JP2001181720A - 回転炉床炉による還元鉄製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転炉床炉により還元鉄を製造する方法にお
いて、簡易な手段で、生産性を向上できる方法を提供す
ることにある。 【解決手段】 還元鉄を排出する位置２の後方から粉状
鉄酸化物および粉状炭素質物質からなる原料を装入する
位置９までの間に、炉床表面を加熱する手段４を設け、
前記原料を装入する位置９における炉床表面の温度を６
００℃以上、より好ましくは８５０℃以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転炉床炉を用い
て鉄酸化物から還元鉄を製造する方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気炉による鋼材の製造が盛んに
なるにつれ、その主原料であるスクラップの需給の逼迫
や、電気炉での高級鋼製造に対する要請から還元鉄の需
要が増大しつつある。

【０００３】還元鉄を製造するプロセスのひとつとし
て、粉状の鉄鉱石と粉状の石炭やコークスなどの炭材と
を混合して塊成化物、例えばペレットとなし、これを回
転炉床炉に装入して高温に加熱することにより鉄鉱石中
の酸化鉄を還元して固体状金属鉄を得る方法が注目され
ている（例えば、特開昭４５−１９５６９号公報、特開
平１１−２７９６１１公報など）。

【０００４】従来の回転炉床炉による還元鉄製造プロセ
スの一例を、図２に示す従来使用されている回転炉床炉
の設備構成の概略図を用いて説明する。

【０００５】１）粉状の鉄酸化物および粉状の炭素質物
質を混合して造粒し、生ペレットを製造する。

【０００６】２）この生ペレットを、ペレット内から発
生する可燃性揮発分が発火しない程度の温度域に加熱し
て付着水分を除去し、乾燥ペレット（原料９）とする。

【０００７】３）この乾燥ペレット（原料９）を適当な
装入装置３を用いて回転炉床炉６中に供給して回転炉床
１上にペレット１〜２個程度の厚さを有するペレット層
を形成する。

【０００８】４）このペレット層を炉内上方に設置した
バーナー７の燃焼により輻射加熱して還元し、金属化を
進める。

【０００９】５）金属化したペレットを冷却器８により
冷却する。この場合の冷却は、ペレットにガスを直接吹
き付けて冷却するか、または、水冷ジャケットで間接冷
却すること等が行われ、排出時および排出後のハンドリ
ングに耐える機械的強度を発現させてから排出装置２に
より炉外へ排出する。

【００１０】６）金属化したペレット（還元鉄１０）を
排出後、直ちに、乾燥ペレット（原料９）を装入し、上
記のプロセスを繰り返す。

【００１１】また、回転炉床炉における還元鉄製造の生
産性を向上させるため、以下の種々の提案がなされてい
る。

【００１２】例えば、特開平１０−２０４５１６号公報
に開示されている発明は、ペレットの供給箇所を複数設
けて、加熱・還元が完了したペレット層の上に新たなペ
レットを載置することにより折角還元が終了したペレッ
トがバーナーの燃焼ガスで酸化されるのを防止すること
により製品還元鉄の金属化率を高くできる方法である。

【００１３】また、特開平１１−１０６８１４号公報に
開示されている発明は、粉鉱石と石炭チャーとの混合層
と粉石炭層とをそれぞれ別層に炉床上に積み付け、粉鉱
石の還元を行うとともに石炭を熱分解して石炭チャーと
し、得られた石炭チャーを繰り返し使用する方法であ
り、石炭の熱分解による吸熱反応が進行する所と鉱石の
還元する所とを別にすることにより還元速度を上昇して
生産性を向上させるものである。

【００１４】特開平１１−０６１２１７号公報に開示さ
れている発明は、炉床上の粉状鉄原料を上部から加熱す
るとともに、炉下部に設けられた加熱空間部内で燃料を
燃焼させ、炉床上の鉄原料を炉床の下面からも加熱する
ことにより還元を効率良くする方法である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来の回転炉床炉によ
る還元鉄製造プロセスにおいては、以下の課題がある。

