JP2001181719A

JP2001181719A - 金属含有物からの還元金属の製造方法

Info

Publication number: JP2001181719A
Application number: JP36735099A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Yamamoto; 哲也山本; Yoshitaka Sawa; 義孝澤; Kanji Takeda; 幹治武田
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2001-07-03
Anticipated expiration: 2019-12-24
Also published as: JP4572435B2

Abstract

(57)【要約】【課題】炉床上で生成した還元生成物の速やかな溶融
を実現して塊状のスラグメタルの形態とすることによ
り、メタルとスラグとの分離を促進し、かつこれらの炉
外へ排出が容易にできるようにした還元金属の製造方法
を提案すること。【解決手段】加熱炉内に、金属含有物および炭素を含
有する固体還元剤を含む原料を装入して加熱することに
より還元金属を得るに当たり、前記原料中に含まれる固
体還元剤中の炭素の含有量を金属含有物の還元に必要な
理論炭素量よりも少ない量とし、該原料の昇温に伴って
起こる還元反応の途中において少なくとも一度はこの原
料を溶融状態に導き、その後、冷却して塊状の還元金属
を回収すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属含有物から還
元金属を製造する方法に関し、とくに加熱炉内の炉床
上、とりわけ炉床が水平方向に移動する炉の炉床上に堆
積させた金属含有物を、その炉床が移動する間に加熱還
元して還元金属を連続的に製造する方法について提案す
る。

【０００２】

【従来の技術】還元金属たとえば鋼は一般に、転炉か電
気炉にて製造されるのが普通である。このうち、電気炉
法は、スクラップや還元鉄を、電気エネルギーを使って
加熱溶融し、場合によっては、さらに精錬することによ
り鋼にしている。ただし、近年、スクラップ需給が逼迫
していること、および、より高品質の鋼への要求が高く
なってきたことから、スクラップに代えて還元鉄を使用
する傾向が見られる。

【０００３】こうした要請に応えられるべく開発された
還元鉄製造プロセスのひとつとして、水平方向に移動す
る炉床上に、鉄鉱石と固体還元剤とを装入し、上方から
輻射伝熱によって鉄鉱石を加熱, 還元することにより還
元鉄を製造する、移動炉床炉法が知られている (特開昭
63−108188号公報) 。この方法の実施に際して用いられ
る移動型炉床炉は、図示されているように、炉床が水平
に移動する過程で装入原料を加熱できる形式の炉であ
り、水平に移動する炉床が、図１に示すような環状 (旋
回) 移動する形式をとるのが普通であり、この形態の移
動型炉床炉を通常、回転炉床炉とも呼んでいる。

【０００４】上記の回転炉床炉は、図１（ａ）に示すよ
うに、原料の供給側から排出側に向かって、予熱帯10
ａ、還元帯10ｂおよび冷却帯10ｄに区画された環状の炉
体10を有し、その炉体内に環状の炉床11を回転移動する
ように配設した構成を有するものである。その回転する
炉床11上には、図１（ｂ）に示すように、たとえば鉄鉱
石と固体還元剤との混合物からなる原料２が装入され
る。その原料としては、炭材内装ペレットが好適に用い
られる。この炉床11は、表面に耐火物が施工してある
が、たとえば粒状耐火物を堆積させたものであってもよ
い。そして、この炉体10の上部には、バーナー13が配設
してあり、このバーナー13を熱源として、炉床11上に堆
積させた鉄鉱石等の金属含有酸化物を還元剤介在の下に
加熱還元し還元鉄を得るようになっている。なお、図１
において、符号14は原料を炉床上へ装入する装入装置、
符号15は還元物を排出する排出装置である。

【０００５】上記の移動型炉床炉の操業は、炉体10内の
雰囲気温度を通常、1300℃程度に保持するのが普通であ
り、還元処理が終了した後の還元生成物 (還元鉄) は、
炉外での酸化防止とハンドリングを容易にするために、
回転する炉床11上の冷却帯10ｄにおいて冷却した上で炉
外に排出する方法によって行われる。

