Способ получения восстановленного железа - RU2676378C1

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к способу получения восстановленного железа нагреванием агломерата, содержащего источник оксида железа, такой как железная руда (который далее может называться «содержащим оксид железа материалом») и содержащего углерод углеродного восстановителя, такого как уголь, чтобы восстанавливать оксид железа в агломерате.

Уровень техники

[0002] Способ получения железа прямого восстановления разработан как способ изготовления восстановленного железа восстановлением оксида железа, содержащегося в содержащем оксид железа материале.

[0003] При промышленном осуществлении вышеуказанного способа получения железа прямого восстановления возникают многочисленные проблемы, которые должны быть разрешены, такие как улучшение эксплуатационной стабильности, экономическая эффективность, и пониженное качество железа. В попытках разрешения таких проблем предложены способы согласно Патентным Документам 1-9.

[0004] Среди вышеуказанных проблем в последние годы особенно важным считается повышение выхода восстановленного железа. Это обусловливается тем, что, когда выход является плохим, возрастает стоимость, и тем самым не может проводиться получение в промышленном масштабе. Способы согласно Патентным Документам 10 и 11 предложены как попытка улучшить выход восстановленного железа.

[0005] Патентный Документ 10 (JP 2014-62321 А) раскрывает применение углеродного восстановителя, имеющего средний диаметр частиц от 40 до 160 мкм, и содержащего 2 масс.% или более частиц, имеющих диаметр частиц 400 мкм или более.

[0006] В качестве еще одной попытки, например, Патентный Документ 11 (US 8,690,988) раскрывает агломерат, содержащий первый углеродный восстановитель, имеющий размер менее 48 меш, и второй углеродный восстановитель, имеющий размер между 3 до 48 меш, и имеющий больший средний диаметр частиц, чем средний диаметр частиц первого углеродного восстановителя. Здесь первый углеродный восстановитель содержится в количестве от 65% до 95% стехиометрического соотношения, которое требуется для превращения содержащего оксид железа материала в восстановленное железо, и второй углеродный восстановитель содержится в количестве от 20% до 60% стехиометрического соотношения, которое необходимо для превращения содержащего оксид железа материала в восстановленное железо.

Список цитированной литературы

Патентная литература

[0007] Патентный Документ 1: JP 2003-13125 A

Патентный Документ 2: JP 2004-285399 A

Патентный Документ 3: JP 2009-7619 A

Патентный Документ 4: JP 2009-270193 A

Патентный Документ 5: JP 2009-270198 A

Патентный Документ 6: JP 2010-189762 A

Патентный Документ 7: JP 2013-142167 A

Патентный Документ 8: JP 2013-174001 A

Патентный Документ 9: JP 2013-36058 A

Патентный Документ 10: JP 2014-62321 A

Патентный Документ 11: US 8,690,988

Сущность изобретения

[0008] Агломерат, раскрытый в Патентном Документе 10, может повышать выход восстановленного железа, имеющего большой диаметр частиц, тем, что содержит углеродный восстановитель, имеющий диаметр частиц 400 мкм или более. Однако, когда применяют углеродный восстановитель, имеющий диаметр частиц 400 мкм или более, может быть затруднительным получение агломерата перед нагреванием.

[0009] В агломерате, представленном в Патентном Документе 11, должен быть приготовлен углеродный восстановитель, имеющий диаметры частиц двух типов, так что должны быть предусмотрены две установки в качестве оборудования для измельчения углеродных восстановителей. Это приводит к неблагоприятному возрастанию расходов на производственное оборудование.

[0010] Настоящее изобретение было выполнено с учетом вышеупомянутых обстоятельств, и его цель состоит в создании способа изготовления восстановленного железа, имеющего высокую производительность.

[0011] Способ изготовления восстановленного железа согласно настоящему изобретению включает изготовление агломерата агломерированием смеси, включающей содержащий оксид железа материал и углеродный восстановитель, и получение восстановленного железа нагреванием агломерата для восстановления оксида железа в агломерате, отличающий тем, что удовлетворяется приведенное ниже Выражение (I), где O_FeO представляет массовую долю в процентах кислорода, содержащегося в оксиде железа в агломерате, C_св представляет массовую долю в процентах всего содержащегося в агломерате связанного углерода, и X_{менее105} представляет массовую долю в процентах частиц, имеющих диаметр частиц 105 мкм или менее, относительно общей массы частиц, составляющих углеродный восстановитель.

[0012] C_св×X_{менее105}/O_FeO≤51 (I)

Краткое описание чертежей

[0013] ФИГ. 1 представляет график, показывающий корреляцию между C_св×X_{менее105}/O_FeO и выходом железа (масс.%) каждого из Примеров и Сравнительных Примеров, где продольная ось представляет выход железа (масс.%), и поперечная ось представляет C_св×X_{менее105}/O_FeO.

ФИГ. 2 представляет график, показывающий корреляцию между C_св×X_{менее105}/O_FeO и степенью пылеобразования (масс.%) каждого из Примеров и Сравнительных Примеров, где продольная ось представляет степень пылеобразования (масс.%), и поперечная ось представляет C_св×X_{менее105}/O_FeO.

ФИГ. 3 представляет распределение по диаметру частиц угля, используемого в Примере 3 (А-5), Сравнительном Примере 1 (А-1), и Сравнительном Примере 2 (А-4), где продольная ось представляет частотность (масс.%), и поперечная ось представляет диаметр частиц (мкм).

