JP2016069730A - 焼成炉及びこれを用いた部分還元鉄の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、部分還元鉄の常温圧縮強度及び金属化率の向上を両立させると共に台車の上に山をなして積載された塊成鉱の山の高さ位置に応じて発生する品質のバラツキを低減することができる焼成炉及びこれを用いた部分還元鉄の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、炭材及び鉄原料を含む複数の塊成鉱を第１の温度で熱処理して前記鉄原料の少なくとも一部を還元する還元部と、前記還元部の後端に連結され、還元された前記複数の塊成鉱を前記第１の温度よりも低い第２の温度で熱処理する均一化部と、を備えることを特徴とする。【選択図】 図２

Description

本発明は、焼成炉及びこれを用いた部分還元鉄の製造方法に係り、より詳しくは、炭材及び鉄原料を含む塊成鉱を還元した後に均一化して、塊成鉱の圧縮強度及び金属化率の向上を両立させる焼成炉及びこれを用いた部分還元鉄の製造方法に関する。

通常の還元鉄の製造装置は、鉄原料及び炭材をそれぞれ収容する複数のホッパーと、鉄原料及び炭材のそれぞれを供給されて破砕する破砕器と、鉄原料及び炭材を供給されて混合する混合器と、混合器において混合された混合物を圧縮して成形する成形器と、成形器において製造された成形炭を熱処理して焼成する焼成炉と、を備える。

現在、全世界の鉄の生産量の約６０％が１４世紀から開発された高炉法により生産されている。高炉法は、焼結過程を経た鉄鉱石及び柔軟炭を原料として製造したコークスなどを高炉に一緒に入れて高温の空気を吹き込んで鉄鉱石を鉄に還元して鎔鉄を製造する方法である。

鎔鉄生産設備の主流をなしている高炉法は、その反応特性からみて、所定のレベル以上の強度を有し、且つ、炉内の通気性の確保を保証する粒度を有する原料を求めるため、上述したように、燃料及び還元剤として用いる炭素源として特定の原料炭を加工処理したコークスが用いられ、鉄源としては一連の塊状化工程を経た焼結鉱が主として用いられる。

高炉には、還元ガスの流れを円滑にするために、粉鉄鉱石を塊状化させた焼結鉱及び粉石炭を乾溜して塊状化させたコークスを投入する。

ところが、塊状の焼結鉱は、粉鉄鉱石に比べて単位体積当たりの原ガスとの接触面積が非常に狭く、高炉内において還元が終わった後にも炭素との接触面積が狭いため還元された鉄の内部に炭素が浸透し難い。このため、焼結鉱は溶融温度が高いため溶融に多大なエネルギーが消耗され、しかも、溶銑の生産速度が遅いという根本的な問題を抱えている。

この理由から、極微粉の鉄鉱石をブラケット状やペレット状に塊成化させて炉床回転式加熱炉（ＲＨＦ：Ｒｏｔａｒｙ Ｈｅａｒｔｈ Ｆｕｒｎａｃｅ）において還元を誘導して直接的に還元鉄を製造する工程が開発されている。しかしながら、直接的に還元鉄を製造する工程の場合、生産量が年産１５万トン〜５０万トンの規模であるため量産には限界があり、還元率が９５％以上であるため電気炉用原料として用いている。

また、極微粉鉱石をブラケット状やペレット状に塊成化させて最大１，３５０℃で焼成を行うことにより、部分還元鉄を製造する工程が開発されており、最大年産４００万トンが量産可能である。ところが、このような工程の場合、密閉されていない開放型焼成炉において工程が行われるため、焼成炉の内部の温度などを適切に制御し難く、その結果、部分還元鉄の圧縮強度及び金属化率が低いという問題がある。

韓国公開特許第１０−２０１３−００５３０８９号公報 特開２０１３−１３３５１３号公報

本発明は、温度、酸素濃度及び保持時間を制御して部分還元鉄の常温圧縮強度及び金属化率の向上を両立させた焼成炉及びこれを用いた部分還元鉄の製造方法を提供することを目的としている。

