JP2002241820A

JP2002241820A - ロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法

Info

Publication number: JP2002241820A
Application number: JP2001043694A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kuromame; 伸一黒豆; Kijo Ueno; 紀条上野; Saburo Sato; 三郎佐藤; Hiroyuki Kajioka; 博幸梶岡
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2002-08-28
Anticipated expiration: 2021-02-20
Also published as: JP4762420B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の溶融還元温度よりも低い温度にロータ
リーキルンの操業温度を設定し、耐火物の寿命を従来よ
りも伸ばし、しかもロータリーキルンの炉内壁へのリン
グの形成を防止することが可能なロータリーキルンを用
いた酸化鉄の溶融還元方法を提供する。【解決手段】酸化鉄をロータリーキルン１１の炉内２
８で加熱し還元して溶鉄２５を得るロータリーキルン１
１を用いた酸化鉄の溶融還元方法において、酸化鉄と、
酸化鉄を還元する炭材と、溶鉄の製造時にロータリーキ
ルン１１の炉内壁２９へのリングの形成を防止する造滓
剤とを主体とする混合物原料を作製し、混合物原料を炉
内雰囲気の温度が１２００℃以上であるロータリーキル
ン１１の炉内２８に装入し、炭材により酸化鉄を還元
し、溶鉄２５を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸化鉄から溶鉄を
製造するロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、製鉄所の製銑、製鋼工程等で発生
する酸化鉄ダスト中の酸化鉄の還元には、ロータリーキ
ルンを用いた固体還元法が適用され、ロータリーキルン
の炉内壁へのリング（ロータリーキルンの炉内壁にリン
グ状に付着したＦｅＯ−Ａｌ₂ Ｏ ₃ −ＳｉＯ₂ の溶融付
着物）の形成を防止するため、ロータリーキルンの炉内
は、炉内雰囲気の温度が１１００℃以下で、しかも還元
性の雰囲気となっている。しかし、上記した方法を適用
しても、ロータリーキルンの炉内壁へのリングの形成を
完全に防止することはできず、そのため、ロータリーキ
ルンの炉内壁にリングが形成されるまで一定期間操業を
行った後、ロータリーキルンの炉内壁に形成されたリン
グの除去作業を行っていた。この除去方法としては、操
業を停止して炉を冷却し、ブレーカー等を使用して、形
成されたリングを人手によって除去する方法や、クリー
ニング操業と称する高温でのリング溶解作業を行う方法
がとられていた。このため、ロータリーキルンを連続的
に使用できなくなり、大幅に生産能力が低下するという
問題や、また炉内を高温にすることで、ロータリーキル
ンの炉内壁、即ち耐火物が溶損するという問題が生じて
いた。また、固体還元法で得られた酸化鉄ダスト（鉄
分）は微粉となっており、この微粉を高炉に入れて使用
する場合、通気性確保のための焼結鉱原料として焼結工
場で使うしかなかった。更に、この微粉状態の酸化鉄ダ
スト（鉄分）を転炉に入れて使用する場合、ブリケット
化等の造粒処理を行わなければ、吹錬中に再びダストと
して飛散するという問題があった。このように、いずれ
にしても、酸化鉄ダスト中の酸化鉄を還元した後、この
鉄分を製鉄工程で使用する場合、事前処理が必要であっ
た。

