(57)【要約】【課題】酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む塊成物を加熱炉内で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造するにあたり、還元鉄とスラグとの分離性を高め、スラグ含有量が少なく、Ｓ含有量の少ない還元鉄を製造する。【解決手段】酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む塊成物を加熱炉内で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造する方法において、前記加熱炉外へ排出されたスラグに含まれるＦｅＯ量を２．０質量％以上とする還元鉄の製造方法。【選択図】図１
2015196900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む塊成物を加熱炉内で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造する方法において、
前記加熱炉外へ排出されたスラグに含まれるＦｅＯ量を２．０質量％以上とすることを特徴とする還元鉄の製造方法。
【請求項２】
前記加熱炉内の雰囲気を、酸化性ガス雰囲気とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
加熱して得られた還元鉄とスラグを含む混合物を、粉砕した後、還元鉄とスラグに分離する請求項１または２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、鉄鉱石や製鉄ダストなどの酸化鉄含有物質、および炭材などの炭素質還元剤を含む塊成物を加熱炉内で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
脈石などの不純物が少なく、鉄分が多い高品位な鉄鉱石は、世界的に枯渇してきている。そのため、不純物が多く、鉄分が少ない低品位な鉄鉱石から効率良く高品位な還元鉄を製造する製造方法が求められている。また、製鉄プロセスで排出される製鉄ダストは、酸化鉄を含有しており、これを原料として還元鉄を製造することは資源の有効活用という面から重要である。
【０００３】
鉄鉱石や製鉄ダストなどの酸化鉄含有物質から還元鉄を製造する方法としては、酸化鉄含有物質を焼成したペレットをシャフト炉に装入し、還元ガスによって酸化鉄を還元して還元鉄を製造する方法が知られている。また、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を混合した混合物を、ペレットやブリケットなどに塊成化し、得られた塊成物を回転炉床炉などの加熱炉で加熱し、還元鉄を製造する方法も知られている。
【０００４】
塊成物を加熱炉内で加熱して還元鉄を製造する方法としては、例えば、特許文献１〜３の技術が知られている。これらのうち特許文献１には、酸化鉄原料と炭素質還元材とを含む塊成化物を還元炉に装入して還元し、金属鉄分とスラグ成分との混合物からなる還元鉄を製造する方法において、上記塊成化物を成型するに際して、上記酸化鉄原料に、ＣａＯ、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｎＯを含有する含鉄添加材を添加し、上記塊成化物中の上記スラグ成分のスラグ塩基度：（ＣａＯ質量％＋ＭｇＯ質量％）／ＳｉＯ2質量％を、０．９超の範囲に制御し、且つ、塊成化物中におけるＳｉＯ2とトータル鉄Ｔ．Ｆｅとの含有率の関係：ＳｉＯ2質量％／Ｔ．Ｆｅ質量％を０．３５超、０．６未満の範囲に制御し、還元鉄を製造する技術が開示されている。この技術によれば、被還元性を低下させる酸化鉄系化合物の生成を抑制すると共に、塊成化物が全体として溶融することが防止されるため、高強度且つ高金属化率の還元鉄を効率良く製造できる。
【０００５】
特許文献２は、本出願人が先に提案したものであり、この文献には、炭素質還元剤が存在する酸化鉄の成形物を加熱還元して金属鉄を製造する方法において、加熱還元により金属鉄外皮を生成且つ成長させ、内部には酸化鉄が実質的に存在しなくなるまで還元を進め、更に加熱を続けて金属鉄とスラグを溶融分離し、金属鉄を製造する技術が記載されている。この技術によれば、金属化率が９５重量％以上といった、従来の直接製鉄法では到底得ることのできない高純度の金属鉄を極めて短時間の加熱還元で効率よく製造できる。
【０００６】
また特許文献３も本出願人が先に提案したものであり、この文献には、酸化鉄含有物質および炭材に、更に融点調整剤を配合した原料混合物を塊成化する工程と、得られた塊成物の一部が溶融するように加熱し、該塊成物に含まれる酸化鉄を還元する工程とをこの順で含む還元鉄とスラグの混合物の製造方法が開示されている。また、上記融点調整剤は少なくともＣａＯ供給物質を含み、塊成物に配合するＣａＯ供給物質の量を、上記塊成物中のＣａＯ量およびＳｉＯ2量から求められるスラグの塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ2］が０．２以上、０．９未満となるように調整することも開示されている。この製造方法によれば、上記特許文献２よりも低温で、且つ短時間で、還元鉄とスラグの混合物が得られ、この混合物は、例えば、粉砕、磁選することによって還元鉄とスラグに容易に分離できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２０７２４１号公報
