JP3301326B2

JP3301326B2 - 還元鉄の製造方法

Info

Publication number: JP3301326B2
Application number: JP32470496A
Authority: JP
Inventors: 康夫亀井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-11-20
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 2002-07-15
Anticipated expiration: 2016-11-20
Also published as: JPH10152711A; ZA9710410B

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高温還元によって酸
化鉄を主成分として含む粉状の原料（鉄鉱石や製鉄所で
発生する鉄分を含んだダスト，スラッジ，スケ−ル等）
から還元鉄を低コストで効率良く製造する方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】例えば米国特許第 3,443,931号
明細書等にも開示されている技術であるが、近年、“粉
状の鉄鉱石”と“粉状の固体還元剤”とを混合して塊成
化物（以降は単に「ペレット」と称する）となし、これ
を高温に加熱することで鉄鉱石中の酸化鉄を還元して固
体状金属鉄とする方法が注目されている。

【０００３】なお、前記米国特許第 3,443,931号明細書
が示す粉状鉄鉱石の還元プロセスは次の通りである。 1) 固体還元剤として例えば石炭，褐炭，無煙炭，コ−
クス等といった炭素含有物質（以降は「炭材」と略称す
る）を用い、これと粉状の鉄鉱石とを混合して“炭材を
１０〜２０重量％含有する生ペレット”を調整する， 2) この生ペレットを“ペレット内から発生する可燃性
揮発成分が発火しない程度の安全温度域（実施例には３
１５℃以下の温度域が示されている）”に加熱して付着
水分を除去する， 3) 得られた乾燥ペレットを“燃焼排ガスに５重量％以
下の燃料成分を配合した混合ガス”の雰囲気下に置き、
炉内温度９８２〜１２０４℃で１〜３分間予熱する（こ
の予熱工程では“可燃性揮発成分の急速な発生と除去",
"発生した可燃性揮発成分によるペレットと雰囲気ガス
との隔離", "次の還元工程における急速な金属化促進の
準備" がなされる), 4) 予熱工程が終了すると炉内雰囲気は“燃焼排ガスに
１０重量％以下の燃料成分を配合した混合ガス”の雰囲
気に変更され、炉内温度１２６０〜１４２７℃で４〜１
２分間の高温還元を行って金属化を進める（この還元反
応は吸熱的に進行するから、炉内温度が１２６０〜１４
２７℃であってもペレットの表面温度は１０９３〜１１
４９℃に収まる), 5) 金属化が進行すると、炉内雰囲気ガスの組成を“燃
焼排ガスに１０重量％以上の燃料成分を配合した混合ガ
ス”に変更し、上記と同じ炉内温度１２６０〜１４２７
℃で更に１〜３分間加熱する（この時、還元の終わった
ペレット表面は１２０４〜１２６０℃に加熱され、金属
鉄間結合の形成が進行してペレットが収縮する), 6) その後、炉内温度を１０９３〜１１４９℃に下げて
１０〜１５秒間冷却してから炉外へ排出する。

【０００４】また、これとは別の特開平７−２３８３０
７号公報には、上述した米国特許第3,443,931 号明細書
に開示されている粉状鉄鉱石還元法での還元所要時間の
短縮方法として、ペレットを炉内に装入してからしばら
くの間は装入ペレット表面へ酸素含有ガスを供給して該
ペレット内から発生する可燃性物質を積極的に燃焼さ
せ、その燃焼熱によってペレットの表面温度を速やかに
還元適正温度にまで昇温させる技術が提案されている。

【０００５】しかしながら、「粉状鉄鉱石の有効な利用
方法である」としてこれら方法の検討を重ねてきた本発
明者等は、高能率化・低コスト化指向が一段と強まって
いる製鉄技術の現状を考慮するとこれらの方法には次の
ような問題が指摘され、そのため実操業として採用した
場合の便益は期待するほど高いものではないと結論せざ
るを得なかった。

【０００６】即ち、前記従来法では、何れにしても粉状
鉄鉱石と固体還元剤とを混合した後に塊成化（ペレット
化）してから還元炉へ装入する必要があるが、この塊成
化の際に所定サイズ以外の粒子が生成するのを避けるこ
とはできず、従ってアンダ−サイズはそのまま再度混合
工程へ、またオ−バ−サイズは粉砕してから混合工程へ
戻す必要があり、効率が悪い点が指摘された。

