JP3864506B2

JP3864506B2 - Semi-reduced iron agglomerate, method for producing the same, and method for producing pig iron

Info

Publication number: JP3864506B2
Application number: JP20319897A
Authority: JP
Inventors: 尊三川口; 義久中村; 康夫亀井; 雅彦星
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-07-29
Filing date: 1997-07-29
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2017-07-29
Also published as: JPH1150160A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外側は強度の高い金属鉄（Ｆｅ）の殻で覆われ、内部は金属Ｆｅ、Ｆｅの酸化物および遊離Ｃ（炭化物としてではなく、単体として存在する炭素であり、本明細書においては、「フリーＣ」ともいう）を含有する粉体からなる半還元鉄塊成鉱およびその製造方法、ならびにこの半還元鉄塊成鉱を竪型炉の原料として使用して銑鉄を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銑鉄の製造方法としては、炉内に固体還元剤の充填層を有する堅型炉を用い、炉頂から鉄原料と固体還元剤（燃料）を装入し、炉下部から空気を送って固体還元剤を燃焼させ、熱と還元ガスを発生させて、炉内で高温の還元ガスと鉄原料を反応させる方法が用いられている。還元ガスは炉上部に向かって上昇し、鉄原料と燃料は炉下部に向かって徐々に移行（荷下がり）し、その間に高温の還元ガスと鉄原料との間で熱交換が行われる。
【０００３】
この方法の代表的なものとして、高炉法があげられる。すなわち、高炉法では、塊状の鉄鉱石、焼成ペレット、焼結鉱などの鉄原料とコークスなどの還元剤を高炉炉頂部から交互に炉内に装入するとともに、高炉下部の炉体周囲から炉内へ向けて高温の空気を送風し、コークスを燃焼させることによってさらに高温の還元ガスを発生させ、鉄原料の主成分である酸化鉄を還元し、かつ溶融することによって銑鉄を製造している。
【０００４】
このような堅型炉を用いる方法は、エネルギー効率がきわめて高く、銑鉄を製造するに要する燃料比が他の方法に比べて低いのが特徴である。なお、この方法においては、高温の還元ガスとの熱交換により鉄原料を加熱すること、すなわち炉内高さ方向での熱バランスをとることと、炉内の通気性を確保することが重要である。
【０００５】
堅型炉で銑鉄を製造するに際し、鉄原料としては、塊状の鉄鉱石、焼成ペレット、焼結鉱、コールドボンド鉱などのほかに、塊状のスクラップや還元鉄が使用されている。
【０００６】
鉄原料としての塊状の鉄鉱石はふるい分級することによって得られる。焼結鉱は粉鉄鉱石と粉コークスを混合した原料をグレートトラベル式空気吸引焼成設備により焼成することにより、また、焼成ペレットは粉鉄鉱石を転動造粒して球状に成形した原料を同じくグレートトラベル式空気吸引焼成設備によりまたはロータリーキルン焼成設備により焼成することによって製造される。コールドボンド鉱は粉鉄鉱石にセメントを添加し、混合成形した後、養生処理を行うことによって、また、塊状のスクラップは、搬入されたスクラップを適当なサイズに加工成形することによって製造されている。
【０００７】
還元鉄は、鉄鉱石や焼成ペレットをシャフト炉に入れ天然ガスを導入して還元することによって製造されており、さらに、粉状鉄原料（例えば、粉鉄鉱石）と粉状固体還元剤（例えば、粉石炭）の混合粉を造粒して、ロータリーキルン焼成設備や炉床が水平に回転移動する回転床炉設備により還元する方法によっても製造されている。
【０００８】
この、炉床が水平に回転移動する回転床炉設備（以下、水平回転移動する回転床炉を単に「回転床炉」といい、この炉の炉床を「回転炉床」という）により還元鉄を製造する方法は近年注目されている方法で、以下に詳述する。
【０００９】
この回転床炉は古くからあるロータリーキルン炉（ロータリーキルン焼成設備で用いる炉）とは異なり、設備コストが安価であるのが特徴であるが、一方、炉床が水平に回転するために原料の装入および製品の排出に配慮が必要である。その技術の代表的なものとしては、粉状の鉄鉱石と固体還元剤とを混合して塊成化物（ペレット）となし、これを高温に加熱することにより鉄鉱石中の酸化鉄を還元して固体状金属鉄とする技術がある（例えば、米国特許第３，４４３，９３１号明細書、特開平７−２３８３０７号公報）。
【００１０】
図１は、加熱を回転床炉を用いて行う従来の還元鉄の製造プロセスの一例の概略図である。図示するように、粉鉄鉱石と粉石炭にバインダーとしてのベントナイトを添加し、混練機で、さらに水分とタールを添加して混合する。この混合原料をペレタイザーまたはダブルロール圧縮機で塊成化し、回転床炉の原料装入部へ移送して炉内へ装入し、炉床の移動に伴って１回転させる間に鉄鉱石中の酸化鉄を高温還元して固体状金属鉄とする。得られた金属鉄は排出部から取り出される。
【００１１】
上記の還元鉄の製造方法において、粉状鉄原料としては、粉状の鉄鉱石の他に、製鉄所で発生する鉄分を含んだ各種のダストやスラッジ、スケールなどが使用でき、また、粉状固体還元剤としては、石炭、コークス、チャー、オイルコークスなどが使用可能である。これら鉄原料や固体還元剤は、場合によっては乾燥処理、破砕処理が施される。
【００１２】
粉状鉄原料と粉状固体還元剤は、次いで混練処理されるが、その際、必要に応じてバインダーとしての水分、タール、糖蜜、有機系樹脂、セメント、スラグ、ベントナイト、生石灰、軽焼ドロマイト、消石灰が添加される。
【００１３】
混練された原料は、デスクペレタイザイーにより球状のペレットに、またはダブルロール圧縮機によりブリケットに塊成化される。この場合、ペレットにするためには粒径が０．１ｍｍ以下の粒度の原料が適し、ブリッケトには粒径が１ｍｍ以下の粒度のものが適するので、あらかじめ所定の粒度に微粉砕する必要がある。また、塊成化物（上記のペレット、ブリケットを指す）の強度を高めるため、塊成化後に乾燥処理または養生処理が施される場合もある。
【００１４】
得られた塊成化物は、ベルトコンベヤーで回転床炉の上部に送られ、そこから回転炉床上に幅広く分散するように装入シュートを用いて装入され、レベラーでならされる。続いて、炉内を移動する間に加熱還元され、金属鉄となる。
【００１５】
