JP7035688B2

JP7035688B2 - 回転炉床炉を用いた還元鉄の製造方法及び回転炉床炉

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Publication number: JP7035688B2
Application number: JP2018056743A
Authority: JP
Inventors: 文彦石垣; 祐輝 ▲桑▼内; 亮司眞壁
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2038-03-23
Also published as: JP2018178253A

Description

この発明は、回転炉床炉を用いた還元鉄の製造方法、及び回転炉床炉に関し、詳しくは、塊成物の昇温を主な目的とする予熱工程の時間を短縮できるようにして、還元効率を高めて還元鉄を製造することができる還元鉄の製造方法、及びそれに用いる回転炉床炉に関する。

鉄鉱石等の酸化鉄含有物質（酸化鉄原料）に含まれる酸化鉄を還元して還元鉄を製造する方法として、石炭等の炭材（還元材）を酸化鉄原料と共に塊成物に含めて還元鉄を得るような還元鉄製造プロセスが注目されている。そのひとつに、環状の炉体内を回転する回転炉床を備えた回転炉床炉（RHF）により塊成物を加熱し、還元鉄を製造した後に炉外へ排出するというプロセスがある。

このプロセスは、製鉄ダスト等の酸化鉄原料と、粉状の石炭やコークス等の還元材とを混合し、ペレットやブリケットのような塊成物に成形して回転炉床に装入し、炉体内の加熱区間に設けられたバーナーの燃焼によるガス伝熱と輻射熱で加熱して還元鉄を製造するものである。そのため、現在広く用いられている高炉プロセスに比べて原料性状の制約が少なく、高炉プロセスで用いることの出来ない原料を使用することで、低コストでの鉄生産が可能になる。

このように回転炉床炉を用いて還元鉄を製造する場合、その製造能力、すなわち、単位時間あたりに原料中の酸化鉄が還元される量は、主として、回転炉床の炉床面積と炉温によって決定される。このうち、炉温については、既に、実操業では、設備制約等の観点で許容される範囲で可能な限り高くしている。一方で、炉床面積を改めて拡張するのは容易でなく、仮に回転炉床上での装入量を増やすために敷き詰める塊成物の層数を多くしようとすると、表層側の塊成物に比べて下層側の塊成物の加熱が不十分となって、かえって還元効率が低下してしまう。

ここで、還元鉄製造原料である塊成物は一般に多孔質体であり、塊成物内の伝導伝熱は極めて遅い。また、この還元鉄製造の反応系においては、還元に係わる一酸化炭素（CO）は、塊成物に含まれる炭材中の炭素（C）と気孔内に存在する二酸化炭素（CO₂）とが反応して生成するが、この一酸化炭素生成反応（ブードア反応：C＋CO_２⇔2CO）が吸熱反応であるため、還元反応を進行させるためには、反応熱を補償する熱量を塊成物の外部から供給し続ける必要がある。ところが、回転炉床炉での塊成物の還元反応は、炉からの輻射による入熱が塊成物内部へ伝わり、その入熱量を駆動力に反応が進むものであり、これには比較的大きな入熱を要する。また、炉の後段では金属化率が少なくとも６０％程度に達しており、塊成物はより多孔性の構造になり、その結果、気孔中のガスによって伝導伝熱が阻害され、外から熱を十分に与えても中心まで熱が伝わり難い構造となる。そのため、塊成物内部の還元を促進させるためには多量の熱を必要とし、このような塊成物の還元反応は、塊成物の伝熱が反応を律速していると考えられている。

そこで、例えば、塊成物に含まれる炭材から発生したＣＯガスを可燃性揮発成分として有効利用することを目的に、炉体内に燃焼用空気（二次空気、二次燃焼空気等と呼ばれる）を吹き込んで燃焼させ、炉体内の雰囲気温度を上げて伝熱を高める方法が用いられている（特許文献１、非特許文献１参照）。しかしながら、得られる還元鉄の金属化率を思うように高めることはできていない。

