JPH10168508A

JPH10168508A - 溶銑製造方法

Info

Publication number: JPH10168508A
Application number: JP32995096A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kamei; 康夫亀井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-12-10
Filing date: 1996-12-10
Publication date: 1998-06-23
Anticipated expiration: 2016-12-10
Also published as: JP3379360B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】粉状酸化鉄を効率よく、還元、溶解して溶銑を
製造する方法を提供する。【解決手段】混合工程：粉状酸化鉄と粉状固体還元剤を
混合し、得られた混合物を塊成化することなく粉状のま
まで加熱された回転炉２０に装入する。予備還元工程：炉内へ燃料と酸素含有ガスを吹き込ん
で、この燃料と、固体還元剤から発生する揮発分（Ｖ
Ｍ）と、酸化鉄が還元されて発生するＣＯガスとを燃焼
して、炉内の温度が１１００℃以上で、粉状酸化鉄を還
元する。還元・溶融工程：炉内に炭材の充填層を有し、炉上部か
ら塊粒状の炭材を装入、炉下部に設置された羽口より酸
素含有ガスを吹き込んで羽口前の炭材を燃焼させて高温
の還元ガスを発生させる竪型炉６０を使用し、前記の還
元鉄を高温状態でこの竪型炉上部から装入し、溶銑を製
造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉状の酸化鉄、例
えば鉄鉱石、製鉄所発生の鉄分を含むダスト、スラッ
ジ、スケール等 (以下、粉状酸化鉄と総称する) と、粉
状の固体還元剤、例えば石炭、木炭、石油コークス、コ
ークス等 (以下、粉状固体還元剤と総称する) を混合
し、塊成化することなく粉状のままで加熱された炉に装
入し、高温還元して還元鉄を製造し、炉上部から炭材を
装入し羽口から酸素含有ガスを吹き込む、炉内に炭材の
充填層を有する精錬炉へ、前記の還元鉄を高温状態で炉
上部から装入し、炉内でその還元鉄を還元、溶解して溶
銑を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶銑は主に高炉法により製造され
てきた。高炉法は塊状のコークスと塊状の鉄原料を炉上
部から装入し、炉下部に設置された羽口から熱風を吹き
込んでコークスを燃焼して高温の還元ガスを生成し、酸
化鉄を還元し、溶解するプロセスである。

【０００３】最近においては、シャフト還元炉で塊状の
鉄原料を還元して還元鉄を製造し、この還元鉄を高温状
態で炉上部から炭材流動層型溶解炉へ装入して還元と溶
解を行い、溶銑を製造する方法が開発され、すでに商業
装置が設置されている。また、粉鉄鉱石から直接に溶銑
を製造する方法としても、種々の方法が開発されてい
る。例えば、特公平３−60883 号公報には次のような方
法が開示されている。

【０００４】すなわち、微粉鉄鉱石と微粒炭素質材とを
団塊状に成形し、この成形体を予備還元炉としての回転
炉床炉で予備還元し、少なくとも1000℃以上の温度で、
炉から排出する。一方、炉内に溶融金属浴を有し、微粉
炭素質材料を浴表面下に導入するとともに炉内に酸素を
吹き込む製錬炉を用意し、この製錬炉へ、前述の還元鉄
を装入し、還元と溶解を行う。このとき製錬炉の排ガス
を回収して前記の成形体の予備還元用燃料として予備還
元炉である回転炉床炉へ導入する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来技術には次のような欠点がみられる。すなわち、
高炉法は非常に効率の良いプロセスであるが、塊状の原
料および燃料を必要とする欠点を有している。そのた
め、主要な還元剤であるとともに燃料でもある石炭は、
コークス炉で乾留してコークス化し、篩い分けした後の
塊状のコークスを使用している。鉱石についても塊状の
ものを使用する必要があることから、塊鉱石を使用する
場合を除いて、粉鉱石をペレットあるいは焼結鉱にして
使用せざるを得ない。このうち、石炭については、資源
的にみてコークス用強粘結炭の産出が偏在していること
に加えて、コークス炉リプレース時の巨額な投資負担お
よびコークス炉が原因の公害対策が高炉法にとって大き
な課題となっている。一方、鉱石についても、塊鉱石の
供給が非常にタイトであること、ペレット価格が高価で
あることから、我が国においては焼結鉱の形で使用する
のが主流となっているが、公害などの問題に加え、塊成
化が必要である問題を有している。

【０００６】また、シャフト還元炉で塊状の鉄原料を還
元して還元鉄を製造し、この還元鉄を高温状態で炭材流
動層型溶解炉へ装入して還元と溶解を行い溶銑を製造す
る方法は、コークスを必要としないが、還元炉にシャフ
ト炉を使用することから鉱石については、高炉と同様に
塊状のものを必要としている。

