(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元鉄を製造するための方法であって、
炭素質還元剤と酸化鉄とを含有し、直径１９ｍｍ以上２７ｍｍ以下の塊成物である複数の還元鉄原料を、特定方向に移動する炉床、及び前記炉床上に敷設された粉体からなる床敷材、を有する還元溶融炉内に順次装入して前記還元鉄原料を前記床敷材上に落下させることにより前記床敷材上にセットする原料装入工程と、
前記炉床の移動に伴って当該床敷材上で前記各還元鉄原料を順次還元処理することにより還元鉄を生成し、前記還元溶融炉の外部に排出する還元鉄排出工程と、を含み、
前記床敷材は、５ｍｍ以下の粒径を有する炭材であって、０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材を７質量％以上含む炭材によって構成される、
ことを特徴とする還元鉄の製造方法。
【請求項２】
前記還元鉄原料は、球状であり、
前記原料装入工程は、前記還元鉄原料に前記炉床の移動方向と同じ方向の水平方向の速度であって当該炉床の移動速度よりも大きな水平方向の速度を与えながら当該還元鉄原料を前記炉床の上方に位置する天井の下面から下方に放出して前記床敷材上に落下させることによりその水平方向の速度の向きに当該床敷材上で当該還元鉄原料を転動させることを含む、請求項１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、炭素質還元剤と酸化鉄とを含有する複数の還元鉄原料を移動式炉床還元溶融炉内に装入して処理することにより還元鉄を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、還元鉄を製造するための方法として、炭素質還元剤と酸化鉄とを含有する複数の還元鉄原料を移動式炉床還元溶融炉内に装入して処理するものが、知られている。例えば特許文献１には、前記複数の還元鉄原料として多数の球状のペレットを用意することと、これらを移動式炉床還元溶融炉内に順次挿入して加熱することと、この加熱により生成された還元鉄（金属鉄）とスラグとを分離して前記還元溶融炉の外部に排出することと、を含む方法が記載されている。
【０００３】
前記移動式炉床還元溶融炉は、特定方向に移動可能な炉床と、その上方に位置する天井と、を有し、これらは煉瓦等の耐火物により構成される。また、前記炉床上には、前記耐火物を保護するための床敷材が設けられる。すなわち、前記炉床上では、前記酸化鉄の一連の処理、すなわち、還元、浸炭、溶融、凝集、及びスラグの分離が連続して行われるため、このように処理される酸化鉄と前記炉床を構成する耐火物との直接的な接触を阻止するべく、当該炉床上に前記床敷材が適当な層厚でもって敷設される。
【０００４】
この還元溶融炉内に前記各ペレットを装入する手段として、前記特許文献１の図８には、前記天井に設けられた複数の供給部を通じて前記各ペレットを当該天井から前記炉床上、具体的には前記床敷材上、に順次自由落下させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−０５２７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記のような移動床式還元溶融炉内で前記複数の還元鉄原料から還元鉄の製造を行うにあたっては、当該還元鉄原料をなるべく短時間で効率よく処理することが望ましい。その有効な手段として、本発明者らは、各還元鉄原料とその周囲の高熱ガスとの接触面積、及び、還元鉄原料の表面積のうち輻射により当該還元鉄原料に与えられる熱を受ける面積である受熱面積を確保して良好な入熱を促すことに着目するとともに、かかる観点から、前記特許文献１に記載される従来技術には重要な課題が存することを見出した。
【０００７】
具体的に、特許文献１に記載されるように自由落下によって溶融炉内に順次装入される還元鉄原料の中には、前記粉状の床敷材内に少なくとも一部が埋まり込んだものが少なからず存在し、このような還元鉄原料の埋まり込みが当該還元鉄原料と炉内の高温ガスとの接触面積や、還元鉄原料の表面積のうち輻射により当該還元鉄原料に与えられる熱を受ける面積である受熱面積を減少させ、ひいては当該還元鉄原料への良好な入熱を妨げるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、炭素質還元剤と酸化鉄とを含有する複数の還元鉄原料を移動床式還元溶融炉内に装入して処理することにより還元鉄を製造するための方法であって、粉状の床敷材上へ落下によって供給される各還元鉄原料への当該床敷材上での入熱を良好にしてその処理効率を高めることが可能なものを提供することを目的とする。
【０００９】