回転床炉内は、炉内に燃料ガスと空気を送り込み燃焼させることによって１１００〜１４００℃の炉内温度が確保されている。この回転床炉の炉床上に上記の塊成化物を１個づつ薄い厚みで敷き、主に炉内壁からの輻射熱で９００℃以上に昇温し、炉床が１回転する間に所定の金属化率に達するように炉床の回転速度を調整しつつ還元焼結させ、排出部からスクリューフィーダで排出する。
【００１６】
さて、前述した竪型炉による銑鉄の製造方法においては、上述したように、炉内の通気性を確保することが重要なので、炉頂から装入する鉄原料は、粉状ではなく塊状であるとともに、粉化しない強度を有することが必須である。
【００１７】
また、鉄原料の主成分である酸化鉄から酸素が除去されて金属鉄が生成する還元反応時には大きな吸熱が起り、逆に、金属鉄が酸化鉄になる酸化反応時には大きな発熱が起るので、鉄鉱石、焼結鉱、焼成ペレットなどの鉄原料（酸化鉄原料）を用いた場合、還元吸熱が起り、炉上部から装入された原料が昇温しにくいという問題がある。これに対処するため、炉下部から高温送風や酸素富化送風を行って炉内温度の上昇をはかるとともに、炉高を高くして（つまり、高炉にして）装入原料と高温の還元ガスとの間の熱交換時間を確保できるようにしている。
【００１８】
一方、スクラップや還元鉄（ＤＲＩ（直接還元鉄）、ＨＢＩ（熱間ブリケット還元鉄））などの原料（金属鉄原料）では、マクロ的にみるとこのような還元吸熱の問題はないが、部分的には次のような問題がある。すなわち、堅型炉内で発生したガス中には、炉下部からの送風による燃焼反応、または他の鉄酸化物の還元により生じたＣＯ₂ やＨ₂ Ｏなどの酸化性ガスが含まれているが、特に炉上部では原料装入設備や排ガス処理設備を保護するためガス温度を極力低める操業を行っており、炉上部でのＣＯ₂ やＨ₂ Ｏの比率が高い。このような条件下では、スクラップや還元鉄（ＤＲＩ、ＨＢＩ）などの金属鉄原料が炉上部で再酸化され、発熱するため、ガス温度が高温になるという問題が生じる。この高温で排出されるガス温度を低下させるため炉下部の温度を低下気味にする操業を行ったりするが、再酸化された金属鉄が炉下部まで荷下がりし、そこで還元されるため、炉下部で吸熱が起って炉内温度が低下するという問題が生じる場合がある。
【００１９】
このように、堅型炉にあっては、炉上部では吸熱反応が好まれ、炉下部では嫌われるので、鉄鉱石、焼結鉱、焼成ペレットなどの酸化鉄原料を用いた場合は炉下部での大きな還元吸熱が問題となる。一方、スクラップや還元鉄などの金属鉄原料を用いた場合は、酸化鉄原料における問題に比べれば小さいが、炉上部での酸化発熱現象と炉下部での再酸化鉄の還元吸熱が問題となる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、竪型炉を用いて銑鉄を製造する際の上記従来の問題を解決することを課題としてなされたものである。その具体的な目的は、竪型炉の原料として用いた場合に、炉下部での吸熱や炉上部での発熱を生じることなく炉内の熱バランスを良好に保つことができ、燃料比を低減し得る半還元鉄塊成鉱およびその製造方法、ならびにその半還元鉄塊成鉱を用いて行う銑鉄の製造方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、種々検討を重ねた結果、外側は強度の高い金属Ｆｅの殻で覆われ、内部は金属Ｆｅ、Ｆｅの酸化物およびフリーＣを含有する粉体からなる二重構造をなし、全Ｆｅ、金属ＦｅおよびフリーＣの含有量が所定の条件を満たす半還元鉄塊成鉱を竪型炉の原料として用いれば、上記の目的を達成することができることを確認し、本発明をなすに至った。
【００２２】
本発明の要旨は、下記（１）の半還元鉄塊成鉱、（２）のその製造方法、および、（３）の銑鉄の製造方法にある。なお、半還元鉄塊成鉱の成分の含有量を表す「％」は、「質量％（ｍａｓｓ％）」を意味する。
【００２３】
（１）外殻は金属Ｆｅが主体で、内核は金属Ｆｅ、Ｆｅ酸化物、遊離Ｃおよび不純物の二重構造を有する半還元鉄塊成鉱であって、質量％で、全Ｆｅ含有量が７０％以上、金属Ｆｅ含有量が２０〜５０％、遊離Ｃ含有量が５％以上で、かつ体積が２０ｃｍ³以上であることを特徴とする半還元鉄塊成鉱。
【００２４】
（２）粉状鉄原料と粉状固体還元剤との混合原料を塊成化し、還元焼成炉で焼成することを特徴とする上記（１）に記載の半還元鉄塊成鉱の製造方法。
【００２５】
（３）少なくとも上記（１）に記載の半還元鉄塊成鉱を含む塊状の鉄原料と、塊状の固体還元剤とフラックスを、炉内に塊状の固体還元剤の充填層を有する竪型炉へその炉上部から装入し、炉下部に設置された羽口から酸素含有ガスを吹き込んで羽口前の固体還元剤を燃焼させ、発生する高温の還元ガスで半還元鉄塊成鉱およびフラックスを溶解し、半還元鉄塊成鉱中に含まれる未還元の酸化鉄を還元するとともに浸炭することを特徴とする銑鉄の製造方法。
【００２６】
ここで、「粉状鉄原料」とは、酸化鉄が主成分の粉状の鉄原料であり、具体的には、粉状の鉄鉱石や製鉄所で発生する鉄分を含んだダスト、スラッジ（例えば、焼結機発生ダスト、高炉発生ダスト、転炉発生ダスト、圧延工場発生スラッジ）、スケール等をいう。本発明においては、これらを単独で、または２種以上の混合物状態で使用することができる。
【００２７】
「粉状固体還元剤」とは、石炭、コークス、チャー、オイルコークス等の、主に炭素を含む固体物質の粉末である。これらも、単独で、または２種以上組み合わせて使用することができる。
【００２８】
上記の（２）の半還元鉄塊成鉱の製造方法において、塊成化をダブルロール圧縮機で成形することにより行い、焼成を回転床炉で行えば、良質の半還元鉄塊成鉱を低コストで製造することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明（上記（１）〜（３）の発明）を詳細に説明する。
【００３０】
（１）の発明は、外殻は金属Ｆｅが主体で、内核は金属Ｆｅ、Ｆｅ酸化物、遊離Ｃおよび不純物の二重構造を有する半還元鉄塊成鉱であって、外殻、内核を含めた半還元鉄塊成鉱全体に含まれる全Ｆｅ含有量が７０％以上、金属Ｆｅ含有量が２０〜５０％、フリーＣが５％以上で、かつ体積が２０ｃｍ³以上の半還元鉄塊成鉱（以下、「半還元鉄」ともいう）である。すなわち、この半還元鉄は、外側は強度の高い金属鉄の殻で覆われ、内部は金属Ｆｅ、Ｆｅ酸化物およびフリーＣを含有する粉体からなるもので、後述する竪型炉の原料として用いた場合に炉内の通気性を維持する上から、粒状ないしは塊（かたまり）状をなしている。
【００３１】
本発明の半還元鉄塊成鉱において、外殻を金属鉄とする理由は、堅型炉へ装入するまでの輸送や炉内でのハンドリングの際に、半還元鉄に強い衝撃力が加わるので、この衝撃力に耐える高い強度を得るためである。
【００３２】
