WO2017199868A1 - 還元鉄の製造方法 - Google Patents

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WO2017199868A1
WO2017199868A1 PCT/JP2017/017977 JP2017017977W WO2017199868A1 WO 2017199868 A1 WO2017199868 A1 WO 2017199868A1 JP 2017017977 W JP2017017977 W JP 2017017977W WO 2017199868 A1 WO2017199868 A1 WO 2017199868A1
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WO
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reduced iron
raw material
iron raw
hearth
floor covering
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PCT/JP2017/017977
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English (en)
French (fr)
Inventor
泰二 畠山
昌麟 王
太洋 堀田
Original Assignee
株式会社神戸製鋼所
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/10—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in hearth-type furnaces
    • C21B13/105—Rotary hearth-type furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/004—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in a continuous way by reduction from ores

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing reduced iron by charging a plurality of reduced iron raw materials containing a carbonaceous reducing agent and iron oxide into a mobile hearth reduction melting furnace and treating them.
  • the mobile hearth reduction melting furnace has a hearth movable in a specific direction and a ceiling located above the hearth, and these are made of a refractory material such as brick.
  • a floor covering material for protecting the refractory is provided on the hearth.
  • a series of treatments of the iron oxide that is, reduction, carburization, melting, agglomeration, and slag separation are continuously performed.
  • the floor covering material is laid with an appropriate layer thickness on the hearth so as to prevent direct contact between the iron oxide treated in this way and the refractory constituting the hearth.
  • FIG. 8 of Patent Document 1 specifically shows the pellets from the ceiling to the hearth through a plurality of supply units provided on the ceiling. Discloses that free fall is sequentially performed on the floor covering material.
  • the present invention is a method for producing reduced iron by charging a plurality of reduced iron raw materials containing a carbonaceous reducing agent and iron oxide into a moving bed type reducing melting furnace and processing the same.
  • An object of the present invention is to provide a material capable of improving heat treatment efficiency by improving heat input on each flooring material to each reduced iron raw material supplied by dropping on the flooring material. .
  • a method for producing reduced iron wherein a plurality of reduced iron raw materials containing a carbonaceous reducing agent and iron oxide are moved in a specific direction, and laid on the hearth
  • a raw material charging step in which the reduced iron raw material is dropped onto the floor covering material by being sequentially charged in a reduction melting furnace having a floor covering material made of the powder, and the reduced iron raw material is dropped onto the floor covering material
  • Each of the floor coverings is composed of a carbon material having a particle size of 5 mm or less. 7% by mass or more of the carbonaceous material has a particle size of 0.1 mm or less.
  • FIGS. 2 to 3 show a reduced iron manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • This reduced iron production apparatus is for producing reduced iron by sequentially heat-treating a large number of reduced iron raw materials 2 each containing a carbonaceous reducing agent and iron oxide.
  • Each reduced iron raw material 2 may be an independent agglomerate separated individually, and the shape of the reduced iron raw material 2 is not particularly limited.
  • the reduced iron raw material 2 shown in FIGS. 2 to 3 is spherical, for example, but may not be a perfect sphere. Moreover, it is preferable that each reduced iron raw material 2 is dried in advance.
  • the reduced iron production apparatus includes a moving bed type reduction melting furnace 10, a plurality of raw material charging units 12, and a discharge unit 14.
  • the reduction melting furnace 10 generates reduced iron (metallic iron) by processing the reduced iron raw material 2 charged therein. Specifically, the iron oxide is heated, reduced, melted, agglomerated, slag separated, cooled, and the like in the reducing melting furnace 10.
  • the plurality of raw material charging portions 12 sequentially charge the reduced iron raw materials 2 into the reducing melting furnace 10 from a plurality of different positions.
  • the discharge unit 14 discharges reduced iron and slag generated in the reduction melting furnace 10 to the outside of the reduction melting furnace 10.
  • the reductive melting furnace 10 includes a hearth 16, a floor covering material 18, a furnace body 20, and a hearth drive device (not shown).
  • the hearth 16 and the furnace body 20 are made of a refractory material mainly composed of alumina, for example.
  • the hearth 16 has an annular shape surrounding a circular space on the inner side, and has a certain width along the radial direction.
  • the hearth drive device drives the hearth 16 so that the hearth 16 rotates at a predetermined speed around a vertical axis as a central axis thereof in a predetermined direction (counterclockwise direction in FIG. 1). Therefore, the hearth 16 according to the first embodiment can move at a predetermined speed along the circumferential direction of the rotation.
  • the floor covering 18 is laid on the hearth 16 in order to protect the hearth 16, specifically, to prevent direct contact between the hearth 16 and the reduced iron raw material 2.
  • the floor covering 18 is composed of a large number of powders.
  • the reduced iron raw material 2 falls on the floor covering 18 through the furnace body 20 (specifically, a ceiling 24 described later) from the plurality of raw material charging portions 12 on the floor covering 18. Is set by
  • the floor covering 18 prevents the reduced iron raw material 2 falling from each of the plurality of raw material charging portions 12 from being embedded in the floor covering 18.
  • the floor covering material 18 is finer than that of the conventional floor covering material.
  • the floor covering 18 is composed of carbon materials each having a particle size of 5 mm or less. At least 7% by mass of the carbon material has a particle size of 0.1 mm or less. The use of the floor covering material made of such fine-grained carbon material makes it possible to effectively suppress the embedding of the reduced iron raw material 2 in the floor covering material 18.
  • each of the carbon materials constituting the floor covering material 18 preferably has a particle size of 5 mm or less is that the average particle size of slag generated together with iron oxide in the reductive melting furnace 10 is larger than 5 mm, so that it is 5 mm or less. This is because a carbonaceous material having a particle size of (for example, a particle size of about 3.5 mm) can be separated from the slag.
  • the carbon material used as the floor covering material 18 may be any carbon material that prevents slag from infiltrating into the refractory constituting the hearth 16 and can be renewed.
  • carbon materials such as anthracite and coke are preferable.
  • carbon materials such as coke, which are reused by separating the coking floor covering collected together with the reduced iron and slag from the reduced iron and slag with a sieve or the like, can be used as the floor covering 18.
  • carbonaceous materials particles having a particle size larger than 5 mm are removed by a separating means such as a sieve, and at least 7% by mass of the carbonaceous material has a particle size of 0.1 mm or less by adding fine carbonaceous materials.
  • a separating means such as a sieve
  • fine carbonaceous materials By managing the particle size distribution of the carbonaceous material so as to have each, it is constituted by the carbonaceous materials each having a particle size of 5 mm or less, and at least 7% by mass of the carbonaceous material is 0.1 mm or less. A fine flooring material having a particle size is produced.
  • the furnace body 20 has an inner wall 22, an outer wall 23, and a ceiling 24 integrally.
  • the inner wall 22 and the outer wall 23 rise from the inner edge and the outer edge of the hearth 16, respectively.
  • the hearth 16 is connected to the side walls 22 and 23 so as to be relatively displaced in the rotation direction of the hearth 16 (the hearth moving direction).
  • the ceiling 24 is positioned above the hearth 16 so as to straddle the upper ends of the side walls 22 and 23, and has a certain thickness.
  • the vertical dimension from the upper surface of the hearth 16 (precisely, the upper surface of the flooring material 18) to the lower surface 24a of the ceiling 24, that is, the ceiling height, is the height of the flooring material 18 due to the increase in the flow rate of the gas in the furnace. It is set from the viewpoint of preventing occlusion due to scattering or deposits.
  • the ceiling height is preferably at least 100 mm or more, and generally 200 mm or more.
  • This reduced iron manufacturing apparatus further includes a floor covering material supply device 26 shown in FIGS. 1 and 3.
  • the floor covering material replenishing device 26 appropriately replenishes the furnace floor 16 with a new floor covering material 18 corresponding to the amount of the floor covering material 18 discharged together with the metal iron and the slag in the discharge section 14.
  • the reductive melting furnace 10 further includes a plurality of burners 28. These burners 28 are respectively provided at a plurality of positions arranged along the moving direction of the hearth 16, and fuel is burned at each position. The heat by this combustion is transmitted to each reduced iron raw material 2 sequentially charged in the furnace by radiation or the like, and contributes to the reduction and melting of the reduced iron raw material 2.
  • the reductive melting furnace 10 includes a plurality of partition walls 31, 32, 33, and these partition walls 31 to 33 pass through the internal space of the reductive melting furnace 10 in the moving direction of the hearth 16.
  • the plurality of zones include a temperature raising zone Z1, a reduction zone Z2, a melting zone Z3, and a cooling zone Z4.
  • the temperature raising zone Z1 the temperature of the charged reduced iron raw material 2 is raised, and the reduced iron raw material 2 is reduced in the reducing zone Z2.
