TW201402830A - 改良鐵礦顆粒之還原性的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種改良鐵礦顆粒之還原性的新穎方法，其包括以下步驟：i)製備包含金屬Ni粉之原料混合物；ii)將該所得混合物粒化；iii)燃燒該等原料顆粒及iv)於存在CH4的還原條件下還原該等燒製顆粒。

Description

改良鐵礦顆粒之還原性的方法
本申請案主張2012年5月23日申請之標題為「Process for the improvement of reducibility of ore pellets」之美國專利申請案第61/650,905號之優先權，該案以全文引用之方式併入本文中。
本發明係關於一種自藉由添加金屬Fe及/或Ni所產生的催化效應來改良礦石顆粒之還原性的方法。
還原性係金屬負載物於初生鐵生產之傳統方法(鼓風爐及直接還原作用)中之性能之決定因素。
還原性對溫度提高高度敏感，且因此，對於其中金屬負載物被還原而仍呈固態的直接還原反應器而言，其係甚至更重要的性質。在直接還原反應器中，達到的最大溫度係低於鐵的熔融溫度，且因此，低於在其中形成液相的鼓風爐中存在的溫度。
意欲用於此等方法之鐵礦顆粒之還原性基本上取決於氧化鐵顆粒的特性及爐渣相及顆粒的粒間孔隙度。礦石及添加劑之固有特性以及該等顆粒之化學組成及燃燒條件係此聚結物之物理及冶金品質之重要因素。
藉由觀察於直接還原反應器中經過筐籃測試(basket test)後的顆粒，注意到與筐籃材料(不鏽鋼)接觸之顆粒呈現增加還原度，由此表明金屬Fe及/或Ni對還原性之催化效應。
在文獻中，大多數有關添加對鐵礦聚結物之還原性之效應之研究提到使用氧化鈣及氧化鎂，但極少關於使用其他材料來加速還原作用之資訊。
Khalafalla及Weston[1]研究在CO氛圍中及1000℃溫度下鹼金屬及鹼土金屬對FeO還原作用之效應，且其注意到小濃度(約0.7%)的此等金屬可改良FeO的還原性，此係因對Fe具有高原子射線的填隙離子在結晶網狀物中產生干擾之故。相對添加劑用量之還原性比並非線性，而係先上升至最大值且隨後降低。該最大值取決於該添加劑之特性及物理及化學性質且彼等添加對還原性之效應係與該添加劑之原子射線及電負荷成正比。該Ni原子射線與Fe具有相同大小，且因此，若出現任何效應，則應並非此置換機制之故。
Chinje及Jueffes[2]評估三價金屬(更明確言之Cr及Al)氧化物於18%CO/82%CO2之氛圍中及960℃下對純氧化鐵之還原作用之效應，並得出添加1.6至5%的Cr對Fe氧化物之還原作用具有正向效應且此效應隨其濃度增加而提高的結論。解釋此效應的構想假說係Cr在該氧化物表面作為CO吸收過程之催化劑，此係過渡金屬(例如Ni)的特性。
El-Geassy等入[3]研究於H2氛圍中及900至1100℃的溫度下NiO摻雜(自1變化至10%)對純氧化鐵之動力學及還原機制之效應，並注意到此添加對還原作用之正向顯著效應。在整個溫度範圍中，在該方法之初始及最終階段中還原性增加，且此增加係歸因於形成鎳鐵氧體(NiFe2O4)及燒結材料之孔隙率增加。
根據上述所觀察結果，本發明描述一種自添加金屬Fe及/或Ni所產生的效應改良礦石顆粒之還原性之有利且有效的方法。
更明確言之，本發明描述一種改良礦石顆粒之還原性之有利且有效的方法，其包括以下步驟： a)製備原料混合物，其中該混合物包含：i.任何種類的鐵礦粉；ii.添加0.4至0.7%膨潤土/總質量混合物；iii.添加1.00至5.00%石灰石/混合物之總質量；iv.添加0.025至0.100% Ni/任何來源混合物之總質量；v.添加0.025至0.100% Fe/混合物之總質量；b)藉由添加水於製粒盤中粒化於步驟a)結束時獲得之混合物並乾燥；c)於熔爐中於1000℃至1400℃範圍內的氧化溫度下燃燒自步驟a)獲得之原料顆粒；d)於存在CH4的還原條件下還原自步驟c)獲得之燒製顆粒。
本發明之第一態樣係關於金屬Ni含量對被還原顆粒之金屬化程度之顯著正向效應。
本發明之第二態樣係關於單獨添加金屬Fe不會對顆粒之金屬化程度提供顯著效應之事實。
本發明之第三態樣係關於同時添加金屬Fe及Ni已顯示加成性質，顆粒之金屬化程度之效應係個別元素之效應之近似平均之事實。
