JP6964692B2

JP6964692B2 - 金属鉄の製造方法

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Publication number: JP6964692B2
Application number: JP2019572781A
Authority: JP
Inventors: 菊艶李; 国興張
Original assignee: 中冶南方工程技術有限公司
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2021-11-10
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: CN107354257A; JP2020527192A; WO2019010923A1

Description

本発明は冶金技術分野に属し、具体的には金属鉄の製造方法に関する。

従来の直接還元鉄の製造方法は、酸化鉄を含む鉄鉱石又はペレットを還元性ガスで直接還元させて還元鉄を得る、例えば、Ｍｉｄｒｅｘ法である。このような直接還元鉄の製造方法の中では、天然ガス等からなる還元ガスを縦炉の底部から縦炉内に強制的に流入させ、鉄の酸化物を還元してスポンジ鉄を得る。

天然ガスが不足する国及び地域で、還元鉄を製造する方法は、石炭のような炭素質材料を用いて天然ガスの代わりとし、石炭を還元剤とし、すでに知られている回転炉、ロータリーキルン等のように、焼成した鉄鉱石で製造されたペレットを加熱して還元させ、海綿鉄を得る。その後、日本は回転炉で直接還元する方法に基づき、石炭ベース直接還元し、１つのステップで金属鉄を得るＩＴＭＫ３と呼ばれる方法を開発した。このような方法で製造された直接還元鉄はスラグ中の脈石成分を含まず、金属鉄の純度が高く、溶解分を必要とせず、電気炉又は転炉製鋼に直接使用することができ、製鋼コストを大幅に削減することができる。

しかし、この方法を用いて金属鉄を製造する場合は、次のような問題がある。還元炉内で還元反応が進行する最終段階で発生する還元ガスの量が減少するとともに、加熱原料のバーナーでの燃焼により発生する排気ガスとしての水分及び二酸化炭素等の酸化性ガスの濃度が相対的に増加し、還元された金属鉄が再酸化され、特に還元末期において、還元鉄の還元が十分に進行するほど再酸化されやすくなる。そのため、場合によっては、還元鉄が十分に浸炭と溶融せず、製品の品質及び金属収率に影響を及ぼす。

本発明の実施例は金属鉄の製造方法に関し、少なくとも従来技術の欠点を部分的に解決できる。

本発明の実施例は金属鉄の製造方法に関し、酸化鉄を含む塊と炭素質還元材料とを還元炉内に入れ、塊を加熱して前記酸化鉄を還元及び溶融させ、加熱して得られた金属鉄を冷却し、且つすでに冷却した金属鉄を前記還元炉から排出し、すでに冷却した該金属鉄を回収し、その内、酸化鉄の加熱は空気を遮断した状態で行う。

実施例の１つとして、前記炭素質還元材料の添加量は前記鉄の酸化物を還元するために必要な炭素質還元材料の添加量の１．０５〜２倍である。

実施例の１つとして、前記炭素質還元材料は無煙炭、亜炭、コークス粉の内の少なくとも１種を含む。

実施例の１つとして、前記還元炉内の酸化鉄の還元及び溶融温度は１３５０〜１５００℃である。

実施例の１つとして、前記炭素質還元材料の粒度は０．３〜３ｍｍの範囲内である。

実施例の１つとして、前記塊は鉄鉱粉、冶金除塵鉄粉、赤泥の内の少なくとも１種を造塊により得られる。

実施例の１つとして、造塊に用いる結着剤は炭酸カルシウム、消石灰、糖蜜、小麦粉の内の少なくとも１種を用いる。

本発明の実施例は少なくとも以下の効果的な利点を有する。還元反応及び溶融反応は空気を遮断した状態で行われるため、還元炉内に入る燃焼を助ける空気と燃料とがなく、還元炉内の雰囲気は還元性雰囲気であり、鉄の酸化物が加熱、還元、溶融される過程で鉄の再酸化を効果的に抑制し、それにより脈石中のＦｅＯの含有量の増加を抑え、金属鉄中の硫黄含有量を減少し、製品としての金属鉄の品質を高めたと同時に、還元炉の耐火材料を保護した。

