JP2007291452A - 溶鉄製造方法および溶鉄製造装置 - Google Patents

溶鉄製造方法および溶鉄製造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】移動炉床式還元炉と鉄浴式溶解炉とを組み合わせてなり、鉄浴式溶解炉に燃料として供給する炭材の一部または全部を回転炉床炉の炉床上に床敷炭材として供給するようにした溶鉄製造プロセスにおいて、鉄浴式溶解炉への装入時に床敷炭材が鉄浴式溶解炉からの排ガス中に散逸することを抑制することにより、プロセス全体における炭材の歩留を改善し、燃料原単位をさらに低減しうる溶鉄の製造方法を提供する。
【解決手段】回転炉床炉１４の炉床上に、平均粒径が１〜５ｍｍの床敷炭材Ｈと、粉状鉄鉱石Ａと粉状石炭Ｂとを含む炭材内装ペレットＤとをその順に層状に装入し、回転炉床炉１４内で前記炉床を移動させて炭材内装ペレットＤを加熱還元して固体還元鉄Ｆとなすとともに、床敷炭材Ｈを加熱乾留してチャーＧとなす。ついで、これら固体還元鉄ＦとチャーＧを実質的に冷却することなく、鉄浴式溶解炉１６に連続的に装入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶鉄の製造方法およびその製造装置に関し、詳しくは、移動炉床式還元炉と鉄浴式溶解炉とを組み合わせてなる溶鉄製造プロセスにて、鉄鉱石などの酸化鉄源を石炭などの炭素質還元剤とともに加熱還元し、鉄分純度の高い溶鉄を効率よく製造し得るように改善された方法に関する。
カネコらは、回転炉床炉（移動炉床式還元炉）と精錬用還元容器（鉄浴式溶解炉）を連結した溶鉄製造プロセスにおいて、微粉鉱石（粉状酸化鉄源）と微粉炭素質材料（粉状炭素質還元剤）とを団塊にした成形体（炭材内装塊成化物）を回転炉床炉で予備還元し、この予備還元した成形体（固体還元鉄）を溶融金属浴を生成させた精錬用還元容器（鉄浴式溶解炉）内へチャージ・シュート等によって連続的に装入し、燃料および還元剤として供給される微粉炭素材料（炭材）を過剰の酸素で燃焼させて二次燃焼させつつ、前記予備還元した成形体を精錬および還元して鉄溶湯を得るとともに、精錬用還元容器からの高温の排ガスを回転炉床炉に導入して有効利用する、いわゆる溶融還元法による溶鉄の製造方法を提案した（特許文献１参照）。
しかしながら、上記溶融還元法では、精錬用還元容器からの排ガス中に多量のダストが含まれ回転炉床炉の炉壁等へ付着・堆積すること、精錬用還元容器の熱変動に伴い前記排ガスのカロリ等が変動し製品鉄の純度が不安定化しやすいこと、前記排ガス中のダストへの高ＦｅＯスラグの混入により炉床耐火物が溶損するおそれがあること等、多くの問題点が未解決のまま残されており実用化に至っていない。
これに対し、本発明者らは、回転炉床炉（移動炉床式還元炉）と溶解炉（鉄浴式溶解炉）を連結した溶鉄製造プロセスにおいて、酸化鉄と炭素質還元剤を含む成形体を回転炉床炉で加熱還元して金属化率６０％以上の固体還元鉄とした後、この固体還元鉄を溶解炉へ送り、燃料として供給される炭材を酸素で燃焼させて該溶解炉内における二次燃焼率を４０％以下に制御しつつ、前記固体還元鉄を溶解させて鉄溶湯を得る溶鉄の製造方法を開発した。そして、溶解炉に燃料として供給する炭材の一部または全部を回転炉床炉の炉床上に床敷炭材として供給することにより、プロセス全体の熱効率等を改善し得ることを示唆した（特許文献２参照）。
この方法により、炉床耐火物の溶損を可及的に抑制し、鉄分純度の高い溶鉄を生産性良く製造し得るようになった。しかしながら、回転炉床炉内で乾留されてより軽量化した床敷炭材（チャー）を、通常行うように、溶解炉にその上方から落とし込みにより連続的に装入すると、その一部が溶湯表面に到達する前に溶解炉上部の空間部（フリースペース）に飛散し、溶解炉からの排ガス中に散逸して、炭材の歩留が低下する問題があり、改善の余地があった。
いっぽう、本出願人は、回転炉床炉の炉床上に粉粒状の雰囲気調整用の床敷炭材を敷いたのち、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む原料を供給し、炉内で加熱し、還元・溶融して金属鉄を製造するプロセスにおいて、回転炉床炉から排出された床敷炭材を回転炉床炉にリサイクルして使用することにより、粉粒状の床敷炭材が煎餅状に固結する現象を防止する方法を提案した（特許文献３参照）。
しかしながら、上記プロセスは溶解炉を有せず、回転炉床炉のみで金属鉄を製造するプロセスであり、床敷炭材が溶解炉からの排ガス中に飛散する問題はもともと存在せず、回転炉床炉と溶解炉を組み合わせた溶鉄製造プロセスにそのまま適用できるものではない。
特公平３−６０８８３号公報（特許請求の範囲、図２など） 特開２００４−１７６１７０号公報（特許請求の範囲、［００３９］〜［００４２］） 特開２００３−２１３３１２号公報（特許請求の範囲、図１など）
そこで、本発明は、移動炉床式還元炉と鉄浴式溶解炉とを組み合わせてなり、鉄浴式溶解炉に燃料として供給する炭材の一部または全部を回転炉床炉の炉床上に床敷炭材として供給するようにした溶鉄製造プロセスにおいて、鉄浴式溶解炉への装入時に床敷炭材が鉄浴式溶解炉からの排ガス中に散逸することを抑制することにより、プロセス全体における炭材の歩留を改善し、燃料原単位をさらに低減しうる溶鉄の製造方法を提供することを目的とする。
請求項１に記載の発明は、移動炉床式還元炉と鉄浴式溶解炉とを組み合わせて溶鉄を製造する方法であって、下記（１）〜（５）の工程を備えたことを特徴とする溶鉄製造方法である。
（１）前記移動炉床式還元炉の炉床上に平均粒径が１〜５ｍｍの床敷炭材を装入し、この床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する還元炉装入工程
（２）前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させて前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす還元工程
（３）前記固体還元鉄およびチャーを実質的に冷却することなく前記鉄浴式溶解炉にその上方から連続的に装入する溶解炉装入工程
（４）前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす溶解工程。
請求項２に記載の発明は、移動炉床式還元炉と鉄浴式溶解炉とを組み合わせて溶鉄を製造する方法であって、下記（１）〜（５）の工程を備えたことを特徴とする溶鉄製造方法である。
（１）前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入し、この床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する還元炉装入工程