【０００７】一方、特公平３−60883 号公報の方法は優
れたものであるが、粉状の酸化鉄と粉状の固体還元剤を
混合した後、還元炉へ装入する前に団塊状に成形する必
要がある短所を有している。また塊成化にあたっては、
所定のサイズ以外の粒子の生成は避けられず、アンダー
サイズはそのまま混合工程へ、オーバーサイズは、粉砕
してから混合工程へ戻す必要があり、効率が悪い欠点を
有していた。また、塊成化したままでは塊成化物の強度
がハンドリングに耐えないため、還元炉に装入する前に
塊成化物を乾燥する必要があり、従って、塊成化設備と
乾燥用設備を要し、かつその運転・保守費用も要するこ
とから、還元鉄の製造コストを上昇させる欠点を有して
いた。しかも短い還元時間に比較すると相対的に長い塊
成化および乾燥時間を必要とし、プラント全体の効率を
阻害する欠点を有していた。

【０００８】また、製鉄所で発生する粉状酸化鉄を単
独であるいは鉄鉱石と混合して使用する場合、ペレット
状に塊成化するには、これら製鉄所排出酸化物の回収形
態が“粉状物質が結合して固まった塊状”あるいはミル
ケースのように“ペレット化するには大きすぎる形状”
をなしていることが多いことから (但し、本明細書中で
はこれらを含めて「粉状の鉄原料」と称する) 予め所定
粒度に微粉砕しておく必要があり、従って製鉄所排出酸
化物の微粉砕設備が欠かせないという問題もあった。さ
らに、従来法では高温還元時に塊成化物表面が再酸化さ
れる場合があり、製品の金属化率向上を阻害する原因と
なっていた。

【０００９】また、特公平３−60883 号公報のプロセス
が使用している鉄浴式の製錬炉は、炉の耐火物の寿命が
短いという問題、高温の排ガスがでることから熱効率が
劣るという短所、ならびに炉内の還元雰囲気が高炉と比
較すると低いため、溶銑中Ｓ濃度が高炉溶銑と比較して
高いという問題を有している。かくして、本発明の課題
は、粉状酸化鉄を効率よく、かつ簡便な手段でもって
処理して有用な鉄資源として活用する技術を開発するこ
とである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決すべ
く、本発明者は、従来技術の一つの欠点が、原燃料の塊
成化工程と乾燥工程にあることに着目した。従来、原料
の予備還元にはそのような工程は必須であると考えられ
てきたのであった。そこで、本発明者は、そのような塊
成化工程と乾燥工程を要することによる従来法の製造コ
スト増加を回避するため、塊成化することなく混合状態
のままで加熱された炉に装入し、炉床上にほぼ均一な厚
さのベッドを形成せしめ、ベッド状態のまま酸化鉄を還
元できないかと考えた。すなわち、粉状の酸化鉄と、粉
状の固体還元剤を混合した後、これを1200℃以上に加熱
した炉内へ装入して還元する基礎実験を実施してみたと
ころ、塊成化物を還元する場合に比較してほぼ遜色無い
結果が得られることを知り、本発明を完成した。

【００１１】すなわち、本発明によれば、酸化鉄を粉状
で高温還元するにあたり、事前に粉状の酸化鉄と粉状の
固体還元剤を混合し、得られた混合物を塊成化すること
なく粉状のままで加熱された炉に装入し、炉床上にほぼ
均一な厚さのベッドを形成せしめるか、あるいは、混合
物を板状に成型して炉床上に置き、炉内へ燃料と酸素含
有ガスを吹き込んで、この燃料と、固体還元剤から発生
する揮発分 (ＶＭ) と、酸化鉄が還元されて発生するCO
ガスとを燃焼して、炉内の温度が1100℃以上になるよう
に維持して、粉状の酸化鉄を還元して還元鉄を製造する
のである。

【００１２】一方、還元鉄の溶解に使用する製錬炉とし
ては、炉内に炭材の充填層を有し炉上部から塊粒状の炭
材を装入、炉下部に設置された羽口より酸素含有ガスを
吹き込んで羽口前の炭材を燃焼させて高温の還元ガスを
発生させる竪型炉を使用し、前記の還元鉄を高温状態で
この竪型炉上部から装入して溶銑を製造するのである。
この精錬炉からの生成ガスを回収して、少なくともその
一部を予備還元用燃料として利用してもよい。

【００１３】ここに、本発明で使用する予備還元炉の形
式は特に限定されるものではないが、前述の回転炉床炉
形式の炉の使用が推奨される。また、炉内温度について
は、900 〜1100℃でも還元は進行するが、還元速度が遅
いため本発明では1100℃以上とした。

【００１４】本発明では、粉状酸化鉄と粉状固体還元剤
とを混合しやすくすることと、炉床上にほぼ均一な厚さ
の混合物のベッドあるいは板状成型物を形成しやすくす
ることと、およびそのような形態の混合物の表面からの
微粉の飛散を防止することを目的に、粉状酸化鉄と粉状
固体還元剤との混合物を製造する際、水、バインダ (ベ
ントナイト、石灰、有機系結合材等) のいずれか一つあ
るいは両方を少量添加してもよい。また、前記還元鉄に
含まれるスラグ成分の塩基度を調整するために、石灰
(生石灰、石灰石等) を添加してもよい。

【００１５】本発明では、酸化鉄の還元中は吸熱反応に
より炉内の温度より成型物の温度は低く維持されること
から、十分に速い還元速度を得るためには炉内温度を12
00〜1400℃以上に維持することが望ましい。

