(57)【要約】【課題】  シャフト炉に導入する鉄酸化物の操業方法を適正化することによって、還元性ガスを用いて安定的に生産効率を高めつつ、投入エネルギーも小さくするとともに、優れた品質の還元鉄を製造する。【解決手段】  鉄酸化物をシャフト炉内で還元して還元鉄を製造する方法において、（ａ）予め炭素換算で１０質量％以上となるように炭素を含有せしめた鉄酸化物をシャフト炉に装入し、（ｂ）シャフト炉に還元性ガスを吹き込むことによって還元鉄を製造する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄酸化物をシャフト炉内で還元して還元鉄を製造する方法において、
（ａ）予め炭素換算で１０質量％以上となるように炭素を含有せしめた鉄酸化物をシャフト炉に装入し、
（ｂ）シャフト炉に還元性ガスを吹き込むことによって還元鉄を製造する
ことを特徴とする還元鉄の製造方法。
【請求項２】
前記鉄酸化物として含炭粉を使用することを特徴とする請求項１記載の還元鉄の製造方法。
【請求項３】
前記鉄酸化物をシャフト炉に装入する前に、該鉄酸化物に、予め石灰石を混ぜ合わせることを特徴とする請求項１又は２記載の還元鉄の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鉱石等の鉄酸化物を原料として、還元鉄を得るための還元鉄の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄酸化物等の金属酸化物から還元鉄を製造する方法については、従来、鉄酸化物をシャフト炉の上方から装入し、シャフト炉の下方から天然ガス等の還元性ガスを導入して鉄酸化物を還元する方法があった。
【０００３】
例えば、特許文献１には、シャフト炉に、還元性ガスとしてペンタン等の高級炭化水素ガスの熱分解により生成するＣＯとＨ2を導入することにより、鉄酸化物原料を鉄に直接還元する方法が開示されている。
【０００４】
一方、近年、回転炉床炉を予備還元炉とするシステムが提案されている。回転炉床炉は円環状の炉体を備えるもので、炉内の内部に移動式の炉床を設け、粉粒状の金属酸化物と固体還元剤とを混合して造粒した造粒物を原料として炉床上に置くとともに、バーナから燃料ガス等を吹き込んで、炉内の可燃性ガスを燃焼させ、その燃焼熱により、造粒物中の金属酸化物と固体還元剤とを反応させて還元金属を得るものである。
【０００５】
例えば、特許文献２には、微粉鉄鉱石と微粒炭素質材料とを団塊にして成形体を成形し、該成形体を回転炉床炉で予備還元し、少なくとも１０００℃の温度で排出し、製錬還元容器内に溶融金属浴を生成させ、該容器内の浴の表面下に微粉炭素質材料を導入し、予備還元した成形体を還元する方法が開示されている。
【０００６】
この方法においては、原料の金属化率（原料中の金属酸化物の酸素のうち、除去された酸素の割合）が、９０％程度又はそれ以上の高率に保たれるようにコントロールされている。即ち、炉床上に造粒物を薄く延べ広げることにより、表層付近と内部との間の金属化率の分布幅を小さくし、かつ、その炉床をゆっくりと移動させることにより、炉内に造粒物を長時間滞在させることにより、金属化率を高率に維持している。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６１−７３８０５号公報
【特許文献２】特公平３−６０８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１記載の方法は、確かに、還元性ガスをシャフト炉に導入することによって還元鉄を製造できるものであるが、生産性を上げるためには、炉の操業を高温で行う必要があり、また、一方で、大量の還元性ガスを必要とするので、上記方法は、必ずしも経済的なプロセスではない。
【０００９】
また、特許文献２記載の方法においては、回転炉床炉内での還元促進のために、回転炉床炉内で鉄酸化物原料を薄く広げて置くが、これによって、逆に、時間あたりの生産量が少なくなるし、また、熱量の多くが排ガスとして出ていくにもかかわらず、バーナの火炎を原料には直接接触させずに、炉内ガス温度を相当に（１３５０〜１４５０℃に）高めて原料を加熱するので、生産効率が低いという課題がある。
【００１０】
そこで、本発明においては、シャフト炉に導入する鉄酸化物の操業方法を適正化することによって、還元性ガスを用いて安定的に生産効率を高めつつ、投入エネルギーも小さくするとともに、優れた品質の還元鉄を製造することができる還元鉄製造技術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】
【００１１】
本発明は、上記目的のもとになされたもので、その要旨は、以下のとおりである。
【００１２】
（１）  鉄酸化物をシャフト炉内で還元して還元鉄を製造する方法において、
（ａ）予め炭素換算で１０質量％以上となるように炭素を含有せしめた鉄酸化物をシャフト炉に装入し、
（ｂ）シャフト炉に還元性ガスを吹き込むことによって還元鉄を製造する
