JP2010248622A - Method for producing reduced iron - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、還元鉄の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing reduced iron.
近年、製鉄所・製錬所等で発生する粉鉄鉱石・ダスト・スケールおよびスラッジ等の粉状酸化鉄原料を加熱・還元処理して還元鉄を製造する方法として、炉床が水平面内で回転する加熱床炉(以下「回転炉床炉」と称する。)を用いる方法が注目されてきている。この方法は、回転炉床炉の炉床面に、粉状酸化鉄原料と粉状の炭材等の還元剤を混合・混練して成型した塊成化物を敷き詰め、炉内で塊成化物を移動させながら加熱・還元させ、還元鉄を得るものである。また、製鉄所・製錬所等のゼロエミッション化の流れを受け、これらの粉状酸化鉄原料として、含有鉄分が低く劣質な湿ダスト・高亜鉛ダスト・電気炉ダスト等の使用が検討されている。 In recent years, the hearth has been rotated in a horizontal plane as a method for producing reduced iron by heating and reducing powdered iron ore, dust, scale, and sludge generated in ironworks and smelters. A method using a heated floor furnace (hereinafter referred to as a “rotary hearth furnace”) has attracted attention. In this method, the agglomerated material formed by mixing and kneading a powdered iron oxide raw material and a reducing agent such as powdered carbonaceous material is spread on the hearth surface of the rotary hearth furnace, and the agglomerated material is placed in the furnace. Heated and reduced while moving to obtain reduced iron. Also, in response to the trend toward zero emissions at steelworks and smelters, the use of inferior wet dust, high zinc dust, electric furnace dust, etc. with low iron content is being studied as powdered iron oxide raw materials. Yes.
しかしながら、これらの湿ダスト・高亜鉛ダスト・電気炉ダスト等を原料とする塊成化物を回転床炉に供給して還元鉄を製造した場合、炉内に供給された塊成化物が加熱・還元過程で爆裂・崩壊して粉化してしまうことが多々発生する。粉化した塊成化物には炉内からの熱供給が阻害されるため、還元が進行しないばかりでなく、炉床表面に落下した粉化物が徐々に融着・固化して炉床表面上に強固な融着物を生成・成長させ、連続操業を阻害する要因ともなる。また、ロータリーキルンでもキルン内壁に粉化物が融着・固化する問題がある。 However, when agglomerated materials using these wet dust, high zinc dust, electric furnace dust, etc. as raw materials are supplied to a rotating bed furnace to produce reduced iron, the agglomerates supplied in the furnace are heated and reduced. It often happens that it explodes / collapses and powders in the process. The powdered agglomerated material hinders the heat supply from the inside of the furnace, so that not only reduction does not proceed, but also the powdered material that has fallen to the hearth surface gradually melts and solidifies on the hearth surface. Produces and grows a strong fusion material, which also hinders continuous operation. In addition, the rotary kiln also has a problem that the powdered material is fused and solidified on the inner wall of the kiln.
塊成化物の爆裂や崩壊を防止するための技術としては、例えば、以下に示す特許文献1〜8に開示されているような技術がある。 Techniques for preventing the explosion or collapse of the agglomerate, for example, a technique as disclosed in Patent Documents 1-8 shown below.
例えば特許文献1には、高水分・微粉原料の回転炉床炉での還元に際して、事前の乾燥工程を省略するために、酸化金属を含む粉体および炭素の混合物を未乾燥のまま回転炉床炉内に装入し、炉内装入時の爆裂を防止するため、混合物の水分%に応じた雰囲気温度の限界値を規定する技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a rotary hearth in which a mixture of powder containing metal oxide and carbon is left undried in order to omit a prior drying step when reducing a high-moisture and fine powder material in a rotary hearth furnace. In order to prevent explosion at the time of charging into the furnace and entering the furnace interior, a technique for defining the limit value of the atmospheric temperature according to the moisture percentage of the mixture is disclosed.
また、特許文献2には、酸化鉄原料と還元剤を混合して成型した塊成化物を回転床炉で還元処理する方法において、炉内への原料供給時から900〜1300℃まで昇温させる期間の塊成化物の昇温速度を、500℃/分または400℃/分以下に制御する旨が開示されている。
In
さらに、特許文献3には、高炉湿ダストを含む塊成化物を加熱炉内で加熱・還元して還元鉄を製造する場合に、加熱・還元中の崩壊・粉化を抑制するため、塊成化物中の粒径1mm超の擬似粒子の質量割合を規定する技術が開示されている。 Further, Patent Document 3 discloses that when agglomerated material containing blast furnace wet dust is heated and reduced in a heating furnace to produce reduced iron, agglomeration is performed in order to suppress disintegration and powdering during heating and reduction. A technique for defining a mass ratio of pseudo particles having a particle diameter of more than 1 mm in a chemical compound is disclosed.
また、特許文献4には、Cl、F、Zn、Na、K、Pbを含む揮発性物質の配合上限を規定することで、製造された還元鉄を炉内から取り出す際に生じる還元鉄の粉化を防止する技術が開示されている。 Patent Document 4 specifies reduced iron powder produced when taking out the produced reduced iron from the furnace by defining the upper limit of the volatile substance containing Cl, F, Zn, Na, K, and Pb. A technique for preventing the conversion is disclosed.
さらに、特許文献5には、塊成化物が高炉・キュポラ等の竪型炉内で加熱された際の爆裂を抑制する手段として、炭材内装塊成化物の径方向外側半分の気孔率と内側半分の気孔率の比を規定するとともに、熱間成型する技術が開示されている。
Further, in
また、特許文献6には、亜鉛含有ペレットをキルン等で加熱して脱亜鉛処理する場合に、ペレット爆裂やキルンリングの生成を抑制するために、ペレット内装カーボン量を減らしてペレット外装カーボンを添加すること、および、総カーボン量に対する外装カーボン量の比率を40%以上とすることが開示されている。 In addition, in Patent Document 6, when zinc-containing pellets are heated in a kiln or the like to be dezinced, in order to suppress the formation of pellet explosions and kiln rings, the amount of pellet internal carbon is reduced and pellet external carbon is added. And the ratio of the amount of exterior carbon to the total amount of carbon is 40% or more.
さらに、特許文献7には、粉状鉄含有原料と軟化溶融性を有する粉状炭材を熱間成型して炭材内装塊成化物を製造し高炉原料とする場合に、高炉内での加熱・還元の際の崩壊・粉化を抑制する手段として、塊成化物の比表面積値を予め設定した目標値となるように原料配合量を決定する技術が開示されている。 Furthermore, in Patent Document 7, when a powdered iron-containing raw material and a soft powdery carbonaceous material are hot-molded to produce a carbonized material agglomerated material and used as a blast furnace raw material, heating in the blast furnace is performed. As a means for suppressing the collapse / pulverization during the reduction, a technique for determining the raw material blending amount so that the specific surface area value of the agglomerated product becomes a preset target value is disclosed.
また、特許文献8には、急速加熱還元原料用の炭材内装酸化鉄塊成化物中における結晶水の含有量を4%以上に制御し、結晶水と揮発分の合計含有量を10.5%以下に制御し、付着水分を1.0%以下に制御する技術が開示されている。 Patent Document 8 discloses that the content of crystal water in the carbonized iron oxide agglomerated material for rapid heating and reducing raw materials is controlled to 4% or more, and the total content of crystal water and volatile matter is 10.5. %, And a technique for controlling the adhering moisture to 1.0% or less is disclosed.