【０００３】そこで、リングの形成を伴わず、しかも製
造した鉄の後処理を必要としない酸化鉄ダスト等の固体
還元方法として、近年開発され数ヶ所で稼動しているロ
ータリーハースファーネス法が適用されている。このロ
ータリーハースファーネス法は、酸化鉄ダスト等と炭材
とを混合した後、この混合物原料をブリケットやペレッ
トにする事前処理を行い、回転炉床で酸化鉄ダスト中の
酸化鉄を固体還元して、鉄を製造するという方法であ
る。しかし、このロータリーハースファーネス法は、熱
供給が輻射であることや、層の厚みで生産量が決まるこ
と、また固体とガスとの間の反応を利用するため還元速
度が遅く生産性が低いこと、更には温度管理が難しく、
急激な加熱ではブリケットやペレットが爆裂を起こした
り、高温では回転炉床に対してブリケットやペレットが
溶着現象を起こし易い等の問題があった。そのため、酸
化鉄ダスト、低品位の鉄鉱石、コークス等の使用が可能
で、生産量の変化にも柔軟に対応可能な方法として、Ｄ
ＩＯＳ、Ｈｉｓｍｅｌｔ、Ｒｏｍｅｌｔ等の溶融還元法
が開発された。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
溶融還元法は、還元温度が１６００℃と高いため、耐火
物の溶損が激しく、耐火物の寿命が大きな問題となって
いた。本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従
来の溶融還元温度よりも低い温度にロータリーキルンの
操業温度を設定し、耐火物の寿命を従来よりも伸ばし、
しかもロータリーキルンの炉内壁へのリングの形成を防
止することが可能なロータリーキルンを用いた酸化鉄の
溶融還元方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う第１の発
明に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方
法は、酸化鉄をロータリーキルンの炉内で加熱し還元し
て溶鉄を得るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還
元方法において、酸化鉄と、酸化鉄を還元する炭材と、
溶鉄の製造時にロータリーキルンの炉内壁へのリングの
形成を防止する造滓剤とを主体とする混合物原料を作製
し、混合物原料を炉内雰囲気の温度が１２００℃以上で
あるロータリーキルンの炉内に装入し、炭材により酸化
鉄を還元し、溶鉄を得る。ここで、酸化鉄には、例えば
製鉄所の製銑、製鋼工程等で発生する酸化鉄ダスト等を
使用することが可能である。このように、炉内雰囲気の
温度が１２００℃以上のロータリーキルンの炉内に混合
物原料を直接投入し、酸化鉄を還元して溶鉄を製造する
ことで、ロータリーキルンの炉内壁へのリングの形成の
原因となるフェアライトの生成を防止し、炉内壁である
耐火物の溶損も低減することが可能となる。前記目的に
沿う第２の発明に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄
の溶融還元方法は、第１の発明に係るロータリーキルン
を用いた酸化鉄の溶融還元方法において、混合物原料中
の炭材の量は、酸化鉄の還元に必要な理論量の２倍以上
とし、混合物原料の温度が１２００℃以上となるまで、
混合物原料を酸素ガスを用いて直接加熱することによ
り、ロータリーキルンの炉内壁へのリングの形成を防止
する。これにより、酸化鉄の還元を十分に行うことが可
能となる。また、酸化鉄を急速に、しかも十分に加熱す
ることができるため、ロータリーキルンの炉内壁へのリ
ングの形成の原因となるフェアライトの生成を、更に確
実に防止することができる。

【０００６】前記目的に沿う第３の発明に係るロータリ
ーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法は、第２の発明
に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法
において、混合物原料に混合する炭材は１ｍｍ以下の細
粒、１ｍｍを超え５ｍｍ以下の中粒、５ｍｍを超え８ｍ
ｍ以下の粗粒を主体とし、ロータリーキルンの炉内での
混合物原料の転動性を確保し、及びロータリーキルンの
炉内壁へのリングの形成を防止するため、粗粒が炭材中
に５重量％以上含まれている。このように、混合物原料
中の炭材を調整することで、生成するスラグ中の炭素含
有量を２重量％以上２０重量％以下にして、混合物原料
中の炭材により酸化鉄の還元を安定的に進行させること
が可能となる。これにより、スラグフォーミングを防止
することが可能となる。また、炭材は酸化鉄の表面に接
触し易くなるだけでなく、炭材の粗粒が混合物原料の撹
拌を行う役目を有し、更に、例えばロータリーキルンの
炉内壁に部分的に生成したフェアライトに衝突し、炉内
壁に付着したフェアライトを除去して、炉内壁へのリン
グの形成を防止する役目を有することが可能となる。前
記目的に沿う第４の発明に係るロータリーキルンを用い
た酸化鉄の溶融還元方法は、第２、第３の発明に係るロ
ータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法におい
て、混合物原料の温度が１２００℃に達した後は、酸素
ガスが混合物原料に直接接触することを避け、ロータリ
ーキルンの炉内に天然ガス及び／又はコークスの還元剤
を供給し、ロータリーキルンの炉内の還元雰囲気を強く
すると共に、酸化鉄の還元を促進させる。これにより、
酸化鉄の還元を更に十分に行うことが可能となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。ここに、図１は本発明の一実施の形
態に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方
法を適用する溶銑の昇熱速度と溶銑生成温度及びリング
の形成範囲の関係を示す説明図、図２は同ロータリーキ
ルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用したロータリ
ーキルン方式の溶融還元設備の説明図、図３は同ロータ
リーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用した溶
融還元設備の操業可能範囲に及ぼす温度とスラグ中の酸
化鉄含有量との関係を示す説明図、図４は同ロータリー
キルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用した他のロ
ータリーキルン方式の溶融還元設備の説明図、図５は本
発明の実施例に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の
溶融還元方法を適用した溶鉄製造時の材料バランスの説
明図である。

