金属铁的制法制造技术

本发明专利技术提供一种可以在低温下操作的金属铁的制造方法。本发明专利技术涉及金属铁的制造法，是加热、还原含有碳质还原剂和含氧化铁的原料混合物来制造金属铁的方法，所述碳质还原剂含有20～60质量％的挥发成分，所述碳质还原剂产生的气体为CO-CO2-H2系气体，其包括如下工序：在含有所述CO-CO2-H2系气体的气氛下加热所述原料混合物，从而生成固体Fe3C的工序；熔融该Fe3C的工序；以及经由该熔融Fe3C对还原铁渗碳的工序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及所谓直接还原炼铁法的改良，S卩加热铁矿石的氧化铁和煤等的碳质还原剂的混合球团等而还原氧化铁来制造金属铣铁的技术的改良，详细地说，就是以通过上述制造过程中的机理分析而得到的新的认知为基础，向金属铁制造工艺中导入新的控制方法。
技术介绍
直接还原炼铁法与高炉法相比较，作为能够以绝对性地小规模且节能的条件下实施的划时代的炼铁法正在发展，近年来被称为ITmk3(第三代炼铁法)的优异的制法得到确立。现在，实际工厂的建设和根据该装置所制造的粒状金属铁(通称为铁粒)的商品化(例如作为电炉炼钢用的铁源的利用)被推进。若简单地说明该方法，则其能够使用在高炉法中难以使用的煤作为碳质还原剂，以其中加入铁矿石等氧化铁的混合物的球团作为原料， 借助由该球团中的碳质还原剂生成的还原性气氛来还原氧化铁，由此在该球团上使金属铁外皮生成且生长，进行固体状态下的还原，直至球团中实质上不再存在氧化铁，再继续加热而使其内部作为副产物生成的熔渣流出到金属铁外皮的外侧。将如此得到的金属铁和熔渣冷却固化，粉碎熔渣并且通过磁选或筛选区分凝固成粒状的金属，或者加热熔融，根据比重差分离成铁水和熔渣，若是如此，则能够得到作为金属铁为95质量％以上，更高为98质量％以上的高纯度的制品。在实施上述方法时，通过使经过加热还原而生成的金属铁外皮进一步加热熔融， 使内部的熔融渣向金属铁外皮之外流出，但从节能的观点出发，为了使金属铁外皮以尽可能低的温度熔融，优选向构成金属铁外皮的铁的晶格内供给/渗入碳(以下仅称为“渗碳”) 而成为碳含量多的铁，由此使该金属铁外皮的熔融降低。关于这种炼铁法，本专利技术者们早先提出过专利文献1、专利文献2所述的方法，其后又对于直接还原炼铁法的改良进行了研究。专利文献1所述的技术，是以如下内容为要点的方法即，对于上述球团状原料混合物通过加热/还原/熔融而制造金属铁时，控制含有多成分系脉石成分的生成熔渣的固液共存相中的液相率，由此促进向金属铁外皮中的渗碳，从而使金属铁的熔点降低。在该方法以前的现有技术中，从来自铁矿石等的脉石成分全部熔融时的熔点这一观点出发，提出调节作为副产物生成熔渣的碱度的控制方法，但根据专利文献1的方法，期待于在生成熔渣中部分存在的液相的作用，而不是产生使熔渣的全部熔融的状态，由于其一部分液化，导致所形成的状态是，液相率高的熔渣与碳质还原剂共存，如果是这样，则可确认向作为固体的金属铁外皮的渗碳高效率地进行。其机理被认为是，通过提高熔渣成为固液共存状态时的液相率，该液相部分发挥出载体的作用，通过碳质还原剂使液相熔渣中的氧化铁熔融还原，所得到的含碳熔融铁润湿金属铁的表面而进行接触，由此使渗碳得到促进。专利文献2在着眼于上述生成熔渣这一点上相同，该方法其基本思想是以如下内容为要点即，控制该熔渣中的升温过程的初期阶段的初期熔融渣的生成温度。该方法的所谓初期熔融渣的生成温度，是根据由如下三者构成的多元成分系平衡相图决定的值存在于原料混合物球团中的铁矿石中的脉石成分；碳质还原剂中的灰分；还原中途阶段或作为未还原成分氧化铁。即，在现有的直接还原炼铁方法中，将进行固体状态下的还原，直至球团中实质上不存在氧化铁作为指标之一，而在该方法中，将未还原而残存的氧化铁纳入多成分系平衡相图并加以控制。在此，未还原的氧化铁熔融而熔渣化，被碳还原而生成碳饱和铁，该碳饱和铁成为碳的载体而促进渗碳。作为专利文献2的具体实施中的控制目标，是决定最终得到的金属铁的目标碳浓度，基于上述多成分系平衡相图计算初期熔融渣的生成温度。如果有需要，则也能够再添加其他脉石成分来控制初期熔融渣的生成温度。在该方法中，结果所能够得到的成果是，能够将熔渣的初期熔融温度控制得低，由此可以实施更低温下的操作，其结果是能够进行更低温下的渗碳，使金属铁的熔点快速降低，能够有助于操作整体的节能，并且通过控制碳浓度，还能够得到的优点是，根据碳含量调节制品金属铁的品质。