JP2002180118A

JP2002180118A - 成形体の乾燥方法、酸化金属の還元方法、および、金属還元炉

Info

Publication number: JP2002180118A
Application number: JP2001296084A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Ibaraki; 哲治茨城; Mitsuru Yamamoto; 充山本; Yoichi Abe; 安部　　洋一; Shigeki Takahashi; 茂樹高橋; Kazunori Nagai; 和範永井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-10-03
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2002-06-26
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: JP3631709B2

Abstract

(57)【要約】【課題】水分を含む成形体を爆裂や粉化を起こさない
様に、乾燥する。また、乾燥後の成形体を回転炉床法の
還元炉にて、効率良く還元する。【解決手段】酸化金属と炭素を含む粉体で構成される
成形体を乾燥するに際して、成形体の大きさと気孔率か
ら爆裂しない水分蒸発速度の限界値を求めて、この限界
値よりも小さい水蒸気発生速度として、水蒸気発生によ
る成形体内部圧力の上昇を防止する。この方法で、成形
体の爆裂や亀裂発生を防止する。また、回転炉床法の還
元炉内部で成形体を乾燥する際に、上記の方法で、成形
体への熱供給速度を制御して、爆裂を防止することによ
り、引き続き当該成形体を同一炉内で焼成還元する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、還元用回転炉床炉
を用いて、酸化金属を還元する方法、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処理する方法、並びに回転炉床
式の金属還元炉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プロセスとし
ては各種のものがあるが、この内で、生産性の高いプロ
セスとして、回転炉床法が実施されている。回転炉床法
は、固定した耐火物の天井および側壁の下で、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）を主体と
するプロセスであり、酸化金属の還元に用いられる。回
転炉の炉床直径は１０〜５０メートルかつ、幅は２〜６
メートルである。

【０００３】原料の酸化金属を含む粉体は、炭素系の還
元剤と混合された後、原料ペレットにされて、回転炉に
供給される。原料ペレットはこの炉床上に敷きつめられ
ており、原料ペレットが炉床上に静置されていることか
ら、原料ペレットが炉内で崩壊しにくいといった利点が
あり、耐火物上に粉化した原料が付着する問題が無く、
また、塊の製品歩留が高いと言った長所がある。また、
生産性が高く、安価な石炭系の還元剤や粉原料を使用で
きると言った理由から、近年、実施される例が増加して
いる。

【０００４】さらに、回転炉床法は、高炉、転炉、電気
炉から発生する製鉄ダストや圧延工程でのシックナース
ラジの還元と不純物除去の処理にも有効であり、ダスト
処理プロセスとしても使用され、資源リサイクルに有効
なプロセスである。

【０００５】回転炉床法の操業の概略は以下の通りであ
る。

【０００６】まず、原料である鉱石やダスト、スラジの
金属酸化物に、この酸化物の還元に必要な量の炭素系還
元剤をよく混合した後、パンペレタイザー等の造粒機に
て、水分が約１０％となるように、水をかけながら、数
〜十数ｍｍのペレットを製造する。原料の鉱石や還元剤
の粒径が大きい場合は、ボールミル等の粉砕機で粉砕し
た後に、混練して、造粒する。

【０００７】このペレットを回転炉床上に供給して、層
状に敷き込む。炉床上に敷込まれたペレットは急速に加
熱され、５〜２０分間、１３００℃前後の高温で焼成さ
れる。この際に、ペレットに混合されている還元剤によ
り酸化金属が還元され、金属が生成する。還元後の金属
化率は還元される金属により異なるが、鉄、ニッケル、
マンガンでは、９５％以上、還元しづらいクロムでも５
０％以上となる。また、製鉄業から発生するダストを処
理する場合は、還元反応に伴い、亜鉛、鉛、アルカリ金
属、塩素、等の不純物が揮発除去されることから、高炉
や電気炉にリサイクルすることが容易となる。

【０００８】このように、回転炉床を用いる金属の還元
方法および製鉄ダストの還元処理方法においては、原料
と還元剤をペレットにすることが必須の条件で、原料の
事前処理として、原料の酸化金属の粉体と還元剤の混合
物を造粒性の良い状態にすることが重要であり、原料の
事前粉砕やボールミルでの混練等の種々の方法が行われ
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
回転炉床法による酸化金属の還元は、生産性や製造費用
の面で優れており、経済的に金属を製造する方法であ
る。しかし、原料と還元剤をペレットにすることが重要
であり、造粒性能の高い原料を選択するか、高価な粉砕
機を設置して、原料を粉砕することにより造粒性を向上
させることが必要であり、このための費用が多くかかる
問題があった。

【００１０】つまり、原料として鉄鉱石等の鉱石を使用
する場合は、一般には、原料鉱石の粒径が大きいため、
平均粒径が数十ミクロン以下になるように粉砕した後、
造粒して、ペレットを製造していた。その結果、粉砕工
程の設備が高価であり、また、粉砕機の運転のための電
力がかかることや粉砕機器の磨耗に伴う整備費用がかか
ると言った欠点があった。

【００１１】また、粉砕の費用を節約するために、微粉
の原料を使用することがあるが、原料の選択性が厳し
く、汎用的な方法ではなかった。そこで、湿式選鉱後の
微粉鉱石を使用したり、高炉や転炉のシックナーダス
ト、圧延工程でのスケールピットのスラジや酸洗工程で
の沈殿スラジ等を使用することが有効である。しかし、
この場合でも、原料の含有水分が多すぎて造粒しづらい
といった問題があった。すなわち、これらの原料は粒径
が１〜数十ミクロンの微粉であり、その結果、水分を含
んだ状態では、これらは汚泥状となりやすく、また真空
脱水機やフィルタープレスで脱水した後でも、水分が３
０〜５０％あり、そのままでは水分が多すぎて、造粒で
きなかった。

【００１２】この問題の解決のためには、熱風等の熱源
で粉原料を完全に乾燥した後に、造粒する方法がある。
しかし、乾燥過程で粉原料が疑似凝集してしまい、その
ままでは造粒することはできないため、これを粉砕し
て、再度、微粒の状態にした後に、他の原料とともに、
加水して、造粒した後に、回転炉床で還元されていた。

【００１３】その結果、上記の方法で利用された場合
は、良好な成形体を製造することができ、成形体の乾燥
が効率的に行えれば、安定した酸化金属の還元が行え
る。しかし、従来技術では、成形体の物理状態を考慮し
てこれを乾燥する方法が十分に確立されておらず、だだ
単に成形体を乾燥すれば良いとの考えしかなかった。そ
の結果、乾燥時に成形体に亀裂が入ったり、表面から粉
が多量に発生する問題があった。更に、乾燥条件が悪い
場合は、成形体が爆裂を起こすこともあった。したがっ
て、長い間、この問題を解決することが望まれていた。
また、事前に成形体を乾燥する方法は有効な手段である
ものの、多量の熱源を用いて乾燥した後に、水分の蒸発
に、専用の熱源と装置が必要であり、経済性にはやや劣
る還元方法である問題は残る。

【００１４】特に、製鉄業等の金属の精錬業や加工業で
発生するダストやスラジを湿式集塵機または沈殿槽から
集めた場合には、これらの発生物は、最大９０％と、多
くの水分を含有しており、これらの発生物を回転炉床法
で還元処理しようとする場合には、乾燥工程と乾燥後の
粉砕処理の問題が顕著であった。

【００１５】これらの問題を解決するために、例えば、
特開平１１−１２６１９号公報に示されるように、原料
を造粒せずに回転炉床法で使用する方法として、原料を
圧縮成型機でタイル状にして、これを回転炉床法で使用
する発明が開示されている。しかし、この方法でも、や
はり、水分を大量に含有した状態の原料を使用すること
には問題があった。つまり、特開平１１−１２６２４号
公報に示されるように、原料の水分を６〜１８％に調整
する必要があり、このためには、事前の脱水処理に加
え、乾燥処理が必要であり、このための複雑な水分制御
が必要な問題があった。また、この原料装入のために
は、特開平１１−１２６２１号公報に示されるような、
複雑な装入装置が必要であり、この設備の整備費用が高
い等の問題も生じていた。

