还原金属制造设备以及还原金属的制造方法

具体实施方式

下面，参照图1～图11，以还原铁制造设备为例对本发明实施例进行说明。

本发明的还原铁制造设备使用的是图7A，图7B中所示的蓄热式燃烧炉。蓄热式燃烧炉2有2个吸排气部(2a，2b)。首先，如图7A所示的状态，一侧的吸排气部2a是燃料与燃烧用空气由燃料管路3，经燃料切换阀5a通过蓄热体7a然后进行燃烧，作为燃烧侧使用。另一侧的吸排气部2b，在吸排气部2a的燃烧一侧吸入已加热空气或燃烧气体等的高温气体，通过蓄热体7b，经排气切换阀6b从排气管4b向外部排出气体。这时，高温气体的显热积蓄在蓄热体7b中。处于这种状态时，燃料切换阀5b，排气切换阀6a关闭。然后，经过一段时间，切换至图7B的状态，另一侧的吸排气部2b是燃料与燃烧用空气由燃料管路3，经燃料切换阀5b通过蓄热体7b然后进行燃烧，作为燃烧侧使用。另一侧的吸排气部2a，在吸排气部2b的燃烧一侧吸入已加热空气或燃烧气体等高温气体，通过蓄热体7a，经排气切换阀6a从排气管4a向外部排出气体。这时，利用蓄热体7b积蓄的热量加热燃料和燃烧用空气，同时将高温气体的显热积蓄在蓄热体7b中。处于这种状态时，燃料切换阀5a，排气切换阀6b关闭。然后，经过一段时间，再次切换至图7A的状态。依这样反复进行利用高温气体的显热提高热效率。

使用上述的蓄热式燃烧炉用于与本发明有关的实施例1出示在图1中。本发明的还原铁制造设备使用的是移动炉床炉的旋转炉床炉。原料为将含金属氧化材料的氧化铁材料与含碳还原材料预先进行混合，必要时要添加粘合剂制成粒状或球状的内装碳材块状料1。将这种内装碳材块状料1从块状料装入部10装入，必要时要用未出示在图中的搅拌机搅匀。然后，块状料自床炉8上块状料装入部10向作为还原金属排出部的还原铁排出部11移动，在这之间的还原工序中进行还原制成还原铁。

在炉内，通过自块状料装入部10至还原铁排出部11之间设置的蓄热式燃烧炉2的燃烧一侧的吸排气部可加热至最高温度为1350℃到1400℃左右，炉床旋转1周之间可按规定的金属化率加热还原，从还原铁排出部11将还原铁排出炉外。

炉内气体，自块状料装入部10至还原铁排出部11之间设置的气体排出部12排出，同时也可自蓄热式燃烧炉2的排气一侧的吸排气部排出。

这样，通过使用蓄热式燃烧炉2，使其吸排气部(2a，2b)作为燃烧一侧的吸排气部和排气一侧的吸排气部交互地反复进行燃烧和排气(蓄热)，通过蓄热体对燃料以及燃烧用空气进行预热来提高热效率。

当内装碳材块状料1自装入装置装入时，由于炉内的高温气体使其温度急剧上升。这时，内装碳材块状料1中含有的挥发性成分进行挥发。如图3所示，若内装碳材块状料1的表面温度超过1250℃，则内装碳材块状料1的原料中含有的具有代表性挥发性物质锌(Zn)开始急剧挥发。如含有这种挥发性物质的气体从蓄热式燃烧炉2的排气一侧排出，挥发物就会附着在蓄热体上使蓄热体堵塞，蓄热体的蓄热性能就会下降。所以，本发明中使用的蓄热式燃烧炉2设置在还原工序的前半部，内装碳材块状料中的挥发性物质没有挥发的区域，即设置在所述表面温度为1250℃以下的区域是理想的。