ФИГ. 4 представляет распределение по диаметру частиц угля, используемого в Примере 4 (А-7), Сравнительном Примере 3 (А-6), и Сравнительном Примере 4 (В-1), где продольная ось представляет частотность (масс.%), и поперечная ось представляет диаметр частиц (мкм).

ФИГ. 5 представляет распределение по диаметру частиц угля, используемого в Примере 1 (А-2), Примере 2 (А-3), Примере 7 (В-3), Примере 8 (В-4), и Сравнительном Примере 5 (В-2), где продольная ось представляет частотность (масс.%), и поперечная ось представляет диаметр частиц (мкм).

Описание вариантов осуществления изобретения

[0014] Для достижения вышеупомянутой цели авторы настоящего изобретения провели исследования взаимосвязи между количеством кислорода, содержащегося в оксиде железа в агломерате, и количеством и диаметром частиц углеродного восстановителя в агломерате. В результате стало ясно, что, когда количество углеродного восстановителя в агломерате является избыточным относительно количества кислорода, содержащегося в оксиде железа в агломерате, то есть, когда связанный углерод содержится в количестве, превышающем количество углерода, необходимого для восстановления оксида железа, восстановленное железо агрегируется в недостаточной степени, так что снижается выход восстановленного железа.

[0015] Традиционно предполагалось, что сообразно тому, как тонко измельчается углеродный восстановитель, увеличивается диаметр частиц полученного восстановленного железа. Однако было обнаружено, что, когда диаметр частиц углеродного восстановителя является малым, восстановленное железо с меньшей вероятностью агрегируется в достаточной мере, даже когда корректируется количество углеродного восстановителя. Как предполагается, это обусловлено тем, что в присутствии углеродного восстановителя, имеющего частицы малого диаметра между частицами оксида железа, восстановленное железо не может проникать между частицами оксида железа, затрудняя тем самым агрегирование восстановленного железа.

[0016] Таким образом, авторы настоящего изобретения повторили обстоятельные исследования взаимосвязи между диаметром частиц углеродного восстановителя, общим количеством связанного углерода, содержащегося в агломерате, и количеством кислорода, содержащегося в оксиде железа в агломерате. В результате авторы настоящего изобретения установили, что восстановленное железо более легко внедряется между частицами углеродного восстановителя, когда сокращается доля углеродного восстановителя, имеющего диаметр частиц 105 мкм или менее, что восстановленное железо легче агрегируется, когда снижается массовая доля в процентах общего количества связанного углерода, содержащегося в агломерате, и что выход восстановленного железа улучшается по мере того, как увеличивается количество кислорода, содержащегося в оксиде железа в агломерате, тем самым завершив показанное ниже настоящее изобретение.

[0017] Далее будет подробно описан способ изготовления восстановленного железа согласно настоящему изобретению.

[0018] Способ изготовления восстановленного железа согласно настоящему изобретению включает стадию, в которой готовят агломерат агломерированием смеси, включающей содержащий оксид железа материал и углеродный восстановитель (которая далее может называться «стадией агломерирования»), и стадию, в которой получают восстановленное железо нагреванием агломерата для восстановления оксида железа в агломерате (которая далее также может называться «стадией восстановления»). Кроме того, способ отличается тем, что удовлетворяется приведенное ниже Выражение (I), где O_FeO представляет массовую долю в процентах кислорода, содержащегося в оксиде железа в агломерате, C_св представляет массовую долю в процентах всего содержащегося в агломерате связанного углерода, и X_{менее105} представляет массовую долю в процентах частиц, имеющих диаметр частиц 105 мкм или менее, относительно совокупной массы частиц, составляющих углеродный восстановитель.

[0019] C_св×X_{менее105}/O_FeO≤51 (I)

[0020] Когда удовлетворяется Выражение (I), как приведенное выше, восстановленное железо легче проникает между частицами углеродного восстановителя, и восстановленное железо легче агрегируется. Это обеспечивает возможность слияния частиц восстановленного железа друг с другом, и может быть повышена скорость накопления более крупных частиц восстановленного железа, имеющих диаметр 3,35 мм или более. Левая сторона Выражения (I), как вышеуказанного, более предпочтительно составляет 45 или менее, еще более предпочтительно 40 или менее. Способ сделать левую сторону Выражения (I), как вышеуказанного, составляющей 51 или менее, не является конкретно ограниченным. Например, может быть снижена массовая доля в процентах C_св общего связанного углерода, содержащегося в агломерате; может быть повышена массовая доля в процентах O_FeO кислорода, содержащегося в оксиде железа в агломерате; может быть сокращена массовая доля в процентах X_{менее105} частиц, имеющих диаметр частиц 105 мкм или менее, среди частиц, составляющих углеродный восстановитель; или может быть использована комбинация этих способов. Кроме того, чтобы сделать левую сторону Выражения (I), как вышеуказанного, составляющей 51 или менее, количества смешиваемых содержащего оксид железа материала и углеродного восстановителя могут быть отрегулированы в соответствии с распределением по размеру частиц углеродного восстановителя.

