JPH11510216A - 回転炉床型炉中での鉄酸化物還元 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 鉄酸化物を少なくとも部分的に還元するための方法は、回転炉床型炉の炉床に反応物の床を形成することを含み、然も、その反応物は、（ａ）鉄鉱石微粒子と粒状炭素質材料との混合物及び（又は）（ｂ）鉄鉱石微粒子と粒状炭素質材料との微小凝集体からなる。混合物及び（又は）微小凝集体を、回転炉床型炉中で加熱し、少なくとも鉄酸化物を還元する。「微小凝集体」とは、直径が１４００μより小さい（好ましくは５００μより大きい）凝集体である。少なくとも部分的に還元された生成物は、金属鉄の製造で用いるのに特に好ましい。鉄酸化物を少なくとも部分的に還元するための装置も特許請求の範囲されている。この方法は、鉄酸化物微粒子及び石炭のペレット化を必要とすることなく、回転炉床型炉の操作を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】 回転炉床型炉中での鉄酸化物還元 本発明は、回転炉床型炉(rotary hearth furnace)で鉄酸化物を部分的に還元 する方法に関する。 鉄酸化物を部分的に還元するための既知の回転炉床を用いた方法は、ミドレッ クス・スチール社(Midrex Steel Corporation)のファストメット(FASTMET)法で ある。ファストメット法の特別な形は、カネコその他による米国特許第４，７０ １，２１４号明細書〔ロッテルダムのミドレックス・インターナショナル(Midre x International)ＢＶに譲渡されている〕に記載されている。 その米国特許を含めた技術文献に記載されているファストメット法は、次の工 程からなる： （ｉ） 酸化鉄微粒子、粉末石炭、及び結合剤の混合物を凝集して、典型的に は２０ｍｍ程度の直径（前記米国特許には好ましい範囲として１０〜２５ｍｍが 記載されている）のペレットを形成する； （ii） 前記ペレットを回転炉床型炉へ供給して、回転炉床型炉の炉床に１〜 ３層の深さの浅い床、典型的には炉床を保護するために鉄鉱石の中間層が炉床か らペレットを分離している床を形成する； （iii） 炉床上の回転炉床型炉中のペレットを１１００〜１３７０℃の温度に 加熱して、鉄酸化物を金属鉄へ還元する。 技術文献には、ファストメット法が９０％程度の金属化を達成することが報告 されている。 ファストメット法で生成した還元ペレットは、電気アーク炉及びＨＩ溶融製錬 還元槽(HIsmeit smelt reduction vessel)のような或る範囲の装置内で銑鉄又は 鋼を製造するのに用いることができる。ファストメット法の利点は、鉄鉱石微粒 子及び石炭微粒子を用いて操作することができることである。鉄鉱石微粒子及び 石炭微粒子を使用することは、鉄鉱石微粒子が安価で、多数の他の方法では用い ることができず、石炭はコークスと比較して比較的安価であるため、望ましい目 標である。 本発明の目的は、回転炉床型炉内で鉄酸化物を少なくとも部分的に還元するた めの方法を与えることであり、それはファストメット法の改良である。 本発明によれば、鉄酸化物を少なくとも部分的に還元する方法において、 （ｉ） 回転炉床型炉の炉床に反応物の床を形成し、然も、前記反応物は、（ ａ）鉄鉱石微粒子と粒状炭素質材料との混合物及び（又は）（ｂ）鉄鉱石微粒子 と粒状炭素質材料との微小凝集体(micro-agglomerate)からなり； （ii） 前記混合物及び（又は）微小凝集体を回転炉床型炉中で加熱して、鉄 酸化物を少なくとも部分的に還元する、 ことからなる還元方法が与えられる。 本発明は、回転炉床型炉を効率的及び効果的に操作するためには、鉄酸化物微 粒子及び石炭をペレット化する必要はないと言う認識に基づいている。ファスト メット法がそれらペレットを使用することに基づいていることは、技術文献から 明らかである。