而且，在本发明中可将气体排出部12设置在设有蓄热式燃烧炉2的内装碳材块状料1的表面温度在1250℃以下区域的后方处。由于气体排出部12设置在这个位置上，自表面温度上升至1250℃以上内装碳材块状料1中挥发的挥发性物质不会自发生部向前流动，而是要使它从气体排出部12排出，因此，含有挥发物的气体就不会从设置在还原工程前半部的蓄热式燃烧炉2排出。所以，蓄热式燃烧炉2的蓄热体就不会被挥发物附着，就不会由于蓄热体的劣化或堵塞而引起的蓄热性能下降。而且，使炉内气体向排出部12流动，可防止粉尘向蓄热式燃烧炉2流动，蓄热式燃烧炉2就不会吸入粉尘，也就不会有由于粉尘附着在蓄热体上而引起蓄热体劣化或堵塞使蓄热性能下降。

本发明的实施例2出示在图2中。如图2所示，本发明将蓄热式燃烧炉2设置在还原工程后半部。随着还原的进行，自内装碳材块状料1内部会产生含有大量CO的气体。这种气体与内装碳材块状料1中含有的氧化铁的成分在内部还原形成还原铁并产生CO₂，其余CO气体析出内装碳材块状料1的表面，防止还原铁的再氧化。特别是，在还原工序的后半部，随着还原的完成析出在内装碳材块状料1表面的CO慢慢减少。因此，为了维持内装碳材块状料和炉内的气体的温度，就要将炉上部的蓄热式燃烧炉2的燃烧一侧28朝下设置，这样在内装碳材块状料1周围立刻布满氧化气体而导致再氧化。而且，还原性气体会被就在蓄热式燃烧炉2旁边的蓄热式燃烧炉2的排气一侧2b吸入。为此，在本发明中，如图5所示，设置蓄热式燃烧炉2相对于炉床基本保持水平或略微向上。这样蓄热式燃烧炉2的燃烧一侧2a处的燃烧气体不会破坏内装碳材块状料1周围的气体，所以不会发生还原铁的再氧化，在维持高金属化率的同时防止可燃性还原气体被蓄热式燃烧炉2的排气一侧2b吸入。

另外，如图6A所示，本发明使蓄热式燃烧炉2的燃烧一侧2a处的燃烧气体成为含有大量氧的氧化性气体。这样，可使在还原工序产生的可燃性还原气体燃烧，保持如图6B所示的在内装碳材块状料1周围的还原气体和在蓄热式燃烧炉2周围的氧化气体。以此防止由内装碳材块状料1还原形成的还原铁再氧化，并防止蓄热式燃烧炉2的排气一侧2b吸入还原可燃性的还原气体，同时在炉内有效地利用还原气体可以维持炉内温度，降低能源成本。

与使蓄热式燃烧炉2的燃烧气体成为含有大量氧的氧化性气体相反，虽在图中没有出示，但最好向内装碳材块状料1的上方和蓄热式燃烧炉2的下方吹入空气或氧气，这时，吹入空气或氧气的方向，最理想为与炉床基本保持水平或略微向上。这样，使蓄热式燃烧炉2的燃烧气体成为具有过剩的多氧的氧化气体，所以不会有燃烧不安定现象，可有效地使还原工序中产生的可燃性还原气体燃烧，氧化性气体也不会直接与内装碳材块状料表面接触，内装碳材块状料周围的气体也不会被破坏，因此可防止已还原的内装碳材块状料的再氧化，维持高金属化率等得到与上述同样的效果。

另外，在还原工程的后半部中的内装碳材块状料1中不含有只保持还原环境碳成分时，在还原工程的后半部向已成为还原铁的内装碳材块状料1吹入烃类气体(CnHn)也可防止还原铁的再氧化。这时，是使蓄热式燃烧炉2的燃烧气体成为富氧的氧化性气体，或是吹入空气或氧气使烃类气体也与还原气体一起燃烧，得到与上述同样的效果。

