烧结矿的制造方法 技术领域 本发明涉及钢铁制造过程中的烧结矿的制造方法， 特别涉及将含有结晶水的铁矿 石粉用于烧结原料的烧结矿的制造方法。
背景技术
在烧结矿的制造过程中， 作为烧结原料， 使用铁矿石粉及杂铁源等主原料、 以及造 渣材料 ( 副原料 )。杂铁源包括在烧结工厂系统内及烧结工厂系统外产生的筛下粉、 灰尘、 轧制铁磷等， 含有铁成分。造渣材料 ( 副原料 ) 是石灰石等。这样， 在烧结矿的制造过程 中， 使用化学成分不同的多种烧结原料。 所以， 为了制造适合于高炉的作业的化学成分的烧 结矿， 适当地配合烧结原料各自的使用比例。并且， 将适当配合了多种烧结原料、 再加上焦 炭、 煤等的凝结材料后的物质作为配合原料。 在一般的德怀特 - 劳埃德 ( ドワイトロイド ) (DL) 式烧结机的烧结过程中， 使由配合原料构成的填充层的下方为负压， 使空气从上方向 下方流通， 使配合原料中的凝结材料燃烧。 并且， 通过产生的燃烧热将铁矿石粉等的含有铁成分的主原料和副原料烧结而制造成块化的烧结矿。 将该烧结矿在高炉中作为主要的原料 使用。
挥发成分较高的煤不能原样作为烧结矿的制造过程中的凝结材料使用， 所以在与 粉状的焦炭或无烟煤等混合后作为凝结材料使用。 在凝结材料中使用的焦炭是将因粒径较 小而不适合在高炉中使用的焦炭进一步粉碎而做成适合作为凝结材料的粒径的焦炭。但 是， 粒径较小而不适合于高炉使用的焦炭的量相对于在烧结过程中需要的凝结材料的量较 少。因此， 将不足的量用无烟煤补充。
作为烧结矿的制造过程的主原料即铁矿石粉， 可以使用赤铁矿石等。 但是， 近年来 赤铁矿石等的供给量减少， 作为铁矿石粉， 罗布河 ( ロ一ブリバ一 )(Robe River) 矿石及杨 迪 ( ヤンデイク一ジナ )(Yandicoojina) 矿石等的豆石 ( ピソライト ) 矿石、 以及西安杰 利斯 ( ウエストアンジエラス )(West Angeles) 矿石等的玛拉曼巴 ( マラマンバ )(Marra Mamba) 矿石等的使用量增加。 这些铁矿石粉含有结晶水。 如果将含有结晶水的铁矿石粉作 为烧结矿的制造过程的主原料使用， 则在铁矿石粉中的结晶水的热分解中需要大量的热， 所以作为热的供给源的凝结材料的使用量增大。即， 在烧结矿的制造过程中增加含有结晶 水的铁矿石粉的使用量， 所以提高了凝结材料的比例 ( 凝结材料比 )。
但是， 如果提高凝结材料比， 则通过凝结材料的燃烧产生的热量变大， 在由配合原 料构成的填充层内烧结反应进行的过程中， 通过凝结材料的燃烧发热在填充层内形成的高 温区域扩大， 熔融液过量地生成。因此， 烧结层中的通气阻力上升， 阻碍了凝结材料的燃烧 所需要的空气的供给而烧结矿的生产性下降。进而， 通过过量生成的熔融液使烧结矿的气 孔量减少， 烧结矿的被还原性下降， 导致高炉中的炼铁所需要的还原材料的比例 ( 还原材 料比 ) 的上升， 经济性下降。
在专利文献 1 中， 作为与烧结矿的制造过程没有关系的高炉作业方法， 记载有使 用将含有结晶水的铁矿石还原后的还原铁作为高炉原料使用的技术。但是， 不能将该高炉作业方法的技术应用到烧结矿的制造过程中。 此外， 在该技术 中， 为了制造含有金属铁的还原率 30％为以上的还原铁的制造而需要使用还原能力较高的 还原气体。因此， 在还原气体的制造中花费的成本较高， 制造的还原铁的价格较高。
