JP2003105452A

JP2003105452A - 還元金属の製造方法

Info

Publication number: JP2003105452A
Application number: JP2001301449A
Authority: JP
Inventors: Shoken Shimizu; 正賢清水; Fumio Noma; 文雄野間; Akito Kasai; 昭人笠井; Koji Tokuda; 耕司徳田; Isao Kobayashi; 勲小林
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】鉱石等の酸化金属を炭材等の炭素質還元剤と
ともに溶融金属浴を用いて加熱還元して還元金属を製造
する方法であって、耐火物の溶損を回避しつつ生産性に
優れた還元金属の製造方法を提供する。【解決手段】酸化金属原料Ａと炭素質還元剤Ｂとの混
合物Ｄを２５０〜５５０℃で加圧成形して見掛け密度が
２．１ｇ／ｃｍ³以上の成形体Ｅを製造し、これを溶融
金属浴Ｋ上の溶融スラグＬ中に浸漬する。一方、溶融ス
ラグ層Ｌ中には酸素ガスＦを吹き込んで成形体Ｅから発
生するＣＯガスを二次燃焼し、この二次燃焼熱で溶融ス
ラグＬを介して成形体Ｅを加熱し、成形体Ｅ中の酸化金
属を還元し溶融して還元金属を製造することを特徴とす
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、鉱石等の酸化金属
を炭材等の炭素質還元剤とともに加熱還元して金属を得
る技術の改良に関し、特に、酸化金属と炭素質還元剤と
を含む成形体を溶融金属浴で加熱還元して溶融金属を得
る技術分野に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下は酸化鉄から金属鉄を製造する方法
に関してのみ説明するものであるが、本願発明の適用範
囲である酸化金属から金属を製造する方法を限定するも
のではない。

【０００３】現代の製鉄法は高炉―転炉法が主流であ
り、大型化および銑鋼一貫製造システムの構築によって
その経済性を追求してきたが、近年、逆に生産の柔軟性
を欠くことが顕在化してきており、また、コークス炉や
焼結機、ペレット製造設備という事前処理設備が不可欠
でその設備更新が大きな経済的負荷となってきた。

【０００４】一方、ＭＩＤＲＥＸ法やＨｙＬ法に代表さ
れるシャフト還元炉を用いる還元鉄製造法では、天然ガ
スを使用して鉄鉱石や酸化鉄ペレットから還元鉄を製造
し、この還元鉄を電気炉で溶解して鋼を製造する。しか
し、本法は天然ガスを改質して還元ガスとするために、
その立地には自ずから制約がある。

【０００５】これに対して、天然ガスに代わる還元剤と
して石炭等の炭材を使用して還元鉄を製造し、この還元
鉄を電気炉で溶解して鋼を製造するプロセスがある。具
体的には、例えば、鉄鉱石を石炭粉等とともにロータリ
ーキルンで加熱還元して還元鉄を製造するＳＬ／ＲＮ法
が実用化されており、また米国特許第３，４４３，９３
１号では、炭材と粉状酸化鉄とを混合して塊状化し、こ
の塊状物をロータリーハース（回転炉床還元炉）上で加
熱還元して還元鉄を製造するプロセスが開示されてい
る。

【０００６】これらの方法で製造された還元鉄は、その
まま若しくはブリケット状等に成形してから次工程の電
気炉等の溶解炉に装入し、溶解して金属鉄を製造する。
そのため、金属鉄を得るまでに、還元鉄の製造を行う還
元炉と金属鉄の製造を行う溶解炉という少なくとも２段
階の設備構成を必要とすることから、設備が複雑になる
ことに加え、還元炉から取り出した還元鉄を溶解炉に装
入するまでの間における還元鉄の顕熱損失、還元炉と溶
解炉それぞれからの炉体熱損失や発生する排ガスの顕熱
損失などエネルギー損失が大きい問題がある。

【０００７】一方、鉄鉱石と石炭から溶融金属鉄を直接
製造する溶融還元法の開発が推進され、ＤＩＯＳ法、Ｈ
Ｉｓｍｅｌｔ法、Ｒｏｍｅｌｔ法等が公表されている。
これらの方法は、鉄鉱石をそのまま、または予め還元率
で３０〜５０％程度にまで予備還元したものを石炭とと
もに溶融鉄浴を保持した溶融還元炉内に装入し、溶融鉄
浴中または溶融鉄浴上の溶融スラグ層中で鉄鉱石中の酸
化鉄を炭素と直接還元反応させることによって金属鉄に
まで還元を行う方法である。これらの方法では溶融スラ
グ層中に存在する溶融酸化鉄（ＦｅＯ）が炉体内張り耐
火物に直接接触するため、耐火物の溶損が著しいという
問題が指摘されている。また、耐火物の溶損を低減する
ため炉体の一部を水冷構造とする提案もなされている
が、炉体熱損失が大きくなる問題点がある。