【特許文献２】特開平９−２５６０１７号公報
【特許文献３】特開２０１３−１２７１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した方法で得られた還元鉄は、例えば、電気炉に投入され、鉄源として用いられる。しかし還元鉄が、ＳｉＯ2、ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯなどのスラグや、Ｓに代表される鋼材の品質を悪化させる成分を多く含有すると、次のような問題が発生する。即ち、還元鉄に含まれるスラグ量が多いと、電気炉で該スラグを溶解するための電気代が増大する。電気炉でスラグを溶解しても電気代の増加が問題にならないスラグ量が、どの程度であるかは一般的には知られていないが、電気炉に投入する還元鉄が、該還元鉄に含まれる鉄量（Ｔ．Ｆｅ）と、ＳｉＯ2およびＡｌ2Ｏ3との合計量に基づいて、下記式（１）から算出されるスラグ率が５％以下であれば、電気代の増加は問題にならないと考えられる。従って、電気炉に投入する前に還元鉄とスラグとを分離し、スラグを除去すれば、電気炉に投入する還元鉄のスラグ率を低減できると考えられる。なお、下記式（１）において、［  ］は、電気炉に投入する還元鉄における各成分の含有量（質量％）を意味している。
スラグ率（％）＝（［ＳｉＯ2］＋［Ａｌ2Ｏ3］）／［Ｔ．Ｆｅ］×１００  ・・・（１）
【０００９】
また、還元鉄に含まれるＳなどの鋼材の品質を悪化させる成分量が多いと、電気炉に投入できる還元鉄の量が制限される。これは電気炉で溶解して得られる溶鋼のＳ濃度が高いと、最終的に得られる鉄鋼製品の品質が悪化するからである。従って電気炉に投入する還元鉄に含まれるＳ量はできるだけ低減することが望まれる。Ｓは、その一定量がスラグに取り込まれる性質があるため、電気炉に投入する前に還元鉄とスラグとを分離すれば、電気炉に投入する還元鉄に含まれるＳ量を低下できると考えられる。
【００１０】
ところが上記特許文献１の技術では、還元鉄とスラグの分離性を向上させることについては着目されていない。上記特許文献２の技術では、炉内でスラグを溶融させているため、加熱温度を高くする必要があり、加熱炉の燃費が悪かった。上記特許文献３に開示した製造方法では、融点調整剤を配合しているため、副原料費が高くなった。また、融点調整剤は、加熱後にはスラグとなるため、スラグの生成量が多くなると、埋め立てなどの処分費用が嵩み、環境への負荷も大きくなった。
【００１１】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む塊成物を加熱炉内で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造するにあたり、還元鉄とスラグとの分離性を高め、スラグ含有量が少なく、Ｓ含有量の少ない還元鉄を製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決することのできた本発明に係る還元鉄の製造方法とは、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む塊成物を加熱炉内で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造する方法であり、前記加熱炉外へ排出されたスラグに含まれるＦｅＯ量を２．０質量％以上とする点に要旨を有している。
【００１３】
前記加熱炉内の雰囲気は、酸化性ガス雰囲気とすることが好ましい。加熱して得られた還元鉄とスラグを含む混合物は、粉砕した後、還元鉄とスラグに分離することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、酸化鉄を還元して還元鉄を製造するにあたり、加熱炉外へ排出されたスラグに含まれるＦｅＯ量を２．０質量％以上に制御しているため、還元鉄とスラグとの分離性が向上し、スラグ含有量が少なく、Ｓ含有量も少ない還元鉄を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、加熱炉内の雰囲気ガスに占めるＣＯ2の割合と磁着物におけるスラグ率との関係、および加熱炉内の雰囲気ガスに占めるＣＯ2の割合と非磁着物に含まれるＦｅＯ量との関係を示すグラフである。
【図２】図２は、各供試材に含まれるＳ量を１００％としたときの、磁着物および非磁着物に含まれるＳ量を示すグラフである。