此外， 凝结材料比的上升还带来无烟煤的使用量的增大。 但是， 由于无烟煤的储藏 量比烟煤及次烟煤少、 市场较小， 所以考虑稳定的购入较困难， 将来其绝对量不足。如果无 烟煤的供给量不足， 则可以考虑将本来能够在高炉中使用的大小的焦炭粉碎来确保凝结材 料的量。但是， 在此情况下， 有可能需要新建焦炉、 或增加昂贵的粘接性高的原料炭的使用 量或增加焦炭生产量、 或购入昂贵的焦炭。即， 由于会导致费用的大幅的上升， 所以将在高 炉中能够使用的大小的焦炭用于凝结材料并不经济。
专利文献 1 ： 日本特开平 9-165607 号公报 发明内容 本发明的目的是提供一种能够降低使用含有结晶水的铁矿石的情况下的凝结材 料比、 并且能够提高生产性的烧结矿的制造方法。
本发明为了解决上述问题， 以以下为主旨。
即， 本发明的主旨如下。
(1) 一种烧结矿的制造方法， 其特征在于， 将含有结晶水的铁矿石使用还原性气体 还原， 将得到的还原矿石用于烧结原料， 制造烧结矿。
(2) 如上述 (1) 所述的烧结矿的制造方法， 其特征在于， 上述含有结晶水的铁矿石 是豆石矿石或玛拉曼巴矿石的至少任一种。
(3) 如上述 (1) 或 (2) 所述的烧结矿的制造方法， 其特征在于， 使用流动层进行上 述还原。
(4) 如上述 (1) ～ (3) 中任一项所述的烧结矿的制造方法， 其特征在于， 作为在上 述还原中使用的还原性气体， 使用将高炉煤气部分氧化后的气体。
(5) 如上述 (4) 所述的烧结矿的制造方法， 其特征在于， 对上述部分氧化的高炉气 体在事前添加从转炉煤气、 焦炉煤气、 天然气、 液化石油气、 其他比高炉煤气发热量高的气 体中选择的一种以上。
附图说明
图 1 是表示有关本发明的实施方式的使用还原矿石的烧结矿的制造方法的一例 图 2 是表示本发明的实施方式的烧结机主体上的烧结原料层的升温曲线的一例 图 3 是表示有关本发明的实施例的使用还原矿石的烧结矿的制造方法的图。的图。
的图。
具体实施方式
在烧结矿的制造过程中使用的铁矿石粉的粒径通常是 10mm 左右。在烧结矿的制 造过程中使用的铁矿石粉中的、 罗布河矿石及杨迪矿石等的豆石矿石、 以及西安杰利斯矿 石等的玛拉曼巴矿石含有结晶水。豆石矿石含有 8％左右、 玛拉曼巴矿石含有 3％左右的结晶水、 这些铁矿石粉例如在澳洲出产。
本发明的烧结矿的制造方法的第 1 方案的特征在于， 将含有结晶水的铁矿石使用 还原性气体还原， 将得到的还原矿石用于烧结原料， 制造烧结矿。
如上所述， 如果将含有结晶水的铁矿石粉原样作为烧结矿的制造过程的烧结原料 使用， 则在铁矿石粉中的结晶水的热分解中需要热， 所以作为热的供给源的凝结材料的使 用量增大。 另一方面， 如果对铁矿石粉等的铁矿石使用还原性气体进行还原， 则能够在适合 于还原的温度下将铁矿石中的结晶水在还原的同时除去。因此， 如果将得到的还原矿石用 于烧结原料， 则不需要结晶水的热分解， 所以能够减少凝结材料比。随之， 与将含有结晶水 的铁矿石粉原样作为烧结原料使用的情况相比， 能够削减昂贵的无烟煤的使用量， 并且烧 结层中的通风阻力减小， 能够改善烧结矿的生产性。进而， 由于烧结矿的气孔量增大， 所以 能够改善烧结矿的被还原性。
此外， 由于将还原矿石用于烧结原料而制造的烧结矿的被还原性良好， 所以能够 减小高炉中的还原材料比、 减少昂贵的焦炭及煤粉的使用量。
此外， 作为用作烧结原料的含有结晶水的铁矿石， 优选地使用包括豆石矿石或玛 拉曼巴矿石的至少一种铁矿石。 此外， 优选的是使用流动层还原炉进行上述还原。