【０００８】そこで、本願出願人は上記の状況に鑑み、
鉄鉱石等から耐火物の溶損を生じることなく鉄純度の極
めて高い金属鉄を、溶融鉄として簡単な処理で効率よく
得ることができる技術開発を進め、その成果として下記
の方法を開発し、特開平１０−１９５５１３号に開示し
た。

【０００９】この先願発明は、炭素還元剤と酸化鉄を含
む成形体を溶融鉄浴上または溶融鉄浴上の溶融スラグ上
に供給して、これら成形体がその表面の一部ないし大部
分が実質的に炉内高温ガス雰囲気に曝されるように、溶
融鉄浴上および／または溶融鉄浴上に浮遊させ、成形体
中の酸化鉄を還元して金属鉄を得るところに特徴を有し
ている。

【００１０】この先願発明の方法によれば、生成スラグ
中の酸化鉄含有量を可及的に少なくすることができるの
で耐火物の溶損を回避できることを見出したが、溶融鉄
浴上および／または溶融鉄浴上に成形体を浮遊させて炉
内高温ガスからの輻射熱により加熱するという伝熱メカ
ニズムを用いることから、金属鉄の生産性が低く設備が
大きくなるという課題が残された。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、酸化金属と炭素質還元剤を含む成形体を用いて還元
金属を製造する方法であって、耐火物の溶損を回避しつ
つ、かつ生産性に優れた還元金属の製造方法を提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできる本発明の要旨は以下の通りである。

【００１３】請求項１に記載の発明は、酸化金属と炭素
質還元剤とを含む見掛け密度が２．１ｇ／ｃｍ³以上の
成形体を溶融金属浴上の溶融スラグ中に浸漬して加熱
し、該成形体中の酸化金属を還元して金属を得ることを
特徴とする還元金属の製造方法である。

【００１４】請求項２に記載の発明は、前記成形体を、
２５０〜５５０℃で熱間成形して製造することを特徴と
する請求項１に記載の還元金属の製造方法である。

【００１５】請求項３に記載の発明は、前記成形体中の
炭素量を、該成形体中の酸化金属の還元に必要な理論当
量の７０％以上とすることを特徴とする請求項１又は２
に記載の還元金属の製造方法である。

【００１６】請求項４に記載の発明は、前記溶融スラグ
の温度を、１４００〜１７００℃以上とすることを特徴
とする請求項１〜３のいずれかに記載の還元金属の製造
方法である。

【００１７】請求項５記載の発明は、前記成形体に含ま
れる酸化金属の原料として、鉄鉱石、高炉ダスト、転炉
ダスト、電気炉ダスト、ミルスケール、ミルスラッジお
よびシュレッダーダストからなる群から選ばれる少なく
とも１種の原料を用いて製造することを特徴とする請求
項１〜４のいずれかに記載の還元金属の製造方法であ
る。

【００１８】（作用）酸化金属と炭素質還元剤を含む成
形体を溶融スラグ中に浸漬すると、成形体が高温の溶融
スラグに直接接触し、溶融スラグからの伝熱により加熱
される。そして成形体温度が９００〜１０００℃を超え
ると成形体内部で酸化金属と炭素質還元剤との直接還元
反応が活発化するとともに、その際発生するＣＯガスで
溶融スラグが攪拌される。その結果、溶融スラグから成
形体への伝熱が促進されて直接還元反応も促進され、金
属の生産性が上昇する。また、成形体内部での反応は先
願発明（特開平１０−１９５５１３号）と同様のメカニ
ズム、すなわち酸化金属が炭素質還元剤と緊密に接触し
ているため固体状態で速やかに金属まで還元されたのち
溶融するので、反応の結果溶融分離される、酸化金属原
料中の脈石や炭素質還元剤の灰分などに由来する生成ラ
グ中の酸化金属含有量は少なく、金属浴上の溶融スラグ
中の酸化金属（例えばＦｅＯ）濃度は低く維持され、耐
火物を溶損することがない。ちなみに、従来の溶融還元
法においては、酸化鉄（酸化金属）と炭材（炭素質還元
剤）とを別々に溶融鉄浴中または溶融鉄浴上の溶融スラ
グ中に装入し、酸化鉄を溶融したのち還元するという反
応メカニズムを利用していることから、溶融スラグ中の
ＦｅＯ濃度が必然的に高くなる。