本発明の半還元鉄において、フリーＣの含有量を５％以上とするのは、５％未満では半還元鉄の内部での還元作用が弱く、焼成後においても酸化鉄が残存し、半還元鉄を竪型炉の原料として使用した場合、炉下部で吸熱反応（還元）が起こるからである。フリーＣの含有量の上限は特に定めないが、鉄品位（Ｆｅ含有量７０％以上）を維持するためには、１０％とするのが望ましい。
【００３３】
金属Ｆｅ含有量を２０〜５０％とするのは、２０％に満たないと外殻の金属鉄の厚みが薄いので半還元鉄の強度が弱く、竪型炉に用いた場合に、炉内で粉化し、一方、５０％を超えると内部の酸化鉄が少なくなりすぎ、フリーＣとの反応が十分に起こらず、後述するが、炉の上部で再酸化した外殻を還元するためのＣＯガスの生成量が少なくなるからである。
【００３４】
全Ｆｅ含有量を７０％以上とする理由は、全Ｆｅ含有量が７０％以上であれば、他の、不純物として含まれる元素の量が少なく、その元素の酸化物の還元に費やされるエネルギーがわずかですむとともに、フリーＣが相対的に少なく（ただし、５％以上）、その分金属Ｆｅが多くなっており（ただし、５０％以下）、より高いエネルギー効率が得られ、竪型炉の燃料比を一層低下させることができるからである。上限は特に限定しない。酸化鉄は主としてＦｅＯからなり、金属Ｆｅの含有量は２０〜５０％、フリーＣの含有量は５％以上（好ましくは、１０％以下）という制約があるので、上限は自ずから定まるからである。
【００３５】
本発明の半還元鉄においては、さらに、その体積が２０ｃｍ³ 以上であることが必要である。これは、堅型炉内の通気性を確保する上から粒ないしは塊としてある程度の大きさ（粒径）を有していることが必要であり、その下限を体積で表すとすれば、２０ｃｍ³ となるからである。上限は特に定めないが、１５０ｃｍ³ 以下が望ましい。あまり大きすぎると炉下部で半還元鉄中心部への熱伝導が悪くなり、溶解速度が低下する。
【００３６】
本発明の半還元鉄は、セメントで強度を確保した炭材内装のコールドボンド鉱とは異なり、高温で保持しても、コールドボンド鉱に見られるセメントのぜい化による粉化が生じることがない。
【００３７】
上記本発明の半還元鉄塊成鉱を竪型炉の原料として使用すれば、後述するように、炉内の熱バランスを良好に保ち、燃料比を低減することが可能となる。
【００３８】
（２）の発明は、上記（１）の発明の半還元鉄塊成鉱の製造方法で、粉状鉄原料と粉状固体還元剤との混合原料を塊成化し、還元焼成炉で焼成する方法である。
【００３９】
粉状鉄原料および粉状固体還元剤としては、前記のように、粉状の鉄鉱石や石炭等を使用することができる。
【００４０】
塊成化は、デスクペレタイザイーによるペレット化、ダブルロール圧縮機によるブリケット化等、従来用いられている方法により行えばよい。
【００４１】
塊成化処理を施した原料（成形原料という）をロータリーキルンや回転床炉に装入し、１０００〜１４００℃の炉内温度で、金属Ｆｅ含有量が２０〜５０％（すなわち、金属化率が２０〜５０％）、残留Ｃ（フリーＣ）が５％以上となるまで還元焼成し、炉外へ排出して急冷し、または再酸化しないようにＮ₂ ガスを使用して冷却して半還元鉄とする。
【００４２】
上記の（２）の半還元鉄塊成鉱の製造方法において、塊成化をダブルロール圧縮機で成形することにより行えば、ペレット化する場合に比べて成形前の原料の粒径が粗くてよく、微粉砕設備が不要であり、さらにペレットの強度を高めるために行う乾燥設備も不要で、塊成化のコストを大幅に低減することができる。
【００４３】
また、還元焼成を回転床炉で行えば、強度の高い外殻金属鉄の形成が容易で、より良質の半還元鉄を製造することができる。これは、ロータリーキルン炉を用いた場合、成形原料に転動作用を加えるのに対して、回転床炉では成形原料を炉床上に静置したまま焼成できるからである。これによって、堅型炉の燃料比を一層低下させることが可能となる。
【００４４】
さらに、体積が２０ｃｍ³ 以上の半還元鉄の製造を前提とすれば、皿形造粒機で製造した球形ペレットよりも、より大きな力を加えて成形するダブルロール圧縮機で製造したブリケットの方がより緻密に塊成化されるので、ダブルロール圧縮機でブリケットに成形する方が強度の高い半還元鉄の製造に有利である。
【００４５】
（３）の発明は、原料として上記（１）の半還元鉄塊成鉱を用いる銑鉄の製造方法である。
【００４６】
この方法で使用する精錬炉としては、高炉に代表されるように、炉内に塊状の固体還元剤（炭材）の充填層を有する竪型炉を使用し、炉上部から半還元鉄塊成鉱と、塊状の固体還元剤とフラックスを装入し、炉下部に設置された羽口から酸素含有ガスを吹き込んで羽口前の炭材を燃焼させ、発生する高温の還元ガスで半還元鉄およびフラックスを溶解し、半還元鉄中に含まれる未還元の酸化鉄を還元するとともに浸炭する。
【００４７】
半還元鉄を堅型炉の炉上部から装入すると、炉上部において、ＣＯ₂ ガス、Ｈ₂ Ｏガスにより、まず外殻部の金属鉄が再酸化作用を受け、発熱する。この熱は半還元鉄の内部へ伝わり、内部ではこの熱によってフリーＣがＦｅ酸化物を還元するとともに、ＣＯガスが発生する。この場合のＦｅ酸化物の還元には大きい吸熱を伴うが、外殻部の金属鉄の再酸化による発熱により補われる。さらに、荷下がりして炉下部に達した半還元鉄の再酸化した外殻は、内部で発生したＣＯガスによって還元されるので、堅型炉内の通気ガスによる還元はほとんど必要がなく、低い燃料比で操業することができる。
【００４８】
このように、本発明の半還元鉄塊成鉱を堅型炉で原料として使用すると、還元鉄の内部にフリーＣとＦｅ酸化物が存在するがゆえに、金属化率の高い、ほぼ全量が金属鉄で構成された還元鉄を用いる場合よりも良好な炉内熱バランスを保つことができる。
【００４９】
竪型炉で用いる原料の全量に本発明の半還元鉄を用いてもよいが、原料の一部を本発明の半還元鉄で置き換えてもよい。また、本発明の半還元鉄は高温状態で竪型炉に装入しても何ら差し支えなく、むしろ、半還元鉄が保有する熱を竪型炉での還元・溶解に有効に利用できるので、望ましい。
【００５０】
堅型炉から発生するガスは回収されるが、その少なくとも一部を半還元鉄製造用の燃料として用いてもよい。
【００５１】
【実施例】
表１に示す粉鉄鉱石と表２に示す粉石炭を用いて表３に示す配合率で混合した後、ペレットまたはブリケットに成形し、還元焼成炉（ロータリーキルンまたは回転床炉を使用）で焼成時間を変えて焼成し、半還元鉄塊成鉱を製造した。用いたロータリーキルンは、直径５ｍ、長さ８０ｍで、回転速度を８ｒｐｍとし、炉内温度を１２００℃に設定した。回転床炉の設備仕様と操業条件を表４に示す。このようにして得られた半還元鉄を炭材（コークス）およびフラックス（石灰石）とともに堅型炉（能力：８２０ｔ／ｄ）に装入し、還元・溶解して銑鉄を製造し、半還元鉄の製造条件別に燃料比を求め、比較した。この場合、竪型炉の原料の全量に半還元鉄を用いた。
【００５２】
表５に比較検討に使用した半還元鉄の製造条件および性状を示す。
【００５３】
【表１】