【０００８】図２に示すように、本発明の一実施の形態
に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法
を適用したロータリーキルン方式溶融還元設備１０は、
酸化鉄の一例である鉄鉱石、炭材の一例であるコーク
ス、造滓剤を主体とする混合物原料が連続的に投入され
還元反応が進行する内面が耐火物で内張りされたロータ
リーキルン１１と、鉄鉱石、コークス、及び造滓剤をそ
れぞれ貯蔵する定量排出機能を備えたホッパー１２、１
３、１４と、各ホッパー１２、１３、１４からそれぞれ
連絡管１５、１６、１７を経由して供給される所定量の
鉄鉱石とコークスと造滓剤を混合して混合物原料を調整
する混合物調整装置１８と、調整された混合物原料をロ
ータリーキルン１１に輸送する輸送管１９と、ロータリ
ーキルン１１の入口２０側に設けられた加熱装置の一例
である重油・酸素バーナー２１と、コークス燃焼用の酸
素を供給するためにロータリーキルン１１の入口２０側
に設けられた酸素供給ランス２２とを有している。な
お、ロータリーキルン１１の出口２３側には、溶融した
スラグとコークスとの混合物２４と、溶鉄２５の流出を
防止するための堰２６が形成され、更にロータリーキル
ン１１の出口２３の外側には、混合物原料を加熱処理し
たときに発生し、炉外に排出される排ガス中の未燃分を
再燃焼させるための二次燃焼室２７が設けられている。
以下、詳しく説明する。

【０００９】混合物原料中の鉄鉱石が加熱され、コーク
スによる還元が進行するロータリーキルン１１は、混合
物調整装置１８から輸送管１９を経由して混合物原料が
直接投入されるロータリーキルン１１の入口２０側から
出口２３側に向けて下方に傾斜しており、図示しない回
転装置により一定の回転速度、例えば毎分０．１〜０．
５回転で回転する。これにより、ロータリーキルン１１
に直接装入（投入）された混合物原料は、ロータリーキ
ルン１１の回転に伴い転動しながら入口２０側から出口
２３側に徐々に進行する。その際、ロータリーキルン１
１の入口２０側に設けられた重油・酸素バーナー２１に
よって混合物原料は加熱され、更にロータリーキルン１
１の入口２０側に設けられた酸素供給ランス２２から供
給された酸素ガスにより混合物原料中の一部のコークス
が燃焼する。このとき発生した燃焼熱や、ロータリーキ
ルン１１の内張り用耐火物の輻射熱も加わり、混合物原
料中の鉄鉱石は加熱される。

【００１０】続いて、本発明の一実施の形態に係るロー
タリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を、前記し
たロータリーキルン方式溶融還元設備１０を用いて説明
する。本発明の一実施の形態に係るロータリーキルンを
用いた酸化鉄の溶融還元方法は、鉄鉱石をロータリーキ
ルン１１の炉内２８で加熱し還元して溶鉄２５を得る方
法であり、鉄鉱石と、鉄鉱石中の酸化鉄成分（例えば、
ＦｅＯ等）を還元するコークスと、溶鉄２５の製造時に
ロータリーキルン１１の炉内壁２９へのリングの形成を
防止する造滓剤とを主体とする混合物原料を製造（作
製）し、混合物原料を炉内雰囲気の温度が１２００℃以
上であるロータリーキルン１１の炉内２８に装入し、コ
ークスにより鉄鉱石中の酸化鉄成分を還元し、溶鉄２５
を得る方法である。なお、混合物原料中のコークスの量
は、鉄鉱石中の酸化鉄の還元に必要な理論量の２倍以上
とし、混合物原料の温度が１２００℃以上となるまで、
混合物原料を酸素ガスを用いて直接加熱することによ
り、ロータリーキルン１１の炉内壁２９へのリングの形
成を防止する。以下、詳しく説明する。

