部分還元鉄の製造方法及び製造設備
【課題】溶鉱炉で銑鉄を製造するために水平方向に移動する移動床において、還元材内装塊成鉱を部分的に迅速に還元し、高炉等の溶鉱炉用装入原料として好適な部分還元鉄を製造する製造方法およびその装置を提供する。
【解決手段】移動床１に、還元材内装塊成鉱６と金属セラミックス球８を混合状態で供給して、混合層２を形成し、混合層に燃焼装置１５ａで生成する１０００〜１３００℃の燃焼排ガス１６ａを通して、還元材内装塊成鉱を部分的に還元した後、混合層を冷却塔１４に投入して、部分還元鉄と金属セラミックス球を冷却し、冷却塔底部から、部分還元鉄と金属セラミックス球を分離して排出する。
【解決手段】移動床１に、還元材内装塊成鉱６と金属セラミックス球８を混合状態で供給して、混合層２を形成し、混合層に燃焼装置１５ａで生成する１０００〜１３００℃の燃焼排ガス１６ａを通して、還元材内装塊成鉱を部分的に還元した後、混合層を冷却塔１４に投入して、部分還元鉄と金属セラミックス球を冷却し、冷却塔底部から、部分還元鉄と金属セラミックス球を分離して排出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造設備を用い、炉内を水平方向に移動する移動床の上に、還元材内装塊成鉱と加熱媒体を含む混合層を形成し、該混合層の水平移動中に、還元材内装塊成鉱を部分的に還元し、冷却・排出して、高炉等の溶鉱炉用装入原料としての部分還元鉄を製造する製造方法、及び、そのための製造設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、溶鉱炉で銑鉄を製造するための主な原料として、鉄鉱石と副原料を予備処理（焼結、焼成）した焼結鉱や、焼成ペレットが用いられている。しかし、高品位鉱が枯渇しつつある現状では、これまで使用されていなかった貧鉱や、新産地の鉄鉱石を、多種の銘柄に渡り使用しなければならない。
【０００３】
この場合、銘柄単味で用いる場合もあるし、各種銘柄を混合して用いる場合もあるが、これら鉄鉱石の特性は、産地にもより多種多様であり、従来の焼結技術や焼成技術に従って焼結鉱や焼成ペレットを製造しても、溶鉱炉内で期待どおりの還元挙動が得られない場合がある。
【０００４】
それ故、溶鉱炉原料として最適な被還元特性を有する焼結鉱や焼成ペレットを製造するには、溶鉱炉内での被還元特性をも考慮した銘柄特性に合った鉄鉱石原料の事前処理法の開発が必要である。
【０００５】
こうした状況下で、高炉の生産性を高めた操業を指向する際には、高炉原料の一つとして部分還元鉄を用いる高炉操業が有効と考えられている。従来の還元鉄製造方法としては、還元ガスとして天然ガスを用いてシャフト炉内で焼成ペレット等を還元するＭＩＤＲＥＸ法やＨｙＬ法等が知られている（例えば、非特許文献１、参照）。
【０００６】
しかし、これらの還元鉄製造方法を用いて、好ましくは還元率８５％〜９０％程度の部分還元鉄を製造するためには、多量の天然ガスを必要とし、かつ、長時間の還元時間が必要であるため、高炉などの溶鉱炉用装入原料の一つとして部分還元鉄を採用する場合には、銑鉄製造コスト増加ならびに生産性低下などの課題があった。
【０００７】
それ故、天然ガスを用いた上記還元鉄の製造方法に比べてより安価で還元効率に優れた還元材を利用したプロセスにより、安価でかつ高効率で、還元率８５〜９０％程度の部分還元鉄を製造する方法が望まれている。
【非特許文献１】第３版鉄鋼便覧 第II巻 製銑・製鋼 Ｐ３２９〜３４１、Ｓ５４．１０．１５発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記鉄鉱石事情に鑑み、高炉等の溶鉱炉用装入原料を、安価でかつ高効率で、事前に部分還元する溶鉱炉装入原料の事前還元方法と、そのための製造設備を提供することを目的とする。
【０００９】
具体的には、本発明は、水平方向に移動する移動床を有する還元装置を用い、該移動床に、還元材内装塊成鉱と加熱媒体を含む混合層を形成し、該混合層の移動中に、還元材内装塊成鉱を加熱して部分的に迅速に還元し、冷却・排出して、溶鉱炉装入原料とし好適な部分還元鉄を製造する方法、及び、そのための製造設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、溶鉱炉装入原料として好適な部分還元鉄を迅速に製造することができないかとの発想の下で、還元材内装塊成鉱の還元について鋭意研究調査した。図１に、その結果の一部を示す。
【００１１】
図１は、１２００℃の１００％Ｎ2雰囲気中、及び、１２００℃の８０％Ｎ2−２０％ＣＯ2雰囲気中で、粒径９．４ｍｍの還元材内装ペレットを還元した時の該ペレットの重量変化割合（ΔＷ［ｇ］／Ｗ0［ｇ］、Ｗ0：還元材内装ペレットの重量）の推移を示す図である。
【００１２】
図１から、還元材内装ペレットの加熱還元開始１０分未満において還元が急速に進行し、部分還元鉄が形成されていることが解かる。
【００１３】
図２に、部分還元鉄の組織を示す。還元開始後１０分以上を経過すると（図２は３０分経過）、再酸化する傾向が見られるが、図２に示す組織からも、還元材内装塊成鉱を加熱し短時間で還元して、高炉等の溶鉱炉用装入原料として使用し得る部分還元鉄を迅速に製造できることが解かる。
【００１４】
本発明は、上記解明結果に基づいてなされたものであって、その要旨は以下のとおりである。
【００１５】
（１） 水平方向に移動する移動床に、還元材内装塊成鉱を供給し、該還元材内装塊成鉱を部分的に還元して部分還元鉄を製造する部分還元鉄の製造方法において、
（ａ）上記移動床に、還元材内装塊成鉱と金属セラミックス球を混合状態で供給して、混合層を形成し、
（ｂ）上記混合層に、燃焼装置で生成する１０００〜１３００℃の燃焼排ガスを透過せしめて、還元材内装塊成鉱を部分的に還元し、部分還元鉄とし、
（ｃ）上記混合層を冷却塔に投入して、部分還元鉄と金属セラミックス球を冷却し、
（ｄ）冷却塔底部から、部分還元鉄と金属セラミックス球を分離して排出する、
ことを特徴とする部分還元鉄の製造方法。
【００１６】
（２） 前記混合層を透過した燃焼排ガスを燃焼装置に送給し、１０００〜１３００℃の予熱用排ガスを生成することを特徴とする前記（１）に記載の部分還元鉄の製造方法。
【００１７】
（３） 前記金属セラミックス球を、予熱用排ガスで１０００〜１３００℃に予熱することを特徴とする前記（２）に記載の部分還元鉄の製造方法。
【００１８】
（４） 前記還元材内装塊成鉱を、予熱用排ガスで７００℃以下に予熱することを特徴とする前記（３）に記載の部分還元鉄の製造方法。
【００１９】
（５） 前記冷却塔にて、塔下部に設けた冷却装置と、塔最下部から吹き込む冷却ガスで、塔内を降下する部分還元鉄と金属セラミックス球を３００℃以下に冷却することを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の部分還元鉄の製造方法。
【００２０】
（６） 前記塔下部に設けた冷却装置が、冷却水循環型の冷却装置であることを特徴とする前記（５）に記載の部分還元鉄の製造方法。
【００２１】
（７） 前記塔最下部から吹き込む冷却ガスが、不活性ガスであることを特徴とする前記（５）に記載の部分還元鉄の製造方法。
【００２２】
（８） 前記冷却塔底部から排出された金属セラミックス球を循環し、移動床に再供給することを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれかに記載の部分還元鉄の製造方法。
【００２３】
（９） 前記金属セラミックス球が、融点１３００℃以上、比熱０．２５kcal／kg・deg以上の金属セラミックス球、又は、熱伝導率１．８kcal／ｍ・ｈ・℃以上の金属セラミックス球であることを特徴とする前記（１）〜（８）のいずれかに記載の部分還元鉄の製造方法。
