JP2022185242A - 回転炉床炉、及びその運転方法、並びに還元鉄の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転障害を抑制しつつ、設備費、メンテナンスの手間及び燃料の消費量を低減する回転炉床炉を提供する。【解決手段】回転炉床炉１００は、回転炉床１２と、外周側壁１１ａ及び内周側壁１１ｂを有する環状の炉体１１と、外周側壁１１ａ及び内周側壁１１ｂにおいて周方向に沿って並んで設けられる複数の主バーナ１０と、隙間３２ａ，３２ｂを加熱する複数の炉床バーナ１３ａ，１３ｂを備える。主バーナ１０は、１．０未満の空気比で燃焼する第１主バーナ１０Ａと、１．０以上の空気比で燃焼する第２主バーナ１０Ｂと、を有する。第１主バーナ１０Ａ寄りに設けられる炉床バーナ１３ａ，１３ｂの本数の方が、第２主バーナ１０Ｂ寄りに設けられる炉床バーナ１３ａ，１３ｂの本数よりも多い。【選択図】図１

Description

本開示は、回転炉床炉、及びその運転方法、並びに還元鉄の製造方法に関する。

製鉄廃棄物に含まれる酸化鉄を再利用するため、製鉄廃棄物を還元剤及びバインダと混練し造粒したペレットを回転炉床炉に装入し、加熱還元することにより還元鉄を製造するプロセスが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなプロセスの原料となる製鉄廃棄物には、酸化亜鉛が含まれることがある。加熱及び還元によって生じる亜鉛フュームは、高温雰囲気中では揮発しているものの、回転炉床と環状の炉体の側壁と回転炉床との隙間に侵入すると、水封部の冷輻射によって冷却され、固体として析出する。このような析出物は成長すると、隙間を閉塞し、回転障害の要因となる。

そこで、特許文献２，３では、回転炉床の外周面と外周固定壁の隙間、及び回転炉床の内周面と内周固定壁の隙間を加熱するバーナを、全周にわたって設ける技術が提案されている。これによって、炉内で気化した亜鉛が各隙間で冷却されて析出し、回転炉床の内周面及び外周面、並びに、内周固定壁及び外周固定壁に付着することを防止することができる。

特開２００９－２８１６１７号公報 特開２０１０－２２３５５６号公報 特開２０１３－２５３７６５号公報

各隙間に亜鉛等の析出物が付着することを抑制するため、炉床バーナを設けて隙間を加熱することは有効であるものの、炉床バーナの本数が多くなると、設備費、メンテナンスの手間、及び、燃料の消費量が増えてしまう。また、隙間において生じる付着物の中には、簡単に脱落するような脆い場合もあることが分かった。

そこで、本開示では、回転炉床の回転障害を抑制しつつ、設備費、メンテナンスの手間及び燃料の消費量を低減することが可能な回転炉床炉及びその運転方法を提供する。また、本開示では、そのような回転炉床炉を用いることによって、還元鉄を安定的に低い製造コストで製造することが可能な還元鉄の製造方法を提供する。

本開示は、円環状の回転炉床と、回転炉床の外周面に沿って配置される外周側壁、及び回転炉床の内周面に沿って配置される内周側壁を有する環状の炉体と、外周側壁及び内周側壁において周方向に沿って並んで設けられる複数の主バーナと、外周面と外周側壁との隙間、及び、内周面と内周側壁との隙間を加熱する複数の炉床バーナと、を備える回転炉床炉であって、主バーナは、１．０未満の空気比で燃焼する第１主バーナと、１．０以上の空気比で燃焼する第２主バーナと、を有し、第２主バーナよりも第１主バーナ寄りに設けられる炉床バーナの本数の方が、第１主バーナよりも第２主バーナ寄りに設けられる炉床バーナの本数よりも多い、回転炉床炉を提供する。

上記回転炉床炉は、主バーナとして、１．０未満の空気比で燃焼する第１主バーナと、１．０以上の空気比で燃焼する第２主バーナとを有している。そして、空気比が１．０未満である第１主バーナ寄りに設けられる炉床バーナの本数の方が、空気比が１．０以上である第２主バーナ寄りに設けられる炉床バーナの本数よりも多くなっている。このため、第２主バーナ近傍に設ける炉床バーナの本数を減らし、設備費、メンテナンスの手間及び燃料の消費量を低減することができる。また、第１主バーナ近傍の上記各隙間を加熱する炉床バーナを設けることによって、各隙間に生じる、主成分として金属亜鉛を含む付着物の生成を抑制することができる。一方、第２主バーナの近傍の上記各隙間には、主成分として酸化亜鉛を含む付着物が生じ得る。このように主成分として酸化亜鉛を含む付着物は、脆くて容易に付着面から脱落するため、回転障害の要因とはならない。したがって、本開示の回転炉床炉によれば、回転炉床の回転障害を抑制しつつ、炉床バーナの本数を減らして設備費、メンテナンスの手間及び燃料の消費量を低減することができる。