すなわち、本発明の還元鉄の製造方法は、還元鉄を製造するための方法であって、炭素質還元剤と酸化鉄とを含有し、直径１９ｍｍ以上２７ｍｍ以下の塊成物である複数の還元鉄原料を、特定方向に移動する炉床、及び前記炉床上に敷設された粉体からなる床敷材、を有する還元溶融炉内に順次装入して前記還元鉄原料を前記床敷材上に落下させることにより前記床敷材上にセットする原料装入工程と、前記炉床の移動に伴って当該床敷材上で前記各還元鉄原料を順次還元処理することにより還元鉄を生成し、前記還元溶融炉の外部に排出する還元鉄排出工程と、を含み、前記床敷材は、５ｍｍ以下の粒径を有する炭材であって、０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材を７質量％以上含む炭材によって構成されることを特徴とする。
【００１０】
本発明が提供する還元鉄の製造方法では、従来の床敷材に比べより粒度の細かい床敷材を用いることによって還元鉄原料の埋まり込みを抑止する。具体的には、本発明者らの実験によって確認されたところによれば、５ｍｍ以下の粒径を有する炭材であって、０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材を７質量％以上含む炭材によって構成される細粒の床敷材を用いることによって、直径１９ｍｍ以上２７ｍｍ以下の塊成物である還元鉄原料における床敷材内への埋まり込みを有効に抑止することが可能である。これにより、各還元鉄原料への良好な入熱を可能にする。
【００１１】
さらに、前記還元鉄原料は、球状であり、前記原料装入工程は、前記還元鉄原料に前記炉床の移動方向と同じ方向の水平方向の速度であって当該炉床の移動速度よりも大きな水平方向の速度を与えながら当該還元鉄原料を前記炉床の上方に位置する天井の下面から下方に放出して前記床敷材上に落下させることによりその水平方向の速度の向きに当該床敷材上で当該還元鉄原料を転動させることを含むのが好ましい。
【００１２】
なお、ここでいう「球状」の還元鉄原料とは、当該還元鉄原料を完全な球体であるものに限定する趣旨ではない。厳密には球体でないものであっても、粉状の床敷材上で転動することが可能な程度まで真球に近いもの、例えば、当該還元鉄原料の中心を通る任意の断面の真円度が上記の粉状の床敷材上における転動可能な条件を満たす程度まで高いものであれば、本発明にいう「球状」の還元鉄原料に含まれる。
【００１３】
当該還元鉄原料の床敷材上での転動は、先行する還元鉄原料への後続の還元鉄原料の積み重なりや、床敷材内への還元鉄原料の埋まり込みをより有効に抑止し、これにより、各還元鉄原料へのより良好な入熱を可能にする。具体的に、前記床敷材上に順次供給される還元鉄原料は、その落下地点からさらに炉床移動方向に転動することにより、当該還元鉄原料の上に後続の還元鉄原料が積み重なるのを有効に回避することができる。また、当該転動は、前記落下地点での還元鉄原料の埋まり込みを抑止できるだけでなく、当該還元鉄原料が先行する還元鉄原料の上に誤って落下することにより当該先行する還元鉄原料を床敷材上に押し込むことによる埋まり込みや、当該還元鉄原料の落下に伴って飛散する粉状の床敷材が先行する還元鉄原料の上に被さることに起因する当該先行する還元鉄原料の埋まり込みも、有効に抑止することを可能にする。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明の還元鉄の製造方法によれば、粉状の床敷材上へ落下によって供給される各還元鉄原料への当該床敷材上での入熱を良好にしてその処理効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る還元鉄の製造方法の実施に用いられる還元鉄製造装置の平面図である。
【図２】前記還元鉄製造装置における移動床式還元溶融炉の半径方向に沿った断面を示す図である。
【図３】前記還元溶融炉をその炉床の移動方向に沿って展開した断面図である。
【図４】前記還元鉄製造装置に含まれる複数の原料装入部の配置を示す平面図である。
【図５】前記原料装入部及びその近傍の前記還元溶融炉の部位を示す断面図であって当該還元溶融炉の幅方向の中心線に沿った断面を示す図である。
【図６】図５の還元溶融炉に装入された後の還元鉄原料の状態の例を示す断面図である。
【図７】前記第１実施形態における床敷材における還元鉄原料の埋り込み防止効果を調べた実験結果として、床敷材における０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材の重量比率と試験体の埋り込み深さとの関係を示すグラフである。
【図８】床敷材における０．２ｍｍ以下の粒径を有する炭材の重量比率と試験体の埋り込み深さとの関係を示すグラフである。
