(57)【要約】【課題】還元鉄の圧壊強度を低下させずに、被還元体を低還元率で製造できる低還元率還元鉄の還元設備及び還元方法を提供する。【解決手段】被還元体計量器１１で計量された被還元体原料中のＳｉＯ２量とＣａＯ量、還元材計量器１２で計量された原料中のＳｉＯ２量とＣａＯ量、バインダ計量器１３で計量されたバインダ中のＳｉＯ２量とＣａＯ量を数値信号として取込み、塩基度が所定の値となるように塩基度調整用原料を計量してミキサ２１に供給する。ミキサ２１に供給された被還元体原料、炭材含有原料、バインダ、及び塩基度調整用原料は、水分を加えて混練され、成形機２２により塊状に成形され塊状原料７０となり、乾燥器２３で乾燥された後、原料供給機２４にて回転床式還元炉３０内へ供給する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄を主体とした還元鉄の鉄源となる被還元体原料を収納する被還元体サイロと、還元材となる炭材を含む炭材含有原料を収納する還元材サイロと、粘結原料となるバインダを収納するバインダサイロと、を備えた原料供給手段と、前記酸化鉄を熱ガスで還元する回転床式還元炉と、前記原料供給手段より供給された複数の原料を混合する混合機と、前記混合機により混合された前記原料を成形する成形手段と、前記成形手段で成形された前記原料を乾燥する乾燥手段と、前記乾燥手段で乾燥された前記原料を前記回転床式還元炉に供給する供給手段と、前記回転床式還元炉より前記熱ガスを排気する排気ダクトと、を備えた還元鉄を製造する低還元率還元鉄の還元設備において、前記原料供給手段が、塩基度を調整するための塩基度調整用原料を収納する塩基度調整サイロを備えたことを特徴とする低還元率還元鉄の還元設備。
【請求項２】
前記被還元体サイロと前記混合機との間に前記被還元体原料中のＳｉＯ２量とＣａＯ量を計量する被還元体計量器を備え、前記還元材サイロと前記混合機との間に前記炭材含有原料中のＳｉＯ２量とＣａＯ量を計量する還元材計量器を備え、前記バインダサイロと前記混合機との間に前記バインダ中のＳｉＯ２量とＣａＯ量を計量するバインダ計量器を備え、前記塩基度調整サイロと前記混合機との間に塩基度調整計量器を備えたことを特徴とする請求項１に記載の低還元率還元鉄の還元設備。
【請求項３】
前記被還元体計量器が計量する前記被還元体原料中のＳｉＯ２量とＣａＯ量と、前記還元材計量器が計量する前記還炭材含有原料中のＳｉＯ２量とＣａＯ量と、前記バインダ計量器が計量する前記バインダ中のＳｉＯ２量とＣａＯ量と、を基に、前記混合機に供給する原料の塩基度を０．３以上０．６以下になるように前記塩基度調整計量器が前記塩基度調整用原料を前記混合機に供給するよう構成したことを特徴とする請求項２に記載の低還元率還元鉄の還元設備。
【請求項４】
前記混合機と前記成形手段の間に前記混合原料中のＳｉＯ２量とＣａＯ量を計量する混合原料計量器を備え、前記塩基度調整サイロと前記混合機との間に塩基度調整用計量器を備えたことを特徴とする請求項１に記載の低還元率還元鉄の還元設備。
【請求項５】
前記混合原料計量器が計量する前記混合原料中のＳｉＯ２量とＣａＯ量を基に、前記混合機に供給する原料の塩基度を０．３以上０．６以下になるように前記塩基度調整用計量器が前記塩基度調整用原料を前記混合機に供給するよう構成したことを特徴とする請求項４に記載の低還元率還元鉄の還元設備。
【請求項６】
前記塩基度調整用原料がＣａ化合物を含有したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の低還元率還元鉄の還元設備。
【請求項７】
前記回転床式還元炉が一酸化炭素濃度を測定するＣＯ測定器と、二酸化炭素濃度を測定するＣＯ２測定器と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の低還元率還元鉄の還元設備。
【請求項８】
前記排気ダクトに少なくとも一酸化炭素濃度を測定するダクト用ＣＯ計測器又は酸素濃度を測定するダクト用Ｏ２計測器を備えたことを特徴とする請求項７に記載の低還元率還元鉄の還元設備。
【請求項９】
前記回転床式還元炉が酸素を含有する流体を供給する複数の流体供給手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の低還元率還元鉄の還元設備。
【請求項１０】