しかしながら、特許文献1に記載の技術を用いて、未乾燥の原料を回転床炉に装入すると、回転床炉の設備が大きくなるうえに、炉内前段での乾燥工程の処理時間が長くなり、還元鉄の生産性が低下するという問題がある。また、爆裂防止のために雰囲気温度の限界値を規定することで、生産性の低下が生じてしまうという問題もある。 However, when the undried raw material is charged into the rotary bed furnace using the technique described in Patent Document 1, the equipment of the rotary bed furnace becomes large and the processing time of the drying process in the previous stage in the furnace becomes long. There is a problem that productivity of reduced iron decreases. Moreover, there is a problem in that productivity is reduced by defining the limit value of the ambient temperature to prevent explosion.
また、特許文献2に記載の技術において昇温速度を制御するといことは、回転床炉の炉床回転速度を制御することと同義であり、還元鉄の生産性の低下を招くという問題がある。
In addition, controlling the temperature rising rate in the technique described in
さらに、特許文献3に記載の技術は、還元後の塊成化物を高炉原料とする場合の技術であって、溶解炉を用いた製鋼工程に適した還元鉄の製造においては、粒径1mmもの擬似粒子を混合することは、生産性の低下につながり、現実的ではない。 Furthermore, the technique described in Patent Document 3 is a technique in the case where the agglomerated material after reduction is used as a blast furnace raw material. Mixing pseudo particles leads to a decrease in productivity and is not realistic.
また、特許文献4に記載の技術は、加熱・還元処理後に得られる還元鉄の粉化を防止するものであって、加熱・還元処理中に生じる塊成化物の爆裂・崩壊を防止することはできない。 In addition, the technique described in Patent Document 4 prevents powdered reduced iron obtained after heating / reducing treatment, and prevents explosion / collapse of agglomerates generated during heating / reducing treatment. Can not.
さらに、特許文献5に記載されている条件の塊成化物を製造することは、非常に困難であり、設備も複雑になるという問題がある。
Furthermore, it is very difficult to produce an agglomerated product having the conditions described in
また、特許文献6に記載の技術では、カーボンをペレットに外装させる工程が追加的に必要となり、工程が複雑となるという問題がある。さらに、外装カーボンは還元に有効に活用されないことが予想されるため、生産性の低下が懸念される。 In addition, the technique described in Patent Document 6 has a problem in that an additional process of covering carbon with pellets is required, which complicates the process. Furthermore, since it is expected that the exterior carbon will not be effectively utilized for reduction, there is a concern that the productivity will be lowered.
さらに、特許文献7に記載の技術は、高炉原料の製造に特化した方法であり、溶解炉を用いた製鋼工程に適した還元鉄の製造に適用することは困難である。 Furthermore, the technique described in Patent Document 7 is a method specialized in the production of blast furnace raw materials, and is difficult to apply to the production of reduced iron suitable for the steelmaking process using a melting furnace.
また、特許文献8に記載の技術において、許容する結晶水および揮発分の含有率の上限は、10.5%と極めて高い。特許文献8では揮発分の定義が明確にされていないが、同文献における揮発分が本発明において指標Rの算出に用いる成分と仮定すると、10.5%という値は、指標Rでは13程度となる。このような含有率の場合、爆裂・崩壊の可能性が高くなる。また、特許文献8の記載から類推すると、揮発分の由来として主に石炭を想定しており、揮発ガスの原因物質を明確に特定してはいない。 In the technique described in Patent Document 8, the upper limit of the allowable content of crystallization water and volatile components is as extremely high as 10.5%. Although the definition of the volatile content is not clarified in Patent Document 8, the value of 10.5% is about 13 for the index R, assuming that the volatile content in the document is a component used for calculating the index R in the present invention. Become. In the case of such a content rate, the possibility of explosion / collapse increases. Further, by analogy with the description in Patent Document 8, coal is mainly assumed as the origin of the volatile matter, and the causative substance of the volatile gas is not clearly specified.
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、生産性の低下を招くことなく、加熱・還元処理中の塊成化物の爆裂・崩壊回避を実現することが可能な、還元鉄の製造方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to avoid explosion / collapse of agglomerates during heating / reduction treatment without reducing productivity. An object of the present invention is to provide a method for producing reduced iron that can be realized.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、酸化鉄原料と還元剤とを混合して成型した塊成化物を加熱・還元処理し、還元鉄を製造する方法において、前記塊成化物中のZnO、化合水、CaSO4およびCaCO3からなる易揮発成分の含有比率を表し、以下の式1で表される指標Rを、4.2以下とする、還元鉄の製造方法が提供される。 In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, in the method for producing reduced iron by heating and reducing agglomerates formed by mixing an iron oxide raw material and a reducing agent, A method for producing reduced iron, which represents a content ratio of easily volatile components composed of ZnO, compound water, CaSO 4 and CaCO 3 in a chemical compound, and an index R represented by the following formula 1 is 4.2 or less. Provided.
R = 塊成化物中のZnOの質量%×22.4/ZnOの分子量
+塊成化物中の化合水の質量%×22.4/H2Oの分子量
+塊成化物中のCaSO4の質量%×22.4/CaSO4の分子量
+塊成化物中のCaCO3の質量%×22.4/CaCO3の分子量
・・・(式1)
R = mass% of ZnO in the agglomerate × 22.4 / molecular weight of ZnO + mass% of compound water in the agglomerate × molecular weight of 22.4 / H 2 O + mass of CaSO 4 in the agglomerate % × 22.4 / CaSO 4 molecular weight + mass% of CaCO 3 in the agglomerate × 22.4 / CaCO 3 molecular weight
... (Formula 1)
前記式1で表される指標Rを、3.0以上としてもよい。 The index R represented by Formula 1 may be 3.0 or more.
前記塊成化物は、回転炉床炉またはロータリーキルンで加熱・還元処理されることが好ましい。 The agglomerated product is preferably heated and reduced in a rotary hearth furnace or rotary kiln.
前記指標Rを、4.1以下としてもよく、前記指標Rを、4.0以下としてもよい。 The index R may be 4.1 or less, and the index R may be 4.0 or less.
前記易揮発成分は、前記塊成化物の温度が1000℃以下の際に、ガス成分を発生する物質であってもよい。 The readily volatile component may be a substance that generates a gas component when the temperature of the agglomerated material is 1000 ° C. or lower.
以上説明したように本発明によれば、塊成化物の加熱・還元処理中、特に還元最初期の爆裂・崩壊に着目し、その原因成分を特定するとともに、爆裂・崩壊を回避しうる塊成化物中の原因成分の量を規定することで、生産性の低下を招くことなく塊成化物の加熱・還元処理中の爆裂・崩壊回避を実現することが可能である。 As described above, according to the present invention, during the heating / reduction treatment of the agglomerated material, particularly focusing on the explosion / collapse in the initial stage of reduction, the causative component is identified, and the agglomeration that can avoid the explosion / collapse is possible. By prescribing the amount of the causative component in the compound, it is possible to avoid explosion / collapse during heating / reducing treatment of the agglomerate without causing a decrease in productivity.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
なお、以下の説明では、回転炉床炉を例にとって本発明の実施形態に係る還元鉄の製造方法について説明するが、本発明に係る還元鉄の製造方法は、ロータリーキルン等の還元炉に対しても利用可能である。 In the following description, a method for producing reduced iron according to an embodiment of the present invention will be described taking a rotary hearth furnace as an example. However, the method for producing reduced iron according to the present invention is applied to a reduction furnace such as a rotary kiln. Is also available.