（２）前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させて前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす還元工程
（３）前記固体還元鉄およびチャーを実質的に冷却することなく平均粒径１ｍｍ以上の粗粒部分とそれ以外の細粒部分とに分級する分級工程
（４）前記粗粒部分のみを前記鉄浴式溶解炉にその上方から連続的に装入する溶解炉装入工程
（５）前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす溶解工程。
請求項３に記載の発明は、移動炉床式還元炉と鉄浴式溶解炉とを組み合わせて溶鉄を製造する方法であって、下記（１）〜（５）の工程を備えたことを特徴とする溶鉄製造方法である。
（１）前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入し、この床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する還元炉装入工程
（２）前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させて前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす還元工程
（３）前記固体還元鉄およびチャーを実質的に冷却することなく熱間成形して塊成化物となす塊成化工程
（４）前記塊成化物を前記鉄浴式溶解炉にその上方から連続的に装入する溶解炉装入工程
（５）前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす溶解工程。
請求項４に記載の発明は、前記酸素含有ガスを吹き込むランスを複数本備え、その一部のランスからの吹込み量を他のランスより少なくする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶鉄製造方法である。
請求項５に記載の発明は、移動炉床式還元炉と鉄浴式溶解炉とを組み合わせてなる溶鉄製造装置であって、下記（１）〜（６）の手段を備えたことを特徴とする溶鉄製造装置である。
（１）前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入する床敷装入手段
（２）前記床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する原料装入手段
（３）前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させる間に、前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす加熱手段
（４）前記固体還元鉄およびチャーを実質的に冷却することなく平均粒径１ｍｍ以上の粗粒部分とそれ以外の細粒部分とに分級する分級手段
（５）前記粗粒部分のみを前記鉄浴式溶解炉にその上方から連続的に装入する溶解炉装入手段
（６）前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす酸素吹込み手段。
請求項６に記載の発明は、移動炉床式還元炉と鉄浴式溶解炉とを組み合わせてなる溶鉄製造装置であって、下記（１）〜（６）の手段を備えたことを特徴とする溶鉄製造装置である。
（１）前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入する床敷装入手段
（２）前記床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する原料装入手段
（３）前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させる間に、前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす加熱手段
（４）前記固体還元鉄およびチャーを実質的に冷却することなく熱間成形して塊成化物となす塊成化手段
（５）前記塊成化物を前記鉄浴式溶解炉にその上方から連続的に装入する溶解炉装入手段
（６）前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす酸素吹込み手段。
請求項７に記載の発明は、前記塊成化手段が、ブリケットマシンまたはコンパクトマシンである請求項６に記載の溶鉄製造装置である。
請求項８に記載の発明は、前記鉄浴式溶解炉の天井部であって、前記チャーの装入部と前記鉄浴式溶解炉からの排ガスの排出部との間に、前記チャーの排ガス中への散逸を抑制する邪魔板を備えた、請求項５〜７のいずれか１項に記載の溶鉄製造装置である。
請求項９に記載の発明は、前記チャーの装入部に、前記チャーを前記鉄浴式溶解炉内の溶湯表面に案内する案内手段を備えた、請求項５〜７のいずれか１項に記載の溶鉄製造装置である。
上記本発明によれば、飛散しやすいチャー（床敷炭材）の平均粒径を１ｍｍ以上に制限し、または、飛散しやすいチャーを固体還元鉄とともに塊成化したことにより、鉄浴溶解炉にその上方から連続的に装入しても、その排ガス中への炭材の散逸量を大幅に低減でき、プロセス全体における炭材の歩留を改善できる。
さらに、床敷炭材を用いたことによって炉床がより確実に保護されて炉床剥離などのトラブルが回避され、より長期的な移動炉床式還元炉の連続操業が可能となる。
また、床敷炭材が移動炉床式還元炉内で加熱されて脱揮された揮発分は、鉄浴式溶解炉の排ガスの少なくとも一部とともに、移動炉床式還元炉の燃料として有効に利用され、移動炉床式還元炉の燃料消費量を低減できる。
さらに、脱揮後のチャーは揮発分を含まないので、鉄浴式溶解炉内での揮発分の燃焼による耐火物損傷が防止され、鉄浴式溶解炉の耐火物寿命が延長される。
また、床敷炭材を用いたことにより、移動炉床式還元炉内における固体還元鉄の再酸化が防止されて高い金属化率が達成され、鉄浴式溶解炉における炭材消費量が大幅に減少する。
以上の効果があいまって、移動炉床式還元炉および鉄浴式溶解炉の操業をより安定化しつつ、燃料原単位のさらなる低減がより確実に実現できる。
以下、本発明の一実施形態を示す図面を参照しつつ、本発明をより詳細に説明する。
〔実施形態１〕
図１は、本発明の一実施形態を示す溶鉄製造プロセスのフロー図であり、本溶鉄製造プロセスは、移動炉床式還元炉としての回転炉床炉１４と鉄浴式溶解炉１６とが組み合わされて構成されている。