ことを特徴とする還元鉄の製造方法。
【００１３】
（２）  前記鉄酸化物として含炭粉を使用することを特徴とする前記（１）記載の還元鉄の製造方法。
【００１４】
（３）  前記鉄酸化物をシャフト炉に装入する前に、該鉄酸化物に、予め石灰石を混ぜ合わせることを特徴とする前記（１）又は（２）記載の還元鉄の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、シャフト炉への鉄酸化物の投入方法等（操業方法）が適正化されるので、還元鉄製造における生産効率が向上するとともに、投入エネルギーの低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明者は、シャフト炉における鉄酸化物の操業方法を適正化する方法について、種々の方法を検討した。その結果、シャフト炉への鉄酸化物の導入に際し、適正な導入方法を選択すれば、効率よく還元が進み、還元鉄の生産性が向上することを知見した。
【００１７】
即ち、原料となる鉄酸化物に、予め固体炭素を適正に含有させておけば、鉄酸化物のシャフト炉への装入後に、炉内に導入された還元性ガスによる鉄酸化物の還元が進行するとともに、鉄酸化物自身に含まれる炭素による還元も並行して進行し、従来の還元性ガスだけによる還元よりも、鉄酸化物の還元に要する時間が大幅に短縮するとの発想に至った。
【００１８】
但し、鉄酸化物中に単に炭素分が含まれているだけでは、還元鉄の品質は安定しない、即ち、シャフト炉から排出される還元鉄の金属化率は大きくバラツキと考えられるので、還元鉄の品質に及ぼす鉄酸化物中炭素の影響を調査した。
【００１９】
容積０．２ｍ3のシャフト炉に、表１に示す組成の鉄鉱石に、炭素源として、同じく表１に示す石炭を、炭素の含有量を変えて添加して造粒したペレット状の鉄酸化物を装入し、還元性ガスとしてＣＯＧ＝１５００Ｎｍ3／ｔ−鉄酸化物一定で炉内下方から導入して、上記鉄酸化物の還元を行った。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
図１に、鉄鉱石に炭素源として石炭を添加して予めペレット状にした鉄酸化物を、シャフト炉に装入し、還元鉄の金属化率（得られた還元鉄中の金属鉄の割合）が目標８５％に達成するまでに要する時間を整理した結果を示す。
【００２２】
図１の縦軸には、目標金属化率８５％に達するまでの時間を、従来法に従い炭素を含まない鉄酸化物を還元性ガスのみを用いて還元した場合における目標金属化率に達するまでの時間を基準として無次元化して示した。
【００２３】
図１に示されているように、鉄酸化物に含まれている炭素分が増加するにつれ、目標金属化率に達するまで要する時間は短くなる傾向があることが判る。さらに、鉄酸化物中の炭素の割合が１０質量％以上になると、単に還元終了時間が短くなるだけでなく、還元時間のバラツキ自体も急激に小さくなることが判る。
【００２４】
この理由は、予め鉄酸化物に炭素源として投入した石炭の平均含有割合が１０質量％未満と小さい場合には、石炭の混合具合によって鉄酸化物中で石炭が偏析し易くなり、シャフト炉内の鉄酸化物の分布において、石炭の正偏析（炭素分が多い）のところは、炭素による還元とともに還元性ガスによる還元が並行して起きるために、目標金属化率に達する時間は短くなるが、逆に、石炭の負偏析で炭素分が少ないところは、鉄酸化物に含まれる石炭による還元が起こり難く、還元性ガスによる還元が主体となるため、シャフト炉に装入した鉄酸化物が全体的に還元され目標金属化率に達する時間は、さほど短縮されないからであると推測される。
【００２５】
従って、予め鉄酸化物に炭素源として投入した石炭の平均含有割合が１０質量％未満と小さい場合には、図１に示すように、石炭の偏析（混合具合）によって、目標金属化率に到達する時間がバラツキものと考えられる。
【００２６】
しかしながら、鉄酸化物中の炭素の割合が１０質量％以上と高くなると、炭素分の混合具合が悪く、負偏析が生じても、負偏析部分の炭素の含有量は相対的に高くなる一方で、還元性ガスにより還元される鉄酸化物の量自体が減少するため、鉄酸化物中の炭素分の偏析（混合具合）の影響を受け難くなり、目標金属化率に達するまでの時間のバラツキは小さくなるものと考えられる。
【００２７】
以上から、シャフト炉で還元性ガスとともに投入した鉄酸化物から効率よく還元鉄を得るためには、予め炭素分を１０質量％以上となるように混合した鉄酸化物を、シャフト炉に装入する必要がある。
【００２８】
但し、図１に示すように、鉄酸化物中の炭素の割合が３０質量％を超えると、還元時間短縮の効果が飽和するので、経済性を考慮すると、鉄酸化物中の炭素の割合は、３０質量％未満が好ましい。
【００２９】
なお、鉄酸化物としては、前記の鉄鉱石の他、製鉄所において、鉄製品製造プロセスの中で二次的に発生する鉄酸化物、例えば、製鋼ダスト（転炉集塵ダスト等）、高炉炉頂又は高炉鋳床で飛散した酸化物粉や原料輸送（ベルトコンベア等）の際の落下酸化物粉を、リサイクルすることも可能であり、経済的にもこの方が好ましい。
