WO2003010342A1 - Procede permettant d'accelerer la separation de fer metallique granulaire de laitier - Google Patents

Procede permettant d'accelerer la separation de fer metallique granulaire de laitier Download PDF

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Osamu Tsuge
Shohei Yoshida
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Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho
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Definitions

  • the present invention relates to a method for promoting separation of generated granular metallic iron and by-product slag when reducing and melting a raw material agglomerate containing an iron oxide-containing substance and a carbonaceous reducing agent to produce metallic iron.
  • a raw material agglomerate containing an iron oxide-containing substance and a carbonaceous reducing agent to produce metallic iron.
  • the raw material agglomerate is supplied to a reduction melting furnace, and the iron oxide in the agglomerate is reduced, melted and agglomerated, and the solidified mixture of the resulting granular metallic iron and slag as a by-product is formed. It relates to an improved method so that the material can be easily separated into granular metallic iron and slag.
  • Methods for producing such high-grade metallic iron include a direct iron making method in which iron ore and iron oxide-containing substances such as iron oxide are directly reduced with a carbon material and a reducing gas, such as a shaft furnace method, to obtain metallic iron.
  • a direct iron making method in which iron ore and iron oxide-containing substances such as iron oxide are directly reduced with a carbon material and a reducing gas, such as a shaft furnace method, to obtain metallic iron.
  • a reducing gas such as a shaft furnace method
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-2000 discloses an ironmaking method in which a raw material agglomerate containing an iron oxide-containing substance such as iron ore and iron oxide and a carbonaceous reducing agent such as coke is reduced and melted to obtain high-purity metallic iron.
  • No. 1 4 4 2 2 4 is known.
  • the raw material agglomerate is kept in a solid state while maintaining the solid state.
  • the iron oxide in the material is reduced, and then the metallic iron and by-products
  • the slag melts and agglomerates.
  • the molten metallic iron and the molten slag are cooled (for example, first cooling for cooling to about 110 to 900 ° C), the molten metallic iron and the molten slag are solidified (the “granular state”, respectively). Metal iron "and” slag grains ").
  • the granular metallic iron and slag particles are discharged out of the furnace.
  • the granular metallic iron and slag particles are allowed to cool (second cooling). Further, the granular metallic iron and the slag particles are sorted by an arbitrary sorting means, and only the granular metallic iron is used as a raw material for melting in a steelmaking furnace or the like.
  • the cooling in the metal iron production method as described above consists of a first cooling stage in which the metal iron and slag are cooled to below their freezing point in order to solidify the metal iron and slag, and a second cooling step in which the temperature is further lowered for subsequent transportation and sorting of the metal iron. Divided into a cooling stage.
  • the first cooling step is often performed in the reduction melting furnace, but after the first cooling, there is a case where the slag particles are present in an unseparated state (referred to as “mixed solid matter”) attached to the granular metallic iron. Many.
  • mixed solid matter an unseparated state attached to the granular metallic iron.
  • metallic iron and slag are separated, but not enough. For this reason, it is difficult to efficiently separate and collect only granular metallic iron with a magnetic separation sieve or the like, and a considerable amount of slag is inevitably mixed with the granular metallic iron. Therefore, even if the metallic iron itself is of high purity, the amount of slag generated in the steelmaking furnace increases due to slag components that are inseparably mixed and affect operability and product quality. Under these circumstances, there is a need for a technology that can efficiently separate metallic iron and by-product slag before separation.
  • the present invention which has solved the above-mentioned problems, relates to a method for producing granular metallic iron by reducing and melting a raw material agglomerate containing an iron oxide-containing substance and a carbonaceous reducing agent, the method comprising the steps of:
  • This is a method for accelerating the separation of granular metal iron and slag, which has the gist of quenching a solid mixture of iron and by-product slag to promote the separation of the granular metal iron and by-product slag.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory view illustrating a circular moving bed type reduction melting furnace to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a cross-sectional equivalent view taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view showing a development in the moving bed rotation direction in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic explanatory view showing cooling of a mixed solid by water spray.
  • FIG. 5 is a schematic explanatory view showing cooling of a mixed solid by submersion.
  • FIG. 6 is a schematic explanatory view showing cooling of a mixed solid by nitrogen gas.
  • FIG. 7 is a schematic explanatory view showing cooling of a mixed solid by water.
  • the inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the problems in the above prior art, and found that granular metallic iron generated by reduction melting of a raw material agglomerate containing an iron oxide-containing substance and a carbonaceous reducing agent was reduced.
  • the present inventors have found that rapid cooling of the mixed solid with the by-produced slag significantly promotes the separation of the granular metallic iron from the by-produced slag.
  • the raw material agglomerates include an iron oxide-containing substance such as iron ore or iron oxide or a partially reduced product thereof, and a carbonaceous reducing agent such as coke or coal, and any additives as necessary. Etc. may be included.
  • the shape of the raw material agglomerate is not particularly limited, and examples thereof include a pellet-shaped and a pricket-like shaped body.
  • any method can be adopted according to the shape of the agglomerate.