【００１６】従来方法においては、上述したように、通
常、炉内から還元鉄を排出する前に炉床上で還元鉄を冷
却することが行われるので、炉床表面も同時に冷却され
てしまい、還元鉄が排出された後の炉床の表面温度はか
なり低下してしまう。しかも、還元鉄を排出した後、な
んら炉床の温度調整を行うことなく鉄酸化物と炭素質物
質からなる原料を炉床上へ載置している。

【００１７】したがって、鉄酸化物と炭素質物質からな
る原料の還元反応等に必要な熱は、まず炉床上部の空間
部におけるバーナー燃焼による輻射加熱で原料層上面に
供給された後、原料層内の伝導伝熱により層の下部に供
給される。したがって、生産性を増大させるために原料
層厚を厚くすると、層の下部への伝熱が遅れるため層下
部の還元速度が低下し、滞留時間が延長されるにもかか
わらず、生産性が低下する。層の下部への伝熱を促進す
る目的でバーナー燃焼温度を上昇させ過ぎると、層上面
近傍の鉄酸化物中の未還元ＦｅＯが鉄酸化物中の脈石成
分や炭素質物質中の灰分と反応して低融点化合物を形成
し溶融して操業を困難にするため、バーナー燃焼温度の
上昇による生産性向上にも限界がある。したがって、原
料層の厚みは層下部まで速やかに伝熱できる程度の厚み
に制限されるので、生産性を大幅に向上させることがで
きなかった。

【００１８】上述の特開平１０−２０４５１６号公報お
よび特開平１１−１０６８１４号公報に開示されている
発明の方法は、ともに炉床上部空間からのバーナー加熱
による熱供給に依存するものであり、生産性の若干の改
善は可能としても、著しい向上は望み得ない。

【００１９】また、上述の特開平１１−０６１２１７号
公報に開示されている発明の方法によれば、原料層上下
面から同時に加熱することができるので生産性向上の効
果は大きいが、設備は複雑かつ高価となり、かえって還
元鉄製造コストが上昇する問題がある。

【００２０】そこで本発明の目的は、簡易な手段によ
り、原料層下部の加熱遅れを改善して生産性を向上する
ことができる経済性に優れた回転炉床炉による還元鉄製
造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【００２１】本発明者は、上記回転炉床炉による還元鉄
製造方法に関して種々検討を重ねた結果、簡易な手段に
より、原料層下部の加熱遅れを改善して生産性を著しく
向上できる方法を発明するに至った。

【００２２】本発明の具体的解決手段は以下の通りであ
る。

【００２３】（請求項１）粉状の鉄酸化物および粉状の
炭素質物質からなる原料を回転炉床炉に装入し、炉内上
方からの輻射伝熱により原料を加熱して還元を行うにあ
たり、還元鉄を排出する位置の後方から前記原料を装入
する位置までの間に、炉床表面を加熱する手段を設け、
前記原料を装入する位置における炉床表面の温度を６０
０℃以上とすることを特徴とする還元鉄製造方法。

【００２４】（請求項２）前記原料を装入する位置にお
ける炉床表面の温度を８５０℃以上とする請求項１に記
載の還元鉄製造方法。

【００２５】（請求項３）炉床表面を加熱する手段は、
燃焼バーナーによる加熱である請求項１または２に記載
の還元鉄製造方法。

【００２６】（請求項４）前記燃焼バーナーの設置位置
から前記原料の装入位置までの間に少なくとも１つの温
度測定手段を設け、その温度測定手段によって炉床表面
の温度を測定し、前記燃焼バーナーの燃焼を変更するこ
とにより前記温度を調整する請求項３に記載の還元鉄製
造方法。

