JPH10317033A

JPH10317033A - 還元鉄の製造方法

Info

Publication number: JPH10317033A
Application number: JP12869897A
Authority: JP
Inventors: Takazo Kawaguchi; 尊三川口; Yasuo Kamei; 康夫亀井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-05-19
Filing date: 1997-05-19
Publication date: 1998-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】回転床炉を用い、高い生産率で還元鉄を製造す
ることができる方法を提供する。【解決手段】粉状鉄原料と粉状固体還元剤との混合原料
を回転床炉内で焼成し、還元鉄を製造する方法におい
て、炉床（回転床１）を回転させながら、前記混合原料
を炉床上に層状に装入して炉床を１回転させる間に還元
鉄とし（図１（ｂ）の１段目）、続いて、炉床をさらに
１回転させる毎に、生成した還元鉄層の上に新たな混合
原料を層状に装入して還元鉄とする（図１（ｂ）の２段
目、３段目・・）工程を少なくとも１回繰り返した後、
得られた複数層（図１の例では、５層）の還元鉄を同時
に回転床炉外へ排出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉状の鉄鉱石や鉄
分を含んだダスト、スラッジ、スケール等の粉状鉄原料
と石炭、コークス等の粉状固体還元剤とを混合した原料
を炉床が回転する焼成炉に装入して還元鉄を製造する方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】粉状鉄原料と粉状固体還元剤とを混合し
た原料から大部分が金属鉄からなる還元鉄を製造する方
法としては、鉄鉱石類を流動層炉や移動層式シャフト炉
で天然ガスや石炭ガスにより還元する方法、鉄鉱石類と
コークスを高炉を用いて溶銑とし、これを冷却して型銑
とする方法などが公知である。これらの方法において
は、主として鉄鉱石類をガス還元作用により還元してい
るが、一部、鉄鉱石類に石炭などの還元剤を内装させ、
直接的な還元反応を行わせて反応効率を高める工夫もな
されている。

【０００３】一方、このような鉄鉱石類に還元ガスを作
用させて還元鉄を製造する方法とは異なり、鉄鉱石と還
元剤（石炭等）とを混合したものを原料として、７００
〜１４００℃に保持した焼成炉で焼成することにより還
元する方法が特公昭４５−１９５６９号公報に記載され
ている。

【０００４】この方法は、還元ガスの代わりに安価な石
炭を用い、微粉鉄鉱石と粉石炭との混合粉から製造され
たペレットを高温に保持された回転床タイプの焼成炉に
投入し、１０００〜１４００℃に約１０分程度保持する
ことによって、微粉鉄鉱石中の酸化鉄（Ｆｅ₂ Ｏ₃ ）を
粉石炭中の水素（Ｈ₂ ）と炭素（Ｃ）によって金属鉄
（ｍ−Ｆｅ）に還元することを特徴とする方法である。

【０００５】この方法で用いる回転床炉は、図２に示す
ように円形でドーナツ型をなし、平板状の炉床６が回転
する構造を有している。炉はその周囲全体が耐火レンガ
１１によって囲まれており、水平方向に設置された複数
の燃焼バーナ９によって所定の温度まで加熱される。回
転床炉は、炉床６の移動方向に対して垂直の方向に形設
された一つの原料装入装置７を有し、この位置から炉床
６の回転方向に向けて三つの焼成ゾーン（Ａ、Ｂおよび
Ｃ）と一つの冷却ゾーン（Ｄ）を有し、この冷却ゾーン
（Ｄ）内に排鉱装置８を備えている。冷却ゾーン（Ｄ）
には、高温で部分溶融して融着しやすくなった金属鉄
（ｍ−Ｆｅ）を急冷、固化するための、内部が水冷され
た金属製の冷却板１２が取り付けられている。符号１３
は煙道であり、符号１４は炉床６を回転させるための駆
動装置（電動機）である。

【０００６】事前に乾燥されたペレット状の原料１６は
原料装入装置７を介して炉内に装入され、三つの焼成ゾ
ーン（Ａ、ＢおよびＣ）を順に通過する間に昇温、還元
されて、Ｆｅ₂ Ｏ₃ がｍ−Ｆｅへと変化し、最後の冷却
ゾーン（Ｄ）を経てスクリューフィーダー式の排鉱装置
８によって炉外に排出され、別の冷却装置内へ送られ
る。