  • the mixing ratio between the iron oxide-containing substance and the carbonaceous reducing agent is not particularly limited, and can be a mixing ratio according to the purpose.
  • the size of the raw material agglomerate is not particularly limited.
  • granular metallic iron is produced by reducing and melting such a raw material agglomerate, but the specific reduction and melting method is not particularly limited, and a known reduction and melting furnace may be used.
  • a method for producing metallic iron using a moving hearth-type reduction-melting furnace will be described.
  • FIGS. 1 to 3 are schematic explanatory views showing an example of a moving hearth type reduction melting furnace developed by the present inventors to which the present invention is applied.
  • the dome type structure having a donut-shaped rotating moving floor is shown in FIGS. Fig. 1 is a schematic drawing
  • Fig. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A in Fig. 1
  • Fig. 3 is developed in the rotating direction of the rotary hearth in Fig. 1 for easy understanding.
  • 1 is a rotary hearth
  • 2 is a furnace body covering the rotary hearth
  • the rotary hearth 1 is rotatable at an appropriate speed by a driving device (not shown). It is configured.
  • the configuration of the moving hearth type reduction melting furnace to which the present invention is applied is not limited to those having the shape and structure as shown in FIGS. 1 to 3 as a matter of course. As long as it includes, it can be effectively used for a moving hearth type reduction melting furnace of any other structure such as a straight great type.
  • a plurality of combustion parners 3 are provided at appropriate places on the wall surface of the furnace body 2, and the combustion heat of the combustion parner 3 and the radiant heat thereof are transmitted to the raw material agglomerates on the rotary hearth 1 to form Heat reduction is performed.
  • Furnace body 2 the illustrated shows a preferred example, the furnace body 2 inside section three partition walls ⁇ , kappa 2, kappa 3 in the first zone second zone Zeta 2, Zone 3 Zeta 3, 4 is partitioned into zones Zeta 4, together with the rotating direction of the most upstream side of the furnace body 2 material feed means 4 facing the rotary hearth 1 are placed, the direction of rotation downstream side (rotating structure der because The discharge means 6 is provided at the position immediately upstream of the supply means 4).
  • the rotary hearth 1 In operating the reduction melting furnace, the rotary hearth 1 is rotated at a predetermined speed, and the raw material agglomerate is supplied onto the rotary hearth 1 from the supply means 4 to have an appropriate thickness. To go.
  • the raw material agglomerate charged on the hearth 1 receives combustion heat and radiant heat from the combustion parner 3 in the process of moving through the first zone, and generates carbonaceous material in the agglomerate and the combustion generated by the combustion.
  • the iron oxide in the agglomerate is reduced by heating with the carbon oxide while maintaining the solid state. Thereafter, further heat reduction in a second zone Zeta 2, metallic iron generated is almost completely reduced and melted to carburization by heating under further reducing atmosphere in the third zone Zeta 3.
  • the molten metal produced at this time and the molten slag produced as a by-product are in a state in which the molten slag exists on the molten metal iron due to a difference in specific gravity.
  • Such melting Fusion metallic iron and the molten slag is cooled to below the freezing point and respectively solidified by any cooling means C in the fourth zone Z 4, issued can sequentially ⁇ by the discharge means 6 provided on the downstream side.
  • the molten metal iron and the molten slag are separated into granular metal iron and slag particles, but the slag and the metal iron are not separated and the granular metal iron to which the slag adheres (mixed metal iron). Solids) are also present.
  • mixed solids granular metallic iron, slag particles and mixed solids are discharged outside the furnace.
  • the mixed solids discharged at this time (hereinafter, when referred to as “mixed solids, etc.” also means granular iron metal and slag particles), is in a relatively high temperature state (for example, solidification temperature to 900 ° C.). ).
  • the mixed solid discharged at a relatively high temperature is quenched, and the separation of the metallic iron and the slag is promoted by utilizing the difference between the contraction speed of the metallic iron constituting the mixed solid and the contraction speed of the slag. and, S i 0 2, a 1 2 0 3 to be included as such ash gangue component Ya carbonaceous material in granular metallic iron and slag particles containing little slag component (the iron ore used as the raw material, C a O Etc.).
  • rapid cooling means faster cooling than the case where the mixed solid is allowed to cool in the atmosphere.
  • metallic iron is used. Separation of slag and slag ⁇ It is recommended because it enhances the effect.
  • the metal iron and the slag are rapidly cooled at a rate of 250 / min or more, the metal iron and the slag are suddenly changed (ie, the difference in the thermal expansion coefficient) between the shrinkage rate of the metal iron constituting the mixed solid and the shrinkage rate of the slag. This is desirable because distortion occurs at the contact area with the steel and the separation of metallic iron and slag is promoted.
  • a more preferred cooling rate is over 350 minutes.
  • the cooling rate may be calculated by continuously measuring the temperature change of the mixed solid discharged outside the furnace.
  • the quenching method itself is not particularly limited, it is desirable to perform quenching using a liquid and / or an inert gas as a refrigerant. It is recommended that quenching with liquid be faster than quenching with inert gas because the cooling rate is faster and higher separation effect can be obtained.
