JP3043325B2

JP3043325B2 - 還元鉄ペレットの製造方法およびこの方法で製造した還元鉄ペレット

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Publication number: JP3043325B2
Application number: JP35913298A
Authority: JP
Inventors: 一也宮川; 治久岩切; 章治城内; 正賢清水; 綱雄上條; 芳通竹中
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2000-05-22
Anticipated expiration: 2018-12-17
Also published as: JPH11241125A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｚｎ成分を含有す
る、酸化鉄ペレットを還元した還元鉄ペレットの製造方
法に関するもので、特に、製鉄所等で発生するＺｎ成分
を含有するダスト（スラッジを含む。）を含有する酸化
鉄ペレットを還元した還元鉄ペレットの製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】高炉、転炉、電炉からなる製銑、製鋼プ
ロセスにおいては、各種の酸化鉄含有ダストやスラッジ
が多量に発生し、鉄源（ペレットや焼結鉱等の形で使
用）として回収再利用されている。しかしながら、製
銑、製鋼プロセスから生ずる酸化鉄含有ダストやスラッ
ジには、酸化Ｚｎのように有害なＺｎ成分を含むものが
あり、これらＺｎ量が多い鉄源は高炉の原料に用いられ
ない問題があった。高炉では、原料のＺｎ量が多い場合
に、高炉の操業性が悪化するだけでなく、Ｚｎが炉壁の
耐火物を浸食する問題も生ずることとなるためである。

【０００３】このように、Ｚｎ成分を含む酸化鉄含有ダ
ストやスラッジの使用は制限され、特に高炉から大量に
発生するＺｎ成分を含む酸化鉄含有ダストやスラッジ
は、有効に鉄源として回収再利用されていないのが現状
である。

【０００４】そこで近年、製銑、製鋼プロセスから生ず
る酸化鉄含有ダストやスラッジから成形したペレットか
ら脱Ｚｎする還元鉄の製造方法が提案されている。例え
ば、ロータリキルン炉を用いる方法（特公昭５１ー１３
０８３号公報、特公昭５５−２１８１０号公報参照）や
回転型窯炉を用いる方法（米国特許５１８６７４１号の
対応日本出願である特開平５−１２５４５４号公報参
照）がある。

【０００５】ロータリキルン炉を用いる方法では、Ｚｎ
を０．０１質量％まで低減可能であり、金属化率を８０
％程度（還元率では８７％程度）まで高めることができ
る利点を有している。しかし、この方法では、ロータリ
キルン炉内でペレットを転動、焼成させるため、操業中
に、ペレットの粉化を生じ、これが溶融付着してキルン
リングを生成して操業が不可能となる問題がある。さら
に、高炉へ装入する原料のＺｎの総量規制（例えば、
０．２ｋｇＺｎ／ｔ−銑鉄）されており、Ｚｎを含む還
元ペレットの使用量が限定されていることから、この方
法でも、高炉原料として使用するにはさらにＺｎ量を低
減しなければならないという問題があった。

【０００６】次に、特開平５−１２５４５４号公報に記
載の回転型窯炉を用いる方法は、製鋼工場の塵と、石
炭、コークス等の炭素質物質と有機結合剤との混合物の
グリーン・ペレットを形成し、このグリーン・ペレット
を回転型窯炉で焼けたペレットの層の上に送り、９００
℃以下の温度で１０ないし１５分間で乾燥、コークス化
して乾燥されたペレットを形成し、次に、１１５０℃以
下の温度で、２０ないし３０分間還元して、還元ペレッ
トを製造するものである。この還元ペレットは、鉄酸化
物が金属状態に還元され、Ｚｎ成分は還元ペレットから
除去されていることが特開平５−１２５４５４号公報に
記載されているものの、どの程度の還元率、Ｚｎ量にな
るか記載されていない。さらに、この方法は、ペレット
中の鉄とＺｎの含有量と添加する炭素質物質の量につい
て規定されておらず、この還元ペレットが、約１０００
℃で回転型窯炉から排出されたときに相当の量の炭素
（１２質量％に及ぶ）を含有することがありえる旨の記
述から分かるように、この方法では還元後も多量の炭素
（１２重量％に及ぶ）が残ることが示唆されている。多
量の炭素が残存することは、還元ペレット中の鉄分の含
有率が低くなり鉄源としての利用効率を低下させるだけ
でなく、還元ペレット自体の強度を低下させるという問
題があった。特に、炭材として、石炭を添加したとき
に、還元ペレット自体の強度を低下させる傾向が大であ
り、ペレットの強度が低い場合は、高炉中で還元ペレッ
トが粉化又は圧潰して、高炉の通気度が低下して高炉操
業を悪化するために高炉原料に使用できない問題があっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、製鉄所で発生する、酸化鉄を含有するダスト（スラ
ッジを含む。）であって、特に、高炉ダスト（炭素質材
料を含有しているがＺｎ成分を含有し、かつ、微粉のた
め高炉原料として再利用できない。）と他のＺｎ成分を
含有するダストを用いて、高炉原料として、有害成分の
Ｚｎ量が少なく、適正な粒度及び強度を有し、還元率の
高い還元ペレットとその製造方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の還元鉄ペレット
の製造方法（請求項１）は、（１）酸化鉄と酸化Ｚｎを
含有する１種又は２種以上のダストと、このダストを結
合するのに十分な量の結合剤とを含む混合原料に鉄とＺ
ｎの合計量の７から６０質量％の炭素量となるように炭
材を調整し、水分を添加して炭材を内装した生ペレット
に造粒する工程と、（２）この造粒した生ペレットを乾
燥して乾燥ペレットを製造する工程（３）この乾燥ペレットを焼結炉内に装入する工程と、
（４）この乾燥ペレットを輻射を主とする伝熱により前
記ペレットの１５０から９００℃までの昇温速度を３〜
１３℃／秒になるように加熱し、ついで、酸化Ｚｎの還
元およびＺｎの揮発を行なうと共に、酸化鉄を還元する
工程とからなるものである。

