JPH046778B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

＜産業上の利用分野＞ 本発明は、金属酸化物を含有する粉状鉱石の流
動層還元方法に関し、特に微粉の鉱石を安定に流
動化せしめて効率良く還元する方法に関する。 ＜従来の技術＞ 地下資源としての鉄鉱石などの金属酸化物の採
取形態は塊状よりは粉状のものが大半であり、将
来さらに粉状鉱石が増大すると予想される。ま
た、現在、焼結鉱原料として使用されている粉鉱
石は平均粒子径が１mm前後のシンターフイード
（Sinter feed）が大半であるが、その供給量は次
第に減少し、今後、これよりも粒子径が小さい平
均粒径0.3mm以下で、しかも325メツシユ（0.044
mm）以下のものを少なからず含有するいわゆるペ
レツトフイード（Pellet feed）の供給量が増大
する傾向にある。また、原理的には還元されるべ
き鉱石の粒度は小さいぼど熱効率や、還元ガスの
利用効率は高い。そのため金属製錬の工程におい
て、このような粉状鉱石を直接使用することが原
料事情から余儀なくされつつある。一方、このよ
うな粉状鉱石を直接使用して金属を製錬すること
は省エネルギー、製造コストの面からは有利であ
る。従来、平均粒径が１mm前後のシンターフイー
ドの粉状鉱石を直接使用して製錬する技術として
は、例えば、流動層を用いて粉状鉱石を予備還元
し、その後この予備還元鉱を塊成化して電炉、転
炉、その他溶解炉で溶融還元する方法、あるいは
最近開発されつつある電力によらないフエロアロ
イ製造技術として、流動層予備還元炉と堅型溶融
還元炉を合わせ持つ装置を用い、粉状鉱石を予備
還元後、塊成化工程なしに直接フエロアロイを製
造する方法がある。ことに、特公昭59−18453に
開示されているような上、下２段の羽口を含有す
る堅型溶融還元炉に流動層予備還元炉で予備還元
した鉄鉱石を吹込んで溶融還元する場合、上、下
羽口間での溶融還元速度が未還元FeO濃度に影響
し、同一還元率の予備還元粉鉱石では粒子径が小
さいほど溶融還元速度が増し上、下羽口間の溶融
物中のFeO濃度は低くなり、炉壁耐火物との反応
性も低下し、炉壁耐火物の浸食が軽減できること
が期待される。 第３図は、試験的に製造した種々の粒径の予備
還元鉄鉱石を、堅型溶融還元炉に吹込んで溶融還
元を行つた場合の予備還元鉱粒子径と、上、下羽
口間の溶融物中FeO濃度の関係を示しており、同
一還元率のもとでは粒子径と、FeO濃度は正相関
関係にある。つまり、予備還元鉱の粒子径が小さ
いほど上、下羽口間のFeO濃度が低くなり、炉壁
耐火物の浸食が軽減できると同時に溶融還元炉内
での溶融反応も速くなり生産性も向上できる。 かかる観点からも、より粒径の小さい微粉鉱石
の使用できる流動還元方法の開発が望まれてい
る。 従来一般に鉱石の還元炉としての流動層に必要
な主な条件としては、下記の(1)〜(5)か考えられ
る。 (1) 必要な還元速度が得られる反応温度維持のた
めの熱供給が容易なこと。 (2) 局部加熱や高温域での予備還元鉱石の粘着に
よつて焼結が起り流動化が阻害されることがな
いこと。 (3) 均一かつ安定な流動化現象が得られること。 (4) 短い滞留時間でも必要な還元率が得られるこ
と。 (5) 粒子の流動層からの飛び出しによりダスト発
生が少ないこと。 このような考え方のもとに、シンターフイード
程度の粗粒子系の流動化条件は流動化ガスの流速
を流動化開始速度の２〜３倍に流速に設定して流
動化還元を施していた。 しかし、このような流動化条件で平均粒子径が
0.3mm以下で粉鉱石中の0.044mm以下のものを、か
なりの割合で含むペレツトフイードなどの微粉鉱
を流動層還元した場合、以下の問題があつた。即
ち、 (1) 微粉鉱の特性として粒子間の凝集力が強く粒
子と還元ガスの接触が悪く、流動化条件によつ
ては必ずしも必要な還元率が得られず、生産性
も向上しない。 (2) 流動層からの粒子の飛び出しが多くなり、し
かも例えば溶融還元炉から発生する流動化ガス
中のダストと合わせると多量のダストが発生
し、歩留りが著しく低下する。 (3) 粒子径が小さいため予備還元鉱の焼結が起こ