【００１６】さらに、このような形状の水分を含む原料
を高温の回転炉に直接装入した場合には、水分含有率が
高いために、水分の蒸発に伴う爆裂現象が発生して、原
料が粉化して、排気ガス中に失われて、製品歩留が極端
に悪いといった問題が生じていた。通常、回転炉床法で
の炉内温度は、原料供給部の近傍が最も低く、それでも
１１５０〜１２００℃である。このような高温であれ
ば、湿潤状態の成形体は、過激な水分蒸発に伴う爆裂の
問題が生ずる。たとえ、爆裂が生じない場合でも、、水
蒸気の噴出による角の部分や表面の剥離が生じる。した
がって、還元操業は可能であるが、塊状の還元物の比率
が少なく、成形体からの粉の生成率が高くなるという問
題があった。その結果、排ガス中に粉の金属分がロスす
る比率が比較的高くなり、歩留の低下の問題が残った。

【００１７】本発明は、従来法では実現できなかった、
水分を含んだ粉状態の原料の成形体を爆裂や亀裂発生の
ない、かつ、効率良く乾燥する方法、および、水分を含
んだ粉状態の成形体を回転炉に直接供給して還元して
も、成形体の爆裂等の発生なく高歩留で還元することが
可能な還元方法および回転炉床式の金属還元炉を提供す
ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点に
鑑みなされたもので、その要旨とするところは、

【００１９】（１）酸化金属と炭素の粉体を含み、か
つ、気孔率のパーセンテージ値の０．２倍以上の質量パ
ーセンテージ値の水分を含む成形体を乾燥するに際し
て、当該成形体が含有する水の蒸発速度を下記に示す
値：Ｖ以下とすることを特徴とする粉体成形体の乾燥方
法。ただし、Ｖ＝３００Ｐ² ／Ｄ、なお、Ｖは水の限界
蒸発速度（成形体のドライ質量１キログラム当たりの水
分蒸発速度（ｇ／ｋｇ・s ））、Ｄは成形体の代表径の
値（ｍｍ）、また、Ｐは気孔率（−）である。

【００２０】（２）酸化金属と炭素の粉体を含み、か
つ、気孔率のパーセンテージ値の０．２倍以上の質量パ
ーセンテージ値の水分を含む成形体を乾燥するに際し
て、当該成形体への熱供給速度を下記に示す値：以下Ｈ
ｉｎとすることを特徴とする粉体成形体の乾燥方法。た
だし、Ｈｉｎ＝８２０Ｐ² ／Ｄ、なお、Ｈｉｎは限界熱
供給速度（成形体のドライ質量１キログラム当たりの熱
供給速度（ｋＷ／ｋｇ））、Ｄは成形体の体積の１／３
乗の値（ｍｍ）、また、Ｐは気孔率（−）である。

【００２１】（３）体積の１／３乗の値が５〜２１ｍｍ
であり、かつ、気孔率が２２〜３２％である成形体を、
水分が４．４質量％以上の状態から乾燥する際に、当該
成形体の水分蒸発速度を、当該成形体のドライ質量１キ
ログラム当たり毎秒０．７グラム以下とすることを特徴
とする前記（１）記載の成形体の乾燥方法。

【００２２】（４）体積の１／３乗の値が５〜２１ｍｍ
であり、かつ、気孔率が２２〜３２％である成形体を、
水分が４．４質量％以上の状態から乾燥するに際して、
当該成形体への熱供給速度を成形体のドライ質量１キロ
グラム当たり１．９キロワット以下とすることを特徴と
する前記（２）記載の成形体の乾燥方法。

【００２３】（５）体積の１／３乗の値が５〜２１ｍｍ
であり、かつ、気孔率が３２〜４０％である成形体を、
水分が６．４質量％以上の状態から乾燥する際に、当該
成形体の水分蒸発速度を、当該成形体のドライ質量１キ
ログラム当たり毎秒１．３グラム以下とすることを特徴
とする前記（１）記載の成形体の乾燥方法。

【００２４】（６）体積の１／３乗の値が５〜２１ｍｍ
であり、かつ、気孔率が３２〜４０％である成形体を、
水分が６．４質量％以上の状態から乾燥するに際して、
当該成形体への熱供給速度を成形体のドライ質量１キロ
グラム当たり３．５キロワット以下とすることを特徴と
する前記（２）記載の成形体の乾燥方法。

【００２５】（７）体積の１／３乗の値が５〜２１ｍｍ
であり、かつ、気孔率が４０〜５５％である成形体を水
分が８質量％以上の状態から乾燥する際に、当該成形体
の水蒸発速度を当該成形体のドライ質量１キログラム当
たり毎秒２．３グラム以下とすることを特徴とする前記
（１）記載の成形体の乾燥方法。

【００２６】（８）体積の１／３乗の値が５〜２１ｍｍ
であり、かつ、気孔率が４０〜５５％である成形体を、
水分が８質量％以上の状態から乾燥する際に、当該成形
体への熱供給速度を当該成形体のドライ質量１キログラ
ム当たり６．２キロワット以下とすることを特徴とする
前記（２）記載の成形体の乾燥方法。

【００２７】（９）酸化金属と炭素を含む粉体として、
金属の製造工程から発生する金属酸化物と炭素を単独も
しくは混合して含有している粉体を用いることを特徴と
する前記（１）〜（８）の何れかに記載の成形体の乾燥
方法。

【００２８】（１０）回転移動する中央が欠けた円形の
炉床の上面に載せた酸化金属と炭素の粉体を含む成形体
を炉内の上部空間のガス燃焼熱で焼成して還元する炉の
内部において、前記（１）〜（９）の何れかに記載の方
法で乾燥した成形体を、１１００℃以上の温度で焼成還
元することを特徴とする酸化金属の還元方法。

【００２９】（１１）回転移動する中央が欠けた円形の
炉床の上面に載せた酸化金属と炭素の粉体を含む成形体
を炉内の上部空間のガス燃焼熱で焼成して還元する炉の
内部において、前記（１）〜（９）の何れかに記載の成
形体の乾燥方法により、成形体を乾燥した後に、当該成
形体を引き続き同一の炉内において、１１００℃以上の
温度で焼成還元することを特徴とする酸化金属の還元方
法。

【００３０】（１２）体積の１／３乗の値が５〜２１ｍ
ｍであり、かつ、気孔率が４０〜５５％である成形体
を、６０〜３００秒間の時間の範囲で、水分８〜２７質
量％から１質量％以下となるまで乾燥した後に、１１０
０℃以上の温度で還元をすることを特徴とする前記（１
０）又は（１１）記載の酸化金属の還元方法。

【００３１】（１３）体積の１／３乗の値が５〜２１ｍ
ｍであり、かつ、気孔率が４０〜５５％である成形体
を、雰囲気ガス温度が６００〜１１７０℃の状態で、水
分が８〜２７質量％から１質量％以下となるまで乾燥し
た後に、１１００℃以上の温度で還元をすることを特徴
とする前記（１０）〜（１２）の何れかに記載の酸化金
属の還元方法。

【００３２】（１４）体積の１／３乗の値が５〜２１ｍ
ｍであり、かつ、水分が１５〜２７質量％である、貫通
ノズルから湿潤粉体を押し出す型式の成形装置で製造し
た成形体を、回転炉床式還元炉の雰囲気ガス温度が６０
０〜１１７０℃の部分に供給して乾燥した後に、当該成
形体を引き続き同一の炉内で焼成還元することを特徴と
する前記（１０）〜（１３）の何れかに記載の酸化金属
の還元方法。

【００３３】（１５）水分が１５〜２７質量％である、
貫通ノズルから湿潤粉体を押し出す型式の成形装置で製
造した成形体を、回転炉床式還元炉の内部で６０〜３０
０秒間で乾燥した後に、１１００℃以上の温度で還元を
することを特徴とする前記（１０）〜（１４）の何れか
に記載の酸化金属の還元方法。

