JP2015074809A - 粒状金属鉄の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塊成物を加熱して粒状金属鉄を製造するにあたり、生産性良く粒状金属鉄を製造できる方法を提供する。
【解決手段】酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤を含む混合物を塊成化する工程と、得られた塊成物を、床敷材が予め敷かれている炉床上で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元および一部を溶融させて粒状金属鉄を製造する工程を含み、前記炭素質還元剤は、予め加熱した炭材を含む粒状金属鉄の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、鉄鉱石や製鉄ダスト等の酸化鉄含有物質、炭材等の炭素質還元剤、および融点調整剤を含む塊成物を加熱して粒状金属鉄を製造する方法に関するものである。

鉄鉱石に含まれる酸化鉄を還元して粒状金属鉄を製造するにあたり、鉄鉱石を還元するための炭素質還元剤として入手が比較的容易な石炭等の炭材を用いる粒状金属鉄製造プロセスが注目されている。この粒状金属鉄製造プロセスは、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤を含む塊成物を移動炉床式加熱炉（例えば、回転炉床炉）に装入し、炉内で加熱バーナーによるガス伝熱や輻射熱で加熱することによって酸化鉄を還元して粒状金属鉄を得るというものである。

上記粒状金属鉄の製造において、生産性を向上することが求められている。例えば、粒状金属鉄を生産性良く製造できる方法が特許文献１に提案されている。この製造方法は、炭素質還元剤として固定炭素含有率が７３％以上であり、且つ原料中の揮発分量が３．９％以下であるものを使用し、原料の酸化鉄含有物質中に含まれる酸化金属成分に対し、炭素質還元剤の配合量を４５％以下に抑えるものである。

特開２００２−３０３１９号公報

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであり、その目的は、塊成物を加熱して粒状金属鉄を製造するにあたり、粒状金属鉄の生産性を向上する方法を提供することにある。

上記課題を解決することのできた本発明に係る粒状金属鉄の製造方法とは、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤を含む混合物を塊成化する工程と、得られた塊成物を、床敷材が予め敷かれている炉床上で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元および一部を溶融させて粒状金属鉄を製造する工程を含み、前記炭素質還元剤は、予め加熱された炭材を含むか、或いは、前記床敷材は、予め加熱された炭材を含む点に要旨を有している。

前記予め加熱された炭材としては、前記粒状金属鉄を製造する工程で用いられた床敷材を使用できる。

本発明によれば、塊成物の原料に、予め加熱された炭材を含むか、或いは、該塊成物を加熱するときに用いる床敷材に、予め加熱された炭材を含むため、生成する粒状金属鉄の生産性を向上できる。

本発明者らは、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤を含む混合物を塊成化して得られた塊成物を加熱して粒状金属鉄を製造するにあたり、生産性を向上するために鋭意検討を重ねてきた。その結果、塊成物の原料である炭素質還元剤として、少なくともその一部に、予め加熱された炭材を用いるか、該塊成物を加熱するときに用いる床敷材として、少なくともその一部に、予め加熱された炭材を用いれば、生産性良く粒状金属鉄を製造できることを見出し、本発明を完成した。

まず、本発明を特徴付ける炭素質還元剤および床敷材について説明する。

本発明の製造方法では、塊成物の原料となる炭素質還元剤、および／または、塊成物を加熱する際に用いる床敷材として、少なくともその一部に予め加熱された炭材を用いる。

上記炭素質還元剤として、少なくともその一部に予め加熱された炭材を用いることにより、生産性良く粒状金属鉄を製造できる。即ち、炭材を加熱するとその揮発分が蒸発し、酸化鉄含有物質の還元に使用される固定炭素の炭材中の含有割合が大きくなるため、塊成物の原料である混合物に混合する炭素質還元剤の配合量を低減することができる。また塊成物中の鉄分が増加するとともに塊成物の見掛け密度も大きくなる。さらに塊成物中の鉄分が増加することにより、鉄粒子間の距離が短くなることによって鉄成分が凝集しやすくなり、粒状金属鉄の歩留まりも向上する。これらのことにより、粒状金属鉄の生産性が向上する。

また、上記床敷材として、少なくともその一部に予め加熱された炭材を用いることによっても、生産性良く粒状金属鉄を製造できる。

本発明の製造方法では、塊成物の原料となる炭素質還元剤または塊成物を加熱する際に用いる床敷材の何れか一方において、予め加熱された炭材を含めればよいが、塊成物の原料となる炭素質還元剤および塊成物を加熱する際に用いる床敷材の両方において、予め加熱された炭材を含むことが好ましい。