上記炉体と上記回転炉床で構成される環状の炉内空間は、１．０未満の空気比で燃焼する複数の第１主バーナが周方向に沿って並ぶ第１領域と、１．０以上の空気比で燃焼する複数の第２主バーナが周方向に沿って並ぶ第２領域と、を有し、第１領域に設けられる炉床バーナの本数の方が、第２領域に設けられる炉床バーナの本数よりも多くてよい。これによって、第１領域において、主成分として金属亜鉛を含む付着物の生成を十分に抑制しつつ、第２領域に設けられる炉床バーナの本数を十分に減らすことができる。第２領域には炉床バーナはなくてもよい。

全ての炉床バーナは、第２主バーナよりも第１主バーナ寄りに設けられてよい。炉床バーナは、第１領域のみに設けられてもよい。これによって、炉床バーナの本数を一層低減することができる。したがって、設備費、メンテナンスの手間及び燃料の消費量を、一層低減することができる。

上記回転炉床炉の平面視において、第２主バーナよりも第１主バーナ寄りに設けられる炉床バーナと、当該炉床バーナに最も近接する第１主バーナとの間隔は１．５ｍ以下であってよい。このような間隔となるように炉床バーナを設けることによって、各隙間に主成分として金属亜鉛を含む付着物が生成することを十分に抑制することができる。

回転炉床の上面を基準とする、複数の主バーナの高さは１．５ｍ以下であってよい。これによって、第２主バーナの近傍の各隙間に生じる付着物に含まれる亜鉛が酸化されやすくなる。したがって、付着物が一層脆くなって脱落し易くなる。また、第１主バーナの近傍の各隙間は、炉床バーナのみならず第１主バーナでも加熱されることとなるため、温度が高くなって付着物が生じにくくなる。したがって、一層安定的に運転を継続することが可能となる。

上記回転炉床炉は、電気炉ダストと炭材とを含むブリケットを加熱して還元鉄を得てもよい。電気炉ダストは他の製鉄ダストよりも金属亜鉛の含有量が高い傾向にある。しかしながら、亜鉛の含有量が高い電気炉ダストを含むブリケットを用いても、回転炉床の回転障害を抑制し、安定的に低コストで運転を継続することができる。

本開示は、円環状の回転炉床と、回転炉床の外周面に沿って配置される外周側壁、及び回転炉床の内周面に沿って配置される内周側壁を有する環状の炉体と、外周側壁及び内周側壁において周方向に沿って並んで設けられる複数の主バーナと、外周面と外周側壁との隙間、及び、内周面と内周側壁との隙間を加熱する複数の炉床バーナと、を備える回転炉床炉の運転方法であって、主バーナの一部である第１主バーナを１．０未満の空気比で燃焼するとともに、主バーナの一部である第２主バーナを１．０以上の空気比で燃焼する工程を有し、第２主バーナよりも第１主バーナ寄りに設けられて燃焼する炉床バーナの本数の方が、第１主バーナよりも第２主バーナ寄りに設けられて燃焼する炉床バーナの本数よりも多い、回転炉床炉の運転方法を提供する。

上記回転炉床炉の運転方法では、主バーナのうち第１主バーナを１．０未満の空気比で燃焼するとともに、第２主バーナを１．０以上の空気比で燃焼する工程を有する。そして、空気比が１．０未満である第１主バーナ寄りに設けられて燃焼する炉床バーナの本数の方が、空気比が１．０以上である第２主バーナ寄りに設けられて燃焼する炉床バーナの本数よりも多くなっている。このため、第２主バーナ近傍で燃焼する炉床バーナの本数を減らし、設備費、メンテナンスの手間及び燃料の消費量を低減することができる。また、第１主バーナ近傍の上記各隙間では、炉床バーナを燃焼して加熱することによって、各隙間に生じる、主成分として金属亜鉛を含む付着物の生成を抑制することができる。一方、第２主バーナの近傍の上記各隙間には、主成分として酸化亜鉛を含む付着物が生じ得る。しかしながら、主成分として酸化亜鉛を含む付着物は、脆くて容易に付着面から脱落するため、回転障害の要因とはならない。したがって、本開示の回転炉床炉の運転方法によれば、回転炉床の回転障害を抑制しつつ、炉床バーナの本数を減らして設備費、メンテナンスの手間及び燃料の消費量を低減することができる。

上述の運転方法は、電気炉ダストと炭材とを含むブリケットを回転炉床上に導入する工程を有してもよい。電気炉ダストは亜鉛の含有量が他の製鉄ダストよりも高い傾向にある。しかしながら、上述の運転方法では、亜鉛の含有量が高い電気炉ダストをブリケットが含んでいても、回転炉床の回転障害を抑制し、安定的に低コストで運転を継続することができる。

