JP4210283B2

JP4210283B2 - 還元鉄又は非鉄金属製造設備、及び還元鉄又は非鉄金属製造方法

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Publication number: JP4210283B2
Application number: JP2005322609A
Authority: JP
Inventors: 雅孝立石; 理彦鉄本
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2020-10-13
Also published as: JP2006124838A

Description

本発明は、酸化鉄含有材料と炭材含有還元材料とからなる炭材内装塊成物を移動床型還元炉に装入し、加熱還元して還元鉄を製造する還元鉄製造設備及び還元鉄製方法に関するものであり、また、非鉄金属製造設備及び非鉄金属製造方法に関するものである。

蓄熱式バーナは二つの吸排気部を持ち、一方の吸排気部では燃料と燃焼用空気を燃焼させることによって燃焼側として使用し、他方の吸排気部ではバーナで加熱され雰囲気ガスや燃焼ガスなどの高温ガスを吸入し外部に排気する排気側として使用する。これら吸排気部には、それぞれ蓄熱体が設置され、排気側の吸排気部で高温ガスを吸入したときに蓄熱体に蓄熱させ、燃焼側の吸排気部でバーナとして使用する場合に、蓄熱体に蓄熱された熱で燃料や燃焼用空気を予熱する。そして、この燃焼側、排気側を切り替えることにより高温ガスである排ガスを利用し熱効率を高めるものである。このため従来より金属加熱炉、熱処理炉等の工業用加熱炉、あるいは取鍋の耐火物の乾燥や予熱用に蓄熱式バーナが用いられている。

しかし、一般に、炉内の高温ガス中にダスト成分や揮発性物質成分が多く含まれる場合には、蓄熱体の早期劣化や揮発性物質による蓄熱体の汚染が懸念されるため蓄熱式バーナの使用が難しいとされていた。

また、炉内が可燃性ガスによって還元雰囲気になっている場合は、そのまま蓄熱式バーナの排気側の吸排気部で吸気すると、可燃性ガスを吸入することによって、蓄熱体の被毒や可燃性ガスをそのまま炉外へ排出することとなるため環境問題となる等の問題があった。

このため特許文献１ではダスト成分である酸化鉄を捕集するため、炉と蓄熱体との間に捕集装置を設けており、さらに、蓄熱体としてセラミックス等の耐食性の高い材料を用いているものが開示されている。

また、特許文献２では、排気側から燃焼側へ切り替える前に、排気側の配管や蓄熱式バーナ内を不活性ガスで置換することによって爆発を防いでいるものが開示されている。
特開平９−１２６４４３号公報特開平７−１０３４３３号公報

ところが、捕集装置や不活性ガスによる置換では、このための装置が必要となり、蓄熱式バーナの構造が複雑になるとともに、蓄熱式バーナの設置スペースが大きくなり、イニシャルコストが増大する。また、蓄熱式バーナを排気側から燃焼側へ切り替えるたびにダスト除去や不活性ガスによる置換をする必要があり、切り替えに時間がかかる等の問題がある。

また、蓄熱体としてセラミックス等の耐食性の高い材料を用いた場合は、耐食性はあるものの高価であり、炉内に揮発性成分やダスト成分が多い場合には、揮発性成分やダスト成分が付着することによって頻繁な取り替えを余儀なくされ、ランニングコストが増大するとともに、使用済みの蓄熱体を廃棄することによる環境悪化等の問題がある。

特に、酸化鉄含有材料と炭素含有還元材料とからなる炭材内装塊成物を移動床型還元炉に装入し、加熱還元して還元鉄を製造する還元鉄製造設備においては、原料中の酸化鉄等が粉体となりダストとして炉内に存在しやすく、また、原料として揮発性成分を多量に含んでいるものを使用する場合がある。さらに、還元するためには炉内の雰囲気を還元雰囲気とする必要があり、還元鉄製造設備ではこれを原料中の炭素含有還元材料から発生する可燃性ガスや天然ガスなどの可燃性ガスを吹き込むことによって還元性雰囲気としている。このため、加熱を開始する還元工程前半部では揮発性成分が多量に揮発しやすく、また、還元工程後半部では再酸化を防止し、高金属化率を維持するため十分な還元雰囲気に保持する必要があるので蓄熱式バーナが使用されていなかった。