【０００６】従来、上記移動型炉床炉の操業に当たって
は、原料として、炭材を内装したペレットが用いられて
いる。この炭材内装ペレットは、特開昭６３−１０８１
８８号公報にも開示されているように、還元に必要な酸
化鉄に対する炭素の量を、化学量論的必要量よりも多く
含有するものである。これは、酸化鉄の還元および還元
後の再酸化防止の観点から決定されている。

【０００７】また、この移動型炉床炉の操業における他
の問題は、使用原料が厳選されるということである。即
ち、一般的な金属含有物、例えば鉄鉱石は、その産地に
よって差はあるものの、多くの脈石成分を含み、一方、
固体還元剤の代表例である石炭、石炭チャー、コークス
にも灰分が含まれている。ところが、移動型炉床炉とい
うのは、主として還元処理のみを行う炉であるから、生
成する還元鉄中には脈石の混入が不可避に生じ、さらに
還元剤に含まれる灰分をもこの還元鉄に付着残留するこ
とから、高品位のもののみを使用しなければならないと
いう問題があった。それは、脈石や灰分を多く含む還元
鉄を原料として電気炉の操業を行うと、スラグ塩基度調
整のための石灰使用量を多くしなければならず、石灰使
用量の増加によるコストの増加とともに、石灰の滓化に
必要な熱量増加に伴う電力使用量の増加を余儀なくされ
るからである。

【０００８】要するに、従来の移動型炉床炉の操業で
は、できるだけ脈石成分の少ない高品位鉄鉱石を使用
し、また還元剤についても灰分の少ないものを使用する
ことが必須となっていたのである。しかし、最近では、
鉄鉱石や石炭資源の枯渇や性状の変化に伴い、より低品
位のものも使用しなければならず、こうした問題点の解
決が焦眉の急務となっているのが実情である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような理由から、
移動型炉床炉の操業においても、金属成分と脈石成分な
どを効果的に分離する技術が必要になってきている。例
えば、金属成分と脈石成分を分離するには、還元鉄から
脈石や灰分を溶融分離することが有効である。つまり、
還元鉄を溶融してメタルを生成させるとともに、脈石分
や灰分は滓化してスラグを生成させる方法である。

【００１０】ただし、還元鉄を炉床上で溶融させるとい
うことは、溶融メタルが炉床耐火物に融着したり微細な
割れ目等に侵入し、凝固後のメタル排出時に、炉床耐火
物を損傷させるといった問題が生じる。とくに、移動型
炉床炉の内部は、鉱石還元のためにかなり高温であるこ
とから、高温用の高価な耐火物が用いられており、さら
には、特開昭６３−１０８１８８号公報に開示のよう
に、粒状耐火物で被覆された状態になっている。従っ
て、炉の安定操業を確保し、製品の製造コストを抑える
ためには、この炉床耐火物を長期に渡って損傷しないよ
うにしなければならないという制約がある。

【００１１】そこで、本発明の主たる目的は、炉床上で
生成した還元生成物の速やかな溶融を実現してメタルと
スラグとの分離を促進し、かつこれらの炉外へ排出が容
易にできるようにすることにある。本発明の他の目的
は、金属含有物から還元金属を、高い生産性を達成しつ
つ簡便に製造するための技術を確立することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上掲の目的を実現するた
めに鋭意研究した結果、発明者らは、下記の要旨構成に
かかる本発明を開発するに到った。即ち、本発明は、加
熱炉内に、金属含有物および炭素を含有する固体還元剤
を含む原料を装入して加熱することにより還元金属を得
るに当たり、前記原料中に含まれる固体還元剤中の炭素
の含有量を金属含有物の還元に必要な理論炭素量よりも
少ない量とし、該原料の昇温に伴って起こる還元反応の
途中において少なくとも一度はこの原料を溶融状態に導
き、その後、冷却して塊状の還元金属を回収することを
特徴とする金属含有物からの還元金属の製造方法であ
る。

