JP2009535496A - 塊成化物の製法 - Google Patents
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移動炉床式加熱還元炉で加熱還元して金属鉄を製造する際に用いられる塊成化物を製造するに当たり、原料混合物に占めるバインダー量や水分量を増加させることなく、機械的強度の高い塊成化物を製造する方法を提供する。
金属鉄を製造する際に用いる塊成化物の製法であって、前記塊成物は、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、バインダーおよび水分を含む原料混合物を塊成化し、この原料混合物を乾燥し、次いでこの原料混合物を、移動炉床式加熱還元炉に装入し、加熱することで原料混合物中の酸化鉄を炭素質還元剤により還元して得られたものであり、炭水化物が前記バインダーとして用いられると共に、前記原料混合物が前記塊成化に先立って、静置工程に付される製法である。
金属鉄を製造する際に用いる塊成化物の製法であって、前記塊成物は、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、バインダーおよび水分を含む原料混合物を塊成化し、この原料混合物を乾燥し、次いでこの原料混合物を、移動炉床式加熱還元炉に装入し、加熱することで原料混合物中の酸化鉄を炭素質還元剤により還元して得られたものであり、炭水化物が前記バインダーとして用いられると共に、前記原料混合物が前記塊成化に先立って、静置工程に付される製法である。
Description
本発明は、移動炉床式加熱還元炉で金属鉄を製造する際に用いる塊成化物を製造する方法に関するものであり、特に機械的強度の高められる塊成化物を製造する方法に関するものである。
製鉄法として、鉄鉱石のような酸化鉄含有物質（鉄源）と石炭のような炭素質還元剤とを含む原料混合物を、移動炉床式加熱還元炉で加熱することによって固体還元して金属鉄を製造する方法が開発されている。その際に用いる原料混合物は、押し固めて簡易成形体としたり、ペレットやブリケット等に塊成化して成形体とした後、移動炉床式加熱還元炉に装入される。原料混合物を塊成化する際には、原料混合物を塊成化し易くするため水分が配合される。ところが水分量を多くすると成形体の強度が低下する。従って加熱還元の操業安定性が悪くなる。また、成形体中の水分量が多くなると、移動炉床式加熱還元炉内での成形体の昇温速度が遅くなるため、酸化鉄の還元が進み難くなる。こうしたことから水分を混合した成形体は、移動炉床式加熱還元炉内に装入する前に、予め乾燥することで塊成化物とされる。
ところで取り扱い性を良くするために、消石灰やベントナイト、炭水化物のような種々のバインダーを上述した原料混合物と混合することによって塊成化物の強度が高められる（特開平１１−１９３４２３号公報の特許請求の範囲ご参照）。塊成化物の強度は、バインダー量にある程度比例して高くなるため、塊成化物の強度を高めるには、相当量のバインダーが使用される。しかしバインダー量を増加させると原料コストが高くなる。その結果、バインダー量は極力少なく抑えることが求められている。
また、原料混合物を成形する際に配合する水分量を変えない場合は、バインダー量を多くするにつれて成形体中の水分量が相対的に少なくなる。これにより成形性が悪くなる。そのためバインダー量を多くする場合には、それに伴って水分量も多くする必要がある。しかしこれにより乾燥時間が長くなる。そして生産効率が低下する。
本発明は、この様な状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、移動炉床式加熱還元炉で加熱還元して金属鉄を製造する際に用いる塊成化物を製造するに当たり、原料混合物全体に占めるバインダー量や水分量を増加させずとも、機械的強度の高い塊成化物を得ることのできる製法を提供することにある。
本発明に係る製法において、金属鉄を製造する際に用いる塊成化物は、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、バインダーおよび水分を含む原料混合物を塊成化し、この原料混合物を乾燥し、次いでこの原料混合物を、移動炉床式加熱還元炉に装入し、加熱することで原料混合物中の酸化鉄を炭素質還元剤により還元して得られたものであり、炭水化物が前記バインダーとして用いられると共に、前記原料混合物が前記塊成化に先立って、静置工程に付される製法である。