【０００７】更に、塊成化したままではペレット（塊成
化物）の強度がハンドリングに耐え得ないことから還元
炉に装入する前にペレットの乾燥を行う必要があった
が、そのため機構の複雑な塊成化設備に加えて乾燥用設
備までをも必要とし、かつその運転・保守費用もかなり
のものとなるので、還元鉄の製造コストを低く抑えるこ
とが難しいという点も指摘された。

【０００８】また、従来法では、還元時間に比較すると
塊成化及び乾燥に要する時間が相対的に長く、これがプ
ラント全体の効率を阻害する要因ともなった。その上、
製鉄所で発生する鉄分を含むダスト，スラッジ，スケ−
ル等｛以降はこれらを「製鉄所排出酸化物(waste oxid
e)」と総称する｝から鉄分の回収を図るべく、これらを
単独で粉状鉄鉱石に代えてペレット状に塊成化したり、
あるいは粉状鉄鉱石と混合してペレット状に塊成化し用
いようとする場合には、これら製鉄所排出酸化物の回収
形態が“粉状物質が結合して固まった塊状”あるいはミ
ルスケ−ルのように“ペレット化するには大き過ぎる形
状”をなしていることが多いことから（但し本明細書中
ではこれらを含めて「粉状の鉄原料」と称する）予め所
定粒度に微粉砕しておく必要があり、従って製鉄所排出
酸化物の微粉砕設備が欠かせないとの問題もあった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は上記
課題の解決法を目指して数多くの実験を繰り返しながら
鋭意研究を重ねた結果、「これらの課題は、粉状鉄鉱石
等の酸化鉄を主成分として含む粉状鉄原料の“還元に供
する際の原料形態”を従来のような“塊成化物（ペレッ
ト）”としないで、事前に粉状の固体還元剤と混合した
粉状鉄原料をそのまま（粉状混合物のまま）還元炉に装
入して炉床上にほぼ均一なベッドを形成し、このベッド
を高温加熱する手法を採ることによって解決することが
できる」という特異な知見を得ることができた。更に、
“粉状の酸化鉄”と“粉状の固体還元剤（石炭）”とを
混合した後、この混合物を１２００℃以上に加熱した炉
内へ装入して炉床上にベッドを形成し、これをそのまま
還元する基礎実験”を繰り返すことによって、この方法
によればペレット（塊成化物）を還元する場合に比較し
てほぼ遜色の無い還元結果が得られるということも確認
することができた。

【００１０】本発明は、上記知見事項等を基にしてなさ
れたものであり、まず第１に、「酸化鉄が主成分の粉状
鉄原料から高温還元によって還元鉄を製造するに当り、
まず“酸化鉄を主成分として含む粉状鉄原料”と“粉状
の固体還元剤”とを混合し、この混合物を塊成化するこ
となく粉状のままで還元炉内へ装入してその炉床上に混
合物の均一な厚さのベッドを形成させた後、炉内へ燃料
と酸素含有ガスを吹き込んで、 “炉内へ吹き込んだ燃
料”と“固体還元剤から発生する可燃性揮発成分”と
“酸化鉄が還元されて発生するＣＯガス”とを炉内へ吹
き込んだ酸素含有ガスにより燃焼させ炉内温度を１１０
０℃以上に昇温して維持することで前記ベッド中の粉状
鉄原料を還元することを特徴とする、還元鉄の製造方
法」を提供するものである。

【００１１】ここで、「酸化鉄が主成分の粉状鉄原料」
とは“粉状の鉄鉱石”あるいは“製鉄所排出酸化物（製
鉄所で発生するところの鉄分を含むダスト，スラッジ，
スケ−ル等）”などを意味し、本発明においてはこれら
を単独で又は２種以上の混合物状態で還元鉄の製造原料
とすることができる。そして、「固体還元剤」として
は、周知の石炭，木炭，石油コ−クス，コ−クス等を使
用することができる。

【００１２】なお、還元炉の炉床上に形成させる混合物
のベッドは、ベッド中粉状鉄原料の還元を均等に進行さ
せるために均一な厚さとする必要があるが、ここで言う
「均一な厚さ」とは必ずしも厳密な意味での均一厚さを
指すものではなく、実際上の不都合を来たさない程度に
還元が均等に進行する程度の“極端なレベルの違いがな
い厚さ（ほぼ均一な厚さ）”であれば所望する効果は得
られる。また、本発明において高温還元時に使用する還
元炉の形式は特に限定されるものではないが、作業性の
面からすれば回転炉床炉形式の炉が推奨される。

