專利名稱：燒結礦的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及煉鐵工序中的高爐原料用燒結礦的制造方法。本申請基于2009年3月16日在日本提出的特愿2009-063466號并主張其優(yōu)先權， 這里引用其內容。
背景技術：
圖1表示使用帶式(Dwight-Lloyd type)燒結機的燒結礦的制造方法的概略工序。如圖1所示，通過在燒結機30內對燒結原料6進行燒結來制造燒結礦。該燒結原料6 通過對作為主原料的鐵礦石la、作為副原料的石灰石加、作為固體燃料的焦炭3a和返礦如的混合物進行造粒來制作。將鐵礦石la、石灰石加、焦炭3a及返礦如分別從鐵礦石加料斗1、石灰石加料斗2、焦炭加料斗3及返礦加料斗4卸下規(guī)定量。使用滾筒式混合機等造粒機5，以水分達到5. 5 8. 5質量％左右的方式，一邊調濕這些卸下的原料一邊進行造粒。 造粒物主要由在粒徑為Imm以上的核粒子的周圍附著有粒徑為0. 5mm以下的微分粒子而形成的準粒子構成。作為燒結原料6，通過使用這樣的造粒物，能夠維持燒結機內的通氣性。將造粒物即燒結原料6裝入緩沖料斗7中。通過轉筒給料機8卸下該燒結原料6， 經由溜槽8a裝入到燒結機30的臺車上，從而形成填充層9。通過點火爐10點燃該填充層 9的表層部分的焦炭3a，使用排風機20 —邊向填充層9的下方吸引空氣一邊使焦炭3a燃燒，通過該焦炭3a的燃燒熱，從上層朝下層依次對燒結原料6進行燒結。通過燒結原料6 的燒結而得到的燒結塊11在排礦部12被排出，并被破碎及篩選。將篩選后的5mm以上的成塊物作為成品燒結礦供給高爐。再有，將5mm以下的燒結礦作為返礦如再使用。此外， 成品燒結礦的一部分作為鋪底用燒結礦46再利用。以近來的世界性的鋼鐵需求的增長為背景，一直要求進一步提高作為煉鐵原料的燒結礦的生產效率。同時，在環(huán)境方面，也強烈要求削減燒結時由固體燃料的燃燒產生的排放氣體NOx等大氣污染物質的排放量。作為提高燒結礦的生產率、降低大氣污染物質的現有技術，例如，在專利文獻1及專利文獻2中提出了以下的燒結礦的制造方法。在專利文獻1中，為了改善固體燃料的燃燒性，提高燒結礦的生產率，公開了下述方法通過向燒結層內的固體燃料的燃燒反應中供給由向燒結反應中的燒結礦的表面灑水而產生的水蒸汽，誘發(fā)氫的生成反應。在專利文獻2中，為了改善固體燃料的燃燒性，提高燒結礦的生產率，而且為了降低NOx，公開了下述方法通過使配合原料中的水分量和灑水量的分配適當化而供給水蒸汽，使水蒸汽的供給效果最大化?，F有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特公昭51-6002號公報專利文獻2 日本特公平7-78257號公報

發(fā)明內容
發(fā)明要解決的問題但是，在專利文獻1及專利文獻2的燒結技術中，有以下所述的兩個問題。第1個問題是，需要確保水分蒸發(fā)所需的熱量。如果考慮到宏觀的熱平衡，則在燒結層的表面灑水的方法中，需要向燒結層供給相當于灑水量的蒸發(fā)潛熱。在最近的節(jié)能操作中，由于將固體燃料的配合率降低到接近所需量的下限來進行燒成，因此燒結層內的熱量的剩余極少。所以，在向燒結層進行灑水時，為了得到相當于該灑水量的熱量，需要另外增加固體燃料。對于通過向供給于燒結層的空氣中混合蒸汽來供給水分的方法，在制造蒸汽的設備中消耗蒸發(fā)潛熱，因此如果考慮到宏觀的熱平衡，則不得不投入相當于供給水分量的熱量。第2個問題是，為了向燒結層供給水分，在燒結布料(strand)上設置大規(guī)模的灑水設備是不可避免的。