還元金属の製造方法
【課題】移動型炉床炉の混合原料として、造粒原料を粉状原料と共に混合使用することにより、還元金属を有利に製造する技術を確立すること。
【解決手段】金属含有物および固体還元材を含む混合原料を、移動型炉床炉の水平移動する炉床上の固体還元材層上に装入し、その炉床が炉内を移動する間に前記混合原料を加熱還元し、少なくとも一度は溶融状態に導くことによって、還元金属を製造する方法において、前記混合原料として、この混合原料を１ｍｍ以上の粒径に造粒してなる造粒原料と、その造粒処理時に発生する粉状原料との混合物を用いることを提案する。
【解決手段】金属含有物および固体還元材を含む混合原料を、移動型炉床炉の水平移動する炉床上の固体還元材層上に装入し、その炉床が炉内を移動する間に前記混合原料を加熱還元し、少なくとも一度は溶融状態に導くことによって、還元金属を製造する方法において、前記混合原料として、この混合原料を１ｍｍ以上の粒径に造粒してなる造粒原料と、その造粒処理時に発生する粉状原料との混合物を用いることを提案する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動型炉床炉を使って金属含有物から還元金属を製造する方法に関し、とくに炉内を水平移動する炉床上に堆積させた金属含有物を、その炉床が炉内を移動する間に加熱還元することによって還元金属を連続的に製造する方法について提案する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属含有物から還元金属を製造する方法として、移動型炉床炉を用いる方法が研究されている。この方法では、特許文献１にも開示されているように、原料として、炭材や有機質粘結剤、無機質粘結剤を混合し、水を加えて生ペレットとし、これを乾燥したものを用いるのが普通である。
【０００３】
しかしながら、上記従来技術については以下のような問題点があった。それは、ペレット中に粉が含まれていると、その粉が炉床耐火物に付着して、炉床耐火物損傷の原因となることがある。その上、粉原料は空隙率が高く、空気を含むために熱伝導度が低く、装入原料全体の温度が上昇するための時間が塊原料に比べて長くなると考えられる。そのため、乾燥機から取り出された乾燥ペレットは、移動型炉床炉に装入する前に、篩分け処理によって篩上（造粒物）と篩下（篩下粉）とに分級した上で、規格内の粒径を有する健全な篩上乾燥ペレットである篩上ペレット（造粒原料）だけを移動型炉床炉内に装入していた。しかし、この方法は、上記の処理を行うため、篩分け設備の設置が必要になる。また、篩下は再度、造粒する必要があるため、再利用のために造粒前原料と混合するなどの工程が追加され、還元鉄の製造コストを上げる原因となっていた。
【０００４】
このような問題を解決する方法として、従来、特許文献２では、篩分けによって発生する篩下粉を処理するため、圧縮成形処理を行う方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１９３４２３号公報
【特許文献２】特開２００５−８９８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記改善技術の場合（特許文献２）もまた、篩下粉を処理するために行う圧縮成形工程を入れることでコスト高になるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、造粒原料を粉状原料と共に使用して還元金属を有利に製造する技術を確立することにより、移動型炉床炉の操業における上述した問題点を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、従来技術が抱えていた上述した課題を克服し、上記目的を実現できる方法として、下記の課題解決手段を開発した。
すなわち、本発明は、金属含有物および固体還元材を含む混合原料を、移動型炉床炉の水平移動する炉床上に装入し、その炉床が炉内を移動する間に前記混合原料を加熱還元し、少なくとも一度は溶融状態に導くことによって、還元金属を製造する方法において、前記混合原料として、この混合原料の造粒物のうちの粒径が１ｍｍ以上である造粒原料と、造粒処理時に発生する粉状原料との混合物を用いることを特徴とする還元金属の製造方法である。
【０００８】
本発明においては、
ａ．前記炉床上には、まず固体還元材を装入堆積させ、その固体還元材層の上に前記混合原料を装入堆積させること、
ｂ．前記粉状原料として、造粒物を篩分け処理して得られる篩下粉を用いること、
ｃ．前記粉状原料として、造粒処理時に発生するものの他さらに、未造粒処理生原料粉を用いること、
ｄ．前記粉状原料として、粒径が１ｍｍ未満の粉であるものを用いること、
ｅ．前記造粒原料は、金属酸化物含有湿原料粉に乾燥粉と固化剤とを加えて造粒したものであること、
ｆ．前記造粒物は、粉率が５〜５０ｍａｓｓ％であること、
ｇ．前記金属含有物が、製鉄ダストや製鉄スラッジの粉であること、
がより有効な解決手段となり得るものである。
【発明の効果】
【０００９】
上記要旨構成にかかる本発明の製造方法によれば、篩分け設備が不要もしくは簡略化できるようになり、操業コストが低減され、安価な還元金属を高い生産性をもって製造することができるようになる。また、粉原料もある程度粒径の大きなメタルとして回収できるため、炉床に原料が残存して炉床を損傷させることが無く、操業コストを抑えることに貢献できる。従って、本発明により得られた還元金属は、電気炉等の溶製金属製造用原料として、また、焼結金属用原料として、あるいはその他の原料として有用であり、これらの原料を安価に提供することができるようになる。さらに、本発明によれば、炭素含有量が高く一方では鉄分の少ない、製鉄所で発生する製鉄ダストなどから、従来技術の下では得られないような取り扱いの容易な高品質の還元金属を有利（低コスト）に製造することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
この発明の特徴は、移動する炉床上に装入して堆積させる混合原料として、粉状の出発原料を造粒して粒径の大きい（最小粒径≧１ｍｍ）造粒原料と、この造粒物を製造するときに発生する粉、即ち、造粒工程において造粒されずに残った粉を、篩分けすることなく、または篩分けを行った場合にはその篩下粉（−１ｍｍ）からなる粉状原料（最大粒径＜１ｍｍ）と混合するか、または全く造粒処理の工程を経ない未処理の生原料を混合する点にある。とくに、本発明は、前記造粒原料のまわりに前記粉状原料が付着して擬似粒子を形成するような形態で用いる点に特徴がある。このように粒状・粉状が混在する混合原料を炉床上に装入堆積させて加熱、還元処理を行うと、以下に説明するように、還元金属製造用還元炉の効率的な操業が可能になる。
【００１１】
以下、本発明の構成についてさらに詳しく説明する。発明者らはまず、造粒した粒状の酸化鉄（造粒原料）と、酸化鉄粉（粉状原料）とが混在している混合原料を用いて、上記移動型炉床炉による還元鉄製造実験を行った。その結果、小さな粉（粒径＜１ｍｍ）を含むにもかかわらず、還元鉄製造にかかる時間が従来とほとんど差がなく、高い生産性と品質のよいメタルが得られることを見出した。