【００１１】まず、重油・酸素バーナー２１を用いて、
ロータリーキルン１１の炉内雰囲気の温度が１２００℃
以上となるまで予め加熱しておき、鉄鉱石貯蔵用のホッ
パー１２、コークス貯蔵用のホッパー１３、造滓剤貯蔵
用のホッパー１４から連絡管１５、１６、１７をそれぞ
れ経由して、鉄鉱石、コークス、及び造滓剤を所定量ず
つ混合物調整装置１８に搬送する。混合物調整装置１８
に搬送された鉄鉱石、コークス、及び造滓剤は、混合物
調整装置１８で混合され混合物原料となり、混合物調整
装置１８を用いて、この混合物原料をロータリーキルン
１１の入口２０側から炉内２８に装入する。混合物原料
をロータリーキルン１１の炉内２８に装入した後は、混
合物原料がロータリーキルン１１の炉内壁２９の耐火物
に付着してリングを形成しないように、混合物原料を重
油・酸素バーナー２１で加熱すると共に、酸素供給ラン
ス２２から供給された酸素ガスで混合物原料中のコーク
スの一部を燃焼させ、混合物原料の温度が１２００℃以
上となるように急速に加熱する。

【００１２】ここで、鉄鉱石は、例えば破砕機等を用い
て所定の寸法範囲内（例えば０．１〜１０ｍｍ程度）に
破砕することが好ましい。また、コークスは、１ｍｍ以
下の細粒、１ｍｍを超え５ｍｍ以下の中粒、５ｍｍを超
え８ｍｍ以下の粗粒を主体としたものであり、このコー
クスには、ロータリーキルン１１の炉内２８での混合物
原料の転動性を確保し、更にロータリーキルン１１の炉
内壁２９へのリングの形成を防止するため、粗粒がコー
クス中に５重量％以上含まれている。なお、コークス中
に含まれる粗粒の割合の上限については特に限定してい
ないが、ロータリーキルン１１の炉内２８での混合物原
料の転動性を確保し、ロータリーキルン１１の炉内壁２
９へのリングの形成を防止することが可能であれば、混
合物原料の状態（例えば、水分の有無、大きさ等）に応
じて、粗粒がコークス中に例えば５重量％以上９０重量
％以下、更には５重量％以上８０重量％以下と限定する
ことも可能である。

【００１３】造滓剤の添加量は、生成したスラグの排滓
作業が、１２００℃以上の温度で可能となるように、鉄
鉱石の定量分析によって得られたＡｌ₂ Ｏ₃ 、ＣａＯ、
ＭｇＯ、ＳｉＯ₂ の各含有量から、鉄鉱石中の酸化鉄成
分の還元が終了した場合における最終スラグの組成を計
算し決定する。このとき、最終スラグ中のＭｇＯとＡｌ
₂ Ｏ₃ の和がＭｇＯ＋Ａｌ₂ Ｏ₃ ＜２３重量％、ＣａＯ
とＳｉＯ₂ がＣａＯ／ＳｉＯ₂ ＜１．７の条件を満足す
るか否かを確認し、満足しない場合、造滓剤としてＡｌ
₂ Ｏ₃ 、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ ₂ の各成分の不足分を
添加することが好ましい。

【００１４】また、混合物原料中のコークスの量は、鉄
鉱石中の酸化鉄成分の還元に必要な理論量の２倍以上と
した。しかし、より確実に還元反応を促進させるため、
コークスの量を鉄鉱石中の酸化鉄成分の還元に必要な理
論量の２．２倍以上、更には２．５倍以上とすることが
好ましい。一方、コークスの量の上限については特に限
定していないが、例えばロータリーキルン１１の炉内２
８での混合物原料の転動性確保、溶鉄の生産量、コーク
スの使用量による経済性等を考慮に入れ、コークスの量
を鉄鉱石中の酸化鉄成分の還元に必要な理論量の例えば
５倍以下、更には４倍以下とすることが好ましい。

