JP5368522B2 - 回転炉床式還元炉の操業方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転炉床炉を用いて金属酸化物から還元金属を製造する方法に関し、特に、炉床上に強固な固着物が形成されることを防止して長期連続操業を可能とする操業方法の改善に関するものである。

近年、電気炉による鋼材の製造が盛んになるにつれ、その主原料であるスクラップの需給の逼迫や、電気炉での高級鋼製造に対する要請から還元鉄の需要が増大しつつある。また、環境対策の観点から、従来廃棄等されていた未利用の製鉄所や電気炉工場で発生するダスト類に含まれる鉄、Ｎｉ、Ｃｒ分等を還元金属として回収し、高炉、転炉、電気炉等の原料として再利用する試みもさかんに行われている。

還元鉄を製造するプロセスのひとつとして、粉状の鉄鉱石と粉状の石炭やコークスなどの炭材とを混合して塊成化物、例えばペレットとなし、これを回転炉床炉（回転炉床式還元炉）に装入して高温に加熱することにより鉄鉱石中の酸化鉄を還元して固体状金属鉄を得る方法が注目されている（例えば、特公昭４５−１９５６９号公報〔特許文献１〕、特開平１１−２７９６１１公報〔特許文献２〕など）。

なお、この還元方法は、金属鉄の製造のみでなく、Ｎｉ、Ｃｒ等の非鉄金属をそれらの酸化物から還元して製造するのにも用いることができる。以下、「従来の技術」、「発明の実施の形態」等においては、金属鉄の製造のみについて説明するが、必ずしもこれに限定されるものではなく、他の非鉄金属の製造についても同様に本発明が適用できるものである。

従来の回転炉床炉による還元鉄製造プロセスの一例（従来技術１）を、図２に示す回転炉床炉の概略の設備構成を説明する平面図を用いて説明する。

粉状の鉄酸化物および粉状の炭素質物質を混合して造粒し生ペレットを作る。

この生ペレットを、乾燥機等によりペレット内から発生する可燃性揮発分が発火しない程度の温度域に加熱して付着水分を除去し、乾燥ペレット（以下、「塊成化物Ｐ」と称す。）とする。

この乾燥ペレット（塊成化物Ｐ）を適当な装入装置を用いて回転炉床炉１中に供給して回転炉床２上にペレット層を形成する。

このペレット層を炉内上方に設置したバーナ１１の燃焼により輻射加熱して還元し、金属化を進め還元鉄Ｒが得られる。

還元鉄Ｒを冷却器１２により、還元鉄Ｒにガスを直接吹き付けて冷却するか、または、水冷ジャケットで間接冷却してから排出装置１３により炉外へ排出する。

回転炉床炉による還元鉄製造プロセスにおいては、塊成化物Ｐを回転炉床上に載置する際、機械的衝撃等により塊成化物が粉化して粉が発生する。また、載置後においても、炉内で高温雰囲気に曝され、炭材中の揮発成分の脱揮や還元反応によってＣＯ、ＣＯ_２ガス等が発生して塊成化物の内圧が上昇し、塊成化物が割れたり、爆裂を起して粉が発生したりする場合がある。このようにして発生した粉は回転炉床炉内で還元され金属鉄の粉となる。

さらに、回転炉床炉内で還元されて金属化した塊成化物（還元鉄Ｒ）の排出は、通常、スクリュー式排出装置を用いて行われるが、この際にも還元鉄が機械的ハンドリングを受けて粉が発生する。

このようにして生じた粉は、排出装置によって完全に除去することは困難であり、一部は炉床上に残ったり、排出装置によって炉床表面に擦り込まれたりする。そして、粉が炉内に滞留すると、粉同士が高温で焼結して炉床上に固着し、その固着物の上に新たな粉が堆積して成長する。粉は金属鉄だけでなく鉄酸化物中の脈石や炭素質物質中の灰分などに由来する鉱物成分（スラグ成分）をも含有しており、この鉱物成分（スラグ成分）が炉床上で溶融・凝固を繰り返す。また、排出装置により金属鉄とともにスラグ成分が圧縮、圧延されることによって、金属鉄とスラグ成分が緻密に混在した高い硬度の組織を有する板状固着物が炉床上に形成される。

排出装置は、その機械的強度を確保するため適当な方法により冷却されているが、炉床上の板状固着物は硬く高温であるため、排出装置の刃先は板状固着物に接触する際に発生する摩擦熱等によって温度が上昇し摩耗してしまう。そのため、しばしば操業を中断して排出装置のスクリューを取り替える作業を必要とし、稼働率の低下やメンテナンス費用の上昇等が大きな問題となっている（第１の問題点）。