前記酸素を含有する流体が酸素を富化された酸素含有ガス又は空気であることを特徴とする請求項９に記載の低還元率還元鉄の還元設備。
【請求項１１】
ＣＯ比を０．２以下となるように前記流体供給手段の流体供給量を調整する流体制御手段を備えたことを特徴とする請求項９又は１０に記載の低還元率還元鉄の還元設備。
【請求項１２】
前記回転床式還元炉が、炉内の温度を計測する温度測定器と、炉内に熱ガスを発生させる複数の熱ガスバーナと、を備えたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の低還元率還元鉄の還元設備。
【請求項１３】
前記温度測定器の示す温度が１３００℃以下になるように前記熱ガスバーナを調整する熱ガスバーナ調整手段を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の低還元率還元鉄の還元設備。
【請求項１４】
酸化鉄の還元率が８０％以下となるように前記回転床式還元炉の回転速度を調整可能な回転手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の低還元率還元鉄の還元設備。
【請求項１５】
還元鉄の鉄源となる被還元体原料と、還元材となる炭材を含む炭材含有原料と、粘結原料となるバインダと、塩基度を調整するための塩基度調整用原料と、を含み、塩基度を０．３以上０．６以下とするように配合したことを特徴とする回転床式還元炉用の塊状原料。
【請求項１６】
前記塩基度調整用原料がＣａ化合物を含有したことを特徴とする請求項１５に記載の回転床式還元炉用の塊状原料。
【請求項１７】
還元鉄の鉄源となる被還元体原料と、還元材となる炭材を含む炭材含有原料と、粘結原料となるバインダと、塩基度を調整するための塩基度調整用原料と、を含む塊状原料を回転床式還元炉で還元処理することを特徴とする低還元率還元鉄の還元方法。
【請求項１８】
回転床式還元炉内の温度を１３００℃以下として原料を還元処理することを特徴とする請求項１７に記載の低還元率還元鉄の還元方法。
【請求項１９】
前記回転床式還元炉に供給された原料を還元率８０％以下で還元処理することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の低還元率還元鉄の還元方法。
【請求項２０】
前記回転床式還元炉に供給される塊状原料中の塩基度を０．３以上０．６以下とするように添加配合することを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれかに記載の低還元率還元鉄の還元方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化鉄を還元する低還元率還元鉄の還元設備及び還元方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の技術の還元設備である回転床式還元炉への原料供給及び回転床式還元炉からの排気フロー図である。
【０００３】
還元鉄製造用の原料である酸化鉄を主体とした還元鉄の鉄源となる被還元体原料、還元材となる炭材を含む炭材含有材料、粘結剤となるバインダは、個別のサイロすなわち、被還元体サイロ１，還元材サイロ２，バインダサイロ３からそれぞれ供給される。被還元体サイロ１から供給される被還元体原料は、被還元体乾燥器５で乾燥した後、被還元体粉砕機６及び被還元体分級器７により粉砕し分級される。一方還元材サイロ２から供給される炭材含有材料は、還元材粉砕機８及び還元材分級器９で粉砕し分級される。
【０００４】
被還元体分級器７で分級された被還元体原料は被還元体計量器１１により、還元材分級器９で分級された炭材含有材料は還元材計量器１２により、バインダサイロ３から供給されたバインダはバインダ計量器１３により所定分量ずつ計量されてミキサ２１へ送られ、必要含水量で混練される。ミキサ２１で混練された原料が成形機２２へ送られ、必要水分量のもとでペレット又はブリケットなどの塊状原料７０に形成され、乾燥器２３により乾燥された後、原料供給機２４により回転床式還元炉３０内へ供給される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