【００１５】そして、図１に示すように、混合物原料を
１２００℃以上に加熱する昇熱速度（加熱速度）は、リ
ングの形成の原因となるフェアライトを生成させないた
め、少なくとも８０℃／分以上にすることが好ましい。
ここでは、溶鉄の一種である溶銑について記載してお
り、図１中の斜線部はリングの形成範囲、点線部はスラ
グの溶融開始温度（１１６０℃程度）、曲線部は昇熱速
度に対するリングの形成を防止可能な溶銑の作製温度
（溶銑生成温度）の一例を示している。一方、混合物原
料の加熱速度の上限は特に限定する必要はないが、混合
物原料の熱伝導率、加熱する混合物原料の量等を考慮に
入れれば、現実的には２００℃／分以下程度となる。な
お、リングの形成の原因となるフェアライトを生成させ
ないため、混合物原料を１２００℃以上に加熱する加熱
速度を少なくとも８０℃／分以上としたが、より好まし
くは少なくとも１００℃／分以上、更には少なくとも１
２０℃／分以上とすることが好ましい。

【００１６】更に、図３に示すように、ロータリーキル
ン１１の炉内雰囲気の温度を１２００℃以上としたの
は、混合物原料の温度が１２００℃近くなると、還元反
応が進むに伴って生成するスラグにおいて、スラグ中に
含有される酸化鉄（ＦｅＯ）を低減（３重量％程度以
下）でき、操業可能なスラグの液相比率を維持すること
が可能となり、しかも、限られた時間の範囲内で高い
（例えば９５％以上）還元率を達成することができるた
めである。なお、操業可能範囲とはスラグの液相比率が
高く、排滓作業が可能となる範囲をいう。即ち、炉内雰
囲気の温度が１２００℃未満の場合、スラグ中に含有さ
れる酸化鉄が増大し、混合物原料中にフェアライトが生
成し易くなり、限られた時間の範囲内で還元率を高く
（例えば９５％以上）することは困難であり効率的でな
い。一方、ロータリーキルン１１の炉内雰囲気の温度の
上限については特に限定していないが、１４５０℃以下
とすることが好ましい。これは、１４５０℃を超えると
スラグとコークスとの混合物２４が完全に溶融し、ロー
タリーキルン１１の炉内壁２９である耐火物中にスラグ
が容易に侵入し、耐火物の溶損が顕著になりはじめるこ
とに起因する。従って、ロータリーキルン１１の炉内雰
囲気の温度を１２００〜１４５０℃とすることが好まし
いが、限られた時間の範囲内で高い還元率を得ることが
でき、しかも耐火物の溶損を低減させるため、１２３０
〜１４２０℃、更には１２５０〜１４００℃とすること
が好ましい。

【００１７】上記した条件で、ロータリーキルン１１の
炉内２８に装入された混合物原料を加熱する。このと
き、ロータリーキルン１１には、入口２０側から出口２
３側へ傾斜がついているので、ロータリーキルン１１の
回転により、炉内２８に装入された混合物原料は、入口
２０側から出口２３側への移動中にコークスの燃焼、重
油・酸素バーナー２１による加熱、及びロータリーキル
ン１１の炉内壁２９である耐火物からの輻射によって加
熱され、鉄鉱石の一部において還元が始まる。なお、こ
のときの反応速度は遅い。

【００１８】しかし、混合物原料の温度が１２５０℃を
超えると反応速度は速くなり、混合物原料は溶融液化し
て、混合されたコークスによって急速に還元されはじめ
る。このとき、混合物原料中の鉄鉱石は、混合物原料中
に存在するコークスと結びついて融点の低い溶鉄とな
り、混合物原料は、スラグとコークスの混合物２４と、
溶鉄２５とに分離され、比重差によりスラグとコークス
の混合物２４は、溶鉄２５の上に残る。更に、スラグと
コークスの混合物２４及び溶鉄２５が加熱され、１４０
０℃まで温度が上昇することで、還元物中のＦｅＯは著
しく減少する（図３参照）。なお、混合物原料に付着し
た水分等は、ロータリーキルン１１の炉内が１１００℃
以上となっているため蒸発し、排ガスとして二次燃焼室
２７に送られる。