り易く流動化が阻害される。 ＜発明が解決しようとする問題点＞ 本発明はいわゆるペレツトフイードと称される
微粉鉱の流動層還元方法における(1)粒子間の凝集
による生産性の低下、(2)流動層からの飛び出しに
よる歩留の低下、(3)粒子の焼結による流動化の阻
害等の問題を解決し、原料事情を克服し、微粉鉱
石が本来有する熱効率、還元ガスの利用効率の高
い点を十分利用できる流動層還元方法を提供しよ
うとするものである。 ＜問題解決のための手段＞ 本発明は、平均粒径0.3mm以下の鉱石であつて、
かつ、粒径0.044mm以下の鉱石の含有率が10^wt％
以上である粉状鉱石を、流動層還元炉において流
動化しガス還元するに際し、該粉鉱石中の粒径
0.044mm以下の含有率Ｒ（^wt％）に応じて、流動槽
内の粒子層密度D_F（Kg／m³）を 20000・R^-1.4≦D_F≦7000・R^-0.67 の範囲に制御して還元することを特徴とする、粉
鉱石の流動層還元方法を提供するものである。 ＜作用＞ 第４図は本発明の実施にあたり好適に使用され
る流動層還元装置の概略図である。１は流動層還
元炉で粉鉱石はホツパー４に導入さえており、排
出装置５により、切り出してスクリユーフイーダ
ー６で流動層還元炉１に連続的に供給される。次
に流動化還元ガスは図示しない還元ガス供給設備
から、あるいは流動層還元炉を他の溶融還元炉に
予備還元鉱石を供給するための予備還元炉として
用いる場合は、溶融還元炉から排出される高温の
還元性排ガスをそのまま、または還元ガス温度調
整装置８で温度制御し、ダクト９を介して流動層
還元炉１に導入される。１０は流動化ガス量調節
装置で流動化ガス流速を制御するもので余分なガ
スは排ガスとして排出される。７は分散板であ
る。１４は差圧検出装置、１５は演算装置であ
り、差圧検出装置１４により検出した流動層の差
圧ΔPにもとづき演算装置１５により粒子層密度
D_Fを計算し、その信号にもとづいて、流動化ガ
ス量調節装置１０によつてD_Fが目的の値となる
ように流動化ガス量を調節する。 一方、流動層還元炉２から飛び出した粒子やダ
ストはサイクロン３で捕集され、循環用パイプ１
１を介して、連続的に流動層還元炉に戻され流動
層還元される。次に予備還元された鉱石は還元率
が所定値になつた時点で循環用パイプ１１の途中
から分岐する予備還元鉱排出パイプ１２を介して
予備還元鉱切り出し装置１３により切り出され
る。 粒子層密度D_F（Kg／m³）は流動化している流動
層内の装入物量（Kg）を内容積（m³）で除した値
であるが、マクロ的には流動層の差圧ΔP（Ｎ／
m²）と、差圧検出位置間の高さΔh（ｍ）と次式の
関係にあるので、差圧ΔPを検出することにより、
容易に知ることができる。但しｇは重力加速度
（ｍ／sec²）である。 D_F＝ΔP／（Δh・ｇ） 一方D_Fは、操業上、流動化ガス流速、鉱石の
供給速度、槽内の温度、槽内の圧力等に依存する
が、流動化ガス流速を調節して制御するのが最も
容易である。 粒子層密度D_Fが操業の安定性に寄与する理由
は、D_Fが過度に大きいと、鉱石の量に対し流動
化のガス量が過少であつて、流動化が悪く還元ガ
スとの接触効率も小さくなり、また粒子間の凝集
や焼結が生じ易いこと、また、D_Fが過度に小さ
いと、流動化ガスが過多になり、粒子の飛び出し
が多くなり還元ガスの利用率が結局小さくなり、
生産性が低下するものと考えられる。 次に１例として粒子径が0.3mm以下で0.044mm以
下の微粉鉱を約70％含む粉鉱石を用いて流動層内
の粒子層密度を流動化還元ガス流速を制御して変
化させた実験の結果を説明する。第２図に示すよ
うに流動層内の粒子層密度と予備還元鉱の生産性
の関係は粒子径0.044mm以下が70％の粉鉱石にお
いては粒子層密度が400Kg／m³以上では生産性は
小さくなり、一方、50〜400Kg／m³の間では、流
動化も良く、生産性は良いが、50Kg／m³以下にな
ると流動化即ち還元ガスとの接触効率は良いが、
粒子の飛び出しが多くなり、還元ガスの利用率が
小さくなり逆に生産性は小さくなつた。第２表に
は0.044mm以下が70％の粉鉱石の粒子層密度と各
特性を総合的に比較したものを示しており、粒子