【００１９】本発明に用いる成形体としては、その形状
は特に限定されず、ペレット、ブリケット、板状成形
物、ブロック状成形物などいずれの形状であってもよ
い。

【００２０】成形体の見掛け密度は２．１ｇ／ｃｍ³以
上とすることが好ましく、これにより、成形体が溶融ス
ラグ上に浮き上がることがなく、溶融スラグ中に速やか
に沈み込むので上記の効率よい加熱が達成されるととも
に、成形体自身の熱伝導度も上昇するので成形体内部ま
で迅速に加熱され、還元効率がさらに改善される。

【００２１】見掛け密度の高い成形体を得るため、成形
体を２５０℃以上５５０℃以下、望ましくは３５０℃以
上５５０℃以下で熱間成形して製造することが推奨され
る。これにより、本願出願人が特開平１１−９２８３３
号で開示したように、炭素質還元剤である炭材がこの温
度領域で軟化溶融して酸化金属の粒子間の空隙に容易に
浸入し、高密度の成形体が得られ、上記の作用効果が確
実に奏される。また、この成形方法で得られた成形体は
バインダーを不要とするので生成スラグ量が少なくな
り、溶融還元炉におけるスラグの溶解に要するエネルギ
ー消費量を低減でき、またスラグ処理の負荷も軽減され
る。

【００２２】成形体中の炭素量は、成形体中の酸化金属
の還元に必要な理論当量の７０％以上、望ましくは理論
当量以上とすることが推奨される。つまり、成形体の見
掛け密度を高くするためには、成形体中の炭素量（すな
わち炭素質還元剤の配合率）は低い方が好ましいが、理
論当量の７０％未満では成形体中での酸化金属の還元が
不十分となり溶融スラグ中の酸化金属（ＦｅＯなど）濃
度が上昇するおそれが高いので７０％以上とすることが
好ましく、さらに理論当量以上とすることにより、成形
体中の酸化鉄が還元して生成した還元金属に余剰の炭素
が浸炭して還元金属の融点を低下させ、その溶解が促進
されるのでより好ましい。

【００２３】また、溶融スラグの温度は１４００℃以上
とすることが好ましく、これにより溶融スラグの温度そ
のものを高くするとともに、溶融スラグの粘度を低下さ
せて溶融スラグの攪拌を容易にし、溶融スラグから成形
体への伝熱速度を高くすることができる。なお、溶融ス
ラグの温度は１７００℃以下とすることが好ましく、こ
れによりブリケットＥが固体状態で十分に金属化したの
ち溶融して溶融スラグ中の酸化金属（ＦｅＯなど）濃度
が十分低く抑制されることに加え、溶融スラグの顕熱ロ
スや炉体からの熱ロスを著しく増大させることがない。

【００２４】また、フラックスを適量添加して溶融スラ
グの融点を低下させることによりその粘度を低下させる
ことが好ましく、これにより溶融スラグの攪拌を促進し
て成形体への伝熱を改善でき、かつスラグ処理を容易に
できる。なお、フラックスの添加は溶融スラグに直接添
加する他、予め成形体中にその全部または一部を添加し
ておいてもよい。

【００２５】さらに、溶融金属浴中および／または溶融
スラグ中に不活性ガスや還元性ガスなどを吹き込んで、
溶融スラグを強制的に攪拌して成形体への伝熱を促進す
ることも好ましい。

【００２６】一方、成形体中で進行する直接還元反応は
吸熱反応であるためその吸熱分を補償する必要があり、
溶融金属浴や溶融スラグを加熱する必要がある。溶融金
属浴や溶融スラグの加熱は、電気アーク加熱、高周波加
熱、誘導加熱、プラズマ加熱のような電気エネルギーを
利用する方法を用いてもよいが、溶融スラグ上方から溶
融スラグ表面に酸素含有ガスを吹き付けるか、あるいは
溶融スラグ中に直接酸素含有ガスを吹き込むかして、直
接還元反応により生成したＣＯガスを燃焼し、その燃焼
熱で溶融スラグを加熱する、いわゆる二次燃焼を利用す
る方法が推奨される。