さらには、ときとして、この板状固着物が大きく（広く）成長した後、排出装置のスクリューで引っ掻かれて炉床から剥がされ、スクリューに巻き付いたり、引っかかったりするなど重大な操業上の問題を引き起こすこともある（第２の問題点）。

そこで、これらの問題点のうち第１の問題点に対処するため、排出装置のスクリューの羽根の冷却方法（構造）を工夫して刃先の摩耗を低減する提案が種々なされている。

例えば、特開昭６３−９１４８４号公報〔特許文献３〕に開示されている発明（従来技術２）は、羽根を中空にしてその中に冷却水を流すことによって羽根を冷却し、羽根の腐食による損耗を低減させようとするものである。

また、ＵＳ５，９２４，８６１〔特許文献４〕に開示されている発明（従来技術３）は、排出装置を囲むように水冷管を配置してその輻射冷却によって羽根を冷却し、羽根の腐食による損耗や刃先の摩耗を低減させようとするものである。

ところが、特開昭６３−９１４８４号公報〔特許文献３〕に開示されている発明（従来技術２）では、羽根を水冷した場合であっても、高温で硬度の高い炉床に接する刃先部の温度は高くなり、刃先の摩耗の軽減にはあまり効果がない。しかも、刃先の摩耗が進行して冷却水が外に漏れ出すと製品である還元鉄を再酸化させてしまう。

また、ＵＳ５，９２４，８６１〔特許文献４〕に開示されている発明（従来技術３）では、水冷管による輻射冷却によって間接的な冷却方法を用いているので、上述のような刃先の摩耗による冷却水の漏れの問題はないが、間接的な冷却のため上記の発明（従来技術２）よりさらに刃先部を冷却する効果は小さく、刃先の摩耗に対してはほとんど効果がない。

このように、単に羽根を冷却する方法を工夫することのみでは、第１の問題点である刃先の摩耗の問題を解決することはできないうえ、第２の問題点は全く解決されない。

このため、上記第１および第２の問題点を根本的に解決すべく、炉床上に固着物が形成されない方法または固着物が形成されても操業上問題とならないうちに除去できる方法の開発が要請されており、例えば、以下の提案がなされているが、これらについても十分に解決策を示すものではない。

特開平１１−５０１２０号公報〔特許文献５〕に開示されている発明（従来技術４）は、炉床上に滞留する金属鉄の粉や固着物を除去するため、噴流ガスで吹き飛ばして吸引フードで回収する方法、回転羽根付き箒で掃き出す方法、およびスクレーパーで掻き取る方法を提案したものである。しかし、噴射ガス流で吹き飛ばす方法では、炉床に強固に固着した固着物の除去は困難であり、また、吹き飛ばされた金属鉄の粉が吸引フード内に付着する問題がある。また、回転羽根付き箒で掃き出す方法では、やはり炉床に強固に固着した固着物の除去は困難である。さらに、スクレーパーで掻き取る方法では、前述したように、スクレーパーで金属鉄の粉が押しつぶされて圧縮、圧延され、かえって固着物の生成を助長する可能性が高い問題などがあった。

また、特開平１０−１４０２２１号公報〔特許文献６〕に開示されている発明（従来技術５）は、先ず炉床上に粉状の還元剤を敷き、その上に粉状鉄原料と粉状固体還元剤とバインダーからなる板状成形物を載置し高温加熱することにより、板状成形物と炉床の固着を防止しつつ板状成形物を還元して還元鉄が製造できるとするものである（いわゆる「床敷炭材法」）。しかしながら、この方法には以下の問題点がある。

(1) 床敷炭材を炉床上に敷くための余分の装入装置を必要とする。

(2) 板状成形物を炉床上に載置する前に床敷炭材を敷く必要があるため、余分の炉床面積を必要とし、還元炉設備が大きくなる。

(3) 床敷炭材を炉床上に薄く均一に敷くことは困難であるので、板状成形物と炉床の固着を避けるためには、床敷炭材を厚めに敷く必要がある。そして、この床敷炭材の上に、板状成形物を装入する際に板状成形物に随伴される粉や炉内で板状成形物より発生する粉が堆積する。仮に、還元鉄を取り出す際に還元鉄のみを排出して床敷炭材を炉内に残すようにすると、粉も一緒に炉内に残って長時間炉内に滞留し、上述と同様の機構で床敷炭材上に大きな（広い）板状焼結物が形成される。その結果、床敷炭材の存在によりこの板状焼結物が炉床に固着することは回避されたとしても、排出装置のスクリューの刃先の摩耗の問題や板状焼結物の剥離による操業上の問題が生じ得る。したがって、これらの問題を回避するためには、還元鉄の取り出しの都度、粉をできるだけ排出・除去しておく必要があり、少なくとも床敷炭材層のうち、粉が堆積する上部の相当部分を還元鉄とともに排出し、替わりに新たな炭材を追加することが必要となる。そうすると、還元鉄単位質量当たりの固体還元剤原単位が上昇するばかりでなく、床敷炭材の加熱に要した熱量が無駄となり燃料原単位も上昇する。