并且，如图2所示，本发明将炉内气体排出的气体排出部12设置在还原工序后半部之前是理想的。例如把气体排出部12设置在设有蓄热式燃烧炉2的还原工程的后半部时，不只是蓄热式燃烧炉2的燃烧气体，内装碳材块状料1周围的可燃性气体也都由气体排出部12流出。这样，可燃性气体就有可能被蓄热式燃烧炉2的排出一侧2b吸入，同时，发生还原铁的再氧化。但是，若将气体排出部12设置在还原工序后半部之前，内装碳材块状料1周围的可燃性气体从内装碳材块状料1周围流过向气体排出部12流出。这样可燃性气体自气体排出部12排出之前可得到充分燃烧，也可有效地利用。而且由于在气体排出部12周围没有设置蓄热式燃烧炉2，就不会吸入蓄热式燃烧炉2排出一侧2b的可燃性气体，也不发生还原铁的再氧化。

在还原工序后半部，前述内装碳材块状料1中含有的挥发性物质(Zn等)几乎全部气化，毫无问题地自所述气体排出部12排出。

本发明所使用的蓄热式燃烧炉2的设置数量根据还原铁制造规模，处理量和蓄热式燃烧炉2的热输出力等设计条件确定适当个数。图1是将蓄热式燃烧炉2设置在还原工序前半部，图2是将蓄热式燃烧炉2设置在还原工序后半部，也可如图8所示将蓄热式燃烧炉2设置在还原工序前半部和后半部两侧。另外，如图1，2所示将蓄热式燃烧炉2只设置在还原工序前半部或后半部时，应分别在还原工序后半部或前半部使用图中未出示的其他形式的燃烧炉。而且，如图8所示的将蓄热式燃烧炉2设置在还原工序前半部和后半部两侧的情况下，只用蓄热式燃烧炉无法维持炉内温度时也可使用蓄热式燃烧炉2以外的其他形式的燃烧炉。

设置多数蓄热式燃烧炉时，可以由至少使氧化性气体与燃料燃烧的第1蓄热式燃烧炉和利用所述移动床式还原炉的可燃性气体至少使氧化性气体燃烧的第2蓄热式燃烧炉组合，第2蓄热式燃烧炉应设置在第1蓄热式燃烧炉下侧(第1蓄热式燃烧炉与炉床之间)，即将蓄热式燃烧炉上下两方多段设置。这时，内装碳材块状料内部产生的还原性气体(可燃性气体)可在该内装碳材块状料周围高效率地燃烧。所以，既提高了向该内装碳材块状料传热的效果，又促进了该内装碳材块状料的加热和还原反应，特别是在需要快速加热的还原工序前半部更为有效。另一方面，若在还原工序后半部的燃烧炉设置的太靠下侧，还原铁也有可能再氧化，所以，后半部的第2蓄热式燃烧炉最好设置的与第1蓄热式燃烧炉同样高度或在稍高的位置。而且，第1蓄热式燃烧炉可采用蓄热式燃烧炉以外的其他形式的燃烧炉，例如气体燃烧炉，重油燃烧炉，微粉碳吹入式燃烧炉等。而第1与第2蓄热式燃烧炉的位置关系最好是第1在上，第2在下，但若位置相反在生产上也没有问题。

蓄热式燃烧炉2水平方向的设置角度无论是燃烧一侧还是排气一侧最好都与移动床的移动方向垂直，也可如图4所示的那样蓄热式燃烧炉2的燃烧一侧和排气一侧沿各自的方向设置。

作为蓄热式燃烧炉，不只是使燃料和空气、氧、或者富氧的空气等氧化性气体燃烧，也不只是向炉内吹入燃料和空气、氧、或者富氧的空气等氧化性气体，也可是为防止装入炉内的内装碳材块状料中产生的可燃性气体和还原铁的再氧化利用吹入炉内的可燃性气体进行燃烧。

