JP4116874B2

JP4116874B2 - 溶鉄の製法

Info

Publication number: JP4116874B2
Application number: JP2002353525A
Authority: JP
Inventors: 修三伊東; 逸雄宮原; 耕司徳田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2022-12-05
Also published as: JP2004183070A; US20060021469A1; US20080127778A1; AU2003289162A1; WO2004050921A1; US8157888B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶鉄の製法に関し、より詳細には、鉄鉱石などの酸化鉄含有物質を炭材等の炭素質還元剤と共に移動炉床式還元炉で加熱還元し、得られる還元鉄を引き続き溶解炉で溶解して溶鉄を製造する際に、特に、鉄分純度の高い溶鉄を高生産性の下で効率よく製造し得る様に改善された方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、比較的小規模で多品種・少量生産向きの製鉄法として、鉄鉱石等の酸化鉄含有物質を還元性雰囲気下で加熱し、酸化鉄を還元して金属鉄を製造する製鉄法が注目されており、その１つとして、MIDREX法に代表される直接製鉄法がある。しかしこの方法は、還元剤として大量の天然ガスを必要とするので、当該設備の立地条件に制約がある。
【０００３】
また、酸化鉄含有物質を石炭ベースの炭素質還元剤の共存下で加熱還元することにより固形還元鉄とし、該固形還元鉄を電気炉で加熱溶融することにより溶鉄を製造するSL／RN法も知られており、最近では、回転炉床式還元炉と電気溶解炉を隣接して配置し、酸化鉄の還元から、生成する固形還元鉄の加熱溶解までを一貫して行う直接製鉄法も多数提案されている。しかし、これらの方法を実施するには膨大な電力を必要とするので、当該設備の立地条件が電力供給事情の良い場所に限定される。
【０００４】
こうした状況の下で、鉄鉱石等の酸化鉄含有物質と石炭等の炭素質還元剤を用いて溶鉄を製造する還元・溶融製鉄法の改良研究が盛んに進められており、その代表例として、予備還元炉と溶融還元炉を組み合わせたDIOS法やHIsme1t法が提案されている。これらの方法を実用化する上で重要となるのは、溶融還元炉で高レベルの２次燃焼率と着熱効率を確保することであるが、これらを高めると、鉄鉱石等の鉄源中の脈石成分に由来して加熱還元時に副生するスラグ内に高濃度の酸化鉄（ＦｅＯ）が混入し、処理炉の内張り耐火物を著しく溶損するという問題がクローズアップされてくる。こうした問題の対応策として、炉体を水冷し耐火物の溶損を抑制する方法も提案されているが、炉体からの熱損失が大きくなるため、溶鉄の生産性や熱エネルギー効率に多大な悪影響を及ぼす。
【０００５】
また、最近開発された他の直接製鉄法として、鉄鉱石等の酸化鉄含有物質（鉄源）と炭材などの炭素質還元剤を含む混合物、或いは該混合物をペレットやブリケット等に成形した炭材内装成形体を、回転タイプの移動炉床式還元炉で加熱・還元した後、得られる還元鉄を溶融炉で最終的に還元すると共に溶融させて溶鉄を製造する方法が知られている（特許文献１，２，３など）。これらの方法では、溶解炉で生成する高温の排ガス熱を移動炉床式還元炉へ導入して有効利用することも可能であり、設備全体としての熱効率も高め得ることから、それなりの効果が期待される。
【０００６】
【特許文献１】
特公平３−６０８８３号（特許請求の範囲、図１など）
【特許文献２】
特開２００１−２７９３１３号（特許請求の範囲、図３など）
【特許文献３】
特開２００１−２４７９２０号（特許請求の範囲、図１など）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した様な移動炉床式還元炉と溶解炉を連結した直接製鉄法はかなり以前から研究されているが、工業的規模で実施するには、操業安定性や安全性、経済性、製品の品質（溶鉄純度）などを含めて、改善しなければならない課題も多い。
【０００８】
本発明者らも、かねてよりこの種の直接製鉄法の実用化研究を進めているが、今回は特に、例えば回転炉床式などの移動炉床式還元炉を用いた鉄源の固体還元から溶解炉での溶解に亘る一連の工程をより円滑に実施可能にすると共に、得られる溶鉄の一層の品質向上を図り、更には処理設備の特に耐火物の劣化を抑えて設備寿命を延長すべく、様々の角度から研究を進めた。
【０００９】
従って本発明の目的は、移動炉床式還元炉での還元から溶解炉での溶解に亘る一連の工程をより円滑に実施可能にすると共に、得られる溶鉄の一層の品質向上を図り、更には処理設備の特に耐火物の劣化を抑えて設備の長寿命化を達成し得る様な技術を確立することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成することのできた本発明に係る溶鉄の製法とは、移動炉床式還元炉の炉床上に、炭素質還元剤と酸化鉄含有物質およびＣａＯ含有物質を含む原料混合物を装入し、該原料混合物を上記還元炉内で加熱することによって該原料混合物中の酸化鉄を還元し、金属化率が８０％以上の固形還元鉄を生成させ、該固形還元鉄を高温に保った状態で溶解炉へ投入して更に加熱し、一部残留する酸化鉄を還元すると共に固形還元鉄を溶解することにより、炭素含量が３．０質量％以上である溶融金属鉄を製造するに当たり、上記溶解炉内で生成するスラグの塩基度が１．１以上となる様に溶解炉へ別途添加されるＣａＯ含有物質の投入量が、当該溶解炉で得られる溶鉄１トン当たり４０ｋｇ以下となる様に、前記原料混合物へのＣａＯ含有物質の配合量を調整するところに特徴を有している。
【００１１】
上記方法を実施するに当たっては、前記移動炉床式還元炉の炉床上に粉粒状の炭素質物質を床敷として装入してから、炭素質還元剤と酸化鉄含有物質およびＣａＯ含有物質を含む原料混合物を装入するのがよく、またこの時に前記床敷として装入される炭素質物質の量を、溶解炉で得られる溶鉄１トン当たり３０ｋｇ以上にすれば、上記還元炉で得られる固形還元鉄の金属化率をより効果的に高めることができるので好ましい。
【００１２】
また、上記溶解炉で生成するスラグの塩基度を１．１以上とするに足るＣａＯ含有物質の全量を、前記原料混合物に配合することで、溶解炉へ別途添加するＣａＯ含有物質の量をゼロとすれば、溶解炉での溶解操業を一層円滑に行うことができ、更に、前記還元炉から未燃焼状態で排出され固形還元鉄と共に溶解炉へ装入される炭素質物質の量が、当該溶解炉で消費される炭材量以上となる様に、前記床敷用炭素質物質の装入量を調整すれば、前記還元炉で得られる固形還元鉄の金属化率を一層確実に高め得ると共に、溶解炉での溶解操業も一段と効率よく速やかに行えるので好ましい。