以上のように、この提案では設備コスト、操業コストとも大幅に上昇するため、実用化には至っていない。

特公昭４５−１９５６９号公報 特開平１１−２７９６１１公報 特開昭６３−９１４８４号公報 ＵＳ５，９２４，８６１号公報 特開平１１−５０１２０号公報 特開平１０−１４０２２１号公報

そこで本発明の目的は、設備コストおよび操業コストの上昇を最小限としつつ、炉床に強固な板状固着物が形成することを防止して固着物の排出を容易にすることにより、排出装置のスクリューの刃先の摩耗を防止乃至低減するとともに、板状固着物の剥離を防止して長期の連続操業を可能とし、高い稼働率が達成できる回転炉床式還元炉の操業方法を提供することにある。

第１発明（請求項１の発明）は、粉状金属酸化物と粉状炭素質物質を含む塊成化物を加熱、還元して還元金属を製造する回転炉床式還元炉の操業方法であって、前記塊成化物を前記回転炉床式還元炉に装入するに際し、前記塊成化物に、予め固着抑制材を添加しておくこととし、この固着抑制材の添加量は還元金属を製造するに際して発生する−２ｍｍ粉１００質量部に対して５〜３０質量部であることを特徴とする回転炉床式還元炉の操業方法である。

ここに、「固着抑制材」とは、塊成化物が炉床に載置された状態において、塊成化物の回りに散在する物質または塊成化物の表面を被覆する物質をいう。この固着抑制材は板状等の固着物の形成を防止できる。

第２発明（請求項２の発明）は、第１発明（請求項１の発明）において、前記固着抑制材が、石炭等の炭素質物質を含むものであることを特徴とする。

第１発明又は第２発明（請求項１又は２の発明）によれば、固着抑制材が予め塊成化物に添加された後、炉床上に装入されるので、塊成化物に随伴される粉と固着抑制材が混ざり合った状態で炉床上に載置される。そして、炉床上で、この混合粉に、還元中に塊成化物から発生した粉や還元金属排出時に発生した粉が追加される。この粉が炉床上に残留して炉内に長時間滞留しても、固着抑制材として添加した炭素質物質の粒子が還元金属やスラグ成分の間に存在してこれらの結合を妨げるので、大きな（広い）板状固着物には成長しない。また、例え固着物となっても、比較的小さな力により固着抑制材としての炭素質物質の粒子が起点となって固着物に亀裂が発生し、小片となって炉床から容易に分離できる。また、固着抑制材を炉床に敷くための装入装置が不要で、かつ炉床面積を増加する必要がない。さらに、固着抑制材の添加量は「床敷炭材法」（従来技術５）に比べて少なくてよいので固体還元剤原単位や燃料原単位の大幅な上昇が防止できる。

第３発明（請求項３の発明）は、第１又は第２発明（請求項１又は２の発明）において、下式（１）で定義される発生粉余剰Ｃ％が３．８質量％以上となるように、固着抑制材の添加量を調整することを特徴とする。

〔発生粉余剰Ｃ％〕＝〔塊成化物に含まれる炭素の質量％〕−〔塊成化物に含まれる、鉄および亜鉛と結合している酸素の質量％〕×１２／１６＋〔塊成化物装入質量に対する固着抑制材の添加質量の割合〕×〔固着抑制材に含まれる炭素の質量％〕… 式（１）
なお、式（１）において、「塊成化物」および「固着抑制材」は、還元前のものを意味する。

固着抑制材の添加量を調整して、発生粉余剰Ｃ％を上記所定値以上とすることにより、固着物の圧縮強度を大幅に低下できるので（後述の実施例１参照）、第１又は第２発明（請求項１又は２の発明）の作用効果が確実に得られる。