回転床式還元炉３０には、炉内に還元に使用する熱ガスを発生させる複数の熱ガスバーナ４１と、使用された熱ガスを排気する排気ダクト４４と、還元済みペレットを排出する排出機４５と、炉内のＣＯ比調節用の複数の流量調節手段４６付空気供給器４２が設けられている。回転床式還元炉３０では燃料と燃焼用空気が熱ガスバーナ４１へ供給されて燃焼し回転床式還元炉３０内は高温（１３００〜１４００℃）に保持され、回転床が一周する間に供給された塊状原料７０は１３００℃程度まで昇温し還元されて還元鉄となり、回転床式還元炉３０から可搬容器４７へ取出され次工程へ送られる。回転床式還元炉３０内温度は回転床式還元炉３０に設置された温度計６５にて計測される。回転床の回転速度は回転床式還元炉３０に設けられた回転機（図示せず）にて制御される。
【０００６】
排気ダクト４４へ逃がされる熱ガスは、アフターバーナ４８付水冷ダクト４９で未燃焼のガス成分を燃焼・冷却させた後、更に二次冷却器５１、熱交換器５２、三次冷却器５３等により冷却し、集塵機５４、排気ファン５５を経て煙突５６から大気中へ排出される（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
このような低還元率還元鉄の還元設備は、従来、還元鉄の還元率を高めることを目標とし、一般的に還元率が８０％超まで還元させていた。このような高い還元率を得るには塊状原料７０を１３００℃程度まで昇温させ、さらに回転床式還元炉３０内での滞留時間を長くする必要がある。しかしながら、回転床式還元炉３０内での滞留時間が長くなると、一旦還元された還元鉄が回転床式還元炉３０内ガス中のＣＯ２により再び酸化する可能性がある。そこで、この還元鉄の再酸化を防止するために、回転床式還元炉３０内ガス中のＣＯとＣＯ２の比［（ＣＯ／（ＣＯ＋ＣＯ２））以下これをＣＯ比と言う］を０．２以上に維持している。具体的には、回転床式還元炉３０の側壁部に設けた空気供給器４２でＣＯ燃焼用投入空気量を制御調整することで維持している。
【０００８】
すなわち、上述した設備による還元鉄の還元では、回転床式還元炉３０内のガスのＣＯ比を０．２以上に調節し、還元率８０％超対応の炉内温度（１３００〜１４００℃）、滞留時間に炉操業条件を設定し、塊状原料７０を供給して高温下で還元鉄を生成させ、還元鉄を排出する工程で還元を行っている。
【０００９】
このため、従来の設備では、ＣＯ比（０．２以上）相当の未燃のＣＯを炉外に放出することになり、未燃ＣＯを有効熱源として十分に活用できないでいる。また、回転床式還元炉３０から排気ダクト４４へ逃がされた未燃ＣＯは、アフターバーナ４８付の水冷ダクト４９で燃焼させる等、余分な設備と処理が必要である。
【００１０】
また、取り出される還元鉄は、還元率が８０％を超える領域まで高められることにより、還元された金属鉄同士の結合や高温保持されるために生じるスラグボンドの形成などが還元鉄内部で起こり、還元鉄の圧壊強度を保持してきた。さらに、この低還元率還元鉄の還元設備で製造された還元鉄は、後工程の溶解炉で溶解され銑鉄を得ることを目的としており、還元鉄の還元率は８０％超が一般的とされていた。
【００１１】
しかしながら、近時、溶解炉の型式によっては、還元率８０％以下の低還元率の方が、低還元率還元鉄の還元設備と溶解炉を組み合わせた際の総エネルギー効率が良くなり、経済的であるということがいわれている。還元率８０％以下の低還元率で還元鉄の還元を行うために、図６のような従来の低還元率還元鉄の還元設備において、例えば回転床式還元炉３０内ガス温度は１３００℃以下の比較的低温度で、かつ回転床式還元炉３０内の滞留時間を短くすることで低還元率還元鉄の製造をすることが検討されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開２０００−２７３５５２号公報（第１図）。
【特許文献２】
特開平１１−１２９８０６号公報（第１図）。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、低還元率還元鉄の製造を単に回転床式還元炉内温度の低下、滞留時間の短縮などの変更だけで行うと、▲１▼低還元率のために還元された金属鉄が少なく結合力が弱く、▲２▼回転床式還元炉内温度が低く滞留時間が短いことからスラグボンドが形成し難く、▲３▼低還元率時に起こる酸化鉄の相変化による膨れ現象が発生し還元鉄が膨らみクラックを生じる、などの理由から還元鉄の圧壊強度が弱くなり以下のような問題が生じる。
