CN105723002B - 还原铁的制造方法以及制造设备 - Google Patents

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Abstract

即使使用性状波动大的原料、氧化度高的劣质粉状氧化铁原料，在不大规模地改造既有的回转炉床炉的前提下，仅通过增设便宜且容易的加工还原设备，也能够稳定地制造高金属化率的还原铁。本发明的制造方法是使用两个阶段的还原炉对成块物进行还原的还原铁制造方法，所述成块物是将含有氧化铁的原料、和还原材料混合并进行成块化而得到的，通过(i)作为第1阶段的还原炉使用回转炉床式还原炉、(ii)作为第2还原炉使用将CO气体浓度富化在规定范围的还原气氛的回转炉式或竖式的还原炉，能够效率良好地制造高金属化率的还原铁。进而，通过(iii)将利用第1阶段的回转炉床式还原炉得到的第1还原生成物分级，仅将低金属化率的粉状品(iv)用回转炉式还原炉进行还原、造粒，能够效率良好地得到高金属化率且一定粒径以上的还原铁。

Description

还原铁的制造方法以及制造设备
技术领域
本发明涉及还原铁的制造方法以及制造设备。特别涉及不因原料性状 的变动而能够稳定地效率良好地获得高金属化率的还原铁的还原铁制造方 法以及制造设备。
背景技术
近年来，利用在制铁·制钢工序中产生的包含氧化铁的粉尘(dust)类 (高炉粉尘、转炉粉尘等。以下有时称为优质粉尘(类)。)、粉铁矿石 类等的粉状氧化铁原料(以下有时称为优质粉状氧化铁原料。)来制造还 原铁的方法正在被广泛使用。
作为这样的还原铁的制造方法，已知以下方法：将制铁粉尘、铁矿石 等的粉状氧化铁原料和碳质的还原材料混合，实施成块化处理而形成颗粒 (pellet)或团块(briquette)状的成块物，将该成块物连续地在炉床移动 的回转炉床炉等还原炉中进行加热来还原的方法(例如专利文献1)；将 粉状氧化铁原料和碳质的还原材料混合后，用回转炉(回转窑:rotary kiln) 进行加热来还原的方法(例如专利文献2)。
接受最近的制铁厂的再循环促进和零排放化志向，不仅是在制铁·制钢 工序中副产的优质粉尘，从熔化炉、电炉副产的炉渣成分的含有率高的熔 化炉粉尘和电炉粉尘、在轧制工序中副产的轧制氧化皮、在酸洗和中和工 序中副产的酸洗和中和淤渣等的劣质粉状氧化铁原料也开始作为还原铁制 造用的原料来使用。
一般地，这样的劣质粉状氧化铁原料，与优质粉尘相比，原料氧化度 高，因此当作为还原铁制造用的原料使用时，为了将制品还原铁的金属化 率(制品金属化率)保持在相同水平，加热还原工序中的负荷增大。在此， 原料氧化度(有时仅称为“氧化度”。)是用质量百分率定义的指标，所 述质量百分率是现在实际与铁结合的氧量相对于原料中的含铁成分(金属 铁、方铁矿、磁铁矿、赤铁矿)全部变为赤铁矿时能结合的理论氧量的质 量百分率。另外，制品金属化率是用制品还原铁中的金属铁相对于总铁分 的质量百分率定义的指标。为了降低在后工序中将还原铁进行精还原的负 荷，期望制品金属化率较高。
而且，这样的劣质粉状氧化铁原料，成分的波动也比优质粉尘大，因 此加热还原工序中的负荷的变动幅度也变大。
即，迄今为止，在由优质粉尘类、粉铁矿石类等的优质粉状氧化铁原 料制造还原铁的已有的工序中，如果要利用上述的劣质粉状氧化铁原料的 话，则需要寻求用于应对加热还原工序中的负荷的增大、以及用于应对原 料性状的波动的能力增强对策。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-293020号公报
专利文献2：日本特开2001-280849号公报
专利文献3：日本特开2000-160219号公报
专利文献4：日本特开2012-126963号公报
专利文献5：日本特开2010-222667号公报
专利文献6：日本特开昭59-25910号公报
发明内容
在使用回转炉床式还原炉制造还原铁时，还原铁的制造能力，即，每 单位时间在炉内原料中的氧化铁被还原的量主要由回转炉床的炉床面积和 炉温决定。在实际作业中，为了使生产效率最大化，一般是在设备制约的 范围内尽可能提高炉温来作业。
如前所述，最近，在推进使用劣质粉状氧化铁原料作为还原铁制造原 料，需要使用已有的回转炉床炉来还原氧化度比以往高的原料。
在使用这样的劣质粉状氧化铁原料的情况下，为了以与目前相同的金 属化率由更高氧化度的原料制造还原铁，还原炉内的必要还原量变多。但 是，炉温难以比目前进一步提高的情况较多，另外，回转炉床的炉床面积 也难以容易地扩张。因此，现状是延长还原铁制造原料在还原炉内的滞留 时间来应对。
其结果是，伴随着劣质粉状氧化铁原料的使用量的增加，还原铁的生 产率降低。而且，劣质粉状氧化铁原料，不仅氧化度高，相同品种中的原 料性状的波动也大。另一方面，还原铁制造时的成块物在回转炉床炉内的 滞留时间较短，大约为15～25分钟左右，追从原料性状的波动而改变还原 时间在实际操作上非常困难。
因此，在使用劣质粉状氧化铁原料，一面满足制品金属化率的要求值 一面制造还原铁的情况下，必须考虑原料性状的波动来进行具有富余量的 作业。其结果是，不得不进行与波动的上限的原料氧化度对应的作业，总 体的生产率会降低。
内装有作为还原材料的碳材料的粉状氧化铁系成块物的还原反应，通 过存在于成块物的气孔内的一氧化碳将赤铁矿、磁铁矿、方铁矿等的氧化 铁还原来进行。
