JP2002206120A

JP2002206120A - 還元炉向けペレットとその製造方法、および、酸化金属の還元方法

Info

Publication number: JP2002206120A
Application number: JP2001269796A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Ibaraki; 哲治茨城; Shoji Imura; 章次井村; Hiroshi Oda; 博史織田; Seiji Takahashi; 政治高橋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2002-07-26
Anticipated expiration: 2021-09-06
Also published as: JP3635253B2

Abstract

(57)【要約】【課題】粉体の原料を用いて、強度が高い原料ペレッ
トを製造する。このペレットを回転炉床式還元炉で使用
する際に、ペレットの崩壊や粉化を防止する。【解決手段】原料備蓄槽１から払い出した原料を混練
装置５で混練し、パン式造粒装置７で酸化金属と炭素を
含む粒子の細かい粉体（１０μｍ以下の比率が２０〜８
０質量％）を原料としてペレットを製造する。このペレ
ットは、ペレット篩装置９で分級した後に、ペレット乾
燥装置１１で乾燥して、回転炉床式還元炉１３にて焼成
還元する際に、原料ペレットの崩壊を防止することがで
きる。また、前述の操業方法を実現する設備を示すもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉状の鉱石から酸
化金属、および、金属の精錬業および加工業において発
生する金属酸化物を含むダストおよびスラジを還元する
際に、中間原料として製造されるペレットの造粒方法、
および、このペレットを回転炉床式の還元炉にて還元す
る方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】還元鉄や合金鉄を製造する金属還元プロ
セスとしては各種のものがあるが、この内で、粉の金属
酸化物を原料として、球状のペレットを製造し、これを
高温で還元するプロセスがある。この種のプロセスの例
としては、シャフト式の水素ガス還元炉、ロータリーキ
ルン式還元炉、回転炉床式還元炉、その他がある。これ
らの内、シャフト式の水素ガス還元炉で使用するペレッ
トは、粉鉱石を造粒したものであり、還元剤は水素ガス
である。一方、ロータリーキルン式還元炉や回転炉床式
還元炉では、還元炉から熱を供給して、還元反応はペレ
ットに混在した炭素によって行う。つまり、ロータリー
キルン式還元炉や回転炉床式還元炉では、石炭やコーク
スなどの炭素と酸化金属粉を混合したペレットを使用す
る。これらのプロセスは、安価な石炭等を使用できるこ
とから、経済的な還元鉄製造方法として注目されてい
る。

【０００３】ロータリーキルンは、直径２〜５ｍで、長
さ３０〜８０ｍの回転する円筒からなる焼成炉である。
この円筒は鋼製で、耐火物で内張りしてある。炉内温度
は、原料供給部分で、３００〜６００℃、出口で１１０
０℃程度である。原料ペレットは、約６時間かけて加熱
されて、約１１００℃になる。この温度で、ペレット中
の炭素と酸化金属が反応して、一酸化炭素と金属を生成
して、還元ペレットができる。還元ペレットは、キルン
から排出されて、冷却される。その後、電気炉や高炉の
原料として使用される。

【０００４】回転炉床式還元炉は、固定した耐火物の天
井と側壁の下で、中央部を欠いた円盤状の耐火物の炉床
がレールの上を一定速度で回転する型式の焼成炉（以
下、回転炉と称す）である。回転炉の炉床直径は１０〜
５０メートルかつ、炉床幅は２〜６メートルである。炉
床は回転しながら、原料供給部、加熱帯、還元帯、製品
排出部を移動していく。原料ペレットは１０００℃程度
と高温の原料供給部に投入される。その後、加熱帯で、
約１２００℃以上まで加熱されたのちに、還元帯で、炭
素と酸化金属が反応して、還元金属が生成する。回転炉
床法では、加熱が迅速なために、反応は７〜２０分で終
了する。還元ペレットは、炉内から排出されて冷却さ
れ、その後、電気炉や高炉の原料として使用される。

【０００５】このように、これらのプロセスでは、炭素
と酸化金属を主体とする粉体を原料ペレットにして、こ
れを加熱還元する。このペレットの製造には、パン式造
粒装置を用いる。一般的には、２種類以上の原料の粉体
を使用する。これは、酸化金属と炭素の比率を調整する
ためである。まず、原料の粉体を所定の比率で混合す
る。これをパン式造粒装置で造粒する。