一方で、バーナーの輻射熱による加熱とは別に、炉体に設けられたマイクロ波発振装置により特定のマイクロ波出力を有するマイクロ波を照射して、塊成物を加熱する方法が提案されている（特許文献２参照）。この方法によれば、回転炉床に装入された塊成物全体に対して均一な加熱が行われるようになり、加熱むらが抑制されて還元効率を向上させることができる。しかしながら、この方法では、高い設備費を要すると共に、製造コストが増大してしまう問題がある。

また、回転炉床炉で製造された還元鉄を引き続きロータリーキルン式の還元炉で還元することで、還元鉄の金属化率を高める方法が提案されている（特許文献３参照）。上述したように、還元鉄製造原料である塊成物は多孔質体であり、しかも、回転炉床炉での加熱の最終段階においては更に気孔率が大きくなってしまうことから、回転炉床炉による加熱には限界があるとして、この方法では、回転炉床炉による還元とロータリーキルンによる還元との２段階の還元ステップを通じて、還元効率を高めるようにしている。しかしながら、回転炉床炉のみで還元鉄を製造する場合に比べて工程数が増え、コストも嵩んでしまう。

特開２００１－２８８５０４号公報（段落0021）特開２０１２－８２４９５号公報（請求項1）特許第５８２５４５９号（請求項1）

立石雅孝、原田孝夫、八十格、多田俊哉、「還元鉄プロセスにおけるＣＦＤモデリング」、神戸製鋼技報、Ｖｏｌ．６０Ｎｏ．１（2010年4月）、ｐ４３－４９

回転炉床炉を用いた還元鉄の製造は、製鉄所で発生する鉄分含有ダスト等を有効に利用する環境調和型プロセスであると言える。特に、近年では、ゼロエミッションの推進を目的として、製鉄ダストやスラッジといった製鉄プロセスで発生する副産物の再資源化だけでなく、粉状の鉄鉱石といった劣質鉱石や劣質石炭のような劣質原料が還元鉄の製造に用いられるようになっており、劣質鉱石はダストに比べて還元性に劣るため、回転炉床炉の製造能力を更に高める必要がある。

しかしながら、上述したとおり、実操業での回転炉床炉の炉温は許容される範囲で最大に高められており、また、二次空気を吹き込んで可燃性揮発成分（CO）を燃焼させることも行われているが、これらよりも更に加熱条件を改善するのは難しい状況にある。一方で、マイクロ波照射による加熱や、ロータリーキルンを組み合わせた方法等も検討されているが、コスト性や作業効率等の問題を解消する必要がある。

そこで、本発明者らは、回転炉床炉によってコストを抑えながら効率的に還元鉄を製造することができる方法について種々の検討を重ねた結果、驚くべきことには、回転炉床炉の炉体内での塊成物の昇温を主な目的とする予熱工程において、輻射熱による加熱ではなく、バーナーの燃焼炎を塊成物に接触させて加熱することで、従来に比べて予熱工程の時間が短縮できるようになり、還元効率を高めて還元鉄を製造することができることを見出し、本発明を完成した。