【０００９】すなわち、本発明の還元鉄ペレットの製造
方法は、酸化鉄と酸化Ｚｎを含有する１種又は２種以上
のダストと、このダストを結合するのに十分な量の結合
剤とを含む混合原料に鉄とＺｎの合計量の７から６０質
量％の炭素量となるように炭材を調整し、水分を添加し
て炭材を内装した生ペレットに造粒する。次いで、この
造粒した生ペレットを乾燥した乾燥ペレットを焼結炉内
に装入し、この乾燥ペレットを輻射を主とする伝熱によ
り前記ペレットの１５０から９００℃までの昇温速度を
３〜１３℃／秒になるように加熱し、ついで、酸化Ｚｎ
の還元およびＺｎの揮発を行なうと共に、酸化鉄を還元
することを特徴とするものである。このとき、ペレット
中の炭材の炭素量を、ペレット中の鉄とＺｎの合計量の
１３から６０質量％にすることが好ましく（請求項
２）、１３〜４５質量％にすることがより好ましい（請
求項３）。さらに、ペレットの１５０〜９００℃の温度
領域での昇温速度を、５〜１０℃／秒とすることがより
好ましい（請求項４）。

【００１０】そして、前記酸化鉄および酸化Ｚｎの還元
を１１００から１３５０℃で行うことが好ましく（請求
項５）、１２００から１３５０℃で行うことがより好ま
しい（請求項６）。また、前記ダストとして、炭材を含
有する高炉ダスト、転炉ダスト、焼結ダスト、電炉ダス
トまたはこれらの混合物を用いることができ（請求項
７）、前記炭材はコークス成分からなるものを用いるこ
とが好ましい（請求項８）。さらにまた、焼結炉とし
て、回転炉床炉を用いることが好ましい（請求項９）。

【００１１】本発明の還元鉄ペレットの製造方法よって
製造された還元鉄ペレットは、有害成分のＺｎ量が少な
く、適正な粒度及び強度を有し、還元率の高いので、高
炉原料として好適である（請求項１０）。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の還元鉄ペレットの製造方
法の実施の形態を説明する。まず、酸化鉄と酸化Ｚｎを
含有する１種又は２種以上のダストと、このダストを結
合するのに十分な量の結合剤とを含む混合原料に鉄とＺ
ｎの合計量の７から６０質量％の炭素量となるように炭
材を調整し、水分を添加して炭材を内装した生ペレット
に造粒する。次いで、この造粒した生ペレットを乾燥し
た乾燥ペレットを焼結炉内に装入し、この乾燥ペレット
を輻射を主とする伝熱により前記ペレットの１５０から
９００℃までの昇温速度を３〜１３℃／秒になるように
加熱し、ついで、酸化Ｚｎの還元およびＺｎの揮発を行
なうと共に、酸化鉄を還元することによって還元鉄ペレ
ットを製造する。

【００１３】本実施の形態のペレット中の炭材の炭素量
は、ペレット中の鉄とＺｎの合計量の７から６０質量％
にする必要がある。７質量％未満では、ペレット中の酸
化鉄および酸化Ｚｎの還元に必要な炭素量が不足して、
酸化鉄の還元率が低下するとともに、酸化Ｚｎの還元を
十分に行うことができず脱Ｚｎ率が低下し、ペレット強
度も低下する。また、炭素量が６０質量％を超えると、
還元時におけるペレットの形状を保持できなくなり、還
元効率が低下する。