また、本発明は、台車の上に山をなして積載された塊成鉱の山の高さ位置に応じて発生する品質のバラツキを低減することができる焼成炉及びこれを用いた部分還元鉄の製造方法を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明の実施形態による焼成炉は、炭材及び鉄原料を含む複数の塊成鉱を第１の温度で熱処理して鉄原料の少なくとも一部を還元させる還元部と、還元部の後端に連結され、還元された複数の塊成鉱を第１の温度よりも低い第２の温度で熱処理する均一化部と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態による焼成炉は、還元部の前端に連結されて複数の塊成鉱を乾燥する乾燥部及び複数の塊成鉱に含まれている揮発分を除去する揮発分除去部と、均一化部の後端に連結されて熱処理された複数の塊成鉱を冷却させる冷却部と、を更に備えていてもよい。

本発明の実施形態による焼成炉は、還元部及び均一化部と連結され、還元部及び均一化部に空気を含む雰囲気ガスを供給して還元部及び均一化部の内部の酸素の濃度を制御する雰囲気制御部を更に備えていてもよい。

複数の塊成鉱を熱処理する間には、均一化部内の酸素の濃度が還元部の内の酸素の濃度よりも低く保たれ、複数の塊成鉱を熱処理する間に、均一化部内の酸素の濃度は５％以下に保たれてもよい。

第２の温度は、１０００℃〜１２００℃であってもよい。

複数の塊成鉱は、還元部及び均一化部を連通させる移動経路に沿って移動する台車の上に所定の高さを有するように積載され、移動経路の一方の側に配設される熱源を更に備えていてもよい。

また、上記の目的を達成するために、本発明の他の実施形態による部分還元鉄の製造方法は、炭材及び鉄原料を含む複数の塊成鉱を第１の温度で熱処理して鉄原料の少なくとも一部を還元させるステップと、還元された複数の塊成鉱を第１の温度よりも低い第２の温度で熱処理する複数の塊成鉱を均一化させるステップと、を含むことを特徴とする。

本発明の他の実施形態による部分還元鉄の製造方法は、還元するステップ前に、複数の塊成鉱を乾燥するステップ及び複数の塊成鉱に含まれている揮発分を除去するステップを更に含み、均一化させるステップ後に、熱処理された複数の塊成鉱を冷却させるステップを更に含んでいてもよい。

均一化させるステップにおける酸素の濃度は、還元させるステップにおける酸素の濃度よりも低く保たれてもよく、酸素の濃度は、酸素、空気、不活性ガスまたは酸化炭素ガスのうちから選ばれる少なくとも何れか一種を含む雰囲気ガスの供給により制御されてもよく、均一化させるステップにおける酸素の濃度は、５％以下に保たれてもよい。

第２の温度は、１０００℃〜１２００℃であってよい。

本発明の他の実施形態による部分還元鉄の製造方法は、複数の塊成鉱を台車の上に所定の高さを有するように積載するステップを更に含み、還元させるステップ及び均一化させるステップが行われる間に、移動経路に沿って移動する台車の一方の方向から熱が供給されてもよい。

本発明の他の実施形態による部分還元鉄は、上記の部分還元鉄の製造方法により製造され、常温圧縮強度が１５０ｋｇｆ／ｐ以上であり、金属化率が４５％以上であることを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、本発明は、炭材及び鉄原料を含む複数の塊成鉱を移動式台車型焼成炉において移動させながら第１の温度で熱処理して還元させ、次いで、第１の温度よりも低い第２の温度で熱処理して還元された複数の塊成鉱を均一化させることにより、製造された部分還元鉄の常温圧縮強度及び金属化率の向上を両立させることができる。また本発明は、台車に複数の山をなして積載されるた塊成鉱の、高さ位置に応じて引き起こされる常温圧縮強度及び金属化率のバラツキを低減することができて、均一な品質の部分還元鉄を安定的に製造することができる。

これにより、本発明による部分還元鉄は、これを用いて高炉法により鎔鉄を生産するに当たっては十分な強度を有することができるだけではなく、高炉内において還元に必要なエネルギーを節減して生産コストを節減することができる。

本発明の実施形態による部分還元鉄製造設備の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態による焼成炉の構造を概略的に示す構成図である。 還元時間に伴う常温圧縮強度の変化を示すグラフである。 還元時間に伴う金属化率の変化を示すグラフである。 本発明の実施形態における均一化時間に伴う常温圧縮強度の変化を示すグラフである。

以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態について詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態によって何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態として実現されることができる。これらの実施形態は、単に、本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。

