JP3355967B2

JP3355967B2 - 還元鉄の製造方法

Info

Publication number: JP3355967B2
Application number: JP31431696A
Authority: JP
Inventors: 康夫亀井; 秀行山岡
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-11-11
Filing date: 1996-11-11
Publication date: 2002-12-09
Anticipated expiration: 2016-11-11
Also published as: JPH10140221A; ZA9710128B

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高温加熱還元によっ
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
−クス等の炭素含有物質（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（実施例では３１５
℃以下）”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１２６０〜１４
２７℃で４〜１２分間の加熱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
１２６０〜１４２７℃であってもペレットの表面面温度
は１０９３〜１１４９℃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１２
０４〜１２６０℃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、本発明者等は上
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“板状成形物”とし、これを加熱炉
の炉床上にそのまま載置して高温加熱還元する手法を採
ることによってことごとく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）及びバインダ−（石灰と
少量の水分）を混合してロ−ルで板状に成形しこれを１
２００℃以上に加熱した炉内へ装入して還元する基礎実
験”を繰り返すことによって、「“板状成形物となした
粉状酸化鉄を還元する場合”であってもペレット（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、「酸化鉄を主成分として
含む粉状の鉄原料から高温加熱還元によって還元鉄を製
造するに当り、予め“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“バインダ−”とを混
合して板状に成形した後、この板状成形物を加熱炉の炉
床上に載置すると共に炉内へ燃料と酸素含有ガスを吹き
込み、 “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
ことで板状に成形された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、「酸化鉄を主成分として含む粉状
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。また、「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。そして、「バインダ−」とし
ては、やはり周知のベントナイト，石灰，タ−ル等の有
機系結合材等を使用することができ、更には必要に応じ
て少量の水をこれらと共に用いることもできる。

【００１２】本発明において、粉状鉄原料，固体還元
剤，バインダ−の混合物を板状に成形する手段は格別に
限定されるものではないが、成形設備の簡易性，成形の
容易性あるいは成形能率等からして“ロ−ル成形”を採
用するのが良く、これによって本発明の有為性は一段と
高まる。板状成形物の幅は加熱炉の規模等に応じて任意
に選択することができるが、厚さについては一般的に１
０〜２０mmが適当であろう。

【００１３】なお、本発明において高温加熱還元時に使
用する加熱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。粉状鉄原料，固体還元剤，バインダ−の混合物を成
形した板状成形物は、高温加熱還元処理に当ってこの加
熱炉の炉床上に載置される。

【００１４】例えば、図１は、粉状鉄原料，固体還元
剤，バインダ−の混合物をホッパ−１から対をなす成形
ロ−ル２に供給して板状に成形し、この板状成形体３を
そのまま連続的に加熱炉４の回転炉床５の上に載置する
様子を模式的に示したものであるが（図中の符号６はサ
ポ−トロ−ル、符号７は遮熱板である）、回転炉床炉形
式の加熱炉であればこのような連続作業が可能となるの
で有利である。

【００１５】ところで、粉状原料をペレットに成形し乾
燥してから加熱炉に装入される従来の方法では金属化
（還元）がほぼ終了した後でペレットが収縮する現象が
見られるが、この時ペレット自身の形状を保持するため
には強度上の理由から炉床上のペレット層の最大許容厚
さはほぼペレット２層であるとされており（例えば特公
昭４５−１９５６９号公報参照）、還元鉄製造効率の向
上を阻害する要因となっていた。これに対して、本発明
では還元処理に供する原料が元々板状に成形されたもの
であるため、金属化（還元）による収縮時に形状が多少
変形しても格別な支障は生ぜず、そのため板状成形物の
厚みを増加することが可能である。従って、ペレットを
用いる従来法に比してこの点からも還元鉄製造効率は優
位となる。

【００１６】もっとも、板状成形物の厚みを余り増加し
過ぎると成形物内の昇温速度が低下して還元が遅れるの
で得策ではない。そこで、この問題を解決するため、第
２の方法として、図２で示したように板状成形物の上面
（炉床に接する面と反対側の面）に凹凸を付けて受熱面
積を増加させる方法を採用することができる｛なお、図
２中の数値は板状成形物各部の寸法例（単位：mm）であ
る｝。また、このように板状成形物に凹凸を付けると、
炉床面積当たりの原料積載量が増加するために生産性が
向上するという好結果も得られる。

【００１７】本発明において、加熱炉内温度の上昇は
“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。

【００１８】高温加熱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
って板状成形物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。

【００１９】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、原料
の炉内装入後間もない期間では、板状成形物の温度が低
いので炉内温度を高めに保持して板状成形物の昇温を図
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、板状成形物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、本発明では元々平べったい
板状成形物を炉床上に載置して高温加熱するので塑性変
形が生じても還元性にそれほどの悪影響が及ばず、ペレ
ットのように変形することを懸念する必要がない。