【００１３】本発明において、還元炉内温度の上昇は
“炉内へ吹き込んだ燃料”と“固体還元剤から発生する
可燃性揮発成分”と“酸化鉄が還元されて発生するＣＯ
ガス”とを“炉内へ吹き込んだ酸素含有ガス”により燃
焼させて行われる。炉内へ吹き込む「酸素含有ガス」と
しては、“空気”又は“酸素濃度が空気と同等あるいは
空気組成よりも若干富もしくは貧に調整されたガス”を
使用するのが良い。

【００１４】高温還元を行うための炉内温度について
は、１１００℃を下回る程度の温度域（９００℃以上程
度）でも還元は進行するがこのような温度域では還元速
度が遅くて工業生産としては好ましくなく、そのため本
発明では１１００℃以上に昇温して還元を促進させるよ
うに図った。しかし、酸化鉄の還元中は吸熱反応によっ
てベッドの温度が炉内の温度よりも低く維持されること
から、十分に速い還元速度を得るためには炉内温度をで
きれば１２００〜１４００℃以上に維持することが望ま
しい。

【００１５】ただ、この炉内温度は還元の進行状況ある
いは使用する粉状鉄原料や固体還元剤の性状，混合割合
等により変化させるべき性質のものである。即ち、混合
原料の炉内装入後間もない期間では、混合物で形成され
たベッドの温度が低いので炉内温度を高めに保持してベ
ッドの昇温を図るようにした方が還元の促進には有利で
ある。また、原料の鉱石中脈石や石炭中灰分の成分によ
ってはそれらの融点が変化するので、それに応じて炉内
温度を制御し、還元進行中に溶解して流れ出さないよう
に留意すべきである。但し、ベッド内における適度な量
の融液の生成は伝熱，反応促進の両面で良好な結果をも
たらすので、むしろ積極的に活用すべきである。この点
に関し、従来法のペレットを使用する場合は、融液が生
成するとペレット強度が低下してハンドリングに耐えら
れないほど大きな塑性変形を示すが、本発明ではベッド
状態なのでペレットのように変形することを懸念する必
要がない。

【００１６】還元に必要な加熱保持時間は、大まかには
ラボ試験で測定される還元時間を目安とすることができ
るが、操業条件により好適時間も異ってくるので操業実
績を重ねることにより最適な還元所要時間を把握するこ
とが推奨される。

【００１７】このようにして炉内で酸化鉄の還元を進行
させ、所定金属化率の還元鉄が製造された時点で炉外へ
排出する。この場合、この排出時におけるベッドの内部
温度が１１７０℃以上であるとベッド内に融液が存在す
る可能性があり、排出作業に支障を来たすおそれがある
ので、炉外へ排出する前にベッドの内部温度が１１７０
℃を下回るように加熱を停止しておくことが望ましい。
なお、短時間でベッドの内部温度を１１７０℃未満にま
で落とす手段としては“常温の還元ガスや窒素等の不活
性ガスをベッド表面に吹き付ける方法”や“ベッド表面
に水冷板を接近させて配置する方法”等が考えられ、炉
の形式に応じて実施しやすい方法を採用すれば良い。

【００１８】ところで、上記本発明法を実施する際、用
いる粉状鉄原料や固体還元剤に元々含まれている水分等
の条件によっては a) 粉状鉄原料と固体還元剤とを均一に混合しにくい， b) 還元炉の炉床上に均一厚さのベッドを形成しにく
い， c) 還元炉の炉床上に形成したベッドの表面から微粉が
飛散しやすい，等の問題が指摘される場合がある。そこ
で、この問題を解決するためは、「前記第１の方法にお
いて“酸化鉄を主成分として含む粉状鉄原料”と“粉状
の固体還元剤”とを混合する際、水あるいはバインダ−
の１種以上を単独又は複合で添加する」という第２の方
法を採用することが推奨される。ここで、「バインダ
−」としては、周知のベントナイト，石灰，タ−ル等の
有機系結合剤等が挙げられる。

【００１９】つまり、使用する粉状鉄原料や固体還元剤
に元々含まれている水分等の条件によっては、この粉状
鉄原料と粉状の固体還元剤を混合する際に若干の水分あ
るいはバインダ−の１種以上を単独又は複合で添加する
ことにより「粉状鉄原料と固体還元剤とを均一かつ迅速
に混合しやすくなる」, 「還元炉の炉床上にほぼ均一な厚
さの混合物のベッドを形成しやすくなる」あるいは「ベ
ッド表面から微粉が飛散するのを効果的に防止できる」
等の効果が発揮されるようになる。

