技术领域
[0001] 本
发明涉及由含有高浓度的锌的铁
矿石制造
生铁的方法。
背景技术
[0002] 粗
钢生产方法大致分为：由铁矿石生产生铁再制成钢的
高炉-转炉法，和将废铁熔解后进行精炼的电炉法。由于中国等新兴国家的兴起，全世界的粗钢生产量急剧增加。特别是高炉-转炉法所使用的铁矿石的需求紧迫，价格高涨，而且难以获得优质的铁矿石。
在通常的高炉作业中，装入原料中含有并被带入高炉的锌在炉内被还原、蒸
气化，一部分作为废气中的炉尘排出至炉外。但是，一部分在炉内的
温度低且
氧化电位高的部分氧化凝集。
特别容易在高炉炉身内壁等上凝集，使周围的
焦炭或矿石粘结，从而使填充物固定。这种固定部分被称为“
沉积物(アンザッツ)”，使炉内填充物质的落下变得不稳定，引发“悬料”、“崩料”等问题。
[0003] 而且，通常将含有大量铁成分的高炉废气中的含锌炉尘与其它的炼铁厂内产生的炉尘一同送至
烧结工序进行再利用。此时，由于带入高炉中的锌量增加，因此为了防止发生如上所述的问题，按照锌的含量将含锌炉尘分为低锌炉尘和高锌炉尘，从而提出了将低锌炉尘作为烧结原料、将高锌炉尘作为
水泥制造用原料来使用的处理方法(例如参考日本特公平3-62772号
公报)。即使根据日本特公平3-62772号公报所记载的处理来进行，现实情况是，由装入原料带入高炉的锌量在高炉操作所允许的上限附近，在这种情况下，使用锌含量高的铁矿石作为高炉原料会使高炉的装入锌量增加，因而难以实现。
[0004] 另一方面，与铁矿石相同，全世界锌的需求激增，存在价格高涨的问题。关于锌，存在硫化矿或氧化锌等锌原料不足的问题。锌是例如作为
电池原料以及作为使钢板表面的耐
腐蚀性提高的材料等不可或缺的金属。通常采用将硫化矿氧化
焙烧制作氧化锌，再以湿式或干式的方式进行
冶炼，从而得到锌金属的方法，但近年来，还提出了冶炼制铁炉尘等而得到粗氧化锌，再制成锌冶炼原料的方法。
[0005] 例如，对于锌浓度大于10
质量％的粗氧化锌而言，通过进行沃尔兹法等中间处理，能够制成高浓度的粗氧化锌，从而能够作为锌冶炼原料使用。而且，对于锌浓度超过50质量％的粗氧化锌而言，不能作为例如ISP法等锌精炼中使用的粗氧化锌直接使用。
[0006] 如上所述，在存在铁原料、锌原料等资源不足的问题的情况下，现实情况是，仍无法在高炉中使用锌成分含量比通常高的铁矿石，其铁成分及锌成分没有得到有效的利用。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于，提供能够有效利用高锌含量铁矿石的、使用高锌含量铁矿石的生铁制造方法。
[0008] 此外，本发明的目的在于，提供能够解决锌、铁两种原料供给不足的、使用高锌含量铁矿石的生铁制造方法。
[0009] 为了实现上述目的，本发明提供一种生铁制造方法，具有：高炉原料制造工序、生铁制造工序、炉尘回收工序以及锌回收工序。
[0010] 高炉原料制造工序，使用含有0.01质量％以上的锌、50质量％以上的铁的高锌含量铁矿石制造高炉原料。
[0011] 生铁制造工序，将所述高炉原料装入高炉而制造生铁，从炉顶排出含有含锌炉尘的高炉废气。
[0012] 炉尘回收工序，将高炉废气中的含锌炉尘回收。
[0013] 锌回收工序，使用还原炉从所述含锌炉尘中将锌回收。
[0014] 所述高锌含量铁矿石优选含有0.01～0.5质量％的锌和50～70质量％的铁。
[0015] 所述高炉原料优选为选自由烧结矿、球团矿、
块矿、含
碳团矿和铁焦组成的组中的至少一种。所述高炉原料优选为烧结矿。
[0016] 所述高炉原料制造工序优选使用含有0.01质量％以上的锌、50质量％以上的铁的高锌含量铁矿石和所述含锌炉尘制造高炉原料。
[0017] 所述生铁制造工序优选将具有每1吨生铁250g以下的高炉装入锌量的高炉原料装入高炉而制造生铁。更优选所述高炉装入锌量为每1吨生铁60～250g。
[0018] 所述还原炉优选为选自由回转炉、
竖炉和移动型
炉床炉组成的组中的一种。