【００１３】また、本発明は、加熱炉内に、金属含有物
および炭素を含有する固体還元剤を含む原料を装入して
加熱することにより還元金属を得るに当たり、前記加熱
炉の炉床上に固体還元剤を装入したのち、その固体還元
剤の層の上に、金属含有物の還元に必要な理論炭素量よ
りも少ない量の炭素を含有する固体還元剤を含む前記原
料を装入して積層し、該原料の昇温に伴って起こる還元
反応の途中において少なくとも一度はこの原料を溶融状
態に導き、その後、冷却して塊状の還元金属を回収する
ことを特徴とする金属含有物からの還元金属の製造方法
である。

【００１４】さらに、本発明は、加熱炉内に、金属含有
物および炭素を含有する固体還元剤を含む原料を装入し
て加熱することにより還元金属を得るに当たり、前記加
熱炉の炉床上に、固体還元剤を装入堆積させるととも
に、その固体還元剤の層の表面に複数の凹部を形成した
のち、その凹部つき固体還元剤の層の上に、金属含有物
の還元に必要な理論炭素量よりも少ない量の炭素を含有
する固体還元剤を含む前記原料を装入して積層し、該原
料の昇温に伴って起こる還元反応の途中において少なく
とも一度はこの原料を溶融状態に導き、その後、冷却し
て塊状の還元金属を回収することを特徴とする金属含有
物からの還元金属の製造方法である。

【００１５】なお、本発明において、上記金属含有物と
しては、鉄鉱石、Cr鉱石、Ni鉱石、砂鉄、還元鉄粉、製
鉄ダスト、ステンレス精錬ダスト、製鉄スラッジなどの
鉄分、Ni分、Cr分、Zn分、Pb分などの金属を含有する金
属含有物などを使用する。また、固体還元剤としては、
石炭チャー、コークス、一般炭、無煙炭などの炭素含有
材料を主として使用する。これら金属含有物および固体
還元剤はそれぞれ単一種類のものを使用してもよいし、
また、各々２種以上のものを混合して使用してもよい。
このような金属含有物と固体還元剤を混合して炉床炉用
原料とする。なお、上記原料中の製鉄ダストや製鉄ス
ラッジなどのように、十分な炭素分を含有する金属含有
物の場合、固体還元剤を混合することなくそのまま使用
することもできる。また、原料中には、溶融時に還元鉄
や灰分の溶融を容易にするために必要最小限の副原料を
添加してもよい。このような副原料としては、石灰石、
螢石、蛇文岩、ドロマイトなどが使用できる。さらに、
かかる原料は、ブリケットやペレットなどのように塊状
化したものを用いてもよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】一般に、原料中に含まれる金属含
有物は、固体還元剤とともに加熱され昇温すると、通
常、約1000℃以上の高温では次のような反応によって還
元される。ＭＯｙ_Ｍ＋ｙ_ＭＣ → Ｍ＋ｙ_ＭＣＯ ……(1) Ｙ＝ΣＸ_ＭＯｘｙ_Ｍ／100 ……(2) ここで、上記(1) 式中のＭは、Fe, Cr, Ni, Zn, Pbなど
の被還元金属、ｙ_Ｍ：(1) 式で1molの金属酸化物ＭＯｙの還元に必要な
炭素の化学当量(mol) Ｘ_ＭＯｘ：原料中に含まれる金属酸化物の割合(mol％) Ｙ：原料１mol を還元するのに必要な炭素の化学当量(m
ol)

【００１７】上記移動型炉床炉内での反応についても、
上記(1), (2)式に従うと考えられるので、原料中に含ま
れる金属含有物を還元して被還元金属を得るのに必要な
理論炭素量；即ち化学当量は、(1), (2)式から求めるこ
とができる。なお、固体還元剤は、通常は揮発分を含ん
でいるが、１０００℃まで昇温される間に揮発してしま
うため、(1) 式の反応に寄与しない。従って、原料中に
含まれる固体還元剤の揮発分中の炭素は、還元に使用さ
れる原料中の炭素の量に含まない。