【００２０】また、ペレット化した原料を高温還元する
従来法でも同様のことが言えるが、還元炉の炉床上に形
成させた原料混合物ベッドの高温還元時には、炉内へ酸
素含有ガスが吹き込まれ続けていることから高温還元中
の還元鉄表面が再酸化され得られる製品の金属化率が十
分に向上しないことが懸念される。このような高温還元
中の還元鉄表面の再酸化を防止するためには、本発明が
提供する前記第１の方法や第２の方法に加えて「還元炉
の炉床上に形成したベッドの表面を更に粉状の固体還元
剤で被覆してから炉内への燃料と酸素含有ガスの吹き込
みを行って高温還元を行うこと」を実施するという“第
３の方法”が有効である。

【００２１】この粉状の固体還元剤による被覆は、それ
自体がベッドと酸素含有ガスとの接触を遮って還元鉄表
面の再酸化を防止するほか、固体還元剤から発生するガ
スも同様の遮蔽効果を発揮することから、比較的薄い被
覆（例えば１mm程度）で十分である。これにより、従来
法で観察された還元鉄の表面の再酸化防止に有効である
ことを確認できた。

【００２２】更に、上述した第１の方法，第２の方法あ
るいは第３の方法に従って還元鉄を製造する際、還元炉
の炉床上に形成したベッド（粉状固体還元剤で被覆した
ものも含む）を填圧ロ−ラ（押圧ロ−ラ）等を使用して
填圧（押圧）し、該混合物の見掛け密度を上昇させるこ
とは、燃焼ガスによるベッド状混合物の飛散防止やベッ
ド内の伝熱と還元を促進する上で有効である。

【００２３】即ち、実験を重ねた結果、単に炉床上に混
合物のベッドを形成させるという手法のみでは、ベッド
の形成条件によってはベッド中に空隙が多く残って炉内
高温雰囲気からの受熱面であるベッド表面からベッド深
部（底部）への伝熱が遅れ、その結果ベッド深部におけ
る還元が遅れる現象が観察された。また、燃焼ガスによ
りベッド表面の微粉（粉状固体還元剤で被覆した場合に
はこの固体還元剤微粉も）が飛散し、燃焼排ガスと共に
炉外へ持ち出される現象も一部見られた。そして、この
現象を改善するためには「原料混合物をほぼ均一な厚さ
のベッド状にする際、押圧ロ−ラ−等を使用してベッド
を押圧し、該混合物の見掛け密度を上昇させる手法」が
極めて有効であると判明した。つまり、押圧（填圧）に
よりベッド内の空隙が減少して粒子同士がより緊密に密
着することから、ベッドからの微粒子の飛散が防止され
ると共にベッド内の伝熱が促進され、その結果として円
滑な操業下で還元が促進されることが明らかとなった。
更に、酸化鉄と固体還元剤との接触が良好になることも
還元促進に寄与していると考えられた。

【００２４】そこで、本発明は、“第４の方法”として
「前記第１の方法，第２の方法あるいは第３の方法に加
え、還元炉の炉床上に形成した原料混合物ベッドの高温
還元に先立って、該ベッドを押圧してその見掛け密度を
上昇させる方法」をも提供するものである。

【００２５】なお、上述した“燃焼ガスによるベッド状
混合物からの微粒子飛散”をより効果的に防止するため
には、「ベッドを形成した後」に、あるいは「ベッドを
形成してから粉状固体還元剤の被覆を行った後」に、更
には「これらを押圧して密度上昇させた後」に、このベ
ッド上にセメント水溶液等のようなセメントを含有する
溶液を散布するのが有効である。そのため、本発明は、
“第５の方法”として「前記第１の方法，第２の方法，
第３の方法あるいは第４の方法に加え、還元炉の炉床上
に形成した原料混合物ベッドの高温還元に先立って、該
ベッド表面にセメント含有液を散布する方法」をも提供
する。

