JP3678034B2

JP3678034B2 - 部分還元鉄の製造方法

Info

Publication number: JP3678034B2
Application number: JP36714098A
Authority: JP
Inventors: 尊三川口; 栄輝葛西
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2018-12-24
Also published as: JP2000192154A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部分還元ペレットの再酸化の防止を図った部分還元ペレットまたはこの部分還元ペレットが結合した形状の塊成鉱の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銑鉄製造法としては、堅型精錬炉を用い、炉頂から鉄源と燃料を装入し炉下方に向かって荷下がりさせるとともに、炉下部から空気を送風して燃焼させ熱と還元ガスを作成し炉上部に向かって通気させ、炉内でガスと原料を充分に反応させる方法が用いられている。この方法で代表的な方法として高炉法があげられる。
【０００３】
高炉法では、塊状の鉄鉱石、焼成ペレット、焼結鉱などの鉄源とコークスなどの還元剤を高炉炉頂部から交互に炉内に装入するとともに、高炉下部の炉体周方向から高温空気を送風し、コークスを燃焼させることでさらに高温ガスを作りだし、鉄源を還元し、溶融することによって銑鉄を製造している。このような堅型炉を用いる方法はきわめてエネルギー効率の高いのが特徴で、銑鉄を製造するに要する燃料比は他の方法に比べてきわめて低い。
【０００４】
堅型炉の場合、高温発生ガスの熱交換により鉄源を加熱すること、すなわち炉内高さ方向での熱バランスをとることと炉内通気を確保することが重要である。
【０００５】
そして、堅型精錬炉で銑鉄を製造するに際し使用されている鉄原料としては、塊状の鉄鉱石、焼成ペレット、焼結鉱、コールドボンド鉱などのほかに、一部ではあるが塊状のスクラップや還元鉄が使用されている。
【０００６】
鉄源原料として塊鉄鉱石はふるい分級によって、また焼結鉱は粉鉄鉱石と粉コークスを混合した原料をグレートトラベル式空気吸引焼成設備によって製造される。焼成ペレットは粉鉄鉱石を転動造粒して球状に成形した原料をグレートトラベル式空気吸引焼成設備またはロータリーキルン焼成設備によって製造される。
【０００７】
スクラップは適当なサイズに加工成形することによって、還元鉄は鉄鉱石や焼成ペレットをシャフト炉に入れ天然ガスを導入して還元することによって製造されている。
【０００８】
また、還元鉄は粉鉄鉱石と粉石炭の混合粉を造粒して、ロータリーキルン焼成設備や水平回転移動する回転床炉設備により製造されている。
【０００９】
このような高炉法原料にあっては、スクラップや還元鉄は既に金属鉄に還元されているので極めて高いエネルギー効率を達成する良質な原料といえる。しかし、スクラップには不純物が多く含有する問題があり多量使用できないし、還元鉄は天然ガスを使用したり、ロータリーキルンや水平回転床炉の使用で製造規模が小さく大量生産に難点があり、たとえ製造しても製造エネルギー原単位が高くコスト高の問題がある。
【００１０】
一方、鉄鉱石、焼成ペレット、焼結鉱、コールドボンド鉱は安価大量に生産供給できるが、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）が主成分なので高炉内での被還元性（酸素除去速度）が高炉操業での生産性やエネルギー効率に多大なる影響を及ぼす。従って、酸化鉄を主体とした原料では被還元性は極めて重要な品質指標である。このような被還元性を良好にする手段として、焼結鉱やペレットにおいてその形状、鉱物組織、気孔構造など改良が検討されているが必ずしも満足のいくものではないので、酸化鉄比率が低く金属化率の高い部分還元された塊成鉱やペレットを大量かつ安価で製造する方法が検討されている。
【００１１】
例えば特公平８−９７３９号公報には粉鉄鉱石に溶剤と粗粒コークスを配合し混合して造粒し、粗粒コークスを核として内在させた生ペレットを製造し、該生ペレットに粉コークスを被覆し得られた生ペレットをグレートトラベル式焼成炉に装入して表層を点火した後、下方吸引して焼成する方法が開示されている。その他にも種々の粉状鉄原料、粉状固体還元剤や溶剤を混合して生ペレットを製造し、このペレットとコークスを混合した後、充填層を形成し、表層に点火した後、空気を下方に吸引し焼成する方法が開示されている。
【００１２】
これら方法の特徴は、粉状鉄原料と粉状固体還元剤の混合粉からなるペレット原料は９００℃以上の加熱で容易に酸化鉄から金属鉄に簡単に還元されること、またコークス添加のペレット原料で充填層を形成させて、表層に点火後、空気を吸引して添加コークスを燃焼させて、その発生熱で生ペレットを加熱焼成することにある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
これら方法は部分還元されたペレットが結合した形状の塊成鉱を多量かつ安価に製造できるが、金属化率（金属鉄Ｆｅ濃度／全Ｆｅ濃度）が１０％以下の低いものであった。
【００１４】
本発明の目的は、４０％以上の高い金属化率の部分還元ペレットまたはペレットが結合した形状の塊成鉱を得る方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述の従来法が高い還元率が得られない理由とその解決策について以下（Ａ）〜（Ｈ）の知見を得た。