（１）  還元鉄を回転床式還元炉から排出する時に紛化・破損し、回転床式還元炉からの排出が困難になる。
（２）  排出時に紛化・破壊した還元鉄の一部は、ダストとして回転床式還元炉内のガス中に浮遊し、回転床式還元炉内壁及び排ガス設備ダクト壁に付着する。
（３）  回転床式還元炉から排出された還元鉄が、搬送中に紛化・破損し、ダストを発生する。
さらに、低還元率還元鉄の製造を行う場合の回転床式還元炉内のＣＯ比に関する運転条件は、まだ解明されていない状態にある。
【００１４】
本発明は、かかる従来の問題に対し、還元鉄の圧壊強度を低下させずに、効率の良い低還元率還元鉄の製造に係る炉内のＣＯ比を設定し、被還元体を低還元率で製造できる低還元率還元鉄の還元設備及び還元方法について提供することを課題としたものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、酸化鉄を主体とした還元鉄の鉄源となる被還元体原料を収納する被還元体サイロと、還元材となる炭材を含む炭材含有原料を収納する還元材サイロと、粘結原料となるバインダを収納するバインダサイロと、を備えた原料供給手段と、前記酸化鉄を熱ガスで還元する回転床式還元炉と、前記原料供給手段より供給された複数の原料を混合する混合機と、前記混合機により混合された前記原料を成形する成形手段と、前記成形手段で成形された前記原料を乾燥する乾燥手段と、前記乾燥手段で乾燥された前記原料を前記回転床式還元炉に供給する供給手段と、前記回転床式還元炉より前記熱ガスを排気する排気ダクトと、を備えた還元鉄を製造する低還元率還元鉄の還元設備において、前記原料供給手段が、塩基度を調整するための塩基度調整用原料を収納する塩基度調整サイロを備えたことを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、還元鉄の圧壊強度を低下させずに、被還元体を低還元率で製造するための、原料に添加する塩基度調整用原料を保存し供給することができる。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において、前記被還元体サイロと前記混合機との間に前記被還元体原料中のＳｉＯ２量とＣａＯ量を計量する被還元体計量器を備え、前記還元材サイロと前記混合機との間に前記炭材含有原料中のＳｉＯ２量とＣａＯ量を計量する還元材計量器を備え、前記バインダサイロと前記混合機との間に前記バインダ中のＳｉＯ２量とＣａＯ量を計量するバインダ計量器を備え、前記塩基度調整サイロと前記混合機との間に塩基度調整計量器を備えたことを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、被還元体原料中と炭材含有原料中とバインダ中のＳｉＯ２量とＣａＯ量を計量し、さらに塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２比）を所定の値にするため、上記各原料に添加する塩基度調整用原料を塩基度調整計量器により調整することができる。前記前記被還元体原料中、前記炭材含有原料中及び前記バインダ中のＳｉＯ２量とＣａＯ量を計量するそれぞれの計量器は、ＳｉＯ２量とＣａＯ量とをそれぞれ個別に計量する複数の計量器で構成しても、本発明の範囲であることはいうまでもない。
【００１９】
また、上記課題を解決するために、請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載の本発明において、前記被還元体計量器が計量する前記被還元体原料中のＳｉＯ２量とＣａＯ量と、前記還元材計量器が計量する前記還炭材含有原料中のＳｉＯ２量とＣａＯ量と、前記バインダ計量器が計量する前記バインダ中のＳｉＯ２量とＣａＯ量と、を基に、前記混合機に供給する原料の塩基度を０．３以上０．６以下になるように前記塩基度調整計量器が前記塩基度調整用原料を前記混合機に供給するよう構成したことを特徴とする。
【００２０】
上記構成によれば、被還元体原料中と炭材含有原料中とバインダ中のＳｉＯ２量とＣａＯ量を計量し、さらに塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２比）を有効値である０．３以上０．６以下になるように、上記各原料に添加する塩基度調整用原料を塩基度調整計量器により調整し混合機に供給することができる。塩基度は０．３以上０．６以下が有効であるが、０．４以上０．５以下が更により高い効果を示す。