【００１８】また、本発明の他の実施形態として、上記
原料以外の固体還元剤を炉床上に敷き詰めて堆積させた
場合もまた、基本的には上記(1), (2)式に従って反応す
ると考えられる。炉床に装入する固体還元剤は、上記原
料中に内装するものと同じでも良いし、それとは別種の
固体還元剤を使用してもよい。また、上掲の各種固体還
元剤のうち、一種あるいは二種以上を混合したものを用
いてもよい。なお、固体還元剤層の上に装入し堆積させ
る金属含有物は、炉内からの伝熱を直接、十分に受けて
熱的に効率の良い処理が行われる。しかも、固体還元剤
層上の金属含有物が加熱されて溶融すると、メタルとス
ラグとの分離が比較的円滑に行われ、各々の表面張力に
よりメタルおよびスラグのそれぞれに凝集しやすい。さ
らに、もし上記固体還元剤層の表面に凹部を形成した場
合には、前記表面張力により生成したメタルおよびスラ
グが固体還元剤層表面の複数の凹部内に集まり、その内
部に収容されるので、メタルとスラグの分離はより一層
速やかに行われる。

【００１９】なお、ここでいう溶融現象とは、原料中に
含まれる有価金属を含有する粉が１粒子として溶融する
だけでなく、個々の粒子が溶融することによって不定形
となり、いくつかの粒子が凝集して、元の粒子が区別で
きなくなる状態を意味する。通常、原料の体積に対し
て、溶融したメタルおよびスラグの体積は１０〜６０vo
l％程度に収縮するので、炉床上に積まれた固体還元剤
層の表面に形成された凹部の内部空間の総体積に対し
て、１０倍程度までの量の原料を堆積させることができ
る。即ち、固体還元剤層の表面に凹部を形成する場合、
形成された凹部内に流入してその凹部を充満するに足る
程度のメタルおよびスラグが生成する量の原料を堆積さ
せることができる。

【００２０】以下、移動型炉床炉の炉床上に直接、金属
含有物の他に固体還元剤をも内装してなる原料を装入し
一定の厚みに堆積させ、そして原料中の金属含有物を加
熱還元する過程において少なくとも一度は溶融状態に導
く操業を行うことで、還元生成物からメタルとスラグと
を分離生成させることにより、品位の高い還元鉄 (メタ
ル) を、高い生産性を達成しつつ製造する方法について
詳述する。この例については、原料中に内装する炭素含
有量を金属含有物の還元に必要な理論炭素量の５０〜９
０mass％と少なくした点に特徴がある。つまり、必要量
よりも不足ぎみの固体還元剤と金属含有物とからなる混
合物、または金属含有物と同じように少ない量の固体還
元剤と副原料とからなる混合物を原料とし、これらの原
料を炉床上で還元し、引き続きその還元物を溶融状態に
まで導くことを基本としている。

【００２１】即ち、上記原料を移動型炉床炉のその炉床
上に装入堆積させた後、炉内の上方から加熱する。そう
すると、原料中の金属含有物は共に混合し内装した固体
還元剤の作用により原料内部において還元が進行し、内
部に脈石を含んだままの還元生成物になる。この還元生
成物は、原料中に含まれる固体還元剤の量によっても還
元率が異なるが、還元途中のものである。また、この還
元生成物の中には固体還元剤中の灰分も含まれている。
なお、原料の配合方法および用いた金属含有物、固体還
元剤によっても異なるが、一般には原料中の固体還元剤
が還元反応により消費されるため、還元生成物の体積は
出発原料に比べ減少する。

【００２２】ここで、副原料は、還元生成物の溶融を容
易ならしめるために加えられるものであって、石灰石、
螢石、蛇紋岩、ドロマイトなどが用いられる。これらは
溶融する前までに結晶水の蒸発、一部の分解反応 (例え
ば、石灰石の主成分であるCaCo_３はCaＯに熱分解され
る) を起こすものの、固体を維持している。