在该反应系中，作为还原材料发挥作用的一氧化碳，是内装于成块物 中的碳材料中的碳和存在于气孔内的二氧化碳进行反应而生成的。该一氧 化碳生成反应(布氏反应(Boudouard reaction)，C+CO2+ΔQ＝2CO) 为吸热反应，因此为了使还原反应进行，需要从成块物的外部继续供给补 偿反应热的热量。
在此，还原铁制造原料的成块物一般是气孔率为30％以上的多孔质 体，其表观的热传导率比由成分平均所预测的值小，因此成块物内的传导 传热非常慢。
即，在回转炉床炉内的成块物的还原反应中，从炉内气氛向成块物表 面通过辐射传热供给的热向成块物内部传导的传导传热过程，成为通过整 体的律速阶段(例如参照专利文献3以及4)。
在专利文献3中公开了为了提高内装有碳材料的铁矿石成块物的内部 传热速度而规定碳材料、矿石的性状的方法。另外，在专利文献4中公开 了混合促进传热的线状添加物的方法。但是，不论在哪种方法中，都尚未 在还原反应的同时从本质上抑制氧化铁中结合的氧分脱离所致的气孔率的 上升。
只要不割断下述关系，即，通过这样的还原反应的进行，成块物的气 孔率增大，作为结果，内部的热传导速度降低这一关系，为了使用如回转 炉床炉那样的以辐射加热为主体的还原炉来促进还原反应，就需要使炉温 持续较高，在高炉温下的连续作业中，耐火材料的负荷变大，有可能由于 维修而运转率降低。
在此，考虑通过回转炉床炉主体的延长或增设来补偿与高氧化度的劣 质粉状氧化铁原料的使用相伴的已有的回转炉床炉的能力不足的情况。
虽说使用了高氧化度的劣质粉状氧化铁原料，但在回转炉床炉的最终 段，还原铁的金属化率达到了至少60％左右，同时气孔率也变大。即，在 回转炉床炉的最终段的时间点，还原铁的热传导率已经充分变小，当将向 成块物的热供给机制只有辐射传热的回转炉床炉延长，来尝试还原铁的精 还原时，会容易地预测到设备变得非常大。
另外，作为不将一个还原炉扩张而按照两个阶段的步骤推进还原反应 的方法，在专利文献5以及6有记载。
在专利文献5中记载下述方法：利用流动床反应装置，将赤铁矿或针 铁矿事前用还原气体还原至磁铁矿，其后，对向得到的半还原生成物中添 加碳质还原材料而成的混合物照射微波来进行加热，由此进一步还原，得 到金属铁。
该情况下，虽然能够抑制用于事前还原的流动床反应装置的设备规模， 但是采用微波照射来进行了精还原，若考虑还原所需要的能量以及入射效 率，就容易地预测到所需的电源设备变得过大。
在专利文献6中提出下述技术：在将来自作为还原炉的回转炉的排气 用于原料的预热以及预还原时，使排气中的一氧化碳含量增加，来加速预 还原。由此，是以提高在回转炉中的还原效率作为目标的。但是，该技术 是以在回转炉中的还原为前提的，而且回转炉的排气温度比炉内温度低， 因此容易地推测到：使用该排气能够达到的预还原的效果，与将还原炉本 身设为两个阶段时相比较小。另外，在当时的技术水准下并未将劣质粉状 氧化铁原料的使用作为前提，因此不能将该技术原样地应用于劣质粉状氧 化铁原料。对于使用劣质粉状氧化铁原料，虽然使用还原效率好的回转炉 床式还原炉时热效率、还原效率好，但是如前所述还存在向原料成块物内 部的热传导性恶化这样的问题。
本发明鉴于以上的还原铁制造技术的现状以及课题，其目的是提供解 决下述课题的还原铁的制造方法以及制造设备，所述课题是：即使使用性 状波动大的原料和/或氧化度高的劣质粉状氧化铁原料，不大规模地改造已 有的回转炉床炉，仅通过便宜且容易的精还原设备的增设，就可稳定地制 造高金属化率的还原铁。
本发明人等对解决上述课题的方法进行了锐意研究。其结果，得到以 下的见解。
(a)首先，发现：在将粉状含有氧化铁的原料和碳质的还原材料混合、 实施成块化处理而成的成块物(以下，在本说明书中称为“原料成块物”。) 的还原中，在还原反应进行的同时气孔率增大，从成块物表面向内部的传 导传热成为还原反应的律速过程的问题，可通过将还原工序分为两个阶段 来解决。在第1阶段的还原(以下称为第1还原，将此时的还原炉称为第 1还原炉。)中，将原料成块物中的氧化铁的大部分还原。该情况下，得 到的还原生成物(将在第1还原中得到的还原生成物称为第1还原生成物。) 已高气孔率化，因此在原样的状态下传热性差。因此还发现：如果采用可 将高气孔率化活用于促进还原反应的方法来进行第2阶段的还原，则能够 稳定且高效率地制造高金属化率的还原铁。
(b)还发现：在第1还原中，由于原料成块物的气孔率也低、传热性 也好，因此使用回转炉床式还原炉(RHF)，在第2阶段的还原(以下称 为第2还原，将此时的还原炉称为第2还原炉。)中，由于第1还原生成 物变为高气孔率，容易使炉内还原气体通过气孔而向内部扩散，提高了还 原性，因此通过使用回转炉、竖炉，能够以高热效率来制造高金属化率的还原铁。
另外，在第2还原中，还原性气体从第1还原生成物的气孔向内部渗 透，来将氧化铁还原。因此，在第2还原中，需要一定浓度的还原性气体。 于是，本发明人发现，通过使第2还原中的还原气氛中的CO气体的浓度 为10体积％以上85体积％以下，能够效率良好地将第1还原生成物还原。