【００５４】
【表２】

【００５５】
【表３】

【００５６】
【表４】

【００５７】
【表５】

【００５８】
サンプルＮｏ．１とサンプルＮｏ．２は、粉鉄鉱石と粉石炭から直径７．５ｍの皿形ペレタイザーによって体積の異なるペレットを製造し、これをロータリーキルンで焼成時間を変えて焼成して得られた半還元鉄である。
【００５９】
サンプルＮｏ．３〜サンプルＮｏ．９は、ダブルロール圧縮機でマセック形のブリケットを製造し、これを回転床炉で焼成して得られた半還元鉄である。この場合、サンプルＮｏ．３〜サンプルＮｏ．８では、焼成時間を変えることによって半還元鉄の外殻部の金属化率と内核部のＣの残存量を調整し、半還元鉄全体の全Ｆｅ含有量、金属Ｆｅ含有量、およびフリーＣ含有量を変更した。また、サンプルＮｏ．９では、体積を変えて大きいブリケットとした。
【００６０】
次に、これら各サンプルを原料として用い、表６に示す条件で堅型炉を操業し、銑鉄を製造した。このときの竪型炉の燃料比を表７に示す。
【００６１】
【表６】

【００６２】
【表７】

【００６３】
通常、焼結鉱やペレットや鉄鉱石などの鉄酸化物からなる原料を用いた場合には、燃料比は４８０〜５５０ｋｇ／ｐ（銑鉄）−ｔ程度であるが、前記のＮｏ．１〜Ｎｏ．９のような還元鉄を用いた場合は、表７に示したように、非常に低い燃料比で銑鉄を製造することができる。
【００６４】
特に、本発明で定める条件を満たす半還元鉄塊成鉱は、堅型炉の燃料比低減にきわめて有効であることがわかる。また、石炭と鉄鉱石の混合粉からダブルロール圧縮機を用いてブリケットを製造し、回転床炉により焼成して半還元鉄とした方が、皿形ペレタイザーを用いてペレットとし、ロータリーキルンで焼成して半還元鉄とした場合に比べて燃料比の低減に有効である。
【００６５】
【発明の効果】
本発明の半還元鉄塊成鉱を竪型炉の原料として用い、銑鉄の製造を行えば、炉下部での吸熱や炉上部での発熱を生じることなく炉内の熱バランスを良好に保つことができ、竪型炉の燃料比を低減することができる。この半還元鉄塊成鉱は本発明の方法により容易に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転床炉を用いて行う従来の還元鉄の製造プロセスの一例の概略図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, the outer side is covered with a shell of high-strength metallic iron (Fe), and the inner side is metallic Fe, Fe oxide and free C (carbon as a simple substance, not as a carbide, Is also referred to as “free C”), and a method for producing the same, and a method for producing pig iron using the semi-reduced iron agglomerate as a raw material of a vertical furnace About.
[0002]
[Prior art]
The pig iron production method uses a solid furnace with a solid reductant packed bed in the furnace, and the iron raw material and solid reductant (fuel) are charged from the top of the furnace, and air is sent from the bottom of the furnace to reduce the solid. A method is used in which an agent is burned to generate heat and a reducing gas to react a high-temperature reducing gas with an iron raw material in a furnace. The reducing gas rises toward the upper part of the furnace, and the iron raw material and the fuel gradually move (unload) toward the lower part of the furnace, during which heat exchange is performed between the high-temperature reducing gas and the iron raw material.
[0003]
A typical example of this method is the blast furnace method. In other words, in the blast furnace method, iron materials such as massive iron ore, fired pellets, and sintered ore and a reducing agent such as coke are alternately charged into the furnace from the top of the blast furnace and the furnace from the periphery of the furnace body at the bottom of the blast furnace. Hot air is blown inward, coke is burned to generate higher-temperature reducing gas, iron oxide, which is the main ingredient of iron raw material, is reduced and melted to produce pig iron .
[0004]
The method using such a solid furnace is characterized by extremely high energy efficiency and a low fuel ratio required for producing pig iron compared to other methods. In this method, it is important to heat the iron raw material by heat exchange with a high-temperature reducing gas, that is, to maintain a heat balance in the furnace height direction and to ensure air permeability in the furnace. is there.
[0005]
In the production of pig iron in a solid furnace, in addition to massive iron ore, calcined pellets, sintered ore, cold bond ore, massive scrap and reduced iron are used as iron raw materials.
[0006]
Bulk iron ore as an iron raw material is obtained by sieving. Sintered ore is a mixture of fine iron ore and fine coke, fired by a great travel type air suction firing facility, and fired pellets are produced by rolling and granulating fine iron ore into spherical shapes. Manufactured by firing with a great travel air suction firing facility or with a rotary kiln firing facility. Cold bond ore is made by adding cement to powdered iron ore, mixing and molding, and then curing, and lump scrap is produced by processing and shaping the imported scrap to an appropriate size. .
[0007]
Reduced iron is produced by putting iron ore or calcined pellets into a shaft furnace and introducing natural gas for reduction, and further, a powdered iron raw material (for example, powdered iron ore) and a powdered solid reducing agent (for example, , Pulverized coal) is produced by a method of granulating a mixed powder and reducing it by a rotary kiln firing facility or a rotary bed furnace facility in which the hearth rotates and moves horizontally.
[0008]
This reduced-floor furnace equipment (hereinafter referred to as “rotary-bed furnace”, which is referred to as “rotary-bed furnace”), is used to reduce iron. The method for producing is a method that has been attracting attention in recent years and will be described in detail below.
[0009]
Unlike the traditional rotary kiln furnace (furnace used in rotary kiln firing equipment), this rotary bed furnace is characterized by low equipment costs. On the other hand, the furnace floor rotates horizontally, so the raw material is charged. In addition, consideration must be given to product discharge. As a representative technique, powdered iron ore and a solid reducing agent are mixed to form an agglomerate (pellet), which is heated to a high temperature to reduce iron oxide in the iron ore. There is a technique for producing solid metallic iron (for example, U.S. Pat. No. 3,443,931, JP-A-7-238307).
[0010]
FIG. 1 is a schematic view of an example of a conventional process for producing reduced iron in which heating is performed using a rotary bed furnace. As shown in the figure, bentonite as a binder is added to fine iron ore and fine coal, and water and tar are further added and mixed with a kneader. This mixed raw material is agglomerated by a pelletizer or a double roll compressor, transferred to the raw material charging section of the rotary bed furnace, charged into the furnace, and in the iron ore during one rotation as the hearth moves. Iron oxide is reduced to high temperature to form solid metallic iron. The obtained metallic iron is taken out from the discharge part.
[0011]
In the method for producing reduced iron, as the powdered iron raw material, various dusts, sludges, scales, and the like containing iron generated in the ironworks can be used in addition to the powdered iron ore. As the solid reducing agent, coal, coke, char, oil coke and the like can be used. These iron raw materials and solid reducing agents are optionally subjected to a drying process and a crushing process.