【００２７】直接還元反応により生成したガスやこれを
二次燃焼した後の高温の排ガスを回収し、そのガス顕熱
を利用して、成形体の原料である酸化金属の原料や炭素
質還元剤を粉砕する場合の加熱を行うことや、成形体を
熱間成形する場合の成形体の原料の加熱を行うこともプ
ロセス全体のエネルギー効率を高めることができ有効で
ある。

【００２８】酸化金属の原料としては、鉄鉱石、高炉ダ
スト、転炉ダスト、電気炉ダスト、ミルスケール、ミル
スラッジ、シュレッダーダストなど酸化金属を含有する
原料を単独あるいは２種以上混合して用いることができ
る。

【００２９】また、炭素質還元剤としては、石炭、コー
クス粉、石油コークス、チャー、木炭、ピッチ等などを
用いることができる。なお、成形物を２５０〜５５０℃
の温度域で熱間成形する場合には、この温度域で軟化溶
融する石炭を用いることが推奨される。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図を参照しながらさらに詳細に説明する。

【００３１】なお以下においては、本発明を酸化鉄から
金属鉄を製造する場合に適用した例についてのみ示す
が、必ずしもこれに限定されるものではなく、他の酸化
金属、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ｍｎなどの非鉄金属の酸化物
からこれらの非鉄金属を製造する場合にも同様に適用し
得るものである。

【００３２】図１は、本発明の実施に係る金属鉄の製造
プロセスの概要を説明するフロー図である。ここに、符
号１は溶融鉄浴および溶融スラグを内部に保持する還元
溶融炉、符号２は粉状鉄鉱石を予熱する鉱石予熱器、符
号３は鉱石予熱器２で予熱された粉状鉄鉱石と粉状石炭
とを混合する混合器、符号４は混合器３で調製された混
合物を加圧成形する成形機、符号５は還元溶融炉１の排
ガスから熱回収を行う熱交換器である。

【００３３】本実施の形態では、成形体を熱間加圧成形
で製造する手段を採用した例について説明する。酸化鉄
（酸化金属）の原料である粉状鉄鉱石Ａは、粒度が７４
μｍ以下７０質量％のものが好ましく、必要により粉砕
して粒度調整したものを用いるとよい。炭素質還元剤で
ある粉状石炭Ｂは、１ｍｍ以下に粒度調整されたものが
望ましい。

【００３４】粉状鉄鉱石Ａを例えばロータリーキルン、
流動層などの鉱石予熱器２で、粉状石炭Ｂと混合したと
きに目標成形温度になるように予熱する。鉱石予熱器２
の熱源としては、溶融還元炉１から排出される高温の排
ガス顕熱の一部を利用するとよい。

【００３５】予熱された粉状鉄鉱石Ａを混合器３に送
り、所定配合量の粉状石炭Ｂを加えて混合し、この混合
物を、熱間成形に適した温度、例えば粉状石炭Ｂが最高
流動度を示す２５０〜５５０℃の温度とする。なお、粉
状鉱石Ａに配合する粉状石炭Ｂの配合比率は、成形体中
の炭素量が粉状鉱石Ａ中の酸化鉄の還元に必要な理論当
量に、還元後の金属鉄への目標浸炭量を考慮して決定す
ればよい。混合器２で混合中に粉状石炭Ｂから発生する
揮発分Ｃは、例えば予熱器１に送り燃焼処理すればよ
い。

【００３６】混合器２で調製された混合物Ｄを熱間のま
ま例えば双ロール型の成形機３により所定の加圧力で加
圧成形してブリケット（成形体）Ｅを製造する。

【００３７】ブリケットＥの厚みは特に制限されるもの
ではないが、薄すぎると成型機３によるブリケットＥの
生産性が低く、厚すぎるとブリケットＥ内部まで十分に
加圧力が伝らず不均一となりやすいことに加え、ブリケ
ットＥの比表面積が減少して溶融スラグからの伝熱量が
減少し、還元・溶融速度が低下するので、５〜５０ｍｍ
程度の範囲の厚さのものが推奨される。