【００１２】
本発明者らの研究によると、混合原料として、粒径の大きい造粒物のみを使用すると問題があることがわかった。即ち、発明者らは、造粒物のみを使用した場合と造粒物と粉を混合して用いた場合とについて、単一面積あたり同一装入量を処理した時に必要な処理時間について伝熱モデルを用いて検討した。
【００１３】
図１（ａ）は、造粒物のみを積載した場合の模式図を示すものである。モデル計算は、単位面積上に、面積占有率Ｓｓ、高さＨ０、見かけ密度ρｓの造粒物が置かれている例を仮定する。この時の空隙率は、１−Ｓｓで表わされ、かさ密度ρｐは、式１で表わすことができる。
（式１）
かさ密度＝Ｓｓ・ρｓ
【００１４】
また、図１（ｂ）は、造粒物と粉を積載した場合であり、粉の高さ（Ｈｐ）が造粒物の高さ（Ｈｓ）より低い場合の模式図を示している。この場合の密度は、高さＨｐ、かさ密度ρｐの粉が空隙に装入されると仮定すると、式２で表わされる。
（式２）
かさ密度＝（Ｈｓ・Ｓｓ・ρｓ＋Ｈｐ・（１−Ｓｓ）・ρｐ）／Ｈｓ
【００１５】
また、図１（ｃ）は、造粒物と粉を積載した場合であり、ＨｐがＨｓより高い場合の模式図を示している。この場合のかさ密度は、空隙を満たした粉が造粒物上に乗ったモデルを考えると、式３で表わされる。
（式３）
かさ密度＝
（Ｈｓ・Ｓｓ・ρｓ＋Ｈｐ・（１−Ｓｓ）・ρｐ）／（Ｈｐ−Ｈｓ）・ρｐ／Ｈｐ
【００１６】
ここで、単位面積あたりの装入量が常に一定であるとすると、造粒原料のみを使用したとき、以下の式４、式５に従う。
（式４）
Ｈ０・Ｓｓ・ρｓ
＝Ｈｓ・Ｓｓ・ρｓ＋Ｈｐ・(１−Ｓｓ)・ρｐ （Ｈｓ＞Ｈｐ）
（式５）
Ｈ０・Ｓｓ・ρｓ
＝Ｈｓ・Ｓｓ・ρｓ＋Ｈｓ・(１−Ｓｓ)・ρｐ＋（Ｈｐ−Ｈｓ） （Ｈｓ＜Ｈｐ）
また、この時の粉率は以下の式６に従う。
（式６）
Ｒｐ＝１−Ｈｓ／Ｈ０
【００１７】
そこで、それぞれのかさ密度を、表１の値を用いて、計算すると、図２に示すようになる。この図に示すように、造粒物に粉を混合したものでは、かさ密度は粉率５０ｍａｓｓ％程度で最大値をもつことがわかる。
【００１８】
【表１】
【００１９】
なお、発明者らの研究や他の研究者らの報告によると、移動型炉床炉において、装入原料の加熱を行う場合、原料層中の伝熱が律速となることが知られている。一般に、粉状原料は、造粒物に比べて、熱伝導度が低いのが普通である。従って、粉率が上昇しすぎると伝熱が遅くなり、粒鉄製造時間が長くなって、生産性が落ちる。一方で、粉率の上昇は原料のかさ密度を増加させ、層厚を低下させることで、生産性の増加が見込める可能性もある。以下、このことについてさらに検討する。
【００２０】
ここで、層内の伝熱速度は、以下の非定常位置次元伝熱方程式のようにモデル化することができる。
（式７）
【００２１】
ここでＴ：温度（Ｋ）、ｔ：時間（ｓ）、ｋ：熱伝導度（Ｗ／ｍＫ）、ρ：密度（ｋｇ／ｍ３）、Ｃｐ：比熱（Ｊ／ｋｇ／Ｋ）、ｘ：表面からの距離（ｍ）である。今、初期温度Ｔ１、層厚Ｈのシートを温度Ｔ０の炉に装入したときの、ｔ秒後の層内温度を考える。なお、底面は断熱とする。式１０の初期条件は、
ｔ＝０、ｘ−０において、Ｔ＝Ｔ１
境界条件は、
ｔ＝∞、ｘ＞０において、Ｔ＝Ｔ０
ｘ＝０、ｔ＞０において、Ｔ＝Ｔ０
ｘ＝Ｈ、ｔ＞０において、δＴ／δｘ＝０
である。これらの式を無次元化し、
【００２２】
式７に代入して整理すると式８のようになる。
（式８）
また初期条件、境界条件はそれぞれ以下のようになる。
θ＝０、ω＞０において、φ＝１
θ＝∞、ω＞０において、φ＝０
ω＝０、θ＞０において、φ＝０
ω＝１、θ＞０において、δφ／δω＝０
【００２３】
なお、式８にはφ、θ、ω以外の変数は含まれず、無次元温度φと無次元位置ωの関係、すなわち無次元温度分布を決定するのは無次元時間θ＝βｔのみである。この無次元化により、βの定義から層内の昇温速度はＨ−２と、ｋ／ρＣｐに比例することがわかる。
【００２４】
以上のことから、装入される原料の量を一定とすれば、ρＣｐは一定とみなすことができるので、造粒物のみを装入した時の粒鉄製造時間をｔ０、造粒物のみを装入した場合の層厚をＨ０、造粒物の熱伝導度をｋｓ、粉の熱伝導度をｋｐとすると、粒鉄製造時間ｔは以下のように表わすことができる。
【００２５】
即ち、粉率Ｒｐの時の粒鉄製造時間ｔは下記の式９のようになる。
（式９）
（式１０）
Ｔ＝（Ｈｐ／Ｈ０）２・（ｋｓ／ｋｐ）ｔ０
【００２６】
図３は、表２に示す値を用いて計算した粉率Ｒｐと粒鉄製造時間ｔの関係を示すものである。この図に示すように、粒鉄製造時間ｔｅは一度、低下したあとに増加することがわかる。これは、粉率が上昇したことによる層厚低下の効果によるものと考えられる。
【００２７】
【表２】
【００２８】
つまり、粉原料は、これまで、熱伝導度が小さく粒鉄製造時間を遅らせる可能性があると考えられていたが、ある程度の粉含有率であれば原料のかさ密度が上昇して、原料層厚が減少し、伝熱が速くなり、粒鉄製造時間が増加しないことがわかる。
【００２９】
本発明は、以上の知見に基づいて、開発した技術であって、造粒処理した総ての混合原料、もしくは篩上である粒径の大きい（最小粒径で１ｍｍ）造粒原料に対して、この造粒原料を篩分け処理によって得るときに、その篩下となる粉をも一定の割合で混合して、炉床上への装入することを提案する。
【００３０】
以上をまとめると、本発明において用いる混合原料としては、粉率が適当であれば、造粒処理したものを篩分け（分級）することなくそのまま、また分級が必要となるときは一定の粒径（≧１ｍｍ）の造粒原料とその造粒・分級時に発生した篩下粉を混合して用いる。好ましくは、上記粉率の範囲が適当であるものについては、篩分け機を通さずに、そのまま炉内に搬送して装入する。この好ましい方法は、篩分け機を稼動させる必要がないという点で効果がある。
【００３１】
また、本発明の他の実施形態では、炉床上と混合原料層との間に、固体還元材を装入堆積させておくことも有効である。一般に、粉状原料をも併せて装入する場合、塊状原料のみを装入するのと比べて、小粒径の銑滓が生じやすくなる。もし、小粒径のメタルが生成すると、粒鉄のハンドリング性が低下して、粒鉄の利用価値が低下してしまう。しかし、混合原料層の下に固体還元材を装入堆積させておくと、溶融した銑滓が炉床に付着することなく、自由に移動するようになり、粒子どうしが凝集して粒鉄の粒径が上昇すると考えられる。なお、このような効果は、炉床耐火物に炭素系耐火物を利用した場合や酸化物系耐火物上に付着防止用の粉状付着防止剤を積載した場合にも、同様の効果を得ることができる。
【００３２】
また、本発明のさらに他の実施形態では、造粒原料に対し、造粒処理時発生粉に代え、その一部を、未造粒処理に供したものでない未処理の生原料粉に置きかえて混合した混合原料粉を用いるようにしてもよい。
【００３３】
次に、上記造粒原料、とくに造粒処理した総ての混合原料を、分級することなく、そのまま装入原料とする場合に必要な条件、即ち、造粒物に対して適当な量の粉を含む混合原料の条件について検討する。即ち、造粒原料中に含まれる粉の割合「粉率」について検討する。
【００３４】