  • the liquid used at this time is not limited, and the presence or absence of an additive to the liquid is not limited. It is desirable to use water from the viewpoint of economy, safety and cooling efficiency.
  • the inert gas is not particularly limited. It is desirable to use nitrogen gas from the viewpoint of economy and safety.
  • water may be sprayed onto the mixed solid while adjusting the supply amount by an arbitrary spraying means such as a spray to obtain a desired cooling rate.
  • an arbitrary spraying means such as a spray to obtain a desired cooling rate.
  • Figure 4 As shown in the example, the mixed solids discharged from the moving hearth type furnace were placed on a moving means 9 such as a belt conveyor via a charging duct 8 and moved, and an arbitrary number of them were provided in an arbitrary section. Water may be sprayed from the spraying means 11 toward the mixed solid or the like. By the spraying, the mixed solid is rapidly cooled, and the difference in shrinkage speed promotes the separation of slag and metallic iron, thereby obtaining granular metallic iron and slag particles.
  • water may be stored in a cooling tank, and the mixed solid may be rapidly cooled to a desired cooling rate by controlling the water temperature by supplying and discharging the water.
  • a cooling tank 13 filled with water 12 through charging means 8 such as a charging duct.
  • charging means 8 such as a charging duct.
  • it may be taken out of the cooling tank by any carrying-out means such as a conveyor.
  • the quenching method in which the mixed solid is submerged in this manner is desirable because the cooling rate is faster than the quenching method in which water is sprayed, and therefore the difference in shrinkage rate is large and a high separation rate can be obtained.
  • the inert gas when quenching is performed using an inert gas such as nitrogen gas, the inert gas may be directly injected into the mixed solid, or the mixed solid may be exposed under an inert gas atmosphere. .
  • the quenching method is not limited to these, and the quenching method can be appropriately combined and carried out.
  • the mixed solid may be rapidly cooled by spraying water under a nitrogen gas atmosphere, or may be rapidly cooled under a nitrogen gas atmosphere after spraying water.
  • the specific quenching start temperature is not particularly limited, but is usually discharged outside the furnace. Since the mixed solid or the like is in a solid state, it is desirable to rapidly cool at least a part of the temperature between the freezing point of metallic iron (about 1280) and 150 as a preferable quenching temperature range. This is because even if the mixture is rapidly cooled from a temperature of less than 150, a sufficient thermal shock is not applied to the mixed solid, and a sufficient separation effect may not be obtained.
  • “at least a part” in the above range means that it is not necessary to continue quenching in the above temperature range. For example, when performing at least a cooling rate of 25 Ot, min or more in at least a part of the metal iron freezing point to 150, a part of the temperature range in the temperature range is rapidly cooled at a cooling rate of 25 O: min or more. That other temperature ranges may be allowed to cool. It does not mean that quenching must be continued between the iron freezing point and 15. The rapid cooling may be continued beyond the above range, and does not mean that the rapid cooling must be stopped when the temperature reaches 150. For example, the quenching may be carried out rapidly to the metal iron freezing point up to 15 and further quenching may be continued at a temperature lower than 15 Ot: and the quenching may be stopped when the desired temperature is reached.
  • the quenching time may be extremely short, for example, several seconds.
  • the purpose can be sufficiently achieved by quenching.
  • quenching when quenching is performed using a refrigerant, the mixed solid is rapidly cooled at the moment when the mixed solid comes into contact with the refrigerant, and a separation promoting effect is obtained. For example, when the mixed solid is immersed in water, the temperature of the mixed solid suddenly drops at the moment of contact with water, causing strain fracture at the metal iron slag interface and separation.
  • the quenching it is also preferable to use water for the quenching, stop the quenching of the metallic iron by 150, and let it cool thereafter. That is, after cooling the mixed solids and the like to 150 using water, the quenching is stopped (contact with water is stopped), and then the metal solid is cooled by self-heating of the metal iron itself. Since the moisture adhering to the metal can be evaporated, the metallic iron can be dried without providing a drying means such as a dryer.
  • the method of the present invention has been described for the case where the mixed solid is rapidly cooled together with the granular metallic iron and the slag particles discharged from the smelting reduction furnace.
  • the metallic iron and the slag are separated by means (eg, a sieve mesh / magnetic separator), and the granular metallic iron, slag granules, and the mixed solids are separately collected, and the mixed solids alone or the mixed solids and the granular metallic iron are separated.
  • the method of the present invention can be applied by selective sampling, and the method of the present invention can be applied regardless of the presence or absence of granular iron metal and slag particles.
  • the granular metallic iron and slag particles are separated by an arbitrary sorting means (such as a sieve mesh / magnetic separator). If the fractional sampling is carried out, a metal iron raw material with an ultimately iron purity of about 95% or more, more preferably about 98% or more and extremely low slag content Can be obtained.