図１は、本発明の実施形態による部分還元鉄の製造設備の構成を示すブロック図であり、図２は、本発明の実施形態による焼成炉の構造を概略的に示す構成図である。

まず、本発明の部分還元鉄の製造方法について簡略に説明すれば、下記の通りである。
部分還元鉄の製造方法は、炭材及び鉄原料を用意して混合し、鉄原料及び炭材が混合された混合物を成形して複数の塊成鉱を製造した後、焼成炉において塊成鉱を焼成して還元することにより部分還元鉄を製造する。ここで、鉄原料は被還元剤であり、鉄鉱石、製鋼工程中に発生した含鉄塵埃及び汚泥のうちの少なくとも何れか一種が使用可能である。

また、炭材は鉄原料を還元させる還元材であり、石炭及び製鋼工程中に発生する含炭塵埃のうちの少なくとも何れか一方が使用可能である。ここで、部分還元鉄とは、鉄原料に含有されている鉄（Ｆｅ）の全体、すなわち、１００％が還元されることなく、１００％未満の範囲で部分的に還元されたものを意味する。もちろん、焼成時間または熱処理温度を調節することにより１００％還元された還元鉄を製造してもよいが、１００％還元された還元鉄を製造するためには焼成装置に負荷がかかるという問題が生じる。

本発明による部分還元鉄を製造するための部分還元鉄の製造装置は、図１に示すように、鉄原料及び炭材がそれぞれ収容される複数のホッパー１００、２００と、ホッパー１００、２００から鉄原料及び炭材のそれぞれを供給されて破砕した後に、破砕された鉄原料及び炭材を供給されて鉄原料及び石炭を所定の割合にて混合する混合器３００と、混合器３００において混合された混合物を圧縮してブラケット状に成形する塊成鉱成形器４００と、塊成鉱成形器４００において成形された複数の塊成鉱を熱処理して焼成して還元させた後に冷却させる焼成炉５００と、を備える。ここで、成形炭の原料として鉄源および炭材を提示したが、鉄源及び炭材間の結合を容易にし、且つ、 成形炭の強度を向上させるためのバインダなどの副原料が追加的に使用可能であり、このような副原料は追加的なホッパー（図示せず）に収容可能である。

混合器３００においては、０．１ｍｍ以下の粒度を有する極微粉の鉄原料及び炭材を、例えば、８：２の割合にて混合し、塊成鉱成形器４００は、具体的には図示しないが、向かい合うように設けられた一対のロールを備える成形器、すなわち、双ロール式成形器であってもよい。このため、一対のロールの間に混合物が装入されれば、一対のロールの回転による押出によりブラケット状の塊成鉱が製造される。

焼成炉５００は、塊成鉱成形器４００において製造された複数の塊成鉱を熱処理して還元させ、これを冷却させるものであり、例えば、内部に塊成鉱を収容する台車が移動可能な移動経路である内部空間を有する開放型移動式台車型焼成炉であってもよく、熱源（加熱手段）が設けられて、複数の塊成鉱を熱処理して還元させる。

図２に示すように、本発明による焼成炉５００は、炭材及び鉄原料を含む複数の塊成鉱を第１の温度で熱処理して前記鉄原料の少なくとも一部を還元する還元部５３０と、還元部５３０の後端に連結され、還元された前記複数の塊成鉱を前記第１の温度よりも低い第２の温度で熱処理する均一化部５４０と、を備えていてもよい。前記還元部及び均一化部は、複数の塊成鉱を収容している台車が一方の側から他方の側に向かって移動しながら加熱される移動経路を内部に有していてもよい。また、還元部５３０の前端に連結されて複数の塊成鉱を乾燥する乾燥部５１０と、複数の塊成鉱に含まれている揮発分を除去する揮発分除去部５２０と、均一化部５４０の後端に連結されて熱処理された複数の塊成鉱を冷却させる冷却部５５０と、を更に備えていてもよい。

焼成炉５００を構成する乾燥部５１０と、揮発分除去部５２０と、還元部５３０と、均一化部５４０及び冷却部５５０と、は内部空間（図示せず）を有し、内部空間を介して内部に複数の塊成鉱を収容している台車が移動経路に沿って移動可能なように両側が開放されて互いに連通される。台車は、焼結炉５００と略同じ形状に形成される無端状の移動経路に沿って移動し、複数の塊成鉱を連続的に移動させ、焼成炉５００は、無端状の移動経路のうち上部側の移動経路を囲繞するように形成されてもよい。