本發明之此等態樣之其他優點及新穎特徵將部分地描述於下文中，且部分將由熟習此項技術者在檢視下文或藉由實踐本發明學習後更加明白。
將參照以下圖式(但不受限制)詳細地描述該等系統及方法之各種實例態樣，其中：圖1係顯示於軟化及熔融爐中之Ni及Ni-Fe混合物之燃燒溫度曲線、總輸出氣體溫度曲線及燃燒Dp曲線之圖表。
圖2係有關Fe%及Ni%及其相互作用之金屬效應之圖表。
圖3係顯示添加Ni對鐵礦顆粒之GM之效應之圖表。
以下詳細描述無意以任何方式限制本發明之範圍、適用性或組態。更確切言之，以下描述為實施該等示例性模式提供必要性理解。當利用文中所提供之教示時，熟習此項技術者將明白在不超出本發明範圍之情況下可使用適宜替代物。
根據本發明，描述一種改良鐵礦之還原性之有利且有效的方法。更明確言之，該等礦石顆粒包含一種原料混合物，其包括鐵礦、方解石灰石、膨潤土及金屬Ni及Fe粉，其等基本化學組成顯示於下表1。
此外，低於0.044mm的該等原料之粒級顯示於下表2中。
在本發明之一較佳實施例中，粒級小於0.044mm的鐵礦之百分比係91.2%。
在本發明之另一較佳實施例中，粒級小於0.044mm的膨潤土之百分比係74.4%。
在本發明之另一較佳實施例中，粒級小於0.044mm的方解石灰石之百分比係75.8%。
在本發明之另一較佳實施例中，粒級小於0.044mm的金屬Ni粉之百分比係91.0%。
在本發明之另一較佳實施例中，粒級小於0.044mm的金屬Fe粉之百分比係91.0%。
本發明描述一種改良鐵礦顆粒之還原性之有利且有效的方法，其包括以下步驟：a)製備原料混合物，其中該混合物包含：i.任何種類的鐵礦粉；ii.添加0.4至0.7%膨潤土/混合物之總質量；iii.添加1.00至5.00%石灰石/混合物之總質量；iv.添加0.025至0.100% Ni/任何來源混合物之總質量；v.添加0.025至0.100% Fe/混合物之總質量；b)藉由添加水於製粒盤中粒化於步驟a)結束時獲得之混合物並於1100℃下窯乾燥2小時；c)於立式爐RUL中於1000℃至1400℃範圍內的溫度下燃燒自步驟b)獲得之原料顆粒；d)於ISO11257測試條件下還原自步驟c)獲得之燒製顆粒。
在第一較佳實施例中，該原料混合物之最終組成包含以下成分：
在本發明之第二較佳實施例中，於步驟b)結束時獲得之乾燥原料顆粒具有5至18mm的尺寸範圍。更佳地，於步驟b)結束時獲得之乾燥原料顆粒具有10至12.5mm的尺寸。
在第三較佳實施例中，於立式爐RUL中於1000℃至1400℃範圍內的溫度下燃燒自步驟b)獲得之原料顆粒。更佳地，於立式爐RUL中於1000℃至1100℃範圍內的溫度下燃燒自步驟b)獲得之原料顆粒。
還原步驟d)在於使自步驟c)獲得之燒製顆粒經受ISO11257模式還原條件，如下：
本發明之一個優點在於添加金屬Ni粉以改良鐵礦之還原性。
參考文獻
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3. El-Geassy et al. Effect of nickel oxide dopping on the kinetics and mechanism of iron oxide reduction; ISIJ International; pgs. 1043 a 1049; Vol. 35; No9, 1995.

Claims (3)

  1. 一種改良鐵礦顆粒之還原性之方法，其包括以下步驟：a)製備原料混合物，其中該混合物包含：i.任何種類的鐵礦粉；ii.添加0.4至0.7%膨潤土/混合物之總質量；iii.添加1.00至5.00%石灰石/混合物之總質量；iv.添加0.025至0.100%Ni/任何來源混合物之總質量；v.添加0.025至0.100% Fe/混合物之總質量；b)藉由添加水於製粒盤中粒化於步驟a)結束時獲得之混合物並乾燥；c)於熔爐中於氧化條件及1000℃至1400℃範圍內的溫度下燃燒自步驟b)獲得之原料顆粒；d)於存在CH4的還原條件下還原自步驟c)獲得之燒製顆粒。
  2. 如請求項1之方法，其中該原料混合物之最終組成包含以下成分：
  3. 如請求項1或2之方法，其中使該自步驟b)獲得之原料顆粒於立式爐RUL中於1000℃至1100℃範圍內的溫度下燃燒。
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