[发明专利]金属铁的制法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用焦碳等的碳质还原剂加热还原铁矿石等的铁源 而制造金属铁的技术的改良，详细地说是涉及一种效率化地制造具有规定 的碳浓度的金属铁的方法，其通过还原氧化铁并且进行渗碳，高效率地分 离由此而生成的金属铁，和在原料矿石等之中作为脉石成分等混入的熔渣 形成成分，从而效率化地制造具有规定的碳浓度的金属铁。

背景技术

本发明者们的其中一人，作为新型的直接制铁法率先提出专利文献1 所述的方法，其后又进行了该直接制铁法的改良研究。

该方法是通过加热还原含有碳质还原剂和氧化铁的原料混合物来制 造金属铁的方法，其具有如下特征，通过用来自碳质还原剂的还原性气体 还原氧化铁，使金属铁外皮生成且成长，在固体状态下进行还原直至金属 铁外皮内部实质上不存在氧化铁，再继续加热，使在内部生成的熔渣向金 属铁外皮的外侧流出，然后分离金属铁和熔渣。

在实施上述方法时，通过使因加热还原而生成的金属铁外皮熔融，从 而使处于金属铁外皮的内侧的熔融熔渣流出到该外皮的外侧即可。为了使 金属铁外皮熔融，通过使来自存在于金属铁外皮内的碳质还原剂的碳溶解 于金属铁中(该现象称为“渗碳”)，由此降低该金属铁外皮的熔点即可。

在该方法中，使熔渣流出到金属铁外皮的外侧后的金属铁和生成熔渣 冷却固化后，粉碎熔渣，并且借助磁选和筛网区分固结成粒状的金属铁， 或者加热熔化固化的金属铁和生成熔渣，借助比重差加以分离，从而作为 金属铁能够得到95质量％以上，甚至是98质量％以上的高纯度物。

另一方面，在实施上述这种直接制铁法时，关于通过控制生成熔渣的 组成而促进金属铁的分离的方法，有几个提案。

例如在专利文献2中公开有一种方法，其作为氧化铁源使用制铁粉， 将其与碳质还原剂(以下称为碳材)和副原料(熔渣形成剂)混合，将生 成熔渣组成以CaO/SiO₂质量比(碱度)计调整至1.4～1.6的范围，以1250～ 1350℃进行加热还原，由此使金属铁生成，将粒状的金属铁从含有FeO的 低熔点熔渣中分离。

但是该方法是使用制铁粉作为氧化铁源的方法。另外，该方法所采用 的熔渣形成成分的碱度调整在原料调配时刻进行，关于加热还原时生成的 熔渣和该熔渣中所含的氧化铁的举动没有得到充分的研究。

另外在专利文献3中提出有一种方法，其是将原料中的熔渣形成成分 的碱度控制在0.4～1.3的范围，并且将在炉床上的加热还原所需的时间的 1/3以上控制在1200～1350℃的温度范围，从而使铁的还原率为40～80％， 接着使还原生成物熔融的方法。

该方法所采用的上述碱度的调整，是在原料调配时通过计算进行的。 然而在该方法中，原料中所含的未还原氧化铁给熔融熔渣的生成造成的影 响，和熔融熔渣中所含的氧化铁的动态举动，还有该氧化铁会对由还原而 生成的金属铁的烧结状况等带来什么样的影响尚未得到追究。

另外，本发明者们其后又进一步反复研究，提供出专利文献4所述的 技术。该发明的基本思想具有的特征在于，将含有碳质还原剂和氧化铁的 原料混合物进行加热还原而制造金属铁时，通过控制上述原料混合物在还 原、熔融时生成且含有脉石成分的多成分系熔渣的固液共存相中的液相 率，以使生成的固体金属铁的渗碳和熔融得到促进，具体来说，是在于控 制金属铁的烧结温度，并且控制所得到的金属铁的碳含量(碳浓度，下同) 这一点。

但是，为了以该方法控制固液共存状态的熔渣的液相率，将导致如下 复杂的操作。即，需要预先求得原料混合物中所含的熔渣形成成分的组成 和温度与液相率的关系，调整从原料氧化铁成分和碳质还原剂中的灰分混 入到熔融熔渣中的量，此外，还需要调整根据需要被追加的熔渣形成成分 的添加量等。因此，就期望使该方法进一步发展，开发出以更简便的操作 就能够高效率地制造具有目标碳浓度的金属铁的这样的方法。

另一方面，本发明者中的一人，为了阐明高炉内的铁的碳化现象，对 于熔融熔渣的共存下的氧化铁的还原，和由还原而生成且由于渗碳而溶解 有碳的铣铁(Fe-C)的动态举动进行了基础性的研究，其结果确认如下现 象，率先作为非专利文献1进行了公开。