【００１６】さらに、本発明では、高温還元中の還元鉄
の再酸化を防止するために、炉床上に、粉状酸化鉄と粉
状固体還元剤との混合物のほぼ均一な厚さのベッドを形
成せしめた後に、ベッド表面を粉状の固体還元剤で薄く
被覆する方法を採用してもよい。

【００１７】また、混合物をほぼ均一な厚さのベッド状
にする際、燃焼ガスによる混合物の飛散防止と、ベッド
内の伝熱と還元の促進を目的に、填圧ローラ等を使用し
てベッドを填圧し、この混合物の見掛け密度を上昇させ
るようにしてもよい。さらに上述の燃焼ガスによる混合
物の飛散防止を積極的に実施するために、ベッドを形成
せしめた後に、あるいは填圧後にセメント水溶液等をベ
ッド上に散布することも効果的である。

【００１８】一方、酸化鉄の還元時間を短縮するために
は、混合物の温度を還元適正温度まで速やかに昇温する
ことが望ましいが、そのためには、混合物の加熱にあた
り、混合物中の固体還元剤から発生するＶＭの発生がほ
ぼ終了するまで酸素含有ガスを上記ベッド表面へ供給
し、ＶＭをベッド表面で燃焼し、ベッドの昇温速度を上
昇させる方法を採用してもよい。ＶＭの発生が終了した
後は、炉内温度が1100℃以上になるように、望ましくは
1200〜1400℃以上になるように加熱すればよい。

【００１９】また本発明においては予備還元炉内で、還
元鉄が炉床に固着するのを防止するために、予備還元炉
の炉床上に、まず粉状の固体還元剤を薄く敷き、その上
に粉状の酸化鉄と粉状の固体還元剤との混合物のほぼ均
一な厚さのベッドを形成せしめるか、あるいは、板状成
型物を、薄く敷かれた粉状の固体還元剤上に置く技術を
採用してもよい。

【００２０】序いでながら、本発明にあっては、製錬炉
として、耐火物の寿命と高熱効率の確保および溶銑品質
の観点から、炉内に炭材充填層を有する竪型炉を採用す
るが、これにより前述の特公平３−60883 号公報の方法
で採用する製錬炉と比較して、耐火物寿命が長くなり、
熱効率は改善され、溶銑中Ｓ濃度も低下する。また、炭
材としてコークスを使用する場合でも、予備還元炉で還
元して得られる還元鉄を高温状態で装入して使用するの
で、コークス消費量は高炉の場合より少なくて済むが、
さらにその使用量を大幅に少なくするため、羽口から炭
素含有物質を吹き込むこと、および前記竪型炉の羽口上
方炉側壁部から酸素含有ガスを吹込み、炉内のCO、H₂ガ
スを燃焼させ、その燃焼熱を還元鉄溶解に利用してもよ
い。

【００２１】さらに、本発明では竪型炉から発生するダ
ストを系内で使用するために、竪型炉の羽口から吹き込
む方法と予備還元炉の原料の一部として使用する方法を
採用してもよい。

【００２２】このようにして、本発明では、従来法で採
用している塊成化工程と塊成化物乾燥工程を省略して、
粉状の混合物を塊成化することなく使用することを特徴
とするものであり、塊成化設備と塊成化物乾燥設備が不
要になることから設備費低減と運転費用低減および熱効
率向上が可能であり、還元鉄製造コスト低減に効果的で
ある。

【００２３】また、本発明では、予備還元炉で粉状の酸
化鉄の還元が速やかに進行して還元鉄が製造されるとと
もに、竪型炉で、耐火物の損傷を伴うことなく高熱効率
で還元鉄を溶解でき、Ｓ濃度の低い良質の溶銑を製造で
きるという優れた効果が発揮される。

【００２４】

【発明の実施の形態】このように、本発明は、基本的工
程として、図１に示すように、粉状の酸化鉄と固体酸化
物の混合工程と、塊成化および乾燥工程を採用すること
なく、予備還元炉へ装入する装入工程と、予備還元を行
う予備還元工程と、その排出工程、予備還元鉄の還元・
溶融工程、そしてガス回収工程とから構成される。以
下、これらの各工程について、図１を参照しながら、順
次、詳述する。

【００２５】混合工程粉状酸化鉄の還元、つまり酸化鉄を粉状で高温還元する
にあたり、事前に粉状酸化鉄と粉状固体還元剤を混合す
る。ただし、使用する酸化鉄と固体還元剤に元々含まれ
ている水分等の条件によっては、粉状酸化鉄と粉状固体
還元剤を混合する際、若干の水分、バインダのいずれか
一つをあるいは両方を添加することにより、均一かつ迅
速に混合しやすくなること、および回転炉床上にほぼ均
一な厚さの混合物のベッドを形成しやすくなること、さ
らには板状成型物の成形が容易になること、および混合
物表面からの微粉の飛散防止に効果的であることが判明
した。

【００２６】図１においては、原料受入れホッパ10から
の粉状鉱石12、粉状還元剤14、バインダ16を混合機18に
よって混合している。また、得られる還元鉄に含まれる
スラグ成分の塩基度を調整するために、混合物中に石灰
(生石灰、石灰石等) を添加することにより、予備還元
炉排ガス中に含まれるＳ濃度を低下できる。さらに石灰
石を使用する場合、石灰石焼成時の分解は吸熱反応であ
るので、予備還元炉内で焼成することにより製錬炉での
燃料原単位が向上する。