【００２４】
（１０） 前記金属セラミックス球が、アルミナ球であることを特徴とする前記（９）に記載の部分還元鉄の製造方法。
【００２５】
（１１） 水平方向に移動する移動床で、還元材内装塊成鉱を部分的に還元して部分還元鉄を製造する製造設備であって、
（ｉ）上記移動床の一方の端部に、移動床に還元材内装塊成鉱と金属セラミックス球を混合状態で供給して混合層を形成する還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置を備え、
（ii）上記移動床の上部及び下部に、燃料排ガスを混合層に通すための燃焼排ガス送給吸引装置を備え、かつ、
（iii）上記移動床の他方の端部に、該端部から投入される混合層を収容し、
（ａ）下部に該混合層をなす部分還元鉄と金属セラミックス球を冷却する冷却装置、
（ｂ）最下部に上記部分還元鉄と金属セラミックス球を冷却する冷却ガスを吹き込む羽口、及び、
（ｃ）底部に冷却後の部分還元鉄と金属セラミックス球を分離して排出する排出装置
を設けた冷却塔を備える、
ことを特徴とする部分還元鉄の製造設備。
【００２６】
（１２） 前記還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置が、混合層を透過した燃焼排ガスを燃焼装置に送給して生成した予熱用排ガスで、金属セラミックス球を１０００〜１３００℃に予熱する予熱装置を有することを特徴とする前記（１１）に記載の部分還元鉄の製造設備。
【００２７】
（１３） 前記還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置が、混合層を透過した燃焼排ガスを燃焼装置に送給して生成した予熱用排ガスで、還元材内装塊成鉱を７００℃以下に予熱する予熱装置を有することを特徴とする前記（１１）に記載の部分還元鉄の製造設備。
【００２８】
（１４） 前記冷却塔にて、部分還元鉄と金属セラミックス球を３００℃以下に冷却することを特徴とする前記（１１）〜（１３）のいずれかに記載の部分還元鉄の製造設備。
【００２９】
（１５） 前記冷却塔の冷却装置が、冷却水循環型の冷却装置であることを特徴とする前記（１１）〜（１４）のいずれかに記載の部分還元鉄の製造設備。
【００３０】
（１６） 前記冷却塔の羽口から吹き込む冷却ガスが、不活性ガスであることを特徴とする前記（１１）〜（１５）のいずれかに記載の部分還元鉄の製造設備。
【００３１】
（１７） 前記冷却塔の排出装置から排出された金属セラミックス球を、還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置に循環する金属セラミックス球循環装置を備えることを特徴とする前記（１１）〜（１６）のいずれかに記載の部分還元鉄の製造設備。
【００３２】
（１８） 前記金属セラミックス球が、融点１３００℃以上、比熱０．２５kcal／kg・deg以上の金属セラミックス球、又は、熱伝導率１．８kcal／ｍ・ｈ・℃以上の金属セラミックス球であることを特徴とする前記（１１）〜（１７）のいずれかに記載の部分還元鉄の製造装置。
【００３３】
（１９） 前記金属セラミックス球が、アルミナ球であることを特徴とする前記（１８）に記載の部分還元鉄の製造装置。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、水平方向に移動する移動床を用い、還元材内装塊成鉱を部分的に迅速に還元して、高炉等の溶鉱炉用装入原料として好適な部分還元鉄を、短時間で製造することができ、大幅な生産性の改善が可能となる。
【００３５】
また、部分還元鉄製造方法については、本発明方法では炭材内装でよく、天然ガスなどの高価ガスの使用割合を大幅に低減することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図３に、本発明の一実施態様を示す。
【００３７】
図３に示す実施態様においては、水平方向に移動する移動床１の一方の端部に、移動床１に還元材内装塊成鉱と金属セラミックス球を混合状態で供給して混合層２を形成する還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置４を備え、移動床１の上部及び下部に、燃焼排ガス１６を混合層２に透過せしめるための燃焼排ガス送給吸引装置３を備え、かつ、移動床１の他方の端部に、該端部から投入される混合層２を収容し、部分還元鉄と金属セラミックス球を冷却する冷却塔１４を備えている。
【００３８】
移動床１は、通常、焼結設備で用いられるグレート式の移動床を採用するが、燃焼排ガス１６が透過できればよいので、グレート式のものに限られない。
【００３９】
還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置４は、還元材内装塊成鉱の送給路２３から送給されてくる還元材内装塊成鉱６を収容する還元材内装塊成鉱収容装置５、及び、金属セラミックス球８及び／又は金属セラミックス球循環装置２２で循環されてくる金属セラミックス球８を収容する金属セラミックス球収容装置７を有していて、それぞれの装置５、７から切り出される還元材内装塊成鉱６と金属セラミックス球８を適宜混合して、移動床１上に供給して、混合層２を形成する。
【００４０】
還元材内装塊成鉱６は、通常のぺレット造粒方法、装置で、例えば、図４に示すように、まず、粉状鉄鉱石２６を、燃焼バーナー２５で加熱しつつ造粒機２４で造粒し、さらに、造粒した鉄鉱石擬似粒子２７と還元材２８（石炭、コークス等）を混合機２９で混合した後、塊成鉱製造機３０で、粒径５〜２０ｍｍ程度、好ましくは、粒径９〜１０ｍｍの粒に塊成化したものである。
【００４１】
このようにして製造された還元材内装塊成鉱６は、還元材内装塊成鉱の送給路２３を経て、還元材内装塊成鉱収容装置５に収容される（図３、参照）。
【００４２】
還元材内装塊成鉱収容装置５に収容された還元材内装塊成鉱６は、適宜、還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置４へ切り出されるが、その前に、混合層２を透過後の燃焼排ガス１６ｂに（空気＋燃料）２１を加えて燃焼装置１５ｂで燃焼して生成する１００〜１３００℃の予熱用排ガス１７との熱交換で、還元材内装塊成鉱６の内部で還元反応が起きない７００℃以下に還元材内装塊成鉱６を予熱しておくことが好ましい。
【００４３】
燃焼排ガス１６ｂは、移動床１で還元材内装塊成鉱６が還元する過程で生成したＣＯガスを含んでいるが、燃焼装置１５ｂで燃焼された後、不活性ガス（主に、Ｎ2）とＣＯ2を主成分とする予熱用排ガス１７となる。そして、予熱用排ガス１７は、還元材内装塊成鉱６と熱交換した後、還元材内装塊成鉱収容装置５の上部から排ガス２０として外部に放出される。
【００４４】
この予熱により、移動床１上の混合層２の温度を所定の温度範囲、好ましくは、１０００〜１３００℃に維持するエネルギー原単位を小さくすることができるし、また、還元材内装塊成鉱６の内部における還元反応を促進して、混合層２を冷却塔１４へ投入するまでの時間を、２０分程度まで短縮することができる。
【００４５】
金属セラミックス球８は、混合層２内で還元材内装塊成鉱６の部分還元に伴うスティッキング現象の発現を防止し、また、加熱媒体として伝熱加熱するために供給する。それ故、金属セラミックス球８は、還元材内装塊成鉱６との混合状態で、又は、還元材内装塊成鉱６の装入態様に併せ、移動床１に供給される。
【００４６】
金属セラミックス球は、加熱媒体として機能するものであるから、融点１３００℃以上、比熱０．２５kcal／kg・deg以上のもの、又は、熱伝導率１．８kcal／ｍ・ｈ・℃以上のものが好ましい。具体的には、例えば、アルミナ球が好ましい。