酸化鉄源としての鉄鉱石ａおよび炭素質還元剤としての石炭ｂを必要に応じて別個に粉砕し、それぞれ粒径１ｍｍ未満程度の粉状とする。得られた粉状酸化鉄源としての粉状鉄鉱石Ａと粉状炭素質還元剤としての粉状石炭Ｂを所定の割合で配合し、必要に応じて適量のバインダや適量の水分を添加し（さらには鉄浴式溶解炉１６で添加する造滓剤としての副原料Ｉの全部または一部をここで添加してもよい）、これらを混合機８で混合したのち、造粒機１１で６〜２０ｍｍ径程度の粒径に造粒して炭材内装塊成化物としての炭材内装ペレットＤとする。なお、石炭（炭素質還元剤）ｂの揮発分は、高すぎると炭材内装ペレットＤが回転炉床炉１４内で加熱された際に爆裂を起こしやすくなるので、３０質量％以下程度とするのが望ましい。
この炭材内装ペレットＤは、回転炉床炉１４内でのバースティング（爆裂）を防止するため、乾燥機１３で水分量１質量％程度以下となるまで乾燥しておくことが好ましい（特開平１１−１９３４２３号公報の特許請求の範囲参照）。
（１）還元炉装入工程
ついで、図２（ａ）に模式的に示すように、回転炉床炉１４の炉床３２上に床敷炭材Ｅとして例えば石炭を所定の厚みになるように装入し、この床敷炭材Ｅの上に炭材内装ペレットＤを２層以下の厚さに載置する。
炉床３２上に床敷炭材Ｅを装入する手段（床敷装入手段）としては、例えば回転炉床１４上に設けた中間ホッパから床敷炭材Ｅを定量的に切り出し、装入パイプを介して炉床３２上に供給し、これを分散スクリュで炉床３２の幅方向に分散させる手段を用いることができる。そして、この床敷炭材Ｅの上に炭材内装ペレットＤを載置する手段（原料装入手段）としては、上記床敷装入手段より炉床３２の移動方向下流側に設けた、上記床敷装入手段と同様の構成である中間ホッパと装入パイプと分散スクリュとからなる手段を用いることができる（特開平１１−２７９６１１号公報、図４参照）。
炉床３２上に装入された床敷炭材Ｅの厚みは１〜１０ｍｍとするのが好ましい。１ｍｍ未満では床敷炭材Ｅの厚みが薄すぎて炉床３２の表面全体を確実に覆うことが困難になることに加え、再酸化防止効果が不十分となるおそれがあるためであり、いっぽう１０ｍｍを超えると炉床３２の表面を介して炭材内装ペレットＤをその下面から加熱する効果が少なくなることに加え、鉄浴式溶解炉１６に装入される炭材量が過剰となり、燃料原単位が上昇するおそれが高いためである。より好ましい床敷炭材Ｅの厚みは２〜５ｍｍである。
床敷炭材Ｅの平均粒径は１〜５ｍｍとする。１ｍｍ未満では回転炉床炉１４装入時および鉄浴式溶解炉１６装入時に飛散しやすくなるので、炭材歩留りが低下するためであり、いっぽう５ｍｍを超えると上記床敷炭材Ｅの厚みの好ましい上限に近づき床敷炭材Ｅを均一な厚さに敷くことが困難となるうえ、炭材粒子間の隙間が大きくなってその隙間に炭材内装ペレットＤが嵌まり込むので、炭材内装ペレットＤを床敷炭材Ｅの層上に均一に敷き詰めることが困難となり、生産性や金属化率の低下を来たすおそれが高まるためである。より好ましい床敷炭材Ｄの平均粒径は２〜４ｍｍである。
なお、石炭ｂを粉砕したのち、所定の粒径（たとえば１ｍｍの篩目）で篩い分けて、その篩下を粉状炭素質還元剤Ｂに、篩上を床敷き炭材Ｅとしてもよい。
床敷炭材Ｅのギーセラ最高流動度ＭＦはｌｏｇＭＦ≦２とするのが好ましい。ｌｏｇＭＦが２を超えると回転炉床炉１４内で加熱された際における炭材粒子の軟化溶融の度合いが過剰となり炉床３２上に付着物が形成されやすくなるためである。より好ましい床敷炭材Ｅのギーセラ最高流動度ＭＦはｌｏｇＭＦ≦１である。
床敷炭材Ｅの揮発分は、乾量基準で１０質量％以上とするのが好ましい。揮発分が少ない無煙炭等の石炭は組織が緻密で見掛け密度が高く、揮発分が少ないにもかかわらずバースティングを起こし粉化しやすいためである。
床敷炭材Ｅの揮発分は、乾量基準で５０質量％以下、さらには４０質量％以下とするのが好ましい。床敷炭材Ｅ中の揮発分は回転炉床炉１４内で加熱されてほぼ完全に脱揮され、回転炉床炉１４内で燃料ガスとして利用できるが、揮発分が多すぎると、回転炉床炉１４内の還元初期段階で、床敷炭材から必要量以上の可燃性ガスが発生し、消費しきれない可燃性ガスが回転炉床炉１４の排ガス中に残存したまま排出されるので、エネルギ効率が低下するためである。また、揮発分が多すぎると、加熱による揮発分の脱揮によって炭材が軽量化し、回転炉床炉１４から排出される際に飛散しやすくなって、炭材の歩留が低下するためである。さらに、床敷炭材Ｅは回転炉床炉１４に装入する前に乾燥しておくのが望ましいが、褐炭のように揮発分が５０質量％程度ないしそれを超える炭材を乾燥させると多孔質となり発火しやすくなるためハンドリングが難しくなるためである。
なお、上記好ましい揮発分量を有する床敷炭材としては、単銘柄である必要はなく、２種類以上の揮発分量の異なる炭材を適宜混合して用いるようにしてもよい。混合する炭材には、別プロセスで熱処理済みのもの、たとえばコークス粉、石油コークスなどを用いてもよい。
（２）還元工程
このようにして炉床３２上に層状に載置された炭材内装ペレットＤと床敷炭材Ｅを、１１００〜１４５０℃、より好ましくは１２５０〜１４５０℃の雰囲気温度に加熱された回転炉床炉１４内を６ｍｉｎ以上、より好ましくは８ｍｉｎ以上の滞留時間で通過させる。
炭材内装ペレットＤと床敷炭材Ｅを加熱する手段（加熱手段）としては、例えば、回転炉床炉１４の側壁上部に設置した複数本のバーナ（図示せず）を用いることができる。
これにより、炭材内装ペレットＤは回転炉床炉１４内で加熱されて、炭材内装ペレットＤ中の酸化鉄が炭素質還元剤で還元されて金属化し、固体還元鉄Ｆとなるが、このようにして得られる固体還元鉄Ｆの金属化率は９２％以上、炭素含有量は１０質量％以下、さらには５質量％以下とするのが推奨される。いっぽう、床敷炭材Ｅは回転炉床炉１４内で加熱されて揮発分が脱揮され（乾留され）チャーＧとなる。脱揮された揮発分は、回転炉床炉１４内で燃焼し、燃料として有効に利用される。
雰囲気温度が１３５０℃以上の場合、炭材内装ペレットＤは還元が終わると炉床上３２で溶解し、鉄分とスラグ成分の分離が生じる。溶解したままでは回転炉床炉１４から排出しにくいので、回転炉床炉１４内で冷却し固化してから排出することになる。この場合の固体還元鉄Ｆは粒鉄と固体スラグの混合物となる。しかしながら、回転炉床炉１４でいったん溶解したものを冷却固化し鉄浴式溶解炉１６で再度溶解することは、プロセス全体の生産性とエネルギ効率の観点からは好ましくない。したがって、プロセス全体の生産性とエネルギ効率をより向上するため、回転炉床炉１４における還元中の雰囲気温度を１３５０℃以上にして回転炉床炉１４での生産性を高めつつ、炭材内装ペレットＤが炉床上で溶解する前に回転炉床炉１４から排出し、鉄浴式溶解炉１６で溶解することが望ましい。
なお、万一炉床３２上で炭材内装ペレットＤが溶解してしまった場合に溶融鉄や溶融スラグが炉床耐火物を損傷させるのを防止するため、図２（ｂ）に示すように、炉床３２と床敷炭材Ｅの間に溶融物の浸透を防ぐ微粒の炭材を含有する炉床保護用炭材Ｐの層を設けることも有効である。
