直接還原用原料、直接還原用原料的制造方法和還原鐵的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及直接還原用原料、直接還原用原料的制造方法、和還原鐵的制造方法。
[0002] 本申請基于在2013年7月29日在日本提出的專利申請號、和在2014年 4月24日在日本提出的專利申請號要求優先權，在這里援引這些申請的內容。
【背景技術】
[0003] 作為從含有氧化鐵的原料還原鐵的制鐵法之一，已知直接還原制鐵法。直接還原 制鐵法，以用于進行該方法的設備的建造成本便宜、運轉容易、而且即使是小規模設備也能 夠作業等為背景而持續發展。特別是豎爐方式的直接還原爐，為了有效地活用爐內的還原 氣體而實施了各種各樣的改善。
[0004] 為了進行使用了直接還原制鐵法的穩定作業，穩定的還原氣體的通氣和氧化鐵原 料的物流確保成為重要的技術課題。在豎爐下部的高溫區域，氧化鐵原料結團 (clustering)的情況下，不僅通氣阻力增大，立式豎爐中的生產率降低，而且引起氧化鐵原 料的下降不良，招致生產障礙。因此，在直接還原制鐵法中，設置氧化鐵原料的結團的管理 指標的情況較多。例如，將通過IS011256:2007試驗（以下記為"ISO試驗"）得到的值作為管 理指標。
[0005] 已知結團現象是在氧化鐵原料的表層部，由于固體金屬鐵的相互擴散、須狀突出 物的互相纏繞、或者由低融點爐渣的生成引起的熔融附著等而發生的。作為防止結團發生 的技術，有以下見解，即，將氧化鐵原料用碳材料、水泥、氫氧化鎂等被覆較有效(例如，參照 專利文獻1~3)。
[0006] 在先技術文獻
[0007] 專利文獻
[0008] 專利文獻1:日本國特開昭61-253309號公報 [0009] 專利文獻2:日本國特開平5-156335號公報 [0010]專利文獻3:歐州專利申請公開第0207779號說明書 [0011] 專利文獻4:日本國特開號公報
[0012] 專利文獻5:日本國特公昭59-10411號公報

【發明內容】

[0013] 但是，即使如上述專利文獻1~3那樣將原料用水泥等的被覆層覆蓋，在原樣地裝 入豎爐中進行還原的情況下，也有可能發生還原粉化。對于其原因在后面敘述。
[0014] 另外，在專利文獻4中，公開了通過將預熱了的氧化鐵原料裝入豎爐中進行還原， 使生產率增大的技術。但是，對于在防止結團和還原粉化上較為理想的制造條件、方法都未 公開。因此，在專利文獻4所記載的公開技術中，不能說能夠切實地防止結團和還原粉化。
[0015] 另外，在專利文獻5中，公開了對原料的表面實施被膜形成處理來形成多孔的表面 組織的技術。但是，對于在防止結團和還原粉化上較為理想的多孔狀態的具體要件、進而用 于獲得該要件的制造條件、方法都未公開。另外，對于由被覆層的碳酸化引起的被覆層的致 密化、耐還原粉化性的惡化都沒有言及。因此，在專利文獻5所記載的公開技術中，不能說能 夠切實地防止結團和還原粉化。
[0016] 本申請發明是鑒于上述情況而完成的，其目的是提供難以引起結團和還原粉化的 直接還原用原料、該直接還原用原料的制造方法、和還原鐵的制造方法。
[0017] 為了解決上述課題，本申請發明采用以下的各技術方案。
[0018] (1)-種直接還原用原料，其在豎爐中被還原，其具有原料和被覆層，所述被覆層 被覆上述原料的周圍，并且具有氣孔率為20體積％以上的多孔結構。
[0019] (2)在上述（1)的技術方案中，上述被覆層可以包含Ca的氧化物和Mg的氧化物中的 至少一方。
[0020] (3)-種直接還原用原料的制造方法，所述直接還原用原料在豎爐中被還原，該制 造方法具有：
[0021] 被覆工序，該工序是生成被覆原料的工序，所述被覆原料是將原料的周圍用含有 氫氧化物的漿狀的被覆材料被覆而成的，所述氫氧化物包含氫氧化鈣、氫氧化鎂和水泥水 合物中的至少一種；
[0022] 蒸發工序，該工序是將上述被覆原料中所含有的水分在向上述豎爐裝入之前使用 不含C02的氣體進行蒸發的工序;和
[0023]脫水工序，該工序是使用不含水(H20)蒸氣的氣體將上述被覆原料中所含有的化 合水在脫水溫度以上進行脫水的工序。
[0024] (4)在上述(3)所述的直接還原用原料的制造方法中，在上述被覆工序中，可以使 用浸漬法或噴霧法將上述原料用上述被覆材料被覆。
[0025] (5)-種還原鐵的制造方法，
