用高結晶的鐵礦石作原料製造燒結礦的方法

2023-10-07 04:17:39 3

專利名稱：用高結晶的鐵礦石作原料製造燒結礦的方法
技術領域：
本發明是關於用結晶水含量在3％以上的高結晶水鐵礦石作為原料的一部分製造高爐用燒結礦的方法。
背景技術：
為了穩定而且高效率進行高爐作業、需要有高質量的燒結礦，對其破碎強度(冷強度)、可還原性、耐還原粉化性等質量進行嚴格管理。而且為了降低燒結礦的製造成本，燒結礦成品的合格率(yield)和收率(productivity)也都是重要的管理項目。
這樣的燒結礦通常用如下方法製造。首先在約小於10mm的鐵礦石粉中，混入含CaO的石灰石等輔助原料、含SiO2的矽石、蛇紋巖等輔助原料以及焦炭等固體燃料，再加入適當的水分進行造粒。然後在直線式燒結機的移動託板上裝入適當厚度的該造粒物，點燃表層部的固體燃料。點燃後，一邊使之向下方抽入空氣一邊使用固體燃料燃燒，利用其燃燒熱使混合原料進行燒結、形成燒結塊。將該燒結塊經過破碎造粒，得到大於預定粒徑的燒結礦。
小於預定粒徑(通常為-5mm)的燒結礦被稱為回爐礦石(returned ore)，將其返送回燒結礦的原料中。
以前，作為燒結礦的鐵原料主要使用赤鐵礦(Fe2O3Hematite)和磁鐵礦(Fe3O4Magnetite)等。
但是，近年來隨著這些優質鐵礦石產量的減少，逐漸增大了對含有多量針鐵礦(Fe2O3·nH2OGoethite)的鐵礦石的使用量。由於針鐵礦的特點是含有多量結晶水、在常溫及加熱後的氣孔率高，所以如果將其作為燒結原料大量使用則會有下述問題發生，即不僅導致成品強度下降而且也使得成品的合格率和產率降低。
一般認為發生上述問題的原因如下。亦即，在燒結過程中、在CaO與Fe2O3反應生成鈣鐵氧體系的熔融液時，由於含有大量針鐵礦的鐵礦石加熱後的孔率與其他鐵礦石相比要高得多，反應活性升高、熔融液中的Fe2O3濃度升高。由此液相溫度變高、氣孔重排必要的時間變短。結果妨礙了氣孔的重排、造成1-5mm左右的粗大氣孔的比例增加、導致燒結礦的強度降低、成品合格率下降。
如上所述含有高結晶水的鐵礦石，例如含大量針鐵礦的鐵礦石作為燒結原料使用，會帶來許多問題。因此，為了大量使用這些鐵礦石的各種技術方案被提出了。
例如，在日本專利公開公報47927/1991中揭示了通過在這些鐵礦石周圍摻合含有規定比例的MgO-SiO2輔助原料，防止在鈣鐵氧體系熔融液中熔化大量Fe2O3的方法。該方法中，作為燒結原料在大量使用含多量針鐵礦的鐵礦石時，必須相當多地摻合含有MgO-SiO2的輔助原料，由此導致製造成本升高。另外，在該方法中為了對含有MgO SiO2的輔助原料進行完全覆蓋，需要添加固體燃料、因而增大了熱量的消耗，由此使製造成本進一步提高。而且，由於含有MgO-SiO2的輔助原料與含高結晶水的鐵礦石間的比例被指定了，因此，如果含高結晶水的鐵礦石的配合率(compounding ratio)超過30％，則需要摻入大量MgO-SiO2，由此導致高爐中爐渣的比例上升。
