JP3635253B2 - 還元炉向けペレットの製造方法、および、酸化金属の還元方法 - Google Patents
還元炉向けペレットの製造方法、および、酸化金属の還元方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3635253B2 JP3635253B2 JP2001269796A JP2001269796A JP3635253B2 JP 3635253 B2 JP3635253 B2 JP 3635253B2 JP 2001269796 A JP2001269796 A JP 2001269796A JP 2001269796 A JP2001269796 A JP 2001269796A JP 3635253 B2 JP3635253 B2 JP 3635253B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- powder
- pellet
- pellets
- furnace
- metal oxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Manufacture Of Iron (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉状の鉱石から酸化金属、および、金属の精錬業および加工業において発生する金属酸化物を含むダストおよびスラジを還元する際に、中間原料として製造されるペレットの造粒方法、および、このペレットを回転炉床式の還元炉にて還元する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
還元鉄や合金鉄を製造する金属還元プロセスとしては各種のものがあるが、この内で、粉の金属酸化物を原料として、球状のペレットを製造し、これを高温で還元するプロセスがある。この種のプロセスの例としては、シャフト式の水素ガス還元炉、ロータリーキルン式還元炉、回転炉床式還元炉、その他がある。これらの内、シャフト式の水素ガス還元炉で使用するペレットは、粉鉱石を造粒したものであり、還元剤は水素ガスである。一方、ロータリーキルン式還元炉や回転炉床式還元炉では、還元炉から熱を供給して、還元反応はペレットに混在した炭素によって行う。つまり、ロータリーキルン式還元炉や回転炉床式還元炉では、石炭やコークスなどの炭素と酸化金属粉を混合したペレットを使用する。これらのプロセスは、安価な石炭等を使用できることから、経済的な還元鉄製造方法として注目されている。
【０００３】
ロータリーキルンは、直径２〜５ｍで、長さ３０〜８０ｍの回転する円筒からなる焼成炉である。この円筒は鋼製で、耐火物で内張りしてある。炉内温度は、原料供給部分で、３００〜６００℃、出口で１１００℃程度である。原料ペレットは、約６時間かけて加熱されて、約１１００℃になる。この温度で、ペレット中の炭素と酸化金属が反応して、一酸化炭素と金属を生成して、還元ペレットができる。還元ペレットは、キルンから排出されて、冷却される。その後、電気炉や高炉の原料として使用される。
【０００４】
回転炉床式還元炉は、固定した耐火物の天井と側壁の下で、中央部を欠いた円盤状の耐火物の炉床がレールの上を一定速度で回転する型式の焼成炉（以下、回転炉と称す）である。回転炉の炉床直径は１０〜５０メートルかつ、炉床幅は２〜６メートルである。炉床は回転しながら、原料供給部、加熱帯、還元帯、製品排出部を移動していく。原料ペレットは１０００℃程度と高温の原料供給部に投入される。その後、加熱帯で、約１２００℃以上まで加熱されたのちに、還元帯で、炭素と酸化金属が反応して、還元金属が生成する。回転炉床法では、加熱が迅速なために、反応は７〜２０分で終了する。還元ペレットは、炉内から排出されて冷却され、その後、電気炉や高炉の原料として使用される。
【０００５】
このように、これらのプロセスでは、炭素と酸化金属を主体とする粉体を原料ペレットにして、これを加熱還元する。このペレットの製造には、パン式造粒装置を用いる。一般的には、２種類以上の原料の粉体を使用する。これは、酸化金属と炭素の比率を調整するためである。まず、原料の粉体を所定の比率で混合する。これをパン式造粒装置で造粒する。
【０００６】
パン式造粒装置は、中華鍋の形状をした直径が２〜６ｍの回転するパンからなるものである。パンは約４５度傾斜しており、この中を、水分を含んだ粉体が転動しながら、生成した核の周りを粉体がまぶされながら、ペレットが成長していく。十分に成長したペレットは自重でパンから出てくる。
【０００７】
還元炉がロータリーキルンの場合は、ペレットを乾燥せずに、炉内に供給する。これは、ロータリーキルンの原料供給部分の温度は、約３００℃であり、含水状態でも、ペレットが爆裂しないためである。一方、回転炉床式還元炉の場合は、ペレット供給部分の温度が、１０００℃以上あるため、水分を含んだままのペレットは、水分蒸発に起因する爆裂を起こすことから、ペレットを乾燥して炉内に供給する。
【０００８】
酸化金属を含む粉体は、鉱石を用いることが一般的であるが、金属の精錬工程や加工工程で発生するダストやスラジを用いる場合もある。特に、鉄鋼製造業で発生するダストやスラジには、亜鉛や鉛などの不純物が混合しているが、これらは１２００℃以上の還元反応とともに、蒸発することから、不純物除去に有効な手段である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ペレットを還元するプロセスでは、安定的な操業の実現のためには、原料ペレットの強度が高いことが重要である。例えば、縦型シャフト炉で、ペレット強度が不十分の場合は、炉内に積層されているペレット間に、ペレットが崩壊して発生した粉が入り、ガス流れを妨害する問題や集塵機のダスト捕集量が多すぎる問題等がある。ロータリーキルンの場合で、原料ペレット強度が不十分である場合は、ペレットがキルン内で転動する際に崩壊して、この時に発生した粉が耐火物に付着してダムリングを生成する問題がある。この結果、ペレットがダムリングを乗り越せず、キルン内部をペレットが流れなくなる。回転炉床式還元炉の場合で、ペレット強度が不十分である場合は、崩壊したペレットが炉床耐火物にビルトアップして、ペレットの敷き込みを不安定にするとともに、排出スクリューのブレードを摩耗させる問題がある。
【００１０】
このように、原料ペレットの強度が不十分であれば、還元プロセスの操業が不安定になる。したがって、安定した条件での高強度ペレット製造技術が求められていた。特に、炭素を含む粉体（粉の石炭、コークス、チャーなどで、以降、炭素粉体と称す）を原料とするペレットでは、酸化金属粉のみで構成されるペレットに比べて、強度が上がりづらい問題があったため、この要望は切実であった。
【００１１】
この要望に対して、従来技術として、例えば、特開平11-193423の特許に記述されているように、パン式造粒機での造粒時に、有機系バインダーを混合して、ペレットの強度を高める方法が提案されている。しかしながら、粉体の粒度構成や成分などの原料条件、および、造粒時の水分調整などの操業条件に関する技術について、十分な考慮がなされておらず、必ずしも、強度の高いペレットを製造する方法ではなかった。また、ロータリーキルン法や回転炉床法で使用するもので、粉コークスなどが５％以上の比率で混在する粉原料から製造したペレットは、特に、造粒の難しく、バインダー添加で強度を確保できる場合もあるが、一般的には、バインダー添加のみでは問題が解決されていなかった。
【００１２】
また、炭素粉体を含む粉体を造粒する際の問題点は、ペレット強度のみではない。原料条件が悪い場合は、パン式造粒機からのペレットの排出が不連続になる問題もある。つまり、原料の粒度構成が悪い場合や水分調整が悪い場合は、造粒機内部でのペレット成長が不安定となり、造粒機からペレットがほとんど排出されない時期と大量に排出される時期が交互に起きる。その結果、造粒機の下流工程に連結している還元炉のペレット供給が不連続となり、さらに、還元反応が不安定となる問題が生ずる。また、この現象が起きている時のペレットは強度が低くなることも重大な問題である。
【００１３】
このように、従来技術では、炭素粉体を含む粉体を安定的に造粒することには、技術的に困難があり、これが還元炉の操業の不安定につながっていた。その結果、還元炉の操業が不安定となり、効率的な金属製造ができない問題があった。したがって、炭素粉体を含む粉体を原料として、高強度のペレットを安定して製造する新しい技術が求められていた。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、これらの問題点に鑑みなされたものであり、その要旨とするところは、
（１）金属酸化物を含み、かつ、炭素含有粉体を含む粉体を、パン式造粒機で球形のペレットを製造するに際して、当該粉体が１０μｍ以下の粒径の粒子を２０〜８０％含むように調整することを特徴とする還元炉向けペレット製造方法。
（２）金属酸化物を含み、かつ、乾留処理を受けた炭素含有粉体を５〜３０質量％含む粉体を、パン式造粒機で球形のペレットを製造するに際して、当該粉体が１０μｍ以下の粒径の粒子を２０〜８０％含んでいる前記（１）記載の還元炉向けペレット製造方法、