【００２７】また、粉状酸化鉄を使用する場合、塊成化
する必要がないので、スケールなどは粗粉砕するだけで
使用することができ、微粉砕は不要であった。また、Zn
等を含むダストを原料に使用した場合は、製品の還元鉄
にZnが残留し、製品価値が低下することが懸念される
が、本発明では炉内が高温のためZnのような低沸点金属
は蒸発して排ガスと共に炉外へ排出されるため、これら
低沸点金属の製品還元鉄中への残留量を低下することが
でき、製品品位をあげることができるとともに、集塵設
備で捕集されるダストにはこれら低沸点金属が濃縮され
るため、これを回収し利用することが可能である。

【００２８】装入工程このようにして得られた混合物を塊成化することなく粉
状のままで加熱された回転炉床炉20に装入する。図２な
いし図４は、混合物を回転炉床炉20に装入する場合の態
様をそれぞれ示すが、図２および図３に示すように、炉
床上にほぼ均一な厚さのベッドを形成せしめるか、ある
いは、図４に示すように、ロール対によって混合物を板
状に成形してから炉床上に置くようにして装入してもよ
い。

【００２９】予備還元工程装入が終わったならば、図２に示すように例えばバーナ
22によって炉内へ燃料と酸素含有ガスを吹き込んで、こ
の燃料と、固体還元剤から発生する揮発分 (ＶＭ) と、
酸化鉄が還元されて発生するCOガスを燃焼して、炉内の
温度が1100℃以上になるように維持して、粉状の酸化鉄
を還元して還元鉄を製造する。

【００３０】このとき、図２に示すように、回転炉20の
床炉22は下側に設けたレール上を適宜駆動装置24によっ
て駆動される車輪26によって一定速度で回転する。炉の
上部と下部とはシール水28によってシールされている。

【００３１】さらに、高温還元中の還元鉄の再酸化を防
止するために、炉床上に、粉状の酸化鉄と粉状の固体還
元剤の混合物のほぼ均一な厚さのベッドを形成せしめた
後に、ベッド表面を粉状の固体還元剤で薄く被覆するこ
とにより、従来法で観察された還元鉄表面の再酸化防止
に有効であることを確認できた。

【００３２】一方、単に混合物のベッドを形成するのみ
では、ベッドの形成条件によっては、ベッド中に空隙が
多いため、炉内高温雰囲気からの受熱面であるベッド表
面からベッドの深部 (底部) への伝熱が遅れ、その結
果、ベッド深部における還元が遅れる現象が観察され
た。また、燃焼ガスによりベッド表面の微粉が飛散し、
燃焼排ガスとともに炉外へ持ち出される現象も一部見ら
れた。この現象を改善するために、図３に示すように、
レベラ31を使用することで、装入口33から炉床を形成す
る台車44上へ装入される混合物30をほぼ均一な厚さのベ
ッド状に装入する際、填圧ローラ32等を使用してベッド
35を填圧し、混合物30の見掛け密度を上昇させることが
極めて有効であることが判明した。すなわち、填圧によ
りベッド内の空隙が減少して粒子同士が密着することか
ら、微粒子の飛散が防止されるとともに、ベッド内の伝
熱が促進され、結果として還元が促進されるのである。
また、酸化鉄と固体還元剤との接触が良好になることも
還元促進に寄与していると考えられる。

【００３３】さらに、微粒子の飛散防止には、セメント
の水溶液であるセメントミルクをノズル34からベッド表
面に散布することも有効である。図４は、混合物30の回
転炉床炉20への別の装入形態を示すもので、粉状の酸化
鉄と固体還元剤の混合物30は炉内に設けたローラ対40に
よって板状成型物42とされ回転炉床炉20内に載置される
台車44の進行に伴って回転炉床も回転し、それに伴って
板状成型物42が連続して供給される。符号46は遮熱板、
48は支持ローラを示す。

【００３４】図５は、このときの板状成型物42の形状を
示すもので、表面積を可及的に大とするために、図示例
では表面、つまり炉床に接する面と反対側の面に縦溝50
を設けたものの例を示す。図中の数字は寸法(mm)を示
す。

【００３５】一方、これらとは別の方法として、ベッド
内の昇温速度を増加し還元速度を促進するために、本発
明では、混合物中の固体還元剤から発生するＶＭを酸素
含有ガスで上記混合物の表面で燃焼し加熱する手段も採
用した。石炭などの固体還元剤は加熱によりＶＭがガス
状態で発生するが、これが炉内の空間に拡散してから燃
焼するよりも、受熱面であるベッド表面で燃焼させる方
が混合物の加熱には有利であると考えられる。