【００２３】そして、さらに加熱を続けると、前記還元
生成物、灰分あるいは副原料は溶融を開始すると同時
に、残る固体還元剤によってさらに還元されて、メタル
およびスラグに分離する。本発明において、原料中に含
まれる炭素含有量を金属含有物の還元に必要な量よりも
少なくする理由は、還元生成物の溶融を速め、メタルと
スラグの分離を促進するとともに、高い生産性を達成す
ることにある。以下、このことについてさらに詳しく説
明する。

【００２４】そこで、原料中に含まれる炭素含有量が還
元生成物の溶融現象に及ぼす影響について、実験結果に
基づいて説明する。まず、金属含有物として、粒径：２
ｍｍ以下に整粒した鉄鉱石粉を用い、固体還元剤として
粒径：２ｍｍ以下に整粒したコークス粉を用い、これら
を混合して原料となる、平均粒径：０．５ｍｍの混合粉
を得た。使用した粉鉄鉱石およびコークス粉の組成をそ
れぞれ表１, ２に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】そして、鉄鉱石粉とコークス粉との割合を
種々変えた混合粉を、図２に示すような実験装置内に装
入し、1480〜1500℃に一定時間加熱保持して還元し、少
なくとも一部は溶融した状態にしたのち取り出し、還元
生成物の状態を調査した。この実験装置の炉床面積は0.
25ｍ^２であり、実験は装入する鉱石量を一定にして、混
合する粉コークスの量を変えて行ったものである。な
お、図２において、炉床１１は昇降装置１６により炉内
１０に迫り上がり、炉床１１上に積層された原料混合粉
２ａは、バーナ１３の燃焼熱により昇温し、移動炉床等
と同様の熱履歴が受けられるように構成したものであ
る。

【００２８】上記実験の結果を図３に示す。この図から
明らかなように、内装還元剤 (粉コークス) の量が当該
原料中の金属含有物の還元に必要な量付近では、原料中
の粉コークスの量が減少するにつれて、還元生成物が溶
融するまでの時間が短くなっていることがわかる。即
ち、原料中の粉コークスの量は少なくした方が、原料を
速やかに溶融できるということを意味している。そし
て、このことはまた、還元途中もしくは還元後に残って
いるコークス粉というのは、たとえ高温域にあっても固
体の状態を維持していることから、金属含有物粒子が溶
融した場合にこれらが互いに融着するのを妨げるように
作用して溶融を遅延させることを意味するものである。
しかも、このような作用は、原料粒子 (成形体粒子) が
小さいほど、特に、平均粒径の小さい製鉄ダストなどを
原料中に含む場合に顕著である。なお、原料中のコーク
ス粉の割合が過度に低い場合、溶融物の還元に時間がか
かるようになる。したがって、原料中の固体還元剤 (コ
ークス粉) の量は、金属含有物の還元に必要な量の５０
〜９０mass％程度、好ましくは５０〜７５mass％程度と
することが好ましい。

【００２９】なお、鉄鉱石粉の形態や含有するコークス
粉の量により溶融するまでの時間に差が生じ、このこと
が、生産性の変動要因になる場合がある。そこで、この
ような変動を抑える意味で、内装還元剤とは別に、追加
的な還元剤の装入や、予め還元剤の一部を炉床上に堆積
させるという方法の採用は有効である。これらの方法で
は、還元生成物が一旦溶融した後、固体還元剤と活発に
反応するようになるため、還元速度は原料が固体の状態
のときよりも一層速くなる。したがって、溶融時の還元
率が低くてもメタルやスラグの分離までの時間は短くな
るため、却って生産性は高くなると考えられる。

【００３０】ところでもし、上述した本発明方法と異な
り、原料中に内装する固体還元剤 (コークス粉) の含有
量を金属含有物の還元に必要な量よりも多くした場合、
加熱炉、とくに回転炉床炉内では還元生成物の溶融が困
難となり、却って製品還元率が低下し、さらには炉内で
の再酸化防止も不十分になる。しかも、金属酸化物の還
元は進行するもののメタルとスラグの分離ができなくな
り、いわゆる還元鉄から脈石成分を取り除くことができ
なくなる。一方でもし、このような状態で還元生成物を
溶融させるとしたら、図３からわかるように、時間が著
しくかかるため、生産性が低下するという問題がある。