（３）金属酸化物を含み、かつ、粉石炭を１０〜３５質量％含む粉体を、パン式造粒機で球形のペレットを製造するに際して、当該粉体が１０μｍ以下の粒径の粒子を２０〜８０％含んでいる前記（１）記載の還元炉向けペレット製造方法。
（４）造粒時のバインダーとして、ベントナイトを０.５〜４質量％、または、コーンスターチを１質量％以下の比率で、原料粉体に混合する前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の還元炉向けペレット製造方法。
（５）予め原料粉体の水分を測定しておき、当該水分測定値から、パン式造粒機に入る前の粉体に添加する水分量を制御することにより、パン式造粒機内に保持されている粉体の水分を８〜１３％の範囲の適正な値で造粒する前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の還元炉向けペレット製造方法。
（６）転炉ガスの非燃焼式集塵機で集められ、シクナー沈殿物として集められたダストを１５〜７５質量％含む、酸化金属と炭素を含む粉体を用いる前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の還元炉向けペレット製造方法。
（７）製鉄電気炉から発生するガスに含まれるダストを１５〜７５質量％含む、酸化金属と炭素を含む粉体を用いる前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の還元炉向けペレット製造方法。
（８）前記（１）乃至（７）のいずれかの方法で製造したペレットを回転炉床式還元炉、ロータリーキルン、又は、縦型シャフト炉で、焼成還元することを特徴とする酸化金属の還元方法。
（９）炭素原子モル数が、酸化鉄、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化などの１２００〜１４００℃の範囲で炭素によって還元される金属酸化物の酸素原子モル数の０．５〜１．５倍である原料を用いて、前記（１）乃至（７）のいずれかの方法で製造したペレットを、含有水分を２質量％以下に乾燥した後に、回転炉床式還元炉の炉内雰囲気温度が、９００〜１２００℃の部分に供給して、１２００℃以上の温度で５分間以上、焼成還元することを特徴とする酸化金属の還元方法、および、
（１０）平均直径が８〜２０ｍｍのペレットを平均層数が２.０以下の条件で炉床上に敷詰めて、焼成還元する前記（９）記載の酸化金属の還元方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、縦型シャフト炉、ロータリーキルン、回転炉床などの粉原料をペレットにして使用する還元炉で、炭素を含む粉体を原料とするペレットの製造方法と、これらの還元炉でのペレットの還元方法についての技術についてのものである。ただし、ここでは、最もペレット強度を必要とする回転炉床法での例で説明する。
【００１６】
本発明の操業方法を行う場合の回転炉床式還元プロセス全体略図を図１に示す。この設備は、主として、複数の原料備蓄ビン１、混練装置５、パン式造粒装置７、ペレット篩装置９、ペレット乾燥装置１１、および、回転炉１３からなるものである。なお、本明細書では、ボールミル式の混練装置と廃熱利用の熱風式のペレット乾燥装置を設置した例を示す。
【００１７】
原料の酸化金属粉や炭素粉体は、造粒性能、還元のための化学成分、その他の特性をコントロールする目的から、2種類以上のものを用いる。粒径、化学成分、含有水分、その他の粉体毎の特徴に従い、原料備蓄ビン１に個別に入れていく。
【００１８】
複数の原料備蓄ビン１から、混合比率を決めて、複数の原料を原料コンベア２上に切り出す。粒径、化学成分、および、含有水分を主な調整項目として、混合比率を決める。還元反応を適切に行うために、酸化金属と炭素の比率を適切にする。また、水分は、混練装置５やパン式造粒装置７での適正な水分よりも低めになるように設定する。
【００１９】
この原料粉体の炭素比率は、還元される酸化金属と化学結合している酸素（活性酸素）によって決まる。つまり、鉄やニッケルなどの酸化物は、回転炉床式還元炉１３の炉内で、１２００℃前後の温度で炭素により還元される。回転炉床法での還元では、酸化金属と炭素が一酸化炭素を形成する条件での還元反応が中心である。したがって、炭素とこれらの酸化鉄を含む酸化物の比率は、炭素の原子モル数が、これら酸化物中の活性酸素の原子モル数に対する比率は１.０を中心基準として、０．５〜１．５として配合することが望ましい。なお、この際の炭素分の混合比率は、５〜２５％程度である。
【００２０】
前述したように、炭素源は、石炭、コークス、チャー、ピッチなどを用いる。石炭の場合は、固体炭素と揮発分に含まれる炭素を含有している。固体炭素は有効に還元反応に寄与するが、揮発分中の炭素は、還元反応が始まる前に揮発してしまうため、還元には有効に利用されない。したがって、余分な石炭の炭素分が必要で、原料粉体への混合比率が多くなる。
【００２１】
混練装置５で、原料を均一に混合する。この時に、粉体を軽度に破砕すると、造粒工程でのペレットの生産が安定し、ペレット強度が向上することから、ボールミルなどの破砕機能を持つ混練装置が望ましい。混練装置５は、その機種とサイズにおいて適正な粉体水分がある。ボールミルの場合は、水分が約６〜９％の範囲であることが望ましい。
【００２２】
混練を終わった原料粉体は、混練原料コンベア６にて、パン式造粒装置７に送られる。ここでは、約４５％の傾斜した中華鍋型のパンで、粉体を転動して、生成核の周りに、粉をまぶして数ｍｍ〜３０ｍｍ程度のペレットを製造する。還元炉向けのペレットに要求される強度は、圧潰強度が２×１０5N/m2以上、含水状態の５０cm落下強度が７回以上、乾燥状態の５０cm落下強度が３回以上である。
【００２３】
安定した生産性で、かつ、強度の高いペレットを製造するためには、まず、原料の粒径分布が適切であることが重要である。例えば、従来の造粒技術でも、７４μｍ以下の粒子が６０％以上存在していることなどが、要求されていた条件であった。しかし、本発明で扱う原料粉体のように、炭素粉体を含む場合は、従来技術での造粒では、安定した造粒操業と高強度のペレット製造ができなかった。つまり、炭素粉体は水となじみが悪く、ペレット中での粉体間の結合を弱くする。炭素粉体は周りの粒子との結合が悪い結果、粒度構成がほぼ同一の場合でも、炭素粉体を含むペレットは相対的に強度が低い。炭素粉体の比率が高くなるほど、ペレット強度が低下することも確認した。従来の造粒方法では、炭素粉体がコークスやチャ−のように乾留されたものが５％の混合率を超える場合は、高強度のものが製造できなかった。また、石炭の場合は、この限界値が１０％であった。
【００２４】
本発明者らは、種々の実験を重ねた結果、ペレット中の炭素粉体の周りには空隙が多いことを見出した。その結果、圧潰強度が低かった。そこで、本発明者らは、この空隙を埋めることが重要であるとの認識で、１０μｍ以下の粒子を原料粉体に混合して、造粒したところ、比較的粒径の大きな炭素粉体の周りを小さな粒子が囲い、ペレットが緻密になり、ペレット強度が向上した。
【００２５】
さらに、実験を重ねたところ、粉体中に１０μｍ以下の粒子が２０％以上存在すると、還元炉向けのペレットに要求される強度が実現できることが分かった。また、パン式造粒装置７の中でのペレット径が均一化されて、パン式造粒装置７からのペレット排出も一定速度となって、造粒操業が安定した。一方、粉体中の１０μｍ以下の粒子が８０％以上となると、パン式造粒装置７の内部でのペレット成長が遅くなり、密度の低いペレットしか製造できなくなる。これは、細かい粒子が多すぎることにより、かえって、緻密化が阻害された結果であった。つまり、緻密で高強度のペレットを製造するには、粗い粒子と細かい粒子が適正な比率で混在していることが重要であり、１０μｍ以下の粒子が２０〜８０％の範囲であることが重要な条件であった。
【００２６】
しかしながら、原料中の炭素粉体の比率が極端に多い場合は、細かい粒子を混合して、ペレット強度を向上する効果も低下する。乾留処理された炭素粉体の場合は、３０％の混合比率を越えると、１０μｍ以下の粒子比率が適正でも、ペレット強度が要求値を超えなかった。また、石炭の場合は、３５％の混合比率を越えると、ペレット強度が要求値を超えなかった。したがって、本発明での原料中の炭素粉体の比率は、乾留処理された炭素粉体の場合で５〜３０％、石炭の場合で１０〜３５％の範囲である。また、乾留処理された炭素粉体と石炭を混合して使用する場合は、乾留処理された炭素粉体の比率の２倍と石炭の比率の合計が１０〜６０％の範囲である。
【００２７】
１０μｍ以下の粉体の比率を調整する方法としては、色々な方法があるが、１０μｍ以下の粒子比率の高い粉体の混合比率を調整することが最も容易である。このような粉体としては、転炉ガスの非燃焼式集塵機経由で、シクナー沈殿物として集められたダスト(転炉ダスト)を用いることが良い。転炉ダストは、１０μｍ以下の粒子を８０〜９０％含んでおり、微粒子源として望ましい。また、７０％以上と鉄分の含有率も高いことから、還元後に、鉄分比率が高い良質の還元ペレットが製造できる効果もある。転炉ダストの混合比率は、１５〜７５％が良い。また、製鉄電気炉から発生するガスに含まれるダスト(電炉ダスト)も同様の効果があり、混合比率は、１５〜７５％が良い。ただし、電炉ダストは鉄分比率が少ないことから、高鉄比率の還元ペレット製造の効果はない。