【００２６】一方、炉床上に形成されたベッド中の粉状
鉄原料（酸化鉄）の還元時間を短縮するためには、ベッ
ドの内部温度を還元適正温度まで速やかに昇温すること
が望ましいが、そのためには、ベッドの加熱に当って
“混合物中の固体還元剤から発生する可燃性揮発成分や
酸化鉄が固体還元剤により還元される時に発生するＣＯ
ガス”を該ベッドの表面で燃焼させ、その燃焼熱をも利
用して加熱するのが有利である。即ち、石炭等の固体還
元剤は加熱により可燃性揮発成分がガス状態で発生し、
また粉状鉄原料（酸化鉄）が固体還元剤により還元され
る時にＣＯガスが発生するが、これらが炉内の空間に拡
散してから燃焼するよりも、受熱面であるベッド表面で
燃焼させる方がベッドの加熱には有利であると考えら
る。そこで、本発明者は、ベッド形成後に空気等の酸素
含有ガスをベッドの表面に吹き付けて“固体還元剤から
発生する可燃性揮発成分”や“酸化鉄が固体還元剤によ
り還元される時に発生するＣＯガス”をベッドの表面で
燃焼する試験を繰り返したが、その結果、このような手
段がベッドの内部温度を昇温するのに極めて有効である
ことを確認した。

【００２７】なお、酸素含有ガスをベッド表面に吹き付
けると還元された酸化鉄の再酸化が懸念されるが、これ
を防止するためには、ベッド状の混合物中から発生する
可燃性ガスの主成分の１つである“固体還元剤から生じ
る可燃性揮発成分”の発生期間に限って酸素含有ガスを
ベッド表面に吹き付けるのが有効であることも明らかと
なった。即ち、固体還元剤から可燃性揮発成分が発生し
ている間は、ベッド表面が可燃性揮発成分で被覆される
こととなるため吹き付けられた酸素含有ガス中の酸素は
優先的に可燃性揮発成分の燃焼に消費され、その結果と
して再酸化が防止できるわけである。勿論、この方法と
前述した「ベッドの表面を粉状固体還元剤で被覆する方
法」を併用することは再酸化の防止に一層有効である。

【００２８】そこで、本発明は、“第６の方法”とし
て、「前記第１の方法，第２の方法，第３の方法，第４
の方法あるいは第５の方法に加えて、還元炉の炉床上に
形成した原料混合物ベッドの高温還元に当り、混合物中
の固体還元剤からの可燃性揮発成分の発生がほぼ終了す
るまでは酸素含有ガスの供給を上記ベッドの表面へも行
って発生する可燃性揮発成分をベッド表面部で燃焼さ
せ、可燃性揮発成分の発生が終了した後は炉内温度が１
１００℃以上に維持されるように加熱して還元する方
法」をも提供するものである。

【００２９】上述したベッドの表面へ直接的に供給する
酸素含有ガスも、先に述べたような“空気”又は“酸素
濃度が空気と同等あるいは空気組成よりも若干富もしく
は貧に調整されたガス”とすれば良い。そして、このよ
うな酸素含有ガスの供給もやはり炉床上にベッドを形成
した直後に行うことを基本とするが、可燃性揮発成分等
の発生を見計らってから供給しても構わない。なお、ベ
ッドの昇温速度を向上するため、可燃性揮発成分等の燃
焼に必要な酸素量を確保した上で酸素含有ガスと燃料を
同時に使用しても差し支えはないことは勿論である。

【００３０】可燃性揮発成分の発生が終了した後は、炉
内温度が１１００℃以上になるように、望ましくは１２
００〜１４００℃以上になるように加熱すれば良いこと
は上述した通りであるが、これにより炉内で酸化鉄の還
元が速やかに進行し、還元鉄が製造される。

【００３１】ただ、これまでに説明した原料混合物の高
温還元を実施する場合、時として炉床上に形成した原料
混合物のベッドと炉床耐火物とが固着してその後の作業
に支障を来たす事態を招くことも懸念された。この懸念
を拭うため、本発明は、“第７の方法”として「前記第
１の方法，第２の方法，第３の方法，第４の方法，第５
の方法あるいは第６の方法の実施において、還元炉の炉
床に粉状の固体還元剤を敷き、その上に原料混合物の均
一な厚さのベッドを形成する方法」を提供する。このよ
うに、還元炉の炉床上に原料混合物のベッドを形成する
に先立って粉状の固体還元剤を炉床上に敷いておけば、
ベッドを高温に加熱して還元する工程の間にベッドと炉
床耐火物とが固着するのを“ベッドと炉床耐火物との間
に介在する粉状の還元剤”が効果的に防止するからであ
る。

【００３２】

【発明の効果】上述のように、本発明は、粉状の鉄原
料，固体還元剤等の混合物をそのまま還元炉内へ装入し
て炉床上にこれら混合物のベッドを形成し、これを高温
還元して還元鉄を製造することにより、従来法で採用し
ている塊成化工程及び塊成化物の乾燥工程を省略できる
ようにしたことを基本思想とするものであるが、そのた
め主として次のような便益を享受することができる。

