JPH11302712A - 鉄酸化物の還元溶解精錬方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄鉱石又は製鉄所発生ダスト類の鉄酸化物を
還元し、溶解する溶銑、溶鋼の精錬方法を提供するこ
と。 【解決手段】 鉄鉱石又は製鉄所発生ダスト類の鉄酸化
物を構成原料として、造粒又は成型した含炭鉄酸化物を
焼成炉により１２００〜１３００℃の含炭による直接還
元領域に保定し、鉄酸化物を固体状態で金属化率８０％
以上に還元した後、生成した還元物を同一の還元精錬炉
で還元溶融温度以上で溶解させ、還元物に残留するカー
ボンによって残留している酸化物を還元し、予め添加し
た又は還元後添加した石灰石等の造滓材やスクラップ等
の原料と共に溶解、精錬し溶銑又は溶鋼を製造する鉄酸
化物の同一還元精錬炉での二段階温度制御によることを
特徴とする鉄酸化物の還元溶解精錬方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鉱石又は製鉄所
発生ダスト類の鉄酸化物を還元し、溶解する溶銑、溶鋼
の精錬方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄鉱石又は製鉄所発生ダスト類の鉄酸化
物を還元し、溶解して鋼を製造する技術としては高炉・
転炉法があり、高生産性のプロセスとして一貫製鉄所で
実施されている。すなわち、この方法は、炉頂からコー
クスと共に装入された鉄鉱石や含炭鉄酸化物が、羽口か
ら吹き込まれる熱風とコークスの燃焼によりガス化生成
した還元ガスによって、溶鉱炉シャフト部で９００℃の
温度領域で約７０％まで還元された後、コークス中のカ
ーボンにより９００℃以上の直接還元領域で還元溶解精
錬され、溶銑が作られる方法である。

【０００３】一方、天然ガスの安価な地域においては還
元材として天然ガスを使用した直接還元製鉄法等の技術
があり、鉄鉱石等の鉄酸化物から還元鉄を製造し、還元
鉄を電気炉等で精錬して鋼を得る方法が実施されてお
り、また天然ガスの代わりに石炭を使用するＳＬ／ＲＮ
法等の直接還元製造プロセスがある。更には、最近の開
発技術としては鉄酸化物と石炭を一つの反応容器、例え
ば転炉に吹き込み鉄酸化物を溶融還元して鋼を得る溶融
還元プロセスが研究されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来技
術の高炉・転炉法は生産性の高いすぐれたプロセスであ
り、大量生産に適している。しかし、製鉄所で発生する
ダスト類は亜鉛等の高炉にとって有害な物質を含んでい
るためダスト類を塊成化して直接高炉に装入する量は制
限を受ける。一方、ＭＩＤＲＥＸ，ＳＬ／ＲＮ法等の直
接還元プロセスはシャフト炉又はロータリーキルン等の
設備で還元鉄を製造し、次に、得られた還元鉄を電気炉
等で溶解し精錬して溶鋼を製造するという複数工程が必
要である。従って、工程が複雑であるので、工程の簡易
化が望まれる。

【０００５】また、研究開発途上の溶融還元法は、一つ
の容器、例えば転炉に鉄酸化物と石炭を装入し直接鋼を
製造するプロセスであるので、上記の従来法に比べれば
工程省略を目指したものである。しかし、この方法は鉄
酸化物を完全に溶解し、液体状態で還元させるものであ
り、溶解した炉内の鉄酸化物を多量に含むため、耐火物
を著しく浸食する等、更に解決しなければならない課題
が報告されている。〔材料とプロセス Ｖｏｌ．９（１
９９６）−６７２〕