【００２８】
パン式造粒装置で、安定した生産性と高強度のペレットを製造するためには、原料粉体の粒径分布以外にも、含有水分が適正である必要がある。したがって、パン式造粒装置７では原料水分をきめ細かく制御する必要がある。水分が低すぎると、ペレット成長が遅く、緻密で強度の高いペレットを製造できない。また、水分が多すぎると、成長を始めた小径のペレット同士がくっ付いて、異常な形状で、強度が極端に低いペレットができる。この状態では、また、ペレットが造粒装置から安定して出てこなくなり、間欠的なペレット排出が行われるようになる。この結果、下流工程であるペレット乾燥装置１１や回転炉１３の時間当たりの処理量が短時間で変動して、プロセス操業全体が不安定となる。
【００２９】
そこで、本発明者らは、パン式造粒方法に適正な水分値を求めたところ、粉体の種類や粒径により異なるが、８〜１３％の間に適正な値があることを見出した。ただし、粉体の種類と粒径が同一の間は、水分の変動幅を２％以下としないと、前述した問題が生じて、造粒が不安定となる。したがって、混練工程で造粒に適切な水分に調整することは重要である。混練工程での適正水分が造粒工程の水分値よりも低い場合は、混練工程と造粒工程の間に、図１には示されていないが、水分添加装置で、水分を適正範囲に調整する。
【００３０】
また、さらに、ペレット強度を上げたい場合がある。このような場合にはバインダーを混合することが有効な方法である。本発明者らは、高温の炉内でペレットを還元する際に障害となるガスや水分を出さないバインダーは、ベントナイトとコーンスターチであることを見出した。これらのバインダーの適正な混合率は、ベントナイトで０.５〜４％、コーンスターチで１％以下であった。この比率以上のバインダーを混合すると、水分が多い場合と同じで、成長過程の小径ペレット同士がくっ付く現象が起き、造粒操作の安定性とペレット強度に問題が生ずる。
【００３１】
以上の方法で、適正にペレットを製造すれば、気孔率が３２％以下の緻密なペレットを製造することができる。この結果、圧潰強度２×１０5N/m2以上で、水分を含んだ状態で５０cm落下強度７〜１０回、乾燥した状態で、５０cm落下強度３〜６回のペレットを製造できる。これは、還元炉での使用条件を満足するものである。
【００３２】
以上に説明した方法で製造したペレットを分級して、粉と大粒径のペレットを排除した後に、これを乾燥して、回転炉１３で、焼成還元する。乾燥したペレットは、回転炉の炉内雰囲気温度が９００〜１２００℃の部分に供給される。気孔率が３２％以下と緻密なペレットをこのような高温雰囲気に供給すると、内部の水分蒸発による爆裂の危険があるため、水分を２％以下とすることが重要である。
【００３３】
乾燥後のペレットは乾燥ペレットコンベア１２で、回転炉１３に送られて、ここで焼成還元される。還元されたペレットは、炉内から排出されて、還元ペレット冷却装置１４で冷却されて、還元ペレットコンベア１５経由で、還元ペレット備蓄槽１６に蓄えられる。燃焼排ガスは、排気ダクト１７から、熱交換器１８に送られて、ここで空気を加熱する。この空気はペレットの乾燥の熱源として用いられる。その後、燃焼排ガスは集塵機１９で除塵されて、煙突２０から大気に放散される。
【００３４】
また、図２に示されるように、回転炉１３は、天井２２と炉壁２３の下に、車輪２７上を移動する回転式の炉床２５がある構造である。ペレット２８は炉床２５上に静置されて、炉内を一周する。炉内では、バーナー２４から燃料ガスを炊き、火炎２６の熱により、ガスの最高温度を１２００〜１４００℃の間の適正な温度とする。ペレット２８は、当初、ガスの酸化度が高く、９００〜１２００℃の炉内部分（加熱帯）に入り、加熱される。その後、ガス酸化度が低く、高温の部分（還元帯）で、ペレットは還元される。
【００３５】
鉄やニッケルなどの酸化金属が炭素と盛んに還元する温度は１２００℃以上であることから、焼成温度は１２００℃以上が良く、還元時間は最低５分である。回転炉１３の熱伝達は、ペレット上部の高温ガスの輻射と炉床２６からの伝熱である。したがって、ペレット積層数が２までは、上下どちらかからの直接熱伝達を受けるが、ペレット積層数が２以上の場合は、中間のペレットが直接に伝熱を受けなく、還元反応が延長する。したがって、ペレットの平均層数は２.０以下が望ましい。このような回転炉１３の内での熱伝達の形態と速度を考慮すると、ペレット平均径は８〜２０ｍｍが良い。ペレット平均径が８ｍｍ以下では、炉床面積当たりの生産性が低下し、また、ペレット平均径が２０ｍｍ以上の場合は、ペレット内部の熱伝達遅れにより、５分程度の反応時間では、中心部分の還元反応が終了しない。
【００３６】
還元を完了したペレットは、回転炉１３の炉内から、排出されて、還元ペレット冷却装置１４で冷却される。その後に、高炉や電炉で使用される。
【００３７】
本発明の方法で、製造されたペレットは、回転炉床法だけでなく、ロータリーキルン法による還元、炉高さの低い縦型シャフト炉での還元にも使用できる。ロータリーキルン法では、高強度のペレットの製造によるキルン内部のダムリング生成防止の効果があり、また、縦型シャフト炉では、粉の発生による炉内ガス通気の障害防止の効果がある。
【００３８】
【実施例】
図１に示される回転炉床式還元炉の設備を用いた実施例の操業結果を示す。この設備は、毎時１５トンの高炉向け還元鉄ペレットを製造するものである。原料は、ペレットフィードの粉鉱石、転炉ガスダスト、および、コークス粉であった。
【００３９】
ペレットフィード粉鉱石は、酸化第二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）が８９％で、平均粒径が６８μｍ、１０μｍ以下の粒子の比率が１３％のものであった。また、転炉ガスダストは、酸化第一鉄（ＦｅＯ）が３４％、金属鉄が４３％で、平均粒径が６μｍ、１０μｍ以下の粒子の比率が８１％のものであった。集塵コークス粉は、炭素が８３％で、平均粒径が８９μｍ、１０μｍ以下の粒子の比率が８％のものであった。
【００４０】
実施例では、ペレットフィード粉鉱石を４０％、転炉ガスダストを３７％、および、コークス粉を２３％の比率で混合して、原料搬送コンベア２の上に切り出した。この混合物の１０μｍ以下の粒子比率は３６％であった。また、炭素と酸化鉄と結合している酸素との原子モル比率は０．８６であった。この混合物の構成は、本発明の配合の通りであった。
【００４１】
この混合粉体の水分は７〜８％であったことから、約９％の水分となるように、事前に散水して加水した後、造粒安定化の目的で、パン式造粒装置７で、約１％の水分を散水する。この方法により、パン式造粒装置７での適正水分比率である９．５〜１１％とする。なお、本実施例では、バインダーとして、ベントナイトを粉体質量の１．４％添加した。造粒されたペレットは、平均径が１３．４ｍｍで、平均圧潰強度２．９×１０5N/m2の強度の強いペレットであった。また、このペレットの５０cm落下強度は、含水状態で９回、乾燥状態で４回であった。
【００４２】
このペレットを乾燥し、回転炉１３に供給した。この間に、還元前に壊れたペレットは全体の７．５％であった。１２分間、最高１３２０℃の温度で、還元されたペレットの４ｍｍオーバーの粒比率は９２％で、金属化率は９２％と良好であった。
【００４３】
次に、比較例として、従来法に基づく操業を行った結果を示す。設備は図１のものを用いたが、操業方法は、従来のままのものである。原料としては、前出のペレットフィード粉鉱石７４％と集塵コークス粉２６％の混合物を用いた。この時の１０μｍ以下の粒子比率は１２％で、また、炭素と酸化鉄と結合している酸素との原子モル比率は１．０であった。
【００４４】
この混合粉体を水分調整した後に、パン式造粒装置７で、ペレットにした。操業方法は、実施例と同じであった。この結果、平均径が１２．８ｍｍのペレットを得たが、平均圧潰強度が１．３×１０5N/m2であり、強度が低かった。また、このペレットの５０cm落下強度は、含水状態で５回、乾燥状態で１回であった。
【００４５】
このペレットを実施例と同様に、分級、乾燥、および、還元した。その結果、還元前に壊れたペレットは全体の１９．８％と多かった。還元ペレットの４ｍｍオーバーの粒比率は７８％と少なく、かつ、金属化率は７８％と低かった。このように、操作や搬送中に壊れるペレットの比率が多く、また、炉床２５上で粉化した比率も多かったため、粉が炉内や排出後に再酸化されて、金属化率も大幅に低下していた。
【００４６】
このように、本発明を用いた操業である実施例では、処理途中で壊れるペレットが少なく、かつ、製品の還元ペレットの粒比率と金属化率が高い操業が行えた。一方、比較例では、これらの成績が悪かった。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の操業方法を用いれば、還元炉での使用に耐える強度の高い原料ペレットを製造できる。このペレットを壊すことなく、ロータリーキルンや回転炉床式還元炉までの還元炉で焼成還元することができる。回転炉床法でこのペレットを使用することにより、効率良く還元金属を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する回転炉床式還元設備の全体フロー図であり、原料準備工程から還元工程を示すものである。