【０００７】ところで、粉状鉄原料と粉状固体還元剤か
ら高い金属化率（９０〜９５％）を有する還元鉄を製造
するためには、少なくとも９００℃以上の温度にする必
要があり、温度が高ければ高いほど反応速度が上昇す
る。このため、上記のプロセスにおいては、原料の昇温
（すなわち、原料への着熱）速度によって原料の焼成速
度が決定され、この焼成速度に同期させて回転床の回転
速度が決められ、それによって生産速度が支配される。
しかし、鉄鉱石中のＦｅ₂ Ｏ₃ を石炭中のＨ₂ やＣで還
元する場合には原料を１０００℃以上に昇温するのに必
要な熱量の数倍の熱量が必要であり、通常の物体の昇温
におけるよりも多量の熱が必要とされる。

【０００８】上記プロセスでは、この原料の昇温のため
の熱は、その大部分が回転床の上部レンガ面からの輻射
熱によって供給されるように構成されている。これは、
ガスの対流により熱の供給を行わせようとすると、バー
ナ燃焼により発生するＨ₂ ＯやＣＯ₂ などの酸化性ガス
と焼成により生成した金属鉄とが接触し、再酸化反応が
生じるからである。また、回転式の炉床構造で、生成し
た金属鉄が排出された後、直ちに次の原料が供給される
ため、床レンガ面はほとんど着熱しておらず、供給され
た原料は下面からはほとんど熱が供給されない状態にあ
る。したがって、上述したように多量の熱が必要とされ
るにもかかわらず、上記のプロセスにおける熱効率は必
ずしも高いとは言い難い。

【０００９】また、冷却ゾーンを設け、高温に加熱され
た金属鉄を水冷ジャケット（冷却板）により急冷し、さ
らに、別に設けた冷却装置により冷却する方式を採用し
ているが、回転床の有効面のかなりの部分がこの冷却ゾ
ーンによって占有されており、その分生産性の低下が避
けられない。同時に、冷却によって放出される熱エネル
ギーの損失も大きい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、回転床炉を
用いて行う還元鉄の製造における上述した問題を解決す
るためになされたもので、熱効率を高めて焼成速度を向
上させ、高い生産率で還元鉄を製造することができる方
法を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するため検討を重ねた結果、原料を炉内に複数
回装入し、装入する度ごとに還元した後、還元鉄の炉外
への排出をまとめて同時に行うことにより、原料への伝
熱量を高め、焼成速度を上昇させて生産性を改善できる
ことを確認した。すなわち、生成した還元鉄の層上に新
たな原料を載せて還元し、原料および生成した還元鉄の
層を複数段とすることによって、原料の加熱に還元鉄層
からの熱を利用するとともに、還元鉄の冷却を低温の原
料により行うことができる。また、これによって、炉内
に特別な冷却ゾーンを設ける必要がなく、生産性を高め
ることが可能となる。

【００１２】本発明は、上記の知見に基づいてなされた
もので、その要旨は、下記の還元鉄の製造方法にある。

【００１３】粉状鉄原料と粉状固体還元剤とを混合した
混合原料を回転床炉内で焼成して還元鉄を製造する方法
において、炉床を回転させながら前記混合原料を炉床上
に層状に装入し、炉床を１回転させる間に焼成して還元
鉄とする工程の後、炉床をさらに１回転させる毎に、生
成した還元鉄層の上に新たな混合原料を層状に装入し、
焼成して還元鉄とする工程を少なくとも１回繰り返し、
得られた複数層の還元鉄を同時に回転床炉外へ排出する
ことを特徴とする還元鉄の製造方法。

【００１４】ここで、「粉状鉄原料」とは、酸化鉄を主
成分として含む粉状の原料、即ち、粉状の鉄鉱石や製鉄
所で発生する鉄分を含んだダスト、スラッジ、スケール
等をいう。本発明においては、これらを単独で、または
２種以上の混合物状態で使用することができる。

【００１５】また、「粉状固体還元剤」とは、石炭、木
炭、コークス（石油コークスを含む）等の、主に炭素を
含む固体物質の粉末である。これらも、単独で、または
２種以上組み合わせて使用することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて詳
細に説明する。

【００１７】図１は、上記の発明（以下、これを「本発
明方法」ともいう）を実施するために用いる回転床炉の
一例の要部の構成（図１（ａ））と、この炉を用いて本
発明方法を実施したときの炉床上における原料の堆積状
態（図１（ｂ））およびプッシャー式の排鉱装置による
排鉱時の状態（図１（ｃ））を模式的に示す図である。
なお、図１（ｃ）は回転床の移動方向に対して直角の方
向から見た図である。