【００２７】（請求項５）前記温度測定手段は、炉床面
より上方に設置された放射温度計による測温である請求
項４に記載の還元鉄製造方法。

【００２８】（請求項６）炉床に下から挿入された少な
くとも１つの熱電対によって炉床表面直下の温度を測定
し、前記バーナーの燃焼熱量を変更することにより前記
温度を調整する請求項３に記載の還元鉄製造方法。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図１の本
発明方法を実施するための回転炉床炉の設備構成の概略
図および図２の従来の回転炉床炉（以下、従来法と記
す）の設備構成の概略図を参照し、従来法と対比しなが
ら、以下に詳細に説明する。

【００３０】本発明の設備構成のうち、原料９の装入か
ら還元鉄１０の排出までの設備構成の部分は、従来法と
全く同一であり、本発明の特徴は、還元鉄１０の排出
後、次の原料の装入までの間の設備構成の部分にある。

【００３１】（１）従来法と同一の設備構成の部分

【００３２】先ず、粉状鉄酸化物と粉状炭素質物質から
なる原料９を従来法で採用されているものと同様の装入
装置３により回転炉床１に載置する。

【００３３】粉状鉄酸化物としては、従来法と同様、粉
状の鉄鉱石や製鉄所で発生する鉄分を含んだダスト、ス
ラッジ、スケール等を単独で、または２種以上組み合わ
せて使用することができる。

【００３４】また、粉状炭素質物質としては、同じく従
来法と同様、石炭、コークス粉、石油コークス、チャ
ー、木炭等を単独または２種以上組み合わせて使用する
ことができる。

【００３５】なお、粉状鉄酸化物を粉状炭素質物質から
なる原料を回転炉床炉の炉床上へ載置する方法として
は、従来法と同様、下記のいくつかの方法が考えられる
が、いずれの方法を採用してもよい。

【００３６】例えば、粉状鉄酸化物と粉状炭素質物質を
混合して、造粒機でペレットに成形した後、乾燥器で水
分を除去してから装入する。または、粉状の鉄酸化物と
粉状の炭素質物質を混合して、ブリケットに成形して装
入してもよい。

【００３７】あるいは、粉状鉄酸化物と粉状炭素質物質
を混合して、ペレットやブリケットに成形せずに、粉状
のまま装入することも可能である。さらに、粉状鉄酸化
物と粉状炭素質物質とを混合することなく、単味で互層
状に装入してもよい。

【００３８】なお、粉状鉄酸化物と粉状炭素質物質を混
合した後、ペレットやブリケットに成形する場合、必要
に応じて、ベントナイト、消石灰、有機粘結剤などのバ
インダーを添加してもよい。

【００３９】回転炉床１の回転とともに原料９が装入装
置３から排出装置２に向かって炉内を移動する間に、炉
床の上部の炉体６に設置した複数のバーナー７から燃料
と酸素含有ガスを炉内に吹き込み、その吹き込んだ燃
料、粉状炭素質物質から発生する可燃性揮発成分および
粉状鉄酸化物が還元されて発生するＣＯガスを燃焼さ
せ、炉内雰囲気温度を約１２００〜１４００℃として、
前記炉床上に載置した原料を上部から輻射加熱する。

【００４０】なお、バーナー用燃料としては、従来法と
同様、天然ガス、コークス炉ガス、プロパンガス、ブタ
ンガス等のガス燃料、重油等の液体燃料、または石炭等
の固体燃料のいずれであっても差し支えなく、酸素含有
ガスとしては、空気または酸素富化空気を用いるのがよ
い。

【００４１】炉床に載置された原料は、炉内を移動する
間に、上記炉床上部から輻射加熱されるのに加え、後述
するように、炉床下部からも加熱されるので、従来法に
比べ、層全体の鉄酸化物の還元速度が上昇し、生産性が
大幅に改善される。

【００４２】還元が終了し、金属化した原料（還元鉄）
を、回転炉床炉からの排出時および排出後のハンドリン
グに耐える機械的強度を発現させるために、排出装置の
手前に設置した冷却器８で冷却する。冷却方法として
は、Ｎ₂ 等の不活性ガスや天然ガス等の炭化水素ガスを
還元鉄に直接吹き付ける方法や、水冷ジャケットで間接
的に冷却する方法など従来法と同様の方法を採用すれば
よい。