【０００６】パン式造粒装置は、中華鍋の形状をした直
径が２〜６ｍの回転するパンからなるものである。パン
は約４５度傾斜しており、この中を、水分を含んだ粉体
が転動しながら、生成した核の周りを粉体がまぶされな
がら、ペレットが成長していく。十分に成長したペレッ
トは自重でパンから出てくる。

【０００７】還元炉がロータリーキルンの場合は、ペレ
ットを乾燥せずに、炉内に供給する。これは、ロータリ
ーキルンの原料供給部分の温度は、約３００℃であり、
含水状態でも、ペレットが爆裂しないためである。一
方、回転炉床式還元炉の場合は、ペレット供給部分の温
度が、１０００℃以上あるため、水分を含んだままのペ
レットは、水分蒸発に起因する爆裂を起こすことから、
ペレットを乾燥して炉内に供給する。

【０００８】酸化金属を含む粉体は、鉱石を用いること
が一般的であるが、金属の精錬工程や加工工程で発生す
るダストやスラジを用いる場合もある。特に、鉄鋼製造
業で発生するダストやスラジには、亜鉛や鉛などの不純
物が混合しているが、これらは１２００℃以上の還元反
応とともに、蒸発することから、不純物除去に有効な手
段である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、ペレット
を還元するプロセスでは、安定的な操業の実現のために
は、原料ペレットの強度が高いことが重要である。例え
ば、縦型シャフト炉で、ペレット強度が不十分の場合
は、炉内に積層されているペレット間に、ペレットが崩
壊して発生した粉が入り、ガス流れを妨害する問題や集
塵機のダスト捕集量が多すぎる問題等がある。ロータリ
ーキルンの場合で、原料ペレット強度が不十分である場
合は、ペレットがキルン内で転動する際に崩壊して、こ
の時に発生した粉が耐火物に付着してダムリングを生成
する問題がある。この結果、ペレットがダムリングを乗
り越せず、キルン内部をペレットが流れなくなる。回転
炉床式還元炉の場合で、ペレット強度が不十分である場
合は、崩壊したペレットが炉床耐火物にビルトアップし
て、ペレットの敷き込みを不安定にするとともに、排出
スクリューのブレードを摩耗させる問題がある。

【００１０】このように、原料ペレットの強度が不十分
であれば、還元プロセスの操業が不安定になる。したが
って、安定した条件での高強度ペレット製造技術が求め
られていた。特に、炭素を含む粉体（粉の石炭、コーク
ス、チャーなどで、以降、炭素粉体と称す）を原料とす
るペレットでは、酸化金属粉のみで構成されるペレット
に比べて、強度が上がりづらい問題があったため、この
要望は切実であった。

【００１１】この要望に対して、従来技術として、例え
ば、特開平11-193423の特許に記述されているように、
パン式造粒機での造粒時に、有機系バインダーを混合し
て、ペレットの強度を高める方法が提案されている。し
かしながら、粉体の粒度構成や成分などの原料条件、お
よび、造粒時の水分調整などの操業条件に関する技術に
ついて、十分な考慮がなされておらず、必ずしも、強度
の高いペレットを製造する方法ではなかった。また、ロ
ータリーキルン法や回転炉床法で使用するもので、粉コ
ークスなどが５％以上の比率で混在する粉原料から製造
したペレットは、特に、造粒の難しく、バインダー添加
で強度を確保できる場合もあるが、一般的には、バイン
ダー添加のみでは問題が解決されていなかった。

【００１２】また、炭素粉体を含む粉体を造粒する際の
問題点は、ペレット強度のみではない。原料条件が悪い
場合は、パン式造粒機からのペレットの排出が不連続に
なる問題もある。つまり、原料の粒度構成が悪い場合や
水分調整が悪い場合は、造粒機内部でのペレット成長が
不安定となり、造粒機からペレットがほとんど排出され
ない時期と大量に排出される時期が交互に起きる。その
結果、造粒機の下流工程に連結している還元炉のペレッ
ト供給が不連続となり、さらに、還元反応が不安定とな
る問題が生ずる。また、この現象が起きている時のペレ
ットは強度が低くなることも重大な問題である。