  • the raw material agglomerate containing iron ore and coal was supplied to the moving hearth type reduction melting furnace shown in Figs. 1 to 3, and the solid state of the agglomerate was maintained by combustion heat and radiant heat from a combustion parner. The state was reduced by heating (at a furnace temperature of 1300). Further, the mixture of metallic iron and by-product slag, which is heated and melted in a reducing atmosphere, is cooled to 1000 in a furnace, and the granular metallic iron, slag particles, The solids were discharged by discharge means provided on the downstream side in the hearth moving direction. The discharged mixed solids and the like were charged into a cooling tank to which the refrigerant shown in Table 1 was supplied via a charging duct, and was rapidly cooled.
  • Fig. 6 shows the case where nitrogen is used as the refrigerant.
  • Nitrogen gas was constantly supplied to the cooling tank (flow rate: 10 NmVhr), and the mixed solids were rapidly cooled while adjusting the flow rate of the nitrogen gas so that the cooling rate became 250 min.
  • the flow rate was adjusted by discharging the supplied nitrogen gas from the exhaust duct 14.
  • the temperature of the charge such as metallic iron
  • the total amount of the mixed solids was measured (see “Amount of mixed solids” and “Slag unseparated rate” in Table 1).
  • a thermocouple was inserted into the mixed solids pool accumulated in the cooling tank and the temperature was measured.
  • Figure 7 shows the case where water is used as the refrigerant.
  • Water was stored in the cooling tank in advance, and the mixed solids to be charged were cooled.
  • the cooling rate was 350 Z minutes as a result of measuring the cooling rate by submerging separately.
  • the temperature of the charge, such as the mixed solid reached room temperature, it was removed from the cooling bath at any time and the total amount of the mixed solid was measured.
  • the cooling rate by submerging was separately measured.
  • a thermocouple was inserted into the pool of the mixed solids heated to 100,000 by a heating furnace, and they were immersed in water to measure a cooling rate. Table 1 shows the results. table 1
  • Total mass Kg is the mass of the mixed solid before each cooling start.
  • the amount of mixed solids kg is the mass of the remaining mixed solids after each cooling.
  • Reduction rate% (water-cooled slag unseparated rate%) / (nitrogen-cooled slag unseparated rate%)