【００４３】還元鉄１０を排出装置２で排出する。排出
装置としては、従来法と同様、スクリュー方式やスクレ
ーパー方式の排出装置などを採用すればよい。

【００４４】（２）本発明方法の特徴部分

【００４５】還元鉄１０の排出装置２の後方（炉床の回
転方向）から原料９の装入装置３までの間に炉床表面の
加熱装置４を設け、原料を装入する位置の炉床表面の温
度を６００℃以上（請求項１）、より好ましくは８５０
℃以上として（請求項２）、その後、装入装置３の位置
で同装置により粉状の鉄酸化物を粉状の炭素質物質とと
もに回転炉床炉の炉床上へ載置する。

【００４６】炉床表面温度を６００℃以上とすることに
より、炉床表面から熱伝導により層下部の原料が加熱さ
れ、炉床への載置後０．５〜１ｍｉｎ程度で約４００℃
以上の温度に達すると、前記炭素質物質として揮発成分
を含有する石炭などを用いた場合には熱分解反応が開始
する。したがって、層上面からの伝導伝熱による熱が層
下部の原料に到達したときには、吸熱反応である炭素質
物質の熱分解がある程度進行しており、層上面からの熱
が還元反応に有効に利用されるため、還元の効率化が図
れるものである。なお、前記炭素質物質として揮発成分
を含有しないコークスなどを用いた場合でも、少なくと
も層下部の原料は予熱されるので同様の効果が期待でき
るものである。

【００４７】さらに、炉床表面温度を上昇させ例えば８
５０℃以上とすると、層下部の温度は、炉床への載置後
０．５〜１ｍｉｎ程度で約７００℃以上の温度に達し、
上記の炭素質物質の熱分解反応に加えて、鉄酸化物と炭
素質物質の接触点近傍でＦｅＯ＋ＣＯ→Ｆｅ＋２ＣＯ₂
およびＣ＋ＣＯ₂ →２ＣＯの相互反応が開始し（Ｄ．
Ｉ．Ｒｙｚｈｏｎｋｏｖ ｅｔ ａｌ：Ｓｏｌｉｄ Ｓ
ｔａｔｅ Ｉｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．１１７（１９９
９），ｐ．１４５−１５０参照）、還元反応も促進され
るのでより好ましい。

【００４８】炉床上部からの輻射熱だけで加熱する従来
法では、原料の炉内装入後しばらくは層下部の原料の温
度は低く、炭素質物質の熱分解反応や鉄酸化物の還元反
応は起こらない。層上部からの伝熱により層下部の原料
の温度が上昇して初めて上記反応が開始する。

【００４９】それに対して本発明方法では、上記の炉床
上部からの輻射加熱に加え、炉床に蓄積された熱を積極
的に利用して炉床下部からも加熱を行うので、原料の炉
内装入後、直ちに層下部の原料温度は上昇し始め、早期
に炭素質物質の熱分解反応や鉄酸化物の還元反応が開始
する。その結果、層全体の鉄酸化物の還元速度が上昇
し、生産性が大幅に改善されるものである。

【００５０】前記の炉床の加熱に用いられる手段は、特
に限定されるものではなく、通常の電気ヒーター等でも
よいが、安価な燃料を選択できる燃焼バーナーによる加
熱を用いることがより好ましい（請求項３）。

【００５１】燃焼バーナー用燃料としては、原料を輻射
加熱するためのバーナーと同様、天然ガス、コークス炉
ガス、プロパンガス、ブタンガス等のガス燃料、重油等
の液体燃料、または石炭等の固体燃料のいずれであって
も差し支えない。また、酸素含有ガスとしては、空気ま
たは酸素富化空気を用いるのがよい。