【００１３】このように、従来技術では、炭素粉体を含
む粉体を安定的に造粒することには、技術的に困難があ
り、これが還元炉の操業の不安定につながっていた。そ
の結果、還元炉の操業が不安定となり、効率的な金属製
造ができない問題があった。したがって、炭素粉体を含
む粉体を原料として、高強度のペレットを安定して製造
する新しい技術が求められていた。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、これらの問題
点に鑑みなされたものであり、その要旨とするところ
は、（１）金属酸化物を含み、かつ、炭素含有粉体を含む粉
体を、パン式造粒機で球形のペレットを製造するに際し
て、当該粉体が１０μｍ以下の粒径の粒子を２０〜８０
％含んでいることを特徴とする還元炉向けペレット製造
方法。（２）金属酸化物を含み、かつ、乾留処理を受けた炭素
含有粉体を５〜３０質量％含む粉体を、パン式造粒機で
球形のペレットを製造するに際して、当該粉体が１０μ
ｍ以下の粒径の粒子を２０〜８０％含んでいる前記
（１）記載の還元炉向けペレット製造方法、（３）金属酸化物を含み、かつ、粉石炭を１０〜３５質
量％含む粉体を、パン式造粒機で球形のペレットを製造
するに際して、当該粉体が１０μｍ以下の粒径の粒子を
２０〜８０％含んでいる前記（１）記載の還元炉向けペ
レット製造方法。（４）金属酸化物を含み、かつ、乾留処理を受けた炭素
含有粉体の質量比率の２倍と石炭の質量比率の合計が１
０〜６０％である粉体を、パン式造粒機で球形のペレッ
トを製造するに際して、当該粉体が１０μｍ以下の粒径
の粒子を２０〜８０％含んでいる前記（１）記載の還元
炉向けペレット製造方法。（５）造粒時のバインダーとして、ベントナイトを０.
５〜４質量％、または、コーンスターチを１質量％以下
の比率で、原料粉体に混合する前記（１）乃至（４）の
いずれかに記載の還元炉向けペレット製造方法。（６）予め原料粉体の水分を測定しておき、当該水分測
定値から、パン式造粒機に入る前の粉体に添加する水分
量を制御することにより、パン式造粒機内に保持されて
いる粉体の水分を８〜１３％の範囲の適正な値で造粒す
る前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の還元炉向け
ペレット製造方法。（７）転炉ガスの非燃焼式集塵機で集められ、シクナー
沈殿物として集められたダストを１５〜７５質量％含
む、酸化金属と炭素を含む粉体を用いる前記（１）乃至
（６）のいずれかに記載の還元炉向けペレット製造方
法。（８）製鉄電気炉から発生するガスに含まれるダストを
１５〜７５質量％含む、酸化金属と炭素を含む粉体を用
いる前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の還元炉向
けペレット製造方法。（９）前記（１）乃至（８）のいずれかの方法で製造し
たペレットを回転炉床式還元炉、ロータリーキルン、又
は、縦型シャフト炉で、焼成還元することを特徴とする
酸化金属の還元方法。（１０）炭素原子モル数が、酸化鉄、酸化マンガン、酸
化ニッケル、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化などの１２００〜
１４００℃の範囲で炭素によって還元される金属酸化物
の酸素原子モル数の０．５〜１．５倍である原料を用い
て、前記（１）乃至（８）のいずれかの方法で製造した
ペレットを、含有水分を２質量％以下に乾燥した後に、
回転炉床式還元炉の炉内雰囲気温度が、９００〜１２０
０℃の部分に供給して、１２００℃以上の温度で５分間
以上、焼成還元することを特徴とする酸化金属の還元方
法。（１１）平均直径が８〜２０ｍｍのペレットを平均層数
が２.０以下の条件で炉床上に敷詰めて、焼成還元する
前記（１０）記載の酸化金属の還元方法、および、（１２）５〜３０質量％の炭素含有粉体を含む粉体と金
属酸化物を含み、かつ、当該粉体が１０μｍ以下の粒径
の粒子を２０〜８０％含んでいるパン式造粒機で球形に
製造された還元炉向けペレットである。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明は、縦型シャフト炉、ロー
タリーキルン、回転炉床などの粉原料をペレットにして
使用する還元炉で、炭素を含む粉体を原料とするペレッ
トの製造方法と、これらの還元炉でのペレットの還元方
法についての技術についてのものである。ただし、ここ
では、最もペレット強度を必要とする回転炉床法での例
で説明する。

【００１６】本発明の操業方法を行う場合の回転炉床式
還元プロセス全体略図を図１に示す。この設備は、主と
して、複数の原料備蓄ビン１、混練装置５、パン式造粒
装置７、ペレット篩装置９、ペレット乾燥装置１１、お
よび、回転炉１３からなるものである。なお、本明細書
では、ボールミル式の混練装置と廃熱利用の熱風式のペ
レット乾燥装置を設置した例を示す。