上記炭材としては、例えば、石炭やコークスなどを用いることができる。

炭材を予め加熱する方法としては、例えば、乾留炉にて炭材を乾留する方法や、粒状金属鉄を製造する加熱炉で炭材を予め加熱する方法が挙げられる。後者は、具体的には、粒状金属鉄を製造する工程で用いた床敷材を回収し、これを上記予め加熱された炭材として用いることができる。少なくとも一度、床敷材として使用した炭材を用いることにより、一つの加熱炉で、炭材の加熱処理を行えると共に、炭材からの揮発分は、加熱炉内で燃料として有効利用できるという利点がある。

炭材の加熱においては、その加熱温度を例えば、２００℃以上、好ましくは３００℃以上とすればよい。

なお、予め加熱した炭材に含まれる硫黄含有量は、できるだけ少ない方が推奨される。これにより、生成する粒状金属鉄に含まれる硫黄量を低減でき、製品品質を向上できる。特に、固定炭素量に対する硫黄含有量の比率が小さい炭材を用いることで、塊成物中の酸化鉄に対する硫黄量が低減できるため、好ましい。

以上、本発明を特徴付ける炭素質還元剤および床敷材について説明した。

次に、本発明に係る粒状金属鉄の製造方法について説明する。

本発明に係る粒状金属鉄の製造方法は、
酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤を含む混合物を塊成化する工程（以下、塊成化工程ということがある）と、
得られた塊成物を、床敷材が予め敷かれている炉床上で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元および一部を溶融させて粒状金属鉄を製造する工程（以下、加熱工程ということがある）を含んでおり、
上述したように、少なくとも、上記炭素質還元剤または上記床敷材として、少なくともその一部に、予め加熱された炭材を用いるところに特徴を有している。

［塊成化工程］
塊成化工程では、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤を含む混合物を塊成化して塊成物を製造する。

上記酸化鉄含有物質としては、具体的には、鉄鉱石、砂鉄、製鉄ダスト、非鉄精錬残渣、製鉄廃棄物などの酸化鉄含有物質を用いることができる。

上記炭素質還元剤は、上記酸化鉄含有物質に含まれる酸化鉄を還元できる量の炭素を含有していればよい。具体的には、上記酸化鉄含有物質に含まれる酸化鉄を還元できる炭素量に対して、０〜５質量％の余剰または０〜５質量％の不足の範囲（即ち、±５質量％）で含有していればよい。

上記融点調整剤とは、酸化鉄含有物質中の脈石の融点や、炭素質還元剤中の灰分の融点を下げる作用を有する物質を意味する。即ち、上記酸化鉄含有物質および炭素質還元剤に融点調整剤を配合することによって、塊成物に含まれる酸化鉄以外の成分（特に、脈石）の融点に影響を与え、例えばその融点を降下させることができる。それにより脈石の溶融が促進され、溶融スラグを形成する。

上記融点調整剤としては、例えば、ＣａＯ供給物質、ＭｇＯ供給物質、Ａｌ₂Ｏ₃供給物質、ＳｉＯ₂供給物質、および蛍石（ＣａＦ₂）よりなる群から選ばれる少なくとも一つを用いることができる。

上記ＣａＯ供給物質としては、例えば、生石灰（ＣａＯ）、消石灰［Ｃａ（ＯＨ）₂］、石灰石（ＣａＣＯ₃）、およびドロマイト［ＣａＭｇ（ＣＯ₃）₂］よりなる群から選ばれる少なくとも一つを用いることができる。上記ＭｇＯ供給物質としては、例えば、ドロマイト、ＭｇＯ粉末、天然鉱石や海水などから抽出されるＭｇ含有物質、ＭｇＣＯ₃よりなる群から選ばれる少なくとも一つを用いることができる。上記Ａｌ₂Ｏ₃供給物質としては、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃粉末、ボーキサイト、ベーマイト、ギブサイト、およびダイアスポアよりなる群から選ばれる少なくとも一つを用いることができる。上記ＳｉＯ₂供給物質としては、例えば、ＳｉＯ₂粉末や珪砂などを用いることができる。

本発明では、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤以外の成分として、バインダーなどが更に配合されていてもよい。

上記バインダーとしては、例えば、多糖類など（例えば、コーンスターチや小麦粉等の澱粉など）を用いることができる。

上記酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤は、混合する前に予め粉砕しておくことが好ましい。例えば、上記酸化鉄含有物質は平均粒径が１０〜６０μｍ、上記炭素質還元剤は平均粒径が１０〜６０μｍ、上記融点調整剤は平均粒径が１０〜６０μｍとなるように粉砕することが推奨される。