普通的燒結機中的燒結面積為200 600m2，為了改善總燒結層上的固體燃料的燃燒反應，需要向該燒結面積的大部分均勻地灑水。因此，需要在燒結機上部有規(guī)則地設置多根灑水配管及灑水噴嘴。通常，在定期的燒結機的修理中，日常進行下述交換作業(yè)，即，用橋式起重機吊起使用后的燒結臺車，將其搬到燒結機的外部，并按相反的次序搬入維修過的燒結臺車。當在燒結機的布料上設置大規(guī)模的灑水配管網及灑水裝置的情況下，需要以不干涉這些灑水配管網及灑水裝置的方式進行燒結臺車的交換作業(yè)，因此出現修理時間延長化等弊端。本發(fā)明是鑒于上述現狀而完成的，其目的在于，通過提供一種在煉鐵工序中的成為高爐裝入用原料的燒結礦的制造中，不使用以往的灑水及水蒸汽添加，也能向固體燃料的燃燒反應供給水蒸汽的燒結原料，從本質上改善固體燃料的燃燒性，并提高生產率。此外，本發(fā)明的目的還在于，提供一種新的燒結技術，其通過降低單位燒結礦生產量的吸引風量的單位消耗資源，降低排風機的電力消耗量，且通過降低總排放氣體量和NOx排放量，能夠降低大氣環(huán)境限制物質的排放負荷。用于解決問題的手段本發(fā)明者們?yōu)楦纳茻Y層內的固體燃料的燃燒性而進行了研究開發(fā)。特別是，本發(fā)明者們?yōu)槭乖跓Y層內產生的鐵礦石中的結晶水的熱分解反應和固體燃料的燃燒反應同時發(fā)生，進行了各種研究。其結果是，確認了組合使用高結晶水鐵礦石和在比較低的溫度下燃燒的固體燃料的燒結法的有效性。圖2是燒結層(點火后的填充層)的垂直斷面的示意圖。該燒結層根據燒結反應的進行狀態(tài)劃分為多個區(qū)。燒結層具有圖2所示的溫度分布，固體燃料的燃燒反應從上層向下層依次進行。此外，任意時刻的燒結層為從下依次層疊了原料帶(原料區(qū))9a、干燥帶 (干燥區(qū))9b、煅燒帶(煅燒區(qū))9c、燃燒帶(燃燒區(qū))9d、冷卻帶(冷卻區(qū))9e的構成。各區(qū)的特征如下所述。原料區(qū)9a是相當于低于100°C的溫度區(qū)域的區(qū)。在該原料區(qū)9a中，裝入燒結機中的配合原料(燒結原料)處于濕潤狀態(tài)。干燥區(qū)9b是相當于100°C以上且低于300°C的溫度區(qū)域的區(qū)。在該干燥區(qū)9b中， 積極地進行配合原料的干燥。
煅燒區(qū)9c是相當于300°C以上且低于700°C的溫度區(qū)域的區(qū)。在該煅燒區(qū)9c中， 產生鐵礦石中的結晶水的分解或石灰石的脫碳酸等的反應。燃燒區(qū)9d是相當于700°C以上且低于1300°C的溫度區(qū)域的區(qū)。在該燃燒區(qū)9d 中，固體燃料與吸引空氣中的氧反應而燃燒，鐵礦石及副原料的熔化反應和液相燒結同時進行。冷卻區(qū)9e是相當于從1300°C到常溫的溫度區(qū)域的區(qū)。在該冷卻區(qū)9e中，一連串的燒結反應結束，生成的燒結體(燒結塊)被冷卻。對于作為一般的燒結用的固體燃料廣泛使用的粉焦及無煙煤，在達到700°C以上的溫度的燃燒區(qū)9d開始燃燒反應。另一方面，鐵礦石中含有的結晶水通過在溫度比該燃燒區(qū)9d低的煅燒區(qū)9c中的熱分解而放出水蒸汽。本發(fā)明者們發(fā)現了 通過在煅燒區(qū)9c使用進行燃燒的低燃燒開始溫度的燃燒固體燃料，能夠將伴隨著鐵礦石中的結晶水的熱分解而產生的水蒸汽有效地用于改善固體燃料的燃燒性。更具體地講，使用混合了低燃燒開始溫度的燃燒固體燃料和高結晶水鐵礦石的原料(燒結原料)進行了燒結試驗，結果本發(fā)明者們發(fā)現了 結晶水的熱分解反應和低溫燃燒固體燃料的燃燒在煅燒區(qū)9c同時發(fā)生，能夠有效地向固體燃料的燃燒氣氛供給水蒸汽。 