【００３３】(a) 還元処理に供する原料を塊成化（ペ
レット化）する従来法のように鉄鉱石等の粉状鉄原料や
固体還元剤の粒子サイズをそろえる必要がなく、また製
鉄所排出酸化物（スケ−ル等）を鉄原料として適用する
場合でも単に粗粉砕するのみで使用に供することがで
き、塊成化（ペレット化）して高温還元する従来法のよ
うな微粉砕は不要である。

【００３４】(b) 従来法で行われる塊成化（ペレット
化）工程では少なからぬ時間がかかるが、本発明法では
粉状原料を単に混合して還元炉の炉床上にそのまま装入
するだけで済むので処理時間は極めて短く、プラントの
稼働効率が向上する上に運転・保守も容易である。

【００３５】(d) 即ち、本発明法では、従来法で行わ
れる原料の調整（微粉砕，粒度調整),塊成化（ペレット
化）工程，乾燥工程を省略することができ、製造能率の
大幅な向上が叶う上、設備費の低減及び運転費用の低減
が可能となって還元鉄製造コストの大幅な低減が可能と
なる。

【００３６】(e) Znを含むダストを原料に使用した場
合には製品の還元鉄にZnが残留して製品価値が低下する
ことが懸念されるが、本発明法では、炉内が高温のため
にZnのような低沸点金属は蒸発して排ガスと共に炉外へ
排出されるのでこれら低沸点金属の製品還元鉄中への残
留量を低下することができ、製品品位を上げることがで
きる。更に、集塵設備で捕集されるダストにはこれら低
沸点金属が濃縮されるため、これを回収し利用すること
が可能である。

【００３７】以下、本発明を実施例によって説明する。

【実施例】まず、表１〜表３に示す組成を有した粉状鉄
原料，粉状石炭（固体還元剤）及びベントナイト（バイ
ンダ−）を準備した。なお、鉄鉱石Ａ及びＢ中の酸化鉄
の主要な形態はそれぞれヘマタイト(Fe₂Ｏ₃)とマグネタ
イト(Fe₃Ｏ₄)であった。また、このうちの鉄原料及び石
炭についてはその粒度構成を表４に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【表３】

【００４１】

【表４】

【００４２】次に、これらを表５に示す割合で混合した
ものを準備した。また、比較のため、混合原料の一部に
ついては混合物をパン型ペレタイザ−で直径１８mmの生
ペレットに成形し、その後１１５℃に加熱して水分を９
０％以上除去した乾燥ペレットとした。

【００４３】

【表５】

【００４４】次いで、これら原料について、図１及び図
２（図１は断面概略図であり図２はそのＡ−Ａ方向の説
明図である）で示す小型の高温加熱還元試験炉を用い、
表６に示す条件で還元試験を行った。

【００４５】

【表６】

【００４６】なお、図１及び図２で示す高温加熱還元試
験炉にはバ−ナ−が上下２段に設置されており、下段の
バ−ナ−は固体還元剤から可燃性揮発成分が発生してい
る期間だけ酸素含有ガスとして空気を原料混合物のベッ
ドあるいはペレットの表面に吹き付けて表面で可燃性揮
発成分を燃焼するためのものであり、可燃性揮発成分の
発生が終了する段階でこの下段バ−ナ−の使用を停止し
た。一方、上段のバ−ナ−は炉内の温度を所定温度に維
持するための加熱バ−ナ−である。ところで、この試験
炉は固定式であるためバ−ナ−を上下２段に設置した
が、回転炉床炉の場合には２段にする必要はなくて１段
でも良い。即ち、回転炉床では、ベッド形成部の下流側
に位置する“可燃性揮発成分の発生区間”に設置された
バ−ナ−の角度を“空気等の酸素含有ガスが原料混合物
ベッドの表面に吹き当たるような角度”にしておけば良
い。また、商用の高温加熱還元炉では、炉内へ吹き込む
酸素含有ガスは排ガスと熱交換して約５００〜６００℃
程度に予熱してから吹き込むのが有利である。

【００４７】ところで、表６中に示す「還元時における
原料混合物の形態」の「ベッド状」とは本発明によるも
のを、「ペレット」とは従来法によるものをそれぞれ意
味する。また、「ベッドの押圧処理」とは、混合物を炉
内へ装入する前にレベラ−でほぼ３５mmの高さのベッド
にした後、押圧ロ−ラ（填圧ロ−ラ）で高さ２０mmにな
るまで押圧（填圧）したものである。そして、「炉内平
均温度」とは、ベッド表面（ペレットを使用した場合に
はペレット堆積物表面）への酸素含有ガスの直接吹き付
けを停止した以降の炉内空間部の平均ガス温度である。
なお、本試験では、炉内に吹き込む「酸素含有ガス」と
して「空気」を使用した。