【００３８】このブリケットＥを、内部に溶融鉄浴Ｋと
その溶融鉄浴Ｋ上に溶融スラグＬを有する還元溶融炉１
に装入する。ブリケットＥの装入方法としては、既存の
重力添加方法が簡便であり、例えば還元溶融炉１の上方
にブリケットＥを保持するホッパー（図示せず）を設
け、そのホッパー下部から連続的またはバッチで所定量
のブリケットＥを切り出し、還元溶融炉１の炉蓋を貫通
するパイプまたはシュートを介して溶融スラグＬの上方
空間に落とし込む方法が推奨される。溶融スラグＬの上
方空間に落とし込まれたブリケットＥは、その落下のエ
ネルギーで溶融スラグ中に潜り込み、溶融スラグＬ中に
完全に浸漬された状態となる。なお、ブリケットＥの大
きさ・見掛け密度や落とし込み高さなどによっては、ブ
リケットＥが溶融スラグ層Ｌを突き破って溶融鉄浴Ｋ表
面まで到達し、ブリケットＥの一部（下部）が溶融鉄浴
Ｋに浸かった状態となるものも存在する。また、ブリケ
ットＥは熱間で加圧成形されているため内部の気孔量が
少なく見掛け密度が高いので、一旦溶融スラグＬ中に潜
り込んだブリケットＥが溶融スラグＬ表面上に浮き上が
ることもない。したがって、ブリケットＥ表面は溶融ス
ラグＬに全方位完全に覆われた状態（ブリケットＥ表面
の一部（下部）が溶融鉄浴Ｋに浸かった状態も含む）に
保持され、高温の溶融スラグＬ（および溶融鉄浴Ｋ）か
ら熱供給を受けることになる。また、ブリケットＥは緻
密なため内部への伝熱速度も大きく、還元や溶解も促進
される。よって、ブリケットＥの見掛け密度は大きい方
が好ましく、２．１ｇ／ｃｍ³以上とすることが好まし
い。

【００３９】溶融スラグ層Ｌの厚さは、ブリケットＥが
完全に浸漬されるように少なくともブリケットＥの厚み
以上とする必要があるが、あまり厚すぎると溶融スラグ
Ｌのスロッピングが発生しやすくなり操業トラブルの可
能性が高まる。好適な溶融スラグ層Ｌの厚さは、ブリケ
ットＥ装入前で後述の酸素含有ガスや攪拌ガスの吹き込
みを行っていない状態における静止スラグ層の厚さでブ
リケットＥの厚みの２〜２０倍程度の範囲である。そし
て操業中には、ブリケットＥ装入によるＣＯガス発生や
酸素含有ガス、攪拌ガスの吹き込みにより溶融スラグ層
はフォーミングして静止スラグ層厚さより厚くなるの
で、ブリケットＥは確実に溶融スラグに覆われ全方位か
ら伝熱を受けることができる。また、溶融スラグ層Ｌの
厚さは溶融スラグＬの排出量を調整することによって容
易に調整できる。

【００４０】さらに還元溶融炉１において、酸素含有ガ
スとして例えば酸素ガスＦを、ランスを介して溶融スラ
グＬの上方から溶融スラグＬ表面に吹き付けるか、ある
いは還元溶融炉１の側壁に設けた羽口から溶融スラグＬ
中に直接吹き込むかして、ブリケットＥ中での直接還元
反応により発生したＣＯガスの二次燃焼を行う。酸素ガ
スＦのかわりに高温空気や酸素富化空気を用いてもよ
い。溶融スラグＬはブリケットＥから発生したＣＯガス
により微細な泡状になるため、二次燃焼効率が著しく向
上し、溶融スラグＬ（および溶融鉄浴Ｋ）への着熱も高
くなり、直接還元による吸熱分が補償され、溶融スラグ
Ｌ（および溶融鉄浴Ｋ）が所要温度に維持される。な
お、酸素ガスＦの吹き付けまたは吹込み位置とブリケッ
トＥの装入位置とをできるだけ離しておくことにより、
酸素ガスＦがブリケットＥ表面に直接接触することが回
避され、還元鉄の再酸化による溶融ＦｅＯの生成が防止
される。

【００４１】溶融スラグＬ中に石炭、コークスなどの炭
材Ｇを添加することも好ましい。溶融スラグＬ中で炭材
Ｇが酸素ガスＦにより一部燃焼するので溶融スラグ（お
よび溶融鉄浴）の温度維持がさらに確実になることに加
え、溶融スラグＬ中で還元されたブリケットＥに炭材Ｇ
が接触して浸炭し金属鉄の融点を低下させることにより
鉄鉱石の脈石や石炭の灰分に由来する生成スラグとの分
離を促進する効果もある。