  • the reduced iron raw material 2 is further heated and melted, whereby the reduced iron is separated from the slag and aggregated into granular molten metal iron.
  • the molten metal iron is cooled and solidified by the cooling device 34 provided in the cooling zone Z4. All the processing of the reduced iron raw material 2 in each of the zones Z1 to Z4 is performed on the floor covering material 18.
  • the discharge unit 14 is provided on the downstream side of the cooling zone Z4.
  • the discharge unit 14 includes, for example, a screw conveyor, and discharges metallic iron, slag, and the like solidified in the cooling zone Z4 to the outside of the reduction melting furnace 10.
  • the discharged metallic iron, slag, and the like are put into a discharge hopper 36 and separated from each other by a separation device (not shown). Through the above series of steps, granular metallic iron having a very small slag component content is produced.
  • the plurality of raw material charging portions 12 according to the first embodiment are respectively arranged at a plurality of positions arranged in a staggered pattern on the ceiling 24 of the reduction melting furnace 10, and the reduced iron raw materials are disposed at the positions. 2 is charged.
  • the specific number and arrangement of the raw material charging portions in the reduced iron production apparatus are not limited in the present invention.
  • all the reduced iron raw materials may be inserted into the reducing melting furnace by a single raw material charging unit.
  • Each raw material charging unit 12 includes an introduction pipe 45 penetrating the ceiling 24 and a raw material supply unit 44.
  • the introduction pipe 45 extends in the vertical direction and is inserted into a through hole 47 formed in the ceiling 24.
  • the raw material supply unit 44 supplies the reduced iron raw material 2 onto the floor covering 18 while sequentially dropping the reduced iron raw material 2 through the introduction pipe 45.
  • the raw material supply unit 44 according to the first embodiment is connected to the supply hopper 50 that receives the multiple reduced iron raw materials 2, the reduced iron raw material 2 that is supplied from the supply hopper 50, and is connected to the introduction pipe 45.
  • a feeder tray 52; and a vibration device 54 that applies vibration to the feeder tray 52 to sequentially drop the reduced iron raw material 2 from the feeder tray 52 to the introduction pipe 45.
  • the structure for connecting the introduction pipe 45 and the feeder tray 52 is not particularly limited. Both may be coupled via a coupling member such as a flange, or a water seal may be interposed therebetween. Further, the introduction pipe 45 may be omitted, and the raw material supply unit may be directly connected to the ceiling 24.
  • each agglomerate is spherical, for example, but is not limited to spherical.
  • the diameter of each reduced iron raw material 2 can be appropriately set and is not particularly limited. In general, it is preferably 19 mm or more and 27 mm or less. Since the reduced iron raw material 2 having a particle size of 19 mm or more has a relatively large size with respect to the particles of the carbonaceous material constituting the scattered floor covering 18, the reduced iron raw material 2 is transferred to the floor covering 18. The degree of embedding is small.
  • a particle size of 27 mm or less suppresses an increase in the time taken for reduction, melting, agglomeration, and slag separation over the rate of increase in the weight of reduced iron per unit area on the hearth, resulting in production.
  • the decline in sex can be suppressed.
  • a large number of the reduced iron raw materials 2 prepared in this way are sequentially charged into the reduction melting furnace 10 by dropping onto the floor covering 18 and set on the floor covering 18 (raw material charging step). .
  • the large number of reduced iron raw materials 2 are introduced into the supply hopper 50 of the raw material supply unit 44 in each raw material charging unit 12 and are sequentially supplied to the introduction pipe 45 penetrating the ceiling 24 through the feeder tray 52. Then, it falls through the introduction pipe 45 on the floor covering material 18 in a substantially free fall and lands.
  • the floor covering material 18 used in the method for producing reduced iron according to the first embodiment is a carbon material constituting a conventional floor covering material (specifically, charcoal having a particle size of 0.1 mm or less). It is composed of finer particles than coarse carbonaceous materials having a particle content of less than 7% by mass. Specifically, the floor covering material 18 is composed of carbon materials each having a particle size of 5 mm or less, and at least 7% by mass of the carbon material has a particle size of 0.1 mm or less. This makes it possible to effectively suppress the embedding of the reduced iron raw material 2 in the floor covering material 18. That is, as shown in FIG.
  • a large number of reduced iron raw materials 2 charged in the reductive melting furnace 10 are sequentially reduced on the floor covering material 18 as the hearth 16 moves. Thereby, reduced iron is produced
  • the charging of the reduced iron raw material 2 while effectively suppressing the embedding of the reduced iron raw material 2 enables good heat input to the reduced iron raw material 2.
  • the reduced iron raw material 2 can be subjected to good heat treatment (temperature rise, reduction and melting treatment) in a short time in each of the zones Z1 to Z3. Thereafter, the reduced iron cooled in the cooling zone Z4 can be discharged by the discharge unit 14 as high-quality metallic iron.
  • the reaction time of the reduced iron raw material (the time from when the reduced iron and the slag are completely separated after being put into the furnace and being heated) was measured. Compared to the reduced iron raw material that is not embedded in the steel, it was confirmed that the processing of the reduced iron raw material half of which requires about 1.35 times the reaction time. Therefore, prevention of the embedding makes it possible to significantly shorten the reaction time.
  • the present inventors conducted an experiment for verifying the effect of preventing the embedding of the reduced iron raw material 2 described above, and obtained a particle size of 0.1 mm or less in the flooring material 18 as shown in the graph of FIG. The relationship between the weight ratio of the carbon material and the embedding depth of the specimen was obtained.
  • the conditions for the experiment are as follows.
  • the floor covering 18 used in the experiment is composed of a carbon material obtained by sieving the coked floor covering recovered together with reduced iron and slag.
  • each of the carbon materials has a particle size of 5 mm or less (for example, 3.5 mm or less) smaller than the average particle size of slag.
  • the content (weight ratio) of the carbonaceous material having a particle diameter of 0.1 mm or less varies depending on the sample (0, 7, 9, 11 wt% in the graph of FIG. 7).
  • an alumina sphere was used as a falling test body in order to improve the reproducibility of the test.
  • the alumina sphere having a diameter of 21 mm was used in consideration of the size and weight of the generally used reduced iron raw material 2.
  • the apparent density of the alumina sphere is slightly higher than that of the reduced iron raw material, this is not a problem because the embedding depth can be evaluated by relative comparison in this test.
  • the drop height of the test specimen is 0.4 m.
  • the graph of FIG. 7 shows the results of investigating the embedding depth of the test specimen dropped on the floor covering 18 under the above experimental conditions.
  • the graph shows that the embedding depth of the test specimen in the floor covering material 18 in which the content ratio of the carbonaceous material having a particle size of 0.1 mm or less is less than 7% by weight is when the content ratio is 0% by weight. While it is substantially the same as the embedding depth (about 15 mm), it shows that the embedding depth of the test body in the floor covering material 18 in which the content ratio is 7% by weight or more is remarkably small. According to this experiment, it can be seen that when the content ratio is 11% by weight, the embedding depth decreases to about 8 mm.
  • FIG. 8 shows the relationship between the weight ratio of the carbonaceous material having a particle size of 0.2 mm or less and the embedding depth of the test specimen in the carbonaceous material constituting the floor covering material 18 as in the experiment related to the graph of FIG. This shows the result of the investigation.
  • This graph shows that the embedding depth is remarkably small if at least 14% by weight of the carbonaceous material constituting the flooring material 18 has a particle size of 0.2 mm or less. Therefore, each is composed of carbon materials having a particle size of 5 mm or less, of which at least 7% by mass has a particle size of 0.1 mm or less, and at least 14% by weight has a particle size of 0.2 mm or less.
  • the use of the fine-grained flooring material that has the reduced iron raw material more effectively suppresses the embedding of the reduced iron raw material in the flooring material and enables better heat input to the reduced iron raw material.
  • FIG. 9 shows the relationship between the weight ratio of the carbonaceous material having a particle size of 0.5 mm or less and the embedding depth of the test specimen in the carbonaceous material constituting the flooring material 18 as in the experiment of the graph of FIG. The results of the investigation are shown.
  • This graph shows that the embedding depth is remarkably small if at least 22% by weight of the carbon material constituting the floor covering material 18 has a particle size of 0.5 mm or less. Therefore, each is composed of a carbonaceous material having a particle size of 5 mm or less, at least 7% by mass of which has a particle size of 0.1 mm or less, and at least 22% by weight has a particle size of 0.5 mm or less.
  • the use of the fine-grained flooring material that has the reduced iron raw material more effectively suppresses the embedding of the reduced iron raw material in the flooring material and enables better heat input to the reduced iron raw material.