  • slag could be separated and removed from the mixed solid by using nitrogen or water as the refrigerant.
  • the non-separation rate is lower when water is used as the refrigerant than when nitrogen is used as the refrigerant, indicating that the quenching means for submerging in water is a more preferable quenching means.
  • the metal iron and the slag constituting the mixed solid discharged outside the furnace can be easily separated. According to the present invention, it is possible to obtain a slag-free metallic iron raw material having a high iron purity. High quality molten steel can be produced with high productivity.

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Description

明 細 書 粒状金属鉄とスラグの分離促進方法 技術分野
本発明は酸化鉄含有物質と炭素質還元剤とを含む原料塊成物を還元溶融して金 属鉄を製造する際に、生成する粒状金属鉄と副生するスラグとの分離を促進する方 法に関する。 より詳細には、 該原料塊成物を還元溶融炉に供給し、 該塊成物中の酸 化鉄を還元 ·溶融 ·凝集せしめ、 生成する粒状金属鉄と副生するスラグとの混合固 形物を、粒状金属鉄とスラグとに容易に分離できる様に改善された方法に関するも のである。 背景技術
転炉や電気炉の如き製鋼炉における溶解鉄原料として、鉄品位の低い金属鉄（原 料として用いた鉄鉱石中の脈石成分ゃ炭材中の灰分などとして含まれる S i 02， A 1 203， C a〇等のスラグ成分が多量混入している金属鉄） を供給すると、 ス ラグ量の増大によつて電気炉操業性に悪影響を及ぼすばかりでなく、スラグへの鉄 分混入による鉄分歩留りの低下、 エネルギー原単位の上昇、 生産性の低下など、 多 くの問題を生じてくる。したがって溶解鉄原料としてスラグ成分含量の少ない鉄品 位の高い金属鉄が求められている。 この様な高品位の金属鉄の製造方法としては、 シャフト炉法など鉄鉱石や酸化鉄等の酸化鉄含有物質を炭材ゃ還元性ガスにより 直接還元して金属鉄を得る直接製鉄法や、 米国特許 3， 4 4 3 , 9 3 1号公報など に開示されている如ぐ炭材と粉状酸化鉄を混合して塊状もしくはペレツト状に成 形し、 ロータリーハース上で加熱還元して金属鉄を製造する方法などを改良し、鉄 品位の高い金属鉄を製造する方法が種々知られている。
例えば鉄鉱石や酸化鉄等の酸化鉄含有物質とコークスなどの炭素質還元剤とを 含む原料塊成物を還元溶融して高純度金属鉄を得る製鉄法としては、特開 2 0 0 0 - 1 4 4 2 2 4号等が知られている。この公報にも開示されている如く移動床型還 元溶融炉を用いて原料塊成物を還元溶融して粒状金属鉄を得る技術では、原料塊成 物は固体状態を保ったままで該塊成物中の酸化鉄が還元され、次いで金属鉄と副生 スラグとが溶融して夫々凝集する。その後、 溶融金属鉄と溶融スラグとを冷却（例 えば約 1 1 0 0〜9 0 0 °C程度まで冷却する第一冷却）すると、溶融金属鉄と溶融 スラグは固化した状態（夫々、 「粒状金属鉄」 「スラグ粒」という）となる。該冷却 · 固化の後、 粒状金属鉄とスラグ粒は炉外へ排出される。 尚、 排出後、 粒状金属鉄と スラグ粒は放冷（第二冷却） される。 また粒状金属鉄とスラグ粒は任意の選別手段 によって選別され、粒状金属鉄のみが製鋼炉等への溶解原料として使用されている。 上記の様な金属鉄製造方法における冷却は、金属鉄及びスラグを凝固させるため それらの凝固点以下まで冷却する第一冷却段階と、その後の搬送や金属鉄の選別の ために更に温度を下げる第二冷却段階とに分けられる。
第一冷却段階は該還元溶融炉内で行なわれる場合が多いが、該第一冷却後はスラ グ粒が粒状金属鉄に付着した未分離状態 （「混合固形物」 という） として存在する ものも多い。また炉外で放冷する第二冷却段階でも金属鉄とスラグは分離するが十 分ではない。そのため磁選ゃ篩などでは粒状金属鉄のみを効率よく分別採取するこ とが難しく、粒状金属鉄と共に相当量のスラグの混入が避けられなかった。そのた め金属鉄自体は高純度であっても、分別しきれずに混入してくるスラグ成分によつ て製鋼炉での溶解スラグ発生量が増大し、操業性や製品品質に影響を及ぼす。 この 様な事情から、分別前の状態で金属鉄と副生スラグを効率よく分別し得る様な技術 が求められている。
本発明は上記従来技術の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、酸化 鉄含有物質と炭素質還元剤とを含む原料塊成物を還元溶融して生成する粒状金属 鉄と副生するスラグとの分離を促進し、スラグが十分に分離除去された鉄品位の高 い金属鉄を得る方法を提供することである。 発明の開示
