粒状精炼铁制造技术

本发明专利技术公开了由含有含碳还原剂和含金属氧化物材料的材料通过还原熔融制成的精炼铁块，该精炼铁块含有至少９４％质量（后面表示为“％”）的Ｆｅ和１．０－４．５％的Ｃ，其直径为１－３０ｍｍ。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及由含有铁氧化物(如铁矿石)和含碳还原剂(如焦炭)材料还原熔融制成的精炼铁块矿，该精炼铁块矿含有高的铁纯度，特定的C、S、Si和Mn含量和特定的直径。比如，日本未审查专利申请公开号11-337264公开了一种可以有效地连续生产还原铁的旋转炉。其中，在还原过程中对未烧结的但采用粘结剂固化的铁氧化物原料(如炼钢粉尘或精矿和含碳物质)混合物颗粒进行加热，这就可以阻止当快速加热湿的未烧结颗粒时由于预热区域的装料而引起的爆炸。在通过加热和还原含有铁氧化物原料和还原剂制造精炼铁的技术(包括上述的技术)中，由于采用了铁矿石等物质，渣中大量的组分会混入最后的精炼铁中。特别是在海绵铁的制造过程中，由于精炼铁中的渣组分分离较困难，其中的铁纯度是很低的。因此，当这些材料被用作铁原料时，对渣进行预处理以去除渣中的大量组分是必要的，而且，用公知的直接铁还原工艺制造的精炼铁，几乎所有的都是海绵铁，因此把它们作为铁原料是困难的，因为这类精炼铁较脆。为了确实地采用这类精炼铁作为冶炼铁、钢和合金钢的原料，采用工艺(如二次工艺)将它们造块是很必要的，而且附加设备的费用也是值得考虑的。日本未审查的专利申请号9-256017公开了一种具有高金属化率的制造精炼铁块矿的方法，该方法包括将含有铁矿石和含碳还原剂团块加热并还原至精炼铁外皮成形，则当在内部形成采出渣块时就基本上不会含有铁氧化物，继续加热使内部的渣流到精炼铁外皮的外部以分离渣，再加热使精炼铁外皮熔化。在公知的精炼铁块矿制造工艺(包括那些传统技术)中，还没有一种能够有效地制造用于炼铁、钢和合金钢且直径在特定的范围并兼顾原料质量和处理方便的技术。对于精炼铁块矿的纯度，虽然优选含杂质少，铁纯度高的精炼铁块矿，但对作为炼铁和炼钢原料的精炼铁块矿中的碳含量进行优化的想法还没有成形。而且，也没有将碳含量控制在特定范围内的制造技术产生。而且，当通过还原铁氧化物(如矿石)制造精炼铁时，焦炭或煤份一般作为还原剂。然而，这些还原剂一般含有较高的S含量。由于在精炼铁生产中混有还原剂，因此最终的精炼铁块矿中的S含量也较高。所以，在精炼铁块矿用作炼铁或炼钢的原料之前，必须进行脱硫处理。这也是计算精炼铁块矿质量降低的主要原因。因此，为了通过还原熔化工艺得到高质量的精炼铁块矿，仅仅希望提高其铁纯度是不够的。一种可靠的制造精炼铁的技术，其中的杂质含量(如S含量)是特定的且尺寸是在考虑生产可能性和处理质量后优化的，此技术还应该能够满足市场的需求(如冶炼铁、钢和不同合金钢时材料选择的灵活性和炼铁和炼钢成本的降低，如所需电炉的建设)。本专利技术是基于上述的背景开发的。本专利技术的目的是提供一种质量稳定并具有作为铁原料的整体生产可能性和处理质量的优化尺寸的精炼铁，其中精炼铁块矿中的杂质成分(如C和S含量)是特定的。本专利技术的精炼铁块矿能够满足市场需求(如制造精炼铁时原料选择的灵活性和炼铁或炼钢成本的降低，如电炉)。本专利技术的精炼铁块矿不一定为球形。具有椭圆形、卵形和稍微成形的颗粒都包括在本专利技术的精炼铁块矿中。块矿的直径为1至30mm，由主轴和次轴总长以及块矿的最大和最小厚度除以4得出。优选地，精炼铁块矿中还可含有0.02至0.5％的Si和少于0.3％的锰。精炼铁块矿通过加热原料以使其中的金属氧化物与含碳的还原剂进行反应，这些反应会产生还原气体以使金属氧化物还原成固体状态，继续在还原气氛中加热生成的还原铁以使其渗碳并熔融并使还原铁凝聚(cohesion)并将副产品炉渣排出。在这个过程中，加入含有CaO的料以调整物质中渣组分的碱度(即CaO/SiO2)至0.6到1.8的范围。在此方法中，物质中的S含量将被还原熔化产生的渣充分吸收，进而可以得到S含量为0.08％或更少的块矿。