【図３】図３は、ブリケットに含まれるスラグ量と、磁着物のスラグ率との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、ブリケットの塩基度と、磁着物のスラグ率との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、実機における操業工程を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明者らは、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む塊成物を加熱炉内で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造するにあたり、還元鉄とスラグとの分離性を高め、スラグ含有量が少なく、Ｓ含有量の少ない還元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、加熱炉外へ排出されたスラグに含まれるＦｅＯ量を２．０質量％以上に制御すれば、加熱炉内におけるスラグの融点を降下させることができるため、還元鉄とスラグとの分離性が向上すること、還元鉄とスラグとの分離性が向上することによって、スラグ含有量が少なく、Ｓ含有量も少ない還元鉄を製造できることを見出し、本発明を完成した。
【００１７】
まず、本発明の特徴部分について説明する。
【００１８】
本発明に係る還元鉄の製造方法は、加熱炉外へ排出されたスラグに含まれるＦｅＯ量を２．０質量％以上とするところに特徴がある。即ち、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む塊成物を加熱炉内で加熱すると、該塊成物中の酸化鉄は還元されて還元鉄を生成し、このときスラグが副生する。スラグにＦｅＯが残留すると、還元鉄の生成量が減少するため、還元鉄の歩留まりが低下し、生産性が悪くなると考えられる。しかし本発明者らが種々検討したところ、スラグに含まれるＦｅＯ量を２．０質量％以上とすれば、スラグの融点が下がるため、加熱炉内において還元鉄とスラグとの分離性が向上し、スラグ含有量が少なく、高品位の還元鉄を製造できることが明らかとなった。上記スラグに含まれるＦｅＯ量は、２．５質量％以上であることが好ましく、より好ましくは３．０質量％以上である。上記スラグに含まれるＦｅＯ量の上限は特に限定されないが、ＦｅＯ量が多くなり過ぎると、還元鉄の歩留まりが低下するため、ＦｅＯ量は１５質量％以下であることが好ましく、より好ましくは１０質量％以下、更に好ましくは８質量％以下である。
【００１９】
上記スラグに含まれるＦｅＯ量を２．０質量％以上とするには、加熱炉内の雰囲気を、酸化性ガス雰囲気とすれば良いことも判明した。即ち、上記塊成物を加熱炉内で加熱し、塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造することを考えると、加熱炉内の雰囲気は、還元性ガス雰囲気とすることが推奨される。しかし本発明では、加熱炉内の雰囲気を、酸化性ガス雰囲気とすることによって、還元鉄の一部を敢えて酸化する。酸化して生成させたＦｅＯをスラグに残留させることによって、スラグの融点が低下し、還元鉄とスラグの分離性が向上するからである。還元鉄の一部を敢えて酸化することによって、還元鉄の歩留まりは若干低下するが、スラグの融点を降下させることによって、加熱炉内での加熱温度を従来よりも低下させることができるため、燃費を改善できる。また、本発明によれば、スラグの融点を降下させるためにＣａＯなどの融点調整剤を添加する必要はないため、副原料費を削減でき、しかも融点調整剤を添加することによるスラグ量の増加も抑制できるため、スラグの処分費用も低減できる。
【００２０】
本発明によれば、還元鉄とスラグの分離性が良好なため、加熱炉から排出された還元鉄とスラグを含む混合物に、衝撃を加えて粉砕することにより、還元鉄とスラグに容易に分離できる。従って、粉砕後、篩や磁選機などを用いて分離することによって、スラグ含有量の少ない還元鉄を製造できる。得られた還元鉄は、スラグ含有量が少ないため、Ｓ量も低減されている。
【００２１】
以上、本発明の特徴部分について説明した。
【００２２】
次に、還元鉄の製造方法について説明する。本発明に係る還元鉄の製造方法は、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む塊成物を加熱炉内で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造するものである。そして、上述したように、加熱炉外へ排出されたスラグに含まれるＦｅＯ量を２．０質量％以上とするところに本発明の特徴がある。本発明の特徴部分については既に詳述したため、以下では、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む混合物を塊成化し、塊成物を製造する工程（以下、塊成化工程ということがある）と、上記塊成化工程で得られた塊成物を加熱炉の炉床上に装入して加熱することによって、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造する工程（以下、加熱工程ということがある）について説明する。