[0021] «Массовая доля в процентах C_св общего связанного углерода, содержащегося в агломерате», в Выражении (I) рассчитывается по сумме массовой доли в процентах связанного углерода, содержащегося в углеродном восстановителе, и, когда содержится связующий материал, массовой доли в процентах связанного углерода, содержащегося в связующем материале. В качестве массовой доли в процентах связанного углерода, содержащегося в углеродном восстановителе, принимается значение, рассчитанное по методу расчета массовой доли связанного углерода, регламентированному в стандарте JIS M8812. Массовая доля в процентах связанного углерода, содержащегося в связующем материале, может быть рассчитана методом, подобным расчету связанного углерода, содержащегося в углеродном восстановителе.

[0022] «Массовая доля в процентах O_FeO кислорода, содержащегося в оксиде железа в агломерате», в Выражении (I) рассчитывается по сумме массовой доли в процентах кислорода, содержащегося в оксиде железа в содержащем оксид железа материале, и массовой доли в процентах кислорода, содержащегося в оксиде железа в золе среди компонентов углеродного восстановителя. Оксид железа в агломерате содержится в форме магнетита (Fe₃О₄) или гематита (Fe₂О₃), так что точно определяются их доли в содержании компонентов, и после этого преобразуются в массовые доли в процентах кислорода, содержащегося в соответствующих оксидах железа, на основе чего рассчитывается массовая доля в процентах кислорода, содержащегося в оксиде железа. В качестве доли золы, содержащейся в углеродном восстановителе, принимается значение, количественно определяемое методом количественного анализа золы, регламентированным в стандарте JIS M8812. В качестве доли оксида железа в золе принимается значение, количественно определяемое методом эмиссионной спектрофотометрии с высокочастотной индуктивно-связанной плазмой (ICP: индуктивно-связанная плазма).

[0023] «Массовая доля в процентах X_{менее105} частиц, имеющих диаметр частиц 105 мкм или менее, среди частиц, составляющих углеродный восстановитель», в Выражении (I) представляет собой значение, полученное измерением распределения по размеру частиц углеродного восстановителя с использованием прибора для измерения распределения частиц по размеру типа лазерной дифракции (Microtrack FRA9220 производства фирмы Leads and Northrup Co.), и расчетом масс.% множества диаметров частиц, имеющих среднеобъемный диаметр частиц 105 мкм или менее, относительно множества всех диаметров частиц. При измерении, выполняемом с помощью вышеуказанного измерительного прибора, рассчитывается значение объемной доли в процентах, но допускается, что объемная доля в процентах равна массовой доле в процентах.

[0024] Будет описана каждая из стадий, составляющих способ изготовления восстановленного железа согласно настоящему изобретению.

[0025] [Стадия агломерирования]

На стадии агломерирования смесь, включающую содержащий оксид железа материал и углеродный восстановитель, агломерируют для получения агломерата.

[0026] Смесь может быть получена смешением порошкообразных сырьевых материалов, таких как содержащий оксид железа материал и углеродный восстановитель, с использованием смесителя. К смеси могут быть дополнительно добавлены либо один, либо оба из регулятора температуры плавления и связующего материала.

[0027] Смеситель для получения смеси может быть любым из смесителей типа вращающейся емкости или типа неподвижной емкости. Смеситель типа вращающейся емкости может представлять собой, например, смеситель типа вращающегося цилиндрического барабана, смеситель типа двойного круглого конуса, или V-образный смеситель. Смеситель типа неподвижной емкости может быть, например, смесительным резервуаром, имеющим размещенную внутри вращающуюся лопасть, такую как лопатка.

[0028] <Агломерат>

Агломерат получают с использованием агломерационного устройства, которое производит агломерацию смеси. Агломерационное устройство, которое может быть использовано, может представлять собой, например, тарельчатый гранулятор, гранулятор барабанного типа, устройство для формования брикетов двухвалкового типа, или тому подобные. Форма агломерата не является конкретно ограниченной, и он может представлять собой, например, гранулу, брикет, окатыш или тому подобные. Способ формования агломерата, который может быть использован, может представлять собой гранулирование, брикетирование, экструзионное формование, или тому подобные.

[0029] Размер агломерата не является конкретно ограниченным, но агломерат предпочтительно имеет диаметр частиц 50 мм или менее, более предпочтительно диаметр частиц 40 мм или менее. Когда используют агломерат, имеющий такой диаметр частиц, может быть повышена эффективность гранулирования, и, более того, тепло может легко передаваться по всему агломерату во время нагревания. С другой стороны, агломерат предпочтительно имеет диаметр частиц 5 мм или более, более предпочтительно диаметр частиц 10 мм или более. При таком диаметре облегчается обращение с агломератом.

[0030] <Содержащий оксид железа материал>

Содержащий оксид железа материал содержит оксид железа, такой как магнетит (Fe₃О₄) и гематит (Fe₂О₃), и образует восстановленное железо, будучи нагреваемым вместе с углеродным восстановителем на проводимой позже стадии нагревания. Значение O_FeO в Выражении (I) (массовая доля в процентах кислорода, содержащегося в оксиде железа в агломерате) может быть скорректирована увеличением или уменьшением доли содержащего оксид железа материала. Такой содержащий оксид железа материал, который может быть использован, может представлять собой, например, железную руду, железистый песчаник, образованную при производстве стали пыль, остатки после выплавки цветных металлов, отходы сталеплавильного производства, или тому подобные. В качестве железной руды предпочтительным является применение, например, гематитовой руды, добываемой в Австралии или в Индии.