[0012]
The powdered iron raw material and the powdered solid reducing agent are then kneaded. At that time, moisture, tar, molasses, organic resin, cement, slag, bentonite, quicklime, light calcined dolomite are used as necessary. Slaked lime is added.
[0013]
The kneaded raw materials are agglomerated into spherical pellets by a desk pelletizer or briquettes by a double roll compressor. In this case, a raw material having a particle size of 0.1 mm or less is suitable for making a pellet, and a briquette having a particle size of 1 mm or less is suitable, so it is necessary to pulverize to a predetermined particle size in advance. . Further, in order to increase the strength of the agglomerated material (referring to the above-described pellets and briquettes), a drying process or a curing process may be performed after the agglomeration.
[0014]
The obtained agglomerated material is sent to the upper part of the rotary bed furnace by a belt conveyor, and is then charged using a charging chute so as to be widely dispersed on the rotary hearth and leveled by a leveler. Subsequently, it is heated and reduced while moving in the furnace to become metallic iron.
[0015]
In the rotary bed furnace, a furnace gas temperature of 1100 to 1400 ° C. is secured by sending fuel gas and air into the furnace and burning them. The above agglomerates are laid on the hearth of this rotary bed furnace one by one in a thin thickness, heated to 900 ° C or higher mainly by radiant heat from the inner wall of the furnace, and predetermined metallization during one revolution of the hearth It is reduced and sintered while adjusting the rotation speed of the hearth so as to reach the rate, and discharged from the discharge section with a screw feeder.
[0016]
In the pig iron manufacturing method using the vertical furnace described above, as described above, it is important to ensure the air permeability in the furnace, so the iron raw material charged from the top of the furnace is a lump rather than a powder. In addition, it is essential to have strength that does not cause powdering.
[0017]
In addition, a large endotherm occurs during the reduction reaction in which oxygen is removed from iron oxide, which is the main component of the iron raw material, to produce metallic iron, and conversely, a large exotherm occurs during the oxidation reaction in which metallic iron becomes iron oxide. When iron raw materials (iron oxide raw materials) such as iron ore, sintered ore, and fired pellets are used, there is a problem that reduction endotherm occurs and the temperature of raw materials charged from the upper part of the furnace is difficult to increase. In order to cope with this, high-temperature air or oxygen-enriched air is blown from the lower part of the furnace to increase the temperature in the furnace, and the furnace height is increased (that is, the blast furnace is used). Heat exchange time can be secured.
[0018]
On the other hand, in raw materials (metallic iron raw materials) such as scrap and reduced iron (DRI (direct reduced iron), HBI (hot briquette reduced iron)), there is no such problem of reduced endotherm. In particular, there are the following problems. That is, the gas generated in the solid furnace contains an oxidizing gas such as CO ₂ or H ₂ O generated by a combustion reaction by blowing from the lower part of the furnace or reduction of other iron oxides. However, especially in the upper part of the furnace, the operation of reducing the gas temperature as much as possible is carried out to protect the raw material charging equipment and the exhaust gas treatment equipment, and the ratio of CO ₂ and H ₂ O in the upper part of the furnace is high. Under such conditions, a metal iron raw material such as scrap or reduced iron (DRI, HBI) is re-oxidized in the upper part of the furnace and generates heat, resulting in a problem that the gas temperature becomes high. In order to lower the temperature of the gas discharged at this high temperature, the operation of lowering the temperature of the lower part of the furnace is performed, but the reoxidized metallic iron is unloaded to the lower part of the furnace and is reduced there. In some cases, endothermic heat is generated and the temperature in the furnace decreases.
[0019]
Thus, in a solid furnace, an endothermic reaction is preferred in the upper part of the furnace and hated in the lower part of the furnace, so when using iron oxide raw materials such as iron ore, sintered ore, and calcined pellets, Large reduction endotherm becomes a problem. On the other hand, when using metallic iron raw materials such as scrap and reduced iron, it is small compared to the problem with iron oxide raw materials, but oxidation exothermic phenomenon at the top of the furnace and reductive endotherm of reoxidized iron at the bottom of the furnace are problems. .
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems in producing pig iron using a vertical furnace. The specific purpose is that when used as a raw material for a vertical furnace, heat balance in the furnace lower part and heat generation in the upper part of the furnace can be maintained, and the heat balance in the furnace can be maintained well, reducing the fuel ratio. An object of the present invention is to provide a semi-reduced iron agglomerated ore that can be produced and a method for producing the same, and a method for producing pig iron using the semi-reduced iron agglomerated mineral.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
As a result of various studies, the inventors have covered the outside with a high-strength metal Fe shell, and the inside has a double structure made of powder containing metal Fe, an oxide of Fe, and free C. In addition, it is confirmed that the above-mentioned object can be achieved by using a semi-reduced iron agglomerated ore as a raw material for a vertical furnace in which the contents of total Fe, metallic Fe and free C satisfy a predetermined condition. It came to an eggplant.
[0022]
The gist of the present invention resides in the following (1) semi-reduced iron agglomerated mineral, (2) its production method, and (3) pig iron production method. In addition, "%" showing content of the component of a semi-reduced iron agglomerated mineral means "mass% (mass%)."