下面对本发明的实施例3进行说明。本发明中蓄热式燃烧炉2使用的蓄热体是铁矿石粒料或还原铁。铁矿石粒料或还原铁中由于不含碳材和挥发性成分即使用高温气体加热也不会产生还原性气体或挥发性成分，所以用于蓄热体不会有问题。而且，铁矿石粒料或还原铁与陶瓷等通常所用的蓄热体材料相比成本低，作为蓄热体使用完后的铁矿石粒料或还原铁还可作为铁源在本发明的还原铁制造设备或高炉中进行再利用，并且，铁矿石粒料或还原铁中即使附着有挥发性成分，如作为用于本发明的还原铁制造设备的原料，不只可以有效地除去挥发性成分，还可降低更换蓄热体时所花费的成本。

在此，作为所使用的蓄热体不只是使用了由用上述铁矿石制成粒料的铁矿石粒料以及用还原铁制造方法制造的还原铁，若使用氧化了的还原铁或制铁厂所用的焙烧(烧结)的铁矿石粒料，还容易从市场上买到而且便宜。由于这种材料是烧结成的或是已氧化的，其形状稳定并且性质稳定也便于操作。

本发明中使用的含有金属氧化物的材料为铁矿石，氧化铁精矿，从电气炉或在炼铁厂生产的含有铁成分或金属氧化物的铁粉末、铁屑、鳞片等作废材料。使用的含碳还原材料可为煤、焦炭、木炭、油焦炭等材料。

在上述实施例中虽例举说明了含有氧化铁的材料，但是，氧化铁的一部分或全部也可以是由对锰(Mn)、镍(Ni)、铬(Cr)等非铁金属的氧化物进行同样的还原，使用于蓄热式燃烧炉也没有问题。

下面，例举图8中所示的实施例对本发明作进一步详细说明。本发明所使用的内装碳材块状料的组成出示在图10中。将图10中所示组成的内装碳材块状料加热时，所述内装碳材块状料的表面温度、挥发性物质的代表锌的脱Zn率、和它的发生量比出示在图3中。脱Zn率是原料中的Zn量为1时求出的脱Zn率，发生量比为1分钟后的发生量作为1，在这之后时间中的发生量作为所求的发生量比。

具有代表性的挥发性元素锌在原料中主要以氧化锌的形式存在，加热时发生的反应，Zn汽化，附着并堆积在蓄热体上。特别是在大约1200~1250℃以上时如图3所示急剧挥发。所以本发明将蓄热式燃烧炉设置在内装碳材块状料的表面温度在1250℃以下的位置，以防止挥发性物质向蓄热体附着。而且，在1250℃温度以下的工序的后部设置气体排出部12，就是使内装碳材块状料1中产生的锌等挥发性物质由气体排出部12排出炉外。

在还原工序的后半部，由于所述块状料的温度很高，块状料中的锌几乎全部挥发。而且，在本发明中，由于在设有蓄热式燃烧炉位置的还原工序前半部设置了气体排出部12，所以可防止在还原工序的前半部产生的挥发性物质带入还原工序的后半部。

本实施例，如图9所示，通过蓄热式燃烧炉的设置位置，燃料原单位可降低约1.26GJ/t·DRI(每1吨还原铁1.26J(0.3Gcal))。燃料原单位随生产规模(炉的大小和生产量)而变动。本实施例使用的是外经21.5m，内径14.0m的旋转炉床炉，还原铁的生产量为20t/h作为实施条件运行的。

蓄热体所使用铁矿石粒料原料组成的一个例子出示在图11中。将直径5~15mm的铁矿石粒料过筛，使用直径为6~9mm的作蓄热体。可以确认铁矿石粒料与以往使用的氧化铝材质等的蓄热体具有同样性能，在使用上没有问题。使用后的铁矿石粒料还可作为铁源在本实施例的还原炉中再利用。由于铁矿石粒料是具有90~95％Fe₂O₃和Fe₃O₄的材料，几乎不生成SiO₂-FeO·AI₂O₃系的低融点化合物，即使用于蓄热体也会抑制表面熔融、气体透气性和溶着等蓄热体劣化现象。