本開示は、上述のいずれかの回転炉床炉を用いて、酸化鉄と炭材とを含むブリケットを加熱し、酸化鉄を還元することによって還元鉄を得る工程を有する、還元鉄の製造方法を提供する。この製造方法では、上記回転炉床炉を用いることから、還元鉄を安定的に低い製造コストで製造することができる。

上記工程で用いられるブリケットは、酸化鉄を含有する電気炉ダストを含んでもよい。電気炉ダストは亜鉛の含有量が他の製鉄ダストよりも高い傾向にある。しかしながら、亜鉛の含有量が高くても、回転炉床の回転障害を抑制し、安定的に低コストで還元鉄を製造することができる。

回転炉床の回転障害を抑制しつつ、設備費、メンテナンスの手間及び燃料の消費量を低減することが可能な回転炉床炉及びその運転方法を提供することができる。そのような回転炉床炉を用いることによって、還元鉄を安定的に低い製造コストで製造することが可能な還元鉄の製造方法を提供することができる。

回転炉床炉及び還元鉄の製造装置の実施形態を模式的に示す図である。 図１の回転炉床炉の水平断面図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。 図２のＩＶ－ＩＶ線断面図である。 図１の回転炉床炉の水平断面図である。 空気比と付着物の厚みとの関係を示すグラフである。 実験例で用いた回転炉床炉の水平断面図である。 比較例で用いた回転炉床炉の水平断面図である。

以下、場合により図面を参照して、本開示の実施形態を説明する。ただし、以下の実施形態は、本開示を説明するための例示であり、本開示を以下の内容に限定する趣旨ではない。各図面において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用い、場合により重複する説明は省略する。

図１は、回転炉床炉とこれを備える還元鉄の製造装置の一実施形態を模式的に示す図である。図１の還元鉄の製造装置２００は、電気炉ダストと炭材とを含むブリケット２２を加熱して還元鉄を生成する回転炉床炉１００を備える。図１の回転炉床炉１００は、その内部構造を示すために、炉体１１の一部が切り欠かれている。

回転炉床炉１００は、円環状の回転炉床１２と、回転炉床１２の外周面１２ａに沿って配置される外周側壁１１ａ、回転炉床１２の内周面１２ｂに沿って配置される内周側壁１１ｂ、及び天井壁１１ｃを有する環状の炉体１１と、を備える。回転炉床炉１００の外周側壁１１ａには、周方向に沿って並ぶように複数の主バーナ１０が設けられている。回転炉床炉１００の内周側壁１１ｂにも、周方向に沿って並ぶように複数の主バーナ１０が設けられている。主バーナ１０には、燃料ガス及び燃焼空気を供給する図示しない供給管が接続されていてよい。燃料ガスと燃焼空気の比は、各主バーナ１０において独立に調節可能に構成されていてよい。

図２は、図１の回転炉床炉１００の水平断面図である。図２の水平断面図は、主バーナ１０の下方で回転炉床炉１００の外周側壁１１ａ及び内周側壁１１ｂを通るように切断し、上方から下方を見たときの断面を示している。ただし、図２では、炉床バーナ１３ａ，１３ｂと主バーナ１０との位置関係を示すため、断面よりも上方にある主バーナ１０も示している。外周側壁１１ａには、円周方向に沿って７本の主バーナ１０が並んで設けられている。内周側壁１１ｂには、円周方向に沿って４本の主バーナ１０が並んで設けられている。外周側壁１１ａ及び内周側壁１１ｂに設けられる主バーナ１０の本数は特に限定されない。また、隣り合う主バーナ１０の間隔は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

複数の主バーナ１０の一部は、１．０未満の空気比で燃焼する第１主バーナ１０Ａであり、複数の主バーナ１０の他部は、１．０以上の空気比で燃焼する第２主バーナ１０Ｂである。空気比とは、燃料を完全に燃焼させるために理論的に必要な空気量（理論空気量）に対する、実際に供給される空気量の比である。空気比が１．０の場合、燃料の完全燃焼に必要な空気量で燃料を燃焼することとなる。第１主バーナ１０Ａは、１．０未満の空気比で燃焼するため、酸素不足となり還元反応を十分に進行させることができる。酸化鉄の還元反応を十分に促進する観点から、第１主バーナ１０Ａの空気比は、０．９５以下であってよく、０．９以下であってもよい。一方、不完全燃焼（一酸化炭素の発生量）を抑制する観点から、第１主バーナ１０Ａの空気比は、０．７以上であってよく、０．８以上であってもよい。

第２主バーナ１０Ｂは、１．０以上の空気比で燃焼するため、亜鉛の酸化を促進し、付着物に含まれる金属亜鉛の含有量を低減することができる。また、一酸化炭素の発生を抑制して排ガスの処理コストを低減することができる。亜鉛の酸化を一層促進するとともに、排ガスに含まれる一酸化炭素を一層低減する観点から、第２主バーナ１０Ｂの空気比は、１．０を超えていてよく、１．１以上であってもよい。一方、熱効率向上の観点から、第２主バーナ１０Ｂの空気比は、１．３以下であってよく、１．２以下であってもよい。