層の密度が50〜400Kg／m³で最適となることを見
出した。

【表】 またさらに流動層内の適正な粒子層密度範囲は
粒度0.044mm以下の鉱石の含有率によつて変化す
る。第１図は0.044mm以下の含有率と適正な流動
層内の粒子層密度の関係を示しており、適正範囲
外の粒子層密度では、流動化不良や粒子の飛び出
しが増加し、ガス利用率も低下し本発明の対象と
する0.044mm以下の鉱石を10％以上含有する粉鉱
石の還元では図示の 20000・R^-1.4≦D_F≦7000・R^-0.67の範囲にD_Fを制
御しなければならない。一方、0.044mm以下の含
有率10％以下になると適正な粒子層密度は800〜
1500Kg／m³の範囲で一定となる。これは粒子径が
粗粒子系に近づいてきたためである。しかし、こ
れよりも微粉の多い0.044mm以下の微粉の含有率
Ｒが10％以上の範囲ではＲに応じて適正な流動層
内の粒子層密度が変化するという知見は、全く新
規なものである。 ＜実施例・比較例＞ 炉内径1.0ｍの流動層還元炉を用いて、平均粒
径0.3mm以下で0.044mm以下を66.3％含有する第１
表に示す粒度構成の微粉鉄鉱石を700〜800Kg／Ｈ
の速度で、また流動化送風ガスとして溶融還元炉
からの1000℃前後の排ガスを750〜800℃に制御し
て用い粒子層密度を(A)50Kg／m³、(B)200Kg／m³、
(C)1000Kg／m³の３水準に設定して生産性を比較し
た。

【表】

【表】 結果は、第３表に示すごとく粒子密度50（Kg／
m³）ではサイクロンからの飛び出しが大きく、ガ
スの利用率も小さいため生産性は十分ではなかつ
た。また、1000（Kg／m³）の場合には還元ガスの
利用率は良く、サイクロンからの飛び出しも小さ
いものの粒子間の粘着が多発し流動化が阻害され
て安定した還元を行わせることができず、生産性
はやはり十分ではなかつた。一方、本発明の適用
範囲内にある200Kg／m³の場合は粒子の粘着も少
なく、流動層を安定し、ガス利用率も良いため、
50（Kg／m³）、1000（Kg／m³）に比較し生産性で約
30％向上し、12ton／dayと良好な生産性が得ら
れた。 本実験例では鉄鉱石の例を示したが、Ni鉱石、
Cr鉱石、Mn鉱石等でも同様に本発明が適用でき
た。 ＜発明の効果＞ 本発明により、従来、流動層還元炉において使
用が困難であつた平均粒径0.3mm以下の粉鉱石で
あつて粒径0.044mm以下の粉鉱石を相当量含む粉
鉱石を安定して使用することが可能となり、結果
として、生産量の増大とエネルギー消費量の低減
をはかることができる。 さらには、流動層還元炉にて製造した予備還元
鉄鉱石を溶融還元炉に装入して溶融還元する場合
には、より粒径の小さい予備還元鉄鉱石の供給が
できることにより、溶融物中のFeO濃度が低下
し、溶融還元炉の炉壁耐火物の浸食が低減できる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は0.044mm以下の含有率と適正な粒子層
密度を示す図で、第２図は流動層内の粒子層密度
と生産性の関係を示す図で第３図は予備還元鉱粒
子径と上、下羽口間の溶融物中FeO濃度の関係を
示す図で、第４図は本発明による流動層予備還元
装置を示す図である。 １……流動層予備還元炉、３……サイクロン、
３……粉鉱石ホツパー、６……スクリユーフイー
ダ、７……分散板、８……還元ガス温度調節装
置、１０……流動化ガス量調節装置、１３……予
備還元鉱切出し装置、１４……差圧検出装置、１
５……演算装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平均粒径0.3mm以下の鉱石であつて、かつ、
   粒径0.044mm以下の鉱石を10^wt％以上含む粉状鉱
   石を流動層還元炉において流動化しガス還元する
   に際し、流動層の粒子層密度D_F（Kg／m³）を鉱石
   中の粒径0.044mm以下のものの含有率Ｒ（^wt％）に
   応じて下記式の範囲に制御して、還元することを
   特徴とする粉鉱石の流動層還元方法。 記 20000・R^-1.4≦D_F≦7000・R^-0.67