在粒径为 10mm 左右或其以上的大小的块状的铁矿石的还原中， 使用竖炉或转炉 等。 但是， 上述罗布河矿石及杨迪矿石等的豆石矿石、 以及西安杰利斯矿石等的玛拉曼巴矿 石 ( 例如澳洲产 ) 为粒径 10mm 左右以下的粉状， 所以在将这些铁矿石原样还原而制造能够 作为烧结原料使用的粉状的还原矿石方面， 流动层还原炉是适合的。
这里， 参照图 1， 对本发明的实施方式进行说明。 这里， 对使用流动层还原炉的方法 进行说明。
在图 1 中， 将原料的铁矿石粉 11 供给到流动层还原炉 1 中， 通过还原气体 15 进行 还原。将在流动层还原炉 1 中得到的还原矿石 19 与其他原料 ( 铁矿石、 杂铁源、 副原料、 返 矿及凝结材料 20) 混合而做成配合原料 21、 装入到烧结机主体 5 中。将从烧结机主体 5 排 出的烧结矿 23 破碎， 用筛子 7 筛， 分离成筛上的适合作为高炉原料的粒径的成品烧结矿 24 和筛下的细小的返矿 25。
另外， 作为在还原中使用的还原性气体， 优选地使用将高炉气体部分氧化后的气 体。 作为在还原中使用的还原性气体， 也可以使用将转炉煤气、 焦炉煤气、 天然气、 液化石油 气部分氧化后的气体， 但特别优选地使用将比转炉煤气、 焦炉煤气、 天然气、 液化石油气便 宜的高炉煤气部分氧化后的气体。 如果将高炉煤气部分燃烧， 则能够得到高温的还原气体， 所以容易将流动层反应温度升温到铁矿石的还原所需要的温度。 也可以将高炉煤气原样作 为还原气体使用， 但在此情况下， 为了将流动层反应温度升温到铁矿石的还原所需要的温 度， 产生了将高炉煤气的预热温度提高、 或将铁矿石预热到高温等的需要， 设备负荷变大。 因此， 与使用将高炉煤气部分燃烧 ( 部分氧化 ) 后的气体的情况相比， 设备成本上升， 并不 经济。 此外， 并不限于高炉煤气， 在使用上述转炉煤气、 焦炉煤气等的情况下， 优选的是与高 炉煤气同样地部分燃烧而作为高温的还原气体使用。
在图 1 所示的例子中， 利用流动层还原炉排出气体 16 的显热用热交换器 2 将高炉 煤气 12 预热。使预热后的预热高炉煤气 13 进一步在部分燃烧炉 3 中通过空气 14 部分燃
烧而得到还原气体 15。还原气体 15 以 CO 气体、 CO2 气体及 N2 气体为主成分。将这样得到 的还原气体 15 供给到流动层还原炉 1 中， 在流动层还原炉 1 中将豆石矿石或玛拉曼巴矿石 等的含有结晶水的铁矿石粉 11 还原。
将从流动层还原炉 1 的上部排出的流动层还原炉排出气体 16 如上述那样在热交 换机 2 中用于高炉煤气 12 的预热， 然后， 将再残留的热交换器排出气体 17 的显热在废热回 收装置 4 中用于蒸气回收， 将废热回收装置气体 18 在系统外处理。
此外， 在想要提高还原气体 15 的温度、 或提高还原能力的情况下， 优选的是对高 炉煤气 12 或预热高炉煤气 13 的至少其一中添加从转炉煤气、 焦炉煤气、 天然气、 液化石油 气、 其他比高炉煤气发热量高的气体中选择的一种以上。