本発明の実施例又は従来技術中の技術解決方式を明確に説明するため、以下、実施例又は従来技術説明中に使う必要のある図面を簡単に説明する。明らかに、以下の説明の中にある図面は本発明の実施例であり、本分野の技術者にとっては、創造的労力を払うことなく、これらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。

図１は、本発明の実施例２に関わるペレット及び炭素質還元剤の布地模式図である。図２は、本発明の実施例３に関わるペレット及び炭素質還元剤の布地模式図である。

以下は、本発明の実施例の図面を参考にしながら本発明の実施例の技術解決方式を明確かつ完全に説明し、もちろん、説明された実施例は、本発明の一部の実施例であり、すべての実施例ではない。本発明における実施例に基づいて、本分野の技術者が創造的労力を払うことなく得た他の実施例は、すべて本発明の保護範囲に含まれている。

実施例１
本発明の実施例は金属鉄の製造方法を提供し、酸化鉄を含む塊と炭素質還元材料とを還元炉内に入れ、塊を加熱して前記酸化鉄を還元及び溶融させ、加熱して得られた金属鉄を冷却し、且つすでに冷却した金属鉄を前記還元炉から排出し、すでに冷却した該金属鉄を回収することを含む。その内、酸化鉄の加熱は空気を遮断した状態で行う。

本発明の原理は、おおまかに以下の通りである。鉄の酸化物及び炭素質還元材料が加熱される過程において、鉄の酸化物が還元反応してＣＯ_２（ＦｅＯ＋ＣＯ＝Ｆｅ＋ＣＯ_２）を生成し、生成したＣＯ_２は高温で炭素質還元材料とブール反応をしてＣＯ（Ｃ＋ＣＯ_２＝２ＣＯ）を生成し、鉄の酸化物と還元反応をし、鉄の酸化物が鉄に還元されるまでを続ける。加熱が続き、ペレットが溶け、鉄が脈石から分離する。還元反応及び溶融反応は空気を遮断した状態で行われるため、還元炉内に入る燃焼を助ける空気と燃料とがなく、還元炉内の雰囲気は還元性雰囲気であり、鉄の酸化物が加熱、還元、溶融される過程で鉄の再酸化を効果的に抑制し、それにより脈石中のＦｅＯの含有量の増加を抑え、金属鉄中の硫黄含有量を減少し、製品としての金属鉄の品質を高めたと同時に、還元炉の耐火材料を保護した。

さらに好ましくは、上記方法において、炭素含有還元物質の用量は、過剰量の炭素質還元材料を採用し、具体的には、炭素質還元材料の添加量は、鉄の酸化物を還元するために必要な炭素質還元材料の添加量の１．０５〜２倍である。過剰量の炭素質還元材料を採用し、鉄の酸化物の還元反応過程でＣＯ_２が生成される時、炭素質還元材料が過剰するため、過剰された炭素質還元材料とブール反応（Ｂｏｏｌｅａｎｒｅａｃｔｉｏｎ）してＣＯを生成し、それにより炉内に酸化ガスが存在しないことが保証され、鉄の酸化物が加熱、還元、溶融される過程で鉄の再酸化を効果的に抑制する。

上記方法において、好ましくは、還元炉外を加熱することで還元炉内の温度が１３００℃〜１５００℃に上昇させる。還元炉内温度の上昇に伴って、鉄の酸化物が加熱、還元及び溶融される過程においておおまかに存在する。具体的には、外部熱源が還元炉を加熱すると、鉄の酸化物を含む塊と炭素質還元材料とは、還元炉の炉壁、塊及び炭素質還元材料の間の伝導熱伝達によって加熱され、還元炉内の温度は９００℃くらいに達した時、炭素質還元材料がガス化（Ｃ＋ＣＯ_２＝２ＣＯ）し始め、鉄の酸化物が還元され始める（ＦｅＯ＋ＣＯ＝Ｆｅ＋ＣＯ_２）。還元炉内は還元性雰囲気にあるため、還元されて得た金属鉄が再び酸化されることがない。還元された金属鉄の温度はさらに上昇し、且つ加熱過程において、周囲と密接に接触している炭素質還元材料と連続的に浸炭する。還元炉内の温度が脈石及び金属鉄のリフロー温度（１３００℃〜１５００℃）に達した後、金属鉄と脈石とは溶融し始め、そして別々に凝集し、金属鉄と脈石とが分離する目的に達し、金属鉄の生産を実現する。