【００１４】なお、ペレット中の炭材の炭素量は、ペレ
ット中の鉄とＺｎの合計量の１３から６０質量％とすれ
ば、さらに好適である。１３質量％以上とすることで金
属化率をより一層上げることができるからである。さら
に、１３〜４５質量％にすれば、さらに好適である。４
５質量％以下とすることでペレットの還元率を上昇させ
ることができるとともに、ペレット形状をより強固に保
持することができる。また、１３〜２０質量％にすれ
ば、さらに好適である。２０質量％以下とすることで炭
材の配合量を少なくでき、炭材量の削減ができるし、鉄
分が増えるため鉄の生産性が向上する。

【００１５】ペレットへ内装する炭素量の影響につい
て、さらに説明する。ペレットの還元率は炭素量と鉄分
の量（酸化鉄量）との比により規定される。すなわち、
ペレットの原料となるダストやスラッジ中の鉄分は、通
常、酸化鉄の形で存在する。この酸化鉄の還元は、酸化
鉄の近傍に存在する炭材により直接還元されるともに、
前記酸化物を還元して発生するＣＯ₂ガスと炭材が反応
して生成するＣＯガスにより、酸化鉄がさらに還元され
る。しかしながら、酸化物を還元して発生するＣＯ₂ガ
スや、このＣＯ₂ガスと炭材が反応して生成するＣＯガ
スが、ペレット外へ排出される場合も多い。このため、
酸化鉄を還元するのに必要な理論炭素量以上の炭素量を
ペレットに内装させることが好ましい。

【００１６】さらに、ペレット中のＺｎ成分は、酸化鉄
と同様に酸化物の状態で存在することが多いので、酸化
Ｚｎを還元するに必要な炭材をさらにペレットに内装さ
せることが必要となる。このため、酸化鉄と酸化Ｚｎを
還元するのに必要な理論炭素量以上の炭素量をペレット
に内装させることが好ましい。この理論炭素量は設定す
る還元温度での酸化鉄や酸化Ｚｎの還元反応形態やこれ
ら酸化物の存在形態により変動するが、ペレット中の鉄
とＺｎの合計量に対して約１０〜１５質量％の範囲とな
る。

【００１７】さらに、ペレットの輻射加熱にバーナの燃
焼炎を用いる場合において、燃焼により発生するＣＯ₂
ガスや水蒸気（Ｈ₂Ｏ）がペレット表面と接触すると、
還元鉄が再酸化されるので、この再酸化を抑制するため
にも、同様に、酸化鉄を還元するに必要な理論量以上の
炭素量（Ｃ／（Ｆｅ＋Ｚｎ））となる炭材を内装させる
必要がある。このためペレット中の炭素量を、１３質量
％以上にすることが好ましい。ただし、還元後のペレッ
トを高炉原料として使用する等、製品の還元率よりむし
ろ脱Ｚｎ率と物理的な強度が重要視される場合は炭材の
配合を１３％以下にすることができる。この場合、炭材
量の削減や生産性の向上が図れるというメリットがあ
る。

【００１８】一方、ペレットに内装させる炭材の添加量
を増加させると、ペレットの形状保持持性が低下して、
ペレットの還元中にペレットの粉化が生じることとな
る。このペレットの粉化が生じると、酸化鉄および酸化
Ｚｎと、炭材又はＣＯガスとの接触効率が低下するた
め、酸化鉄の還元効率、酸化Ｚｎの還元効率が低下す
る。さらに、ペレットの焼結の進行が阻害され、ペレッ
トの形状保持が困難となるので、ペレットの原形率が著
しく低下する。このため、ペレット中の炭素量を、好ま
しくは６０質量％、より好ましくは４５質量％以下にす
ることにより、ペレットの還元率をより向上できるとと
もに、ペレットの形状をより強固に保持することができ
る。

【００１９】ペレットの１５０〜９００℃の温度領域で
の昇温速度を、３〜１３℃／秒、好ましくは、５〜１０
℃／秒にする必要がある。ペレットの昇温速度を３℃／
秒以上、好ましくは、５℃／秒以上にすることによっ
て、還元ペレットの強度を高め、形状をより効果的に保
持することができる。これは、酸化鉄の還元速度が速
く、ペレット中の還元された鉄粒子の焼結が進行しやす
い９００℃以上の温度領域にペレットをもっていくこと
により、ペレットの強度が高めるものである。なお、１
５０〜９００℃の温度領域は、ペレットの還元があまり
進行せず、鉄成分粒子の焼結が起こりにくく、ペレット
の強度が高くならないので、１５０〜９００℃の温度領
域を短時間に通過させる必要がある。また、ペレットの
昇温速度を速くすることはペレットの生産性を向上させ
るので好ましい。

【００２０】さらに、この昇温速度を速くすることによ
り、９００℃を越えて脱Ｚｎが優先的に行われる１１０
０℃以上の温度領域までの昇温速度を速くすることがで
きる。通常、ペレットの昇温速度を速くするために、ペ
レットを装入する焼結炉の温度を高めて、ペレットへの
熱エネルギー供給が多することにより、９００℃を越え
た温度領域でのペレットの昇温速度が速くなる。その結
果、ペレット中の炭材により効率的に脱Ｚｎを行うこと
ができる。特に、脱Ｚｎを優先させる場合には、この昇
温速度範囲が好適である。