【００３１】これに対し、本発明に従い、原料を移動型
炉床炉内で少なくとも一度は溶融させると、Fe、Cr、Ni
などの金属は塊状化するために、溶融せずに粉状でいる
よりも表面積は小さくなって、著しい再酸化は阻止され
る。この意味において、原料中に含まれる固体還元剤の
量は金属含有物の還元に必要な量に比べて少なくするこ
とで、溶融までの時間を短くすることができ、さらには
メタルとスラグの分離を効果的に実現して、高い生産性
を確保することができるようになる。

【００３２】なお本発明は、固体還元剤を内装した原料
を用いる場合において、固体還元剤を原料とは別に移動
型炉床上に装入堆積させる方法であってもよい。この場
合、炉床上に堆積させる固体還元剤の層は、原料 (金属
含有物) が溶融するまでは、互いに混合していないた
め、そのほとんどは還元剤としての本来の役割を果たし
ておらず、いわゆる揮発分が失われる以外、ほとんど変
化しない。なお、一般的な固体還元剤には、灰分が１０
％程度含まれているが、残部の大半は炭素質であり、10
00〜1500℃程度の高温になっても固体状態を維持する。
従って、この実施形態の特徴は、溶融生成物が炉床に接
触しないのはもちろん、固体還元剤自体が炉床耐火物に
溶着するようなことがない点にある。つまり、この例で
は、この固体還元剤層が耐火物保護層となるということ
である。もちろん、この固体還元剤層上に積層堆積させ
た原料 (金属含有物) が溶融した後は、金属含有物と固
体還元剤との混合が起こるので、還元反応が急速に進行
し、還元剤としての本来の役割を果たすようになる。し
たがって、この実施形態に係る本発明方法では、基本的
には還元途中の原料が溶融した後に、追加的な固体還元
剤の供給は必要がないと言える。

【００３３】本発明のさらに他の実施形態としては、上
記の方法において、固体還元剤層の表面に、凹部を形成
しておく方法が考えられる。この場合、メタルおよびス
ラグは、溶融物の表面張力および重力の作用によって、
かかる固体還元剤層の凹部内に集まり、固体還元剤層上
に凹部単位ごとに分割された状態でメタル, スラグが維
持される。この場合において、溶融メタルおよび溶融ス
ラグの体積は、原料である混合物の１０〜６０％の体積
しかないため、溶融メタルおよび溶融スラグ同士が互い
に接触して融着することがないようにすることが可能と
なる。

【００３４】この点に関しては、溶融メタルや溶融スラ
グは、その比重が固体還元剤のそれよりも大きいため、
溶融メタル、溶融スラグが固体還元剤の層の下に潜り込
むことが考えられる。しかし、金属含有物と固体還元剤
との混合物 (または金属含有物および副原料と固体還元
剤との混合物) を、表面に凹部を形成した固体還元剤層
上に積み上げて還元したのち溶融させるため、溶融メタ
ルや溶融スラグは一つ一つが小さなものであり、表面張
力の作用によって、固体還元剤層の上に保持されたまま
の状態になる。そして、この状態で炉床、とくに移動炉
床上の冷却帯で溶融メタルや溶融スラグが冷却される
と、脈石および灰分が分離したメタルとスラグとが固体
還元剤層上において、該固体還元剤層表面の凹部単位毎
の塊になる。かくして、凝固したメタルおよびスラグは
下層の固体還元剤層の存在によって炉床からは離れた位
置に保持され、一つ一つが小さな塊になることから、炉
外への排出が容易になる。

【００３５】これに対し、固体還元剤層表面を平滑に形
成した場合は、溶融メタルおよび溶融スラグは固体還元
剤層の上に保持され、溶融メタルおよび溶融スラグによ
って炉床の耐火物が損傷されることはないが、冷却後の
メタルおよびスラグは固体還元剤層の上で小さく分割さ
れることはなく、連続的に繋がった大きな塊を形成する
場合があり、メタルを炉外に排出するのが困難になるこ
とがある。