另外，在日本專利公開公報10027/1991中揭示了通過將含多量針鐵礦的鐵礦石在溫度1200℃以上加熱一定時間、使鐵礦石緻密化、使氣孔率降低、防止多量Fe2O3在鈣鐵氧體系中多量熔融的方法。由於在該方法中，必須將原料預先在高溫進行加熱處理，所以增大了熱量的消耗、使得製造成本提高。
本發明著眼於上述存在的問題，其目的是對於多量使用含高結晶水的鐵礦石，例如針鐵礦等作為燒結礦原料的情況，使之不產生上述所說的增大熱量消耗、產率下降、輔助原料大幅度增加等問題，從而提供一種具有良好合格率的燒結礦生產方法。
本發明的公開本發明是用高結晶水鐵礦石作 原料製造燒結礦的方法，為了解決上述問題其特徵是在用高結晶水的鐵礦石作為原料的一部分製造燒結礦時，將高結晶水鐵礦石與回爐礦石混合、造粒之後、再與其它待燒結原料配合。
更具體地說，本發明是將高結晶水鐵礦石作原料製造燒結礦的方法，其特徵在於將結晶水含量為3％以上的高結晶水鐵礦石和5mm以下的回爐礦石，按照回爐礦石與高結晶水鐵礦石之比為1∶5或更高的比例混合、造粒後，再與其它待燒結原料混合。其中，作為上述回爐礦石、最好使用CaO含量為8-15重量％的回爐礦石，而且上述回爐礦石的粒度最好要儘可能小、例如1mm以下是適宜的。
附圖的簡要說明

圖1是燒結原料製造方法的示意說明圖。
圖2是表示以針鐵礦做主要成分的鐵礦石A的配合率與燒結礦合格率的關係圖。
圖3是表示改變鐵礦石A的配合率時燒結塊的氣孔徑分布圖。
圖4是表示鐵礦石A的配合率與熔融液的移動距離的關係圖。
圖5是表示熔融液的移動距離與氣孔徑分布指數的關係圖。
圖6是CaO-Fe2O3系的相(轉變)圖。
圖7是熔融深度的實驗方法說明圖。
圖8是表示鐵礦石的氣孔率與熔融深度的關係圖。
圖9是熔融深度的實驗方法說明圖。
圖10是表示壓片中的CaO濃度與熔融深度的關係圖。
圖11是熔融深度的實驗方法說明圖。
圖12是表示回爐礦石的覆蓋對鐵礦石熔融深度的影響圖。
圖13是實施例2中的回爐礦石覆蓋的實驗方法的流程圖。
圖14是表示實施例2的實驗結果圖。
實施發明的最佳方式下面，追隨著實驗過程對本發明的構成和作用(效果)進行說明。
首先，發明人對於當針鐵礦作主體的高結晶水鐵礦石(以下簡稱為鐵礦石A)的配合率逐漸增加時燒結礦合格率的變化進行了研究，結果如圖2所示。圖2表明當多量使用鐵礦石A時，燒結礦的合格率會大幅度地下降。
圖3表示對鐵礦石A配合率為0％和40％時的燒結塊的氣孔徑分布的研究結果。該圖是在縱軸上用氣孔徑D(mm)的對數表示，在橫軸上用測定的氣孔徑以上的頻度比率R(％)的對數表示所作出的圖。圖3表明隨著鐵礦石A的配合率的增加，1mm-5mm的粗大氣孔的比例增大。
燒結礦的合格率與燒結塊的強度有相當大的關係，燒結礦的合格率可通過式(1)-式(4)從與燒結塊的強度推定出來。
Y＝K·σsn...(1)σs＝σo·exp(-c·P)...(2)σo＝S·mT·exp(-U·Q) ...(3)c＝h1·β+h2...(4)式中Y為燒結礦的合格率(％)σs為燒結塊的抗拉強度(MPa)σo為燒結塊的基質強度(MPa)P為燒結塊的氣孔率(-)m為燒結塊中的鈣鐵氧體含量Q為燒結塊中的鈣矽酸鹽含量β為氣孔徑分布指數(圖3中曲線圖的斜率)K、n、S、T、U、h1、h2為常數氣孔徑分布指數(β)是圖3圖形的斜率、是各燒結塊的固有值。用它可根據上述式(4)求出上述式(2)中的c。
