(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄を含む被処理物を投入してロータリーキルンを運転し、被処理物を溶融還元する本運転工程を有するロータリーキルンの運転方法において、
酸化鉄と、粒状または粉状を呈し、前記ロータリーキルンの前記本運転工程時の炉内温度よりも高い融点を持つ鉱物とを含む耐火物保護層材料を準備する保護層材料準備工程と、
前記耐火物保護層材料を投入して前記ロータリーキルンを前記本運転工程時の炉内温度よりも高い炉内温度で運転し、溶融された該耐火物保護層材料から成る耐火物保護層を該ロータリーキルンの耐火物から成る内表面上に形成する耐火物保護層形成工程とを有し、
前記耐火物保護層形成工程では、前記耐火物保護層材料と共に、還元材を前記ロータリーキルン内に投入し、
前記本運転工程の際に前記ロータリーキルンの前記内表面が溶融した被処理物によって溶損されることを防止することを特徴とするロータリーキルンの運転方法。
【請求項２】
前記鉱物は、前記ロータリーキルンの前記本運転工程時の炉内温度よりも１００°Ｃ以上高い融点を持つ請求項１に記載のロータリーキルンの運転方法。
【請求項３】
前記鉱物は、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、およびＳｉＯ２のうちの一種以上を含む請求項１に記載のロータリーキルンの運転方法。
【請求項４】
前記耐火物保護層材料として、製鉄所で発生するステンレス製鋼ダストを主に利用する請求項１に記載のロータリーキルンの運転方法。
【請求項５】
前記耐火物保護層形成工程にて、還元された溶融銑鉄は、前記鉱物をバインドするためのバインダとして機能する請求項１に記載のロータリーキルンの運転方法。
【請求項６】
前記耐火物保護層は、３０〜５０％の還元された前記溶融銑鉄、ならびに５０〜７０％の前記鉱物を含む請求項１に記載のロータリーキルンの運転方法。
【請求項７】
前記耐火物保護層形成工程および前記本運転工程を、交互に繰り返して行う請求項１に記載のロータリーキルンの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化鉄を含む被処理物を溶融還元するためのロータリーキルンの運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄所で発生するステンレス製鋼ダスト、即ち、鉄鋼ダストあるいは所謂産業廃棄物等の多くは、酸化鉄を含んでいる。このような酸化鉄を含む物質を被処理物とし、この被処理物を溶融還元して有効的に利用するためのロータリーキルンは、例えば、本発明者等による特許第２７８９３３１号に開示されている。
【０００３】
この種のロータリーキルンは、その内側に耐火物層を有している。一般に、耐火物層としては、アルミナ成分を多く含む所謂耐火煉瓦が使用されている。この耐火物層は、ロータリーキルンを運転するにつれ、溶融した被処理物の一部からなる溶融スラグによって溶損、侵食、あるいは減耗される。溶損した耐火物層は、張り替えなければならない。
【０００４】
特に、被処理物が酸化鉄を含む場合は、スラグ中に含まれる酸化鉄およびＳｉＯ２がスラグ自体および耐火物層のＡｌ２Ｏ３と反応を起こす結果として、Ｔｒｉｄｙｍｉｔｅ（ＳｉＯ２）、Ｆａｙａｌｉｔｅ（２ＦｅＯ・ＳｉＯ２）、あるいはＩｒｏｎ  Ｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ（２ＦｅＯ２・Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）等（これらの三元共晶点は、１０８３°Ｃと低い）の低融点物質（化合物）が生成される。低融点物質の生成により、耐火物層の溶損は著しく早められる。よって、比較的頻繁（例えば、５０００時間以下）に、耐火物層を張り替える必要がある。
【０００５】
耐火物層を張り替える際には、ロータリーキルンの運転を長時間にわたって休止しなければならない。このため、耐火物層の溶損は、ロータリーキルンを経済的に、即ち効率よくかつ長時間連続して運転する上で大きな障害である。
【０００６】
従来、耐火物層の溶損を抑制するための策として、以下の３つの従来技術が提案もしくは実施されている。
【０００７】
▲１▼  被処理物中のＡｌ成分を予め高くしておき、その溶融時に、溶融スラグ中のＡｌ成分を高くする。これにより、耐火物層からＡｌが溶出することを防ぐ。
【０００８】
▲２▼  スラグの塩基度を調整（ＳｉＯ２の濃度を高める）することにより、スラグの粘性を高め、スラグと耐火物層との境界部の膜のレイノルズ数を低下させ、スラグと耐火物層との反応速度を低下させる。
【０００９】