ここで、固体還元鉄Ｆの金属化率を９２％以上、炭素含有量を好ましくは１０質量％以下、より好ましくは５質量％以下としたのは以下の理由による。
まず、金属化率を９２％以上とした理由について述べる。すなわち、固体還元鉄Ｆの金属化率が高くなるほど、鉄浴式溶解炉１６において固体還元鉄Ｆ中に残存する酸化鉄（ＦｅＯなど）を金属化するのに必要な炭素量が少なくてよく、鉄浴式溶解炉１６全体の炭材消費量が低減できるので、金属化率はできるだけ高くするのが望ましい（特許文献２の図２、図３参照）。しかしながら、従来、床敷炭材を用いないで回転炉床炉により炭材内装ペレットを還元すると、固体還元鉄が回転炉床炉内の酸化性雰囲気によって再酸化してしまうため、図３（ａ）に示すように、安定的に９０％以上の金属化率を得ることは非常に困難であった。これに対し、床敷炭材Ｅを用いると、上記酸化性雰囲気中の酸化性ガス成分ＣＯ２およびＨ２Ｏが、床敷炭材Ｅから生じたチャーＧによって、ＣＯ２＋Ｃ→２ＣＯおよびＨ２Ｏ＋Ｃ→Ｈ２＋ＣＯの反応により還元性ガス成分に改質され、固体還元鉄Ｆの再酸化が抑制ないし防止されるので、図３（ｂ）に示すように、９２％以上の金属化率が容易に得られ、操業条件によっては９４％以上の金属化率も達成可能である。よって、固体還元鉄Ｆの金属化率は９２％以上とした。より好ましい固体還元鉄Ｆの金属化率は９４％以上である。
つぎに、炭素含有量を好ましくは１０質量％以下、より好ましくは５質量％以下とした理由について述べる。すなわち、固体還元鉄Ｆ中の炭素含有量が高いほど、鉄浴式溶解炉１６内において、固体還元鉄Ｆ中に残存する酸化鉄（ＦｅＯなど）を金属化するのに必要な炭素量を賄ったうえ、残りの炭素量が、固体還元鉄が溶解されてできた溶鉄への加炭に利用されるので、鉄浴式溶解炉１６における炭材消費量の観点からは炭素含有量は高いほど好ましい。しかしながら、図４に示すように、炭素含有量（残留炭素量）が高くなるほど固体還元鉄Ｆの圧潰強度が低下して、回転炉床炉１４からの排出時や鉄浴式溶解炉への装入時等に粉化されやすくなり、ダストロスが増加するので、鉄歩留および炭素歩留の観点からは炭素含有量は低いほど好ましい。よって、固体還元鉄Ｆの炭素含有量の上限は、圧潰強度が過度に低下しない範囲で、かつ、できるだけ炭素含有量の高い、好ましくは１０質量％以下、より好ましくは５質量％以下とした。なお、固体還元鉄Ｆの炭素含有量の好ましい下限は、金属化率９２％の場合、固体還元鉄Ｆ中に残存する酸化鉄（ＦｅＯなど）を金属化するのに必要な１．５質量％程度である。
なお、炭材内装ペレットＤに内装する粉状炭素質還元剤Ｂとして流動性を有する石炭を使用すると、固体還元鉄Ｆの強度を維持しながら炭素含有量を１０質量％程度まで高めることができる。しかしながら、流動性を有する石炭は、資源的にも豊富とはいえず一般に高価であるため、流動性を有しない石炭を使用し、固体還元鉄Ｆ中の炭素含有量を５質量％以下にする製法を採用するのが望ましい。
このような固体還元鉄Ｆの金属化率および炭素含有量は、炭材内装ペレットＤ中の鉄鉱石（酸化鉄源）ａと石炭（炭素質還元剤）ｂとの配合割合、床敷炭材Ｅの厚みおよび平均粒径、回転炉床炉１４の雰囲気温度、回転炉床炉１４内における炭材内装ペレットＤの滞留時間などを適宜調整することにより得られる。
（３）溶解炉装入工程
このようにして得られた固体還元鉄ＦおよびチャーＧは、例えば以下のような手段（溶解炉装入手段）を用いて、回転炉床炉１４から取り出し、熱いまま（加熱・高温状態のまま）、言い換えると、実質的に冷却することなく鉄浴式溶解炉１６に連続的に装入する。
すなわち、図示を省略するが、回転炉床炉１４の出口部に設けられた排出スクリュにより固体還元鉄ＦおよびチャーＧを一緒に取り出し、装入パイプを介して重力を利用して鉄浴式溶解炉１６に落とし込みにより装入する。なお、固体還元鉄ＦおよびチャーＧは、鉄浴式溶解炉１６の内壁面に触れないように装入するのが好ましい。
なお、造滓剤としての副原料Ｉ、固体還元鉄Ｆ中の炭素含有量とチャーＧのみでは鉄浴式溶解炉１６で必要とされる炭材消費量を賄えない場合に追加される別の炭材（以下、「追加炭材」という。）Ｈなど（以下、「副原料その他の装入物」とよぶ。）は、固体還元鉄ＦおよびチャーＧとは別系統で鉄浴式溶解炉１６に添加する。なお、固体還元鉄ＦおよびチャーＧや副原料その他の装入物は、鉄浴式溶解炉１６の内壁面に接触すると付着したり堆積したりするので、溶解炉１６の内壁面に接触しないように装入するのが好ましい。
このように固体還元鉄ＦおよびチャーＧを熱いまま（加熱・高温状態のまま）、すなわち、実質的に冷却することなく装入することにより、固体顕熱を有効に回収でき、鉄浴式溶解炉１６の炭材消費量を低減できる。
ここで、固体還元鉄ＦおよびチャーＧを実質的に冷却することなく鉄浴式溶解炉１６に装入する温度とは、ホッパ１０６から排出した固体還元鉄ＦおよびチャーＧを鉄浴式溶解炉１６に装入した際、炉内に熱的な負荷をかけることなく装入できる温度のことであり、その温度は５００〜１１００℃である。
また、鉄浴式溶解炉１６に装入する際の固体還元鉄ＦおよびチャーＧの温度は、以下の点からも５００〜１１００℃とするのが好ましい。すなわち、５００℃未満では固体顕熱回収の効果が小さく、いっぽう１１００℃を超えると上記排出スクリュの耐熱性等が問題となり、操業トラブルが発生しやすくなるためである。
また、床敷炭材Ｅの平均粒径を１ｍｍ以上（ただし、５ｍｍ以下）に制限したことにより、この床敷炭材Ｅが乾留されたチャーＧを鉄浴式溶解炉１６内へ連続的に落とし込んでも、その飛散を十分に抑制することができる。なお、床敷炭材Ｅは、上述したように、回転炉床炉１４内で加熱され乾留されても、粉化や溶融、膨張などができるだけ少ないものを選択するのが推奨される。したがって、乾留によりその見掛け比重は小さくなるものの、粒径はほとんど変化しないため、チャーＧの粒度分布および平均粒径は、床敷炭材Ｅの粒度分布および平均粒径と実質的に同じとしてよい。
すなわち、後述の実施例で詳細に説明するが、図７に示すように、チャーＧの粒子はその粒径が０．７５ｍｍ以上では鉄浴溶解炉１６からの発生ガスによる飛散（排ガス中への散逸）がまったく起こらず、０．７５ｍｍ未満でやっと飛散が始まる。したがって、粒径が０．７５ｍｍ未満の飛散しやすい粒子の割合が十分に小さい平均粒径１ｍｍ以上の床敷炭材Ｅを用いることで、鉄浴溶解炉Ｇ内へチャーＧを連続的に落とし込んでも、粒径が０．７５ｍｍ未満の粒子の一部が飛散するだけであるので、チャーＧ全質量に対する飛散する粒子の合計質量の割合（散逸率）を十分に小さくできることとなる。
固体還元鉄Ｆ中の炭素含有量とチャーＧのみでは、鉄浴式溶解炉で必要とされる炭材消費量を賄えない場合は、上述したように、追加炭材Ｈを鉄浴式溶解炉１６に追加装入してもよい。
