JP3004265B1 - 炭材内装ペレット及び還元鉄製造方法 - Google Patents
炭材内装ペレット及び還元鉄製造方法Info
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Abstract
強め熱伝導性を改善して還元工程での生産性を向上し、
還元後の強度に優れた炭材内装ペレットを提供する。 【解決手段】 炭材と酸化鉄を主体とする鉄鉱石とから
なる炭材内装ペレットであって、前記炭材の軟化溶融時
の最高流動度と前記鉄鉱石中の10μm 以下の酸化鉄粒子
の割合が図1に示すA点、B点、C点の順に結んだ折れ
線を含む上方の範囲の組み合わせである炭材内装ペレッ
トである。また、上記炭材が単一種または複数種である
炭材内装ペレットである。
Description
及び還元鉄製造方法の技術分野に属し、詳しくは炭材内
装ペレット内の酸化鉄粒子間の連結を強め熱伝導性を改
善し還元工程での生産性を向上し、還元後の強度に優れ
た炭材内装ペレットとこの炭材内装ペレットを用いた還
元鉄製造方法の技術分野に属するものである。
法がよく知られており、この方法によれば天然ガスから
変成した還元性ガスを羽口から吹き込み、シャフト炉中
を上昇させることによって、炉内に充填された鉄鉱石や
酸化鉄ペレットを還元して還元鉄を得ることができる。
ただし、この方法では燃料としてコストの高い天然ガス
を大量に供給する必要がある。
較的安価な石炭を還元剤として使用することのできる還
元鉄製造プロセスが注目されている。例えば、米国特許
第3443931 号には、粉鉱石と炭材とを混合してペレット
化した炭材内装ペレットを、高温雰囲気下で加熱還元す
ることにより還元鉄を製造するプロセスが記載されてい
る。この方法によれば、還元剤が石炭ベースであること
の他にも、粉鉱石を直接使用できること、高速還元が可
能であること、製品中の炭素含有量を調整することがで
きる等の利点を有している。
還元炉における上面からの輻射熱により炭材内装ペレッ
トを加熱するためこのペレット層の高さが制限され、し
たがって、生産性を向上させるには、還元反応の反応速
度自体を高める必要がある。しかし、還元鉄用の炭材内
装ペレットの還元速度は、ペレット内の伝熱に律速され
るため、生産性を向上しようとして、ペレット内の伝熱
限界以上に還元炉の温度を上げると、炭材内装ペレット
は表面から溶融して炉内での固着や炉体損傷の問題を引
き起こす。
と還元剤である炭材(石炭など)およびバインダー等を
原料として、それを混合して造粒機で粒状化するペレッ
ト、あるいは成形機で粒状化するペレット等がある。こ
れらの方法で成形した還元鉄用の炭材内装ペレットは、
多孔質体であり炭材と粉鉱石との接触面積は十分に大き
くなく、したがって、熱伝導性が悪く還元速度が低い。
熱伝導性を改善し還元速度を高める方法として、還元過
程で炭材と粉鉱石との接触面積を大きくするために、還
元炉内での炭材の軟化溶融時の最高流動度が 0.4以上望
ましくは 0.8以上である炭材内装ペレットが特願平10-1
76380 号に提案されている。
時の最高流動度が 0.4未満の炭材は使用できず、使用す
る炭材に制約がある。また、最高流動度が 0.4未満の炭
材を使用する場合は、還元後の還元鉄の強度が小さくな
るので還元炉からの排出等のハンドリング工程で破壊粉
化が起こり還元鉄の粉率が高くなり製品歩留りが低下す
る。このため還元鉄の強度を高めるために還元炉内での
滞留時間を延長して金属化鉄の焼結化を促進してやる必
要がある。したがって、生産性が低下する。
されたもので、炭材内装ペレットに使用する炭材の軟化
溶融時の最高流動度に合わせて、鉄鉱石中の10μm 以下
の酸化鉄粒子の割合を調整することによって、炭材内装
ペレット内の酸化鉄粒子間の接合を強め熱伝導性を改善
して還元工程での生産性を向上し、還元後の強度に優れ
た炭材内装ペレットとこの炭材内装ペレットを用いた還
元鉄製造方法を提供することを目的とする。
鉄を主体とする鉄鉱石とからなる炭材内装ペレットであ
って、前記炭材の軟化溶融時の最高流動度と前記鉄鉱石
中の10μm 以下の酸化鉄粒子の割合が図1に示すA点、
B点、C点の順に結んだ折れ線を含む上方の範囲の組み
合わせである還元後の強度に優れた炭材内装ペレットで
ある。また、上記炭材が単一種または複数種である上記
の還元後の強度に優れた炭材内装ペレットである。ま
た、上記鉄鉱石が単一種または複数種である上記の還元
後の強度に優れた炭材内装ペレットである。