由于在比 700℃左右低的温度下还原速度较慢， 所以将还原温度设为 700℃以上 对于得到较高的还原率更好。由于豆石矿石或玛拉曼巴矿石等的结晶水从 350℃左右开始 分解， 所以通过在 700℃以上的温度下进行还原处理， 将结晶水也同时除去。如果将矿石在 还原气体环境中加热到 1200℃左右以上， 则部分熔融而粒子彼此熔接， 所以优选的是在比 1200℃左右低的温度下进行还原处理。由于将作为原料的高炉煤气 12 在热交换机 2 中升 温而成为预热高炉煤气 13， 再在部分燃烧炉 3 中部分燃烧、 使温度上升而成为高温的还原 气体 15， 所以能够将在确保上述还原温度的基础上的热量作为还原气体 15 的显热供给。 使高炉煤气 12 部分燃烧而制造的还原气体 15 由于 CO2 气体成分比率相对于其 CO 气体成分比率的比高、 并且 H2O 气体成分比率相对于其 H2 气体成分比率的比高， 所以虽然没 有将铁矿石还原到金属铁的还原能力， 但能够还原到方铁矿。但是， 当还原温度较低时， 还 原速度较慢， 所以虽然能够从赤铁矿迅速地还原到磁铁矿， 但在从磁铁矿到方铁矿的还原 中花费时间。因而， 如果通过使高炉煤气 12 部分燃烧而制造的还原气体 15 将豆石矿石或 玛拉曼巴矿石等的含有结晶水的铁矿石粉 11 在流动层还原炉 1 中还原， 则能够得到结晶水 被除去、 主要被还原到从磁铁矿到方铁矿之间的还原矿石 19( 有在一部分中还存在铁的情 况 )。
如上所述， 为了将粒径为 10mm 左右以下的粉状的罗布河矿石及杨迪矿石等的豆 石矿石、 以及西安杰利斯矿石等的玛拉曼巴矿石原样还原而制造能够作为烧结原料使用的 粉状的还原矿石， 流动层还原炉是适合的。 但是， 例如在澳洲产的豆石矿石及玛拉曼巴矿石 中， 虽然是少量的， 但是有混杂有粒径为 10mm 以上 20mm 以下左右的块的情况。作为将这样 粒度分布幅度较大的铁矿石粉还原的流动层还原炉， 与气泡流动层还原炉相比， 循环流动 层还原炉更为适合。在气泡流动层还原炉中， 有需要将气体流速控制为粒子的流动开始速 度以上且结束速度以下、 良好地维持流动层内的粒子的流动状态并抑制粒子从流动层的飞 散的情况。因此， 如果铁矿石粉的粒度分布幅度较大则有不能应对的情况。另一方面， 在循 环流动层还原炉中， 由于将飞散的粒子用旋流器捕集并使粒子在流动层内循环， 所以能够 以较大的气体流速运转。循环流动层还原炉适合的理由是因为， 由于能够处理从旋流器的 捕集极限的微粒子到对应于较大的气体流速的粗大粒子， 所以能够使用粒度分布幅度较大 的粒子 ( 铁矿石粉 )。
在使用 10mm 左右以下的粉状的豆石矿石或玛拉曼巴矿石在循环流动层还原炉中 还原的情况下， 如果还原气体的空塔速度过低则粗粒会偏倚堆积在流动层的下部， 成为压 力变动较大的状态 ( 结渣状态 )， 有还原效率下降的情况。另一方面， 如果还原气体的空塔
速度过高， 则流动层内成为铁矿石的粒子滞留量较少的稀薄的状态， 有还原效率下降的情 况。因而， 为了得到稳定的流动状态， 还原气体的空塔速度优选的是 4m/s 左右到 15m/s 左 右。
在本发明的实施方式中， 如图 1 所示， 将含有结晶水的铁矿石 11 使用还原性气体 15 还原， 将得到的还原矿石 19 用于烧结原料， 进行该还原矿石 19 的烧结， 制造烧结矿 23。 如果将还原矿石 19 用于烧结原料， 则在烧结过程中烧结原料暴露在含有氧的高温气体环 境中， 所以还原矿石 19 被氧化而放热。因而， 能够将通过凝结材料的燃烧产生的热量减少 对应于作为基于还原矿石氧化的氧化热被供给的热量的量。即， 通过将还原矿石用于烧结 原料， 能够减少烧结中的凝结材料的使用量。 还原矿石的还原率越高， 还原矿石的每单位质 量的进行氧化时产生的热量越大， 所以当还原矿石的使用量为一定时还原率越高则减少凝 结材料的使用量的效果越大。 此外， 当还原矿石的还原率相同时， 还原矿石的使用量越多则 氧化发热量越大， 所以减少凝结材料的使用量的效果较大。 进而， 由于在制造还原矿石的过 程中结晶水被除去， 所以通过使用还原矿石， 不再需要使用用来供给结晶水的分解所需要 的热量的凝结材料的使用。因而， 也能够减少这部分凝结材料的使用量。