(c)第1还原生成物也包含低金属化率的还原铁。通常，低金属化率 的还原铁的强度低，从第1还原炉排出时粉化。即使在第2还原炉中获得 高金属化率，粉化的结果也是还原铁的粒径变小，因此在后工序中的操作 时有起尘·再氧化之虞。另一方面，金属化率高的还原铁由于强度高因而难 以粉化。因此发现：如果仅将第1还原生成物之中粉化了的物质在使用了 回转炉的第2还原炉中还原，则能够促进还原反应、且制造出造粒了的还 原铁。
但是，粉化了的物质太过多也会阻碍第2还原的进行。本发明人确认 到：在作为第2还原炉使用回转炉式还原炉的情况下，如果是含有75％以 下的粒径小于3mm的还原生成物的还原生成物，则在回转炉式还原炉中 第2还原充分地进行。
(d)进而，在作为第2还原炉使用回转炉的情况下，当为了促进粒径 小的低金属化率的还原铁的还原而提高炉温时，会在炉内生成炉窑结圈这 样的附着物。已知当生成该炉窑结圈时，有时变得难以继续作业。因此发 现：如果将回转炉的炉内温度控制为高于1100℃、且1200℃以下，则能够 促进还原反应、且不生成炉窑结圈而将还原铁粒状化。
本发明是基于上述见解而完成的，其要旨如下。
(1)一种还原铁的制造方法，对成块物进行连续的两个阶段的还原处 理，所述成块物是将含有氧化铁的原料、和还原材料混合并进行成块化而 得到的，该制造方法的特征在于，
(i)在第1还原处理中使用回转炉床式还原炉，接着，
(ii)在第2还原处理中使用回转炉式或竖式的还原炉，在该第2还原 处理中，还原气氛中的CO气体的浓度为10体积％以上85体积％以下。
(2)根据(1)所述的还原铁的制造方法，其特征在于，在上述第1 还原处理中生成的还原生成物即第1还原生成物的金属化率为65质量％以 上90质量％以下。
(3)根据(1)或者(2)所述的还原铁的制造方法，其特征在于，在 上述第2还原处理中使用回转炉式还原炉来处理上述第1还原生成物的情 况下，该回转炉式还原炉内的气氛温度超过1100℃、且为1200℃以下。
(4)根据上述(1)～(3)的任一项所述的还原铁的制造方法，其特 征在于，将在上述第1还原处理中生成的第1还原生成物分级，使得分级 筛下的还原生成物仅含有75质量％以下的粒径小于3mm的还原生成物， 将第2还原生成物和在上述分级中留在筛上的第1还原生成物混合，所述 第2还原生成物是使用回转炉式还原炉对上述分级筛下的还原生成物进行 上述第2还原处理而得到的。
(5)根据(1)～(4)的任一项所述的还原铁的制造方法，其特征在 于，上述含有氧化铁的原料是至少包含熔化炉粉尘、电炉粉尘、轧制氧化 皮、酸洗和中和淤渣中的任一种的原料。
(6)一种还原铁的制造设备，是使用连续的两个还原炉将原料成块物 还原的还原铁制造设备，所述原料成块物是将含有氧化铁的原料、和还原 材料混合并进行成块化而得到的，该制造设备的特征在于，具备：
(a)作为第1还原炉的回转炉床式还原炉，其用于将上述原料成块物 还原；和
(b)作为第2还原炉的回转炉式或竖式的还原炉，其用于将在上述第 1还原炉中生成的还原生成物即第1还原生成物进一步还原。
(7)根据上述(6)所述的还原铁的制造设备，其特征在于，还具备：
将上述第1还原生成物分级的分级设备；和
将在上述分级设备中处于筛下的第1还原生成物装入上述第2还原炉 中，并将在上述第2还原炉中生成的第2还原生成物和在上述分级设备中 留在筛上的第1还原生成物混合的设备，作为上述第2还原炉使用了回转 炉式还原炉。
根据本发明，不使用设备规模大的回转炉床式还原炉，且不用为了提 高反应速度而提高炉温，就能够由劣质粉状氧化铁原料容易地制造高金属 化率的还原铁。其结果是，能够避免用于大型的回转炉床式还原炉的设备 投资。
附图说明
图1是表示本发明的一方式的概念图。
图2是表示实施例1的实验结果的图。
图3是表示实施例2的实验结果的图。
图4是表示将第1还原生成物分级的情况下的一方式的概念图。
图5是表示实施例5的实验结果的图。
图6是表示筛下分级比率(质量％)与最终制品金属化率(％)的关 系的图。
具体实施方式
本发明的还原铁的制造方法(以下有时称为“本发明制造方法”。)， 是使用两个阶段的还原炉对成块物进行还原的还原铁制造方法，所述成块 物是将含有氧化铁的原料、和还原材料混合并进行成块化而得到的，该制 造方法的特征在于，
(i)作为第1还原炉，使用回转炉床式还原炉，接着，
(ii)作为第2还原炉，使用回转炉式或竖式的还原炉，在该第2还原 处理中，还原气氛中的CO气体的浓度设为10体积％以上85体积％以下。
本发明的还原铁的制造设备(以下有时称为“本发明制造设备”。)， 是使用两个阶段的还原炉对成块物进行还原的还原铁制造设备，所述成块 物是将含有氧化铁的原料、和还原材料混合并进行成块化而得到的，该制 造设备的特征在于，具备：
(a)将上述成块物收入并进行还原的第1阶段的回转炉床式还原炉； 和
(b)设置于该回转炉床式还原炉的后段，将从该回转炉床式还原炉排 出的还原铁收入并将该还原铁进一步还原的、第2阶段的回转炉式或竖式 的还原炉。
以下，对本发明(有时将本发明制造方法以及本发明制造设备合称为 “本发明”。)进行说明。
将从第1还原炉排出的还原生成物定义为第1还原生成物，将从第2 还原炉排出的还原生成物定义为第2还原生成物。另外，将在第2还原炉 的内部由第1还原生成物得到第2还原生成物的反应称为精还原反应。