鉄浴式溶解炉１６に装入する全炭材（ただし、前記固体還元鉄Ｆ中の含有炭素は除く）の平均揮発分は、乾量基準で１５質量％以下とするのが好ましい。追加炭材Ｈを装入する場合には、追加炭材Ｈの揮発分は、この追加炭材Ｈの揮発分とチャーＧの揮発分（通常、ほぼ０質量％）とを加重平均して得た平均揮発分が乾量基準で１５質量％以下となるように、炭種を選定するのが望ましい。平均揮発分が１５質量％を超えると、鉄浴式溶解炉１６内での揮発分の燃焼により気相側温度が過度に上昇し、耐火物損傷のおそれが高まるためである。
（４）溶解工程
鉄浴式溶解炉１６に酸素含有ガスとしての酸素ガスＪを、酸素吹込み手段としての複数本のランスで吹き込み、炭材（チャーＧ、追加炭材Ｈ）を燃焼させ、固体還元鉄Ｆを溶解してスラグＬを分離することにより溶鉄Ｋが得られる。なお、鉄浴式溶解炉１６は、傾動式でもよいし、固定式でもよい。
上記複数本のランスのうち、例えば、固体還元鉄ＦおよびチャーＧを装入する位置の近くに設置された一部（１または複数本）のランスからの酸素吹込み量を他のランスより少なくしてもよい。これにより、固体還元鉄ＦおよびチャーＧを装入する位置の近くの溶湯からのガス発生量が局所的に大幅に減少するので、チャーＧの飛散量をよりいっそう減少させることができる。
さらに、図５（ｂ）に示すように、鉄浴式溶解炉１６の天井部１１１であって、固体還元鉄ＦおよびチャーＧの装入部である還元鉄装入口１１２と鉄浴式溶解炉１６の排ガス（溶解炉排ガス）Ｍの排出部である排ガス排出口１１３の間に、邪魔板１１４を設けておくことが好ましい。邪魔板１１４を設けない場合は、図５（ａ）に示すように、還元鉄装入口１１２から天井部１１１に沿って排ガス排出口１１３へ短絡するガス流れに乗ってチャーＧが溶解炉排ガスＭとともに排出されやすい。これに対し、邪魔板１１４を設けた場合は、図５（ｂ）に示すように、還元鉄装入口１１２から天井部１１１に沿うガス流れは邪魔板１１４によって下降流となるため、このガス流れに乗って運ばれてきたチャーＧは下降流によって溶湯表面に到達しやすくなり、溶解炉排ガスＭ中への散逸が効果的に抑制されることとなる。
本溶解工程においては、二次燃焼率４０％以下の条件で溶解を行うことが好ましい。二次燃焼率が４０％を超えると、固体還元鉄Ｆの金属化率９２％以上では炭材消費量の低減効果がほとんど認められなくなる（たとえば、特許文献１の図２および図３参照）ことに加え、鉄浴式溶解炉１６の気相側温度が過度に上昇して耐火物が損傷するおそれが高まるなど鉄浴式溶解炉１６への負荷が高まるためである。二次燃焼率のより好ましい範囲は、炭材消費量が十分に低くなる１０〜３５％、さらに好ましい範囲は、鉄浴式溶解炉１６の負荷をより軽くする１５〜３０％である。
（５）溶解炉排ガス循環工程
溶解炉排ガスＭは、高濃度にＣＯおよびＨ２成分を含んでいるので、ガス冷却除塵装置２４で冷却・除塵した後、その少なくとも一部を回転炉床炉１４に送り、必要により外部燃料Ｎを追加して、回転炉床炉１４の燃料ガスとして使用するのが望ましい。
このようにして、本発明によれば、飛散しやすいチャーＧ（床敷炭材Ｅ）の平均粒径を１ｍｍ以上（ただし、５ｍｍ以下）に制限したことにより、その排ガスＭ中への炭材の散逸量を大幅に低減でき、プロセス全体における炭材の歩留を改善できる。さらに、床敷炭材Ｅを用いたことにより炉床３２がより確実に保護されて炉床剥離などのトラブルが回避され、より長期的な回転炉床炉１４の連続操業が可能となる。また、床敷炭材Ｅが回転炉床炉１４内で加熱されて脱揮された揮発分は、鉄浴式溶解炉１６の排ガスの少なくとも一部とともに、回転炉床炉の燃料ガスとして有効に利用され、回転炉床炉１４の燃料消費量を低減できる。さらに、脱揮後のチャーＧは揮発分を含まないので、鉄浴式溶解炉１６内での揮発分の燃焼による耐火物損傷が防止され、鉄浴式溶解炉１６の耐火物寿命が延長される。また、床敷炭材Ｅを用いたことにより、回転炉床炉１４内における固体還元鉄Ｆの再酸化が防止されて、９２％以上という高い金属化率が達成され、鉄浴式溶解炉１６における炭材消費量を大幅に低減できる。さらに、固体還元鉄Ｆの金属化率と床敷炭材Ｅの使用量や揮発分量を調整し、鉄浴式溶解炉１６から発生する排ガスの全熱量を回転炉床炉１４で必要かつ十分な熱量に一致させることにより、還元と溶解を含めた全体プロセスをエネルギ的に自己完結したプロセスとすることができる。
〔実施形態２〕
上記実施形態１では、床敷炭材Ｅの平均粒径を１ｍｍ以上（ただし、５ｍｍ以下）とすることで、チャ−Ｇの平均粒径を１ｍｍ以上とし、鉄浴溶解炉１６でのチャ−Ｇの飛散を防止するようにしたが、以下のような構成を採用してもよい。
すなわち、回転炉床炉１４と鉄浴溶解炉１６との間に分級手段として例えば振動篩（図示省略）を設けておき、床敷炭材Ｅの平均粒径の下限を特に限定することなく、回転炉床炉１４から排出された固体還元鉄Ｆおよびチャ−Ｇを熱いまま（実質的に冷却することなく）前記振動篩で平均粒径１ｍｍ以上の粗粒部分とそれ以外の細粒部分とに分級し、前記粗粒部分のみを鉄浴式溶解炉１６に連続的に落とし込むように構成してもよい。なお、前記細粒部分は、例えば混合機８に循環して粉状炭材Ｂの一部として再利用できるので、プロセス全体における炭材歩留を低下させることなく有効に活用することができる。
〔実施形態３〕
あるいは、鉄浴溶解炉１６でのチャ−Ｇの飛散を防止するため、以下のような構成を採用してもよい。
すなわち、回転炉床炉１４と鉄浴溶解炉１６との間に塊成化手段として例えばブリケットマシン（図示省略）を設けておき、床敷炭材Ｅの平均粒径の下限を特に限定することなく、回転炉床炉１４から排出された固体還元鉄Ｆおよびチャ−Ｇを熱いまま（実質的に冷却することなく）前記ブリケットマシンで熱間成形し、成形された塊成化物を鉄浴式溶解炉１６に連続的に落とし込むように構成してもよい。
ここで、従来のガスベース還元炉から排出された固体還元鉄をブリケットマシンで熱間成形してホットブリケットアイアン（ＨＢＩ）を製造する技術が周知であるが、固体還元鉄の温度が高すぎるとブリケットマシンのロールに固着してトラブルが発生しやすくなるため、固体還元鉄の温度は最高８５０℃程度に制限されている。いっぽう、回転炉床炉１４から排出される固体還元鉄Ｆの温度は１０００〜１１００℃程度と高いので、床敷炭材Ｅを用いない場合には、回転炉床炉１４から排出後、少なくとも８５０℃程度まで冷却してから熱間成形する必要があり、固体還元鉄Ｆの顕熱を十分に活用できていなかった。これに対し、床敷炭材Ｅを用いる本プロセスでは、固体還元鉄Ｆをチャ−Ｇと一緒に熱間成形することにより、粉粒状のチャ−Ｇが離型剤として作用するので、より高温（例えば９５０℃程度）で成形してもロールに固体還元鉄Ｆが固着することが防止される。したがって、固体還元鉄Ｆをチャ−Ｇとともに実質的に冷却することなく熱間成形した後、成形された塊成化物をより高温で鉄浴還元炉１６に連続的に装入することができ、固体還元鉄Ｆの顕熱をより有効に活用できる。もちろん、このようにチャ−Ｇを固体還元鉄Ｆとともに塊成化して鉄浴還元炉１６に装入することで、チャ−Ｇの飛散がより確実に防止できる。
