(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む混合物を原料とした塊成物を、移動炉床式加熱炉の炉床上に装入して加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して粒状金属鉄を製造する装置であって、
当該装置は、前記移動炉床式加熱炉の他、更に分級機、第一磁選機、および第二磁選機を備えており、且つ
前記移動炉床式加熱炉からの排出物を前記分級機へ供給する経路、
前記分級機で分けられた粗粒を前記第一磁選機へ供給する経路、および
前記分級機で分けられた細粒を前記第二磁選機へ供給する経路
を備えていることを特徴とする粒状金属鉄の製造装置。
【請求項２】
更に、前記第二磁選機で選別された非磁着物を前記移動炉床式加熱炉へ返送する経路を備えている請求項１に記載の製造装置。
【請求項３】
酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む混合物を原料とした塊成物を、移動炉床式加熱炉の炉床上に装入して加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して粒状金属鉄を製造する方法であって、
前記移動炉床式加熱炉からの排出物を分級機で２００〜６５０℃で分級し、
分級して得られた粗粒を第一磁選機で選別し、且つ
分級して得られた細粒を第二磁選機で選別し、
前記第二磁選機で選別された非磁着物を前記移動炉床式加熱炉へ返送することを特徴とする粒状金属鉄の製造方法。
【請求項４】
前記第一磁選機で選別された磁着物を製鋼炉へ送給する請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記第二磁選機で選別された磁着物を製鋼炉へ送給する請求項３に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鉱石や酸化鉄等の酸化鉄源と炭素を含む還元剤とを含む混合物を原料とした塊成物を、移動炉床式加熱炉の炉床上に装入して加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して粒状の金属鉄を製造する装置、および粒状金属鉄を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鉱石や酸化鉄等の酸化鉄源（以下、酸化鉄含有物質ということがある。）と炭素を含む還元剤（以下、炭素質還元剤ということがある。）を含む原料混合物から、金属鉄を製造する直接還元製鉄法が開発されている。この製鉄法では、上記原料混合物を成形した塊成物を移動炉床式加熱炉の炉床上に装入し、炉内で加熱バーナーによるガス伝熱や輻射熱で加熱することによって塊成物中の酸化鉄が炭素質還元剤で還元され、粒状の金属鉄を得ることができる。
【０００３】
移動炉床式加熱炉で得られた粒状金属鉄は、供給機（フィーダー）で冷却器へ送られ、冷却される（特許文献１）。冷却器に装入される時点での粒状金属鉄は、通常、９００〜１０００℃程度であり、冷却器内で１５０℃程度まで冷却された後、冷却器から排出される。冷却器から排出されるときの粒状金属鉄の温度が１５０℃よりも高い場合は、大気中の水分と反応して表面に赤錆が発生し易くなる。
【０００４】
ところで、粒状金属鉄が生成する際には、スラグが副生する。また、上記移動炉床式加熱炉の炉床上には、炉床を溶融スラグから保護するために、通常、炭材が床敷材として敷かれている。そのため、上記粒状金属鉄は、スラグと床敷材が混在した状態で移動炉床式加熱炉から排出される。従って移動炉床式加熱炉からの排出物から、粒状金属鉄のみを分離回収するには、磁力選別（磁選）や篩分けを行なう必要がある。
【０００５】
工業的な利用に適した大きさの還元鉄を高収率で回収し、且つ設備の小型化と設備の補修頻度が少ない移動型炉床炉の操業方法が特許文献２に提案されている。この文献には、移動型炉床炉で生成させた還元生成物および炉床炭材の一部または全部を排出装置で排出した後にこれらを分級し、篩下の炭材についてその一部または全部を磁力選別し、その磁力選別後の篩下炭材を上記炉床炭材として再利用することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００９−５３０５０１号公報