発明者らは、ガス加熱炉からなる実験設備を用い、粉率を変えた混合原料を用い、粉率変更時の還元鉄の生成時間について調査した。この調査のために、主原料の湿製鉄ダスト、乾焼結ダストに、固化剤（セメント）および水分を加えて転動造粒機により平均粒径１ｍｍ〜１０ｍｍ（最小粒径１ｍｍ）の造粒物を作製して使用した。固体還元材としては、粒径３ｍｍ以下の無煙炭を用いた。
【００３５】
そして、得られた造粒物には、原料粉の前記比率を変えて混合してなる混合原料を、試料容器内に積み付けた。この試料容器は０．５ｍ×０．５ｍの有効面積をもつものであり、固体還元材層として、３０ｍｍの層厚で無煙炭を敷詰め、その上に、上記混合原料を載置し、さらに、その混合原料層の表面には、凹部を設けた。この実験では、混合原料の装入量は一定とした。
【００３６】
図４は、粉の発生比率（以下、単に「粉率」という）に対する嵩密度および積みつけ時の理論層厚（原料装入層厚）の関係を示す。この図から明らかなように、粉率（混合原料中に含まれる粉状原料の割合）が５０ｍａｓｓ％程度までは、嵩密度は１．２ｔ／ｍ３から１．５ｔ／ｍ３まで増大し、装入される原料装入層厚は１５ｍｍから１２ｍｍへと薄くなることがわかる。しかし、前記粉率が５０ｍａｓｓ％を超えると、前記嵩密度は減少し、装入原料の層厚が厚くなることがわかる。つまり、上述した伝熱モデルで検討したとおり、混合原料の装入量が同じである場合、原料の嵩密度が大きい程、炉床上に堆積させた原料装入層の厚みは薄くなるので、原料装入層中での熱伝導効率がよくなる。従って、粉状原料と造粒原料とを生産性を落とさずに、一緒に装入することができるようになる。
【００３７】
前記粉率は、混合原料中に含まれる造粒原料に対する−１ｍｍの粉の質量百分率（ｍａｓｓ％）で表される。この粉率が大きすぎるものは、造粒原料に対して粉の割合が大きすぎる（＞５０ｍａｓｓ％）場合であり、原料装入層の嵩密度が小さくなり、原料装入層内の伝熱の効果が小さくなると共に、搬送設備や炉内への付着、排ガス中への同伴が著しくなり、操業に支障をきたす。なお、造粒物は、この造粒物の強度がある程度高いものであったとしても、造粒処理や製品のハンドリング時に少なくとも数ｍａｓｓ％程度は粉が不可避に発生する。即ち、造粒処理時に粉が発生しないようにすることは極めて難しく、そのためには、造粒物の強度を上げることが必要である。即ち、前記粉率は、これを５ｍａｓｓ％未満にすることは、原料コストがかさむので好ましくない。そこで、本発明においては、該粉率の好適範囲を５〜５０ｍａｓｓ％程度とした。特に、粉率は１０〜３０ｍａｓｓ％の範囲が望ましい。それは、図３に示すように、粉率がこの範囲内であれば、すべてが１ｍｍ以上の造粒物である場合の粒鉄生成時間の８０ｍａｓｓ％以下の時間で生成させることができ、生産性の顕著な向上効果を実現できる。
【００３８】
造粒物の粉率に関し、発明者らは、さらに次のような実験を行った。この実験は、実験装置内に造粒物試料の容器を入れ、１５００℃に一定時間加熱保持して前記造粒物を還元し、少なくとも一部は溶融した状態にしたのち取り出し、還元鉄の生成時間を調査した。その結果を図５に示す。この図から明らかなように、粉率が５０ｍａｓｓ％までは、還元鉄の生成時間は、造粒原料と同じであった。前述のモデルでは粉率２０％程度までは造粒物のみの還元鉄の生成時間に比べて減少することが予想されていた。これは前述のモデルでは、球形のペレットを円柱状に簡略化していた点、および目視で行っている還元鉄の生成時間の測定精度が低いなどの点から、還元鉄の生成時間が減少する現象を観察することができなかったからである。しかし、この度の調査結果から、粉原料は５０ｍａｓｓ％まで装入しても、還元鉄の生成時間を延ばすことはなく、生産性が落ちないことが明らかになった。
【００３９】
本発明において、前記金属含有物としては、鉄鉱石、Ｃｒ鉱石、Ｎｉ鉱石、砂鉄、還元鉄粉、製鉄ダスト、ステンレス精練ダスト、製鉄スラッジなどの鉄分、Ｎｉ分、Ｃｒ分、Ｚｎ分、Ｐｂ分などを含有する湿原料粉を使用することができる。
【００４０】
本発明において用いる前記固体還元材としては、石炭チャー、コークス、一般炭、無煙炭などの炭素含有材料を主として用いることができる。
【００４１】
上記金属含有物や固体還元材からなる混合原料を造粒する場合において、上記湿原料粉にはさらに乾燥粉や固化剤を加えることが望ましい。その乾燥粉としては、乾燥させた原料の微粉、焼結集塵粉、サイクロンダストなどを使用することができ、その配合比率は造粒物の粒度に応じて適宜に調節することが好ましい。
【００４２】
前記固化剤としては、ボルトランドセメント、高炉セメント、澱粉、硫酸バンド、べントナイトなどを使用することができ、その配合比率は、内枠量で１〜１０ｍａｓｓ％程度とすることが望ましい。この固化剤配合比率が大きすぎると、原料含有比率が低下し、生産性を維持するために設備負荷が高くなるので望ましくない。
【００４３】
造粒物のうちの篩上造粒原料としては、粒径１〜１０ｍｍ程度（ただし、最小粒径１ｍｍ以上）の大きさのものが望ましい。これは平均径がこの粒径範囲にあることを示しており、この範囲外の粒径のものが含まれてもよい。造粒物の形状はいかなるものでも構わない。設定粉率の範囲内であれば、炉床上に装入した時に粉化しても構わないので、偏平、楕円、棒状等の造粒物でもあってもよい。
【００４４】
造粒機としては、転動造粒機、押し出し造粒機、圧縮造粒機などを用いることができる。
【００４５】
次に、前記混合原料中に内装すべき固体還元材の含有量について説明する。
混合原料中に含まれる酸化鉄等の還元に必要な理論炭素量をＡ、原料中に含まれる固体還元材中の炭素の含有量をＢとし、Ａに対するＢの割合（Ｂ／Ａ）を炭材比とすると、炭材比が低すぎると、溶融物の還元に時間がかかり生産性が低下する。一方、炭材比が高すぎると還元生成物の溶融が困難となり、更には原料の装入堆積層の層厚が大きくなり、操業負荷が増大する。このような観点から本発明では、前記炭材比は０．８〜４．０程度の混合原料とすることが好ましい。
【００４６】
これら金属含有物および固体還元材は、それぞれ単一種類のものを使用してもよいし、また、各々２種以上のものを混合して使用してもよい。また、混合原料中には、溶融時に還元鉄や灰分の溶融を容易にするために必要な最小限の副原料を添加してもよい。このような副原料としては、石灰石、螢石、蛇紋岩、ドロマイトなどが使用できる。さらに、これらの原料素材は、ブリケットやペレットなどのように予め塊状化したものを用いてもよい。
【００４７】
次に、前記造粒原料と粉状原料との、移動炉床上への望ましい装入形態について説明する。
本発明方法に適合する装入方法としては、造粒原料の表面ならびにこれらの相互間に前記粉状原料が介在するように行う。即ち、造粒原料の表面に粉状原料が付着して擬似粒子を形成するような形態となることが好ましく、さらに造粒原料と他の造粒原料との間隙に粉状原料が介在するように装入されることが好ましい。
これは金属含有物と固体還元剤とを混合して造粒した際に生成した造粒物と造粒されずに残った粉をそのまま移動型炉床炉の炉床上へ装入することで容易に実現できる。あるいは、造粒物と粉とを篩分けした後に改めて造粒物と篩下粉とを混合してもよい。さらに篩下粉に加えて未造粒の生原料粉を一緒に混合してもよい。