したがって、本発明の目的は、回転炉床炉を用いて、コスト性に優れながら効率良く還元鉄を製造することができる還元鉄の製造方法を提供することにある。

また、本発明の別の目的は、還元効率を高めて還元鉄を製造することができる回転炉床炉を提供することにある。

すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）環状の炉体内を回転する回転炉床に酸化鉄原料と還元材とを混合して成形した塊成物を装入し、炉体に備え付けられたバーナーにより塊成物を加熱する回転炉床炉を用いた還元鉄の製造方法であって、
塊成物を昇温する予熱工程と、塊成物を還元する還元工程とを有して、前記予熱工程では、バーナーの燃焼による燃焼炎を回転炉床上に装入された塊成物からなる塊成物装入層の表面に接触させて加熱することを特徴とする回転炉床炉を用いた還元鉄の製造方法。
（２）予熱工程では、バーナーの燃焼炎を接触させた塊成物の中心温度が８００℃に到達するまで加熱する（１）に記載の回転炉床炉を用いた還元鉄の製造方法。
（３）塊成物の水分含有量が８質量％以下である（１）又は（２）に記載の回転炉床炉を用いた還元鉄の製造方法。
（４）予熱工程と還元工程とを比較して、予熱工程に要する時間が還元工程に要する時間に比べて短い（１）～（３）のいずれかに記載の回転炉床炉を用いた還元鉄の製造方法。
（５）環状の炉体内を回転する回転炉床に酸化鉄原料と還元材とを混合して成形した塊成物を装入し、炉体に備え付けられたバーナーにより塊成物を加熱して還元鉄を製造する回転炉床炉であって、
バーナーの燃焼による燃焼炎を回転炉床上に装入された塊成物からなる塊成物装入層の表面に接触させて加熱する第１のバーナーと、バーナーの燃焼による燃焼炎を塊成物に接触させずに輻射熱で加熱する第２のバーナーとを備えて、炉体内を周方向に沿って移動する回転炉床の移動方向に対して、第１のバーナーは前半側に配置され、第２のバーナーは後半側に配置されていることを特徴とする回転炉床炉。
（６）前記第１のバーナーは、環状の炉体を形成する内周壁と外周壁の両側壁に対向して設けられた一対の蓄熱式バーナーが炉体周方向に複数配列してなり、該蓄熱式バーナーが、燃料を噴出する燃料噴射口と、対向する蓄熱式バーナーの燃料噴射口から噴出された燃焼排ガスを吸引する排ガス吸引口と、吸引した燃焼排ガスにより加熱される蓄熱体とを有して、前記燃料噴射口は両側壁の上部に位置し、前記排ガス吸引口は両側壁の下部における塊成物装入層の表面と略同じ高さに位置して、塊成物装入層の表面に燃焼炎が接触するように、燃料噴射口から排ガス吸引口への排ガスの流れに沿って燃焼炎が形成される（５）に記載の回転炉床炉。

本発明によれば、回転炉床炉によってコストを抑えながら効率的に還元鉄を製造することができるようになる。

図１は、本発明の回転炉床炉を周方向に沿って展開した模式説明図である。図２は、図１における予熱区域の一部を拡大したものであり、予熱工程において、回転炉床上の装入層の表面にバーナーの燃焼炎を接触させた状態を模式的に示した説明図である。図３は、炉体の予熱区域に設置されるバーナー9aの一部の様子を模式的に示した平面説明図である。図４は、炉体の予熱区域に設置されるバーナー9aの他の例を模式的に示した断面説明図（図７のＸ－Ｘ断面）である。図５は、炉体の予熱区域に設置されるバーナー9aの他の例を模式的に示した断面説明図（図７のＸ－Ｘ断面）である。図６は、実験例で使用した実験装置の模式説明図である。図７は、回転炉床炉の外観を模式的に示した説明図である。図８は、従来の回転炉床炉を周方向に沿って展開した模式説明図である。

以下、本発明について詳しく説明する。
本発明は、環状の炉体内を回転する回転炉床に酸化鉄原料と還元材とを混合して成形した塊成物を装入し、炉体に備え付けられたバーナーにより塊成物を加熱する回転炉床炉を用いた還元鉄の製造方法に関し、塊成物の昇温を主な目的とする予熱工程において、バーナーの燃焼による燃焼炎（フレーム）を回転炉床上に装入された塊成物からなる塊成物装入層の表面に接触させて加熱することを特徴とするものである。

先ず、回転炉床炉を用いた、一般的な還元鉄の製造について説明すると、回転炉床炉内では、主に下記式（１）、（２）のような反応が繰り返されることで酸化鉄原料が還元される。
Ｆｅ_２Ｏ_３＋３ＣＯ → ２Ｆｅ＋３ＣＯ_２ ……（１）
ＣＯ_２＋Ｃ → ２ＣＯ … …（２）
すなわち、反応式（２）で示されるように、塊成物に含まれる石炭等の還元材がガス化してＣＯ_２を発生し、これが還元材中のＣと反応してＣＯを生成する。このガス化は８００℃程度で起こり、高い温度が必要となることから、還元鉄の反応が伝熱律速と言われる所以でもある。そして、反応式（１）で示したように、このＣＯが塊成物中の酸化鉄原料を還元して、還元鉄が得られる。その際、還元鉄の生成と共に発生するＣＯ_２の一部は反応式（２）で利用される。