【００１７】原料の酸化金属粉や炭素粉体は、造粒性
能、還元のための化学成分、その他の特性をコントロー
ルする目的から、2種類以上のものを用いる。粒径、化
学成分、含有水分、その他の粉体毎の特徴に従い、原料
備蓄ビン１に個別に入れていく。

【００１８】複数の原料備蓄ビン１から、混合比率を決
めて、複数の原料を原料コンベア２上に切り出す。粒
径、化学成分、および、含有水分を主な調整項目とし
て、混合比率を決める。還元反応を適切に行うために、
酸化金属と炭素の比率を適切にする。また、水分は、混
練装置５やパン式造粒装置７での適正な水分よりも低め
になるように設定する。

【００１９】この原料粉体の炭素比率は、還元される酸
化金属と化学結合している酸素（活性酸素）によって決
まる。つまり、鉄やニッケルなどの酸化物は、回転炉床
式還元炉１３の炉内で、１２００℃前後の温度で炭素に
より還元される。回転炉床法での還元では、酸化金属と
炭素が一酸化炭素を形成する条件での還元反応が中心で
ある。したがって、炭素とこれらの酸化鉄を含む酸化物
の比率は、炭素の原子モル数が、これら酸化物中の活性
酸素の原子モル数に対する比率は１.０を中心基準とし
て、０．５〜１．５として配合することが望ましい。な
お、この際の炭素分の混合比率は、５〜２５％程度であ
る。

【００２０】前述したように、炭素源は、石炭、コーク
ス、チャー、ピッチなどを用いる。石炭の場合は、固体
炭素と揮発分に含まれる炭素を含有している。固体炭素
は有効に還元反応に寄与するが、揮発分中の炭素は、還
元反応が始まる前に揮発してしまうため、還元には有効
に利用されない。したがって、余分な石炭の炭素分が必
要で、原料粉体への混合比率が多くなる。

【００２１】混練装置５で、原料を均一に混合する。こ
の時に、粉体を軽度に破砕すると、造粒工程でのペレッ
トの生産が安定し、ペレット強度が向上することから、
ボールミルなどの破砕機能を持つ混練装置が望ましい。
混練装置５は、その機種とサイズにおいて適正な粉体水
分がある。ボールミルの場合は、水分が約６〜９％の範
囲であることが望ましい。

【００２２】混練を終わった原料粉体は、混練原料コン
ベア６にて、パン式造粒装置７に送られる。ここでは、
約４５％の傾斜した中華鍋型のパンで、粉体を転動し
て、生成核の周りに、粉をまぶして数ｍｍ〜３０ｍｍ程
度のペレットを製造する。還元炉向けのペレットに要求
される強度は、圧潰強度が２×１０⁵N/m²以上、含水状
態の５０cm落下強度が７回以上、乾燥状態の５０cm落下
強度が３回以上である。

【００２３】安定した生産性で、かつ、強度の高いペレ
ットを製造するためには、まず、原料の粒径分布が適切
であることが重要である。例えば、従来の造粒技術で
も、７４μｍ以下の粒子が６０％以上存在していること
などが、要求されていた条件であった。しかし、本発明
で扱う原料粉体のように、炭素粉体を含む場合は、従来
技術での造粒では、安定した造粒操業と高強度のペレッ
ト製造ができなかった。つまり、炭素粉体は水となじみ
が悪く、ペレット中での粉体間の結合を弱くする。炭素
粉体は周りの粒子との結合が悪い結果、粒度構成がほぼ
同一の場合でも、炭素粉体を含むペレットは相対的に強
度が低い。炭素粉体の比率が高くなるほど、ペレット強
度が低下することも確認した。従来の造粒方法では、炭
素粉体がコークスやチャ−のように乾留されたものが５
％の混合率を超える場合は、高強度のものが製造できな
かった。また、石炭の場合は、この限界値が１０％であ
った。

【００２４】本発明者らは、種々の実験を重ねた結果、
ペレット中の炭素粉体の周りには空隙が多いことを見出
した。その結果、圧潰強度が低かった。そこで、本発明
者らは、この空隙を埋めることが重要であるとの認識
で、１０μｍ以下の粒子を原料粉体に混合して、造粒し
たところ、比較的粒径の大きな炭素粉体の周りを小さな
粒子が囲い、ペレットが緻密になり、ペレット強度が向
上した。