【００１６】
（Ａ）コークスをペレット表面に被覆させても燃焼によって被覆コークスがなくなると供給空気により再酸化現象が起こるため、コークスのような炭材添加を行っても再酸化防止に役立たない。
【００１７】
（Ｂ）再酸化現象は発熱反応であるためなかなか冷却されず、このためにさらに空気を供給して冷却する必要が生じ、再酸化する程度を大きくするという悪循環を生じる。
【００１８】
（Ｃ）上記の再酸化を防止する手段として、ＣａＯを含有するものを生ペレット表面に被覆することが有効である。
【００１９】
（Ｄ）ＣａＯを含有するものを生ペレット表面に被覆すると、ＣａＯは低融点化合物を生成するフラックスとして機能し、還元された鉄あるいは鉄酸化物と反応して融液層を形成し、供給空気との接触を遮断する機能を果たすことができる。
【００２０】
（Ｆ）一般に鉄および鉄酸化物は融点が高く１３５０℃以上であるが、これらにＣａＯ成分が加わると融点が降下しＣａＯ含有濃度が１２．５質量％（以下、単に％で示す）を超えると１２００℃程度まで降下できるため、ＣａＯ分を１２．５％以上含有する皮膜を生ペレット表面に形成させると、焼成炉における高温帯温度の１２００〜１３００℃で液層を形成させることができる。
【００２１】
（Ｇ）上記液層は、先ず皮膜部から形成されるが、液層であるため皮膜界面にある還元鉄層とＣａＯとが反応し、皮膜中のＣａＯ含有濃度が低下するため、限界ＣａＯ含有濃度の１２．５％の２倍程度の２５％以上のＣａＯ含有濃度が皮膜中に必要である。
【００２２】
（Ｈ）皮膜中のＣａＯ含有濃度を２５％以上の組成にしておくと約１２００℃で低融点の非常に濡れ性の良好な融液を形成して表面部を薄く広く覆い、空気遮断効果の高い表面皮膜を形成することができ、ペレットの金属化率を４０％以上に維持することができる。
【００２３】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたもので、その要旨は、「粉状鉄原料と粉状固体還元剤との混合粉を用いて製造した生ペレットの表面に、ＣａＯ成分を２５質量％以上含有する被覆剤からなる被覆層を、該生ペレットの全体に対する質量百分率で５．０％以上７．０％以下形成し、該被覆層を形成した生ペレットを下方吸引式焼成炉に装入して焼結することにより、部分還元ペレットまたは該部分還元ペレットが結合した形状の塊成鉱を製造することを特徴とする部分還元鉄の製造方法。」である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明は、粉状鉄原料と粉状固体還元剤との混合粉を用いて生ペレットを製造し、生ペレット表面にＣａＯ分が２５％以上含有された被覆層を付与し、燃料炭材と混合した後、焼成炉に装入して充填層を形成し、充填層の表面に着火し充填層の上部から空気を装入して下方吸引することで焼成して金属化率の高い部分還元ペレットまたはこのペレットが結合した形状の塊成鉱を製造する方法である。
【００２５】
皮膜中のＣａＯ含有濃度が２５％以上であれば充分に遮断効果の高い皮膜を形成でき、ペレットの金属化率を４０％以上にすることができる。この場合、ＣａＯ以外の成分としては特に限定するものではないが、鉄原料であるのでＦｅ酸化物が主に含有されるが、還元雰囲気を維持強化するためにコークス粉など炭材が２０％以下で一部含有されている方が望ましい。
【００２６】
被覆方法は、生ペレットと被覆材をペレタイザーに入れ、転動造粒することで生ペレットの表面に被覆する方法、水と被覆材を混合しスラリー状のものを生ペレットに吹き付け被覆する方法、水と被覆材を混合しスラリー状のものに生ペレットを浸けて引き上げることによって被覆する方法等が選択できいずれの方法でもよい。
【００２７】
被覆層のＣａＯ含有濃度の上限は特に定めないが、製品部分還元ペレットの目標品位の視点からＣａＯ含有濃度を適宜選択すればよい。
【００２８】
粉状鉄原料としては鉄鉱石、製鉄所発生ダスト（焼結機発生ダスト、高炉発生ダスト、転炉発生ダスト、圧延工場発生スラッジ）などがあり、粉状固体還元剤として石炭、コークス、チャー、オイルコークスなどが用いられる。
【００２９】
粉状鉄原料と粉状固体還元剤を混合し生ペレットを製造するが、必要に応じてバインダーとして水分、タール、糖蜜、有機系樹脂、セメント、スラグ、ベントナイト、生石灰、軽焼ドロマイト、消石灰を添加する。
【００３０】
生ペレットの表面に被覆するＣａＯ含有原料として、石灰石、製錬スラグ類、セメント、消石灰、生石灰、ドロマイト、焼成ドロマイトなどを含むものがあげられる。
【００３１】
また、充填層への添加材としてコークスを例示したが、必ずしもコークスにこだわるものでなく、固体燃料となる石炭、チャーなどでも良い。
【００３２】
本発明を適用する焼成プロセスとしては、原料を装入して充填層を形成させた後、下部に設けた風箱からブロワーで吸引しながら表層に点火バーナーにより点火し、点火後下方吸引を継続し、表層から空気を吸引して焼成するものであるが、装置としてはバッチのグリンナワルト式焼成炉でもよいが、安価大量生産の観点からは焼結鉱製造に広く用いられているグレートトラベル式焼成炉（ＤＬ式焼結機）が望ましい。
【００３３】
【実施例】
直径９０ｍｍのアルミナファイバー壁製の焼結鍋試験装置を用いて、本発明方法と従来の方法とを比較検討した。
【００３４】
表１に示す原料条件で配合を行い混合した後、直径５００ｍｍのディスクペレタイザーを用い、水を添加しながら粒径１０〜１４ｍｍと１４ｍｍ〜１６ｍｍの生ペレットを製造した。
表２に示す条件で生ペレットの被覆処理を施し製品の金属化率を比較評価した。
【００３５】
【表１】