【００３４】（１６）酸化金属と炭素を含む粉体とし
て、金属の製造工程から発生する金属酸化物と炭素を単
独もしくは混合して含有している粉体を用いることを特
徴とする前記（１０）〜（１５）の何れかに記載の酸化
金属の還元方法。

【００３５】（１７）回転移動する中央が欠けた円形の
炉床の上面に載せた酸化金属と炭素の粉体を含む成形体
を炉内の上部空間のガス燃焼熱で焼成して還元する炉で
あって、原料である粉体の成形体を供給する部分から回
転方向に３０〜１３０度の位置までが成形体の乾燥帯で
あることを特徴とする金属還元炉。

【００３６】（１８）乾燥帯での成形体への平均熱供給
速度を請求項２記載の限界熱供給速度：Ｈｉｎ以下に調
整してあることを特徴とする前記（１７）記載の金属還
元炉。

【００３７】（１９）原料である成形体の供給部から回
転方向に３０〜１３０度の位置に、排ガス出口煙道が設
置してあり、この両者の間を乾燥帯としてあることを特
徴とする前記（１７）又は（１８）記載の回転炉床式の
金属還元炉。

【００３８】（２０）原料である成形体の供給部から回
転方向に３０〜１３０度の位置に、下部の回転炉床との
間に隙間のある仕切り板が設置してあり、この両者の間
を乾燥帯としてあることを特徴とする前記（１７）〜
（１９）の何れかに記載の回転炉床式の金属還元炉。

【００３９】（２１）還元製品排出部から原料供給部ま
での間で、炉床を冷却する機構を有することを特徴とす
る前記（１７）〜（２０）の何れかに記載の回転炉床式
の金属還元炉。

【００４０】（２２）還元製品排出部から乾燥帯の間の
炉内天井および側壁の一部に水冷手段を有することを特
徴とする前記（１７）〜（２１）の何れかに記載の回転
炉床式の金属還元炉。

【００４１】（２３）乾燥帯の側壁に加熱バーナーを設
置してあることを特徴とする前記（１７）〜（２２）の
何れかに記載の回転炉床式の金属還元炉。

【００４２】（２４）乾燥帯の炉床の円弧方向の長さ当
たりの加熱バーナーの熱供給容量が、回転炉床式還元炉
の他の部分の炉床の円弧方向の長さ当たりの加熱バーナ
ーの熱供給容量の０．３〜２倍の範囲であることを特徴
とする前記（２３）記載の金属還元炉。

【００４３】（２５）乾燥帯での雰囲気温度を２００〜
１１７０℃に調整してあることを特徴とする前記（１
７）〜（２４）の何れかに記載の金属還元炉。

【００４４】

【発明の実施の形態】本発明に基づく、回転炉床式の還
元炉と当該還元炉への金属酸化物原料の前処理設備を示
した還元装置の全体構成の例を図１に示す。図１に示す
設備構成は、成形装置で粉体から成形体を製造して、こ
れを回転炉床式の還元炉で還元する設備の全体を示す図
である。この設備は、主として、成形装置１、成形体乾
燥装置２、および、回転炉３から構成される。成形装置
１はいずれのものでも良いが、後述する装置である、パ
ン式造粒装置、ブリケット成形装置、および、押し出し
成形装置が一般的である。この設備構成には、更に、原
料備蓄設備や製品処理設備が付帯するが、本発明の方法
や装置の説明には重要でないため、記載を省略する。水
分を含んだ状態の酸化金属と炭素を含む粉体を成形装置
１で成形して、得られた成形体を成形体乾燥装置２で水
分を除去する。さらに、乾燥された成形体を回転炉３で
焼成還元する。なお、後述する本発明の方法を用いるこ
とにより、成形体が急速乾燥に耐えられる場合や回転炉
３の成形体を供給する部分近傍での熱負荷を小さくでき
る場合は、成形体乾燥装置２を省略する場合もある。

【００４５】本発明は、酸化金属と炭素含有の粉体を原
料として、水分を含んだ状態で製造した成形体を適正に
乾燥する方法であり、実際の操業においては、湿潤成形
体を専用の乾燥装置で熱風などを用いて乾燥する方法や
ガス温度を適正に制御している回転炉内部の比較的低温
の部分で乾燥する。本発明者らは、この目的を達成する
ために、酸化金属と炭素含有の粉体の成形体を適正に乾
燥するための条件を探索した。このために、成形体内部
の水蒸気の流れの理論解析と小型の熱風式乾燥装置と箱
型電気炉を用いた実験を行った。

【００４６】まず、実験に先立ち、成形体内の水分蒸発
の際のガス流れの物理現象に対して、狭い通路を通過す
るガス流れの解析の観点での流体力学的な技術解析を行
った。次に、実際の成形体を乾燥する実験を行い、成形
体を乾燥するための処理基準を作成した。

【００４７】まず、細かい気孔の中を流れる流体の流速
と抵抗の関係の物理モデルを基に、水蒸気が成形体内部
の粒子間を流れる際の圧力を解析した。このモデル解析
により、水蒸気が気孔を流れる際の単位長さ当たりの通
気抵抗は、気孔の通路径に反比例すること、また、水蒸
気の流速に比例することが判明した。また、成形体の観
察の結果、気孔通路径は気孔率にほぼ比例する値をとる
ことを解明した。また、成形体内部の幾何学的な条件か
ら、通路内の水蒸気流速は成形体体積当たりの水蒸気発
生速度に比例し、かつ、気孔率に逆比例する。ここで、
本発明での気孔率の定義は、成形体の容積のうち空隙が
占める容積の比率であり、一般的には、成形体の見掛け
比重を粉体の真比重で割った値である。

【００４８】以上の流体力学的な、また、成形体の幾何
学的な条件を考慮した考察を基とすれば、成形体内部の
気孔率が一定の場合は、下式に表わす関係が成立する。（中央部圧力）＝Ａ（通路径）^-1（通路長さ）（通路内水蒸気流速）の関係があり、ただし、ここで、通路長さは成形体の直
径に比例する。また、この式は、前述した関係から、さ
らに、次式に変形される。つまり、（中央部圧力）＝Ｂ（気孔率）^-1（代表径）｛（質量当たり水蒸気発生速度）／ (気孔率) ｝＝Ｂ（質量当たり水蒸気発生速度）（気孔率）^-2（代表径）と表現される。さらに、上式は変形されて、（単位質量当たり水蒸気発生速度）＝Ｃ（中央部圧力）（気孔率）² ／（代表径）、の関係となる。ここで、Ａ、Ｂ、および、Ｃは、成形体
の物理状態や気体の物性などに影響される定数である。

【００４９】水蒸気発生に伴い内部圧力が高まり、これ
が成形体が耐えられる圧力値以上となると、成形体の爆
裂、亀裂発生、表面の粉化などの問題が発生する。ま
た、本発明者らは、爆裂や亀裂発生のないこと、また、
表面からの粉の発生が１０％以下であることを乾燥条件
の判定基準とした。この結果と上式を整理して、爆裂限
界における水蒸気発生速度を定量的に評価した。成形体
が耐えられる限界値（限界圧力）は、成形体内部の粒子
の結合強度に関わる数値であり、粒子間の物理的な接着
性に伴う現象が結合強度の主な要因である。本発明者ら
は、特殊なバインダーを使用しない場合は、成形体内の
粒子のこの結合強度はほぼ一定であることを解明した。
ここで、前述した本発明者らが行った解析結果と成形体
の観察結果をおりこんだ評価式を作成し、定数で評価で
きる項目をまとめると、中央部圧力が限界圧力に達する
水蒸気発生速度( 限界蒸発速度) は、（ａ）式で表わす
ことができる。Ｖ＝ＫＰ² ／Ｄ ‥‥‥ （ａ）また、水の蒸発速度と熱供給速度は比例するため、限界
圧力での成形体への熱供給速度( 限界熱供給速度) は、
（ｂ）式となる。Ｈｉｎ＝ＬＰ² ／Ｄ ‥‥‥ （ｂ）なお、式（ａ）と式（ｂ）の記号の意味は、Ｖは限界圧
力での成形体のドライ質量１キログラム当たりの水蒸気
蒸発速度（ｇ／ｋｇ・ｓ）、Ｈｉｎは限界圧力での成形
体のドライ質量１ｋｇ当たりの熱供給速度（ｋＷ／ｋ
ｇ）、Ｐが気孔率（−）、および、Ｄが成形体の大きさ
を現す成形体体積の１／３乗の値（ｍｍ）である。な
お、ＫとＬは定数である。形状が異なる成形体を同一に
評価するために、成形体体積の１／３乗を大きさの評価
に用い、以降、これを代表径と称す。