【００４２】溶融スラグＬの塩基度、粘度、フォーミン
グ状態などの化学性状や物理性状を調整するために生石
灰、蛇紋岩、螢石などのフラックスＨを添加する。塩基
度の調整は溶融鉄浴Ｋからの脱Ｐ、脱Ｓなど金属鉄（溶
鉄）の高純度化や還元溶融炉１内張り耐火物の保護など
のためであり、粘度の調整は前述した溶融スラグＬの攪
拌によるブリケットＥへの伝熱促進や出滓作業の容易化
などのためであり、フォーミング状態の調整は溶融スラ
グＬからブリケットＥへの伝熱促進やスロッピング防止
などのためである。なお、フラックスＨは、全量あるい
は一部をブリケットＥ中に含有させることができる。

【００４３】溶融スラグＬの温度は１４００℃以上とす
ることが、ブリケットＥへの伝熱が促進され、かつ出滓
作業も容易になるので好ましい。一方、溶融スラグＬの
温度が高すぎると、ブリケットＥが固体状態で十分に金
属化する前に溶融して溶融スラグＬ中のＦｅＯ濃度が上
昇することに加え、排出した溶融スラグＬの顕熱ロスが
増大しエネルギー消費量が増加するので、１７００℃以
下程度とすることが好ましい。

【００４４】さらに、溶融スラグＬからブリケットＥへ
の伝熱促進のため、溶融スラグＬ中や溶融鉄浴Ｋ中へＮ
₂、Ａｒなどの不活性ガスやＣＯ、炭化水素ガスなどの
還元性ガスなどからなる攪拌ガスＪを吹き込むことも好
ましい。

【００４５】このようにして製造された金属鉄（溶鉄）
Ｋおよび生成スラグ（溶融スラグ）Ｌは、還元溶融炉１
から適宜取り出される。溶鉄Ｋの取り出しは、例えば、
高炉の出銑方法と同様、還元溶融炉１に出銑口を設け開
孔機とマッドガンとの組み合わせで間欠的に取り出す方
法や、還元溶融炉１にサイフォンの原理を利用した堰を
設けて連続的に取り出す方法など公知の方法が利用でき
る。溶融スラグＬの取り出しは、高炉の出銑作業と同
様、溶鉄Ｋの出銑口を利用して取り出してもよいし、出
銑口とは別に設けた出滓口から排出してもよい。

【００４６】還元溶融炉１から排出される高温の排ガス
Ｍは、例えば廃熱ボイラーなどの熱交換器５で熱回収し
て温度調節した後、その一部は粉状鉄鉱石Ａの予熱を行
う鉱石予熱器２に利用し、残りは外販エネルギーなどと
して利用すればよい。

【００４７】本発明に用いる成形体Ｅの酸化金属原料Ａ
としては、粉状鉄鉱石の他、高炉ダスト、転炉ダスト、
電気炉ダストなどの製鉄ダストや、ミルスケール、ミル
スラッジなどの製鉄廃棄物や、シュレッダーダストなど
の産業廃棄物など酸化鉄を含有する物質を用いることが
できる。また、合金鉄製造や非鉄金属精錬などで発生す
るＮｉ、Ｃｒ、Ｍｎなどの非鉄金属の酸化物を含有する
ダストや廃棄物類も用いることができる。

【００４８】炭素質還元剤Ｂとしては、粉状石炭の他、
コークス粉、石油コークス、チャー、木炭、ピッチ等な
どを用いることができる。なお、加熱しても軟化軟化性
を示さないコークス粉、石油コークス、チャー、木炭な
どの炭材を炭素質還元剤として用いて成形体Ｅを製造す
る場合には、酸化金属原料Ｂを予熱することなく、冷間
でこれらの炭材と混合して公知のペレタイザーや加圧成
型機などでペレットやブリケットなどに成形すればよ
い。なお、成形体Ｅの圧潰強度確保のため必要によりバ
インダーを添加してもよい。

【００４９】還元溶融炉１内における溶融金属浴Ｋや溶
融スラグＬの加熱は、酸素含有ガスＦ吹込みによる二次
燃焼を利用する方法の他、既存の電気アーク加熱、高周
波加熱、誘導加熱、プラズマ加熱のような電気エネルギ
ーを用いる方法を用いてもよく、二次燃焼と電気エネル
ギーとを併用することも可能である。

【００５０】

【実施例】本発明の作用効果を確認するため、以下の実
験を実施した。

【００５１】（実施例１）図２は、実施例１に用いた実
験装置の構成を説明する断面図である。図２に示すよう
に、高炉スラグＬを１００ｇ装入したアルミナるつぼ１
０２を小型電気炉１０１内にセットし、Ａｒガスを流通
させつつ昇温して１５００℃に保持し、高炉スラグＬを
溶融状態とした。この溶融スラグＬ中にブリケットＥを
投入し、溶解実験を行った。