【００２１】
また、上記課題を解決するために、請求項４に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において、前記混合機と前記成形手段の間に前記混合原料中のＳｉＯ２量とＣａＯ量を計量する混合原料計量器を備え、前記塩基度調整サイロと前記混合機との間に塩基度調整用計量器を備えたことを特徴とする。
【００２２】
上記構成によれば、原料を全て混合機にて混合した後、混合原料中のＳｉＯ２量とＣａＯ量を計量し、その計量値に基いて塩基度調整用原料を塩基度調整計量器により調整するので、各原料の混合機に入る前にそれぞれ計量する場合に比較して塩基度の調整精度は劣るものの、計量器の数を少なくすることができる。前記混合原料中のＳｉＯ２量とＣａＯ量を計量する混合原料計量器はＳｉＯ２量とＣａＯ量をそれぞれ個別に計量する複数の計量器で構成しても本発明の範囲であることはいうまでもない。
【００２３】
また、上記課題を解決するために、請求項５に記載の本発明は、請求項４に記載の本発明において、前記混合原料計量器が計量する前記混合原料中のＳｉＯ２量とＣａＯ量を基に、前記混合機に供給する原料の塩基度を０．３以上０．６以下になるように前記塩基度調整用計量器が前記塩基度調整用原料を前記混合機に供給するよう構成したことを特徴とする。
【００２４】
上記構成によれば、原料を全て混合機にて混合した後、混合された原料のＳｉＯ２量とＣａＯ量を計量し、塩基度調整用原料を塩基度調整計量器により調整して混合機に供給することにより、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２比）を有効値である０．３以上０．６以下になるように調整することができる。塩基度は０．３以上０．６以下が有効であるが、０．４以上０．５以下が更により高い効果を示す。
【００２５】
また、上記課題を解決するために、請求項６に記載の本発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の本発明において、前記塩基度調整用原料がＣａ化合物を含有したことを特徴とする。
【００２６】
上記構成によれば、例えば、塩基度調整用原料としてＣａＣＯ３を供給することができる。塩基度調整用原料は塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２比）が調整できればよく、ＣａＣＯ３のみならず他のＣａ化合物を適宜選択しても塩基度の調整が可能であれば本発明の範囲であることはいうまでもない。
【００２７】
また、上記課題を解決するために、請求項７に記載の本発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の本発明において、前記回転床式還元炉が一酸化炭素濃度を測定するＣＯ測定器と、二酸化炭素濃度を測定するＣＯ２測定器と、を備えたことを特徴とする。
【００２８】
上記構成によれば、一酸化炭素濃度と二酸化炭素濃度を測定することにより、回転床式還元炉内のＣＯ比（ＣＯ／（ＣＯ＋ＣＯ２））を知ることができる。計測したＣＯ量及びＣＯ２量、又はＣＯ比をＣＯ燃焼用空気量にフィードバックし、回転床式還元炉内のＣＯ量を管理できる。
【００２９】
また、上記課題を解決するために、請求項８に記載の本発明は、請求項７に記載の本発明において、前記排気ダクトに少なくとも一酸化炭素濃度を測定するダクト用ＣＯ計測器又は酸素濃度を測定するダクト用Ｏ２計測器を備えたことを特徴とする。
【００３０】
上記構成によれば、排気ダクトにＣＯ計測器もしくはＯ２計測器を備えることで、回転床式還元炉外に排出されるＣＯ量を知ることができるため、計測したＣＯ量もしくはＯ２量をＣＯ燃焼用空気量にフィードバックし、回転床式還元炉外排出ＣＯ量を管理することができる。
【００３１】
また、上記課題を解決するために、請求項９に記載の本発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の本発明において、前記回転床式還元炉が酸素を含有する流体を供給する複数の流体供給手段を備えたことを特徴とする。
【００３２】