【００５０】このように、適正な乾燥状態の条件式
（ａ）と（ｂ）の定数ＫとＬを決定するために、本発明
者らは、実験用の加熱装置を用いた実験を行った。この
実験には、内容積が５リットルの熱風式の乾燥装置と内
容積が１０リットルの電気炉を用いた。実験用原料は、
回転炉床式還元炉で使用する粉体である、平均粒径が４
〜５０マイクロメートルで、酸化鉄を６３質量％、炭素
を１５質量％含むものであった。実験用成形体は、．
パン式造粒装置で製造した気孔率２２〜３２％の球形の
成形体、．ブリケット造粒装置で製造した気孔率３２
〜４０％の成形体、および、．押し出し式造粒装置で
製造した気孔率４０〜５５％の円柱形の成形体であっ
た。これらの成形方法は以下に説明するとおりである。
の成形体は、微細な粉体が回転するディスク上を転が
ることにより、製造されるものである。の成形体は、
一対のローラーの表面に窪み状の型があり、ローラーの
回転に伴い、この型に粉体を押し込んで成形したもので
ある。の成形体は、貫通ノズルに湿潤粉体を押し込ん
で成形したものである。なお、成形体の代表径は、５〜
２１ｍｍである。

【００５１】本発明者らの実験では、熱風式乾燥装置の
熱風温度又は箱型電気炉の内部温度を変えることによ
り、成形体への熱供給速度を種々変更した。この実験結
果のうち、成形体の爆裂が起きない、かつ、表面からの
粉化ロスが１０％以下であった結果を乾燥条件良好のも
のと判断してデータをまとめた。この乾燥条件が良好な
乾燥処理の区分での蒸発速度の上限値を限界蒸発速度
（ただし、成形体ドライ質量１キログラム当たりの１秒
間の水蒸発量）と定義して、また、この時の熱供給速度
を限界熱供給速度と定義して、これらの値を求めた。

【００５２】この結果を図２に示す。図２には、気孔率
の２乗を成形体の代表径で割った商（Ｐ² ／Ｄ）と限界
蒸発速度（Ｖ）の関係が示されている。この結果を重回
帰分析してまとめると、（ａ）式のＫの値は３００であ
った。また、限界熱供給速度（Ｈｉｎ）を求める（ｂ）
式のＬの値は８２０であった。ただし、Ｖの単位はｇ／
ｋｇ・ｓ、Ｈｉｎの単位はｋＷ／ｋｇ、Ｄの単位はｍ
ｍ、および、Ｐは無単位である。限界蒸発速度Ｖ＝３００Ｐ² ／Ｄ ‥‥‥ （１）限界熱供給速度Ｈｉｎ＝８２０Ｐ² ／Ｄ ‥‥‥ （２）なお、本実験では、水分比率が気孔率の値の０．２倍以
下の場合は、発生する水蒸気量が少ないため、（１）式
および（２）式で計算される限界値の条件を外れても、
爆裂や表面の粉化が起きないことから、本発明の有効範
囲は、水分比率が気孔率の値の０．２倍以上の場合であ
る。

【００５３】この解析結果を用いて、実際の設備で成形
体を乾燥させるための適正な操業を行う。図１に示す装
置の成形体乾燥装置２は熱風式であり、成形体への熱供
給速度を調整する。ただし、乾燥装置２は、熱供給速度
を調整できるものであれば、いずれの型式のものでも良
い。成形装置１を用いて、前述の３方式で製造した水分
を含む成形体を、成形体乾燥炉２に供給する。ここで
は、成形体の代表径と気孔率に応じた、式（２）で求め
られる限界熱供給速度以下の熱供給速度とする。熱供給
速度の調整は、熱風の温度や風速等で行うことが効果的
である。この時の成形体の水分の蒸発速度は、同じく成
形体の代表径と気孔率から求められる、限界蒸発速度で
ある（１）式のＶ以下の水分蒸発速度とする。

【００５４】実際の回転炉床法での操業では、成形体内
部の伝熱特性を良くするためや成形体の形状の維持のた
めには、回転炉３で使用する成形体には適正なサイズが
あり、その代表径は５〜２１ｍｍであることが望まし
い。この理由は、代表径２１ｍｍ以上と成形体が大きす
ぎると、内部の伝熱が遅くなり、回転炉での適正な還元
時間の７〜２０分間以内に還元が完了しないこと、ま
た、落下時に亀裂が起きることなどの問題である。ま
た、代表径５ｍｍ以下では、成形体が小さすぎる問題が
あり、床面積当たりの成形体量を適正に確保するために
は、成形体を３〜５層に敷かなければならず、この場合
には、中間の成形体の伝熱が悪くなり、還元反応が悪化
する問題がある。

【００５５】成形装置１で製造した成形体を成形体乾燥
装置２で乾燥する。パン式造粒装置で製造するなどの方
法で製造した、緻密で、気孔率が２２〜３２％である成
形体の場合は、水分が４．４質量％以上の状態から、代
表径が５〜２１ｍｍの成形体を乾燥する際に、水分蒸発
速度を当該成形体のドライ質量１キログラム当たり毎秒
０．７グラム以下とする。この水分蒸発速度は（１）式
で示される限界蒸発速度の範囲内の良好な乾燥条件で、
成形体が爆裂や粉化する問題は生じない。この乾燥方法
では、また、熱供給速度を成形体のドライ質量１キログ
ラム当たり１．９キロワット以下とする。この熱供給速
度は比較的遅いものであり、したがって、成形体を比較
的低温で乾燥する必要がある。熱風式の乾燥装置では、
４００℃以下の乾燥温度が望ましい。この成形体を回転
炉３に供給する際に、成形体供給部の温度が高温で、急
速加熱による爆裂や粉化の懸念があるため、乾燥後の成
形体水分を１質量％以下とすることが望ましい。

【００５６】ブリケット成形装置で製造するなどの方法
で製造した、気孔率が３２〜４０％である成形体の場合
は、水分が６．４質量％以上の状態から乾燥する際に、
代表径が５〜２１ｍｍの成形体の水分蒸発速度を、当該
成形体のドライ質量１キログラムあたり毎秒１．３グラ
ム以下とする。この乾燥方法では、平均熱供給速度を成
形体のドライ質量１キログラム当たり毎秒３．５キロジ
ュール以下とする。この成形体の乾燥には、やや熱供給
速度が高くても良いため、熱風式の乾燥装置の場合は、
２００〜５５０℃の乾燥温度が望ましい。

【００５７】また、押し出し成形装置などで製造した、
非常に空隙の多い、気孔率が４０〜５５％である成形体
の場合は、水分が８質量％以上の状態から乾燥する際
に、代表径が５〜２１ｍｍの成形体の水分蒸発速度を、
当該成形体のドライ質量１キログラム当たり毎秒２．３
グラム以下とする。この乾燥方法では、平均熱供給速度
を成形体のドライ質量１キログラム当たり６．３又は
６．２キロワット以下とする。この成形体の乾燥には、
かなり熱供給速度が高くても良いため、熱風式の乾燥装
置の場合は、３００〜９００℃の乾燥温度が望ましい。
また、乾燥時間を短縮する目的であれば、８００℃前後
の温度で乾燥することが最も良い。