【００１８】図１（ａ）において、矢印の方向に回転す
る炉床（回転床１）の外側にミキサー５が設けられ、回
転床炉の内側中心部にはミキサー５から送られる原料を
一旦保管する原料ホッパー４が取り付けられている。回
転床１上には、原料ホッパー４から送られてくる原料を
回転床１上に供給するための原料装入装置２が、その原
料切り出し口の長さ方向が炉床の回転方向と直角をなす
ように取り付けられている。また、回転床１上の還元鉄
を炉外へ排出するための排鉱装置３が設置されている。
なお、ここでは図示していないが、前記の図２に示した
ように、回転床１は全体が耐火レンガで覆われており、
そのレンガ壁の必要な箇所にはバーナと二次空気吹き込
み用の空気噴射管が取り付けられている。

【００１９】この回転床炉により原料を焼成して還元鉄
を製造するには、まず、適量の水分を含ませた粉状鉄原
料と粉状固体還元剤とをミキサー５でよく混合して混合
原料（以下、単に「原料」ともいう）とし、原料ホッパ
ー４へ移送する。次いで、この混合原料を原料装入装置
２に投入し、炉床を回転させながら原料装入装置２から
炉床上に切り出して層状に敷設する。炉床が回転してい
るので、切り出された原料は自ずと炉床上に層を形成す
る。原料の切り出しは連続的に行うのがよい。原料層の
形成が均一になるので、後述する還元鉄とその上に載せ
られた新たな原料との間の熱交換が十分に行われるから
である。

【００２０】切り出された原料は、図１（ｂ）に示すよ
うに、１段目の原料層を形成する。そして、この原料層
を構成する原料は、炉床が１回転して再び原料装入装置
２が取り付けられた位置に達するまでの間に、上部から
のバーナ加熱およびレンガ面からの輻射加熱により昇温
し、還元が進行して金属化率が９０％弱の還元鉄とな
る。

【００２１】炉床が１回転した後、この１段目の層（即
ち、還元鉄の層）の上に原料装入装置２から新たに原料
が層状に切り出され、１段目の還元鉄層の上に２段目の
層（原料層）として敷設される。このとき、下側の層
（還元鉄層）は上側の層（原料層）によって急冷される
と同時に、上側の層は下側の層により下面から加熱を受
け、両層の間で熱交換が行われる。上側の層は上部から
のバーナ加熱およびレンガ面からの輻射加熱を受け、上
下両面から熱せられるので、上面からのみ熱せられる１
段目の原料層の場合に比べて還元が進行しやすく、炉床
が１回転するまでの間に、原料は９０％以上の高い金属
化率を有する還元鉄となる。なお、２段目の層（原料
層）は１段目の還元鉄層の全面に載せるが、２段目の原
料層は１段目の原料層に較べやや還元が進行しやすいの
で、２段目の層の焼成時には回転床の回転速度または原
料供給速度を高めてもよい。もちろん、回転床の回転速
度または原料供給速度は一定値であってもよい。

【００２２】次いで、２段目の層（即ち、還元鉄の層）
の上に原料装入装置２から新たに原料が層状に切り出さ
れ、３段目の層（原料層）として敷設される。２段目の
還元鉄層は、上記と同様に上側の層である３段目の原料
層によって急冷される。一方、３段目の原料層は２段目
の還元鉄層により加熱されるので、２段目の原料層の場
合と同様に１段目の原料層に較べ容易に金属化率が９０
％以上の還元鉄となる。したがって、３段目の原料層の
焼成時も２段目の層と同様に炉床の回転速度または原料
供給速度を高めてもよい。もちろん、一定値で操業を行
っても何ら差し支えない。

【００２３】以下、同様に原料装入装置によって装入さ
れた原料は、順次積層され、焼成されて還元鉄となる。

【００２４】最終の、即ち原料装入装置２から供給され
た５段目の原料が還元された後、１段目から５段目まで
の層をなす還元鉄はまとめて同時に排鉱装置３により炉
外へ排出される。

【００２５】排鉱装置としては、複数層の還元鉄を同時
に炉外へ排出できるものであればどのような形式のもの
を用いてもよいが、例えば、図１（ｃ）に示すプッシャ
ー式のものが推奨される。これは、回転床の直上に配置
するロータリーフィーダやスクレーパー（固定壁）のよ
うな形式のものであると、最終層が焼成されるまでは回
転床の上部に待避させる必要があり、その上下機構が複
雑になるという欠点があるのに対して、プッシャー式の
ものは必要な時期にドライブをかけやすいという利点を
有するからである。