【００２１】ペレットの還元は１１００〜１３５０℃の
温度範囲で行うことが好ましい。ペレットの還元を１１
００℃以上の温度ですることにより、酸化Ｚｎの還元
が、酸化鉄の還元よりも優先的に行われるのでペレット
中のＺｎ量を著しく低減することができる。さらに、ペ
レットの還元が１１００℃以上の温度であれば、還元率
が高くなり、金属鉄の焼結が進行することにより、還元
ペレットの強度を高めることができる。例えば、１１０
０℃の還元ペレットの圧潰強度は７０ｋｇｆ／Ｐ以上と
なり、この値は高炉用原料として十分なペレットの強度
を有する。高炉用原料として、４０ｋｇｆ／Ｐ以上を目
標とされているからである。また、還元温度を１２００
℃以上とすることが好ましい。酸化Ｚｎの優先的還元お
よび還元鉄ペレットの強度をより一層高めることができ
るからである。さらに、還元鉄ペレットの品質（脱Ｚｎ
率、強度、鉄の還元率）を維持しつつ、生産性も向上さ
せることができる。一方、ペレットの還元温度を１３５
０℃を超えて行うと、ペレット同志の融着が生じやすく
なるので、ペレットの還元温度は１３５０℃以下にする
ことが好ましい。

【００２２】ペレットに内装する炭材に、コークス成分
を用いることが好ましい。コークスは揮発成分を殆ど有
しないので、前述のペレットの還元、焼結が生じにくい
温度領域（１５０〜９００℃）での揮発成分の蒸発がな
い。これにより、揮発成分の蒸発に伴うガス圧の上昇が
なくペレットの粉化が生じないため、ペレットの昇温速
度を速くすることができる。

【００２３】焼結炉は、炉内と外気とを遮断する炉構造
を有するもので、さらに、炉内に装入したペレットを輻
射を主とする熱伝達により加熱する加熱手段と、これら
ペレットからの還元、蒸発したＺｎ成分を含有する反応
ガスを炉外に排出する排出手段を有するものが好まし
い。加熱手段としては、バーナの燃焼炎の輻射熱や、ラ
ジアンドチューブの輻射熱を用いることができる。

【００２４】本発明の実施の形態の焼結炉として、回転
炉床炉を用いることが好ましい。回転炉床炉を用いるこ
とにより、還元ペレットを多量かつ、効率よく製造でき
る。この回転炉床炉の構造を図１により説明する。回転
炉床炉は、炉床を円盤状にし、この炉床の上にペレット
を装入して、炉床の移動と共にペレットを移動させ連続
的に還元ぺレットを製造するものである。このとき、ペ
レットは炉床と共に移動するため、ペレット自身は動か
ないので、ロータリ−キルンで生じるような還元中のペ
レットの粉化を防止できる。さらに、回転炉床炉は、炉
内と外気とを遮断された炉の構造を有するものであり、
この遮断する構造物として、耐熱性を有する金属材料、
耐火物等が用いられている。このように、炉内と外気と
が遮断されているので、雰囲気調整を容易にできる。

【００２５】図１に示すように、回転炉床炉１は、ペレ
ット投入口２、還元ゾーン４および還元ペレット排出口
５からなる。ペレットはバーナ６および炉壁からの輻射
伝熱で加熱される。このペレットの加熱は、バーナ加熱
だけでなく、ペレットから発生するＣＯガスを空気で２
次燃焼（図１の７に示す）させて発生する輻射熱を用い
ることができる。この結果、ペレットへの熱伝達を向上
させるとともに、バーナ加熱用燃料を節約することがで
きる。燃焼ガスは、ガス排出口８から炉外へ放出され
る。この燃焼ガスにはペレットからの還元、蒸発したＺ
ｎ成分を含有する反応ガスが含まれており、温度が低下
し固体のＺｎ酸化物になり、集塵装置によりＺｎ酸化物
を回収処理することができる。

【００２６】次に、本発明の実施の形態として、図１の
回転炉床炉での還元ペレットの製造方法を説明する。ペ
レタイザーで造粒されたペレットは回転炉床炉の生産性
を高めるために乾燥される。乾燥されたペレットはペレ
ット投入口２から回転炉床炉に装入される。このときペ
レットは炉床に１層又は２層に積層された状態となる。
このとき、ペレット同志の融着は生じない。すなわち、
ペレットを炉内に１層又は２層に積層されるのみである
ので、ペレット同志の積み重ねによる荷重が小さく、さ
らにペレット同志の接触点が少ないので、ペレット同志
の融着が起こらないものと考えられる。