このような反応を行うにあたり、例えば、予め、製鉄ダスト等の酸化鉄原料と、粉状の石炭やコークス等の還元材とを所定の配合比で配合し、ボールミル等の粉砕機で所定の粒径まで粉砕して、更に混練機等を用いて混練する。その際、水分量を調整する調湿処理等を施して、得られた混練物をパンペレタイザー（皿型造粒機）、ダブルロール圧縮機（ブリケット製造機）、押し出し成形機等によりペレットやブリケット等に成形し、その後、乾燥機により乾燥して、水分含有量が８％以下の塊成物を製造する。

得られた塊成物は、図７に示したような回転炉床炉１に塊成物を装入して加熱する。この回転炉床炉１は、環状の炉体内を同心円で回転する回転炉床を有しており、回転炉床上に装入された塊成物が炉体内を周方向に沿って移動する過程で加熱され、還元されて還元鉄となり、炉体から取り出される。

図８には、従来の回転炉床炉１を周方向に沿って展開した模式説明図が示されている。炉体２に設けられた装入口４から回転炉床３上に装入された塊成物５は、レベラー６により平坦にならされて塊成物の装入層（塊成物装入層）７が形成され、回転炉床３の回転に伴って炉体２内を移動していく。その間、塊成物５は、炉体２の炉壁である両側壁（内周壁、外周壁）や炉上に設けられたバーナー１９によって生じた高温燃焼ガスの輻射熱により加熱され、塊成物５中の還元材により酸化鉄原料が還元される。還元された酸化鉄原料である還元鉄は、高温の状態で排出スクリュー８によって払出し口１１から払い出される。一般に、炉体２内を回転炉床３が約１０分から２０分程度かけて１回転することで、還元反応は終了する。また、炉体２内で発生する排ガスは、炉体２に設けられた排気口１２から排気して炉圧の上昇を防ぐようにしており、これにより、環状の炉体２内には排気口１２に向けた対向流が形成される。

ここで、回転炉床３上の塊成物５が炉体２内を一周するにあたり、いくつかの加熱区間ごとに炉体２内の温度が制御されて塊成物５の温度が段階的に高められ、最終的には約１１００℃程度になるまで加熱される。その際、塊成物５が回転炉床３に装入されてから急激に加熱すると、塊成物５に含まれた水分によって爆裂するおそれがあることから、従来の回転炉床炉１では、塊成物５の温度が徐々に高めた後に、還元反応が進むようにしている。例えば、炉体２内を大きく２つに分けると、回転炉床３上の塊成物５の昇温を主な目的とする予熱区域（予熱ゾーン）と、回転炉床３上の塊成物５の還元を主な目的とする還元区域（還元ゾーン）とに区分けすることができる。すなわち、塊成物に含まれる還元材がガス化して酸化鉄原料の還元がはじまる前の予熱区域では、回転炉床３上に装入された塊成物５が、環状の炉体２を形成する内周壁と外周壁に設けられたバーナー19aの燃焼による輻射熱によって８００℃程度まで加熱されるようにする。また、還元区域では、十分に還元反応が促進されるようにするために、バーナー19bの燃焼による輻射熱に加えて、バーナー19bの下方に設けられた空気吹出し口１０から二次空気を吹き出して、塊成物に含まれる還元材から発生したＣＯガスを燃焼させることで、炉体２内の雰囲気温度を更に高めることが行われている。

このように、従来の回転炉床炉では、予熱区域と還元区域とが炉体内でおよそ半分ずつを占めており、塊成物を昇温する予熱工程と塊成物の還元反応を進める還元工程に要する時間がほぼ同程度である。これに対し、本発明では、塊成物を昇温する予熱工程において、バーナーの燃焼による燃焼炎を塊成物装入層の表面に接触させて加熱する。このようにバーナーの燃焼炎で塊成物を直接加熱した場合でも、塊成物の水分含有量が８質量％以下であれば、従来考えられていたような爆裂は生じないことを確認している。また、先の反応式（１）、（２）で示したような塊成物の還元反応が進行するのは、塊成物の温度が８００℃程度まで加熱された以降であるため、予熱工程では加熱時における雰囲気の影響を特段考慮しなくてもよい。すなわち、予熱工程を本発明のようにすることで、従来に比べて予熱時間を短くでき、これによって還元区域が延長されて、塊成物の還元反応を進める還元工程の時間を長く確保できる分、還元効率を高めることができる。