【実施例】
【００４８】
この実施例は、移動型炉床炉として、図６に示すような直径２．２ｍの回転テーブル上（移動炉床）に、アルミナ系耐火物を取り付けた移動炉床１と、その移動する炉床上を環状の炉体にて覆うと共にバーナー１３を設置してなる回転炉床炉１０を用いて、還元鉄を製造する操業例である。この図６に示す回転炉床炉１０は、予熱帯１０ａ、還元帯１０ｂ、溶融帯１０ｃおよび冷却帯１０ｄに区画されている。また、この回転炉炉床１０の移動炉床上には、鉄系原料とコークスとを含む混合原料を堆積した原料層２が形成されてる。
【００４９】
なお、炉床上、とくに固体還元材層上に生成したメタルおよびスラグの排出に当たっては、これらを固体還元材層の上層部分と共に炉外に排出し、篩によってメタルとスラグと固体還元材とに分離し、固体還元材については再び固体還元材層として利用した。また、炉内の予熱帯〜冷却帯間の温度パターンは変更せず、排出装置１１の位置でのスラグ、メタルの分離状況を確認し、分離が十分できる速度に炉床１の速度を設定した。また、炉の供給口における原料の積みつけ方法は、炉床１上の装入装置１２により、該炉床１上には予め固体還元材層を形成しておき、その上に混合原料を積みつけた。さらに、原料装入層２の表面には、凸部のあるローラーにて原料装入層表面に多数の凹部を形成した。
【００５０】
原料の造粒については、転動型造粒機により、主原料として湿製鉄ダスト、乾焼結ダスト、固化剤としてセメント、および水分を適量添加して、粒径１〜１０ｍｍのペレットを造粒した。この生ペレットは、乾燥機または野積み養生にて含有水分１０ｍａｓｓ％以下まで乾燥させた。次に、この乾燥ペレットを篩目１ｍｍのグリズリーで篩分けし、篩下の粉は、返鉱コンベアにより再びペレタイザ一に戻し、篩上粒子（≧１ｍｍ）のみを移動炉床１上に装入した。
【００５１】
（従来例）
この従来方法では、造粒ペレットを１ｍｍグリズリーにて分級し、＋１ｍｍのペレット（造粒原料）のみを炉床上に装入して、粉率０％のペレットを用いて操業した。この時の造粒機稼働率、水分添加率、固化剤添加率を１００％とし、この操業での還元鉄生産性を１００％として、以下の発明法１〜３までの操業結果と比較した。
【００５２】
（発明例１）
この方法は、造粒時の水分添加率を６０ｍａｓｓ％としたところ、造粒歩留まりが６割程度（即ち、粉率：約４０ｍａｓｓ％）であった。グリズリーを使わず、造粒物と未造粒粉、破砕粉等の粉の全量を炉内に装入して操業したところ、生産性は従来法と変わらなかった。
そして、この方法では水分添加率を低減し、造粒物の含有水分量を少なくしたことにより、野積み養生日数が短縮および乾燥機の電力コスト低減が可能になった。さらに、この方法では、造粒物の分級により発生する粉を返し鉱にする設備が不要となり、還元鉄製造コストが９０％と低減した。
【００５３】
（発明例２）
この方法では、造粒時の固化剤添加率を６０ｍａｓｓ％としたところ、造粒歩留まりが６割程度（粉率：約４０ｍａｓｓ％）であった。グリズリーを使うことなく、造粒物と未造粒粉、破砕粉等の粉全量を炉内に装入して操業したところ、生産性は従来法と変わらなかった。
そして、この方法の場合、固化剤の使用比率を低減したことにより、固化剤コストが低減され、造粒時に篩下粉を返鉱とする設備が不要となり、還元鉄製造コストが９０％と低下した。
【００５４】
（発明例３）
この方法では、造粒機の稼働率を６０％とし、造粒に供しない生原料粉を４０ｍａｓｓ％と混合して炉床上に装入した。生産性は従来法と変わらなかった。そしてこの方法では造粒機稼働率を低減することにより、造粒機電力コストおよび設備補修コストが著しく低減し、さらに、造粒時の篩下の粉を返鉱にする設備が不要となり、還元鉄製造コストが８５％と大幅に低下した。
以上、この実施例の結果について表３にまとめて示す。
【００５５】
【表３】
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、製鉄所で発生するダストやスラッジの如き副生物から還元金属を製造する方法だけでなく、鉄鉱石の還元操業において、電気炉等へのハンドリングの容易な原料用粒状メタルの製造技術としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】伝熱モデルの模式図である。
【図２】粉率と密度との関係を示すグラフである。
【図３】粉率と還元鉄の生成時間との関係を示すグラフである。
【図４】粉率に対する嵩密度および積みつけ時の理論層厚との関係を示すグラフである。
【図５】粉率と生産性との関係を示すグラフである。
【図６】回転炉床炉の一例を示す略線図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 移動炉床
２ 原料装入層
１０ａ 予熱帯
１０ｂ 還元帯
１０ｃ 溶融帯
１０ｄ 冷却帯
１１ 排出装置
１２ 装入装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動型炉床炉を使って金属含有物から還元金属を製造する方法に関し、とくに炉内を水平移動する炉床上に堆積させた金属含有物を、その炉床が炉内を移動する間に加熱還元することによって還元金属を連続的に製造する方法について提案する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属含有物から還元金属を製造する方法として、移動型炉床炉を用いる方法が研究されている。この方法では、特許文献１にも開示されているように、原料として、炭材や有機質粘結剤、無機質粘結剤を混合し、水を加えて生ペレットとし、これを乾燥したものを用いるのが普通である。
【０００３】
しかしながら、上記従来技術については以下のような問題点があった。それは、ペレット中に粉が含まれていると、その粉が炉床耐火物に付着して、炉床耐火物損傷の原因となることがある。その上、粉原料は空隙率が高く、空気を含むために熱伝導度が低く、装入原料全体の温度が上昇するための時間が塊原料に比べて長くなると考えられる。そのため、乾燥機から取り出された乾燥ペレットは、移動型炉床炉に装入する前に、篩分け処理によって篩上（造粒物）と篩下（篩下粉）とに分級した上で、規格内の粒径を有する健全な篩上乾燥ペレットである篩上ペレット（造粒原料）だけを移動型炉床炉内に装入していた。しかし、この方法は、上記の処理を行うため、篩分け設備の設置が必要になる。また、篩下は再度、造粒する必要があるため、再利用のために造粒前原料と混合するなどの工程が追加され、還元鉄の製造コストを上げる原因となっていた。
【０００４】
このような問題を解決する方法として、従来、特許文献２では、篩分けによって発生する篩下粉を処理するため、圧縮成形処理を行う方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１９３４２３号公報