【００１３】
また、前記溶解炉で生成するスラグ中のＭｇＯ含量が６質量％以上、好ましくは８〜１３質量％となる様に、原料混合物中のＭｇＯ量を調整し、或いは溶解炉にＭｇＯを追加投入すれば、溶解炉の内張り耐火物としてマグネシア系煉瓦を使用したときの溶損を効率よく防止できるので好ましく、この場合は、前記ＣａＯやＭｇＯを含めて、溶解炉で追加投入される造滓剤の量が、当該溶解炉で得られる溶鉄１トン当たり４０ｋｇ以下となる様に、前記原料混合物へのＣａＯおよびＭｇＯ含有物質の配合量を調整することが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明では上記の様に、移動炉床式還元炉と、これに隣接して設けられた溶解炉を備えた一連の設備を用いて酸化鉄含有物質の固体還元とその溶解による溶鉄の製造を一貫して行う。なお本発明では、移動炉床式還元炉としてグレートタイプの還元炉を使用することも可能であるが、設備の占有面積や操業性などを総合的に考慮して最も実用性の高いのは回転炉床式還元炉であるので、以下では回転炉床式還元炉を使用する場合を主体にして説明を進めるが、本発明はもとよりこれに限定されるわけではなく、移動炉床上で加熱還元を行うタイプの還元炉であれば、他の還元炉を使用することも勿論可能である。
【００１５】
図１は、本発明を実施する際に用いる一連の設備を例示する概略工程説明図で、図中、(A)は回転炉床式還元炉、(B)は電気炉式溶解炉、(C)は鉄浴式溶解炉を示しており、本発明の製法は、回転炉床式還元炉(A)と電気炉式溶解炉(B)、或いは回転炉床式還元炉(A)と鉄浴式溶解炉(C)を組み合わせた設備を用いて実施される。
【００１６】
回転炉床式還元炉(A)には、好ましくは床敷として供給される粉粒状の炭素質物質(1)と、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含み、更にはＣａＯやＭｇＯ等、あるいは必要により少量のバインダーを配合した原料混合物（或いは、これらをペレット状などに成形した成形体や簡易成形体）(2)が、原料投入ホッパー(3)を通して、回転炉床式還元炉(A)の回転炉床(4)上へ連続的に装入される。より詳細には、上記原料投入ホッパーを少なくとも２つ設置し、原料混合物(2)の装入に先立って、回転炉床(4)上に粉粒状の炭素質物質(1)を装入し、しかる後に、隣接する別のホッパーから原料混合物(2)を装入する。なお場合によっては、床敷として装入される粉粒状の炭素質物質(1)を省略することも可能である。
【００１７】
図示した回転炉床式還元炉(A)の回転炉床(4)は反時計方向に回転されており、操業条件によって異なるが、通常は８分から１６分程度で１周する。該還元炉(A)における回転炉床(4)の上方側壁及び／又は天井部には燃焼バーナー(5)が複数個設けられており、該バーナー(5)の燃焼熱あるいはその輻射熱によって炉床部に熱が供給される。
【００１８】
耐火材で構成された回転炉床(4)上に装入された原料混合物(2)は、該炉床(4)上で還元炉(A)内を周方向に移動する中で、燃焼バーナー(5)からの供給熱や輻射熱によって加熱され、当該還元炉(A)内の加熱帯を通過する間に、当該原料混合物(2)中の酸化鉄は還元されて固形還元鉄が製造される。
【００１９】
ところで、回転炉床(4)上に原料混合物(2)のみを装入して加熱還元を行う場合、原料混合物(2)の加熱還元が進行する前半期には、原料混合物(2)内に配合された炭素質還元剤からＣＯガスを主体とする強還元性のガスが原料混合物(2)の周辺に大量に放出されるため、炉内雰囲気に存在する酸化性ガスの影響を受け難いが、還元の後半期になると、原料混合物(2)の内部から放出される還元性ガスの量が減少するため、原料混合物(2)はその周辺に存在する酸化性ガス（バーナー燃焼に伴って生じる二酸化炭素や水蒸気など）の影響を受け易くなり、加熱還元により一旦生成した還元鉄が再び酸化されたり、原料混合物(2)の内部に残存する炭素質還元剤を燃焼消耗させることがある。そのため、原料混合物(2)内に還元剤として配合する炭素質還元剤の調整が困難となり、得られる固形還元鉄の金属化率が不安定になることもあり得る。
【００２０】
そこで、回転炉床(4)上に粉粒状の炭素質物質(1)を床敷として予め敷きつめておき、この上に原料混合物(2)を装入する様にすれば、加熱還元の後半期においても、バーナー燃焼に伴うＣＯ₂の如き酸化性ガスは該炉床(4)上の炭素質物質(1)によって再び還元され、原料混合物(2)近傍の雰囲気ガスを高レベルの還元ポテンシャルに維持することができ、目標とする金属化率の固形還元鉄をより安定して製造できるので好ましい。
【００２１】
上記の様にして回転炉床式還元炉(A)で製造された固形還元鉄は、加熱還元工程で副生するスラグや床敷として用いた炭素質物質(1)の燃焼残分と共に排出装置(6)から排出される。図中、(7)は排ガスダクトを示している。
【００２２】
何れにしても、還元炉(A)内で生成した固形還元鉄は、できるだけ冷却させずに高温状態を維持した状態で、炉床(4)上に残留する炭素質物質(1)等と共に排出装置(6)で炉外へ排出され、該回転炉床式還元炉(A)と直結し若しくは近接して設置されている溶解炉へ送り込まれる。図中、(B)は電気炉式溶解炉を、(C)は鉄浴式溶解炉を各々示しており、これらの溶解炉は必要に応じて適宜使い分けられる。
【００２３】
電気炉式溶解炉(B)を使用する場合、前記還元炉(A)から排出された高温の固形還元鉄と残留炭素質物質は、炉頂部に設けられた投入シュート(8)から炉内へ投入される。該溶解炉(B)内にＣａＯやＭｇＯを含む副原料（造滓剤）を投入する場合は、同一の又は別途設置されたシュートを通して添加される。該電気炉式溶解炉(B)では、電極(9)によって炉内へ熱が供給され、該熱により固形還元鉄中に残存する未還元の酸化鉄が還元されると共に固形還元鉄は溶解し、最終的には溶融スラグ(S)と溶鉄(Fe)に分離して炉内に蓄積される。そして、これら溶鉄(Fe)と溶融スラグ(S)は、適当な時期に出滓孔(10)および出湯孔(11)から炉外へ排出される。図中、(12)は排ガスダクトを示している。
【００２４】
一方、鉄浴式溶解炉(C)を使用する場合、固形還元鉄や炭素質物質は溶解炉(C)の上部から炉内へ投入される。炉内で炭素質物質を燃焼させるための酸素含有ガスは、炉頂部から装入される上吹きランス(13)によりスラグ(S)や溶鉄(Fe)の上方から高速で吹き込むのが一般的であるが、この他、炉底にセットされた底吹ノズル(14)や炉壁にセットされた横吹ノズル(15)を通して炉内へ吹き込むことも可能であり、或いはこれらの２以上を適宜組み合わせて炉内へ吹き込むことも可能である。