本実施形態では、６本の第１主バーナ１０Ａと、５本の第２主バーナ１０Ｂとが設けられている。第１主バーナ１０Ａ及び第２主バーナ１０Ｂの本数は特に限定されず、また本数割合も特に限定されない。ただし、図２に示すように、第１主バーナ１０Ａ同士は円周方向に沿って隣り合うように設けられることが好ましい。第２主バーナ１０Ｂ同士は円周方向に沿って隣り合うように設けられることが好ましい。このように、第１主バーナ１０Ａと第２主バーナ１０Ｂが交互にならないように、それぞれを隣り合って設けることによって、回転炉床炉１００の炉内空間７０を、還元反応を促進する第１領域と、酸化反応を促進する第２領域とに区画することができる。第１領域には第１主バーナ１０Ａのみが設けられ、第２領域には第２主バーナ１０Ｂのみが設けられてよい。

回転炉床１２は、炉体１１に対して円周方向Ｐに沿って回転する。回転炉床１２は、下面側に図示しない走行車輪が設けられ、炉体１１の円周方向Ｐに沿って回転可能に支持されている。回転炉床１２の外周面１２ａと炉体１１の外周側壁１１ａとの間には、隙間３２ａが設けられている。すなわち、回転炉床１２の外周面１２ａと炉体１１の外周側壁１１ａは、隙間３２ａによって隔てられている。回転炉床１２の内周面１２ｂと炉体１１の内周側壁１１ｂとの間には、隙間３２ｂが設けられている。すなわち、回転炉床１２の内周面１２ｂと炉体１１の内周側壁１１ｂは、隙間３２ｂによって隔てられている。

隙間３２ａの下方には、隙間３２ａを加熱する複数の炉床バーナ１３ａが設けられている。隙間３２ｂの下方にも、隙間３２ｂを加熱する複数の炉床バーナ１３ｂが設けられている。炉床バーナ１３ａ，１３ｂには、燃料ガス及び燃焼空気を供給する図示しない供給管が接続されていてよい。隙間３２ａ，３２ｂに設けられる炉床バーナ１３ａ，１３ｂは、円周方向に沿って並んで設けられている。複数の炉床バーナ１３ａの間隔は均一ではなく、偏って設けられている。複数の炉床バーナ１３ｂの間隔も均一ではなく、偏って設けられている。

第２主バーナ１０Ｂよりも第１主バーナ１０Ａ寄りに設けられる炉床バーナ１３ａ，１３ｂの本数の方が、第１主バーナ１０Ａよりも第２主バーナ１０Ｂ寄りに設けられる炉床バーナ１３ａ，１３ｂの本数よりも多い。それぞれの本数に制限はない。例えば、第１主バーナ１０Ａよりも第２主バーナ１０Ｂ寄りに設けられる炉床バーナ１３ａ，１３ｂの本数は０であってもよい。すなわち、図２のように全ての炉床バーナ１３ａ，１３ｂは、第２主バーナ１０Ｂよりも第１主バーナ１０Ａ寄りに設けられていてよい。

図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。すなわち、図３は、第１主バーナ１０Ａ付近を通るように回転炉床炉１００の径方向に沿って切断したときの回転炉床炉１００の鉛直断面の一部を示している。回転炉床１２の外周面１２ａと外周側壁１１ａとの隙間３２ａは、外周側壁１１ａの下端に接続されたシールプレート１５と、回転炉床１２の外周部の下端に接続されたシールプレート１６とを水封部１７で水封することによってシールされている。図３には示されていないが、回転炉床１２の内周面１２ｂと炉体１１の内周側壁１１ｂとの隙間３２ｂも、隙間３２ａと同様にシールされている。このようにして、回転炉床炉１００の内部には、外気から遮断された炉内空間７０が形成されている。

水封部１７の上方（隙間３２ａの下方）には、炉床バーナ１３ａが設けられている。このため、炉内空間７０を流通するガスが隙間３２ａ付近に進入しても高い温度を維持することができる。したがって、隙間３２ａを形成する外周面１２ａ及び外周側壁１１ａに主成分として金属亜鉛を含む付着物が生成することを抑制することができる。これと同様に、隙間３２ｂを形成する内周面１２ｂ及び内周側壁１１ｂに主成分として金属亜鉛を含む付着物が生成することを抑制することができる。よって、金属亜鉛を含む付着物による回転炉床１２の回転障害の発生を十分に抑制することができる。

回転炉床１２の上面１２Ａの最高高さを基準とする、主バーナ１０（第１主バーナ１０Ａ）の高さＨは、１．５ｍ以下であることが好ましい。これによって、隙間３２ａ（３２ｂ）における温度が高くなり、主成分として金属亜鉛を含む付着物が形成され難くなる。したがって、回転炉床炉１００の運転を、一層安定的に継続することが可能となる。なお、高さＨは、主バーナ１０の中心線と上面１２Ａの最高高さの差として求められる。

