JP2007197783A - 回転炉床式還元炉での酸化金属の還元方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粉体の原料を用いて、強度が高い原料ペレットを製造し、この原料ペレットを回転炉床式還元炉で使用する際に、ペレットの崩壊や粉化を防止する。また、原料ペレットを回転炉床式還元炉で適正に還元する。
【解決手段】酸化鉄を多く含む粉体などの粒子と炭素含有粒子を含む粉体を混合する。これに、成形体内部にカルシウムイオンを含む水和物を形成する添加物を加える。この混合物の水分を８質量％以上として、成形装置に供給する。供ここで製造された成形体を備蓄する。備蓄中に、成形体内部にカルシウムイオンを含む水和物を形成されて、成形体の強度を高める。その後に、付着水分を０．１〜２質量％に乾燥して、回転炉床式還元炉の炉内に供給して加熱還元することにより、酸化金属を還元する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転炉床式還元炉にて粉状の鉱石の酸化金属を還元する技術、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する技術に関する。特に、還元前の中間原料として強度の高いペレットを製造して、このペレットを回転炉床式の還元炉で焼成還元する方法に関するものである。

還元鉄や合金鉄を製造する金属還元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、回転炉床法での操業が実施されている。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。一般的に、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。

原料としては、粉状の鉱石や酸化金属ダストなどの酸化金属と還元剤としての炭素を用いる。還元鉄の製造では、ペレットフィード等の微粒の鉄鉱石が用いられる。還元剤は炭素を用いるが、還元反応の生じる温度である１１００℃程度までに、揮発しない炭素分（固定炭素）の比率が高いものが望ましい。この様な炭素源は、粉コークスや無煙炭が良い。

酸化金属を含む粉体と炭素粉を混合した後、これを粒状に成形する。この原料成形体を回転炉の炉床上に、均一に敷きつめられるように供給する。回転炉では、炉床が回転し、炉床上の成形体とともに炉内の各部分を移動する。原料成形体は高温ガスの輻射により、１０００〜１４００℃に加熱されて、成形体内の炭素により、酸化金属が還元される。回転炉内では、原料成形体が炉床上に静置されていることから、原料成形体が炉内で崩壊しづらいといった利点がある。その結果、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利点もある。

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処理にも有効である。これらのダストやスラジは、還元されるとともに、亜鉛、鉛、アルカリ金属、塩素、等の不純物が除去される。特に、これらの不純物の多いダスト処理プロセスとしても使用され、金属資源のリサイクルに有効なプロセスである。

回転炉では、回転する炉床上に、酸化金属と炭素を含む粉体原料を粒状の成形体を敷き詰めて、これを加熱して、還元する。成形体は炉床上で相対的に静置されている。その結果、ハンドリング性の良い粒状の還元金属が得られる。成形体のように粉体が集合していると、酸化金属と炭素の接触が良く、還元反応が活発に起きやすい。

回転炉床式の還元炉で、成形体が粉化すると、この酸化金属粉が炉床上に蓄積して、１２００℃以上の高温で加熱されることから、これが焼結する。焼結した粉は、互いに結合するとともに、炉床とも焼結結合して、炉床に固着する。固着した粉は炉床上にビルトアップしていき、炉床上の還元成形体を排出するスクリュー式排出機のブレードを磨耗させる。その結果、このブレード寿命が極端に短くなる。通常の操業では、1年以上の寿命があるブレードが、1ヶ月で交換する場合もある。また、炉床のビルトアップに伴い、成形体を正常に炉床上に敷き詰めることができなくなる。これを解消しようとするためには、炉全体を冷却して、ブレーカーなどの機械で炉床のビルトアップ部分を壊して、排出しなければならない。その結果、そのたびに、５日以上の設備休止が必要となり、稼働率が大幅に低下する問題があった。