【００２５】
尚この種の溶解炉を使用する際には、炭材を炉内で燃焼させることによって必要な熱を炉内へ供給する必要があり、相当量の燃料が必要になるが、床敷を装入しない場合や、前記還元炉(A)から溶解炉へ投入される未燃焼の炭素質物質（床敷）だけでは燃料不足となる場合、不足分の炭材は、単独で、或いはその他の副原料（ＣａＯやＭｇＯ等）と併せて炉頂部から投入すればよい。
【００２６】
上述した様な設備を用いて溶鉄を製造するに当たり、回転炉床式還元炉で得られる固形還元鉄を、隣接して設けた溶解炉へ連続的もしくはバッチ的に投入し、該固形還元鉄中に残存する未還元の酸化鉄（ＦｅＯ）を最終還元すると共に溶解させて溶鉄を製造する際に、本発明では、該溶解炉で副生するスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が１．１以上、好ましくは１．３以上となる様に、スラグ形成々分の含有比率を制御することが、低硫黄含量（低[Ｓ]）の溶鉄を得るうえで極めて重要となる。
【００２７】
これは、溶鉄中の硫黄分［Ｓ］をスラグ方向へ移行させ、溶銑中のＳ含量（［Ｓ］）を低減するためである。ちなみに、炭素質還元剤として石炭やコークス等を用いた原料混合物（一般的なのは、該混合物をペレット状や塊状などに成形した原料成形体、もしくは該混合物を軽く押し固めた簡易成形体）を加熱還元することによって得られる固形還元鉄中には、石炭やコークスに由来する硫黄が多量混入し、また床敷として石炭系の粉粒体を使用する場合も同様に多量の硫黄が混入するので、これらの炭素源を還元成分として使用すると、得られる固形還元鉄中には当然に相当量の硫黄が含まれてくる。
【００２８】
この固形還元鉄を溶解炉で溶解すると、硫黄分は当該溶解炉内で生成する溶鉄(Fe)と溶融スラグ(S)の間で分配されるが、本発明者らが実験によって確認したところ、この分配比｛スラグ中のＳ含有量（質量％）／溶銑中のＳ含有量［質量％］＝(Ｓ)／[Ｓ]｝は、スラグ塩基度が高いほど高くなり、好ましくは生成スラグの塩基度が１．１以上、好ましくは１．３以上となる様に、溶解炉へ別途ＣａＯ源を投入すべきであることが確認された。
【００２９】
また、上記(Ｓ)／[Ｓ]分配比は、スラグ中の酸化鉄（ＦｅＯ）含量によっても大きく影響され、該酸化鉄含量が多くなると前記分配比は著しく小さくなる傾向がある。従って、スラグの塩基度を例えば１．３以上に調整したとしても、スラグ中の酸化鉄（ＦｅＯ）濃度が高くなると、スラグ方向へのＳ分配比は大幅に減少し、結果的に、溶鉄を低硫黄化し難くなる。
【００３０】
そこで、上記(Ｓ)／[Ｓ]分配比を高めて溶鉄の低硫黄化を図るために必要なスラグ中の（ＦｅＯ）濃度について調べた結果、該濃度を５質量％程度以下、好ましくは２質量％以下に抑えればよいことを突き止めた。しかも、スラグ中の（ＦｅＯ）濃度を５質量％以下、好ましくは２質量％以下に低減するための具体的な要件についても模索したところ、溶鉄中の[Ｃ]濃度を３．０質量％以上に高めてやれば、スラグ中の（ＦｅＯ）濃度を確実に２質量％程度以下に抑えることができ、その結果として、スラグ方向へのＳ分配比が高まり、延いては溶鉄中の[Ｓ]を効率よく低減し得ることが確認された。
【００３１】
こうした確認結果から本発明では、溶解炉で生成するスラグの塩基度を１．１以上、より好ましくは１．３以上に調整すると共に、得られる溶鉄中の[Ｃ]濃度を３．０質量％以上に高めることを定めている。
【００３２】
ところで、上記の様に溶解炉で生成するスラグの塩基度を１．１以上とするには、原料混合物中に酸化鉄源（鉄鉱石など）の脈石成分として含まれているＣａＯ成分だけでは不十分であり、不足分のＣａＯ成分は溶解炉で別途追加することが必要となる。そして、高融点のＣａＯを溶解炉へ投入して速やかに溶融させるには、溶解炉内を適正な温度に維持すると共に、副生スラグを効率よく撹拌しなければならない。しかし例えば電気炉タイプの溶解炉では、高融点のＣａＯに対して十分な溶解速度を確保し難く、スラグ成分が溶け切る前に凝集してブロック状に固まり、溶融が著しく遅延すると共に、固形還元鉄の溶解をも阻害する恐れが生じてくる。
【００３３】
また、塩基度の高いスラグに曝される溶解炉の内張り耐火物としては、通常ＭｇＯ系耐火物が使用されるので、該ＭｇＯ系耐火物の溶損を抑えるには、固形還元鉄を溶解させる際に生成するスラグ中のＭｇＯ濃度を相対的に高めることが望ましく、好ましくは、生成スラグ中のＭｇＯ含量が６質量％以上、好ましくは８〜１３質量％となる様に、溶解炉に別途ドロマイト等のＭｇＯ含有物質物を添加することが望まれるが、この場合も、高融点のＭｇＯをそのまま溶解炉へ投入すると、ＣａＯを投入した時と同様の問題を引き起こす。
【００３４】
他方、原料混合物中に含まれる鉄源（鉄鉱石など）の銘柄や性状によっては、酸化鉄含有原料中に含まれるガング分（スラグ形成成分）の含有量や組成がかなり変動し、最終的に溶解炉内で生成するスラグの量は、目標塩基度によって若干異なるものの、通常は溶鉄１トン当たり８０〜３００ｋｇ程度であり、鉄品位の低い酸化鉄含有物質を原料として用いた場合は、溶鉄１トン当たり４００ｋｇレベルに達することもある。
【００３５】
この様に、溶解炉内で生成するスラグの量は、原料として用いる鉄源（酸化鉄含有物質）の銘柄や種類によって大きく変動するので、それに伴って、溶解炉へスラグ塩基度調整用として添加すべきＣａＯ含有物質（焼石灰など）の量も、例えば溶鉄１トン当たり２０〜１５０ｋｇの範囲で変化する。
【００３６】
そのため、溶解炉で生成するスラグの塩基度を確実に１．１以上とし、或いは更に、内張り耐火物の溶損を抑えるには、固形還元鉄と共に大量の造滓材（ＣａＯやＭｇＯなど）を溶解炉へ添加する必要が生じ、それに伴って前述した様な溶融障害（スラグ形成成分や固形還元鉄の溶解遅延）が軽視できない問題としてクローズアップされてくる。
【００３７】
本発明者らは上記の様な問題点に着目し、固形還元鉄と共に溶解炉へ投入される造滓剤の量が、前述した様な溶融障害の発生に及ぼす影響とその解消手段について実験を重ねた結果、固形還元鉄と共に溶解炉内へ添加される造滓剤の量が４０ｋｇ／溶鉄トンを超えると、前記溶融障害が明らかに発生し易くなって実炉操業に重大な悪影響を及ぼすこと、そして、この時に溶解炉内へ添加するＣａＯ（またはこれとＭｇＯ）等の造滓剤の量を４０ｋｇ／溶鉄トン以下に抑え、これ以上に必要となる造滓剤成分については、前記回転炉床式還元炉へ原料として装入する原料混合物内に予め配合しておけばよく、それにより溶解炉での固形還元鉄やスラグ形成剤の溶解を速やかに進め得ることをつきとめた。