乾燥部５１０は、反応の効率性を高めるために、複数の塊成鉱内部に含有されている水分を除去する。すなわち、塊成鉱成形器４００において製造された塊成鉱の内部には水分が含有されているが、これをいきなり還元温度に近い高温に加熱すれば、塊成鉱の内部の水分が蒸発することによって塊成鉱を破壊したり、還元反応の効率性を低下させたりするおそれがある。これを防ぐために、乾燥部５１０において炭材内蔵塊成鉱を所定の温度、例えば、約２００〜３００℃に加熱して炭材内蔵塊成鉱内に含有されている水分を除去する。

揮発分除去部５２０は、乾燥部５１０において乾燥された複数の塊成鉱を加熱して塊成鉱に含まれている石炭内のタール、揮発分などを除去する。このとき、炭材内蔵塊成鉱内の石炭に含有されているタール、揮発分などは、約３００℃〜７００℃の温度で揮発する。石炭内のタール、揮発分は除去されながら ＣＨｎ系に変化するが、これは、燃焼に際して燃料として使用可能であるため、揮発分が除去される石炭のガス化過程において発生した排ガスは、後述する雰囲気制御部などにより冷却部５５０に供給可能である。このように 石炭のガス化過程において発生した排ガスを冷却部５５０に供給すれば、ＣＨｎ系の排ガスは高温の部分還元鉄と接触してＣＨｎが分解され、その分解熱を用いて還元鉄の冷却効率を向上させることができる。なお、排ガスを分解することによって発生したＣ及びＨガスは、還元部５３０に供給されて塊成鉱を還元させるのに必要な燃料として使用可能である。

また、揮発分除去部５２０は、内部の酸素の濃度が高い場合、塊成鉱内の石炭及び揮発分の燃焼が行われて成形炭の温度を急激に上昇させて工程温度が管理し難くなるおそれがあるため、石炭のガス化過程においては酸素の濃度を所定のレベル以下（例えば、１０％以下）に管理する必要がある。

還元部５３０は、揮発分が除去された複数の塊成鉱の還元反応が起きる場所である。還元部５３０においては、塊成鉱内の石炭により自発的に還元反応が起き、還元反応の効率の向上及び塊成鉱内の溶融物の生成の抑制を図るために還元温度（すなわち、第１の温度）は１１５０℃〜１２５０℃の範囲から選択可能である。還元反応についてより詳細に説明すると、炭材内蔵塊成鉱の石炭に存在する炭素（カーボン）がＦｅ_２Ｏ_３の酸素と直接的に反応するか、あるいは、燃焼中に発生する一酸化炭素がＦｅ_２Ｏ_３の酸素と反応して二酸化炭素になりながら、塊成鉱の鉄原料がＦｅＯまたはＦｅに還元される。

また、還元部５３０の内部の酸素の濃度が高過ぎる場合、塊成鉱内の多量の石炭が燃焼に供されて金属化率が下がるという問題が発生するため、酸素の濃度を所定のレベル以下（例えば、１０％以下）に管理する必要がある。

図３は、還元時間に伴う常温圧縮強度の変化を示すグラフである。
図３に示すように、還元部５３０において塊成鉱の内部の鉄原料のうちの少なくとも一部が還元された塊成鉱（若しくは、部分還元鉄）は、熱処理温度（第１の温度）で維持される時間（すなわち、還元時間）が長くなるにつれて常温圧縮強度が高くなるということが分かる。これは、部分還元鉄内の金属（Ｆｅ）と他の酸化物との間の焼結反応が起きて常温圧縮強度の増加につながるものと理解される。
一方、図４は、還元時間に伴う金属化率の変化を示すグラフである。
図４に示すように、還元時間が長くなるにつれて部分的に還元された塊成鉱（部分還元鉄）の金属化率が低下するということが分かる。これは、塊成鉱内のカーボンが完全に消耗されるとともに、外部の酸素の影響により還元鉄の再酸化反応が起きたことに起因する。

このように、炭材内蔵塊成鉱の自体還元が起きる還元部５３０における還元時間を長く維持すれば、部分還元鉄の強度が向上するとはいえ、再酸化反応などにより金属化率が低下し、これに対し、還元時間が短い場合には高い部分還元鉄の金属化率を確保することができるとはいえ、常温圧縮強度が下がるという問題がある。