【特許文献２】特開２００８−１８９９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載されているように、移動炉床式加熱炉からの排出物を１５０℃程度まで冷却すると、排出物に混合されている床敷材も１５０℃程度に冷却される。一方、上記移動炉床式加熱炉の炉内は、１２００〜１５００℃程度に加熱されている。そのため、冷却された床敷材を移動炉床式加熱炉へ返送して再利用すると、炉内の温度を低下させる。従って、炉内の温度を低下させずに床敷材を再利用するには、床敷材を再加熱しなければならない。また、上記排出物を冷却すると、粒状金属鉄の有する顕熱を有効利用できない。
【０００８】
また、上記特許文献２には、還元生成物および炉排出炭材をスクリーンで分級したときの篩下の炭材に対して磁選を行うことについて記載されている。しかし、篩上に残った還元鉄は、製品としてそのまま回収されている。ところが、本発明者らが検討したところ篩上には還元鉄以外にスラグ等が含まれるため、特許文献２に記載の方法では、還元鉄の収率が低いことが判明した。
【０００９】
本発明は、このような事情に着目して成されたものであり、その目的は、粒状金属鉄を高収率で製造できる装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、移動炉床式加熱炉からの排出物に含まれる床敷材を再加熱することなく再利用でき、しかも高温の粒状金属鉄を製造できる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決することのできた本発明に係る粒状金属鉄の製造装置とは、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む混合物を原料とした塊成物を、移動炉床式加熱炉の炉床上に装入して加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して粒状金属鉄を製造する装置であり、当該装置は、前記移動炉床式加熱炉の他、更に分級機、第一磁選機、および第二磁選機を備えており、且つ前記移動炉床式加熱炉からの排出物を前記分級機へ供給する経路、前記分級機で分けられた粗粒を前記第一磁選機へ供給する経路、および前記分級機で分けられた細粒を前記第二磁選機へ供給する経路を備えている点に要旨を有している。
【００１１】
上記製造装置は、更に、前記第二磁選機で選別された非磁着物を前記移動炉床式加熱炉へ返送する経路を備えていることが好ましい。
【００１２】
上記課題を解決することのできた本発明に係る粒状金属鉄の製造方法とは、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む混合物を原料とした塊成物を、移動炉床式加熱炉の炉床上に装入して加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して粒状金属鉄を製造する方法であり、前記移動炉床式加熱炉からの排出物を分級機で２００〜６５０℃で分級し、分級して得られた粗粒を第一磁選機で選別し、且つ分級して得られた細粒を第二磁選機で選別し、前記第二磁選機で選別された非磁着物を前記移動炉床式加熱炉へ返送する点に要旨を有している。
【００１３】
前記第一磁選機で選別された磁着物、および／または前記第二磁選機で選別された磁着物は、製鋼炉へ送給することによって鉄源として利用できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る粒状金属鉄の製造装置によれば、分級機で分けられた粗粒と細粒を、それぞれ適切な磁選機で選別することによって、磁選効率を高めることができ、粒状金属鉄の回収率を向上できる。
【００１５】
また、本発明に係る粒状金属鉄の製造方法によれば、移動炉床式加熱炉からの排出物を分級機で２００〜６５０℃で分級し、分級して得られた粗粒と細粒を、別々にそれぞれ適切な磁選機で選別することによって、上記排出物に含まれる床敷材を高温のまま移動炉床式加熱炉へ返送することができる。従って、床敷材を再利用したときのエネルギー損失を抑えつつ粒状金属鉄を製造できる。