【００３６】
【表２】

【００３７】
被覆方法としては、生ペレットと乾燥した被覆材をペレタイザーに入れ、転動造粒することで生ペレットの表面に被覆する方法、水と被覆材を混合しスラリー状のものを生ペレットに吹き付け被覆する方法、水と被覆材を混合しスラリー状のものに生ペレットを浸けて引き上げることによって被覆する方法を比較した。
【００３８】
ペレット５原料の混合においては、ペレット４と同一原料をボールミルに同時に装入し約１時間混合粉砕したものを用いた。
【００３９】
次に、焼成炉の目皿の上に床敷として６ｍｍ径のアルミナボールを１層敷き、その上に生ペレットに燃料としてコークスを４％添加した原料を約１００ｍｍ敷設した。その後、風箱から吸引するとともに鍋表層部をガスバーナーで点火し、充填層内に空気を吸引して焼成を行った。なお、あわせて燃料コークスを石炭に置換したケースも試験した。
【００４０】
ケース１は従来例で焼成製品の金属化率は６％と低い。これに対しケース２以下（ケース１２、１９は除く）は本発明例であるが、いずれも金属化率が４０％以上を越え、製品の品質が改善された。
【００４１】
ケース２〜ケース１０について比較を行うと、被覆方法としては、スラリー状にして浸ける方法が最も優れ、次にスラリーを吹き付ける方法が優れ、ペレタイザーによる転動法の効果が低い結果となった。
【００４２】
添加材の種類としては、ＣａＯ量が変わらなければ被覆材中のＣａＯ濃度の影響は少ないことがわかった。
被覆剤中にコークスを添加した方が金属化率は高く効果的であった。
【００４３】
被覆剤のＣａＯ濃度の影響はケース１１（Ｃａ０＝２５．２％）、ケース１２（ＣａＯ＝２１．６％）に見られるように、ＣａＯ濃度が２５％以下になると、製品金属化率は２３％と大幅に低下し、改善効果を確保するためには被覆剤のＣａＯ濃度は２５％以上とする必要があることがわかった。
【００４４】
次に、ケース１３〜ケース１８では、ペレット原料の粉状鉄原料および粉状固体還元剤の影響をみたが、ヘマタイト試薬と鉄鉱石、グラファイト粉と石炭粉との差による影響が小さいことがわかった。
【００４５】
ケース１９は生ペレット表面に粉コークスだけを被覆したケースであるが、再酸化により低い金属化率となった。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の方法により、ペレットの再酸化を防止でき、４０％以上の高い金属化率の部分還元ペレットを得ることが可能となった。

Claims

粉状鉄原料と粉状固体還元剤との混合粉を用いて製造した生ペレットの表面に、ＣａＯ成分を２５質量％以上含有する被覆剤からなる被覆層を、該生ペレットの全体に対する質量百分率で５．０％以上７．０％以下形成し、該被覆層を形成した生ペレットを下方吸引式焼成炉に装入して焼結することにより、部分還元ペレットまたは該部分還元ペレットが結合した形状の塊成鉱を製造することを特徴とする部分還元鉄の製造方法。