本発明によれば、原料混合物に配合するバインダーの種類を特定すると共に、原料混合物の塊成化に先立って簡便な工程を受けさせる、即ち、エージングのために原料混合物を静置状態で放置することによって、塊成化物の強度を高めることができる。
本発明者らは、塊成化物の高強度化を期して、バインダーの種類やその使用量、あるいは水分量などについて検討を重ねてきた。その結果、原料混合物に配合するバインダーとして炭水化物を用いると共に、原料混合物を塊成化する前にエージングのために静置状態で混合物を放置し、次いでこの原料混合物を乾燥する手法を採用すれば、塊成化物の強度を有意に高めることができることを見出した。そして本発明は完成するに至った。以下、本発明について説明する。
本発明の製法では、炭水化物がバインダーとして用いられる。炭水化物を加熱してもスラグは殆ど形成されないため、炭水化物を用いることによりスラグ生成量を増加させることなく、塊成化物の強度を高めることができる。
炭水化物とは、分子中の元素比率が、一般式Ｃｍ（Ｈ２Ｏ）ｎで表される化合物のことである。例えば、グルコース、フルクトース、マンノース、ガラクトース、タガトース、キシロース、アラビノース、リブロース、キシルロース、リキソース、リボース、デオキシリボース等の単糖類；サッカロース、マルトース、セロビオース、ゲンチオビオース、メリビオース、ラクトース、ツラノース、ソホロース、トレハロース、イソトレハロース、イソサッカロース等の二糖類；セルロース、デンプン（アミロースやアミロペクチン）、グリコーゲン、カロニン、ラミナラン、デキストラン、イヌリン、レバン、マンナン、キシラン、アラビアゴムの多糖類等が挙げられる。これら炭水化物の中でも、特に多糖類は結合力が強く、少ない使用量で高い増強効果を発揮する。それ故に多糖類が好適である。多糖類のなかでもデンプンが最も好ましい。種々のデンプンが用いられる。デンプンとしては、小麦粉、ジャガイモ粉やサツマイモ粉、トウモロコシ粉、タピオカ粉などを用いることができる。
バインダーの配合比は、上記原料混合物中に占める比率で０．５質量％以上とするのがよい。配合比が０．５質量％未満では、塊成化物の強度を充分に高めることができない。配合比はより好ましくは０．７質量％以上である。バインダーの配合比はできるだけ多い方が好ましいが、上述したように過度の配合は原料コストを高める。更に、水分量も増やさねばならなくなって乾燥時間の延長による生産性の低下を引き起こす。従ってバインダーの配合比は１．５質量％程度以下に抑えるのがよく、より好ましくは１．２質量％以下である。
上記原料混合物は、上記バインダーの他に、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤および水分を含む。
酸化鉄含有物質としては、酸化鉄を含む物質である限り種々のものを用いることができる。従って、最も代表的に用いられる鉄鉱石に限らず、例えば製鉄所から排出される副生ダストやミルスケールなどを用いることもできる。
炭素質還元剤としては、還元作用を有するものである限り種々のものを用いることができる。炭素質剤の例としては、採掘後、粉砕・篩い分け等の処理を加えただけの石炭粉や、乾留等の熱処理後のコークスを粉砕したもの、石油コークス、廃プラスチックが挙げられる。このように、その種類にかかわらず、種々の炭素質還元剤を用いることができる。例えば炭素質物質を含む廃棄物として回収される高炉ダストも用いることができる。
炭素質還元剤の炭素含有量は特に限定されないが、好ましくは７０質量％以上、より好ましくは８０質量％以上である。
上記原料混合物に対する炭素質還元剤の配合比は、酸化鉄の還元に必要な理論当量以上とするのがよいが、これに限定されるものではない。
上記原料混合物に配合する水分量は、原料混合物を塊成化できる程度であればよい。その水分量は、例えば２〜１５質量％程度である。
上記原料混合物には、副原料として、ドロマイト粉や蛍石粉、マグネシウム粉、珪砂粉、石灰石粉などを添加してもよい。