図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線断面図である。すなわち、図４は、第２主バーナ１０Ｂ付近を通るように回転炉床炉１００の径方向に沿って切断したときの回転炉床炉１００の鉛直断面の一部を示している。第２主バーナ１０Ｂの下方における隙間３２ａの下方には炉床バーナ１３ａが設けられていない。このため、隙間３２ａ付近に進入したガスは、水封部１７の冷輻射によって冷却される。これによって、ガスに含まれる酸化亜鉛が析出し、隙間３２ａを形成する外周面１２ａ及び外周側壁１１ａに主成分として酸化亜鉛を含む付着物７５が形成される。図４には示されていないが、隙間３２ｂ付近に進入したガスも、これと同様に水封部の冷輻射によって冷却される。これによって、隙間３２ｂを形成する内周面１２ｂ及び内周側壁１１ｂに主成分として酸化亜鉛を含む付着物が形成される。

回転炉床１２の上面１２Ａの最高高さを基準とする、主バーナ１０（第２主バーナ１０Ｂ）の高さＨは、１．５ｍ以下であることが好ましい。これによって、第２主バーナ１０Ｂの近傍の隙間３２ａ（３２ｂ）に生じる付着物に含まれる金属亜鉛が酸化されやすくなる。これによって、付着物が一層脆くなって脱落し易くなる。したがって、回転炉床炉１００の運転を、一層安定的に継続することが可能となる。

主成分として酸化亜鉛を含む付着物７５は、主成分として金属亜鉛を含む付着物よりも脆い。このため、外周面１２ａ、外周側壁１１ａ、内周面１２ｂ及び内周側壁１１ｂから容易に脱落する。このため、付着物７５が生じても、回転炉床１２の回転障害とはならず、安定運転を継続することができる。回転炉床炉１００は、第２主バーナ１０Ｂの下方に隙間３２ａ（３２ｂ）を加熱する炉床バーナ１３ａ，１３ｂを有していないことから、炉床バーナの本数を削減することができる。これによって、設備費、メンテナンスコストの手間及び燃料の消費量を低減することができる。

図５は、図１と同様に回転炉床炉１００の水平断面を示す図である。この図５でも、炉床バーナ１３ａ，１３ｂと主バーナ１０との位置関係を示すため、断面よりも上方にある主バーナ１０を示している。また、図５では、説明のため導入部２１及び導出部６０の表示を省略している。図５に示すように、回転炉床炉１００における環状の炉内空間７０は、第１主バーナ１０Ａが周方向に沿って並ぶ第１領域７１と、複数の第２主バーナが周方向に沿って並ぶ第２領域７２の２つに区画される。第１領域７１及び第２領域７２は略Ｃ型の断面形状を呈している。第１領域７１と第２領域７２の境界となる仮想境界線Ｂ１及び仮想境界線Ｂ２は、図５のような水平断面において、外周側壁１１ａに設けられ互いに隣り合う第１主バーナ１０Ａと第２主バーナ１０Ｂの中間点と、内周側壁１１ｂに設けられ互いに隣り合う第１主バーナ１０Ａと第２主バーナ１０Ｂの中間点と、を結ぶ線分として描かれる。このとき、各線分は、炉内空間７０を介して互いに対向する中間点同士を結ぶようにして描く。

本実施形態では、第２領域７２には炉床バーナ１３ａ，１３ｂが一本も設けられていない。これによって、設備費、メンテナンスコストの手間及び燃料の消費量を十分に低減することができる。ただし、これに限定されず、変形例では、第２領域７２にも炉床バーナ１３ａ，１３ｂを設けてもよい。第２主バーナ１０Ｂよりも第１主バーナ１０Ａ寄りに設けられる炉床バーナ１３ａ，１３ｂの本数の方が、第１主バーナ１０Ａよりも第２主バーナ１０Ｂ寄りに設けられる炉床バーナ１３ａ，１３ｂの本数よりも多ければよい。なお、第１領域７１に設けられる炉床バーナ１３ａ，１３ｂの本数の方が、第２領域７２に設けられる炉床バーナ１３ａ，１３ｂの本数よりも多いことが好ましい。これによって、第１領域７１において、主成分として金属亜鉛を含む付着物の生成を十分に抑制しつつ、第２領域７２に設けられる炉床バーナ１３ａ，１３ｂの本数を十分に減らすことができる。

炉床バーナ１３ａ，１３ｂは、第１領域７１において、第２主バーナ１０Ｂよりも第１主バーナ１０Ａ寄りに設けられている。各炉床バーナ１３ａ（１３ｂ）と、それぞれに最も近接する第１主バーナ１０Ａとの間隔Ｄは、１．５ｍ以下であってよく、１．０ｍ以下であってもよい。このような間隔Ｄとなるように炉床バーナ１３ａ，１３ｂを設けることによって、隙間３２ａ，３２ｂに、主成分として金属亜鉛を含有する付着物が生成することを十分に抑制することができる。間隔Ｄは、回転炉床炉１００を平面視して測定することができる。