图1表示使用两个阶段的还原炉来制造还原铁的本发明的一方式。将 含有氧化铁的原料、和还原材料(碳质还原材料)粉碎、混炼并实施成块 化处理而形成原料成块物。将原料成块物干燥后，装入第1阶段的回转炉 床式还原炉中，进行加热、还原而制造出第1还原生成物。接着，将第1 还原生成物装入第2阶段的回转炉式或竖式的还原炉中，进行加热、还原 而制造出第2还原生成物。
在本发明中，为了将由于由劣质粉状氧化铁原料的使用引起的还原前 原料的高氧化度化而降低的第1还原生成物的金属化率提高到规定的值， 增设用于将在回转炉床式还原炉中被还原了的第1还原生成物追加性地加 热还原的、炉温比较低的回转炉式或竖式的还原炉。进而，为了促进在回 转炉式或竖式的还原炉内部的还原铁的精还原反应，将炉内气氛中的一氧 化碳等还原性气体保持在高浓度。
通常，在内装有碳材料的氧化铁成块物的回转炉床式还原炉中的还原 反应中，以内装的碳分为起源的还原气体被从成块物的内部供给，因此成 块物的外部气氛对还原反应造成的影响小到能够忽视的程度。即，由于从 成块物内部产生的气体的压力高于气氛压力，因此难以发生从气氛侧向成 块物内部的气体侵入。
但是，推定到：从作为回转炉床式还原炉的第1还原炉排出的第1还 原生成物，金属化率已经达到了至少60％左右，与之相应地气孔率也变高 了。因此，本发明人等认为：在要对利用回转炉床式还原炉制得的第1还 原生成物进行精还原的情况下，在第2还原炉中，存在炉内气氛气体容易 通过气孔而向成块物的内部扩散的状况，能够效率良好地推进还原反应。
即认为，如果提高进行第1还原生成物的精还原的第2还原炉内部的 还原性气体的浓度，则还原性气体能够向第1还原生成物的内部扩散并将 氧化铁还原。
在本发明中，对内装有碳材料的氧化铁成块物的还原有效的还原性气 体的代表例为CO(一氧化碳)气体。通常作业时的回转炉床式还原炉内 的CO气体浓度小于10体积％，因此期望第2还原炉的内部的CO气体的 浓度为10体积％以上。另外，本发明人研究的结果是，即使过于提高CO 气体浓度，促进还原反应的效果也饱和，因此CO气体浓度的上限设为85％ (图3)。
提高第2还原炉内部的还原性气体浓度的方法，可以是从外部流入还 原性气体的方法，也可以是为了保持炉温而使在炉内燃烧的燃烧器的燃烧 空气比小于1来进行不完全燃烧的方法。另外，也可以是与第1还原生成 物分开地同时添加煤系的碳材料，在炉内进行分解来产生还原性气体的方 法。
根据本发明，将第2还原炉内部的氧化铁还原反应所必需的还原性气 体从成块物的外部直接供给到第1还原生成物的内部，因此不一定需要在 成块物的内部引起布氏反应，不需要向成块物供给布氏反应所必需的热量。 也就是说，在高气孔率的第1还原生成物的精还原中，能够避免传热律速， 即使是比较低的炉温也能够推进还原反应。
进而，通过作为第2还原炉使用回转炉式或竖式的还原炉，能够得到： 将成块物静置而还原的回转炉床式还原炉所不能够期待的、气氛气体与第 1还原生成物的强烈的相互作用。
即，在回转炉式还原炉的情况下，通过由炉体回转引起的对第1还原 生成物的搅拌，另外，在竖式还原炉的情况下，通过由向炉内压入气体引 起的气体流和第1还原生成物的接触，能够促进还原性气体向第1还原生 成物的气孔内部的扩散·侵入。
如以上所述，在本发明中，为了促进第2还原炉中的还原反应，有效 地活用了第1还原生成物为高气孔率的情况。
当在第1还原中还原反应没有某种程度地进行时，第1还原生成物的 气孔率未充分变大，从气孔内部产生的气体的压力大于气氛压力，因此在 第2还原中，还原气体不能够向气孔内部扩散·侵入从而未进行还原反应。
本发明人研究的结果是，第1还原生成物的金属化率的期望的下限为 65％。确认到：如果能确保金属化率为65％以上，则会达到充分高的气孔 率，在第2还原中还原反应能够进行(图2)。
另外，在使第1还原炉中的还原时间充分长的情况下，第1还原生成 物的金属化率接近于第2还原生成物的目标金属化率。一般地在市场中流 通的还原铁的金属化率为90％左右。也就是说，如果在第1还原炉中结束 还原处理的时间点，还原铁的金属化率达90％，则不需要采用第2还原炉 进行精还原。
从以上所述来看，希望第1还原结束后的第1还原生成物的金属化率 为65％以上90％以下。
另外，在作为第2还原炉使用回转炉式的还原炉的情况下，能够一边 将第1还原生成物在回转炉还原炉内混合搅拌一边促进其粒状化(粒径的 增大)。
在高气孔率的第1还原生成物的精还原中，能够避免传热律速，即使 是比较低的温度也能够促进还原反应，但当第2阶段的回转炉式还原炉的 炉温为1100℃以下时，精还原反应性降低，因此炉温优选为大于1100℃。
但是，当第2阶段的回转炉式还原炉的炉温超过1200℃时，会显著地 生成炉窑结圈，因此炉温优选为1200℃以下。
作为含有氧化铁的原料，能够使用例如熔化炉粉尘、电炉粉尘、轧制 氧化皮、酸洗和中和淤渣等的劣质粉状氧化铁原料。
接着，对将第1还原生成物分级并将其筛下品投入到第2还原炉中的 方式进行说明。第1还原生成物，由于成块物内部的还原反应的进行，金 属化率达到了至少60％左右，与之相应地，第1还原生成物的气孔率变高 了。
本发明人立足于该情况发现，如果将第1还原生成物的金属化率较小 且气孔率变高的物质主动地投入到第2还原炉中并进一步还原，就能够效 率良好地得到金属化率高的还原铁。另外，本发明人发现，如果第2还原 炉为回转炉式还原炉，则气氛气体容易从气孔向第1还原生成物内部渗透 并进行精还原。进而发现，在还原处理的进行过程中粉状的第1还原生成 物粒状化(粒径增大)，最终能够得到金属化率高、且粒径大的还原铁。
