(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭材と酸化鉄を混合造粒して成形した炭材内装ペレットにおいて、前記炭材の揮発分含有量を炭材１ｇ当たり0.020〜0.026molとし、還元プロセス中の破裂を抑制したことを特徴とする還元鉄製造用ペレット。
【請求項２】
請求項１に記載の還元鉄製造用ペレットを用いて還元鉄を製造することを特徴とする還元鉄製造方法。
【請求項３】
前記炭材は、炭材単体、または複数の炭材を混合した混合物を使用する請求項２記載の還元鉄製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭材と酸化鉄を含む炭材内装ペレットを加熱還元する、いわゆる直接製鉄法に使用される還元鉄製造用ペレット、及び製品としての還元鉄の生産性を改善するための還元鉄製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、還元鉄の製造方法としては、ミドレックス法に示される方法が知られている。この製造方法は、天然ガスより生成される還元性ガスを羽口から吹込み、シャフト炉中を上昇させることによって鉄鉱石や酸化鉄ペレットを還元し、還元鉄を得るというものである。この製造方法では、コストの高い天然ガスを燃料として豊富に供給する必要がある。
【０００３】
このようなコストの高い燃料に代えて、近年では、世界的に広く産出される石炭を還元剤として使用することのできる還元鉄製造プロセスが注目されている。その具体例として、ロータリーキルン内で焼成ペレットを石炭と燃料により加熱還元するＳＬ／ＲＮ法と呼ばれるプロセスが既に稼働している。この種の製造方法はエネルギー消費量が高く、また築炉上の制約から一基当たりの年間生産量は１５万トン規模に制限されている。さらに、使用する石炭の性状に制約がある等の問題があることから、製造設備の立地が特定の地域に限られている。
【０００４】
また、上記ＳＬ／ＲＮ法と並ぶ還元鉄製造法として米国特許第3,443,931 号には、粉状酸化鉄と炭材とを混合してペレット化し、ロータリーハース上で加熱還元して還元鉄を製造するプロセスが記載されており、現在そのプロセスが見直されている。詳しくは、上記プロセスは、粉鉱石と炭材とを混合してペレット化し、高温雰囲気下で加熱還元するものであり、石炭ベースであること、粉鉱石を直接使用できること、高速還元が可能であること、製品中の炭素含有量を調節することができる等の利点を有している。一方で、このプロセスは、輻射熱を利用してペレットを加熱しているために原料層の高さが制限され、従って、製品の生産性を向上するためには、還元反応の反応速度自体を高める必要がある。
【０００５】
上記の如く高温反応炉におけるプロセスにおいて、還元反応の反応速度を高める方法としては、還元時の処理温度を上昇させる方法が示される。ところが、この方法では、反応炉内の雰囲気温度全体を上昇させなければならないため消費エネルギーが増大し、さらに、ペレットの表面温度が1300℃以上になると溶融鉄、あるいは溶融酸化鉄が生成され製品の品質が低下するといった問題がある。また、反応炉内の雰囲気温度が上昇し過ぎると、装入直後にペレットが破裂する恐れもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、高温反応炉を用いて炭材内装ペレットを加熱還元し、還元鉄を生成するプロセスにおいては、還元時の処理温度を現状より上昇させることなく還元反応を促進することのできる還元鉄の製造方法の実現が期待されている。その製造方法が実現すれば、生産量を自由に増減することができる、いわゆる製品の生産弾力性を得ることができ、且つ製品の品質を安定化させることが可能になることから、極めて重要な技術として位置づけられている。
【０００７】
本発明は以上のような従来の還元鉄の製造方法における課題を考慮してなされたものであり、炭材に含まれる揮発分の量を制御した還元鉄製造用ペレット、及び高温反応炉内の雰囲気温度を上昇させることなく還元反応を促進することができ、加熱過程におけるペレットの破裂を抑制することができる還元鉄の製造方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のペレットは、炭材と酸化鉄を混合造粒して成形した炭材内装ペレットにおいて、炭材の揮発分含有量を炭材１ｇ当たり0.020〜0.026molとすることにより、還元プロセス中の破裂を抑制したことを要旨とする。なお、以下の説明においては、炭材１ｇを１ｇ−coalと呼ぶことがある。
【０００９】
本発明の還元鉄製造方法は、炭材と酸化鉄を混合造粒して成形した炭材内装ペレットにおいて、還元時に揮発する揮発分の含有量が炭材１ｇ当たり0.020〜0.026molである様な炭材及び酸化鉄よりなるペレットを用いて還元鉄を製造することを要旨とする。上記還元鉄製造方法において炭材は、炭材単体、または複数の炭材を混合した混合物を使用することができる。
【００１０】
本発明において、炭材とは、採掘後、粉砕、ふるい分け等の機械的操作を加えただけのもの、熱処理されたもの例えばコークスを粉砕したもの、廃棄物中に含まれていて回収使用するようなもの例えばダスト中の炭素等、要するに炭素を好ましくは８０％以上含有するような任意の材料を示す。