製造する還元鉄製造方法である。
鉱石中の10μm 以下の酸化鉄粒子の割合: 15質量%)、
B点は(最高流動度:0.5、鉄鉱石中の10μm 以下の酸化
鉄粒子の割合:1質量%)、C点は(最高流動度:5、鉄鉱
石中の10μm 以下の酸化鉄粒子の割合:1質量%)であ
る。
S M8801 で規定された値で、logDDPM で表され、ギーセ
ラー・プラスト・メータ(Gieseler Plasto meter) を用
いて測定された値である。また、鉄鉱石中の10μm 以下
の酸化鉄粒子の測定方法は湿式レーザー回折法による。
260℃を超えると乾留反応が始まり軟化溶融し、 550℃
を超えると固化する。この温度域では酸化鉄粒子間の空
隙に溶融した炭材が容易に浸入し、酸化鉄粒子同士を強
固に接合する。この炭材による鉄鉱石の接合構造がペレ
ット内部における酸化鉄粒子と炭材の接触面積を増大
し、炭材内装ペレット内の熱伝導性を向上させる。
応じて、鉄鉱石の還元に必要な量を配合すればよいが、
通常は原料鉄鉱石に対して10〜30質量%程度である。ま
た、炭材は単一種または複数種混合したものでもよい。
このときの最高流動度は荷重平均値を用いる。
が 0の場合でも鉄鉱石中の10μm 以下の酸化鉄粒子の割
合を調整することにより炭材内装ペレット内の熱伝導性
を向上させることができる。すなわち、鉄鉱石の粒度を
小さくすると酸化鉄粒子間の接点数が増加するため、炭
材の軟化溶融時の最高流動度が小さくても酸化鉄粒子同
士の接触面積を増大し炭材内装ペレット内の熱伝導性は
向上する。また、鉄鉱石中の10μm 以下の酸化鉄粒子
は、加熱還元により金属化した粒子同士の結合接点数を
増大させ焼結化を促進することになり、還元後の強度を
高め 6mm以下で表される粉率の低い還元鉄が得られる。
は、炭材による直接還元を促進する作用も有する。さら
に酸化鉄粒子同士が強固に接合しているため、ペレット
内のCO分圧が高められるので鉄鉱石のCOによるガス還元
も促進される。
応じた鉄鉱石の最適粒度、特に10μm 以下の量を規定し
たものであり、粒度の粗い鉄鉱石を原料として用いる場
合でも、その一部を粉砕して混ぜ込むか、また、他の粒
度の細かい鉄鉱石を必要量だけ混合すれば、混合後の鉄
鉱石の10μm 以下の割合を管理して本発明の目的を達成
することができる。
量%以下にするための、炭材の軟化溶融時の最高流動度
と鉄鉱石中の10μm 以下の酸化鉄粒子の割合の組み合わ
せ範囲を示したもので、図中のA点、B点、C点の順に
結んだ折れ線を含む上方の範囲が上記の目的を達成でき
る範囲である。
ークスを用いる場合は、鉄鉱石中の10μm 以下の粒子を
15質量%以上に調整してやればよい(図1のA点に相
当)。本発明では炭材の軟化溶融時の最高流動度が 0の
場合でも鉄鉱石中の10μm 以下の酸化鉄粒子の割合を調
整することにより炭材内装ペレット内の熱伝導性を向上
させることができる。すなわち、鉄鉱石の粒度を小さく
すると酸化鉄粒子間の接点数が増加するため、炭材の軟
化溶融時の最高流動度が小さくても酸化鉄粒子同士の接
触面積を増大し炭材内装ペレット内の熱伝導性は向上す
る。また、鉄鉱石中の10μm 以下の酸化鉄粒子は、加熱
還元により金属化した粒子同士の結合接点数を増大させ
焼結化を促進することになり、還元後の強度を高め 6mm
以下で表される粉率の低い還元鉄が得られる。
もに、鉄鉱石中の10μm 以下の酸化鉄粒子の割合は直線
的に減少でき、炭材の軟化溶融時の最高流動度が 0.5の
時、10μm 以下の酸化鉄粒子の割合は 1質量%以上でよ
い(図1のB点に相当)。炭材の軟化溶融時の最高流動
度が 0.5以上においても、また、最高流動度が 5(図1
のC点)以上においても、10μm 以下の酸化鉄粒子の割
合は 1質量%以上であることが望ましい。なぜなら、鉄
鉱石中に10μm 以下の粒子がほとんどない状態では、鉄
鉱石の粒度構成が極端に粗くなり酸化鉄粒子同士の接点
数が減少しペレット内の熱伝導性が低下するとともに、
還元後の還元鉄の強度低下に繋がる恐れがあるからであ
る。
用し、鉄鉱石中の10μm 以下の酸化鉄粒子の割合が 1.7
質量%、 4.3質量%、19.0質量%であるペレット径17mm
の3種類の炭材内装ペレットを1300℃の雰囲気に装入し
ペレット中心部の昇温速度を調査した。その結果を図4
に示す。
の酸化鉄粒子の割合が多いほどペレット中心部の1300℃
に達するまでの時間が短いことがわかる。これは、既述
のように、鉄鉱石の粒度を小さくすると酸化鉄粒子間の