基於使鐵礦石A的配合率從0％向40％增加時的礦物組成、氣孔率、氣孔徑分布指數的測定值和用上述式(1)-(4)按照因子的不同計算出的合格率的變化的結果，可推定出合格率的下降中約80％是起因於氣孔徑分布指數的降低。由此，可以認為因鐵礦石A使合格率的下降起因於由氣孔徑分布表示的氣孔結構的變化。另外，認為伴隨鐵礦石A的增加所引起的氣孔結構的變化與支配氣孔結合的熔融液的流動性有密切關係。因此，測定了作為表示熔融液性質的指數的熔融液的移動距離，並研究了鐵礦石A對熔融液流動性的影響。
圖4是用SrO作為示蹤物，投入熱量在一定條件下，測定熔融液的移動距離所得到的結果。由圖4表明伴隨著鐵礦石A的增加，熔融液的移動距離減少。
圖5表示熔融液的移動距離與氣孔徑分布指數的關係。隨著熔融液移動距離的減少，氣孔徑分布指數下降。這被認為是起因於熔融液的流動性降低而使氣孔的結合受到妨礙。
另外，表1表示了當鐵礦石A的配合率從0％向40％增加時的鈣鐵氧體系熔融液的組成。表1表明隨著鐵礦石A的配合率增加，鈣鐵氧體系熔融液中的Fe2O3濃度升高。
由此可認為，伴隨鐵礦石A配合率的增加，而熔融液的移動距離減少，從圖6所示的CaO-Fe2O3系的相轉變圖中可知，是由於隨著Fe2O3濃度的增加液相溫度升高，熔融液的移動時間減少而造成的。
根據這些結果可認為，伴隨鐵礦石A的增加燒結礦合格率的下降，是起因於熔融液中Fe2O3濃度的上升。因此可認為，熔融液組成與鐵礦石和生石灰的反應活性有密切關係，進行了圖7所示的實驗。
如圖7(a)所示，將在16mm×16mm×高度10mm的鐵礦石11上放置的8mmφ×8mm×高度8mm的石灰石12的樣品，在1300℃溫度分別保持2、4、6分鐘之後，用水冷卻。冷卻後、切開樣品的中心部分，如圖7(b)所示，石灰石12侵入了鐵礦石11中。切斷面經過研磨、用10倍的投影機對斷面攝影，求出如圖7(b)所示的熔化深度14。
圖8示出了鐵礦石11的氣孔率給予上述熔融深度14的影響。曲線21、22、23分別表示出鐵礦石的氣孔率為11.0％、22.8％、32.4％的情況。如圖8所示，隨著鐵礦石的氣孔率的升高，熔融深度增加，這表明鐵礦石的氣孔率對於鐵礦石的反應速度的影響是很大的。
如圖9所示，在前面圖7放置在生石灰12的地方，放置如表2所示的CaO濃度分別為100.0％、62.0％、42.0％、22.0％的壓片15，進行與圖7同樣的實驗。
圖10示出了壓片15中的CaO濃度對於上述熔融深度14給予的影響。圖10中鐵礦石11的氣孔率(11.0％)和保持時間(4分)都是恆定的。從圖10可清楚地表明隨著壓片15中CaO濃度的下降，熔融深度減小。
而且，由於在鐵礦石和生石灰的反應表面存在有CaO的濃度梯度，所以可認為鐵礦石與生石灰的反應是受控擴散，如果根據Fick法則反算擴散係數，則從本實驗算出的擴散係數與以前報導的數據相比較要大103-104。這可被認為是由於生成的熔融液向鐵礦石中的氣孔和龜裂紋的浸透，不是通常的體積擴散，而是受表面擴散支配的。