【００５８】成形体を乾燥した後に、この成形体を回転
炉３に供給する。成形体に水分が過剰に含まれていない
ことから、回転炉２での成形体の加熱速度が速い場合で
も、爆裂や粉化の問題がない。例えば、成形体の表面温
度が１２００℃になるまでの時間が３分間程度の高速加
熱が可能となる。炉内で加熱されることにより、成形体
は焼成される。その結果、成形体内部に含まれる炭素が
還元剤となって、固体の酸化鉄や酸化マンガンなどを還
元する。この時の最高温度は１１００℃以上であれば還
元が進行するが、望ましくは１２００〜１４００℃の温
度が良く、この条件では７〜１５分間で還元反応が終了
する。焼成還元を終了した成形体を回転炉３から排出す
る。その後に、図１には記載がないが、還元成形体冷却
装置にて、高温の成形体を冷却して、還元製品を得る。
還元製品を電気炉などで高温状態で使用する場合は、冷
却工程を省略することもある。

【００５９】成形体乾燥装置２を省略して、回転炉３の
内部で、成形体を乾燥する方法がある。この方法の設備
の例は、図１の設備構成で、成形体乾燥炉２を省略した
設備構成である。この機能を持つ回転炉の構造例を図３
に示す。図３は回転炉３の円周方向の断面図で示したも
のであり、乾燥帯周辺の構造を示すものである。この構
造では、湿潤状態の成形体を成形体フィーダー４で、乾
燥帯５にある炉床６の上に供給して、ここで成形体１２
を乾燥する。炉床６は連続的に右方向に回転移動してい
き、乾燥が終了した成形体１２を還元帯７に送る。還元
帯７で、この成形体１２を焼成還元する。炉内で成形体
１２の乾燥する方法においても、成形体１２を供給する
部分の熱供給速度を適正に制御して、成形体１２が爆裂
や表面が粉化する問題を解決する必要がある。乾燥帯５
の内部でも成形体１２の水分蒸速度を限界蒸発速度
（Ｖ）以下とする必要があり、また、熱供給速度を限界
熱供給速度（Ｈｉｎ）以下とする。

【００６０】成形体１２の代表径が５〜２１ｍｍであ
り、また、気孔率が２２〜３２％であるパン式造粒装置
１で製造する成形体１２の場合は、乾燥帯５で、水分が
４．４質量％以上の状態からの水分蒸発速度を、成形体
１２のドライ質量１キログラムあたり毎秒０．７グラム
以下とする。また、熱供給速度を成形体１２のドライ質
量１キログラム当たり１．９又は１．８キロワット以下
とする。この方法では、成形体１２の供給部分を比較的
低温にして、成形体１２を乾燥する必要がある。このよ
うな緻密な成形体を乾燥した後に還元するには、一般的
には、図１に示す設備構成のように、専用の乾燥装置を
用いるが、専用の乾燥装置を省略する場合は、回転炉３
の成形体１２を供給する前後の部分の雰囲気温度を低下
させ、ここに湿潤の成形体１２を供給する。気孔率が２
２〜３２％の成形体では、この部分の温度は２００〜４
５０℃であることが良い。

【００６１】回転炉３では、高温の炉床６が原料供給の
部分に連続して移動してくるため、通常、何もしなけれ
ば、雰囲気温度が８００〜１０００℃程度となる。した
がって、原料供給部の温度を２００〜４５０℃程度に下
げることは技術的な工夫が必要である。つまり、成形体
１２を供給する前に、炉床６を冷却することと、また、
この部分に還元帯７の焼成還元で発生した排ガスを流入
させないこととともに、成形体１２を供給する部分の前
後を強制的に冷却することなどが必要となる。図３に
は、還元済み成形体１３を排出するスクリュー排出装置
８から成形体フィーダー４の間の天井および乾燥帯５の
天井の一部を水冷パネル９で施工して、炉床６の輻射熱
を吸収させる機構を用いた設備の例を示している。ま
た、還元帯７の高温の排ガスが流入しないように、排ガ
ス出口煙道１０で乾燥帯５と還元帯７を分離している。
ただし、乾燥帯５の後半では、炉床６からの伝熱のみで
は、成形体１２への熱供給が不足するため、側壁に加熱
バーナー１１を設置して、これから乾燥熱源を供給する
こともある。

【００６２】前出のブリケット成形装置で製造した成形
体などの、気孔率が３２〜４０％の成形体は、成形体乾
燥重量１キログラム当たり３．５キロワット程度の熱供
給速度で、水分蒸発速度も１キログラム当たり１．３ｇ
／秒までにすれば、成形体１２の爆裂や表面の粉化が起
きない。この熱供給速度に相当する回転炉３の乾燥帯５
の雰囲気温度は、８００℃以下であることが必要であ
る。また、成形体１２の乾燥時間を５分間以上と長くし
ないためには、雰囲気温度は３５０℃以上が良い。この
ように、熱供給速度を下げる目的で乾燥帯５の雰囲気温
度を低くするが、比較的雰囲気温度が高くても良いた
め、乾燥帯５の雰囲気や炉床６を強制的に冷却すること
が不要である場合が多い。この場合は、図３に示される
設備構造のうち、水冷パネル９を装備しない構造とす
る。そして、乾燥帯５に焼成還元の排ガスを流入させ
ず、かつ、乾燥帯５での加熱バーナー１１で燃焼させて
熱を補充する。加熱バーナー１１の発生熱量は回転炉３
の他の部分の円周長さ当たりのバーナー発生熱量の０．
２〜０．７倍とする方策を行う。

【００６３】押し出し式成形装置などで製造する、気孔
率が４０〜５５％の成形体は、成形体の乾燥重量１キロ
グラム当たり６．２キロワットの熱供給速度で、水分蒸
発速度も１キログラム当たり２．３ｇ／秒まで、爆裂や
表面の粉化が起きない。このような比較的高熱負荷でも
良い場合は、回転炉３の乾燥帯５の雰囲気や炉床６の温
度を６００〜１１７０℃とする。なお、成形体１２から
発生する水蒸気の影響などで、雰囲気温度が低下するた
め、この温度域であれば、特別な装置で冷却することは
必要がなくなる。逆に、強力な加熱が必要な場合もあ
る。

【００６４】上記の条件を満たすと同時に、乾燥帯５の
雰囲気温度制御を精度良く行うためには、やはり、図３
に示される設備構造として、乾燥帯５に焼成還元の排ガ
スを流入させず、かつ、この部分での加熱バーナー１１
を成形体フィーダー４の近くまで設置する。加熱バーナ
ー１１の発生熱量は回転炉３の他の部分の円周長さ当た
りのバーナー発生熱量の０．５〜２倍とする方策を行
う。このように、気孔率の高い成形体１２を回転炉３の
内部で乾燥することは、比較的熱伝達速度が大きくても
良いため、簡便な構造の装置で良いことから、特に、設
備費と操業費用に優れている。

【００６５】乾燥帯５の内部で成形体１２を乾燥する時
間は、６０〜３００秒とする。６０秒以下の短時間で乾
燥を終了すると、上記の成形体１２の乾燥のための熱供
給量が大きすぎることが多く、また、大型の成形体１２
では芯に水分が残留する問題も生ずる。ほとんどの場合
は、３００秒以内で成形体１２の乾燥が完了するため、
これ以上を時間をかけることは、エネルギーロスが多
く、設備も大きくなる。これらの理由から、乾燥時間は
６０〜３００秒の範囲が良い。本発明の方法を説明した
項に記載されているように、気孔率の異なる各種の成形
体１２を乾燥する条件では、乾燥帯５の雰囲気温度は２
００〜１１７０℃である。この雰囲気温度は成形体１２
の気孔率によって変化させる。

【００６６】回転炉３の乾燥帯５の長さは、原料である
粉体の成形体１２を供給する部分から回転方向に３０〜
１３０度の位置までとする。なぜならば、乾燥時間６０
〜３００秒と還元時間８〜２０分間（４８０〜１２００
秒）であることと、乾燥帯５の長さが円弧の３０度以下
に相当する距離では、乾燥帯５の雰囲気温度を独立に制
御することが困難であることが理由である。