第1还原生成物的性状(成分组成、粒度分布等)是在通常的作业条 件下得到的性状即可，并不限定于特定的性状。但是，当粒径小于3mm 的粉状还原生成物超过75质量％时，在第2阶段的回转炉式还原炉内会成 为传热律速，不能充分得到促进精还原的气氛控制的效果。
因此，优选：第1还原生成物中的粒径小于3mm的生成物为75质量 ％以下。
而且，第1还原生成物中的细粒部分没有进行还原反应，金属化率低， 且残留碳变多。相反地，已判明：第1还原生成物中的粗粒部分，充分进 行还原反应，金属化率高、且残留碳变少。
可以认为这是因为在将原料成块物装入第1阶段的回转炉床式还原炉 中时，由于冲击等，原料成块物粉化，该粉化了的原料被周围的成块物遮 挡热，还原反应没有进行的缘故。
因此，本发明人想到：将第1还原生成物分级，仅将筛下的低金属化 率的细粒成分(粉化物)用第2阶段的回转炉式还原炉进行精还原、并且 进行造粒。
图4表示使用两个阶段的还原炉来制造还原铁一例。直至用第1阶段 的回转炉床式还原炉制造第1还原生成物时为止，与图1所示的制造方式 相同。但是，在图4所示的制造方式中，将第1还原生成物分级，仅将筛 下品(低金属化率的粉化物)装入第2阶段的回转炉式还原炉中，进行加 热、还原来得到第2还原生成物。
图4所示的实施还原铁的制造的制造设备，其特征在于，具备：
(a)第1阶段的回转炉床式还原炉，其用于对将粉状氧化铁原料和碳 质还原材料混合并进行成块化而得到的原料成块物进行加热、还原；
(b)分级设备，其设置于上述回转炉床式还原炉的后段，用于将从第 1阶段的回转炉床式还原炉排出的还原生成物(第1还原生成物)分级； 和
(c)第2阶段的回转炉式还原炉，其用于仅将上述筛下的还原生成物 进行加热还原。
分级设备是将从回转炉床式还原炉排出的温度为700～1100℃左右的 还原生成物分级的设备，因此需要具有耐热性。例如优选固定式的筛(格 筛(grizzly))、水冷式的滚筒筛(roller screen)。滚筒筛通过变更轴间 距离能够调整分级粒径，因此作为分级设备是优选的。
筛上品(粗粒物)是具有高金属化率的，因此不进行精还原而使其旁 路通过，在后段，使其与将筛下部分进行精还原而得到的第2还原生成物 合流，来形成制品还原铁。根据图4所示的制造方式，能够减少在第2阶 段的回转炉式还原炉中的处理量，不但能够使回转炉式还原炉主体小型化 还能够谋求该还原炉的排气处理设备以及加热用燃烧器等的附带设备的小 型化，能够带来设备投资的降低。
如果将对第1还原生成物进行分级时的分级基准粒径设定在细粒侧， 则在第2阶段的回转炉式还原炉中的处理量减少，因此能够使该还原炉的 规模较小。但是，另一方面，用回转炉式还原炉进行处理的筛下品(粉化 物)中的小于3mm的制品的质量比率(以下称为“小于3mm的比率”。) 增加，在回转炉式还原炉内的还原反应速度降低。如图5所示，当小于3mm 的比率超过75％时，精还原未进行。
图6表示筛下分级比率(供分级的生成物之中、成为筛下品的生成物 的比率(质量％))与最终制品金属化率(％)的关系。从图6可知，如 果筛下分级比率为50％以上，则能够确保最终制品的金属化率为80％以
实施例
接着，对本发明的实施例进行说明，但实施例中的条件是为了确认本 发明的实施可能性以及效果而采用的一个条件例，本发明并不被该一个条 件例限定。在不脱离本发明的要旨并达到本发明的目的的限度下，本发明 可采用各种条件。
实施例1
为了确认第1还原炉和第2还原炉中的最佳的负荷分配，实施了实验 用成块物(以下称为“块”。)的还原实验，所述实验用成块物是将向作 为劣质粉状氧化铁原料的熔化炉粉尘中混合电炉粉尘而成的含有氧化铁的 原料、和煤混合并进行成块化而得到的。
准备的块的成分，以质量百分率计都是金属Fe＝1％、FeO＝35％、 Fe2O3＝34％、C＝15％。
准备两台(A炉和B炉)实验用还原炉。A炉是将炉内气体组成设为 N2：100％、将炉温保持为1250℃的实验用电炉，B炉是将炉内气体组成 设为CO：40％+N2：60％、将炉温保持为1150℃的实验用电炉。B炉的 炉内气氛，与A炉相比为强还原气氛，但炉温低了100℃。将实验条件示 于表1。
不论在哪个水准中，首先，将块在A炉的炉内静置规定的时间来使其 反应。A炉内的炉温充分高，为1250℃，在块中也内装有碳材料，因此从 炉内气氛通过辐射传递到块表面的热向块内部传导，碳材料气化从而产生 CO气体，进行还原反应。将到此为止的还原反应称为第1阶段，将其以 后的还原反应称为第2阶段。
在第2阶段中，结束了第1阶段中的还原反应的块之中的一部分，接 着在相同炉温、相同气氛的A炉内继续还原反应(水准1、3、5)。关于 剩余的块，在第1还原反应结束后，向B炉的炉内迅速移动，在B炉中继 续还原反应(水准2、4、6)。
B炉的炉内的气氛被保持为CO：40％+N2：60％这种强还原气氛， 可期待比A炉的炉内快地进行块的还原反应，因此在B炉中，将炉温设定 为稍低的温度，或者将反应时间设定为短一些的时间以使得与在A炉中继 续进行还原的块相比合计的反应时间变短。
表2表示表1所示的第1阶段、以及第2还原反应结束后的块的金属 化率的分析结果。