[0023]
(1) The outer shell is mainly composed of metal Fe, and the inner core is a semi-reduced iron agglomerate having a dual structure of metal Fe, Fe oxide , free C and impurities , and the total Fe content is in mass%. A semi-reduced iron agglomerate characterized by having 70% or more, a metal Fe content of 20-50%, a free C content of 5% or more, and a volume of 20 cm ³ or more.
[0024]
(2) The method for producing a semi-reduced iron agglomerated mineral according to (1), wherein the mixed raw material of the powdered iron raw material and the powdered solid reducing agent is agglomerated and fired in a reduction firing furnace.
[0025]
(3) A vertical furnace having at least a massive iron raw material containing the semi-reduced iron agglomerate according to (1) above, a massive solid reducing agent and a flux, and a packed bed of massive solid reducing agent in the furnace Charged from the upper part of the navel furnace, injecting oxygen-containing gas from the tuyere installed in the lower part of the furnace to burn the solid reducing agent in front of the tuyere, and using the generated hot reducing gas, semi-reduced iron agglomerate and flux A method for producing pig iron, characterized in that the unreduced iron oxide contained in the semi-reduced iron agglomerate is reduced and carburized.
[0026]
Here, the “pulverized iron raw material” is a powdered iron raw material mainly composed of iron oxide. Specifically, dust and sludge containing iron components generated in powdered iron ore and steelworks ( For example, sintering machine generated dust, blast furnace generated dust, converter generated dust, rolling mill generated sludge), scale, and the like. In the present invention, these can be used alone or in a mixture of two or more.
[0027]
The “powdered solid reducing agent” is a powder of a solid substance mainly containing carbon, such as coal, coke, char, and oil coke. These can also be used alone or in combination of two or more.
[0028]
In the method for producing a semi-reduced iron agglomerate of (2) above, if agglomeration is performed by molding with a double roll compressor and firing is performed in a rotary bed furnace, a high-quality semi-reduced iron agglomerate can be obtained. It can be manufactured at low cost.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention (the inventions of the above (1) to (3)) will be described in detail below.
[0030]
In the invention of (1), the outer shell is mainly composed of metallic Fe, and the inner core is a semi-reduced iron agglomerate having a dual structure of metallic Fe, Fe oxide , free C and impurities. Semi-reduced iron ingot having a total Fe content of 70% or more, metal Fe content of 20 to 50%, free C of 5% or more, and volume of 20 cm ³ or more included in the entire semi-reduced iron agglomerated mineral It is an ore (hereinafter also referred to as “semi-reduced iron”). That is, this semi-reduced iron is covered with a high strength metallic iron shell on the outside, and the inside is made of powder containing metal Fe, Fe oxide and free C. From the standpoint of maintaining the breathability in the furnace when used, it is in the form of particles or lumps.
[0031]
In the semi-reduced iron agglomerate according to the present invention, the reason why the outer shell is made of metallic iron is that a strong impact force is applied to the semi-reduced iron during transportation up to the solid furnace and handling in the furnace. Therefore, to obtain a high strength that can withstand this impact force.
[0032]
In the half-reduced iron of the present invention, the content of free C is 5% or more. If it is less than 5%, the reducing action inside the half-reduced iron is weak, and iron oxide remains even after calcination. This is because when iron is used as a raw material for a vertical furnace, an endothermic reaction (reduction) occurs in the lower part of the furnace. The upper limit of the free C content is not particularly defined, but is preferably 10% in order to maintain the iron quality (Fe content of 70% or more).
[0033]
The reason why the metal Fe content is 20 to 50% is that if the metal iron content is less than 20%, the thickness of the metallic iron in the outer shell is thin, so that the strength of the half-reduced iron is weak. On the other hand, if it exceeds 50%, the amount of iron oxide inside becomes too small and the reaction with free C does not occur sufficiently. As will be described later, CO gas for reducing the re-oxidized outer shell at the top of the furnace This is because the production amount of is reduced.
[0034]
The reason why the total Fe content is 70% or more is that if the total Fe content is 70% or more, the amount of other elements contained as impurities is small, and the energy consumed for the reduction of the oxides of the elements is small. The amount of free C is relatively small (however, 5% or more), and the amount of metal Fe is increased (however, 50% or less), resulting in higher energy efficiency and fuel ratio of vertical furnace. This is because it can be further reduced. The upper limit is not particularly limited. This is because iron oxide is mainly composed of FeO, and there is a restriction that the content of metallic Fe is 20 to 50% and the content of free C is 5% or more (preferably 10% or less), so the upper limit is determined by itself.
[0035]
The semi-reduced iron of the present invention further needs to have a volume of 20 cm ³ or more. In order to ensure air permeability in the solid furnace, it is necessary to have a certain size (particle size) as a particle or lump, and if the lower limit is expressed by volume, 20 cm ³ Because it becomes. The upper limit is not particularly defined, but is preferably 150 cm ³ or less. If it is too large, the heat conduction to the center of the half-reduced iron will be worse at the lower part of the furnace, and the dissolution rate will be reduced.
[0036]
The semi-reduced iron of the present invention, unlike the carbon-bonded cold bond ore that has secured strength with cement, may cause pulverization due to cement embrittlement found in cold bond ore even when held at high temperatures. Absent.
[0037]