【００６７】本発明の方法の項での説明し、かつ、図３
に示すように、乾燥帯５の雰囲気温度制御には、乾燥帯
５と還元帯７の境界に排ガス出口煙道１０を設置して、
還元帯７で発生する高温排ガスが乾燥帯５に入らない構
造とすることが有効な手段である。この設備で、乾燥帯
５の雰囲気温度が下がりすぎる場合は、炉壁の加熱バー
ナー１１から補助燃焼を行う。また、乾燥帯５の雰囲気
温度が高すぎる場合は、図３に示すような炉床６や雰囲
気を冷却する構造を有することが必要である。炉床６の
冷却方法としては、前述したように、スクリュー排出装
置８と成形体フィーダー４の間の天井を水冷パネル９で
構成することにより、冷却する方法がある。この場合
は、還元済み成形体１３の排出が終わって、裸状態の炉
床６からの輻射熱を金属製の水冷パネル９で吸収するこ
とにより、炉床６の温度を低下させる。この方法では、
水冷パネル９の表面温度は３００℃程度となり、３０〜
５０秒の冷却で炉床６の表面温度を約９００℃以下とで
きる。また、成形体フィーダー４よりも上流の部分で炉
床６にスプレーノズル等から散水する方法も炉床６の冷
却に有効である。

【００６８】このように、乾燥帯５と還元帯７の境界に
排ガス出口煙道１０を設置する方法では高温排ガスを乾
燥帯５に入れないことにより、乾燥帯５の雰囲気温度を
効率的に下げて、かつ、精度良く温度制御することがで
きる。一方、乾燥帯５の雰囲気温度が５００℃以上で良
い場合などは、図４に示すように、乾燥帯５と還元帯７
の境界に下部に隙間のある仕切り板１４を設置する方法
もある。仕切り板１４の効果により、乾燥帯５と還元帯
７が各々独立したゾーンなり、個別に雰囲気温度の制御
をしやすくなる。また、雰囲気温度の制御精度が高い必
要のない場合は、仕切り板１４もなくとも良く、乾燥帯
５の雰囲気温度制御を還元帯７から独立して行うことで
も良い。

【００６９】次に、乾燥装置２を省略したプロセスとし
て、最も経済的な方法である押し出し成形装置を用いた
場合の設備構成を、この設備の代表例として、図５に示
す。この設備での成形体の製造、乾燥および還元の方法
を説明する。まず、混合ピット１５に、水分を５０質量
％以上の比率で含んだ状態の酸化金属粉体と炭素を主体
とした還元剤を粉状にした原料を混合して入れておく。
酸化金属原料は、鉄鉱石粉、マンガン鉱石粉、クロム鉱
石粉等の粉鉱石や金属製造業で発生する精錬炉のダスト
や圧延工程のスラジなどを用いる。特に、金属製造業で
発生するスラジは、元来７０％程度の水を含んでいるこ
とから、本方法に最も望ましい原料である。

【００７０】混合ピット１５の中で原料の固液混合物を
良く撹拌混合する。この固液混合物をスラリー輸送ポン
プ１６にて脱水装置１７に輸送して、ここで含有水分を
１５〜２７質量％まで脱水して、原料混合物の含水凝集
体を形成する。脱水装置１７としては、固液混合物を循
環移動する濾布の上に注ぎ、当該濾布の上下に設置した
一対の圧搾ロールで絞る型式の脱水装置、フィルタープ
レス、遠心脱水機などを用いると良い。当該含水凝集体
を押し出し式成形装置１８に供給してここで、水分を含
んだまま形成する。成形体１２は直径が８〜２０ｍｍ程
度、また、代表径は５〜２１ｍｍが良い。回転炉３で成
形体１２が爆裂しにくいように、水蒸気が抜けやすい構
造とする。具体的には、成形体１２の気孔率を４０〜５
５％とする。

【００７１】この成形体１２を、水分が１５〜２７質量
％の状態で、回転炉３に供給する。回転炉３の内部で
は、成形体１２を炉床６の上に供給した後、乾燥帯５
で、加熱速度を抑制しながら乾燥させる。具体的には、
６００〜１１７０℃の温度で、６０〜３００秒間での乾
燥する。乾燥帯５での水分除去（乾燥）が終わった成形
体１２は、炉床６とともに炉内を移動して、高温である
還元帯７に移り、成形体１２の温度が１１００℃を越え
た時点で盛んに還元反応を起こし、成形体１２の酸化金
属はほとんど金属となる。還元された還元済み成形体１
３は、スクリュー排出装置８で炉床６から掻き出され
る。この還元済み成形体１３は、電炉や高炉などの金属
の還元炉や精錬炉の原料として使用される。

【００７２】

【実施例】本発明を用いた酸化金属と炭素の粉体の成形
体の乾燥と還元の操業例を示す。まず、表１には、専用
の乾燥炉２で成形体を乾燥した後に、回転炉３で焼成還
元した結果である実施例１〜３を示す。なお、実施例１
〜３の処理条件は以下のとおりである。原料の粉体は、
酸化鉄が６３質量％で、炭素が１５質量％であり、平均
粒径が１１マイクロメートルであった。粉体の成形は、
パン式造粒装置、ブリケット成形装置、および、押し出
し成形装置の３種類により行った。この方法で製造され
れた成形体を、乾燥炉２で乾燥する時に、水分蒸発速度
をＶ（限界蒸発速度）以下、熱供給速度をＨｉｎ（限界
熱供給速度）以下とした。また、乾燥を終えた成形体を
回転炉３で焼成還元した。いずれの成形体の還元処理で
も、還元時間は１５分間で、還元時の雰囲気温度は１３
２０℃であった。一方、比較例では、同一の成形体を用
いて行った。しかし、乾燥時の水分蒸発速度はＶ（限界
蒸発速度）以上、また、熱供給速度をＨｉｎ（限界熱供
給速度）以上とした。その他の条件は実施例１〜３と同
一とした。

【００７３】

【表１】

【００７４】実施例１は、パン式造粒装置で製造した、
比較的緻密で、気孔率が２７％の成形体を用いた操業の
結果である。この成形体の大きさと気孔率から計算され
るＶとＨｉｎは、１．５ｇ／ｋｇ・ｓと４．０ｋＷ／ｋ
ｇであった。一方、実際の水蒸発速度と熱供給速度は、
０．７７ｇ／ｋｇ・ｓと２．１ｋＷ／ｋｇであった。し
たがって、水蒸発速度が限界値よりも低かったために、
爆裂がなく、また、成形体表面からの粉発生は３．９％
と低位であった。この成形体を還元した結果では、鉄の
金属化率が８５％と高く、また、塊製品の歩留も９２％
と良好であった。

【００７５】実施例２では、ブリケット成形装置で製造
した、気孔率が３３％の成形体を用いた。この成形体の
大きさと気孔率から計算されるＶとＨｉｎは、１．８ｇ
／ｋｇ・ｓと５．０ｋＷ／ｋｇであった。一方、実際の
水蒸発速度と熱供給速度は、１．３ｇ／ｋｇ・ｓと３．
７ｋＷ／ｋｇと低い値であり、爆裂がなく、また、成形
体表面からの粉発生は２．６％と低位であった。この成
形体を還元した結果では、鉄の金属化率が８８％と高
く、また、塊製品歩留も８８％と良好であった。

【００７６】実施例３では、押し出し成形装置で製造し
た、充填密度の低い、気孔率が４７％の成形体を用い
た。この成形体の大きさと気孔率から計算されるＶとＨ
ｉｎは、３．９ｇ／ｋｇ・ｓと１０．７ｋＷ／ｋｇであ
った。一方、実際の水蒸発速度と熱供給速度は、２．７
ｇ／ｋｇ・ｓと７．５ｋＷ／ｋｇと低い値であったこと
から、爆裂がなく、また、成形体表面からの粉発生は
３．３％と低位であった。この成形体を還元した結果で
は、鉄の金属化率が８８％と高く、また、塊製品歩留も
８６％と良好であった。このように、本発明の範囲の乾
燥条件を守れば、成形体の乾燥を良好に行え、また、適
正な還元が行える。