【００５２】また、燃焼バーナーの形式としては、線状
バーナー等を採用して炉床の幅全部をできるだけ均一に
加熱することが好ましい。幅方向における還元の進行の
不均一による滞留時間延長すなわち生産性低下を防止す
るためである。

【００５３】本発明の効果をより確実なものとするた
め、炉床の加熱装置４から原料９の装入装置３までの間
に炉床表面の温度測定装置５、例えば放射温度計を炉床
表面の上方（鉛直上方でも、斜め上方でもよい）に少な
くとも１つ設置して、炉床表面の温度を測定し、前記燃
焼バーナーの燃焼条件を変更することにより炉床表面の
温度を調整することも有効な方法である（請求項４およ
び５）。

【００５４】あるいは、１本または数本の熱電対を炉床
の回転方向あるいは半径方向に適当な間隔を空けて炉床
の下から炉床表面直下、例えば、炉床内の温度勾配の影
響が少ない炉床表面から下約２ｃｍのところまで差込
み、それぞれの熱電対による温度変化を測定し、前記燃
焼バーナーの燃焼条件を変更することにより炉床表面の
温度を調整する方法を採用してもよい（請求項６）。

【００５５】

【実施例】表１に示す組成の鉄鉱石７９質量％および表
２に示す組成の石炭２０質量％にバインダーとしてベン
トナイト１質量％を混合し、適量の水分を添加して２ｍ
径のパンペレタイザーを用いて平均径１７ｍｍの生ペレ
ットを製造し、乾燥機で水分を除去して水分０．１質量
％（外数）以下の乾燥ペレットとした。表３に用いた粉
鉄鉱石と粉石炭の粒度構成を、表４に原料配合を示す。

【００５６】

【表１】

【００５７】

【表２】

【００５８】

【表３】

【００５９】この乾燥ペレットを用い、炉床有効外径８
ｍ、炉床有効幅２ｍの回転炉床炉により、バーナー燃料
を天然ガス、炉内雰囲気温度を１３００℃として、表４
に示す各条件で還元鉄を製造し、目標の製品金属化率９
０〜９２％を得るのに必要なペレットの滞留時間および
還元鉄の生産率を求め、本発明の効果を評価した。

【００６０】ここに、ペレットの滞留時間とは、回転炉
床への乾燥ペレットの装入時点から還元鉄を排出する時
点までの時間である。また、還元鉄の生産率とは、炉床
有効単位面積当たりの還元鉄の生産速度のことであり、
還元鉄の生産速度（ｋｇ／ｈ）÷炉床の全有効面積（＝
乾燥ペレット装入〜還元鉄排出間の炉床の有効面積；ｍ
² ）で求められる。

【００６１】

【表４】

【００６２】なお、この回転炉床炉には、還元鉄排出位
置の後方から乾燥ペレット装入位置までの間に炉床表面
加熱用の線状バーナー１本を炉床幅方向に沿って設置
し、かつ、加熱後の炉床表面温度を測定するための放射
温度計１台を炉床幅の真中鉛直上方に設けており、この
放射温度計で測定した温度を原料装入位置における温度
として表４に示した。

【００６３】表４のケース１および２は従来の方法に相
当するもので、線状バーナーへの着火を行わずに操業を
行った。なお、従来の方法においても、還元鉄の冷却方
法や回転炉床炉の設備規模などによって原料装入位置に
おける炉床表面温度は異なることが考えられるので、線
状バーナーからＮ₂ ガスを炉床表面に吹き付ける流量を
調節することによって炉床表面温度の変更を行った。

【００６４】ケース３〜６は本発明方法によるもので、
線状バーナーの燃料として天然ガスを、酸素含有ガスと
して空気を用い、空気比１．１に固定したまま天然ガス
および空気の流量を増減して炉床表面温度の変更を行っ
た。