部分還元鉄を用いて高炉法により鎔鉄を生産する場合、高炉内の圧力に耐えるためには、部分還元鉄は常温圧縮強度が１５０ｋｇｆ／ｐ以上であることが求められる。部分還元鉄の金属化率が低い場合は、高炉への装入による高炉内の還元剤比の低減効果を期待し難いため、金属化率が４０％以上であることが求められる。図３及び図４の例について説明すると 、１２００℃の還元温度で最も高い 金属化率（約５４％）を示す還元時間は１５分であるが、還元時間を１５分にした場合の常温圧縮強度は１２０ｋｇｆ／ｐであって、高炉における使用には低過ぎる圧縮強度を示す。これに対し、還元時間を約２５分に延長して維持すれば、圧縮強度は十分であるが、金属化率が低過ぎるという問題が発生する。このため、高炉用に好適に使用可能な部分還元鉄を製造するためには、部分還元鉄の特性の変化に影響を及ぼす還元温度、還元時間などの還元条件を厳密に制御しなければならないが、これは、部分還元鉄を量産しなければならない業界においては達成し難い。

一方、一般に、部分還元鉄を製造する焼成炉の場合には、内部空間に設けられる台車移動経路の一方の側（例えば、上部側）に熱源を配設し、複数のバナーが台車の移動経路に沿って間隔を有して設置され、複数のバナーに提供される燃料が燃焼されることにより、目的とする熱処理温度が達成される。部分還元鉄効率性のために、塊成鉱は台車の上に所定量以上積載されるが、積載される塊成鉱は、普通、数百ｍｍの高さに山積される。還元反応が起きる間に積載された複数の塊成鉱は、山の高さ位置に応じて、上部及び下部において温度のバラツキ及び酸素の濃度のバラツキを生じる。例えば、台車移動経路の上部側に配設されたバナーから下部に熱風が流入される場合、まず山をなした塊成鉱の上層部において反応が起きて塊成鉱内に存在する炭材が酸素と反応して燃焼が行われ、燃焼により発生した熱が下部に移動しながら熱の蓄積が発生して山をなした塊成鉱の高さ位置に応じて温度のバラツキが発生する。また、山をなした塊成鉱の上部においては、塊成鉱の内部の石炭が燃焼されながら酸素を消耗して下部に進むにつれて酸素量が減り、その結果、山をなした塊成鉱の高さ位置に応じて酸素の濃度のバラツキも生じる。部分還元鉄の強度及び金属化率は、還元温度及び酸素の濃度に応じて変化するため、結果的に、山をなした塊成鉱の上部及び下部において圧縮強度及び金属化率のバラツキも生じるという問題が発生する。

還元部５３０における還元反応を経た部分還元鉄の高い圧縮強度及び高い金属化率を両立させることが困難であり、山をなした塊成鉱の上部及び下部において特性のバラツキが生じるという問題を解消するために、本発明においては、還元部５３０の後端に均一化部５４０を連結し、還元部５３０において部分的に還元された複数の塊成鉱を還元温度（第１の温度）よりも低い温度第２の温度で熱処理する。

図５は、本発明の実施形態における均一化時間に伴う常温圧縮強度の変化を示すグラフである。
図５に示すように、１２００℃の還元温度で１５分間の還元時間をかけて還元反応させた塊成鉱（金属化率：５４％、常温圧縮強度：１２０ｋｇｆ／ｐ）を１０００℃の温度で均一化時間を異ならせながら熱処理した場合の、均一化時間に伴う常温圧縮強度は、均一化ステップを経ていない部分還元鉄に比べて、常温圧縮強度が高くなり、例えば均一化時間が２０分である場合には２２０ｋｇｆ／ｐまで常温圧縮強度が大幅に向上するということが分かる。これに対し、均一化部５４０において塊成鉱を２０分間熱処理した後にも部分還元鉄の金属化率は約５０％に非常に高く維持される。このような現象は、還元部５３０において部分的に還元された塊成鉱を均一化部５４０において還元温度よりも低い温度で熱処理することにより、塊成鉱内のカーボンの追加的な消耗及び還元鉄の再酸化を抑えながら部分的に還元された塊成鉱内の金属（Ｆｅ）と他の酸化物との間の焼結反応が起き続けるようにして金属化率低下させずに常温圧縮強度を向上させたことに起因する。