【０００６】本発明は、上記した従来技術の諸々の課題
である、 一つの容器の中で鉄酸化物を得るという工程省略の実
現、 一つの容器の中で鉄酸化物を溶融還元するという液体
状態での還元の課題解決 製鉄所発生ダストのように亜鉛等の有害物質を含む鉄
酸化物の効率的な還元及び脱亜鉛の課題について、その
解決手段を提案するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した問題を解決する
ために、本発明は、鉄鉱石又は製鉄所発生ダスト類の鉄
酸化物を構成原料として、造粒又は成型した含炭鉄酸化
物を焼成炉により１２００〜１３００℃の含炭による直
接還元領域に保定し、鉄酸化物を固体状態で金属化率８
０％以上に還元した後、生成した還元物を同一の還元精
錬炉で還元溶融温度以上、二段階昇温制御することによ
って溶解させ、還元物に残留するカーボンによって残留
している酸化物を還元し、その後予め添加した又は還元
後添加した石灰石等の造滓材やスクラップ等の原料と共
に溶解，精錬し、溶銑又は溶鋼を製造する鉄酸化物の還
元溶解精錬方法にある。

【０００８】上記した含炭鉄酸化物の１２００〜１３０
０℃の保定とその後の１４００℃以上の昇温は同一の反
応容器、例えば電気炉で行うことが出来る。即ち、含炭
鉄酸化物を同一の電気炉等で還元・精錬を行うために、
１２００〜１３００℃の固体還元と１４００℃以上の溶
融精錬を二段階に温度制御することにより分離する炉操
業方法が可能となるものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。鉄鉱石の場合は、いわゆるペレットフィードを原
料とし、製鉄所で発生するダスト類の場合は集塵ダス
ト，スケール，水処理設備から発生する中和スラッジ等
を原料とする。還元材としての炭材は、還元すべき鉄酸
化物の鉄含有量によって変わるが、微粉コークス，無煙
炭等をカーボン換算で７〜２０％となるように内装す
る。これは７％未満ではダストを充分に還元するに至ら
ず、また、２０％超ではダストを還元するには余る量で
あり、このカーボン分はスラグ中に残渣として残り、エ
ネルギーとしての役割をしないためである。これらの原
料を十分混合し、ベントナイト等のバインダーを加え
て、ペレタイザーにて、平均粒径１０ｍｍ程度のグリー
ンペレットを製造する。

【００１０】乾燥したグリーンペレットを反応容器，例
えば電気炉に装入する。グリーンペレットを昇温し１２
００〜１３００℃にして一定時間保定し、固体状態で還
元すると８０％以上の金属化率となる。カーボン内装ペ
レットは酸化鉄とカーボン粉が隣接して存在するため当
該温度では短時間に還元が進行する。保定時間はグリー
ンペレットの直径が大となると長くなる。１０ｍｍ程度
のグリーンペレットの場合は４分以上の温度保定が必要
となる。１２００℃未満の場合は還元に時間がかかりす
ぎる。また１３００℃を超える場合は、一部溶融が始ま
るので固体状態での還元が維持できない。

【００１１】得られた金属化率８０％以上の還元鉄を、
予め添加又は還元後添加した造滓材やスクラップ等の原
料と共に１４００℃以上に昇温する。昇温の初期の段階
で、還元物に残留するカーボンによって残留している酸
化物は還元される。昇温後期の段階で還元物は溶解し、
メタル分とスラグ分に分離する。溶解したＴＦｅはスラ
グ分に入らずメタル側に移行し、溶鉄の一部となる。酸
化物は還元時に大部分が除去されているので、メタル分
とスラグ分に分離したスラグ中には鉄酸化物がほとんど
存在しないので耐火物の浸食は見られない。

【００１２】

【実施例】以下、実施例を示して具体的に本発明を説明
する。 （実施例１）図１は本発明の含炭鉄酸化物を製造するた
めの設備と溶鉄製造までのフローを示す図である。図１
に示すような製造工程に従って、原料貯鉱槽、混練ダス
トの原料にベントナイト貯留ホッパーからバインダーと
してベントナイトを約１％を加え、ボールミルで粉砕混
合し、水分を調整し、ペレタイザーで造粒した後、篩を
用いて５〜１６ｍｍ（平均１０ｍｍ）のダストグリーン
ペレットを製造した。このような工程において、製鉄所
内発生ダストを原料としたダストグリーンペレットの還
元試験結果を述べる。表１に本発明で使用した製鉄所ダ
ストの銘柄とその配合内訳を示す。還元材としてダスト
中の含有炭素に加えて、コークス乾式消火設備の集塵機
粉（微粉コークス）で調整し、カーボン割合は１４．７
％とした。