また、上記課題を解決するために、請求項１０に記載の本発明は、請求項９に記載の本発明において、前記酸素を含有する流体が空気又は酸素を富化された酸素含有ガスであることを特徴とする。
【００３３】
上記請求項９及び１０の構成によれば、回転床式還元炉内のＣＯを酸素で酸化させてＣＯ２とすることにより、回転床式還元炉内のＣＯ比を調整することができる。
【００３４】
また、上記課題を解決するために、請求項１１に記載の本発明は、請求項９又は１０に記載の本発明において、ＣＯ比を０．２以下となるように前記流体供給手段の流体供給量を調整する流体制御手段を備えたことを特徴とする。
【００３５】
上記構成によれば、従来の０．２以上のＣＯ比に比較し、炉外に放出する未燃ＣＯを減少させ、また、アフターバーナ付の水冷ダクトで燃焼させる等の余分な設備と処理を縮小させるか又は必要としなくなる。ＣＯ比は０．２以下とするが、好ましくは０．１以下、更に好ましくは０．０１以下が無駄なＣＯを使用しない点で有効であり、さらに、ＣＯを含まないガスの使用はさらに有効である。
【００３６】
また、上記課題を解決するために、請求項１２に記載の本発明は、請求項１乃至１１に記載の本発明において、前記回転床式還元炉が、炉内の温度を計測する温度測定器と、炉内に熱ガスを発生させる複数の熱ガスバーナと、を備えたことを特徴とする。
【００３７】
また、上記課題を解決するために、請求項１３に記載の本発明は、請求項１２に記載の本発明において、前記温度測定器の示す温度が１３００℃以下になるように前記熱ガスバーナを調整する熱ガスバーナ調整手段を備えたことを特徴とする。
【００３８】
上記請求項１２及び１３の構成によれば、回転床式還元炉内の温度を計測し、前記温度を１３００℃以下の所定の温度に設定することできる。回転床式還元炉内の温度は１２５０℃以下、更に１２００℃以下においても本発明の効果を有するが、９００℃以下の温度になれば酸化鉄が還元されないため、９００℃以上には保持する必要がある。
【００３９】
また、上記課題を解決するために、請求項１４に記載の本発明は、請求項１乃至１３のいずれかに記載の本発明において、酸化鉄の還元率が８０％以下となるように前記回転床式還元炉の回転速度を調整可能な回転手段を備えたことを特徴とする。
【００４０】
上記構成によれば、回転床式還元炉の回転速度を調整して還元率８０％以下の低還元率で回転床式還元炉を運転することにより、低還元率還元鉄の還元設備と溶解炉を組み合わせた際の総エネルギー効率が良くなり経済的となる。
【００４１】
また、上記課題を解決するために、請求項１５に記載の本発明の塊状原料は、還元鉄の鉄源となる被還元体原料と、還元材となる炭材を含む炭材含有原料と、粘結原料となるバインダと、塩基度を調整するための塩基度調整用原料と、を含み、塩基度を０．３以上０．６以下とするように配合したことを特徴とする。
【００４２】
上記構成によれば、還元鉄の鉄源となる被還元体原料と、還元材となる炭材を含む炭材含有原料と、粘結原料となるバインダと、塩基度を調整するための塩基度調整用原料と、を含み、塩基度を０．３以上０．６以下とするように配合した塊状原料を回転床式還元炉に供給することができる。塩基度は０．３以上０．６以下が有効であるが、０．４以上０．５以下が更により高い効果を示す。
【００４３】
また、上記課題を解決するために、請求項１６に記載の本発明の塊状原料は、請求項１５に記載の本発明において、前記塩基度調整用原料がＣａ化合物を含有したことを特徴とする。
【００４４】
上記構成によれば、例えば、塩基度調整用原料であるＣａＣＯ３を含有した回転床式還元炉用の塊状原料を供給することができる。塩基度調整用原料は塩基度が調整できればよく、ＣａＣＯ３のみならず他のＣａ化合物を適宜選択しても塩基度の調整が可能であれば本発明の範囲であることはいうまでもない。
【００４５】
また、上記課題を解決するために、請求項１７に記載の本発明の方法は、還元鉄の鉄源となる被還元体原料と、還元材となる炭材を含む炭材含有原料と、粘結原料となるバインダと、塩基度を調整するための塩基度調整用原料と、を含む塊状原料を回転床式還元炉で還元処理することを特徴とする。
【００４６】
上記方法によれば、原料に塩基度調整用原料を含んだ塊状原料を用いて、還元鉄の圧壊強度を低下させずに、被還元体を低還元率で製造し回転床式還元炉で還元処理することができる。