また、上記温度で分級することによって、粒状金属鉄を高温のまま回収できるため、粒状金属鉄の有する顕熱を有効利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、塊成物から粒状金属鉄を製造するときの工程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者らは、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む混合物を原料とした塊成物を、移動炉床式加熱炉の炉床上に装入して加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して粒状金属鉄を製造するにあたり、粒状金属鉄の回収率を高めること、および移動炉床式加熱炉からの排出物に含まれる床敷材を移動炉床式加熱炉で再利用するときのエネルギー損失を抑えたうえで粒状金属鉄を製造することを目指して鋭意検討を重ねてきた。その結果、移動炉床式加熱炉からの排出物を分級機で粗粒と細粒に分け、得られた粗粒と細粒を、別々にそれぞれ適切な磁選機で選別することによって、磁選効率を高めることができ、粒状金属鉄の回収率を向上できること、また、上記排出物の分級を２００〜６５０℃で行なえば、床敷材を再利用するときのエネルギー損失を抑えたうえで粒状金属鉄を製造できること、および得られた粒状金属鉄は高温のままであるため顕熱を有効利用できることを見出し、本発明を完成した。以下、本発明について説明する。
【００１８】
本発明に係る粒状金属鉄の製造装置は、移動炉床式加熱炉の他、更に分級機、第一磁選機、および第二磁選機を備えているところに特徴を有している。この製造装置を用い、塊成物から粒状金属鉄を製造するときの流れ（フロー）を図１に基づいて説明する。
【００１９】
図１中、１は移動炉床式加熱炉、２は分級機、３は第一磁選機、４は第二磁選機を夫々示している。移動炉床式加熱炉１と分級機２は経路１０１、分級機２と第一磁選機３は経路１０２、分級機２と第二磁選機４は経路１０３、第二磁選機４と移動炉床式加熱炉１は経路１０４で夫々接続されている。１００は移動炉床式加熱炉へ塊成物を供給する経路、１０５は第一磁選機３で選別された非磁着物を排出する経路、１０６は第一磁選機３で選別された磁着物を排出する経路、１０７は第二磁選機４で選別された磁着物を排出する経路を夫々示している。
【００２０】
上記塊成物から粒状金属鉄を製造するときのフローは、下記（１）〜（５）の通りである。
【００２１】
（１）まず、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む混合物を原料とした塊成物を、経路１００から移動炉床式加熱炉１の炉床上に装入する。
【００２２】
（２）次に、移動炉床式加熱炉１の炉床上に装入した上記塊成物を、炉内で加熱することによって、塊成物中の酸化鉄を還元し、粒状金属鉄を製造する。
【００２３】
上記粒状金属鉄が生成する際には、上記混合物に含まれる酸化物由来のスラグが副生する。また、上記炉床上には、炉床を溶融スラグから保護すると共に、上記塊成物に含まれる酸化鉄の還元を促進するために、通常、床敷材として炭材が敷かれる。
【００２４】
（３）上記移動炉床式加熱炉１で得られた粒状金属鉄は、副生するスラグや床敷材と共に経路１０１を通して炉外へ排出され、分級機２へ供給される。上記分級機２では、移動炉床式加熱炉１からの排出物を、粗粒と細粒に分離する。
【００２５】
（４）上記分級機２で分けられた粗粒は、経路１０２を通して第一磁選機３へ供給し、磁力選別を行なう。一方、上記分級機２で分けられた細粒は、経路１０３を通して第二磁選機４へ供給し、磁力選別を行なう。第一磁選機３と第二磁選機４を用いて磁選対象物に応じた適切な条件で選別することによって、磁選効率を高めることができ、粒状金属鉄の回収率を向上させることができる。
【００２６】
即ち、上記分級機２で粗粒と細粒に分離して粒度調整された排出物を第一磁選機３と第二磁選機４で夫々磁力選別することによって、粒度調整していない排出物を磁力選別するよりも磁選効率を高めることができる。粒度調整していない場合は、磁選対象物の大きさにバラツキが生じるため、質量にもバラツキが生じる。そのため、磁選対象物に同量の鉄が含まれていても、磁選対象物の質量によっては磁着するときと磁着しないときがあり、磁選効率が低下する。これに対し、粒度調整すれば、磁選対象物の大きさを揃えることができるため、質量もほぼ均一となる。そのため、粗粒側と細粒側で磁選条件を適切に調整すれば、粒状金属鉄の回収率を向上させることができる。
【００２７】
（５）第二磁選機４で選別された非磁着物は、経路１０４を通して上記移動炉床式加熱炉へ返送すればよい。また、第二磁選機４で選別された磁着物は経路１０７を通して製鋼炉へ供給すればよく、第一磁選機３で選別された磁着物は経路１０６を通して製鋼炉へ供給すればよい。第一磁選機３で選別された非磁着物は経路１０５を通して排出すればよい。