これらの問題を解決するためには、成形から乾燥等の工程及び搬送過程での粉の発生が少ない成形体を製造することが重要である。また、成形体を炉内に供給する際に、成形体が爆裂することにより、炉床上に粉が多量に載ることも問題となる。このことから、成形体の炉内での爆裂防止も重要な技術課題である。
回転炉床式還元炉においての成形体としては、パン式造粒装置で球状のペレットを製造する方法、ローラーに付いている凹状の型で成形するブリケット成形方法、および、貫通穴型のあるプレートから成形体を押し出す型式の押し出し成形方法などがある。

これらの中で、パン式造粒装置のペレットは、緻密で強度の高い原料ペレットを安価に製造できるメリットがある。したがって、パン式造粒法が多く採用されている。しかしながら、従来の造粒方法では、ただ単に、粉の酸化金属と粉の炭素源を混合して、造粒する考えしかなく、必ずしも、回転炉床法に向いたペレットを製造できているわけではなかった。例えば、特許文献１（特開平11-241125号公報）の特許に示されているように、造粒装置からペレット乾燥装置を経由して、乾燥ペレットを回転炉に供給する装置が示されている。これは原料ペレットを事前乾燥して、原料ペレットが高温の炉床上での水分起因の爆裂を防止するための装置であり、重要な技術である。しかし、以上に説明した各工程を通過する際に崩壊しない、高強度の原料ペレットの製造方法と設備構成については未解明であった。

また、例えば、特許文献２（特開平11-193423号公報）には、有機系バインダーを使用することにより、原料ペレットの強度高める方法が記載されている。しかしながら、この方法でも、単にバインダーを入れれば良いとの発想で、粒径分布などの原料物性を適切にコントロールすることによる、原料ペレットの強度アップと安定的な造粒条件を解明できていなかった。

ブリケット成形体や押出し成形体の技術は、例えば、特許文献３（特開平11-217615号公報）には、ブリケット成形体や押出し成形体を回転炉床式還元炉の炉内に供給する方法が記載されている。これらの方法は、湿潤状態の成形体でも爆裂しない方法が示されているが、やなりこの技術でも粉の発生には問題があった。また、これらの成形体は、ペレットよりも柔らかいことから、搬送中の粉発生が多い欠点があった。

また、これらの成形体は、備蓄が難しい欠点もあった。特許文献４（特開2002-206119号公報）や特許文献５（特開2002-206120号公報）に記載されているように、生ペレットは落下強度や耐圧潰強度が小さいことから、備蓄槽に入れたり、大型ショベル車でのハンドリングを行ったりする際に、破壊される問題があった。従って、生ペレットは備蓄しないようにハンドリングされることが一般的であった。また、ブリケット成形体や押出し成形体は、更に強度が小さく、ハンドリング中の粉発生に細心の注意を払う必要があり、とても備蓄できる強度を実現できない問題があった。

以上に説明したように、従来技術によって製造された成形体には、粉化が起きることと、備蓄が難しい問題があった。この結果、成形体を事前に製造して備蓄しておき、回転炉床式還元炉の生産性を高められる際に、これを炉内に供給することにより、高生産性を維持する方法を採用できなかった。従って、これらの問題を解決して、回転炉床式還元炉の生産性を高めるための新しい技術が求められていた。
特開平11-241125号公報 特開平11-193423号公報 特開平11-217615号公報 特開2002-206119号公報 特開2002-206120号公報

本発明は、以上の技術的な課題を解決するためのものであり、その詳細は（１）〜（５）に記載される通りである。

（１）回転炉床式還元炉で、酸化金属と炭素の混合物である成形体を加熱して、酸化金属を還元する方法において、成形体の製造方法を以下に記載されるように行う。まず、粉鉱石や製鉄ダストのように、酸化鉄や酸化ニッケルなどを多く含む粉体などの酸化金属含有粒子と、コークスや粉炭のような炭素含有粒子を含む粉体を混合する。これに、水にカルシウムイオン等を溶け出させて、成形体内部にカルシウムイオンを含む水和物を形成する添加物を加える。ここで、この添加物としては、酸化カルシウム、酸化珪素、及び酸化アルミニウムを含有する鉱物組成やガラス質の粉体が良い。この混合物の水分を８質量％以上、また、望ましくは１５質量％以下、として、成形装置に供給する。供給装置は、ペレット製造装置やブリケット製造装置が良い。ここで製造された成形体を備蓄する。備蓄中に、成形体内部にカルシウムイオンを含む水和物を形成されて、成形体の強度を高める。その後に、付着水分を０．１〜２質量％に乾燥して、回転炉床式還元炉の炉内に供給して加熱還元することにより、酸化金属を還元する。

