JPS5916920A - 鉄族元素酸化鉱石のロータリーキルンによる製錬方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鉄族元素酸化鉱石の半溶融還元製錬用ロータ
リーキルンととのキルンによる鉄族元素酸化鉱石の半溶
融還元製錬方法に関し、特に本発明は、主バーナと補助
バーナを有する前記ロータリーキルンととのキルンによ
る製錬方法例関するものである。

従来ロータリーキルンによって鉄族元素の酸化鉱を還元
製錬して鉄族元素を得る還元製錬方法が知られているが
、ベヘーら嗅逐入製鈑−万失〜難転へ＜Ｗ〜海※これら
の還元製錬方法には丁記の３種の態様がある。

（ハ、完全溶融還元製錬方法 この方法は酸化鉱、フラックスおよび還元材をロータリ
ーキルン中で完全溶融しつつ還元して溶融状態のメタル
とスラグを生成させてキルンから排出させる方法であり
、セメント用のロータリーキルンを用いて粉鉄鉱を製錬
したバツセー法がそｐ、＞　４＋：、表的な方法である
が、ライニングの損傷が激しいので現在は実施されてい
ない。

（２）、非溶融固体還元製錬方法 こり方法は酸化鉱石粉を粉還元材と混合し、この混合物
をそのまま、またけペレットなしキルン中で加熱して酸
化鉱を固体還元して得た還元物またはベレットをキルン
から排出して、溶融炉、多（ｉ、ｌ電気炉中で溶融して
メタルとスラグに分離される。

この方法は、Ｎ１あるいはＯｒの酸化鉱の還元製錬に用
いられている。

（３）半溶融還元製錬方法 この方法は、一般にクルップレン法と呼ばれているもの
で、水分の多い粉状の酸化鉱の還元製錬に好適な方法と
して知られており、酸化鉱、還元材、フラックスをキル
ン中で加熱し、半溶融状態で金属の還元を進行させる方
法であり、現在ニッケルあるいは鉄の還元製錬に適用さ
れている。

以上ロータリーキルンを用いて鉄族元素の酸化鉱を還元
製錬する方法が知られているが、何れの方法も一般に低
品位の粉状の酸化鉱を還元製錬することに適する方法と
して知られている。

本発明は、上記３種の還元製錬方法中（、？）半溶融還
元製錬方法に用いられるロータリーキルンとこのロータ
リーキルンによる半溶融還元製錬方法に関するものであ
る。

従来のクルツブやワン法に用いられているロータリーキ
ルンには７本のバーナが設けられており、前記バーナに
よって重油あるいは微粉炭を燃焼させてキルン内部を加
熱、昇温させることにより半溶融還元製錬が行われてい
るのに対し１本発明は。

主バーナと補助バーナとを有する半溶融還元用ロータリ
ーキルンと、このロータリーキルンを用いて製錬する際
主バーナと補助バーナとを用いてキルン内部を加熱、昇
温させることによって半溶融還元製錬をより適確に行な
うことのできる製錬方法とを提供することを目的とする
ものであり、特許請求の範囲記載のロータリーキルンと
このロータリーキルンによる半溶融還元製錬方法を提供
することによって前記目的を達成することができる。

次に本発明の詳細な説明する。

クルツブ・シン法に用いられている第１図に模式図で示
す如き従来のロータリーキルン／は全長が６０〜／コθ
ｍ、外径、？、　Ａ　−３，コｍφ、ライニング内径ユ
、ｓ−／／、ｇｍφ、水平面よりのキルン軸線の頽廃［
／〜’１％のものが多く用いられている。このキルイの
上端側すなわち原料装入側λＶＬ原料予熱帯（Ａ）であ
り１装入された原料が予熱昇温され１次に還元帯（Ｂ）
において酸化鉱の還元反応が生起し、キル／の上端側の
ルツペ帯（Ｃ）においては還元反応によって生成された
ｊ！元メタルの粒が成長して）ｖツヘ（粒鉄）に成長し
、このルノペはキルンの下端の排出端に設けられたダム
３より生成されたスラグと共に排出される。すなわちキ
ルンび）予熱帯では原料の乾燥、予熱が、眞元帯（Ａ）
では酸化鉱の還元が、ルツベ帯（Ｂ）では還元メタルの
粒成長とスラグの生成がそれぞれ主として行なわれる。

キルンは鉄皮の内側にシャモツト質煉瓦が内張され、衆
元帯（Ｂ）、ルツペ帯（Ｃ）は予熱帯（Ａ）より高温で
あることからクロム・マグネシウム煉瓦、溶融アルミナ
煉瓦、溶融珪石煉瓦などがさらに内張されている。

いま珪酸質黄鉄鉱（Ｆθ３θチ位）をこのキルンで製錬
する一つの例について述べると、」二記貧鉄鉱粉粒を還
元材と共にキルンの一ヒ端より装入し、上端よりバーナ
らを用いて微粉炭燃焼を行うと、鉱石は予熱された後海
綿鉄状に還元され、さらに７．７００〜７３００℃に加
熱される間に／４程度のＣを吸収し、塩基度０．３程度
の高酸性スラグ中で　錬されつつルソペ（粒鉄）となり
、キルン上端に設けられた滞留用ダム（以下ダムリング
と称す）３を溢流して排出され、粉砕機により篩分、磁
選される。ルノペ中には７〜コチ程度のスラグが残留し
、またスラグ中にもｌ−コチ程度のメタルが残留する。

しかし、この方法によれば高炉に直接使用できない貧鉄
鉱、ニッケル鉱、コバルト鉱を粉状の低質還元材あるい
は燃料をもって処理することができるという特徴を有す
る。

とのキルンによれば、生成されるルッペがスラグ中に損
失されるのをできるだけ少なくするため。

微小粒状ルツベ、たとえば０３朋以下のルッベを少なく
することが有利である。

ところで、ロータリーキルンによるルッペのメタル歩留
は９０〜ｑ？　％であり、一般に防用される酸化鉱中リ
メタルの品位が低い程スラグ量が多くなるため、メタル
の歩留は低トするが、還元材として！粉の低質炭を使用
することができ、また特に高珪酸質の低品位鉱を好適に
使用することができる等の点に大きな特徴があり、近年
特にＮ１含有量が０．２〜３チ程度のガーニエライト、
ラテライト等９含ニッケル低品位鉱の処理が行なわれて
いる。しかしながら特に含ニツケル低品位酸化鉱をロー
タリ、キルンによって半溶融還元する場合に、生成され
るスラグ量が極めて多く、また生成されるニッケルルッ
ペの粒子中には比較的細粒部分が多く、かかる細粒はス
ラグ中へ混入して損失するという欠点があった。

また従来の７個のバーナを有するロータリーキルンにお
いては、キルンのルッペ帯の温度を主バーナによって高
温に保持することができるが、キルン下部の排出端部の
半溶融還元生成物ならびにスラグよりなるクリンカーの
温度を適温に保持することができない。

°さて前記排出端部のクリンカーの温度を適温に保持す
ることを主眼として操業すると必然的にルツベ帯の温度
を上昇させねばならなくなるが、そうすると金−属なら
びにスラグが溶融するようになってルッペ帯のライニン
グを損耗させるため長期安定操業が不可能となるという
欠点があった。

本発明の主バーナと補助バーナを有するロータリーキル
ンを用いて半溶融還元製錬すると、主バーナを用いてル
ツベ帯の温度を適温にすることができると共に補助バー
ナによって排出端のクリンカ一温度を適温に保ｉ″する
ことができる点において、＠記従来のロータリーキルン
に比較して、金属の歩留、キルンライニングの寿命の延
長ならびに長期安定操業を達成することができるという
側期的特徴を有する。

仄に本発明の主バーナと補助バーナを有する半溶融還元
製鋼用ロータリーキルンを図面について説明する。

第１図は本発明のロータリーキルン／の排出端部および
燃焼室乙のキルンの軸線に沿って切った垂直縦断面図で
ある。キルン／の排出端部にはダムリング３が設けられ
ており、キルン軸線とほぼ直角に交わる燃焼室乙の正面
壁７の上半部壁には主バ丁ナタと補助バーナ／／とが、
キルンの軸線方向とイ・ヨぼ平行に併設されており、主
バーナ９の最先端部と正面壁７との距離は、補助バーナ
ｌ／の最先端部と正面壁７との距離よりもわずかに大き
い。

すなわち主バーナ９の最先端部は補助バーナ／／の最先
端部よシキルン／の排出端部により近接している。第３
図は第２図のキルンの排出端部側から燃焼室６り正面壁
７を見た正面図である。

同図において、９は主バーナ、　／／は補助バーナであ
り、キルンの軸線を直角にかつ水平に横切る仮想線Ｙ−
Ｙに対向する燃焼室乙の正面壁７には覗孔／Ｊ、／、？
が設けられており、との覗孔□を通してキルン内を観察
することができる。

次に本発明のキルンにおいて、主バーナならびに補助バ
ーナを設置することの理由について説明する。

ロータリーキルンによる半溶融還元製錬方法によれば、
還元された金属粒子が球形に成長するに必要な温度をル
ツペ帯域においてかなり長時間維持する必要がある。そ
のためには従来方法によればバーナーの焔を長大なもの
とする必要があるが、さらにまた焔の輝度を十分に保持
することが必要である。しかしながら、焔を長大にする
ことは容易であるが、輝度を十分に保持することは困難
であった。

ところで、キルン内で生起する反応は予熱、還元、ルツ
ペ生成Ｖ）３つに大別され、キルンの軸線方向に沿って
予熱帯、還元帯、ルッペ帯がキルン上端部から下端部へ
向って順次形成され、それぞれの軸線方向の長さが操業
方法によって少しは変化するが、それぞれキルン長さの
通常／／３づつ位である。

前述の如く還元帯において還元反応により生成する金栖
細粒子はルッペ帯において細拉子が互に接合９合一によ
りルッペに成長するが、還元帯とルツペ帯の境界域のキ
ルン壁には必ず炉壁付着物すなわちスラグリングが出現
しており、クルップレン法によればルッペ帯を充分に長
くして金属細粒子をルノペに成長させると共に、操業を
円滑に遂行するためには［γＩ記ススラグリングキルン
の上端部方向すなわちキルンの中央部へ進入させないよ
うにすることが望ましい。一方スラグリングがキルン上
端部方向へ移動するとルッペ帯の長さが短くなり過ぎて
、ルツベの大きさが小さく、金属回収歩留が低下する。

スラリングＩｄ、／種の原料滞留ダムの役割を果すもの
であり、適当な位置と適当な高さのとき、還元反応なら
びにルツベ成長反応が進行する。

前記適当な位置としては、キルンの上端部より内方へキ
ルンライニング内径の５〜６倍の長さの位置とすること
が有利であり、一方スラグリングのライニング面からの
突出高さはキルンライニング内径の約１０ｑＡとするこ
とが有利であることを本発明者等は経験によシ知見して
いる。

通常操業中にあっては、スラグリングは時間の経過と共
にキルンの中央部へ進入する傾向にあり。

スラグリングがキルン中央部へ進入するＣ１と、この進
入を抑止させる操業は困難になり、キルンの下端部から
のスラグリング発生位置がライニング内径の約１０倍以
上の処になると、スラグリングがキルン中央部へさらに
進入することを抑止することは全く困難になる。

またルツペ帯において生成したルツペがライニングと接
触、付２着すると、ルツペがライニング上に付着成長（
−てメタルリングを形成し、かかる形成によりキルン内
径が狭小になり、操業を妨げるようになる。よって周期
的に上記メタルリングを除去する゛必要に迫られる。か
かるメタルリングを除去するためには装入物中にさらに
炭材の配合を増加させると共に、主バーナならびに補助
バーナの油量あるいは微粉炭量を増大させ、才たキルン
の排ガスプロワの回転を低ドさせて、」−記メタルリン
グを溶融除去させる手段を採る。このようにメタルリン
グを除去する際、ダムリング近傍の温度を効果的に上昇
させるためには補助バーナの燃焼が有効であることを新
規に知見したのである。

なお従来主バーナの他にパイロットバーナを具備させた
キルンがあるが、上記ハイロットバーナは主パーナノ焔
を安定きせるために用いられるものであり、このパイロ
ットバーナにより本発明の補助バーナの役割を果させる
ことは不ｏＪ能である。

以北主バーナならびに補助バーナを共に燃焼させること
により、還元帯において還元生成する金属粒子の接合１
合一による成長が促進され、脈石が溶融しない上限温度
である７２５０〜７３００℃の温度をキルンの排出端部
に設けられたダムリングに至るまで維持させることがで
き、またスラグリングの生成を適正な位置に限定させる
ことができ。

かつメタルリングの生成を抑止することができる。

次に主バーナと補助バーナの燃焼焔とキルンの相対的位
置ならびにキルン温度との関係について説明する。

第１図（Ａ）は主バーナの焔ＬＦと補助バーナの焔ＳＦ
によるキルン軸線方向のキルン内温度の分布を示す図で
あり、主バーナによって重油１０ｏｏ　ｌ／ｈ　、補助
バーナによって３θθｔ／ｈ燃焼させたときの温度分布
を示す。同図によれば主バーナの先端より約グｍ離れた
焔ＬＦの温度はほぼ２０００℃に達し７０ｍ付近までは
約−０００℃の温度が保持され、さらに１０ｍを越える
と次第′に焔の温度が低下することが判る。第１図（Ｂ
）は燃焼室６ならびにキルンの下端部を含むｔ半部をキ
ルンの軸線に沿って切った縦断面図であり、ＬＦは主バ
ーナの燃焼焔を、　ＢＦは補助バーナの燃焼焔を示す。

同図か、ら判るように主バーナによる焔は長焔であるの
でキルンの内部を主として昇温させ、補助ノく−ナによ
る焔ＳＦは短焔ＳＦであり、主としてキルン下端部すな
わち排出端のダムリング近傍の温度を適温に維持する役
割を果すことが判る。

このように主バーナと補助バーナを相関させて燃焼させ
ることによりキルンの排出端部を高温に保持することが
でき、その結果ガーニエライト系ニッケル鉱石のＮ１収
率あるいはラテライト系鉄鉱石のＦθ収率を従来のロー
タリーキルンによる場合より格段に上昇させることがで
きる。

なお本発明によれば、主ノく−ナにより発生させる発熱
酸と補助バーナにより発生させる発熱量とを比較すると
、前者に対する後者の比は７７７０〜７未満とすること
が有利である。

次に本発明を実施例について比較例と対比して説明する
。

実施例ならびに比較例 前記第１表に示すニッケル鉱石、鉱石、ラテラィト鉄鉱
石をそれぞれ用いで、本発明のロークリ−キルンにより
半溶融還元製錬を遂行ｌ〜だ。

第１表 （チ） 還元剤としては無煙炭を用い、その量はニッケル鉱、ラ
テライト鉄鉱それぞれ１０θｏ　ｋｐに対【〜、２００
　ｙ　、　２ＡＯｋｌ？を用いた。なお使用した無煙炭
の成分組成と発熱量を第２表に示す。

第２表 ロータリーキルンの寸法は、長さ一７０ｍ、ライニング
内径３＾００肩１η、ライニング厚さけ２００１１ｇ　
。

キルン排出端部に設けられたダムリングの高さは７００
１であり、このキルンを０．７　ｒ、　１ｉ、　ｍで回
転さぜてＦ記の操業条件で操業を行った。

鉱石、の標準装入量　：　　　ｌ、＋ｔ／ｈ主バーナ（
油圧噴霧型） 油量　　　　　　　　　　　二　　　７００口　ｔ、／
ｈ／次空気比ｍ：０・コ ２次空気比ｍ：　　　　０．！ｆ 圧力　　　　　：　　　！；００　ａｑ補助バーナ（油
圧噴霧型） 油量　　　　　：　　　３ｏｏ　ｔ／ｈ／次空気比ｍ：
０．ユ ニ次空気比ｍ：　　　　０・７ 圧力　　　　　：　　　！；００ａｑ 燃焼に用いた重油は主◆補助ノく−ナとも同質のもので
５℃における発熱量は９６００　Ｋｃｈｌ／ｌであった
。

なお補助バーナを使用しない従来法による半溶融還元製
錬を行ったが、その際のノ（−すの油量は／３（）０１
／ｈであった。第３表は主補ノく−ナを併用した本発明
方法と単独バーナによる従来方法とによるニッケル鉱石
のＮ１収率およびラテライト鉄鉱石第３表 なお本実施例ならびに比較例において、キルン丁端部の
ダムリングの頂上面の温度を光温度計によって計測して
温度管理を行った。従来方法によれば前記ダムリング頂
上面の温１＃：Ｉｄ、ｑｏθ°Ｃであったが、本発明方
法によれば、従来方法と間歇の重油量を用いて前記頂上
面の温度を１１００℃に安定して保持することができ、
上記の如き極めて優れた金慎収率を得ることができた。

以上本発明のロータリーキルンを用いることにより、極
めて優れた金属収率を得ることができるのみでなく、従
来のロータリーキル／の寿命に比しさら、に長期にわた
り安定した操業を継続的に遂行することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の半溶融還元製錬用ロータリーキルンの軸
線方向に沿って切った縦断面図、第コ図Ｕ本発明のロー
タリーキルンのキルン本体下半部ならびに燃焼室の縦断
面図、第３図は本発明のロータリキルンの下端部側から
燃焼室方向を見た正面図、第９図（Ａ）は主ノく−ナ先
端よりの距離とキルン内温度との関係を示す図、第９図
（Ｂ）は主／＜　−す、補助バーナのそれぞれの燃焼焔
のキルン内における形状を示す図である。 ｌ・・・ロータリ−キルン、コ・−・キルン上端部、３
・・・ダムリング、す・・・キルンライニング、Ｓ・・
・ノ＜−す、Ａ・−・予熱帯、Ｂ・・・還元帯、Ｃ・−
・ルツペ帯、Ａ・・・燃焼室、７・・・燃焼室の正面壁
、９・・・主ノく−ナ。 ｌｌ・・・補助バーナ、　／Ｊ・・・覗窓。 特許出願人　日本冶金工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　鉄族元素のなかから選ばれる何れか少なくとも１種
   の酸化鉱石を、／−４’チ傾斜し、０．７〜／、ｋｒ、
   ｐ、ｍで回転させつつバーナによシ加熱しながら還元材
   を用いて半溶融還元する半溶融還元製錬用ロータリーキ
   ルンにおいて、主バーナと補助バーナを有する半溶融還
   元製錬用ロータリーキルン。 ２、特許請求の範囲第１項記載のロータリーキルンにお
   いて、ロータリーキルン下端部を囲　　３・繞して設け
   られた燃焼室にはロータリーキルンの軸線方向とほぼ平
   行に主バーナと補助バーナがそれぞれ配設されており、
   ロータリ−キルンを上端側から下端側へ向って見て、ロ
   　　　□−タリーキルンの回転が時計回シであるとき、
   主バーナの燃焼室端面壁における取付は位置は、ロータ
   リーキルン下端面円形縦断面の中心点における垂直線Ｘ
   −Ｘと水平線Ｙ−Ｙとによってダ分割される扇形のうち
   垂直線Ｘ　−Ｘの右側で水平線Ｙ−Ｙの上側に対向する
   位置であり、補助バーナの燃焼室端面壁における取付は
   位置は、垂直線Ｘ−Ｘの左側で水平線Ｙ−Ｙの上側に対
   向する位置であり、主バーナと水平線Ｙ−Ｙとの距離は
   補助バーナと水平線Ｙ−Ｙとの距離より長く、かつ主バ
   ーナと垂直線Ｘ−Ｘとの距離は補助バーナの垂直線Ｘ−
   Ｘとの距離より短いことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のロータリーキルン。 主バーナは、補助バーナに比し長焔燃焼バーナであって
   、ロータリーキルンのルッペ帯ならびに還元帯の加熱温
   度の制御用のバーナであシ、一方補助バーナは主バーナ
   に比し短焔燃焼バーナであって、ロータリーキルンの排
   出端部に設けられたダムリング近傍の加熱温度の制御用
   のバーナである特許請求の範囲第１あるいは第２項の何
   れかに記載のロータリーキルン。 本　鉄族元素のなかから選ばれる何れか少くとも７種の
   酸化鉱石をｌ−弘チ傾斜し、０．７〜／、！ｒｒ、ｐ、
   ｍで回転させつつバーナで加熱しながら還元材を用いて
   半溶融し還元するロータリーキルンによる半溶融還元製
   錬方法において、ローリーキルン一体のＦ端部を囲繞す
   る燃焼室に設けられた主バーナと補助バーナとを用いて
   ロータリーキルン内の予熱帯、還元帯、ルツペ帯および
   キルン下端部ダムリングのそれぞれの帯域の温度を適温
   に制御することを特徴とする鉄族元素酸化鉱石のロータ
   リーキルンによる半溶融還元製錬方法。 ５、　主バーナにより長焔を発生させ、補助バーナによ
   り短焔を発生させてロータリーキルン内科帯域の温度を
   それぞれ適温に制御することを特徴とする特許請求の範
   囲第４項記載の方法。 ６、　予熱帯、還元帯、ルツペ帯、ダムリング域におけ
   る被加熱物のそれぞれの温度を／θ０〜ＡＯＯ０Ｃ，Ａ
   ＯＯ−／２００”Ｃ）、、　　／１００−　／１１００
   ０ｃ。 ／１５（７〜ｉ、ｉｓｏ℃温度内に制御することを特徴
   とする特許請求の範囲第５項記載の方法。 ７、　主バーナにより発生させる発熱量に対する補助バ
   ーナにより発生させる発熱量の比者を／／／θ〜／未満
   とすることを特徴とする特許請求の範囲第グ〜を項の何
   れかに記載の方法。 ８、補助バーナを制御燃焼させることにより、キルン内
   ルッペ帯のライニングに付着するメタルリングを溶融除
   去することを特徴とする特許請求の範囲第９〜７項の何
   れかに記載の方法。