【００２５】さらに、実験を重ねたところ、粉体中に１
０μｍ以下の粒子が２０％以上存在すると、還元炉向け
のペレットに要求される強度が実現できることが分かっ
た。また、パン式造粒装置７の中でのペレット径が均一
化されて、パン式造粒装置７からのペレット排出も一定
速度となって、造粒操業が安定した。一方、粉体中の１
０μｍ以下の粒子が８０％以上となると、パン式造粒装
置７の内部でのペレット成長が遅くなり、密度の低いペ
レットしか製造できなくなる。これは、細かい粒子が多
すぎることにより、かえって、緻密化が阻害された結果
であった。つまり、緻密で高強度のペレットを製造する
には、粗い粒子と細かい粒子が適正な比率で混在してい
ることが重要であり、１０μｍ以下の粒子が２０〜８０
％の範囲であることが重要な条件であった。

【００２６】しかしながら、原料中の炭素粉体の比率が
極端に多い場合は、細かい粒子を混合して、ペレット強
度を向上する効果も低下する。乾留処理された炭素粉体
の場合は、３０％の混合比率を越えると、１０μｍ以下
の粒子比率が適正でも、ペレット強度が要求値を超えな
かった。また、石炭の場合は、３５％の混合比率を越え
ると、ペレット強度が要求値を超えなかった。したがっ
て、本発明での原料中の炭素粉体の比率は、乾留処理さ
れた炭素粉体の場合で５〜３０％、石炭の場合で１０〜
３５％の範囲である。また、乾留処理された炭素粉体と
石炭を混合して使用する場合は、乾留処理された炭素粉
体の比率の２倍と石炭の比率の合計が１０〜６０％の範
囲である。

【００２７】１０μｍ以下の粉体の比率を調整する方法
としては、色々な方法があるが、１０μｍ以下の粒子比
率の高い粉体の混合比率を調整することが最も容易であ
る。このような粉体としては、転炉ガスの非燃焼式集塵
機経由で、シクナー沈殿物として集められたダスト(転
炉ダスト)を用いることが良い。転炉ダストは、１０μ
ｍ以下の粒子を８０〜９０％含んでおり、微粒子源とし
て望ましい。また、７０％以上と鉄分の含有率も高いこ
とから、還元後に、鉄分比率が高い良質の還元ペレット
が製造できる効果もある。転炉ダストの混合比率は、１
５〜７５％が良い。また、製鉄電気炉から発生するガス
に含まれるダスト(電炉ダスト)も同様の効果があり、混
合比率は、１５〜７５％が良い。ただし、電炉ダストは
鉄分比率が少ないことから、高鉄比率の還元ペレット製
造の効果はない。

【００２８】パン式造粒装置で、安定した生産性と高強
度のペレットを製造するためには、原料粉体の粒径分布
以外にも、含有水分が適正である必要がある。したがっ
て、パン式造粒装置７では原料水分をきめ細かく制御す
る必要がある。水分が低すぎると、ペレット成長が遅
く、緻密で強度の高いペレットを製造できない。また、
水分が多すぎると、成長を始めた小径のペレット同士が
くっ付いて、異常な形状で、強度が極端に低いペレット
ができる。この状態では、また、ペレットが造粒装置か
ら安定して出てこなくなり、間欠的なペレット排出が行
われるようになる。この結果、下流工程であるペレット
乾燥装置１１や回転炉１３の時間当たりの処理量が短時
間で変動して、プロセス操業全体が不安定となる。

【００２９】そこで、本発明者らは、パン式造粒方法に
適正な水分値を求めたところ、粉体の種類や粒径により
異なるが、８〜１３％の間に適正な値があることを見出
した。ただし、粉体の種類と粒径が同一の間は、水分の
変動幅を２％以下としないと、前述した問題が生じて、
造粒が不安定となる。したがって、混練工程で造粒に適
切な水分に調整することは重要である。混練工程での適
正水分が造粒工程の水分値よりも低い場合は、混練工程
と造粒工程の間に、図１には示されていないが、水分添
加装置で、水分を適正範囲に調整する。