【図９】床敷材における０．５ｍｍ以下の粒径を有する炭材の重量比率と試験体の埋り込み深さとの関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る還元鉄製造方法に用いられる還元鉄製造装置であって、還元鉄原料を斜め下方へ落下させることにより当該還元鉄原料を床敷材上で転動させる原料装入部を備えた還元溶融炉の部位を示す断面図であって、当該還元溶融炉の幅方向の中心線に沿った断面を示す図である。
【図１１】図１０に示される部位の要部を示す断面図である。
【図１２】図１０の還元溶融炉に装入された後の還元鉄原料の状態の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の好ましい実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１〜図３は、本発明の第１実施形態に係る還元鉄製造装置を示す。この還元鉄製造装置は、多数の還元鉄原料２であってそれぞれが炭素質還元剤と酸化鉄とを含有するものを順次加熱処理して還元鉄を製造するためのものである。各還元鉄原料２は、個々に分離された独立の塊成物であればよく、還元鉄原料２の形状についてはとくに限定されない。図２〜３に示される還元鉄原料２は、例えば球状であるが、完全な球体でなくてもよい。また、各還元鉄原料２は事前に乾燥処理されていることが、好ましい。
【００１８】
前記還元鉄製造装置は、移動床式の還元溶融炉１０と、複数の原料装入部１２と、排出部１４と、を備える。前記還元溶融炉１０は、その内部に装入された還元鉄原料２の処理により、還元鉄（金属鉄）の生成を行う。具体的には、当該還元溶融炉１０内において、前記酸化鉄の昇温、還元、溶融、凝集、スラグの分離、冷却等が行われる。前記各原料装入部１２は、互いに異なる複数の位置から前記還元溶融炉１０内に前記各還元鉄原料２を順次装入する。前記排出部１４は、前記還元溶融炉１０内で生成された還元鉄及びスラグを当該還元溶融炉１０の外部に排出する。
【００１９】
前記還元溶融炉１０は、炉床１６と、床敷材１８と、炉体２０と、図示されない炉床駆動装置と、を備える。前記炉床１６及び前記炉体２０は、例えばアルミナを主成分とする耐火物により構成される。
【００２０】
前記炉床１６は、内側に円形空間を囲む円環状をなし、その半径方向に沿う一定の幅を有する。前記炉床駆動装置は、前記炉床１６がその中心軸である垂直軸回りに所定方向（図１では反時計回り方向）に所定の速度で回転するように当該炉床１６を駆動する。従って、この第１実施形態に係る前記炉床１６は、その回転周方向に沿って所定速度で移動することが可能である。
【００２１】
前記床敷材１８は、前記炉床１６の保護、具体的には当該炉床１６と還元鉄原料２との直接的な接触の阻止、のために当該炉床１６上に敷設される。当該床敷材１８は、多数の粉体により構成される。
【００２２】
床敷材１８の上には、還元鉄原料２が、原料装入部１２から炉体２０（具体的には後述の天井２４）を貫通して床敷材１８上に落下することにより、セットされる。
【００２３】
床敷材１８は、原料装入部１２から落下する還元鉄原料２が当該床敷材１８に埋まり込むことを抑止するために、従来の床敷材に比べより粒度の細かいものが用いられる。具体的には、床敷材１８として、５ｍｍ以下の粒径を有する炭材であって、０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材を７質量％以上含む炭材によって構成される細粒の床敷材を用いることによって、還元鉄原料２における床敷材１８内への埋まり込みを有効に抑止することが可能である。
【００２４】
ここで、床敷材１８として５ｍｍ以下の粒径を有する炭材に限定した理由は、還元溶融炉１０内において酸化鉄とともに発生するスラグの平均粒径が５ｍｍより大きいことを考慮して、５ｍｍ以下の粒径を有する炭材（例えば、３．５ｍｍ程度の粒径）であれば、当該スラグと分離可能であるからである。
【００２５】
床敷材１８として用いられる炭材は、炉床１６を構成する耐火物へのスラグの浸潤を防ぎ、かつ更新可能な炭材であればよく、例えば、無煙炭やコークスなどの炭材が用いられる。また、還元鉄およびスラグとともに回収されたコークス化された床敷材をこれら還元鉄およびスラグから篩などによって分離して再利用されるコークスなどの炭材も床敷材１８として使用可能である。
【００２６】
これらの炭材のうち５ｍｍよりも大きい粒径のものを篩などの分離手段によって取り除くとともに、細粒の炭材の追加などによって０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材を７質量％以上含むように炭材の粒径分布を管理することにより、上記のような５ｍｍ以下の粒径を有する炭材であって、０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材を７質量％以上含む炭材によって構成される細粒の床敷材が生成される。
【００２７】