首先，着眼于水准3和水准4。水准3是在N2：100％、1250℃的A 炉中反应15分钟的水准。与此相对，水准4是在A炉中首先反应10分钟 后，在炉温1150℃、强还原气氛(CO：40％)的B炉的炉内反应2.5分 钟，从而进行了合计12.5分钟的反应的水准。
在水准4中，尽管与水准3相比，合计的反应时间短了2.5分钟，并 且，第2还原炉的炉温低了100℃，但是第2还原结束后的最终金属化率 维持了与水准3相同的值。即显示出：通过在还原反应的途中将炉内更换 为强还原气氛，块的反应速度大幅度提高了
与此相对，在水准5和水准6中，使第1还原时间比水准3和水准4 延长2.5分钟而进行了同样的实验。该情况下，缩短合计反应时间、且将 第2还原炉的炉温降低为1150℃的水准6的金属化率变高。
可以认为这是因为，在第1阶段结束的时间点的金属化率比水准3和 水准4高，块的气孔率变大，在第2还原反应时，气氛气体容易向块的气 孔内扩散，还原反应更容易推进的缘故。
对于水准1和水准2，比较了：使第1还原时间为5分钟，其后原样 地在A炉中继续还原5分钟而得到的制品(水准1)、和第2阶段在强还 原气氛的B炉中在1150℃下还原2.5分钟而得到的制品(水准2)的金属 化率。
该情况下，与水准3～6不同，关于第2还原生成物的金属化率，在A 炉中继续还原的水准1比在B炉中实施了第2还原的水准2高。推定这是 因为，在第1还原结束时间点的金属化率低为40％，没有生成能够在第2 阶段中使炉内的还原性气体向第1还原生成物内扩散的充分的气孔。
在水准7中，使第1阶段的A炉中的还原时间较长，为20分钟。该 情况下，在第1还原结束的时间点，第1还原生成物的金属化率达到了 90％。因此，该情况下，不需要特意追加设备来实施第2还原，仅进行第 1阶段的还原就足够了。
图2表示：将在A炉中的第1还原中得到的第1还原生成物，进一步 (1)在A炉中继续还原5分钟的情况(水准1、3、5、7，图中○)、和 (2)在B炉中进行2.5分钟的还原的情况(水准2、4、6，图中□)下的、 在A炉或B炉中的第2阶段中的还原结束后的第2还原生成物的金属化率 (％)、和在A炉中的第1还原结束后的第1还原生成物的金属化率(％) 的关系。
从上述实验结果可知，为了提高最终的金属化率，需要在第1阶段结 束时间点的第1还原生成物的金属化率成为某个值以上。另外，在第1阶 段结束时间点的金属化率达到了90％的还原铁能够原样地作为制品来使 用。
实施例2
接着，进行评价在第2还原炉中炉内气氛对金属化率给予的影响的实 验。在本实验中也使用了2台(A炉和B炉)实验用还原炉。A炉是将炉 内气体组成设为N2：100％、将炉温保持为1250℃的实验用电炉，B炉是 能够将炉内控制成还原气氛、且将炉温保持为1150℃的实验用电炉。使用 的块与实施例1相同。
在本实验中，在全部的水准中，使在第1阶段在A炉内反应了10分 钟的块快速向B炉内移动，在B炉内进行第2还原反应。在各水准中，使 B炉内的CO浓度变化为40％、70％、85％、90％，来评价对块的金属化 率造成的影响。将各实验条件示于表3。其中，第2阶段的B炉内的CO 浓度为40％的水准4是与实施例1的水准4相同的。
表4示出实验结果。通过比较水准4a、4b和水准4可知，当提高B 炉内的CO浓度时，第2阶段结束后的金属化率也提高。但是，进一步使 CO浓度上升而成为90％的水准4c的金属化率为与CO：85％的水准4b 相同的值。
图3表示水准4、4a、4b、4c的第2还原结束后的第2还原生成物的 金属化率(％)、和第2还原炉(B炉)内的CO浓度(％)的关系。
从图3可知，通过增加第2还原炉内的CO浓度，金属化率也增加， 但是即使CO浓度超过85％而形成为强还原气氛，也几乎没有对金属化率 给予的效果。
实施例3
准备2台(A炉和B炉)实验用还原炉。这里的A炉是将炉内气体组 成设为N2：100％、将炉温保持为1250℃的回转炉床式还原炉，B炉是将 炉内气体组成设为CO：30％+N2：70％、将炉温保持为1150℃的φ120 ×1200mmH的小型实验用竖式炉。B炉的炉内气氛与A炉相比为强还原 气氛，但炉温低了100℃。
将熔化炉粉尘(劣质粉状氧化铁原料)和煤混合并进行成块化而得到 原料成块物(以质量％计，金属Fe：1％、FeO：38％、Fe2O3：31％、C： 14％)，将所述原料成块物首先用A炉(第1阶段)进行还原，制造出第 1还原生成物。该将第1还原生成物投入B炉中，实施了第1还原生成物 的精还原(第2还原)。
精还原条件如下。
·竖式炉：内径120×高度1200mm
·炉温：1150℃
·炉内气氛：CO 30％+N2 70％
将实验条件示于表5。
不论在哪个水准中，首先，作为第1阶段的还原，使块在A炉的炉内 反应规定的时间。
接着，在第2阶段中，结束了第1阶段中的还原反应的块之中的一部 分接着在相同炉温、相同气氛的A炉内继续还原反应(水准1、3、5)。 关于剩余的块，在第1还原反应结束后向B炉的炉内快速移动，在B炉中 继续还原反应(水准2、4、6)。
B炉的炉内的气氛被保持为CO：30％+N2：70％这种强还原气氛， 可期待比在A炉的炉内快地进行块的还原反应，因此在B炉中，将炉温设 定为稍低的温度，或者将反应时间设定为短一些的时间以使得与在A炉中 继续还原的块相比合计的反应时间变短。
表6表示表5所示的第1阶段以及第2还原反应结束后的块的金属化 率的分析结果。