【００２３】
［塊成化工程］
塊成化工程では、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む混合物を塊成化し、塊成物を製造する。
【００２４】
上記酸化鉄含有物質としては、具体的には、鉄鉱石、砂鉄、製鉄ダスト、非鉄精錬残渣、製鉄廃棄物などの酸化鉄源を用いることができる。上記鉄鉱石としては、高炉法や転炉法に用いられる高品位の鉄鉱石の他、脈石などを多く含む低品位な鉄鉱石を用いてもよい。上記製鉄ダストとしては、例えば、電気炉ダストを用いることができる。上記電気炉ダストは、製鉄ダストのなかでもスラグ含有量およびＳ含有量が高いことが知られている。
【００２５】
上記炭素質還元剤としては、炭素を含有する還元剤を用いることができ、例えば、石炭やコークスなどが挙げられる。
【００２６】
上記混合物には、更にバインダーを配合してもよい。上記バインダーとしては、例えば、多糖類などを用いることができる。上記多糖類としては、例えば、コーンスターチや小麦粉等の澱粉などを用いることができる。
【００２７】
上記混合物には、必要に応じて、更に融点調整剤を配合してもよい。即ち、融点調整剤は、スラグ量を増加させ、またコスト高となるため、極力用いないことが推奨されるが、スラグの融点を一段と降下させるために、配合しても構わない。上記融点調整剤とは、酸化鉄含有物質中の脈石や、炭素質還元剤中の灰分の融点を下げる作用を有する物質を意味する。即ち、上記混合物に融点調整剤を配合することによって、塊成物に含まれる酸化鉄以外の成分（特に、脈石）の融点に影響を与え、例えばその融点を降下させることができる。それにより脈石の溶融が促進され、溶融スラグを形成する。このとき酸化鉄の一部は溶融スラグに溶解し、溶融スラグ中で還元される。溶融スラグ中で生成した還元鉄は、固体のまま還元された還元鉄と接触することにより、固体の還元鉄として凝集する。
【００２８】
上記融点調整剤としては、例えば、ＣａＯ供給物質、ＭｇＯ供給物質、Ａｌ2Ｏ3供給物質、ＳｉＯ2供給物質、蛍石（ＣａＦ2）などを用いることができる。上記ＣａＯ供給物質としては、例えば、ＣａＯ（生石灰）、Ｃａ（ＯＨ）2（消石灰）、ＣａＣＯ3（石灰石）、およびＣａＭｇ（ＣＯ3）2（ドロマイト）よりなる群から選ばれる少なくとも一つを用いることができる。上記ＭｇＯ供給物質としては、例えば、ＭｇＯ粉末、天然鉱石や海水などから抽出されるＭｇ含有物質、ＭｇＣＯ3よりなる群から選ばれる少なくとも一つを配合してもよい。上記Ａｌ2Ｏ3供給物質としては、例えば、Ａｌ2Ｏ3粉末、ボーキサイト、ベーマイト、ギブサイト、ダイアスポアなどを配合できる。上記ＳｉＯ2供給物質としては、例えば、ＳｉＯ2粉末や珪砂などを用いることができる。
【００２９】
上記酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤は、混合する前に予め粉砕しておくことが好ましい。例えば、上記酸化鉄含有物質は平均粒径が１０〜６０μｍ、上記炭素質還元剤は平均粒径が１０〜６０μｍ、上記融点調整剤は平均粒径が５〜９０μｍとなるように粉砕することが推奨される。
【００３０】
上記粉砕する手段は特に限定されず、公知の手段を採用できる。例えば、振動ミル、ロールクラッシャ、ボールミルなどを用いることができる。
【００３１】
上述した酸化鉄含有物質等は、回転容器形の混合機や固定容器形の混合機を用いて混合すればよい。上記回転容器形の混合機としては、例えば、回転円筒形、二重円錐形、Ｖ形などの混合機が挙げられるが、これらに限定されない。上記固定容器形の混合機としては、例えば、混合槽内に、例えば、鋤などの回転羽を設けた混合機が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３２】
次に、上記混合機で得られた混合物を塊成化し、塊成物を製造する。上記塊成物としては、下記式（２）で算出されるスラグ量が、２７０ｋｇ／（ｔｏｎ−Ｆｅ）以上であってもよい。スラグ量とは、還元鉄を１トン製造したときに生成するスラグの質量（ｋｇ）を意味している。本発明によれば、還元鉄とスラグの分離性が良好となるため、スラグ量が２７０ｋｇ／（ｔｏｎ−Ｆｅ）以上の塊成物であっても、スラグ含有量が少なく、Ｓ量も低減された高品位の還元鉄を製造できる。還元鉄のスラグ量は、例えば、３００ｋｇ／（ｔｏｎ−Ｆｅ）以上であってもよく、４００ｋｇ／（ｔｏｎ−Ｆｅ）以上であってもよい。還元鉄のスラグ量の上限は特に限定されないが、例えば、７００ｋｇ／（ｔｏｎ−Ｆｅ）以下である。
スラグ量［ｋｇ／（ｔｏｎ−Ｆｅ）］＝（［ＳｉＯ2］＋［Ａｌ2Ｏ3］＋［ＣａＯ］＋［ＭｇＯ］）／［Ｔ．Ｆｅ］×１０００  ・・・（２）
【００３３】