なお、前記粉状炭素質物質からなる固着抑制材に替えて、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３の何れか一以上の成分を主成分とする粉状物質からなる固着抑制材を用いてもよい（第４発明：請求項４の発明）。あるいは、粉状炭素質物質と、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３の何れか一以上の成分を主成分とする粉状物質との混合物を用いてもよい（第５発明：請求項５の発明）。固着抑制材に含まれるＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３の何れか一以上の成分を主成分とする粉状物質の粒度は粉状炭素質物質の粒度より粗くするのが好ましい（第６発明：請求項６の発明）。

第４乃至第６発明（請求項４乃至６の発明）によれば、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３成分は、還元温度（最高１４００℃程度）で溶融しない高い融点を有するので上記粉状炭素質物質と同様の作用効果を奏する。なお、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３成分は、粉中の鉱物成分と一部反応してスラグを生成するが、このスラグは、粉中の鉱物成分のみから生成されるスラグより融点が高くなるため、排出装置により圧縮されても従来技術１のようには緻密な組織を形成せず問題とならない。また、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３成分からなる物質は安価なものが多く、かつこれらの成分が製品還元金属に混入しても少量であるので、高炉、転炉、電気炉等での使用において害とならず、最終的にはスラグとして除去されるので問題とならない。

また、前記粉状炭素質物質からなる固着抑制材に替えて、液状炭素質物質又はスラリー状炭素質物質からなる固着抑制材を用いてもよい（第７発明：請求項７の発明）。あるいは、液状炭素質物質又はスラリー状炭素質物質と、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３の何れか一以上の成分を主成分とする粉状物質とからなる固着抑制材を用いてもよい（第８発明：請求項８の発明）。

第７又は第８発明（請求項７又は８の発明）によれば、塊成化物の表面が液状又はスラリー状炭素質物質に被覆され、この液状又はスラリー状炭素質物質は、炉内で加熱されて乾留反応により固化して塊成化物表面を固くし、機械的ハンドリングによる塊成化物表面からの粉発生が減少させる。また、粉が発生してもその粉中には乾留反応により固化した炭素質物質が粉状で高濃度に含まれるので、さらに効果が大きい。

第１又は第２発明（請求項１又は２の発明）によれば、固着抑制材として添加した炭素質物質の粒子が発生粉から形成される還元金属やスラグ成分の間に存在してこれらの結合を妨げるので、大きな（広い）板状固着物には成長せず、例え、固着物となっても炭素質物質の粒子が起点になって亀裂が発生して小片化されるので、炉床からの分離は容易となり、排出装置のスクリューの刃先の摩耗を防止乃至低減でき、かつ長期の連続操業を可能とし炉の稼働率が改善され、メンテナンス費用も低減できる。また、固着抑制材を炉床に敷く装入装置が不要で、かつ炉床面積も増加する必要がないので、設備コストの大幅な上昇が回避できる。さらに、固着抑制材の添加量は少なくてよいので、固体還元剤原単位や燃料原単位の大幅な上昇が防止でき、操業コストの上昇も最小限に抑制できる。固着抑制材としての炭素質物質は粉状のものを使用できるが、塊状のものを装入して炉内で粉状にすることも可能であり、また粉状のものと塊状のものを混合して使用することも可能である。

第３発明（請求項３の発明）によれば、固着抑制材としての炭素質物質の添加量を、発生粉余剰Ｃ％が所定値以上となるように調整することにより、固着物の圧縮強度を大幅に低下できるので、上記第１又は第２発明（請求項１又は２の発明）の効果が確実に得られる。

第４乃至第６発明（請求項４乃至６の発明）によれば、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３成分は、一部粉中の鉱物成分と反応してスラグを生成するものの、その生成スラグの融点が高く固着物を緻密化しないため問題とならず、また未反応分は還元温度で溶融しない高い融点を有するので上記粉状炭素質物質と同様の効果が得られることに加え、固着抑制材として安価な物質が利用できるのでコストが低減できる。

第７又は第８発明（請求項７又は８の発明）によれば、塊成化物の表面が液状又はスラリー状炭素質物質に被覆され、この液状またはスラリー状炭素質物質が炉内で加熱・乾留されて固化することにより塊成化物表面が固くなり、機械的ハンドリングによる塊成化物表面からの粉発生が減少し、また、粉が発生してもその粉中には炭素質物質が高濃度に含まれるので、上記第１又は第２発明（請求項１又は２の発明）より固着抑制材の添加量を減らしても同等の効果を得ることができる。