（２）前記（１）の方法において、気孔率が２４〜３５％の成形体を製造して、当該成形体を備蓄、乾燥後に、付着水分は０．１〜２質量％である当該成形体を雰囲気温度が９００〜１１５０℃の回転炉床式還元炉の炉内に供給して、加熱還元することにより、回転炉床式還元炉の炉内で酸化金属を還元する。

（３）前出（１）又は（２）の方法であって、成形体の備蓄時に、水和物による結合効果により、成形体強度が１ＭＰａ以上の強度となった時点で、乾燥を開始する方法である。

（４）前出（１）〜（３）のいずれかの方法であって、カルシウムイオンを含む水和物を形成する添加物として、酸化珪素、酸化カルシウム、及び酸化アルミニウムの全ての成分を含み、また、場合によっては酸化マグネシウムを含むこともある、粉体を使用する。この粉体の化学成分の条件として、酸化珪素の質量に対する酸化カルシウム、酸化アルミニウム、及び酸化マグネシウムの合計質量の比（（酸化カルシウム質量％＋酸化アルミニウム質量％＋酸化マグネシウム質量％）／（酸化珪素質量％））が１．６以上の粉体を使用する。

（５）前出（４）の方法であって、カルシウムイオンを含む水和物を形成する添加物の添加率を３〜１０質量％の範囲とする。

本発明の回転炉床法による還元炉の操業方法を用いれば、酸化金属を含有する強度の高い原料ペレットを製造して、このペレットを備蓄しても、これを壊すことなく、還元炉に供給することができる。従って、この成形体を焼成還元することにより、安定した操業ができる。その結果、回転炉床法での原料ペレットの粒の比率が高く、かつ、還元製品も還元率が高い、更に、燃料消費量が低減するなどの安定的かつ経済的な操業を行える。

本発明の操業方法を行う回転炉床式の還元プロセス全体略図を図１に示す。この設備は、主として、複数の原料備蓄ビン１、固化剤備蓄ビン３、混合装置５、パン式成形装置８、備蓄養生ヤード１０、篩装置１４、ペレット乾燥装置１６、および、回転炉床炉１７からなるものである。なお、本明細書では、ボールミル式の混合装置５と廃熱回収の熱風式のペレット乾燥装置１６を設置した。

原料である酸化金属や炭素を含む粉体は、造粒性能、還元のための化学成分、その他要求される特性をコントロールするために、粒度分布を広く取ることが行われている。例えば、酸化鉄を製造する方法においては、比較的粗い酸化鉄、細かい酸化鉄、および、粗いコークス粉の３種類以上の粉体を用いることが一般的である。以下、酸化鉄を例にして、本発明の方法を説明する。例えば、ペレットフィードと呼ばれる粉鉄鉱石は、回転炉床式還元炉には、やや粗い粒子で酸化鉄を多く含む。また、転炉ダストは、細かい粒子で酸化鉄を多く含む。高炉ガスダストは、比較的粗粒子であり、酸化鉄と炭素を含む。粉コークスは、粗い粒子で、炭素を多く含む。図１の設備の例では、この４種類を原料として、各々を単独で原料備蓄ビン１に入れる。