If the semi-reduced iron agglomerate of the present invention is used as a raw material for a vertical furnace, as will be described later, it becomes possible to maintain a good heat balance in the furnace and reduce the fuel ratio.
[0038]
The invention of (2) is the method for producing a semi-reduced iron agglomerated mineral of the invention of (1) above, wherein the mixed raw material of powdered iron raw material and powdered solid reducing agent is agglomerated and fired in a reduction firing furnace. Is the method.
[0039]
As the powdered iron raw material and the powdered solid reducing agent, powdered iron ore or coal can be used as described above.
[0040]
The agglomeration may be performed by a conventionally used method such as pelletization by a desk pelletizer or briquetting by a double roll compressor.
[0041]
The raw material (referred to as forming raw material) subjected to the agglomeration treatment is charged into a rotary kiln or a rotary bed furnace, and at a furnace temperature of 1000 to 1400 ° C., the metal Fe content is 20 to 50% (that is, the metallization rate is 20-50%), reduced and fired until the residual C (free C) reaches 5% or more, discharged outside the furnace, quenched, or cooled using N ₂ gas so as not to be reoxidized, and half reduced It will be iron.
[0042]
In the method for producing a semi-reduced iron agglomerate of (2) above, if the agglomeration is performed by molding with a double roll compressor, the particle size of the raw material before molding is coarser than when pelletized. Well, fine pulverizing equipment is unnecessary, and further drying equipment for increasing the strength of the pellets is unnecessary, and the cost of agglomeration can be greatly reduced.
[0043]
Further, if reduction firing is performed in a rotary bed furnace, formation of high strength outer shell metal iron is easy, and higher quality semi-reduced iron can be produced. This is because when a rotary kiln furnace is used, the forming raw material is added to a rolling operation, whereas in a rotary bed furnace, the forming raw material can be fired while standing on the hearth. As a result, the fuel ratio of the solid furnace can be further reduced.
[0044]
Furthermore, if it is premised on the production of semi-reduced iron with a volume of 20 cm ³ or more, the briquette manufactured with a double roll compressor that forms with a greater force than the spherical pellets manufactured with a dish granulator Is more densely agglomerated, so forming into briquettes with a double roll compressor is advantageous for producing high-strength semi-reduced iron.
[0045]
The invention of (3) is a method for producing pig iron using the semi-reduced iron agglomerate of (1) above as a raw material.
[0046]
As a smelting furnace used in this method, as represented by a blast furnace, a vertical furnace having a packed bed of a solid solid reducing agent (carbon material) in the furnace is used, and semi-reduced iron agglomeration is performed from the top of the furnace. Ore, massive solid reducing agent and flux are charged, oxygen-containing gas is blown from the tuyere installed in the lower part of the furnace, the charcoal in front of the tuyere is combusted, and the generated hot reducing gas generates semi-reduced iron In addition, the flux is dissolved, and the unreduced iron oxide contained in the semi-reduced iron is reduced and carburized.
[0047]
When half-reduced iron is charged from the top of the furnace, the metal iron in the outer shell is first reoxidized by the CO ₂ gas and H ₂ O gas to generate heat. This heat is transferred to the inside of the semi-reduced iron, in which free C reduces Fe oxide and CO gas is generated by this heat. The reduction of the Fe oxide in this case involves a large endotherm, but is compensated by the heat generated by reoxidation of metallic iron in the outer shell. Furthermore, the re-oxidized outer shell of the semi-reduced iron that has reached the lower part of the furnace after being unloaded is reduced by the CO gas generated inside, so there is almost no need for reduction by the ventilation gas in the rigid furnace, and it is low. It can operate at fuel ratio.
[0048]
As described above, when the semi-reduced iron agglomerate of the present invention is used as a raw material in a solid furnace, since free C and Fe oxide are present inside the reduced iron, the metallization rate is high and almost the entire amount is a metal. It is possible to maintain a better heat balance in the furnace than when reduced iron composed of iron is used.
[0049]
Although the half-reduced iron of the present invention may be used for the total amount of the raw material used in the vertical furnace, a part of the raw material may be replaced with the half-reduced iron of the present invention. In addition, the half-reduced iron of the present invention can be charged into the vertical furnace at a high temperature, but rather, the heat possessed by the half-reduced iron can be effectively used for reduction and melting in the vertical furnace, desirable.
[0050]
Although the gas generated from the solid furnace is recovered, at least a part of the gas may be used as a fuel for producing semi-reduced iron.
[0051]
【Example】
After mixing at the compounding ratio shown in Table 3 using the powdered iron ore shown in Table 1 and the powdered coal shown in Table 2, it is formed into pellets or briquettes and fired in a reduction firing furnace (using a rotary kiln or rotary bed furnace). A semi-reduced iron agglomerate was produced by firing at different temperatures. The rotary kiln used had a diameter of 5 m, a length of 80 m, a rotation speed of 8 rpm, and a furnace temperature set to 1200 ° C. Table 4 shows the equipment specifications and operating conditions of the rotary bed furnace. The semi-reduced iron obtained in this way is charged into a solid furnace (capacity: 820 t / d) together with carbonaceous material (coke) and flux (limestone), reduced and melted to produce pig iron, and semi-reduced iron The fuel ratio was obtained and compared for each manufacturing condition. In this case, semi-reduced iron was used for the total amount of the raw material of the vertical furnace.
[0052]
Table 5 shows the production conditions and properties of the semi-reduced iron used for the comparative study.
[0053]
[Table 1]