本発明の、固着抑制材を塊成化物に添加する方法の一例を示す説明図である。 回転炉床炉の概略の設備構成を示す平面図である。

本発明の実施の形態を、図１および図２を参照しながら、以下に詳細に説明する。ここに、図１は、本発明の特徴部分である固着抑制材を塊成化物に添加する方法の一例を示す図であり、図２は、従来技術と共通の回転炉床炉の概略設備構成を説明する平面図である。なお、本発明の実施の形態は、還元鉄の製造を例として説明を行う。

まず、図１を用いて説明を行う。粉状鉄酸化物と粉状炭素質物質からなる塊成化物Ｐを乾燥機５で含有水分量１質量％以下程度まで乾燥し、これに所定量の固着抑制材Ｑを添加し、これをパイプ等の装入装置３により炉床１上に載置する。

ここで、粉状鉄酸化物としては、従来法と同様、粉状の鉄鉱石や製鉄所や電気炉工場で発生する鉄分を含んだダスト、スラッジ、スケール等を単独で、または２種以上組み合わせて使用することができる。

また、固着抑制材の一つである粉状炭素質物質としては、石炭、コークス粉、石油コークス、チャー、木炭、ピッチ等を単独または２種以上組み合わせて使用することができる。

なお、塊成化物Ｐは特に形状に制限はなく、ペレット、ブリケット、板状、ナゲット状等いずれであってもよい。

固着抑制材Ｑとしては、上記粉状炭素質物質と同様のものを用いてもよいし、タール、アスファルト等の液状炭素質物質や、これら液状炭素質物質に前記粉状炭素質物質を混合したスラリー状炭素質物質を用いてもよい。あるいは、炭素質物質（粉状、液状またはスラリー状）のかわりに、ドロマイト、石灰石、アルミナ、マグネシア等、若しくはこれらを原料とする煉瓦屑等、すなわちＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３の何れか一以上の成分を主成分とする粉状高融点物質を用いてもよい。また、炭素質物質（粉状、液状またはスラリー状）と前記粉状高融点物質との混合物を用いてもよい。

粉状の固着抑制材Ｑを塊成化物Ｐに添加する方法としては、例えば、図１に示すように、装入装置３の上部の受入れホッパー７の上方に切り出しホッパー（固着抑制材添加装置４）を設け、そこから固着抑制材Ｑを重力を利用して定量切り出しして受入れホッパー７内に投入して塊成化物Ｐに混ぜ込む方法など通常用いられる添加方法を採用すればよい。なお、固着抑制材の添加は、上記場所に限るものではなく、乾燥機５前や乾燥機５の出口部、あるいは乾燥後の塊成化物Ｐを受入れホッパー７へ送るベルトコンベア６上で行ってもよい。

また、液状またはスラリー状の固着抑制材Ｑを塊成化物Ｐに添加する方法としては、例えば、塊成化物Ｐが乾燥機５出口からベルトコンベア６上へ落下する場所ａ、若しくはベルトコンベア６から受入れホッパー７へ落下する場所ｂ、若しくは場所ａ、ｂの両方の場所で、タンク（図示せず）から圧送した固着抑制材を噴霧する方法を用いれば塊成化物にほぼ均一に固着抑制材を被覆できるので好ましい。この場合、通常行われるように、タンクや圧送用配管（図示せず）をスチームトレーサー等で加温すれば、液またはスラリーの粘度を低下させることができ容易に圧送・噴霧できる。

粉状炭素質物質からなる固着抑制材の添加量は、発生粉１００質量部に対して７．５質量部以上とすることが好ましく、１５質量部以上とすることがさらに好ましい。これに対する発生粉余剰Ｃ％は、それぞれ＋３．８質量％、＋１０．４質量％である。後述の実施例で示すごとく、固着抑制材添加量を７．５質量部以上（発生粉余剰Ｃ％を３．８質量％以上）とすることにより、固着物の圧縮強度が大幅に低下し、排出機での炉床からの分離・排出が容易となる。また、固着抑制材添加量を１５質量部以上（発生粉余剰Ｃ％を１０．４質量％以上）とすることにより、固着物の強度はさらに低下して、室温においては手指で粒状に分離できる程度の強度となるので、排出機での炉床からの分離・排出がさらに容易となる。

粉状炭素質物質からなる固着抑制材の粒度は、粗すぎると固着物中に散在する固着抑制材の粒子数が減少して小片化の効果が低下し、一方、細かすぎると粉砕コストが上昇するだけでなく、塊成化物への添加時や炉床上への装入時に飛散するなど添加歩留りが悪くなるので、例えば、後述の実施例で用いた−２ｍｍ程度の粒度とし、操業時において固着物の除去の状況を観察しつつ適宜粒度を変更して最適粒度を決定すればよい。