図１には、本発明に係る回転炉床炉１の一例が示されており、予熱区域で行われる予熱工程では、バーナー9aの燃焼による燃焼炎が回転炉床３上に装入された塊成物５からなる塊成物装入層７の表面7aに接触するようにして塊成物５を加熱しており、還元区域で行われる還元工程では、従来と同様、バーナー9bの燃焼による輻射熱によって塊成物５を加熱する。すなわち、バーナーの燃焼による燃焼炎を回転炉床上に装入された塊成物装入層の表面に接触させて加熱する複数のバーナー9a（第１のバーナー）は、炉体２内を周方向に沿って移動する回転炉床３の移動方向に対して前半側に配置され、バーナーの燃焼による燃焼炎を塊成物に接触させずに輻射熱で加熱する複数のバーナー9b（第２のバーナー）が、その後半側に配置されることになる。

ちなみに、還元工程において、本発明での予熱工程のように、バーナー9bの燃焼炎が塊成物５に触れるように近づけると、還元鉄が再酸化してしまうおそれがある。また、この図１では、還元区域に比べて予熱区域の長さを短くして表しているが、塊成物５の原料の種類や還元鉄の製造条件等によって変わることがあり、これに限られるものではない。更には、上述したように、本発明によれば、従来よりも予熱工程の時間を短くすることができ、相対的に還元工程の時間を長く確保することができるようになることから、好適には、予熱工程に要する時間が還元工程に要する時間に比べて短くすることも可能であるが、この点についてもこれに限られるものではない。

また、図２には、予熱工程において、回転炉床３上の塊成物装入層７の表面7aにバーナー9aの燃焼炎１３を接触させた状態が示されている。このように、塊成物装入層７の最上層にあたる塊成物５にバーナー9aの燃焼炎１３を接触させることで、それより下層にあって燃焼炎１３が触れない塊成物５が存在しても、最上層の塊成物５からの伝熱やバーナー9aの燃焼による炉体２からの輻射熱によって加熱が行われる。

本発明では、予熱工程において、回転炉床３上の塊成物装入層７の表面7a全体に燃焼炎１３が接触するようにするのがよく、加えて、図３に示したように、炉体２の周方向に沿って内周壁2aと外周壁2bにバーナー9aを千鳥状に交互に配置して、炉体２内を移動する回転炉床３上の塊成物装入層７の表面7aに燃焼炎１３が連続して接触することができるようにするのがよい。

予熱工程で用いるバーナー9aについては特に制限はなく、公知の回転炉床炉で使用されるものと同様のものを用いることができ、例えば、炉体２内に燃焼炎を噴き出すいわゆる直火型のバーナーを使用することができるが、好ましくは、燃焼炎が広い範囲に拡がる広角バーナーであるのがよい。また、これらのバーナー9aを炉体２に設置する場所についても特に制限はなく、回転炉床３上の塊成物装入層７の表面7aに燃焼炎１３が接触できるようにすればよく、上記のように環状の炉体２を形成する炉壁である内周壁2aや外周壁2bの両側壁のほかに、天井面に設置することもできる。更には、例えば、図４に示したように、炉体２の内壁面2aや外壁面2bに取り付けたバーナー9aを傾斜させて、塊成物装入層７の上方からその表面7aに対して燃焼炎１３を接触させるようにしてもよい。