【特許文献２】特開２００５−８９８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記改善技術の場合（特許文献２）もまた、篩下粉を処理するために行う圧縮成形工程を入れることでコスト高になるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、造粒原料を粉状原料と共に使用して還元金属を有利に製造する技術を確立することにより、移動型炉床炉の操業における上述した問題点を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、従来技術が抱えていた上述した課題を克服し、上記目的を実現できる方法として、下記の課題解決手段を開発した。
すなわち、本発明は、金属含有物および固体還元材を含む混合原料を、移動型炉床炉の水平移動する炉床上に装入し、その炉床が炉内を移動する間に前記混合原料を加熱還元し、少なくとも一度は溶融状態に導くことによって、還元金属を製造する方法において、前記混合原料として、この混合原料の造粒物のうちの粒径が１ｍｍ以上である造粒原料と、造粒処理時に発生する粉状原料との混合物を用いることを特徴とする還元金属の製造方法である。
【０００８】
本発明においては、
ａ．前記炉床上には、まず固体還元材を装入堆積させ、その固体還元材層の上に前記混合原料を装入堆積させること、
ｂ．前記粉状原料として、造粒物を篩分け処理して得られる篩下粉を用いること、
ｃ．前記粉状原料として、造粒処理時に発生するものの他さらに、未造粒処理生原料粉を用いること、
ｄ．前記粉状原料として、粒径が１ｍｍ未満の粉であるものを用いること、
ｅ．前記造粒原料は、金属酸化物含有湿原料粉に乾燥粉と固化剤とを加えて造粒したものであること、
ｆ．前記造粒物は、粉率が５〜５０ｍａｓｓ％であること、
ｇ．前記金属含有物が、製鉄ダストや製鉄スラッジの粉であること、
がより有効な解決手段となり得るものである。
【発明の効果】
【０００９】
上記要旨構成にかかる本発明の製造方法によれば、篩分け設備が不要もしくは簡略化できるようになり、操業コストが低減され、安価な還元金属を高い生産性をもって製造することができるようになる。また、粉原料もある程度粒径の大きなメタルとして回収できるため、炉床に原料が残存して炉床を損傷させることが無く、操業コストを抑えることに貢献できる。従って、本発明により得られた還元金属は、電気炉等の溶製金属製造用原料として、また、焼結金属用原料として、あるいはその他の原料として有用であり、これらの原料を安価に提供することができるようになる。さらに、本発明によれば、炭素含有量が高く一方では鉄分の少ない、製鉄所で発生する製鉄ダストなどから、従来技術の下では得られないような取り扱いの容易な高品質の還元金属を有利（低コスト）に製造することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
この発明の特徴は、移動する炉床上に装入して堆積させる混合原料として、粉状の出発原料を造粒して粒径の大きい（最小粒径≧１ｍｍ）造粒原料と、この造粒物を製造するときに発生する粉、即ち、造粒工程において造粒されずに残った粉を、篩分けすることなく、または篩分けを行った場合にはその篩下粉（−１ｍｍ）からなる粉状原料（最大粒径＜１ｍｍ）と混合するか、または全く造粒処理の工程を経ない未処理の生原料を混合する点にある。とくに、本発明は、前記造粒原料のまわりに前記粉状原料が付着して擬似粒子を形成するような形態で用いる点に特徴がある。このように粒状・粉状が混在する混合原料を炉床上に装入堆積させて加熱、還元処理を行うと、以下に説明するように、還元金属製造用還元炉の効率的な操業が可能になる。
【００１１】
以下、本発明の構成についてさらに詳しく説明する。発明者らはまず、造粒した粒状の酸化鉄（造粒原料）と、酸化鉄粉（粉状原料）とが混在している混合原料を用いて、上記移動型炉床炉による還元鉄製造実験を行った。その結果、小さな粉（粒径＜１ｍｍ）を含むにもかかわらず、還元鉄製造にかかる時間が従来とほとんど差がなく、高い生産性と品質のよいメタルが得られることを見出した。
【００１２】
本発明者らの研究によると、混合原料として、粒径の大きい造粒物のみを使用すると問題があることがわかった。即ち、発明者らは、造粒物のみを使用した場合と造粒物と粉を混合して用いた場合とについて、単一面積あたり同一装入量を処理した時に必要な処理時間について伝熱モデルを用いて検討した。
【００１３】
図１（ａ）は、造粒物のみを積載した場合の模式図を示すものである。モデル計算は、単位面積上に、面積占有率Ｓｓ、高さＨ０、見かけ密度ρｓの造粒物が置かれている例を仮定する。この時の空隙率は、１−Ｓｓで表わされ、かさ密度ρｐは、式１で表わすことができる。
（式１）
かさ密度＝Ｓｓ・ρｓ
【００１４】
また、図１（ｂ）は、造粒物と粉を積載した場合であり、粉の高さ（Ｈｐ）が造粒物の高さ（Ｈｓ）より低い場合の模式図を示している。この場合の密度は、高さＨｐ、かさ密度ρｐの粉が空隙に装入されると仮定すると、式２で表わされる。
（式２）
かさ密度＝（Ｈｓ・Ｓｓ・ρｓ＋Ｈｐ・（１−Ｓｓ）・ρｐ）／Ｈｓ
【００１５】
また、図１（ｃ）は、造粒物と粉を積載した場合であり、ＨｐがＨｓより高い場合の模式図を示している。この場合のかさ密度は、空隙を満たした粉が造粒物上に乗ったモデルを考えると、式３で表わされる。
（式３）
かさ密度＝
（Ｈｓ・Ｓｓ・ρｓ＋Ｈｐ・（１−Ｓｓ）・ρｐ）／（Ｈｐ−Ｈｓ）・ρｐ／Ｈｐ
【００１６】
ここで、単位面積あたりの装入量が常に一定であるとすると、造粒原料のみを使用したとき、以下の式４、式５に従う。
（式４）
Ｈ０・Ｓｓ・ρｓ
＝Ｈｓ・Ｓｓ・ρｓ＋Ｈｐ・(１−Ｓｓ)・ρｐ （Ｈｓ＞Ｈｐ）
（式５）
Ｈ０・Ｓｓ・ρｓ
＝Ｈｓ・Ｓｓ・ρｓ＋Ｈｓ・(１−Ｓｓ)・ρｐ＋（Ｈｐ−Ｈｓ） （Ｈｓ＜Ｈｐ）
また、この時の粉率は以下の式６に従う。
（式６）
Ｒｐ＝１−Ｈｓ／Ｈ０
【００１７】
そこで、それぞれのかさ密度を、表１の値を用いて、計算すると、図２に示すようになる。この図に示すように、造粒物に粉を混合したものでは、かさ密度は粉率５０ｍａｓｓ％程度で最大値をもつことがわかる。
【００１８】
【表１】
【００１９】
なお、発明者らの研究や他の研究者らの報告によると、移動型炉床炉において、装入原料の加熱を行う場合、原料層中の伝熱が律速となることが知られている。一般に、粉状原料は、造粒物に比べて、熱伝導度が低いのが普通である。従って、粉率が上昇しすぎると伝熱が遅くなり、粒鉄製造時間が長くなって、生産性が落ちる。一方で、粉率の上昇は原料のかさ密度を増加させ、層厚を低下させることで、生産性の増加が見込める可能性もある。以下、このことについてさらに検討する。
【００２０】
ここで、層内の伝熱速度は、以下の非定常位置次元伝熱方程式のようにモデル化することができる。
（式７）
【００２１】
ここでＴ：温度（Ｋ）、ｔ：時間（ｓ）、ｋ：熱伝導度（Ｗ／ｍＫ）、ρ：密度（ｋｇ／ｍ３）、Ｃｐ：比熱（Ｊ／ｋｇ／Ｋ）、ｘ：表面からの距離（ｍ）である。今、初期温度Ｔ１、層厚Ｈのシートを温度Ｔ０の炉に装入したときの、ｔ秒後の層内温度を考える。なお、底面は断熱とする。式１０の初期条件は、
ｔ＝０、ｘ−０において、Ｔ＝Ｔ１
境界条件は、
ｔ＝∞、ｘ＞０において、Ｔ＝Ｔ０
ｘ＝０、ｔ＞０において、Ｔ＝Ｔ０