【００１９】なお、混合物原料の温度が１２００℃に達
した後は、酸素ガスが混合物原料に直接接触することを
避け、ロータリーキルン１１の炉内に天然ガス及び／又
はコークスの還元剤を供給し、ロータリーキルン１１の
炉内の還元雰囲気を強くすると共に、鉄鉱石中の酸化鉄
成分の還元を促進させる。このようにして、ロータリー
キルン１１の炉内２８に装入された混合物原料は、ロー
タリーキルン１１の入口２０側から出口２３側へ移動し
ながら、加熱、還元され、ロータリーキルン１１の出口
２３側付近では、１４００℃のスラグとコークスの混合
物２４と、溶鉄２５とになる。ここで、ロータリーキル
ン１１の出口２３側には堰２６が設けてあるので、スラ
グとコークスの混合物２４と、溶鉄２５とは、堰２６を
オーバーフローして、ロータリーキルン１１の炉外に連
続的に排出される。なお、ロータリーキルン１１は回転
しているため、スラグとコークスの混合物２４と、溶鉄
２５の密度、粘性等の違いにより、スラグとコークスの
混合物２４と、溶鉄２５とは堰２６をオーバーフローす
る位置が異なってくる。従って、堰２６の高さを変化さ
せることで、スラグとコークスの混合物２４と、溶鉄２
５とを容易に分離し、ロータリーキルン１１の炉外に排
出することが可能となる。なお、このスラグとコークス
の混合物２４と、溶鉄２５は、ロータリーキルン１１の
出口２３から排出された後、二次燃焼室２７の下側を通
って回収される。上記したように、ロータリーキルンを
用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用することで、容易に
溶鉄２５を製造でき、安定した操業を行うことが可能と
なる。

【００２０】次に、本発明の一実施の形態に係るロータ
リーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用した他
のロータリーキルン方式溶融還元設備３０について説明
する。なお、ロータリーキルン方式溶融還元設備１０と
同一の部材には同一の番号を付し、説明を省略する。図
４に示すように、このロータリーキルン方式溶融還元設
備３０は、重油・酸素バーナー２１をロータリーキルン
１１の出口２３側に設置したものである。また、ロータ
リーキルン１１の入口２０側には、混合物原料を加熱処
理したときに発生し、炉外に排出される排ガス中の未燃
分を再燃焼させるための二次燃焼室３１が設けられてい
る。従って、混合物原料を加熱処理することで得られた
スラグとコークスの混合物２４と、溶鉄２５は、ロータ
リーキルン１１の出口２３側に形成された排出管３２を
通って排出され回収される。上記のように構成すること
で、混合物原料の流れと、重油・酸素バーナー２１によ
る熱の流れが対向するため、より効率良く鉄鉱石から溶
鉄２５を製造することが可能となる。

【００２１】

【実施例】本発明に係るロータリーキルンを用いた酸化
鉄の溶融還元方法を適用し、試験を行った結果について
説明する。図５に示すように、前記したロータリーキル
ン方式溶融還元設備１０を使用して、表１に記載される
組成を有する酸化鉄の一例である酸化鉄含有物１０００
ｋｇとコークス５４９．３ｋｇと造滓剤１５２ｋｇとを
混合物調整装置１８を用いて混合物原料とした後、炉内
雰囲気の温度が１２００℃以上に加熱されたロータリー
キルン１１の炉内２８に、混合物原料を輸送管１９を介
して直接投入し、溶鉄２５を作製した。なお、コークス
の量は、酸化鉄含有物中の酸化鉄成分を還元するために
必要な理論量の２．５倍である。作製した溶鉄２５の組
成、及び副産物として得られたスラグの組成を表２、表
３にそれぞれ示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】

【００２５】酸化鉄含有物をロータリーキルン１１を用
いて処理することで、酸化鉄含有物中に含まれていた９
６５．１ｋｇの酸化鉄（Ｆｅ₂ Ｏ₃ ）成分を、溶鉄中に
鉄（Ｆｅ）として回収することができた。なお、このと
き生成したスラグ中には、９．６ｋｇの酸化鉄成分が含
まれいたが、これはスラグの重量に対して５．６５重量
％程度であった。また、このとき、ロータリーキルン１
１の炉内壁２９へのリングの形成は認められなかった。
このように、ロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還
元方法を適用することで、酸化鉄含有物中の酸化鉄成分
を容易に還元でき、更にロータリーキルン１１の炉内壁
２９へのリングの形成も防止することが可能となった。

