金属冶炼方法和金属冶炼设备技术

此发明专利技术提供一种成本低而且生产率高地把铁矿石等的金属氧化物和（或）金属氢氧化物熔融还原成金属溶液的方法。为此要预先至少要把铁矿石等的金属氧化物和（或）金属氢氧化物和制炭材料混合，或混合－造球、混合－成形得到的混合物原料，在回转炉底式和回转窑式等的予还原炉中进行予还原，使金属氧化物和（或）金属氢氧化物的平均金属化率为５～５５％，经过予还原的混合物原料装入金属冶炼用的溶解炉中，在此溶解炉中以制炭材料为还原材料，而且以此制炭材料的燃烧热和在炉内生成的一氧化碳的燃烧热为主要热源，进行溶解和最终还原。用这样的方法可以获得良好的能量平衡和高的生产率，生产铁水等的金属溶液。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

此专利技术是关于把铁矿石等的金属氧化物和(或)金属氢氧化物，通过予还原使它们一部分成为金属，然后用金属浴型熔融还原炉等的金属冶炼用熔融炉进行溶解和最终还原，以得到金属溶液的金属冶炼方法和适合实施此方法的设备。
技术介绍
众所周知，现在用回转炉底式加热炉把铁矿石等的金属氧化物和金属氢氧化物(下面在说明现有技术时以“铁矿石”为例叙述)还原冶炼后，制造半还原铁的技术，例如关于此技术在“COMET A New CoalBased Process for the Production of DRI，Ironmaking MPT IntenationalFeb.(1997)”发表了把粉粒状制炭材料和铁矿石混合状态下进行还原冶炼的方法，又如在“The FASTMET DIRECT REDUCTION PROCESS，Ironmaking Conference proceeding(1993)”和“Charging molten iron intothe EAF，New Steel nov.(1997)p.72”上发表了在铁矿石混入制炭材料制成球团，进行还原冶炼的方法。这些工艺过程是把固体炭和碳化物作为还原材料把铁矿石还原的()，还原反应(＝吸热反应)所需要地能量是由还原时产生的一氧化碳(CO)和其他途径提供的燃料(天然气、燃料油、煤、塑料等)在空气等中燃烧得到的，在1200～1500℃几乎完全燃烧的气体从还原炉排出。把这些过程与以天然气等碳氢化合物和含氢气体为还原材料的其他直接还原炼铁过程相比较时，一个大的优点是作为还原材料可以使用价格便宜的、容易得到的、运输方便的煤。因此用于这些工艺过程的炉子的建设和建设规划迅速兴起。可是另一方面上述工艺的缺点是，煤等中含的硫(S)的一部分(20～30％左右)残留在还原铁中，以及能量的利用率低。残留在还原铁中的硫要在炼钢阶段(钢水状态)去除，对成本上非常不利，因此可以说使还原铁变成铁水后脱硫是简单、方便的一般方法。为此制造还原铁过程和制造铁水过程的组合是必要的。众所周知，利用这种技术的铁矿石熔融还原过程，是把铁矿石和煤一起装入回转炉底式的予还原炉(回转式炉床型炉，以下称为“RHF”)，用制炭材料把铁矿石予还原冶炼成还原铁(例如金属化率90％以上的还原铁)，用电炼铁炉(淹没式电弧炉，以下称为“SAF”)把这样的还原铁进行熔融还原冶炼(精炼＝溶解和最终还原)制造铁水的技术(称为在先技术1)。另一方面，作为使用金属浴型熔融还原炉的铁矿石熔融还原技术，例如大家所知道的通常称为DIOS法、HISmelt法、Romelt法等(“新的铁资源的最新动态”平成8年9月29日，日本钢铁协会工艺讨论会发行)，特开平11-217614号公报发表了也是在这样的还原技术中，把铁矿石和炭材料一起装入RHF，予还原成半还原铁，在金属浴型熔融还原炉(以下称为“SRF”)把这样的半还原铁进行熔融还原冶炼(精炼＝溶解和最终还原)，以此来制造铁水的技术(称为在先技术2)。这些在先技术意图都是把铁矿石还原冶炼成具有非常高的金属化率的半还原铁以后，再进行精炼，例如分别发表的公知技术1中用RHF予还原冶炼制造的半还原铁的平均金属化率达到90％以上，公知技术2中用RHF予还原冶炼制造的半还原铁的平均金属化率达到60％以上。可是在予还原冶炼中制造具有高的金属化率的半还原铁时，现有技术有以下大的问题。附图说明图1表示把铁矿石、制炭材料、辅料等的混合物做成颗粒直径10mm左右的球团状，把它用RHF进行予还原时，混合物原料在炉内滞留时间和铁矿石(半还原铁)平均金属化率的关系。如此图所示，进行予还原处理后铁矿石的金属化率达到90％左右的话，还原反应就几乎不再进行，因此要制造的平均金属化率90％以上高水平的半还原铁，必须使球团中心的平均金属化率达到90％左右。