図１に戻り、回転炉床炉１００の運転方法、並びに、回転炉床炉１００及びこれを備える還元鉄の製造装置２００を用いて還元鉄を製造する方法について以下に説明する。還元鉄の製造装置２００は、例えば、ダスト、炭材及びバインダを混錬して得られる混錬物を成形してブリケット２２（成形体）を作製する成形部を備える。成形部は、例えばダブルロール成形機であってよい。ダストは、酸化鉄、酸化亜鉛及びその他の成分を含んでよい。ダストの全鉄量（Ｔ．Ｆｅ）は、例えば１０～６０質量％であってよく、ＺｎＯの含有量は１０～４０質量％であってよい。炭材は、例えば微粉炭であってよい。ダストは、製鉄ダストであってよく、電気炉ダスト、高炉系ダスト、転炉ダスト及び焼結ダストの少なくとも一つを含んでいてもよい。電気炉ダスト及び高炉系ダストの成分例を表１に示す。

表１に示すように、電気炉ダストは、亜鉛の含有量が他のダストよりも高い傾向にある。ブリケット２２は電気炉ダストを含んでもよい。回転炉床炉１００及びこれを備える還元鉄の製造装置２００は、亜鉛の含有量が高い電気炉ダストを原料として含んでいても、回転炉床炉１００の回転障害を抑制し、安定的に低コストで還元鉄を製造することができる。

ブリケット２２は、搬送部２４で搬送され、回転炉床炉１００の導入部２１から回転炉床１２上に導入される（導入工程）。導入部２１は、例えば、スリットを有する振動篩機で構成される。ブリケット２２は、振動篩機のスリットを通過して回転炉床１２の上に導入される。炉内空間７０は、例えば１０００～１３００℃に加熱されている。導入部２１から回転炉床１２の上に導入されたブリケット２２は、回転炉床１２の回転に伴って炉体１１の内部を移動しながら加熱される（加熱工程）。ブリケット２２が酸化鉄及び酸化亜鉛を含む場合、加熱に伴って以下の反応式で表される酸化還元反応が進行する。なお、ｎは、任意の数値であってよく、例えば１，２又は３であってよい。ｍは、任意の数値であってよく、例えば１、３又は４であってよい。

Ｆｅ_ｎＯ_ｍ＋ｍＣ → ｎＦｅ＋ｍＣＯ （１）
Ｆｅ_ｎＯ_ｍ＋ｍＣＯ → ｎＦｅ＋ｍＣＯ_２ （２）
ＺｎＯ＋Ｃ → Ｚｎ＋ＣＯ （３）
ＺｎＯ＋ＣＯ → Ｚｎ＋ＣＯ_２ （４）
Ｃ＋Ｏ_２ → ＣＯ_２ （５）
Ｃ＋ＣＯ_２→ ２ＣＯ （６）

加熱工程では、第１主バーナ１０Ａは１．０未満の空気比で燃焼するとともに、第２主バーナ１０Ｂは１．０以上の空気比で燃焼する。ブリケットに含まれる酸化鉄は、炭材によって、例えば上記式（１）及び上記式（２）で還元されて還元鉄となる。導出部６０からは還元鉄を主成分として含む還元鉄が導出される。このようにして、酸化鉄と炭材とを含むブリケットを加熱し、前記酸化鉄を還元することによって還元鉄を得る工程を行うことができる。還元鉄は、冷却部６２で冷却された後、例えば電気炉等の原料として用いられてよい。ブリケットに含まれる酸化亜鉛は、及び、式（３）及び式（４）の還元反応で生成する亜鉛は、フュームとなって、回転炉床炉１００の炉内空間７０を、二酸化炭素及び一酸化炭素等の燃焼ガスとともに流通する。

図２に示す第１主バーナ１０Ａは、空気比が１．０未満であることから、フュームとなった金属亜鉛は酸化されずにそのまま燃焼ガスに取り込まれる。燃焼ガスの一部は、隙間３２ａ，３２ｂ付近に進入する。第１主バーナ１０Ａの下方の隙間３２ａ，３２ｂには、それぞれ、炉床バーナ１３ａ，１３ｂが設けられている。このため、隙間３２ａ，３２ｂ付近においても排ガスの温度が維持される。これによって、主成分として金属亜鉛を含む付着物が各隙間３２ａ，３２ｂ付近に付着することが抑制される。したがって、付着物に起因する回転炉床１２の回転障害の発生を十分に抑制することができる。

図２に示す第２主バーナ１０Ｂは、空気比が１以上であることから、フュームとなった亜鉛は酸化されて酸化亜鉛となる。酸化亜鉛を含む燃焼ガスの一部は、隙間３２ａ，３２ｂ付近に進入する。第２主バーナ１０Ｂの下方の隙間３２ａ，３２ｂには、炉床バーナ１３ａ，１３ｂが設けられていない。このため、隙間３２ａ，３２ｂ付近に進入した燃焼ガスは冷却され、図４に示すように、主成分として酸化亜鉛を含む付着物７５が形成される。付着物７５は、脆いため振動等によって容易に脱落する。このため、回転炉床１２の回転障害とはならず、回転炉床炉１００の安定運転を十分に継続することができる。