複数の原料備蓄ビン１から、混合比率を決めて、複数の原料を第一原料コンベア２の上に切り出す。そのためには、原料備蓄ビン１の粉体切出し装置は可変の定量切り出し機能を有することが必要である。粒径、化学成分、および、含有水分を主な調整項目として、混合比率を決める。この混合物を第二原料コンベア３に移し、これに、固化剤備蓄ビン３の内の本発明で用いる水和物を形成する粉体（以下、固化剤と称する）を加える。固化剤は、水と共存している状態で、カルシウムイオンを放出するものが良い。カルシウムシリケート、ダイカルシウムシリケートのような酸化カルシウムと他の酸化物が混合した鉱物組成を含むものや、酸化カルシウムと酸化珪素を多く含むガラス質のものが良い。また、これらの組成に酸化アルミニウムを添加してある物質であれば、更に、良好な効果が上がる。従って、固化剤の組成としては、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化珪素を含む鉱物相からなるのも、又は、ガラス質のものが良い。また、酸化マグネシウムや酸化鉄を含むことも良い効果がある。

なお、原料混合物の水分は、造粒に適正な水分よりも低めになるように設定する。第二原料コンベア４の上に乗せられた原料の水分比率が、混合装置５での適正水分比率以下である場合には、混合原料コンベア６の上の混合原料に、加水装置７にて水分を加える。原料の混合比率は、粒径と化学成分を第一優先条件として行うため、必ずしも、混合物の水分が混合装置５に適正な範囲とは限らない。また、原料の水分は、天候やその他の条件により変動する。したがって、この位置での水分調整は非常に重要である。

混合装置５で、原料粉体と添加物を均一に混合する。この時に、粉体を軽度に破砕すると、造粒工程でのペレットの生産が安定し、ペレット強度が向上することから、ボールミルなどの破砕機能を持つ混練装置が望ましい。混合装置５は、その機種とサイズにおいて適正な粉体水分がある。ボールミルの場合は、水分が約６〜９％の範囲であることが望ましい。混練を終わった原料粉体は、パン式成形装置８に送られる。造粒時の水分は、８〜１５質量％とする。ここでは、直径が２〜６ｍの約４５度に傾斜した中華鍋型のパンで、粉体を転動して、生成核の周りに、粉をまぶすことにより、数ｍｍ〜３０ｍｍ程度の球形のペレットを製造する。水分が８質量％以下の場合は、ペレットの水分が少なすぎて、表面の粉体が剥げ易く、製造後直ちに、粉が発生することから、このような低水分の製造条件は望ましくない。また、一方、水分が１５質量％以上の場合は、ペレットが柔らかくなりすぎて、搬送中に、互いに固着する問題が生ずる。従って、これ以上の高水分の操業条件は望ましくない。

適正な粒度分布の原料を用いて、成形体（この場合は、ペレット）の気孔率を適切な範囲とする。気孔率が低すぎる場合は、製造したであり、水和物による固化が起きていない段階では、ペレットの強度が低く、このままでは、搬送時に崩壊したり、相互に固着する問題が起きる。また、ペレット内に水和物が形成されて強度が増加する際にも、高気孔率の場合は、ペレット強度増加が少ない問題が起きる。従って、ペレットの気孔率を３５％以下とする必要がある。気孔率を制御するためには、原料粉体の粒度分布を変える、水分含有率を変える、造粒装置であるパン式成形装置８の角度を変化させるなどの方法を用いる。また、一方、気孔率が低すぎると、後で述べる乾燥工程でのペレットの粉化等の問題が起きることから、適正な気孔率には下限値もある。低気孔率の場合は、乾燥時の水蒸気の抜けが悪いため、炉内供給前の乾燥時に、ペレット内部に圧力が立ち、この結果、ペレットから粉が発生する問題が起きる。本発明者らの実験では、通常の乾燥温度である１５０℃前後において、ペレット気孔率が２４％以下の場合は、ペレット表面から粉が発生することを解明した。従って、ペレット気孔率は２４〜３５％の範囲が良い。