図５には、予熱工程で用いられるバーナー（第１のバーナー）9aの好適な例が示されている。すなわち、図５は、環状の炉体２を形成する内周壁2aと外周壁2bの両側壁に対向して設けられた一対の蓄熱式バーナー２０を用いた例であり、このような一対の蓄熱式バーナー２０が炉体周方向に複数配列される。ここで、蓄熱式バーナー２０は、燃料ノズル２４から供給された燃料を噴出する燃料噴射口２１と、対向する蓄熱式バーナー２０の燃料噴射口２１から噴出される燃焼排ガスを吸引する排ガス吸引口２２と、吸引した燃焼排ガスにより加熱される蓄熱体２３とを有しており、燃料噴射口２１は、それぞれ両側壁の上部に位置し、また、排ガス吸引口２２は、それぞれ両側壁の下部における塊成物装入層の表面7aと略同じ高さに位置する。

このような蓄熱式バーナー２０では、対向する蓄熱式バーナー２０を交互に燃焼させ、燃焼させていない蓄熱式バーナー２０の排ガス吸引口２２により燃焼排ガスを吸引する。そのため、燃料噴射口２１から噴出された燃料の燃焼炎は、炉体内で比較的薄く燃え広がり易い。特に、排ガス吸引口２２を塊成物装入層の表面7aと略同じ高さに位置させることで、燃焼排ガスの流れに沿って燃焼炎を塊成物装入層７の表面7aに接触させることができる。すなわち、燃料噴射口から排ガス吸引口への排ガスの流れに沿って燃料が燃焼して、塊成物装入層の表面に燃焼炎が接触するようになる。なお、この蓄熱式バーナー２０によれば、燃料排ガスによって加熱された蓄熱体２３に対して燃料用空気を通過させることで、燃料排気ガスのエネルギーを回収しながら、高い効率で第１のバーナーを燃焼させることができる点でも有利である。

本発明では、予熱工程において、バーナーの燃焼炎を接触させた塊成物の中心温度が８００℃に到達するまで加熱し、引き続き、還元工程において塊成物の還元反応を進めるようにするのがよい。予熱工程で塊成物の温度を８００℃程度まで加熱するのは従来においても同様であるが、本発明のように、バーナーの燃焼による燃焼炎を回転炉床上に装入された塊成物装入層の表面に接触させて加熱することで、バーナーの燃焼炎を接触させずに輻射熱のみで回転炉床上の塊成物を８００℃程度まで加熱する従来法に比べて、予熱工程の時間を３割程度短縮することができる。

また、本発明においては、回転炉床炉の構造や還元鉄製造原料として用いる塊成物など、上記で説明した以外では公知のものと同様にすることができる。回転炉床炉に装入する塊成物の水分含有量についても従来と同様にすることができるが、本発明においては、塊成物の水分含有量が８質量％以下となるようにするのがよい。この水分含有量はできるだけ少ない方が望ましいが、乾燥処理の手間等を考えると実質的には２質量％以上８質量％以下程度であればよい。そして、本発明によって得られた還元後の塊成物（還元鉄）は、例えば、電気炉製鋼での主原料やスクラップ溶解時の希釈用鉄源として用いたり、或いは高炉で再利用したりするなど、従来と同様に有効に利用することができる。

以下、実験例に基づいて本発明を説明するが、本発明はこれらの内容に制限されるものではない。

（実験例１）
酸化鉄原料である製鉄ダスト７９質量％と、還元材である石炭２０質量％とを、バインダーであるベントナイト１質量％と共に混合し、適量の水分を添加した混合物を製造した。その後、この混合物を混練した後にブリケットマシンに装入し、平均径６０ｍｍ×厚み３０ｍｍの生ブリケットを製造した。製造した生ブリケットは、乾燥機を用いて水分を除去し、水分含有率が３質量％の乾燥ブリケット（塊成物）を実験Ｎｏ．１～３の実験ごとにそれぞれ所定量を用意した。この乾燥ブリケットの成分を分析した結果を表１に示す。なお、表１中の金属化率は、Ｍ.Ｆｅ（メタル鉄）の質量割合とＴ.Ｆｅ（トータル鉄）の質量割合から、（Ｍ.Ｆｅ／Ｔ.Ｆｅ）×１００より算出したものである。