【００３８】
従って本発明では、原料混合物中の酸化鉄源等に含まれるスラグ形成成分の塩基度が低く、溶解炉で不足分のＣａＯ含有物質を追加しなければならない場合に、当該追加分の全部もしくは大部分を、予め原料混合物内へ混入しておき、それらのスラグ形成成分を、回転炉床式還元炉(A)で鉄酸化物を加熱還元する際の熱を利用して、当該原料混合物の内部で焼結化もしくは一部を溶融させて低融点の複合酸化物に変えておくことで、固形還元鉄と共に溶解炉へ投入されるスラグ形成成分の溶解速度（造滓速度）を高め、滓化速度を飛躍的に高めることによって、前述した溶融障害を大幅に軽減する方法を採用する。
【００３９】
より具体的には、溶解炉へ添加する造滓剤（ＣａＯやＭｇＯ含有物質）の量が４０ｋｇ／溶鉄トンを超える場合に、当該超過分は前記回転炉床式還元炉(A)へ装入する原料混合物中に予め配合しておき、当該原料混合物中の酸化鉄を加熱還元する際に、同時に原料混合物中のスラグ形成成分（追加配合したＣａＯやＭｇＯ含有物質を含む）を焼結させ、或いは一部溶融させることによって、例えばCaO・SiO₂，2CaO・SiO₂，3CaO・2SiO₂，2CaO・A1₂O₃・SiO₂，3CaO・2SiO₂，CaO・MgO・SiO₂，3CaO・MgO・2SiO₂などの複合酸化物に変え、溶解炉内でのスラグの溶解を速やかに進めると共に、固形還元鉄の溶解をも促進するのである。
【００４０】
ちなみに、単身の焼石灰（ＣａＯ）の融点は２５７２℃であるが、ＣａＯ含有物質を事前に原料混合物内に配合しておき、これを１２５０〜１４００℃の温度域で加熱還元すると、これらは、原料混合物内の他のスラグ成分と共に焼結または部分的に溶解し、前述した様な複合酸化物を形成する。これらの複合酸化物は何れもＣａＯ単身より融点がかなり低いので、引き続いて溶解炉へ投入すると速やかに溶解する。ちなみに、原料配合によって多少の違いはあるが、一般的な複合酸化物のうち、CaO・SiO₂の融点は１５４４℃、CaO・MgO・SiO₂は１６１０℃、3CaO・MgO・2SiO₂は１５７５℃、2CaO・SiO₂は２１３０℃、CaO・A1₂O₃・2SiO₂は１５５０℃、A1₂O₃・SiO₂は１８１０℃であり、ＣａＯ単身に比べると融点は何れも大幅に低くなる。
【００４１】
その結果、最終的に生成するスラグ量が例えば３００ｋｇ／溶鉄トンを超える様な場合でも、前述した様なスラグ形成成分の溶融障害を発生させることなく、溶解炉での溶解操業を安定して遂行し得ることになる。
【００４２】
もちろん、付加的に添加する前記造滓剤（ＣａＯやＭｇＯ含有物質）の総量が４０ｋｇ／溶鉄トン未満の場合でも、それらの造滓剤の全量を原料混合物内に予め配合しておき、溶解炉ではＣａＯやＭｇＯなどの造滓剤を一切添加しない操業を行うことは、本発明におけるより好ましい実施形態であり、この方法は、溶解炉として加熱に大量の電力を必要とする電気炉を使用する際にとりわけ顕著な効果をもたらす。
【００４３】
この際、回転炉床式還元炉(A)から排出される固形還元鉄はできるだけ高温に保持し、好ましくは９００℃以上を保った状態で溶解炉へ投入する様にすれば、溶解炉での付加的な加熱エネルギーを最小限に抑えることができるので好ましい。
【００４４】
ところで、本発明を実施するに当たり、回転炉床式還元炉で加熱還元することによって製造される固形還元鉄の金属化率は、８０％以上、好ましくは８５％以上、更に好ましくは９０％以上となる様に制御することが望ましい。ちなみに金属化率がこれ未満では、加熱還元により生成する固形還元鉄内に残存する未還元の酸化鉄（ＦｅＯ）量が増大し、該固形還元鉄を溶解炉へ投入したときに、残存する該酸化鉄の還元によって多量のＣＯガスが発生して顕著なスラグフォーミングを起こすからである。しかも一部の酸化鉄は、還元されずに生成スラグ内へ混入してスラグ中のＦｅＯ含量を高め、前述した如くスラグ−メタル（溶鉄）間のＳ分配率を低下させて溶鉄の低硫化を阻害するばかりでなく、溶解炉の内張り耐火物の溶損も著しく加速させる。よって、回転炉床式還元炉(A)での加熱還元によって生成する固形還元鉄は、金属化率で８０％以上、より好ましくは８５％以上、更に好ましくは９０％以上を確保すべきである。
【００４５】
かくして本発明によれば、回転炉床式還元炉で加熱還元を行って固形還元鉄を製造し、得られる固形還元鉄を当該還元炉と直結し、若しくは近接して配置された溶解炉へ引き続いて投入し加熱することによって、未還元の残存酸化鉄を還元すると共に生成した還元鉄は溶解して溶鉄とする一連のプロセスにおいて、鉄源（酸化鉄）の固体還元は回転炉床式還元炉(A)内で極力進めておき、溶解炉では固形還元鉄の溶解に焦点を絞って実施できる様にすることで、固形還元鉄の製造から当該還元鉄の加熱溶融に亘る一連の工程を効率よく遂行し得ることになった。しかも本発明によれば、適切なスラグ塩基度調整によって、溶鉄の低硫化を増進し得ると共に、溶解炉の内張り耐火物の溶損も最小限に抑えることができる。
【００４６】
しかも本発明では、回転炉床式還元炉で前記原料混合物を加熱還元する際に、当該還元炉の炉床上に原料混合物を装入するに先立って、石炭粉等の炭素質物質を床敷として層状に敷き詰めておき、該床敷上に原料混合物を装入すれば、回転炉床式還元炉が一巡する間に目標の金属化率［鉄酸化物が還元により生成した金属鉄重量の、原料混合物に配合された鉄源（酸化鉄）に含まれる鉄の総量に対する百分率］で還元鉄を精度よく、具体的には金属化率にして５質量％以内、更には２質量％以内といった非常に少ないバラツキで製造できるので好ましい。
【００４７】
ちなみに、回転炉床式還元炉での加熱還元に必要な熱は、バーナー加熱によって回転炉床上の原料混合物へ供給されるが、先にも説明した如く、バーナー燃焼によって発生したＣＯ₂ガス等の酸化性ガスにより、一旦生成した還元鉄が再び酸化されることがある他、還元の末期に炉床上の還元ポテンシャル［一般に、(CO＋H₂)／(CO＋CO₂＋H₂＋H₂O)×100(%)、簡易的には、CO／（CO＋H₂O）×100(%)として表わされる］が低下してくると、還元率も上がり難くなるが、炉床上に床敷として粉粒状の炭素質物質を敷いておくと、炉内雰囲気、特に炉床上の原料混合物近傍の雰囲気へ混入してくるＣＯ₂ガスは、床敷として存在する炭素質物質によって再び還元性のＣＯガスに転換されることになり、原料混合物近傍の雰囲気ガスの還元ポテンシャルを、還元の末期に至るまで高く維持することが可能となる。その結果、８０％以上、或いは８５％以上、更には９０％以上といった高レベルの金属化率を確保できるばかりでなく、金属化率のバラツキも最小限に抑えられる。
【００４８】
尚、炉床上に床敷として装入される前記炭素質物質は、上記の如く雰囲気ガス（特にＣＯ₂ガス）との反応に消費されるので、炭素質物質の該消費量を予備実験によって事前に把握しておき、少なくとも当該消費量以上を確保し得る様に装入しておくことが望ましい。該炭素質物質の消費量は、使用する回転炉床式還元炉の規模や性能、操業条件などによって若干異なるが、本発明者らが多くの実験によって確認したところ、回転炉床式還元炉へ装入される原料混合物の乾燥重量１トン当たり概ね２０〜３０ｋｇであり、溶解炉で加熱溶融することによって得られる溶鉄量に換算すると、溶鉄１トン当たり概略３０〜６０ｋｇになることを確認している。
【００４９】
そして、回転炉床式還元炉の炉床上へ床敷として装入される溶鉄トン当たり約３０ｋｇの炭素質物質は、その殆どが当該還元炉(A)内で雰囲気改善に消費されることとなり、これ未満の床敷量では雰囲気改善効果（還元ポテンシャル維持効果）が不十分となって、目標とする金属化率が得られ難くなるばかりでなく金属化率のバラツキも大きくなる傾向が生じてくる。
【００５０】
従って本発明を実施するに当たっては、回転炉床式還元炉での還元末期においても、炉床上の原料混合物近傍の還元ポテンシャルを高位に維持し得るよう、言い換えると一旦生成した還元鉄の再酸化を確実に防止し得るよう、床敷として装入される粉粒状炭素質物質の量を、溶解炉で得られる溶鉄１トン当たり少なくとも３０ｋｇ以上、より好ましくは５０ｋｇ以上、更に好ましくは１００ｋｇ以上とすることが望ましい。
【００５１】
なお、上記の様に粉粒状の炭素質物質を床敷として回転炉床上に敷き詰めておく本発明の好ましい実施形態では、当該床敷をある程度の厚みを持った層状にしておくことで、該床敷層が原料混合物と炉床耐火物の緩衝材となり、或いは副生スラグ等に対する炉床耐火物の保護材となり、炉床耐火物の寿命延長にも役立つ。更に、回転炉床式還元炉(A)内で燃焼されることなく排出される余剰の炭素質物質は、次工程の溶解炉へ固形還元鉄と共に投入されることで、揮発分が加熱除去された高活性で且つ高温の炭材として溶解炉へ供給されるので、こうした観点からしても溶解炉の操業には有利となる。特に、電極による加熱手段を備えていない溶解炉を使用し、炭材の燃焼熱を加熱に利用する鉄浴式溶解炉(C)を用いる場合は、溶解炉での加熱溶解に溶鉄１トン当たり２００ｋｇ以上の炭材が必要になるため、回転炉床式還元炉には溶鉄１トン当たり１００ｋｇ以上の炭材を事前に装入しておくのがよい。
【００５２】
但し、該還元炉の炉床上に敷き詰める炭素質物質の量が多過ぎると、床敷層が厚くなり過ぎ（炭材量が２００ｋｇ以上になると、その層厚は約５ｍｍ以上となる）、例えば層厚が７．５ｍｍ程度を超えると、原料混合物が炉床上の床敷層内へ潜り込んで還元の進行が阻害される、などの問題を生じることがあるので注意すべきである。なお本発明者らが実験によって確認したところによると、溶鉄１トン当たり１００ｋｇの粉粒状炭素質物質は、その上に装入される原料混合物の敷き密度にもよるが、通常は２．５ｍｍ厚さに相当する。
【００５３】
なお、回転炉床式還元炉の炉床上に敷き詰める炭素質物質の種類は特に限定されず、通常の石炭やコークス等を粉砕し、好ましくは適度に粒度調整したものを使用すればよく、また石炭を使用する場合は、流動性が低く且つ炉床上で膨れや粘着性を帯びることのない無煙炭が好適である。
【００５４】
本発明を実施するに当たっては、回転炉床式還元炉で得られる高金属化率の固形還元鉄を、冷却することなくできるだけ高温状態、好ましくは９００℃以上を維持した状態で溶解炉へ投入し、原料混合物内に残存する酸化鉄を還元すると共に固形還元鉄を速やかに溶解し、溶鉄と溶融スラグに分離することにより、炭素含量［Ｃ］が３．０質量％以上の溶鉄を得る。
【００５５】
また本発明法のより具体的な方法としては、溶解炉で必要となる付加的な炭素質物質の量を事前に予測し、前段の回転炉床式還元炉内で雰囲気ガスの還元ポテンシャル向上に消費される炭素質物質の量と、原料混合物内に配合された炭素質還元剤の還元後に固形還元鉄内に残留する炭素量とを考慮し、最終的に必要となる炭素質物質の量を満たす様に、多目の炭素質物質を回転炉床式還元炉へ装入するのがよい。
【００５６】
なお、溶解炉としてアーク加熱式電気炉(B)を使用する場合と、鉄浴式溶解炉(C)の如く炭材の燃焼熱を利用して加熱する場合とでは、当然のことながら溶解炉で必要とされる炭材量は大きく異なってくる。しかし本発明では、何れの場合も回転炉床式還元炉と溶解炉で必要とされる炭材量を事前に予測し、前半の回転炉床式還元炉の炉床上には最終溶鉄１トン当たり３０ｋｇ以上の炭素質物質を敷き詰め、該炭素質物質層の上で原料混合物の加熱還元を進めれば、金属化率のバラツキで５％以下という安定した品質の固形還元鉄を製造することができる。そして、得られる固形還元鉄と炉床上に残存する炭素質物質を極力高温状態に維持した状態で溶解炉へ供給することにより、固体還元からその溶解に亘る一連の操業を効率よく円滑に遂行することが可能となる。
【００５７】
本発明法を実施するに当たり、炭素質物質（炭素質還元剤）をより有効に活用するには、回転炉床式還元炉と溶解炉を用いた一連の処理を行う際に、全工程で消費または必要とされる炭素質物質の量を予測し、各工程で必要とされる炭素質物質の量と役割に応じて適切に配分することが好ましい。
【００５８】
当該全工程で消費される炭素質物質の量は、大別して次の様に分類して管理するのがよい。その１つは、原料混合物（あるいはその成形体など）中に炭素質還元剤として配合される炭素質物質▲１▼で、原料混合物が仮に１００％還元された時に消費される炭素量であり、この炭素量は回転炉床式還元炉の操業条件、特に雰囲気組成によってかなり変動する。他の１つは、移動炉床上に床敷として装入される炭素質物質▲２▼で、この炭素量は、当該還元炉内のバーナー燃焼によって生成するＣＯ₂の如き酸化性ガスを、還元が行われる炉床近傍で再びＣＯガスに還元（ＣＯ₂＋Ｃ＝２ＣＯ）し、回転炉床上で生成した固形還元鉄の再酸化を防止することにより、高金属化率で且つ金属化率のバラツキが少ない固形還元鉄の製造を可能とし、溶解炉での固形還元鉄とスラグ成分の安定した溶解操業に大きく寄与する。
【００５９】
更に他のものには、溶解炉で固形還元鉄を溶解させ目標とする炭素含量の溶鉄とするために必要な加炭（浸炭）量を保証する炭素質物質▲３▼と、溶解炉の加熱に炭材の燃焼熱を利用する鉄浴式溶解炉の場合は、溶解炉で燃料として消費される炭素質物質▲４▼が含まれる。よって、アーク加熱式電気炉を使用する場合は、上記▲４▼の炭素質物質が不要であるので、前記▲１▼、▲２▼及び▲３▼の３種の炭素質物質量で制御することになる。
【００６０】
原料混合物中に炭素質還元剤として配合される炭素質物質▲１▼は、原料混合物中の酸化鉄の還元を効率よく進めるために必要な量として配合されるが、一般的には、溶解炉で目標炭素含量の溶鉄を製造するまでに必要とされる炭素量を最大値として配合することが望ましい。そうすれば、溶解炉で付加的な炭素質物質を添加する必要がなく、固形還元鉄の溶解に専念できるからである。この場合は、回転炉床式還元炉には当該炉内で消費される炭素質物質▲２▼に相当する量を装入することになるが、何れにしても、前記▲１▼と▲２▼の炭素質物質の合計量が一定となる様に適切に配分すればよい。
【００６１】
一方、溶解炉として、炭素質物質を別途溶解炉へインジェクションされる酸素ガスによって燃焼させ、その燃焼熱を固形還元鉄の溶解に利用するタイプの場合は、アーク加熱式溶解炉を使用する場合に較べて、溶解炉内で燃焼に消費される炭素質物質量が加重されるので、炭素質物質として例えばコークスを使用した場合には、操業条件によって若干の違いはあるものの最終的に得られる溶鉄湯１トン当たり２５０ｋｇ程度、或いはそれ以上の炭材を溶解炉へ添加しなければならない。
【００６２】
従って本発明の方法を実施するに当たり、最終溶鉄の炭素量を確保するための加炭に必要な炭材量は、原則として原料混合物に事前に配合しておき、還元炉の炉床上には約１３０〜２３０ｋｇ／トン（溶鉄）の炭材を敷き詰めて操業することが推奨される。この場合、溶解炉では更に付加的な炭材を５０〜１５０ｋｇ／トン（溶鉄）程度添加することが必要となる。
【００６３】
なお、溶解炉としてアーク加熱式電気溶解炉(B)を使用し、最終的に得られる溶鉄の炭素量を３．０質量％よりも低く抑えようとすると、回転炉床式還元炉に原料として装入する原料混合物中の炭素質還元剤量を少な目に抑えねばならず、当該還元炉での炭素の消耗量等にバラツキが大きくなり、当該還元炉で得られる固形還元鉄の金属化率で８０％以上、更には８５％以上、殊に９０％以上を安定して確保することが困難になる。しかも、最終的に得られる溶鉄の炭素量も不安定になるため、還元炉へ床敷として供給する炭素質物質量の下限値も著しく限定されることになる。
【００６４】
これに対し、移動炉床式還元炉の炉床上に、最終溶鉄の炭素含量が３．０質量％以上となる様に過剰量の炭素質物質を装入した場合、溶鉄の炭素量は飽和Ｃ量まで順次増加していくが、飽和Ｃ量を超えると、過剰分の炭素は溶解炉内で溶鉄内に溶解することなく、溶解炉から出湯・出滓する際にスラグなどと共に溶解炉外へ排出される。従って、溶鉄の飽和Ｃ量を超えて過剰の炭素質物質を還元炉に供給することは経済的に無駄である。
【００６５】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００６６】
実施例１
この実験では、下記表１，２に示す通り、酸化鉄源として２種類の鉄鉱石を使用し、炭素質還元剤としては１種類の石炭を用いて、夫々に溶解炉で形成されるスラグの塩基度が１．６となる様に、回転炉床式還元炉へ装入される原料混合物（ここではペレット状成形体）に事前に配合する焼石灰（ＣａＯ）の量を調整した場合と、焼石灰を配合しなかった場合について、溶解炉での操業特性を比較した。
【００６７】
【表１】

【００６８】
【表２】

【００６９】
上記表１，２に示す２種類の鉄鉱石と１種類の炭材を使用し、表３に示す配合の原料成形体（ペレット）を成形し、各ペレットを用いて、図１で説明した如く、先ず回転炉床式還元炉で、金属化率９２％の固形還元鉄の製造を目標として固体還元を進めた後、得られる固形還元鉄を特に冷却することなく、近接して設けたアーク加熱式電気炉へ装入し、約１５２５℃の炭素飽和溶鉄（[Ｃ]＝４．６質量％）の製造を試みた。操業結果の概要を表４に示す。尚バインダーとしては小麦粉を使用した。
【００７０】
【表３】

【００７１】
【表４】

【００７２】
表４からも明らかな様に、鉄鉱石(A)を使用した方法(1)では、回転炉床式還元炉で得られる約１１３７ｋｇ／溶鉄トン［表ではｋｇ/ｔ（ｍｉ）と記す］の固形還元鉄を、高温状態（約９００℃）でアーク式電気炉型溶解炉へ連続的に投入しながら、一方では約４４．９ｋｇ／溶鉄トンの焼石灰（ＣａＯ）と約２４．１ｋｇ／溶鉄トンの炭素質物質（ここではコークス）を同時に溶解炉へ投入し、[Ｃ]量が４．６質量％である炭素飽和溶鉄を目標として製造した例である。
【００７３】
本例で用いた鉄鉱石は高品位鉱であり、鉱石中の脈石成分も少ないが、溶解炉で生成するスラグの目標塩基度を１．６に設定すると、溶解炉へ付加的に添加すべき焼石灰の添加量は約４４．９ｋｇ／溶鉄トンとなり、本発明の規定値を若干超える。そのため、溶解炉での溶解工程で焼石灰添加時にスラグの一部がブロック状に固まる現象が観察され、焼石灰や還元鉄の溶解作業が不安定になる傾向が認められ、完全溶解に要する時間も長くなった。
【００７４】
また、溶解炉で加熱のために必要となる炭材量については、上流側の回転炉床式還元炉の回転炉床上へ装入するのではなく、溶解炉へ直接装入したため、回転炉床式還元炉での還元末期に炉床雰囲気の還元ポテンシャルがやや低下傾向となる。その結果、該還元炉から排出される固形還元鉄の金属化率は７８％から８８％の範囲で相対的に低く且つバラツキもやや大きく（平均値：８４％）、最終的に得られる溶鉄の炭素量は４．２質量％とやや低い。また溶湯温度も、操業時間の延長に伴って目標値から約５０℃低い１４７５℃となった。
【００７５】
ちなみに、この場合の溶解炉で必要となる付加的炭材量の理論値は１８．５ｋｇ／溶鉄トンであるが、溶解炉の操業状況がやや不安定であるため、燃料として約３０％増しの炭材２４．１ｋｇ／溶鉄トンを溶解炉へ投入した。
【００７６】
これに対し、酸化鉄源として鉱石(A)を使用した方法(2)では、原料混合物（ペレット）中に、溶解炉で生成するスラグの塩基度を１．６とするために必要となるＣａＯの全量（４５ｋｇ／溶鉄トン）を予め配合しておき、該ペレットを回転炉床式還元炉内へ装入し、該還元炉から金属化率がほぼ９２％の固形還元鉄を得、炉床上に残留する約１７ｋｇ／溶鉄トンの炭材と共に引き続く溶解炉へ装入し、炭素含量が約４．５質量％の溶鉄を製造した例である。なお、還元炉には床敷として約５４．５ｋｇ／溶鉄トンの石炭粉を炉床上に供給したが、そのうち約１７ｋｇ／溶銑トンは未燃状態で還元炉から排出され、溶解炉に装入された。
【００７７】
回転炉床式還元炉内での炭素質物質の燃焼量は当該還元炉の操業条件によって決まり、本実験例では約６９％であった。何れにしても方法(2)では、当該還元炉で得られる固形還元鉄の金属化率は、ほぼ目標値である９２％が達成され、しかもそのバラツキは±１．５％と極めて安定していた。更に、溶解炉では造滓剤（焼石灰）を全く添加せずともスラグおよび固形還元鉄の溶解を極めてスムーズに行うことができ、本発明法の優れた特長が実証された。加えて、この実施例で最終的に得られる溶鉄の[Ｃ]値はほぼ目標値の４．５質量％であり、処理後の溶鉄温度も目標値通りにほぼ正確に制御することができた。
【００７８】
なお、還元炉から固形還元鉄のサンプルを採取し、スラグ分と固形還元鉄を分離した後、スラグ分の鉱物組成をＸ線解析によって調べたところ、2CaO・Si0₂，3CaO・MgO・2Si0₂，3CaO・2SiO₂および2CaO・A1₂0₃・Si0₂等の鉱物組成が確認され、本発明法で意図する溶解性に優れた複合酸化物が生成していることが併せて確認された。また、溶解炉から抜き出される溶融スラグ中のＳ含量は約１．５質量％であったのに対し、溶鉄の[Ｓ]含量は約０．０４質量％であり、硫黄分の殆どはスラグ側に移行していることが確認された。
【００７９】
一方、鉱石(B)には、表１に示した如く脈石成分中に多量の酸化珪素（ＳｉＯ₂）が含まれており、この種の鉱石を用いる場合には、溶解炉で目標塩基度のスラグを生成させるのに、鉱石(A)に較べてかなり多量のＣａＯ分を添加しなければならず、溶解炉で生成するスラグ原単位も概略１８０ｋｇ／溶鉄トンに達する。この鉱石(B)に炭素質還元剤と少量のバインダーを配合して製造された原料成形体（ペレット）を、床敷として石炭粉を装入することなく単独で回転炉床上へ装入して加熱還元を行った方法(3)では、平均値で約８８％の金属化率を達成できたが、そのバラツキは±３．５％とやや大きい。
【００８０】
何れにしても、回転炉床式還元炉で得た固形還元鉄と炭材および造滓剤（焼石灰）を溶解炉へ連続的に投入して溶解操業を行ったところ、この方法(3)では、溶解炉で生成するスラグの塩基度を１．６とするのに大量（９６．７ｋｇ／溶鉄トン）の焼石灰（ＣａＯ）を投入しなければならず、溶解炉へ装入された焼石灰の溶解が円滑に進行せず、溶解時に数回に亘ってスラグ上に塊（ブロック）が形成されて連続操業が困難となり、しばしば操業を中断せざるを得なかった。
【００８１】
これに対し方法(4)では、溶解炉でスラグ塩基度の調整に必要となる焼石炭のほぼ半量を原料ペレット内へ事前に配合しておき、残りの半量は溶解炉へ添加した例である。なお本例では、溶解炉で必要となる炭材の全量（約６１．９ｋｇ／溶鉄トン）を上流側の回転炉床式還元炉で炉床上へ床敷として装入したが、該床敷炭材の一部は還元炉内で消費され、還元炉から排出される残存炭材量は約１７．５ｋｇ／溶銑トンであった。
【００８２】
この場合、溶解炉へ添加する造滓剤（焼石灰）量は約５４ｋｇ／溶鉄トンで、本発明で規定する範囲を超えている。そのため、固形還元鉄の溶解過程で操業を停止しなければならない様な大きな問題は生じなかったが、スラグが溶解炉内で部分的に固化する現象が観察された。従って、溶解炉へ付加的に添加される造滓剤の量は、４０ｋｇ／溶鉄トン程度以下に抑えるべきであると考えられる。
【００８３】
一方、方法(5)は、溶解炉でスラグ塩基度調整用として添加すべきＣａＯ源の全量を事前に原料ペレット内へ配合しておき、溶解炉ではＣａＯ源を全く添加しなかった例である。本例では、全工程を通して必要となる炭材の全量を床敷として事前に還元炉へ装入した。床敷として装入された該炭材の一部は還元炉内で還元ポテンシャルの維持に消費されるが、残量の約１８ｋｇ／溶鉄トンは固形還元鉄と共に溶解炉へ装入される。
【００８４】
回転炉床式還元炉から排出される固形還元鉄の金属化率は、目標値の９２％と非常に高い値が得られ、且つそのバラツキも±１．０％と非常に小さいため、溶解炉での副生スラグおよび固形還元鉄の溶解は安定して速やかに進行し、スラグ原単位が約１８０ｋｇ／溶鉄トンと多いにも拘わらず、安定して操業し得ることが分る。
【００８５】
実施例２
この実験では、固形還元鉄を溶解するための熱源として炭材の燃焼熱を利用する鉄浴式溶解炉を用いた例である。溶解炉としては、酸素上吹き転炉型の炉を使用し、該溶解炉内で炭材を燃焼させるための酸素は、上吹きランスによって溶湯上方から吹き付けた。具体的には、前記実施例１で用いたのと同じ鉱石(A)を酸化鉄源とし、スラグ塩基度調整に必要なＣａＯ含有物質は原料成形体に配合せずに溶解炉で添加した従来法と、該ＣａＯ含有物質を全て原料成形体に配合しておいた本発明法の２例について実験を行い、結果を表５に示した。
【００８６】
従来法(1)では、酸化鉄源として脈石成分中ＳｉＯ₂量が相対的に少ない良質の鉄鉱石を使用したため、溶解炉で生成するスラグの塩基度を１．６とするのに必要となるＣａＯ添加量は約７３ｋｇ／溶鉄トンと比較的少ないが、本発明で定める造滓材添加量の上限である４０ｋｇ／溶鉄トンを超えて溶解炉へ投入し、且つ固形還元鉄を得るための回転炉床式還元炉の炉床上には粉粒状の炭素質物質を一切投入しなかった例である。
【００８７】
この方法は、溶解炉として電気炉を用いる溶解法とは異なり、上吹きランスからの酸素の吹込みで溶鉄やスラグを強力に撹拌できるので、溶解炉へ焼石灰を添加した場合でも比較的円滑に溶解することができる。また、加熱還元によって得られる固形還元鉄の金属化率は平均９０％とかなり高かったものの、そのバラツキは±４．５％と非常に大きいため溶湯温度の制御が難しく、溶解途中で溶鉄温度は１４００〜１５６０℃の範囲で大幅に変動し、目標値の１５２５℃を確保するのが困難であった。
【００８８】
更に、全工程を通して必要となる炭材量の予測値を元に、炭材２７５ｋｇ／溶鉄トンを溶解炉へ追加投入したが、最終的に得られる溶鉄の炭素量[Ｃ]は３．８質量％となり、目標の４．５質量％よりもかなり下回った。
【００８９】
一方、本発明法(2)では、実施例１で用いたのと同じ原料配合で原料ペレットを造粒し、回転炉床式還元炉には該ペレットと約２１０ｋｇ／溶鉄トンの炭材を床敷として炉床上へ装入して加熱還元を行った。還元炉の炉床上へ装入された炭材のうち、約３０ｋｇ／溶鉄トンは還元炉での還元ポテンシャル維持のために燃焼損耗し、残りの約１８０ｋｇ／溶鉄トンが固形還元鉄と共に溶解炉へ装入される。従って、不足分の炭材７４ｋｇ／溶鉄トンを溶解炉へ追加投入した。溶解炉で生成するスラグの塩基度を目標値（１．６）にするために必要となる焼石灰は、全て原料ペレット中に予め配合しておき、溶解炉には焼石灰を一切添加しなかった。
【００９０】
本発明法(2)では、上記従来法(1)同様に、約９００℃の固形還元鉄を溶解炉へ装入したが、固形還元鉄の金属化率のバラツキが９０〜９３％と非常に小さいため、溶解炉における固形還元鉄の溶解状況は非常に安定しており、ほぼ目標通りの溶鉄炭素量[Ｃ]＝４．７質量％（目標値は４．６質量％）と溶湯温度１５３０℃（目標値＝１５２５℃）を達成することができ、[Ｓ]含量は0.028質量％で十分に低く、溶湯温度のバラツキも１５００〜１５５０℃と非常に少なかった。