在烧结过程中的还原矿石的氧化中， 由于铁矿石自身放热， 所以氧化反应热对铁 矿石的温度上升直接作用， 相对于此， 在凝结材料的燃烧中， 通过来自高温的燃烧气体及燃 烧过程中的高温的凝结材料粒子的传热， 铁矿石升温。 因此， 需要比还原矿石的氧化带来的 发热量更多的凝结材料的发热量和升温时间。 因而， 与使用还原矿石的情况相比， 在不使用还原矿石的情况下， 通过烧结材料的 燃烧而在烧结层内形成的高温燃烧区域变大。即， 关于烧结原料层中的升温模式， 如图 2 所 示， 与不使用还原矿石的情况下的升温模式 32 相比， 使用还原矿石的情况下的升温模式 31 的升温速度更大、 并且冷却速度更大。结果， 能够抑制过量的熔融液的生成、 抑制所生成的 熔融液引起的气孔的堵塞， 所以如果使用还原矿石， 则能够制造被还原性较高的烧结矿。
进而， 如果代替将含有结晶水的豆石矿石或玛拉曼巴矿石原样作为烧结原料使用 而使用还原矿石 19， 则在烧结中由来于结晶水的蒸气的蒸发量减少， 并且随着结晶水的热 分解所需要的凝结材料的使用量下降， 通过凝结材料的燃烧和还原矿石的氧化形成的高温 燃烧区域减少， 抑制了过量的熔融液的生成。因此， 图 1 所示的烧结层 22 的压力损失下降。 因此， 在烧结主排出气体吸引鼓风机 6 的吸引负压为一定的条件下， 每单位时间被吸引到 烧结层 22 中的空气量增加， 烧结主排放气体 26 的量增加。此外， 通过还原矿石 19 的使用， 烧结层 22 中的升温模式如图 2 所示， 升温速度变大并且冷却速度变大， 所以烧结完成时间 变短。结果， 能够使烧结机主体 5 的台车速度上升。因而， 能够提高烧结矿的生产性。
如果还原矿石的还原率超过 30 ％， 则通常还原矿石较多地含有金属铁。在以比 800℃左右高的温度下还原、 制造了含有较多金属铁的还原率超过 30％的还原铁矿石的情 况下， 在还原矿石中生成的金属铁成为气孔率较低的严密的组织， 还原矿石的再氧化速度 变慢， 烧结层 22 中的加热曲线变宽。
另一方面， 在以比 800℃左右低的温度还原、 制造了含有较多金属铁的还原率超过 30％的还原铁矿石的情况下， 在还原矿石中生成的金属铁成为气孔较多的组织， 容易再氧 化， 有可能在将还原矿石装入到烧结机主体 5 中之前还原矿石燃烧。
即， 如果以还原温度比 800℃左右高的温度制造还原率超过 30％的还原矿石， 则
有在烧结矿的制造过程中烧结层 22 中的加热曲线变宽的情况， 如果以比 800℃左右低的温 度制造还原率超过 30％的还原矿石， 则在烧结矿的制造过程中在装入到烧结机主体 5 之前 还原矿石燃烧。因而， 还原矿石的还原率优选的是 30％以下。另外， 如在专利文献 1 中记载 那样， 通过将含有还原率超过 30％的金属铁的还原矿石在高炉中使用， 能够降低在高炉中 使用的焦炭量。因而， 含有还原率超过 30％的金属铁的还原矿石与在烧结矿的制造过程中 使用相比， 在高炉中使用经济性更好。