[0031] Содержащий оксид железа материал предпочтительно заранее измельчают перед смешением, и более предпочтительно измельчают так, чтобы средний диаметр частиц составлял от 10 до 60 мкм. Способ измельчения содержащего оксид железа материала не является конкретно ограниченным, и могут быть применены известные устройства, такие как вибрационная мельница, валковая дробилка, или шаровая мельница.

[0032] <Углеродный восстановитель>

Углеродный восстановитель восстанавливает оксид железа, находящийся в содержащем оксид железа материале, и добавляется для введения связанного углерода в агломерат. Значение C_св в Выражении (I) (массовая доля в процентах общего связанного углерода, содержащегося в агломерате) может быть отрегулирована для повышения или снижения доли углеродного восстановителя. Углеродный восстановитель, который может быть использован, может представлять собой, например, уголь, кокс, образованную при производстве стали пыль, или тому подобные.

[0033] Углеродный восстановитель предпочтительно добавляют так, чтобы атомно-молярное отношение (O_FeO/C_св) атомов кислорода O_FeO, содержащихся в оксиде железа в агломерате, относительно общего связанного углерода C_св, содержащегося в агломерате, могло составлять от 0,8 или более до 2 или менее. Нижний предел отношения O_FeO/C_св предпочтительно составляет 0,9 или более, более предпочтительно 1,0 или более, и еще более предпочтительно 1,1 или более. Верхний предел отношения O_FeO/C_св предпочтительно составляет 1,8 или менее, более предпочтительно 1,7 или менее. Когда количество добавленного углеродного восстановителя велико, снижается прочность агломерата перед нагреванием, и ухудшается пригодность к обработке. С другой стороны, когда количество добавленного углеродного восстановителя мало, восстановление оксида железа становится недостаточным, и снижается выход восстановленного железа. Здесь выход восстановленного железа подразумевает массовое отношение восстановленного железа, имеющего диаметр 3,35 мм или более, к общей массе железа, содержащегося в агломерате, и рассчитывается согласно формуле [(масса восстановленного железа, имеющего диаметр 3,35 мм или более/общая масса железа, содержащегося в агломерате)×100].

[0034] Верхний предел среднего диаметра частиц углеродного восстановителя предпочтительно составляет 1000 мкм или менее, более предпочтительно 700 мкм или менее, и еще более предпочтительно 500 мкм или менее. Когда средний диаметр частиц составляет 1000 мкм или менее, может быть обеспечена возможность равномерного протекания восстановления оксида железа, содержащегося в содержащем оксид железа материале. Нижний предел среднего диаметра частиц предпочтительно составляет 100 мкм или более, более предпочтительно 150 мкм или более, и еще более предпочтительно 200 мкм. Средний диаметр частиц означает диаметр частиц в 50% объема.

[0035] Для частиц в углеродном восстановителе, имеющих диаметр частиц 710 мкм или более, применяют значение, полученное измерением распределения частиц по размеру с использованием стандартного сита, регламентированного в стандарте JIS. Для частиц, имеющих диаметр частиц менее 710 мкм, применяют значение, полученное измерением с использованием прибора для измерения распределения частиц по размеру типа лазерной дифракции (Microtrack FRA9220 производства фирмы Leads and Northrup Co.).

[0036] Обычно считалось, что средний размер частиц углеродного восстановителя влияет на производительность получения восстановленного железа. Однако авторы настоящего изобретения установили, что на производительность получения восстановленного железа скорее влияет распределение частиц по диаметру, нежели средний размер частиц углеродного восстановителя. Другими словами, авторы настоящего изобретения обнаружили, что является ли средний размер частиц углеродного восстановителя большим или малым, это не оказывает существенного влияния на выход восстановленного железа, но, скорее, выход восстановленного железа улучшается при сокращении доли частиц, имеющих диаметр частиц 105 мкм или менее, содержащихся в углеродном восстановителе. Авторы настоящего изобретения полагают, что это обусловливается тем, что углеродный восстановитель, сформированный из частиц, имеющих диаметр частиц 105 мкм или менее, заполняет промежутки между частицами углеродного восстановителя, и соответственно этому восстановленное железо с меньшей вероятностью агрегируется до более крупного размера 3,35 мм или более.

[0037] По этой причине массовая доля в процентах X_{менее105} частиц, имеющих диаметр частиц 105 мкм или менее, относительно общей массы частиц, формирующих углеродный восстановитель, предпочтительно составляет 65 масс.% или менее, более предпочтительно 50 масс.% или менее, и еще более предпочтительно 25 масс.% или менее. С другой стороны, X_{менее105} предпочтительно составляет 1 масс.% или более, более предпочтительно 3 масс.% или более, и еще более предпочтительно 5 масс.% или более. Распределение по диаметру частиц углеродного восстановителя может быть получено с использованием того же измерительного прибора, как устройство, используемое для измерения среднего диаметра частиц в нем.