【００４７】
混合層２内で金属セラミックス球８と還元材内装塊成鉱６を均一な混合状態にする必要があるので、金属セラミックス球８の粒径は、該混合状態が混合層２の移動中も維持されるよう、還元材内装塊成鉱６の粒径や密度を考慮して、適宜決定する。
【００４８】
それ故、金属セラミックス球８の粒径は、特定の粒径に限定されないが、例えば、還元材内装塊成鉱６の粒径が９〜１０ｍｍ程度の時、金属セラミックス球８の粒径は、５〜８ｍｍ程度が好ましい。
【００４９】
また、金属セラミックス球８は、金属セラミックス球収容装置７に収容されている間に、１０００〜１３００℃の予熱用排ガス１７との熱交換で、１０００〜１３００℃に予熱しておくことが好ましい。
【００５０】
予熱用排ガス１７は、金属セラミックス球８と熱交換した後、金属セラミックス球収容装置７の上部から排ガス２０として外部に放出される。
【００５１】
この予熱により、移動床１上の混合層２の温度を所定の温度範囲、好ましくは、１０００〜１３００℃に維持するエネルギー原単位を小さくすることができるし、また、還元材内装塊成鉱６の内部における還元反応を促進して、混合層２を冷却塔１４へ投入するまでの時間を、例えば、２０分程度まで短縮することができる。
【００５２】
混合層２が移動床１の移動（図では右方へ）に伴って移動する間、混合層２の上部から、冷却塔１４から排出される冷却塔排ガス１９（これについては後述する）に（空気＋燃料）２１を加え、燃焼装置１５ａで燃焼して生成する燃焼排ガス１６ａを、燃焼排ガス送給吸引装置３を用いて、混合層２に透過せしめ、混合層２が、所定の温度、好ましくは、１０００〜１３００℃に維持される。
【００５３】
そして、混合層２が移動床１の他方の端部（冷却塔１４側の端部）に達するまでの間に、還元材内装塊成鉱６の内部で還元反応が進行し、部分還元鉄１８が生成される。
【００５４】
移動床１の他方の端部（冷却塔１４側の端部）には、該端部から投入される混合層２を収容し、降下する間に混合層２、即ち、部分還元鉄１８と金属セラミックス球８を、３００℃以下、好ましくは２００℃程度に冷却する冷却塔１４が備えられている。
【００５５】
冷却塔１４の塔内下部には、冷却装置９、好ましくは、冷却水１０を循環する冷却装置９が設けられ、また、塔最下部には羽口１１が設けられている。
【００５６】
冷却塔１４内では、冷却装置９による冷却と、羽口１１から塔内に吹き込まれる冷却ガス１２、好ましくは窒素ガス等の不活性ガスによる冷却により、金属セラミックス球８と部分還元鉄１８が、塔内を降下する間に、３００℃以下、好ましくは２００℃程度に冷却される。
【００５７】
羽口１１から冷却塔１４内に吹き込まれた冷却ガス１２（例えば、窒素ガス）は、降下する金属セラミックス球８及び部分還元鉄１８と熱交換をしつつ塔内を上昇し、高温（１０００〜１１００℃程度）の冷却塔排ガス１９となり、冷却塔１４から排出された後、（空気＋燃料）２１が加えられ、燃焼装置１５ａにおいて、燃焼し加熱された後、混合層２の上部に送給される燃焼排ガス１６となる。
【００５８】
この際、燃焼排ガス１６は、不活性ガス（例えば、窒素ガス）単独、又は、不活性ガスとＣＯ2からなるものである。
【００５９】
冷却塔１４の底部には排出装置１３が設けられている。排出装置１３は、冷却塔１４内を降下して底部に達した部分還元鉄１８と金属セラミックス球８を分離して塔外に排出する。
【００６０】
部分還元鉄１８は、高炉等の溶鉱炉用装入原料として用いられる。金属セラミックス球８は、金属セラミックス球循環装置２２により、金属セラミックス球収容装置７に循環され、移動床１に再供給される。
【００６１】
図３に示す実施態様では、還元材内装塊成鉱６と金属セラミックス球８を、それぞれ、還元材内装塊成鉱収容装置５と金属セラミックス球収容装置７から切り出し、還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置４にて混合し、混合状態で移動床１に供給するが、本発明では、還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置４を用いずに、還元材内装塊成鉱６と金属セラミックス球８を、それぞれ、還元材内装塊成鉱収容装置５と金属セラミックス球収容装置７から、交互に、又は、同時に切り出して移動床１に供給し、混合層２を形成してもよい。
【００６２】
即ち、本発明において、還元材内装塊成鉱と金属セラミックス球の混合態様は、特定のものに限定されない。
【００６３】
還元材内装塊成鉱６と金属セラミックス球８を予め混合しない場合は、それぞれの収容装置５、７内で、１００〜１３００℃の予熱用排ガス１７と熱交換して、還元材内装塊成鉱６と金属セラミックス球８を、それぞれ、所定の温度に予熱しておくことが好ましい。
【実施例】
【００６４】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００６５】
（実施例１）
通常の方法で、粉状鉄鉱石に、還元材として炭材（石炭）を配合し、粒径９．４ｍｍの炭材内装ペレット（Ｔ．Ｆｅ＝５５％、Ｃ＝１５％）を製造し、図３に示す製造設備を用いて部分還元鉄を製造した。
【００６６】
炭材内装ペレット：１７８２kg／ｔ-DRI、及び、アルミナ球：１４００kg／ｔ-DRIを、それぞれの収容装置に充填した。
【００６７】
移動床１で、炭材内装ペレットの還元過程で生成したＣＯガスを含有した燃焼排ガス１６ｂに、空気：９５０Nm3／ｔ-DRIを供給して、燃焼装置１５ｂで燃焼させ、約１２０７℃の予熱用排ガス１７を生成し、この加熱ガスの供給量を制御して、それぞれの収容装置５、７へ導入することで、炭材内装ペレットを６８５℃に、アルミナ球を１２００℃に予熱した。
【００６８】
予熱後、炭材内装ペレットとアルミナ球を、還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置４で混合し、混合状態で移動床１の上に供給した。
【００６９】
冷却塔１４の羽口１１から冷却ガス１２として窒素ガスを９３１Nm3／ｔ-DRI吹き込み、塔頂から排出された約７００℃の冷却塔排ガス１９を、さらに、空気と燃料ガスとしてプロパンガス：２０Nm3／ｔ-DRIを加えて、燃焼装置１５ａで燃焼させ、約１０００℃の燃焼排ガス１６を生成した後、移動床１上の混合層２上部に送給して、混合層２を加熱した。
【００７０】
その結果、還元率：８５〜９０％、残留Ｃ：２％の組成の部分還元鉄を製造することができた。還元時間は、従来シャフト還元法において要する還元時間を１とした場合に、１／３程度にまで大幅に短縮され、大幅な生産性の改善が達成された。
【００７１】
また、金属セラミックス球収容装置７の排出ガス温度は７００℃、炭材内装ペレット収容装置５の排ガス温度は１００℃であり、これら排ガス中のＣＯ及びＣＯ2濃度からηco（＝ＣＯ2／（ＣＯ＋ＣＯ2））＝１００％であり、従来シャフト還元法の反応効率（ηco＝４０％）に比べて反応効率も大幅に改善された。
【００７２】
なお、還元時間及び反応効率の比較評価の基準に用いた従来シャフト還元法の結果は、ＭＩＤＲＥＸ法により、天然ガスを改質した３０％ＣＯ−５０％Ｈ2−２０％Ｎ2の還元ガスを用いて、９００℃の還元ガス温度で、従来ペレット（内装Ｃ量＝０％）：１６００kg／ｔ-DRIを縦型シャフト炉に装入し、還元率：８５〜９０％の部分還元鉄を製造する場合の結果を用いた。
【００７３】
（実施例２）
上記実施例１により製造した部分還元鉄を高炉に装入し、還元材（コークス等）の使用量の低減効果を確認した。
【００７４】