粉状高融点物質からなる固着抑制材を用いる場合には、その添加量（添加質量）は、炭素質物質を固着抑制材として用いる場合に比べ、多めにすることが好ましい。なぜならば、大きな（広い）固着物の生成を防止し、固着物を小片に分割するための亀裂を発生させる起点となるためには、固着抑制材は固着物内に散在してある程度の空間容積を占める必要があり、炭素質物質に比べ密度の大きいＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする粉状物質を用いる場合、炭素質物質と同様の効果を得るためには、多めの質量を必要とするためである。

また、粉状高融点物質からなる固着抑制材の粒度は、炭素質物質の粒度に比べやや粗くする方が、固着抑制材粒子の比表面積を減少させてスラグ生成量を減少させ、スラグ化しない未反応の高融点物質が多く残留して固着物の成長を妨げるので好ましい。

液状またはスラリー状の固着抑制材を用いる場合には、その添加量（添加質量）は、粉状の炭素質物質より少なめでよい。なぜならば、液状またはスラリー状の固着抑制材を用いた場合、塊成化物の表面を被覆した液状炭素質物質が炉内で加熱・固化されて塊成化物の表面を固くして粉発生量自体を減少させるからである。

このようにして固着抑制材Ｑが添加された塊成化物Ｐは、装入装置３により炉床２上に載置される。この際、装入装置３により炉床２上に載置される際に塊成化物Ｐ同士や塊成化物Ｐと装入装置３のパイプ内壁との摩擦等により発生した粉（発生粉Ａ）が、固着抑制材Ｑと混ざり合った状態（混合物Ｍ）で塊成化物Ｐとともに炉床２上にばら撒かれる。

次に、図２を用いて説明を行う。そして、炉床２の回転とともに塊成化物Ｐが装入装置３から排出装置１３に向かって炉内を移動する間に、炉床２の上部の炉体１４に設置した複数のバーナ１１から燃料と酸素含有ガスを炉内に吹き込み、その吹き込んだ燃料、塊成化物Ｐ中の粉状炭素質物質から発生する可燃性揮発成分および粉状鉄酸化物が還元されて発生するＣＯガスを燃焼させ、炉内雰囲気温度を約１２００〜１５００℃として、前記炉床２上に載置した塊成化物Ｐを上部から輻射加熱する。

なお、バーナ１１用燃料としては、従来法と同様、天然ガス、コークス炉ガス、プロパンガス、ブタンガス等のガス燃料、重油等の液体燃料、または石炭等の固体燃料のいずれであっても差し支えなく、酸素含有ガスとしては、空気または酸素富化空気を用いるのがよい。

炉床に載置された塊成化物Ｐは、炉内を移動する間に炉床２上部からの輻射加熱で約１２００〜１４５０℃に加熱され、塊成化物Ｐ中の粉状鉄酸化物が粉状炭素質物質により還元されて金属化する。

その間、塊成化物Ｐの加熱時に発生する粉（発生粉Ｂ）や還元鉄Ｒの排出時に発生する粉（発生粉Ｃ）が、前記混合物Ｍ（発生粉Ａ＋固着抑制材Ｑ）上にさらに追加され（これを混合物Ｎとする）、この混合物Ｎのうち排出装置１３によって除去し切れなかった部分が炉床２上に長時間滞留し蓄積されて焼結・還元が進み、やがて固着物を形成する。

ここに、発生粉ＡおよびＢは、元々塊成化物から発生した粉であるので、これらの粉中の炭素質物質の量は、酸化鉄が金属鉄まで還元されるのにほぼ必要十分な量（またはやや過剰量）しか含有されていないため、これらの粉の還元が終了したとき炭素質物質はほとんど残らない。また、発生粉Ｃは還元鉄から発生したものであるので、これも炭素質物質をほとんど含まない。しかし、固着抑制材Ｑとして添加した炭素質物質または高融点物質が混合物Ｎ（発生粉Ａ＋発生粉Ｂ＋発生粉Ｃ＋固着抑制材Ｑ）中に存在するため、固着物中にも炭素質物質または高融点物質が散在して固着物の焼結反応を妨げ、固着物が緻密にならず、また大きな（広い）固着物にまで成長しない。また、液状又はスラリー状炭素質物質を用いた場合にも、これらの炭素質物質は炉内で加熱されて乾留反応により固体炭素となるので粉状炭素質物質と同様の効果を示す。なお、固着抑制材として添加した炭素質物質は、炉内において塊成化物の近傍に存在し、還元中に塊成化物から発生するＣＯリッチガスに覆われるので、バーナ排ガス中のＣＯ_２、Ｈ_２Ｏによるガス化反応が防止され、固体状態で存在し上記作用効果を奏するものである。