[0038] Кроме того, массовая доля в процентах Х_120-150 частиц, имеющих диаметр частиц от 120 мкм или более до 250 мкм или менее, относительно общей массы частиц, составляющих углеродный восстановитель, предпочтительно составляет от 30 масс.% или более до 80 масс.% или менее. Когда частицы, имеющие вышеуказанный диаметр частиц, содержатся с вышеуказанной массовой процентной долей, между частицами углеродного восстановителя образуются надлежащие полости. Кроме того, восстановленное железо течет в эти полости, и его капельки агрегируются друг с другом, благодаря чему может быть получено более крупнозернистое восстановленное железо. Когда возрастает массовая доля в процентах частиц, имеющих диаметр частиц, превышающий 250 мкм, агломераты формируются хуже. Когда увеличивается доля частиц, имеющих диаметр частиц менее 120 мкм, восстановленное железо проявляет тенденцию становиться более тонкодисперсным. Доля Х_120-150 предпочтительно составляет 45 масс.% или более, более предпочтительно 50 масс.% или более. Кроме того, доля Х_120-150 предпочтительно составляет 75 масс.% или менее.

[0039] <Регулятор температуры плавления>

Регулятор температуры плавления представляет собой компонент, который исполняет функцию снижения температуры плавления пустой породы в содержащем оксид железа материале, и температуру плавления золы в углеродном восстановителе. Когда примешивают такой регулятор температуры плавления, пустая порода расплавляется с образованием расплавленного шлака во время нагревания. Часть оксида железа растворяется в этом расплавленном шлаке и восстанавливается в расплавленном шлаке с образованием металлического железа. Это металлическое железо, в состоянии твердого материала как есть, приходит в контакт с восстановленным металлическим железом и агрегируется как твердое металлическое железо.

[0040] Регулятор температуры плавления, который может быть использован, может представлять собой, например, материал-источник СаО, материал-источник MgО, материал-источник SiО₂, или тому подобные. Материалом-источником СаО, который может быть использован, могут быть один или более материалов, выбранных из группы, состоящей из СаО (негашеная известь), Са(ОН)₂ (гашеная известь), СаСО₃ (известняк), и CaMg(CO₃)₂ (доломит). Материалом-источником MgО может быть, например, порошок MgО, содержащий Mg материал, выделенный из природной руды, морской воды, или тому подобного, MgСО₃, или тому подобные. Материалом-источником SiО₂ могут быть, например, порошок SiО₂, кварцевый песок, или тому подобные.

[0041] Регулятор температуры плавления предпочтительно измельчают заранее перед примешиванием. Регулятор температуры плавления предпочтительно измельчают так, чтобы он имел средний диаметр частиц от 5 мкм или более до 90 мкм или менее. Способ измельчения, который может быть использован здесь, может быть способом, подобным применяемому для содержащего оксид железа материала.

[0042] <Связующий материал>

Связующий материал, который может быть использован, может представлять собой, например, полисахарид, такой как крахмал, например, кукурузный крахмал, или пшеничную муку.

[0043] [Стадия нагревания]

В стадии нагревания нагревают агломерат, полученный на стадии агломерации, для получения тем самым восстановленного железа.

[0044] На стадии нагревания предпочтительным является нагревание агломерата до температуры от 1300°С или выше до 1500°С или ниже, загрузкой агломерата в нагревательную печь и нагреванием внутри печи. Когда температура нагревания составляет 1300°С или выше, металлическое железо легко расплавляется, повышая тем самым производительность. Когда температура нагревания составляет 1500°С или ниже, предотвращается возрастание температуры отходящего газа, тем самым могут быть снижены расходы на оборудование для обработки отходящего газа.

[0045] Перед загрузкой агломерата в нагревательную печь предпочтительным является защита пода распределением по поду покровного слоя. Покровный слой может быть, например, углеродсодержащим материалом, огнеупорным керамическим материалом, жаростойкими частицами, или материалами, применяемыми в вышеописанном углеродном восстановителе. Составляющий покровный слой материал, который может быть здесь использован, предпочтительно имеет диаметр частиц от 0,5 мм или более до 3 мм или менее. Когда диаметр частиц составляет 0,5 мм или более, может быть предотвращено разбрасывание покровного слоя, обусловленное продуктами горения газовой горелки в печи. Когда диаметр частиц составляет 3 мм или менее, агломерат или расплавленный продукт его меньше склонен проникать в покровный слой.

[0046] В качестве нагревательной печи предпочтительно используют электрическую печь или нагревательную печь типа с подвижным подом. Нагревательная печь типа с подвижным подом представляет собой нагревательную печь, в которой под перемещается как конвейерная лента в печи, и может представлять собой, например, печь с вращающимся подом, туннельную печь, или тому подобную.

[0047] В печи с вращающимся подом, под сформирован с таким внешним видом, что имеет круговую форму или тороидальную форму, таким образом, что начальная точка и конечная точка пода расположены в одном и том же положении. Оксид железа, содержащийся в агломератах, которые загружены на под, восстанавливается при нагревании с образованием восстановленного железа, пока агломераты совершают круговое перемещение в печи. Таким образом, печь с вращающимся подом оборудована загрузочным устройством для подачи агломератов в печь на конце выше по потоку по направлению вращения, и разгрузочным устройством на конце ниже по потоку по направлению вращения. Здесь, поскольку печь с вращающимся подом имеет вращающуюся конструкцию, разгрузочное устройство размещается непосредственно выше по потоку относительно загрузочного устройства. Туннельная печь имеет отношение к нагревательной печи, в которой под перемещается линейно в печи.