【００３０】また、さらに、ペレット強度を上げたい場
合がある。このような場合にはバインダーを混合するこ
とが有効な方法である。本発明者らは、高温の炉内でペ
レットを還元する際に障害となるガスや水分を出さない
バインダーは、ベントナイトとコーンスターチであるこ
とを見出した。これらのバインダーの適正な混合率は、
ベントナイトで０.５〜４％、コーンスターチで１％以
下であった。この比率以上のバインダーを混合すると、
水分が多い場合と同じで、成長過程の小径ペレット同士
がくっ付く現象が起き、造粒操作の安定性とペレット強
度に問題が生ずる。

【００３１】以上の方法で、適正にペレットを製造すれ
ば、気孔率が３２％以下の緻密なペレットを製造するこ
とができる。この結果、圧潰強度２×１０⁵N/m²以上
で、水分を含んだ状態で５０cm落下強度７〜１０回、乾
燥した状態で、５０cm落下強度３〜６回のペレットを製
造できる。これは、還元炉での使用条件を満足するもの
である。

【００３２】以上に説明した方法で製造したペレットを
分級して、粉と大粒径のペレットを排除した後に、これ
を乾燥して、回転炉１３で、焼成還元する。乾燥したペ
レットは、回転炉の炉内雰囲気温度が９００〜１２００
℃の部分に供給される。気孔率が３２％以下と緻密なペ
レットをこのような高温雰囲気に供給すると、内部の水
分蒸発による爆裂の危険があるため、水分を２％以下と
することが重要である。

【００３３】乾燥後のペレットは乾燥ペレットコンベア
１２で、回転炉１３に送られて、ここで焼成還元され
る。還元されたペレットは、炉内から排出されて、還元
ペレット冷却装置１４で冷却されて、還元ペレットコン
ベア１５経由で、還元ペレット備蓄槽１６に蓄えられ
る。燃焼排ガスは、排気ダクト１７から、熱交換器１８
に送られて、ここで空気を加熱する。この空気はペレッ
トの乾燥の熱源として用いられる。その後、燃焼排ガス
は集塵機１９で除塵されて、煙突２０から大気に放散さ
れる。

【００３４】また、図２に示されるように、回転炉１３
は、天井２２と炉壁２３の下に、車輪２７上を移動する
回転式の炉床２５がある構造である。ペレット２８は炉
床２５上に静置されて、炉内を一周する。炉内では、バ
ーナー２４から燃料ガスを炊き、火炎２６の熱により、
ガスの最高温度を１２００〜１４００℃の間の適正な温
度とする。ペレット２８は、当初、ガスの酸化度が高
く、９００〜１２００℃の炉内部分（加熱帯）に入り、
加熱される。その後、ガス酸化度が低く、高温の部分
（還元帯）で、ペレットは還元される。

【００３５】鉄やニッケルなどの酸化金属が炭素と盛ん
に還元する温度は１２００℃以上であることから、焼成
温度は１２００℃以上が良く、還元時間は最低５分であ
る。回転炉１３の熱伝達は、ペレット上部の高温ガスの
輻射と炉床２６からの伝熱である。したがって、ペレッ
ト積層数が２までは、上下どちらかからの直接熱伝達を
受けるが、ペレット積層数が２以上の場合は、中間のペ
レットが直接に伝熱を受けなく、還元反応が延長する。
したがって、ペレットの平均層数は２.０以下が望まし
い。このような回転炉１３の内での熱伝達の形態と速度
を考慮すると、ペレット平均径は８〜２０ｍｍが良い。
ペレット平均径が８ｍｍ以下では、炉床面積当たりの生
産性が低下し、また、ペレット平均径が２０ｍｍ以上の
場合は、ペレット内部の熱伝達遅れにより、５分程度の
反応時間では、中心部分の還元反応が終了しない。

【００３６】還元を完了したペレットは、回転炉１３の
炉内から、排出されて、還元ペレット冷却装置１４で冷
却される。その後に、高炉や電炉で使用される。

【００３７】本発明の方法で、製造されたペレットは、
回転炉床法だけでなく、ロータリーキルン法による還
元、炉高さの低い縦型シャフト炉での還元にも使用でき
る。ロータリーキルン法では、高強度のペレットの製造
によるキルン内部のダムリング生成防止の効果があり、
また、縦型シャフト炉では、粉の発生による炉内ガス通
気の障害防止の効果がある。

【００３８】

【実施例】図１に示される回転炉床式還元炉の設備を用
いた実施例の操業結果を示す。この設備は、毎時１５ト
ンの高炉向け還元鉄ペレットを製造するものである。原
料は、ペレットフィードの粉鉱石、転炉ガスダスト、お
よび、コークス粉であった。