【００６５】操業に際し、還元鉄の金属化率が９０〜９
２％の目標範囲に入るように炉床の回転速度を調整し
た。すなわち、金属化率が目標範囲より低い場合は、回
転速度と乾燥ペレット供給速度を比例させて下げ、ペレ
ットの炉内滞留時間を延長して金属化率を上昇させた。
逆に、金属化率が目標範囲を超える場合には、回転速度
と乾燥ペレット供給速度を比例させて上げ、ペレットの
炉内滞留時間を短縮して金属化率を低下させた。

【００６６】各ケースにおけるペレット滞留時間、還元
鉄生産率、および炉床上への金属鉄板の生成の有無を表
４に併せて示す。

【００６７】乾燥ペレット装入直前の炉床表面温度が高
くなるほど、ペレット滞留時間は短縮され、還元鉄生産
率は上昇することが確認された。特に、炉床表面温度を
４００℃から６５０℃へ上昇させた場合、および８００
℃から９００℃へ上昇させた場合に著しい滞留時間の短
縮および生産率の上昇が見られ、前述した層下部におけ
る石炭の熱分解反応および酸化鉄の還元反応の促進効果
によるものと考えられる。

【００６８】

【発明の効果】したがって、本発明方法によれば、粉状
鉄酸化物と粉状炭素質物質とからなる原料を回転炉床炉
へ装入して高温で加熱して還元鉄を製造するに際して、
還元鉄を排出後、原料を装入する前の炉床表面を加熱手
段を用いて６００℃以上、より好ましくは８５０℃以上
に加熱することにより、原料層下部の炭素質物質の熱分
解反応や鉄酸化物の還元反応を促進でき、簡易な手段で
還元鉄の生産性を向上できる（請求項１、２）。

【００６９】上記加熱手段として燃焼バーナーを用いる
ことにより、安価な燃料を選択でき、低コストで上記生
産性向上を達成できる（請求項３）。

【００７０】炉床表面の温度測定手段を設け、上記燃焼
バーナーの燃焼条件を調整することにより、より確実に
上記請求項３の効果を得ることができる（請求項４〜
６）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するための回転炉床炉の設備
構成の概略を示す図である。

【図２】従来使用されている回転炉床炉の設備構成の概
略を示す図である。

【符号の説明】

１ 回転炉床 ２ 排出装置 ３ 装入装置 ４ 加熱装置 ５ 温度測定装置 ６ 炉体 ７ バーナー ８ 冷却器 ９ 原料 １０ 還元鉄

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉状の鉄酸化物および粉状の炭素質物質
   からなる原料を回転炉床炉に装入し、炉内上方からの輻
   射伝熱により原料を加熱して還元を行うにあたり、還元
   鉄を排出する位置の後方から前記原料を装入する位置ま
   での間に、炉床表面を加熱する手段を設け、前記原料を
   装入する位置における炉床表面の温度を６００℃以上と
   することを特徴とする還元鉄製造方法。
2. 【請求項２】 前記原料を装入する位置における炉床表
   面の温度を８５０℃以上とする請求項１に記載の還元鉄
   製造方法。
3. 【請求項３】 炉床表面を加熱する手段は、燃焼バーナ
   ーによる加熱である請求項１または２に記載の還元鉄製
   造方法。
4. 【請求項４】 前記燃焼バーナーの設置位置から前記原
   料の装入位置までの間に少なくとも１つの温度測定手段
   を設け、その温度測定手段によって炉床表面の温度を測
   定し、前記燃焼バーナーの燃焼熱量を変更することによ
   り前記温度を調整する請求項３に記載の還元鉄製造方
   法。
5. 【請求項５】 前記温度測定手段は、炉床面より上方に
   設置された放射温度計による測温である請求項４に記載
   の還元鉄製造方法。
6. 【請求項６】 炉床に下から挿入された少なくとも１つ
   の熱電対によって炉床表面直下の温度を測定し、前記バ
   ーナーの燃焼熱量を変更することにより前記温度を調整
   する請求項３に記載の還元鉄製造方法。