调整含碳还原剂的量以使当固体还原后精炼铁块矿的金属化率为100％时，物质还原熔化过程中的残留碳含量为1.5至5.0％。在该方法中，残留碳含量可以控制在上述的范围。图2为沿A-A方向的附图说明图1的横截面图。图3为图1纵向展开横截面示意图。图4为标有本专利技术中采用两段式加热工艺时大气温度、原料团块(compact)温度、还原率、和通过固体-还原阶段和熔化阶段的CO和CO2的量的变化的曲线图。图5为标有残留铁含量和在固体-还原阶段和熔化阶段中原料团块中金属氧化物的金属化率的曲线图。图6为当金属化率为100％时还原铁中的残留碳含量和最终产品精炼铁块矿中残留碳含量的关系图。图7为金属化率和还原度关系图。图8为标出采用煤份作为气氛调节剂和不采用煤份作为调节剂时气体还原度和原料团矿中内部温度的变化图。图9为生产试验中刚刚渗碳和熔化后精炼铁和渣的照片。图10的试验曲线表明精炼铁块矿的S含量可以通过往原料团块中有意加入CaO调节渣碱度而减少。图11为精炼铁块矿中的S含量与产生的渣的碱度之间的关系。图12为表示了材料的成分，产品的比例和成分(如采用实施例中的制造工艺生产的精炼铁块矿)的示意图。图13为按照实施例1准备的精炼铁块矿的照片。图14的示意图表示了物质的成分，产品的比例和成分(如采用另一实施例中的制造工艺生产的精炼铁块矿)。图15为按照实施例2准备的精炼铁块矿的照片。图16示出了原料团矿(干团粒)直径和平均直径和生产的精炼铁块矿平均质量的关系。优选的实施方式本专利技术的精炼铁块矿为通过还原-熔化含有含碳还原剂和含铁氧化物的原料制成的颗粒精炼铁。精炼铁块矿含有94％或更多(优选96％或更多)的Fe和1.0至4.5％(优选2.0至4.0％)的C。优选地，精炼铁块矿的S含量为0.20％或更少，更优选地，0.08％或更少，直径范围为1至30mm(更优选3至20mm)。设定这些范围地原因如下。精炼铁块矿中的Fe含量是控制精炼铁块矿质量的主要因素。自然地，Fe纯度越高，即，杂质含量越少越好。在本专利技术中，所需的Fe纯度为94％或更高，最好为96％或更多。原因如下。当用于炼铁和炼钢的精炼铁块矿中的杂质含量超过5％时，原料中的杂质会浮于炉的表面而形成难于去除的渣。而且，由于溶于熔融钢中的元素(如S、Mn、Si和P)会损坏采用精炼铁制成的最终产品的物理性能，所以在精炼过程中进行脱硫、脱磷和脱硅是很必要的。这些基本处理都需要一定的时间和努力。因此，本专利技术精炼铁块矿中的Fe含量至少为64％，最好为至少96％。当采用精炼铁炼钢时，为了确保钢种中合适的碳含量，精炼铁块矿中的碳含量是关键的，而且对增加作为原料铁的多功能性也是很重要的。因此，精炼铁块矿中的碳含量优选至少为1.0％，最好为至少2.0％。当精炼铁中碳过量时，采用该精炼铁制成的钢或合金钢的韧性和抗震性能就会受到严重影响，从而导致钢或合金钢变脆。因此，在精炼过程中进行脱碳处理(如喷吹)就很必要了。为了在不增加这些附加工序和阻力的条件下，采用精炼铁块矿作为炼铁和炼钢的原料，C含量必须为4.5％或更少，最好为4.0％或更少。虽然，S能够用于增加一些钢种的切削性能，但是它也会损坏钢的物理性能，因此通常也是不希望有的。作为原料使用的本专利技术精炼铁块矿的S含量优选0.20％或更少，最好为0.08％或更少。为了增加作为铁原料的精炼铁块矿的适用范围，以便于使精炼铁块矿运用于不同的炼钢过程，其Si的含量应该在0.02至0.5％的范围，Mn的含量应本文档来自技高网...

【技术保护点】
由含有含碳还原剂和含金属氧化物材料的材料通过还原熔融制成的精炼铁块，该精炼铁块含有至少９４％质量（后面表示为“％”）的Ｆｅ和１．０－４．５％的Ｃ，其直径为１－３０ｍｍ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伊东修三，谷垣恭广，小林勋，津下修，本多启介，德田耕司，菊池晶一，
申请(专利权)人：米德雷克斯国际公司苏黎世分公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]