なお、図１では、パン式成形装置の例を示したが、気孔率が２４〜３５％の範囲にすることができれば、ブリケット式造粒装置や押出し式造粒装置を用いて、成形体を製造することでも良い。ブリケット式造粒装置は、粉体を一対の凹状の型が付いているローラーで押し付けて、成形する装置である。本発明において、水和物生成前及び後の強度が高いブリケットを製造するためには、粒度分布が適正な粉体に、有機物（コーンスターチ等）や粘土質のバインダーを加えると良い。この粉体とバインダーの混合物に、固化剤を加える。これらをよく混合した後、ブリケット成形装置で成形して、成形体を製造する。また、押出し式造粒では、粉体押し込み装置と貫通ノズルが設置してある金属製の板からなる装置を用いる。水分を含んだ状態の粉体を貫通ノズルから押し出して、成形体を製造する。本発明者らが行った実験において、ブリケットでは、細かい粒子と粗い粒子を適切な比率で混合して、これに水分を８〜１３質量％の範囲で添加して成形することで、ペレットと同様の成績が出た。また、押出し式成形装置では、当該装置ではかなり低水分である１５質量％以下の水分で処理することにより、ペレットと同様の成績が得られた。

以上の方法で製造したペレットを、生ペレットコンベア９を用いて、備蓄ヤード１０に払い出して、１日から数日間保管する。この間に、ペレット１１の内部の固化剤から、カルシウムイオン等が水分中に溶け出して、それが単独又は他の金属イオンと複合水和物を形成する。この結果、カルシウム水和物、カルシウム・アルミニウム水和物などが形成される。これが、ペレットの粉体表面を覆うことにより、粉体粒子同士を結合させる。この効果により、備蓄ヤード１０に保管中に、ペレット強度が向上する。本発明者らが行った実験では、成形体１平方センチメートルあたり約１０ｋｇｆの圧潰力に耐える必要があることが判明した。これは、備蓄ヤード１０からの積み込み、ベルトコンベア等での搬送、乾燥後の強度低下等の影響があるからである。この強度をＳＩ単位系で表せば、１メガパスカル（ＭＰａ）である。これ以下の強度であれば、搬送中に粉が多量に発生する。高強度であれば良いが、必ずしも５ＭＰａ以上である必要はない。

強度の高い水和物を早急に形成するためには、固化剤が酸化カルシウムを多く含むと良い。また、酸化アルミニウムも水和に寄与するため、酸化アルミニウムの比率も高いほうが良い。本発明の固化剤に適切な成分としては、アルカリ性酸化物である酸化カルシウムと酸化アルミニウムの合計質量と酸性酸化物である酸化珪素の質量の比率を適正な範囲であることが重要である。（酸化カルシウム質量％＋酸化アルミニウム質量％）／（酸化珪素質量％）（以降、これを塩基度と称する）が、１．６以上のものが良い。塩基度が１．６未満の場合は、カルシウム溶出が少なすぎて、経済的に意味のある数日単位では成形体の強度が発現しなくなる。塩基度は、高いほうが成形体の強度発現が早いので、塩基度は１．７〜２．７であることが更に望ましい。この条件では、３日程度で十分な強度発現がある。ただし、最終的な強度は、やはり高塩基度の方が高いが、塩基度に大きく影響されない。また、塩基度が２．７以上であっても良いが、この条件では、塩基度が高くとも、カルシウムイオンやアルミニウムイオンの溶出が促進されないことから、これ以上の高塩基度はあまり意味がない。なお、固化剤に酸化マグネシウムが含有されている場合は、（酸化カルシウム質量％＋酸化アルミニウム質量％＋酸化マグネシウム質量％）／（酸化珪素質量％）を塩基度として評価する。固化剤の粒子径は小さい方が良い。必要な微粒度をブレーン値（平方メートル／グラム）で表せば、２０００ブレーン以上であることが良く、２５００ブレーン以上であれば、更に良い。

備蓄養生期間は、１〜１０日程度が良い。これ以上であると、備蓄ヤードが過大になるためである。また、本発明に使用する固化剤であれば、７日程度で強度発現するため、１０日以上の備蓄は操業管理上の意味はない。固化剤の混合比率は、２〜１０質量％の範囲が良い。２質量％以上であれば、７日以内に十分な強度である１ＭＰａ以上となる。また、１０質量％の混合比率であれば、本発明の良好な条件である塩基度が１．６以上の固化剤を使用した場合は、備蓄後のハンドリング等に十分に耐えられる強度よりもかなり高い強度となるため、これ以上の添加は経済的に無意味である。なお、一般に塩基度が高いほど添加比率が少なくとも良い。