上記粉砕する手段は特に限定されず、公知の手段を採用できる。例えば、振動ミル、ロールクラッシャ、ボールミルなどを用いればよい。

上述した原料の混合は、回転容器形の混合機や固定容器形の混合機で実施される。混合機の型式としては、回転容器形としては、回転円筒形、二重円錐形、Ｖ形など、固定容器形には混合槽内に回転羽（例えば、鋤など）を設けたものがあるが、特にその方式には限定されない。

上記混合物を塊成化する塊成機としては、例えば、皿形造粒機（ディスク形造粒機）、円筒形造粒機（ドラム形造粒機）、タイヤ型造粒機、双ロール型ブリケット成型機などを用いることができる。

上記塊成物の形状は特に限定されず、成型はペレット、ブリケット、押し出しのどれで実施しても構わない。

［加熱工程］
加熱工程では、上記塊成化工程で得られた塊成物を加熱して、該塊成物中の酸化鉄を還元および一部を溶融し、鉄成分を凝集させて粒状金属鉄を製造する。

上記塊成物の加熱は、例えば、電気炉や移動炉床式加熱炉で行えばよい。移動炉床式加熱炉とは、炉床がベルトコンベアのように炉内を移動する加熱炉であり、例えば、回転炉床炉やトンネル炉が挙げられる。上記回転炉床炉は、炉床の始点と終点が同じ位置になるように、炉床の外観形状が円形（ドーナツ状）に設計されており、炉床上に装入された塊成物に含まれる酸化鉄は、炉内を一周する間に加熱還元されて粒状金属鉄を生成する。従って、回転炉床炉には、回転方向の最上流側に塊成物を炉内に装入する装入手段が設けられ、回転方向の最下流側（回転構造であるため、実際には装入手段の直上流側になる）に排出手段が設けられる。上記トンネル炉とは、炉床が直線方向に炉内を移動する加熱炉である。

本発明の製造方法では、上記電気炉や移動炉床式加熱炉に上記塊成物を装入するに先立って、床敷材を敷いておく必要がある。

上記床敷材の粒径は、塊成物やその溶融物が潜り込まないように、例えば、３ｍｍ以下であることが好ましい。粒径の下限については、バーナーの燃焼ガスによって吹き飛ばされないように０．４ｍｍ以上であることが好ましい。

上記塊成物の加熱は、１３００〜１５００℃で行うことが好ましい。加熱温度が１３００℃を下回ると、粒状金属鉄やスラグが溶融しにくく、高い生産性が得られないことがある。従って加熱温度は、１３００℃以上とすることが好ましく、より好ましくは１４００℃以上である。しかし、加熱温度が１５００℃を超えると、排ガス温度が高くなるため、排ガス処理設備が大掛かりなものとなって設備コストが増大する。従って加熱温度は１５００℃以下とすることが好ましく、より好ましくは１４８０℃以下である。

［その他］
上記加熱工程で得られた粒状金属鉄は、床敷材や、副生したスラグと共に炉内から排出し、篩や磁選機等を用いて選別して回収すればよい。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤を含む混合物を塊成化し、塊成物を製造した。上記酸化鉄含有物質としては、下記表１に示す成分組成の鉄鉱石を用いた。下記表１において、Ｔｏｔａｌ Ｆｅは全鉄を示す。

上記炭素質還元剤としては、下記表２に示す成分組成の炭材Ａおよび炭材Ｂを準備した。表２には、固定炭素量に対する硫黄含有量の比率（Ｓ／固定炭素）も併記した。炭材Ａは、加熱されていない状態の石炭である。炭材Ｂは、上記炭材Ａを床敷材として用いて粒状金属鉄を製造した後に回収した石炭であり、予め加熱された炭材に相当している。

上記融点調整剤としては、下記表３に示す成分組成の石灰石、下記表４に示す成分組成のドロマイト、および下記表５に示す成分組成の蛍石を用いた。下記表５において、Ｔｏｔａｌ Ｃａは全カルシウムを示す。

上記酸化鉄含有物質（鉄鉱石）、炭素質還元剤（石炭）、および融点調整剤（石灰石、ドロマイト、蛍石）と、更にバインダーとして小麦粉とを下記表６に示す配合比率で混合し、適量の水を加えてタイヤ型造粒機を用いて直径が１９ｍｍの生ペレットを造粒した。

次に、得られた生ペレット（Ｎｏ．１、２）を乾燥機に装入し、１８０℃で１時間加熱して付着水を除去して乾燥した。得られた乾燥ペレットの成分組成を分析し、Ｔｏｔａｌ Ｆｅ（全鉄）を下記表７に示す。また、得られた乾燥ペレットの見掛け密度を下記表７に示す。