【００２０】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。

【００２１】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板状成形物内
の温度が１１７０℃以上であると板状成形物内に融液が
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板状成形物内の温度が
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、短時間で板状成形物内の温度を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板状成形物表面に吹き付ける方法”
や“板状成形物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。

【００２２】本発明では、上述のように粉状鉄原料を板
状成形物となして高温加熱還元処理を行うが、このよう
に板状成形物となした粉状鉄原料を還元する場合であっ
ても乾燥ペレットを還元する場合に比して遜色の無い還
元結果（還元速度）が得られる。これは、粉状原料を板
状へ成形する場合には形状が単純であるためにロ−ル成
形等により均一で十分な加圧が行え、乾燥ペレットと同
様に緻密な成形体を得ることができるので板状成形物内
の伝熱がペレットなみとなる結果、還元速度もほぼ同程
度になるためであると考えられる。

【００２３】ところで、ペレット化した原料を高温加熱
還元する従来法でも同様のことが言えるが、板状成形物
の高温加熱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「加熱炉の炉床上に載置した板
状成形物の上面（炉床に接する面と反対側）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加熱・昇温する方法」を実施する
という“第３の方法”が有効である。

【００２４】なお、上記「板状成形物の上面を粉状固体
還元剤で被覆して酸素含有ガスによる再酸化を防止する
方法」をより作業性良く実施するためには、粉状鉄原
料，粉状固体還元剤，バインダ−の混合物を板状に成形
して板状成形物とするに当り、これと同時に板状成形物
の上面が“バインダ−を混合した粉状の固体還元剤”で
被覆されるように成形することが推奨される。

【００２５】また、粉状鉄原料（酸化鉄）の還元時間を
短縮するためには板状成形物の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、板
状成形物の加熱に当って“板状成形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”を該板状成形物の表
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、受熱面である板状成形物の表面で燃焼させる方が
板状成形物の加熱には有利であると考えらる。そこで、
本発明者等は、板状成形物を炉内へ装入した後で空気等
の酸素含有ガスを板状成形物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”を板状
成形物の表面で燃焼する試験を繰り返したが、その結
果、このような手段が板状成形物の昇温に極めて有効で
あることを確認した。

【００２６】なお、酸素含有ガスを板状成形物の表面に
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、板状成形物中から発生す
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
を板状成形物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、板状成形物の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「板状成形物の上面を粉状固体
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。

【００２７】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”に加えて、加熱炉の炉床上に載置した板状成形物
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該板状成形物の表面へも行い、発生
する可燃性揮発成分を板状成形物表面部で燃焼させなが
ら加熱・昇温する方法」をも提供するものである。

【００２８】上述した板状成形物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板状成形物を炉
内へ装入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。
勿論、板状成形物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全く差し支えはない。

【００２９】この場合、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１２００〜１４００℃以上になるように加熱すれ
ば良い。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。

【００３０】ただ、これまでに説明した板状成形物の高
温加熱還元を実施する場合、時として板状成形物とこれ
を載置している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”の実施において、加熱炉の炉床上に板状成形
物を載置する際、前もって粉状の還元剤を炉床上に敷い
ておいてその上に板状成形物を載置する方法」を提供す
る。このように、加熱炉の炉床上へ板状成形物を載置す
るに先立って粉状の還元剤を炉床上に敷いておけば、板
状成形物を高温に加熱して還元する工程の間に板状成形
物と炉床とが固着するのを“板状成形物と炉床との間に
介在する粉状の還元剤”が効果的に防止するからであ
る。

【００３１】

【発明の効果】上述のように、本発明は、粉状の鉄原
料，固体還元剤及びバインダ−の混合物を板状に成形し
て加熱された炉内の炉床上に置き、高温加熱還元して還
元鉄を製造することにより、従来法で採用している塊成
化及び乾燥の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、そのため次のような便益を享受
することができる。

【００３２】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）して高温加熱還元する従来法のよ
うな微粉砕は不要である。

【００３３】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
板状成形物をロ−ラ−等で成形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。

【００３４】c) ペレットは塊成化したままでは強度が
不足するのでハンドリング時の崩壊を防止するために乾
燥して強度を増加させる必要があるが、本発明法では成
形物が板状であるので、この板状成形物を傾斜板等を介
して炉床上に載置するようにすれば乾燥工程を経なくて
も崩壊することはない。つまり、本発明法では還元原料
が板状成形物であるので、炉内の高温にさらされて水分
等の蒸発が起きる際に多少のクラックが入っても大きな
崩壊につながることはなく、還元に支障を来たすことが
ない。

【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，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】f) 原料を塊成化（ペレット化）して還元
処理に供する従来法では加熱によるペレット内の融液生
成はハンドリングに耐えられないほどの塑性変形につな
がるが、本発明法では還元原料が板状成形物であってか
つ炉床上に載置して還元を行うので、板状成形物内の融
液生成がハンドリングを損なうという懸念には全く気を
配る必要はなく、しかも“板状成形物内における適度な
量の融液の生成”は、伝熱，反応促進の両面で良好な結
果をもたらすので加熱温度を高めて還元能率を促進させ
ることができる。