〔変形例〕
上記実施形態１では、副原料その他の装入物は、固体還元鉄およびチャーとは別系統で鉄浴式溶解炉に添加する例を示したが、同一系統で一緒に装入してもよい。
また、鉄浴式溶解炉の天井部に邪魔板を設けた例を示したが、邪魔板に代えて、または加えて、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、還元鉄装入口１１２に案内板１１５’や案内ダクト１１５’’などの案内手段１１５を設けてもよい。これらの案内手段１１５により、鉄浴式溶解炉１６内における下向きの固体流れが確保されて、チャーＧが溶湯表面に到達しやすくなるため、チャーＧが天井部１１１に沿うガス流れにトラップされて溶解炉排ガスＭとともに排出されるのを防止できる。
また、酸化鉄源として鉄鉱石を例示したが、酸化鉄を含む高炉ダスト、ミルスケール等を併用してもよく、さらには酸化鉄とともに非鉄金属やその酸化物を含むもの、たとえば金属精錬設備から排出されるダストやスラグ等を使用することもできる。
また、炭素質還元剤、床敷炭材、および追加炭材として石炭を例示したが、コークス、オイルコークス、木炭、木材チップ、廃プラスチック、古タイヤ等を用いることもできる。
また、炭材内装塊成化物として炭材内装ペレットを例示し、造粒機で造粒する例を示したが、炭材内装ペレットの代わりに炭材内装ブリケットとし、加圧成形機で圧縮成形するようにしてもよい。この場合は、バインダの種類によっては成形時に水分を添加するのではなく、むしろ乾燥させた原料を使用することがある。また、加圧成形機の加圧力を増すことにより、炭材内装ブリケットの強度を高めて加熱時の爆裂を抑制できるので、３０質量％以上の揮発分を含有する炭材も内装炭材として使用できるようになる。
また、床敷炭材の炉床への供給手段として装入パイプと分散スクリュの組合せを例示したが、振動フィーダで炉床上に分散させてもよい。
また、酸素含有ガスとして酸素ガスを例示したが、高温空気や、高温空気に酸素富化したものを用いてもよい。
また、移動炉床式還元炉として回転炉床炉を例示したが、直線炉を用いてもよい。
また、鉄浴式溶解炉のエネルギ源として炭材を酸素含有ガスで燃焼する例を示したが、電気エネルギを併用してもよい。
また、上記実施形態２では、分級手段として振動篩を例示したが、固定式のグリズリ、水冷が施されているローラースクリーン、風力選別機器等を用いてもよい。
また、上記実施形態３では、塊成化手段としてブリケットマシンを例示したが、コンパクトマシン等を用いてもよい。
〔その１：固体粒子の粒径と散逸率との関係〕
まず、固体粒子（固体還元鉄およびチャー）の粒径と散逸率との関係を把握するため、図５（ａ）の構成からなる（邪魔板、案内手段を有しない）鉄浴式溶解炉を模擬した数式モデルを作成し、固体粒子の排ガス中への散逸量を予測するシミュレーション計算を実施した。
（計算条件）
・鉄浴式溶解炉の寸法：内径２．０ｍ（高さ方向で一定）、フリーボード高さ２．０ｍ
・還元鉄装入口内径：０．４ｍ
・排ガス排出口内径：０．８ｍ
・固体粒子の見掛け密度：１．４ｇ／ｃｍ３（下記注参照）
・固体粒子の粒径：０．１〜１．０ｍｍの範囲の単一粒径（下記注参照）
・固体粒子装入量：３００ｋｇ／ｈ（連続装入）
・酸素吹込み量：８００Ｎｍ３／ｈ
・溶解炉排ガス量：１７００Ｎｍ３／ｈ
・溶解炉排ガス温度：１６５０℃
・ 溶湯表面からの単位断面あたりの発生ガス量は一定と仮定
（注）固体粒子の散逸率は、その見掛け密度と粒径によって変化するが、本シミュレーション計算では固体粒子の見掛け密度は１．４ｇ／ｃｍ３、粒径は０．１〜１．０ｍｍの範囲で単一粒径に設定した。
なお、固体粒子の見掛け密度は、固体還元鉄とチャーを一緒に装入するので、固体粒子を構成する固体還元鉄とチャーの質量割合は９０：１０〜８０：２０程度で、見掛け密度は、固体還元鉄が２〜３ｇ／ｃｍ３、チャーが約１．０ｇ／ｃｍ３であると想定されること等を考慮して設定した。
（計算結果）
固体粒子の粒径を０．１〜１．０ｍｍの範囲で順次変更してシミュレーション計算を実施した。計算結果を図７に示す。同図より、固体粒子の粒径を１．０ｍｍから順次小さくしていくと、０．７５ｍｍまでは固体粒子の飛散（散逸）がまったく起こらず散逸率は０％であるが、それより粒径が小さくなると飛散（散逸）が開始し、粒径０．５ｍｍで散逸率９．２％、粒径０．３ｍｍで散逸率２１．４％に漸増するものの、粒径０．１ｍｍで散逸率８５％に急増するのがわかる。
ここに、固体粒子の散逸率とは、鉄浴式溶解炉に装入した固体粒子の全質量に対する溶解炉排ガス中に散逸した固体粒子の質量の割合（％）で表した値である。
〔その２：粒度分布を有する固体粒子の散逸率〕
上記シミュレーション計算では、固体粒子が単一粒径の場合について散逸率を推定したが、実際の固体粒子は粒度分布を有する。そこで、固体粒子として下記表１(発明例)および表２(比較例)に示す粒度分布を有する２種類の床敷炭材を例として、上記シミュレーション計算結果（図７）を用いて概略計算により各床敷炭材の散逸率を推定した。すなわち、本例では、固体還元鉄を無視し、固体粒子として上記各床敷炭材のみを鉄浴式溶解炉に装入する場合を想定するが、各床敷炭材の見掛け密度は上記シミュレーション計算と同様、ともに１．４ｇ／ｃｍ３と仮定した。そして、表１および表２に併記して示すように、各粒度範囲ごとに、その代表径を図７における固体粒子の粒径として同図より各粒度範囲ごとの散逸率の概略値を求め、これら各粒度範囲ごとの散逸率の概略値を各粒度範囲の質量割合で加重平均して床敷炭材全体の散逸率を算出した。
なお、表１および表２に示す平均粒径は、各粒度範囲の代表径の値を各粒度範囲の質量割合で加重平均して求めた。
Figure 2007291452
Figure 2007291452
（計算結果）
上記表２（比較例）に示すように、平均粒径が０．３５４ｍｍの床敷炭材を鉄浴溶解炉に装入した際の散逸率は３７．３％と推定され、平均粒径が１ｍｍ未満の床敷炭材を用いた場合は、鉄浴式溶解炉からの排ガス中への散逸量は非常に多い。これに対し、上記表１（発明例）に示すように、平均粒径が１．５７ｍｍの床敷炭材を鉄浴溶解炉に装入した際の散逸率は１２．２％と推定され、平均粒径が１〜５ｍｍ（より好ましくは２〜４ｍｍ）の床敷炭材を用いることで、鉄浴式溶解炉からの排ガス中への散逸量を十分に抑制できることが確認できた。