表１は、均一化温度を変化させた場合の常温圧縮強度を示すものであり、均一化温度が１０００℃よりも低い場合には焼結反応が持続されるのに十分な熱エネルギーが供給されないために常温圧縮強度が充分に高くならず、均一化温度を１０００℃〜１２００℃にした場合には部分的に還元された塊成鉱内の金属（Ｆｅ）と他の酸化物との間の焼結反応が安定的に進行して常温圧縮強度が向上した。これに対し、１２００℃以上に温度を上昇させた場合には、塊成鉱内において一部の溶融が生じて台車の上部にくっつくという現象が発生して台車が汚れるだけではなく、部分還元鉄の回収損失も発生して好ましくない。一方、１２００℃以上の温度を除いては、均一化温度に応じて金属化率は５０％〜５４％であり、大きな変化はなかった。このため、均一化温度は、１０００℃〜１２００℃の範囲から選ばれることが好ましい。

すなわち、本発明の実施形態によれば、還元部５３０においては、部分還元鉄の金属化率が低下しない還元時間（例えば、１５分の還元時間）までのみ還元反応が起きるようにして金属化率を最大限に確保した後（このとき、還元部における還元過程の終了時点は、金属化率を最大限に確保するか否かを確認することを基準として設定可能である）、還元部５３０において部分的に還元された塊成鉱を均一化部５４０において還元温度よりも低い温度で熱処理することにより、塊成鉱内のカーボンの追加的な消耗及び還元鉄の再酸化を抑えながら部分的に還元された塊成鉱内の金属（Ｆｅ）と他の酸化物との間の焼結反応が起き続けるようにして金属化率の低下なしにも常温圧縮強度を向上させている。

また、台車の上にをなして積載された塊成鉱の高さ位置による温度バラツキ及び酸素の濃度のバラツキに応じて、山をなした塊成鉱の上部に配置される塊成鉱は相対的に低い温度及び高い酸素の濃度で還元反応が起きて常温圧縮強度及び金属化率が下部の塊成鉱に比べて低くなるが、均一化部５４０において第２の温度で熱処理を施すことによって、上部の塊成鉱は内部のカーボンの追加的な消耗及び還元鉄の再酸化は抑えながら、焼結反応が起きて常温圧縮強度及び金属化率が向上して、山をなした塊成鉱の高さに位置による特性のバラツキが解消される。

一方均一化部５４０の均一化温度と共に、均一化時間も部分還元鉄の常温圧縮強度及び金属化率に影響を及ぼすが、均一化時間は２０分以下にしてもよい。２０分以上の長時間をかけて均一化熱処理を施すと、均一化部５４０の内部空間に残存する酸素により還元鉄が再酸化されるおそれがある。

均一化過程中に還元鉄の再酸化を抑えるために、均一化熱処理過程中に均一化部５４０の内部の酸素の濃度は、還元部５３０の内部酸素の濃度よりも低く保たれてもよい。また、塊成鉱内に残存する石炭（炭素）の追加的な燃焼により均一化温度が制御し難くなることを防ぐためにも酸素の濃度は低く保たれてもよい。均一化部５４０の酸素の濃度は、０％（不活性雰囲気）〜５％に保たれてもよい。還元部５３０の場合には、還元反応に必要な熱エネルギーを確保するために塊成鉱の内部に存在する一部の石炭の燃焼のためにある程度の酸素が必要であるが、還元反応が終わった後に均一化部５４０において熱処理を施す間には再酸化を引き起こす酸素の濃度は、必ず還元部５３０の内部の酸素の濃度よりも低く保たれなければならない。均一化部５４０の酸素の濃度が５％以上に保たれると、還元鉄の再酸化が起きて金属化率が下がるという問題がある。

図５の結果から明らかなように、均一化部５４０の内部を不活性雰囲気に維持した場合や酸素の濃度を５％に保つ場合に、常温圧縮強度若しくは金属化率には大差なかった。均一化部５４０の内部空間を完全不活性雰囲気（酸素の濃度：０％）に維持するためには工程コストが高騰するという問題があるため、酸素の濃度を５％以下にしてもよい。