【００２６】プッシャーは、例えば、上記のように原料
の装入を５段の層とする場合、１段目〜４段目までの段
階では作動せず、５段目（最終層）の還元鉄層が排鉱装
置の設置場所にきたときに作動して、図１（ｃ）に示す
ように、炉床の回転方向と直行方向に移動するように設
定しておけばよい。

【００２７】上記本発明方法においては、従来の原料の
炉内への装入を１層とする１段装入に比べて段数が増す
ので、層高を厚くすることができる。また、排鉱直前の
還元鉄は、最上部（上記の例では、５段目）のものは高
温で相互に融着しやすいが、その他の部分（１〜４段
目）は装入した原料によって冷却され、固化しており、
排鉱の際にこれら冷却された還元鉄と最上段の還元鉄と
が混合されるので、回転床上に特別な冷却ゾーンを設け
ることは不要である。即ち、本発明方法では、原料層高
を厚くすることができ、また、回転床を焼成だけに活用
することができるので炉床の有効な利用が可能となり、
生産性を高めることができる。

【００２８】原料装入の段数に特に限定はなく、２段目
以降については、装入した原料が上下両面から加熱され
ると同時に、その原料の層の下側の層（還元鉄層）は冷
却されるという効果が発現するので、段数が増すほど熱
効率は改善はされる。しかし、１層の厚さをおよそ１０
ｍｍとした場合、５段程度とするのが望ましい。これ
は、段数が増すと熱効率改善の効果は次第に小さくな
り、また、段数の増加に伴い層高が増し、回転床設備に
かかる荷重が増大するからである。

【００２９】焼成温度は、各段とも、従来におけると同
様、１０００〜１４００℃とすればよい。そのために、
複数のバーナと空気噴射管が炉の必要な箇所に取り付け
られ、炉内の温度コントロールが可能な回転床炉を用い
ればよい。

【００３０】本発明方法では、原料として、粉体に限ら
ず、ペレット、ブリケットなどが使用できる。また、疑
似粒子状態のものに限らず、フレーク状態、シート状態
などの形態を有するものであってもよい。

【００３１】従来は、原料としてペレットが広く用いら
れてきたが、これは、できるだけ広い表面積をもたせる
ことによって加熱面積を確保するためである。しかし、
本発明方法では、還元鉄と装入原料との接触による熱交
換が重要であるので、原料の形態としては、粉体やシー
ト状が好適である。また、１層の厚みは５〜３０ｍｍと
するのが好ましい。５ｍｍに満たない薄い層を形成させ
るのは技術的に難しく、一方、層が厚すぎ、３０ｍｍを
超えると、いかに両面加熱とはいえ原料の昇温に長時間
を要し、生産性の改善効果が小さくなるからである。

【００３２】上記本発明方法によれば、原料への伝熱量
を高めると同時に焼成により得られた還元鉄の冷却を早
めることができる。その結果、焼成速度を向上させると
ともに炉床を焼成のみに活用することが可能となるの
で、還元鉄の生産性を大幅に改善することができる。ま
た、単位炉床面積当たりの層高を高め炉床の回転速度を
小さくできるので、炉床レンガの寿命を延長させること
ができる。

【００３３】

【実施例】表１に示す粉鉄鉱石７４％と粉石炭２５％、
およびバインダーとしてベントナイト１％を配合した
後、ミキサーにより混合し、その後水分を添加して、ペ
レットまたはブリケットとし、または粉体状のまま、ま
たはフレーク状、シート状に成形したものをそれぞれ原
料として用い、これを回転床炉に装入して還元鉄を製造
し、生産性の評価を行った。

【００３４】

【表１】

【００３５】粉鉄鉱石、粉石炭およびバインダーの混合
にはアイリッヒミキサーを使用した。ペレットの製造に
は皿型造粒機を用い、ブリケットの製造にはダブルロー
ルにブリケット型の溝をもつブリケットマシーンを用い
た。粉体状のものは特に加工は加えなかった。また、フ
レーク状およびシート状のものは、溝のない平型のダブ
ルロールにより製造した。水分が５％の場合は粉体層に
粘着性がなく、フレーク状となったが、水分が１２％の
場合は粉体層に粘着性があり、シート状となった。