本発明の一実施形態を示す溶鉄製造プロセスのフロー図である。 回転炉床炉の炉床付近の様子を模式的に示す断面図である。 床敷炭材の厚みと固体還元鉄の金属化率との関係を示すグラフ図である。 固体還元鉄の、炭素含有量と圧潰強度との関係を示すグラフ図である。 本発明に係る鉄浴式溶解炉内のガス流れの様子を説明する断面図であり、（ａ）は基本構造、（ｂ）は邪魔板を設置した例である。 本発明に係る鉄浴式溶解炉内のガス流れの様子を説明する断面図であり、（ａ）は案内板を設置した例、（ｂ）は案内ダクトを設置した例である。 固体粒子の粒径と散逸率との関係を示すグラフ図である。
符号の説明
１４：移動炉床式還元炉（回転炉床炉）
１６：鉄浴式溶解炉
３２：炉床
１１１：天井部
１１２：チャーの装入部（還元鉄装入口）
１１３：溶解炉からの排ガスの排出部（排ガス排出口）
１１４：邪魔板
１１５：案内手段
１１５’：案内板、１１５’’：案内ダクト
Ａ：粉状酸化鉄源（粉状鉄鉱石）
Ｂ：粉状炭素質還元剤（粉状石炭）
Ｄ：炭材内装塊成化物（炭材内装ペレット）
Ｅ：床敷炭材
Ｆ：固体還元鉄
Ｇ：チャー
Ｈ：追加炭材
Ｉ：副原料
Ｊ：酸素含有ガス（酸素ガス）
Ｋ：溶鉄
Ｍ：溶解炉排ガス

Claims (9)

  1. 移動炉床式還元炉と鉄浴式溶解炉とを組み合わせて溶鉄を製造する方法であって、下記（１）〜（４）の工程を備えたことを特徴とする溶鉄製造方法。
    （１）前記移動炉床式還元炉の炉床上に平均粒径が１〜５ｍｍの床敷炭材を装入し、この床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する還元炉装入工程
    （２）前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させて前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす還元工程
    （３）前記固体還元鉄およびチャーを実質的に冷却することなく前記鉄浴式溶解炉にその上方から連続的に装入する溶解炉装入工程
    （４）前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす溶解工程。
  2. 移動炉床式還元炉と鉄浴式溶解炉とを組み合わせて溶鉄を製造する方法であって、下記（１）〜（５）の工程を備えたことを特徴とする溶鉄製造方法。
    （１）前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入し、この床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する還元炉装入工程
    （２）前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させて前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす還元工程
    （３）前記固体還元鉄およびチャーを実質的に冷却することなく平均粒径１ｍｍ以上の粗粒部分とそれ以外の細粒部分とに分級する分級工程
    （４）前記粗粒部分のみを前記鉄浴式溶解炉にその上方から連続的に装入する溶解炉装入工程
    （５）前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす溶解工程。
  3. 移動炉床式還元炉と鉄浴式溶解炉とを組み合わせて溶鉄を製造する方法であって、下記（１）〜（５）の工程を備えたことを特徴とする溶鉄製造方法。
    （１）前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入し、この床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する還元炉装入工程
    （２）前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させて前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす還元工程
    （３）前記固体還元鉄およびチャーを実質的に冷却することなく熱間成形して塊成化物となす塊成化工程
    （４）前記塊成化物を前記鉄浴式溶解炉にその上方から連続的に装入する溶解炉装入工程
    （５）前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす溶解工程。
  4. 前記酸素含有ガスを吹き込むランスを複数本備え、その一部のランスからの吹込み量を他のランスより少なくする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶鉄製造方法。
  5. 移動炉床式還元炉と鉄浴式溶解炉とを組み合わせてなる溶鉄製造装置であって、下記（１）〜（６）の手段を備えたことを特徴とする溶鉄製造装置。
    （１）前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入する床敷装入手段
    （２）前記床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する原料装入手段
    （３）前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させる間に、前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす加熱手段
    （４）前記固体還元鉄およびチャーを実質的に冷却することなく平均粒径１ｍｍ以上の粗粒部分とそれ以外の細粒部分とに分級する分級手段
    （５）前記粗粒部分のみを前記鉄浴式溶解炉にその上方から連続的に装入する溶解炉装入手段
    （６）前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす酸素吹込み手段。
  6. 移動炉床式還元炉と鉄浴式溶解炉とを組み合わせてなる溶鉄製造装置であって、下記（１）〜（６）の手段を備えたことを特徴とする溶鉄製造装置。
    （１）前記移動炉床式還元炉の炉床上に床敷炭材を装入する床敷装入手段
    （２）前記床敷炭材の上に粉状酸化鉄源と粉状炭素質還元剤とを含む炭材内装塊成化物を載置する原料装入手段
    （３）前記移動炉床式還元炉内で前記炉床を移動させる間に、前記炭材内装塊成化物を加熱還元して固体還元鉄となすとともに、前記床敷炭材を加熱乾留してチャーとなす加熱手段
    （４）前記固体還元鉄およびチャーを実質的に冷却することなく熱間成形して塊成化物となす塊成化手段
    （５）前記塊成化物を前記鉄浴式溶解炉にその上方から連続的に装入する溶解炉装入手段