ペレット化工程を除くことは、その方法をかなり単純化し、生産 性を著しく増大し、資本及び操作コストを減少することができる。 用語「微小凝集体(micro-agglomerate)」とは、ここでは直径が１４００μよ り小さい（好ましくは５００μより大きい）凝集体を意味する。 微小凝集体は、反応物の床のかなりの部分を形成するのが好ましい。 工程（ii）で生成した生成物の金属化は、少なくとも５０％であるのが好まし い。 鉄鉱石微粒子と炭素質材料との混合物を形成し、然る後、その混合物を回転炉 床型炉に供給する。 別法として、鉄鉱石微粒子及び炭素質材料は、別々に回転炉床型炉中へ供給し 、炉床でその場で混合物を形成させてもよい。 炭素質材料は石炭のようなどのような適当な材料でもよい。 炭素質材料は石炭であるのが好ましい。 石炭は粉末にされているのが好ましい。 微小凝集体は、どのような適当な手段によって形成してもよい。 回転炉床型炉の反応物床は、どのような適当な深さでもよい。典型的には、床 の深さは２０〜２５ｍｍ程度である。 本発明によれば、鉄酸化物を少なくとも部分的に還元するための装置において 、 （ｉ） 鉄鉱石微粒子と粒状炭素質材料との微小凝集体を形成するための手段 、及び （ii） 前記微小凝集体形成手段によって形成された微小凝集体の鉄酸化物を 少なくとも部分的に還元するための回転炉床型炉、 を具えた装置も与えられる。 本発明の方法及び装置によって製造された少なくとも部分的に還元された生成 物は、広い範囲の用途で用いることができる。必ずしも排他的にと言うわけでは ないが、好ましい用途は金属鉄の製造である。 本発明を評価するために、本出願人は二つの別々な実験プログラムを遂行した ： （ｉ） 鉄鉱石微粒子と石炭との混合物、 （ii） 鉄鉱石微粒子、石炭、及びベントナイト結合剤の微小凝集体、及び （iii） ファストメット法と比較する目的で、鉄鉱石微粒子、石炭、及び結合 剤のペレット。 第１実験プログラムのための原料は、ヤンジクーギナ(Yandicoogina)鉄鉱石、 ヤラビー(Yarrabee)無煙炭、及びベントナイト結合剤であった。 鉄鉱石及び石炭の分析値を表１に記載し、粒径分布を図１に与える。 ^★ＬＯＩ−灼熱減量 上記％は重量によるものであることに注意されたい。 第１実験プログラムのためのペレットは、次の割合（重量）で鉄鉱石微粒子、 石炭及びベントナイトを混合することにより調製した。 鉄鉱石微粒子： 79.25％ 石炭 ： 19.25％ ベントナイト： 1.5％ 混合物を回転円盤ペレット化機中に入れ、流れ落ちる材料上に水を噴霧し、凝 集させた。ペレットが形成された時、それらペレットを取り出し、１１０℃で炉 乾燥した。１６ｍｍより小さなペレットを篩分けして除いた。残りのペレットの 粒径範囲は、ファストメット法で用いたペレットの代表的なものであった。 第１実験プログラムのための微小凝集体を、ペレットと同じ供給混合物から調 製した。供給混合物及び水をアイリッチ(Eirich)混合機中に入れ、その混合物を 操作して直径１ｍｍ程度の微小凝集体を形成した。微小凝集体を混合機から取り 出し、１１０℃で炉乾燥した。乾燥した微小凝集体を篩分けし、５００〜１４０ ０μの粒径範囲の材料を収集した。 第１実験プログラムのための鉄鉱石微粒子と石炭との混合物を、鉄鉱石微粒子 ８０重量％及び石炭２０重量％の割合で手で混合することにより調製した。 鉄鉱石微粒子と石炭との混合物、微小凝集体及びペレットについての一緒にし た供給物分析値を表２に記載する。 第１実験プログラムを、高温電気加熱炉で行なった。 鉄鉱石微粒子と石炭との混合物、微小凝集体、及びペレットの試料を、５〜１ ２０分の時間、炉の中の皿の中に入れた。その皿にはペレットの単層、又は２５ ｍｍ深さの微小凝集体床、又は２５ｍｍ深さの鉄鉱石微粒子・石炭混合物床を入 れた。 炉を１２００℃の温度で操作した。