其中球团内的还原反应速度，一般由于在球团内存在有大量作为还原材料的制炭材料，制炭材料的量不是支配全反应速度的量，另一方面供给球团内还原反应需要的热量，由于要进行传热，所以传热速度是支配全反应速度的量。此还原反应所需的热源为球团产生的可燃性气体(从制炭材料中产生的挥发成分、用制炭材料使铁矿石还原产生的CO气体等)、以及从另外途径向RHF提供的气体燃料，在RHF内燃烧提供的。在RHF内的球团的还原和烧结过程中，利用上述的燃烧使炉内的气氛达到1400℃左右的高温，此高温的炉气向堆积在炉床上的原料(球团)层的表面辐射传热，首先加热最上层的球团，然后从此最上层的球团以接触传热为主进行传热，使下层的球团顺序加热。必然是最上层的球团最早被还原，与此相反，最下层的球团最晚还原，因此不能确保足够的炉内滞留时间的话，最下层球团在金属化率很低的情况下就被排出来。此外原料层的厚度存在偏差的话，厚的地方大部分下层球团的金属化率就更低。另一方面，下面要说明一下关于球团适宜的粒度问题。也就是原料层内的传热由于是在接近点接触的球团之间以接触传热为主，热传导系数低，因此从要确保在原料层层高的方向上的传热性，希望原料层内的球团堆积层数尽可能少。原料层厚度相同的情况下，颗粒直径大的球团堆积层数少，因此从球团堆积层数的观点看，希望球团颗粒直径大。可是另一方面从一个个球团内的传热来看，由于热量是从球团外部传到内部，越靠向球团中心还原越迟，特别是颗粒直径大的球团，存在其中心的金属化率低的问题，从这个观点看，希望球团颗粒直径小，到球团中心的传热时间可以缩短。因此考虑到以上几点，不得不把球团适宜的粒度范围限定得很窄。从以上几点来看，在在先技术这样的RHF中要确保高的金属化率，要对球团颗粒直径和层数、原料层厚度、予还原时间等操作条件做如下限定。①为了使各球团的金属化率均匀，球团原料的质量和配料要均匀。②出于同样理由，球团颗粒直径必须均匀，为了使球团不损坏，充分使用粘合剂是必要的。③必须把球团相对于RHF炉床均匀装入，而且要尽量小的层厚。④必须充分确保在RHF内滞留时间。这些限制条件不仅使制造球团的成本和设备的成本提高，生产率降低，而且存在热效率低的问题。再有想要得到高的金属化率时，由于要使RHF炉底正上方的形成高温的球团，而且球团之间有烧结(二次烧结)的倾向，把予还原结束后的球团从炉底清除出来的时候，用水冷的螺旋桨式排出装置等把球团从炉床扒出，用这样的排出原料的方法会严重损伤炉底的耐火材料和螺旋桨，所以也存在维护时需要成本和时间的问题。不把矿石和制炭材料的混合物原料做成球团，在RHF中直接对粉粒状混合物进行还原时，也存在同样的问题，也有与上述①～④相同的限制。不把混合物原料做成球团，直接把粉粒状混合物在RHF予还原冶炼时，与把混合物原料制成球团的情况相比，从炉气向原料层的传热明显低，存在生产率降低的问题。
技术实现思路
本专利技术人从铁矿石的熔融还原中便宜、而且生产率高地制造铁水的观点来看，重新评价上述的生产铁水的过程，也就是重新评价把铁矿石进行予还原冶炼，制造半还原铁，把它进行熔融还原冶炼(精炼＝最终还原和溶解)后得到铁水的铁水制造工艺，其结果得到以下事实。首先是关于用RHF把铁矿石进行予还原冶炼，制造半还原铁，把此半还原铁用SAF进行熔融还原冶炼，制造铁水的工艺，对予还原冶炼中得到的半还原铁的金属化率与整体的生产效率(特别是本文档来自技高网...

【技术保护点】
金属冶炼方法，其特征在于，它包括：从下述的（ａ）～（ｃ）中选择１种以上的混合物原料，在予还原炉中使金属氧化物和（或）金属氢氧化物的平均金属化率达到５～５５％的予还原工序（Ａ１）、以及在此工序（Ａ１）中经过予还原的混合物原料被装入金属冶炼用的溶解炉中，在溶解炉中以制炭材料为还原材料，而且此制炭材料的燃烧热和在炉内产生的一氧化碳的燃烧热为主要热源，进行溶解和最终还原的工序（Ｂ１），（ａ）至少混合有制炭材料、金属氧化物和（或）金属氢氧化物的混合物原料，（ｂ）至少混合有制炭材 料、金属氢氧化物和（或）金属氢氧化物，并制成颗粒的混合物原料，（ｃ）至少混合有制炭材料、金属氧化物和（或）金属氢氧化物，并成型的混合物原料。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：岩崎克博，矶崎进市，关口毅，田口宪彦，
申请(专利权)人：日本钢管株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]