【００５２】本実施例に用いた高炉スラグＬの組成を表
１に、ブリケットＥの製造条件および物理・化学性状を
表２に示す。

【００５３】

【表１】

【００５４】

【表２】

【００５５】ブリケットの投入は表３に示す２つの方法
により行った。

【００５６】

【表３】

【００５７】なお、ケース１、２のいずれの投入時にお
いても、ブリケットは速やかに溶解し、解け残りは認め
られなかった。一定時間ごとに溶融スラグをサンプリン
グして溶融スラグ中のＦｅＯ濃度を化学分析により測定
した。その結果を図３に示す。図３は、溶融スラグ中の
ＦｅＯ濃度の経時変化を示すグラフ図である。この図か
ら明らかなように、ケース１、２とも溶融スラグ中のＦ
ｅＯ濃度はつねに１質量％以下であり、ブリケットは溶
融スラグ中において固体状態で速やかに金属鉄まで還元
されたのち溶融したことを示している。ちなみに、従来
の溶融還元法では、溶融スラグ中のＦｅＯ濃度は数％〜
１０％程度のオーダーとなる。

【００５８】（実施例２）次に、２０ｔアーク加熱電気
炉内に２．５質量％Ｃの溶融鉄浴約１４ｔを形成し、そ
の溶融鉄浴上で表２に示した組成の高炉スラグ約２ｔを
溶解して溶融スラグとした。そして、溶融スラグ温度を
１４５０℃および１５５０℃の２水準に保持しつつ、実
施例１で用いたブリケットＥと、比較材として表４に示
す各種原料とをそれぞれ一定供給速度で連続的に溶融ス
ラグ中に投入し、溶解挙動を観察した。表４において、
ＤＲＩ−Ａは炭材内装酸化鉄ペレットを回転炉床還元炉
で加熱還元して製造した還元鉄（ＤＲＩ）であり、ＤＲ
Ｉ−Ｂは酸化鉄ペレットおよび塊鉱石をシャフト還元炉
で天然ガスを用いて還元して製造した還元鉄（ＤＲＩ）
であり、ＨＢＩ―ＣはＤＲＩ−Ａ数十個分を熱間で加圧
成形したホットブリケットアイアン（ＨＢＩ）である。
なお、本実施例２においては、酸素含有ガス吹込みによ
る二次燃焼や溶融スラグ層および溶融鉄浴への不活性ガ
スなど攪拌ガスの吹込みは行わなかった。

【００５９】

【表４】

【００６０】ブリケットＥおよび各種原料のそれぞれに
ついて、供給速度を順次増加していき、溶解スラグ中の
解け残りの原料の量がほぼ一定で定常的に溶解が進行す
る最大供給量を最大溶解速度とした。

【００６１】図４は、原料の見掛け密度と最大溶解速度
との関係を示すグラフ図である。図４より明らかなよう
に、ＨＢＩ―Ｃを除いて見掛け密度が上昇するとともに
最大溶解速度も上昇することがわかる。これは、見掛け
密度の上昇は原料中の気孔率が低下したことを意味し、
これにより原料中の熱伝導率が上昇して原料が内部まで
加熱されやすくなり溶解が促進されたためである。ま
た、溶融スラグ温度の高い方が最大溶解速度も高いこと
が確認された。

【００６２】なお、ＨＢＩ−ＣはＤＲＩ−Ａに比べ見掛
け密度が著しく高いにも係わらず最大溶解速度がＤＲＩ
−Ａと同等かやや低い理由は、ＨＢＩ−ＣがＤＲＩ−Ａ
数十個分を一個のＨＢＩに成形したものであり、比表面
積が大幅に減少し、溶融スラグからの伝熱量が減少した
ためである。

【００６３】さらに、溶解時の目視観察により、見掛け
密度２．１ｇ／ｃｍ³未満のＤＲＩ−Ａでは原料が溶融
スラグ上に浮遊した状態で溶解が進行するが、見掛け密
度２．１ｇ／ｃｍ³以上のブリケットＥ、ＤＲＩ−Ｂ、
ＨＢＩ−Ｃでは溶融スラグ中に完全に浸漬された状態で
溶解が進行する。