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。上記塊成物の大きさも特に限定されないが、粒径は５０ｍｍ以下であることが好ましい。塊成物の粒径を過剰に大きくしようとすると、造粒効率が悪くなる。また、塊成物が大きくなり過ぎると、塊成物の下部への伝熱が悪くなり、生産性が低下する。なお、塊成物の粒径の下限値は５ｍｍ程度である。
【００３４】
上記混合物を塊成化する塊成機としては、例えば、皿形造粒機（ディスク形造粒機）、円筒形造粒機（ドラム形造粒機）、双ロール型ブリケット成型機、押し出し機などを用いることができる。
【００３５】
［加熱工程］
加熱工程では、上記塊成化工程で得られた塊成物を加熱炉の炉床上に装入して加熱することによって、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造する。
【００３６】
上記加熱炉としては、例えば、電気炉や移動炉床炉が挙げられる。上記移動炉床炉とは、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、例えば、回転炉床炉やトンネル炉が挙げられる。上記回転炉床炉は、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またはドーナツ状に設計されている。炉床上に装入された塊成物に含まれる酸化鉄は、炉内を一周する間に加熱還元されて還元鉄を生成する。従って、回転炉床炉には、回転方向の最上流側に塊成物を炉内に装入する装入手段が設けられ、回転方向の最下流側に排出手段が設けられる。回転炉床炉の炉床は、回転構造であるため、回転方向の最下流側は、実際には装入手段の直上流側になる。上記トンネル炉とは、炉床が直線方向に炉内を移動する加熱炉である。
【００３７】
上記加熱炉内の雰囲気は、酸化性ガス雰囲気とすることが好ましい。酸化性ガス雰囲気とは、酸素ガスやＣＯ2ガスなどの酸化性ガスを含有する雰囲気であればよい。雰囲気ガス全体に占める酸化性ガスの割合は、体積％で、例えば、２５％以上であることが好ましく、より好ましくは４５％以上、更に好ましくは５０％以上である。雰囲気ガスは、酸化性ガス１００体積％であってもよい。
【００３８】
上記加熱炉内の雰囲気を、酸化性ガス雰囲気とするには、バーナーの燃焼ガスに酸化性ガスが含まれるように燃料ガスの組成を調整したり、バーナーの燃焼条件を調整する方法、加熱炉内に存在する可燃性ガスを燃焼させるために供給する酸化性ガスによって発生する燃焼ガスの組成を調整する方法、加熱炉の外部から内部へ漏れ込む空気によって加熱炉内に生成する酸化性ガスの組成を制御する方法などが挙げられる。
【００３９】
上記塊成物は、炉床上に装入して加熱し、還元すればよく、加熱温度は１３５０〜１５００℃とすることが好ましい。上記加熱温度が１３５０℃を下回ると、還元鉄やスラグが溶融しにくく、高い生産性が得られないことがある。従って上記加熱温度は、１３５０℃以上とすることが好ましく、より好ましくは１４００℃以上である。しかし上記加熱温度が１５００℃を超えると燃費が悪くなり、コストが増大する。また、排ガス温度が高くなるため、排ガス処理設備が大掛かりなものとなって設備コストが増大する。従って上記加熱温度は１５００℃以下とすることが好ましく、より好ましくは１４８０℃以下である。
【００４０】
上記加熱炉に上記塊成物を装入するに先立ち、炉床保護のために床敷材を敷くことが望ましい。上記床敷材としては、上記炭素質還元剤として例示したものの他、例えば、耐火セラミックス等の耐火性粒子を用いることができる。上記床敷材の粒径の上限は、塊成物やその溶融物が潜り込まないように、例えば、３ｍｍ以下であることが好ましい。上記床敷材の粒径の下限は、床敷材がバーナーの燃焼ガスによって吹き飛ばされないように、例えば、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００４１】
［その他］
上記加熱工程で得られた還元鉄とスラグを含む混合物は、粉砕した後、還元鉄とスラグに分離すればよい。
【００４２】
上記粉砕する手段は特に限定されず、公知の粉砕機を採用でき、例えば、振動ミル、ロールクラッシャ、ディスクミル、ボールミル、ハンマーミル、ロッドミル、ローラーミルなどの粉砕機を用いることができる。これらのうち、振動ミル、ロールクラッシャ、ディスクミル、ボールミル、ハンマーミル、ロッドミルは、衝撃粉砕を行う装置であり、ローラーミルは、押し出し粉砕を行う装置である。
【００４３】
本発明では、衝撃粉砕を行う装置を用いてもよいし、押し出し粉砕を行う装置を用いてもよいが、高温で操業する場合には、衝撃粉砕を行う装置を用いることが好ましい。
【００４４】
粉砕して得られた粉砕物は、例えば、磁選機や篩などを用いて還元鉄と、酸化鉄の還元時に生成するスラグや床敷材に分離すればよい。磁選機を用いて分離した場合は、磁着物は、主に、還元鉄であり、非磁着物は、主に、酸化鉄の還元時に生成するスラグや床敷材である。
【００４５】
回収して得られた還元鉄は、電気炉において鉄源として用いることができる他、例えば、高炉や転炉などにおいても鉄源として用いることができる。