図１に戻り、燃焼ガスは、天井壁１１ｃに接続された排ガス管３０から排出される。排ガス管３０から排出された排ガスは、ガス冷却部３５において冷却される。

回収部４０では、排ガスに含まれる固形分が捕捉され回収される。回収部４０は例えばバグフィルタを有していてよい。回収される固形分は、酸化亜鉛の他に亜鉛及び酸化鉄等を含んでいてもよい。回収部４０で固形分を除去して得られる排ガスはブロア４５で吸引され、煙突５０によって大気放出される。

このようにして、回転炉床炉１００を運転することによって、還元鉄を製造することができる。この製造方法では、回転炉床炉１００及びこれを備える還元鉄の製造装置２００を用いることから、還元鉄を安定的に低い製造コストで製造することができる。還元鉄は、鉄以外の成分を含んでいてよい。

以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されない。

以下の実施例及び比較例を参照して本開示の内容をより詳細に説明するが、本開示は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

（実験例１）
図７に示す回転炉床炉１１０を準備した。この回転炉床炉１１０は、外周側壁に７本、内側側壁に４本の主バーナ１０を備えていた。回転炉床１２の上面の最高高さを基準とする、各主バーナ１０の高さ（図３及び図４のＨ）は、１．５ｍであった。一方、回転炉床炉１１０は、炉床バーナを備えていなかった。電気炉ダストと炭材（微粉炭）とを用いてブリケットを作製した。このブリケットを、導入部２１から回転炉床炉１１０内の回転炉床１２上に導入して加熱し、還元鉄を製造した。製造中、外周側壁１１ａに設けられた１本の主バーナのみ、空気比を０．７とした。その他の計１０本の主バーナの空気比は全て１．０とした。運転を１２０日間継続した後、空気比を０．７とした主バーナ１０の下方の隙間３２ａに付着した付着物の厚みを測定した。

厚みの測定は、隙間３２ａを形成する回転炉床１２の外周面１２ａにおける付着物と、これに対向する外周側壁１１ａの内表面における付着物の厚みの合計値（以下、単に「厚み」という。）として求めた。各厚みは、回転炉床１２の外周面１２ａと外周側壁１１ａの内表面とが対向する方向に沿う長さとして測定した。測定は、空気比が０．７である主バーナ１０を中心として両側３ｍ（片側１．５ｍ）の領域で行い、厚みの最大値を求めた。結果を表２に示す。

付着物の強度を工具の先端で突いて確認した。工具の先端で突いても付着物が崩壊しない場合を「Ａ」、工具の先端で突いて付着物が崩壊する場合を「Ｂ」と評価した。結果を表２に示す。

ＩＣＰ発光分光分析法によって付着物を分析した。分析結果に基づいて付着物の主成分（最も多い成分）を求めた。その結果、付着物の主成分は、表２に示すとおりであった。

（実験例２～６）
外周側壁に設けられた１本の主バーナの空気比を表２に示すとおりに変更したこと以外は、実験例１と同様にして還元鉄の製造を行った。そして、実験例１と同様にして付着物の厚みの最大値を測定した。また、付着物の強度及び主成分を実験例１と同様にして評価した。結果を表２に示す。

表２に示す空気比と付着物の厚み（最大値）との関係を図６にプロットした。図６及び表２に示すとおり、空気比が１．０未満の還元雰囲気になると付着物の厚みが著しく大きくなることが確認された。また、空気比が１．０未満の還元燃焼において形成される付着物は、強固であり、主成分として金属亜鉛を含むことが確認された。一方、空気比が１．０以上の酸化燃焼においては、付着物の厚みが小さかった。この付着物は主成分として酸化亜鉛を含んでおり、脆い性状であったため、付着面から容易に脱落することが確認された。

（実験例７）
実験例１～６で用いた回転炉床炉１１０に、電気炉ダストと炭材（微粉炭）とを用いて作製したブリケットを供給して、還元鉄を製造した。導入部２１から回転炉床炉１１０内に導入して加熱し、還元鉄を製造した。図８に示すように、主バーナ１０のうち６本を第１主バーナ１０Ａとし、５本を第２主バーナ１０Ｂとした。第１主バーナ１０Ａの空気比はいずれも０．７とし、第２主バーナ１０Ｂの空気比はいずれも１．１とした。