  • At least 7% by mass of the carbon material constituting the floor covering material 18 has a particle size of 0.1 mm or less, and at least 14% by weight of the carbon material has a particle size of 0.2 mm or less. And at least 22 weight% of the said carbon material is good to have a particle size of 0.5 mm or less.
  • Such a floor covering material 18 more effectively suppresses the above-mentioned embedding and enables better heat input to the reduced iron raw material.
  • the specific form for supplying the reduced iron raw material according to the present invention is not limited. As shown in FIG. 5, the reduced iron raw material 2 according to the first embodiment falls on the floor covering 18 by dropping almost vertically onto the floor covering 18 through the introduction pipe 45 penetrating the ceiling 24. Although supplied, the supply form is not limited to this. For example, as shown in FIGS. 10 to 11, as the second embodiment, the reduced iron raw material 2 is supplied onto the floor covering material 18 so as to fall obliquely downward and roll on the floor covering material 18. Also good. This supply form makes it possible to more effectively prevent the reduced iron material 2 from being embedded in the floor covering material 18.
  • the raw material charging step is performed in the horizontal direction in the same direction as the moving direction of the hearth 16 in the reduced iron raw material 2 and
  • the reduced iron raw material 2 is discharged downward from the lower surface of the ceiling 24 located above the hearth 16 and dropped onto the floor covering 18 while giving a horizontal speed larger than the moving speed of the hearth 16.
  • This may include rolling the reduced iron raw material 2 on the floor covering material 18 in the horizontal direction of speed.
  • the reduced iron production apparatus used in the second embodiment includes the moving bed type reducing melting furnace 10, the discharge unit 14, and the plurality of raw material charging units 12.
  • the configuration of the raw material charging portion 12 is slightly different from the configuration of the raw material insertion portion 12 according to the first embodiment.
  • each raw material charging portion 12 shown in FIGS. 10 to 11 includes an inclined surface 40 formed inside the ceiling 24, and an extension member 42 for extending the inclined surface further upward from the inclined surface 40.
  • the inclined surface 40 is a flat surface in the second embodiment, and is inclined so as to descend along the moving direction of the hearth 16.
  • the said lower end of the inclined surface 40 corresponds with the lower surface 24a of the ceiling 24, the said lower end may be located above the said lower surface 24a. That is, the inclined surface 40 may be interrupted at a position above the lower surface 24a.
  • Each said reduced iron raw material 2 can descend
  • a through hole 46 that penetrates the ceiling 24 at the inclination angle is formed, and a surface located below the through hole 46 constitutes the inclined surface 40.
  • the inclined surface 40 may be constituted by the surface of a refractory that constitutes the ceiling 24, or may be constituted by a covering material that covers the surface of the refractory.
  • a covering material it is possible to adjust the descending state of each reduced iron raw material 2 by selecting the material. For example, the bounce of the reduced iron raw material 2 on the inclined surface 40 is suppressed by reducing the dynamic friction coefficient of the inclined surface 40 with respect to the reduced iron raw material 2 (for example, 0.4 or less) or reducing the coefficient of restitution. Thus, it is possible to stabilize the dropping position of the reduced iron raw material 2 on the floor covering 18.
  • the extension member 42 is made of a rectangular tube, and its lower surface forms an extended inclined surface 48.
  • the extension member 42 is inserted obliquely into the upper portion of the through hole 46, whereby the extended inclined surface 48 is continuous with the inclined surface 40.
  • a step corresponding to the thickness of the extension member 42 is provided between the upper portion of the through hole 46 and the lower portion thereof, whereby the continuity between the inclined surfaces 48 and 40 is increased. Is secured.
  • the extension member 42 can be omitted as appropriate.
  • the inclined surface 40 and the extended inclined surface 48 are not necessarily flat.
  • it may be a curved surface that is curved when viewed from the side of the reduction melting furnace 10.
  • the traveling direction of the reduced iron raw material 2 released from the lower surface 24a of the ceiling 24 is more than the normal angle of repose when the tangential direction of the inclined surface is on a curved surface that approaches the horizontal as it goes downward. It is possible to turn to an angle close to the horizontal direction.
  • the shape which looked at the said inclined surfaces 40 and 48 from the direction in alignment with the inclination may be a horizontal straight line, and may be a straight line and a curve including an unevenness
  • the shape may be one in which a plurality of grooves each having a width through which the reduced iron raw material 2 can pass are arranged sideways.
  • the extended inclined surface 48 has a shape that can be mutually continuous corresponding to the shape of the inclined surface 40.
  • the inclination angle of the inclined surfaces 48 and 40 can be arbitrarily set. However, when the inclined surfaces 48 and 40 are flat surfaces, the angle of the repose angle or more, that is, the reduced iron raw material on the inclined surfaces 48 and 40. It is preferable that the angle be equal to or greater than an angle at which the retention of 2 can be reliably avoided, and generally an angle equal to or greater than 36 °. Further, the inclination angle is an angle at which the reduced iron raw material 2 can reliably receive a reaction force from the inclined surfaces 48, 40, that is, the contact between the reduced iron raw material 2 and the inclined surfaces 48, 40 is ensured. It is preferable that the angle be maintained, and generally 60 ° or less is preferable.
  • the reduced iron raw material 2 can be reliably released from the lower surface 24a of the ceiling 24.
  • the raw material supply unit 44 has the same configuration as the raw material supply unit 44 shown in FIG. 5, and includes the supply hopper 50, the feeder tray 52, and the vibration device 54.
  • the feeder tray 52 shown in FIGS. 10 to 11 is connected to the extension member.
  • the feeder tray 52 is connected to the extension member 42 via a flange 56, a water seal, or the like.
  • a raw material supply unit 44 may be directly connected to the ceiling 24.
  • the “spherical shape” may be any spherical shape that can roll after the reduced iron raw material 2 has landed on the flooring material 18 in the reduction melting furnace 10 as described later. Does not have to be a perfect sphere.
  • the reduced iron raw material 2 preferably has an arbitrary cross section passing through the center thereof having a roundness of 0.7 or more. Since the reduced iron raw material 2 having a cross section with a high roundness as described above can smoothly roll on the inclined surfaces 48 and 40, the dropping position on the floor covering material 18 is also stabilized.
  • a large number of the reduced iron raw materials 2 prepared in this way are put into the supply hopper 50 and sequentially supplied to the extension member 42 (the inclined surface 40 of the ceiling 24 when the extension member 42 is omitted) through the feeder tray 52. Supplied.
  • the supplied reduced iron raw material 2 descends along the inclined surfaces 48, 40 while rolling on the inclined surfaces 48, 40 inclined toward the moving direction of the hearth 16, and then the lower surface 24 a of the ceiling 24. From the point of time, the slanted surfaces 48 and 40 are released from the restraint, that is, released, and the fine floor covering material 18 (that is, each of the carbonaceous materials having a particle size of 5 mm or less is formed of the carbonaceous material. At least 7% by mass lands on a fine floor covering material 18) having a particle size of 0.1 mm or less.
  • the reduced iron raw material 2 is given a speed in the horizontal direction corresponding to the inclination angle of the inclined surfaces 48 and 40 in addition to the downward speed due to gravity. If the horizontal speed is somewhat higher than the moving speed of the hearth 16, the reduced iron raw material 2 is landed on the flooring material 18 and then the hearth as shown in FIGS. It is possible to roll in the movement direction of 16, that is, to escape further from the landing position in the movement direction of the hearth 16. Therefore, this rolling occurs when the subsequent reduced iron raw material 2 is stacked on the reduced iron raw material 2 (for example, on the reduced iron raw materials 2A and 2B preceded by the subsequent reduced iron raw material 2C shown in FIG. Or the preceding reduced iron raw material 2 is embedded in the floor covering 18 due to the fall of the subsequent reduced iron raw material 2 (state of the reduced iron raw material 2B shown in FIG. 12). Allow avoidance.
  • the magnitude of the horizontal speed to be given to the reduced iron raw material 2 may be set to such an extent that the rolling after the reduced iron raw material 2 has landed on the floor covering material 18 can be secured.
  • the conditions such as the size of the reduced iron raw material 2, the specific gravity, the release rate in the vertical direction from the lower surface 24 a of the ceiling 24, the distance to the floor covering 18, the material of the floor covering 18, etc. It may be set accordingly.
  • the rolling of the reduced iron raw material 2 on the floor covering material 18 as described above is caused by the stacking of the subsequent reduced iron raw material 2 on the preceding reduced iron raw material 2 or the reduction iron raw material 2 into the floor covering 18. More effectively suppress the embedding. That is, even if the hearth moving speed is somewhat slow due to rolling of the reduced iron raw material 2 given the horizontal speed as described above in the hearth moving direction, the subsequent reduced iron raw material 2C shown in FIG. When the iron falls on the floor covering 18, the preceding reduced iron raw material 2A is largely retracted forward by the rolling.