【００２７】還元ゾーン４でペレットはバーナ燃焼およ
び２次燃焼の輻射伝熱により急速に昇温されて、ペレッ
ト中に内装した炭材により、酸化鉄を還元すると共に、
酸化Ｚｎの還元、揮発が行なわれる。このとき、ペレッ
ト中に内装した炭材は酸化鉄や酸化Ｚｎの還元に必要な
理論炭素量（約１０〜１５質量％の範囲：化合物の形
態、反応形態により変化する。）より多くしているの
で、バーナ燃焼や２次燃焼で発生するＣＯ₂や水蒸気
（Ｈ₂Ｏ）がペレットの表面に達した場合、ペレットに
過剰に内装した炭材により、ＣＯまたはＨ₂に還元され
るので、酸化鉄および酸化Ｚｎの還元を行うことができ
る。そして、還元ペレットは、ペレット排出口５より機
械的に排出される。

【００２８】還元ゾーン４ではペレットが１１００〜１
３５０℃の温度範囲に維持されるように加熱されて、ペ
レット内の酸化鉄および酸化Ｚｎの還元のため、ペレッ
トの昇温と吸熱反応のため熱を供給するものである。こ
のとき、ペレットは炉内に１層又は２層に積層されてい
るので輻射を主とする熱伝達が効率よく行われる。

【００２９】

【実施例】（実施例１）本発明の実施例では、炭材（コ
ークス成分）、Ｚｎ成分を含む酸化鉄からなる高炉湿ダ
スト及び、酸化鉄からなる他のダスト（例えば、圧延ス
ラッジ）を所定の配合割合で混合し、成形後、乾燥工程
を経た、炭材を内装した乾燥ペレットを用いた。表１は
本実施例で使用した高炉湿ダストと圧延スラッジの組成
を示す表であり、表２は本実施例の高炉湿ダストと圧延
スラッジの焼結原料の配合比率を示す表であり、表３は
本実施例により製造した還元ペレットの還元率と脱Ｚｎ
率等を示す表である。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】表１に示すように、使用した高炉湿ダスト
は、コークス成分として炭素を３３質量％含有してお
り、不純物であるＺｎ成分を３質量％含む酸化鉄からな
る。高炉ダスト中の鉄分及びＺｎ成分はほぼ酸化物の形
で存在する。一方、圧延スラッジは油分が４質量％含有
し、高炉ダストと同様に、圧延スラッジ中の鉄分はほぼ
酸化物の形で存在する。これら、高炉ダストと圧延スラ
ッジを表２に示す配合割合で混合し、バインダーと水を
添加して直径約１６〜２０ｍｍのグリーン・ペレットに
成形した。次に、このグリーン・ペレットを１６０℃で
燃焼ガスと空気の混合ガスにより水分が１．０質量％以
下になるまで乾燥を行った。

【００３４】次に、この乾燥ペレットを、Ｎ₂ガス雰囲
気中で、１３００℃に保持した、図６に示す電気加熱炉
に装入し、９分間保持した。このときのペレットの昇温
曲線を図５に示す。本発明の実験に用いた焼結炉は、図
６に示す電気加熱炉１０であり、炉内は耐火物製のパイ
プ１１により外気と遮断されている。前記炭材を内装し
たペレット１３を試料ホルダー１２にセットし、Ｎ₂雰
囲気中で予め所定の還元温度に保持した前記電気加熱炉
１０に装入した。このとき、ペレット１３の昇温速度を
測定するために、ペレット１３の中心部に熱電対（図示
せず）をセットした。

【００３５】最初に、ペレットへ内装する炭素量の影響
について図２により説明する。図２はペレットを不活性
雰囲気中で、１３００℃で加熱した場合のペレットの還
元率、脱Ｚｎ率および原形率におよぼす炭素量の影響を
示す図であり、横軸はペレット中の鉄とＺｎの合計量に
対するペレットに内装した炭素量であり、縦軸はペレッ
トの還元率（実線）とペレットの原形率（一点鎖線）で
ある。ペレットの還元率は「還元により除去されたＦ
ｅと結合した酸素量」を「Ｆｅと結合した初期酸素量」
で除した値である。また、原形率は還元ペレットの外観
状態を定義したもので、原形率＝Σ（形状指数×頻度）
％、である。すなわち、原形率は形状指数を１００：ペレットの形状を保持し亀裂がほとんど認めら
れないもの７５：ペレットの形状を保持し亀裂が認められるもの５０：ペレット内に大亀裂があるか又は２個に割れたも
の２５：数個の塊に割れたもの０：粉化したものとし、この外観を呈する頻度と形状係数を掛け合わせた
ものである。