【図２】回転炉の断面を示す図である。
【符号の説明】
１ 原料備蓄ビン
２ 原料コンベア
３ 水分添加装置
４ 調湿原料コンベア
５ 混練装置
６ 混練原料コンベア
７ パン式造粒装置
８ 生ペレットコンベア
９ ペレット篩装置
１０ 篩後コンベア
１１ ペレット乾燥装置
１２ 乾燥ペレットコンベア
１３ 回転炉
１４ 還元ペレット冷却装置
１５ 還元ペレットコンベア
１６ 還元ペレット備蓄槽
１７ 排気ダクト
１８ 熱交換器
１９ 集塵機
２０ 煙突
２１ 予熱空気ダクト
２２ 天井
２３ 炉壁
２４ バーナー
２５ 炉床
２６ 火炎
２７ 車輪
２８ ペレット
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉状の鉱石から酸化金属、および、金属の精錬業および加工業において発生する金属酸化物を含むダストおよびスラジを還元する際に、中間原料として製造されるペレットの造粒方法、および、このペレットを回転炉床式の還元炉にて還元する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
還元鉄や合金鉄を製造する金属還元プロセスとしては各種のものがあるが、この内で、粉の金属酸化物を原料として、球状のペレットを製造し、これを高温で還元するプロセスがある。この種のプロセスの例としては、シャフト式の水素ガス還元炉、ロータリーキルン式還元炉、回転炉床式還元炉、その他がある。これらの内、シャフト式の水素ガス還元炉で使用するペレットは、粉鉱石を造粒したものであり、還元剤は水素ガスである。一方、ロータリーキルン式還元炉や回転炉床式還元炉では、還元炉から熱を供給して、還元反応はペレットに混在した炭素によって行う。つまり、ロータリーキルン式還元炉や回転炉床式還元炉では、石炭やコークスなどの炭素と酸化金属粉を混合したペレットを使用する。これらのプロセスは、安価な石炭等を使用できることから、経済的な還元鉄製造方法として注目されている。
【０００３】
ロータリーキルンは、直径２〜５ｍで、長さ３０〜８０ｍの回転する円筒からなる焼成炉である。この円筒は鋼製で、耐火物で内張りしてある。炉内温度は、原料供給部分で、３００〜６００℃、出口で１１００℃程度である。原料ペレットは、約６時間かけて加熱されて、約１１００℃になる。この温度で、ペレット中の炭素と酸化金属が反応して、一酸化炭素と金属を生成して、還元ペレットができる。還元ペレットは、キルンから排出されて、冷却される。その後、電気炉や高炉の原料として使用される。
【０００４】
回転炉床式還元炉は、固定した耐火物の天井と側壁の下で、中央部を欠いた円盤状の耐火物の炉床がレールの上を一定速度で回転する型式の焼成炉（以下、回転炉と称す）である。回転炉の炉床直径は１０〜５０メートルかつ、炉床幅は２〜６メートルである。炉床は回転しながら、原料供給部、加熱帯、還元帯、製品排出部を移動していく。原料ペレットは１０００℃程度と高温の原料供給部に投入される。その後、加熱帯で、約１２００℃以上まで加熱されたのちに、還元帯で、炭素と酸化金属が反応して、還元金属が生成する。回転炉床法では、加熱が迅速なために、反応は７〜２０分で終了する。還元ペレットは、炉内から排出されて冷却され、その後、電気炉や高炉の原料として使用される。
【０００５】
このように、これらのプロセスでは、炭素と酸化金属を主体とする粉体を原料ペレットにして、これを加熱還元する。このペレットの製造には、パン式造粒装置を用いる。一般的には、２種類以上の原料の粉体を使用する。これは、酸化金属と炭素の比率を調整するためである。まず、原料の粉体を所定の比率で混合する。これをパン式造粒装置で造粒する。
【０００６】
パン式造粒装置は、中華鍋の形状をした直径が２〜６ｍの回転するパンからなるものである。パンは約４５度傾斜しており、この中を、水分を含んだ粉体が転動しながら、生成した核の周りを粉体がまぶされながら、ペレットが成長していく。十分に成長したペレットは自重でパンから出てくる。
【０００７】
還元炉がロータリーキルンの場合は、ペレットを乾燥せずに、炉内に供給する。これは、ロータリーキルンの原料供給部分の温度は、約３００℃であり、含水状態でも、ペレットが爆裂しないためである。一方、回転炉床式還元炉の場合は、ペレット供給部分の温度が、１０００℃以上あるため、水分を含んだままのペレットは、水分蒸発に起因する爆裂を起こすことから、ペレットを乾燥して炉内に供給する。
【０００８】
酸化金属を含む粉体は、鉱石を用いることが一般的であるが、金属の精錬工程や加工工程で発生するダストやスラジを用いる場合もある。特に、鉄鋼製造業で発生するダストやスラジには、亜鉛や鉛などの不純物が混合しているが、これらは１２００℃以上の還元反応とともに、蒸発することから、不純物除去に有効な手段である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ペレットを還元するプロセスでは、安定的な操業の実現のためには、原料ペレットの強度が高いことが重要である。例えば、縦型シャフト炉で、ペレット強度が不十分の場合は、炉内に積層されているペレット間に、ペレットが崩壊して発生した粉が入り、ガス流れを妨害する問題や集塵機のダスト捕集量が多すぎる問題等がある。ロータリーキルンの場合で、原料ペレット強度が不十分である場合は、ペレットがキルン内で転動する際に崩壊して、この時に発生した粉が耐火物に付着してダムリングを生成する問題がある。この結果、ペレットがダムリングを乗り越せず、キルン内部をペレットが流れなくなる。回転炉床式還元炉の場合で、ペレット強度が不十分である場合は、崩壊したペレットが炉床耐火物にビルトアップして、ペレットの敷き込みを不安定にするとともに、排出スクリューのブレードを摩耗させる問題がある。
【００１０】
このように、原料ペレットの強度が不十分であれば、還元プロセスの操業が不安定になる。したがって、安定した条件での高強度ペレット製造技術が求められていた。特に、炭素を含む粉体（粉の石炭、コークス、チャーなどで、以降、炭素粉体と称す）を原料とするペレットでは、酸化金属粉のみで構成されるペレットに比べて、強度が上がりづらい問題があったため、この要望は切実であった。
【００１１】
この要望に対して、従来技術として、例えば、特開平11-193423の特許に記述されているように、パン式造粒機での造粒時に、有機系バインダーを混合して、ペレットの強度を高める方法が提案されている。しかしながら、粉体の粒度構成や成分などの原料条件、および、造粒時の水分調整などの操業条件に関する技術について、十分な考慮がなされておらず、必ずしも、強度の高いペレットを製造する方法ではなかった。また、ロータリーキルン法や回転炉床法で使用するもので、粉コークスなどが５％以上の比率で混在する粉原料から製造したペレットは、特に、造粒の難しく、バインダー添加で強度を確保できる場合もあるが、一般的には、バインダー添加のみでは問題が解決されていなかった。
【００１２】
また、炭素粉体を含む粉体を造粒する際の問題点は、ペレット強度のみではない。原料条件が悪い場合は、パン式造粒機からのペレットの排出が不連続になる問題もある。つまり、原料の粒度構成が悪い場合や水分調整が悪い場合は、造粒機内部でのペレット成長が不安定となり、造粒機からペレットがほとんど排出されない時期と大量に排出される時期が交互に起きる。その結果、造粒機の下流工程に連結している還元炉のペレット供給が不連続となり、さらに、還元反応が不安定となる問題が生ずる。また、この現象が起きている時のペレットは強度が低くなることも重大な問題である。
【００１３】
このように、従来技術では、炭素粉体を含む粉体を安定的に造粒することには、技術的に困難があり、これが還元炉の操業の不安定につながっていた。その結果、還元炉の操業が不安定となり、効率的な金属製造ができない問題があった。したがって、炭素粉体を含む粉体を原料として、高強度のペレットを安定して製造する新しい技術が求められていた。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、これらの問題点に鑑みなされたものであり、その要旨とするところは、
（１）金属酸化物を含み、かつ、炭素含有粉体を含む粉体を、パン式造粒機で球形のペレットを製造するに際して、当該粉体が１０μｍ以下の粒径の粒子を２０〜８０％含むように調整することを特徴とする還元炉向けペレット製造方法。
（２）金属酸化物を含み、かつ、乾留処理を受けた炭素含有粉体を５〜３０質量％含む粉体を、パン式造粒機で球形のペレットを製造するに際して、当該粉体が１０μｍ以下の粒径の粒子を２０〜８０％含んでいる前記（１）記載の還元炉向けペレット製造方法、
（３）金属酸化物を含み、かつ、粉石炭を１０〜３５質量％含む粉体を、パン式造粒機で球形のペレットを製造するに際して、当該粉体が１０μｍ以下の粒径の粒子を２０〜８０％含んでいる前記（１）記載の還元炉向けペレット製造方法。