▲３▼  被処理物の溶融還元時のロータリーキルンの炉内温度よりも１００〜２００°Ｃ程度高い融点を持つ鉱物、例えば土砂（ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、およびＳｉＯ２を適当な割合で含む）を被処理物に予め混入し、ロータリーキルン内に投入する。次いで、一時的に鉱物の融点以上の炉内温度でロータリーキルンを運転して炉内に液状の溶融スラグを発生させる。溶融スラグが発生した時点から炉内温度を徐々に被処理物の溶融還元時の炉内温度にまで低下させる。そして、耐火物層表面上に可及的厚い固化スラグ層を形成する。形成された固化スラグ層は、被処理物の溶融スラグが耐火物層の表面に直接接触することを防ぐための耐火物保護層として機能する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した第１の従来例では、大量の被処理物に大量のＡｌ成分を追加混入しなければならないので、処理コストが高い。さらに、Ａｌ成分を高めることで、スラグ全量、即ち、被処理物全量が増加するため、処理コストが高い。
【００１１】
また、第２の従来例では、ＳｉＯ２の濃度を高めることにより融点が下がり、スラグの固化付着が問題になる。また、ＳｉＯ２を添加することにより、燃料費、原料費等の処理コストが高い。さらに、スラグ全量、即ち、被処理物全量が増加するため、埋立処理コストが高い。さらにまた、粘性の高い溶融スラグが大きな塊状に固化しがちであり、この塊状の固化スラグをロータリーキルンから排出することは困難である。
【００１２】
また、第３の従来例では、耐火物保護層は溶融スラグによって溶損され易く、比較的短時間に耐火物保護層による効果が減少してしまう。このため、固化スラグ層を比較的頻繁に再形成しなければならない。このため、処理すべきスラグ量が増加する。即ち、被処理物全量が増加するため、処理コストが高くなる。
【００１３】
本発明の課題は、比較的容易な作業を施すのみで耐火物層が溶損することを長時間にわったて十分に抑制できるロータリーキルンの運転方法を提供することである。
【００１４】
本発明の他の課題は、低コストに耐火物層が溶損することを十分に抑制できるロータリーキルンの運転方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、酸化鉄を含む被処理物を投入してロータリーキルンを運転し、被処理物を溶融還元する本運転工程を有するロータリーキルンの運転方法において、酸化鉄と、粒状または粉状を呈し、前記ロータリーキルンの前記本運転工程時の炉内温度よりも高い融点を持つ鉱物とを含む耐火物保護層材料を準備する保護層材料準備工程と、前記耐火物保護層材料を投入して前記ロータリーキルンを前記本運転工程時の炉内温度よりも高い炉内温度で運転し、溶融された該耐火物保護層材料から成る耐火物保護層を該ロータリーキルンの耐火物から成る内表面上に形成する耐火物保護層形成工程とを有し、前記耐火物保護層形成工程では、前記耐火物保護層材料と共に、還元材を前記ロータリーキルン内に投入し、前記本運転工程の際に前記ロータリーキルンの前記内表面が溶融した被処理物によって溶損されることを防止することを特徴とするロータリーキルンの運転方法が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるロータリーキルンの運転方法を説明する。
【００１７】
本発明の実施の形態によるロータリーキルンの運転方法は、従来同様に、酸化鉄を含む被処理物を投入してロータリーキルンを運転し、被処理物を溶融還元する本運転工程を有している。
【００１８】
さらに、本方法は、酸化鉄、ならびに粒状または粉状を呈し、ロータリーキルンの本運転工程時の炉内温度よりも高い融点を持つ鉱物を含む耐火物保護層材料を準備する保護層材料準備工程と、耐火物保護層材料を投入してロータリーキルンを本運転工程時の炉内温度よりも高い炉内温度で運転し、溶融された耐火物保護層材料から成る耐火物保護層をロータリーキルンの耐火物から成る内表面上に形成する耐火物保護層形成工程とを有している。そして、本運転工程の際にロータリーキルンの内表面が溶融したスラグによって溶損されることを防止するものである。
【００１９】
耐火物保護層材料としては、製鉄所で発生するステンレス製鋼ダストを主に利用することができる。
【００２０】
鉱物としては、ロータリーキルンの本運転工程時の炉内温度よりも１００°Ｃ以上高い融点を持つものが好ましい。さらに好ましくは、ロータリーキルンの本運転工程時の炉内温度よりも１００〜２００°Ｃ高い融点を持つものが好ましい。具体的には、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、およびＳｉＯ２のうちの一種以上を含むものである。
【００２１】
耐火物保護層形成工程では、耐火物保護層材料と共に、還元材を耐火物保護層材料の量に対して所定の割合で（還元に必要な化学当量以上を）ロータリーキルン内に投入することにより、耐火物保護層材料を溶融させることができる。
【００２２】
耐火物保護層形成工程および本運転工程は、交互に繰り返して行うことができる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例によるロータリーキルンの運転方法を説明する。
【００２４】
耐火物保護層材料としては、普通鋼ダストを処理する本運転工程時の炉内温度よりも１００〜２００°Ｃ程度高い融点を持つ鉱物であるＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、およびＳｉＯ２等を多く含んでいることが好ましい。