[0048] [Прочее]

Гранулированное металлическое железо (гранулированный чугун), полученное в вышеуказанной стадии гранулирования, выгружают из печи вместе со шлаком, образовавшимся в качестве побочного продукта, покровным слоем, который распределен сообразно необходимости, и тому подобным. Выведенное тем самым гранулированное металлическое железо может отсортировано с использованием сита или магнитного сепаратора, в результате чего может быть собрано восстановленное железо с желательным размером. Вышеуказанным путем может быть изготовлено восстановленное железо.

[0049] Описанный выше способ получения восстановленного железа согласно настоящему изобретению имеет высокую производительность изготовления восстановленного железа.

[0050] В настоящем изобретении, поскольку удовлетворяется Выражение (I), как вышеуказанное, массовая доля в процентах O_FeO кислорода, содержащегося в оксиде железа в агломерате, массовая доля в процентах C_св общего связанного углерода, содержащегося в агломерате, и массовая доля в процентах X_{менее105} частиц, имеющих диаметр частиц 105 мкм или менее, находятся в надлежащих соотношениях, в результате чего может быть улучшен выход восстановленного железа, и может быть повышена производительность получения восстановленного железа.

[0051] В настоящем изобретении, когда X_{менее105} составляет от 1 масс.% или более до 65 масс.% или менее, восстановленное железо легко проникает между частицами углеродного восстановителя, и может стимулироваться агрегирование восстановленного железа.

[0052] В настоящем изобретении, когда массовая доля в процентах частиц, имеющих диаметр частиц от 120 мкм или более до 250 мкм или менее, относительно общей массы частиц, формирующих углеродный восстановитель, составляет от 30 масс.% или более до 80 масс.% или менее, может быть эффективно восстановлен оксид железа в содержащем оксид железа материале, и к тому же восстановленное железо легко агрегируется между собой до крупного размера.

Примеры

[0053] Далее настоящее изобретение будет описано более подробно с помощью Примеров, но настоящее изобретение не ограничивается этими Примерами.

[0054] (Примеры 1-8 и Сравнительные Примеры 1-5)

Смесь приготовили смешением железной руды (содержащего оксид железа материала), угля (углеродного восстановителя), известняка (регулятора температуры плавления) и пшеничной муки (связующего материала) при смесевых соотношениях, показанных в Таблице 1. В качестве угля использовали одиннадцать типов (от А-1 до А-7 и от В-1 до В-4), имеющих различные распределения частиц по размерам и составы, как показано в приведенных далее Таблицах 2 и 3. В смесь добавили надлежащее количество воды, и сырые гранулы (агломераты), имеющие размер ø19 мм, были гранулированы с использованием гранулятора типа устройства для измельчения шин. Эти сырые гранулы высушили нагреванием при температуре 180°С в течение одного часа с использованием сушилки, чтобы получить высушенные гранулы.

[0055] Затем, чтобы защитить под нагревательной печи, углеродный материал (антрацит), имеющий максимальный диаметр частиц 2 мм или менее, разместили на поде нагревательной печи, и высушенные гранулы поместили на углеродный материал. Далее, внутреннее пространство нагревательной печи нагрели до температуры 1450°С в течение 11,5 минут, в то время как газовую смесь, содержащую 40 об.% газообразного азота и 60 об.% газообразного диоксида углерода, вводили в нагревательную печь при величине расхода потока газа 220 норм.л/мин, чтобы восстанавливать оксид железа с образованием нагретых гранул. Здесь было подтверждено, что значения выхода и степени пылеобразования, упоминаемых позже, не изменяются, даже когда изменяли компонент и расход потока газовой смеси, которую вводили в нагревательную печь.

[0056] После этого нагретые гранулы извлекли из нагревательной печи и подвергли магнитной сепарации, нагретые гранулы просеяли с использованием сита, имеющего отверстия с размером 3,35 мм, чтобы собрать восстановленное железо, имеющее размер 3,35 мм или более в диаметре.

[0057] [Таблица 1]

[0058] «Массовая доля в процентах C_св общего количества связанного углерода» в Таблице 1 представляет общую массу в процентах (%) связанного углерода, содержащегося в углеродном восстановителе и в связующем материале в гранулах. В качестве связанного углерода, содержащегося в углеродном восстановителе и в связующем материале, было принято значение, рассчитанное по методу расчета массовой доли связанного углерода, определенному в стандарте JIS M8812.

[0059] «Количество кислорода O_FeO в оксиде железа» в Таблице 1 представляет общую массу в процентах (%) из массовой доли в процентах кислорода, содержащегося в оксиде железа в содержащем оксид железа материале, и массовой доли в процентах кислорода, содержащегося в оксиде железа в золе среди компонентов углеродного восстановителя. Массовая доля в процентах кислорода, содержащегося в оксиде железа в содержащем оксид железа материале, была рассчитана по сумме массовых долей в процентах кислорода, содержащегося в магнетите (Fe₃О₄) и гематите (Fe₂О₃) в содержащем оксид железа материале. Подробности метода расчета будут описаны позже. Доля золы, содержащейся в углеродном восстановителе, была количественно определена методом количественного анализа золы, регламентированным в стандарте JIS M8812

[0060] «Массовая доля в процентах (%) X_{менее105} для 105 мкм или менее» в Таблице 1 представляет массовую долю в процентах (%) частиц, имеющих диаметр частиц 105 мкм или менее, относительно общей массы частиц, составляющих углеродный восстановитель. Эта массовая доля в процентах была рассчитана измерением распределения по размеру частиц, составляющих углеродный восстановитель, с использованием прибора для измерения распределения частиц по размеру типа лазерной дифракции (Microtrack FRA9220 производства фирмы Leads and Northrup Co.).