この実験例１では、次のような実験装置を準備した。すなわち、図６に示したように、上記で得られた乾燥ブリケット５を幅１５０ｍｍ×奥行１５０ｍｍ×高さ９０ｍｍの耐火物容器１４に入れた。その際、先ずは、２０個の乾燥ブリケット５を互いに隙間が空かないようにしながら、耐火物容器１４の底面を全て覆い尽くすようにして敷き詰め、次いで、その上に２０個の乾燥ブリケット５を同じく互いに隙間が空かないようにしながら、下層の乾燥ブリケット５を覆い尽くすようにして並べて、更にその上に２０個の乾燥ブリケット５を同様にして並べて、乾燥ブリケット５がその厚み方向に３層積層されるようにして、高さおよそ８０ｍｍのブリケット装入層７を形成した。

上記のようにして乾燥ブリケット５を入れた耐火物容器１４は、耐火物からなる台座１６の上に載せて、実験炉１５に設置されるようにした。この実験炉１５は、幅２０００ｍｍ×奥行２０００ｍｍ×高さ３０００ｍｍの炉内サイズを有しており、左右両側の炉壁にバーナー９を備えている。耐火物容器１４を実験炉１５に設置する際には、バーナー９の燃焼炎１３と耐火物容器１４内に形成したブリケット装入層７の表面との距離が５００ｍｍとなるようにした。

そして、先ず、実験Ｎｏ．１として、ＬＰＧを燃料としてバーナー９を燃焼させて炉内雰囲気温度を１２００℃にした実験炉１５に耐火物容器１４を設置し、実験炉１５を大気雰囲気のまま蓋を閉じて、１７分間加熱する加熱実験を行った。加熱終了後は、実験炉１５内が室温になるまで放冷し、取り出した加熱後のブリケットの還元状態を評価した。なお、実験炉１５には図示外の排気口が設けられており、炉圧の上昇を防ぐようにしている。また、実験炉１５内の温度をそれぞれの設定温度（炉温）にする際には、昇温速度１０００℃／時で昇温した。

還元状態の評価にあたっては、加熱後のブリケット中に含有するＭ.Ｆｅ（メタル鉄）、及びＴ.Ｆｅ（トータル鉄）の質量割合を化学形態分析により同定し、先に示した式より金属化率を求めるようにし、ブリケット装入層７の上下各層（１層目～３層目）からそれぞれ３個の加熱後ブリケットの金属化率を求めて、平均値を算出した。

また、実験Ｎｏ．２では、乾燥ブリケット５の入った耐火物容器１４を実験炉１５に設置する前に、アセチレンバーナーの燃焼炎をブリケット装入層７の表面に接触させてブリケット５を直接加熱した。その際、ブリケット装入層７の表面にあるブリケット５のひとつに下方側から熱電対を挿入し、測温しながらアセチレンバーナーで加熱したところ、加熱時間４分でブリケット５の中心温度が８００℃に到達したため、予めＬＰＧを燃料としてバーナー９を燃焼させて炉内雰囲気温度を１２００℃にした実験炉１５に耐火物容器１４ごと実験Ｎｏ．１と同様に実験炉１５に設置し、引き続き１３分間加熱する加熱実験を行った。加熱終了後は実験Ｎｏ．１と同様にして取り出して、加熱後のブリケットの還元状態を評価した。

更に、実験Ｎｏ．３では、実験Ｎｏ．２で行ったアセチレンバーナーによるブリケット５の直接加熱を１７分間行い、実験炉１５には装入せずに放冷して、実験Ｎｏ．１と同様にして加熱後のブリケットの還元状態を評価した。
これら実験Ｎｏ．１～３の結果をまとめて表２に示す。

表２に示したとおり、実験Ｎｏ．１のようなバーナーの輻射熱による加熱（実験炉加熱）のみで１７分間加熱した場合では金属化率が７８％であるのに対し、実験Ｎｏ．２のように、バーナーで４分間直火加熱を行った上で、バーナーの輻射熱による加熱を１３分行った場合には金属化率が６％上昇した。これは、トータルの加熱時間は同じであっても（17分間）、予めバーナーの燃焼炎で直接ブリケットを８００℃まで加熱したことで、実験炉での加熱が専ら還元反応に利用できたことで、還元効率が上がったものと推察される。一方、実験Ｎｏ．３のように、全加熱時間をバーナーの直火によるものとした場合には、金属化率が最も劣る結果であった。これは、一旦得られた還元鉄が再酸化してしまったためと考えられる。