本発明は、上記のような問題を解決し、蓄熱式バーナを用いた還元鉄製造設備提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明の請求項１は、酸化鉄含有材料と炭素含有還元材料とからなる炭材内装塊成物を移動床型還元炉に装入し、加熱還元して還元鉄を製造する還元鉄製造設備において、前記移動床型還元炉が、前記炭材内装塊成物を装入する塊成物装入部と、前記還元鉄を排出する還元鉄排出部と、前記塊成物装入部から前記還元鉄排出部までの還元工程の間に炉内排ガスを排出するガス排出部と、前記還元工程の前半部であり前記塊成物装入部と前記ガス排出部との間に前記移動床型還元炉の加熱源としての蓄熱式バーナとを備え、前記蓄熱式バーナが、燃料と燃焼用酸素含有ガスとを蓄熱体を介し燃焼させる第一の蓄熱式バーナと、燃焼用酸素含有ガスのみを蓄熱体を介し前記還元炉内に吹込んで該還元炉内の可燃性ガスの一部を燃焼させる第二の蓄熱式バーナとを組み合わせたものであって、前記第二の蓄熱式バーナを前記第一の蓄熱式バーナの設置位置より下方に設置することを特徴とする還元鉄製造設備である。
本発明の請求項２は、酸化鉄含有材料と炭素含有還元材料とからなる炭材内装塊成物を移動床型還元炉に装入し、加熱還元して還元鉄を製造する還元鉄製造設備において、前記移動床型還元炉が、前記炭材内装塊成物を装入する塊成物装入部と、前記還元鉄を排出する還元鉄排出部と、前記塊成物装入部から前記還元鉄排出部までの還元工程の間に炉内排ガスを排出するガス排出部と、前記還元工程の前半部であり前記塊成物装入部と前記ガス排出部との間に前記移動床型還元炉の加熱源としての蓄熱式バーナとを備え、前記蓄熱式バーナが、燃焼用酸素含有ガスのみを蓄熱体を介し前記還元炉内に吹込んで該還元炉内の可燃性ガスの一部を燃焼させる蓄熱式バーナであり、さらに燃料と燃焼用酸素含有ガスとを燃焼させる、蓄熱式バーナ以外の他の形式のバーナを具備する還元鉄製造設備であって、前記蓄熱式バーナを前記バーナの設置位置より下方に配置することを特徴とする還元鉄製造設備である。

本発明の請求項３は、前記蓄熱式バーナが、前記炭材内装塊成物の表面温度が１２５０℃以下の領域である位置に設置してあり、前記ガス排出部が、前記炭材内装塊成物の表面温度が１２５０℃以下の領域の後方の位置に設置してあることを特徴とする請求項１または２に記載の還元鉄製造設備である。

本発明の請求項４は、前記蓄熱式バーナの蓄熱体が、前記還元鉄製造設備で製造された還元鉄または鉄鉱石塊成物であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一つに記載の還元鉄製造設備である。

本発明の請求項５は、前記酸化鉄含有材料の一部または全部が非鉄金属酸化物であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の非鉄金属製造設備である。

本発明の請求項６は、酸化鉄含有材料と炭素含有還元材料とからなる炭材内装塊成物を移動床型還元炉に装入し、炉内で加熱還元して還元鉄を製造する還元鉄製造方法において、前記炭材内装塊成物の装入から排出までの還元工程の前半部にて炉内の排ガスを排出し、前記炭材内装塊成物を、前記還元工程の前半部であり前記塊成物装入部と前記ガス排出部との間であって、前記移動床型還元炉の上部に設置され、前記移動床型還元炉の炉床に対してほぼ水平もしくはやや上向きに配置されている蓄熱式バーナで加熱し、前記蓄熱式バーナの燃焼ガスが酸化性雰囲気とすることによって該蓄熱式バーナの近傍の雰囲気を酸化性雰囲気とし、前記炭材内装塊成物内部から発生する還元性ガスを燃焼させながら該炭材内装塊成物の近傍を覆う雰囲気を還元性雰囲気に保ちながら還元鉄を製造することを特徴とする還元鉄製造方法である。

本発明の請求項７は、前記蓄熱式バーナが、燃焼用酸素含有ガスのみを蓄熱体を介し前記還元炉内に吹込んで該還元炉内の可燃性ガスの一部を燃焼させる蓄熱式バーナであり、さらに燃料と燃焼用酸素含有ガスとを燃焼させるバーナを具備する還元鉄製造設備であって、前記塊成物装入部から前記還元工程の前半部までの間に、前記蓄熱式バーナを前記バーナの設置位置より下方に配置することを特徴とする請求項６に記載の還元鉄製造方法である。

本発明の請求項８は、前記蓄熱式バーナが、燃焼用酸素含有ガスのみを蓄熱体を介し前記還元炉内に吹込んで該還元炉内の可燃性ガスの一部を燃焼させる蓄熱式バーナであり、さらに燃料と燃焼用酸素含有ガスとを燃焼させる、蓄熱式バーナ以外の他の形式のバーナを具備する還元鉄製造方法であって、前記塊成物装入部から前記還元工程の前半部までの間に、前記蓄熱式バーナを前記バーナの設置位置より下方に配置することを特徴とする請求項６に記載の還元鉄製造方法である。