【００３０】
また、炭素源としては、石炭のみならず、コ−クス等も使用することが可能である。特に、前記の鉄酸化物中で、高炉炉頂又は高炉鋳床で飛散した酸化物粉や原料輸送（ベルトコンベア等）の際の落下酸化物粉は、炭素分を含む含炭粉であり、炭素と鉄酸化物を混合する工程を簡略化することが可能であるので、上記酸化物粉の使用は、経済的であり、特に好ましい。
【００３１】
一方、石炭を固体還元剤として用いた場合には、石炭に含有される硫黄が、還元鉄を原料として製造される鉄製品に残留して、品質に悪影響を及ぼすこともあるので、石炭を鉄酸化物に混合する際には、予め、石炭に脱硫処理を施すのが望ましい。
【００３２】
脱硫剤として石灰石を鉄酸化物に予め混合させておけば、シャフト炉で鉄酸化物の還元する際に、硫黄分を脱硫することができるので、石灰石の混合は好ましい。
【００３３】
次に、本発明のシャフト炉に装入する鉄酸化物の好ましい製造プロセスについて説明する。
【００３４】
鉄酸化物としては、鉄鉱石に限らず、前記のごとく、種々の酸化鉄を使用できるが、種々の酸化鉄原料を鉄源毎に分けて複数のホッパーに収容するとともに、さらに、炭素源となる原料も、予めホッパーに収容しておく。また、必要に応じて、脱硫剤としての石灰石も、同様に予めホッパーに収容しておく。
【００３５】
前記ホッパーから、１つ又は２つ以上の酸化鉄原料を切り出すとともに、成形充填材となるバインダーを添加し、必要に応じて、炭素源となる原料、石灰石をそれぞれ切り出し、少なくとも炭素が１０質量％以上になるように原料を調製する。
【００３６】
そして、上記調製原料を、ボール・ミル、ニーダー、パドルミキサー等の混合機に投入して、成分、粒度が均一になるように一定時間混合する。次に、得られた混合原料を、押出成型、ブリケットマシン、皿型造粒機等の成型機にて、粒度がφ１０〜２０ｍｍ程度の成形鉄酸化物になるように成形する。
【００３７】
なお、粒度や硬度等は、シャフト炉の還元鉄製造条件に応じて、適時変更しても構わない。
【実施例】
【００３８】
表１に示すような組成の、鉄鉱石、高炉炉頂、鋳床からの飛散分、原料輸送の落粉を鉄酸化物原料として、炭素源として鉄酸化物原料に含まれる炭素分を活用し、さらに、成形充填材となるバインダーを添加してペレット状に成形した。また、鉄酸化物原料に、別途、必要に応じて炭素源としてコークスや石炭を混合し、さらに、一部条件には、脱硫剤として石灰石（１００ｋｇ／ｔｏｎ−鉄酸化物）を含有させて、ペレット状に成形した。
【００３９】
そして、上記鉄酸化物原料の成形物を、容積０．２ｍ3のシャフト炉に、炉上方から投入した。
【００４０】
【表２】
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【００４１】
本発明例及び比較例では、前記の鉄酸化物製造プロセスのように、酸化鉄原料等をホッパーから切り出し、パドルミキサーで撹拌混合した後、ブリケットマシンにてφ２０ｍｍの鉄酸化物に成形し、シャフト炉に装入した。従来例では、鉄酸化物の鉄鉱石を成形せずにそのままシャフト炉に装入した。
【００４２】
鉄酸化物の還元は、本発明例、比較例、及び、従来例とも、還元性ガスとしてＣＯＧ＝１５００Ｎｍ3／ｔ−鉄酸化物一定で炉内下方から導入して行い、金属化率が８５％以上に達するまでに要する時間を測定した。その結果を表２に示す。
【００４３】
また、鉄酸化物へ石灰石を所定量混合した場合における還元鉄中の硫黄分の分析結果も併せて表２に示す。
【００４４】
なお、還元時間は、目標金属化率８５％に達するまでに要した時間を、従来例（鉄酸化物に炭素を含めず還元性ガスのみを用いて還元）により目標金属化率８５％に達するまでに要した時間を基準として無次元化して評価し、表２に示した。
【００４５】
表２中で、本発明例であるＮｏ．１〜Ｎｏ．４においては、鉄酸化物中の炭素含有量が１０％以上であるため、酸化鉄源の種類によらず、目標金属化率８５％以上に達する時間は、従来例の時間の０．６８〜０．８であり、大幅に短縮されている。
【００４６】
また、還元時間のバラツキ（標準偏差σ）も、０．０２４〜０．３と小さいものであった。また、予め石灰石を混合したＮｏ．４の場合には、還元前の鉄酸化物に比べ、シャフト炉で硫黄分が脱硫されて、還元鉄中の硫黄分が約１０％低下した。
【００４７】
一方、表２中で鉄酸化物中の炭素含有量が１０質量％未満の比較例のＮｏ．５及びＮｏ．６においては、従来例に比べ、還元時間を短縮できるものの、本発明例よりも時間を要し、しかも、バラツキ（標準偏差σ）が大きく、安定的に還元時間を短縮することはできなかった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】鉄酸化物中の炭素含有量（％）と目標金属化率（８５％）に達するまでに要する時間（還元時間比）との関係を示す図である。
【図１】
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