上記課題を解決し得た本発明とは、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤とを含む原料 塊成物を還元溶融して粒状金属鉄を製造する方法において、前記還元溶融によって 生成する粒状金属鉄と副生するスラグとの混合固形物を急冷して前記粒状金属鉄 と副生するスラグとの分離を促進することに要旨を有する粒状金属鉄とスラグの 分離促進方法である。本発明の方法を実施するにあたっては前記急冷を冷媒によつ て行なうことが推奨される。 また前記急冷を前記粒状金属鉄の凝固温度から 1 5 0でまでの間の少なくとも一部において好ましくは 2 5 0 分以上、より好まし くは 3 5 O tZ分以上の冷却速度で行なうことが推奨される。本発明で前記冷媒に 水を使用すると共に、 金属鉄の急冷を 1 5 0 までに止め、 滞留，付着水分を乾燥 させることも好ましい実施態様である。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明が適用される円形移動床型還元溶融炉を例示する概略説明図で ある。
図 2は、 図 1における A— A線断面相当図である。
図 3は、 図 1における移動床回転方向に展開して示す断面説明図である。
図 4は、 水噴霧による混合固形物の冷却を示す概略説明図である。
図 5は、 水没による混合固形物の冷却を示す概略説明図である。
図 6は、 窒素ガスによる混合固形物の冷却を示す概略説明図である。
図 7は、 水による混合固形物の冷却を示す概略説明図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明者らは上記従来技術に存する問題を解決すべく鋭意研究を行なった結果、 酸化鉄含有物質と炭素質還元剤とを含む原料塊成物の還元溶融によつて生成する 粒状金属鉄と副生するスラグとの混合固形物を急冷すれば、前記粒状金属鉄と副生 するスラグとの分離が著しく促進されることを見出し本発明に至った。
本発明において原料塊成物とは鉄鉱石や酸化鉄またはその部分還元物などの酸 化鉄含有物質とコークスゃ石炭など炭素質還元剤とを含むものであり、必要に応じ て任意の添加剤等を含んでいてもよい。また原料塊成物の形状については特に限定 されず、 ペレツト状， プリケット状などの成形体が例示される。更に原料塊成物の 成形方法についても塊成物の形状に応じて任意の方法を採用できる。更に酸化鉄含 有物質と炭素質還元剤との混合比率も特に限定されず、目的に応じた混合比率とす ることができる。 また更に原料塊成物のサイズについても特に限定されない。 以下では、 この様な原料塊成物を還元溶融して粒状金属鉄を製造するが、具体的 な還元溶融方法については特に限定されず、公知の還元溶融炉を用いればよい。本 発明では移動炉床型還元溶融炉を用いて金属鉄を製造する方法を例示しながら本 発明について説明していくが、本発明は以下の説明及び図示例に限定される趣旨で はない。 以下その具体的な構成を示す図面を参照しながら詳細に説明する。
図 1〜図 3は本発明が適用される本発明者ら自身が開発した移動炉床型還元溶 融炉の一例を示す該略説明図で、 ドーナツ状の回転移動床を有するドーム型構造の ものを示しており、 図 1は概略見取図、 図 2は図 1における A— A線断面相当図、 図 3は、理解の便のため図 1における回転炉床の回転移動方向に展開して示す概略 断面説明図であり、 図中 1は回転炉床、 2は該回転炉床をカバ一する炉体であり、 回転炉床 1は、図示しない駆動装置により適当な速度で回転駆動できる様に構成さ れている。
しかし本発明が適用される移動炉床型還元溶融炉の構成は勿論図 1〜図 3に示 した様な形状 ·構造のものに限定されるわけではなく、構成要素として移動タイプ の炉床を含むものであれば、例えばストレートグレートタイプの如き他の全ゆる構 造の移動炉床型還元溶融炉に有効に活用できる。
炉体 2の壁面適所には複数の燃焼パーナ 3が設けられており、該燃焼パーナ 3の 燃焼熱およびその輻射熱を回転炉床 1上の原料塊成物に伝えることにより、該塊成 物の加熱還元が行われる。図示する炉体 2は好ましい例を示したもので、炉体 2内 部は 3枚の仕切壁 ^ , Κ 2， Κ 3で第 1ゾーン 第 2ゾーン Ζ 2、 第 3ゾーン Ζ 3、 第 4ゾーン Ζ 4に仕切られており、 該炉体 2の回転方向最上流側には回転炉床 1を臨んで原料供給手段 4が配置されると共に、回転方向最下流側（回転構造であ るため、実際には供給手段 4の直上流側にもなる） には排出手段 6が設けられてい る。
この還元溶融炉を稼動するに当たっては、回転炉床 1を所定の速度で回転させて おき、該回転炉床 1上に、原料塊成物を供給手段 4から適当な厚さとなる様に供給 していく。 炉床 1上に装入された原料塊成物は、 第 1ゾーン を移動する過程で 燃焼パーナ 3による燃焼熱及び輻射熱を受け、該塊成物内の炭素質物質およびその 燃焼により生成する一酸化炭素により該塊成物中の酸化鉄は固形状態を維持した 状態で加熱還元される。 その後、 第 2ゾーン Ζ 2で更に加熱還元され、 ほぼ完全に 還元されて生成した金属鉄は、 第 3ゾーン Ζ 3で更に還元性雰囲気下で加熱される ことにより浸炭して溶融する。このとき生成する溶融金属鉄と副生する溶融スラグ は比重差によって、溶融金属鉄上に溶融スラグが存在する状態となる。 この様な溶 融金属鉄と溶融スラグは第 4ゾーン Z 4で任意の冷却手段 Cにより凝固点以下まで 冷却されて夫々固化し、その下流側に設けられた排出手段 6によって順次搔き出さ れる。 尚、 該冷却，固化によって、 溶融金属鉄と溶融スラグは夫々分離して粒状金 属鉄， スラグ粒となるが、 スラグと金属鉄が分離せず、 スラグが付着している粒状 金属鉄 （混合固形物） も存在する。 したがって炉外には粒状金属鉄， スラグ粒， 混 合固形物が排出される。 またこのとき排出される混合固形物等 （以下、 「混合固形 物等」 と表記する場合は粒状金属鉄， スラグ粒も含む意味である） は、 比較的高温 状態 （例えば凝固温度〜 9 0 0で程度） である。