本発明の請求項９は、前記蓄熱式バーナの蓄熱体が、前記還元鉄製造方法で製造された還元鉄または鉄鉱石塊成物であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一つに記載の還元鉄製造方法である。

本発明の請求項１０は、前記酸化鉄含有材料の一部または全部が非鉄金属酸化物であることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一つに記載の非鉄金属製造方法である。

請求項１、２、６の発明によれば、従来使用されなかった還元鉄製造設備に蓄熱式バーナの使用が可能となり、炉内排ガスの有効利用が可能であるので熱効率を高め、コストダウンが可能である。

また、同請求項の発明によれば、蓄熱式バーナを塊成物装入部からガス排気部の間の揮発性成分があまり揮発しない還元工程前半の位置に設置することで、揮発性成分による蓄熱体の劣化がなく、ダスト捕集装置が不要となり、蓄熱式バーナ設置スペースが小さくてすむとともに、イニシャルコストを増大させることがない。

請求項１、７の発明によれば、第二の蓄熱式バーナを第一の蓄熱式バーナと炉床間に設置することで、炭材内装物の内部から発生する還元性ガスを、該炭材内装塊成物の近傍で効率的に燃焼させることができる。このため、該炭材内装塊成化物への伝熱効果が向上し、該炭材内装塊成化物の加熱、還元反応が促進される。したがって、還元鉄製造の生産性が向上する一方、バーナ排ガス量の低減と燃料原単位の向上を図ることができる。

請求項２、８の発明によれば、上記第一の蓄熱式バーナの替わりに蓄熱式バーナ以外の他の形式のバーナを使用することができる。蓄熱式バーナをバーナと炉床間に設置することで、炭材内装塊成化物の内部から発生する還元性ガスを、該炭材内装塊成化物の近傍で効率的に燃焼させることができる。

また、さらに請求項４、９の発明によれば、蓄熱体として鉄鉱石塊成物または還元鉄を使用するため、安価であり、たとえ揮発性成分やダスト成分が付着したとしても、廃棄することなく、本発明の還元鉄製造設備の原材料として使用できるためランニングコストが増大することがないとともに、使用済みの蓄熱体を廃棄することによる環境悪化等の問題がない。

そして、請求項５、１０の発明によれば、還元鉄だけではなく非鉄金属の製造にも蓄熱式バーナが使用できる。

本発明では、蓄熱式バーナを塊成物装入部からガス排出部の間の揮発性成分があまり揮発しない還元工程前半の位置に設置することで、揮発性成分による蓄熱体の劣化がなく、ダスト捕集装置が不要となり、蓄熱式バーナ設置スペースが小さくてすむとともに、イニシャルコストが増大することがない。

本発明では、蓄熱式バーナとして、燃料と燃焼用酸素含有ガスとを蓄熱体を介し燃焼させる第一の蓄熱式バーナと、燃焼用酸素含有ガスのみを蓄熱体を介し前記還元炉内に吹込んで該還元炉内の可燃性ガスの一部を燃焼させる第二の蓄熱式バーナとを組み合わせ、第二の蓄熱式バーナを第一の蓄熱式バーナと炉床間に設置することで、炭材内装塊成物の内部から発生する還元性ガスを、該炭材内装塊成物の近傍で効率的に燃焼させることができる。このため、該炭材内装塊成物への伝熱効果が向上し、該炭材内装塊成物の加熱、還元反応が促進される。したがって、還元鉄製造の生産性が向上する一方、バーナ排ガス量の低減と燃料原単位の向上を図ることができる。

さらに、蓄熱式バーナが、移動床型還元炉の上部に設置され、前記移動床型還元炉の炉床に対してほぼ水平もしくはやや上向きに配置されているので、酸化性ガスが炭材内装塊成物表面に直接当たることがなく、炭材内装塊成物近傍の雰囲気を乱すことがないので還元された炭材内装塊成物の再酸化を防止し、高金属化率を維持できる。

またさらに、本発明では蓄熱体として鉄鉱石ペレットまたは還元鉄を使用するため、安価であり、たとえ揮発性成分やダスト成分が付着したとしても、廃棄することなく、本発明の還元鉄製造設備の原材料として使用できるためランニングコストが増大することもないとともに、使用済みの蓄熱体を廃棄することによる環境悪化等の問題がない。またさらに、本発明は還元鉄だけではなく非鉄金属の製造にも蓄熱式バーナを使用できる。