<還元鉄の製造工程について>
本発明の実施形態に係る還元鉄の製造方法について説明するに先立ち、まず、図1を参照しながら、還元鉄の製造工程について、詳細に説明する。図1は、還元鉄の製造工程を説明するための説明図である。
<About the manufacturing process of reduced iron>
Prior to describing the method for producing reduced iron according to the embodiment of the present invention, first, the production process of reduced iron will be described in detail with reference to FIG. Drawing 1 is an explanatory view for explaining the manufacturing process of reduced iron.
まず、製鉄ダストおよび鉄鉱石などの酸化鉄原料と、石炭、コークス、微粒カーボン等の還元剤とは、予めホッパー11等に格納されている。酸化鉄原料および還元剤は、予め設定された配合比となるように配合されて、粉砕機13に装入される。
First, iron oxide raw materials such as iron dust and iron ore, and reducing agents such as coal, coke, and fine carbon are stored in advance in the
ボールミル等の粉砕機13は、装入された酸化鉄原料および還元剤を、混合しながら所定の粒径まで粉砕する。粉砕後の酸化鉄原料および還元剤の粒径は、還元鉄の製造に用いられる回転炉床炉やロータリーキルン等の還元炉に適した値とすることができる。粉砕後の酸化鉄原料および還元剤からなる混合物は、混練機15に運搬される。
A pulverizer 13 such as a ball mill pulverizes the charged iron oxide raw material and the reducing agent to a predetermined particle size while mixing. The particle sizes of the iron oxide raw material and the reducing agent after pulverization can be set to values suitable for a reduction furnace such as a rotary hearth furnace or a rotary kiln used for the production of reduced iron. The mixture comprising the iron oxide raw material and the reducing agent after pulverization is transported to the
混練機15は、粉砕機13により所定の粒径に粉砕された混合物を混練する。また、混練機15は、混合物の混練に際して、還元鉄の製造に用いる還元炉に適した水分量となるまで混合物に加水を行う調湿処理を施してもよい。混練機15の一例として、例えば、ミックスマーラーを挙げることができる。混練機15によって混練された混合物は、成型機17に搬送される。
The
パンペレタイザー(皿型造粒機)、ダブルロール圧縮機(ブリケット製造機)、押し出し成型機等の成型機17は、酸化鉄原料および還元材を含む混合物を成型し、例えばペレットのような塊成化物とする。ここで、塊成化物とは、ペレット、ブリケット、押し出し成型して裁断した成型品、粒度調整された塊状物等の粒状物・塊状物をいう。成型機17は、後述する乾燥・加熱還元後、例えば熱間にて溶解炉23に装入する際、炉内上昇ガス流で飛散しない程度の粒径以上の大きさとなるように、上記混合物を塊成化する。生成された塊成化物は、乾燥機19へと装入される。
A molding
乾燥機19は、塊成化物を乾燥して、後述する加熱還元工程に適した水分含有率(換言すれば、還元鉄の製造に用いる還元炉ごとに適した水分含有率:例えば、1%以下)となるようにする。所定の水分含有率となった塊成化物は、後述する還元炉21へと搬送される。
The
例えば回転炉床炉(Rotary Hearth Furnace:RHF)やロータリーキルン等のような還元炉21は、装入された塊成化物を、LNGバーナーやCOGバーナー等の加熱雰囲気で加熱および還元し、還元鉄とする。還元炉は、塊成化物を例えば1000〜1100℃程度まで加熱して、塊成化物の還元処理を行い、還元鉄を製造する。
For example, a
<回転炉床炉について>
続いて、図2および図3を参照しながら、本実施形態に係る還元鉄の製造方法で用いられる還元炉の一例である回転炉床炉について、詳細に説明する。図2は、回転炉床炉について説明するための説明図であり、図3は、ブリケットの還元について説明するための説明図である。
<About rotary hearth furnace>
Subsequently, a rotary hearth furnace which is an example of a reduction furnace used in the method for producing reduced iron according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the rotary hearth furnace, and FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the reduction of briquettes.
まず、図2を参照しながら、回転炉床炉21の内部構造について説明する。
回転炉床炉21は、例えば図2上段に示したように略円柱状の形状を有しており、例えば回転炉床炉21の上面等に設けられた装入口から塊成化物が装入される。装入された塊成化物は、炉内を周方向に沿って移動しながら加熱・還元されて還元鉄となり、炉内から取り出される。
First, the internal structure of the
The
回転炉床炉21を周方向に沿って展開した場合の模式図を、図2下段に示す。
回転炉床炉21の内部には、回転炉床炉21内を周方向に沿って移動可能な回転炉床25が設けられている。装入口27から装入されたブリケットBは、回転炉床25上に展開される。ブリケットBは、熱間レベラー29によって平坦にならされ、炉内を回転炉床25の移動に伴って移動していく。ブリケットBは、移動の過程で炉壁または炉上のバーナー31によって生じた高温燃焼ガスの輻射熱により加熱され、ブリケットB中の還元剤により酸化鉄原料が還元される。還元された酸化鉄原料である還元鉄は、ディスチャージャー33により回転炉床炉21の内部から払い出されることとなる。
A schematic diagram when the
Inside the
図3に示したように、回転炉床炉21内を移動するブリケットBは、高温燃焼ガスの輻射熱によりブリケットBの外側から内部に向かって温度が上昇していき、ブリケットの還元反応は、ブリケットの外周から中心部に向かって進行する。この際、ブリケットBの内部では、図3に示したような反応が進行している。これらの反応の結果、ブリケット中に含まれる酸化鉄成分(FeOやFe2O3等)は、ブリケット中に含まれる還元剤(炭素C)により還元され、還元鉄(Fe)となる。
As shown in FIG. 3, the briquette B moving in the
ここで、回転炉床炉21の内部は、図2下段に示したように、3つのゾーンに区分することができる。これらの区分は便宜的なものであって、実際の回転炉床炉21の内部に、図に示したような区分けがされているわけではない。
Here, the inside of the
ブリケットの装入口27の近傍に位置する第1のゾーンおよび第1のゾーンに隣接するゾーンである第2のゾーンは、回転炉床炉21に装入されたブリケットBの昇温を主目的とするゾーンである。また、第2のゾーンに連続する第3のゾーンは、ブリケットBの還元を主目的とするゾーンである。ここで、第1のゾーンおよび第2のゾーンを総称して、加熱・還元の最初期と称し、第3のゾーンを還元期と称する。
The first zone located in the vicinity of the
バーナー31によって生じた高温燃焼ガスにより、加熱・還元の最初期における塊成化物の温度は1000℃程度まで昇温し、還元期以降は、1000〜1100℃程度を保持する。
Due to the high-temperature combustion gas generated by the
本願発明者らが鋭意研究を重ねた結果、還元炉を用いて還元鉄を製造する場合に、塊成化物の爆裂・崩壊が、炭材等の還元剤による酸化鉄分の還元反応が開始する以前の、回転炉床炉等における加熱・還元の最初期(塊成化物の温度が概ね1000℃以下)に発生することを突き止めた。そこで、本願発明者らは、加熱・還元の最初期における爆裂・崩壊を防止するために、以下で説明するような本発明に係る還元鉄の製造方法に想到した。 As a result of intensive studies by the inventors of the present application, when producing reduced iron using a reduction furnace, before the reduction reaction of iron oxide by a reducing agent such as carbon material starts, the agglomeration explosion / collapse starts. It has been found that this occurs at the initial stage of heating and reduction in a rotary hearth furnace or the like (the temperature of the agglomerated material is approximately 1000 ° C. or lower). Accordingly, the present inventors have conceived a method for producing reduced iron according to the present invention as described below in order to prevent explosion / collapse in the initial stage of heating / reduction.