【００３６】そこで本発明者はベッドもしくは板状成型
物の形成後に空気等の酸素含有ガスを混合物表面に吹き
付け、混合物表面でＶＭを燃焼することが混合物の昇温
に極めて有効であることを確認した。なお、吹き付けた
酸素含有ガスにより燃焼される成分は固体還元剤から発
生するＶＭばかりではなく、酸化鉄が固体還元剤により
還元されるときに発生するCOガスも含まれる。酸素含有
ガスを混合物表面に吹き付けると、還元された酸化鉄の
再酸化が懸念されるが、本発明ではこれを防止するため
にＶＭの発生期間に限って酸素含有ガスをベッド表面に
吹き付けることとした。すなわち、固体還元剤からＶＭ
が発生している間は、混合物表面がＶＭで被覆されるた
め、吹き付けられた酸素含有ガス中の酸素は優先的にＶ
Ｍの燃焼に消費されるため、再酸化を防止できる。この
ような酸素含有ガスとしては、空気、または酸素濃度が
空気と同等あるいは空気組成より若干富もしくは貧に調
整されたガスが使用される。

【００３７】また、このような酸素含有ガスは、ベッド
もしくは板状成型物の形成直後に供給することを基本と
するが、ＶＭ等の発生を見計らってから供給しても良
い。もちろん、混合物の昇温速度を向上するため、ＶＭ
等の燃焼に必要な酸素量を確保した上で酸素含有ガスと
燃料を同時に使用しても全く差し支えない。

【００３８】本発明では炉内温度を1100℃以上としてい
るが、この温度は還元の進行状況、使用する酸化鉄およ
び固体還元剤の性状や混合割合等により変化するべき性
質のものである。すなわち、原料の炉内装入後、間もな
い期間では、混合物の温度が低いため炉内温度も高めに
保持し、混合物の昇温をはかるようにした方が還元の促
進には有利であるし、原料の鉱石中脈石や石炭中灰分の
成分によってはそれらの融点が変化するので、それに応
じて炉内温度を制御し、還元進行中に溶解して流れ出さ
ないように制御すべきである。ただし、混合物内におけ
る適度な量の融液の生成は伝熱、反応促進の両面で良好
な結果をもたらすので積極的に活用すべきである。

【００３９】従来法のペレットを使用する場合は、融液
を生成するとペレット強度が低下し、ハンドリングに耐
えられない程大きな塑性変形を示すが、本発明では、単
に混合物の状態なので、ペレットのように変形すること
を心配する必要がないことも本発明の長所の一つであ
る。

【００４０】一方、高温下でベッド状もしくは板状の混
合物を還元する場合、耐火物製の炉床に還元鉄が固着す
る可能性が懸念されるが、前記予備還元炉の炉床上に、
まず、粉状の固体還元剤を薄く敷き、その上に粉状の酸
化鉄と粉状の固体還元剤との混合物のほぼ均一な厚さの
ベッドもしくは板状成型物を形成せしめることで、固着
を防止できる。

【００４１】排出工程上述のようにして、炉内で酸化鉄の還元が進行し、所定
の金属化率の還元鉄を製造できた時点でそれを炉外へ排
出することになるが、ベッド内の温度が1170℃以上ある
とベッド内に融液が存在する可能性があり、排出作業に
支障をきたす恐れがあるので、炉外へ排出する前にベッ
ド内の温度を1170℃以下になるよう加熱を停止すること
が望ましい。

【００４２】短時間でベッド内の温度を1170℃以下にす
る方法としては、“常温の還元ガスや窒素などの不活性
ガスをベッド表面に吹き付ける方法”、水冷板をベッド
表面にくるよう設置する方法などが考えられ、炉の形式
に応じて実施しやすい方法を採用すればよい。

【００４３】本発明によれば、予備還元炉にてほぼ1100
℃以上の温度で還元して得られた還元鉄は、次いで、高
温状態で排出され、還元溶融工程に送られるが、図１に
示すように、これは回転炉床炉20に設けられた排出口50
から連続的に排出されて行われる。竪型炉60までの距離
が遠い場合には、窒素等の不活性ガスが封入された密閉
式の容器 (図示せず) に入れて搬送されるが、通常は、
竪型炉60は予備還元炉である回転炉床炉20に隣接して設
置されることから、外気から遮断され、窒素などの不活
性ガスあるいは竪型炉の排ガス等の還元ガスが満たされ
た搬路内をバケットコンベア等によって竪型炉へ装入さ
れる。

【００４４】なお、還元鉄が回収される場合には、板状
成型物を使用する方法ばかりでなく、ベッドを形成する
方法でも、予備還元終了時点ですでに焼結して板状とな
っているので、一旦軽く粗粉砕してから竪型炉に装入す
ればよい。

【００４５】還元・溶解工程図１に示すように、還元鉄の溶解に使用する製錬炉とし
て、炉内に炭材の充填層( 図示せず) を有し炉上部から
塊粒状の炭材 (コークス、石炭等) 62および石灰石64を
装入、炉下部に設置された羽口66より酸素含有ガスを吹
き込んで羽口前の炭材を燃焼させて高温の還元ガスを発
生させる竪型炉60を使用し、これにより前述の還元鉄を
高温状態で炉上部から装入して溶銑を製造するのであ
る。

【００４６】このように本発明において使用される製錬
炉は、炉内に炭材充填層を有する竪型炉60であり、高炉
と同様に羽口前の燃焼帯周囲は炭材で囲まれていため、
耐火物が高温ガスに直接にさらされて溶損するのを防止
できるとともに、特公平３−60883 号公報の方法で採用
する製錬炉では湯溜まりを攪拌しているのに対し、本発
明にかかる上記製錬炉では湯溜まりの攪拌がないことか
ら耐火物の寿命延長に極めて効果的である。