焼成炉５００の末端には冷却部５５０が配設される。均一化部５４０において均質化熱処理が施された塊成鉱は冷却部５５０に排出されて冷却された後に外部に排出されて部分還元鉄となる。均一化部５４０において１０００℃〜１２００℃に保たれた塊成鉱は、還元鉄の再酸化を最大限に抑止または防止するために約４００℃以下に急冷した後に、冷却部５５０の内部の台車の移動につれて約１００℃に冷却されて冷却部５５０を抜け出る。このような冷却部５５０は、温度及び酸素雰囲気を制御するために、複数の空間に仕切られてもよい。

一方、乾燥部５１０と、揮発分除去部５２０と、還元部５３０と、均一化部５４０と、冷却部５５０と、は複数の連結管により連結されて、焼成炉の内部空間の雰囲気は互いに連通される。焼成炉５００は、前記連結管を介してこれらの内部空間に空気、酸素、不活性ガス、酸化炭素ガスなどを含む雰囲気ガスを供給して酸素の濃度を制御する雰囲気制御部５６０を更に備えていてもよい。酸素供給源として用いられる外部空気や酸素ガスと不活性ガス、又は、乾燥部５１０と、揮発分除去部５２０と、還元部５３０と、均一化部５４０と冷却部５５０において発生する排ガスに含まれている一酸化炭素ガス若しくは二酸化炭素ガスなどを混合して雰囲気ガスとして用いてもよい。特に、還元部５３０において発生する排ガスを使用する場合には、鉄鉱石が還元される過程において発生するものであり、酸素の濃度が低く、塊成鉱を約８００℃の高温に上昇させる高温のガスであるため、高温の排ガスと外部空気などを混合して所定の温度に制御した後に、乾燥部５１０と、揮発分除去部５２０と、還元部５３０と、均一化部５４０及び冷却部５５０に必要な熱エネルギー源として使用可能であるため、全体的な工程コストの節減を図ることができる。

本発明の実施形態による部分還元鉄の製造方法は、炭材及び鉄原料を含む複数の塊成鉱を乾燥するステップと、複数の塊成鉱に含まれている揮発分を除去するステップと、複数の塊成鉱を第１の温度で熱処理して前記鉄原料の少なくとも一部を還元させるステップと、還元された複数の塊成鉱を第１の温度よりも低い第２の温度で熱処理する複数の塊成鉱を均一化させるステップと、熱処理された前記複数の塊成鉱を冷却させるステップと、を含む。このとき、均一化させるステップにおける第２の温度は、１０００℃〜１２００℃の範囲から選ばれる。

このとき、均一化させるステップにおける酸素の濃度は、酸素、空気、不活性ガスまたは酸化炭素ガスのうちから選ばれる少なくとも何れか一種を含む雰囲気ガスを供給して還元させるステップにおける酸素の濃度よりも低く保たれてもよい。なお、均一化させるステップにおける酸素の濃度は、５％以下に保たれてもよい。

本発明の実施形態による部分還元鉄の製造方法は、前記複数の塊成鉱を台車の上に所定の高さを有するように積載するステップを更に含み、前記還元させるステップ及び均一化させるステップが行われる間に移動経路に沿って移動する台車の一方の（例えば、上部側）の方向から熱が供給される。

複数の塊成鉱を還元させるステップの終了時点は、金属化率を最大限に確保することを確認することを基準として設定してもよく、還元ステップが終わった後に還元させるステップの温度及び酸素の濃度よりも低い温度及び酸素の濃度の雰囲気下で部分的に還元された塊成鉱を熱処理して均一化ステップを行ってもよい。

本発明によれば、部分還元鉄は、常温圧縮強度が１５０ｋｇｆ／ｐ以上であり、金属化率が４５％以上であるため、高炉法に用いるのに十分な常温圧縮強度を有しながらも金属化率が高いので、高炉において低いエネルギーを用いて安定的に鎔鉄を生産することができる。

本発明の実施形態においては、炭材及び鉄原料を含む複数の塊成鉱（炭材内蔵塊成鉱）を還元させた後に、還元時よりも低い温度及び酸素の濃度で均一化熱処理を施すことにより、部分還元鉄の常温圧縮強度及び金属化率の向上を両立させることができる。また、台車の上に山をなし積載された複数の塊成鉱の高さ位置による常温圧縮強度や金属化率のバラツキなしに均一な部分還元鉄を製造することができる。これにより、高炉において安定的であり、且つ、エネルギーの消耗量を画期的に低減することができる。