【００７７】

【表２】

【００７８】一方、比較例１〜３では、実施例1 〜３と
同一の成形体を本発明の条件を外れて乾燥して、これを
還元した結果である。いずれも、成形体の水蒸発速度と
熱供給速度が限界値よりも大きいことから、成形体の乾
燥が適正に行われなかった。比較例１と２では、成形体
が爆裂を起こし、成形体の７６〜８８％が粉となった。
この結果、回転炉３での還元操業が正常に行われなかっ
た。また、比較例３では、気孔率の高い、押し出し成形
装置で製造した成形体を乾燥し、還元した結果である。
この成形体の乾燥でも、成形体の水蒸発速度と熱供給速
度がＶとＨｉｎで示される限界値よりも大きかった。こ
の結果、爆裂は生じなかったが、成形体の３７％が粉と
なった。この成形体の塊と粉の混合物を回転炉３で、焼
成還元した結果、粉の部分が雰囲気の炭酸ガスによる再
酸化の影響を受けて、鉄金属化率が低く、また、塊製品
歩留も低い結果となった。

【００７９】次に、図３または図４に示すように、成形
体の乾燥を回転炉３の内部で行う方法で、操業を行った
例である実施例４〜６の結果を表３に示す。実施例１〜
３の処理条件は以下のとおりである。原料の粉体は、実
施例１〜３と同一で、酸化鉄が６３質量％で、炭素が１
５質量％であり、平均粒径が１１マイクロメートルであ
った。粉体の成形は、やはり、パン式造粒装置、ブリケ
ット成形装置、および、押し出し成形装置の３種類によ
り行った。炉内での乾燥時の水分蒸発速度をＶ（限界蒸
発速度）以下、熱供給速度をＨｉｎ（限界熱供給速度）
以下とした。また、乾燥を終えた成形体を引き続いて同
一炉内で焼成還元した。還元時間は１３分間で、還元時
の雰囲気温度は１３００℃であった。

【００８０】

【表３】

【００８１】実施例４は、パン式造粒装置で製造した、
比較的緻密な、気孔率が２７％の球形の成形体を用いた
操業の例である。この成形体は気孔率が低く、水の蒸発
速度が大きくなると容易に爆裂するため、乾燥帯５の雰
囲気温度を最低温度２５０℃から最高温度４５０℃に制
御した。そのために、乾燥帯５に還元帯７で発生した高
温の排ガスが流入しないように、排ガス出口煙道１０を
乾燥帯５と還元帯７の間に設置した。また、炉床６と雰
囲気温度を下げるために、スクリュー排出装置８と成形
体供給部の成形体フィーダー４の間の天井と乾燥帯５の
天井の一部を水冷構造とした。この結果、成形体への熱
供給速度をＨｉｎ以下の１．８ｋＷ／ｋｇとでき、水の
蒸発速度をＶ以下の０．６７ｇ／ｋｇ・ｓとできた。還
元処理も良好で、粉の発生率が５．１％と低く、鉄金属
化率と塊製品歩留が高かった。

【００８２】実施例５は、ブリケット成形装置で製造し
た、気孔率が３３％のアーモンド形の成形体を用いた操
業の例である。この成形体が爆裂や粉化の問題が無い様
にすることを目的に、成形帯への熱供給速度をＨｉｎ以
下とし、また、蒸気発生速度をＶ以下とした。このため
に、乾燥帯５に還元帯７で発生した高温の排ガスが流入
しないように、排ガス出口煙道１０を乾燥帯５と還元帯
７の間に設置した。ただし、この成形体を使用した場合
は、成形体から発生する水蒸気が比較的多いために、乾
燥帯５の雰囲気温度が目標より下がりすぎる場合がある
ため、炉壁に設置してある加熱バーナー１１で熱を補給
して、雰囲気温度を最低温度４５０℃から最高温度７５
０℃の範囲とした。この結果、蒸気発生速度が１．１ｇ
／ｋｇ・ｓとＶよりも小さくなった。還元製品の鉄金属
化率と塊歩留は良好であった。

【００８３】実施例６は、押し出し成形装置で製造し
た、気孔率が４７％の円柱形の成形体を用いた操業の例
である。この成形体でも爆裂や粉化の問題が無い様にす
ることを目的に、成形体への熱供給速度をＨｉｎ以下と
して、また、蒸気発生速度をＶ以下とした。このため
に、実施例５と同じく、排ガス出口煙道１０を乾燥帯５
と還元帯７の間に設置した。実施例６の成形体は水分が
多いため、水蒸気による乾燥帯５の雰囲気温度の低下が
激しかった。そこで、炉壁に設置してある加熱バーナー
１１で熱を補給して、雰囲気温度を最低温度７００℃か
ら最高温度９５０℃の範囲とした。この結果、蒸気発生
速度が３．３ｇ／ｋｇ・ｓとＶよりも小さくなった。こ
の操業でも、還元製品の鉄金属化率と塊歩留は良好であ
った。

【００８４】次に、実施例７として、図５に示される還
元装置を使用して、製鉄業の各工程で発生した酸化鉄と
炭素を多く含むスラジを原料として、これを成形した後
に、還元した。この操業で使用した原料は、平均粒径９
ミクロンで、水分２１％であった。押し出し式成形装置
で製造した成形体の気孔率は４４％で、代表径は１５ｍ
ｍであった。実施例７では、乾燥帯５の温度は８９０〜
１０２０℃に制御されており、乾燥帯５の長さは、炉床
６の通過時間換算で１５０秒であった。この条件で乾燥
した結果、成形体の爆裂や粉化の問題は起きなかった。
還元帯７の最高温度は１３００℃で、還元時間１３分間
であった。実施例７で得られた還元物は、製品塊歩留が
９１％と高く、また、ダストへの鉄分ロスも１. ７％と
低位であった。更に、鉄金属化率は８８％と還元も良好
であった。

【００８５】

【発明の効果】本発明によれば、還元用回転炉床法にお
いて、水分を含有している粉体の成形体を適正に乾燥し
て、また、経済的に酸化金属の還元を行うことができ
る。また、水分を大量に含有する酸化金属と炭素を含む
ダストとスラジの処理には有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、成形装置、成形体乾燥装置、およ
び、回転炉床式還元炉からなる酸化金属の還元設備を示
す図である。

【図２】成形体乾燥時に、成形体が爆裂しない、又は、
粉発生比率が１０％以下となる状況での最大水蒸発速度
( 限界蒸発速度) と気孔率の２乗を成形体の代表径で割
った商との関係を示す図である。なお、図中において、
限界蒸発速度の単位はｇ／ｋｇ、気孔率の２乗を成形体
代表径で割った商の単位は１／ｍｍである。