図５に、還元率：８５％の部分還元鉄を高炉原料として使用した場合の還元材比の低減量（部分還元鉄を使用しない高炉操業時のコークス装入量に対する低減量）を示す。
【００７５】
高炉原料として部分還元鉄を１００kg／ｔ-pig使用した場合、高炉の還元材比を２０kg／ｔ程度低減することが可能であり、生産量５％の増大を達成できた。
【００７６】
このことから、本発明の部分還元鉄製造方法は、生産性が高く、高価な天然ガス等の還元ガスが不要で、かつ、安価な炭材を使用できるものであることが解かる。
【００７７】
また、本発明の部分還元鉄製造方法によって製造した部分還元鉄は、溶鉱炉装入原料として好適なものであることが解かる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】還元材内装塊成鉱における還元反応の進行状況を示す図である。
【図２】部分還元鉄の組織を示す図である。
【図３】本発明の一実施態様を示す図である。
【図４】還元材内装塊成鉱製造法の一製造態様を示す図である。
【図５】本発明の部分還元鉄の炉内における還元挙動を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 移動床
２ 混合層
３ 燃焼排ガス送給吸引装置
４ 還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置
５ 還元材内装塊成鉱収容装置
６ 還元材内装塊成鉱
７ 金属セラミックス球収容装置
８ 金属セラミックス球
９ 冷却装置
１０ 冷却水
１１ 羽口
１２ 冷却ガス
１３ 排出装置
１４ 冷却塔
１５ａ、１５ｂ 燃焼装置
１６ａ、１６ｂ 燃焼排ガス
１７ 予熱用排ガス
１８ 部分還元鉄
１９ 冷却塔排ガス
２０ 排ガス
２１ 空気＋燃料
２２ 金属セラミックス球循環装置
２３ 還元材内装塊成鉱の供給路
２４ 造粒機
２５ 燃焼バーナー
２６ 粉状鉄鉱石
２７ 鉄鉱石擬似粒子
２８ 還元材
２９ 混合機
３０ 塊成鉱製造機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造設備を用い、炉内を水平方向に移動する移動床の上に、還元材内装塊成鉱と加熱媒体を含む混合層を形成し、該混合層の水平移動中に、還元材内装塊成鉱を部分的に還元し、冷却・排出して、高炉等の溶鉱炉用装入原料としての部分還元鉄を製造する製造方法、及び、そのための製造設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、溶鉱炉で銑鉄を製造するための主な原料として、鉄鉱石と副原料を予備処理（焼結、焼成）した焼結鉱や、焼成ペレットが用いられている。しかし、高品位鉱が枯渇しつつある現状では、これまで使用されていなかった貧鉱や、新産地の鉄鉱石を、多種の銘柄に渡り使用しなければならない。
【０００３】
この場合、銘柄単味で用いる場合もあるし、各種銘柄を混合して用いる場合もあるが、これら鉄鉱石の特性は、産地にもより多種多様であり、従来の焼結技術や焼成技術に従って焼結鉱や焼成ペレットを製造しても、溶鉱炉内で期待どおりの還元挙動が得られない場合がある。
【０００４】
それ故、溶鉱炉原料として最適な被還元特性を有する焼結鉱や焼成ペレットを製造するには、溶鉱炉内での被還元特性をも考慮した銘柄特性に合った鉄鉱石原料の事前処理法の開発が必要である。
【０００５】
こうした状況下で、高炉の生産性を高めた操業を指向する際には、高炉原料の一つとして部分還元鉄を用いる高炉操業が有効と考えられている。従来の還元鉄製造方法としては、還元ガスとして天然ガスを用いてシャフト炉内で焼成ペレット等を還元するＭＩＤＲＥＸ法やＨｙＬ法等が知られている（例えば、非特許文献１、参照）。
【０００６】
しかし、これらの還元鉄製造方法を用いて、好ましくは還元率８５％〜９０％程度の部分還元鉄を製造するためには、多量の天然ガスを必要とし、かつ、長時間の還元時間が必要であるため、高炉などの溶鉱炉用装入原料の一つとして部分還元鉄を採用する場合には、銑鉄製造コスト増加ならびに生産性低下などの課題があった。
【０００７】
それ故、天然ガスを用いた上記還元鉄の製造方法に比べてより安価で還元効率に優れた還元材を利用したプロセスにより、安価でかつ高効率で、還元率８５〜９０％程度の部分還元鉄を製造する方法が望まれている。
【非特許文献１】第３版鉄鋼便覧 第II巻 製銑・製鋼 Ｐ３２９〜３４１、Ｓ５４．１０．１５発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記鉄鉱石事情に鑑み、高炉等の溶鉱炉用装入原料を、安価でかつ高効率で、事前に部分還元する溶鉱炉装入原料の事前還元方法と、そのための製造設備を提供することを目的とする。
【０００９】
具体的には、本発明は、水平方向に移動する移動床を有する還元装置を用い、該移動床に、還元材内装塊成鉱と加熱媒体を含む混合層を形成し、該混合層の移動中に、還元材内装塊成鉱を加熱して部分的に迅速に還元し、冷却・排出して、溶鉱炉装入原料とし好適な部分還元鉄を製造する方法、及び、そのための製造設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、溶鉱炉装入原料として好適な部分還元鉄を迅速に製造することができないかとの発想の下で、還元材内装塊成鉱の還元について鋭意研究調査した。図１に、その結果の一部を示す。
【００１１】
図１は、１２００℃の１００％Ｎ2雰囲気中、及び、１２００℃の８０％Ｎ2−２０％ＣＯ2雰囲気中で、粒径９．４ｍｍの還元材内装ペレットを還元した時の該ペレットの重量変化割合（ΔＷ［ｇ］／Ｗ0［ｇ］、Ｗ0：還元材内装ペレットの重量）の推移を示す図である。
【００１２】
図１から、還元材内装ペレットの加熱還元開始１０分未満において還元が急速に進行し、部分還元鉄が形成されていることが解かる。
【００１３】
図２に、部分還元鉄の組織を示す。還元開始後１０分以上を経過すると（図２は３０分経過）、再酸化する傾向が見られるが、図２に示す組織からも、還元材内装塊成鉱を加熱し短時間で還元して、高炉等の溶鉱炉用装入原料として使用し得る部分還元鉄を迅速に製造できることが解かる。
【００１４】
本発明は、上記解明結果に基づいてなされたものであって、その要旨は以下のとおりである。
【００１５】
（１） 水平方向に移動する移動床に、還元材内装塊成鉱を供給し、該還元材内装塊成鉱を部分的に還元して部分還元鉄を製造する部分還元鉄の製造方法において、
（ａ）上記移動床に、還元材内装塊成鉱と金属セラミックス球を混合状態で供給して、混合層を形成し、
（ｂ）上記混合層に、燃焼装置で生成する１０００〜１３００℃の燃焼排ガスを透過せしめて、還元材内装塊成鉱を部分的に還元し、部分還元鉄とし、
（ｃ）上記混合層を冷却塔に投入して、部分還元鉄と金属セラミックス球を冷却し、
（ｄ）冷却塔底部から、部分還元鉄と金属セラミックス球を分離して排出する、
ことを特徴とする部分還元鉄の製造方法。
【００１６】
（２） 前記混合層を透過した燃焼排ガスを燃焼装置に送給し、１０００〜１３００℃の予熱用排ガスを生成することを特徴とする前記（１）に記載の部分還元鉄の製造方法。
【００１７】
（３） 前記金属セラミックス球を、予熱用排ガスで１０００〜１３００℃に予熱することを特徴とする前記（２）に記載の部分還元鉄の製造方法。
【００１８】
（４） 前記還元材内装塊成鉱を、予熱用排ガスで７００℃以下に予熱することを特徴とする前記（３）に記載の部分還元鉄の製造方法。
【００１９】
（５） 前記冷却塔にて、塔下部に設けた冷却装置と、塔最下部から吹き込む冷却ガスで、塔内を降下する部分還元鉄と金属セラミックス球を３００℃以下に冷却することを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の部分還元鉄の製造方法。