【００１３】

【表１】

【００１４】上記ペレットを１３０ｍｍφ，出力７５ｋ
ｗの試験用電気炉に装入して試験を行った。試験は電気
炉を昇温し、炉内雰囲気が所定の還元保定温度に達した
時点でグリーンペレットを装入し、保定温度に１０分間
保定した。保定時間１０分間の内、前半の５分間はグリ
ーンペレットが還元温度に到達するために必要な時間で
あり、後半の５分間は還元保定の時間に相当する。試験
の結果を図２，図３に示す。

【００１５】図２は、製鉄所発生ダストを原料として製
造したペレットを電気炉において、還元処理した時の保
定温度と還元ペレットの金属化率との関係を示した図で
あり、この図に示すように、１２００〜１３００℃の温
度雰囲気下において、１０分間で金属化率が８０％を越
えることがわかる。図３は、製鉄所発生ダストを原料と
して製造したペレットを電気炉において、還元処理した
時の保定温度と脱亜鉛率の関係を示した図であり、この
図に示すように、１２００〜１３００℃の温度雰囲気下
において、９８％の脱亜鉛率が得られた。

【００１６】（実施例２）製鉄所内の水処理で発生した
スラッジを原料としたペレットの還元試験結果を述べ
る。製鉄所で発生するダスト類のうち、水処理設備で発
生するスラッジは鉄分が低く、クロム，亜鉛等の有害物
質が多い。原料の主な成分を表２に示す。水処理スラッ
ジを主体とした原料で還元・溶解試験を行った結果を図
４，図５に示す。

【００１７】

【表２】

【００１８】図４は、製鉄所内水処理設備から発生する
スラッジを原料として、ペレット中のカーボン量が１０
％になるように配合して製造し、電気炉において還元鉄
を製造した時の保定温度と金属化率の関係を示した図で
あり、鉄分が低い原料の場合でも保定温度１２００〜１
３００℃で８０％の金属化率が得られることを示したも
のである。図５は、同じ原料条件で、カーボン配合を変
化させた場合の金属化率を示した図である。すなわち、
製鉄所内水処理設備から発生するスラッジを原料とし
て、製造した還元前のペレット中に含まれるカーボン配
合率と、電気炉において１２００℃に１０分間保定し、
還元処理した時の還元鉄の金属化率との関係を示した図
である。この図に示すように、今回使用した鉄分の低い
原料でもカーボン配合率が１０％あれば十分であること
がわかった。

【００１９】図６は、電気炉における二段階の温度制御
パターンを示す図である。すなわち、含炭鉄酸化物を電
気炉に装入し、保定温度１２００〜１３００℃の還元雰
囲気下で固体状態で保定し、生成した還元物を同一容器
内で予め添加したまたは還元後添加した石灰石等の造滓
材やスクラップの原料とともに、更に１４００℃以上に
意図的な二段階温度制御により、溶解させる本発明の運
転方案の例を示した図である。この図のように含炭鉄酸
化物を電気炉に装入し、保定温度１２００〜１３００℃
の還元雰囲気下で保定し、含炭鉄酸化物を固体状態で直
接還元した後に、生成した還元物を同一の電気炉で還元
物の溶解温度、例えば１４００℃以上に昇温、予め添加
したまたは還元後添加した石灰石等の造滓材やスクラッ
プ等の原料とともに溶解，精錬する精錬容器の温度制御
パターンの一例を示したものである。