【００４７】また、炉内に炭材充填層が形成されている
ため還元雰囲気が高炉と同程度に強いことから、溶銑中
Ｓを低く押さえることができ良質な溶銑を製造できると
ともに、スラグ中FeO 濃度を高炉並に低く維持できるた
め耐火物の損耗抑制に極めて有効である。熱効率の点に
おいても、炉上部から炭材と還元鉄を装入するので、高
炉と同様にガスと固体とは向流式熱交換となり、高い熱
効率を確保できる。さらに炭材としてコークスを使用す
る場合、羽口から炭素含有物質を吹き込むこと、およ
び、羽口上方炉側壁部から酸素含有ガスを吹込み、炉内
のCO、H₂ガスを燃焼させ、その燃焼熱を還元鉄溶解に利
用することにより、コークス使用量を低減できる。

【００４８】竪型炉60から発生する排ダストについては
これを系内で使用してもよく、図示例では、竪型炉60の
羽口から吹き込む方法と予備還元炉の原料の一部として
使用する方法を採用した。これにより、プロセスからダ
スト、スラッジ等が発生するのを防止でき、原燃料の使
用効率が向上するとともに、ダスト等の廃棄が不要にな
り、コストおよび環境面で優位である。

【００４９】ガス回収工程竪型炉60から発生する排ガス68は、そのまま下工程に送
ったりあるいは別途発電用に用いたりしてもよいが、図
１に示すように、その少なくとも一部を回転炉床炉20の
燃焼用に用いてもよい。特に、回転炉床炉20の燃焼用に
導入するときは系内の熱の利用率をさらに高めることが
できる。

【００５０】このようにして、本発明においては、予備
還元炉内で粉状の酸化鉄の還元が速やかに進行して還元
鉄が製造されるとともに、竪型炉で、耐火物の損傷を伴
うことなく高熱効率で還元鉄を溶解し、良質の溶銑を製
造できる。

【００５１】

【実施例】表１ないし表４に示す成分と粒度構成をもつ
鉄鉱石、微粉炭、コークスおよびベントナイトを表５の
割合で混合して混合状態としたものを準備した。次に、
試験設備としては、図１に示される小型の試験設備を使
用した。

【００５２】すなわち、予備還元炉として回転炉床炉20
を、製錬炉として竪型炉60を使用し、原料受け入れホッ
パ10、混合機18、廃熱回収設備70などから構成される。
原料受け入れホッパ10へ受け入れられた粉鉱石12、微粉
炭である粉状還元剤14およびバインダ16は、所定量だけ
それぞれのホッパ10から切り出されて混合機18へ装入さ
れる。混合機18へは水を少量添加し原料をを十分に混合
する。その後混合物は混合機18から排出されて回転炉床
炉20へ装入される。

【００５３】回転炉床炉20の炉床上への混合物30の置き
方については、図３に示されるようにベッド状にする方
法と、図４に示されるようにローラ対で板状に成形して
から置く方法とについて試験した。

【００５４】図３の方法の場合には、上記混合物30は塊
成化されることなく回転炉床炉20へ装入され、レベラ31
でほぼ35mmの高さのベッド状にした後、填圧ローラ32で
高さ20mmになるまで填圧した。いずれの場合も、炉床上
に混合物30を置いた後、約２分間は石炭中の揮発分が発
生したので、空気をバーナを介してベッド表面に吹き付
けベッドの昇温を促進した。また、バーナで使用する空
気は、回転炉床炉20の排ガスと熱交換して燃焼用空気を
約600 ℃に予熱して使用した。炉内の温度については、
ＶＭの発生終了後の炉内空間部の平均ガス温度を約1300
℃とした。還元鉄の金属化率の目標値は92％とした。

【００５５】図５に示すように縦溝が多数設けられて形
状に成型されたときの寸法は、図５に示す通りであっ
た。回転炉床炉で還元された還元鉄は、約1150℃で排出
され、ベッド状に装入された場合そのままに、板状の成
型物の場合には軽く粗粉砕されてから竪型炉へ炉上部か
ら装入された。竪型炉の炉上部からは、コークスを石灰
石とともに装入した。石灰石はスラグの塩基度が1.25に
なる量とした。

【００５６】羽口からは、空気と酸素を吹き込むケース
に加え、微粉炭を吹込み、微粉炭に比較して高価なコー
クス消費量を低減するケースについても検討した。溶銑
は出銑口から溶滓とともに排出される。竪型炉の排ガス
の一部は予備還元炉で使用する燃料として使用され、残
りは他設備の燃料用として回収した。

【００５７】ここに、試験のケースとしては以下の11ケ
ースを設定した。ケース１は従来の粉状固体還元剤を内
装した乾燥ペレットを使用した例であり、ケース２〜11
が本発明による例である。結果は表６にまとめて示す。
まず、ケース１の従来の乾燥ペレットを使用しての試験
での予備還元炉における還元時間は10分であった。