【００４８】さて、この試験では、金属化率の目標値を
９２％と設定し、この目標値を達成できる還元時間を測
定したが、その結果を前記表６に併せて示す。試験は、
まず「試験番号１」の条件で実施した。その結果、塊成
化（ペレット化）をしなくても還元時間を約１８分かけ
れば金属化率９２％を達成できることを確認できた。こ
の還元時間は、通常の天然ガスを改質して得られた還元
ガスを使用するシャフト炉型直接還元方式の還元時間が
約８〜１０時間程度であることと比較すると、極めて短
くて済むことを示している。

【００４９】次に、「試験番号２」の条件で還元試験を
実施した。この試験を通じて、粉状原料に水分を添加す
ると均一混練が非常に容易となることが確認された。但
し、表６の結果が示されるように、水分を添加すると還
元時間が試験番号１の場合よりも約３分間長くかかるこ
とが分かる。この結果から、水分の添加量はできるだけ
低減すべきであると考えられるが、混練のしやすさ等か
らして、水分を添加しても適正な還元時間さえ確保すれ
ば還元鉄製造には支障のないことを確認済である。

【００５０】「試験番号３」は粉状原料にバインダ−
（ベントナイト）を添加して混練し、還元炉に装入した
場合の例であるが、この結果は試験番号２の場合とほぼ
同じであり、バインダ−の添加は均一混練の容易化に寄
与することを確認できた。また、排ガス中に含まれるダ
スト量の炉内への装入量に対する割合（ダストロス割
合）は、試験番号１では 0.5％であったのに対して試験
番号６では 0.3％に低下しており、原料の飛散抑制にも
効果的であることを確認できた。

【００５１】「試験番号４」は粉状の石炭で原料混合物
ベッドの表面を薄く被覆してから高温還元を実施したも
のであるが、その結果、試験番号１の場合と同じ還元時
間であったにもかかわらず金属化率は約１％程度向上し
ており、粉状石炭による被覆がベッド表面の再酸化を防
止する効果を発揮したことが確認された。

【００５２】「試験番号５」は原料混合物のベッドを押
圧して密度を上昇させた場合の例であるが、この密度上
昇処理によって還元時間は１５分と短縮しており、押圧
の効果が大きいことを確認できる。なお、この“ベッド
を押圧することによる還元時間の短縮”は、押圧により
粉末原料の粒子同士が密着してベッド内の伝熱が促進さ
れ、そのためベッド内の昇温速度が上昇した結果、還元
速度が増加したためと考えられる。また、ダストロス割
合は 0.2％であり、試験番号１の 0.5％と比較すると低
下していることから、原料の飛散抑制にも効果的である
ことが確認できた。

【００５３】「試験番号６」は、原料混合物のベッド表
面にセメント水溶液を散布してから高温還元を行った例
である。この場合には、試験番号１と比べると水分の影
響でベッドの昇温が遅れるので還元時間が長くなってい
るが、ダストロス割合は、試験番号１では 0.5％であっ
たのに対して、試験番号６では 0.1％と低下しており、
原料の飛散抑制に効果的であることを確認できた。

【００５４】「試験番号７」では、原料混合物のベッド
を押圧ロ−ラ（填圧ロ−ラ）で押圧した後、炉内で約２
分間だけ空気をベッド表面に供給し、石炭から発生する
可燃性揮発成分をベッドの表面で燃焼させた。この結
果、還元時間は１０分と、試験番号５での１５分よりも
更に５分間も短縮され、ベッドから発生する可燃性揮発
成分の燃焼を該ベッドの表面でも行いながら加熱・昇温
する手法の有利性を確認することができた。

【００５５】「試験番号８」は従来の乾燥ペレットを使
用しての還元試験であるが、この場合の還元時間は１０
分であり、試験番号７の場合に比較するとほぼ同程度の
還元時間であった。従って、「試験番号７」と「試験番
号８」の結果は、粉状の原料をそのままベッド状に炉内
装入して還元する本発明法が塊成化（ペレット化）して
使用する場合と比較しても遜色ない還元法であることを
示すものと言える。