另外，本發(fā)明者們還確認了 通過使用低燃燒開始溫度的燃燒固體燃料(低溫燃燒固體燃料)，可促進H2O與C的反應而提高生產率，并降低燃燒所產生的排放氣體中的NOx。本發(fā)明是基于以上的見識而完成的，采用了以下的手段。(1)在本發(fā)明的燒結礦的制造方法中，作為燒結原料，配合包含含有4.0質量％以上的結晶水的高結晶水鐵礦石的鐵礦石、副原料、以及含有10質量％以上的燃燒反應的開始溫度低于450°c的低溫燃燒固體燃料的固體燃料，使得所述高結晶水鐵礦石在所述燒結原料中含有30質量％以上；將所述燒結原料裝入帶式燒結機中；對所述燒結原料的表層部點火；從所述燒結原料的上方朝向下方吸引空氣。(2)在上述(1)所述的燒結礦的制造方法中，所述低溫燃燒固體燃料也可以是通過對次煙煤、褐煤或混合了所述次煙煤和所述褐煤的混合煤中的任一種進行干餾而得到的炭。發(fā)明效果根據本發(fā)明，能夠提供一種在成為煉鐵工序中的高爐裝入用原料的燒結礦的制造中，不使用以往的灑水及水蒸汽添加，也可向固體燃料的燃燒反應供給水蒸汽的燒結原料。 此外，通過使用該燒結原料，能夠提高燒結礦的生產率，并降低排放氣體中的NOx。


圖1是表示燒結礦的制造方法的概略工序的工序圖。圖2是燒結層的垂直方向的斷面的示意圖。
具體實施例方式以下對本發(fā)明的具體的方法進行敘述。在使用了上述的帶式燒結機的燒結礦的制造方法中，可使用燃燒開始溫度低于450°C的低溫燃燒固體燃料作為配合在燒結原料中的固體燃料。作為該低溫燃燒固體燃料，能夠使用通過在800°C左右的比較低的溫度下對次煙煤、褐煤或混合了次煙煤和褐煤的混合煤進行干餾而得到的炭(炭材料)。這些炭在330 450°C的低溫度區(qū)域開始燃燒，在530 550°C的溫度區(qū)域達到最大燃燒狀態(tài)(最大重量減少溫度)。這些燃燒溫度低的炭在煅燒區(qū)9c可充分燃燒。同時，在煅燒區(qū)9c，能夠享受由鐵礦石中的結晶水產生的水蒸汽的供給效果。另一方面，在使用了通常的焦粉及無煙煤作為固體燃料的情況下，焦粉及無煙煤的最大重量減少溫度高達700 800°C，因此在煅燒區(qū)9c的燃燒量是極少的部分。因此，主要在不供給水蒸汽的燃燒區(qū)9d產生燃燒反應。在這樣的燃燒條件下，無論配合多少高結晶水鐵礦石，也不能得到期待的供給水蒸汽的效果。這里，通常的焦粉是高爐用焦炭的制造工序及輸送到高爐的過程中產生的粉狀的焦炭或通過粉碎焦炭而得到的粉狀焦炭。此外，作為焦炭用原料煤，可使用粘結性煤及無粘結性煤和弱粘結性煤。這里，表1中示出上述低溫燃燒固體燃料及以往的固體燃料的燃燒性能。對于表 1的燃燒開始溫度及最大重量減少溫度，使用了差示熱分析裝置進行了測定。表 1
固體燃料工業(yè)分析值放熱量差示熱分析結果rc)Ash(質量％)VM(質量％)(kcal/kg)燃燒開始溫度最大重量減少溫度焦粉11.30.616890570780無煙煤16.14.476370570700次煙煤干餾炭10.83.36780330530褐煤干餾炭9.12.96690415550次煙煤高溫干餾炭10.30.86710540680本發(fā)明的燒結礦的制造方法中使用的固體燃料也可以僅含有低溫燃燒固體燃料。 此外，固體燃料也可以含有低溫燃燒固體燃料和除低溫燃燒固體燃料以外的固體燃料(例如焦粉、無煙煤及含炭粉塵等)。該低溫燃燒固體燃料也可以是通過對次煙煤、褐煤或混合了次煙煤和褐煤的混合煤中的任一種進行干餾而得到的炭(低溫燃燒炭)。在只使用該低溫燃燒炭作為固體燃料的情況下，能夠最大限度地提高固體燃料的燃燒效果。