【００２６】以上、本発明を、実施の形態を参照して説
明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載
の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記
載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の
形態や変形例も含むものである。例えば、前記実施の形
態においては、混合物原料の加熱を重油・酸素バーナー
と酸素ガスを用いて行った場合について示したが、重油
バーナー、酸素バーナー及び酸素ガスにより混合物原料
の加熱を行い、更に、還元反応の促進及び伝熱効率の向
上のため、スラグとコークスの混合物と、溶鉄との撹拌
用に酸素ガスの吹込みを採用することも可能である。ま
た、加熱方式として電気エネルギーによるアーク加熱を
採用することも可能であり、スラグとコークスの混合物
と、溶鉄との撹拌には、アルゴンガス、窒素ガス等の他
のガスを吹込むことも可能である。

【００２７】そして、前記実施の形態においては、酸化
鉄として鉄鉱石を使用した場合について示したが、他の
酸化鉄として、例えば粉鉱石や塊鉱石、更に製鉄所の各
種製造設備で多量に発生する酸化鉄ダスト等を使用する
ことも可能である。更に、前記実施の形態においては、
炭材としてコークスを使用した場合について示したが、
他の炭材、例えば廃プラスチック等の炭素含有物を使用
することも可能である。なお、副産物として得られるス
ラグを路盤材として利用する場合、炉内壁である耐火物
の表面に半溶融状態のスラグをコーティングするため、
ＭｇＯ、ＣａＯ等の造滓剤を混合物原料中に添加し、耐
火物と造滓剤との相互拡散を防止して、スラグの成分を
調整することも可能である。

【００２８】

【発明の効果】請求項１〜４記載のロータリーキルンを
用いた酸化鉄の溶融還元方法においては、炉内雰囲気の
温度が１２００℃以上のロータリーキルンの炉内に混合
物原料を直接投入し、酸化鉄を還元して溶鉄を製造する
ことで、ロータリーキルンの炉内壁へのリングの形成の
原因となるフェアライトの生成を防止し、炉内壁である
耐火物の溶損も低減することが可能となる。このため、
従来使用されてきたロータリーキルンを使用して、酸化
鉄から溶鉄を製造することが可能となるため、生産性が
高く経済性が良好となる。また、ロータリーキルンの炉
内壁へのリングの形成を防止することが可能となるた
め、リングの除去作業等を行う必要がなくなり、作業性
が良好で、しかも溶鉄の生産性も向上させることが可能
となる。従って、処理する酸化鉄の種類の制約が少な
く、鉄が低品位の酸化鉄ダストの使用も可能で、しかも
事前処理もほとんど必要ないロータリーキルンを用いた
酸化鉄の溶融還元方法を提供することが可能となる。な
お、酸化鉄の含水量が多い場合でも、酸化鉄のロータリ
ーキルンへの供給速度を低下させるか、又は炭材の混合
量を多くし酸素ガスで混合物原料を加熱することにより
操業可能となる。更に、設備費用が安いことから、山元
で発生する粉鉱石を用いてこれを還元し、溶鉄として輸
出する場合の設備や、２０〜３０万ｔ／年規模のミニミ
ル用の鉄原製造設備としての利用も可能である。特に、
請求項２記載のロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融
還元方法においては、酸化鉄の還元を十分に行うことが
可能となる。また、酸化鉄を急速に、しかも十分に加熱
することができるため、ロータリーキルンの炉内壁への
リングの形成の原因となるフェアライトの生成を、更に
確実に防止することができる。従って、リングの除去作
業等を行う必要が更になくなるので、作業性が良好とな
り、しかも溶鉄の生産性も向上させることが可能とな
る。

【００２９】請求項３記載のロータリーキルンを用いた
酸化鉄の溶融還元方法においては、混合物原料中の炭材
を調整することで、生成するスラグ中の炭素含有量を２
重量％以上２０重量％以下にして、混合物原料中の炭材
により酸化鉄の還元を安定的に進行させることが可能と
なる。これにより、飽和量の炭素を含有する溶鉄の一種
である溶銑を安定的に存在させることができ、混合物原
料への伝熱効率、酸化鉄の還元速度を高くすることが可
能となる。また、炭材は酸化鉄の表面に接触し易くなる
だけでなく、炭材の粗粒が混合物原料の撹拌を行う役目
を有し、更に、例えばロータリーキルンの炉内壁に部分
的に生成したフェアライトに衝突し、炉内壁に付着した
フェアライトを除去して、炉内壁へのリングの形成を防
止する役目を有することが可能となる。従って、作業性
が良好なロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方
法を提供することが可能となる。請求項４記載のロータ
リーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法においては、
酸化鉄の還元を更に十分に行うことが可能となる。従っ
て、酸化鉄を確実に還元できるため、容易に溶鉄を作製
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るロータリーキルン
を用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用する溶銑の昇熱速
度と溶銑生成温度及びリングの形成範囲の関係を示す説
明図である。