【００６４】ここで、ＤＲＩ−Ａはほぼ金属化されてい
るので溶解エネルギーのみでよいのに対し、ブリケット
Ｅは未還元の酸化鉄を多量に含有しているので、多量の
還元エネルギーと還元後の金属鉄の溶解エネルギーとの
両方を必要とする。それにも係わらず、ブリケットＥの
方がＤＲＩ−Ａより最大溶解速度が大きい理由は、ＤＲ
Ｉ−Ａが溶融スラグ上に浮いているため、溶融スラグに
浸かっている部分からのみ熱を受けるのに対し、ブリケ
ットＥは溶融スラグ中に完全に浸漬されて、全方位の溶
融スラグから熱を受けることができることに加え、ブリ
ケットＥの見掛け密度が高く内部の伝熱も良好なため、
余分の還元エネルギーを補ったうえ、さらに多量の熱量
をブリケットＥ内部まで供給できたことによる。

【００６５】なお、溶融スラグ中に攪拌ガスや酸素含有
ガスを吹き込むと、溶融スラグがフォーミングして溶融
スラグの見掛け密度が本実施例２よりさらに低下しうる
ので、ブリケットＥ（成形体）の見掛け密度が２．１ｇ
／ｃｍ³未満の場合であっても、ブリケットＥを溶融ス
ラグ中に浸漬させることが可能となる。また、ブリケッ
トＥが確実に全方位から伝熱を受けるために、適度なフ
ォーミングは望ましい。

【００６６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、溶
融スラグ中のＦｅＯ濃度が十分低いので耐火物の溶損が
回避されて耐火物寿命が延長され、耐火物コストやメン
テナンスの負荷が軽減される。また、炉体を水冷構造と
する必要がないのでエネルギー効率が高い。

【００６７】さらに、酸化金属の還元とその後の還元金
属の溶解とを一つの工程、しかも溶融スラグ層中で行う
ので生産性に優れ、設備が比較的簡単でコンパクトにな
り、設備コストが大幅に低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に係る金属鉄の製造プロセスの概
要を説明するフロー図である。

【図２】実施例１に用いた実験装置の構成を説明する断
面図である。

【図３】溶融スラグ中のＦｅＯ濃度の経時変化を示すグ
ラフ図である。

【図４】原料の見掛け密度と最大溶解速度との関係を示
すグラフ図である。

【符号の説明】

１…還元溶融炉２…鉱石予熱器３…混合器４…成形機５…熱交換器Ａ…粉状鉄鉱石（酸化金属原料）Ｂ…粉状石炭（炭素質還元剤）Ｃ…揮発分Ｄ…混合物Ｅ…ブリケット（成形体）Ｆ…酸素ガス（酸素含有ガス）Ｇ…炭材Ｈ…フラックスＪ…攪拌ガスＫ…溶融鉄浴（溶鉄）Ｌ…溶融スラグ（生成スラグ）Ｍ…排ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者笠井昭人兵庫県加古川市金沢町１番地株式会社神戸製鋼所加古川製鉄所内 (72)発明者徳田耕司大阪府大阪市中央区備後町４丁目１番３号株式会社神戸製鋼所大阪支社内 (72)発明者小林勲大阪府大阪市中央区備後町４丁目１番３号株式会社神戸製鋼所大阪支社内Ｆターム(参考） 4K001 AA10 BA14 BA15 CA26 DA01 GA16 GA17 GB01 HA01 4K012 CA05 CA06 CA08 CA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化金属と炭素質還元剤とを含む見掛け
密度が２．１ｇ／ｃｍ³以上の成形体を溶融金属浴上の
溶融スラグ中に浸漬して加熱し、該成形体中の酸化金属
を還元して金属を得ることを特徴とする還元金属の製造
方法。
【請求項２】前記成形体を、２５０〜５５０℃で熱間
成形して製造することを特徴とする請求項１に記載の還
元金属の製造方法。
【請求項３】前記成形体中の炭素量を、該成形体中の
酸化金属の還元に必要な理論当量の７０％以上とするこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の還元金属の製造
方法。
【請求項４】前記溶融スラグの温度を、１４００〜１
７００℃とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
かに記載の還元金属の製造方法。
【請求項５】前記成形体に含まれる酸化金属の原料と
して、鉄鉱石、高炉ダスト、転炉ダスト、電気炉ダス
ト、ミルスケール、ミルスラッジおよびシュレッダーダ
ストからなる群から選ばれる少なくとも１種の原料を用
いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の
還元金属の製造方法。