【００５６】「試験番号９」は鉱石Ｂを使用したもので
あるが、この場合の還元時間は１０分であった。この還
元時間は試験番号７と比較すると若干短いが、この理由
は、マグネタイトとヘマタイトの金属鉄までの還元は何
れも吸熱反応であるものの、鉄原子当たりの反応熱はマ
グネタイトの方が約４７６０kcal/mol少ないためにベッ
ド内の温度低下が少なくて済み、その結果還元反応が促
進されたものと考えられる。

【００５７】「試験番号10」では製鉄所内発生ダストを
鉱石Ａにブレンドした鉄原料を使用し、また「試験番号
11」ではダストとミルスケ−ルをブレンドしたものを鉄
原料として使用している。しかし、還元時間はそれぞれ
約１０分及び９分となっており、鉄鉱石を使用する試験
番号７の場合とほぼ同程度のものであった。

【００５８】「試験番号11」の混合原料Ｕはやや粗粒で
あるのに還元時間が余り変わらないのは、「成分がFeＯ
であるので Fe₂Ｏ₃ をベ−スにした還元率は３０％程度
となって金属鉄までの還元量が少なくて済むこと」及び
「FeＯから金属鉄までの鉄原子当たりの反応吸熱量はヘ
マタイトに比較して約２０５９０ kcal/kmol少ないため
にベッド内の温度低下が少なくて済み、その結果として
還元反応が促進されたこと」によるものと考えられる。
また、Znを含むダストを使用した「試験番号11」の脱Zn
率は９２％であり、この結果からは本発明法による脱Zn
効果を確認することができた。

【００５９】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、酸化鉄を主成分として含有する粉状原料から高温加
熱還元によって還元鉄を低コストで効率良く製造できる
ようになるなど、産業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で使用した高温加熱還元試験炉の断面概
略図である。

【図２】図１で示した高温加熱還元試験炉のＡ−Ａ方向
断面の概要説明図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化鉄が主成分の粉状鉄原料から高温還
元によって還元鉄を製造するに当り、まず“酸化鉄を主
成分として含む粉状鉄原料”と“粉状の固体還元剤”と
を混合し、この混合物を塊成化することなく粉状のまま
で還元炉内へ装入してその炉床上に混合物の均一な厚さ
のベッドを形成させた後、炉内へ燃料と酸素含有ガスを
吹き込んで、“炉内へ吹き込んだ燃料”と“固体還元剤
から発生する可燃性揮発成分”と“酸化鉄が還元されて
発生するＣＯガス”とを炉内へ吹き込んだ酸素含有ガス
により燃焼させ炉内温度を１１００℃以上に昇温して維
持することで前記ベッド中の粉状鉄原料を還元すること
を特徴とする、還元鉄の製造方法。
【請求項２】 “酸化鉄を主成分として含む粉状鉄原
料”と“粉状の固体還元剤”とを混合する際、水あるい
はバインダ−の１種以上を単独又は複合で添加すること
を特徴とする、請求項１記載の還元鉄の製造方法。
【請求項３】還元炉の炉床上に原料混合物の均一な厚
さのベッドを形成せしめた後、該ベッドの表面を粉状の
固体還元剤で被覆してから高温還元を行うことを特徴と
する、請求項１又は２記載の還元鉄の製造方法。
【請求項４】還元炉の炉床上に形成した原料混合物ベ
ッドの高温還元に先立って、該ベッドを押圧してその見
掛け密度を上昇させることを特徴とする、請求項１乃至
３の何れかに記載の還元鉄の製造方法。
【請求項５】還元炉の炉床上に形成した原料混合物ベ
ッドの高温還元に先立って、該ベッド表面にセメント含
有液を散布することを特徴とする、請求項１乃至４の何
れかに記載の還元鉄の製造方法。
【請求項６】還元炉の炉床上に形成した原料混合物ベ
ッドの高温還元に当り、混合物中の固体還元剤からの可
燃性揮発成分の発生がほぼ終了するまでは酸素含有ガス
の供給を上記ベッドの表面へも行って発生する可燃性揮
発成分をベッド表面部で燃焼させ、可燃性揮発成分の発
生が終了した後は炉内温度が１１００℃以上が維持され
るように加熱して還元することを特徴とする、請求項１
乃至５の何れかに記載の還元鉄の製造方法。
【請求項７】還元炉の炉床に粉状の固体還元剤を敷
き、その上に原料混合物の均一な厚さのベッドを形成す
ることを特徴とする、請求項１乃至６の何れかに記載の
還元鉄の製造方法。