ｘ＝Ｈ、ｔ＞０において、δＴ／δｘ＝０
である。これらの式を無次元化し、
【００２２】
式７に代入して整理すると式８のようになる。
（式８）
また初期条件、境界条件はそれぞれ以下のようになる。
θ＝０、ω＞０において、φ＝１
θ＝∞、ω＞０において、φ＝０
ω＝０、θ＞０において、φ＝０
ω＝１、θ＞０において、δφ／δω＝０
【００２３】
なお、式８にはφ、θ、ω以外の変数は含まれず、無次元温度φと無次元位置ωの関係、すなわち無次元温度分布を決定するのは無次元時間θ＝βｔのみである。この無次元化により、βの定義から層内の昇温速度はＨ−２と、ｋ／ρＣｐに比例することがわかる。
【００２４】
以上のことから、装入される原料の量を一定とすれば、ρＣｐは一定とみなすことができるので、造粒物のみを装入した時の粒鉄製造時間をｔ０、造粒物のみを装入した場合の層厚をＨ０、造粒物の熱伝導度をｋｓ、粉の熱伝導度をｋｐとすると、粒鉄製造時間ｔは以下のように表わすことができる。
【００２５】
即ち、粉率Ｒｐの時の粒鉄製造時間ｔは下記の式９のようになる。
（式９）
（式１０）
Ｔ＝（Ｈｐ／Ｈ０）２・（ｋｓ／ｋｐ）ｔ０
【００２６】
図３は、表２に示す値を用いて計算した粉率Ｒｐと粒鉄製造時間ｔの関係を示すものである。この図に示すように、粒鉄製造時間ｔｅは一度、低下したあとに増加することがわかる。これは、粉率が上昇したことによる層厚低下の効果によるものと考えられる。
【００２７】
【表２】
【００２８】
つまり、粉原料は、これまで、熱伝導度が小さく粒鉄製造時間を遅らせる可能性があると考えられていたが、ある程度の粉含有率であれば原料のかさ密度が上昇して、原料層厚が減少し、伝熱が速くなり、粒鉄製造時間が増加しないことがわかる。
【００２９】
本発明は、以上の知見に基づいて、開発した技術であって、造粒処理した総ての混合原料、もしくは篩上である粒径の大きい（最小粒径で１ｍｍ）造粒原料に対して、この造粒原料を篩分け処理によって得るときに、その篩下となる粉をも一定の割合で混合して、炉床上への装入することを提案する。
【００３０】
以上をまとめると、本発明において用いる混合原料としては、粉率が適当であれば、造粒処理したものを篩分け（分級）することなくそのまま、また分級が必要となるときは一定の粒径（≧１ｍｍ）の造粒原料とその造粒・分級時に発生した篩下粉を混合して用いる。好ましくは、上記粉率の範囲が適当であるものについては、篩分け機を通さずに、そのまま炉内に搬送して装入する。この好ましい方法は、篩分け機を稼動させる必要がないという点で効果がある。
【００３１】
また、本発明の他の実施形態では、炉床上と混合原料層との間に、固体還元材を装入堆積させておくことも有効である。一般に、粉状原料をも併せて装入する場合、塊状原料のみを装入するのと比べて、小粒径の銑滓が生じやすくなる。もし、小粒径のメタルが生成すると、粒鉄のハンドリング性が低下して、粒鉄の利用価値が低下してしまう。しかし、混合原料層の下に固体還元材を装入堆積させておくと、溶融した銑滓が炉床に付着することなく、自由に移動するようになり、粒子どうしが凝集して粒鉄の粒径が上昇すると考えられる。なお、このような効果は、炉床耐火物に炭素系耐火物を利用した場合や酸化物系耐火物上に付着防止用の粉状付着防止剤を積載した場合にも、同様の効果を得ることができる。
【００３２】
また、本発明のさらに他の実施形態では、造粒原料に対し、造粒処理時発生粉に代え、その一部を、未造粒処理に供したものでない未処理の生原料粉に置きかえて混合した混合原料粉を用いるようにしてもよい。
【００３３】
次に、上記造粒原料、とくに造粒処理した総ての混合原料を、分級することなく、そのまま装入原料とする場合に必要な条件、即ち、造粒物に対して適当な量の粉を含む混合原料の条件について検討する。即ち、造粒原料中に含まれる粉の割合「粉率」について検討する。
【００３４】
発明者らは、ガス加熱炉からなる実験設備を用い、粉率を変えた混合原料を用い、粉率変更時の還元鉄の生成時間について調査した。この調査のために、主原料の湿製鉄ダスト、乾焼結ダストに、固化剤（セメント）および水分を加えて転動造粒機により平均粒径１ｍｍ〜１０ｍｍ（最小粒径１ｍｍ）の造粒物を作製して使用した。固体還元材としては、粒径３ｍｍ以下の無煙炭を用いた。
【００３５】
そして、得られた造粒物には、原料粉の前記比率を変えて混合してなる混合原料を、試料容器内に積み付けた。この試料容器は０．５ｍ×０．５ｍの有効面積をもつものであり、固体還元材層として、３０ｍｍの層厚で無煙炭を敷詰め、その上に、上記混合原料を載置し、さらに、その混合原料層の表面には、凹部を設けた。この実験では、混合原料の装入量は一定とした。
【００３６】
図４は、粉の発生比率（以下、単に「粉率」という）に対する嵩密度および積みつけ時の理論層厚（原料装入層厚）の関係を示す。この図から明らかなように、粉率（混合原料中に含まれる粉状原料の割合）が５０ｍａｓｓ％程度までは、嵩密度は１．２ｔ／ｍ３から１．５ｔ／ｍ３まで増大し、装入される原料装入層厚は１５ｍｍから１２ｍｍへと薄くなることがわかる。しかし、前記粉率が５０ｍａｓｓ％を超えると、前記嵩密度は減少し、装入原料の層厚が厚くなることがわかる。つまり、上述した伝熱モデルで検討したとおり、混合原料の装入量が同じである場合、原料の嵩密度が大きい程、炉床上に堆積させた原料装入層の厚みは薄くなるので、原料装入層中での熱伝導効率がよくなる。従って、粉状原料と造粒原料とを生産性を落とさずに、一緒に装入することができるようになる。
【００３７】
前記粉率は、混合原料中に含まれる造粒原料に対する−１ｍｍの粉の質量百分率（ｍａｓｓ％）で表される。この粉率が大きすぎるものは、造粒原料に対して粉の割合が大きすぎる（＞５０ｍａｓｓ％）場合であり、原料装入層の嵩密度が小さくなり、原料装入層内の伝熱の効果が小さくなると共に、搬送設備や炉内への付着、排ガス中への同伴が著しくなり、操業に支障をきたす。なお、造粒物は、この造粒物の強度がある程度高いものであったとしても、造粒処理や製品のハンドリング時に少なくとも数ｍａｓｓ％程度は粉が不可避に発生する。即ち、造粒処理時に粉が発生しないようにすることは極めて難しく、そのためには、造粒物の強度を上げることが必要である。即ち、前記粉率は、これを５ｍａｓｓ％未満にすることは、原料コストがかさむので好ましくない。そこで、本発明においては、該粉率の好適範囲を５〜５０ｍａｓｓ％程度とした。特に、粉率は１０〜３０ｍａｓｓ％の範囲が望ましい。それは、図３に示すように、粉率がこの範囲内であれば、すべてが１ｍｍ以上の造粒物である場合の粒鉄生成時間の８０ｍａｓｓ％以下の時間で生成させることができ、生産性の顕著な向上効果を実現できる。
【００３８】
造粒物の粉率に関し、発明者らは、さらに次のような実験を行った。この実験は、実験装置内に造粒物試料の容器を入れ、１５００℃に一定時間加熱保持して前記造粒物を還元し、少なくとも一部は溶融した状態にしたのち取り出し、還元鉄の生成時間を調査した。その結果を図５に示す。この図から明らかなように、粉率が５０ｍａｓｓ％までは、還元鉄の生成時間は、造粒原料と同じであった。前述のモデルでは粉率２０％程度までは造粒物のみの還元鉄の生成時間に比べて減少することが予想されていた。これは前述のモデルでは、球形のペレットを円柱状に簡略化していた点、および目視で行っている還元鉄の生成時間の測定精度が低いなどの点から、還元鉄の生成時間が減少する現象を観察することができなかったからである。しかし、この度の調査結果から、粉原料は５０ｍａｓｓ％まで装入しても、還元鉄の生成時間を延ばすことはなく、生産性が落ちないことが明らかになった。