<還元鉄の製造方法について>
上述の説明を踏まえ、以下では、本実施形態に係る還元鉄の製造方法について、詳細に説明する。
<About the manufacturing method of reduced iron>
Based on the above description, the method for producing reduced iron according to the present embodiment will be described in detail below.
本実施形態に係る還元鉄の製造方法は、前述のように、酸化鉄原料と還元剤とを混合して成型した塊成化物を加熱・還元処理し、還元鉄を製造する方法である。ここで、本実施形態に係る酸化鉄原料は、製鉄ダスト(例えば、含鉄冷材溶解用転炉、精錬用転炉およびダスト溶解用転炉等で発生し、湿式集塵装置等にて集塵された転炉ダストや、高炉ダストや、ミルスケールや、電気炉ダストなど)、非鉄製錬ダストおよび鉄鉱石からなる群より選択される。また、本実施形態に係る還元剤としては、例えば、粉石炭等の石炭や、コークスや、微粒カーボン等を用いることが可能である。 As described above, the method for producing reduced iron according to the present embodiment is a method for producing reduced iron by heating and reducing the agglomerate formed by mixing an iron oxide raw material and a reducing agent. Here, the iron oxide raw material according to the present embodiment is generated in an iron-making dust (for example, an iron-containing cold material melting converter, a refining converter, a dust melting converter, etc., and collected by a wet dust collector or the like. Converter dust, blast furnace dust, mill scale, electric furnace dust, etc.), non-ferrous smelting dust, and iron ore. In addition, as the reducing agent according to the present embodiment, for example, coal such as powdered coal, coke, fine carbon, and the like can be used.
本願発明者らは、加熱・還元の最初期における塊成化物の爆裂・崩壊に着目して、鋭意研究を行ったところ、爆裂・崩壊の原因となる成分を特定することができた。この爆裂・崩壊の原因成分は、塊成化物中に含まれる酸化亜鉛(ZnO)、化合水、硫酸カルシウム(CaSO4)および炭酸カルシウム(CaCO3)であった。以下では、まず、上記原因成分の由来について説明する。 The inventors of the present application have conducted intensive research focusing on the explosion / collapse of agglomerates in the initial stage of heating / reduction, and have been able to identify components that cause explosion / collapse. The causative components of the explosion / collapse were zinc oxide (ZnO), compound water, calcium sulfate (CaSO 4 ) and calcium carbonate (CaCO 3 ) contained in the agglomerated material. Below, the origin of the said causal component is demonstrated first.
ZnO(分子量81.4)は、主として製鉄ダスト(特に電気炉ダスト)に多く含まれる成分である。製鉄原料として亜鉛メッキ鋼板等の亜鉛含有スクラップを使用した場合に、ダスト発生プロセス(溶解炉・電気炉等)で亜鉛が揮発し、ダスト中に亜鉛が移行する。ダスト中に移行する過程で亜鉛が酸化されることで、ZnOとなる。 ZnO (molecular weight 81.4) is a component mainly contained in ironmaking dust (especially electric furnace dust). When zinc-containing scraps such as galvanized steel sheets are used as ironmaking raw materials, zinc volatilizes in the dust generation process (melting furnace, electric furnace, etc.), and zinc moves into the dust. ZnO is oxidized by oxidation of zinc in the process of moving into dust.
化合水(H2O:分子量18.0)は、主として湿ダストに多く含まれる成分である。各製鉄・製錬プロセスで発生したダストは高温であるため、発生したダストは一般的に水冷され、シックナー等で濃縮・回収される。この際、ダスト中の水和しやすい成分(以下、易水和成分と称する。例えばCaO,MgO等)に水が結合して水和水を持つこととなる。この水和水を化合水と呼ぶ。すなわち、化合水とは、ダスト中の易水和成分に化学的に結合した水のことである。通常「水分」と呼ばれる付着水と異なり、化合水は化学結合により水和しているため、概ね200℃以上に加熱しないと脱離しない。 Compound water (H 2 O: molecular weight 18.0) is a component mainly contained in wet dust. Since the dust generated in each iron and smelting process is high temperature, the generated dust is generally water-cooled and concentrated and collected by a thickener or the like. At this time, water binds to easily hydrated components in the dust (hereinafter referred to as easily hydrated components; for example, CaO, MgO, etc.) to have hydrated water. This hydrated water is called compound water. That is, compound water is water chemically bonded to the easily hydrated component in dust. Unlike adhering water, which is usually referred to as “moisture”, compound water is hydrated by chemical bonds, and therefore does not desorb unless heated to approximately 200 ° C. or higher.
CaSO4(分子量136.0)は、製鉄ダストや各種金属の製錬ダスト等に広く含まれる成分である。製鉄工程での重要な精錬プロセスとして、溶鉄中の不純物としての硫黄分を取り除く脱硫工程がある。脱硫剤としてCaを含有するフラックスを用いるのが一般的であり、溶鉄中の硫黄分は、硫化カルシウム(CaS)として除去される。このCaSが、脱硫工程で発生するダスト中に移行し、移行したCaSが酸化されることで、CaSO4となる。また、各種の非鉄金属の製錬においても、目的金属の硫化鉱を精錬して目的金属を得ることが非常に多い。この際に発生するダスト中には、製鉄での脱硫プロセスと同様にCaSO4が多く含まれる。 CaSO 4 (molecular weight 136.0) is a component widely contained in ironmaking dust, smelting dust of various metals, and the like. As an important refining process in the iron making process, there is a desulfurization process that removes sulfur as an impurity in molten iron. In general, a flux containing Ca is used as a desulfurizing agent, and the sulfur content in the molten iron is removed as calcium sulfide (CaS). This CaS is transferred into the dust generated in the desulfurization process, and the transferred CaS is oxidized to become CaSO 4 . Also, in the smelting of various non-ferrous metals, the target metal is often obtained by refining the target metal sulfide ore. The dust generated at this time contains a large amount of CaSO 4 as in the desulfurization process in iron making.
CaCO3(分子量100.0)は、製鉄ダストや各種金属の製錬ダスト等に広く含まれる成分である。上述のように、ダスト中には精錬時に使用するCa系フラックス由来のCa分が多く含有している。ダストが排ガス中に滞在する間等において、このCa分がCO2と反応し、CaCO3が形成される。 CaCO 3 (molecular weight 100.0) is a component widely contained in ironmaking dust, smelting dust of various metals, and the like. As described above, the dust contains a large amount of Ca derived from Ca-based flux used during refining. While the dust stays in the exhaust gas, this Ca component reacts with CO 2 to form CaCO 3 .
本実施形態に係る還元鉄の製造方法では、様々な部署で発生した上述のようなダストが複数種類混合されて、酸化鉄原料として用いられる。そのため、酸化鉄原料中には、用いるダストの種類や、用いるダストの混合割合等に応じて、上述のような原因成分が様々な割合で存在することとなる。 In the method for producing reduced iron according to the present embodiment, a plurality of types of dust generated in various departments are mixed and used as an iron oxide raw material. Therefore, in the iron oxide raw material, the above-mentioned causal components are present in various ratios depending on the type of dust used, the mixing ratio of dust used, and the like.