【００２０】
（６） 前記塔下部に設けた冷却装置が、冷却水循環型の冷却装置であることを特徴とする前記（５）に記載の部分還元鉄の製造方法。
【００２１】
（７） 前記塔最下部から吹き込む冷却ガスが、不活性ガスであることを特徴とする前記（５）に記載の部分還元鉄の製造方法。
【００２２】
（８） 前記冷却塔底部から排出された金属セラミックス球を循環し、移動床に再供給することを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれかに記載の部分還元鉄の製造方法。
【００２３】
（９） 前記金属セラミックス球が、融点１３００℃以上、比熱０．２５kcal／kg・deg以上の金属セラミックス球、又は、熱伝導率１．８kcal／ｍ・ｈ・℃以上の金属セラミックス球であることを特徴とする前記（１）〜（８）のいずれかに記載の部分還元鉄の製造方法。
【００２４】
（１０） 前記金属セラミックス球が、アルミナ球であることを特徴とする前記（９）に記載の部分還元鉄の製造方法。
【００２５】
（１１） 水平方向に移動する移動床で、還元材内装塊成鉱を部分的に還元して部分還元鉄を製造する製造設備であって、
（ｉ）上記移動床の一方の端部に、移動床に還元材内装塊成鉱と金属セラミックス球を混合状態で供給して混合層を形成する還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置を備え、
（ii）上記移動床の上部及び下部に、燃料排ガスを混合層に通すための燃焼排ガス送給吸引装置を備え、かつ、
（iii）上記移動床の他方の端部に、該端部から投入される混合層を収容し、
（ａ）下部に該混合層をなす部分還元鉄と金属セラミックス球を冷却する冷却装置、
（ｂ）最下部に上記部分還元鉄と金属セラミックス球を冷却する冷却ガスを吹き込む羽口、及び、
（ｃ）底部に冷却後の部分還元鉄と金属セラミックス球を分離して排出する排出装置
を設けた冷却塔を備える、
ことを特徴とする部分還元鉄の製造設備。
【００２６】
（１２） 前記還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置が、混合層を透過した燃焼排ガスを燃焼装置に送給して生成した予熱用排ガスで、金属セラミックス球を１０００〜１３００℃に予熱する予熱装置を有することを特徴とする前記（１１）に記載の部分還元鉄の製造設備。
【００２７】
（１３） 前記還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置が、混合層を透過した燃焼排ガスを燃焼装置に送給して生成した予熱用排ガスで、還元材内装塊成鉱を７００℃以下に予熱する予熱装置を有することを特徴とする前記（１１）に記載の部分還元鉄の製造設備。
【００２８】
（１４） 前記冷却塔にて、部分還元鉄と金属セラミックス球を３００℃以下に冷却することを特徴とする前記（１１）〜（１３）のいずれかに記載の部分還元鉄の製造設備。
【００２９】
（１５） 前記冷却塔の冷却装置が、冷却水循環型の冷却装置であることを特徴とする前記（１１）〜（１４）のいずれかに記載の部分還元鉄の製造設備。
【００３０】
（１６） 前記冷却塔の羽口から吹き込む冷却ガスが、不活性ガスであることを特徴とする前記（１１）〜（１５）のいずれかに記載の部分還元鉄の製造設備。
【００３１】
（１７） 前記冷却塔の排出装置から排出された金属セラミックス球を、還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置に循環する金属セラミックス球循環装置を備えることを特徴とする前記（１１）〜（１６）のいずれかに記載の部分還元鉄の製造設備。
【００３２】
（１８） 前記金属セラミックス球が、融点１３００℃以上、比熱０．２５kcal／kg・deg以上の金属セラミックス球、又は、熱伝導率１．８kcal／ｍ・ｈ・℃以上の金属セラミックス球であることを特徴とする前記（１１）〜（１７）のいずれかに記載の部分還元鉄の製造装置。
【００３３】
（１９） 前記金属セラミックス球が、アルミナ球であることを特徴とする前記（１８）に記載の部分還元鉄の製造装置。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、水平方向に移動する移動床を用い、還元材内装塊成鉱を部分的に迅速に還元して、高炉等の溶鉱炉用装入原料として好適な部分還元鉄を、短時間で製造することができ、大幅な生産性の改善が可能となる。
【００３５】
また、部分還元鉄製造方法については、本発明方法では炭材内装でよく、天然ガスなどの高価ガスの使用割合を大幅に低減することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図３に、本発明の一実施態様を示す。
【００３７】
図３に示す実施態様においては、水平方向に移動する移動床１の一方の端部に、移動床１に還元材内装塊成鉱と金属セラミックス球を混合状態で供給して混合層２を形成する還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置４を備え、移動床１の上部及び下部に、燃焼排ガス１６を混合層２に透過せしめるための燃焼排ガス送給吸引装置３を備え、かつ、移動床１の他方の端部に、該端部から投入される混合層２を収容し、部分還元鉄と金属セラミックス球を冷却する冷却塔１４を備えている。
【００３８】
移動床１は、通常、焼結設備で用いられるグレート式の移動床を採用するが、燃焼排ガス１６が透過できればよいので、グレート式のものに限られない。
【００３９】
還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置４は、還元材内装塊成鉱の送給路２３から送給されてくる還元材内装塊成鉱６を収容する還元材内装塊成鉱収容装置５、及び、金属セラミックス球８及び／又は金属セラミックス球循環装置２２で循環されてくる金属セラミックス球８を収容する金属セラミックス球収容装置７を有していて、それぞれの装置５、７から切り出される還元材内装塊成鉱６と金属セラミックス球８を適宜混合して、移動床１上に供給して、混合層２を形成する。
【００４０】
還元材内装塊成鉱６は、通常のぺレット造粒方法、装置で、例えば、図４に示すように、まず、粉状鉄鉱石２６を、燃焼バーナー２５で加熱しつつ造粒機２４で造粒し、さらに、造粒した鉄鉱石擬似粒子２７と還元材２８（石炭、コークス等）を混合機２９で混合した後、塊成鉱製造機３０で、粒径５〜２０ｍｍ程度、好ましくは、粒径９〜１０ｍｍの粒に塊成化したものである。
【００４１】
このようにして製造された還元材内装塊成鉱６は、還元材内装塊成鉱の送給路２３を経て、還元材内装塊成鉱収容装置５に収容される（図３、参照）。
【００４２】
還元材内装塊成鉱収容装置５に収容された還元材内装塊成鉱６は、適宜、還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置４へ切り出されるが、その前に、混合層２を透過後の燃焼排ガス１６ｂに（空気＋燃料）２１を加えて燃焼装置１５ｂで燃焼して生成する１００〜１３００℃の予熱用排ガス１７との熱交換で、還元材内装塊成鉱６の内部で還元反応が起きない７００℃以下に還元材内装塊成鉱６を予熱しておくことが好ましい。
【００４３】
燃焼排ガス１６ｂは、移動床１で還元材内装塊成鉱６が還元する過程で生成したＣＯガスを含んでいるが、燃焼装置１５ｂで燃焼された後、不活性ガス（主に、Ｎ2）とＣＯ2を主成分とする予熱用排ガス１７となる。そして、予熱用排ガス１７は、還元材内装塊成鉱６と熱交換した後、還元材内装塊成鉱収容装置５の上部から排ガス２０として外部に放出される。
