足的情況。
[0028] 雖說使用了高氧化度的劣質(zhì)粉狀氧化鐵原料，但在回轉(zhuǎn)爐床爐的最終段，還原鐵 的金屬化率達(dá)到了至少60%左右，同時(shí)氣孔率也變大。即，在回轉(zhuǎn)爐床爐的最終段的時(shí)間 點(diǎn)，還原鐵的熱傳導(dǎo)率已經(jīng)充分變小，當(dāng)將向成塊物的熱供給機(jī)制只有福射傳熱的回轉(zhuǎn)爐 床爐延長，來嘗試還原鐵的精還原時(shí)，會(huì)容易地預(yù)測到設(shè)備變得非常大。
[0029] 另外，作為不將一個(gè)還原爐擴(kuò)張而按照兩個(gè)階段的步驟推進(jìn)還原反應(yīng)的方法，在 專利文獻(xiàn)5 W及6有記載。
[0030] 在專利文獻(xiàn)5中記載下述方法:利用流動(dòng)床反應(yīng)裝置，將赤鐵礦或針鐵礦事前用還 原氣體還原至磁鐵礦，其后，對(duì)向得到的半還原生成物中添加碳質(zhì)還原材料而成的混合物 照射微波來進(jìn)行加熱，由此進(jìn)一步還原，得到金屬鐵。
[0031] 該情況下，雖然能夠抑制用于事前還原的流動(dòng)床反應(yīng)裝置的設(shè)備規(guī)模，但是采用 微波照射來進(jìn)行了精還原，若考慮還原所需要的能量W及入射效率，就容易地預(yù)測到所需 的電源設(shè)備變得過大。
[0032] 在專利文獻(xiàn)6中提出下述技術(shù):在將來自作為還原爐的回轉(zhuǎn)爐的排氣用于原料的 預(yù)熱W及預(yù)還原時(shí)，使排氣中的一氧化碳含量增加，來加速預(yù)還原。由此，是W提高在回轉(zhuǎn) 爐中的還原效率作為目標(biāo)的。但是，該技術(shù)是W在回轉(zhuǎn)爐中的還原為前提的，而且回轉(zhuǎn)爐的 排氣溫度比爐內(nèi)溫度低，因此容易地推測到:使用該排氣能夠達(dá)到的預(yù)還原的效果，與將還 原爐本身設(shè)為兩個(gè)階段時(shí)相比較小。另外，在當(dāng)時(shí)的技術(shù)水準(zhǔn)下并未將劣質(zhì)粉狀氧化鐵原 料的使用作為前提，因此不能將該技術(shù)原樣地應(yīng)用于劣質(zhì)粉狀氧化鐵原料。對(duì)于使用劣質(zhì) 粉狀氧化鐵原料，雖然使用還原效率好的回轉(zhuǎn)爐床式還原爐時(shí)熱效率、還原效率好，但是如 前所述還存在向原料成塊物內(nèi)部的熱傳導(dǎo)性惡化運(yùn)樣的問題。
[0033] 本發(fā)明鑒于W上的還原鐵制造技術(shù)的現(xiàn)狀W及課題，其目的是提供解決下述課題 的還原鐵的制造方法W及制造設(shè)備，所述課題是：即使使用性狀波動(dòng)大的原料和/或氧化度 高的劣質(zhì)粉狀氧化鐵原料，不大規(guī)模地改造已有的回轉(zhuǎn)爐床爐，僅通過便宜且容易的精還 原設(shè)備的增設(shè)，就可穩(wěn)定地制造高金屬化率的還原鐵。
[0034] 本發(fā)明人等對(duì)解決上述課題的方法進(jìn)行了銳意研究。其結(jié)果，得到W下的見解。
[0035] (a)首先，發(fā)現(xiàn):在將粉狀含有氧化鐵的原料和碳質(zhì)的還原材料混合、實(shí)施成塊化 處理而成的成塊物（W下，在本說明書中稱為"原料成塊物"。）的還原中，在還原反應(yīng)進(jìn)行的 同時(shí)氣孔率增大，從成塊物表面向內(nèi)部的傳導(dǎo)傳熱成為還原反應(yīng)的律速過程的問題，可通 過將還原工序分為兩個(gè)階段來解決。在第1階段的還原（W下稱為第1還原，將此時(shí)的還原爐 稱為第1還原爐。）中，將原料成塊物中的氧化鐵的大部分還原。該情況下，得到的還原生成 物(將在第1還原中得到的還原生成物稱為第1還原生成物。）已高氣孔率化，因此在原樣的 狀態(tài)下傳熱性差。因此還發(fā)現(xiàn)：如果采用可將高氣孔率化活用于促進(jìn)還原反應(yīng)的方法來進(jìn) 行第2階段的還原，則能夠穩(wěn)定且高效率地制造高金屬化率的還原鐵。
[0036] (b)還發(fā)現(xiàn):在第1還原中，由于原料成塊物的氣孔率也低、傳熱性也好，因此使用 回轉(zhuǎn)爐床式還原爐(RHF)，在第2階段的還原（W下稱為第2還原，將此時(shí)的還原爐