【００３６】焼成には、外径が４０ｍ、内径が３５ｍの
炉床（回転床）を有する回転床炉を用いた。

【００３７】本発明方法においては、この回転床炉に、
前記の図１に示したように５段の原料装入を行い、冷却
ゾーンを設けずに焼成を行った。すなわち、粉鉄鉱石と
粉石炭とベントナイトを適量の水分を含ませてミキサー
５で混合した後、原料ホッパー４に搬送し、原料装入装
置２に移送した。原料装入装置は、ペレット製造のため
の造粒機、あるいはブリケットや、フレーク状、シート
状に成形するためのダブルロールの取り付けが可能であ
り、それらのいずれかを取り付けて原料を所定の形状な
いしは形態に成形した後、炉床上に装入した。なお、粉
体状の原料を用いる場合は、ダブルロールを通過させ
ず、そのまま炉床上に投入した。

【００３８】投入された原料は炉床（回転床１）の回転
に伴い移動し、その間焼成され、前記図１（ｂ）に示し
たように、１段目から５段目まで順次層をなして積載さ
れた。炉内の温度は１３００℃に維持し、５段目の焼成
が完了したときに、排出装置によりまとめて排出した。

【００３９】一方、比較のために、ペレットを用い、原
料装入を１段とし、炉床上に冷却ゾーンを設けて焼成を
行う従来法によっても焼成を行った。すなわち、図３の
（ａ）に示すように、粉鉄鉱石と粉石炭とベントナイト
をミキサー５（パグミルを使用）で混合した後、皿型造
粒機１７でペレットとし、乾燥設備１５で乾燥した後、
原料ホッパー４に送り、原料装入装置７から炉床６上に
投入し、１３００℃で焼成した。焼成後、冷却板１２で
冷却、固化し、スクリューフィーダー式の排鉱装置８に
より排出した。なお、図３の（ｂ）は（ａ）に示した炉
を用いたときの炉床上における原料の堆積状態を模式的
に示した図である。

【００４０】本発明方法および従来法のいずれもにおい
ても、操業に際しては、最終焼成品である還元鉄の金属
化率（ｍ−Ｆｅ／Ｔ．Ｆｅ）を化学分析により求め、金
属化率が９０％以上となるように回転床の回転速度を決
定した。なお、本実施例では、１段目および２段目以降
の各段とも同一の回転速度および原料供給速度で操業を
行い、特に段数に応じた回転速度および原料供給速度を
変更する扱いは実施しなかった。

【００４１】本発明方法において使用原料を変えた種々
のケース、および従来法について、生産率を求めた結果
を表２に示す。

【００４２】この結果から明らかなように、本発明方法
により単位面積当たりの還元鉄の生産速度は著しく向上
し、特に原料としてペレットやブリケットを用いるより
も、粉体状やシート状の原料を用い、層の厚みを５〜３
０ｍｍとした場合、特に高い生産速度が得られた。

【００４３】

【表２】

【００４４】

【発明の効果】上記本発明方法によれば、原料への伝熱
量を高めると同時に還元鉄の冷却を早めることができ、
高い生産率で還元鉄を製造するすることができる。ま
た、炉床レンガの寿命を延長させることも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するために用いる回転床炉に
ついての説明図で、（ａ）はこの回転床炉の一例の要部
の構成を示す図、（ｂ）はこの炉を用いて本発明方法を
実施したときの炉床上における原料の堆積状態を模式的
に示す図であり、（ｃ）はプッシャー式の排鉱装置によ
る排鉱時の状態を模式的に示す図である。

【図２】従来の方法で用いる回転床炉の要部の構成を示
す図で、（ａ）は炉の中心を含む縦断面図、（ｂ）は
（ａ）に示したＩ−Ｉ線における炉全体の横断面図であ
る。

【図３】従来の方法で用いる回転床炉の説明図で、
（ａ）はこの炉の要部の構成を示す図、（ｂ）はこの炉
を用いたときの炉床上における原料の堆積状態を模式的
に示す図である。

【符号の説明】

１：回転床２：原料装入装置３：排鉱装置４：原料ホッパー５：ミキサー６：炉床７：原料装入装置８：排鉱装置９：バーナ１０：空気噴射管１１：耐火レンガ１２：冷却板１３：煙道１４：駆動装置１５：乾燥設備１６：原料１７：皿型造粒機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粉状鉄原料と粉状固体還元剤とを混合した
混合原料を回転床炉内で焼成して還元鉄を製造する方法
において、炉床を回転させながら前記混合原料を炉床上
に層状に装入し、炉床を１回転させる間に焼成して還元
鉄とする工程の後、炉床をさらに１回転させる毎に、生
成した還元鉄層の上に新たな混合原料を層状に装入し、
焼成して還元鉄とする工程を少なくとも１回繰り返し、
得られた複数層の還元鉄を同時に回転床炉外へ排出する
ことを特徴とする還元鉄の製造方法。