これに対して、従来法においては、固着物は、発生粉Ａ、ＢおよびＣだけから形成され、したがって固着物中には炭素質物質や高融点物質はほとんど存在せず、焼結を阻害する物質が存在しないので緻密で大きな（広い）固着物が生成してしまう。

還元が終了し金属化した塊成化物（還元鉄Ｒ）を、回転炉床炉１からの排出時および排出後のハンドリングに耐える機械的強度を発現させるために、排出装置１３の手前に設置した冷却器１２で１０００℃程度まで冷却する。冷却方法としては、Ｎ_２ 等の不活性ガスや天然ガス等の炭化水素ガスを還元鉄に直接吹き付ける方法や、水冷ジャケットで間接的に冷却する方法などの方法を採用すればよい。この際、固着物も同時に冷却される。

１０００℃程度に冷却した還元鉄Ｒを排出装置１３で炉外に排出する。排出装置１３としては、スクリュー方式はもちろんのこと、スクレーパー方式の排出装置などを採用してもよい。排出装置１３で還元鉄Ｒを炉外に掻き出す際に、同時に固着物に圧縮力を加えつつ掻くことによって、固着物中に散在する炭素質物質や高融点物質を起点に固着物に亀裂が発生し、この亀裂で区画された固着物の小片は炉床から容易に剥がされ、還元鉄Ｒとともに掻き出される。還元鉄Ｒとともに掻き出された固着物は、必要により、篩い分け等して取り除いてやればよい。あるいは、固着物は鉄分、炭素質物質、スラグ成分等で構成されているので、篩い分け等せずそのまま還元鉄原料の一部として用いてもよい。

固着抑制材として炭素質物質を添加した場合の固着物の生成状況を確認するため、以下の実験室実験を行った。

（実施例１）
発生粉を模擬するため、表１に化学成分を示した転炉ダスト８９質量部および無煙炭１１質量部の混合物をボールミルで全量が−２ｍｍとなるように粉砕したものを作製した。ついで、固着抑制材として上記の無煙炭のみを全量−２ｍｍに粉砕したものを作製し、発生粉と固着抑制材とが混合した状態を作り出すために、この固着抑制材を上記模擬発生粉１００質量部に対して、それぞれ、０（無添加）、５、７．５、１０質量部添加し混合した試料を準備した。

各試料を加圧力５Nで３０ｍｍ角×約８ｍｍ厚さにプレス成形し、これをN_２ガス雰囲気、１３００℃に制御した反応管内径６０ｍｍの横形電気炉に挿入し、３０ｍｉｎ間保持した後、Ｎ_２ガス雰囲気中で室温まで冷却して焼結体を作製した。

この焼結体の見掛け密度をＪＩＳ鉄鉱石ペレット−体積測定方法に基づいて測定した後、この焼結体の面の中央部にφ１０ｍｍのロッドで圧縮荷重を掛け、焼結体が破壊した際の最大荷重を圧縮強度とした。表２に焼結体の見掛け密度および圧縮強度を示す。

表２に示す結果より、固着抑制材（無煙炭）の添加量が０（無添加）〜５質量部まで（発生粉余剰Ｃ％：−２．８〜＋１．６質量％）は、焼結体の見掛け密度が２．３９ｇ／ｃｍ^３以上とかなり高く緻密な焼結体を形成していることを示し、圧縮強度も１８２０Ｎ以上と非常に高い値を示している。それでも、固着抑制材を添加しない実験Ｎｏ．１−１に比べ、固着抑制材を５質量部添加したものは、圧縮強度が２９７０Ｎから１８２０Ｎへ低下しており、固着抑制材添加効果が表れている。固着抑制材の添加量が７．５質量部以上になると、焼結体の見掛け密度が２．１４ｇ／ｃｍ^３以下へと大きく低下している。これは、密度の小さい固着抑制材（無煙炭）が焼結体中に存在していることを示し、圧縮強度も４２０Ｎ以下へと急激に低下することがわかった。

（実施例２）
実施例１と同じ模擬発生粉１００質量部に対して、実施例１と同じ固着抑制材（無煙炭）をそれぞれ、０（無添加）、５、１０、１５、２０、２５、３０質量部添加し混合した試料を準備した。発生粉余剰Ｃ％は、質量％で、それぞれ−２．８、＋１．６、＋６．０、＋１０．４、＋１４．８、＋１９．２、＋２３．６である。