【００３９】ペレットフィード粉鉱石は、酸化第二鉄
（Ｆｅ₂Ｏ₃）が８９％で、平均粒径が６８μｍ、１０μ
ｍ以下の粒子の比率が１３％のものであった。また、転
炉ガスダストは、酸化第一鉄（ＦｅＯ）が３４％、金属
鉄が４３％で、平均粒径が６μｍ、１０μｍ以下の粒子
の比率が８１％のものであった。集塵コークス粉は、炭
素が８３％で、平均粒径が８９μｍ、１０μｍ以下の粒
子の比率が８％のものであった。

【００４０】実施例では、ペレットフィード粉鉱石を４
０％、転炉ガスダストを３７％、および、コークス粉を
２３％の比率で混合して、原料搬送コンベア２の上に切
り出した。この混合物の１０μｍ以下の粒子比率は３６
％であった。また、炭素と酸化鉄と結合している酸素と
の原子モル比率は０．８６であった。この混合物の構成
は、本発明の配合の通りであった。

【００４１】この混合粉体の水分は７〜８％であったこ
とから、約９％の水分となるように、事前に散水して加
水した後、造粒安定化の目的で、パン式造粒装置７で、
約１％の水分を散水する。この方法により、パン式造粒
装置７での適正水分比率である９．５〜１１％とする。
なお、本実施例では、バインダーとして、ベントナイト
を粉体質量の１．４％添加した。造粒されたペレット
は、平均径が１３．４ｍｍで、平均圧潰強度２．９×１
０⁵N/m²の強度の強いペレットであった。また、このペ
レットの５０cm落下強度は、含水状態で９回、乾燥状態
で４回であった。

【００４２】このペレットを乾燥し、回転炉１３に供給
した。この間に、還元前に壊れたペレットは全体の７．
５％であった。１２分間、最高１３２０℃の温度で、還
元されたペレットの４ｍｍオーバーの粒比率は９２％
で、金属化率は９２％と良好であった。

【００４３】次に、比較例として、従来法に基づく操業
を行った結果を示す。設備は図１のものを用いたが、操
業方法は、従来のままのものである。原料としては、前
出のペレットフィード粉鉱石７４％と集塵コークス粉２
６％の混合物を用いた。この時の１０μｍ以下の粒子比
率は１２％で、また、炭素と酸化鉄と結合している酸素
との原子モル比率は１．０であった。

【００４４】この混合粉体を水分調整した後に、パン式
造粒装置７で、ペレットにした。操業方法は、実施例と
同じであった。この結果、平均径が１２．８ｍｍのペレ
ットを得たが、平均圧潰強度が１．３×１０⁵N/m²であ
り、強度が低かった。また、このペレットの５０cm落下
強度は、含水状態で５回、乾燥状態で１回であった。

【００４５】このペレットを実施例と同様に、分級、乾
燥、および、還元した。その結果、還元前に壊れたペレ
ットは全体の１９．８％と多かった。還元ペレットの４
ｍｍオーバーの粒比率は７８％と少なく、かつ、金属化
率は７８％と低かった。このように、操作や搬送中に壊
れるペレットの比率が多く、また、炉床２５上で粉化し
た比率も多かったため、粉が炉内や排出後に再酸化され
て、金属化率も大幅に低下していた。

【００４６】このように、本発明を用いた操業である実
施例では、処理途中で壊れるペレットが少なく、かつ、
製品の還元ペレットの粒比率と金属化率が高い操業が行
えた。一方、比較例では、これらの成績が悪かった。

【００４７】

【発明の効果】本発明の操業方法を用いれば、還元炉で
の使用に耐える強度の高い原料ペレットを製造できる。
このペレットを壊すことなく、ロータリーキルンや回転
炉床式還元炉までの還元炉で焼成還元することができ
る。回転炉床法でこのペレットを使用することにより、
効率良く還元金属を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する回転炉床式還元設備の全体フ
ロー図であり、原料準備工程から還元工程を示すもので
ある。