【００４４】
この予熱により、移動床１上の混合層２の温度を所定の温度範囲、好ましくは、１０００〜１３００℃に維持するエネルギー原単位を小さくすることができるし、また、還元材内装塊成鉱６の内部における還元反応を促進して、混合層２を冷却塔１４へ投入するまでの時間を、２０分程度まで短縮することができる。
【００４５】
金属セラミックス球８は、混合層２内で還元材内装塊成鉱６の部分還元に伴うスティッキング現象の発現を防止し、また、加熱媒体として伝熱加熱するために供給する。それ故、金属セラミックス球８は、還元材内装塊成鉱６との混合状態で、又は、還元材内装塊成鉱６の装入態様に併せ、移動床１に供給される。
【００４６】
金属セラミックス球は、加熱媒体として機能するものであるから、融点１３００℃以上、比熱０．２５kcal／kg・deg以上のもの、又は、熱伝導率１．８kcal／ｍ・ｈ・℃以上のものが好ましい。具体的には、例えば、アルミナ球が好ましい。
【００４７】
混合層２内で金属セラミックス球８と還元材内装塊成鉱６を均一な混合状態にする必要があるので、金属セラミックス球８の粒径は、該混合状態が混合層２の移動中も維持されるよう、還元材内装塊成鉱６の粒径や密度を考慮して、適宜決定する。
【００４８】
それ故、金属セラミックス球８の粒径は、特定の粒径に限定されないが、例えば、還元材内装塊成鉱６の粒径が９〜１０ｍｍ程度の時、金属セラミックス球８の粒径は、５〜８ｍｍ程度が好ましい。
【００４９】
また、金属セラミックス球８は、金属セラミックス球収容装置７に収容されている間に、１０００〜１３００℃の予熱用排ガス１７との熱交換で、１０００〜１３００℃に予熱しておくことが好ましい。
【００５０】
予熱用排ガス１７は、金属セラミックス球８と熱交換した後、金属セラミックス球収容装置７の上部から排ガス２０として外部に放出される。
【００５１】
この予熱により、移動床１上の混合層２の温度を所定の温度範囲、好ましくは、１０００〜１３００℃に維持するエネルギー原単位を小さくすることができるし、また、還元材内装塊成鉱６の内部における還元反応を促進して、混合層２を冷却塔１４へ投入するまでの時間を、例えば、２０分程度まで短縮することができる。
【００５２】
混合層２が移動床１の移動（図では右方へ）に伴って移動する間、混合層２の上部から、冷却塔１４から排出される冷却塔排ガス１９（これについては後述する）に（空気＋燃料）２１を加え、燃焼装置１５ａで燃焼して生成する燃焼排ガス１６ａを、燃焼排ガス送給吸引装置３を用いて、混合層２に透過せしめ、混合層２が、所定の温度、好ましくは、１０００〜１３００℃に維持される。
【００５３】
そして、混合層２が移動床１の他方の端部（冷却塔１４側の端部）に達するまでの間に、還元材内装塊成鉱６の内部で還元反応が進行し、部分還元鉄１８が生成される。
【００５４】
移動床１の他方の端部（冷却塔１４側の端部）には、該端部から投入される混合層２を収容し、降下する間に混合層２、即ち、部分還元鉄１８と金属セラミックス球８を、３００℃以下、好ましくは２００℃程度に冷却する冷却塔１４が備えられている。
【００５５】
冷却塔１４の塔内下部には、冷却装置９、好ましくは、冷却水１０を循環する冷却装置９が設けられ、また、塔最下部には羽口１１が設けられている。
【００５６】
冷却塔１４内では、冷却装置９による冷却と、羽口１１から塔内に吹き込まれる冷却ガス１２、好ましくは窒素ガス等の不活性ガスによる冷却により、金属セラミックス球８と部分還元鉄１８が、塔内を降下する間に、３００℃以下、好ましくは２００℃程度に冷却される。
【００５７】
羽口１１から冷却塔１４内に吹き込まれた冷却ガス１２（例えば、窒素ガス）は、降下する金属セラミックス球８及び部分還元鉄１８と熱交換をしつつ塔内を上昇し、高温（１０００〜１１００℃程度）の冷却塔排ガス１９となり、冷却塔１４から排出された後、（空気＋燃料）２１が加えられ、燃焼装置１５ａにおいて、燃焼し加熱された後、混合層２の上部に送給される燃焼排ガス１６となる。
【００５８】
この際、燃焼排ガス１６は、不活性ガス（例えば、窒素ガス）単独、又は、不活性ガスとＣＯ2からなるものである。
【００５９】
冷却塔１４の底部には排出装置１３が設けられている。排出装置１３は、冷却塔１４内を降下して底部に達した部分還元鉄１８と金属セラミックス球８を分離して塔外に排出する。
【００６０】
部分還元鉄１８は、高炉等の溶鉱炉用装入原料として用いられる。金属セラミックス球８は、金属セラミックス球循環装置２２により、金属セラミックス球収容装置７に循環され、移動床１に再供給される。
【００６１】
図３に示す実施態様では、還元材内装塊成鉱６と金属セラミックス球８を、それぞれ、還元材内装塊成鉱収容装置５と金属セラミックス球収容装置７から切り出し、還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置４にて混合し、混合状態で移動床１に供給するが、本発明では、還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置４を用いずに、還元材内装塊成鉱６と金属セラミックス球８を、それぞれ、還元材内装塊成鉱収容装置５と金属セラミックス球収容装置７から、交互に、又は、同時に切り出して移動床１に供給し、混合層２を形成してもよい。
【００６２】
即ち、本発明において、還元材内装塊成鉱と金属セラミックス球の混合態様は、特定のものに限定されない。
【００６３】
還元材内装塊成鉱６と金属セラミックス球８を予め混合しない場合は、それぞれの収容装置５、７内で、１００〜１３００℃の予熱用排ガス１７と熱交換して、還元材内装塊成鉱６と金属セラミックス球８を、それぞれ、所定の温度に予熱しておくことが好ましい。
【実施例】
【００６４】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００６５】
（実施例１）
通常の方法で、粉状鉄鉱石に、還元材として炭材（石炭）を配合し、粒径９．４ｍｍの炭材内装ペレット（Ｔ．Ｆｅ＝５５％、Ｃ＝１５％）を製造し、図３に示す製造設備を用いて部分還元鉄を製造した。
【００６６】
炭材内装ペレット：１７８２kg／ｔ-DRI、及び、アルミナ球：１４００kg／ｔ-DRIを、それぞれの収容装置に充填した。
【００６７】
移動床１で、炭材内装ペレットの還元過程で生成したＣＯガスを含有した燃焼排ガス１６ｂに、空気：９５０Nm3／ｔ-DRIを供給して、燃焼装置１５ｂで燃焼させ、約１２０７℃の予熱用排ガス１７を生成し、この加熱ガスの供給量を制御して、それぞれの収容装置５、７へ導入することで、炭材内装ペレットを６８５℃に、アルミナ球を１２００℃に予熱した。
【００６８】
予熱後、炭材内装ペレットとアルミナ球を、還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置４で混合し、混合状態で移動床１の上に供給した。
【００６９】
冷却塔１４の羽口１１から冷却ガス１２として窒素ガスを９３１Nm3／ｔ-DRI吹き込み、塔頂から排出された約７００℃の冷却塔排ガス１９を、さらに、空気と燃料ガスとしてプロパンガス：２０Nm3／ｔ-DRIを加えて、燃焼装置１５ａで燃焼させ、約１０００℃の燃焼排ガス１６を生成した後、移動床１上の混合層２上部に送給して、混合層２を加熱した。
【００７０】
その結果、還元率：８５〜９０％、残留Ｃ：２％の組成の部分還元鉄を製造することができた。還元時間は、従来シャフト還元法において要する還元時間を１とした場合に、１／３程度にまで大幅に短縮され、大幅な生産性の改善が達成された。
【００７１】