由此可認為隨著鐵礦石A的配合率增加，鈣鐵氧體熔融液中的Fe2O3濃度升高。
這可認為是由於在燒結層內CaO相對於Fe2O3是不足的，在燒結過程中CaO與Fe2O3反應生成鈣鐵氧體系的熔融液時、鐵礦石A加熱後的氣孔率與其他鐵礦石相比是非常高的(2-3倍)、表面擴散被助長、熔融深度增加、Fe2O3的反應量增大。因此，在多量地摻合鐵礦石A時，抑制熔融過剩生成反應被認為是重要的。
另外，用前述圖7所示的方法測定熔融深度，其不同之處如圖11所示，在生石灰12與鐵礦石11之間夾入表3所示組成的回爐礦石13形成層狀結構進行實驗。在圖12中曲線24表示圖7(a)所示的實驗結果，曲線25表示將回爐礦石13作成層狀結構的圖11所示的實驗結果。圖12表明通過在生石灰12與鐵礦石11之間放入回爐礦石13作成層狀結構能夠抑制熔融深度。這可認為鐵礦石與石灰石的熔融反應是起因於在反應層內的CaO的濃度梯度形成的驅動力。也就是暗示了通過預先把比石灰石中CaO濃度更低的回爐礦石覆蓋在鐵礦石上面，能夠抑制鐵礦石的熔融反應。
本發明是基於這些實驗結果進一步研究而完成的。通過用CaO濃度低已經與Fe2O3反應過的回爐礦石把鐵礦石A的周圍覆蓋、抑制鐵礦石A與生石灰的快速反應、使鈣鐵氧體系的熔融液中的Fe2O3濃度減少，使氣孔重排所需要的時間增加、在不使固體燃料的配合量增大的情況下提高了燒結礦的合格率，成功地完成了本發明。
覆蓋鐵礦石A的回爐礦石的粒度需要是細小的、應在5mm以下。這是因為細小的粒度容易附著在鐵礦石A的周圍，所希望的粒度是1mm的下。與鐵礦石A混合的回爐礦石的量，相對於鐵礦石A的1重量份數來說，應是0.2重量份數以上、1重量份數以下。如果小於0.2重量份數、回爐礦石就不能充分地將鐵礦石A的表面覆蓋，如超過1重量份數即使混合，效果也已飽和、而且從量的平衡考慮也是不適宜的。
還有，作為上述的回爐礦石，最好使用CaO含量的8-15重量％的回爐礦石，這是因為如果CaO含量小於8重量％，則CaO的量太少、不能令人滿意的阻礙熔融反應，如果CaO含量大於15重量％，則抑制熔融反應的效果減小、也就失去了添加回爐礦石的價值。
下面，用實施例具體說明本發明。以下將含鐵成分作主體的原料稱作主原料，將加入的石灰石、矽石稱作新原料，將加入的回爐礦石、焦炭稱作配合原料。
實施例1實驗中使用的鐵礦石A的化學組成在表4中給出。該鐵礦石A是澳大利亞產的鐵礦石、其算術平均粒徑為3.1mm、其結晶水含量為8.9％。將該鐵礦石A按照圖1所示的流程進行配合。在圖1中，1表示鐵礦石A、2表示回爐礦石、3表示其他剩餘的燒結原料、4表示盤形迴轉造粒機、5表示滾筒式混合機。
相對於主原料、鐵礦石A(鐵礦石1)按60％配合(摻入)、回爐礦石2按鐵礦石A的1/4加入、用盤形迴轉造粒機4與鐵礦石A進行混合，模擬造粒。在滾筒式混合機5中將這些模擬粒子與剩餘的配合原料3(含低結晶水鐵礦石、石灰石、矽石、焦炭)混合、以提供燒結的原料。