[0019] 所述锌回收工序优选将含锌炉尘装载到移动型炉床炉的炉床上，从炉床上部供给热而将所述含锌炉尘还原，制造还原铁，并将锌回收。这种情况下，所述含锌炉尘优选具有0.45质量％以上的平均锌浓度。
[0020] 所述锌回收工序优选将含有含锌炉尘和含锌钢铁副产物粉末的混合原料装载到移动型炉床炉的炉床上，从炉床上部供给热而将所述混合原料还原，制造还原铁，并将粗氧化锌回收。所述含锌钢铁副产物粉末优选为选自由高炉产生的炉尘、转炉产生的炉尘、电炉产生的炉尘和
表面处理工序中产生的泥渣组成的组中的至少一种。
[0021] 所述锌回收工序优选将混合有含锌炉尘和成分调节材料的混合原料装载到移动型炉床上，从该移动型炉床上部供给热而将所述混合原料还原，制造还原铁，并将锌回收。这种情况下，所述混合原料优选具有0.45质量％以上的平均锌浓度。
[0022] 所述锌回收工序优选将含有含锌炉尘、成分调节材料和含锌钢铁副产物粉末的混合原料装载到移动型炉床炉的炉床上，从炉床上部供给热而将所述混合原料还原，制造还原铁，并将粗氧化锌回收。所述含锌钢铁副产物粉末优选为选自由高炉产生的炉尘、转炉产生的炉尘、电炉产生的炉尘和表面处理工序中产生的泥渣组成的组中的至少一种。
附图说明
[0023] 图1是表示实施方式的生铁制造方法的概略图。
[0024] 图2是表示实施方式的条件1的锌的去向的
流程图。
[0025] 图3是表示实施方式的条件5的锌的去向的流程图。
[0026] 图4是表示实施方式的条件8的锌的去向的流程图。
[0027] 图5是表示实施方式的条件11的锌的去向的流程图。
[0028] 标号说明
[0029] 1 高炉
[0030] 2 高炉原料
[0031] 3 生铁
[0032] 4 含锌炉尘(高炉排出炉尘)
[0033] 5 还原炉(转底炉)
[0034] 6 粗氧化锌
[0035] 7 还原铁(粒铁)
[0036] 8 含锌钢铁副产物粉末
[0037] 实施方式
[0038] 本
发明人考虑使用高锌含量铁矿石，并为了有效利用含有的铁成分以及锌成分而使用高锌含量铁矿石作为烧结矿等高炉原料，从目前烧结工序中的再利用或
水泥原料所使用的高炉废气中的含锌炉尘中将锌回收，从而完成了本发明。
[0039] 本发明所使用的高锌含量铁矿石，是指锌的含量高于作为普通的高炉原料使用的铁矿石，即通常含有0.01质量％以上的锌、50质量％以上的铁的铁矿石。本发明所使用的高锌含量铁矿石的锌含量和铁含量的上限没有限制，而由铁矿石自身决定，对于锌而言例如约为0.5质量％以下，对于铁而言例如约为70质量％以下。而且，高锌含量铁矿石的Na2O、K2O等
碱性成分的含量，以氧化物换算通常为0.08质量％以上。碱性成分的含量优选为1质量％以下，这对
预防烧结矿的低温还原粉化是有效的。
[0040] 作为使用了高锌含量铁矿石的高炉原料，优选烧结矿、球团矿、块矿、含碳团矿和铁焦等。
[0041] 关于从高炉废气中的含锌炉尘回收锌的方法，例如可以使用还原炉进行锌富集处理而制造粗氧化锌，再通过湿式或干式冶炼制成锌金属。作为这里所使用的还原炉，可以列举回转炉、竖炉和移动型炉床炉等。还原炉中产生的炉尘与从高炉排出的炉尘相比，由于锌富集，因此将还原炉所产生的炉尘回收来作为粗氧化锌的原料使用是有效的。而且，优选同时回收炉尘中的铁成分。
[0042] 作为还原炉，优选使用移动型炉床炉。在使用移动型炉床炉时，将含锌炉尘装载到沿水平方向移动的炉床上，并通过从上方
辐射导热进行加热，将炉尘还原，从而能够在炉床上同时制造还原铁。或者，装载混合了含锌炉尘和成分调节材料的混合原料，通过从上方辐射导热进行加热而将炉尘还原，从而在炉床上同时制造还原铁。而且，通过在炉床上使该还原生成物熔融，能够将
熔渣和金属分离而制造作为粒铁的还原铁。在使用移动型炉床炉的情况下，在制造还原铁的同时，从由移动型炉床炉产生的废气所含有的炉尘中将锌回收。作为成分调节材料，优选石灰石、
硅砂、高炉炉尘以外的炉尘、泥渣以及焦炭粉等碳材料等。