（４）造粒時のバインダーとして、ベントナイトを０.５〜４質量％、または、コーンスターチを１質量％以下の比率で、原料粉体に混合する前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の還元炉向けペレット製造方法。
（５）予め原料粉体の水分を測定しておき、当該水分測定値から、パン式造粒機に入る前の粉体に添加する水分量を制御することにより、パン式造粒機内に保持されている粉体の水分を８〜１３％の範囲の適正な値で造粒する前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の還元炉向けペレット製造方法。
（６）転炉ガスの非燃焼式集塵機で集められ、シクナー沈殿物として集められたダストを１５〜７５質量％含む、酸化金属と炭素を含む粉体を用いる前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の還元炉向けペレット製造方法。
（７）製鉄電気炉から発生するガスに含まれるダストを１５〜７５質量％含む、酸化金属と炭素を含む粉体を用いる前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の還元炉向けペレット製造方法。
（８）前記（１）乃至（７）のいずれかの方法で製造したペレットを回転炉床式還元炉、ロータリーキルン、又は、縦型シャフト炉で、焼成還元することを特徴とする酸化金属の還元方法。
（９）炭素原子モル数が、酸化鉄、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化などの１２００〜１４００℃の範囲で炭素によって還元される金属酸化物の酸素原子モル数の０．５〜１．５倍である原料を用いて、前記（１）乃至（７）のいずれかの方法で製造したペレットを、含有水分を２質量％以下に乾燥した後に、回転炉床式還元炉の炉内雰囲気温度が、９００〜１２００℃の部分に供給して、１２００℃以上の温度で５分間以上、焼成還元することを特徴とする酸化金属の還元方法、および、
（１０）平均直径が８〜２０ｍｍのペレットを平均層数が２.０以下の条件で炉床上に敷詰めて、焼成還元する前記（９）記載の酸化金属の還元方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、縦型シャフト炉、ロータリーキルン、回転炉床などの粉原料をペレットにして使用する還元炉で、炭素を含む粉体を原料とするペレットの製造方法と、これらの還元炉でのペレットの還元方法についての技術についてのものである。ただし、ここでは、最もペレット強度を必要とする回転炉床法での例で説明する。
【００１６】
本発明の操業方法を行う場合の回転炉床式還元プロセス全体略図を図１に示す。この設備は、主として、複数の原料備蓄ビン１、混練装置５、パン式造粒装置７、ペレット篩装置９、ペレット乾燥装置１１、および、回転炉１３からなるものである。なお、本明細書では、ボールミル式の混練装置と廃熱利用の熱風式のペレット乾燥装置を設置した例を示す。
【００１７】
原料の酸化金属粉や炭素粉体は、造粒性能、還元のための化学成分、その他の特性をコントロールする目的から、2種類以上のものを用いる。粒径、化学成分、含有水分、その他の粉体毎の特徴に従い、原料備蓄ビン１に個別に入れていく。
【００１８】
複数の原料備蓄ビン１から、混合比率を決めて、複数の原料を原料コンベア２上に切り出す。粒径、化学成分、および、含有水分を主な調整項目として、混合比率を決める。還元反応を適切に行うために、酸化金属と炭素の比率を適切にする。また、水分は、混練装置５やパン式造粒装置７での適正な水分よりも低めになるように設定する。
【００１９】
この原料粉体の炭素比率は、還元される酸化金属と化学結合している酸素（活性酸素）によって決まる。つまり、鉄やニッケルなどの酸化物は、回転炉床式還元炉１３の炉内で、１２００℃前後の温度で炭素により還元される。回転炉床法での還元では、酸化金属と炭素が一酸化炭素を形成する条件での還元反応が中心である。したがって、炭素とこれらの酸化鉄を含む酸化物の比率は、炭素の原子モル数が、これら酸化物中の活性酸素の原子モル数に対する比率は１.０を中心基準として、０．５〜１．５として配合することが望ましい。なお、この際の炭素分の混合比率は、５〜２５％程度である。
【００２０】
前述したように、炭素源は、石炭、コークス、チャー、ピッチなどを用いる。石炭の場合は、固体炭素と揮発分に含まれる炭素を含有している。固体炭素は有効に還元反応に寄与するが、揮発分中の炭素は、還元反応が始まる前に揮発してしまうため、還元には有効に利用されない。したがって、余分な石炭の炭素分が必要で、原料粉体への混合比率が多くなる。
【００２１】
混練装置５で、原料を均一に混合する。この時に、粉体を軽度に破砕すると、造粒工程でのペレットの生産が安定し、ペレット強度が向上することから、ボールミルなどの破砕機能を持つ混練装置が望ましい。混練装置５は、その機種とサイズにおいて適正な粉体水分がある。ボールミルの場合は、水分が約６〜９％の範囲であることが望ましい。
【００２２】
混練を終わった原料粉体は、混練原料コンベア６にて、パン式造粒装置７に送られる。ここでは、約４５％の傾斜した中華鍋型のパンで、粉体を転動して、生成核の周りに、粉をまぶして数ｍｍ〜３０ｍｍ程度のペレットを製造する。還元炉向けのペレットに要求される強度は、圧潰強度が２×１０5N/m2以上、含水状態の５０cm落下強度が７回以上、乾燥状態の５０cm落下強度が３回以上である。
【００２３】
安定した生産性で、かつ、強度の高いペレットを製造するためには、まず、原料の粒径分布が適切であることが重要である。例えば、従来の造粒技術でも、７４μｍ以下の粒子が６０％以上存在していることなどが、要求されていた条件であった。しかし、本発明で扱う原料粉体のように、炭素粉体を含む場合は、従来技術での造粒では、安定した造粒操業と高強度のペレット製造ができなかった。つまり、炭素粉体は水となじみが悪く、ペレット中での粉体間の結合を弱くする。炭素粉体は周りの粒子との結合が悪い結果、粒度構成がほぼ同一の場合でも、炭素粉体を含むペレットは相対的に強度が低い。炭素粉体の比率が高くなるほど、ペレット強度が低下することも確認した。従来の造粒方法では、炭素粉体がコークスやチャ−のように乾留されたものが５％の混合率を超える場合は、高強度のものが製造できなかった。また、石炭の場合は、この限界値が１０％であった。
【００２４】
本発明者らは、種々の実験を重ねた結果、ペレット中の炭素粉体の周りには空隙が多いことを見出した。その結果、圧潰強度が低かった。そこで、本発明者らは、この空隙を埋めることが重要であるとの認識で、１０μｍ以下の粒子を原料粉体に混合して、造粒したところ、比較的粒径の大きな炭素粉体の周りを小さな粒子が囲い、ペレットが緻密になり、ペレット強度が向上した。
【００２５】
さらに、実験を重ねたところ、粉体中に１０μｍ以下の粒子が２０％以上存在すると、還元炉向けのペレットに要求される強度が実現できることが分かった。また、パン式造粒装置７の中でのペレット径が均一化されて、パン式造粒装置７からのペレット排出も一定速度となって、造粒操業が安定した。一方、粉体中の１０μｍ以下の粒子が８０％以上となると、パン式造粒装置７の内部でのペレット成長が遅くなり、密度の低いペレットしか製造できなくなる。これは、細かい粒子が多すぎることにより、かえって、緻密化が阻害された結果であった。つまり、緻密で高強度のペレットを製造するには、粗い粒子と細かい粒子が適正な比率で混在していることが重要であり、１０μｍ以下の粒子が２０〜８０％の範囲であることが重要な条件であった。
【００２６】
しかしながら、原料中の炭素粉体の比率が極端に多い場合は、細かい粒子を混合して、ペレット強度を向上する効果も低下する。乾留処理された炭素粉体の場合は、３０％の混合比率を越えると、１０μｍ以下の粒子比率が適正でも、ペレット強度が要求値を超えなかった。また、石炭の場合は、３５％の混合比率を越えると、ペレット強度が要求値を超えなかった。したがって、本発明での原料中の炭素粉体の比率は、乾留処理された炭素粉体の場合で５〜３０％、石炭の場合で１０〜３５％の範囲である。また、乾留処理された炭素粉体と石炭を混合して使用する場合は、乾留処理された炭素粉体の比率の２倍と石炭の比率の合計が１０〜６０％の範囲である。
【００２７】
１０μｍ以下の粉体の比率を調整する方法としては、色々な方法があるが、１０μｍ以下の粒子比率の高い粉体の混合比率を調整することが最も容易である。このような粉体としては、転炉ガスの非燃焼式集塵機経由で、シクナー沈殿物として集められたダスト(転炉ダスト)を用いることが良い。転炉ダストは、１０μｍ以下の粒子を８０〜９０％含んでおり、微粒子源として望ましい。また、７０％以上と鉄分の含有率も高いことから、還元後に、鉄分比率が高い良質の還元ペレットが製造できる効果もある。転炉ダストの混合比率は、１５〜７５％が良い。また、製鉄電気炉から発生するガスに含まれるダスト(電炉ダスト)も同様の効果があり、混合比率は、１５〜７５％が良い。ただし、電炉ダストは鉄分比率が少ないことから、高鉄比率の還元ペレット製造の効果はない。
