[发明专利]海绵铁和还原铁粉的制造方法

说明书

本申请是申请号为200480000156.4(国际申请号为PCT/JP2004/000866)、中国国家阶段进入日为2004年10月8日(国际申请日为2004年1月29日)、发明名称为“海棉铁和还原铁粉的制造方法、海棉铁和装入装置”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及把铁粉作为制造原料用的海绵铁的制造方法、和使用以上述方法制造的海绵铁的还原铁粉的制造方法。

上述还原铁粉除了直接使用粉末以外，也可以作为机械部件和磁性材料等的烧结产品的原料使用。

本发明还涉及用上述海绵铁的制造方法的制造海绵铁用原料的装入装置，以及用此制造方法可以制造的高纯度海绵铁。

向反应容器装入原料(charge)由于习惯上称为原料的填充(但是译成英文时译为charge)，所以在本说明书中也效仿此例，后面主要使用“填充”、“填充装置”等词汇。

背景技术

图1A和图1B表示一般的海绵铁的制造方法。其中图1A为表示容器内原料填充状态的断面图，图1B为其水平断面图。

在制造海绵铁时，在下面可以装盖的圆筒形耐火材料制的反应容器1(耐火箱)中，把氧化铁粉末2和还原剂粉末3分层填充成同心圆筒形，使用隧道炉等把各容器加热(间接加热)到1050～1200℃。通过前期加热，上述反应容器1内的氧化铁2被还原(粗还原)，同时被烧结，成为海绵状的金属铁，也就是海绵铁。

其中氧化铁粉末2可以使用破碎后的轧制氧化铁皮粉末和铁矿石粉末等。此外还原剂粉末3可以使用焦炭粉和煤粉等。根据需要可以在还原剂粉末3中添加石灰粉末等。

上述的技术发表在“钢铁便览”第3版第5卷第457页～459页(主要是第457页右栏第10～13行)和特开2002-241822号等文献中。

如图1A、B所示，在现有的海绵铁制造技术中，氧化铁粉末2在反应容器1内被填充为圆筒形(下面称为圆筒形氧化铁层)，还原剂粉末3被填充包围此圆筒形氧化铁层的周围。在此圆筒形氧化铁层的上下和中心都填充还原剂粉末3。

其结果，填充原料后，把反应容器1加热，首先，在最初的阶段，存在于还原剂填充层空隙中的氧与还原剂中的碳反应生成的CO₂气体，添加在还原剂中的石灰石等分解后生成的CO₂气体与还原剂中的碳发生(1)式的反应，在还原剂粉末3的填充层(还原剂层)生成还原性气体的CO。

C+CO₂→2CO………(1)式

而这样生成的CO气体从还原剂层到达氧化铁粉末2的填充层(氧化铁层)，通过下述(2)式反应，将氧化铁还原，产生CO₂(二氧化碳)气体。

FeOn+nCO→Fe+n CO₂………(2)式

此外，此CO₂气体一部分扩散到被还原的氧化铁层中，再到达还原剂层，在此层内，通过(1)式反应将碳变成CO。而此生成的CO气体再扩散到氧化铁层，与未还原的氧化铁发生(2)式的反应生成铁，同时生成CO₂气体。

其结果，填充到上述反应容器1内的氧化铁粉末2通过在一定时间内反复进行(1)式和(2)式的反应，全部还原成铁粉。此外在与此还原反应的同时，被还原的铁彼此间也进行烧结，成为圆筒形的海绵铁(烧结体)。图2表示用现有技术得到的海绵铁的外观形状(下部省略)。

其中要使氧化铁全部还原需要的CO气体的量从(2)式看理论上摩尔比(＝CO气体中的碳原子的摩尔数/氧化铁中的氧原子的摩尔数)为1。因此要使氧化铁全部还原需要的还原剂的量摩尔比(＝还原剂中的碳原子的摩尔数/氧化铁中的氧原子的摩尔数)为1.0。下面把还原剂中的碳原子的摩尔数/氧化铁中的氧原子的摩尔数称为“碳量/氧量(摩尔比)”。

在上述的还原方法中，认为在反应容器1内生成的CO气体和CO₂气体向氧化铁粉末2和还原剂粉末3的层内的扩散是决定还原反应进行速率的主要因素。然而，在图1所示的获得填充结构的方法中，存在着CO和CO₂气体的扩散距离大，还原所需时间长的问题。

还原需要长时间的话，例如在使用隧道炉进行加热的工业生产规模的生产工序中，会导致反应效率(气体利用效率)降低，从原料填充到取出制品需要数天，关系到生产率的降低。不仅如此，还原所需要的加热的能量消耗也显著增加。