【００３６】なお、炉内の炉床から排出されたスラグお
よびメタルは、例えば、炉外において磁力や風選によっ
てメタルとスラグの分離を行ったり、スラグとメタルと
の密度差を利用して選別したりすることにより、分別回
収する。

【００３７】

【実施例】この例は、直径２．２ｍの回転テーブル上
に、アルミナ系耐火物を取付けた炉床と、その炉床上を
炉体にて覆うと共にバーナーを設置してなる図４に示す
ような回転炉床炉を用いて、還元鉄を製造する操業例で
ある。図４に示す回転炉床炉は、予熱帯１０a 、還元帯
１０b 、溶融帯１０c および冷却帯１０d に区画されて
いる。また、この回転炉炉床上には、鉄含有物と固体還
元剤とを含む混合物を堆積した原料層が形成されてい
る。図４において、符号１７は、還元鉄を冷却して取り
出すために排出口前に設置した冷却器である。この炉の
操業において、メタルは、排出装置１５で排出した後、
磁石によってスラグと分離し、磁石に付いたものを製品
とした。炉内の予熱帯１０a 〜冷却帯１０d 間の温度パ
ターンは変更せず、排出装置１５の位置でのスラグ、メ
タルの分離状況を確認し、分離が十分できる速度に回転
炉床の回転速度を設定した。また、炉の供給口における
原料の積み付け方法は、回転炉床１１上に、装入装置１
４により、図５〜図７に示すような積層条件 (３種類の
条件) で炉床上には別に固体還元剤の層を形成し、かつ
その金属含有物および固体還元剤などの原料を積み付け
た。即ち、炭材内装原料を炉床上に直接装入する例 (図
５) 、炉床上に平滑な固体還元剤層１を形成し、その上
に金属含有物２を積層した例 (図６) 、そして、固体還
元剤層の表面に凹部を形成した例 (図７) である。な
お、前記凹部は、固体還元剤層を積み付けた後に表面に
凸部のあるローラーを押し付けることによって形成し
た。また、原料としての金属含有物としては、脈石分
(SiO_２、 Al_２O_３等) を７mass％以上含有する、表１に
示す成分組成の鉄鉱石を用い、そして固体還元剤には灰
分を６〜１１mass％含有する、表２に示す成分組成のも
のを用いた。これらは篩い目１ｍｍ以下に調整して用い
た。また、場合によっては、原料として表３に示す高炉
ダストも使用した。

【００３８】

【表３】

【００３９】以上の条件で行った操業結果を、表４に示
す。表中のNo. １〜７は、本発明の適合例である。いず
れの条件においても生産性の著しい低下もなく、脈石、
灰分がほとんど除去された還元鉄を回収できた。なお、
No. １の例 (内装炭材を利用するもの) では、原料中に
含まれる固体還元剤のみでは金属含有物を完全に還元す
ることはできない。そこで、回転炉床炉の溶融帯で溶融
還元生成物の上方から固体還元剤を追加装入する方法に
より還元した。また、このNo. １の方法では、炉床上に
固体還元剤の層がないため、炉床耐火物と溶融物が直接
接触して固着したため、破砕機により製品を破砕して取
り出すケースも見られた。No. ２および３の例 (表面が
平坦な固体還元剤層) は、還元に必要な還元剤について
固体還元剤層により供給する方法である。この方法で
は、製品 (還元生成物) 形状の制御はされなかったの
で、一部において３００ｍｍを超えるような大きな塊も
生成したが、固体還元剤層の存在により炉床耐火物は保
護されており溶融物が固着することはなかった。また、
製品への鉄回収率が９７．８％以上と高い状態で回収す
ることができた。次に、炉床の上に固体還元剤の層を設
け、しかもその表面に凹凸をつけたNo.４〜７の例で
は、溶融スラグと溶融メタルが固体還元剤表面の凹部内
に凝集して５０ｍｍ程度の大きさの小塊となって分離し
たので、その形態のまま容易に炉外へ排出することがで
き、破砕機は全く不必要であった。No. ８および９の例
は、比較例である。これらの例では、原料中のＣ量が還
元に必要な量を超えて含まれていたため、還元物が溶融
するまでに時間がかかり、生産性が低下した。特に、N
o. ９の例では、原料に高炉ダストを使用したため、原
料の粒径が小さく、著しく生産性が低下した。