【００４６】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限を受けるものではなく、前記および後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００４７】
塊成物を加熱炉内で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造した。このとき、下記実験１では、加熱炉内における雰囲気ガスの成分組成が、加熱炉外へ排出されるスラグに含まれるＦｅＯ量に及ぼす影響と、還元鉄とスラグの分離性に及ぼす影響について検討した。また、加熱炉で得られた還元鉄とスラグとの混合物に対し、粉砕および磁選が、磁着物および非磁着物に含まれるＳ量に及ぼす影響について検討した。下記実験２では、ブリケットに含まれるスラグ量および塩基度を調整し、これらの因子が還元鉄とスラグの分離性に及ぼす影響を調べた。下記実験３では、実機での操業工程について説明した。
【００４８】
［実験１］
酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む塊成物を加熱炉内で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造した。上記酸化鉄含有物質として、下記表１に示す成分組成の電気炉ダストＡ、Ｂを用いた。電気炉ダストＡとＢは、操業条件が異なる２つのロットの電気炉ダストである。上記炭素質還元剤として、下記表２に示す成分組成の炭材を用いた。上記電気炉ダストおよび炭材に、更に有機バインダーを下記表３に示す配合割合で混合した。
【００４９】
得られた混合粉を、ブリケッターに供給し、ブリケットを製造した。得られたブリケットの成分組成を分析した結果、上記式（２）で算出されるスラグ量は、４９５〜５３１ｋｇ／（ｔｏｎ−Ｆｅ）であり、下記式（３）で算出される塩基度は０．９２〜０．９５であった。下記式（３）において、［  ］は、ブリケットに含まれる各成分の含有量（質量％）を意味している。
塩基度＝［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］  ・・・（３）
【００５０】
次に、得られたブリケットを１４００℃に加熱した加熱炉に装入して下記表４に示す時間加熱し、還元鉄を製造した。上記加熱炉内の雰囲気は、ＣＯ2ガスとＮ2ガスの混合割合が、体積％で、ＣＯ2ガス：Ｎ2ガス＝０％：１００％、２０％：８０％、４０％：６０％、６０％：４０％、７５％：２５％、または１００％：０％の何れかとなるように調整した。下記表４に、加熱炉内における雰囲気ガス組成を示す。
【００５１】
次に、得られた還元鉄を、ディスクミルで１０秒間粉砕してから磁選し、磁着物と非磁着物に分離した。磁選は、試料位置における磁力を２００ガウスから５００ガウスの間で調整し、繰り返し行った。磁選して得られた磁着物と非磁着物について、成分組成を測定した。磁着物については、該磁着物に含まれるＴ．Ｆｅ量、ＳｉＯ2量、Ａｌ2Ｏ3量を測定した。その結果、磁着物は、還元鉄が主体であった。下記表４に、磁着物に含まれるＴ．Ｆｅ量を示す。また、磁着物に含まれるＴ．Ｆｅ量、ＳｉＯ2量、およびＡｌ2Ｏ3量に基づいて、上記式（１）によりスラグ率を算出した。結果を下記表４に示す。スラグ率は、６．５％以下である場合を合格、６．５％を超える場合を不合格した。６．５％という閾値は、還元鉄を電気炉へ投入して鉄源として用いることを想定して設定した。
【００５２】
一方、非磁着物は、スラグが主体であり、該非磁着物に含まれるＦｅＯ量を測定した。測定結果を下記表４に示す。
【００５３】
下記表４から次のように考察できる。Ｎｏ．１、３、４は、本発明で規定する要件を満足しない例である。加熱炉内における雰囲気ガスに含まれるＣＯ2量を０〜２０体積％とした場合では、非磁着物に含まれるＦｅＯ量を２．０質量％以上とすることができない。その結果、加熱炉内で上記ブリケットを１１〜１５分間加熱しても、磁着物に含まれるスラグ率を６．５％以下に抑制できていない。
【００５４】
一方、Ｎｏ．２、５〜８は、本発明で規定する要件を満足する例である。加熱炉内における雰囲気ガスに含まれるＣＯ2量が２０体積％を超えるように調整した場合には、非磁着物に含まれるＦｅＯ量を２．０質量％以上とすることができる。その結果、磁着物に含まれるスラグ率を６．５％以下に抑制できる。
【００５５】
次に、図１に、加熱炉内の雰囲気ガスに占めるＣＯ2の割合と磁着物におけるスラグ率との関係を◆、および加熱炉内の雰囲気ガスに占めるＣＯ2の割合と非磁着物に含まれるＦｅＯ量との関係を□で示す。
【００５６】
図１から次のように考察できる。加熱炉内の雰囲気ガスに占めるＣＯ2の割合が、０体積％から３０体積％の範囲では、ＣＯ2量の増加に比例して磁着物におけるスラグ率は低下することが分かる。また、加熱炉内の雰囲気ガスに占めるＣＯ2の割合と、非磁着物に含まれるＦｅＯ量との間には、正の相関関係があることがわかる。上記ＣＯ2の割合が増加するに伴って上記スラグ率が低下したのは、上記ＣＯ2の割合が増加することにより、酸化鉄の還元時に副生するスラグの融点が低下し、還元鉄とスラグの分離性が向上したためと考えられる。