【００５８】次に、ケース２では、塊成化 (ペレット
化) をしなくても還元時間を約18分かければ金属化率92
％を達成できることを確認できた。この還元時間は、通
常の天然ガスを改質して得られた還元ガスを使用するシ
ャフト炉型直接還元方式の還元時間が約８〜10時間程度
であることと比較すると、極めて短くて済むことを示し
てる。

【００５９】ケース３は原料混合物のベッドを押圧して
密度を上昇させた場合の例であるが、この密度上昇処理
によって還元時間は15分と短縮しており、押圧の効果が
大きいことを確認できる。

【００６０】なお、この“ベッドを押圧することによる
還元時間の短縮”は、押圧により粉末原料の粒子同士が
密着してベッド内の伝熱が促進され、そのためベッド内
の昇温速度が上昇した結果、還元速度が増加したためと
考えられる。またダストロス割合は、0.2 ％であり、ケ
ース２の0.5 ％と比較すると低下していることからロー
ラ填圧は原料の飛散抑制にも効果的であることを確認で
きた。

【００６１】ケース４は、原料混合物のベッド表面にセ
メント水溶液を散布してから高温還元を行った例であ
る。この場合には、ケース２と比べると水分の影響でベ
ッドの昇温が遅れるので還元時間が20分と長くなってい
るが、排ガス中に含まれるダスト量の炉内への装入量に
対する割合 (ダストロス割合) はケース２では0.5 ％で
あったのに対して、ケース４では0.1 ％と低下してお
り、セメント水溶液の散布が原料の飛散抑制に効果的で
あることを確認できた。

【００６２】ケース５は粉状の石炭で原料混合物ベッド
の表面を薄く被覆してから高温還元を実施したものであ
るが、その結果、ケース２の場合と同じ還元時間であっ
たにもかかわらず金属化率は約１％程度向上しており、
粉状石炭による被覆がベッド表面の再酸化を防止する効
果を発揮したことが確認された。

【００６３】ケース６では、原料混合物のベッドを押圧
ローラ (填圧ローラ) で押圧した後、炉内で約２分間だ
け空気をベッド表面に供給し、石炭から発生する可燃性
揮発成分をベッドの表面で燃焼させた。

【００６４】この結果、還元時間は10分と、ケース３で
の15分よりも更に５分間も短縮され、ベッドから発生す
る可燃性揮発成分の燃焼をベッドの表面でも行いながら
加熱・昇温する手法の有利性を確認することができた。
また、この結果は、従来の方法であるケース１と比較し
ても遜色のない結果であり、本発明が従来法の塊成化工
程と乾燥工程を省略しても充分にその効果を発揮できて
いることが明白である。

【００６５】ケース７では、混合物を板状に成型して高
温還元したが、単にベッド状にするよりも密度が高くな
ることから、ケース３と同様の理由で還元時間は約15分
とケース２に比較して３分間短縮された。

【００６６】ケース８では、炉体上に粉状固体還元剤を
薄く敷いた上へ板状成型物を載せた条件で試験を実施し
たが、他のケースでは若干の還元鉄が炉床に固着するの
が認められたのに対して、ケース８では皆無であり、本
方法の効果が認められた。

【００６７】ケース９では、板状成形物の上面に凹凸を
付けることによって、金属化率と還元時間はケース７の
場合とほぼ同じであるものの、炉床単位面積当たりの原
料積載量が約1.9 倍になったことから生産性も約1.9 倍
に向上することが確認された。これは、炉床単位面積当
たりの原料積載量が約1.9 倍になっても「板状成形物上
面に付した凹凸のために受熱面積が増加したこと」や
「凸部は両面加熱により昇温速度が向上したこと」によ
る結果であると考えられる。

【００６８】以上のケース１〜９において、送風条件と
しては、常温の空気を使用し、微粉炭を羽口から吹き込
まない条件で、羽口前理論燃焼温度を2500℃として操業
し、約650 ℃の還元鉄を竪型炉へ装入して、炭素4.6
％、硫黄0.02％を含む良質な溶銑を製造することができ
た。一方、ケース10、11では羽口前理論燃焼温度を2500
℃一定条件下で、送風温度と羽口からの微粉炭吹込みの
影響を調査した。

【００６９】すなわち、ケース10では、精錬炉において
空気を約600 ℃に加熱して送風した。この結果、酸素使
用量をケース７に比較して57 Nm³/pt 低下すると共に、
竪型炉の燃料比も低下し、その効果を確認できた。次
に、ケース11では、羽口から微粉炭を吹き込んだ試験を
実施した。その結果、燃料比は若干上昇するものの、コ
ークス比を107kg/ptと他のケースに比較して約1/3 に低
下し、その効果を得確認できた。

【００７０】

【表１】

【００７１】

【表２】

【００７２】

【表４】

【００７３】

【表６】

【００７４】

【発明の効果】上記のごとく、本発明により粉状の酸化
鉄および粉状の固体還元材を混合した後、塊成化するこ
となく粉状のまま予備還元炉内へ装入して還元鉄を製造
し、該還元鉄を高温状態で竪型炉へ装入し、良質の溶銑
を製造できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる溶銑製造試験設備の概要図であ
る。

【図２】本発明において採用する回転炉床炉の１例の断
面図である。

【図３】本発明において採用する回転炉床炉の別の例の
断面図である。

【図４】本発明において採用する回転炉床炉のさらに別
の例の断面図である。

【図５】図４の回転炉床炉に供給される板状成型物の形
状の一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