【００３６】図２に示すように、鉄とＺｎの合計量に対
するペレットの炭素量は１３〜６０質量％の範囲にあれ
ば、ペレットの還元率が７５質量％以上となり、還元ペ
レットの原形率が５０％以上となることがわかる。この
ときの脱Ｚｎ率は９８質量％となり、Ｚｎを十分に低減
できることがわかる。通常、還元ペレットの還元率は７
５％質量以上であることが要求されており、また、還元
ペレットの原形率は、高炉、転炉に装入する際のハンド
リング性の観点から原形率が５０％が限界となるからで
ある。さらに、ペレット中の炭素量が１８質量％以上で
は、還元ペレットの還元率は９０％質量以上となり、一
方、ペレット中の炭素量が４５質量％以下では、還元ペ
レットの原形率を７５％以上となることが推考される。
このときの還元ペレットの強度は４５〜８０ｋｇｆ／Ｐ
の範囲にあり、高炉原料として使用できることを確認し
た。

【００３７】（実施例２）実施例２は、ペレットの還元
温度の影響を示す例である。上記ペレットを、９００か
ら１３５０℃の間の設定温度に保持した電気加熱炉に装
入し、ペレットが設定温度に達し後、１２分保持して、
ペレットの還元を行った。この還元ペレットのＺｎ量、
還元率及び圧潰強度を測定した結果を図３に示す。図３
はペレットの還元率、脱Ｚｎ率および圧潰強度に及ぼす
還元温度の影響を示す図である。

【００３８】図３に示すように、還元ペレットの脱Ｚｎ
率は１２００℃以上で９９質量％以上に達し、Ｚｎ量は
０．０１質量％以下となった。これは、高温域では酸化
Ｚｎの方が酸化鉄より優先的に還元されるからであり、
従来よりも、一桁も低いＺｎ量となり、Ｚｎを効率よく
除去できることが明らかとなった。一方、還元ペレット
の還元率や圧潰強度は還元温度の上昇とともに増加して
いることが判る。１１００℃以上で、高炉用原料として
十分な還元ペレットの強度を有するものである。このと
き、１３５０℃ではペレット同志に一部融着が認められ
たが他の温度では融着現象が認められなかった。なお、
１３５０℃のペレット同志の一部融着も機械的に粉砕が
可能である。

【００３９】（実施例３）実施例３は、１５０〜９００
℃の温度範囲のペレットの昇温速度の影響を示す例であ
る。ペレットに内装させる炭素量が、ペレット中の鉄と
Ｚｎの合計量に対して３０．６質量％と５３．８質量％
となるペレットについて、不活性雰囲気中で、１５０〜
９００℃の温度範囲の昇温速度を変化させて加熱し、つ
いで、これらペレット１３００℃に加熱した場合の還元
ペレットの原形率および圧潰強度におよぼすペレットの
昇温速度の影響を示す図である。

【００４０】図４に示すように、鉄とＺｎの合計量に対
するペレットの炭素量が３０．６質量％の場合、ペレッ
トの昇温速度が１３℃／秒以下であれば、ペレットの原
形率を５０％に維持することができ、ペレットの昇温速
度が５℃／秒以下でペレットの原形率が改善され、ペレ
ットの原形率が約１００％となることが明らかとなっ
た。また、炭素量が５３．８質量％の場合も同様に、ペ
レットの昇温速度の減少とともにペレットの原形率が増
加し、ペレットの昇温速度が１０℃／秒以下にすること
により，ペレットの原形率を５０％以上に保持できるこ
とがわかる。

【００４１】一方、還元の進行に伴い、金属鉄の焼結に
よる圧潰強度は昇温速度が３℃／秒以上で４０ｋｇｆ／
Ｐが得られ、さらに５℃／秒以上では焼結が完全にな
り、十分な強度を有する還元ペレットが得られる。した
がって、原形率が高く、強度の高い還元ペレットを得る
には３〜１３℃／秒、好ましくは、５〜１０℃／秒の昇
温速度が必要であることがわかる。

【００４２】（実施例４）実施例４は、実施例１の条件
にて製造した還元ペレットの還元率と脱Ｚｎ率等を示す
例である。表３に示すように、本発明の実施例のいずれ
もが、Ｚｎの量を０．０２０質量％以下となり十分にＺ
ｎを低減できることを確認した。

【００４３】本発明の実施例では、ペレットの原形率が
５０％以上に保たれ、得られた還元ペレットの圧潰強度
は４５ｋｇｆ／Ｐ以上で、還元率も７５質量％以上あ
り、高炉原料として使用できることがわかる。特に、高
炉ダストと圧延スラッジの配合比率がそれぞれ５０質量
％の試験材３（鉄＋Ｚｎ分比に対するペレットの炭素
量：３０．６質量％）では、ペレットの還元率が９９．
１％で、ペレットの原形率９８％となり、ペレットの還
元率および原形率が著しく改善できることがわかる。な
お、本実施例では、当初の成形したグリーン・ペレット
内に油分を２質量％含有していたが、グリーン・ペレッ
トの油分が２質量％程度であれば、還元時ペレットの崩
壊も認められなかった。本発明の方法によれば、高炉だ
けでなく、転炉又は電気炉原料として還元度の高く（還
元率７５質量％以上）、Ｚｎ量の極めて少ない還元ペレ
ットを提供できる。