以上の結果から分かるように、回転炉床炉の炉体内での塊成物の昇温を主な目的とする予熱工程において、輻射熱による加熱ではなく、バーナーの燃焼炎を塊成物に接触させて加熱することで、従来に比べて予熱工程の時間が短縮できるようになり、コストを抑えながら効率的に還元鉄を製造することが可能になる。

１：回転炉床炉、２：炉体、３：回転炉床、４：装入口、５：塊成物、６：レベラー、７：装入層、８：排出スクリュー、９：バーナー、9a：予熱区域バーナー（第１のバーナー）、9b：還元区域バーナー（第２のバーナー）、１０：空気吹出し口、１１：払出し口、１２：排気口、１３：燃焼炎（フレーム）、１４：耐火物容器、１５：実験炉、１６：耐火物製台座、１９：バーナー、２０：蓄熱式バーナー、２１：燃料噴射口、２２：排ガス吸引口、２３：蓄熱体、２４：燃料ノズル２４。

Claims

環状の炉体内を回転する回転炉床に酸化鉄原料と還元材とを混合して成形した塊成物を装入し、炉体に備え付けられたバーナーにより塊成物を加熱する回転炉床炉を用いた還元鉄の製造方法であって、
塊成物の水分含有量は８質量％以下であり、塊成物を昇温する予熱工程と、塊成物を還元する還元工程とを有して、前記予熱工程では、バーナーの燃焼による燃焼炎を回転炉床上に装入された塊成物からなる塊成物装入層の表面に接触させて加熱することを特徴とする回転炉床炉を用いた還元鉄の製造方法。
予熱工程では、バーナーの燃焼炎を接触させた塊成物の中心温度が８００℃に到達するまで加熱する請求項１に記載の回転炉床炉を用いた還元鉄の製造方法。
塊成物の水分含有量が８質量％以下である請求項１又は２に記載の回転炉床炉を用いた還元鉄の製造方法。
予熱工程と還元工程とを比較して、予熱工程に要する時間が還元工程に要する時間に比べて短い請求項１～３のいずれかに記載の回転炉床炉を用いた還元鉄の製造方法。
環状の炉体内を回転する回転炉床に酸化鉄原料と還元材とを混合して成形した塊成物を装入し、炉体に備え付けられたバーナーにより塊成物を加熱して還元鉄を製造する回転炉床炉であって、
塊成物の水分含有量は８質量％以下であり、バーナーの燃焼による燃焼炎を回転炉床上に装入された塊成物からなる塊成物装入層の表面に接触させて加熱する第１のバーナーと、バーナーの燃焼による燃焼炎を塊成物に接触させずに輻射熱で加熱する第２のバーナーとを備えて、炉体内を周方向に沿って移動する回転炉床の移動方向に対して、第１のバーナーは前半側に配置され、第２のバーナーは後半側に配置されていることを特徴とする回転炉床炉。
前記第１のバーナーは、環状の炉体を形成する内周壁と外周壁の両側壁に対向して設けられた一対の蓄熱式バーナーが炉体周方向に複数配列してなり、該蓄熱式バーナーが、燃料を噴出する燃料噴射口と、対向する蓄熱式バーナーの燃料噴射口から噴出された燃焼排ガスを吸引する排ガス吸引口と、吸引した燃焼排ガスにより加熱される蓄熱体とを有して、前記燃料噴射口は両側壁の上部に位置し、前記排ガス吸引口は両側壁の下部における塊成物装入層の表面と略同じ高さに位置して、対向する蓄熱式バーナーを交互に燃焼させ、燃焼させていない蓄熱式バーナーの排ガス吸引口により燃焼排ガスを吸引することで、塊成物装入層の表面に燃焼炎が接触するように、燃料噴射口から排ガス吸引口への排ガスの流れに沿って燃焼炎が形成される請求項５に記載の回転炉床炉。