また、金属セラミックス球収容装置７の排出ガス温度は７００℃、炭材内装ペレット収容装置５の排ガス温度は１００℃であり、これら排ガス中のＣＯ及びＣＯ2濃度からηco（＝ＣＯ2／（ＣＯ＋ＣＯ2））＝１００％であり、従来シャフト還元法の反応効率（ηco＝４０％）に比べて反応効率も大幅に改善された。
【００７２】
なお、還元時間及び反応効率の比較評価の基準に用いた従来シャフト還元法の結果は、ＭＩＤＲＥＸ法により、天然ガスを改質した３０％ＣＯ−５０％Ｈ2−２０％Ｎ2の還元ガスを用いて、９００℃の還元ガス温度で、従来ペレット（内装Ｃ量＝０％）：１６００kg／ｔ-DRIを縦型シャフト炉に装入し、還元率：８５〜９０％の部分還元鉄を製造する場合の結果を用いた。
【００７３】
（実施例２）
上記実施例１により製造した部分還元鉄を高炉に装入し、還元材（コークス等）の使用量の低減効果を確認した。
【００７４】
図５に、還元率：８５％の部分還元鉄を高炉原料として使用した場合の還元材比の低減量（部分還元鉄を使用しない高炉操業時のコークス装入量に対する低減量）を示す。
【００７５】
高炉原料として部分還元鉄を１００kg／ｔ-pig使用した場合、高炉の還元材比を２０kg／ｔ程度低減することが可能であり、生産量５％の増大を達成できた。
【００７６】
このことから、本発明の部分還元鉄製造方法は、生産性が高く、高価な天然ガス等の還元ガスが不要で、かつ、安価な炭材を使用できるものであることが解かる。
【００７７】
また、本発明の部分還元鉄製造方法によって製造した部分還元鉄は、溶鉱炉装入原料として好適なものであることが解かる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】還元材内装塊成鉱における還元反応の進行状況を示す図である。
【図２】部分還元鉄の組織を示す図である。
【図３】本発明の一実施態様を示す図である。
【図４】還元材内装塊成鉱製造法の一製造態様を示す図である。
【図５】本発明の部分還元鉄の炉内における還元挙動を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 移動床
２ 混合層
３ 燃焼排ガス送給吸引装置
４ 還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置
５ 還元材内装塊成鉱収容装置
６ 還元材内装塊成鉱
７ 金属セラミックス球収容装置
８ 金属セラミックス球
９ 冷却装置
１０ 冷却水
１１ 羽口
１２ 冷却ガス
１３ 排出装置
１４ 冷却塔
１５ａ、１５ｂ 燃焼装置
１６ａ、１６ｂ 燃焼排ガス
１７ 予熱用排ガス
１８ 部分還元鉄
１９ 冷却塔排ガス
２０ 排ガス
２１ 空気＋燃料
２２ 金属セラミックス球循環装置
２３ 還元材内装塊成鉱の供給路
２４ 造粒機
２５ 燃焼バーナー
２６ 粉状鉄鉱石
２７ 鉄鉱石擬似粒子
２８ 還元材
２９ 混合機
３０ 塊成鉱製造機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に移動する移動床に、還元材内装塊成鉱を供給し、該還元材内装塊成鉱を部分的に還元して部分還元鉄を製造する部分還元鉄の製造方法において、
（ａ）上記移動床に、還元材内装塊成鉱と金属セラミックス球を混合状態で供給して、混合層を形成し、
（ｂ）上記混合層に、燃焼装置で生成する１０００〜１３００℃の燃焼排ガスを透過せしめて、還元材内装塊成鉱を部分的に還元し、部分還元鉄とし、
（ｃ）上記混合層を冷却塔に投入して、部分還元鉄と金属セラミックス球を冷却し、
（ｄ）冷却塔底部から、部分還元鉄と金属セラミックス球を分離して排出する、
ことを特徴とする部分還元鉄の製造方法。
【請求項２】
前記混合層を透過した燃焼排ガスを燃焼装置に送給し、１０００〜１３００℃の予熱用排ガスを生成することを特徴とする請求項１に記載の部分還元鉄の製造方法。
【請求項３】
前記金属セラミックス球を、予熱用排ガスで１０００〜１３００℃に予熱することを特徴とする請求項２に記載の部分還元鉄の製造方法。
【請求項４】
前記還元材内装塊成鉱を、予熱用排ガスで７００℃以下に予熱することを特徴とする請求項３に記載の部分還元鉄の製造方法。
【請求項５】
前記冷却塔にて、塔下部に設けた冷却装置と、塔最下部から吹き込む冷却ガスで、塔内を降下する部分還元鉄と金属セラミックス球を３００℃以下に冷却することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の部分還元鉄の製造方法。
【請求項６】
前記塔下部に設けた冷却装置が、冷却水循環型の冷却装置であることを特徴とする請求項５に記載の部分還元鉄の製造方法。
【請求項７】
前記塔最下部から吹き込む冷却ガスが、不活性ガスであることを特徴とする請求項５に記載の部分還元鉄の製造方法。
【請求項８】
前記冷却塔底部から排出された金属セラミックス球を循環し、移動床に再供給することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の部分還元鉄の製造方法。
【請求項９】
前記金属セラミックス球が、融点１３００℃以上、比熱０．２５kcal／kg・deg以上の金属セラミックス球、又は、熱伝導率１．８kcal／ｍ・ｈ・℃以上の金属セラミックス球であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の部分還元鉄の製造方法。
【請求項１０】
前記金属セラミックス球が、アルミナ球であることを特徴とする請求項９に記載の部分還元鉄の製造方法。
【請求項１１】
水平方向に移動する移動床で、還元材内装塊成鉱を部分的に還元して部分還元鉄を製造する製造設備であって、
（ｉ）上記移動床の一方の端部に、移動床に還元材内装塊成鉱と金属セラミックス球を混合状態で供給して混合層を形成する還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置を備え、
（ii）上記移動床の上部及び下部に、燃料排ガスを混合層に通すための燃焼排ガス送給吸引装置を備え、かつ、
（iii）上記移動床の他方の端部に、該端部から投入される混合層を収容し、
（ａ）下部に該混合層をなす部分還元鉄と金属セラミックス球を冷却する冷却装置、
（ｂ）最下部に上記部分還元鉄と金属セラミックス球を冷却する冷却ガスを吹き込む羽口、及び、
（ｃ）底部に冷却後の部分還元鉄と金属セラミックス球を分離して排出する排出装置
を設けた冷却塔を備える、
ことを特徴とする部分還元鉄の製造設備。
【請求項１２】
前記還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置が、混合層を透過した燃焼排ガスを燃焼装置に送給して生成した予熱用排ガスで、金属セラミックス球を１０００〜１３００℃に予熱する予熱装置を有することを特徴とする請求項１１に記載の部分還元鉄の製造設備。
【請求項１３】
前記還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置が、混合層を透過した燃焼排ガスを燃焼装置に送給して生成した予熱用排ガスで、還元材内装塊成鉱を７００℃以下に予熱する予熱装置を有することを特徴とする請求項１１に記載の部分還元鉄の製造設備。
【請求項１４】
前記冷却塔にて、部分還元鉄と金属セラミックス球を３００℃以下に冷却することを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の部分還元鉄の製造設備。
【請求項１５】
前記冷却塔の冷却装置が、冷却水循環型の冷却装置であることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の部分還元鉄の製造設備。
【請求項１６】