【００４４】本発明の方法は、本実施例に限定されるこ
となく、ペレットの原料として、炭材を含有する高炉ダ
ストや、圧延スラッジだけでなく、製銑、製鋼工程で生
じる他の酸化鉄含有ダストやスラッジも使用できる。さ
らに、ペレット粒径は本実施例で示した約１６〜２０ｍ
ｍに限定されるものではなく、高炉に使用される焼成酸
化鉄ペレットの一般的な粒径である６〜１６ｍｍ程度で
もかまわない。また、本発明の方法は、還元ペレットだ
けではなく、還元ブリケットの製造に用いることができ
る。還元ブリケットの製造には、乾燥ブリケットを用い
るが、乾燥したブリケットを得る方法としては、生ペレ
ット同様に添加剤を含む原料に水分を添加してブリケッ
ト化した後に乾燥する方法と、予め乾燥させた原料に添
加剤を加えてブリケット化する方法がある。

【００４５】さらに、本実施例では、ペレットの還元を
図６に示す電気加熱炉で行ったが、この結果を、回転炉
床炉に適用できる。回転炉床炉でペレットの還元を行う
ことにより、Ｚｎ量が極めて低く、適正な粒度及び強度
を有し、還元率の高い還元ペレットを多量に効率良くの
製造できる。本実施例では、雰囲気としてＮ₂ガスで代
表される不活性ガス（Ａｒガスを含む。）を用いたが、
回転炉床炉のようなバーナ加熱の燃焼ガスの雰囲気を用
いてもよい。燃焼ガスを上述したペレットからの還元、
蒸発したＺｎ成分を含有する反応ガスのキャリヤーガス
として用いることができるので、新たにキャリヤーガス
としてＮ₂ガス等を供給する必要がなく、Ｎ₂ガス等の
節約だけでなく、供給されるＮ₂ガスによる熱損失もな
い。

【００４６】（実施例５）さらに、本発明の方法は、ペ
レット原料のスラッジ又はダスト中の鉄、Ｚｎ、および
鉄とＺｎが複合したは酸化物が主成分であるので、少量
の金属鉄、金属Ｚｎ、さらには鉄とＺｎの複合物が存在
しても対応できる。このような場合、好ましい範囲とし
ては、ペレット中の炭素量を、鉄とＺｎの合計量の１３
〜６０質量％とすることができる。これはまた、ペレッ
トに配合された炭素量と、ペレット中のＦｅおよびＺｎ
と結合した酸素量との比（Ｃ／Ｏ）を６５〜１６０質量
％の範囲と言い換えることができる。この範囲にするこ
とにより、ペレット中のＦｅおよびＺｎと結合した酸素
量との比（Ｃ／Ｏ）と還元ペレットの還元率、脱Ｚｎ率
および原形率との関係を示す図７より、還元率が高く、
原形率も５０％以上のＺｎ量の極めて少ない還元ペレッ
トが得られることがわかる。

【００４７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の還元鉄
ペレットの製造方法（請求項１〜４）は、製鉄所で発生
する、酸化鉄を含有するダスト（スラッジを含む。）で
あって、特に、高炉ダスト（炭素質材料を含有している
がＺｎ成分を含有し、かつ、微粉のため高炉原料として
再利用できない。）と他のＺｎ成分を含有するダストを
用いて、高炉原料として好適な、有害成分のＺｎ量が少
なく、適正な粒度及び強度を有し、還元率の高い還元ペ
レットを製造することを可能とするものである。このと
き、ペレットの昇温速度を速くし、ペレットに内装する
炭素量の適正化を図ることにより、還元時のペレットの
形状を保持することを可能とするものであり、この結
果、還元ペレットの還元率が高められ、還元時のペレッ
トの粉化を防止することを可能とするものである。

【００４８】また、前記酸化鉄および酸化Ｚｎの還元を
１１００から１３５０℃で行うことにより、酸化Ｚｎの
還元が酸化鉄の還元より優先的に行われ、ペレット中の
Ｚｎ量を著しく低減すると共に、還元率が高くなり金属
鉄の焼結が進行することにより、還元ペレットの強度を
高めることを可能とするものである（請求項５）。

【００４９】また、ダストとして、炭材を含有する高炉
ダスト、転炉ダスト、焼結ダスト、電炉ダストまたはこ
れらの混合物を用いることができ、これらのダストを用
いることにより、産業廃棄物の量を減少させることを可
能とするものである（請求項７）。