【００２８】
以下、上記（１）〜（５）のフローについて詳細に説明する。
【００２９】
（１）上記酸化鉄含有物質としては、例えば、鉄鉱石、砂鉄、製鉄ダスト、非鉄製錬残渣、製鉄廃棄物などを用いることができる。
【００３０】
上記炭素質還元剤としては、炭素含有物質を用いればよく、例えば、石炭やコークスなどを用いることができる。
【００３１】
上記酸化鉄含有物質と上記炭素質還元剤を含む混合物には、その他の成分として、バインダーやＭｇＯ含有物質、ＣａＯ含有物質などを配合してもよい。バインダーとしては、例えば、多糖類（例えば、小麦粉等の澱粉など）などを用いることができる。ＭｇＯ含有物質としては、例えば、ＭｇＯ粉末や天然鉱石や海水などから抽出されるＭｇＯ含有物質、或いはドロマイトや炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ3）などを用いることができる。ＣａＯ含有物質としては、例えば、生石灰（ＣａＯ）や石灰石（主成分はＣａＣＯ3）などを用いることができる。
【００３２】
上記塊成物の形状は特に限定されず、例えば、ペレット状やブリケット状などであればよい。
【００３３】
上記塊成物は、経路１００を通して移動炉床式加熱炉１の炉床上に装入される。
【００３４】
上記移動炉床式加熱炉１とは、炉床がベルトコンベアのように炉内を移動する加熱炉であり、具体的には、回転炉床炉が例示できる。回転炉床炉は、炉床の始点と終点が同じ位置になるように、炉床の外観形状が円形（ドーナツ状）に設計されており、炉床上に供給された塊成物は、炉内を一周する間に加熱還元されて粒状金属鉄を生成する。従って、回転方向の最上流側には塊成物を炉内に供給する装入手段が配置されると共に、回転方向の最下流側（回転構造であるため、実際には装入手段の直上流側になる）には排出手段が設けられる。
【００３５】
（２）上記塊成物中の酸化鉄を炉内で加熱還元するときの条件は特に限定されず、公知の条件を採用すればよい。例えば、上記塊成物が１２００〜１５００℃となるように加熱して還元すればよい。炉内の加熱には、バーナーを用い、該バーナーの燃焼条件を制御すれば、塊成物の温度を調整できる。
【００３６】
上記塊成物を炉床上に供給するに先立って、炉床上には、床敷材として炭材を予め敷いておくことが好ましい。床敷材は、炉床保護材として作用すると共に、塊成物に含まれる炭素が不足したときの炭素供給源となる。
【００３７】
上記床敷材の厚みは特に限定されないが、例えば、３〜３０ｍｍとすることが好ましい。上記床敷材として用いる炭材としては、上記炭素質還元剤として例示したものを用いることができる。上記炭材としては、粒子径が０．５〜３．０ｍｍ程度のものを用いることが推奨される。なお、上記炭材は、微粒炭素を含んでいるため、高温状態の酸素含有雰囲気下では発火する可能性がある。従って炭材を含む物質を扱う設備や装置内の雰囲気の酸素濃度を制御する必要がある。
【００３８】
（３）上記分級機２としては、公知のものを用いることができ、例えば、篩（スクリーン）や気流分級機などを用いることができる。
【００３９】
上記分級機２において粗粒と細粒に分離するときの閾値は、例えば、２〜８ｍｍとすればよい。閾値とは、粗粒と細粒を分級するときの基準となる値であり、例えば、閾値を３ｍｍに設定した場合には、粒径が３ｍｍの粒子が粗粒側と細粒側に質量比で１：１となるように分離する値を意味する。
【００４０】
上記移動炉床式加熱炉１からの排出物の分級は、２００〜６５０℃で行なう必要がある。分級温度が低過ぎると、下工程における第二磁選機４で選別される非磁着物の温度が低くなるため、この非磁着物を移動炉床式加熱炉１へ返送すると炉内の温度が低下する。従ってエネルギー効率が悪くなる。よって分級温度は２００℃以上、好ましくは２５０℃以上、より好ましくは３００℃以上とする。しかし６５０℃を超える高温で分級して得られた粗粒と細粒を高温のまま磁選機へ供給しても磁選できないため、磁選するには冷却しなければならず、エネルギーの無駄となる。即ち、鉄のキュリー点は７６０℃であるため、この温度を超えると急激に磁性を失うため、磁選できなくなる。そのため高温で分級しても磁選前に冷却しなければならない。よって分級温度は６５０℃以下、好ましくは６３０℃以下、より好ましくは６１０℃以下とする。
【００４１】