【００３９】
本発明において、前記金属含有物としては、鉄鉱石、Ｃｒ鉱石、Ｎｉ鉱石、砂鉄、還元鉄粉、製鉄ダスト、ステンレス精練ダスト、製鉄スラッジなどの鉄分、Ｎｉ分、Ｃｒ分、Ｚｎ分、Ｐｂ分などを含有する湿原料粉を使用することができる。
【００４０】
本発明において用いる前記固体還元材としては、石炭チャー、コークス、一般炭、無煙炭などの炭素含有材料を主として用いることができる。
【００４１】
上記金属含有物や固体還元材からなる混合原料を造粒する場合において、上記湿原料粉にはさらに乾燥粉や固化剤を加えることが望ましい。その乾燥粉としては、乾燥させた原料の微粉、焼結集塵粉、サイクロンダストなどを使用することができ、その配合比率は造粒物の粒度に応じて適宜に調節することが好ましい。
【００４２】
前記固化剤としては、ボルトランドセメント、高炉セメント、澱粉、硫酸バンド、べントナイトなどを使用することができ、その配合比率は、内枠量で１〜１０ｍａｓｓ％程度とすることが望ましい。この固化剤配合比率が大きすぎると、原料含有比率が低下し、生産性を維持するために設備負荷が高くなるので望ましくない。
【００４３】
造粒物のうちの篩上造粒原料としては、粒径１〜１０ｍｍ程度（ただし、最小粒径１ｍｍ以上）の大きさのものが望ましい。これは平均径がこの粒径範囲にあることを示しており、この範囲外の粒径のものが含まれてもよい。造粒物の形状はいかなるものでも構わない。設定粉率の範囲内であれば、炉床上に装入した時に粉化しても構わないので、偏平、楕円、棒状等の造粒物でもあってもよい。
【００４４】
造粒機としては、転動造粒機、押し出し造粒機、圧縮造粒機などを用いることができる。
【００４５】
次に、前記混合原料中に内装すべき固体還元材の含有量について説明する。
混合原料中に含まれる酸化鉄等の還元に必要な理論炭素量をＡ、原料中に含まれる固体還元材中の炭素の含有量をＢとし、Ａに対するＢの割合（Ｂ／Ａ）を炭材比とすると、炭材比が低すぎると、溶融物の還元に時間がかかり生産性が低下する。一方、炭材比が高すぎると還元生成物の溶融が困難となり、更には原料の装入堆積層の層厚が大きくなり、操業負荷が増大する。このような観点から本発明では、前記炭材比は０．８〜４．０程度の混合原料とすることが好ましい。
【００４６】
これら金属含有物および固体還元材は、それぞれ単一種類のものを使用してもよいし、また、各々２種以上のものを混合して使用してもよい。また、混合原料中には、溶融時に還元鉄や灰分の溶融を容易にするために必要な最小限の副原料を添加してもよい。このような副原料としては、石灰石、螢石、蛇紋岩、ドロマイトなどが使用できる。さらに、これらの原料素材は、ブリケットやペレットなどのように予め塊状化したものを用いてもよい。
【００４７】
次に、前記造粒原料と粉状原料との、移動炉床上への望ましい装入形態について説明する。
本発明方法に適合する装入方法としては、造粒原料の表面ならびにこれらの相互間に前記粉状原料が介在するように行う。即ち、造粒原料の表面に粉状原料が付着して擬似粒子を形成するような形態となることが好ましく、さらに造粒原料と他の造粒原料との間隙に粉状原料が介在するように装入されることが好ましい。
これは金属含有物と固体還元剤とを混合して造粒した際に生成した造粒物と造粒されずに残った粉をそのまま移動型炉床炉の炉床上へ装入することで容易に実現できる。あるいは、造粒物と粉とを篩分けした後に改めて造粒物と篩下粉とを混合してもよい。さらに篩下粉に加えて未造粒の生原料粉を一緒に混合してもよい。
【実施例】
【００４８】
この実施例は、移動型炉床炉として、図６に示すような直径２．２ｍの回転テーブル上（移動炉床）に、アルミナ系耐火物を取り付けた移動炉床１と、その移動する炉床上を環状の炉体にて覆うと共にバーナー１３を設置してなる回転炉床炉１０を用いて、還元鉄を製造する操業例である。この図６に示す回転炉床炉１０は、予熱帯１０ａ、還元帯１０ｂ、溶融帯１０ｃおよび冷却帯１０ｄに区画されている。また、この回転炉炉床１０の移動炉床上には、鉄系原料とコークスとを含む混合原料を堆積した原料層２が形成されてる。
【００４９】
なお、炉床上、とくに固体還元材層上に生成したメタルおよびスラグの排出に当たっては、これらを固体還元材層の上層部分と共に炉外に排出し、篩によってメタルとスラグと固体還元材とに分離し、固体還元材については再び固体還元材層として利用した。また、炉内の予熱帯〜冷却帯間の温度パターンは変更せず、排出装置１１の位置でのスラグ、メタルの分離状況を確認し、分離が十分できる速度に炉床１の速度を設定した。また、炉の供給口における原料の積みつけ方法は、炉床１上の装入装置１２により、該炉床１上には予め固体還元材層を形成しておき、その上に混合原料を積みつけた。さらに、原料装入層２の表面には、凸部のあるローラーにて原料装入層表面に多数の凹部を形成した。
【００５０】
原料の造粒については、転動型造粒機により、主原料として湿製鉄ダスト、乾焼結ダスト、固化剤としてセメント、および水分を適量添加して、粒径１〜１０ｍｍのペレットを造粒した。この生ペレットは、乾燥機または野積み養生にて含有水分１０ｍａｓｓ％以下まで乾燥させた。次に、この乾燥ペレットを篩目１ｍｍのグリズリーで篩分けし、篩下の粉は、返鉱コンベアにより再びペレタイザ一に戻し、篩上粒子（≧１ｍｍ）のみを移動炉床１上に装入した。
【００５１】
（従来例）
この従来方法では、造粒ペレットを１ｍｍグリズリーにて分級し、＋１ｍｍのペレット（造粒原料）のみを炉床上に装入して、粉率０％のペレットを用いて操業した。この時の造粒機稼働率、水分添加率、固化剤添加率を１００％とし、この操業での還元鉄生産性を１００％として、以下の発明法１〜３までの操業結果と比較した。
【００５２】
（発明例１）
この方法は、造粒時の水分添加率を６０ｍａｓｓ％としたところ、造粒歩留まりが６割程度（即ち、粉率：約４０ｍａｓｓ％）であった。グリズリーを使わず、造粒物と未造粒粉、破砕粉等の粉の全量を炉内に装入して操業したところ、生産性は従来法と変わらなかった。
そして、この方法では水分添加率を低減し、造粒物の含有水分量を少なくしたことにより、野積み養生日数が短縮および乾燥機の電力コスト低減が可能になった。さらに、この方法では、造粒物の分級により発生する粉を返し鉱にする設備が不要となり、還元鉄製造コストが９０％と低減した。
【００５３】
（発明例２）
この方法では、造粒時の固化剤添加率を６０ｍａｓｓ％としたところ、造粒歩留まりが６割程度（粉率：約４０ｍａｓｓ％）であった。グリズリーを使うことなく、造粒物と未造粒粉、破砕粉等の粉全量を炉内に装入して操業したところ、生産性は従来法と変わらなかった。