備蓄ヤード１０で養生した後に、ショベル車１２を用いて、搬送装置（固化ペレットコンベア１３）に載せて、篩装置１４に供給する。ショベル車１２の代わりに、掻き取り装置等を用いても良い。ここでオーバーサイズとアンダーサイズを取り除く。ペレットの直径は８から２５ｍｍの範囲が良い。この後に、分級後コンベア１５を用いて、ペレット乾燥装置１６に供給する。ペレット乾燥装置１６では、ペレットの付着水分を０．１〜２質量％にまで乾燥する。ここで付着水分とは、１００℃での水分蒸発量の測定で求められる水分量である。ペレットの含有水分には、付着水分以外に、結合水分がある。この結合水分とは、カルシウム水和物等の水酸化物の水分である。水分を０．１質量％以下とすると、この結合水分も減少して、水和物の一部が崩壊してしまい、水和物による結合が弱まり、乾燥後のペレット強度が低下する。乾燥のためのペレット乾燥装置１６の内部雰囲気温度は、１６０℃以下が望ましい。これも水和物に影響させないための対応である。一方、付着水分が２質量％以上では、回転炉床式還元炉１７の炉床上で爆裂が起きることから、これ以上の水分が含有されることは操業上の問題が起きる。この工程までの処理については、物理的な処理であることから、酸化鉄のみで実施されるものではなく、酸化ニッケル、酸化マンガン等の金属酸化物の粉体を処理することにも応用が可能である。

乾燥されたペレットは、回転炉床式還元炉１７の炉床上に供給される。この時の炉内の雰囲気温度は７００〜１１５０℃である。１１５０℃以上の温度では、成形体内の水和物中の水分が蒸発して、成形体内で水蒸気圧が高まり、爆裂を起こすためである。また、７００℃以下では、ガスや炉壁からの輻射熱が大幅に低下することから、回転炉床式還元炉１７の生産性が低下するためである。炉内の成形体は急速に加熱されて、１０００℃程度となった時点から、ペレット内の酸化金属が炭素と反応して、還元反応を起こす。直径が１５ｍｍ程度のペレットを還元するためには、約１０分間程度で反応が終了して、金属が生成する。酸化鉄を還元する場合は、１０分間の反応により、金属化率が７０〜９０％のペレットができる。反応が完了したペレットは、スクリュー式排出装置で炉外に排出される。排出されたペレットは、冷却されて還元鉄製品として溶解炉の原料となる。

図１に示す回転炉式還元炉の設備を使用して、酸化鉄の還元を行った。設備の能力は、処理量が毎時２３トンのものであった。また、オフライン試験装置のブリケット式成形装置と押し出し成形装置を用いた操業も行った。原料は、ペレットフィードと呼ばれる粉鉄鉱石、細かい粒子で酸化鉄を多く含む転炉ダスト、高炉ガスに含まれていた酸化鉄と炭素の粉体を含むダスト、及びコークス粉であった。各々の原料の化学組成と平均粒子径を表１に示す。固化剤は、高炉スラグ微粉末、酸化珪素・酸化カルシウム・酸化アルミニウムの混合物を焼結させたものの粉体、及びポルトランドセメントの３種類を用いた。これらの化学組成と粉末度（ブレーン値）を表２に示す。本発明の条件での操業を６回行った。Ａ−１、Ａ−２、及びＡ−３は、ペレットの実施例であり、Ｂ−１、及びＢ−２は、ブリケットの実施例であり、また、Ｃ−１は押し出し成形の実施例である。原料配合、固化剤の種類及び添加比率、成形体の物性等は、表３に記載されている。ペレット乾燥装置１６の内部の雰囲気温度は１２５〜１５０℃であった。回転炉床式還元炉１７の操業条件は、成形体供給部の炉内雰囲気温度で８００〜１１００℃、炉内の還元帯の温度で１２５０〜１３２０℃であり、処理時間は１２分間であった。処理量は、毎時２２トンであった。