【００３８】以下、本発明を実施例によって説明する。

【実施例】まず、表１〜３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
形態はそれぞれヘマタイト(Fe₂Ｏ₃)とマグネタイト(Fe₃
Ｏ₄)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。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】

【表３】

【００４２】

【表４】

【００４３】次に、これらを表５に示す割合で混合した
後、この混合原料を図１に示したようなロ−ル成形法に
て“厚さ：１５mm×幅：５００mm×長さ：１０００mmの
板状成形物”あるいは“幅と長さは同じであるがその表
面に図２に示す寸法の凹凸を有した板状成形物”に成形
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９０％以上除
去した乾燥ペレットとした。

【００４４】

【表５】

【００４５】次いで、これら原料の成形物について、図
３及び図４（図３は断面概略図であり図４はそのＢ−Ｂ
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。ここで、
表６に記載した「炉内平均温度」とは、成形物表面への
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。

【００４６】

【表６】

【００４７】なお、図３及び図４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板状成形物あるい
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。

【００４８】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、板状成形物装入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板状成形物の表面に吹き当た
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。

【００４９】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１５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。

【００５０】次に、「試験番号２」の条件で還元試験を
実施した。この試験により、板状成形物の上面に凹凸を
付けることによって、金属化率と還元時間は試験番号１
の場合とほぼ同じであるものの、炉床単位面積当たりの
原料積載量が約 1.9倍になったことから生産性も約 1.9
倍に向上することが確認された。これは、炉床単位面積
当たりの原料積載量が約 1.9倍になっても「板状成形物
上面に付した凹凸のために受熱面積が増加したこと」や
「凸部は両面加熱により昇温速度が向上したこと」によ
る結果であると考えられる。

【００５１】「試験番号３」及び「試験番号４」は粉状
の石炭で板状成形物表面を薄く被覆してから板状成形物
の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
成形物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」では、炉内へ板状成形物を
装入した後、約２分間だけ空気を板状成形物の表面に供
給し、石炭から発生する可燃性揮発成分を板状成形物の
表面で燃焼させた。この結果、還元時間は１２分と、試
験番号１での１５分よりも更に３分間短縮され、板状成
形物から発生する可燃性揮発成分を該板状成形物の表面
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。

【００５３】「試験番号６」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５」の場合に比較して若干短い還
元時間となった。これは、ペレットは乾燥してから使用
しているのに対して板状成形物は未乾燥のまま使用して
いるためであると考えられる。但し、ペレット使用の場
合は、炉外における比較的長時間の乾燥を要するために
その分だけ処理時間を費やしており、決して有利である
とは言えない。従って、「試験番号６」の結果は、粉状
の原料を板状成形物として使用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。

【００５４】「試験番号７」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１１分であった。この還
元時間は試験番号５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少ないために板状
成形物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。

【００５５】「試験番号８」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
９」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１２分及び１１分となっており、鉄鉱石を使用する試
験番号５の場合とほぼ同程度のものであった。

【００５６】「試験番号９」の混合原料Ｓ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
に板状成形物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。

【００５７】また、Znを含むダストを使用した「試験番
号８」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。なお、これ
らの試験において、加熱炉の炉床上に板状成形物を載置
する際に先ず粉状石炭等の粉状還元剤を敷き詰め、その
上に板状成形物を載置して高温加熱還元を行う手法を採
用すると、まま起きがちであった高温加熱による板状成
形物と炉床との固着が十分に防止されることも確認され
た。

【００５８】

【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】粉状原料混合物をロ−ル成形によって板状成形
体とする手法の１例を模式的に示したものである。

【図２】上面に凹凸を形成した板状成形物例の説明図で
ある。

【図３】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４】図３で示した高温加熱還元試験炉のＢ−Ｂ方向
断面の概要説明図である。

【符号の説明】

１ホッパ− ２成形ロ−ル３板状成形体４加熱炉５回転炉床６サポ−トロ−ル７遮熱板

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21B 13/10 C21B 11/08 C22B 5/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化鉄を主成分として含む粉状の鉄原料
から高温加熱還元によって還元鉄を製造するに当り、予
め“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“バインダ−”とを混合して板状に成形
した後、この板状成形物を加熱炉の炉床上に載置すると
共に炉内へ燃料と酸素含有ガスを吹き込み、“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板状に成形
された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】板状成形物の上面に凹凸を付けたことを
特徴とする、請求項１記載の還元鉄の製造方法。
【請求項３】加熱炉の炉床上に載置した板状成形物の
上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加熱・昇温するこ
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】加熱炉の炉床上に載置した板状成形物か
らの可燃性揮発成分の発生がほぼ終了するまでは、酸素
含有ガスの供給を該板状成形物の表面へも行い、発生す
る可燃性揮発成分を板状成形物表面部で燃焼させながら
加熱・昇温す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】加熱炉の炉床上に粉状の還元剤を敷き、
その上に板状成形物を載置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。