1000℃以下の温度(低温期)において、以下のような化学反応が進行することによって生成される気体成分である。それぞれの化学反応式から明らかなように、崩壊・爆裂の原因成分は、反応が進行することで生成されるガス成分である。従って、これらの原因成分は、1000℃以下の温度において揮発し、ガスが発生しやすい成分(すなわち、易揮発成分)であるといえる。塊成化物の内部で以下のような反応が進行することで、塊成化物の内部には含有されている原因成分の量に応じてガスが溜まることとなる。従って、塊成化物の内部に溜まったガスによって生じるガス圧に塊成化物が耐えられなくなった際に、塊成化物表面が剥離したり、塊成化物自体が崩壊・爆裂したりすることとなる。なお、以下の化学反応式におけるカッコ内に記載した温度は、反応が進行する温度を表す。 It is a gas component generated by the following chemical reaction at a temperature of 1000 ° C. or lower (low temperature period). As is clear from each chemical reaction formula, the causative component of the collapse / explosion is a gas component generated by the progress of the reaction. Therefore, it can be said that these causal components are components that volatilize at a temperature of 1000 ° C. or less and are liable to generate gas (that is, easily volatile components). As the following reaction proceeds inside the agglomerated material, gas accumulates in the agglomerated material according to the amount of the causative component contained therein. Therefore, when the agglomerate cannot withstand the gas pressure generated by the gas accumulated in the agglomerate, the agglomerate surface peels off, or the agglomerate itself collapses or explodes. . In addition, the temperature described in parentheses in the following chemical reaction formula represents a temperature at which the reaction proceeds.
ZnO + C → Zn + CO↑ (約900℃) ・・・(反応式1)
H2O(水和水) → H2O(g)↑ (約200〜900℃)・・・(反応式2)
CaSO4 → CaO + SO3↑ ・・・(反応式3)
CaCO3 → CaO + CO2↑ (約500〜900℃)・・・(反応式4)
ZnO + C → Zn + CO ↑ (about 900 ° C.) (Reaction Formula 1)
H 2 O (hydration water) → H 2 O (g) ↑ (about 200 to 900 ° C.) (reaction formula 2)
CaSO 4 → CaO + SO 3 ↑ (Reaction Formula 3)
CaCO 3 → CaO + CO 2 ↑ (about 500 to 900 ° C.) (reaction formula 4)
そこで、本願発明者らは、塊成化物中に含まれる易揮発成分の目安となる指標として、以下の式1に示すような指標Rを規定した。 Therefore, the inventors of the present application have defined an index R as shown in the following formula 1 as an index serving as a measure of the readily volatile component contained in the agglomerated material.
R = 塊成化物中のZnOの質量%×22.4/ZnOの分子量
+塊成化物中の化合水の質量%×22.4/H2Oの分子量
+塊成化物中のCaSO4の質量%×22.4/CaSO4の分子量
+塊成化物中のCaCO3の質量%×22.4/CaCO3の分子量
・・・(式1)
R = mass% of ZnO in the agglomerate × 22.4 / molecular weight of ZnO + mass% of compound water in the agglomerate × molecular weight of 22.4 / H 2 O + mass of CaSO 4 in the agglomerate % × 22.4 / CaSO 4 molecular weight + CaCO 3 mass% in the agglomerate × 22.4 / CaCO 3 molecular weight (Formula 1)
ここで、上記式1における22.4という数値は、物質1モルあたりの体積(いわゆるモル体積)である。すなわち、上記式1で規定される指標Rは、塊成化物中の易揮発成分の含有比率を表すパラメータであり、上記反応式1〜反応式4から明らかなように、塊成化物単位質量あたりの発生ガス量を表すパラメータであるといえる。 Here, the numerical value of 22.4 in the above formula 1 is the volume per 1 mol of the substance (so-called molar volume). That is, the index R defined by the above formula 1 is a parameter representing the content ratio of easily volatile components in the agglomerated material, and as is clear from the above reaction formulas 1 to 4, per unit mass of the agglomerated material. It can be said that this parameter represents the amount of generated gas.
本実施形態に係る還元鉄の製造方法では、上記式1で規定される指標Rが4.2以下となるように、酸化鉄原料の配合を決定する。なお、酸化鉄原料および還元剤を含む混合物の粒径や混合物を用いて形成される塊成化物の水分含有率等は、還元鉄の製造に用いられる回転炉床炉やロータリーキルン等の還元炉に適した値とすることができる。 In the method for producing reduced iron according to the present embodiment, the composition of the iron oxide raw material is determined so that the index R defined by the above formula 1 is 4.2 or less. The particle size of the mixture containing the iron oxide raw material and the reducing agent, the moisture content of the agglomerate formed using the mixture, and the like are applied to a reduction furnace such as a rotary hearth furnace or rotary kiln used for the production of reduced iron. A suitable value can be obtained.
本実施形態に係る還元鉄の製造方法では、指標Rを4.2以下とすることで、塊成化物を還元炉において加熱・還元して還元鉄を製造する際に、還元最初期に発生するガス成分の量を抑制することが可能となる。これにより、発生したガス成分によるガス圧が塊成化物内部から外側に向かって作用しても、塊成化物は、爆裂・崩壊することなくガス圧に耐えることができる。その結果、還元最初期における塊成化物の爆裂・崩壊を防止することが可能となる。ここで、塊成化物の爆裂・崩壊とは、塊成化物が内部からのガス圧によって破裂し、複数の破片となった状態を表す。 In the method for producing reduced iron according to the present embodiment, when the index R is set to 4.2 or less, the agglomerate is heated and reduced in the reduction furnace to produce reduced iron, which occurs in the first reduction stage. It becomes possible to suppress the amount of the gas component. Thereby, even if the gas pressure by the generated gas component acts toward the outside from the inside of the agglomerate, the agglomerate can withstand the gas pressure without exploding or collapsing. As a result, it is possible to prevent explosion and collapse of the agglomerates in the initial reduction stage. Here, the explosion / collapse of the agglomerated material represents a state in which the agglomerated material has been ruptured by the gas pressure from the inside to form a plurality of fragments.
また、本実施形態に係る還元鉄の製造方法では、上記式1で規定される指標Rを、4.1以下とすることが好ましい。指標Rを4.1以下とすることで、還元最初期に発生するガス成分の量を抑制することが可能となる。これにより、発生したガス成分によるガス圧が塊成化物内部から外側に向かって作用しても、塊成化物に生じる剥離の発生を抑制することができる。その結果、還元最初期における塊成化物の剥離の抑制と、爆裂・崩壊の防止が可能となる。 Moreover, in the manufacturing method of reduced iron which concerns on this embodiment, it is preferable that the parameter | index R prescribed | regulated by the said Formula 1 shall be 4.1 or less. By setting the index R to 4.1 or less, it is possible to suppress the amount of gas components generated in the initial reduction stage. Thereby, even if the gas pressure by the produced | generated gas component acts toward the outer side from the inside of an agglomerate, generation | occurrence | production of the peeling which arises in an agglomerate can be suppressed. As a result, it is possible to suppress agglomeration separation at the initial stage of reduction and to prevent explosion and collapse.
さらに、本実施形態に係る還元鉄の製造方法では、上記式1で規定される指標Rを、4.0以下とすることが更に好ましい。指標Rを4.0以下とすることで、還元最初期に発生するガス成分の量を抑制することが可能となり、発生したガス成分によるガス圧が塊成化物内部から外側に向かって作用しても、塊成化物は、剥離および爆裂・崩壊が生じることなくガス圧に耐えることができる。その結果、還元最初期における塊成化物の剥離および爆裂・崩壊の防止が可能となる。 Furthermore, in the manufacturing method of reduced iron which concerns on this embodiment, it is still more preferable that the parameter | index R prescribed | regulated by the said Formula 1 shall be 4.0 or less. By setting the index R to 4.0 or less, it becomes possible to suppress the amount of gas components generated in the initial stage of reduction, and the gas pressure due to the generated gas components acts from the inside of the agglomerate to the outside. However, the agglomerates can withstand the gas pressure without delamination and explosion / collapse. As a result, it is possible to prevent agglomeration separation and explosion / disintegration at the initial stage of reduction.