[0061] «Массовая доля (%) Х_120-150 для величин от 120 до 250 мкм» в Таблице 1 представляет массовую долю в процентах (%) частиц, имеющих диаметр частиц от 120 до 250 мкм, относительно общей массы частиц, составляющих углеродный восстановитель. Эта массовая доля в процентах была рассчитана измерением с использованием вышеуказанного прибора для измерения распределения частиц по размеру типа лазерной дифракции.

[0062] «Выражение (I) C_св×X_{менее105}/O_FeO» в Таблице 1 представляет значение, рассчитанное подставлением в Выражение (I) массовой доли в процентах C_св общего количества связанного углерода, массовой доли в процентах O_FeO кислорода, содержащегося в оксиде железа, и X_{менее105}, соответственно.

[0063] «Выход железа» в Таблице 1 представляет массовое отношение восстановленного железа на сите относительно общей массы железа в гранулах, загруженных в нагревательную печь, и представляет значение, рассчитанное согласно приведенному ниже выражению следующим образом. Показано, что чем выше выход железа, тем выше производительность.

[0064] Выход (%)=((масса восстановленного железа на сите)/(общая масса железа в гранулах, загруженных в нагревательную печь))×100

[0065] «Степень пылеобразования» в Таблице 1 представляет массовую долю тонкого железного порошка, который не удерживается на сите, относительно общей массы железа в гранулах, которые были загружены в нагревательную печь, и представляет значение, рассчитанное согласно нижеследующему выражению. Показано, что чем ниже степень пылеобразования, тем выше производительность.

[0066] Степень пылеобразования (%)=(((общая масса железа в гранулах, загруженных в нагревательную печь)-(масса тонкого железного порошка в восстановленном железе на сите))/(общая масса железа в гранулах, загруженных в нагревательную печь))×100

[0067] ФИГ. 1 представляет график, показывающий корреляцию между C_св×X_{менее105}/O_FeO и выходом (масс.%) каждого из Примеров и Сравнительных Примеров, и ФИГ. 2 представляет график, показывающий корреляцию между C_св×X_{менее105}/O_FeO и степенью пылеобразования (масс.%) каждого из Примеров и Сравнительных Примеров.

[0068] Из результатов, показанных в ФИГУРАХ 1 и 2 и в Таблице 1, будет понятно, что в способе изготовления Примеров 1-8, в которых значение левой стороны Выражения (I) составляет 51 или менее, выход железа составляет 90 масс.% или более, и степень пылеобразования составляет 10 масс.% или менее. Напротив, в способе изготовления Сравнительных Примеров 1-5, в которых значение левой стороны Выражения (I) превышает 51, выход железа составляет менее 80 масс.%, и степень пылеобразования превышает 20 масс.%. Из этих результатов стало ясно, что восстановленное железо может быть изготовлено с высокой производительностью, когда значение левой стороны Выражения (I) отрегулировано на 51 или менее, тем самым показывая преимущественный эффект настоящего изобретения.

[0069] ФИГУРЫ 3-5 представляют графики распределения по размеру частиц угля в примерах от А-1 до А-7 и от В-1 до В-4. ФИГ. 3 показывает распределение по диаметру частиц угля, в котором распределение по диаметру частиц угля допускает два максимума. ФИГ. 4 показывает распределение по диаметру частиц угля, в котором формы перегиба кривых распределения частиц по диаметру подобны, хотя средний диаметр частиц отличается. ФИГ. 5 показывает распределение по диаметру частиц угля, в котором распределение по диаметру частиц угля имеет вид кривой с одним максимумом. Как показано в ФИГУРАХ 3-5, будет понятно, что имеет место ситуация, в которой производительность получения восстановленного железа является высокой, и ситуация, в которой производительность получения восстановленного железа является низкой, независимо от того, имеет ли форма кривой распределения частиц по диаметру один максимум или два максимума. Этим было показано, что скорее важна массовая доля в процентах частиц, имеющих диаметр частиц 105 мкм или менее, относительно общей массы частиц, составляющих углеродный восстановитель, нежели то, имеет ли форма кривой распределения частиц по диаметру один максимум или два максимума.

[0070] Здесь описанное ниже использовали в качестве сырьевых материалов, содержащихся в агломерате в Таблице 1.

[0071] <Железная руда (содержащий оксид железа материал)>

В качестве содержащего оксид железа материала использовали железную руду на основе гематита, имеющую компонентный состав, содержащий 62,52 масс.% железа (T.Fe (общее количество Fe)), 1,51 масс.% FeО, 5,98 масс.% SiО₂, 0,82 масс.% Al₂О₃, 0,10 масс.% СаО, и 0,07 масс.% MgО. В отношении содержания вышеуказанного T.Fe и FeО, было принято значение, количественно определенное методом титрования бихроматом калия.

[0072] Поскольку содержащий оксид железа материал представляло собой железную руду на основе гематита, было принято допущение, что FeО в числе железа (T.Fe), содержащегося в содержащем оксид железа материале, присутствовал как магнетит (Fe₃О₄), и другое железо присутствовало как гематит (Fe₂О₃). На основе этого допущения значение масс.% магнетита (Fe₃О₄) и гематита (Fe₂О₃) рассчитали по следующим расчетным формулам.