还原气体 15 的氧化度 (OD ： ％ ) 可以使用还原气体中的 H2 浓度 (H2％ ： vol％ )、 H2O 浓度 (H2O％ ： vol％ )、 CO 浓度 (CO％ ： vol％ )、 以及 CO2 浓度 (CO2％ ： vol％ ) 如以下这 样定义。
OD ＝ (H2O％ +CO2％ )/(H2％ +H2O％ +CO％ +CO2％ )×100
当还原气体 15 的氧化度 OD 较低时， 还原气体 15 中的 H2 浓度及 CO 浓度的和较大， 还原气体 15 的还原能力较大。如果还原气体 15 的氧化度 OD 比 20％左右低， 则在还原矿石 19 中较多地含有金属铁。因而， 为了抑制在还原矿石 19 中大量地生成金属铁、 避免烧结层 22 中的加热曲线变宽、 避免在装入到烧结机主体 5 之前还原矿石 19 燃烧， 优选地使还原气 体 15 的氧化度 OD 为 20％左右以上， 使在还原矿石 19 中含有的金属铁的量变少。
由于高炉煤气 12 的氧化度 OD 平均为 40 ～ 50％， 所以当将高炉煤气 12 部分燃烧 而制造还原气体 15 时， 变得比高炉煤气 12 的氧化度 OD 高， 还原气体 15 的 OD 不会比 20％ 左右小。此外， 通过将比高炉煤气 12 发热量高的炼铁副产气体混合到高炉煤气 12 中， 能够 制造相比仅由高炉煤气 12 制造还原气体 15、 氧化度 OD 小且还原能力好的还原气体。 结果， 能够使流动层还原炉 1 中的还原矿石 19 的生产性上升。但是， 为了使还原率不超过 30％、 不会生成较多金属铁， 优选地使还原气体 15 的氧化度 OD 为 20％左右以上。 另一方面， 如果 还原气体 15 的氧化度 OD 比 70％左右高， 则还原的进行变慢， 还原矿石的还原率变低或还原 矿石的生产性下降。因而， 优选地使还原气体 15 的氧化度 OD 为 70％以下。
接着， 对本发明者实际进行的烧结矿的制造进行说明。 这里， 对不在本发明的范围 内的比较例及遵循上述实施方式的实施例进行说明。在实施例中， 详细情况在后面叙述， 将含有结晶水的铁矿石粉的一部分进行预还原， 将铁矿石粉中的结晶水除去， 并且将铁矿 石粉中的赤铁矿主要还原到磁铁矿或方铁矿， 使用该预还原矿石粉制造出烧结矿。在比较 例及实施例的任意一个中， 都使用由含有结晶水的铁矿石粉、 杂铁源、 副原料、 返矿及凝结 材料构成的物质作为配合原料。 此外， 作为含有结晶水的铁矿石粉， 在比较例及实施例的任 意一个中都使用作为豆石矿石的一种的罗布河铁矿石粉。罗布河铁矿石粉占配合原料的 16mass％。此外， 作为表示烧结矿的被还原性的指标， 通过 JISM8713 测量了还原率。
( 比较例 )
在比较例中， 对铁矿石粉不进行本发明那样的还原， 将铁矿石粉原样作为烧结原 料在烧结过程中使用。为了制造 1 吨成品烧结矿而使用的配合原料是 1477kg。凝结材料每 1 吨成品烧结矿使用 60.2kg。其中， 无烟煤的使用量是每 1 吨成品烧结矿 18.4kg。
还原率是 65％， 烧结矿的生产性是每单位时间及每单位烧结面积 1.50t/h/m2。
当用高炉生产铁水时， 每 1 吨铁水使用 1620kg 由烧结矿、 铁矿石块及团矿构成的 主原料， 烧结矿是其中的 1245kg。 此时， 对每 1 吨铁水预先生产 1402kg 成品烧结矿， 其差量 是在向高炉的装入前被筛掉的筛下的烧结矿粉， 将其作为烧结原料再使用。为了在高炉中年生产 400 万吨铁水， 年生产 561 万吨成品烧结矿， 年使用 10.3 万 吨无烟煤， 年使用 107.8 万吨罗布河铁矿石粉。此时， 在高炉中使用的合计了焦炭及煤粉的 还原材料的使用量是每 1 吨铁水 490kg。