一酸化炭素と空気とのガス混合物を、試料 皿の上から炉中へ吹き込み、ファストメット法の標準操作条件に従う回転炉床型 炉中のガスと過剰空気との燃焼に類似させた。 炉からの実験生成物を、全鉄、金属鉄、炭素、及び硫黄について分析した。更 に、試料を目で検査し、ガスの浸透が行われたか否かを決定した。第１実験プロ グラムの結果を表３に記載する。 Ｆｅ^T％ ＝全鉄（重量％） Ｆｅ^mct％＝金属鉄％（重量％） 金属化％ ＝鉄の金属化％（重量％） 表３に関し、試料１〜９は鉄鉱石微粒子と石炭との混合物であり、試料１０〜 １６は微小凝集体であり、試料１７〜２１はペレットである。 鉄鉱石微粒子と石炭との混合物の最大金属化は、ペレットの場合のものと同様 である。試料５は、鉄鉱石と石炭との混合物について３３分の滞留時間で６４． ９％の金属化を示していた。この金属化は、２６分の滞留時間後に達成された試 料２０のペレットについての６２％の金属化と比較して好ましいものである。 試料６を除いて、試料５について３３分より長く、試料２０について２６分よ り長く滞留時間を増大しても、鉄鉱石微粒子と石炭との混合物及びペレットにつ いての金属化に改良は得られなかった。試料６の場合には、金属化の改良はほん の僅かであった。 鉄鉱石微粒子と石炭との混合物試料の露出表面は焼結及び時には溶融を受け、 それが反応又は生成物微粒子が床の中へ又は床からの移動を阻止するものと思わ れた。各実験後、固体状態の焼結が観察されたが、試料床の深さ全体に亙って広 範な亀裂が起き、それが適切な気体／固体接触を可能にし、金属化を起こした。 床材料は脆く、試料皿から容易に取り出せた。鉄鉱石微粒子と石炭との混合物試 料の鉱物学的検査は、金属化が試料全体に亙ってかなり均一に行われていたこと を示していた。溶融を示すものはなく、試料は開口が多く多孔質であった。 微小凝集体の金属化は、鉄鉱石微粒子と石炭との混合物及びペレットの両方の 試料程はよくなかったが、それらに匹敵するものであり、試料１４については２ ７分の滞留時間後、最大７５．１％の金属化が達成された。表３は、２７分から ６０分へ試験時間を延長しても金属化を改良出来なかったことを示している。鉄 鉱石微粒子と石炭との混合物試料と同様に、微小凝集体の露出表面には広範な亀 裂が起き、床全体に亙ってガスを浸透させることができた。更に、床材料は脆く 、ばらばらの微小凝集体を見ることができた。 要約として、第１実験プログラムにより、鉄鉱石微粒子と石炭との混合物及び 微小凝集体の試料の性能は、与えられた実験条件についてファストメットペレッ トの性能に少なくとも匹敵するものであることが確認された。 第１実験プログラムと同じ試料調製手順に従って第２実験プログラムを行なっ た。ヤンジクーギナ鉄鉱石（第１実験プログラムの場合と同じ）を用いて多数の 試料を調製したが、直接出荷鉱石（ＤＳＯ）〔これは、ハマースレイ・アイアン ・親会社(Hamersley Iron Pty．Ltd.)により製造された鉄鉱石微粒子混合物であ る〕を用いて多数の他の試料も調製した。試料は、全て第１実験プログラムで用 いたのと同じ無煙炭及び結合剤（必要な場合）を用いて調製した。 高温電気加熱炉を用いる代わりに第２実験プログラムでは、目的に沿って作っ た４０ＫＷ誘導炉中で試料を還元した。第１実験プログラムの場合と同様に、炉 中の皿中に試料を５〜１２０分間入れた。皿には、ペレットの単層、又は２５ｍ ｍ深さのペレット床又は微小凝集体床を入れた。炉を１１９０〜１２６０℃の範 囲の温度で操作した。 炉からの実験生成物を、全鉄、金属鉄、炭素及び硫黄について分析した。 第２実験プログラムの結果を表４に記載する。 Ｆｅ^T％ ＝全鉄（重量％） Ｆｅ^M％ ＝金属鉄％（重量％） 金属化％ ＝鉄の金属化％（重量％） 表４に関し、試料１〜７は鉄鉱石微粒子と石炭との混合物であり、試料８〜１ ０は微小凝集体であり、試料１１〜１５はペレットである。 