なお、上記式1で規定される指標Rは、小さければ小さいほど良い値である。指標Rが小さいということは、塊成化物中に存在する易揮発成分の量が少ないことを意味し、指標Rが小さい塊成化物は、緻密なものとなって粉化しにくくなる。 In addition, the index R prescribed | regulated by said Formula 1 is a better value, so that it is small. The small index R means that the amount of easily volatile components present in the agglomerated material is small, and the agglomerated material with a small index R becomes dense and difficult to be pulverized.
また、先に説明したように、式1で規定される指標Rの値は、その値が小さいほど爆裂・崩壊の防止が可能となるため好ましいが、本願発明者らが鋭意検討を行った結果、ある程度の易揮発性成分を、あえて原料中に含有させることで、還元初期に塊成化物表面に割れには至らない程度の微細亀裂を生成させ、還元反応を促進しうることを見出した。 In addition, as described above, the value of the index R defined by Equation 1 is preferable because the smaller the value, the better the prevention of explosion / collapse is possible. It has been found that by including a certain amount of readily volatile components in the raw material, fine cracks that do not lead to cracking can be generated on the agglomerate surface in the early stage of reduction, and the reduction reaction can be promoted.
すなわち、式1で規定される指標Rを4.2以下とすることでガス発生による爆裂・崩壊を防止できるが、指標Rが4.2以下である領域において、指標Rの値が大きくなるにつれて、還元後の塊成化物の表面に細かな亀裂が観察されるようになる。これは、易揮発成分を適度に塊成化物中に含有させることで、還元初期において塊成化物内部から発生したガスにより、爆裂や崩壊を防止しつつ塊成化物表面に亀裂を発生させたり、塊成化物内部に気孔を生じさせたりすることができることを示している。このようにして生じた亀裂や気孔により、高温の炉内雰囲気からの塊成化物表面および内部への伝熱が促進されることとなり、その結果、還元反応速度を向上させることが可能となる。 That is, explosion / collapse due to gas generation can be prevented by setting the index R defined by Equation 1 to 4.2 or less, but in a region where the index R is 4.2 or less, as the value of the index R increases Fine cracks are observed on the surface of the agglomerated product after the reduction. This is due to the gas generated from the agglomerate in the initial stage of reduction by causing the volatilized component to be appropriately contained in the agglomerate, and generating cracks on the agglomerate surface while preventing explosion and collapse, It shows that pores can be generated inside the agglomerated material. The cracks and pores generated in this way promote heat transfer from the high-temperature furnace atmosphere to the agglomerate surface and inside, and as a result, the reduction reaction rate can be improved.
このような還元反応速度の向上を実現するためには、指標Rを3.0以上とすることが好ましい。指標Rを3.0以上として還元反応速度を向上させることで、より短い還元時間で塊成化物の金属化率を高いレベルまで到達させることが可能となる。また、RHF等の炉内で塊成化物が積層した状態となり、炉内雰囲気の輻射伝熱が十分に供給されない状況下の塊成化物の割合が増加したとしても、低温時の還元速度を大きくすることが可能となるため、これら底層の塊成化物の到達金属化率を、高い値に保持することが可能となる。すなわち、RHF等の炉内に存在する塊成化物全体の平均金属化率を、高い値まで到達させることが可能となる。 In order to realize such an improvement in the reduction reaction rate, the index R is preferably set to 3.0 or more. By increasing the reduction reaction rate by setting the index R to 3.0 or more, the metallization rate of the agglomerated product can be reached to a high level in a shorter reduction time. Moreover, even if the agglomerates are stacked in a furnace such as RHF and the ratio of agglomerates under the condition where the radiant heat transfer in the furnace atmosphere is not sufficiently supplied, the reduction rate at low temperatures is increased. Therefore, it is possible to maintain the ultimate metalization rate of the agglomerates of these bottom layers at a high value. That is, the average metallization rate of the entire agglomerate existing in the furnace such as RHF can be reached to a high value.
ここで、酸化鉄原料または塊成化物に含まれる易揮発成分の含有量を測定する方法は、特に限定されるわけではなく、それぞれの易揮発成分の特性にあわせて選択することが可能である。例えば、ZnOの含有量は、JIS K 0116(発光分光分析通則)に記載の誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法を用いて酸化鉄原料や塊成化物中のZnの含有量を測定することで決定することが可能である。CaSO4の含有量は、JIS K 0102(工業排水試験方法)第41項に記載の方法により硫酸イオン濃度を測定することで決定することができる。また、CaCO3の含有量は、JIS K 0102(工業排水試験方法)第22項中に記載の無機炭素量測定方法により炭酸イオン濃度を測定することで決定することができる。また、化合水の含有量は、JIS M 8211(鉄鉱石−化合水定量方法)に記載されているカールフィッシャー滴定法を用いて、酸化鉄原料や塊成化物から発生する蒸気量を測定することで決定することが可能である。 Here, the method for measuring the content of easily volatile components contained in the iron oxide raw material or the agglomerated material is not particularly limited, and can be selected according to the characteristics of each easily volatile component. . For example, the ZnO content is measured by measuring the Zn content in the iron oxide raw material and the agglomerate using inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy described in JIS K 0116 (General Rules for Emission Spectroscopy). Can be determined. The content of CaSO 4 can be determined by measuring the sulfate ion concentration by the method described in Item 41 of JIS K 0102 (Industrial Wastewater Test Method). The content of CaCO 3 can be determined by measuring the carbonate ion concentration by the inorganic carbon content measuring method described in JIS K 0102 (Industrial Wastewater Test Method), Item 22. In addition, the content of compound water is to measure the amount of steam generated from iron oxide raw materials and agglomerates using the Karl Fischer titration method described in JIS M 8211 (Iron Ore-Compound Water Determination Method). Can be determined.
湿ダスト、高亜鉛ダスト、電気炉ダストなど、崩壊・爆裂の原因となる易揮発成分を多く含有する複数の劣質原料を混合して用い、還元鉄の製造に用いられる酸化鉄原料とする場合、劣質原料それぞれの易揮発成分量を上述のような方法で予め測定しておき、複数の劣質原料の配合量と、測定により既知となる易揮発成分量とに基づいて、上記式1により指標Rを算出する。指標Rの値が上述の閾値以下となるように劣質原料の配合量を調整することで、還元炉内での塊成化物の爆裂・崩壊を防止することができる。これにより、還元炉内での塊成化物の爆裂・崩壊を防止しながら、劣質原料を安定的に使用可能となる。その結果、ゼロエミッションの進展や還元鉄の製造コストの低減を図ることができる。 When mixing a plurality of inferior raw materials containing many easily volatile components that cause collapse / explosion, such as wet dust, high zinc dust, electric furnace dust, etc., and making it an iron oxide raw material used in the production of reduced iron, The amount of easily volatile components of each of the inferior raw materials is measured in advance by the method as described above. Based on the blending amount of a plurality of inferior raw materials and the amount of easily volatile components known by measurement, the index R is calculated by the above equation 1. Is calculated. By adjusting the blending amount of the inferior raw material so that the value of the index R is equal to or less than the above-described threshold value, explosion and collapse of the agglomerated material in the reduction furnace can be prevented. As a result, the inferior raw material can be stably used while preventing the agglomerates from exploding and collapsing in the reduction furnace. As a result, progress of zero emission and reduction of manufacturing cost of reduced iron can be achieved.