【００４７】
また、上記課題を解決するために、請求項１８に記載の本発明の方法は、請求項１７に記載の本発明において、回転床式還元炉内の温度を１３００℃以下として原料を還元処理することを特徴とする。
【００４８】
上記方法によれば、回転床式還元炉内ガス温度を１３００℃以下の低温度で、かつ回転床式還元炉内滞留時間を短くすることで低還元率還元鉄の製造が可能となる。回転床式還元炉内ガス温度は１２５０℃以下更に１２００℃以下においても本発明の効果を有するが、９００℃以下の温度になれば酸化鉄が還元されないため、９００℃以上には保持する必要がある。
【００４９】
また、上記課題を解決するために、請求項１９に記載の本発明の方法は、請求項１７又は１８に記載の本発明において、前記回転床式還元炉に供給された原料を還元率８０％以下で還元処理することを特徴とする。
【００５０】
上記方法によれば、還元率８０％以下の低還元率で回転床式還元炉を運転することにより、低還元率還元鉄の還元設備と溶解炉を組み合わせた際の総エネルギー効率が良くなり経済的効果を有する。
【００５１】
また、上記課題を解決するために、請求項２０に記載の本発明の方法は、請求項１７乃至１９のいずれかに記載の本発明において、前記回転床式還元炉に供給される塊状原料中の塩基度を０．３以上０．６以下とするように添加配合することを特徴とする。
【００５２】
上記方法によれば、塩基度調整用原料を、前記回転床式還元炉に供給される塊状原料中の塩基度を０．３以上０．６以下とするように原料に添加配合することにより、低還元率時に起こる酸化鉄の相変化による膨れ現象が発生し還元鉄が膨らみクラックを生じることを避けることができる。塩基度は０．３以上０．６以下が有効であるが、０．４以上０．５以下が更により高い効果を示す。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を図に従って詳細に説明する。図１は本発明の実施の態様に係る回転床式還元炉への原料供給及び回転床式還元炉からの排気フローを、図２は本発明の実施の態様に係る原料配合の成分図を、図３は本発明の実施の態様に係る還元率と耐圧壊強度の関係を、図４は本発明の実施の態様に係るＣＯ比と還元率の関係を、図５は本発明の第２の実施の態様に係る回転床式還元炉への原料供給及び回転床式還元炉からの排気フローを示す。また、図１乃至図６においては、同じ構成の部分には同一の符号を付し、それらについての重複する説明は省略する。
【００５４】
本発明では、被還元体の圧壊強度を高めるために原料中に塩基度調整用原料を配合混入して被還元体の低還元率還元を行う。また、塩基度調整用原料は原料中の塩基度が０．３〜０．６となるように配合混入する。塩基度は０．３以上０．６以下が有効であるが、０．４以上０．５以下が更により高い効果を示す。これは、低還元率還元鉄の製造に際して回転床式還元炉内温度が低下し、かつ滞留時間が短くても、スラグボンドが形成することを目的としている。
【００５５】
また、回転床式還元炉内のＣＯ比を０．２以下、好ましくは０．１以下、さらに好ましくは０．０１以下で運転することを目的としている。ＣＯ比が０．０即ちＣＯが存在しない状態での運転も可能であり、ＣＯの後処理設備が不要となり非常に有効である。回転床式還元炉内温度は１３００℃以下又は１２５０℃以下さらに１２００℃以下でも運転可能であるが、酸化鉄が還元されるには９００℃以上の温度が必要である。
【００５６】
図１において、塩基度調整用原料サイロ４と塩基度調整計量器１４が従来設備に追加して設けられている。さらに、ＣＯ比の設定を確実にかつ容易に実施するために、炉内各所にＣＯ計６１とＣＯ２計６２を、また排気ダクト４４部にダクト用ＣＯ計６３もしくはダクト用Ｏ２計６４が設けられている。ダクト用ＣＯ計６３及びダクト用Ｏ２計６４は共に重複して設けてもよい。
【００５７】
炉内にＣＯ計６１とＣＯ２計６２を設けることで、ＣＯ燃焼用空気の最適投入量を運転状況に応じて把握することができる。また、排気ダクト４４部にダクト用ＣＯ計６３もしくはダクト用Ｏ２計６４を設けることで、炉外に排出されるＣＯ量を知ることができるため、計測したＣＯ量もしくはＯ２量をＣＯ燃焼用空気量にフィードバックして空気供給器４２で供給酸素量を調整し、炉外排出ＣＯ量を確実に管理できる。ダクト用ＣＯ計６３もしくはダクト用Ｏ２計６４は排気ダクト４４のみならず、回転床式還元炉３０より下流側であれば任意の位置に取り付けることが可能である。