鉄鉱石微粒子と石炭との混合物及びペレットの多くの試料の金属化は、微小凝 集体の金属化よりもかなり進行していた。これは、大部分炉の温度が一層高いこ とによるものであった。例えば、ペレット試料１２、１３及び１５のための炉の 最大操作温度は、１２５５〜１２６５℃の範囲にあったが、微小凝集体試料８〜 １０の最大操作温度は、１１９０〜１２００℃の範囲にあった。 炉操作温度の差を考慮すると、第２実験プログラムの結果は、第１実験プログ ラムの結果と同様であった。 本発明の方法及び装置によって製造された少なくとも部分的に還元された鉄鉱 石は、広い範囲の用途に用いることができる。 好ましい用途は、鉄鉱石微粒子、石炭微粒子及び結合剤を必要な割合で一緒に 混合し、次に供給物材料の混合物を凝集して微小凝集体を形成する連続した方法 で金属鉄を製造することである。微小凝集体を炉で乾燥し、篩分けて５００〜１ ４００μの範囲の部分を分離する。この部分を、次に１２５０〜１３５０℃の温 度範囲で作動する回転炉床型炉へ供給する。炉では微小凝集体状の鉄鉱石が還元 され、その鉄鉱石の少なくとも一部分が金属鉄へ還元される。還元は、微小凝集 体中の炭素と鉄酸化物との緊密な接触により、炉の高温環境中で達成される。金 属化された生成物は炉から放出され、ＨＩ溶融製錬還元槽（又は他の適当な装置 ）へ移し、部分的に金属化された微小凝集体の還元を完了し、金属化した生成物 を溶融して溶融鉄浴を形成し、それを周期的に流し出す。 本発明は、この用途に限定されるものではなく、炉から放出された少なくとも 部分的に還元された鉄鉱石生成物は、多くの他の用途でも用いることができるこ とに注意すべきである。 本発明の本質及び範囲から離れることなく、記載した本発明に多くの修正を行 うことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｈ Ｕ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．鉄酸化物を少なくとも部分的に還元する方法において、 （ｉ） 回転炉床型炉の炉床に反応物の床を形成し、然も、前記反応物は、（ ａ）鉄鉱石微粒子と粒状炭素質材料との混合物及び（又は）（ｂ）鉄鉱石微粒子 と粒状炭素質材料との微小凝集体からなり、そして （ii） ここで定義した前記混合物及び（又は）微小凝集体を回転炉床型炉中 で加熱して、鉄酸化物を少なくとも部分的に還元する、 ことからなる鉄酸化物還元法。 ２．工程（ｉ）で、微小凝集体が反応物の床の実質的部分を形成する、請求項 １に記載の方法。 ３．微小凝集体の大きさが、５００〜１４００μである、請求項１又は２に記 載の方法。 ４．鉄鉱石微粒子と炭素質材料との混合物を形成し、然る後、前記混合物を回 転炉床型炉へ供給することを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。 ５．炉床でその場で混合物が形成されるように、鉄鉱石微粒子と炭素質材料と を別々に回転炉床型炉へ供給する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。 ６．石炭が粉末にされている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。 ７．鉄酸化物を少なくとも部分的に還元するための装置において、 （ｉ） 鉄鉱石微粒子と粒状炭素質材料との微小凝集体を形成するための手段 、及び （ii） 前記微小凝集体形成手段によって形成された微小凝集体の鉄酸化物を 少なくとも部分的に還元するための回転炉床型炉、 を具えた鉄酸化物還元装置。 ８．（ｉ） 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法で、少なくとも部分的 に還元された鉄酸化物を生成し、そして （ii） 鉄酸化物の還元を完了し、そして製錬還元槽内で金属鉄を溶融する、 ことからなる金属鉄製造方法。