【００２８】
パン式造粒装置で、安定した生産性と高強度のペレットを製造するためには、原料粉体の粒径分布以外にも、含有水分が適正である必要がある。したがって、パン式造粒装置７では原料水分をきめ細かく制御する必要がある。水分が低すぎると、ペレット成長が遅く、緻密で強度の高いペレットを製造できない。また、水分が多すぎると、成長を始めた小径のペレット同士がくっ付いて、異常な形状で、強度が極端に低いペレットができる。この状態では、また、ペレットが造粒装置から安定して出てこなくなり、間欠的なペレット排出が行われるようになる。この結果、下流工程であるペレット乾燥装置１１や回転炉１３の時間当たりの処理量が短時間で変動して、プロセス操業全体が不安定となる。
【００２９】
そこで、本発明者らは、パン式造粒方法に適正な水分値を求めたところ、粉体の種類や粒径により異なるが、８〜１３％の間に適正な値があることを見出した。ただし、粉体の種類と粒径が同一の間は、水分の変動幅を２％以下としないと、前述した問題が生じて、造粒が不安定となる。したがって、混練工程で造粒に適切な水分に調整することは重要である。混練工程での適正水分が造粒工程の水分値よりも低い場合は、混練工程と造粒工程の間に、図１には示されていないが、水分添加装置で、水分を適正範囲に調整する。
【００３０】
また、さらに、ペレット強度を上げたい場合がある。このような場合にはバインダーを混合することが有効な方法である。本発明者らは、高温の炉内でペレットを還元する際に障害となるガスや水分を出さないバインダーは、ベントナイトとコーンスターチであることを見出した。これらのバインダーの適正な混合率は、ベントナイトで０.５〜４％、コーンスターチで１％以下であった。この比率以上のバインダーを混合すると、水分が多い場合と同じで、成長過程の小径ペレット同士がくっ付く現象が起き、造粒操作の安定性とペレット強度に問題が生ずる。
【００３１】
以上の方法で、適正にペレットを製造すれば、気孔率が３２％以下の緻密なペレットを製造することができる。この結果、圧潰強度２×１０5N/m2以上で、水分を含んだ状態で５０cm落下強度７〜１０回、乾燥した状態で、５０cm落下強度３〜６回のペレットを製造できる。これは、還元炉での使用条件を満足するものである。
【００３２】
以上に説明した方法で製造したペレットを分級して、粉と大粒径のペレットを排除した後に、これを乾燥して、回転炉１３で、焼成還元する。乾燥したペレットは、回転炉の炉内雰囲気温度が９００〜１２００℃の部分に供給される。気孔率が３２％以下と緻密なペレットをこのような高温雰囲気に供給すると、内部の水分蒸発による爆裂の危険があるため、水分を２％以下とすることが重要である。
【００３３】
乾燥後のペレットは乾燥ペレットコンベア１２で、回転炉１３に送られて、ここで焼成還元される。還元されたペレットは、炉内から排出されて、還元ペレット冷却装置１４で冷却されて、還元ペレットコンベア１５経由で、還元ペレット備蓄槽１６に蓄えられる。燃焼排ガスは、排気ダクト１７から、熱交換器１８に送られて、ここで空気を加熱する。この空気はペレットの乾燥の熱源として用いられる。その後、燃焼排ガスは集塵機１９で除塵されて、煙突２０から大気に放散される。
【００３４】
また、図２に示されるように、回転炉１３は、天井２２と炉壁２３の下に、車輪２７上を移動する回転式の炉床２５がある構造である。ペレット２８は炉床２５上に静置されて、炉内を一周する。炉内では、バーナー２４から燃料ガスを炊き、火炎２６の熱により、ガスの最高温度を１２００〜１４００℃の間の適正な温度とする。ペレット２８は、当初、ガスの酸化度が高く、９００〜１２００℃の炉内部分（加熱帯）に入り、加熱される。その後、ガス酸化度が低く、高温の部分（還元帯）で、ペレットは還元される。
【００３５】
鉄やニッケルなどの酸化金属が炭素と盛んに還元する温度は１２００℃以上であることから、焼成温度は１２００℃以上が良く、還元時間は最低５分である。回転炉１３の熱伝達は、ペレット上部の高温ガスの輻射と炉床２６からの伝熱である。したがって、ペレット積層数が２までは、上下どちらかからの直接熱伝達を受けるが、ペレット積層数が２以上の場合は、中間のペレットが直接に伝熱を受けなく、還元反応が延長する。したがって、ペレットの平均層数は２.０以下が望ましい。このような回転炉１３の内での熱伝達の形態と速度を考慮すると、ペレット平均径は８〜２０ｍｍが良い。ペレット平均径が８ｍｍ以下では、炉床面積当たりの生産性が低下し、また、ペレット平均径が２０ｍｍ以上の場合は、ペレット内部の熱伝達遅れにより、５分程度の反応時間では、中心部分の還元反応が終了しない。
【００３６】
還元を完了したペレットは、回転炉１３の炉内から、排出されて、還元ペレット冷却装置１４で冷却される。その後に、高炉や電炉で使用される。
【００３７】
本発明の方法で、製造されたペレットは、回転炉床法だけでなく、ロータリーキルン法による還元、炉高さの低い縦型シャフト炉での還元にも使用できる。ロータリーキルン法では、高強度のペレットの製造によるキルン内部のダムリング生成防止の効果があり、また、縦型シャフト炉では、粉の発生による炉内ガス通気の障害防止の効果がある。
【００３８】
【実施例】
図１に示される回転炉床式還元炉の設備を用いた実施例の操業結果を示す。この設備は、毎時１５トンの高炉向け還元鉄ペレットを製造するものである。原料は、ペレットフィードの粉鉱石、転炉ガスダスト、および、コークス粉であった。
【００３９】
ペレットフィード粉鉱石は、酸化第二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）が８９％で、平均粒径が６８μｍ、１０μｍ以下の粒子の比率が１３％のものであった。また、転炉ガスダストは、酸化第一鉄（ＦｅＯ）が３４％、金属鉄が４３％で、平均粒径が６μｍ、１０μｍ以下の粒子の比率が８１％のものであった。集塵コークス粉は、炭素が８３％で、平均粒径が８９μｍ、１０μｍ以下の粒子の比率が８％のものであった。
【００４０】
実施例では、ペレットフィード粉鉱石を４０％、転炉ガスダストを３７％、および、コークス粉を２３％の比率で混合して、原料搬送コンベア２の上に切り出した。この混合物の１０μｍ以下の粒子比率は３６％であった。また、炭素と酸化鉄と結合している酸素との原子モル比率は０．８６であった。この混合物の構成は、本発明の配合の通りであった。
【００４１】
この混合粉体の水分は７〜８％であったことから、約９％の水分となるように、事前に散水して加水した後、造粒安定化の目的で、パン式造粒装置７で、約１％の水分を散水する。この方法により、パン式造粒装置７での適正水分比率である９．５〜１１％とする。なお、本実施例では、バインダーとして、ベントナイトを粉体質量の１．４％添加した。造粒されたペレットは、平均径が１３．４ｍｍで、平均圧潰強度２．９×１０5N/m2の強度の強いペレットであった。また、このペレットの５０cm落下強度は、含水状態で９回、乾燥状態で４回であった。
【００４２】
このペレットを乾燥し、回転炉１３に供給した。この間に、還元前に壊れたペレットは全体の７．５％であった。１２分間、最高１３２０℃の温度で、還元されたペレットの４ｍｍオーバーの粒比率は９２％で、金属化率は９２％と良好であった。
【００４３】
次に、比較例として、従来法に基づく操業を行った結果を示す。設備は図１のものを用いたが、操業方法は、従来のままのものである。原料としては、前出のペレットフィード粉鉱石７４％と集塵コークス粉２６％の混合物を用いた。この時の１０μｍ以下の粒子比率は１２％で、また、炭素と酸化鉄と結合している酸素との原子モル比率は１．０であった。
【００４４】
この混合粉体を水分調整した後に、パン式造粒装置７で、ペレットにした。操業方法は、実施例と同じであった。この結果、平均径が１２．８ｍｍのペレットを得たが、平均圧潰強度が１．３×１０5N/m2であり、強度が低かった。また、このペレットの５０cm落下強度は、含水状態で５回、乾燥状態で１回であった。
【００４５】
このペレットを実施例と同様に、分級、乾燥、および、還元した。その結果、還元前に壊れたペレットは全体の１９．８％と多かった。還元ペレットの４ｍｍオーバーの粒比率は７８％と少なく、かつ、金属化率は７８％と低かった。このように、操作や搬送中に壊れるペレットの比率が多く、また、炉床２５上で粉化した比率も多かったため、粉が炉内や排出後に再酸化されて、金属化率も大幅に低下していた。
【００４６】
このように、本発明を用いた操業である実施例では、処理途中で壊れるペレットが少なく、かつ、製品の還元ペレットの粒比率と金属化率が高い操業が行えた。一方、比較例では、これらの成績が悪かった。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の操業方法を用いれば、還元炉での使用に耐える強度の高い原料ペレットを製造できる。このペレットを壊すことなく、ロータリーキルンや回転炉床式還元炉までの還元炉で焼成還元することができる。回転炉床法でこのペレットを使用することにより、効率良く還元金属を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する回転炉床式還元設備の全体フロー図であり、原料準備工程から還元工程を示すものである。