【００４０】

【表４】

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、簡
素な設備を用い、金属含有物と固体還元剤の混合物 (原
料) から、脈石や灰分の混入の極めて少ない還元金属、
すなわち電気炉等で精錬する際の原料として評価の高い
還元金属を、生産性を低下させることなく得ることがで
きる。しかも、簡単な設備で円滑な操業を確保できると
共に、設備の損傷機会も少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】移動型炉床炉の説明図である。

【図２】固体還元剤の配合率の実験で使用した加熱炉の
説明図である。

【図３】原料中の固体還元剤と保持時間に対して還元物
が溶融する範囲を示した図である。

【図４】実施例で用いた移動型炉床炉の説明図である。

【図５】実施例で採用した原料積層条件の説明図であ
る。

【図６】実施例で採用した原料積層条件の説明図であ
る。

【図７】実施例で採用した原料積層条件の説明図であ
る。

【符号の説明】

１固体還元剤層２、２ａ原料４メタル５スラグ１０炉体１０ａ予熱帯１０ｂ還元帯１０ｃ溶融帯１０ｄ冷却帯１１炉床１３バーナー１４装入装置１５排出装置１６昇降装置１７冷却装置

───────────────────────────────────────────────────── 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 7/00 Ｃ２２Ｂ 7/00 Ｅ (72)発明者武田幹治千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内Ｆターム(参考） 4K001 AA08 AA10 AA19 AA20 AA30 BA14 BA15 BA22 DA01 GA05 HA01 4K012 CA08 DE06 DE08 4K050 AA07 BA01 CA09 CD02 CF27 CG22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱炉内に、金属含有物および炭素を含
有する固体還元剤を含む原料を装入して加熱することに
より還元金属を得るに当たり、前記原料中に含まれる固
体還元剤中の炭素の含有量を金属含有物の還元に必要な
理論炭素量よりも少ない量とし、該原料の昇温に伴って
起こる還元反応の途中において少なくとも一度はこの原
料を溶融状態に導き、その後、冷却して塊状の還元金属
を回収することを特徴とする金属含有物からの還元金属
の製造方法。
【請求項２】加熱炉内に、金属含有物および炭素を含
有する固体還元剤を含む原料を装入して加熱することに
より還元金属を得るに当たり、前記加熱炉の炉床上に固
体還元剤を装入したのち、その固体還元剤の層の上に、
金属含有物の還元に必要な理論炭素量よりも少ない量の
炭素を含有する固体還元剤を含む前記原料を装入して積
層し、該原料の昇温に伴って起こる還元反応の途中にお
いて少なくとも一度はこの原料を溶融状態に導き、その
後、冷却して塊状の還元金属を回収することを特徴とす
る金属含有物からの還元金属の製造方法。
【請求項３】加熱炉内に、金属含有物および炭素を含
有する固体還元剤を含む原料を装入して加熱することに
より還元金属を得るに当たり、前記加熱炉の炉床上に、
固体還元剤を装入堆積させるとともに、その固体還元剤
の層の表面に複数の凹部を形成したのち、その凹部つき
固体還元剤の層の上に、金属含有物の還元に必要な理論
炭素量よりも少ない量の炭素を含有する固体還元剤を含
む前記原料を装入して積層し、該原料の昇温に伴って起
こる還元反応の途中において少なくとも一度はこの原料
を溶融状態に導き、その後、冷却して塊状の還元金属を
回収することを特徴とする金属含有物からの還元金属の
製造方法。