また、指標Rが3.0以上となるように塊成化物中に易揮発成分を意図的に含有させることで、塊成化物に、爆裂・崩壊が生じない程度に気孔を生成させることができる。その結果、塊成化物への伝熱効率が向上し、還元初期や雰囲気温度が低い環境下でも還元反応を促進させることが可能となる。これにより、高い金属化率の還元鉄を、より高い生産性で生産可能となる。 Moreover, pores can be generated in the agglomerated material so as not to cause explosion or collapse by intentionally containing a readily volatile component in the agglomerated material so that the index R is 3.0 or more. . As a result, the efficiency of heat transfer to the agglomerated material is improved, and the reduction reaction can be promoted even in an environment where the initial stage of reduction or the ambient temperature is low. Thereby, reduced iron with a high metallization rate can be produced with higher productivity.
以下に、実施例および比較例を示しながら、本発明に係る還元鉄の製造方法について、更に説明を行う。なお、以下に示す実施例は、本発明のあくまでも一具体例であって、本発明が以下に示す実施例に規制されるわけではない。 Hereinafter, the method for producing reduced iron according to the present invention will be further described with reference to Examples and Comparative Examples. The following embodiment is merely a specific example of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiment described below.
<指標Rと爆裂・崩壊との関係について>
以下に示す実施例および比較例では、酸化鉄原料として用いる製鉄ダストの配合を変化させて、塊成化物中の易揮発成分の量を様々な値に変化させ、異なる指標Rを有する塊成化物(製鉄ダストタブレット)を製造した。製鉄ダストタブレットの大きさは、φ30mm×H約15mmである。製造した製鉄ダストタブレットを、雰囲気温度1250℃に保持した電気炉内で還元させた。製造したタブレットの易揮発成分の含有量と指標Rとは、以下の通りである。
<Relationship between index R and explosion / collapse>
In the following examples and comparative examples, the composition of iron-making dust used as an iron oxide raw material is changed, the amount of readily volatile components in the agglomerated material is changed to various values, and agglomerated materials having different indices R (Iron-made dust tablet) was manufactured. The size of the iron-made dust tablet is φ30 mm × H about 15 mm. The manufactured iron-making dust tablet was reduced in an electric furnace maintained at an atmospheric temperature of 1250 ° C. The content of easily volatile components and the index R of the manufactured tablet are as follows.
なお、表1における易揮発成分の含有量は、以下の測定方法により決定した。 In addition, content of the easily volatile component in Table 1 was determined with the following measuring methods.
ZnO:JIS K 0116(発光分光分析通則)に記載の誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法
化合水:JIS M 8211(鉄鉱石−化合水定量方法)に記載のカールフィッシャー滴定法
CaSO4:JIS K 0102(工業排水試験方法)第41項に記載の硫酸イオン濃度測定方法
CaCO3:JIS K 0102(工業排水試験方法)第22項中に記載の無機炭素量測定方法
ZnO: Inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopic method described in JIS K 0116 (general rules for emission spectroscopic analysis) Compound water: Karl Fischer titration method described in JIS M 8211 (iron ore-compound water determination method) CaSO 4 : JIS K 0102 (Industrial wastewater test method) The method for measuring the sulfate ion concentration described in Item 41 CaCO 3 : JIS K 0102 (Industrial wastewater test method) The method for measuring the amount of inorganic carbon described in Item 22
また、式1による指標Rの算出において、ZnOの分子量は81.4とし、H2Oの分子量は18.0とし、CaSO4の分子量は136.0とし、CaCO3の分子量は100.0とした。 Further, in the calculation of the index R according to Equation 1, the molecular weight of ZnO is 81.4, the molecular weight of H 2 O is 18.0, the molecular weight of CaSO 4 is 136.0, and the molecular weight of CaCO 3 is 100.0. did.
なお、表1に示した各塊成化物では、表1に示した以外の成分として、製鉄ダストに含まれる各種成分や石炭やスラグの成分などが含まれていた。これらの成分は、例えば、FeOやFe2O3等の酸化鉄成分、硫黄、炭素、SiO2、Al2O3、CaO、MgOなどである。 In addition, in each agglomerated material shown in Table 1, as components other than those shown in Table 1, various components included in iron-making dust, components of coal and slag, and the like were included. These components are, for example, iron oxide components such as FeO and Fe 2 O 3 , sulfur, carbon, SiO 2 , Al 2 O 3 , CaO, and MgO.
ここで、上述の塊成化物中には、製鉄ダストの還元剤として石炭を添加したが、RHFを利用する方法をはじめ、製鉄ダスト等から還元鉄を工業的に製造するプロセスにおいて、還元剤として石炭を添加するのが通常の方法である。石炭中にも揮発分が含まれてはいるが、一般的に、揮発分が3〜7質量%の無煙炭を塊成化物に対して3〜8質量%程度添加するだけであり、塊成化物の易揮発成分全体量に対する石炭中の揮発分の割合は小さい。また、石炭中の揮発分は一酸化炭素、水素、可燃ガス等の組成の複雑な混合物であり、それぞれの成分ガスが塊成化物の昇温過程で徐々に発生していくため、化合水等と比較してガス発生速度は小さいと考えられる。従って、塊成化物の易揮発成分に与える石炭の揮発分の影響は、極めて小さい。本発明の実施形態においても、塊成化物中の易揮発成分の含有比率の指数Rを求める際に、還元剤として添加する石炭中の揮発分は含めない。 Here, in the above-mentioned agglomerated material, coal was added as a reducing agent for iron-making dust. However, as a reducing agent in a process for industrially producing reduced iron from iron-making dust, including a method using RHF. The usual method is to add coal. Although the volatile matter is contained in the coal, in general, only an anthracite having a volatile content of 3 to 7% by mass is added to the agglomerated material in an amount of about 3 to 8% by mass. The ratio of volatile matter in coal to the total amount of readily volatile components is small. In addition, the volatile matter in coal is a complex mixture of carbon monoxide, hydrogen, combustible gas, etc., and each component gas is gradually generated during the temperature rising process of the agglomerate. The gas generation rate is considered to be lower than Therefore, the influence of the volatile matter of coal on the readily volatile component of the agglomerated material is extremely small. Also in the embodiment of the present invention, when determining the index R of the content ratio of the readily volatile components in the agglomerated material, the volatile content in the coal added as a reducing agent is not included.
還元された製鉄ダストタブレット(すなわち、還元鉄)の還元後の状態を、あわせて表1に示した。表1の表記において、×は爆裂・崩壊が生じたタブレットを表し、△は剥離が生じたタブレットを表し、○は正常なタブレットを表す。なお、正常、剥離、爆裂・崩壊の判定基準は、以下の通りである。 Table 1 shows the state after reduction of the reduced iron-making dust tablet (that is, reduced iron). In the notation of Table 1, × represents a tablet in which explosion / disintegration has occurred, Δ represents a tablet in which peeling has occurred, and ○ represents a normal tablet. The criteria for normality, separation, explosion / collapse are as follows.
正常:爆裂・崩壊、剥離のいずれにも該当しないもの
剥離:爆裂・崩壊には該当しないが、還元中に、タブレット表面(φ30mm)がタブレット中心からの加圧により押し上げられ、表面に3mm以上の凹凸が生じているもの
爆裂・崩壊:還元中に、タブレットが2以上の破片に分断され、いずれの破片の重量も破片合計重量の90%未満のもの
Normal: Does not correspond to explosion / collapse or delamination Delamination: Does not correspond to explosion / collapse, but during reduction, the tablet surface (φ30mm) is pushed up from the center of the tablet, and the surface is 3mm or more Concavities and convexities Explosion / collapse: During reduction, the tablet is divided into two or more pieces, and the weight of each piece is less than 90% of the total weight of the pieces.