將其裝入直徑為300mm、高為400mm的燒結試驗罐中，以1.2Nm3/min風量、邊吸取空氣邊進行焙燒，將得到的燒結塊從2米的高度處落下一次、以這時的10mm以上的重量比例、計算出合格率。其結果在圖2中示出。但是圖2中，燒結原料中的CaO含量(9.5重量％)、SiO含量(5.0重量％)、焦炭配合量(3.5重量％)全都是恆定的。如圖2所示鐵礦石A按60％配合時、用過去的方法得到的合格率為66.3％，而在本實施例中的燒結礦合格率69.5％。
如從圖2所表明的那樣，通過在鐵礦石A的周圍添加回爐礦石，在不增加製造成本的情況下，可以製造出合格率好質量高的燒結礦。
實施例2實驗中使用的鐵礦石A和回爐礦石的化學組成在表5中給出。該鐵礦石A是澳大利亞產的鐵礦石、其算術平均徑為3.0mm、其結晶水含量為8.4％。該鐵礦石A按照圖13的流程圖進行摻合。在圖13中，1表示鐵礦石A、2表示回爐礦石、3表示其他剩餘的燒結原料、5表示滾筒式混合機、6表示鐵礦石A和回爐礦石的備用造粒品。
相對於主原料，鐵礦石A(鐵礦石1)按50％配入、回爐礦石按鐵礦石A的1/4加入，用滾筒式混合機5同鐵礦石A混合、造粒。該鐵礦石A和回爐礦石的備用造粒品6-旦輸送到原料工廠後就由燒結工廠接受、與剩餘的燒結原料3混合、造粒以提供燒結的原料。
實驗使用實機燒結機進行，將其產率、合格率、RI與以前的方法相比較，結果在圖14中給出。通過將鐵礦石用回爐礦石進行預造粒可使產率提高0.06(t/h·m2)、合格率提高1.7％、JIS-RI提高2.2％。
表1

表2

表3

表4

表5

產業上的可利用性本發明在用高結晶水的鐵礦石作為原料的一部分製造燒結礦時，可防止燒結塊強度下降又可防止合格率和產率的降低。因此可達到有助於鐵礦石資源有效利用的效果。
權利要求
1.以高結晶水鐵礦石作原料製造燒結礦的方法，其特徵在於，當用高結晶水鐵礦石作為原料中的一部分製造燒結礦時，將該高結晶水鐵礦石與回爐礦石混合、造粒之後，再同其他待燒結原料配合。
2.以高結晶水鐵礦石作原料製造燒結礦的方法，其特徵在於，將結晶水含量為3％以上的高結晶水鐵礦石和5mm以下的回爐礦石，按照回爐礦石與高結晶水鐵礦石之比為1∶5或以上的比例混合、造粒後，再與其他待燒結原料配合。
3.按照權利要求2所述的以高結晶水鐵礦石作原料製造燒結礦的方法，其特徵是其中的回爐礦石的CaO含量為8-15重量％。
4.按照權利要求2所述的以高結晶水鐵礦石作為原料製造結燒結礦的方法，其特徵是其中的回爐礦石粒度為1mm以下
全文摘要
在用結晶水含量為3％以上的針鐵礦礦石1(鐵礦石A)作為原料的一部分，製造合格率好、強度高的燒結礦時，將針鐵礦礦石1相對於主原料按60％混合、加入的回爐礦石2的量為針鐵礦礦石量的四分之一，用造粒機4混合和進行模擬造粒，將這些模擬粒子與低結晶水礦石、石灰石、矽石、焦炭等配合原料3用滾筒式混合機5混合作成燒結原料。
文檔編號C22B1/16GK1138878SQ95191260
公開日1996年12月25日 申請日期1995年9月20日 優先權日1994年9月21日
發明者大山伸幸, 主代晃一, 小西行雄, 井川勝利, 反町健一, 安田素朗, 渡邊實, 佐藤曉彥, 佐久間義朗 申請人:川崎制鐵株式會社