Ａ−１においては、水分が１０．５％で、気孔率が２６％のペレットが製造できた。成形直後の成形体の圧潰強度は、０．２８ＭＰａであった。この強度であれば、備蓄ヤードで養生しても、相互に固着しなかった。養生期間は４日間取った。この間に、５．５％混合した固化剤である高炉スラグ微粉末の固化効果で、成形体の圧潰強度は２．４ＭＰａとなっていた。この成形体をペレット乾燥機にて、付着水分が０．４質量％まで乾燥した。この成形体を９５０℃の炉内部分に供給した。この結果、成形後の総合的な粉発生率は５％と非常に良好な結果が得られた。また、還元製品も金属化率が７５％と反応も良好であった。

Ａ−２では、水分が１２．８％で、気孔率が２９％のペレットが製造できた。製造直後の成形体の圧潰強度は、０．２ＭＰａであった。備蓄ヤードで養生しても、相互に固着しなかった。養生期間は１．５日間取った。固化剤である酸化カルシウム・酸化珪素・酸化アルミニウムの混合焼成物の粉体の固化効果で、成形体の圧潰強度は１．９ＭＰａとなっていた。塩基度が２．１５と高い固化剤であったために、養生期間が短くとも高強度となった。この成形体をペレット乾燥機にて、付着水分が０．５質量％まで乾燥した。この成形体を１０００℃の炉内部分に供給した。この結果、成形後の総合的な粉発生率は６％と非常に良好な結果が得られた。また、還元製品も金属化率が８３％と反応も良好であった。

Ａ−３では、水分が１４．１％で、気孔率が３３％のペレットが製造できた。製造直後の成形体の圧潰強度は、０．１６ＭＰａであった。備蓄ヤードで養生している間に、一部が相互に固着していたが、問題はなかった。養生期間は３日間取った。固化剤であるポルトランドセメントの固化効果で、成形体の圧潰強度は１．９ＭＰａとなっていた。この成形体をペレット乾燥機にて、付着水分が１．４質量％まで乾燥した。この成形体を９００℃の炉内部分に供給した。この結果、成形後の乾燥までの粉発生率は２％と非常に良好であったが、乾燥後の水分がやや高かったため、炉内での粉発生率は６％とやや高かった。還元製品も金属化率が７２％であった。

Ｂ−１では、水分が８．３％で、気孔率が３０％のブリケットが製造できた。適切なバインダーを使用したことから、製造直後の成形体の圧潰強度は、０．３２ＭＰａであった。備蓄ヤードで養生している間に、相互に固着してなかった。養生期間は３日間取った。固化剤であるポルトランドセメントの固化効果で、成形体の圧潰強度は１．７ＭＰａとなっていた。この成形体をペレット乾燥機にて、付着水分が１．０質量％まで乾燥した。この成形体を９００℃の炉内部分に供給した。この結果、成形後の乾燥までの粉発生率は５％であったが、乾燥後の水分がやや高かったため、炉内での粉発生率は５％とやや高かった。還元製品も金属化率が７５％であった。ブリケットは、造地直後の成形体の圧潰強度が高くとも、固化剤での強度発現までの粉発生がやや多い傾向にある。

Ｂ−２では、水分が１０．２％で、気孔率が３２％のブリケットが製造できた。製造直後の成形体の圧潰強度は、０．２９ＭＰａであった。備蓄ヤードで養生している間に、相互に固着してなかった。養生期間は３日間取った。固化剤であるポルトランドセメントの固化効果で、成形体の圧潰強度は１．４ＭＰａとなっていた。この成形体をペレット乾燥機にて、付着水分が０．６質量％まで乾燥した。この成形体を９００℃の炉内部分に供給した。この結果、成形後の乾燥までの粉発生率は６％であったが、乾燥後の水分がやや高かったため、炉内での粉発生率は３％であった。還元製品も金属化率が７３％であった。