[0026] 包括:將利用上述(3)或(4)所述的直接還原用原料的制造方法制造的上述被覆原 料以超過室溫的溫度裝入上述豎爐中的工序，
[0027] 上述豎爐是使用包含氫氣的還原氣體(或者以氫氣為主體的還原氣體)來制造還 原鐵的還原爐。
[0028] (6)在上述(5)所述的還原鐵的制造方法中，可以進一步具有預熱工序，該預熱工 序是在將上述被覆原料裝入上述豎爐之前，將上述被覆原料預熱至上述超過室溫的溫度的 工序。
[0029] 根據上述技術方案，能夠提供難以引起結團和還原粉化的直接還原用原料。根據 該直接還原用原料，能夠使直接還原制鐵法中的還原裝置的操作更穩定化。另外，由于能夠 將在以往的直接還原制鐵法中不能使用的、容易還原粉化的氧化鐵原料用于直接還原制鐵 法，因此能夠擴大可用于直接還原制鐵法的氧化鐵原料的選擇范圍，原料選擇的自由度擴 大。
【附圖說明】
[0030] 圖1是立式豎爐的概略構成圖。
[0031] 圖2是多孔被覆原料的概略截面圖。
[0032] 圖3是表示多孔被覆原料的制造工序的概略構成圖。
[0033] 圖4是表示被覆材料的比表面積(BSA)與被覆層的氣孔率的關系的圖。
[0034] 圖5是表示小型豎爐的概略構成圖。
[0035] 圖6是表示爐內溫度和爐高和還原粉化量的關系的圖。
【具體實施方式】
[0036](直接還原制鐵法的概要）
[0037] 圖1是將本發明的一實施方式涉及的直接還原用原料（以下稱為原料)進行還原的 豎爐10的概略構成圖。豎爐10為立式豎爐，具有氣體排出口 11、氣體吹入口 12和還原鐵排出 口 13,利用所謂的MIDREX法(直接還原制鐵法)將原料還原。氣體吹入口 12設置于豎爐10的 鉛垂方向的大致中段位置，向豎爐10的內部供給還原氣體。作為還原氣體，能夠使用天然 氣、將天然氣改性而成的以〇)和出為主成分的改性氣體、和煤氣。所謂煤氣是將煤氣化時產 生的氣體。作為還原氣體使用的上述改性氣體的組成可以是：H 2和C0的合計濃度為約 90mol %左右，H2/(H2+CO)的摩爾比為0.52~0.71，C02濃度為0.5~3.Omol %。還原氣體的溫 度可以為700°C~1000°C。
[0038] 還原氣體，將從豎爐10的爐頂部裝入的原料還原后，從設置于爐頂部10a的氣體排 出口 11作為廢氣排出。被還原了的原料、即還原鐵由在卻爐下部l〇b中循環的冷卻氣體(未 圖示)冷卻后，從設置于爐下部l〇b的還原鐵排出口 13排出。
[0039]在這里，作為防止原料在爐內結團的方法，可以考慮：在爐下部10b內設置巴登送 料器，使氧化鐵原料的物流成為剪切流，由此降低爐下部l〇b內的粉體壓力的方法。或者，也 可以考慮:在爐下部10b內設置結團破碎機(breaker )，將生成的團（c luster)進行機械性破 壞的方法。但是，這些方法，由于在豎爐10內產生的微粉量增大，因此使還原氣體等的物流 惡化，擔心排出于系統外的粉塵增大。
[0040] 另外，以往還實施了用被覆層覆蓋原料的方法。通過用被覆層覆蓋原料，在與其他 原料之間金屬鐵彼此的相互附著被抑制，因此能夠使結團難以發生。當用被覆層覆蓋原料 時，由于能夠抑制結團，因此能夠防止在豎爐10內產生大量的微粉。
[0041] (技術課題）
[0042]但是，已知如果將用被覆層被覆了的氧化鐵原料原樣地在豎爐10中還原，則會助 長還原粉化。本發明人等銳意研究其原因，查明原因在于被覆層的結構。也就是說，由于被 覆層的結構致密，因此還原氣體的擴散變得不均勻，還原反應方式成為非局部化學反應。因 此，會助長還原粉化。基于該見解，開發了通過預先對被覆層賦予充分的氣孔率，能夠抑制 結團并且也能夠抑制還原粉化的直接還原用原料。
[0043](本實施方式的直接還原用原料）
[0044]接著，一邊參照圖2,一邊對上述的具有被賦予了氣孔率的被覆層的原料（以下稱 為多孔被覆原料)進行說明。多孔被覆原料1具有原料3和將原料3的周圍被覆的被覆層2。被 覆層2的氣孔率，按平均值計為20體積％以上且50體積％以下。當氣孔率高于50體積％時， 被覆層2會從原料3剝離，變得不能夠維持被覆原料3的本來的功能，因此優選氣孔率的上限 值為50體積％。進一步地講，在現有的被覆層的制造方法(噴霧法、浸漬法）中，難以以確保 50體積％以上的氣孔率的方式形成被覆層2。
[0045] 原料3,由于由被覆層2被覆了全周圍，因此在還原中能夠抑制在其與其他的原料 之間金屬彼此相互附著。由此，能夠抑制結團