前記冷却塔の羽口から吹き込む冷却ガスが、不活性ガスであることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の部分還元鉄の製造設備。
【請求項１７】
前記冷却塔の排出装置から排出された金属セラミックス球を、還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置に循環する金属セラミックス球循環装置を備えることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の部分還元鉄の製造設備。
【請求項１８】
前記金属セラミックス球が、融点１３００℃以上、比熱０．２５kcal／kg・deg以上の金属セラミックス球、又は、熱伝導率１．８kcal／ｍ・ｈ・℃以上の金属セラミックス球であることを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の部分還元鉄の製造装置。
【請求項１９】
前記金属セラミックス球が、アルミナ球であることを特徴とする請求項１８に記載の部分還元鉄の製造装置。
【請求項１】
水平方向に移動する移動床に、還元材内装塊成鉱を供給し、該還元材内装塊成鉱を部分的に還元して部分還元鉄を製造する部分還元鉄の製造方法において、
（ａ）上記移動床に、還元材内装塊成鉱と金属セラミックス球を混合状態で供給して、混合層を形成し、
（ｂ）上記混合層に、燃焼装置で生成する１０００〜１３００℃の燃焼排ガスを透過せしめて、還元材内装塊成鉱を部分的に還元し、部分還元鉄とし、
（ｃ）上記混合層を冷却塔に投入して、部分還元鉄と金属セラミックス球を冷却し、
（ｄ）冷却塔底部から、部分還元鉄と金属セラミックス球を分離して排出する、
ことを特徴とする部分還元鉄の製造方法。
【請求項２】
前記混合層を透過した燃焼排ガスを燃焼装置に送給し、１０００〜１３００℃の予熱用排ガスを生成することを特徴とする請求項１に記載の部分還元鉄の製造方法。
【請求項３】
前記金属セラミックス球を、予熱用排ガスで１０００〜１３００℃に予熱することを特徴とする請求項２に記載の部分還元鉄の製造方法。
【請求項４】
前記還元材内装塊成鉱を、予熱用排ガスで７００℃以下に予熱することを特徴とする請求項３に記載の部分還元鉄の製造方法。
【請求項５】
前記冷却塔にて、塔下部に設けた冷却装置と、塔最下部から吹き込む冷却ガスで、塔内を降下する部分還元鉄と金属セラミックス球を３００℃以下に冷却することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の部分還元鉄の製造方法。
【請求項６】
前記塔下部に設けた冷却装置が、冷却水循環型の冷却装置であることを特徴とする請求項５に記載の部分還元鉄の製造方法。
【請求項７】
前記塔最下部から吹き込む冷却ガスが、不活性ガスであることを特徴とする請求項５に記載の部分還元鉄の製造方法。
【請求項８】
前記冷却塔底部から排出された金属セラミックス球を循環し、移動床に再供給することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の部分還元鉄の製造方法。
【請求項９】
前記金属セラミックス球が、融点１３００℃以上、比熱０．２５kcal／kg・deg以上の金属セラミックス球、又は、熱伝導率１．８kcal／ｍ・ｈ・℃以上の金属セラミックス球であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の部分還元鉄の製造方法。
【請求項１０】
前記金属セラミックス球が、アルミナ球であることを特徴とする請求項９に記載の部分還元鉄の製造方法。
【請求項１１】
水平方向に移動する移動床で、還元材内装塊成鉱を部分的に還元して部分還元鉄を製造する製造設備であって、
（ｉ）上記移動床の一方の端部に、移動床に還元材内装塊成鉱と金属セラミックス球を混合状態で供給して混合層を形成する還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置を備え、
（ii）上記移動床の上部及び下部に、燃料排ガスを混合層に通すための燃焼排ガス送給吸引装置を備え、かつ、
（iii）上記移動床の他方の端部に、該端部から投入される混合層を収容し、
（ａ）下部に該混合層をなす部分還元鉄と金属セラミックス球を冷却する冷却装置、
（ｂ）最下部に上記部分還元鉄と金属セラミックス球を冷却する冷却ガスを吹き込む羽口、及び、
（ｃ）底部に冷却後の部分還元鉄と金属セラミックス球を分離して排出する排出装置
を設けた冷却塔を備える、
ことを特徴とする部分還元鉄の製造設備。
【請求項１２】
前記還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置が、混合層を透過した燃焼排ガスを燃焼装置に送給して生成した予熱用排ガスで、金属セラミックス球を１０００〜１３００℃に予熱する予熱装置を有することを特徴とする請求項１１に記載の部分還元鉄の製造設備。
【請求項１３】
前記還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置が、混合層を透過した燃焼排ガスを燃焼装置に送給して生成した予熱用排ガスで、還元材内装塊成鉱を７００℃以下に予熱する予熱装置を有することを特徴とする請求項１１に記載の部分還元鉄の製造設備。
【請求項１４】
前記冷却塔にて、部分還元鉄と金属セラミックス球を３００℃以下に冷却することを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の部分還元鉄の製造設備。
【請求項１５】
前記冷却塔の冷却装置が、冷却水循環型の冷却装置であることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の部分還元鉄の製造設備。
【請求項１６】
前記冷却塔の羽口から吹き込む冷却ガスが、不活性ガスであることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の部分還元鉄の製造設備。
【請求項１７】
前記冷却塔の排出装置から排出された金属セラミックス球を、還元材内装塊成鉱・金属セラミックス球混合供給装置に循環する金属セラミックス球循環装置を備えることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の部分還元鉄の製造設備。
【請求項１８】
前記金属セラミックス球が、融点１３００℃以上、比熱０．２５kcal／kg・deg以上の金属セラミックス球、又は、熱伝導率１．８kcal／ｍ・ｈ・℃以上の金属セラミックス球であることを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の部分還元鉄の製造装置。
【請求項１９】
前記金属セラミックス球が、アルミナ球であることを特徴とする請求項１８に記載の部分還元鉄の製造装置。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【公開番号】特開２００６−１７６８５６（Ｐ２００６−１７６８５６Ａ）
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３７３２３４（Ｐ２００４−３７３２３４）
【出願日】平成１６年１２月２４日（２００４．１２．２４）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２４日（２００４．１２．２４）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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