首先，着眼于水准3和水准4。水准3是在N2：100％、1250℃的A 炉中反应15分钟的水准。与此相对，水准4是在A炉中首先反应10分钟 后，在炉温1150℃、强还原气氛(CO：30％)的B炉的炉内反应2.5分 钟，从而进行了合计12.5分钟的反应的水准。
在水准4中，尽管与水准3相比，合计的反应时间短了2.5分钟，并 且，第2还原炉的炉温低了100℃，但是第2还原结束后的最终金属化率 能够维持与水准3相同的值。即显示出：通过在还原反应的途中将炉内更 换为强还原气氛，块的反应速度大幅度提高了。
与此相对，在水准5和水准6中，使第1还原时间比水准3和水准4 延长2.5分钟而进行了同样的实验。在该情况下，缩短合计反应时间、且 将第2还原炉的炉温降低为1150℃的水准6的金属化率变高。
可以认为这是因为，在第1阶段结束时间点的金属化率比水准3和水 准4高，块的气孔率变大，在第2还原反应时，气氛气体容易向块的气孔 内扩散，还原反应变得更容易进行的缘故。
对于水准1和水准2，比较了：使第1还原时间为5分钟，其后，原 样地在A炉中继续还原5分钟的制品(水准1)、和第2阶段在强还原气 氛的B炉中在1150℃下还原2.5分钟的制品(水准2)的金属化率。
该情况下，与水准3～6不同，关于第2还原生成物的金属化率，在A 炉中继续还原了的水准1比在B炉中实施了第2还原的水准2高。推定这 是因为，在第1还原结束时间点的金属化率低为45％，没有生成能够在第 2阶段使炉内的还原性气体向第1还原生成物内扩散的充分的气孔的缘故。
在水准7中，使第1阶段的A炉中的还原时间较长，为20分钟。该 情况下，在第1还原结束的时间点，第1还原生成物的金属化率达到了 91％。因此，该情况下，不需要特意追加设备来实施第2还原，仅进行第 1阶段的回转炉床式还原炉还原就足够了。
实施例4
将熔化炉粉尘(劣质粉状氧化铁原料)和煤混合并进行成块化而得到 原料成块物(以质量％计，金属Fe：1％、FeO：38％、Fe2O3：31％、C： 14％)，将所述原料成块物用炉温1250℃的回转炉床式还原炉(第1阶段) 进行还原，制造出第1还原生成物。该将第1还原生成物投入φ300× 3400mmL的小型回转炉中，实施了第1还原生成物的精还原(第2还原)。
精还原条件如下。
·回转炉：内径300×长度3400mm
·回转炉的转速：3.2rpm
·第1还原生成物投入量：120kg/h
·第1还原生成物滞留时间：20分钟
·燃烧器燃料：LPG
·燃烧空气比：0.7(炉内CO浓度：20体积％)
将炉温以及精还原的结果示于表7。
在水准5-1中，将回转炉(第2阶段)的炉温设为1200℃而实施了精 还原。其结果是，金属化率+7％，粒径≥8mm的还原铁的比率+24％，粒 径＜3mm的还原铁的比率-18％，可知在第2阶段的回转炉中的还原中， 还原反应和造粒一同进行了。再者，伴随着第2阶段的还原反应的继续， 在回转炉内生成了炉窑结圈，但其生长慢，通过在作业中定期地除去而能 够继续作业，影响轻微。
在水准5-2中，将回转炉(第2阶段)的炉温设为1250℃而实施了精 还原，但在炉内生成炉窑结圈，且其急速地生长而使炉内闭塞，因此变得 难以继续作业。
在水准5-3中，将回转炉(第2阶段)的炉温设为1100℃而实施了精 还原，但金属化率-3％，粒径8mm以上的还原铁的比率+9％，粒径小于 3mm的还原铁的比率+1％，可知还原反应和造粒没有一同进行。
在水准5-4中，将回转炉(第2阶段)的炉温设为1130℃而实施了精 还原。金属化率+5％，粒径≥8mm的还原铁的比率+19％，粒径＜3mm 的还原铁的比率-13％，可知在第2阶段的回转炉的还原中，还原反应和造 粒一同进行了。另外，也没有观察到在回转炉内的炉窑结圈的生成。
在水准5-5中，将回转炉(第2阶段)的炉温设为1170℃而实施了精 还原。金属化率+6％，粒径≥8mm的还原铁的比率+22％，粒径＜3mm 的还原铁的比率-15％，可知在第2阶段的回转炉的还原中，还原反应和造 粒一同进行了。另外，也没有观察到在回转炉内的炉窑结圈的生成。
实施例5
将熔化炉粉尘(劣质粉状氧化铁原料)和煤混合并进行成块化而得到 成块物(以质量％计，金属Fe：1％、FeO：38％、Fe2O3：31％、C：14％)， 将所述成块物在炉温1250℃的回转炉床式还原炉(第1阶段)中还原后， 实施适当的分级处理，制造出粒径小于3mm的比率为29质量％、38质量 ％、65质量％、以及90质量％的第1还原生成物。将这些第1还原生成 物装入小型回转炉中，实施了精还原(第2阶段)。该炉的炉温设为1150 ℃。
精还原条件如下。
·回转炉：内径300×长度3400mm
·回转炉的转速：3.2rpm
·第1还原生成物投入量：120kg/h
·第1还原生成物滞留时间：20分钟
·燃烧器燃料：LPG
·燃烧空气比：0.7(炉内CO浓度：20体积％)
将实验条件和结果示于表8以及图5。
在图5中，以第1还原生成物的小于3mm的比率(质量％)为横轴、 以在回转炉(第2还原炉)中的加热还原处理中的金属化率的变化量(Δ ％)为纵轴，表示出表8的结果。由图5可知，当第1还原生成物的小于 3mm的比率超过75质量％时，在回转炉内的还原反应变得不进行。
实施例6