前記炉体２０は、内側壁２２と、外側壁２３と、天井２４と、を一体に有する。内側壁２２及び外側壁２３は前記炉床１６の内側縁及び外側縁からそれぞれ立ち上がる。炉床１６は両側壁２２，２３に対して当該炉床１６の回転方向（炉床移動方向）に相対変位となるように接続されている。前記天井２４は、両側壁２２，２３の上端に跨るようにして前記炉床１６の上方に位置し、一定の厚みを有する。炉床１６の上面（正確には前記床敷材１８の上面）から前記天井２４の下面２４ａまでの上下方向の寸法、すなわち天井高さは、炉内ガスの流速の増加による床敷材１８の飛散や付着物等による閉塞を防止する観点から、設定される。当該天井高さは、少なくとも１００ｍｍ以上、一般には２００ｍｍ以上、であることが好ましい。
【００２８】
この還元鉄製造装置は、図１及び図３に示される床敷材補給装置２６をさらに備える。この床敷材補給装置２６は、前記排出部１４において前記金属鉄及び前記スラグとともに排出される床敷材１８の分に相当する新しい床敷材１８を炉床１６上に適宜補給する。
【００２９】
この還元溶融炉１０は、さらに、複数のバーナ２８を備える。これらのバーナ２８は、前記炉床１６の移動方向に沿って並ぶ複数の位置にそれぞれ設けられ、各位置において燃料の燃焼を行う。この燃焼による熱は、輻射等により、炉内に順次装入される各還元鉄原料２に伝達され、当該還元鉄原料２の還元および溶融に寄与する。
【００３０】
図３に示すように、前記還元溶融炉１０は複数の仕切り壁３１，３２，３３を含み、これらの仕切り壁３１〜３３は前記還元溶融炉１０の内部空間を前記炉床１６の移動方向に沿って並ぶ複数のゾーンに区画する。当該複数のゾーンは、昇温ゾーンＺ１、還元ゾーンＺ２、溶融ゾーンＺ３及び冷却ゾーンＺ４を含む。昇温ゾーンＺ１内では、装入された還元鉄原料２の温度が高められ、還元ゾーンＺ２内で当該還元鉄原料２の還元が行われる。溶融ゾーンＺ３内で、当該還元鉄原料２がさらに加熱されて溶融し、これにより、還元鉄がスラグと分離されるとともに凝集して粒状の溶融金属鉄となる。この溶融金属鉄は、冷却ゾーンＺ４内に設けられた冷却装置３４により冷却されて固化する。各ゾーンＺ１〜Ｚ４における還元鉄原料２の処理はすべて前記床敷材１８上で行われる。
【００３１】
前記排出部１４は、前記冷却ゾーンＺ４の下流側に設けられる。排出部１４は、例えばスクリューコンベアを含み、当該冷却ゾーンＺ４で固化した金属鉄及びスラグ等を還元溶融炉１０の外部に排出する。排出された金属鉄及びスラグ等は、排出ホッパー３６に投入され、図略の分離装置により互いに分離される。以上の一連の工程により、スラグ成分含量の極めて少ない粒状の金属鉄が製造される。
【００３２】
次に、前記各原料装入部１２の詳細を、図４〜図５を参照しながら説明する。
【００３３】
図４に示すように、この第１実施形態に係る原料装入部１２は、還元溶融炉１０の天井２４において千鳥状に並ぶ複数の位置に、それぞれ配置され、当該位置で前記還元鉄原料２の装入を行う。しかし、還元鉄製造装置における原料装入部の具体的な個数及び配置は本発明では限定されない。例えば、全ての還元鉄原料が単一の原料装入部によって還元溶融炉内に挿入されてもよい。
【００３４】
前記各原料装入部１２は、前記天井２４を貫通する導入管４５と、原料供給部４４と、を含む。
【００３５】
導入管４５は、垂直方向に延び、前記天井２４に形成された貫通孔４７に挿入されている。
【００３６】
前記原料供給部４４は、前記導入管４５に前記還元鉄原料２を順次落下させながら供給するものである。この第１実施形態に係る原料供給部４４は、前記多数の還元鉄原料２を受け入れる供給ホッパー５０と、この供給ホッパー５０から供給される還元鉄原料２を受け入れるとともに前記導入管４５に接続されるフィーダトレイ５２と、このフィーダトレイ５２に振動を与えて当該フィーダトレイ５２から前記導入管４５に順次還元鉄原料２を落とす加振装置５４と、を含む。
【００３７】
前記導入管４５と前記フィーダトレイ５２との接続のための構造は、特に限定されるものではなく、両者がフランジなどの結合部材を介して結合されたり、両者間にウォータシールが設けられてもよい。また、導入管４５が省略される場合は、前記天井２４に直接原料供給部が接続されてもよい。
【００３８】
次に、図１〜５に示される還元鉄製造装置を用いた本発明の第１実施形態に係る還元鉄製造方法について説明する。
【００３９】
まず、多数の還元鉄原料２、すなわち、炭素質還元剤と酸化鉄とを含有する複数の塊成物が用意される。塊成物は、例えば球状であるが、球状に限定されない。還元鉄原料２の直径は適宜設定されることが可能であり、特に限定されない。一般には、１９ｍｍ以上２７ｍｍ以下であることが、好ましい。１９ｍｍ以上の粒径をもつ還元鉄原料２は、飛散する床敷材１８を構成する炭材の粒に対して相対的に大きいサイズを有するため、当該還元鉄原料２の埋まり込み度合いは小さくなる。また、２７ｍｍ以下の粒径は、炉床上単位面積当たりの還元鉄重量の増加率よりも還元・溶融・凝集・スラグ分離までにかかる時間の延長幅が勝ることを抑止し、これに起因する生産性の低下を抑えることができる。