【００２０】実験では、図６の温度制御パターンを用い
て含炭鉄酸化物だけを電気炉に装入し、保定温度１２０
０〜１３００℃の還元雰囲気下で固体状態で保定し、生
成した還元物を同一容器内で更に１４００℃以上に意図
的に昇温し溶解させた。溶解後、メタル分とスラグ分に
分離したそれぞれの成分値を表３に示す。二段階の温度
制御精錬を行うことにより、溶解後のＴＦｅ，Ｃｒ，Ｎ
ｉ等の金属の大半はメタル側に移行している。また鉄酸
化物の大部分が事前に還元されていることから、分離し
たスラグ中にはＦｅＯ等の鉄酸化物がほとんどなく、ス
ラグによる耐火物の浸食は著しく防止されることが判っ
た。

【００２１】

【表３】

【００２２】このように、本発明においては含炭鉄酸化
物ペレットを電気炉に装入し、１２００〜１３００℃の
直接還元領域に４分以上保定し、金属化率８０％以上に
還元し、その後、さらに１４００℃以上に昇温し、予め
添加した又は還元後添加した造滓材やスクラップ等とと
もに溶解し、精錬して溶鋼を製造する。いわゆる、電気
炉での二段温度制御による精錬によるものであるが、こ
の電気炉に限定されるものではなく、ツインシェル炉に
よる含鉄酸化物の昇温・還元をも可能とするものであ
る。なお、ここでツインシェル炉とは、溶解中の高温排
ガスを待機中の炉に送り込み、炉内でスクラップを予熱
する電気炉をいう。このツインシェル炉の場合には、待
機中の炉に含炭鉄酸化物のペレットを装入し、１２００
〜１３００℃の直接還元領域に４分以上保定すれば、金
属化率８０％以上の還元鉄が得ら、次工程の精錬期で溶
解精錬して溶鋼を製造することが出来るものである。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により鉄鉱石
又は製鉄所発生ダスト類を原料として簡易に還元・溶融
することができ、特に、製鉄所発生ダスト類の場合は亜
鉛等の有害物質除去を必要とするが、既存の電気炉等の
活用により簡易に脱亜鉛できるため、ダスト類の再利用
が可能となる極めて優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の含炭鉄酸化物を製造するための設備フ
ローと溶鋼製造までのフローを示す図、

【図２】製鉄所発生ダストを原料として製造したペレッ
トを還元処理した時の保定温度と金属化率の関係を示し
た図、

【図３】製鉄所発生ダストを原料として製造したペレッ
トを還元処理した時の保定温度と脱亜鉛率の関係を示し
た図、

【図４】製鉄所内水処理設備から発生するスラッジを原
料として、還元鉄を製造した時の保定温度と金属化率の
関係を示した図、

【図５】カーボン配合率を変化させた場合の金属化率を
示す図、

【図６】電気炉における二段階の温度制御パターンを示
す図である。

フロントページの続き (72)発明者 千葉 道夫 福岡県北九州市戸畑区飛幡町２番２号 株 式会社鐵原開発センター内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄鉱石又は製鉄所発生ダスト類の鉄酸化
   物を構成原料として、造粒又は成型した塊成物を還元溶
   解処理することによって溶銑や溶鋼を製造する方法にあ
   って、含炭鉄酸化物を焼成炉により１２００〜１３００
   ℃温度条件下の含炭による直接還元領域に保定し、鉄酸
   化物を固体状態で金属化率８０％以上に還元した後、生
   成した還元物を同一の還元精錬炉で還元溶融温度以上で
   溶解させ、還元物に残留するカーボンによって残留して
   いる酸化物を還元し、予め添加した又は還元後添加した
   石灰石等の造滓材やスクラップ等の原料と共に溶解、精
   錬し溶銑又は溶鋼を製造する鉄酸化物の同一還元精錬炉
   での二段階温度制御によることを特徴とする鉄酸化物の
   還元溶解精錬方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、還元精
   錬炉が電気炉であることを特徴とする鉄酸化物の還元溶
   解精錬方法。