【図２】回転炉の断面を示す図である。
【符号の説明】
１ 原料備蓄ビン
２ 原料コンベア
３ 水分添加装置
４ 調湿原料コンベア
５ 混練装置
６ 混練原料コンベア
７ パン式造粒装置
８ 生ペレットコンベア
９ ペレット篩装置
１０ 篩後コンベア
１１ ペレット乾燥装置
１２ 乾燥ペレットコンベア
１３ 回転炉
１４ 還元ペレット冷却装置
１５ 還元ペレットコンベア
１６ 還元ペレット備蓄槽
１７ 排気ダクト
１８ 熱交換器
１９ 集塵機
２０ 煙突
２１ 予熱空気ダクト
２２ 天井
２３ 炉壁
２４ バーナー
２５ 炉床
２６ 火炎
２７ 車輪
２８ ペレット
Claims (10)
- 金属酸化物を含み、かつ、炭素含有粉体を含む粉体を、パン式造粒機で球形のペレットを製造するに際して、当該粉体が１０μｍ以下の粒径の粒子を２０〜８０％含むように調整することを特徴とする還元炉向けペレット製造方法。
- 金属酸化物を含み、かつ、乾留処理を受けた炭素含有粉体を５〜３０質量％含む粉体を、パン式造粒機で球形のペレットを製造するに際して、当該粉体が１０μｍ以下の粒径の粒子を２０〜８０％含んでいることを特徴とする請求項１記載の還元炉向けペレット製造方法。
- 金属酸化物を含み、かつ、粉石炭を１０〜３５質量％含む混合粉体を、パン式造粒機で球形のペレットを製造するに際して、当該粉体が１０μｍ以下の粒径の粒子を２０〜８０％含んでいることを特徴とする請求項１記載の還元炉向けペレット製造方法。
- 造粒時のバインダーとして、ベントナイトを０.５〜４質量％、または、コーンスターチを１質量％以下の比率で、原料粉体に混合することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の還元炉向けペレット製造方法。
- 予め原料粉体の水分を測定しておき、当該水分測定値から、パン式造粒機に入る前の粉体に添加する水分量を制御することにより、パン式造粒機内に保持されている粉体の水分を８〜１３％の範囲の適正な値で造粒することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の還元炉向けペレット製造方法。
- 転炉ガスの非燃焼式集塵機で集められ、シクナー沈殿物として集められたダストを１５〜７５質量％含む、酸化金属と炭素を含む粉体を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の還元炉向けペレット製造方法。
- 製鉄電気炉から発生するガスに含まれるダストを１５〜７５質量％含む、酸化金属と炭素を含む粉体を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の還元炉向けペレット製造方法。
- 請求項１乃至請求項７のいずれかの方法で製造したペレットを回転炉床式還元炉、ロータリーキルン、又は、縦型シャフト炉で、焼成還元することを特徴とする酸化金属の還元方法。
- 炭素原子モル数が、１２００〜１４００℃の範囲で炭素によって還元される金属酸化物の酸素原子モル数の０．５〜１．５倍である原料を用いて、請求項１乃至請求項７のいずれかの方法で製造したペレットを、含有水分を２質量％以下に乾燥した後に、回転炉床式還元炉の炉内雰囲気温度が、９００〜１２００℃の部分に供給して、１２００℃以上の温度で５分間以上、焼成還元することを特徴とする酸化金属の還元方法。
- 平均直径が８〜２０ｍｍのペレットを平均層数が２.０以下の条件で炉床上に敷き詰めて、焼成還元することを特徴とする請求項９記載の酸化金属の還元方法。
Priority Applications (12)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001269796A JP3635253B2 (ja) | 2000-10-30 | 2001-09-06 | 還元炉向けペレットの製造方法、および、酸化金属の還元方法 |
| AU2002210979A AU2002210979A1 (en) | 2000-10-30 | 2001-10-30 | Metal oxide-containing green pellet for reducing furnace, method for production thereof, method for reduction thereof, and reduction facilities |
| TW090126938A TW565617B (en) | 2000-10-30 | 2001-10-30 | Raw pellets containing oxidized metal for a reduction furnace, a method for production the same, a method for reducing the raw pellets and a reducing apparatus |
| ES01978958T ES2323763T3 (es) | 2000-10-30 | 2001-10-30 | Granulos sin tratar que contienen oxidos metalicos para horno reductor y metodo para su produccion, metodo para reduccion de los mismos. |
| CNB018183492A CN1246485C (zh) | 2000-10-30 | 2001-10-30 | 用于还原炉的含氧化金属的未加工颗粒的制造方法及其还原方法 |
| DE60138725T DE60138725D1 (de) | 2000-10-30 | 2001-10-30 | METALLOXID ENTHALTENDES GRÜNPELLET FÜR REDUKTIONSOFEN und VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG, VERFAHREN ZU SEINER REDUKTION |
| CA002427521A CA2427521A1 (en) | 2000-10-30 | 2001-10-30 | Metal oxide-bearing green pellets for reducing furnace, method of production of same, method of reduction of same, and reduction facility |
| PCT/JP2001/009523 WO2002036836A1 (fr) | 2000-10-30 | 2001-10-30 | Granules verts contenant des oxydes metalliques pour four de reduction, procede de production de ces granules, procede de reduction de ces granules et installations de reduction |
| EP01978958A EP1338660B1 (en) | 2000-10-30 | 2001-10-30 | Metal oxide-containing green pellet for reducing furnace and method for production thereof, method for reduction thereof |
| US10/415,675 US7815710B2 (en) | 2000-10-30 | 2001-10-30 | Metal oxide-containing green pellet for reducing furnace, method for production thereof, method of reduction thereof, and reduction facilities |
| KR10-2003-7005921A KR100530815B1 (ko) | 2000-10-30 | 2001-10-30 | 환원로용 산화 금속 함유 미가공 팰릿, 그 제조 방법, 그환원 방법 및 환원 설비 |
| US12/804,844 US7964014B2 (en) | 2000-10-30 | 2010-07-29 | Metal oxide-bearing green pellets for reducing furnace, method of production of same, method of reduction of same, and reduction facility |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-331182 | 2000-10-30 | ||
| JP2000331182 | 2000-10-30 | ||