また、指標Rと、還元後のタブレットの状態との対応関係を、図4に示した。表1および図4から明らかなように、指標Rが4.2超過であるタブレットには、爆裂・崩壊が多く発生していることがわかる。また、指標Rが4.2以下のタブレットは、剥離が生じたタブレットが1つあるものの、多数のタブレットは、爆裂・崩壊が生じなかった。また、指標Rが4.1以下のタブレットは、剥離も爆裂・崩壊も生じず、正常であった。 FIG. 4 shows the correspondence between the index R and the state of the tablet after reduction. As is clear from Table 1 and FIG. 4, it can be seen that the tablet having the index R exceeding 4.2 has many explosions / collapses. Moreover, although the tablet with the index R of 4.2 or less has one tablet where peeling occurred, many tablets did not explode or collapse. In addition, tablets with an index R of 4.1 or less were normal with neither peeling nor explosion / disintegration.
表1および図4に示した実施例・比較例から明らかなように、塊成化物中のZnO、化合水、CaSO4およびCaCO3からなる易揮発成分の含有比率を表す指標Rを4.2以下とすることで、塊成化物の還元処理によって塊成化物に生じうる爆裂・崩壊を防止することができる。 As is clear from the examples and comparative examples shown in Table 1 and FIG. 4, the index R representing the content ratio of easily volatile components composed of ZnO, compound water, CaSO 4 and CaCO 3 in the agglomerated product is 4.2. By setting it as the following, the explosion and collapse which can arise in an agglomerate by the reduction process of an agglomerate can be prevented.
<指標Rと還元時間との関係について>
上記例と同様にして、塊成化物中の易揮発成分の含有比率の指数Rを変えた塊成化物の代表例としてφ30mm×H約15mmの製鉄ダストタブレットを作製し、雰囲気温度を1250℃および1150℃に保持した電気炉内で還元させた。この際、作製するタブレットの指標Rの値を、化合水を含有するCa(OH)2を添加することで調整した。タブレットの金属化率((M.Fe/T.Fe)×100%)を還元時間とともにプロットした結果を、図5に示す。なお、図5に示した各製鉄ダストタブレットのうち爆裂・崩壊したものは、存在しなかった。
<Relationship between index R and reduction time>
In the same manner as in the above example, as a representative example of the agglomerated material in which the index R of the content ratio of easily volatile components in the agglomerated material was changed, an iron-made dust tablet having a diameter of about 30 mm × H of about 15 mm was produced, and the ambient temperature was 1250 ° C. Reduction was performed in an electric furnace maintained at 1150 ° C. At this time, the value of the index R of the tablet to be prepared was adjusted by adding Ca (OH) 2 containing compound water. FIG. 5 shows the result of plotting the metallization rate ((M.Fe / T.Fe) × 100%) of the tablet together with the reduction time. Note that none of the iron dust tablets shown in FIG. 5 exploded or collapsed.
図5から明らかなように、易揮発成分の含有量の少ないタブレット(指標R=2.8)に比べ、化合水を含有するCa(OH)2を添加して指標R値を大きくしたタブレット(指標R=3.0,3.4,4.0)の方が、還元初期における還元速度が大きいことがわかる。 As apparent from FIG. 5, low-boiling compared to the component less tablet of content (index R = 2.8), and the Ca (OH) 2 containing compound water to increase the index R value added tablet ( It can be seen that the index R = 3.0, 3.4, 4.0) has a higher reduction rate in the initial reduction.
また、雰囲気温度を100℃下げて1150℃とした場合においても、Ca(OH)2を添加した指標R=4.0のタブレットの方が、指標R=2.8のタブレットよりも還元速度が向上していることがわかる。この結果は、RHF等の炉内で積層された塊成化物のうち底層に位置するもの等、塊成化物温度が低温になるような状況にあるものであっても、高い金属化率の還元鉄が得られることを示している。 Even when the ambient temperature is lowered by 100 ° C. to 1150 ° C., the tablet with the index R = 4.0 to which Ca (OH) 2 is added has a reduction rate more than the tablet with the index R = 2.8. It can be seen that it has improved. This result shows that even if the agglomerate temperature is low, such as the agglomerate laminated in the furnace such as RHF, the metallization rate is reduced. It shows that iron can be obtained.
ここで、図5に示した各タブレットは、指標R<4.2となるものであり、それぞれガス発生による爆裂は見られないものの、指標Rが大きくなるにつれ、還元後タブレットの表面に細かな亀裂が観察された。すなわち、これらのタブレットには、還元初期において塊成化物内部から発生したガスにより、塊成化物表面の亀裂や塊成化物内部の気孔が生成している。 Here, each tablet shown in FIG. 5 has an index R <4.2, and although no explosion due to gas generation is observed, as the index R becomes larger, the surface of the tablet after the reduction becomes finer. Cracks were observed. That is, in these tablets, cracks on the surface of the agglomerate and pores inside the agglomerate are generated by the gas generated from the inside of the agglomerate in the early stage of reduction.
還元初期の還元速度の指標として指標Rを横軸にとり、雰囲気温度1250℃で7分および10分還元させたときの金属化率を縦軸にプロットした。得られた結果を図6に示す。図6から明らかなように、R=2.8とR=3.0との間の傾きが大きくなっており、この範囲における金属化率差が大きくなっていることがわかる。この結果からも、指標Rの値が3.0以上であれば、還元初期のおける還元速度向上効果を十分に享受しうることがわかる。 The index R was plotted on the horizontal axis as an index of the reduction rate at the initial stage of reduction, and the metallization rate when reduced at an atmospheric temperature of 1250 ° C. for 7 minutes and 10 minutes was plotted on the vertical axis. The obtained result is shown in FIG. As is clear from FIG. 6, the slope between R = 2.8 and R = 3.0 is large, and it can be seen that the metallization rate difference in this range is large. This result also shows that if the value of the index R is 3.0 or more, the effect of improving the reduction rate in the initial reduction can be fully enjoyed.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
11 ホッパー
13 粉砕機
15 混練機
17 成型機
19 乾燥機
21 回転炉床炉
23 溶解炉
25 回転炉床
27 装入口
29 熱間レベラー
31 バーナー
33 ディスチャージャー
B ブリケット
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記塊成化物中のZnO、化合水、CaSO4およびCaCO3からなる易揮発成分の含有比率を表し、以下の式1で表される指標Rを、4.2以下とする
ことを特徴とする、還元鉄の製造方法。
R = 塊成化物中のZnOの質量%×22.4/ZnOの分子量
+塊成化物中の化合水の質量%×22.4/H2Oの分子量
+塊成化物中のCaSO4の質量%×22.4/CaSO4の分子量
+塊成化物中のCaCO3の質量%×22.4/CaCO3の分子量
・・・(式1)
In the method of manufacturing reduced iron by heating and reducing the agglomerate formed by mixing iron oxide raw material and reducing agent,
It represents the content ratio of easily volatile components composed of ZnO, compound water, CaSO 4 and CaCO 3 in the agglomerated material, and the index R represented by the following formula 1 is 4.2 or less. The manufacturing method of reduced iron.
R = mass% of ZnO in the agglomerate × 22.4 / molecular weight of ZnO + mass% of compound water in the agglomerate × molecular weight of 22.4 / H 2 O + mass of CaSO 4 in the agglomerate % × 22.4 / CaSO 4 molecular weight + mass% of CaCO 3 in the agglomerate × 22.4 / CaCO 3 molecular weight
... (Formula 1)
6. The reduced iron according to claim 1, wherein the readily volatile component is a substance that generates a gas component when the temperature of the agglomerated material is 1000 ° C. or less. Production method.
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