上記方法に続いて、上記鉄の酸化物を含む塊は慣用の鉄鉱粉、冶金除塵鉄粉、赤泥などの鉄を含有する材料の内の少なくとも１種を造塊により得られる。造塊方法は、ローラーボールマシンを通してボールをプレスする、又は、ディスクペレタイザーを通してボールを作る、などであってもよい。これは本分野の従来技術であり、ここでは説明を省略する。一般的に、ボールを作る過程において必要に応じて結着剤及び／又は助剤を添加することができる。本実施例において、造塊に用いられる結着剤は炭酸カルシウム、消石灰、糖蜜、小麦粉の内の少なくとも１種を好ましく用いることができ、理想的なペレット強度を得ることができる。造塊過程において、生産需要に応じて炭素質還元剤を添加する又は添加しないことを選択してもよく、炭素質還元剤を添加すると還元反応速度を速められ、添加しないと生産される金属鉄の清浄度を高めることができる。ペレットの大きさは、実際の製造条件に応じて選択することができ、ペレットの直径は１５〜３５ｍｍであることが好ましい。

本実施例において、具体的な鉄の酸化物を含む塊の構成を１つ例にすると以下のとおりである。

該塊は以下の重量部の成分を含む。
５８〜６５部のＴＦｅ、その内ＦｅＯは１〜２．５部である。
３．５〜５部のＣａＯ。
０．６〜０．８５部のＡｌ_２Ｏ_３。
４〜６．５部のＳｉＯ_２。
０．０５〜１．１５部のＭｇＯ。

上記成分を含む塊は、比較的高い鉄品位を有し、後続の還元炉内での還元及び溶融反応の円滑な進行を保証でき、製品金属鉄の品質を保証する。

上記方法に続いて、本実施例において、上記炭素質還元材料は無煙炭、モンタン、コークス粉の内の少なくとも１種を含み、その内無煙炭又はコークス粉を用いて得られた還元効果及び金属鉄の浸炭効果が特に好ましい。また、好ましくは、上記炭素質還元材料の粒度を０〜３ｍｍの範囲に抑える。粒径が小さすぎると、該炭素質還元材料が炉ガスに伴って吹き上げられ、炉内に入りやすくなり、そうなると、除塵量及び石炭消費量が増加する。粒径が大きすぎると気化速度が遅くなり、生産効率に影響する。

上記方法に続いて、上記還元炉から得られた金属鉄を、還元炉内から排出し、冷却した後、ふるい分け又は磁気分離で炭素質材料を分離させて金属鉄を得る。得られた炭素質材料は上記炭素質還元材料として回収することができる。

好ましい実施例として、上記還元炉は以下の構成を採用することができる。
ａ．前記還元炉は円環状炉であり、前記還元炉の軸方向は縦方向であり且つ自身の軸線回りに回転可能であり、前記塊及び前記炭素質還元材料は前記還元炉の底部に敷設され、熱源を用いて前記還元炉の底部下端を加熱する。
ｂ．生産過程は石炭ベース縦炉の中で行われ、前記石炭ベース縦炉は燃焼室を含み、前記還元炉は少なくとも一部の区画が前記燃焼室内に位置し、前記燃焼室を介して前記還元炉に熱を供給する。さらに、複数の還元炉を用いて、同一の燃焼室から熱を供給することができる。

以下に具体的な実施例を挙げて上記金属鉄の製造方法をさらに説明する。

実施例２
本実施例は金属鉄の製造方法を提供し、具体的には以下を含む。

まず、鉄の酸化物を含むペレット２００を作り、ボールを作る方式はローラーボールマシンでボールをプレスすることである。使用する結着剤は消石灰であり、使用する結着剤の割合は３％であり、ペレット２００粒径は１８ｍｍである。