将熔化炉粉尘(劣质粉状氧化铁原料)和煤混合并进行成块化而得到 成块物(以质量％计，金属Fe：1％、FeO：38％、Fe2O3：31％、C：14％)， 将所述成块物在炉温1250℃的回转炉床式还原炉(第1阶段)中还原后， 预先按某个基准粒径进行分级，仅将筛下品装入小型回转炉(第2阶段) 中来实施了精还原(第2阶段)。
精还原条件如下。
·回转炉：内径300×长度3400mm
·回转炉的转速：3.2rpm
·回转炉的炉温：1150℃
·燃烧器燃料：LPG
·燃烧空气比：0.7(炉内CO浓度：20体积％)
将实验条件和结果示于表9以及图6。
在水准7-1中，是没有将第1还原生成物进行事前分级就将其总量用 回转炉进行了还原的情况下的结果。该情况下，在第1阶段的回转炉床式 还原炉中的处理量总量(100％、20.0t/h)用回转炉进行精还原。其结果， 用回转炉处理后的第2还原生成物(在水准7-1中，其成为制品还原铁) 的金属化率与第1还原生成物的金属化率的差量(以下称为Δ金属化率。) 为7.9％。
在水准7-2中，将从回转炉床式还原炉排出的第1还原生成物按基准 粒径16mm进行分级，仅将筛下部分用回转炉进行精还原，使筛上部分旁 路通过，最终将两者混合而形成制品还原铁。
相对于第1还原生成物总处理量，筛下品的质量比例为63％，与将总 量进行处理的情况相比，显示出能够将第2阶段的回转炉式还原炉的设备 规格小型化至约六成。最终的Δ金属化率为7.6％，成为与水准7-1的Δ金 属化率7.9％相比并不逊色的还原率的上升量。
在水准7-3中，将分级基准粒径设为12mm，与水准7-2同样地，将筛 下品用回转炉进行精还原，然后与进行了旁通处理的筛上品混合，形成制 品还原铁。该情况下，相对于第1还原生成物总处理量，筛下品的质量比 例为48％，可知能够将回转炉的规格小型化至约一半。最终的Δ金属化率 也为7.3％，与水准7-1、水准7-2进行比较，能够维持相同水平的精还原 量。
在水准7-4中，使分级基准粒径降低至4mm。此时，相对于第1还原 生成物总处理量，筛下部分的质量比例仅为16％，可以推测与将总量进行 处理的情况相比，能够使回转炉的规模大幅度减小。
但是，该情况下，Δ金属化率为2.2％，与未事前实施分级处理的水准 7-1相比，最终的金属化率的上升幅度大幅变小。可以认为这是因为，分级 基准粒径小至4mm，因此筛下部分的小于3mm的质量比率竟达到73.0％， 妨碍了在回转炉内的精还原的进行的缘故。
图6表示本实施例的各水准中的、实施了第1还原生成物分级的结果 的筛下分级比率(质量％)、与最终的制品还原铁的金属化率(％)的相 关关系。再者，不分级而将第1还原生成物的总量用回转炉式还原炉进行 了精还原的情况的制品还原铁的金属化率81.4(％)，在筛下分级比率100％ 的位置处显示出。
从图6可知，只要设定分级基准粒径以使得通过分级而生成的筛下品 相对于第1还原生成物总量的质量百分率变为50％以上即可。
表1
表2
表3
表4
表5
表6
表7
表8
表9
产业上的利用可能性
本发明能够在炼铁产业中利用。通过利用本发明将在炼铁过程中排出 的炼铁粉尘中所含有的氧化铁进行还原处理而形成金属铁，能够再次作为 炼铁用原料来使用。

Claims (5)

1.一种还原铁的制造方法，对成块物进行连续的两个阶段的还原处理，所述成块物是将含有氧化铁的原料、和还原材料混合并进行成块化而得到的，该制造方法的特征在于，
(i)在第1还原处理中使用回转炉床式还原炉，接着，
(ii)在第2还原处理中使用回转炉式或竖式的还原炉，
在该第2还原处理中，还原气氛中的CO气体的浓度为10体积％以上85体积％以下，
将在所述第1还原处理中生成的第1还原生成物分级，使得分级筛下的还原生成物仅含有75质量％以下的粒径小于3mm的还原生成物，将第2还原生成物和在所述分级中留在筛上的第1还原生成物混合，所述第2还原生成物是对所述分级筛下的还原生成物进行所述第2还原处理而得到的。
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1还原处理中生成的还原生成物即第1还原生成物的金属化率为65质量％以上90质量％以下。
3.根据权利要求1或2所述的还原铁的制造方法，其特征在于，在所述第2还原处理中使用回转炉式还原炉来处理所述第1还原生成物的情况下，该回转炉式还原炉内的气氛温度超过1100℃、且为1200℃以下。
4.根据权利要求1或2所述的还原铁的制造方法，其特征在于，所述含有氧化铁的原料是至少包含熔化炉粉尘、电炉粉尘、轧制氧化皮、酸洗和中和淤渣中的任一种的原料。
5.一种还原铁的制造设备，是使用连续的两个还原炉将原料成块物还原的还原铁制造设备，所述原料成块物是将含有氧化铁的原料、和还原材料混合并进行成块化而得到的，该制造设备的特征在于，具备：
(a)作为第1还原炉的回转炉床式还原炉，其用于将所述原料成块物还原；和
(b)作为第2还原炉的回转炉式或竖式的还原炉，其用于将在所述第1还原炉中生成的还原生成物即第1还原生成物进一步还原
且还具备：
将所述第1还原生成物分级的分级设备；和
将在所述分级设备中处于筛下的第1还原生成物装入所述第2还原炉中，并将在所述第2还原炉中生成的第2还原生成物和在所述分级设备中留在筛上的第1还原生成物混合的设备，作为所述第2还原炉使用了回转炉式还原炉。
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