    （６）前記鉄浴式溶解炉に酸素含有ガスを吹き込み、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄となす酸素吹込み手段。
  7. 前記塊成化手段が、ブリケットマシンまたはコンパクトマシンである請求項６に記載の溶鉄製造装置。
  8. 前記鉄浴式溶解炉の天井部であって、前記チャーの装入部と前記鉄浴式溶解炉からの排ガスの排出部との間に、前記チャーの排ガス中への散逸を抑制する邪魔板を備えた、請求項５〜７のいずれか１項に記載の溶鉄製造装置。
  9. 前記チャーの装入部に、前記チャーを前記鉄浴式溶解炉内の溶湯表面に案内する案内手段を備えた、請求項５〜７のいずれか１項に記載の溶鉄製造装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009007667A (ja) * 2007-05-28 2009-01-15 Kobe Steel Ltd 炭材内装酸化金属ブリケットの製造方法
CN102564130A (zh) * 2012-01-21 2012-07-11 胡长春 连续控温的回转窑配加熔分炉的冶炼系统
WO2014104438A1 (ko) * 2012-12-27 2014-07-03 주식회사 포스코 용철제조장치 및 용철제조방법

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4214157B2 (ja) * 2006-04-25 2009-01-28 株式会社神戸製鋼所 溶鉄製造方法および溶鉄製造装置
CN102344983B (zh) * 2011-09-04 2013-08-28 胡长春 一种利用赤泥制取热铁水及副产品的装置
CN102344982B (zh) * 2011-09-04 2013-08-21 胡长春 一种利用赤泥制取热铁水及副产品的工艺方法
CN113774179A (zh) * 2021-09-24 2021-12-10 四川阳华环保科技有限公司 一种采用旋窑生产纯铁和铁碳合金的方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5798636A (en) * 1980-12-08 1982-06-18 Toyoda Autom Loom Works Ltd Method and device for manufacturing briquete of abatement of cast iron
US4701214A (en) 1986-04-30 1987-10-20 Midrex International B.V. Rotterdam Method of producing iron using rotary hearth and apparatus
JPH01195220A (ja) * 1988-01-30 1989-08-07 Nippon Steel Corp 溶融還元炉
JP2662297B2 (ja) 1989-07-31 1997-10-08 トピー工業株式会社 レーザ溶接の始終端処理方法
JPH11310814A (ja) * 1998-04-30 1999-11-09 Nippon Steel Corp 溶融還元炉
WO2001018256A1 (fr) 1999-09-06 2001-03-15 Nkk Corporation Procede et equipement pour la fusion du metal
JP4540172B2 (ja) 2000-03-30 2010-09-08 株式会社神戸製鋼所 粒状金属鉄の製法
US6630010B2 (en) 2000-03-30 2003-10-07 Midrex International B.V. Zurich Branch Method of producing metallic iron
JP3735016B2 (ja) * 2000-07-31 2006-01-11 株式会社神戸製鋼所 溶鉄製造方法および溶鉄製造装置
JP4256645B2 (ja) 2001-11-12 2009-04-22 株式会社神戸製鋼所 金属鉄の製法
JP3745271B2 (ja) * 2001-11-15 2006-02-15 川崎重工業株式会社 溶融還元方法および溶融還元装置
JP3940366B2 (ja) 2002-01-24 2007-07-04 株式会社神戸製鋼所 溶鉄の製法
MY133537A (en) 2002-01-24 2007-11-30 Kobe Steel Ltd Method for making molten iron
JP4120230B2 (ja) * 2002-02-18 2008-07-16 Ｊｆｅスチール株式会社 移動型炉床炉の操業方法
JP4116874B2 (ja) * 2002-12-05 2008-07-09 株式会社神戸製鋼所 溶鉄の製法
JP4307849B2 (ja) * 2003-01-07 2009-08-05 株式会社神戸製鋼所 クロム含有原料の還元方法
TW200613566A (en) 2004-10-29 2006-05-01 Kobe Steel Ltd Process for producing molten iron and apparatus therefor
JP2006152432A (ja) * 2004-10-29 2006-06-15 Kobe Steel Ltd 溶鉄の製造方法
JP4214157B2 (ja) * 2006-04-25 2009-01-28 株式会社神戸製鋼所 溶鉄製造方法および溶鉄製造装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009007667A (ja) * 2007-05-28 2009-01-15 Kobe Steel Ltd 炭材内装酸化金属ブリケットの製造方法
CN102564130A (zh) * 2012-01-21 2012-07-11 胡长春 连续控温的回转窑配加熔分炉的冶炼系统
CN102564130B (zh) * 2012-01-21 2014-05-07 胡长春 连续控温的回转窑配加熔分炉的冶炼系统
WO2014104438A1 (ko) * 2012-12-27 2014-07-03 주식회사 포스코 용철제조장치 및 용철제조방법
US10422582B2 (en) 2012-12-27 2019-09-24 Posco Molten iron manufacturing apparatus and molten iron manufacturing method

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