運転を１２０日間継続した後、回転炉床炉１１０の内部を目視にて点検し、付着物の有無を確認した。その結果、図８に示すとおり、第１主バーナ１０Ａの下方の隙間３２ａ，３２ｂが付着物７６で閉塞していた。付着物７６は、主成分として金属亜鉛を含んでいた。一方、第２主バーナ１０Ｂの下方の隙間３２ａ，３２ｂには、少量の付着物が形成されていたものの、隙間３２ａ，３２ｂは閉塞していなかった。この付着物は、主成分として酸化亜鉛を含んでおり、脆かった。このことから、空気比が１．０未満である第１主バーナ１０Ａの下方の隙間を３２ａ，３２ｂのみを炉床バーナで加熱すれば、回転障害が抑制され、安定運転を継続できることが確認された。

１０…主バーナ、１０Ａ…第１主バーナ、１０Ｂ…第２主バーナ、１１…炉体、１１ａ…外周側壁、１１ｂ…内周側壁、１１ｃ…天井壁、１２…回転炉床、１２Ａ…上面、１２ａ…外周面、１２ｂ…内周面、１３ａ，１３ｂ…炉床バーナ、１５，１６…シールプレート、１７…水封部、２１…導入部、２２…ブリケット、２４…搬送部、３０…排ガス管、３２ａ，３２ｂ…隙間、３５…ガス冷却部、４０…回収部、４５…ブロア、５０…煙突、６０…導出部、６２…冷却部、７０…炉内空間、７１…第１領域、７２…第２領域、７５，７６…付着物、１００，１１０…回転炉床炉、２００…還元鉄の製造装置。

Claims (10)

1. 円環状の回転炉床と、
   前記回転炉床の外周面に沿って配置される外周側壁、及び前記回転炉床の内周面に沿って配置される内周側壁を有する環状の炉体と、
   前記外周側壁及び前記内周側壁において周方向に沿って並んで設けられる複数の主バーナと、
   前記外周面と前記外周側壁との隙間、及び、前記内周面と前記内周側壁との隙間を加熱する複数の炉床バーナと、を備える回転炉床炉であって、
   前記主バーナは、１．０未満の空気比で燃焼する第１主バーナと、１．０以上の空気比で燃焼する第２主バーナと、を有し、
   前記第２主バーナよりも前記第１主バーナ寄りに設けられる前記炉床バーナの本数の方が、前記第１主バーナよりも前記第２主バーナ寄りに設けられる前記炉床バーナの本数よりも多い、回転炉床炉。
2. 前記炉体と前記回転炉床で構成される環状の炉内空間は、１．０未満の空気比で燃焼する複数の第１主バーナが前記周方向に沿って並ぶ第１領域と、１．０以上の空気比で燃焼する複数の第２主バーナが前記周方向に沿って並ぶ第２領域と、を有し、
   前記第１領域に設けられる前記炉床バーナの本数の方が、前記第２領域に設けられる前記炉床バーナの本数よりも多い、請求項１に記載の回転炉床炉。
3. 全ての前記炉床バーナは、前記第２主バーナよりも前記第１主バーナ寄りに設けられる、請求項１又は２に記載の回転炉床炉。
4. 平面視において、前記第２主バーナよりも前記第１主バーナ寄りに設けられる前記炉床バーナと、当該炉床バーナに最も近接する前記第１主バーナとの間隔は１．５ｍ以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載の回転炉床炉。
5. 前記回転炉床の上面を基準とする、前記複数の主バーナの高さが１．５ｍ以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の回転炉床炉。
6. 電気炉ダストと炭材とを含むブリケットを加熱して還元鉄を得る、請求項１～５のいずれか一項に記載の回転炉床炉。
7. 円環状の回転炉床と、
   前記回転炉床の外周面に沿って配置される外周側壁、及び前記回転炉床の内周面に沿って配置される内周側壁を有する環状の炉体と、
   前記外周側壁及び前記内周側壁において周方向に沿って並んで設けられる複数の主バーナと、
   前記外周面と前記外周側壁との隙間、及び、前記内周面と前記内周側壁との隙間を加熱する複数の炉床バーナと、を備える回転炉床炉の運転方法であって、
   前記主バーナの一部である第１主バーナを１．０未満の空気比で燃焼するとともに、前記主バーナの一部である第２主バーナを１．０以上の空気比で燃焼する工程を有し、
   前記第２主バーナよりも前記第１主バーナ寄りに設けられて燃焼する前記炉床バーナの本数の方が、前記第１主バーナよりも前記第２主バーナ寄りに設けられて燃焼する前記炉床バーナの本数よりも多い、回転炉床炉の運転方法。
8. 電気炉ダストと炭材とを含むブリケットを前記回転炉床上に導入する工程を有する、請求項７に記載の回転炉床炉の運転方法。
9. 請求項１～６のいずれか一項に記載の回転炉床炉を用いて、酸化鉄と炭材とを含むブリケットを加熱し、前記酸化鉄を還元することによって還元鉄を得る工程を有する、還元鉄の製造方法。
10. 前記工程で用いられる前記ブリケットは、前記酸化鉄を含有する電気炉ダストを含む、請求項９に記載の還元鉄の製造方法。

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