上述したように、原料混合物にバインダーとして炭水化物を配合することで、得られる塊成化物の強度をある程度高めることができるが、それだけでは不十分である。そこで本発明の製法では、バインダーとして炭水化物を含む原料混合物を、塊成化する前にエージングするために静置する。即ち、従来では、上記各原料を混合物した後、直ちに塊成化し、これを乾燥することによって塊成化物を得ていた。本発明の製法では、塊成化に先立って原料混合物をエージングのために静置するところに特徴がある。原料混合物を静置した後、塊成化し、次いで乾燥させることによって、塊成化物の強度を向上させることができる。この理由については解明できていない。しかし後述する実施例から明らかなように、塊成化に先立って原料混合物を静置することで、塊成化物の強度は確実に高くなる。
原料混合物を静置する時間は特に限定されないが、少なくとも０．５時間である。その時間が０．５時間より短い場合は、静置による増強効果が殆ど得られない。従って、静置による強度アップよりも静置時間の確保による生産効率のロスの方が大きくなるからである。静置時間の上限は特に限定されないが、長すぎると生産効率が低下する。更に、静置場所も確保しなければならなくなる。従って、実操業を考えると静置時間はおおよそ４時間程度である。
原料混合物を静置するときの温度は特に限定されないが、室温程度とする。温度を高くしすぎると、原料混合物から水分が蒸発して、静置後に原料混合物を塊成化できなくなる。
原料混合物を静置するときの雰囲気についても特に限定されず大気中でよい。
上記原料混合物を静置した後は、塊成化し、次いで乾燥させる。
塊成化とは、塊状や粒状、略球状、ブリケット状、ペレット状、棒状、楕円状、卵形状などの任意の形状に成形することを意味する。塊成化方法は特に限定されず、例えば転動造粒や加圧成形する方法を採用できる。
塊成化物の大きさは特に限定されないが、均一に加熱還元するためには、平均粒径は３〜２５ｍｍ程度とすることが好ましい。
塊成化して得られた成形体は、乾燥することで塊成化物となる。乾燥後の塊成化物は、常法に従って移動炉床式加熱還元炉の炉床上に装入し、加熱する。原料混合物中の酸化鉄は、加熱されることによって炭素質還元剤により還元されると共に、還元されて生成した金属鉄は、副生するスラグと分離することで金属鉄が得られる。
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではない。前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
酸化鉄含有物質として鉄鉱石粉を６２．０質量％、炭素質還元剤として石炭粉を１４．６質量％、バインダーとして小麦粉を１質量％および水分を１４．３質量％含み、残部が副原料からなる原料混合物を、下記表１に示した時間を室温で静置した。この原料混合物を塊成化し、乾燥させて塊成化物を得た。該塊成化物は略球状である。この粒径の範囲は１６〜１９ｍｍで、平均粒径は１７．５ｍｍであった。
得られた塊成化物の機械的強度を評価するために、落下強度と圧潰強度を測定した。
落下強度は、得られた塊成化物を鋼板の上方４５ｃｍの位置から自然落下させ、塊成化物が割れるまでの回数を測定した。１０個の塊成化物サンプルについて落下強度を測定し、平均値をこの落下強度の測定に用いた１０個のサンプルの結果から算出した。下記表１に結果を示す。図１は、静置時間と落下強度との関係を示すグラフである。なお、「割れる」とは、塊成化物から表面積の約１／４以上の大きな破片が分離した状態を意味する。
圧潰強度は、圧潰強度測定装置を用い、上記塊成化物が破壊するときの荷重（ポンド）を測定して決定した。測定は塊成化物１個ずつ行い、平均荷重は、１０個の塊成化物サンプルの結果から算出した。下記表１に結果を示す。図２は、静置時間と圧潰強度との関係を示すグラフである。
表１および図１〜２から明らかなように、落下強度と圧潰強度は、静置時間が増加するほど向上することが分かる。
Claims (1)
- 金属鉄を製造する際に用いる塊成化物の製法であって、
前記塊成物は、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、バインダーおよび水分を含む原料混合物を塊成化し、
この原料混合物を乾燥し、
次いでこの原料混合物を、移動炉床式加熱還元炉に装入し、加熱することで原料混合物中の酸化鉄を炭素質還元剤により還元して得られたものであり、
炭水化物が前記バインダーとして用いられると共に、
前記原料混合物が前記塊成化に先立って、静置工程に付されることを特徴とする塊成化物の製法。
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