ペレット２００の成分は下記の表で示される通りである。

［表１］ペレットの成分

作られたペレット２００は、水分含有量を１％以下になるように乾燥される。

次に、炭素質還元剤３００を選択し、使用する炭素質還元剤３００は亜炭であり、平均粒径は０．８ｍｍであり、使用する炭素質還元剤３００成分は下記の表で示される通りである。

［表２］炭素質還元剤の成分

乾燥後のペレット２００と炭素質還元剤３００とをむらがないように混合してから還元炉１００内に装入する。還元炉１００は移動式環状還元炉であり、熱源を用いて底部を加熱し、すなわち上記実施例１中のａ部分が提供された還元炉１００を採用する。図１に示されるように、ペレット２００及び炭素質還元剤３００の層を還元炉１００底部に敷設し、ペレット２００が炭素質還元剤３００に緊密に包囲される。還元炉１００内の温度を１３８０℃くらいに上昇させ、ペレット２００及び炭素質還元剤３００が還元炉１００内に滞留する時間は５０分くらいである。

還元炉１００内の温度が９００℃くらいに達した時、炭素質還元材料がガス化（Ｃ＋ＣＯ_２＝２ＣＯ）し始め、鉄の酸化物が還元され始める（ＦｅＯ＋ＣＯ＝Ｆｅ＋ＣＯ_２）。還元炉１００内は還元性雰囲気にあるため、還元されて得た金属鉄が再び酸化されることがない。

還元されて得た金属鉄の温度はさらに上昇し、且つ加熱過程において、周囲と密接に接触している炭素質還元材料と連続的に浸炭する。還元炉１００内の温度が脈石及び金属鉄のリフロー温度に達した後、金属鉄と脈石とは溶融し始め、そして別々に凝集し、金属鉄と脈石とが分離する目的に達し、金属鉄の生産を実現し、還元炉１００内での金属鉄の再酸化問題を効果的に制御する。

実施例３
本実施例は金属鉄の製造方法を提供し、具体的には以下を含む。

まず、鉄の酸化物を含むペレット２０を作り、ボールを作る方式はディスクペレタイザーでボールを作ることである。使用する結着剤は消石灰であり、同時にペレット２０の中に石炭粉末を加え、石炭粉末を加える割合はペレット２０質量の１０％であり、使用する結着剤の割合は３％であり、ペレット２０粒径は１５ｍｍである。

ペレット２０の成分は下記の表で示される通りである。

［表３］ペレットの成分

作られたペレット２０は、水分含有量を１％以下になるように乾燥される。

次に、炭素質還元剤３０を選択し、使用する炭素質還元剤３０は無煙炭であり、平均粒径は１ｍｍであり、使用する炭素質還元剤３０は下記の表で示される通りである。

［表４］炭素質還元剤の成分

乾燥後のペレット２０と炭素質還元剤３０とをむらがないように混合してから還元炉１０内に装入する。還元炉１０は縦式還元炉１０であり、還元炉１０高さ方向の中心線は地面に対して垂直であり、熱源を用いて還元炉１０の周囲からそれを加熱し、すなわち上記実施例１中のｂ部分が提供された還元炉１０を採用する。図２に示されるように、還元炉１０内にペレット２０及び炭素質還元剤３０を加え、ペレット２０が炭素質還元剤３０に緊密に包囲される。還元炉１０内の温度が１４００℃くらいに上昇させ、ペレット２０及び炭素質還元剤３０が還元炉１０内に滞留する時間は３時間である。

還元炉１０内の温度が９００℃くらいに達した時、炭素質還元材料がガス化（Ｃ＋ＣＯ_２＝２ＣＯ）し始め、鉄の酸化物が還元され始める（ＦｅＯ＋ＣＯ＝Ｆｅ＋ＣＯ_２）。還元炉１０内は還元性雰囲気にあるため、還元されて得た金属鉄が再び酸化されることがない。還元されて得た金属鉄の温度はさらに上昇し、且つ加熱過程において、周囲と密接に接触している炭素質還元材料と連続的に浸炭する。還元炉１０内の温度が脈石及び金属鉄のリフロー温度に達した後、金属鉄と脈石とは溶融し始め、そして別々に凝集し、金属鉄と脈石とが分離する目的に達し、金属鉄の生産を実現し、還元炉１０内での金属鉄の再酸化問題を効果的に制御する。