このように、本発明の詳細な説明の欄においては具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内において種々に変形可能であるということはいうまでもない。よって、本発明の範囲は説明された実施形態に何ら限定されるものではなく、後述する特許請求の範囲だけではなく、この特許請求の範囲との均等物によって定められるべきである。

１００、２００ ホッパー
３００ 混合器
４００ 塊成鉱成形器
５００ 焼成炉
５１０ 乾燥部
５２０ 揮発分除去部
５３０ 還元部
５４０ 均一化部
５５０ 冷却部
５６０ 雰囲気制御部
６００ 部分還元鉄

Claims (15)

1. 炭材及び鉄原料を含む複数の塊成鉱を第１の温度で熱処理して前記鉄原料の少なくとも一部を還元する還元部と、
   前記還元部の後端に連結され、還元された前記複数の塊成鉱を前記第１の温度よりも低い第２の温度で熱処理する均一化部と、
   を備えることを特徴とする焼成炉。
2. 前記還元部の前端に連結されて前記複数の塊成鉱を乾燥する乾燥部及び前記複数の塊成鉱に含まれている揮発分を除去する揮発分除去部と、
   前記均一化部の後端に連結されて熱処理された前記複数の塊成鉱を冷却する冷却部と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の焼成炉。
3. 前記還元部及び均一化部と連結され、
   前記還元部及び均一化部に空気を含む雰囲気ガスを供給して前記還元部及び均一化部の内部の酸素の濃度を制御する雰囲気制御部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の焼成炉。
4. 前記複数の塊成鉱を熱処理する間は、前記均一化部内の酸素の濃度を前記還元部の内の酸素の濃度よりも低く保つことを特徴とする請求項１に記載の焼成炉。
5. 前記複数の塊成鉱を熱処理する間は、前記均一化部内の酸素の濃度は５％以下に保たれることを特徴とする請求項４に記載の焼成炉。
6. 前記第２の温度は、１０００℃〜１２００℃であることを特徴とする請求項１に記載の焼成炉。
7. 前記複数の塊成鉱は、前記還元部及び均一化部を連通させる移動経路に沿って移動する台車の上に所定の高さを有するように積載され、
   前記移動経路の一方の側に配設される熱源を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の焼成炉。
8. 炭材及び鉄原料を含む複数の塊成鉱を第１の温度で熱処理して前記鉄原料の少なくとも一部を還元させるステップと、
   還元された前記複数の塊成鉱を前記第１の温度よりも低い第２の温度で熱処理する前記複数の塊成鉱を均一化させるステップと、
   を含むことを特徴とする部分還元鉄の製造方法。
9. 前記還元するステップ前に、前記複数の塊成鉱を乾燥するステップ及び前記複数の塊成鉱に含まれている揮発分を除去するステップを更に含み、
   前記均一化させるステップ後に、熱処理された前記複数の塊成鉱を冷却するステップを更に含むことを特徴とする請求項８に記載の部分還元鉄の製造方法。
10. 前記均一化させるステップにおける酸素の濃度は、前記還元させるステップにおける酸素の濃度よりも低く保たれることを特徴とする請求項８に記載の部分還元鉄の製造方法。
11. 前記酸素の濃度は、酸素、空気、不活性ガス、又は酸化炭素ガスのうちから選ばれる少なくとも何れか一種を含む雰囲気ガスの供給により制御されることを特徴とする請求項１０に記載の部分還元鉄の製造方法。
12. 前記均一化させるステップにおける酸素の濃度は、５％以下に保たれることを特徴とする請求項１０に記載の部分還元鉄の製造方法。
13. 前記第２の温度は、１０００℃〜１２００℃であることを特徴とする請求項８に記載の部分還元鉄の製造方法。
14. 前記複数の塊成鉱を台車の上に所定の高さを有するように積載するステップを更に含み、
    前記還元させるステップ及び均一化させるステップが行われる間に、移動経路に沿って移動する台車の一方の方向から熱が供給されることを特徴とする請求項８に記載の部分還元鉄の製造方法。
15. 請求項８から請求項１４のうちの何れか一項に記載の部分還元鉄の製造方法により製造され、
    常温圧縮強度が１５０ｋｇｆ／ｐ以上であり、金属化率が４５％以上であることを特徴とする部分還元鉄。

Images