【００５７】
【表１】
2015196900.tif 000003
【００５８】
【表２】
2015196900.tif 000004
【００５９】
【表３】
2015196900.tif 000005
【００６０】
【表４】
2015196900.tif 000006
【００６１】
次に、粉砕および磁選が、磁着物および非磁着物に含まれるＳ量におよぼす影響について検討した。上記表３に示した配合ｂで得られたブリケットを、１４００℃に加熱した加熱炉に装入して１３分間加熱し、還元鉄を製造した。上記加熱炉内の雰囲気は、ＣＯ2ガスとＮ2ガスの混合割合が、体積％で、ＣＯ2ガス：Ｎ2ガス＝０％：１００％となるように調整した。
【００６２】
得られた還元鉄を供試材１とし、これを粉砕せず、成分分析を行い、Ｓ含有量を測定した。
【００６３】
上記供試材１を、ディスクミルで１０秒間粉砕したものを供試材２（上記表４のＮｏ．４に相当）とした。供試材２を、磁石を用いて手作業で磁選し、回収した磁着物と非磁着物の成分分析を行い、Ｓ含有量を測定した。
【００６４】
また、上記加熱炉内の雰囲気を、ＣＯ2ガスとＮ2ガスの混合割合が、体積％で、ＣＯ2ガス：Ｎ2ガス＝４０％：６０％となるように調整して還元鉄を製造した。得られた還元鉄を、ディスクミルで１０秒間粉砕したものを供試材３（上記表４のＮｏ．５に相当）とした。供試材３を、磁石を用いて手作業で磁選し、回収した磁着物と非磁着物の成分分析を行い、Ｓ含有量を測定した。
【００６５】
また、上記加熱炉内の雰囲気を、ＣＯ2ガスとＮ2ガスの混合割合が、体積％で、ＣＯ2ガス：Ｎ2ガス＝６０％：４０％となるように調整して還元鉄を製造した。得られた還元鉄を、ディスクミルで１０秒間粉砕したものを供試材４（上記表４のＮｏ．６に相当）とした。供試材４を、磁石を用いて手作業で磁選し、回収した磁着物と非磁着物の成分分析を行い、Ｓ含有量を測定した。
【００６６】
各供試材に含まれるＳ量を１００％としたときの、磁着物および非磁着物に含まれるＳ量を図２に示す。なお、供試材１は、粉砕および磁選分離していないため、Ｓ量の存在割合は１００％とした。
【００６７】
図２から次のように考察できる。供試材１は、得られた還元鉄を粉砕および磁選分離していないため、全てのＳが供試材１に残っている。一方、供試材２〜４に示すように、得られた還元鉄を粉砕および分離することによって、磁着物に含まれるＳ量を、供試材１の約半分に低減できることがわかった。これにより、電気炉に投入できる還元鉄の量を増加させることができる。供試材２は、Ｎ2ガス雰囲気でブリケットを加熱し、還元鉄を製造したものを粉砕した例であり、供試材３、４は、ＣＯ2ガスとＮ2ガスの混合雰囲気でブリケットを加熱し、還元鉄を製造したものを粉砕した例である。供試材２は、上記表４のＮｏ．４に示すように、磁着物のスラグ率が高いにもかかわらず、磁着物中のＳ量は、供試材３、４とほぼ等しくなった。
【００６８】
一般的に、加熱時の雰囲気に占めるＣＯ2ガス量を高めると、脈石成分と鉄中のＳ分配比が変化し、脈石成分中に取り込まれるＳ量の割合が減少することが知られている。よって、供試材２を磁選分離して得られた磁着物に含まれるＳ量が、供試材３、４を磁選分離して得られた磁着物に含まれるＳ量と同程度となったのは、脈石成分中に残存していたＳが多かったためと考えられる。このように、ＣＯ2ガス雰囲気でブリケットを加熱することによって、鉄中のＳ濃度は多少増加するが、その分スラグの分離性が高まるため、磁着物のＳ量は同等になる。
【００６９】
［実験２］
上記実験１に示したように、電気炉ダスト、炭材、および有機バインダーを混合した場合は、ブリケットに含まれるスラグ量は４９５〜５３１ｋｇ／（ｔｏｎ−Ｆｅ）、塩基度は０．９２〜０．９５であった。実操業では、原料の成分組成によって、ブリケットに含まれるスラグ量が増減したり、ブリケットに含まれるＣａＯ量とＳｉＯ2量が変化し、塩基度が変動することが考えられる。また、スラグ量が増加すると、還元鉄の凝集が阻害され、還元鉄とスラグとの分離性が悪くなると考えられる。また、塩基度が変動すると、スラグの融点が変化するため、還元鉄とスラグとの分離性に影響を及ぼすと考えられる。
【００７０】
そこで実験２では、上記混合粉に、石灰石を添加し、ブリケットに含まれるスラグ量および塩基度を調整し、これらの因子が還元鉄とスラグの分離性に及ぼす影響を調べた。
【００７１】
上記実験１と同様、上記電気炉ダストおよび炭材に、更に有機バインダーを配合したうえで、更に石灰石（主成分はＣａＣＯ3）を混合し、ブリケットを製造した。石灰石の成分組成を下記表５に示す。なお、下記表５に示したＬＯＩは、イグニションロス（灼熱減量）を示している。
【００７２】
下記表６に、各成分の配合割合を示す。
【００７３】
また、ブリケットに含まれるスラグ量と、ブリケットの塩基度を上記実験１と同じ手順で算出した。算出結果を下記表６に示す。