そして、この方法の場合、固化剤の使用比率を低減したことにより、固化剤コストが低減され、造粒時に篩下粉を返鉱とする設備が不要となり、還元鉄製造コストが９０％と低下した。
【００５４】
（発明例３）
この方法では、造粒機の稼働率を６０％とし、造粒に供しない生原料粉を４０ｍａｓｓ％と混合して炉床上に装入した。生産性は従来法と変わらなかった。そしてこの方法では造粒機稼働率を低減することにより、造粒機電力コストおよび設備補修コストが著しく低減し、さらに、造粒時の篩下の粉を返鉱にする設備が不要となり、還元鉄製造コストが８５％と大幅に低下した。
以上、この実施例の結果について表３にまとめて示す。
【００５５】
【表３】
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、製鉄所で発生するダストやスラッジの如き副生物から還元金属を製造する方法だけでなく、鉄鉱石の還元操業において、電気炉等へのハンドリングの容易な原料用粒状メタルの製造技術としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】伝熱モデルの模式図である。
【図２】粉率と密度との関係を示すグラフである。
【図３】粉率と還元鉄の生成時間との関係を示すグラフである。
【図４】粉率に対する嵩密度および積みつけ時の理論層厚との関係を示すグラフである。
【図５】粉率と生産性との関係を示すグラフである。
【図６】回転炉床炉の一例を示す略線図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 移動炉床
２ 原料装入層
１０ａ 予熱帯
１０ｂ 還元帯
１０ｃ 溶融帯
１０ｄ 冷却帯
１１ 排出装置
１２ 装入装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属含有物および固体還元材を含む混合原料を、移動型炉床炉の水平移動する炉床上に装入し、その炉床が炉内を移動する間に前記混合原料を加熱還元し、少なくとも一度は溶融状態に導くことによって、還元金属を製造する方法において、
前記混合原料として、この混合原料のうちの粒径が１ｍｍ以上である造粒原料と、造粒処理時に発生する粉状原料との混合物を用いることを特徴とする還元金属の製造方法。
【請求項２】
前記炉床上には、まず固体還元材を装入堆積させ、その固体還元材層の上に前記混合原料を装入堆積させることを特徴とする請求項１に記載の還元金属の製造方法。
【請求項３】
前記粉状原料として、造粒物を篩分け処理して得られる篩下粉を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の還元金属の製造方法。
【請求項４】
前記粉状原料として、造粒処理時に発生するものの他さらに、造粒処理工程を経ない生原料粉を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の還元金属の製造方法。
【請求項５】
前記粉状原料は、粒径が１ｍｍ未満の粉であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の還元金属の製造方法。
【請求項６】
前記造粒原料は、金属酸化物含有湿原料粉に乾燥粉と固化剤とを加えて造粒したものであることを特徴とする請求項１に記載の還元金属の製造方法。
【請求項７】
前記造粒物は、粉率が５〜５０ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項１または６に記載の還元金属の製造方法。
【請求項８】
前記金属含有物が、製鉄ダストや製鉄スラッジの粉であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の還元金属の製造方法。
【請求項１】
金属含有物および固体還元材を含む混合原料を、移動型炉床炉の水平移動する炉床上に装入し、その炉床が炉内を移動する間に前記混合原料を加熱還元し、少なくとも一度は溶融状態に導くことによって、還元金属を製造する方法において、
前記混合原料として、この混合原料のうちの粒径が１ｍｍ以上である造粒原料と、造粒処理時に発生する粉状原料との混合物を用いることを特徴とする還元金属の製造方法。
【請求項２】
前記炉床上には、まず固体還元材を装入堆積させ、その固体還元材層の上に前記混合原料を装入堆積させることを特徴とする請求項１に記載の還元金属の製造方法。
【請求項３】
前記粉状原料として、造粒物を篩分け処理して得られる篩下粉を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の還元金属の製造方法。
【請求項４】
前記粉状原料として、造粒処理時に発生するものの他さらに、造粒処理工程を経ない生原料粉を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の還元金属の製造方法。
【請求項５】
前記粉状原料は、粒径が１ｍｍ未満の粉であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の還元金属の製造方法。
【請求項６】
前記造粒原料は、金属酸化物含有湿原料粉に乾燥粉と固化剤とを加えて造粒したものであることを特徴とする請求項１に記載の還元金属の製造方法。
【請求項７】
前記造粒物は、粉率が５〜５０ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項１または６に記載の還元金属の製造方法。
【請求項８】
前記金属含有物が、製鉄ダストや製鉄スラッジの粉であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の還元金属の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２３１４１９（Ｐ２００７−２３１４１９Ａ）
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１６５５（Ｐ２００７−２１６５５）
【出願日】平成１９年１月３１日（２００７．１．３１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１３年新エネルギー・産業技術総合開発機構基盤技術研究促進事業（民間基盤技術研究支援制度）、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受けるもの）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月３１日（２００７．１．３１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１３年新エネルギー・産業技術総合開発機構基盤技術研究促進事業（民間基盤技術研究支援制度）、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受けるもの）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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