本発明の還元鉄製造設備では、図７に示すような蓄熱式バーナを用いる。蓄熱式バーナ２は二つの吸排気部（２ａ、２ｂ）を持つ。まず、図７（ａ）の状態のように、一方の吸排気部２ａでは、燃料と燃焼用空気が燃料配管３から燃料切替弁５ａをへて蓄熱体７ａを介し、燃焼させることによって燃焼側として使用する。他方の吸排気部２ｂでは吸排気部２ａの燃焼側で加熱された雰囲気ガスや燃焼ガスなどの高温ガスを吸入し、蓄熱体７ｂを介し排ガス切替弁６ｂをへて排ガス配管４ｂから外部に排気される。このとき、高温ガスの顕熱が蓄熱体７ｂに蓄熱される。この状態では、燃料切替弁５ｂ、排ガス切替弁６ａは閉じられている。そして一定時間経過すると、図７（ｂ）の状態に切り替えられ、他方の吸排気部２ｂでは、燃料と燃焼用空気が燃料配管３から燃料切替弁５ｂをへて蓄熱体７ｂを介し、燃焼させることによって燃焼側として使用する。一方の吸排気部２ａでは、吸排気部２ｂの燃焼側で加熱された雰囲気ガスや燃焼ガスなどの高温ガスを吸入し、蓄熱体７ａを介し排ガス切替弁６ａをへて排ガス配管４ａから外部に排気される。このとき、蓄熱体７ｂに蓄熱された熱により燃料と燃焼用空気が加熱されるとともに高温ガスの顕熱が蓄熱体７ａに蓄熱される。この状態では、燃料切替弁５ａ、排ガス切替弁６ｂは閉じられている。そして一定時間経過すると再度、図７（ａ）の状態に切り替えられる。これを繰り返すことによって高温ガスの顕熱を利用して熱効率を高めるものである。

次に、上記蓄熱式バーナを用いた本発明に係わる第１の実施の形態を図１に示す。本発明の還元鉄製造設備では、移動炉床炉として回転炉床炉を用いる。原料となる酸化鉄含有材料と炭素含有還元材料は予め混合され、必要に応じてバインダーを添加されて球形ペレットやブリケット状の炭材内装塊成物１に成形される。この炭材内装塊成物１は塊成物挿入部１０から装入され、必要に応じて図示しない均し機で均される。そして、床炉８上で塊成物挿入部１０から還元鉄排出部１１へ移動する間の還元工程において還元され還元鉄となる。

炉内は、塊成物挿入部１０から還元鉄排出部１１の間に設置された蓄熱式バーナ２の燃焼側吸排気部によって最高１３５０℃から１４００℃程度に加熱されており、炉床が１回転する間に所定の金属化率になるように加熱還元され、還元鉄として還元鉄排出部１１から炉外に排出される。

炉内の排ガスは、塊成物挿入部１０と還元鉄排出部１１との間に設けられたガス排出部１２から排出されるとともに蓄熱式バーナ２の排気側吸排気部からも排出される。

このように、蓄熱式バーナ２を用いることによって、蓄熱式バーナ２の吸排気部（２ａ、２ｂ）を燃焼側吸排気部と排気側吸排気部として交互に燃焼と排気（蓄熱）を繰り返すことによって、蓄熱体を介してバーナの燃料や燃焼用空気を予熱するため熱効率が向上する。

炭材内装塊成物１は装入装置から装入されると、高温の炉内ガスにより急激に昇温する。このとき、炭材内装塊成物１に含まれる揮発性成分が揮発する。これは図３に示すように、炭材内装塊成物１の表面温度が約１２５０℃を超えると炭材内装塊成物１の原料に含まれている代表的な揮発性物質である亜鉛（Ｚｎ）が急激に揮発し始める。この揮発性物質を含んだガスを蓄熱式バーナ２の排気側から排気すると、蓄熱体に揮発物が付着して目詰まりを起こし蓄熱体の蓄熱性能を低下させることになる。したがって、本発明で用いられる蓄熱式バーナ２は、還元工程の前半部であり、炭材内装塊成物より揮発性物質があまり揮発していない領域に設置され、前記表面温度が１２５０℃以下である領域に設置することが好ましい。

そして、本発明では、蓄熱式バーナ２を設置している炭材内装塊成物１の表面温度が１２５０℃以下である領域の後方にガス排出部１２を設けるのがよい。ガス排出部１２をこの位置に設けることによって、表面温度が１２５０℃以上に昇温した炭材内装塊成物１から揮発した揮発性物質を、その発生部位より前に流すことなく、ガス排出部１２から炉外に排出することができるため、還元工程の前半部に設置された蓄熱式バーナ２が揮発物を含んだガスを排出することはない。したがって、蓄熱式バーナ２の蓄熱体には付着せず、蓄熱体の劣化や蓄熱体が目詰まりを起こし蓄熱性能を低下させることはない。また、炉内のガス流れをガス排出部１２に向けることで、蓄熱式バーナ２へダストが流れることを防止でき、蓄熱式バーナ２がダストを吸い込むことはなく、蓄熱体へのダスト付着による蓄熱体の劣化や蓄熱体が目詰まりを起こし蓄熱性能を低下させることはない。

次に、本発明に係わる第２の実施の形態を図２に示す。本発明では図２に示すように、蓄熱式バーナ２は還元工程の後半部に設置する。炭材内装塊成物１は還元が進むと炭材内装塊成物１の内部からＣＯリッチな可燃性ガスが発生する。このガスが炭材内装塊成物１中に含まれる酸化鉄成分を内部から還元して還元鉄としＣＯ₂となるが、余剰のＣＯガスは炭材内装塊成物１の表面へ流出し、還元鉄の再酸化を防止している。特に還元工程の後半部では、還元が終了しつつあるので炭材内装塊成物１の表面へ流出するＣＯガスは減ってきている。このため、炭材内装塊成物や炉内雰囲気の温度を維持するために、炉上部にある蓄熱式バーナ２の燃焼側２ａを下部に向けて配設すると炭材内装塊成物１近傍がすぐに酸化性雰囲気となり再酸化してしまう。また、還元性ガスが蓄熱式バーナ２近傍まで近づき蓄熱式バーナ２の排気側２ｂに吸い込まれる恐れがある。このため本発明では、図５に示すように、蓄熱式バーナ２を炉床に対しほぼ水平もしくはやや上向きに配設する。これにより、蓄熱式バーナ２の燃焼側２ａの燃焼ガスによって炭材内装塊成物１近傍の雰囲気を乱すことがないので還元鉄の再酸化を起こさず、高金属化率を維持できるとともに、蓄熱式バーナ２の排気側２ｂに可燃性の還元ガスが吸い込まれることを防止できる。

また、本発明では、図６（ａ）に示すように、蓄熱式バーナ２の燃焼側２ａの燃焼ガスは酸素リッチな酸化性雰囲気とする。これによれば、還元工程で発生する可燃性の還元ガスを燃焼することができ、図６（ｂ）に示すように炭材内装塊成物１近傍は還元雰囲気に、蓄熱式バーナ２近傍は酸化性雰囲気に保つことができる。そして、炭材内装塊成物１が還元されてできる還元鉄の再酸化を防止し、蓄熱式バーナ２の排気側２ｂに可燃性の還元ガスが吸い込まれることを防止できるとともに、還元性ガスを炉内で有効に利用することによって炉内温度の維持が可能となり、エネルギーコストを低減できる。

なお、蓄熱式バーナ２の燃焼ガスを酸素リッチな酸化性雰囲気にするかわりに、図示はしないが、炭材内装塊成物１の上方でかつ蓄熱式バーナ２の下方へ空気または酸素等を吹き込むようにしてもよく、この場合も空気または酸素等の吹き込みは、炉床に対しほぼ水平もしくはやや上向きにすることが望ましい。これによれば、蓄熱式バーナ２の燃焼ガスを過剰に酸素リッチな酸化性雰囲気にし、燃焼を不安定にすることなく効果的に還元工程で発生する可燃性の還元ガスを燃焼することができ、酸化性ガスが炭材内装塊成物表面に直接当たることがなく、炭材内装塊成物近傍の雰囲気を乱すことがないので還元された炭材内装塊成物の再酸化を防止し、高金属化率を維持できる上記と同様な効果が得られる。

また、炭材内装塊成物１に還元工程の後半部に還元雰囲気を保つだけの炭素成分が含まれていない場合は、還元工程の後半部に還元鉄となった炭材内装塊成物１に向け炭化水素ガス（ＣｍＨｎ）を吹き込み還元鉄の再酸化を防止することもできる。この場合も蓄熱式バーナ２の燃焼ガスを酸素リッチな酸化性雰囲気とするか、空気または酸素を吹き込むことによって還元ガスとともに炭化水素ガスも燃焼させることができるので、上記と同様な効果が得られる。

またさらに、図２に示すように本発明では炉内排ガスを排出するガス排出部１２は還元工程の後半部より前に設置することが好ましい。例えば蓄熱式バーナ２を設置している還元工程後半部にガス排出部１２を設置した場合、蓄熱式バーナ２の燃焼ガスだけではなく炭材内装塊成物１近傍の可燃性ガスまでガス排出部１２に排出する流れができる。すると、蓄熱式バーナ２の排出側２ｂに可燃性ガスが吸い込まれる恐れがあるとともに、還元鉄の再酸化の恐れがある。しかし、ガス排出部１２を還元工程の後半部より前に設置すると、炭材内装塊成物１近傍の可燃性ガスは炭材内装塊成物１近傍を流れながらガス排出部１２に向かう。すると、ガス排出部１２から排出する前に十分に燃焼することができ有効活用が可能となる。さらにガス排出部１２近傍には蓄熱式バーナ２は設置されていないので蓄熱式バーナ２の排出側２ｂに可燃性ガスが吸い込まれることもなく、還元鉄の再酸化の恐れがない。

なお、還元工程の後半部では、前述した炭材内装塊成物１に含まれる揮発性物質（Ｚｎなど）は殆ど気化してしまっており、前記ガス排出部１２より排出されているので何ら問題はない。

また、本発明で用いられる蓄熱式バーナ２の設置数は還元鉄製造規模、処理量や蓄熱式バーナ２の熱出力によってきまり、設計条件によって適切な数とするものである。図１では蓄熱式バーナ２を還元工程の前半部に設置しており、図２では蓄熱式バーナ２を還元工程の後半部に設置しているが、図８に示すように還元工程の前半部、後半部の両方に設置してもよい。また、図１、２に示す蓄熱式バーナ２を還元工程の前半部のみ、後半部のみに設置した場合は、図示はしていないが、それぞれ還元工程後半部または前半部に蓄熱式バーナ以外の他の形式のバーナが使用される。さらに図８に示す還元工程の前半部、後半部の両方に蓄熱式バーナ２を設置した場合でも、蓄熱式バーナのみでは炉内温度維持ができない場合には蓄熱式バーナ以外の他の形式のバーナが使用される。

蓄熱式バーナを複数設置する場合、燃料と燃焼用酸素含有ガスとを蓄熱体を介し燃焼させる第一の蓄熱式バーナと、燃焼用酸素含有ガスのみを蓄熱体を介し前記還元炉内に吹込んで該還元炉内の可燃性ガスの一部を燃焼させる第二の蓄熱式バーナとを組み合わせ、第二の蓄熱式バーナを第一の蓄熱式バーナと炉床間に設置してもよい。この場合、炭材内装塊成物の加熱、還元反応が促進される。また、第一の蓄熱式バーナに替えて蓄熱式バーナ以外の他の形式のバーナを使用することができる。

なお、蓄熱式バーナ２の水平方向の設置角度は、燃焼側、排気側とも移動床の移動方向に垂直に設置すればよく、図４に示すように蓄熱式バーナ２の燃焼側、排気側が互いの方向に向けるように設置してもよい。

また、蓄熱式バーナとしては、燃料と空気、酸素、酸素富化した空気などの燃焼用酸素含有ガスとを蓄熱体を介し燃焼させるものだけではなく、燃焼用酸素含有ガスのみを蓄熱体を介し炉内に吹き込み、炉に装入される炭材内装塊成物から発生する炉内の可燃性ガスを利用して燃焼するタイプのものでもよい。

次に、本発明に係わる第３の実施の形態について説明する。本発明では蓄熱式バーナ２の蓄熱体に鉄鉱石ペレット等の鉄鉱石塊成物または還元鉄を使用する。鉄鉱石ペレットや還元鉄には炭材や揮発性成分が含まれていないため高温のガスで加熱されても還元性ガスや揮発性成分は発生しないので、蓄熱体に使用しても何ら問題ない。また、鉄鉱石ペレットや還元鉄はセラミックス等の通常の蓄熱体材料に比較して低コストであり、蓄熱体として使用ずみの鉄鉱石ペレットや還元鉄を、鉄源として本発明の還元鉄製造設備や高炉などで再利用することができ、さらに鉄鉱石ペレットや還元鉄に揮発性成分が付着したとしても、本発明の還元鉄製造設備の原料として用いれば効果的に揮発性成分を除去できるだけでなく、蓄熱体の取り替えにかかるコストを低減することができる。

ここで、蓄熱体として使用されるのは、上記鉄鉱石をペレット状に成形した鉄鉱石ペレット及び還元鉄製造方法で製造された還元鉄だけではなく、この還元鉄を酸化させたものや製鉄所で用いられる焼成（焼結）された鉄鉱石ペレットを用いれば、入手が容易であるとともに安価である。また、焼成または酸化されているので、形状が安定しており、その性質が安定しているので取り扱いが容易である。

なお、本発明で用いられる酸化鉄含有材料としては、鉄鉱石、酸化鉄精鉱や製鉄所等で発生する鉄分を含んだダスト、スラッジ、スケール等の廃材が使用できる。また、炭素含有還元材料としては、石炭、コークス、チャー、オイルコークス等が使用できる。

また、上記実施の形態では酸化鉄含有材料を例に説明したが、酸化鉄の一部または全部をマンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等の非鉄金属の酸化物としても同様に還元でき、蓄熱式バーナも問題なく使用することができる。

以下に、図８に示す実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。使用した炭材内装塊成物の組成を表１に示す。表１に示す組成の炭材内装塊成物を加熱したときの前記塊成物の表面温度、揮発性物質の代表である亜鉛の脱Ｚｎ率と、その発生量比を図３に示す。脱Ｚｎ率は原料中のＺｎ量を１として求め、発生量比は１分後の発生量を１とし、それ以降の時間における発生量を発生量比として求めた。

代表的な揮発性元素である亜鉛は、原料中では主として酸化亜鉛として存在するが、加熱によってＺｎＯ＋ＣＯ→Ｚｎ＋ＣＯ₂の反応が起こりＺｎが気化し、蓄熱体などに付着・堆積する。特に、約１２００〜１２５０℃以上では図３に示すように急激に揮発する。したがって、本発明では蓄熱式バーナを炭材内装塊成物の表面温度が１２５０℃以下の位置に設置し蓄熱体への揮発性物質の付着を防止している。そして１２５０℃以下である工程の後方にガス排出部１２を設けて、炭材内装塊成物１の原料から発生する亜鉛等の揮発性物質をガス排出部１２から炉外に排出するようにしている。

還元工程の後半部では、前記塊成物の温度は高いものの、塊成物中の亜鉛はほぼ揮発している。また、本発明では、蓄熱式バーナの設置位置の還元工程の前半部にガス排出部１２を設けているので還元工程の前半部で発生した揮発性物質を還元工程の後半部まで持ち込むのを防止することができる。

本実施例では、図９に示すように、蓄熱式バーナを設置することによって、燃料原単位を約１．２６ＧＪ／ｔ−ＤＲＩ（還元鉄１ｔ当たり１．２６ＧＪ（０．３Ｇｃａｌ））低減することができた。なお、燃料原単位は生産規模（炉の大きさと生産量）によって変化し、本実施例では、外径２１．５ｍ、内径１４．０ｍの回転炉床炉を用い、還元鉄の生産量２０ｔ／ｈという実施条件で運転した。

蓄熱体として使用した鉄鉱石ペレットの原料組成の一例を表２に示す。直径５〜１５ｍｍの鉄鉱石ペレットを篩にかけ、直径６〜９ｍｍのものを蓄熱体として使用した。鉄鉱石ペレットは、従来使用されているアルミナ質などの蓄熱体と同様な性能を有していることが確認でき、使用には問題がなかった。使用後の鉄鉱石ペレットは鉄源として本実施例の還元炉で再利用したが、特に問題はなかった。なお、鉄鉱石ペレットは鉄の酸化物Ｆｅ₂Ｏ₃とＦｅ₃Ｏ₄が９０〜９５％であるため、ＳｉＯ₂−ＦｅＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系の低融点化合物をほとんど生成せず、蓄熱体に使用しても表面が溶融しガス通気性や溶着などの蓄熱体の劣化が抑制される。

本発明の蓄熱式バーナを還元工程の前半部に設置した場合を示す還元鉄製造設備の概念図である。本発明の蓄熱式バーナを還元工程の後半部に設置した場合を示す還元鉄製造設備の概念図である。炭材内装塊成物を加熱したときの表面温度、脱亜鉛率、亜鉛発生量比示す図である。蓄熱式バーナの設置例を示す図である。蓄熱式バーナの設置位置を説明する図であり、（ａ）は炉内での炭材内装塊成物と蓄熱式バーナの位置関係を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。蓄熱式バーナの設置位置における蓄熱式バーナ近傍及び炭材内装塊成物近傍の雰囲気を示す概念図であり、（ａ）は炉の断面図を示す概念図であり、（ｂ）は酸素ガス雰囲気と還元性ガス雰囲気の分布を示す図である。本発明の蓄熱式バーナを示す図であり、（ａ）は吸排気部２ａが燃焼側で吸排気部２ｂが排気側である状態を示し、（ｂ）は（ａ）の逆の吸排気部２ｂが燃焼側で吸排気部２ａが排気側である状態を示す図である。本発明の蓄熱式バーナを還元工程の前半部及び後半部の両方に設置した場合を示す還元鉄製造設備の概念図である。蓄熱式バーナの使用の有無による燃料原単位の差を示す図である。

符号の説明

１…炭材内装塊成物、２…蓄熱式バーナ、２ａ、２ｂ…吸排気部、３…燃料配管、４ａ、４ｂ…排ガス配管、５ａ、５ｂ…燃料切替弁、６ａ、６ｂ…排ガス切替弁、７ａ、７ｂ…蓄熱体、８…炉床、１０…塊成物装入部、１１…還元鉄排出部、１２…ガス排出部。

Claims

酸化鉄含有材料と炭素含有還元材料とからなる炭材内装塊成物を移動床型還元炉に装入し、加熱還元して還元鉄を製造する還元鉄製造設備において、前記移動床型還元炉が、前記炭材内装塊成物を装入する塊成物装入部と、前記還元鉄を排出する還元鉄排出部と、前記塊成物装入部から前記還元鉄排出部までの還元工程の間に炉内排ガスを排出するガス排出部と、前記還元工程の前半部であり前記塊成物装入部と前記ガス排出部との間に前記移動床型還元炉の加熱源としての蓄熱式バーナとを備え、前記蓄熱式バーナが、燃料と燃焼用酸素含有ガスとを蓄熱体を介し燃焼させる第一の蓄熱式バーナと、燃焼用酸素含有ガスのみを蓄熱体を介し前記還元炉内に吹込んで該還元炉内の可燃性ガスの一部を燃焼させる第二の蓄熱式バーナとを組み合わせたものであって、前記第二の蓄熱式バーナを前記第一の蓄熱式バーナの設置位置より下方に設置することを特徴とする還元鉄製造設備。
酸化鉄含有材料と炭素含有還元材料とからなる炭材内装塊成物を移動床型還元炉に装入し、加熱還元して還元鉄を製造する還元鉄製造設備において、前記移動床型還元炉が、前記炭材内装塊成物を装入する塊成物装入部と、前記還元鉄を排出する還元鉄排出部と、前記塊成物装入部から前記還元鉄排出部までの還元工程の間に炉内排ガスを排出するガス排出部と、前記還元工程の前半部であり前記塊成物装入部と前記ガス排出部との間に前記移動床型還元炉の加熱源としての蓄熱式バーナとを備え、前記蓄熱式バーナが、燃焼用酸素含有ガスのみを蓄熱体を介し前記還元炉内に吹込んで該還元炉内の可燃性ガスの一部を燃焼させる蓄熱式バーナであり、さらに燃料と燃焼用酸素含有ガスとを燃焼させる、蓄熱式バーナ以外の他の形式のバーナを具備する還元鉄製造設備であって、前記蓄熱式バーナを前記バーナの設置位置より下方に配置することを特徴とする還元鉄製造設備。
前記蓄熱式バーナが、前記炭材内装塊成物の表面温度が１２５０℃以下の領域である位置に設置してあり、前記ガス排出部が、前記炭材内装塊成物の表面温度が１２５０℃以下の領域の後方の位置に設置してあることを特徴とする請求項１または２に記載の還元鉄製造設備。
前記蓄熱式バーナの蓄熱体が、前記還元鉄製造設備で製造された還元鉄または鉄鉱石塊成物であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一つに記載の還元鉄製造設備。
前記酸化鉄含有材料の一部または全部が非鉄金属酸化物であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の非鉄金属製造設備。
酸化鉄含有材料と炭素含有還元材料とからなる炭材内装塊成物を移動床型還元炉に装入し、炉内で加熱還元して還元鉄を製造する還元鉄製造方法において、前記炭材内装塊成物の装入から排出までの還元工程の前半部にて炉内の排ガスを排出し、前記炭材内装塊成物を、前記還元工程の前半部であり前記塊成物装入部と前記ガス排出部との間であって、前記移動床型還元炉の上部に設置され、前記移動床型還元炉の炉床に対してほぼ水平もしくはやや上向きに配置されている蓄熱式バーナで加熱し、前記蓄熱式バーナの燃焼ガスが酸化性雰囲気とすることによって該蓄熱式バーナの近傍の雰囲気を酸化性雰囲気とし、前記炭材内装塊成物内部から発生する還元性ガスを燃焼させながら該炭材内装塊成物の近傍を覆う雰囲気を還元性雰囲気に保ちながら還元鉄を製造することを特徴とする還元鉄製造方法。
前記蓄熱式バーナが、燃料と燃焼用酸素含有ガスとを蓄熱体を介し燃焼させる第一の蓄熱式バーナと、燃焼用酸素含有ガスのみを蓄熱体を介し前記還元炉内に吹込んで該還元炉内の可燃性ガスの一部を燃焼させる第二の蓄熱式バーナとを組み合わせたものであって、前記塊成物装入部から前記還元工程の前半部までの間に、前記第二の蓄熱式バーナを前記第一の蓄熱式バーナの設置位置より下方に設置することを特徴とする請求項６に記載の還元鉄製造方法。
前記蓄熱式バーナが、燃焼用酸素含有ガスのみを蓄熱体を介し前記還元炉内に吹込んで該還元炉内の可燃性ガスの一部を燃焼させる蓄熱式バーナであり、さらに燃料と燃焼用酸素含有ガスとを燃焼させる、蓄熱式バーナ以外の他の形式のバーナを具備する還元鉄製造方法であって、前記塊成物装入部から前記還元工程の前半部までの間に、前記蓄熱式バーナを前記バーナの設置位置より下方に配置することを特徴とする請求項６に記載の還元鉄製造方法。
前記蓄熱式バーナの蓄熱体が、前記還元鉄製造方法で製造された還元鉄または鉄鉱石塊成物であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一つに記載の還元鉄製造方法。
前記酸化鉄含有材料の一部または全部が非鉄金属酸化物であることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一つに記載の非鉄金属製造方法。