各試料１０ｇを内寸３０ｍｍ幅×５５ｍｍ長さのアルミナ製トレー上にほぼ一定厚さに敷き、これをＮ_２ガス雰囲気、１３００℃に制御した反応管内径６０ｍｍの横形電気炉に挿入し、３０ｍｉｎ間保持した後、Ｎ_２ガス雰囲気中で室温まで冷却した。

上記実験後の各試料は、固着抑制材の添加量に関わらず一体化した塊状物となったが、その表面の状況は、固着抑制材無添加の場合、緻密であるのに対して、固着抑制材の添加量を増加するにしたがい、粗くなるのが観察された。

つぎに、固着の度合いを判断するため、上記塊状物の表面を手指でこすり、剥離する量を測定した。その結果を表３に示す。

表３に示すように、固着抑制材を無添加〜１０質量部添加したものでは、塊状物は強固な焼結体を形成しており手指ではほとんど剥離しなかったが、固着抑制材を５質量部添加したものでは、手指にても塊状物の表面から粒状物が一部剥離し始め、固着抑制材を１５質量部添加したものでは、塊状物の約半量が粒状物として分離でき、固着抑制材を２５質量部以上添加したものでは、塊状物の大半が粒状物として分離できた。

したがって、上記実施例１の結果から、粉状炭素質物質からなる固着抑制材を添加すれば固着物の圧縮強度が低下し、その添加量は、発生粉余剰Ｃ％が３．８質量％以上（発生粉１００質量部に対して７．５質量部以上）となるように調整することにより、固着物の圧縮強度が大幅に低下し、排出機での炉床からの分離・排出が容易となるので好ましいことが分かった。上記実施例２の結果から、発生粉余剰Ｃ％が１０．４質量％以上（発生粉１００質量部に対して１５質量部以上）となるように調整することにより、手指で容易に粒状に分離できる程度の強度となり排出機での炉床からの分離・排出がより容易となるのでさらに好ましいことが明らかとなった。

１…回転炉床炉、２…炉床、３…装入装置、
４…固着抑制材添加装置（切り出しホッパー）、
５…乾燥機、６…ベルトコンベア、７…受入れホッパー、
１１…バーナ、１２…冷却器、１３…排出装置、１４…炉体、
Ｐ…塊成化物（乾燥ペレット）、Ｑ…固着抑制材、Ｒ…還元鉄
ａ…液状またはスラリー状固着抑制材添加位置

Claims (8)

1. 粉状金属酸化物と粉状炭素質物質を含む塊成化物を加熱、還元して還元金属を製造する回転炉床式還元炉の操業方法であって、前記塊成化物を前記回転炉床式還元炉に装入するに際し、前記塊成化物に、予め固着抑制材を添加しておくこととし、この固着抑制材の添加量は還元金属を製造するに際して発生する−２ｍｍ粉１００質量部に対して５〜３０質量部であることを特徴とする回転炉床式還元炉の操業方法。
2. 前記固着抑制材は、炭素質物質を含むものである請求項１に記載の回転炉床式還元炉の操業方法。
3. 下式で定義される発生粉余剰Ｃ％が３．８質量％以上となるように、前記固着抑制材の添加量を調整することを特徴とする請求項２に記載の回転炉床式還元炉の操業方法。
   式 〔発生粉余剰Ｃ％〕＝〔前記塊成化物に含まれる炭素の質量％〕−〔前記塊成化物に含まれる、鉄および亜鉛と結合している酸素の質量％〕×１２／１６＋〔前記塊成化物装入質量に対する前記固着抑制材の添加質量の割合〕×〔前記固着抑制材に含まれる炭素の質量％〕。
4. 前記固着抑制材は、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃の何れか一以上の成分を主成分とする粉状物質からなるものである請求項１に記載の回転炉床式還元炉の操業方法。
5. 前記固着抑制材は、粉状炭素質物質と、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３の何れか一以上の成分を主成分とする粉状物質との混合物である請求項１に記載の回転炉床式還元炉の操業方法。
6. 前記固着抑制材に含まれるＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３の何れか一以上の成分を主成分とする粉状物質の粒度は粉状炭素質物質の粒度より粗いことを特徴とする請求項５に記載の回転炉床式還元炉の操業方法。
7. 前記固着抑制材は、液状炭素質物質又はスラリー状炭素質物質を含むものである請求項１に記載の回転炉床式還元炉の操業方法。
8. 前記固着抑制材は、さらにＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３の何れか一以上の成分を主成分とする粉状物質を含むものである請求項７に記載の回転炉床式還元炉の操業方法。

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