【００４０】
このようにして用意された多数の還元鉄原料２を、還元溶融炉１０内に順次装入して還元鉄原料２を床敷材１８上に落下させることにより床敷材１８上にセットする（原料装入工程）。具体的には、多数の還元鉄原料２は、各原料装入部１２において、原料供給部４４の供給ホッパー５０内に投入され、フィーダトレイ５２を通じて順次導入管４５に供給される。供給された還元鉄原料２は、天井２４を貫通する導入管４５を通して、床敷材１８上にほぼ垂直に自由落下して着地する。
【００４１】
第１実施形態の還元鉄の製造方法では、床敷材１８として、従来の床敷材（具体的には、０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材が７質量％未満しか含まれない粒の荒い炭材など）よりも細かい粒で構成された床敷材が使用され、具体的には、床敷材１８として、５ｍｍ以下の粒径を有する炭材であって、０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材を７質量％以上含む炭材によって構成される細粒の床敷材が使用される。これによって、還元鉄原料２における床敷材１８内への埋まり込みを有効に抑止することが可能である。すなわち、図６に示されるように、多数の還元鉄原料２Ａは床敷材１８の上に配置されて当該原料２Ａのほぼ全体の表面から受熱が可能になり、床敷材１８内へ埋まり込む還元鉄原料２Ｂの個数は大幅に低減することが可能である。
【００４２】
還元溶融炉１０内に装入された多数の還元鉄原料２は、炉床１６の移動に伴って上記の床敷材１８上で各還元鉄原料２を順次還元処理することにより還元鉄を生成し、還元溶融炉１０の外部に排出する（還元鉄排出工程）。
【００４３】
上記のように還元鉄原料２の埋まり込みを有効に抑止した当該還元鉄原料２の装入は、当該還元鉄原料２への良好な入熱を可能にする。この入熱によって当該還元鉄原料２は各ゾーンＺ１〜Ｚ３において短時間で良好な加熱処理（昇温、還元及び溶融処理）を受けることが可能であり、その後に冷却ゾーンＺ４で冷却された還元鉄は、高品質の金属鉄として排出部１４により排出されることができる。
【００４４】
具体的に、還元鉄原料の反応時間（炉内に投入されて加熱され始めてから還元鉄とスラグとの分離が完全に終了するまでの時間）について測定を行ったところ、前記床敷材１８内への埋り込みがない還元鉄原料に比べて、半分が埋り込んだ還元鉄原料の処理には約１．３５倍の反応時間を要することが確認された。従って、当該埋り込みを防ぐことにより、前記反応時間の著しい短縮を図ることが可能である。
【００４５】
本発明者らは、上記の還元鉄原料２の埋り込み防止効果の検証のために、実験によって、図７のグラフに示されるように、床敷材１８における０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材の重量比率と試験体の埋り込み深さとの関係を調べた。
【００４６】
この実験条件は、以下の通りである。実験に用いられる床敷材１８としては、還元鉄およびスラグとともに回収されたコークス化された床敷材を篩にかけることにより生成された炭材が用いられ、具体的には、スラグの平均粒径よりも小さい５ｍｍ以下（例えば３．５ｍｍ以下）の粒径を有する炭材であって、０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材の重量比率が異なる（図７のグラフでは０、７、９、１１重量％）炭材が用いられた。また、落下する試験体としては、還元鉄原料は物性値の固体差によるバラつきが大きく、また、ハンドリング等により劣化することから、試験の再現性を高めるためにアルミナ球を用いた。アルミナ球は一般的に用いられる還元鉄原料２の寸法および重量を考慮して直径２１ｍｍとした。ここで、還元鉄原料に対しアルミナ球では見掛け密度がやや高いが、本試験は埋り込み深さを相対的に比較することで評価できるため、この点は問題とはならない。試験体の落下高さは０．４ｍである。
【００４７】
上記の実験条件で試験体を床敷材１８に落下して試験体の埋り込み深さを調べた結果、図７のグラフに示されるように、０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材が７重量％未満の範囲では、埋り込み深さは、０重量％のときの埋り込み深さ（１５ｍｍ程度）とほぼ同じであるが、７重量％以上の範囲では、埋り込み深さは急激に低下することがわかる。この実験によると、１１重量％では埋り込み深さは８ｍｍ程度まで低下することがわかる。
【００４８】