( 实施例 )
在图 3 中表示实施例的概要。在实施例中， 作为流动层还原炉而使用由第 1 流动 层还原炉 42 及第 2 流动层还原炉 41 构成的循环流动层。设空塔速度为 7m/s。
在第 1 流动层还原炉 42 中将罗布河铁矿石粉 51 在 900℃下还原而成为还原矿石 1(52)， 在第 2 流动层还原炉 41 中将还原矿石 1(52) 在 900℃下还原而成为还原矿石 2(53)。
将升压高炉煤气 54 通过热交换器 44 预热而成为预热后的升压高炉煤气 55， 在部 分燃烧炉 45 中使用升压空气 56 使其部分燃烧而制造出还原气体 57， 供给到第 1 流动层还 原炉 42 中。在上述热交换器 44 中， 使用将第 2 流动层还原炉 42 的排出气体 60 用燃烧器 43 通过升压空气 61 燃烧后的燃烧排出气体 62 将升压高炉煤气 54 预热。
供给到第 1 流动层还原炉 42 中的罗布河铁矿石粉 51 的结晶水在干燥后的状态下 是 8mass％。该值是没有通过降水、 散水等而存在于铁矿石粒子的表面、 铁矿石粒子间的空 隙、 铁矿石粒子内的气孔等中的水分 ( 称作附着水 ) 的状态， 实际的附着水是 4mass％。在 实施例中， 在将含有附着水 4％的罗布河铁矿石粉 51 的质量 1042kg 在循环流动层中还原 时， 使用 1244Nm3 温度为 975℃、 氧化度 OD 为 56％的还原气体 57。该 1244Nm3 的还原气体 57 是将升压高炉煤气 (1140Nm3)54 通过热交换器 44 预热到 711℃、 接着在部分燃烧炉中部 分燃烧而制造的。
在第 2 流动层还原炉 41 中， 通过该还原气体 57 还原还原矿石 1(52) 来制造 864kg 还原率为 22％的还原矿石 2(53)。
在第 1 流动层还原炉 42 中， 导入第 2 流动层还原炉 41 的排出气体 58 而作为还原 气体使用， 将罗布河铁矿石粉 51 在 900℃下还原而制造出还原矿石 1(52)。为了将第 1 流 动层还原炉 42 中的还原温度保持为 900℃， 将升压空气 59 导入 344Nm3 到第 1 流动层还原 炉 42 中， 使其部分燃烧。
第 1 流动层还原炉 42 的排出气体 60 包括罗布河铁矿石粉 51 的结晶水及附着水， 为 1667Nm3。该第 1 流动层还原炉 42 的排出气体 60 包括未燃气体成分， 所以如上述那样在 3 燃烧器 43 中通过 6184Nm 的升压空气使其完全燃烧， 升温到 989℃之后， 在热交换器 44 中 将升压高炉煤气 54 预热， 从热交换器 44 作为热交换器排出气体 63 排出。关于热交换器排 出气体 63， 用废热回收装置 46 进行蒸气回收而成为废热回收装置排出气体 64， 接着在冷却 除尘装置 47 中处理而成为冷却除尘装置排出气体 65， 进而通过在压力回收装置 48 中将压 力变换为电力而进行电力回收， 成为压力回收后排出气体 66， 将压力回收后排出气体 66 在 系统外处理。