Ｃ−１では、水分が１４．２％で、気孔率が３５％の押し出し成形体が製造できた。製造地直後の成形体の圧潰強度は、０．１３ＭＰａであった。備蓄ヤードで養生している間に、一部が相互に固着したが、大きな問題にならなかった。養生期間は４日間取った。固化剤であるポルトランドセメントの固化効果で、成形体の圧潰強度は１．２ＭＰａとなっていた。この成形体をペレット乾燥機にて、付着水分が１．６質量％まで乾燥した。この成形体を９００℃の炉内部分に供給した。この結果、成形後の乾燥までの粉発生率は４％であったが、乾燥後の水分がやや高かったが、気孔率が高く、成形体内の水蒸気抜けが良好であったため、炉内での粉発生率は２％と低位であった。還元製品も金属化率が７５％であった。

以上の実施例では、原料の成形工程と回転炉床式還元炉とが、備蓄ヤードを経由して結合されている。このことから、成形工程の生産性（t／ｈ）が変動する場合も、回転炉床式還元炉の生産性の変動が少なくなり、回転炉床式還元炉の燃料消費量が少なくなる、また、還元製品の金属化率などの製品品質バラツキが小さくなる効果があった。特に、成形工程の生産性の変動が大きいペレット製造方法での改善効果が大きかった。また、ペレットは気孔率が低く、緻密であることから、固化剤の添加量が少なくとも良いなどの特徴もあり、本発明の効果は、ペレットを用いる場合が最も大きかった。

本発明の回転炉床法による還元炉の操業方法を用いれば、酸化金属を含有する強度の高い原料ペレットを製造して、このペレットを備蓄しても、これを壊すことなく、還元炉に供給することができる。従って、この成形体を焼成還元することにより、安定した操業ができる。その結果、回転炉床法での原料ペレットの粒の比率が高く、かつ、還元製品も還元率が高い、更に、燃料消費量が低減するなどの安定的かつ経済的な操業を行えるので極めて有用である。

本発明を実施する回転炉床式還元設備の全体フロー図であり、原料準備工程から還元工程の全工程を示すものである。

符号の説明

１ 原料備蓄ビン
２ 第一原料コンベア
３ 固化剤備蓄ビン
４ 第二原料コンベア
５ 混合装置
６ 混合原料コンベア
７ 加水装置
８ パン式成形装置
９ 生ペレットコンベア
１０ 備蓄ヤード
１１ 生ペレット
１２ ショベル車
１３ 固化ペレットコンベア
１４ 篩装置
１５ 分級後コンベア
１６ ペレット乾燥装置
１７ 回転炉床式還元炉

Claims (5)

1. 回転炉床式還元炉で、酸化金属と炭素の混合物である成形体を加熱して、酸化金属を還元する方法において、酸化金属含有粒子と炭素含有粒子を含む粉体の混合物に、カルシウムイオンを含む水和物を形成する添加物を加えて、当該混合物の水分を８質量％以上として成形した成形体を備蓄した後に、付着水分を０．１〜２質量％に乾燥して、炉内に供給して加熱還元することを特徴とする回転炉床式還元炉での酸化金属の還元方法。
2. 気孔率が２４〜３５％の成形体を製造して、当該成形体を備蓄、乾燥後に、当該成形体を雰囲気温度が７００〜１１５０℃の回転炉床式還元炉の炉内に供給して、加熱還元することを特徴とする請求項１記載の回転炉床式還元炉での酸化金属の還元方法。
3. 備蓄時に、水和物による結合効果により、成形体強度が１メガパスカル以上の圧潰強度となった時点で、乾燥することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転炉床式還元炉での酸化金属の還元方法。
4. カルシウムイオンを含む水和物を形成する添加物として、酸化珪素、酸化カルシウム、及び酸化アルミニウムの全ての成分を含み、また、場合によっては酸化マグネシウムを含み、かつ、この場合は酸化アルミニウム、及び酸化マグネシウムの合計質量の比が１．６以上の粉体を使用することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の回転炉床式還元炉での酸化金属の還元方法。
5. カルシウムイオンを含む水和物を形成する添加物の添加率を２〜１０質量％の範囲とすることを特徴とする請求項４記載の回転炉床式還元炉での酸化金属の還元方法。

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