接点数が増加するため、炭材の軟化溶融時の最高流動度
が小さくても酸化鉄粒子同士の接合が強固になり、炭材
内装ペレット内の熱伝導性が改善されたためである。
J)の石炭と、表2に示すように、鉄鉱石中の10μm 以下
の酸化鉄粒子の割合が異なる10種類(a〜j)の鉄鉱石を
用いてペレット径17mmの炭材内装ペレットを製造した。
この炭材内装ペレットの組成は全鉄分67〜70質量%の鉄
鉱石 100部、単一銘柄または2種類を混合した石炭25〜
27部、バインダーとしてベントナイト 1部及び有機系バ
インダー0.1部である。
各原料槽から所定量切り出し、原料ミキサーにより混合
したのち、これに水分を加え造粒機でペレットに成形し
た。成形後、乾燥機を通過させて上記の炭材内装ペレッ
トを製造した。これらの炭材内装ペレットを回転炉床炉
にて1300℃で 9分間加熱還元し、冷却後還元鉄中の粉率
を調査した。その結果を図1及び図2に示す。
鉱石中の10μm 以下の酸化鉄粒子の割合とが図1のA
点、B点、C点の順に結んだ折れ線を含む上方の範囲の
組み合わせである場合は、還元鉄中の 6mm以下の粉率は
10質量%未満(図中の○印)と低い。一方、上記の範囲
を外れる場合は、還元鉄中の 6mm以下の粉率は10質量%
以上(図中の×印)と高い。また、図2に示すように、
炭材の最高流動度が上昇すると還元鉄中の粉率は低下
し、鉄鉱石中の10μm 以下の酸化鉄粒子の割合が増加す
ると還元鉄中の粉率は低下する。このことは炭材の最高
流動度の上昇と鉄鉱石中の10μm 以下の酸化鉄粒子の割
合の増加が炭材内装ペレットの強度向上に寄与している
からである。
高流動度が 0.3、鉄鉱石中の10μm 以下の酸化鉄粒子が
4質量%(比較例)と 7質量%(本発明例)の2種類に
ついて、還元温度1300℃で還元し、還元時間と還元鉄中
の粉率を調査した。その結果を図3に示す。
の酸化鉄粒子が 4質量%の場合、還元鉄中の 6mm以下の
粉率を10質量%以下にするためには、還元後、金属化し
た粒子の焼結化を促進するために 9.2分間の還元時間が
必要である。一方、鉄鉱石中の10μm 以下の酸化鉄粒子
が 7質量%の場合には、上記と同じ粉率以下にするため
には、 8.3分間の還元時間が必要である。このように、
鉄鉱石中の10μm 以下の酸化鉄粒子の割合を増加させる
ことで還元鉄の強度が向上し、焼結化に必要な還元炉内
での滞留時間が短縮され、その結果還元時間が短縮され
る。したがって、両者を比較すると、本発明例は比較例
に対して10%程度生産性が向上している。
本発明によれば、炭材の制約を受けることなく、熱伝導
性の良い、強度の高い炭材内装ペレットを製造すること
ができ、この炭材内装ペレットを還元することによって
生産性が向上し、還元後の強度が高い粉率の少ない還元
鉄を得ることができる。
質量%以下にするための、炭材の軟化溶融時の最高流動
度と鉄鉱石中の10μm 以下の酸化鉄粒子の割合の組み合
わせ範囲を示す図である。
度ごとの、鉄鉱石中の10μm 以下の酸化鉄粒子の割合と
還元鉄中の 6mm以下の粉率との関係を示す図である。
きの還元時間と還元鉄中の 6mm以下の粉率との関係を示
す図である。
以下の酸化鉄粒子の割合との関係を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 炭材と酸化鉄を主体とする鉄鉱石とから
なる炭材内装ペレットであって、前記炭材の軟化溶融時
の最高流動度と前記鉄鉱石中の10μm 以下の酸化鉄粒子
の割合が図1に示すA点、B点、C点の順に結んだ折れ
線を含む上方の範囲の組み合わせであることを特徴とす
る還元後の強度に優れた炭材内装ペレット。ただし、図
1のA点は(最高流動度:0、鉄鉱石中の10μm 以下の酸
化鉄粒子の割合: 15質量%)、B点は(最高流動度:0.
5、鉄鉱石中の10μm 以下の酸化鉄粒子の割合:1質量
%)、C点は(最高流動度:5、鉄鉱石中の10μm 以下の
酸化鉄粒子の割合:1質量%)である。 - 【請求項2】 上記炭材が単一種または複数種である請
求項1に記載の還元後の強度に優れた炭材内装ペレッ
ト。 - 【請求項3】 上記鉄鉱石が単一種または複数種である
請求項1または2に記載の還元後の強度に優れた炭材内
装ペレット。 - 【請求項4】 請求項1または2または3に記載の炭材
内装ペレットを用いて還元鉄を製造することを特徴とす
る還元鉄製造方法。
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