【図３】本発明の、炉内で成形体を乾燥する機能を有す
る回転炉床式還元炉の構造を示す図であり、炉床と炉内
雰囲気温度を冷却する機構を有するものである。

【図４】本発明の、炉内で成形体を乾燥する機能を有す
る回転炉床式還元炉の構造を示す図である。

【図５】本発明の、押し出し成形装置と回転炉床式還元
炉から構成される金属の還元設備の概要を示す図であ
る。

【符号の説明】

１成形装置２成形体乾燥装置３回転炉４成形体フィーダー５乾燥帯６炉床７還元帯８スクリュー排出装置９水冷パネル１０排ガス出口煙道１１加熱バーナー１２成形体１３還元済み成形体１４仕切り板１５混合ピット１６スラリー輸送ポンプ１７脱水装置１８押し出し式成形装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安部洋一富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者高橋茂樹富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者永井和範富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内Ｆターム(参考） 4K012 DE03 4K050 AA05 BA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化金属と炭素の粉体を含み、かつ、気
孔率のパーセンテージ値の０．２倍以上の質量パーセン
テージ値の水分を含む成形体を乾燥するに際して、当該
成形体が含有する水の蒸発速度を下記に示す値：Ｖ以下
とすることを特徴とする粉体成形体の乾燥方法。ただ
し、Ｖ＝３００Ｐ² ／Ｄ、なお、Ｖは水の限界蒸発速度
（成形体のドライ質量１キログラム当たりの水分蒸発速
度（ｇ／ｋｇ・s ））、Ｄは成形体の代表径の値（ｍ
ｍ）、また、Ｐは気孔率（−）である。
【請求項２】酸化金属と炭素の粉体を含み、かつ、気
孔率のパーセンテージ値の０．２倍以上の質量パーセン
テージ値の水分を含む成形体を乾燥するに際して、当該
成形体への熱供給速度を下記に示す値：以下Ｈｉｎとす
ることを特徴とする粉体成形体の乾燥方法。ただし、Ｈ
ｉｎ＝８２０Ｐ² ／Ｄ、なお、Ｈｉｎは限界熱供給速度
（成形体のドライ質量１キログラム当たりの熱供給速度
（ｋＷ／ｋｇ））、Ｄは成形体の体積の１／３乗の値
（ｍｍ）、また、Ｐは気孔率（−）である。
【請求項３】体積の１／３乗の値が５〜２１ｍｍであ
り、かつ、気孔率が２２〜３２％である成形体を、水分
が４．４質量％以上の状態から乾燥する際に、当該成形
体の水分蒸発速度を、当該成形体のドライ質量１キログ
ラム当たり毎秒０．７グラム以下とすることを特徴とす
る請求項１記載の成形体の乾燥方法。
【請求項４】体積の１／３乗の値が５〜２１ｍｍであ
り、かつ、気孔率が２２〜３２％である成形体を、水分
が４．４質量％以上の状態から乾燥するに際して、当該
成形体への熱供給速度を成形体のドライ質量１キログラ
ム当たり１．９キロワット以下とすることを特徴とする
請求項２記載の成形体の乾燥方法。
【請求項５】体積の１／３乗の値が５〜２１ｍｍであ
り、かつ、気孔率が３２〜４０％である成形体を、水分
が６．４質量％以上の状態から乾燥する際に、当該成形
体の水分蒸発速度を、当該成形体のドライ質量１キログ
ラム当たり毎秒１．３グラム以下とすることを特徴とす
る請求項１記載の成形体の乾燥方法。
【請求項６】体積の１／３乗の値が５〜２１ｍｍであ
り、かつ、気孔率が３２〜４０％である成形体を、水分
が６．４質量％以上の状態から乾燥するに際して、当該
成形体への熱供給速度を成形体のドライ質量１キログラ
ム当たり３．５キロワット以下とすることを特徴とする
請求項２記載の成形体の乾燥方法。
【請求項７】体積の１／３乗の値が５〜２１ｍｍであ
り、かつ、気孔率が４０〜５５％である成形体を水分が
８質量％以上の状態から乾燥する際に、当該成形体の水
蒸発速度を当該成形体のドライ質量１キログラム当たり
毎秒２．３グラム以下とすることを特徴とする請求項１
記載の成形体の乾燥方法。
【請求項８】体積の１／３乗の値が５〜２１ｍｍであ
り、かつ、気孔率が４０〜５５％である成形体を、水分
が８質量％以上の状態から乾燥する際に、当該成形体へ
の熱供給速度を当該成形体のドライ質量１キログラム当
たり６．２キロワット以下とすることを特徴とする請求
項２記載の成形体の乾燥方法。
【請求項９】酸化金属と炭素を含む粉体として、金属
の製造工程から発生する金属酸化物と炭素を単独もしく
は混合して含有している粉体を用いることを特徴とする
請求項１〜８の何れか１項に記載の成形体の乾燥方法。
【請求項１０】回転移動する中央が欠けた円形の炉床
の上面に載せた酸化金属と炭素の粉体を含む成形体を炉
内の上部空間のガス燃焼熱で焼成して還元する炉の内部
において、請求項１〜９の何れかに記載の方法で乾燥し
た成形体を、１１００℃以上の温度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１１】回転移動する中央が欠けた円形の炉床
の上面に載せた酸化金属と炭素の粉体を含む成形体を炉
内の上部空間のガス燃焼熱で焼成して還元する炉の内部
において、請求項１〜９の何れかに記載の成形体の乾燥
方法により、成形体を乾燥した後に、当該成形体を引き
続き同一の炉内において、１１００℃以上の温度で焼成
還元することを特徴とする酸化金属の還元方法。
【請求項１２】体積の１／３乗の値が５〜２１ｍｍで
あり、かつ、気孔率が４０〜５５％である成形体を、６
０〜３００秒間の時間の範囲で、水分８〜２７質量％か
ら１質量％以下となるまで乾燥した後に、１１００℃以
上の温度で還元をすることを特徴とする請求項１０又は
１１記載の酸化金属の還元方法。
【請求項１３】体積の１／３乗の値が５〜２１ｍｍで
あり、かつ、気孔率が４０〜５５％である成形体を、雰
囲気ガス温度が６００〜１１７０℃の状態で、水分が８
〜２７質量％から１質量％以下となるまで乾燥した後
に、１１００℃以上の温度で還元をすることを特徴とす
る請求項１０〜１２の何れか1項に記載の酸化金属の還
元方法。
【請求項１４】体積の１／３乗の値が５〜２１ｍｍで
あり、かつ、水分が１５〜２７質量％である、貫通ノズ
ルから湿潤粉体を押し出す型式の成形装置で製造した成
形体を、回転炉床式還元炉の雰囲気ガス温度が６００〜
１１７０℃の部分に供給して乾燥した後に、当該成形体
を引き続き同一の炉内で焼成還元することを特徴とする
請求項１０〜１３の何れか１項に記載の酸化金属の還元
方法。
【請求項１５】水分が１５〜２７質量％である、貫通
ノズルから湿潤粉体を押し出す型式の成形装置で製造し
た成形体を、回転炉床式還元炉の内部で６０〜３００秒
間で乾燥した後に、１１００℃以上の温度で還元をする
ことを特徴とする請求項１０〜１４の何れか１項に記載
の酸化金属の還元方法。
【請求項１６】酸化金属と炭素を含む粉体として、金
属の製造工程から発生する金属酸化物と炭素を単独もし
くは混合して含有している粉体を用いることを特徴とす
る請求項１０〜１５何れか１項に記載の酸化金属の還元
方法。
【請求項１７】回転移動する中央が欠けた円形の炉床
の上面に載せた酸化金属と炭素の粉体を含む成形体を炉
内の上部空間のガス燃焼熱で焼成して還元する炉であっ
て、原料である粉体の成形体を供給する部分から回転方
向に３０〜１３０度の位置までが成形体の乾燥帯である
ことを特徴とする金属還元炉。
【請求項１８】乾燥帯での成形体への平均熱供給速度
を請求項２記載の限界熱供給速度：Ｈｉｎ以下に調整し
てあることを特徴とする請求項１７記載の金属還元炉。
【請求項１９】原料である成形体の供給部から回転方
向に３０〜１３０度の位置に、排ガス出口煙道が設置し
てあり、この両者の間を乾燥帯としてあることを特徴と
する請求項１７又は１８記載の回転炉床式の金属還元
炉。
【請求項２０】原料である成形体の供給部から回転方
向に３０〜１３０度の位置に、下部の回転炉床との間に
隙間のある仕切り板が設置してあり、この両者の間を乾
燥帯としてあることを特徴とする請求項１７〜１９の何
れか１項に記載の回転炉床式の金属還元炉。
【請求項２１】還元製品排出部から原料供給部までの
間で、炉床を冷却する機構を有することを特徴とする請
求項１７〜２０の何れか１項に記載の回転炉床式の金属
還元炉。
【請求項２２】還元製品排出部から乾燥帯の間の炉内
天井および側壁の一部に水冷手段を有することを特徴と
する請求項１７〜２１の何れか１項に記載の回転炉床式
の金属還元炉。
【請求項２３】乾燥帯の側壁に加熱バーナーを設置し
てあることを特徴とする請求項１７〜２２の何れか１項
に記載の回転炉床式の金属還元炉。
【請求項２４】乾燥帯の炉床の円弧方向の長さ当たり
の加熱バーナーの熱供給容量が、回転炉床式還元炉の他
の部分の炉床の円弧方向の長さ当たりの加熱バーナーの
熱供給容量の０．３〜２倍の範囲であることを特徴とす
る請求項２３記載の金属還元炉。
【請求項２５】乾燥帯での雰囲気温度を２００〜１１
７０℃に調整してあることを特徴とする請求項１７〜２
４の何れか１項に記載の金属還元炉。