次に、得られた乾燥ペレットを加熱炉に装入し、１４５０℃で加熱し、乾燥ペレット中の酸化鉄を還元、溶融して粒状金属鉄を製造した。加熱炉の炉床上には、乾燥ペレットを装入するに先立って、下記表２に示す炭材Ａを床敷材として敷いた。また、加熱中は、炉内に窒素６０体積％と二酸化炭素４０体積％の混合ガスを供給した。下記表７に、還元溶融に必要な時間（反応時間）を示す。

加熱後、炉内から粒状金属鉄を含む試料を排出し、篩分けを行った。篩分けには、目開きが３．３５ｍｍの篩を用い、篩上に残留したものを製品（粒状金属鉄）として回収した。

上記加熱炉に装入した鉄の合計質量に対して、篩上に残留したものの質量の割合を歩留まりと定義し、算出結果を下記表７に示す。なお、篩上に残留したものには、Ｆｅ以外に、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ等も含まれているため、歩留まりは１００％を超えることもある。
歩留まり（％）＝（目開きが３．３５ｍｍの篩を用いて篩分けを行ったときに篩上に残留したものの質量／加熱炉に装入した鉄の合計質量）×１００

また、得られた粒状金属鉄の成分組成を分析し、Ｃ量を下記表７に示す。また、得られた粒状金属鉄の成分組成を分析し、表７に示したＮｏ．１の結果におけるＳ量を基準とし、このＳ量に対するＮｏ．２の結果におけるＳ量の比（相対値）を下記表７に示す。

下記表７に示した乾燥ペレットの見掛け密度、反応時間、歩留まり、乾燥ペレットの分析値（Ｔｏｔａｌ Ｆｅ）に基づいて、下記式により生産性指数を算出した。算出結果を下記表７に示す。なお、下記表７に示すＮｏ．１の生産性指数を１．００とした。

生産性指数＝Ｄ×Ｔ×Ｙ×Ｆ
但し、Ｄ、Ｔ、Ｙ、Ｆは、次の通りである。
Ｄ＝（Ｎｏ．２の乾燥ペレットの見掛け密度）／（Ｎｏ．１の乾燥ペレットの見掛け密度）
Ｔ＝（Ｎｏ．１の反応時間）／（Ｎｏ．２の反応時間）
Ｙ＝（Ｎｏ．２の歩留まり）／（Ｎｏ．１の歩留まり）
Ｆ＝（Ｎｏ．２の乾燥ペレット分析値 Ｔｏｔａｌ Ｆｅ）／（Ｎｏ．１の乾燥ペレット分析値 Ｔｏｔａｌ Ｆｅ）

下記表７から次のように考察できる。Ｎｏ．１は、本発明で規定している要件を満足していない比較例であり、予め加熱した炭材を用いていないため、表７に示したＮｏ．２に対して、生産性が劣っていることが分かる。また、粒状金属鉄に含まれるＳ量についても、Ｎｏ．２よりも多くなり、粒状金属鉄の品質を改善できなかった。一方、Ｎｏ．２は、本発明で規定している要件を満足している発明例である。Ｎｏ．２では、炭素質還元剤として、還元鉄を製造する工程で用いられた床敷材である炭材Ｂを用いているため、生産性指数は、表７に示したＮｏ．１よりも相対的に高くなったことが分かる。また、得られた還元鉄に含まれるＳ量は、表７に示したＮｏ．１よりも相対的に低くなったことが分かる。

以上の結果から、塊成物の原料となる炭素質還元剤として、予め加熱した炭材を用いることによって、生産性良く粒状金属鉄を製造できることが分かる。

Claims (3)

1. 酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤を含む混合物を塊成化する工程と、
   得られた塊成物を、床敷材が予め敷かれている炉床上で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元および一部を溶融させて粒状金属鉄を製造する工程を含み、
   前記炭素質還元剤は、予め加熱された炭材を含むことを特徴とする粒状金属鉄の製造方法。
2. 酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤を含む混合物を塊成化する工程と、
   得られた塊成物を、床敷材が予め敷かれている炉床上で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元および一部を溶融させて粒状金属鉄を製造する工程を含み、
   前記床敷材は、予め加熱された炭材を含むことを特徴とする粒状金属鉄の製造方法。
3. 前記予め加熱された炭材は、前記粒状金属鉄を製造する工程で用いられた床敷材である請求項１または２に記載の粒状金属鉄の製造方法。