【００２５】
実際上では、製鉄所で発生する製鋼ダスト、好ましくはステンレス製鋼ダストを耐火物保護層材料として利用することができる。以下の表１ならびに表２に、製鉄所で発生し得るステンレス製鋼ダストならびに普通鋼ダストの成分例を示す。
【００２６】
表１および表２から明らかなように、ステンレス製鋼ダストは、普通鋼ダストに比べ、より多くのＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、およびＳｉＯ２等を多く含んでいるので、普通鋼ダストよりも溶融点が高く、普通鋼ダストを処理する際の耐火物保護層材料として好適である。
【００２７】
【表１】
0003584817.tif 000002
【００２８】
【表２】
0003584817.tif 000003
【００２９】
耐火物保護層材料形成工程前には、耐火物保護層材料にその主成分である酸化鉄の還元に必要な化学等量以上の炭素系還元剤、例えば、コークスまたは石炭等を均質に混入させる。炭素系還元剤を化学等量以上混入させることにより、耐火物保護層材料形成工程において、耐火物保護層材料を溶融させることができる。例えば、炭素含有量が４．２５％の時に銑鉄の融点は１１７５°Ｃであるので、１２００°Ｃ以上の高温に加熱されることで銑鉄は確実に溶融する。
【００３０】
耐火物保護層材料形成工程では、炭素系還元剤を混合した耐火物保護層材料を、ロータリーキルン内に投入し、耐火物保護層材料を１３００°Ｃ以上の高温に加熱して、耐火物保護層材料に含まれる鉄酸化物の溶融還元を実施する。
【００３１】
溶融還元によって生成された鉄は、概ね１２００°Ｃ以上で溶融銑鉄になる。これと共に、耐火物保護層材料に含まれる金属以外の鉱物は、比重差により溶融銑鉄上に浮く。浮遊する鉱物は、融点が高いので、粉状を呈し、表面積が大きい。ただし、溶融銑鉄との濡れ性（親和性）は高い。
【００３２】
ロータリーキルンの回転により、溶融銑鉄とその上に浮遊する鉱物は、ロータリーキルンの周方向上側に、即ちロータリーキルンと連れ回りするように耐火物から成る内表面に引き上げられる。このとき、溶融銑鉄がバインダの役目をするため、浮遊する鉱物は、ロータリーキルンの内表面（耐火物表面）上に付着する。
【００３３】
そして、ロータリーキルンの内表面上に一旦付着した鉱物は、ロータリーキルンの回転に伴なって、溜まり部分から上方（フリーボード）に向かって引き上げられる。
【００３４】
フリーボードでは、可燃ガスが充満しており、比較的高濃度に酸素およびＣＯ２が存在している。この気層酸素と内表面上に鉱物を付着させているバインダとしての溶融銑鉄中の炭素とが反応し、銑鉄中に含まれる。炭素は徐々に減少する。溶融銑鉄中の炭素が減少すると、鉄−炭素の状態図からも明らかなとおり、溶融銑鉄の融点は上昇し、凝固を促進する。つまり固化した高融点の銑鉄や酸化鉄をバインダとして、ロータリーキルンの内表面上に、薄い耐火物保護層が強固に形成される。
【００３５】
耐火物保護層材料形成工程では、以上説明した経緯が繰り返され、耐火物保護層はロータリーキルンの全内周面上に形成される。しかも、耐火物保護層は徐々に堆積していく。例えば、数時間の耐火物保護層材料形成工程を経ることで、十分な厚さ（１００ｍｍ以上）の耐火物保護層がロータリーキルンの全周面上に形成される。尚、ロータリーキルンの長さ方向に関しては、例えば、全長のほぼ半分の場所から後端までの範囲にわたって厚さ１００ｍｍ以上の耐火物保護層が形成される。
【００３６】
以下の表３に、耐火物保護層材料形成工程を経て形成された耐火物保護層の成分ならびに嵩比重の例を示す。
【００３７】
【表３】
0003584817.tif 000004
【００３８】
表３に示した例をも含め、耐火物保護層は、３０〜５０％の銑鉄と、５０〜７０％の鉱物とから成ることが好ましい。これは、このような成分である耐火物保護層は、適度な熱伝導特性（断熱特性）を有し、通常炭素鋼からなるロータリーキルン胴体が過度に冷えることよる酸腐食を防止できると共に、低い放熱損失を実現できるからである。さらに、高融点（低酸素含有）の銑鉄や酸化鉄がバインダとして機能するため、耐火物保護層は、機械強度が高く、通常の操業温度よりも融点が高いため、振動ショックや熱ショックに対する耐性に優れており、割れ、欠け、および脱落等の心配もない。
【００３９】
また、耐火物保護層の厚さを十分に確保することで、長時間に亘って、耐火物層が保護されつづける。
【００４０】
耐火物保護層材料形成工程完了後、耐火物保護層が形成されたロータリーキルンの炉内温度を徐々に通常の操業温度（１２００°Ｃ程度）にまで下げ、被処理物に必要に応じて還元剤を混入したものを投入し、加熱、溶融して被処理物の溶融還元を行う。
【００４１】
耐火物保護層形成工程および本運転工程は、所定の時間周期、もしくは、耐火物保護層の減耗状態に応じた周期で、交互に繰り返して行うことができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によるロータリーキルンの運転方法によれば、比較的容易な作業を施すのみで、しかも低コストに、耐火物層が溶損することを長時間にわたって十分に抑制できる。