ところで、上記移動炉床式加熱炉１からの排出物は、その温度が２００〜６５０℃であれば、そのまま分級機２へ供給してもよいが、当該排出物の温度は、通常、９００〜１０００℃程度になっているため、移動炉床式加熱炉１と分級機２を結ぶ経路１０１上に冷却器（図示しない）を設けて上記排出物を、２００〜６５０℃の温度に冷却する。
【００４２】
上記冷却器としては、例えば、転動式の冷却器、振動式の冷却器、パンコンベア式の冷却器などを用いることができる。
【００４３】
（４）上記第一磁選機３では、磁着物として粒状金属鉄を選別でき、非磁着物としてスラグを選別できる。一方、上記第二磁選機４では、磁着物として粒状金属鉄や鉄リッチなスラグを選別でき、非磁着物として床敷材、スラグ、或いはスラグリッチな粒状金属鉄を選別できる。
【００４４】
上記第一磁選機３および上記第二磁選機４では、６５０℃以下で磁選を行なうことが推奨される。磁選温度が６５０℃を超えると、上述したように、鉄の磁性が低下するため、磁選効率が低下する。従って磁選温度は６５０℃以下とすることが好ましく、より好ましくは６００℃以下、更に好ましくは５５０℃以下である。なお、磁選温度の下限は、磁選によって選別された磁着物や非磁着物を再利用するときのエネルギー損失を低減する観点から２００℃程度とすることが推奨される。好ましくは３００℃以上である。
【００４５】
上記第一磁選機３および第二磁選機４で用いる磁石は、公知のものを用いることができ、例えば、Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ系磁石、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石などが挙げられる。特にＡｌ−Ｎｉ−Ｃｏ系磁石およびＳｍ−Ｃｏ系磁石は、高温でも磁性の低下が少ないため、好適に用いることができる。なお、上記第一磁選機３および第二磁選機４で用いる磁石は、必要に応じて、断熱したり、冷却して磁性が低下しないように保護することが推奨される。
【００４６】
（５）第二磁選機４で選別された非磁着物は、経路１０４を通して上記移動炉床式加熱炉１へ返送することによって再利用できる。このとき、本発明では、上記分級機２における分級を２００〜６５０℃の高温で行なっているため、第二磁選機４で選別してられる非磁着物の温度を高めることができる。従って高温のまま非磁着物を上記移動炉床式加熱炉１へ供給できるため、エネルギー損失を低減できる。一方、第二磁選機４で選別された磁着物は、経路１０７を通して製鋼炉へ供給し、鉄源として利用することができる。また、第一磁選機３で選別された磁着物は、経路１０６を通して製鋼炉へ供給し、鉄源として利用することができる。このとき、本発明では、上記分級機２における分級を２００〜６５０℃の高温で行なっているため、上記第二磁選機４および上記第一磁選機３で選別された磁着物についても、上記第二磁選機４で選別された非磁着物と同様に、高温を維持したまま再利用できる。従って製鋼炉へ供給する前に上記磁着物を再加熱する必要がないため、エネルギー損失の低減が可能となる。
【００４７】
例えば、６５０℃の粒状金属鉄と２５℃の粒状金属鉄の差は、粒状金属鉄の比熱を０．１７ｋｃａｌ／ｋｇとすると、下記式に示されるように０．１１Ｇｃａｌとなる。
０．１７×１０００×（６５０−２５）＝０．１１Ｇｃａｌ
０．１１Ｇｃａｌを顕熱に換算すると、粒状金属鉄１トンあたり、１３０ｋＷｈとなる。従って磁着物を２５℃に冷却してから製鋼炉へ供給するよりも、６５０℃のまま製鋼炉へ供給することによって、顕熱を有効利用できる。
【００４８】
上記磁着物を供給する製鋼炉としては、例えば、電気炉が挙げられる。
【００４９】
第一磁選機３で選別された非磁着物は、その殆どがスラグであるため、廃棄するか、例えば、路盤材として再利用すればよい。
【００５０】
以上の通り、本発明の製造装置によれば、分級機で分けられた粗粒と細粒を、それぞれ適切な磁選機で選別できる。従って、磁選効率を高めることができ、粒状金属鉄の回収率を向上できる。また、本発明の製造方法によれば、移動炉床式加熱炉からの排出物を分級機で２００〜６５０℃で分級し、分級して得られた粗粒と細粒を、別々にそれぞれ適切な磁選機で選別しているため、上記排出物に含まれる床敷材を高温のまま移動炉床式加熱炉へ返送することが可能となる。従って、床敷材を再利用したときのエネルギー損失を抑えつつ粒状金属鉄を製造できる。また、上記排出物に含まれる粒状金属鉄を高温のまま製鋼炉へ移送することが可能となるため、粒状金属鉄の有する顕熱を有効利用できる。
【図１】
0005406803.tif 000002