[0043] 该移动型炉床炉是在加热炉的炉床水平移动的过程中实施加热的炉，水平移动的炉床以具有旋转移动方式的炉床为代表，该方式的移动型炉床炉被特别称为转底炉。
[0044] 以下，在使用高锌含量铁矿石制造生铁，使用转底炉进行锌回收的情况下，对本发明进行说明。
[0045] 使用图1对本发明的一个实施方式进行说明。使用炉顶装入装置从炉上部向高炉1中装入高炉原料2和
固体燃料。作为高炉原料2，可以主要使用烧结矿，也可以使用其它的球团矿、块矿、含碳团矿和铁焦等。
[0046] 在本发明中，关于该高炉原料，使用含有0.01质量％以上的锌、50质量％以上的铁的高锌含量铁矿石作为原料。从锌回收的观点出发，高炉的装入锌量越多越好，但为了防止由炉内附着物引起的操作变差，优选调节高锌含量铁矿石的使用量而制成高炉原料，并装入高炉，以使高炉的装入锌量为预定值以下。该预定值根据经验对每个高炉进行设定，例如设为每1吨生铁250g以下。另外，在不超过该预定值的范围内，可以将高炉废气中的含锌炉尘与高锌含量铁矿石一并作为高炉装入原料使用。
[0047] 装入的高炉原料2在高炉1内被还原、熔融，并被制成生铁3。
[0048] 而且，从高炉上部排出废气和炉尘4，该炉尘4含有铁和锌。在本发明中，该含锌炉尘4在转底炉5中被还原，锌在气化后再次被氧化，成为转底炉中产生的废气中的炉尘，粗氧化锌6被回收。转底炉中产生的废气所含有的炉尘，锌富集，直接或通过进行再精制工序而成为锌冶炼的原料。而且，炉尘中的铁成分作为还原铁7被回收。
[0049] 这里，含锌炉尘4除铁、锌之外还含有其它熔渣成分。而且，作为碳类固体还原材料的代表例的
煤、煤焦以及焦炭中含有作为灰分的熔渣成分。因此，在仅进行还原操作的回转炉或移动炉床炉法中，作为成品的还原铁中混入熔渣成分的情况是不可避免的。在转底炉的炉床上使原料还原/熔融时，能够快速地分离由还原生成的金属和作为残渣的熔渣，因而能够得到作为高
密度的还原铁的成品粒铁。
[0050] 在转底炉中，优选使还原/熔融时的加热温度为1450℃以上。通过使转底炉内的最高温度为1450℃以上，炉内以及在炉内还原/熔融的原料达到高温。特别是通过使熔融后的原料为1450℃以上，能够确保充分的流动性，容易除去金属铁中的脉石成分，能够制造良好形状的粒铁。
[0051] 将碳材料装载到炉床上，并在该碳材料上
层压含有炉尘的混合原料，由此能够防止熔融后的金属和熔渣侵蚀炉床的耐火物。由于耐火物侵蚀时铁成分进入耐火物，因此通过防止炉床的耐火物的侵蚀，能够减少铁成分的损耗，有助于提高粒铁的生产率。
[0052] 本发明是使用高锌含量铁矿石制造生铁的技术，通过转底炉还原含锌炉尘时，还可以混合含锌钢铁副产物粉末8而进行使用。通过混合锌浓度高于含锌炉尘的钢铁副产物粉末，能够如上所述地在从转底炉产生的废气中回收的炉尘中，得到具有高浓度的粗氧化锌的炉尘。
[0053] 如上所述，含有粗氧化锌的回收炉尘的使用用途根据锌浓度而不同，由于通过上述方法生产的回收炉尘的锌浓度超过10质量％，因此能够通过沃尔兹法(Waelz method)等中间处理制成高浓度的粗氧化锌，从而能够作为锌冶炼原料使用。
[0054] 与含锌炉尘混合使用的含锌钢铁副产物粉末没有特别的限制，可以使
用例如高炉产生的炉尘、转炉产生的炉尘、电炉产生的炉尘和表面处理工序中产生的泥渣等钢铁业中的副产物。
[0055] 如果混合原料中的平均锌浓度为0.45质量％以上，则能够使通过转底炉处理而得到的回收炉尘的锌浓度为50质量％以上。如果所得的回收炉尘的锌浓度为50质量％以上，则由于不需要中间处理，因而能够作为锌冶炼中使用的粗氧化锌来直接使用，因此优选。
[0056] 如上所述，在通过转底炉将含锌炉尘还原时，通过混合含锌钢铁副产物粉末，回收炉尘中的锌浓度提高，经济性也提高。
[0058] 为了确认本发明的有效性，使用高锌含量铁矿石和普通的矿石制造烧结矿，使用3
图1所示的设备进行生铁的制造试验。对象高炉为5000m 级的大型高炉。将高炉送
风条件示于表1，将在高炉中装入的装入原料(铁矿石)的比例示于表2。