本発明では比較的高温状態で排出される混合固形物を急冷し、該混合固形物を構 成する金属鉄の収縮速度とスラグの収縮速度の相違を利用して金属鉄とスラグの 分離を促進し、スラグ成分をほとんど含まない粒状金属鉄とスラグ粒（原料として 用いた鉄鉱石中の脈石成分ゃ炭材中の灰分などとして含まれる S i 0 2 , A 1 2 03 , C a O等のスラグ成分で構成されている） とに分離する。
本発明において急冷とは、大気中で混合固形物を放冷した場合よりも早い冷却を 意味するが、特に冷媒を用いる等して急速に冷却し、混合固形物に熱衝撃を与える と金属鉄とスラグの分離 ·促進効果がより高まるので推奨される。 また 2 5 0 / 分以上の速度で急冷すると、混合固形物を構成する金属鉄の収縮速度とスラグの収 縮速度との急変（即ち、 熱膨張率の差） によって、 該金属鉄と該スラグとの接触部 分での歪みが生じ、金属鉄とスラグの分離が促進されるので望ましい。より好まし い冷却速度は 3 5 0 分以上である。 尚、冷却速度は炉外に排出された混合固形 物の温度変化を連続的に測定して算出すればよい。
急冷方法自体は特に限定されないが、冷媒として液体および/また【ま不活性ガス を使用して急冷を行なうことが望ましい。また不活性ガスによる急冷よりも液体よ る急冷の方が冷却速度が速く、 より高い分離効果が得られるので推奨される。 この 時用いる液体は限定されず、 また液体への添加物の有無についても限定されない。 経済性， 安全性， 冷却効率の観点から水を用いることが望ましい。 また不活性ガス としても特に限定されない。経済性， 安全性の観点から窒素ガスを用いることが望 ましい。
例えば水を用いて急冷する場合、水をスプレーなど任意の噴霧手段によって供給 量を調整しながら混合固形物に噴霧して所望の冷却速度としてもよい。例えば図 4 に例示する様に、移動炉床型炉から排出された混合固形物等を装入ダクト 8を介し てベルトコンベアなどの移動手段 9に載置して移動させ、任意の区間で任意数設け た噴霧手段 1 1から混合固形物等に向けて水を噴霧すればよい。該噴霧によって混 合固形物は急冷され、収縮速度の差からスラグと金属鉄の分離が促進され、粒状金 属鉄とスラグ粒とが得られる。或いは冷却槽に水を貯めておき、 水の供給， 排出に より水温をコントロールすることによって所望の冷却速度となる様に混合固形物 を急冷してもよい。例えば図 5に例示する様に移動炉床型炉 7から排出された混合 固形物等を装入ダクトなどの装入手段 8を介して水 1 2を充填した冷却槽 1 3に 装入して水没させ、所定の温度まで急冷した後、 コンベアなど任意の搬出手段によ つて冷却槽から取出せばよい。 この様に混合固形物を水没させる急冷方法は、水を 噴霧する急冷方法よりも冷却速度が早く、したがって収縮速度差も大きくなり高い 分離率が得られるので望ましい。
更に図示しないが窒素ガスなどの不活性ガスを用いて急冷する場合、直接混合固 形物に不活性ガスを噴射してもよく、或いは不活性ガス雰囲気下に混合固形物をさ らしてもよい。
また急冷方法はこれらに限定されず、適宜急冷方法を組合せて実施することも可 能である。例えば窒素ガス雰囲気下で水を噴霧して混合固形物を急冷してもよいし、 或いは水を噴霧した後、 窒素ガス雰囲気下で混合固形物を急冷してもよい。
また急冷開始時の混合固形物の温度が高ければ高いほど急冷による分離効果は 大きくなるので、炉外へ排出された直後の高温状態の混合固形物を急冷することが 望ましい。尚、排出時における混合固形物等の温度は炉内で混合固形物等がどの程 度冷却されるかによって異なるため、具体的な急冷開始温度は特に限定されないが、 通常炉外へ排出される混合固形物等は固体状態であるので、好ましい急冷温度域と しては金属鉄凝固点（1 2 8 0 程度）〜1 5 0 までの間の少なくとも一部を急 冷することが望ましい。 1 5 0 未満の温度から急冷しても混合固形物に十分な熱 衝撃が与えられず十分な分離効果が得られないことがあるからである。
また上記範囲内の 「少なくとも一部」 とは、 上記温度域において急冷を継続する 必要はないことを意味する。例えば金属鉄凝固点〜 1 5 0でまでの少なくとも一部 において 2 5 O t ,分以上の冷却速度で行なう場合、該温度域内の一部温度区間を 2 5 O :,分以上の冷却速度で急冷すれば他の温度域を放冷してもよいことを意 味し、金属鉄凝固点〜 1 5 までの間、急冷を継続しなければならない意味では ない。 また上記範囲を超えて急冷を継続してもよく、 1 5 0でに達した時点で急冷 を停止しなければならない意味ではない。例えば、金属鉄凝固点〜 1 5 まで急 冷し、更に 1 5 O t:未満の温度においても急冷を継続してもよく、所望の温度に達 した時点で急冷を停止すればよい。
尚、本発明で採用される急冷による分離促進効果は前述の如く急冷による熱衝撃 による金属鉄—スラグ界面の歪み破壊を利用するものであるから、急冷時間も極短 時間でよく、例えば数秒間の急冷で十分に目的を果たすことができる。特に冷媒を 用いて急冷する場合、混合固形物が冷媒と接触した瞬間に該混合固形物が急冷され て分離促進効果が得られる。例えば混合固形物を水に没入する場合、水と接触した 瞬間に混合固形物の温度が急激に低下して金属鉄ースラグ界面の歪み破壊が生じ て分離する。 もちろん該水没中も該混合固形物の急冷が継続するため、未分離状態 で残存する混合固形物の金属鉄ースラグ界面の収縮速度差が大きぐなり、更に分離 促進効果が得られ、 金属鉄ースラグ未分離率が低下する。