【００７４】
次に、得られたブリケットを１４００℃に加熱した加熱炉に装入して１３分間加熱し、還元鉄を製造した。上記加熱炉内の雰囲気は、ＣＯ2ガスとＮ2ガスの混合割合が、体積％で、ＣＯ2ガス：Ｎ2ガス＝７５％：２５％となるように調整した。また、比較例として、上記加熱炉内の雰囲気を、Ｎ2ガス１００体積％として加熱し、還元鉄を製造した。
【００７５】
次に、得られた還元鉄を、上記実験１と同じ条件で粉砕し、磁選し、磁着物と非磁着物に分離した。磁選して得られた磁着物について、成分組成を測定し、上記実験１と同様、磁着物のスラグ率を算出した。算出結果を下記表７に示す。一方、非磁着物は、スラグが主体であり、該非磁着物に含まれるＦｅＯ量を測定した。測定結果を下記表７に示す。
【００７６】
ブリケットに含まれるスラグ量と、磁着物のスラグ率との関係を図３に示す。図３において、◆はＣＯ2ガスとＮ2ガスの混合雰囲気でブリケットを加熱したときの結果、■はＮ2ガス雰囲気でブリケットを加熱したときの結果を示している。
【００７７】
図３から次のように考察できる。上記ブリケットの加熱をＣＯ2ガスとＮ2ガスの混合雰囲気で行った場合は、ブリケットに含まれるスラグ量が増加しても、磁着物のスラグ率はほぼ一定で、６．５％以下となることが分かる。一方、Ｎ2ガス雰囲気でブリケットを加熱した場合は、磁着物のスラグ率が６．５％より高くなり、還元鉄とスラグとの分離性が悪いことが分かる。
【００７８】
次に、ブリケットの塩基度と、磁着物のスラグ率との関係を図４に示す。図４において、◆はＣＯ2ガスとＮ2ガスの混合雰囲気でブリケットを加熱したときの結果、■はＮ2ガス雰囲気でブリケットを加熱したときの結果を示している。
【００７９】
図４から次のように考察できる。上記ブリケットの加熱をＣＯ2ガスとＮ2ガスの混合雰囲気で行った場合は、ブリケットの塩基度が変動しても、磁着物のスラグ率はほぼ一定で、６．５％以下となることが分かる。一方、Ｎ2ガス雰囲気でブリケットを加熱した場合は、磁着物のスラグ率が６．５％より高くなり、還元鉄とスラグとの分離性が悪いことが分かる。
【００８０】
以上の結果から、ブリケットを加熱し、加熱炉外へ排出されるスラグに含まれるＦｅＯ量を２．０質量％以上とすれば、ブリケットに含まれるスラグ量が増加するか、ブリケットの塩基度が変動しても、磁着物のスラグ率を６．５％以下に低減でき、製品の品質を向上できることが分かる。
【００８１】
【表５】
2015196900.tif 000007
【００８２】
【表６】
2015196900.tif 000008
【００８３】
【表７】
2015196900.tif 000009
【００８４】
［実験３］
上記実験１と実験２では、実験室レベルの設備を用いて試験を行ったが、本実験３では、実機での操業工程について説明する。
【００８５】
図５は、実機における操業工程を説明するための模式図である。図５中、１は回転炉床炉、２は炉床に敷いた床敷材、３は塊成物、４は排出機（ディスチャージャー）、５は冷却器、６は篩、７および８は磁選機を夫々示している。なお、回転炉床炉１は、炉床の回転方向に沿って展開した展開図を示している。
【００８６】
回転炉床炉１の炉床上に装入された塊成物３は、回転炉床炉１に設けられた燃焼バーナー（図示せず）からの熱によって加熱され、還元反応が起こる。このとき、酸化鉄の還元時に副生するスラグの融点が低下するように、スラグに含まれるＦｅＯ量が２．０質量％以上となる雰囲気で加熱還元を行う。回転炉床炉１内の雰囲気のガス組成は、バーナーの燃焼ガス、回転炉床炉１内に存在する可燃性ガスを燃焼するために送給する酸化性ガスによって発生する燃焼ガス、回転炉床炉１に漏れ込む空気によって生成する酸化性ガスなどを制御することによって調整すればよい。
【００８７】
回転炉床炉１内を移動する間に加熱されて得られた還元鉄を含む被処理物は、排出機４によって炉外へ排出される。炉外へ排出された被処理物は、冷却器５で冷却された後、篩６を用いて粗粒物＃１と細粒物＃４に分級する。粗粒物＃１は、磁選機７で磁選し、磁着物＃３と非磁着物＃２に分離すればよい。磁着物＃３は、還元鉄が主体であり、非磁着物＃２は、スラグが主体である。一方、細粒物＃４は、磁選機８で磁選し、磁着物＃６と非磁着物＃５に分離すればよい。磁着物＃６は、還元鉄が主体であり、非磁着物＃５は、床敷材が主体である。また、粗粒物＃１は、磁選機７で磁選する前に、図示しない粉砕機で粉砕してもよい。細粒物＃４は、磁選機８で磁選する前に、図示しない粉砕機で粉砕してもよい。また、磁選機７、磁選機８の代わりに、篩を用いても構わない。
【符号の説明】
【００８８】
１  回転炉床炉
２  床敷材
３  塊成物
４  排出機
５  冷却器
６  篩
７および８  磁選機
【図１】
2015196900.tif 000010
【図２】
2015196900.tif 000011
【図３】
2015196900.tif 000012
【図４】
2015196900.tif 000013
【図５】
2015196900.tif 000014