【００９１】
【表５】

【００９２】
実施例３
この実験では、回転炉床式還元炉を用いて、バラツキが少なく高金属化率の固形還元鉄を製造することのできる具体例を示す。即ち、回転炉床式還元炉の回転炉床上に、引き続く溶解炉で得られる溶鉄トン当たり３０ｋｇ以上の粉粒状炭材を床敷として装入し、該床敷炭材層の上に原料ペレットを装入して加熱還元を行った場合と、粉粒状の炭材を回転炉床上に敷くことなく、原料ペレットを炉床上に直接装入して加熱還元を行った場合とを比較したものである。尚、還元炉内の雰囲気温度は何れも１３４０℃一定とし、炉内の異なった位置に設けたサンプリング孔から還元途中の原料ペレットを採取し、該ペレットの残留炭素量と金属化率を測定した。
【００９３】
炉床上に炭材層を敷かなかった場合は、図２に示す通り、同一の金属化率でも残留炭素量のバラツキが相対的に大きく、しかも９０％以上といった高金属化率の固形還元鉄を安定して製造することがやや難しい。一方、回転炉床上に床敷炭材を敷き詰めてからその上に原料ペレットを装入し加熱還元を行った場合は、図２からも明らかな様に金属化率と残留炭素量のバラツキが非常に少なく、且つ高い金属化率が得られており、両者を比較すると、炭材床敷の効果が非常に優れたものであることを確認できる。
【００９４】
この様に本発明を実施する際には、回転炉床式還元炉を用いて金属化率８０％以上の還元鉄を製造する際に、特に、炉床上に床敷炭材を敷き詰めてからその上に原料ペレットを装入する方法を採用することにより、加熱還元によって得られる固形還元鉄内に残留する炭素量（即ち、残留炭素量）のバラツキを±１．０質量％以内に収めることも可能となり、引き続く溶解炉で安定した固形還元鉄の溶解操業を可能にする。これに対し炭材床敷を省略した場合は、同一金属化率のもので比較すると、残留炭素量のバラツキは±１．０質量％以上となり、溶解炉における操業がやや不安定になる傾向がうかがわれる。
【００９５】
なお本発明で固形還元鉄の金属化率を８０％以上と定める所以は、既に述べた通り、固形還元鉄中の金属化率が８０％未満になると、溶解炉内における固形還元鉄中の残留ＦｅＯの還元負荷が増大し、しかも該残留ＦｅＯが還元される際に発生するＣＯガス気泡によってスラグが著しくフォーミングし、操業が不安定になることから、本発明法の範囲外としたものである。
【００９６】
【発明の効果】
上記の様に本発明の製法によれば、回転炉床式還元炉の如き移動炉床式還元炉と溶解炉を組み合わせて酸化鉄源と炭素質還元剤を含む原料混合物を加熱還元し、引き続いて加熱溶融して溶鉄を製造する際に、特に溶解炉で生成するスラグの塩基度が１．１以上となる様にＣａＯ含有物質の添加量を調整すると共に、該ＣａＯ含有物質の溶解炉への投入量を４０ｋｇ／溶鉄トン以下に抑え、残部は原料混合物内に予め配合しておき、好ましくは該ＣａＯ含有物質の全量を原料混合物中に配合して、溶解炉への追加投入をゼロとすることにより、溶解炉でのスラグおよび固形還元鉄の溶融を短時間で円滑に進めることができる。
【００９７】
また、移動炉床式還元炉に原料混合物を装入するに先立って、好ましくは粉粒状の炭素質物質を床敷として装入する構成を採用すれば、当該還元炉での還元末期における還元ポテンシャルを安定して高レベルに維持することができ、固形還元鉄の金属化率を高めることができ、特に、上記炭素質物質の床敷量を溶鉄１トン当たり３０ｋｇ以上に設定し、より好ましくは全工程で必要とされる炭素質物質の全量を前記床敷として装入して操業を行えば、固体還元からその加熱溶融をより円滑に遂行できる。
【００９８】
しかも本発明によれば、前記還元炉で得られる固形還元鉄の金属化率の向上、および床敷としての炭素質物質量の増大などにより、溶解炉で得られる溶鉄の炭素含量を３．０以上に容易に高めることができる。それに伴って、溶解炉で生成する溶融スラグ中の酸化鉄含量が低減し、溶解炉内張り耐火物の溶損が抑制されると共に、硫黄分のスラグ方向への分配率が向上し、溶鉄の硫黄含量を可及的に低減し得るなど、工業的実施に向けて様々の特長を享受できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すプロセスフロー図である。
【図２】本発明と従来法を採用したときの、回転炉床式還元炉で得られる固形還元鉄の金属化率と原料中の残留炭素量の関係を対比して示すグラフである。
【符号の説明】
(A) 回転炉床式還元炉
(B) 電気炉式溶解炉
(C) 鉄浴式溶解炉
(1) 炭素質物質（床敷）
(2) 原料混合物（ペレット）
(3) 原料投入ホッパー
(4) 回転炉床
(5) バーナー
(6) 排出装置
(7) 排ガスダクト
(8) 投入シュート
(9) 電極
(10) 出滓孔
(11) 出湯孔
(12) 排ガスダクト
(13) 上吹きランス
(14) 底吹ノズル
(15) 横吹ノズル
Ｆｅ溶鉄
Ｓ溶融スラグ

Claims

移動炉床式還元炉の炉床上に、炭素質還元剤と酸化鉄含有物質およびＣａＯ含有物質を含む原料混合物を装入し、該原料混合物を上記還元炉内で加熱することによって該原料混合物中の酸化鉄を還元し、金属化率が８０％以上の固形還元鉄を生成させ、該固形還元鉄を高温に保った状態で溶解炉へ投入して更に加熱し、一部残留する酸化鉄を還元すると共に固形還元鉄を溶解することにより、炭素含量が３．０質量％以上である溶融金属鉄を製造するに当たり、上記溶解炉内で生成するスラグの塩基度が１．１以上となる様に溶解炉へ別途添加されるＣａＯ含有物質の投入量が、当該溶解炉で得られる溶鉄１トン当たり４０ｋｇ以下となる様に、前記原料混合物へのＣａＯ含有物質の配合量を調整することを特徴とする溶鉄の製法。
移動炉床式還元炉の炉床上に粉粒状の炭素質物質を床敷として装入し、該床敷上に、炭素質還元剤と酸化鉄含有物質およびＣａＯ含有物質を含む原料混合物を装入する請求項１に記載の溶鉄の製法。
移動炉床式還元炉の炉床上に前記床敷として装入される炭素質物質の量を、溶解炉で得られる溶鉄１トン当たり３０ｋｇ以上とする請求項２に記載の製法。
上記溶解炉で生成するスラグの塩基度を１．１以上とするに足るＣａＯ含有物質を、前記原料混合物中に配合すると共に、前記還元炉から未燃焼状態で排出され固形還元鉄と共に溶解炉へ装入される炭素質物質の量が、当該溶解炉で消費される炭材量以上となる様に、前記床敷用炭素質物質の装入量を調整する請求項２または３に記載の製法。
前記溶解炉で生成するスラグ中のＭｇＯ含量が６質量％以上となる様に、原料混合物中のＭｇＯ量および溶解炉へ添加するＭｇＯの量を調整する請求項１〜４のいずれかに記載の製法。