[0073] Количество магнетита (Fe₃О₄)=(значение FeО по анализу)/(молекулярная масса FeО)×(молекулярная масса Fe₃О₄)

Количество гематита (Fe₂О₃)=(значение T.Fe по анализу)-(количество Fe₃О₄/молекулярная масса Fe₃О₄×атомная масса железа×3))/(атомная масса железа×2)×(молекулярная масса Fe₂О₃)

Количество кислорода (O_FeO), содержащегося в оксиде железа=количество Fe₂О₃×атомная масса кислорода×3+количество Fe₃О₄× атомная масса кислорода×4

[0074] Согласно вышеуказанному расчету, оксид железа содержал 84,35 масс.% гематита (Fe₂О₃) и 4,87 масс.% магнетита (Fe₃О₄), и массовая доля в процентах (O_FeO) кислорода, содержащегося в этих оксидах железа, была рассчитана составляющей 26,7 масс.%.

[0075] <Уголь (углеродный восстановитель)>

В качестве углеродного восстановителя использовали одиннадцать типов угля (от А-1 до А-7 и от В-1 до В-4), имеющих различные распределения частиц по размеру и составы. Распределение частиц по размеру и состав каждого угля показаны в Таблицах 2 и 3.

[0076] [Таблица 2]

[0077] [Таблица 3]

[0078] Таблица 2 показывает частотность (масс.%) в отношении каждого диаметра (мкм) частиц, содержащихся в углях от А-1 до А-7 и от В-1 до В-4, измеренных в следующих условиях измерения с использованием прибора для измерения распределения частиц по размеру типа лазерной дифракции (Microtrack FRA9220 производства фирмы Leads and Northrup Co.). Здесь методом лазерной дифракции распределение частиц по размеру было измерено в об.%, но предполагается, что об.% равен масс.%.

[0079] <Условия измерения>

Метод измерения: лазерная дифракция/тип рассеяния

Диапазон измерения: от 0,12 до 710 мкм

Растворитель: чистая вода

[0080] «Связанный углерод (С_carbon)», «летучий компонент» и «зола» в Таблице 3 имеют отношение к значениям, полученным количественной оценкой связанного углерода, летучего компонента и распределения в угле методом расчета массовой доли связанного углерода, методом количественного анализа летучего компонента и методом количественного определения золы, регламентированными стандартом JIS M 8812. Связанный углерод (С_carbon) рассчитывали вычитанием массы золы и летучего компонента из общего количества (100).

[0081] Иные компоненты, нежели S (Fe₂О₃, SiО₂, СаО, Al₂О₃, MgО) в компонентном составе «золы» в Таблице 3 количественно определяли методом эмиссионной спектрофотометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP), и S количественно анализировали методом поглощения инфракрасного излучения продуктами сгорания. Здесь «общий углерод (Т.С)» в Таблице 3 количественно определяли с использованием также метода поглощения инфракрасного излучения продуктами сгорания.

[0082] «Кислород, содержащийся в оксиде железа в угле» в Таблице 3 представляет значение, рассчитанное согласно отношению (значение золы по анализу)×(значение Fe₂О₃ по анализу в золе)/100/(молекулярная масса Fe₂О₃)×атомная масса кислорода×3.

[0083] <Известняк (Регулятор температуры плавления>

В качестве Регулятора температуры плавления использовали известняк, имеющий компонентный состав, содержащий 0,23 масс.% SiО₂, 57,01 масс.% СаО, 0,16 масс.% Al₂О₃, и 0,17 масс.% MgО. Здесь компонентный состав регулятора температуры плавления количественно определяли методом, идентичным методу для вышеуказанного углеродного восстановителя.

[0084] <Пшеничная мука (связующий материал)>

В качестве связующего материала использовали пшеничную муку, имеющую компонентный состав, содержащий 71,77 масс.% общего углерода, 9,32 масс.% связанного углерода, 90,02 масс.% летучего компонента, и 0,66 масс.% золы. Здесь компонентный состав пшеничной муки количественно определяли методом, идентичным методу для вышеуказанного углеродного восстановителя.

[0085] Должно быть понятно, что раскрытые здесь варианты осуществления являются иллюстративными во всех отношениях, и не являются ограничивающими. Область настоящего изобретения показана не приведенными выше описаниями, но объемом пунктов формулы изобретения, и предполагается, что все модификации, эквивалентные пунктам формулы изобретения или находящиеся в пределах пунктов формулы изобретения, включены в объем настоящего изобретения.

Реферат

Изобретение относится к способу изготовления восстановленного железа. Осуществляют изготовление агломерата агломерированием смеси, включающей содержащий оксид железа материал и углеродный восстановитель, и получают восстановленное железо нагреванием агломерата для восстановления оксида железа в агломерате. При этом C×X/O≤51, где Oпредставляет массовую долю в процентах кислорода, содержащегося в оксиде железа в агломерате, Cпредставляет массовую долю в процентах всего содержащегося в агломерате связанного углерода и Xпредставляет массовую долю в процентах частиц, имеющих диаметр частиц 105 мкм или менее, относительно общей массы частиц, составляющих углеродный восстановитель. Изобретение обеспечивает повышение выхода восстановленного железа. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.

Формула