  • the subsequent reduced iron raw material 2C falls on the preceding reduced iron raw material 2A, and the reduced iron raw material 2C is buried, or the reduced iron raw material 2C falls to the vicinity of the preceding reduced iron raw material 2A.
  • the embedding caused by the scattering of the floor covering material 18 is less likely to occur.
  • the subsequent reduced iron raw material 2C approaches the preceding reduced iron raw material 2A by rolling, but even if there is a collision due to the rolling, the collision is weak and the direction is horizontal. There is no significant scattering of the material 18. Therefore, the preceding reduced iron raw material 2A is less likely to be buried due to the collision or the scattering of the flooring material 18.
  • the charging of the reduced iron raw material 2 that effectively suppresses the stacking and embedding of the reduced iron raw materials 2 with each other enables better heat input to the reduced iron raw material 2.
  • the reduced iron raw material 2 can be subjected to good heat treatment (temperature rise, reduction and melting treatment) in each zone Z1 to Z3 in a short time, and then reduced in the cooling zone Z4.
  • Iron can be discharged by the discharge section 14 as high-quality metallic iron.
  • the rolling of the reduced iron raw material 2 on the flooring material 18 makes it possible to produce high-quality metallic iron in a short time.
  • the reduced iron raw material 2 is given a horizontal speed that is large enough to be incident on the floor covering 18 at an angle of 60 ° or less.
  • the incident angle of 60 ° or less means that the horizontal velocity is 1/2 or more of the incident velocity, and this is due to the fall of the reduced iron raw material 2 on the floor covering 18. It overcomes the sinking into the floor covering 18 and makes it more certain that the reduced iron raw material 2 rolls in the hearth moving direction. Therefore, it is preferable that the inclination angle of the inclined surface 40 or the inclined surfaces 48 and 40 is set from this viewpoint.
  • the means for imparting the horizontal speed to the reduced iron raw material as described above is not limited to the rolling of the reduced iron raw material on the inclined surface.
  • rolling the reduced iron raw material on the inclined surface provided in the ceiling as described above without adding complicated or large-scale equipment requiring heat resistance in the high-temperature region below the ceiling, It is possible to give a horizontal speed to the reduced iron raw material released from the lower surface of the ceiling, thereby reducing the reliability of the charging equipment and significantly increasing the cost of the ceiling lower surface.
  • stacking of reduced iron raw materials and embedding in the flooring material can be suppressed without significantly adversely affecting the gas flow in the lower furnace.
  • a method for producing reduced iron by charging a plurality of reduced iron raw materials containing a carbonaceous reducing agent and iron oxide into a moving bed type reductive melting furnace and processing them, Provided is one capable of improving heat treatment efficiency by improving heat input on each flooring material to each reduced iron material supplied by dropping onto a powdery flooring material.
  • the provided method includes a hearth that moves a plurality of reduced iron raw materials containing a carbonaceous reducing agent and iron oxide in a specific direction, and a flooring material made of powder laid on the hearth.
  • Each of the floor coverings is composed of a carbon material having a particle size of 5 mm or less. 7% by mass or more of the carbonaceous material has a particle size of 0.1 mm or less. This method makes it possible to suppress embedding of the reduced iron raw material by using a floor covering material having a finer particle size than the conventional floor covering material.
  • the reduced iron raw material is spherical, and the raw material charging step is a horizontal speed in the same direction as the moving direction of the hearth to the reduced iron raw material and is larger than the moving speed of the hearth.
  • the reduced iron raw material is discharged downward from the lower surface of the ceiling located above the hearth and dropped on the floor covering material while giving a horizontal speed, and the floor covering is placed in the horizontal speed direction. It may include rolling the reduced iron material on the material.
  • “Spherical” reduced iron material here is not limited to a perfect sphere. Strictly not a sphere, but close to a true sphere to the extent that it can roll on a powdered floor covering, for example, a perfect circle of any cross section passing through the center of the reduced iron raw material Those having a degree high enough to satisfy the conditions that allow rolling on the above-mentioned powdery floor covering material are included in the “spherical” reduced iron raw material.
  • the rolling of the reduced iron raw material on the flooring material more effectively prevents the subsequent reduced iron raw material from being stacked on the preceding reduced iron raw material and the embedded reduced iron raw material in the flooring material, This enables better heat input to each reduced iron raw material.
  • the reduced iron raw material sequentially supplied onto the flooring material rolls further in the hearth moving direction from the dropping point, and the subsequent reduced iron raw material is stacked on the reduced iron raw material. Can be effectively avoided.
  • the rolling not only suppresses the embedding of the reduced iron raw material at the dropping point, but also causes the reduced iron raw material to fall before the reduced iron raw material is accidentally dropped on the preceding reduced iron raw material.
  • the preceding reduced iron raw material caused by embedding by pushing onto the floor covering material or covering the preceding reduced iron raw material with a powdery floor covering material scattered with the dropping of the reduced iron raw material It also makes it possible to effectively suppress embedding.

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Abstract

還元鉄の製造方法であって、還元溶融炉２内の床敷材１８上での還元鉄原料への入熱を良好にしてその処理効率を高めることが可能な方法が、提供される。還元鉄原料２は、その落下により床敷材１８上にセットされ、この床敷材１８上で還元処理される。床敷材１８は、それぞれが５ｍｍ以下の粒径を有する炭材により構成され、その少なくとも７質量％が０．１ｍｍ以下の粒径を有するこれにより、還元鉄原料２の床敷材１８への埋まり込みが抑止される。

Description

還元鉄の製造方法
　本発明は、炭素質還元剤と酸化鉄とを含有する複数の還元鉄原料を移動式炉床還元溶融炉内に装入して処理することにより還元鉄を製造するための方法に関する。
　従来、還元鉄を製造するための方法として、炭素質還元剤と酸化鉄とを含有する複数の還元鉄原料を移動式炉床還元溶融炉内に装入して処理するものが、知られている。例えば特許文献１には、前記複数の還元鉄原料として多数の球状のペレットを用意することと、これらを移動式炉床還元溶融炉内に順次挿入して加熱することと、この加熱により生成された還元鉄（金属鉄）とスラグとを分離して前記還元溶融炉の外部に排出することと、を含む方法が記載されている。
　前記移動式炉床還元溶融炉は、特定方向に移動可能な炉床と、その上方に位置する天井と、を有し、これらは煉瓦等の耐火物により構成される。また、前記炉床上には、前記耐火物を保護するための床敷材が設けられる。当該炉床上では、前記酸化鉄の一連の処理、すなわち、還元、浸炭、溶融、凝集、及びスラグの分離が連続して行われる。前記床敷材は、このように処理される酸化鉄と前記炉床を構成する耐火物との直接的な接触を阻止するべく、当該炉床上に適当な層厚でもって敷設される。
　この還元溶融炉内に前記各ペレットを装入する手段として、前記特許文献１の図８には、前記天井に設けられた複数の供給部を通じて前記各ペレットを当該天井から前記炉床上、具体的には前記床敷材上、に順次自由落下させることが開示されている。
　前記のような移動床式還元溶融炉内で前記複数の還元鉄原料から還元鉄の製造を行うにあたっては、当該還元鉄原料をなるべく短時間で効率よく処理することが望ましい。その有効な手段として、本発明者らは、各還元鉄原料とその周囲の高熱ガスとの接触面積、及び、還元鉄原料の表面積のうち輻射により当該還元鉄原料に与えられる熱を受ける面積である受熱面積を確保して良好な入熱を促すことに着目するとともに、かかる観点から、前記特許文献１に記載される従来技術には重要な課題が存することを見出した。
　具体的に、特許文献１に記載されるように自由落下によって溶融炉内に順次装入される還元鉄原料の中には、前記粉状の床敷材内に少なくとも一部が埋まり込んだものが少なからず存在し、このような還元鉄原料の埋まり込みが当該還元鉄原料と炉内の高温ガスとの接触面積や、還元鉄原料の表面積のうち輻射により当該還元鉄原料に与えられる熱を受ける面積である受熱面積を減少させ、ひいては当該還元鉄原料への良好な入熱を妨げるおそれがある。
特開２０１２－０５２７４１号公報
　本発明は、炭素質還元剤と酸化鉄とを含有する複数の還元鉄原料を移動床式還元溶融炉内に装入して処理することにより還元鉄を製造するための方法であって、粉状の床敷材上への落下によって供給される各還元鉄原料への当該床敷材上での入熱を良好にしてその処理効率を高めることが可能なものを提供することを目的とする。
　提供されるのは、還元鉄を製造するための方法であって、炭素質還元剤と酸化鉄とを含有する複数の還元鉄原料を、特定方向に移動する炉床、及び前記炉床上に敷設された粉体からなる床敷材、を有する還元溶融炉内に順次装入して前記還元鉄原料を前記床敷材上に落下させることにより前記床敷材上にセットする原料装入工程と、前記炉床の移動に伴って当該床敷材上で前記各還元鉄原料を順次還元処理することにより還元鉄を生成し、前記還元溶融炉の外部に排出する還元鉄排出工程と、を含む。前記床敷材は、それぞれが５ｍｍ以下の粒径を有する炭材により構成される。当該炭材の７質量％以上は０．１ｍｍ以下の粒径を有する。
本発明の第１実施形態に係る還元鉄の製造方法の実施に用いられる還元鉄製造装置の平面図である。 前記還元鉄製造装置における移動床式還元溶融炉の半径方向に沿った断面を示す図である。 前記還元溶融炉をその炉床の移動方向に沿って展開した断面図である。 前記還元鉄製造装置に含まれる複数の原料装入部の配置を示す平面図である。 前記原料装入部及びその近傍の前記還元溶融炉の部位を示す断面図であって当該還元溶融炉の幅方向の中心線に沿った断面を示す図である。 図５の還元溶融炉に装入された後の還元鉄原料の状態の例を示す断面図である。 前記第１実施形態における床敷材における還元鉄原料の埋り込み防止効果を調べた実験結果として、床敷材における０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材の重量比率と試験体の埋り込み深さとの関係を示すグラフである。 床敷材における０．２ｍｍ以下の粒径を有する炭材の重量比率と試験体の埋り込み深さとの関係を示すグラフである。 床敷材における０．５ｍｍ以下の粒径を有する炭材の重量比率と試験体の埋り込み深さとの関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る還元鉄製造方法に用いられる還元鉄製造装置であって、還元鉄原料を斜め下方へ落下させることにより当該還元鉄原料を床敷材上で転動させる原料装入部を備えた還元溶融炉の部位を示す断面図であって、当該還元溶融炉の幅方向の中心線に沿った断面を示す図である。 図１０に示される部位の要部を示す断面図である。 図１０の還元溶融炉に装入された後の還元鉄原料の状態の例を示す断面図である。
　本発明の好ましい実施形態を、図面を参照しながら説明する。
　図１～図３は、本発明の第１実施形態に係る還元鉄製造装置を示す。この還元鉄製造装置は、多数の還元鉄原料２であってそれぞれが炭素質還元剤と酸化鉄とを含有するものを順次加熱処理して還元鉄を製造するためのものである。各還元鉄原料２は、個々に分離された独立の塊成物であればよく、還元鉄原料２の形状についてはとくに限定されない。図２～３に示される還元鉄原料２は、例えば球状であるが、完全な球体でなくてもよい。また、各還元鉄原料２は事前に乾燥処理されていることが、好ましい。
　前記還元鉄製造装置は、移動床式の還元溶融炉１０と、複数の原料装入部１２と、排出部１４と、を備える。前記還元溶融炉１０は、その内部に装入された還元鉄原料２の処理により、還元鉄（金属鉄）の生成を行う。具体的には、当該還元溶融炉１０内において、前記酸化鉄の昇温、還元、溶融、凝集、スラグの分離、冷却等が行われる。前記複数の原料装入部１２は、互いに異なる複数の位置から前記還元溶融炉１０内に前記各還元鉄原料２を順次装入する。前記排出部１４は、前記還元溶融炉１０内で生成された還元鉄及びスラグを当該還元溶融炉１０の外部に排出する。
　前記還元溶融炉１０は、炉床１６と、床敷材１８と、炉体２０と、図示されない炉床駆動装置と、を備える。前記炉床１６及び前記炉体２０は、例えばアルミナを主成分とする耐火物により構成される。
　前記炉床１６は、内側に円形空間を囲む円環状をなし、その半径方向に沿う一定の幅を有する。前記炉床駆動装置は、前記炉床１６がその中心軸である垂直軸回りに所定方向（図１では反時計回り方向）に所定の速度で回転するように当該炉床１６を駆動する。従って、この第１実施形態に係る前記炉床１６は、その回転周方向に沿って所定速度で移動することが可能である。
　前記床敷材１８は、前記炉床１６の保護、具体的には当該炉床１６と還元鉄原料２との直接的な接触の阻止、のために当該炉床１６上に敷設される。当該床敷材１８は、多数の粉体により構成される。
　床敷材１８の上には、還元鉄原料２が、前記複数の原料装入部１２から炉体２０（具体的には後述の天井２４）を貫通して床敷材１８上に落下することにより、セットされる。
　床敷材１８は、前記複数の原料装入部１２のそれぞれから落下する還元鉄原料２が当該床敷材１８に埋まり込むことを抑止する。この抑止のために、床敷材１８には従来の床敷材に比べより粒度の細かいものが用いられる。具体的に、床敷材１８は、それぞれが５ｍｍ以下の粒径を有する炭材により構成される。、当該炭材の少なくとも７質量％は、０．１ｍｍ以下の粒径を有する。このような細粒の炭材からなる床敷材の使用は、還元鉄原料２における床敷材１８内への埋まり込みを有効に抑止することを可能にする。
　前記床敷材１８を構成する炭材のそれぞれが５ｍｍ以下の粒径を有することが好ましい理由は、還元溶融炉１０内において酸化鉄とともに発生するスラグの平均粒径が５ｍｍより大きいため、５ｍｍ以下の粒径を有する炭材（例えば、３．５ｍｍ程度の粒径）が当該スラグと分離可能であることによる。
　床敷材１８として用いられる炭材は、炉床１６を構成する耐火物へのスラグの浸潤を防ぎ、かつ更新可能な炭材であればよく、例えば、無煙炭やコークスなどの炭材が好ましい。また、還元鉄およびスラグとともに回収されたコークス化された床敷材をこれら還元鉄およびスラグから篩などによって分離して再利用されるコークスなどの炭材も床敷材１８として使用可能である。
　これらの炭材のうち５ｍｍよりも大きい粒径のものを篩などの分離手段によって取り除くとともに、細粒の炭材の追加などによって当該炭材の少なくとも７質量％が０．１ｍｍ以下の粒径を有するように炭材の粒径分布を管理することにより、上記のようにそれぞれが５ｍｍ以下の粒径を有する炭材により構成され、かつ、当該炭材の少なくとも７質量％が０．１ｍｍ以下の粒径を有する、細粒の床敷材が生成される。
　前記炉体２０は、内側壁２２と、外側壁２３と、天井２４と、を一体に有する。内側壁２２及び外側壁２３は前記炉床１６の内側縁及び外側縁からそれぞれ立ち上がる。炉床１６は両側壁２２，２３に対して当該炉床１６の回転方向（炉床移動方向）に相対変位となるように接続されている。前記天井２４は、両側壁２２，２３の上端に跨るようにして前記炉床１６の上方に位置し、一定の厚みを有する。炉床１６の上面（正確には前記床敷材１８の上面）から前記天井２４の下面２４ａまでの上下方向の寸法、すなわち天井高さは、炉内ガスの流速の増加による床敷材１８の飛散や付着物等による閉塞を防止する観点から、設定される。当該天井高さは、少なくとも１００ｍｍ以上、一般には２００ｍｍ以上、であることが好ましい。
　この還元鉄製造装置は、図１及び図３に示される床敷材補給装置２６をさらに備える。この床敷材補給装置２６は、前記排出部１４において前記金属鉄及び前記スラグとともに排出される床敷材１８の分に相当する新しい床敷材１８を炉床１６上に適宜補給する。
　この還元溶融炉１０は、さらに、複数のバーナ２８を備える。これらのバーナ２８は、前記炉床１６の移動方向に沿って並ぶ複数の位置にそれぞれ設けられ、各位置において燃料の燃焼を行う。この燃焼による熱は、輻射等により、炉内に順次装入される各還元鉄原料２に伝達され、当該還元鉄原料２の還元および溶融に寄与する。
　図３に示すように、前記還元溶融炉１０は複数の仕切り壁３１，３２，３３を含み、これらの仕切り壁３１～３３は前記還元溶融炉１０の内部空間を前記炉床１６の移動方向に沿って並ぶ複数のゾーンに区画する。当該複数のゾーンは、昇温ゾーンＺ１、還元ゾーンＺ２、溶融ゾーンＺ３及び冷却ゾーンＺ４を含む。昇温ゾーンＺ１内では、装入された還元鉄原料２の温度が高められ、還元ゾーンＺ２内で当該還元鉄原料２の還元が行われる。溶融ゾーンＺ３内で、当該還元鉄原料２がさらに加熱されて溶融し、これにより、還元鉄がスラグと分離されるとともに凝集して粒状の溶融金属鉄となる。この溶融金属鉄は、冷却ゾーンＺ４内に設けられた冷却装置３４により冷却されて固化する。各ゾーンＺ１～Ｚ４における還元鉄原料２の処理はすべて前記床敷材１８上で行われる。
　前記排出部１４は、前記冷却ゾーンＺ４の下流側に設けられる。排出部１４は、例えばスクリューコンベアを含み、当該冷却ゾーンＺ４で固化した金属鉄及びスラグ等を還元溶融炉１０の外部に排出する。排出された金属鉄及びスラグ等は、排出ホッパー３６に投入され、図略の分離装置により互いに分離される。以上の一連の工程により、スラグ成分含量の極めて少ない粒状の金属鉄が製造される。
　次に、前記複数の原料装入部１２の詳細を、図４～図５を参照しながら説明する。
　図４に示すように、この第１実施形態に係る複数の原料装入部１２は、還元溶融炉１０の天井２４において千鳥状に並ぶ複数の位置にそれぞれ配置され、当該位置で前記還元鉄原料２の装入を行う。しかし、還元鉄製造装置における原料装入部の具体的な個数及び配置は本発明では限定されない。例えば、全ての還元鉄原料が単一の原料装入部によって還元溶融炉内に挿入されてもよい。
　前記各原料装入部１２は、前記天井２４を貫通する導入管４５と、原料供給部４４と、を含む。
　導入管４５は、垂直方向に延び、前記天井２４に形成された貫通孔４７に挿入されている。
　前記原料供給部４４は、前記導入管４５を通じて前記還元鉄原料２を順次落下させながら床敷材１８上に供給するものである。この第１実施形態に係る原料供給部４４は、前記多数の還元鉄原料２を受け入れる供給ホッパー５０と、この供給ホッパー５０から供給される還元鉄原料２を受け入れるとともに前記導入管４５に接続されるフィーダトレイ５２と、このフィーダトレイ５２に振動を与えて当該フィーダトレイ５２から前記導入管４５に順次還元鉄原料２を落とす加振装置５４と、を含む。
　前記導入管４５と前記フィーダトレイ５２との接続のための構造は、特に限定されない。両者がフランジなどの結合部材を介して結合されてもよいし、両者間にウォータシールが介在してもよい。また、導入管４５が省略されて前記天井２４に直接原料供給部が接続されてもよい。
　次に、図１～５に示される還元鉄製造装置を用いた本発明の第１実施形態に係る還元鉄製造方法について説明する。
　まず、多数の還元鉄原料２、すなわち、それぞれが炭素質還元剤と酸化鉄とを含有する複数の塊成物が用意される。各塊成物は、例えば球状であるが、球状に限定されない。各還元鉄原料２の直径は適宜設定されることが可能であり、特に限定されない。一般には、１９ｍｍ以上２７ｍｍ以下であることが、好ましい。１９ｍｍ以上の粒径をもつ還元鉄原料２は、飛散する床敷材１８を構成する炭材の粒に対して相対的に大きいサイズを有するため、当該還元鉄原料２の当該床敷材１８への埋まり込みの度合いは小さい。また、２７ｍｍ以下の粒径は、炉床上単位面積当たりの還元鉄重量の増加率よりも還元・溶融・凝集・スラグ分離までにかかる時間の延長幅が勝ることを抑止し、これに起因する生産性の低下を抑えることができる。
　このようにして用意された多数の還元鉄原料２が床敷材１８上への落下により還元溶融炉１０内に順次装入され、前記床敷材１８上にセットされる（原料装入工程）。具体的には、前記多数の還元鉄原料２は、各原料装入部１２における原料供給部４４の供給ホッパー５０内に投入され、フィーダトレイ５２を通じて順次、天井２４を貫通する導入管４５に供給され、当該導入管４５を通して床敷材１８上にほぼ垂直に自由落下して着地する。
　第１実施形態の還元鉄の製造方法に用いられる床敷材１８は、前記のように、従来の床敷材を構成する炭材（具体的には、０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材を７質量％未満しか含まない粒の荒い炭材など）よりも細かい粒で構成される。具体的に、当該床敷材１８は、それぞれが５ｍｍ以下の粒径を有する炭材により構成され、かつ、当該炭材の少なくとも７質量％は０．１ｍｍ以下の粒径を有する。このことは、還元鉄原料２の床敷材１８内への埋まり込みを有効に抑止することを可能にする。すなわち、図６に示されるように、前記還元鉄原料２のうちの多数の還元鉄原料２Ａは床敷材１８の上に配置されることにより当該原料２Ａのほぼ全体の表面から熱を受けることが可能である。一方、床敷材１８内へ埋まり込む還元鉄原料２Ｂの個数は大幅に低減される。
　還元溶融炉１０内に装入された多数の還元鉄原料２は、炉床１６の移動に伴って上記の床敷材１８上で順次還元処理される。これにより還元鉄が生成されて還元溶融炉１０の外部に排出される（還元鉄排出工程）。
　上記のように、還元鉄原料２の埋まり込みを有効に抑止しながらの当該還元鉄原料２の装入は、当該還元鉄原料２への良好な入熱を可能にする。この入熱によって当該還元鉄原料２は各ゾーンＺ１～Ｚ３において短時間で良好な加熱処理（昇温、還元及び溶融処理）を受けることが可能である。その後に冷却ゾーンＺ４で冷却された還元鉄は、高品質の金属鉄として排出部１４により排出されることができる。
　具体的に、還元鉄原料の反応時間（炉内に投入されて加熱され始めてから還元鉄とスラグとの分離が完全に終了するまでの時間）について測定を行ったところ、前記床敷材１８内への埋り込みがない還元鉄原料に比べて、半分が埋り込んだ還元鉄原料の処理には約１．３５倍の反応時間を要することが確認された。従って、当該埋り込みの防止は前記反応時間の著しい短縮を可能にする。
　本発明者らは、上記の還元鉄原料２の埋り込み防止効果の検証のために実験を行い、図７のグラフに示されるような、床敷材１８における０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材の重量比率と試験体の埋り込み深さとの関係を得た。
　前記実験の条件は、以下の通りである。実験に用いられる床敷材１８は、還元鉄およびスラグとともに回収されたコークス化された床敷材を篩にかけることにより取得された炭材により構成される。具体的に、当該炭材のそれぞれは、スラグの平均粒径よりも小さい５ｍｍ以下（例えば３．５ｍｍ以下）の粒径を有する。しかし、そのうち０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材の含有率（重量比率）がサンプルによって異なる（図７のグラフでは０、７、９、１１重量％）。また、還元鉄原料は物性値の固体差によるバラつきが大きく、また、ハンドリング等により劣化することから、試験の再現性を高めるため、落下する試験体にはアルミナ球が用いられた。アルミナ球には、一般的に用いられる還元鉄原料２の寸法および重量を考慮して、直径２１ｍｍを有するものが用いられた。前記アルミナ球の見掛け密度は還元鉄原料のそれよりもがやや高いが、本試験では埋り込み深さが相対的な比較により評価できるため、この点は問題とはならない。試験体の落下高さは０．４ｍである。
　上記の実験条件で床敷材１８に落下した試験体の埋り込み深さを調べた結果を図７のグラフに示す。当該グラフは、０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材の含有比率が７重量％未満である床敷材１８での試験体の埋り込み深さは当該含有比率が０重量％のときの埋り込み深さ（１５ｍｍ程度）とほぼ同じである一方、前記含有比率が７重量％以上である床敷材１８での試験体の埋り込み深さが顕著に小さいことを示している。この実験によると、前記含有比率が１１重量％の場合は前記埋り込み深さが８ｍｍ程度まで低下することがわかる。
　図８は、図７のグラフに係る実験と同様に、床敷材１８を構成する炭材における０．２ｍｍ以下の粒径を有する炭材の重量比率と試験体の埋り込み深さとの関係を調べた結果を示したものである。このグラフは、床敷材１８を構成する炭材の少なくとも１４重量％が０．２ｍｍ以下の粒径を有していれば埋り込み深さが著しく小さいことを示している。したがって、それぞれが５ｍｍ以下の粒径を有する炭材により構成され、そのうちの少なくとも７質量％が０．１ｍｍ以下の粒径を有し、かつ、少なくとも１４重量％が０．２ｍｍ以下の粒径を有する細粒の床敷材の使用が、還元鉄原料における床敷材内への埋まり込みをより有効に抑止して当該還元鉄原料へのより良好な入熱を可能にする。
　図９は、図７のグラフの実験と同様に、床敷材１８を構成する炭材における０．５ｍｍ以下の粒径を有する炭材の重量比率と試験体の埋り込み深さとの関係を調べた結果を示したものである。このグラフは、床敷材１８を構成する炭材の少なくとも２２重量％が０．５ｍｍ以下の粒径を有していれば埋り込み深さが著しく小さいことを示している。したがって、それぞれが５ｍｍ以下の粒径を有する炭材により構成され、その少なくとも７質量％以上が０．１ｍｍ以下の粒径を有し、かつ、少なくとも２２重量％が０．５ｍｍ以下の粒径を有する細粒の床敷材の使用が、還元鉄原料における床敷材内への埋まり込みをより有効に抑止して当該還元鉄原料へのより良好な入熱を可能にする。
　より好ましくは、前記床敷材１８を構成する炭材の少なくとも７質量％が０．１ｍｍ以下の粒径を有し、当該炭材の少なくとも１４重量％が０．２ｍｍ以下の粒径を有し、かつ、当該炭材の少なくとも２２重量％が０．５ｍｍ以下の粒径を有するのがよい。このような床敷材１８は、上記の埋まり込みをより一層有効に抑止して当該還元鉄原料へのより一層良好な入熱を可能にする。
　本発明に係る還元鉄原料の供給のための具体的な形態は限定されない。上記第１実施形態に係る還元鉄原料２は、図５に示されるように、天井２４を貫通する導入管４５を通して床敷材１８上にほぼ垂直に落下することにより、床敷材１８上に供給されるが、その供給形態はこれに限定されるものではない。例えば、第２実施形態として、図１０～１１に示されるように、還元鉄原料２が斜め下方に落下しかつ床敷材１８上で転動するように当該床敷材１８上に供給されてもよい。この供給形態は還元鉄原料２の床敷材１８への埋まり込みをより有効に抑止することを可能にする。
　前記第２実施形態では、還元鉄原料２が球状である場合において、前記原料装入工程が、前記還元鉄原料２に前記炉床１６の移動方向と同じ方向の水平方向の速度であって当該炉床１６の移動速度よりも大きな水平方向の速度を与えながら当該還元鉄原料２を前記炉床１６の上方に位置する天井２４の下面から下方に放出して前記床敷材１８上に落下させることによりその水平方向の速度の向きに当該床敷材１８上で当該還元鉄原料２を転動させることを含んでもよい。
　第２実施形態に用いられる還元鉄製造装置は、図１０及び図１１に示されるように、上記の移動床式の還元溶融炉１０と、上記の排出部１４と、複数の原料装入部１２とを備えているが、原料装入部１２の構成が第１実施形態に係る原料挿入部１２の構成と若干異なる。
　すなわち、図１０～１１に示される各原料装入部１２は、前記天井２４の内部に形成された傾斜面４０と、この傾斜面４０からさらに上向きに傾斜面を延長するための延長部材４２と、原料供給部４４と、を含む。
　前記傾斜面４０は、この第２実施形態では平面であり、前記炉床１６の移動方向に沿って下るように傾斜する。この第２実施形態では、傾斜面４０の下端が天井２４の下面２４ａと合致しているが、当該下端は当該下面２４ａより上側に位置してもよい。すなわち傾斜面４０は下面２４ａよりも上側の位置で途切れてもよい。前記各還元鉄原料２は、この傾斜面４０上を転動（滑りが含まれていてもよい）するようにして当該傾斜面４０に沿って降下することが可能であり、その後に天井２４の下面２４ａから下方に放出される。この放出の際には当該還元鉄原料２に前記傾斜面４０の傾斜角度に対応した水平方向の速度が与えられる。この第２実施形態では、前記傾斜角度で前記天井２４を貫通する貫通穴４６が形成され、この貫通穴４６の下側に位置する面が前記傾斜面４０を構成する。
　この傾斜面４０は、前記天井２４を構成する耐火物の表面によって構成されてもよいし、当該耐火物の表面を被覆する被覆材によって構成されてもよい。被覆材を用いる場合、その材質の選定によって、各還元鉄原料２の降下状態を調節することが可能である。例えば、還元鉄原料２に対する傾斜面４０の動摩擦係数を小さくしたり（例えば０．４以下）、反発係数を小さくしたりすることにより、傾斜面４０上での還元鉄原料２のバウンドを抑制して当該還元鉄原料２の床敷材１８上の落下位置を安定させることが、可能である。
　前記延長部材４２は、この第２実施形態では角筒状の管材からなり、その下面が延長傾斜面４８を構成する。この延長部材４２は、前記貫通穴４６の上部に斜め向きに差し込まれ、これにより、前記延長傾斜面４８が前記傾斜面４０と連続する。具体的には、前記貫通穴４６の上部とそれよりも下側との部位との間に前記延長部材４２の肉厚に相当する段が与えられ、これにより両傾斜面４８，４０の連続性が担保されている。この延長部材４２は適宜省略することが可能である。
　前記傾斜面４０及び前記延長傾斜面４８は、必ずしも平面に限らない。例えば、還元溶融炉１０の側方からみて曲線状をなす曲面であってもよい。この場合、当該傾斜面の接線方向が下方に向かうに従って水平に近づくような形状の曲面上であると、天井２４の下面２４ａから放たれる還元鉄原料２の進行方向を通常の安息角よりも水平方向に近い角度に向けることが可能である。また、当該傾斜面４０，４８をその傾斜に沿う方向からみた形状は、水平な直線であってもよいし、凹凸を含む直線や曲線であってもよい。例えば、当該形状は、それぞれが前記還元鉄原料２が通過することが可能な幅をもつ複数の溝が横向きに配列されたものでもよい。いずれの場合も、前記延長傾斜面４８は前記傾斜面４０の形状と対応して相互連続することが可能な形状を有することが、好ましい。
　傾斜面４８，４０の傾斜角度は、任意に設定が可能であるが、当該傾斜面４８，４０が平面である場合、安息角以上の角度、すなわち、傾斜面４８，４０上での還元鉄原料２の滞留を確実に回避できる角度以上の角度、一般には３６°以上の角度であることが好ましい。また、当該傾斜角度は、還元鉄原料２が傾斜面４８，４０から確実に反力を受けることが可能な角度、つまり、当該還元鉄原料２と当該傾斜面４８，４０との接触を確実に維持できる角度であることが好ましく、一般には６０°以下であることが、好ましい。また、３６°未満の傾斜角度であっても、還元鉄原料２の傾斜面上での滞留を防止する手段、例えば当該傾斜面に沿った還元鉄原料２の降下をアシストする手段、を付加することにより、当該還元鉄原料２を天井２４の下面２４ａから確実に放出することが可能である。
　前記原料供給部４４は、上記図５に示される原料供給部４４と同様の構成を有しており、前記供給ホッパー５０と、前記フィーダトレイ５２と、前記加振装置５４と、を含む。図１０～１１に示されるフィーダトレイ５２は、延長部材４２に接続される。例えば、図１１に示されるように、フィーダトレイ５２は、フランジ５６やウォータシールなどを介して延長部材４２に接続される。前記延長部材４２が省略される場合は、前記天井２４に直接原料供給部４４が接続されてもよい。
　次に、図１０～１１を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る還元鉄製造方法について説明する。
　まず、多数の還元鉄原料２、すなわち、炭素質還元剤と酸化鉄とを含有する複数の球状の塊成物が用意される。ここでいう「球状」とは、後に述べるように前記還元鉄原料２が還元溶融炉１０内の床敷材１８上に着地した後に転動できる程度の球状であればよく、当該還元鉄原料２は完全な球体である必要はない。一般には、還元鉄原料２は、その中心を通る任意の断面が０．７以上の真円度を有するのが、好ましい。このように高い真円度をもつ断面を有する還元鉄原料２は、傾斜面４８，４０上においても円滑に転動できることから、その床敷材１８上への落下位置も安定する。
　このようにして用意された多数の還元鉄原料２は、供給ホッパー５０内に投入され、フィーダトレイ５２を通じて順次延長部材４２（延長部材４２が省略される場合には天井２４の傾斜面４０）に供給される。供給された還元鉄原料２は、炉床１６の移動方向に向かって傾斜する傾斜面４８，４０上を転動しながら当該傾斜面４８，４０に沿って降下し、その後、天井２４の下面２４ａに至った時点から傾斜面４８，４０の拘束を離れ、すなわち放出され、上記の細粒の床敷材１８（すなわち、それぞれが５ｍｍ以下の粒径を有する炭材により構成されて当該炭材の少なくとも７質量％が０．１ｍｍ以下の粒径である細粒の床敷材１８）の上に着地する。
　前記放出の際、還元鉄原料２には、重力による下向きの速度に加え、前記傾斜面４８，４０の傾斜角度に対応した水平方向の速度が与えられる。この水平方向の速度が炉床１６の移動速度よりもある程度高い速度であれば、前記還元鉄原料２は、図１０～１１に示されるように、前記床敷材１８に着地した後に前記炉床１６の移動方向に転動する、つまり着地位置からさらに炉床１６の移動方向に逃げることが可能である。従って、この転動は、当該還元鉄原料２の上に後続の還元鉄原料２が積み重なること（例えば、図１２に示される後続の還元鉄原料２Ｃが先行する還元鉄原料２Ａ、２Ｂの上に載っている状態）や、当該後続の還元鉄原料２の落下に起因して先行する還元鉄原料２が床敷材１８内に埋まり込むこと（図１２に示される還元鉄原料２Ｂの状態）の回避を可能にする。
　換言すれば、前記還元鉄原料２に与えられるべき水平速度の大きさは、当該還元鉄原料２が前記床敷材１８上に着地した後の転動を確保できる程度に設定されればよい。具体的には、当該還元鉄原料２の大きさ、比重、天井２４の下面２４ａからの鉛直方向の放出速度、床敷材１８までの落下距離、床敷材１８の材質、等の諸条件に応じて設定されればよい。
　上記のような還元鉄原料２の床敷材１８上での転動は、先行する還元鉄原料２への後続の還元鉄原料２の積み重なりや、床敷材１８内への還元鉄原料２の埋まり込みをより有効に抑止する。すなわち、前記のような水平方向の速度が与えられた還元鉄原料２の炉床移動方向への転動によって、炉床移動速度が多少遅くても、図１２に示される後続の還元鉄原料２Ｃが床敷材１８上に落下する頃には先行する還元鉄原料２Ａがその転動によって前方に大きく退避している。そのため、後続の還元鉄原料２Ｃが先行する還元鉄原料２Ａ上に落下することによる当該還元鉄原料の埋まり込み、あるいは当該還元鉄原料２Cが先行する還元鉄原料２Ａの近傍へ落下することに起因する床敷材１８の飛散によって生じる埋まり込みが生じにくい。後続の還元鉄原料２Ｃは、その転動によって先行の還元鉄原料２Ａに近づくが、仮にその転動による衝突があってもその衝突は弱くかつ方向は水平であり、また当該転動は床敷材１８の著しい飛散を伴わない。従って、当該衝突や床敷材１８の飛散に起因する先行還元鉄原料２Ａの埋まり込みは生じにくくなる。
　このようにして還元鉄原料２同士の積み重なりや埋まり込みをより有効に抑止した当該還元鉄原料２の装入は、当該還元鉄原料２へのより良好な入熱を可能にする。この入熱によって当該還元鉄原料２は各ゾーンＺ１～Ｚ３において短時間で良好な加熱処理（昇温、還元及び溶融処理）を受けることが可能であり、その後に冷却ゾーンＺ４で冷却された還元鉄は、高品質の金属鉄として排出部１４により排出されることができる。
　以上のように、この第２実施形態に係る方法によれば、床敷材１８上での還元鉄原料２の転動が短時間で高品質の金属鉄を製造することを可能にするが、その転動のためには、当該還元鉄原料２が当該床敷材１８上に６０°以下の角度で入射し得る程度の大きさの水平方向の速度が与えられることが好ましい。当該６０°以下の入射角度は、水平方向の速度の大きさが入射速度の１／２以上であることを意味し、このことは、還元鉄原料２の床敷材１８上への落下による当該床敷材１８内への沈み込みに打ち勝って当該還元鉄原料２が炉床移動方向に転動することをより確実にする。従って、かかる観点から前記傾斜面４０あるいは傾斜面４８，４０の傾斜角度が設定されるのが、よい。
　また、前記のような水平方向の速度を還元鉄原料に付与する手段は、前記傾斜面上での還元鉄原料の転動に限らない。例えば、天井の下面から鉛直方向に放出される還元鉄原料に対して水平方向に高圧ガスを吹き付けることによっても水平方向の速度を与えることが可能である。ただし、前記のように天井内に設けられた傾斜面上での還元鉄原料の転動は、当該天井の下方の高温領域内に耐熱性を要する複雑または大規模な設備を増設することなく、当該天井の下面から放出される還元鉄原料に対して水平方向の速度を与えることを可能にし、これにより、装入設備の信頼性の低下や著しいコストの上昇を伴うことなく、また天井下面の下方の炉内のガスの流れに著しい悪影響を及ぼすことなく、還元鉄原料同士の積み重なりや床敷材内への埋まり込みを抑止できる利点がある。
　以上のように、炭素質還元剤と酸化鉄とを含有する複数の還元鉄原料を移動床式還元溶融炉内に装入して処理することにより還元鉄を製造するための方法であって、粉状の床敷材上への落下によって供給される各還元鉄原料への当該床敷材上での入熱を良好にしてその処理効率を高めることが可能なものが提供される。提供される方法は、炭素質還元剤と酸化鉄とを含有する複数の還元鉄原料を、特定方向に移動する炉床、及び前記炉床上に敷設された粉体からなる床敷材、を有する還元溶融炉内に順次装入して前記還元鉄原料を前記床敷材上に落下させることにより前記床敷材上にセットする原料装入工程と、前記炉床の移動に伴って当該床敷材上で前記各還元鉄原料を順次還元処理することにより還元鉄を生成し、前記還元溶融炉の外部に排出する還元鉄排出工程と、を含む。前記床敷材は、それぞれが５ｍｍ以下の粒径を有する炭材により構成される。当該炭材の７質量％以上は０．１ｍｍ以下の粒径を有する。この方法は、従来の床敷材に比べより粒度の細かい床敷材を用いることによって、還元鉄原料の埋まり込みを抑止することを可能にする。
　好ましくは、前記還元鉄原料が球状であり、前記原料装入工程は、前記還元鉄原料に前記炉床の移動方向と同じ方向の水平方向の速度であって当該炉床の移動速度よりも大きな水平方向の速度を与えながら当該還元鉄原料を前記炉床の上方に位置する天井の下面から下方に放出して前記床敷材上に落下させることによりその水平方向の速度の向きに当該床敷材上で当該還元鉄原料を転動させることを含むのが、よい。
　ここでいう「球状」の還元鉄原料は、完全な球体に限定されない。厳密には球体でないものであっても、粉状の床敷材上で転動することが可能な程度まで真球に近いもの、例えば、当該還元鉄原料の中心を通る任意の断面の真円度が上記の粉状の床敷材上における転動可能な条件を満たす程度まで高いものは、前記の「球状」の還元鉄原料に含まれる。
　当該還元鉄原料の床敷材上での転動は、先行する還元鉄原料への後続の還元鉄原料の積み重なりや、床敷材内への還元鉄原料の埋まり込みをより有効に抑止し、これにより、各還元鉄原料へのより良好な入熱を可能にする。具体的に、前記床敷材上に順次供給される還元鉄原料は、その落下地点からさらに炉床移動方向に転動することにより、当該還元鉄原料の上に後続の還元鉄原料が積み重なるのを有効に回避することができる。また、当該転動は、前記落下地点での還元鉄原料の埋まり込みを抑止できるだけでなく、当該還元鉄原料が先行する還元鉄原料の上に誤って落下することにより当該先行する還元鉄原料を床敷材上に押し込むことによる埋まり込みや、当該還元鉄原料の落下に伴って飛散する粉状の床敷材が先行する還元鉄原料の上に被さることに起因する当該先行する還元鉄原料の埋まり込みも、有効に抑止することを可能にする。

Claims (2)

  1. 　還元鉄を製造するための方法であって、
    　炭素質還元剤と酸化鉄とを含有する複数の還元鉄原料を、特定方向に移動する炉床、及び前記炉床上に敷設された粉体からなる床敷材、を有する還元溶融炉内に順次装入して前記還元鉄原料を前記床敷材上に落下させることにより前記床敷材上にセットする原料装入工程と、
    　前記炉床の移動に伴って当該床敷材上で前記各還元鉄原料を順次還元処理することにより還元鉄を生成し、前記還元溶融炉の外部に排出する還元鉄排出工程と、を含み、
    　前記床敷材は、それぞれが５ｍｍ以下の粒径を有する炭材により構成され、当該炭材の少なくとも７質量％が０．１ｍｍ以下の粒径を有する、還元鉄の製造方法。
  2. 　前記還元鉄原料は、球状であり、
    　前記原料装入工程は、前記還元鉄原料に前記炉床の移動方向と同じ方向の水平方向の速度であって当該炉床の移動速度よりも大きな水平方向の速度を与えながら当該還元鉄原料を前記炉床の上方に位置する天井の下面から下方に放出して前記床敷材上に落下させることによりその水平方向の速度の向きに当該床敷材上で当該還元鉄原料を転動させることを含む、請求項１記載の還元鉄の製造方法。
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