優(yōu)選以全部重量使用在800°C下干餾次煙煤而得到的炭作為固體燃料。如表1所示，在800°C下干餾次煙煤而得到的炭(次煙煤干餾炭)的燃燒開始溫度為330°C、最大重量減少溫度為530°C。 因此，即使通過低溫燃燒固體燃料也能夠使從次煙煤得到的炭在更低的溫度下燃燒。但是， 即使在使用次煙煤時，在超過1000°C這樣的高溫條件下經過干餾而得到的炭(次煙煤高溫干餾炭)也因炭組織致密而使燃燒開始溫度提高。例如，如表1所示，在110(TC下經過干餾而得到的次煙煤高溫干餾炭的燃燒開始溫度為M0°C。因此，在使用次煙煤高溫干餾炭的情況下，不能改善固體燃料的燃燒性。所以，即使在使用次煙煤時，也優(yōu)選使用在1000°C下經過干餾而得到的炭。此外，通過使用在低溫燃燒固體燃料中混合除低溫燃燒固體燃料以外的固體燃料而得到的固體燃料，能夠將在焦炭工序或煉鐵廠內外產生的含炭材料的粉狀物作為固體燃料有效利用。但是，低溫燃燒固體燃料在該全部固體燃料中所占的配合率必須為10質量％ 以上。通過使低溫燃燒固體燃料含有10質量％以上，能夠充分改善固體燃料的燃燒性。接著，對高結晶水鐵礦石的配合條件進行敘述。使用含有4. 0質量％以上的結晶水的鐵礦石作為高結晶水鐵礦石。在使用結晶水量低于4. 0質量％的鐵礦石時，由于在煅燒區(qū)9c的初期結束脫水反應，因此對于固體燃料的燃燒反應不能充分供給水蒸汽。為了對產生固體燃料的燃燒的溫度區(qū)域持續(xù)供給水蒸汽，需要使用含有4. 0質量％以上的結晶水的高結晶水鐵礦石。再有，作為燒結原料使用的高結晶水鐵礦石不需要在配合前進行除去水分的預處理。作為含有4. 0質量％以上的結晶水的高結晶水鐵礦石，優(yōu)選使用含有7 9質量％的結晶水的綠石棉(byssolite)礦石、含有4 8質量％的結晶水的馬拉曼巴(Marra Mamba)礦石及含有4 6質量％的結晶水的Brockman礦石。這些高結晶水鐵礦石都含有氫氧化鐵的礦物相。此外，例如，也能夠使用含有4. 0質量％以上的結晶水的碳酸鐵及含有針鐵礦的氧化皮作為燒結礦的原料。再有，如表2所示，也可以混合使用多種高結晶水鐵礦石。另外，更優(yōu)選使用結晶水含量為8. 0質量％以上的綠石棉礦石(例如表2中的 Yandicoogina(日語原文是~ > fM夕一 7 f ))。該綠石棉礦石(揚迪庫吉那礦石)現在作為在市場上流通的鐵礦石而言具有最大的結晶水含量。高結晶水鐵礦石的結晶水含量的上限沒有特別的限定。但是，由于結晶水是與鐵礦石中的化合物結合的水，因此高結晶水鐵礦石的結晶水含量不包括100質量％。高結晶水鐵礦石的配合率在總燒結原料中必須為30質量％以上。在總燒結原料中的高結晶水鐵礦石的配合率低于30質量％時，不能向煅燒區(qū)9c供給充分量的水蒸汽。也就是說，因結晶水的分解而產生的水蒸汽依次與吸引氣體一起作為排放氣體被排出。因此， 如果水蒸汽的產生量少，則煅燒區(qū)9c中的水蒸汽濃度下降。另一方面，固體燃料表面上的碳與水蒸汽的反應速度大大依賴于氣氛中的水蒸汽濃度，因此為了充分發(fā)揮水蒸汽產生的效果，需要提高水蒸汽濃度。根據本發(fā)明者們的研究，為了得到充分的碳與水蒸汽的反應速度，燒結原料中的高結晶水鐵礦石的配合率必須為30質量％以上。再有，如果考慮到副原料及固體燃料的配合，燒結原料中的高結晶水鐵礦石的配合率則優(yōu)選在80質量％以下。優(yōu)選的是結晶水含量為8. 0質量％以上的綠石棉礦石在總燒結原料中含有35質量％ 45質量％。在這種情況下，能夠在燒結層的煅燒區(qū)9c確保充分的水蒸汽量。