以上の記述は、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を制限することを意図するものではない。本発明の精神及び原理内で行われる修正、同等の置換、改善などはすべて本発明の保護範囲に含まれている。

（付記）
（付記１）
酸化鉄を含む塊と炭素質還元材料とを還元炉内に入れ、塊を加熱して前記酸化鉄を還元及び溶融させ、加熱して得られた金属鉄を冷却し、且つすでに冷却した金属鉄を前記還元炉から排出し、すでに冷却した金属鉄を回収し、ここで、酸化鉄の加熱は空気を遮断した状態で行う、
ことを特徴とする金属鉄の製造方法。

（付記２）
前記炭素質還元材料の添加量は、前記鉄の酸化物を還元するために必要な炭素質還元材料の添加量の１．０５〜２倍である、
ことを特徴とする付記１に記載の金属鉄の製造方法。

（付記３）
前記炭素質還元材料は、無煙炭、亜炭、コークス粉の内の少なくとも１種を含む、
ことを特徴とする付記１又は２に記載の金属鉄の製造方法。

（付記４）
前記還元炉内の酸化鉄の還元及び溶融温度は、１３５０〜１５００℃である、
ことを特徴とする付記１に記載の金属鉄の製造方法。

（付記５）
前記炭素質還元材料の粒度は、０．３〜３ｍｍの範囲内である、
ことを特徴とする付記１に記載の金属鉄の製造方法。

（付記６）
前記塊は、鉄鉱粉、冶金除塵鉄粉、赤泥の内の少なくとも１種からの造塊により得られる、
ことを特徴とする付記１に記載の金属鉄の製造方法。

（付記７）
造塊に用いる結着剤は、炭酸カルシウム、消石灰、糖蜜、小麦粉の内の少なくとも１種である、
ことを特徴とする付記６に記載の金属鉄の製造方法。

Claims

酸化鉄を含む塊と炭素質還元材料とを還元炉内に入れ、前記塊を加熱して前記酸化鉄を還元及び溶融させ、加熱して得られた金属鉄を冷却し、且つすでに冷却した前記金属鉄を前記還元炉から排出し、すでに冷却した前記金属鉄を回収し、ここで、前記酸化鉄の加熱は空気を遮断した状態で行い、
前記炭素質還元材料の添加量は、前記酸化鉄を還元するために必要な炭素質還元材料の添加量の１．０５〜２倍であり、
前記塊は、以下の重量部の成分（１）〜（５）を含む、
ことを特徴とする金属鉄の製造方法。
（１）５８〜６５部のＴＦｅ、その内ＦｅＯは１〜２．５部である。
（２）３．５〜５部のＣａＯ。
（３）０．６〜０．８５部のＡｌ _２Ｏ _３。
（４）４〜６．５部のＳｉＯ _２。
（５）０．０５〜１．１５部のＭｇＯ。
前記炭素質還元材料は、無煙炭、亜炭、コークス粉の内の少なくとも１種を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の金属鉄の製造方法。
前記還元炉内の前記酸化鉄の還元及び溶融温度は、１３５０〜１５００℃である、
ことを特徴とする請求項１に記載の金属鉄の製造方法。
前記炭素質還元材料の粒度は、０．３〜３ｍｍの範囲内である、
ことを特徴とする請求項１に記載の金属鉄の製造方法。
前記塊は、鉄鉱粉、冶金除塵鉄粉、赤泥の内の少なくとも１種からの造塊により得られる、
ことを特徴とする請求項１に記載の金属鉄の製造方法。
前記造塊に用いる結着剤は、炭酸カルシウム、消石灰、糖蜜、小麦粉の内の少なくとも１種である、
ことを特徴とする請求項５に記載の金属鉄の製造方法。