本発明における揮発分とは、炭材に固有のＣＨ4 ，Ｈ2 ，ＣＯ，ＣＯ2 ，水分等が示される。
【００１１】
本発明は、ロータリーハース炉、トンネル炉等、炭材内装ペレットを所定の温度まで加熱、保持することが可能な全ての高温反応炉に適用することができる。
本発明の還元鉄の製造方法に従えば、炭材を混合した酸化鉄を高温反応炉内で加熱還元して還元鉄を製造する際に、揮発分含有量が炭材１ｇ当たり0.026 mol 以下である様な、揮発分含有量の多い炭材を還元剤として使用することにより、反応炉内の雰囲気を上昇させることなく還元反応を促進させることができ、さらに、加熱過程におけるペレットの破裂を抑制することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
まず、還元鉄を製造するに当たり、種々の炭材と酸化鉄とを混合して製造したペレットを電気炉にて1250℃で加熱還元し、そのときの還元挙動を比較した。
表１は本実施例において試験に供せられた鉄鉱石と炭材の化学組成を示したものである。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
ただし、銘柄Ｇについては単体として使用するものでないため揮発分は測定せず。
これらの原料より作製したペレットを、Ｎ2 雰囲気下で1250℃に保持した電気炉内に投入し、加熱還元した。このときの製品の性状を表２に示す。
【００１５】
【表２】
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【００１６】
以上の結果から、炭材中の揮発分含有量と金属化率９３％到達時間の関係を整理すると、図１のグラフに示される。このグラフから、炭材中の揮発分含有量が増加するのに伴い、金属化率９３％到達時間が短くなっていること、及び揮発分含有量が0.026 mol/g-coalを超えると、還元途中でペレットが破裂（バースティング）することがわかる。従って、還元反応を促進させることと、ペレットの破裂を抑制することを両立させるには、炭材１ｇ当たりの揮発分含有量が0.026 mol 以下の範囲内で揮発分含有量の多い炭材を還元剤として使用すればよい。
また、揮発分含有量が0.020molを下回ると、還元反応が著しく停滞するため、好ましい揮発分含有量は0.020 〜0.026mol／g-coalとなる。
【００１７】
以上の結果に基づいて、実機による還元鉄の製造を行った。すなわち、揮発分含有量の異なる炭材を使用し、図２に示すような、直径６ｍのロータリーハース炉を含む設備を用いて還元鉄の製造を行った。詳しくは、鉄鋼石，炭材，バインダーを貯留している原料槽１から計量排出され、原料ミキサ２にて混合され、造粒装置３にて粒状に成形され、乾燥機４を通過することによって成形されたペレットは、ロータリーハース炉５に導入されて加熱還元され、冷却された後、製品として排出されるようになっている。なお、図中、符号６は排ガス燃焼炉、７は熱交換器、８は集塵機、９は煙突、１０及び１１はブロアである。
そのときの原料の化学組成を表３に、また、操業条件を表４にそれぞれ示す。
【００１８】
【表３】
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【００１９】
【表４】
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【００２０】
図３のグラフに、そのときのペレットの金属化率の経時変化を示す。同図から、炭材の揮発分含有量が増加するのに伴って、反応初期の金属化率の立ち上がりが急になり、その結果として９３％到達時間が短縮されていることがわかる。このときの生産率変化は表５に示す通りであり、炭材の揮発分含有量を制御（高める）することにより、製品還元鉄の生産性を向上させることが可能であることが確認された。
【００２１】
【表５】
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【００２２】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、炭材と酸化鉄からなる炭材内装ペレットを原料として使用する還元鉄製造方法において、加熱還元中のペレットの破裂を抑制し、且つ雰囲気温度を上昇させることなく、製品還元鉄の生産性を制御することが可能となる。これにより、安定した品質の還元鉄を大量に製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る炭材中の揮発分含有率と金属化率93％到達率との関係を示すグラフである。
【図２】本発明の実施例に係る加熱還元プロセスに使用される設備の構成を示す工程系統図である。
【図３】本発明の実施例に係る揮発分含有量の異なる炭材を使用した時の金属化率の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  原料槽
２  原料ミキサー
３  造粒装置
４  乾燥機
５  ロータリーハース炉
６  排ガス燃焼炉
７  熱交換器
８  集塵機
９  煙突
１０  ブロア
１１  ブロア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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