还原矿石 2(53) 与铁矿石、 杂铁源、 副原料、 返矿及凝结材料 81 混合而成为配合原 料 82 将配合原料 82 装入到烧结机主体 71 中而形成烧结层 83。将从烧结机主体 71 排出的 烧结矿 84 破碎并用筛子 73 筛选， 分别为筛上的适合作为高炉原料的粒径的成品烧结矿 85 和筛下的细小的返矿 86。将烧结主排出气体 87 用烧结主排出气体吸引鼓风机 72 吸引， 然 后进行除尘、 脱硫、 脱销等的排出气体处理。
在实施例中， 与比较例同样， 罗布河铁矿石粉占配合原料的 16mass％。但是， 在实施例中， 将该罗布河铁矿石粉如上述那样还原， 将这样得到的还原矿石作为配合原料的一 部分配合。结果， 能够不使用无烟煤、 仅使用 41.8kg 的凝结材料制造烧结矿。即， 每 1 吨成 品烧结矿的凝结材料的使用量为 41.8kg。 该凝结材料的使用量对应于从比较例的凝结材料 使用量除去了无烟煤的使用量之后的量。
此时， 通过表示烧结矿的被还原性的 JISM8713 测量出的还原率为 68％， 与比较例 的该还原率 65％相比上升了 3 个百分点。即， 能够提高烧结矿的被还原性。此外， 烧结矿的 2 生产性为每单位时间及每单位烧结面积 1.58t/h/m ， 与比较例的该生产性 1.50t/h/m2 相比 上升了 0.08t/h/m2。即， 能够提高生产性。
将 113.2 万吨的罗布河铁矿石粉如上述那样预还原， 通过将预还原后的还原矿石 作为配合原料的一部分制造烧结矿， 能够年生产 589 万吨被还原性提高了 3 个百分点的成 品烧结矿。
结果， 为了用高炉年生产 400 万吨铁水， 每 1 吨铁水可以使用 1307kg 烧结矿， 与比 较例的每 1 吨铁水的烧结矿的使用量 1245kg 相比能够增加烧结矿的使用量并减少被还原 性较差的铁矿石块。
通过烧结矿的被还原性的改善和烧结矿使用比例的上升， 在高炉中使用的合计了 焦炭及微粉碳的还原材料的使用量为每 1 吨铁水 482kg， 与比较例的还原材料使用量的每 1 吨铁水 490kg 相比， 能够将还原材料使用量降低每 1 吨铁水 8kg。 在比较例中， 每 1 吨成品烧结矿使用凝结材料 60.2kg， 年生产 561 万吨成品烧结 矿， 年使用 33.8 万吨凝结材料。另一方面， 在实施例中， 每 1 吨成品烧结矿使用凝结材料 41.8kg， 年生产 589 万吨成品烧结矿， 年使用 24.6 万吨凝结材料。因而， 相对于比较例， 在 实施例中， 将凝结材料的使用量年削减了 9.2 万吨。
在比较例中， 每 1 吨铁水使用 490kg 还原材料， 年生产 400 万吨铁水， 所以年使用 了 196 万吨还原材料。另一方面， 在实施例中， 每 1 吨铁水使用 482kg 还原材料， 年生产 400 万吨铁水， 所以年使用了 192.8 万吨还原材料。因而， 相对于比较例， 在实施例中， 将还原材 料的使用量年削减了 3.2 万吨。
在实施例中， 相对于比较例， 将作为 CO2 产生源的凝结材料和还原材料的使用量的 合计年削减了 12.4 万吨， 相应地能够削减 CO2 产生量。
工业实用性
根据本发明， 能够减少凝结材料比而提高烧结矿的生产性及被还原性。在烧结矿 的制造过程中， 通过削减凝结材料比， 能够削减昂贵且有供给不稳定的无烟煤的使用量。 进 而， 能够增加被还原性良好的烧结矿的生产量， 所以在高炉过程中， 能够降低还原材料比、 减少昂贵的焦炭及煤粉的使用量。此外， 通过烧结过程中的凝结材料比的削减和高炉过程 中的还原材料比的降低， 能够抑制整个炼铁过程的 CO2 产生量， 有利于防止地球变暖。