| JP2001269796A JP3635253B2 (ja) | 2000-10-30 | 2001-09-06 | 還元炉向けペレットの製造方法、および、酸化金属の還元方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002206120A JP2002206120A (ja) | 2002-07-26 |
| JP3635253B2 true JP3635253B2 (ja) | 2005-04-06 |
Family
ID=26603073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001269796A Expired - Fee Related JP3635253B2 (ja) | 2000-10-30 | 2001-09-06 | 還元炉向けペレットの製造方法、および、酸化金属の還元方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3635253B2 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007138190A (ja) * | 2005-11-15 | 2007-06-07 | Ntn Corp | 製鋼ダスト固形化装置 |
| JP5165940B2 (ja) * | 2007-06-28 | 2013-03-21 | 大同特殊鋼株式会社 | 含金属副産物の造粒物製造方法および造粒設備 |
| JP5200561B2 (ja) * | 2008-01-31 | 2013-06-05 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 鉄含有ダスト塊成化物の製造方法 |
| WO2010005023A1 (ja) | 2008-07-11 | 2010-01-14 | 株式会社神戸製鋼所 | ブリケットの製造方法、還元金属の製造方法、及び亜鉛若しくは鉛の分離方法 |
| JP5466590B2 (ja) * | 2009-07-21 | 2014-04-09 | 株式会社神戸製鋼所 | 炭材内装塊成化物を用いた還元鉄製造方法 |
| JP5571345B2 (ja) | 2009-09-29 | 2014-08-13 | 株式会社神戸製鋼所 | ブリケットの製造方法、還元金属の製造方法、及び亜鉛若しくは鉛の分離方法 |
| JP5423645B2 (ja) * | 2010-10-14 | 2014-02-19 | 新日鐵住金株式会社 | 還元鉄の製造方法 |
| JP5116883B1 (ja) * | 2012-02-10 | 2013-01-09 | 株式会社 テツゲン | 還元鉄の製造方法および製造装置 |
| WO2013129604A1 (ja) * | 2012-02-28 | 2013-09-06 | 株式会社神戸製鋼所 | 還元鉄塊成物の製造方法 |
| KR101367834B1 (ko) * | 2013-03-22 | 2014-02-28 | 주식회사 제철세라믹 | 무기성 바인더를 이용한 니켈 광석 환원 더스트용 제립 바인더의 제조 방법 및 상기 방법으로 제조된 바인더 |
| CN105087991A (zh) * | 2015-08-24 | 2015-11-25 | 重庆旗能电铝有限公司 | 铝铸造生产铝渣综合回收方法 |
| KR102175833B1 (ko) * | 2018-08-27 | 2020-11-06 | 주식회사 포스코 | 함철 브리켓 및 이의 제조방법 |
| JP7593594B2 (ja) * | 2021-01-27 | 2024-12-03 | 株式会社新日南 | 造粒方法 |
| WO2024047951A1 (ja) | 2022-09-02 | 2024-03-07 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 鉄鉱石ペレットの製造方法 |
-
2001
- 2001-09-06 JP JP2001269796A patent/JP3635253B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002206120A (ja) | 2002-07-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7964014B2 (en) | Metal oxide-bearing green pellets for reducing furnace, method of production of same, method of reduction of same, and reduction facility | |
| EP0924304B1 (en) | Method of producing reduced iron pellets | |
| JP3635253B2 (ja) | 還元炉向けペレットの製造方法、および、酸化金属の還元方法 | |
| JP3635256B2 (ja) | 酸化鉄の還元方法 | |
| US3313617A (en) | Iron-containing flux material for steel-making process | |
| JPH024658B2 (ja) | ||
| JP3043325B2 (ja) | 還元鉄ペレットの製造方法およびこの方法で製造した還元鉄ペレット | |
| JP2000248309A (ja) | 溶鉄精錬用カルシウムフェライトの製造方法 | |
| JP3749710B2 (ja) | 高強度鉄含有粒状物の製造方法 | |
| JP3635252B2 (ja) | 酸化金属の還元方法 | |
| JP7374870B2 (ja) | 鉄鉱石ペレット | |
| JP6333770B2 (ja) | フェロニッケルの製造方法 | |
| JPH10317033A (ja) | 還元鉄の製造方法 | |
| JP2001247920A (ja) | 溶融還元方法および溶融還元装置 | |
| JP6264517B1 (ja) | 炭材内装焼結鉱の製造方法 | |
| JP3700248B2 (ja) | 還元鉄製造用ペレット及び還元鉄製造方法 | |
| JP3301326B2 (ja) | 還元鉄の製造方法 | |
| JP2004315852A (ja) | 回転炉床式還元炉の金属酸化物還元方法 | |
| WO2024069991A1 (ja) | 鉄鉱石ペレットの製造方法及び鉄鉱石ペレット | |
| JP2001271121A (ja) | 高炉用焼結鉱の製造方法 | |
| CN117928234A (zh) | 一种转锥炉直接还原处理装置及处理方法 | |
| JP2019123919A (ja) | 焼結鉱の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040914 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041112 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041221 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041228 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 3635253 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090107 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100107 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110107 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120107 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130107 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130107 Year of fee payment: 8 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130107 Year of fee payment: 8 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130107 Year of fee payment: 8 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130107 Year of fee payment: 8 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140107 Year of fee payment: 9 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |