JPS6029408A - 海綿鉄製造方法 - 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】 この発明は酸化鉄粉を還元して海綿鉄を製造する方法に
関するものである。

従来から、耐熱容器すなわちサガーに鉄鉱石、ミルスケ
ール等の酸化鉄粉とコークス等の固体炭素還元剤を円筒
状に充填し、この耐熱容器をトンネル炉内で加熱するこ
とによって酸化鉄粉を還元し、海綿鉄を得る方法が行な
われている。

しかし、この従来の海綿鉄製選方法においてはトンネル
炉における酸化鉄粉の還元に長時間を要し、そのため生
産性を高めることが困難であるという欠点があった。そ
こでトンネル炉内における酸化鉄粉の還元時間を短縮す
るために、反応性が極めて良好な固体炭素還元剤例えば
木炭を用いたり、サガー内への酸化鉄粉の充填肉厚を薄
くする等の試みが従来から行なわれていた。

しかし、反応性が極めて良好な固体炭素還元剤を用いる
という手段では、そのような還元剤自体が比較的に高価
であるという問題の他に、そのような還元剤は酸化鉄粉
が未だ還元し難い低温域でガス化消失し、その消失した
部分近辺に収納された未還元の酸化鉄粉層が崩壊してし
まうという問題があった。また、サガー内への酸化鉄粉
の充填肉厚を薄くするという手段を採る場合反応性は良
好になるがサガーに一度に充填し得る酸化鉄粉の量が制
限されるため効果的な生産性の向上とはならないという
問題があり、その場合に用いられる台車やサガーは反復
して急熱・急冷されるために寿命が極めて短くなり、こ
のような手段を採る場合、既存設備を用いることができ
ないという問題があった。

この発明は、以上の従来の事情に鑑みてなされたもので
あり、トンネル炉内における酸化鉄粉の還元反応の反応
効率を安価な手段で向上し、もって海綿鉄の生産性を高
めることができる海綿鉄製遠方法を提供することを目的
とする。

耐熱容器内の酸化鉄粉は、加熱されることにより固体炭
素還元剤が発生するＣＯガスによって還元される。した
がってサガー内酸化鉄粉の還元反応の効率を向上し、生
産性を高くするには固体炭素還元剤からＣＯガスを効率
よく発生させる必要がある。そのようにする手段として
は、微細な粒子を多く含む固体炭素還元剤、例えば微細
コークスを用いるという手段がある。微細コークスはそ
の大きな表面積と高い充填率のため、還元時のＣＯガス
発生速度が大きくその発生量が極めて多い。

さらに微細コークスは気孔率が減少するため見掛密度が
大きく、単位重量当たりの体積が小さいため、この微細
コークスを用いた場合、耐熱容器に対する酸化鉄粉の充
填量を増大させることができ、それによっても海綿鉄の
生産性を向上することができる。

さらに還元時のＣＯガス分圧を高める他の手段として固
体炭素還元剤にＣＯガス化促進剤を添加する方法がある
。

この発明の発明者等はそのような作用をなす固体炭素還
元剤のＣＯガス化促進材を種々検討した結果、アルカリ
金属の炭酸塩、炭酸水素塩、硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩、
硫化物、ハロゲン化物酸化物、水酸化物が好ましいこと
を見出しこの発明をなすに至った。

すなわちこの出願用１の発明の海面鉄製過方法は、酸化
鉄粉を耐熱容器に円筒状に充填するとともに、その酸化
鉄粉層の内外に粒径１．０ＩＩｌｌ以下の粒子を８５％
以上含む固体炭素還元剤を充填し、その耐熱容器を加熱
することを特徴とするものであり、この出願用２の発明
の海綿＠製造方法は、酸化鉄粉を耐熱容器に円筒状に充
填し、その酸化鉄粉層の内外側にアルカリ金属の炭酸塩
、炭酸水素塩、硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩、硫化物、ハロ
ゲン物、酸化物または水酸化物のうちの一種以上を固体
炭素還元剤に２％以上５％以下添加して充填し、その耐
熱容器を加熱することを特徴とするものであり、この出
願用３の発明の海綿鉄製遠方法は、酸化鉄粉を耐熱容器
に円筒状に充填するとともにその酸化鉄粉層の内外にア
ルカリ金属の炭酸塩、炭酸水素塩、硫酸塩、硝酸塩、酢
酸塩、硫化物、ハロゲン化物、酸化物また水酸化物のう
ちの一種以上を粒径ｉ、ｏｍｍ以下の粒子を８５％以上
含む固体炭素還元剤に２％以上５０％以下添加してなる
還元剤を充填し、その耐熱容器を加熱することを特徴と
するものである。

以下にこの発明の内容を更に具体的に説明する。

前述したようにこの出願の発明の海綿鉄製遠方法では、
固体炭素還元剤として、粒径１．０ｆｆｌｌｌ以下の粒
子を８５％以上含むコークス等が用いられる。

コークスは一般に木炭よりも安価であり、また粒径１．
０１１１ｍ以下の粒子を８５％以上含ましめるという程
一度の粉砕加工はトップグライダ−やディスクミル等の
周知の粉砕機で短時間に容易に行ない得る。

ここで、固体炭素還元剤として粒径１．０１１以下の粒
子、を８５％以上含むものを用いるのは以下の理由によ
る。

第１図はコークスについて粒径１．０ｆｆｉ−以下の粒
子を含む割合と、そのコークスの見掛密度との関係を図
にして示したものである。図に示されるように見掛密度
は粒径１．０ｍｍ以下の粒子を含む割合が増加するにつ
れて増加し、特にその割合が８５％以上になると見掛密
度は著しく増加する。これは、一般に中実な粒子は粒径
を小さくする程その空隙容積が増え見掛密度は低下する
が、コークス等のにうに元来比較的大きな空孔を含有す
る固体炭素還元剤にあっては、微細になればなるほどそ
のような空孔の影響による見掛密度の低減が緩和され、
その結果、見掛密度が増加するのである。したがって、
前述したように粒径１．０ｍｌ１１以下の粒子を８５％
以上含むＷ１ｍコークスを用いて海綿鉄を製造する場合
、耐熱容器へのコークスの必要な充填体積が減少し、そ
の分酸化鉄粉の充填量を多くすることが可能となり、海
綿鉄の生産性を向上することができる。同時にそのよう
に微細コークスを用いる場合その大きな表面積と高い見
掛密度によって還元時のＣＯガス発生速度が大きく、Ｃ
Ｏガスの酸化鉄粉層中への拡散が促進されて、還元率が
向上する。さらに、微細コークスを使用する場合骨られ
る海綿鉄表面へのコークスのかみ込みはほとんどなく、
そのため仕上還元後前られる鉄粉の歩留りは高く、かつ
清浄度の高い鉄粉を得ることができる。これに対し、粒
径１　、　Ｏｍｍ＋以下の粒子が８５％未満のコークス
ではその還元率も低く、また得られる海綿鉄表面へのコ
ークスのかみ込みが著しい。

次に、この出願の発明ではアルカリ金属の炭酸塩、炭酸
水素塩、硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩、硫化物、ハロゲン化
物、酸化物または水酸化物のうちの一稗以上を固体炭素
還元剤に２％以上５０％以下添加してなる還元剤を用い
る。例えばアルカリ金属（Ｌｉ、Ｎａ１に等）の炭酸塩
、炭酸水素塩（Ｌｉ　２　ＣＯ３、Ｌｉ　）ｌｃＯ３、
Ｎａ２ＧＯ３、ＮａＨＣＯｓ　、Ｋ２　ＣＯ３、ＫＨＣ
Ｏ３）（１）熱分解後の活性なアルカリ金属酸化物は固
体炭素還元剤に微細な亀裂を多数発生させ、その結果１
０００℃付近において固体炭素還元剤のＣＯガス化が促
進される。また、アルカリ金属の炭酸塩、炭酸水素塩中
の炭酸弁またはアルカリ金属の硫ＦｉＩＩ塩、硝酸塩、
酢酸塩、硫化物、ハロゲン化物、酸化物、水酸化物表面
に形成されている炭酸弁から１０００℃付近でＣＯ２が
解離し、このＣＯ２がブードアート反応によってＣＯガ
スとなる。その結果、１０００℃付近におけるＣＯガス
用が増大してその分圧が高くなることによってＣＯガス
の酸化鉄粉層中への拡散が促進される。

固体炭素還元剤としてはコークス等を用いれば良く、ま
たそのコークス等にアルカリ金属の炭酸塩、炭酸水素塩
、硫化物、硝酸塩、酢酸塩、硫化物、ハロゲン化物、酸
化物または水酸化物等を添加する手段としては、例えば
それらの水溶液にコークス等を所要時間浸漬し、その後
乾燥することによってそれらの添加物を所要用含有さけ
る手段等がある。

なお、この発明において固体塵ｆＡ還元剤に対する添加
剤の添加量を限定するのは以下の理由による。すなわち
、添加剤の添加量が２％未満であるときには無添加の場
合と比較して顕著な効果がなく、一方、添加剤の添加量
が５０％を越える量であるときには、加熱時に固体炭素
還元剤層中に多量の空隙が生じ、この空隙を介して酸化
鉄粉が流動し、その結果、得られる海綿鉄の表面形状に
顕著な凹凸が生じて未反応の固体炭素還元剤の除去等の
後処理が困難になり、作業能率を悪化させてしまうので
ある。

以下にこの発明の海綿鉄製過方法を実施例により更に詳
細に説明する。

実施例１ 第２図および第３図に示されるように耐熱容器１に酸化
鉄粉２と種々の粒度を有するコークス３を、酸化鉄粉２
が円筒状を形成し、その内外にコークス３が層をなすよ
うに充填した。なお、酸化鉄粉２の肉厚は３０＋ｕとし
、その酸化鉄粉２としてはミルスケールを使用した。そ
の化学組成を第１表に示す。

その後、耐熱容器１を図示しない電気炉内に搬入して１
１００℃に昇渇し、２０時間保持した後炉冷した。それ
により得られた海綿数の重量を計シし、その結果に基き
下式によって還元率を掠出し　ｉこ　。

還元率＝　（’Ａ１０−Ｗ／　（１−７６，０／　１０
０）　Ｗｏ　）ｘｌｏｏ（％　） ＷＯ：耐熱容器に充填したミルスケールの重ロＷ：得ら
れた海綿数の重量 第４図は実施例１に用いたコークスが粒径１．０１以下
の粒子を含む割合と各粒度のコークスを用いた場合の還
元率との関係を図にして示したものである。図に示すよ
うにコークス中の粒径１．０ＩＩＩ１１以下の粒子の割
合が８５％以上になると還元率は急激に増大する。また
その場合得られた海綿鉄表面にはコークスのかみ込みは
皆無であった。一方、コークス中の粒径１．０１ｌｉｌ
以下の粒子の割合が８５％より少なくなると還元率は低
下し、またその場合海綿鉄表面へのコークスのかみ込み
が多く見受けられた。

実施例２ １規定Ｎａ　ＯＨ水溶液に１５分間以上浸漬後乾燥する
ことによってＮａ　ＯＨを２％含有せしめた粒径１．０
ｍｍ以下の粒子を４７％含むコークスとこのような処理
を施さない同じ粒度の］−クスとを用い実施例１と同じ
耐熱容器にミルスケールを円筒状に充填し、１１００℃
に昇温しでその温度における保持時間を５時間から４０
時間に各種設定して海綿数の製造を行なった。

還元後のコークス重量を計但し、下式によって還元率の
他にコークス重量減少率をｎ出した。

コークス重量減少率＝　（Ｗｉ　−Ｗｆ　／Ｗｌ　）　
ｘｌｏｏ（９６） Ｗｌ　：耐熱容器に充填したコークスの重台Ｗｆ：還元
後のコークスの重り 第５図は、還元時間と還元率との関係を実施例と比較例
とで比較して示すものである。第５図に示されるように
、比較例では還元率的１００％を達成するためには４０
ｈｒ以上の還元時間が必要であるのに対し、この発明の
方法を実施した場合、還元時ｆｉ１２７ｈｒ以下で約１
００％の還元率を達成することができる。このことから
、この発明の方法によれば比較例すなわち従来方法と比
較して還元時間を３割程度短縮できることがわかる。

第６図は、この発明の方法と従来方法とで還元率が同程
度の場合のコークス重量減少率を比較して示したもので
ある。図に見られるように、還元率を１００％程度とす
る場合、コークス重量減少率は、この発明の方法では５
２％程度であるのに対し従来方法では５８％程度であっ
た。すなわち、還元率を同程度とした場合、この発明の
方法が従来方法よりコークスの消ＩＮ量が少なく、その
ことから、この発明の方法では従来方法よりもガス拡散
が進行してより有効にガス還元反応が起っていることが
わかる。

更に、第２表に、得られた海綿数の分析結果を実施例と
比較例とで対比し′Ｃ示す。

第３表に示すように、従来方法では還元時間が４０ｈｒ
であり、この発明の方法ではそれよりも３割程度短縮し
て２７ｈ「としたにもかかわらず、得られた海綿鉄中央
部の金現鉄分はこの発明の方法を実施した場合が９７．
３％で従来方法を用いた場合が９４．５％でこの発明の
方法を用いた方が金属鉄分の比率が高いことがわかる。

また、そのように還元時間を短縮することができるため
、この発明の方法を実施した場合、従来方法に比べ還元
中の浸炭が進まず、得られた海綿数が含有する炭素量は
低い。そのため、この発明の方法を用いた場合、得られ
た海綿数を再度破砕し、仕上還元して粉末冶金用還元鉄
粉等を得る場合の仕上還元条件を緩和することができる
。

実施例３ 固体のＮａＨＣＯ３，に２　ＣＯ３、Ｌｉ　２　ＣＯ３
、Ｎａ２８０４　、ＮａＮＯｓ　、ＣＨ３ＣＯＯＮａ、
＃ｊａ２Ｓ。

Ｎａ　ＣＩ　、　ｔＪａ　Ｆおよびソーダライム（Ｎａ
２０＋Ｃａ０）を１０％ずつ粒径１．０ＩＩ１１以下が
４１％のコークスに添加し、前記実施例１と同一の条件
でミルスケールの還元を行なった。その結果、１１００
℃に昇温後、２０時間の還元で還元率がほぼ１００％と
なり、従来方法に比較して還元時間を２分の１程度に短
縮できた。

実施例４ この実施例においては、１規定Ｎａ　ＯＨ水溶液に１５
分間以上浸漬棲乾燥してＮａ　ＯＨを２％含有させた粒
径１，０ｍｍ以下の粒子を９２％含有するコークスを用
いて前記実施例２と同様に海綿鉄の製造を行なった。

その結果、粒径１　、　ＯＩＩ＋ｍ以下の粒子を４７％
含むコークスを用いた場合、１００％の還元率を達成す
るには前記実施例２のように２７時間の還元時間が必要
であるのに対し、１ＪａＯＨを２％含有し、粒径１．０
１以下の粒子を９２％含むコークスを用いた場合、２２
時間で還元率１００％の海綿鉄が得られるという良好な
結果を得た。

以上のようにこの発明によれば粒径１．０＋ｎ＋ｌｌ以
下の粒子を８５％以上含む固体炭素還元剤を用い、また
固体炭素還元剤にアルカリ金属の炭酸塩、炭酸水素塩、
硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩、硫化物、ハロゲン化物、酸化
物または水酸化物のうちの１種以上を２％以上５０％以
下添加して酸化鉄粉とともに円筒状に耐熱容器に充填し
て加熱し海綿鉄を得るようにしたことによって、固体炭
素還元剤の反応効率を高めることができ、既存の製造設
備を用いて安価にかつ高能率に海綿鉄を生産することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は］−クスについて粒径１．Ｏｎ＋ｍ以下の粒子
を含む割合と見掛密度との関係を示した図、第２図はこ
の発明の海綿鉄製遣方法の実施に供するは実施例１に用
いた各コークスの１．Ｏｎ＋ｍ以下の粒子を含む割合と
還元率との関係を示した図、第５図はこの発明方法を実
施した場合と従来方法を用いた場合とで所定の還元率に
対する所要の還元時間を比較して示す図、第６図はこの
発明方法を実施した場合と従来方法を用いた場合とで、
所定の還元率におけるコークス重量減少率を比較して示
す図である。 １・・・耐熱容器、　２・・・酸化鉄粉、　３・・・］
−クス。 出願人　川崎製鉄株式会社 代理人　弁理士　豊田武久 （ほか１名） コークス中の絃？！！＋、ｏｖ＋＋ｍ耘人下の電°１春
（％）第５図 第６図 、−ｙｙ、１量六り串（幻

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化鉄粉を耐熱容器に円筒状に充填するとともに
   、その酸化鉄粉層の内外に粒径１．０１１１１１以下の
   粒子を重」％（以下単に％と記す）で８５％以上含む固
   体炭素還元剤を充填し、その耐熱容器を加熱することを
   特徴とする海綿鉄製選方法。
2. （２）酸化鉄粉を耐熱容器に円筒状に充填するとともに
   その酸化鉄粉層の内外にアルカリ金属の炭＠塩、炭酸水
   素塩、硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩、硫化物、ハロゲン化物
   、酸化物または水酸化物のうちの一種以上を固体炭素還
   元剤に２％以上５０％以下添加してなる還元剤を充填し
   、その耐熱容器を加熱することを特徴とする海綿鉄製選
   方法。
3. （３）ｌ化鉄粉を耐熱容器に円筒状に充填するとともに
   その酸化鉄粉層の内外にアルカリ金属の炭酸塩、炭酸水
   素塩、硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩、硫化物、ハロゲン化物
   、酸化物または水酸化物のうちの一種以上を粒径１．０
   ｍｍ以下の粒子を８５％以上含む固体炭素還元剤に２％
   以上５０％以下添加してなる還元剤を充填し、その耐熱
   容器を加熱することを特徴とする海綿鉄の製造方法。