また、図７のグラフの実験と同様に、図８のグラフのように床敷材１８における０．２ｍｍ以下の粒径を有する炭材の重量比率と試験体の埋り込み深さとの関係を調べた場合、０．２ｍｍ以下の粒径を有する炭材が１４重量％以上含まれていれば、埋り込み深さは急激に低下することがわかる。したがって、床敷材１８として、５ｍｍ以下の粒径を有する炭材であって、０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材を７質量％以上含み、かつ、０．２ｍｍ以下の粒径を有する炭材が１４重量％以上含む炭材によって構成される細粒の床敷材が使用すれば、還元鉄原料における床敷材内への埋まり込みをより有効に抑止することが可能であり、当該還元鉄原料へのより良好な入熱を可能にする。
【００４９】
また、図７のグラフの実験と同様に、図９のグラフのように床敷材１８における０．５ｍｍ以下の粒径を有する炭材の重量比率と試験体の埋り込み深さとの関係を調べた場合、０．５ｍｍ以下の粒径を有する炭材が２２重量％以上含まれていれば、埋り込み深さは急激に低下することがわかる。したがって、床敷材１８として、５ｍｍ以下の粒径を有する炭材であって、０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材を７質量％以上含み、かつ、０．５ｍｍ以下の粒径を有する炭材が２２重量％以上含む炭材によって構成される細粒の床敷材が使用すれば、還元鉄原料における床敷材内への埋まり込みをより有効に抑止することが可能であり、当該還元鉄原料へのより良好な入熱を可能にする。
【００５０】
より好ましくは、０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材を７質量％以上含み、かつ、０．２ｍｍ以下の粒径を有する炭材が１４重量％以上含み、かつ、０．５ｍｍ以下の粒径を有する炭材が２２重量％以上含む炭材であれば、上記の埋まり込みをより一層有効に抑止することが可能であり、当該還元鉄原料へのより一層良好な入熱を可能にする。
【００５１】
なお、上記第１実施形態では、図５に示されるように、還元鉄原料２は、天井２４を貫通する導入管４５を通して、床敷材１８上にほぼ垂直に落下することにより、床敷材１８上に供給されるが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の第２実施形態として、図１０〜１１に示されるように、還元鉄原料２を斜め下方へ落下させることにより当該還元鉄原料２を床敷材１８上で転動させるように当該床敷材１８上に供給してもよい。この場合、還元鉄原料２の床敷材１８への埋まり込みをより有効に抑止することが可能になる。
【００５２】
すなわち、本発明の還元鉄製造方法の第２実施形態では、図１０〜１１に示されるように、還元鉄原料２が球状である場合において、前記原料装入工程は、前記還元鉄原料２に前記炉床１６の移動方向と同じ方向の水平方向の速度であって当該炉床１６の移動速度よりも大きな水平方向の速度を与えながら当該還元鉄原料２を前記炉床１６の上方に位置する天井２４の下面から下方に放出して前記床敷材１８上に落下させることによりその水平方向の速度の向きに当該床敷材１８上で当該還元鉄原料２を転動させることを含むようにしてもよい。
【００５３】
図１０〜１１に示される第２実施形態に用いられる還元鉄製造装置は、上記の移動床式の還元溶融炉１０と、上記の排出部１４と、複数の原料装入部１２とを備えているが、原料装入部１２の構成が若干異なる。
【００５４】
すなわち、図１０〜１１に示される各原料装入部１２は、前記天井２４の内部に形成された傾斜面４０と、この傾斜面４０からさらに上向きに傾斜面を延長するための延長部材４２と、原料供給部４４と、を含む。
【００５５】
前記傾斜面４０は、この第２実施形態では平面であり、前記炉床１６の移動方向に沿って下るように傾斜する。この第２実施形態では、傾斜面４０の下端が天井２４の下面２４ａと合致しているが、当該下端は当該下面２４ａより上側に位置してもよい。すなわち傾斜面４０は下面２４ａよりも上側の位置で途切れてもよい。前記各還元鉄原料２は、この傾斜面４０上を転動（滑りが含まれていてもよい）するようにして当該傾斜面４０に沿って降下することが可能であり、その後に天井２４の下面２４ａから下方に放出される。この放出の際には当該還元鉄原料２に前記傾斜面４０の傾斜角度に対応した水平方向の速度が与えられる。この第２実施形態では、前記傾斜角度で前記天井２４を貫通する貫通穴４６が形成され、この貫通穴４６の下側に位置する面が前記傾斜面４０を構成する。
【００５６】
この傾斜面４０は、前記天井２４を構成する耐火物の表面によって構成されてもよいし、当該耐火物の表面を被覆する被覆材によって構成されてもよい。被覆材を用いる場合、その材質の選定によって、各還元鉄原料２の降下状態を調節することが可能である。例えば、還元鉄原料２に対する傾斜面４０の動摩擦係数を小さくしたり（例えば０．４以下）、反発係数を小さくしたりすることにより、傾斜面４０上での還元鉄原料２のバウンドを抑制して当該還元鉄原料２の床敷材１８上の落下位置を安定させることが、可能である。