【００５０】さらにまた、コークス成分からなる炭材を
用いることにより、ペレットの昇温速度を速くすること
を可能とするものである（請求項８）。これは、コーク
スは揮発成分を殆ど有しないので、前述のペレットの還
元、焼結が生じにくい温度領域（１５０〜９００℃）で
の揮発成分の蒸発に伴うガス圧の上昇がなくペレットの
粉化が生じないことにより可能となるものである。ペレ
ットの焼成に、回転炉床炉を用いることにより、還元ペ
レットを多量かつ、効率よく製造することを可能とする
ものである（請求項９）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用する回転炉床炉の構造を示す概念
図である。

【図２】ペレットを不活性雰囲気中で、１３００℃で加
熱した場合のペレットの還元率、脱Ｚｎ率および原形率
におよぼす炭素量の影響を示す図である。

【図３】ペレットの還元率、脱Ｚｎ率および圧潰強度に
及ぼす還元温度の影響を示す図である。

【図４】ペレットを不活性雰囲気中で１３００℃に加熱
した場合の還元ペレットの原形率および圧潰強度におよ
ぼすペレットの昇温速度の影響を示す図である。

【図５】ペレットの昇温曲線を示す図である。

【図６】本発明の実施例に使用した電気加熱炉の構造を
示す概念図である。

【図７】ペレット中のＦｅおよびＺｎと結合した酸素量
との比（Ｃ／Ｏ）と還元ペレットの還元率、脱Ｚｎ率お
よび原形率との関係を示す図である。

【符号の説明】

１回転炉床炉２ペレット投入口４還元ゾーン５還元ペレット排出口６バーナ７２次燃焼８ガス排出口１０電気炉１１耐火物製のパイプ１２試料ホルダー１３ペレット１４ガスボンベ

フロントページの続き (72)発明者清水正賢兵庫県加古川市金沢町１番地株式会社神戸製鋼所加古川製鉄所内 (72)発明者上條綱雄兵庫県加古川市金沢町１番地株式会社神戸製鋼所加古川製鉄所内 (72)発明者竹中芳通兵庫県加古川市金沢町１番地株式会社神戸製鋼所加古川製鉄所内 (56)参考文献特開昭58−141342（ＪＰ，Ａ) 特開平４−52234（ＪＰ，Ａ) 特公昭45−19569（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22B 1/00 - 61/00 F27B 17/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】還元鉄ペレットの製造方法であって、下
記の工程からなるもの。（１）酸化鉄と酸化Ｚｎを含有する１種又は２種以上の
ダストと、このダストを結合するのに十分な量の結合剤
とを含む混合原料に鉄とＺｎの合計量の７から６０質量
％の炭素量となるように炭材を調整し、水分を添加して
炭材を内装した生ペレットに造粒する工程と、（２）こ
の造粒した生ペレットを乾燥して乾燥ペレットを製造す
る工程と、（３）この乾燥ペレットを焼結炉内に装入す
る工程と、（４）この乾燥ペレットを輻射を主とする伝
熱により前記ペレットの１５０から９００℃までの昇温
速度を３〜１３℃／秒になるように加熱し、ついで、酸
化Ｚｎの還元およびＺｎの揮発を行なうと共に、酸化鉄
を還元する工程。
【請求項２】上記請求項１の工程（１）における炭素
量が、鉄とＺｎの合計量の１３から６０質量％である請
求項１に記載の還元鉄ペレットの製造方法。
【請求項３】上記請求項１の工程（１）における炭素
量が、鉄とＺｎの合計量の１３から４５質量％である請
求項１に記載の還元鉄ペレットの製造方法。
【請求項４】上記請求項１の工程（４）における昇温
速度が、５〜１０℃／秒である請求項１に記載の還元鉄
ペレットの製造方法。
【請求項５】上記請求項１の工程（４）において、酸
化鉄および酸化Ｚｎの還元を１１００から１３５０℃で
行う請求項１に記載の還元鉄ペレットの製造方法。
【請求項６】上記請求項１の工程（４）において、酸
化鉄および酸化Ｚｎの還元を１２００から１３５０℃で
行う請求項１に記載の還元鉄ペレットの製造方法。
【請求項７】上記請求項１の工程（１）におけるダス
トが、炭材を含有する高炉ダスト、転炉ダスト、焼結ダ
スト、電炉ダストまたはこれらの混合物である請求項１
に記載の還元鉄ペレットの製造方法。
【請求項８】上記請求項１の工程（１）における炭材
がコークス成分からなる請求項１に記載の還元鉄ペレッ
トの製造方法。
【請求項９】上記請求項１の工程（３）における焼結
炉として、回転炉床炉を用いる請求項１に記載の還元鉄
ペレットの製造方法。
【請求項１０】請求項１ないし９のいずれか１つに記
載の還元鉄ペレットの製造方法よって製造された還元鉄
ペレット。