先行技术文献专利文献专利文献1 日本特开2005-048197号公报专利文献2 日本特开2007-191736号公报但是，本专利技术者们对于上述的渗碳过程更深入进行研究的结果是，以往基本上前提是以气体渗碳和经由熔融氧化铁的渗碳发挥中心的作用，但进一步研究直接还原工序中的动态的机理时，则加深了如下认识，即作为新的视点，需要重视由I^e3C进行的渗碳这一步骤的控制法的确立。因此，进一步对于控制由!^e3C进行的渗碳的方法进行研究时，设想到可以根据所使用的煤的品位控制渗碳的方法，从而完成了本专利技术。
技术实现思路
S卩，本专利技术伴随由!^e3C进行渗碳这一机理的发现，着眼于有助于!^e3C生成的碳质还原剂，具体来说，其目的在于确立一种具体的方法，就是着眼于来自碳质还原剂的CO、 CO2, H2这样的气体成分，从而能够控制渗碳。本专利技术的要旨如下所示。(1) 一种加热、还原含有碳质还原剂和含氧化铁物质的原料混合物来制造金属铁的方法，其中，所述碳质还原剂含有20 60质量％的挥发成分，所述碳质还原剂产生的气体为CO-CO2-H2系气体，并包括如下工序在含有所述CO-CO2-H2系气体的气氛下加热所述原料混合物，从而生成固体I^e3C的工序；熔融该!^e3C的工序；和经由该熔融!^e3C对还原铁渗碳的工序。(2)根据上述(1)所述的金属铁的制法，其中，作为所述碳质还原剂，使用一种或两种以上的碳质物质，使所述CO-CO2-H2系气体的H2/C0摩尔比为2 4。(3)根据上述⑴或(2)所述的金属铁的制法，其中，所述生成固体!^e3C的工序， 包括在300 1147°C的温度区域保持所述原料混合物5 60分钟的工序，所述熔融!^e3C 的工序，包括至少加热温度到达1250°C为止，以100K/分以上的速度升温的工序。(4)根据上述⑴ (3)中任一项所述的金属铁的制法，其中，在所述熔融!^e3C的工序后，还包括升温至1300 1500°C的温度区域的工序。(5)根据上述(1) 中任一项所述的金属铁的制法，其中，在所述生成固体 Fe3C的工序之前，包括使所述碳质还原剂挥发成分气化而生成CO-CO2-H2系气体的工序。(6)根据上述⑴ (5)中任一项所述的金属铁的制法，其中，包括在原料混合物中添加溶剂，使所述还原铁的制造过程中作为副产物生成的熔渣的CaO/SiA的值为0. 6 1. 2。(7)根据上述⑴ (5)中任一项所述的金属铁的制法，其中，包括使原料混合物的最高加热温度，低于在所述还原铁的制造过程中作为副产物生成的熔渣的熔融温度，破碎原料混合物，通过磁选从固体状的熔渣和粒状铁的混杂物回收粒状铁的工序。(8)根据上述(1) (5)中任一项所述的金属铁的制法，其中，在制成原料混合物前，干馏所述碳质还原剂，将挥发成分调整到20 60质量％。在本专利技术中，与现有的方法相比，可以使用更常用的碳质物质，并且可以在比以往更低的操作温度进行还原操作，高效果地将氧化铁还原成金属铁并且进行渗碳，在更低温侧从熔渣高效率地分离生成的高含碳金属铁，能够以高产出率制造碳浓度得到控制的金属铁。附图说明图1是例示移动炉床式加热还原炉的概略工序说明图。图2是表示ΡΗ2/Ρα^Π来自原料混合物的生成物的质量比的关系的图。图3是表示!^e-C-H-O系的亚稳相的图。图4是表示原本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种金属铁的制造方法，是加热、还原含有碳质还原剂和含氧化铁物质的原料混合物来制造金属铁的方法，其中，所述碳质还原剂含有２０～６０质量％的挥发成分，所述碳质还原剂产生的气体为ＣＯ－ＣＯ２－Ｈ２系气体，所述金属铁的制造方法包括如下工序：通过在含有所述ＣＯ－ＣＯ２－Ｈ２系气体的气氛下加热所述原料混合物，从而生成固体Ｆｅ３Ｃ的工序；熔融该Ｆｅ３Ｃ的工序；以及经由该熔融Ｆｅ３Ｃ对还原铁进行渗碳的工序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：日野光兀，小林勋，浦上昭，根上卓也，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，日野光兀，
类型：发明
国别省市：JP