【図２】回転炉の断面を示す図である。

【符号の説明】

１原料備蓄ビン２原料コンベア３水分添加装置４調湿原料コンベア５混練装置６混練原料コンベア７パン式造粒装置８生ペレットコンベア９ペレット篩装置１０篩後コンベア１１ペレット乾燥装置１２乾燥ペレットコンベア１３回転炉１４還元ペレット冷却装置１５還元ペレットコンベア１６還元ペレット備蓄槽１７排気ダクト１８熱交換器１９集塵機２０煙突２１予熱空気ダクト２２天井２３炉壁２４バーナー２５炉床２６火炎２７車輪２８ペレット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｂ 1/244 Ｃ２２Ｂ 1/244 1/248 1/248 7/02 7/02 Ａ (72)発明者織田博史君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鐵所内 (72)発明者高橋政治君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鐵所内Ｆターム(参考） 4K001 AA10 BA02 BA14 CA02 CA09 CA23 GA01 GA07 GB09 GB12 HA01 4K012 DC03 DC07 DC09 DD03 DD06 DD09 DE03 DE06 DE08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属酸化物を含み、かつ、炭素含有粉体
を含む粉体を、パン式造粒機で球形のペレットを製造す
るに際して、当該粉体が１０μｍ以下の粒径の粒子を２
０〜８０％含んでいることを特徴とする還元炉向けペレ
ット製造方法。
【請求項２】金属酸化物を含み、かつ、乾留処理を受
けた炭素含有粉体を５〜３０質量％含む粉体を、パン式
造粒機で球形のペレットを製造するに際して、当該粉体
が１０μｍ以下の粒径の粒子を２０〜８０％含んでいる
ことを特徴とする請求項１記載の還元炉向けペレット製
造方法。
【請求項３】金属酸化物を含み、かつ、粉石炭を１０
〜３５質量％含む混合粉体を、パン式造粒機で球形のペ
レットを製造するに際して、当該粉体が１０μｍ以下の
粒径の粒子を２０〜８０％含んでいることを特徴とする
請求項１記載の還元炉向けペレット製造方法。
【請求項４】金属酸化物を含み、かつ、乾留処理を受
けた炭素含有粉体の質量比率の２倍と石炭の質量比率の
合計が１０〜６０％である粉体を、パン式造粒機で球形
のペレットを製造するに際して、当該粉体が１０μｍ以
下の粒径の粒子を２０〜８０％含んでいることを特徴と
する請求項１記載の還元炉向けペレット製造方法。
【請求項５】造粒時のバインダーとして、ベントナイ
トを０.５〜４質量％、または、コーンスターチを１質
量％以下の比率で、原料粉体に混合することを特徴とす
る請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の還元炉向け
ペレット製造方法。
【請求項６】予め原料粉体の水分を測定しておき、当
該水分測定値から、パン式造粒機に入る前の粉体に添加
する水分量を制御することにより、パン式造粒機内に保
持されている粉体の水分を８〜１３％の範囲の適正な値
で造粒することを特徴とする請求項１乃至請求項５のい
ずれかに記載の還元炉向けペレット製造方法。
【請求項７】転炉ガスの非燃焼式集塵機で集められ、
シクナー沈殿物として集められたダストを１５〜７５質
量％含む、酸化金属と炭素を含む粉体を用いることを特
徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の還元
炉向けペレット製造方法。
【請求項８】製鉄電気炉から発生するガスに含まれる
ダストを１５〜７５質量％含む、酸化金属と炭素を含む
粉体を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項６の
いずれかに記載の還元炉向けペレット製造方法。
【請求項９】請求項１乃至請求項８のいずれかの方法
で製造したペレットを回転炉床式還元炉、ロータリーキ
ルン、又は、縦型シャフト炉で、焼成還元することを特
徴とする酸化金属の還元方法。
【請求項１０】炭素原子モル数が、１２００〜１４０
０℃の範囲で炭素によって還元される金属酸化物の酸素
原子モル数の０．５〜１．５倍である原料を用いて、請
求項１乃至請求項８のいずれかの方法で製造したペレッ
トを、含有水分を２質量％以下に乾燥した後に、回転炉
床式還元炉の炉内雰囲気温度が、９００〜１２００℃の
部分に供給して、１２００℃以上の温度で５分間以上、
焼成還元することを特徴とする酸化金属の還元方法。
【請求項１１】平均直径が８〜２０ｍｍのペレットを
平均層数が２.０以下の条件で炉床上に敷き詰めて、焼
成還元することを特徴とする請求項７記載の酸化金属の
還元方法。
【請求項１２】５〜３０質量％の炭素含有粉体を含む
粉体と金属酸化物を含み、かつ、当該粉体が１０μｍ以
下の粒径の粒子を２０〜８０％含んでいるパン式造粒機
で球形に製造された還元炉向けペレット。