[0054]
[Table 2]

[0055]
[Table 3]

[0056]
[Table 4]

[0057]
[Table 5]

[0058]
Sample No. 1 and sample no. No. 2 is semi-reduced iron obtained by producing pellets having different volumes from fine iron ore and fine coal using a dish-shaped pelletizer having a diameter of 7.5 m and firing the pellets in a rotary kiln for different firing times.
[0059]
Sample No. 3-Sample No. 9 is semi-reduced iron obtained by manufacturing a Macek briquette with a double roll compressor and firing it in a rotary bed furnace. In this case, sample no. 3-Sample No. In No. 8, the metalization rate of the outer shell portion of the half-reduced iron and the residual amount of C in the inner core portion are adjusted by changing the firing time, and the total Fe content, metal Fe content, and free C in the entire half-reduced iron are adjusted. The content was changed. Sample No. In No. 9, the volume was changed to a large briquette.
[0060]
Next, using each of these samples as a raw material, the solid furnace was operated under the conditions shown in Table 6 to produce pig iron. The fuel ratio of the vertical furnace at this time is shown in Table 7.
[0061]
[Table 6]

[0062]
[Table 7]

[0063]
Normally, when a raw material made of iron oxide such as sintered ore, pellets or iron ore is used, the fuel ratio is about 480 to 550 kg / p (pig iron) -t. 1-No. When reduced iron such as 9 is used, pig iron can be produced at a very low fuel ratio as shown in Table 7.
[0064]
In particular, it can be seen that a semi-reduced iron agglomerate that satisfies the conditions defined in the present invention is extremely effective in reducing the fuel ratio of a solid furnace. In addition, briquette is produced from a mixed powder of coal and iron ore using a double roll compressor, calcined in a rotary bed furnace to make semi-reduced iron, pelletized using a dish-shaped pelletizer, and calcined in a rotary kiln. This is effective in reducing the fuel ratio compared to the case of using semi-reduced iron.
[0065]
【The invention's effect】
If the semi-reduced iron agglomerate of the present invention is used as a raw material of a vertical furnace and pig iron is manufactured, the heat balance in the furnace is kept good without generating heat at the lower part of the furnace or generating heat at the upper part of the furnace. The fuel ratio of the vertical furnace can be reduced. This semi-reduced iron agglomerated mineral can be easily produced by the method of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an example of a conventional process for producing reduced iron performed using a rotary bed furnace.

Claims

外殻は金属Ｆｅが主体で、内核は金属Ｆｅ、Ｆｅ酸化物、遊離Ｃおよび不純物の二重構造を有する半還元鉄塊成鉱であって、質量％で、全Ｆｅ含有量が７０％以上、金属Ｆｅ含有量が２０〜５０％、遊離Ｃ含有量が５％以上で、かつ体積が２０ｃｍ³以上であることを特徴とする半還元鉄塊成鉱。The outer shell is mainly composed of metallic Fe, and the inner core is a semi-reduced iron agglomerate having a dual structure of metallic Fe, Fe oxide , free C and impurities , and is in mass%, and the total Fe content is 70% or more. A semi-reduced iron agglomerate having a metal Fe content of 20-50%, a free C content of 5% or more, and a volume of 20 cm ³ or more.

粉状鉄原料と粉状固体還元剤との混合原料を塊成化し、還元焼成炉で焼成することを特徴とする請求項１に記載の半還元鉄塊成鉱の製造方法。 The method for producing a semi-reduced iron agglomerated mineral according to claim 1, wherein the mixed raw material of the powdered iron raw material and the powdered solid reducing agent is agglomerated and fired in a reduction firing furnace.

少なくとも請求項１に記載の半還元鉄塊成鉱を含む塊状の鉄原料と、塊状の固体還元剤とフラックスを、炉内に塊状の固体還元剤の充填層を有する竪型炉へその炉上部から装入し、炉下部に設置された羽口から酸素含有ガスを吹き込んで羽口前の固体還元剤を燃焼させ、発生する高温の還元ガスで半還元鉄塊成鉱およびフラックスを溶解し、半還元鉄塊成鉱中に含まれる未還元の酸化鉄を還元するとともに浸炭することを特徴とする銑鉄の製造方法。 A bulk iron raw material containing at least the semi-reduced iron agglomerate according to claim 1, a bulk solid reducing agent and a flux, and an upper part of the furnace to a vertical furnace having a packed bed of the bulk solid reducing agent in the furnace From the tuyere installed in the lower part of the furnace to burn the solid reducing agent in front of the tuyere, dissolve the semi-reduced iron agglomerate and flux with the high temperature reducing gas generated, A method for producing pig iron, characterized by reducing and carburizing unreduced iron oxide contained in a semi-reduced iron agglomerate.