更に本発明においては、 前記急冷に水を使用すると共に、 金属鉄の急冷を 1 5 0でまでに止め、それ以降を放冷することも好ましい。即ち、 混合固形物等を 1 5 0 まで水を使用して冷却した後、 該急冷を停止（水との接触を停止） してその後 放冷すれば、金属鉄自体が有する自熱によって金属鉄に付着している水分を蒸発で きるので、 乾燥機など乾燥手段を設けることなく、 金属鉄を乾燥できる。
上記の如く、本発明の方法について溶融還元炉から排出される粒状金属鉄， スラ グ粒と共に混合固形物を急冷する場合について説明したが、溶融還元炉からこれら が排出された時点で任意の分別手段（篩目ゃ磁選装置など） により金属鉄とスラグ の分別をおこなって粒状金属鉄， スラグ粒， 混合固形物を夫々分別採取し、 混合固 形物のみ、或いは混合固形物と粒状金属鉄を選択採取して本発明の方法を適用する ことも可能であり、粒状金属鉄， スラグ粒の有無に係わらず、 本発明の方法を適用 できる。
また本発明の方法によって混合固形物を構成する金属鉄とスラグとを夫々粒状 金属鉄及びスラグ粒として分離した後、 任意の選別手段（篩目ゃ磁選装置など） に より粒状金属鉄とスラグ粒の分別採取を行なえば、最終的に鉄分純度が 9 5 %程度 以上、より好ましくは 9 8 %程度以上でスラグ成分含量の極めて少ない金属鉄原料 を得ることができる。
以下、実施例に基づいて本発明の方法を説明するが、本発明を実施例に限定する 趣旨ではなく、 前 ·後記の趣旨に基づいて適宜変更を加えることができる。
実施例
鉄鉱石と石炭とを含む原料塊成物を図 1乃至図 3に示した移動炉床型還元溶融 炉に供給し、燃焼パーナによる燃焼熱及び輻射熱によって該塊成物の固形状態を維 持した状態で加熱還元（炉内温度： 1 3 0 0で）した。更に還元性雰囲気下で加熱 · 溶融し、生成する金属鉄と副生するスラグとの混合物を炉内にて 1 0 0 0 まで冷 却し、 該冷却により固化した粒状金属鉄， スラグ粒， 混合固形物を、 炉床移動方向 下流側に設けられた排出手段によって排出した。排出された混合固形物等は装入ダ クトを介して表 1に記載の冷媒が供給してある冷却槽に装入して急冷を なった。 窒素を冷媒とした場合を図 6に示す。冷却槽には窒素ガスを常時供給（流量： 1 0 NmVh r ) すると共に、 冷却速度が 2 5 0でノ分となる様に窒素ガスの流量を 調節しながら混合固形物等を急冷した。尚、供給した窒素ガスは排気ダクト 1 4か ら排出させることによって該流量調節を行なった。金属鉄等の装入物の温度が常温 になった時点で随時冷却槽から取り出して混合固形物の総量を測定（表 1中「混合 固形物質量」 「スラグ未分離率」 参照） した。 また窒素冷却の場合は、 冷却槽内に 堆積している混合固形物溜まりに熱伝対を装入して温度測定した。水を冷媒とした 場合を図 7に示す。冷却槽にあらかじめ水を貯めておき、装入される混合固形物等 を冷却した。 また、 冷却速度は別途水没による冷却速度を測定した結果、 3 5 0 Z分であった。混合固形物等の装入物の温度が常温になった時点で随時冷却槽から 取り出して混合固形物の総量を測定した。 また水冷却の場合、別途水没による冷却 速度を測定した。加熱炉により 1 0 0 0 まで加熱した混合固形物の溜まりの内部 に熱伝対を装入して、それらを水没させて冷却速度を測定した。結果を表 1に示す。 表 1
Figure imgf000011_0001
※全質量 Kgは、 各冷却開始前の混合固形物の質量である。
※混合固形物質量 k gは、 各冷却後の残存混合固 ¾物の質量である。
※スラグ未分離率 (混合固形物質量 k g ) Z (全質量 k g )
※低減率％= (水冷却のスラグ未分離率％) / (窒素冷却のスラグ未分離率％)
表 1に示される様に、冷媒に窒素， または水を用いることによって混合固形物か らスラグを分離 ·除去できた。 また窒素を冷媒とした場合に比べて水を冷媒とした 場合の方が低い未分離率を示し、水没させる急冷手段はより好ましい急冷手段であ ることが分かる。
比較例
上記実施例と同一条件で移動炉床型還元溶融炉にて粒状金属鉄を製造した。排出 された混合固形物等を大気中で常温まで放冷したが、極めて高い未分離率（1 5 %) であった。 産業上の利用可能性
上記した如く本発明の方法によれば炉外に排出された混合固形物を構成する金 属鉄とスラグとを容易に分離できる。本発明によってスラグフリーで鉄分純度が高 い金属鉄原料を得ることができるので、これを製鋼原料として利用する一環システ ムを構築することにより、電気炉などの電力原単位を低減しつつ安定した品質の溶 鋼を生産性良く製造することが可能となる。

Claims

請求の範囲
1 . 酸化鉄含有物質と炭素質還元剤とを含む原料塊成物を還元溶融して粒状金 属鉄を製造する方法において、前記還元溶融によって生成する粒状金属鉄と副生す るスラグとの混合固形物を急冷して前記粒状金属鉄と副生するスラグとの分離を 促進することを特徴とする粒状金属鉄とスラグの分離促進方法。
2 . 前記急冷を冷媒によって行なう請求項 1に記載の方法。
3 . 前記急冷を前記粒状金属鉄の凝固温度から 1 5 0 までの間の少なくとも 一部において 2 5 0 分以上の冷却速度で行なう請求項 1または 2に記載の方 法。
4. 前記急冷を 3 5 (TCZ分以上の冷却速度で行なう請求項 3に記載の方法。
5 . 前記冷媒に水を使用すると共に、前記粒状金属鉄の急冷を 1 5 0でまでに 止め、 滞留 ·付着水分を乾燥させる請求項 1〜 4のいずれかに記載の方法。
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