【図２】同ロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元
方法を適用したロータリーキルン方式の溶融還元設備の
説明図である。

【図３】同ロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元
方法を適用した溶融還元設備の操業可能範囲に及ぼす温
度とスラグ中の酸化鉄含有量との関係を示す説明図であ
る。

【図４】同ロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元
方法を適用した他のロータリーキルン方式の溶融還元設
備の説明図である。

【図５】本発明の実施例に係るロータリーキルンを用い
た酸化鉄の溶融還元方法を適用した溶鉄製造時の材料バ
ランスの説明図である。

【符号の説明】

１０：ロータリーキルン方式溶融還元設備、１１：ロー
タリーキルン、１２：ホッパー、１３：ホッパー、１
４：ホッパー、１５：連絡管、１６：連絡管、１７：連
絡管、１８：混合物調整装置、１９：輸送管、２０：入
口、２１：重油・酸素バーナー、２２：酸素供給ラン
ス、２３：出口、２４：スラグとコークスの混合物、２
５：溶鉄、２６：堰、２７：二次燃焼室、２８：炉内、
２９：炉内壁、３０：ロータリーキルン方式溶融還元設
備、３１：二次燃焼室、３２：排出管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤三郎福岡県北九州市八幡東区大谷１丁目３番１号株式会社アステック入江内 (72)発明者梶岡博幸福岡県北九州市八幡東区大谷１丁目３番１号株式会社アステック入江内Ｆターム(参考） 4K001 AA10 BA05 BA14 GA07 HA01 HA11 KA01 KA02 KA06 KA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化鉄をロータリーキルンの炉内で加熱
し還元して溶鉄を得るロータリーキルンを用いた酸化鉄
の溶融還元方法において、前記酸化鉄と、該酸化鉄を還
元する炭材と、前記溶鉄の製造時に前記ロータリーキル
ンの炉内壁へのリングの形成を防止する造滓剤とを主体
とする混合物原料を作製し、該混合物原料を炉内雰囲気
の温度が１２００℃以上である前記ロータリーキルンの
炉内に装入し、前記炭材により前記酸化鉄を還元し、前
記溶鉄を得ることを特徴とするロータリーキルンを用い
た酸化鉄の溶融還元方法。
【請求項２】請求項１記載のロータリーキルンを用い
た酸化鉄の溶融還元方法において、前記混合物原料中の
前記炭材の量は、前記酸化鉄の還元に必要な理論量の２
倍以上とし、前記混合物原料の温度が１２００℃以上と
なるまで、該混合物原料を酸素ガスを用いて直接加熱す
ることにより、前記ロータリーキルンの炉内壁へのリン
グの形成を防止することを特徴とするロータリーキルン
を用いた酸化鉄の溶融還元方法。
【請求項３】請求項２記載のロータリーキルンを用い
た酸化鉄の溶融還元方法において、前記混合物原料に混
合する前記炭材は１ｍｍ以下の細粒、１ｍｍを超え５ｍ
ｍ以下の中粒、５ｍｍを超え８ｍｍ以下の粗粒を主体と
し、前記ロータリーキルンの炉内での前記混合物原料の
転動性を確保し、及び前記ロータリーキルンの炉内壁へ
のリングの形成を防止するため、前記粗粒が前記炭材中
に５重量％以上含まれていることを特徴とするロータリ
ーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法。
【請求項４】請求項２又は３記載のロータリーキルン
を用いた酸化鉄の溶融還元方法において、前記混合物原
料の温度が１２００℃に達した後は、前記酸素ガスが該
混合物原料に直接接触することを避け、前記ロータリー
キルンの炉内に天然ガス及び／又はコークスの還元剤を
供給し、該ロータリーキルンの炉内の還元雰囲気を強く
すると共に、前記酸化鉄の還元を促進させることを特徴
とするロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方
法。