【００５７】
前記延長部材４２は、この第２実施形態では角筒状の管材からなり、その下面が延長傾斜面４８を構成する。この延長部材４２は、前記貫通穴４６の上部に斜め向きに差し込まれ、これにより、前記延長傾斜面４８が前記傾斜面４０と連続する。具体的には、前記貫通穴４６の上部とそれよりも下側との部位との間に前記延長部材４２の肉厚に相当する段が与えられ、これにより両傾斜面４８，４０の連続性が担保されている。この延長部材４２は適宜省略することが可能である。
【００５８】
前記傾斜面４０及び前記延長傾斜面４８は、必ずしも平面に限らない。例えば、還元溶融炉１０の側方からみて曲線状をなす曲面であってもよい。この場合、当該傾斜面の接線方向が下方に向かうに従って水平に近づくような形状の曲面上であると、天井２４の下面２４ａから放たれる還元鉄原料２の進行方向を通常の安息角よりも水平方向に近い角度に向けることが可能である。また、当該傾斜面４０，４８をその傾斜に沿う方向からみた形状は、水平な直線であってもよいし、凹凸を含む直線や曲線であってもよい。例えば、当該形状は、それぞれが前記還元鉄原料２が通過することが可能な幅をもつ複数の溝が横向きに配列されたものでもよい。いずれの場合も、前記延長傾斜面４８は前記傾斜面４０の形状と対応して相互連続することが可能な形状を有することが、好ましい。
【００５９】
傾斜面４８，４０の傾斜角度は、任意に設定が可能であるが、当該傾斜面４８，４０が平面である場合、安息角以上の角度、すなわち、傾斜面４８，４０上での還元鉄原料２の滞留を確実に回避できる角度以上の角度、一般には３６°以上の角度であることが好ましい。また、当該傾斜角度は、還元鉄原料２が傾斜面４８，４０から確実に反力を受けることが可能な角度、つまり、当該還元鉄原料２と当該傾斜面４８，４０との接触を確実に維持できる角度であることが好ましく、一般には６０°以下であることが、好ましい。また、３６°未満の傾斜角度であっても、還元鉄原料２の傾斜面上での滞留を防止する手段、例えば当該傾斜面に沿った還元鉄原料２の降下をアシストする手段、を付加することにより、当該還元鉄原料２を天井２４の下面２４ａから確実に放出することが可能である。
【００６０】
前記原料供給部４４は、上記図５に示される原料供給部４４と同様の構成を有しており、前記供給ホッパー５０と、前記フィーダトレイ５２と、前記加振装置５４と、を含む。図１０〜１１に示されるフィーダトレイ５２は、延長部材４２に接続される。例えば、図１１に示されるように、フィーダトレイ５２は、フランジ５６やウォータシールなどを介して延長部材４２に接続される。前記延長部材４２が省略される場合は、前記天井２４に直接原料供給部４４が接続されてもよい。
【００６１】
次に、図１０〜１１を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る還元鉄製造方法について説明する。
【００６２】
まず、多数の還元鉄原料２、すなわち、炭素質還元剤と酸化鉄とを含有する複数の球状の塊成物が用意される。ここでいう「球状」とは、後に述べるように前記還元鉄原料２が還元溶融炉１０内の床敷材１８上に着地した後に転動できる程度の球状であればよく、当該還元鉄原料２は完全な球体である必要はない。一般には、還元鉄原料２は、その中心を通る任意の断面が０．７以上の真円度を有するのが、好ましい。このように高い真円度をもつ断面を有する還元鉄原料２は、傾斜面４８，４０上においても円滑に転動できることから、その床敷材１８上への落下位置も安定する。
【００６３】
このようにして用意された多数の還元鉄原料２は、供給ホッパー５０内に投入され、フィーダトレイ５２を通じて順次延長部材４２（延長部材４２が省略される場合には天井２４の傾斜面４０）に供給される。供給された還元鉄原料２は、炉床１６の移動方向に向かって傾斜する傾斜面４８，４０上を転動しながら当該傾斜面４８，４０に沿って降下し、その後、天井２４の下面２４ａに至った時点から傾斜面４８，４０の拘束を離れ、すなわち放出され、上記の細粒の床敷材１８（すなわち、５ｍｍ以下の粒径を有する炭材であって、０．１ｍｍ以下の粒径を有する炭材を７質量％以上含む炭材によって構成される細粒の床敷材１８）の上に着地する。
【００６４】
前記放出の際、還元鉄原料２には、重力による下向きの速度に加え、前記傾斜面４８，４０の傾斜角度に対応した水平方向の速度が与えられる。この水平方向の速度が炉床１６の移動速度よりもある程度高い速度であれば、前記還元鉄原料２は、図１０〜１１に示されるように、前記床敷材１８に着地した後に前記炉床１６の移動方向に転動する、つまり着地位置からさらに炉床１６の移動方向に逃げることが可能である。従って、この転動は、当該還元鉄原料２の上に後続の還元鉄原料２が積み重なること（例えば、図１２に示される後続の還元鉄原料２Ｃが先行する還元鉄原料２Ａ、２Ｂの上に載っている状態）や、当該後続の還元鉄原料２の落下に起因して先行する還元鉄原料２が床敷材１８内に埋まり込むこと（図１２に示される還元鉄原料２Ｂの状態）の回避を可能にする。