如果使用上述的方法，利用在煅燒區(qū)9c通過從低溫燃燒固體燃料供給的熱，可持續(xù)地從高結晶水鐵礦石供給水蒸汽。通過該水蒸汽的供給，促進水煤氣反應(水蒸汽與碳的反應)及水煤氣變換反應(水蒸汽與一氧化碳的反應)，可供給氫。因此，可改善煅燒區(qū)9c內的熱傳遞速度，并提高燒結礦的生產率。另外，氫還原NOx，能夠抑制NOx的產生量。而且，通過水煤氣變換反應還可提高固體燃料的燃燒效率。此外，通過改善煅燒區(qū)9c內的熱傳遞速度，還可提高燒結礦的生產率(燒結速度)，因此不需要考慮過剩的熔液的生成。本發(fā)明者們確認了 通過使用低溫燃燒固體燃料和高結晶水鐵礦石，能夠在不生成過剩的熔液的情況下制造燒結礦。
具體而言，例如，在圖1所示的燒結工序中，作為燒結原料，配合包含含有4.0質量％以上的結晶水的高結晶水鐵礦石的鐵礦石、副原料、以及含有10質量％以上的燃燒反應的開始溫度低于450°c的低溫燃燒固體燃料的固體燃料，使得所述高結晶水鐵礦石含有 30質量％以上。將該燒結原料裝入帶式燒結機中，對燒結原料的表層部點火。從該燒結機內的燒結層(燒結原料)的上方(冷卻區(qū)9e)朝向下方(原料區(qū)9a)吸引空氣。通過該空氣的吸引而連續(xù)地進行燒結反應，由此制造燒結礦。根據上述的方法，能夠大幅改善固體燃料的燃燒性，并能夠改善燒結礦的生產率。 此外，還能夠大幅降低排放氣體中的NOx濃度。實施例以下對本發(fā)明的實施例進行具體的說明。使用直徑30cm、層高60cm的燒結試驗裝置，從規(guī)定的配合原料(燒結原料)實驗性地制造燒結礦。在將該配合原料裝入燒結試驗裝置內達到60cm的高度后，向填充層的表層的固體燃料放射丙烷氣體火焰90秒鐘，進行點火。然后，在15kPa的恒定負壓下一邊向下方吸引空氣一邊進行燒結反應。在使結束了一連串的燒結反應的燒結體充分冷卻后，從 2m的高處使其落下4次而使其破碎，回收5mm以上的粒度的燒結礦。從該燒結礦和配合原料的物料平衡算出燒結礦的生產率及成品率。同樣，還算出了表示燒結速度的火焰前鋒速度(FR5)。此外，測定了排放氣體中的氧濃度及NOx濃度。表2及表3中分別示出燒結原料的配合條件及燒結原料的試驗結果。再有，表2 中的各固體燃料分別與表1中的各固體燃料對應。
權利要求
1.一種燒結礦的制造方法，其特征在于其包括下述工序作為燒結原料，配合包含含有4. 0質量％以上的結晶水的高結晶水鐵礦石的鐵礦石、 副原料、以及含有10質量％以上的燃燒反應的開始溫度低于450°C的低溫燃燒固體燃料的固體燃料，使得所述高結晶水鐵礦石在所述燒結原料中含有30質量％以上； 將所述燒結原料裝入帶式燒結機中； 對所述燒結原料的表層部點火； 從所述燒結原料的上方朝向下方吸引空氣。
2.根據權利要求1所述的燒結礦的制造方法，其特征在于所述低溫燃燒固體燃料是通過對次煙煤、褐煤或混合了所述次煙煤和所述褐煤的混合煤中的任一種進行干餾而得到的炭。
全文摘要
本發(fā)明提供一種燒結礦的制造方法，其包括下述工序作為燒結原料，配合包含含有4.0質量％以上的結晶水的高結晶水鐵礦石的鐵礦石、副原料、以及含有10質量％以上的燃燒反應的開始溫度低于450℃的低溫燃燒固體燃料的固體燃料，使得所述高結晶水鐵礦石在所述燒結原料中含有30質量％以上；將所述燒結原料裝入帶式燒結機中；對所述燒結原料的表層部點火；從所述燒結原料的上方朝向下方吸引空氣。
文檔編號C22B1/20GK102348816SQ201080011705
公開日2012年2月8日 申請日期2010年3月8日 優(yōu)先權日2009年3月16日
發(fā)明者笠間俊次, 野村誠治 申請人:新日本制鐵株式會社