[0059] 表1
[0060]送风温度(℃) 1100～1200
送风量(Nm3/h) 8000～8400
湿度(g/Nm3) 30～35
氧富集(体积％) 2.5～3.5
[0061] 表2 (质量％)
[0062]烧结矿 72.2
块矿石 23.9
球团矿 3.9
[0063] 将作为烧结矿的原料使用的矿石A(高锌含量矿石)的组成及烧结用混合铁矿石(普通的矿石)的组成示于表3。另外，在表3中，T-Fe是指总Fe含量。
[0064] 表3 (质量％)
[0065]T-Fe FeO SiO2 Al2O3 Zn
矿石A 63.0 23.2 4.3 1.1 0.050
烧结用混合矿石 58.2 1.5 4.6 1.8 0.005
[0066] 矿石A是高锌含量铁矿石，其锌含量为锌含量较低的烧结用混合铁矿石的锌浓度的约10倍。按照表4所示的比例将这些矿石作为烧结原料来使用，将制造的烧结矿装入高炉并进行条件1～11的操作。
[0067]
[0068] 关于条件1、5、8、11，将整个炼铁厂的锌的去向示于图2～5。在图2～5中，图中记载的数字表示锌量，其单位为每1吨生铁的克数(g/t-p)。
[0069] (本发明例)
[0070] 在烧结矿制造中，将矿石A的使用比例设为条件1～8，并将所得的烧结矿装入高炉，在部分操作中将高炉操作所产生的部分炉尘(高炉炉尘)作为烧结矿的制造原料进行再利用。没有作为烧结矿的制造原料进行再利用的炉尘，使用转底炉对其进行还原、熔融(在表4的高炉排出炉尘处理方法一栏中，记载为“还原炉”)，得到粒铁和炉尘。将此时的烧结矿中的锌含量、装入高炉的锌量以及高炉的操作结果同时示于表4。而且，将作为还原炉中的粒铁的铁成分回收率、转底炉中产生的炉尘的锌浓度以及锌回收量的结果也同时示于表4。
[0071] 在条件1～8的操作中，高炉操作没有特别的问题，能够使用高锌含量铁矿石生产生铁。而且，通过利用转底炉对高炉废气中的炉尘进行处理，能够将浓缩了粒铁和锌的粗氧化锌回收。
[0072] (比较例)
[0073] 在烧结矿制造中，将矿石A的使用比例设为条件9～11，并将所得的烧结矿装入高炉，此时，如以往那样，将由高炉排出的炉尘中的高Zn成分(锌含有率为1质量％以上)作为水泥原料、将低Zn成分(锌含有率小于1质量％)作为烧结矿的原料进行再利用处理。
[0074] 条件9没有使用高锌含量矿石，与以往的操作条件相当。在条件10及11的情况下，高炉装入锌量每1吨生铁超过250g，由于装入高炉的锌量增加，因此在条件10的情况下，产生装入物的负载下降不良，从而难以稳定操作。在条件11的情况下，上述不良的情况变得特别显著，高炉的操作困难。
[0075] 然后，使用混合了含锌炉尘和含锌钢铁副产物粉末的原料。
[0076] 将使用的含锌钢铁副产物粉末的组成示于表5。这里，使用由转炉产生的炉尘作为含锌钢铁副产物粉末。
[0077] 表5
[0078]T-Fe FeO SiO2 Al2O3 Zn
含锌钢铁副产物粉末 48.0 16.3 1.5 1.2 1.4
[0079] 通过与图1所示相同的设备，按照条件2使用含锌炉尘和含锌钢铁副产物粉末进行粒铁和转炉回收炉尘的制造试验时，调查了混合原料中的锌浓度和所回收的炉尘的锌浓度之间的关系。在调查中，将含锌炉尘和含锌钢铁副产物粉末混合后使用，使锌浓度连续变化而作为条件12～15，将产生的炉尘回收。
[0080] 将混合原料中的含锌钢铁副产物粉末的混合比例、锌浓度以及回收炉尘的锌浓度的测定结果示于表6
[0081] 表6
[0082]
[0083] 根据表6可知，随着混合原料中的含锌钢铁副产物粉末的混合比例的上升，回收炉尘的锌浓度上升，如果混合原料中的锌浓度达到0.45质量％以上，则作为制品炉尘的回收炉尘的锌浓度超过50质量％，成为能够直接用于ISP法等锌精炼的原料。
[0084] 如上所述，通过使用本发明方法，能够将高锌含量铁矿石作为生铁原料使用，并且能够有效地利用其中含有的铁成分和锌成分。