【００６５】
換言すれば、前記還元鉄原料２に与えられるべき水平速度の大きさは、当該還元鉄原料２が前記床敷材１８上に着地した後の転動を確保できる程度に設定されればよい。具体的には、当該還元鉄原料２の大きさ、比重、天井２４の下面２４ａからの鉛直方向の放出速度、床敷材１８までの落下距離、床敷材１８の材質、等の諸条件に応じて設定されればよい。
【００６６】
上記のような還元鉄原料２の床敷材１８上での転動は、先行する還元鉄原料２への後続の還元鉄原料２の積み重なりや、床敷材１８内への還元鉄原料２の埋まり込みをより有効に抑止する。すなわち、前記のような水平方向の速度が与えられた還元鉄原料２の炉床移動方向への転動によって、炉床移動速度が多少遅くても、図１２に示される後続の還元鉄原料２Ｃが床敷材１８上に落下する頃には先行する還元鉄原料２Ａがその転動によって前方に大きく退避している。そのため、後続の還元鉄原料２Ｃが先行する還元鉄原料２Ａ上への落下による当該還元鉄原料の埋まり込み、あるいは先行する還元鉄原料２Ａの近傍への落下によって飛散する床敷材１８によって生じる埋まり込みが生じにくい。後続の還元鉄原料２Ｃは、その転動によって先行の還元鉄原料２Ａに近づくが、仮にその転動による衝突があってもその衝突は弱くかつ方向は水平であり、また当該転動が床敷材１８の著しい飛散を伴うこともない。従って、当該衝突や床敷材１８の飛散に起因する先行還元鉄原料２Ａの埋まり込みは生じにくくなる。
【００６７】
このようにして還元鉄原料２同士の積み重なりや埋まり込みをより有効に抑止した当該還元鉄原料２の装入は、当該還元鉄原料２へのより良好な入熱を可能にする。この入熱によって当該還元鉄原料２は各ゾーンＺ１〜Ｚ３において短時間で良好な加熱処理（昇温、還元及び溶融処理）を受けることが可能であり、その後に冷却ゾーンＺ４で冷却された還元鉄は、高品質の金属鉄として排出部１４により排出されることができる。
【００６８】
以上のように、この第２実施形態に係る方法によれば、床敷材１８上での還元鉄原料２の転動が短時間で高品質の金属鉄を製造することを可能にするが、その転動のためには、当該還元鉄原料２が当該床敷材１８上に６０°以下の角度で入射し得る程度の大きさの水平方向の速度が与えられることが好ましい。当該６０°以下の入射角度は、水平方向の速度の大きさが入射速度の１／２以上であることを意味し、このことは、還元鉄原料２の床敷材１８上への落下による当該床敷材１８内への沈み込みに打ち勝って当該還元鉄原料２が炉床移動方向に転動することをより確実にする。従って、かかる観点から前記傾斜面４０あるいは傾斜面４８，４０の傾斜角度が設定されるのが、よい。
【００６９】
また、前記のような水平方向の速度を還元鉄原料に付与する手段は、前記傾斜面上での還元鉄原料の転動に限らない。例えば、天井の下面から鉛直方向に放出される還元鉄原料に対して水平方向に高圧ガスを吹き付けることによっても水平方向の速度を与えることが可能である。ただし、前記のように天井内に設けられた傾斜面上での還元鉄原料の転動は、当該天井の下方の高温領域内に耐熱性を要する複雑または大規模な設備を増設することなく、当該天井の下面から放出される還元鉄原料に対して水平方向の速度を与えることを可能にし、これにより、装入設備の信頼性の低下や著しいコストの上昇を伴うことなく、また天井下面の下方の炉内のガスの流れに著しい悪影響を及ぼすことなく、還元鉄原料同士の積み重なりや床敷材内への埋まり込みを抑止できる利点がある。
【符号の説明】
【００７０】
２      還元鉄原料
１０    還元溶融炉
１２    原料装入部
１４    排出部
１６    炉床
１８    床敷材
２４    天井
４０    天井内に設けられた傾斜面
４４    原料供給部
【図１】
0006623118.tif 000002
【図２】
0006623118.tif 000003
【図３】
0006623118.tif 000004
【図４】
0006623118.tif 000005
【図５】
0006623118.tif 000006
【図６】
0006623118.tif 000007
【図７】
0006623118.tif 000008
【図８】
0006623118.tif 000009
【図９】
0006623118.tif 000010
【図１０】
0006623118.tif 000011
【図１１】
0006623118.tif 000012
【図１２】
0006623118.tif 000013