18：混合機、 20：回転炉床炉、 22：バーナ 30：混合物、 42：板状成型物、 50：排出口 60：竪型炉

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】(a) 粉状酸化鉄と粉状固体還元剤を混合し
て混合物を得る混合工程と、(b) 前記混合物を、塊成化
することなく粉状のままで、加熱された予備還元炉内へ
装入して、炉床上にほぼ均一な厚さのベッドを形成せし
める装入工程と、(c) 炉内へ燃料と酸素含有ガスを吹き
込んで、該燃料と、前記固体還元剤から発生する可燃性
揮発成分と、酸化鉄が還元されて発生するCOガスとを燃
焼して、炉内の温度が1100℃以上になるように維持し
て、前記粉状酸化鉄を還元する予備還元工程と、(d) 前
記予備還元工程で得られた還元鉄を、前記予備還元炉よ
り、500 ℃以上の温度で排出させる排出工程と、(e) 炉
内に炭材の充填層を有し、炉上部から塊粒状の炭材を装
入し、炉下部に設置された羽口より酸素含有ガスを吹き
込んで羽口前の炭材を燃焼させて高温の還元ガスを発生
させる竪型炉へ、前記排出工程からの還元鉄を炉上部か
ら高温状態で装入し、還元と溶解を行い、溶銑と溶滓を
炉下部出銑口から抽出する還元・溶解工程と、(f) 竪型
炉の生成ガスを回収するとともに、その一部を予備還元
用燃料として、前記予備還元炉へ導入するガス回収工程
とを備えたことを特徴とする粉状酸化鉄からの溶銑製造
方法。
【請求項２】(a) 粉状酸化鉄と粉状固体還元剤を混合し
て混合物を得る混合工程と、(b) 前記混合物を、塊成化
することなく粉状のままで、加熱された予備還元炉の炉
床上に、板状に成形して板状成型物として置く装入工程
と、(c) 炉内へ燃料と酸素含有ガスを吹き込んで、該燃
料と、前記固体還元剤から発生する可燃性揮発成分と、
酸化鉄が還元されて発生するCOガスとを燃焼して、炉内
の温度が1100℃以上になるように維持して、前記粉状酸
化鉄を還元する予備還元工程と、(d) 前記予備還元工程
で得られた還元鉄を、前記予備還元炉より、500 ℃以上
の温度で排出させる排出工程と、(e) 炉内に炭材の充填
層を有し、炉上部から塊粒状の炭材を装入し、炉下部に
設置された羽口より酸素含有ガスを吹き込んで羽口前の
炭材を燃焼させて高温の還元ガスを発生させる竪型炉
へ、前記排出工程からの還元鉄を炉上部から高温状態で
装入し、還元と溶解を行い、溶銑と溶滓を炉下部出銑口
から抽出する還元・溶解工程と、(f) 竪型炉の生成ガス
を回収するとともに、その一部を予備還元用燃料とし
て、前記予備還元炉へ導入するガス回収工程とを備えた
ことを特徴とする粉状酸化鉄からの溶銑製造方法。
【請求項３】前記予備還元炉への装入後に、前記混合
物の表面を粉状固体還元剤で薄く被覆することを特徴と
する請求項１または２記載の溶銑製造方法。
【請求項４】前記予備還元炉の炉床上に、前記混合物
のほぼ均一な厚さのベッドを形成せしめた後に、あるい
はそのベッドの表面を粉状の固体還元剤で薄く被覆した
後に、該ベッドを填圧し、前記混合物の見掛け密度を上
昇させることを特徴とする請求項１に記載の溶銑製造方
法。
【請求項５】前記板状成型物の炉床に接する面と反対
側の表面に凹凸をつけたことを特徴とする請求項２記載
の溶銑製造方法。
【請求項６】前記板状成型物の炉床に接する面と反対
側の表面を、バインダーを混合した粉状の固体還元剤で
被覆するように成形することを特徴とする請求項２記載
の溶銑製造方法。
【請求項７】前記予備還元炉の炉床上に、粉状の酸化
鉄と粉状の固体還元剤との混合物のほぼ均一な厚さのベ
ッドを形成せしめた後に、あるいはベッド表面を粉状の
固体還元剤で薄く被覆した後に、あるいは填圧ローラー
等を使用してベッドを填圧し該混合物の見掛け密度を上
昇させた後に、セメント水溶液等をベッド上に散布する
ことを特徴とする請求項１に記載の溶銑製造方法。
【請求項８】前記予備還元炉内での混合物の加熱にあ
たり、混合物中の固体還元剤から発生する可燃性揮発成
分の発生がほぼ終了するまで酸素含有ガスを上記ベッド
表面へ供給して可燃性揮発成分を表面で燃焼し、可燃性
揮発成分の発生が終了後は炉内の温度が1100℃以上にな
るように加熱して還元することを特徴とする請求項１ま
たは２記載の溶銑製造方法。
【請求項９】前記予備還元炉の炉床上に、まず、粉状
の固体還元剤を薄く敷く置くことを特徴とする請求項１
ないし８のいずれかに記載の溶銑製造方法。