【００５８】
排気ダクト４４系においては従来のような炉外に排出されたＣＯを燃焼させることを目的としたアフターバーナ４８付の水冷ダクト４９の設備を小さくするか省略して構成することができる。本実施の形態では、排ガスダクト４４系は、一次冷却器５７、熱交換器５２、二次冷却器５１を設けて構成し、集塵機５４、排気ファン５５を経て煙突５６から大気中へ排出するように構成している。
【００５９】
塩基度調整計量器１４では原料中の塩基度が０．４〜０．５となるように塩基度調整用原料の投入量を調節するようにしている。塩基度調整計量器１４では、被還元体計量器１１で計量された被還元体原料中のＳｉＯ２量とＣａＯ量、還元材計量器１２で計量された原料中のＳｉＯ２量とＣａＯ量、バインダ計量器１３で計量されたバインダ中のＳｉＯ２量とＣａＯ量を数値信号として取込み、塩基度が０．４〜０．５となるように塩基度調整用原料を計量してミキサ２１に供給する。各計量器１１，１２，１３，１４を通しミキサ２１に供給された被還元体原料、炭材含有原料、バインダ、及び塩基度調整用原料は、水分を加えて混練され、成形機２２により塊状に成形され塊状原料７０となり、乾燥器２３で乾燥された後、原料供給機２４にて回転床式還元炉３０内へ供給される。
【００６０】
被還元体が、低還元率対応の温度、滞留時間で還元されるとき、▲１▼低還元率で金属鉄が少なく金属同士の結合力が弱くなること、▲２▼低還元時に起こる酸化鉄の相変化による膨れ現象が発生し還元鉄が膨らみクラックが生じること、の二つの強度低下要因を塩基度を０．３〜０．６より好ましくは０．４〜０．５に調節する作用で低温度、短滞留時間でもスラグボンドを形成することで還元鉄中の粒子の結合力を高め、還元鉄の圧壊強度を必要な範囲に高く維持できる結果が得られる。
【００６１】
図２において、ケース１は本発明対応の塩基度調整用原料を添加配合する原料配合の一実施の形態、ケース２は塩基度調整用原料を添加しない従来対応の原料配合である。図２中ベントナイト及びＣａ（ＯＨ）２はバインダ、ＣａＣＯ３は塩基度調整用原料である。バインダとしてベントナイトとＣａ（ＯＨ）２、塩基度調整用原料としてＣａＣＯ３を使用し、鉄鉱石、石炭と共に表示の分量比で配合している。なお、バインダ、塩基度調整用原料の種類は適宜に選択されてよい。
【００６２】
図２の下欄には各原料配合の塩基度を示し、ケース１の配合原料は塩基度が０．４〜０．５の範囲に調節されており、ケース２の配合原料は塩基度が０．１〜０．２程度である。
【００６３】
図２におけるケース１及びケース２の原料配合を使用して実験を行った。実験は、各原料配合毎に含有水分量が１％となるように水を加えて混練し、次いで上記混練体を総水分１０ｗｔ％で造粒し（粒径＝１０〜１２ｍｍφ）、上記造粒体を窒素中で、１２００℃で、６分間保持した後、還元率及び粒体の圧壊強度を測定した。図３は、その実験結果である。
【００６４】
図３において、上記実験では、ケース２の従来型原料配合では、還元率５７．５８％において還元鉄ペレット単位での圧壊強度が１．０６ｋｇ／Ｐであるのに対し、ケース１の原料配合では、ほぼ等しい還元率５６．４７％において還元鉄ペレット単位の圧壊強度が１５．６７ｋｇ／Ｐにまで飛躍的に改善されている。この結果から、低還元率還元鉄の製造にあたって、図２及び図３のケース１で示すように、塩基度調整用原料を原料中塩基度０．４〜０．５の範囲で配合することにより、還元段階でスラグボンドによる大きい結合力を生じさせ、還元鉄の圧壊強度を高められることが明らかである。
【００６５】
次に、配合原料と試験設備を使用して実験を行った。実験は、図３の配合原料に含有水分量が１％となるように水を加えて混練し、次いで上記混練体を総水分１０ｗｔ％で塊状化し、次いで試験設備の炉内ガスＣＯ比を０．０１、０．１、０．２と３段階に設定して乾燥済み塊状原料７０を挿入し、還元率８０％以内対応の回転床式還元炉３０内温度１２００℃と、適切な滞留時間を回転床式還元炉３０の回転速度を回転機４３で制御して保持した後、ＣＯ比毎の還元率を測定した。図４は、その実験結果である。
【００６６】
図４において、上記実験では、ＣＯ比が、０．０１、０．１、０．２と変化しても、還元率は原料成分のばらつき程度の僅かな量しか変動せずほぼ一定に維持されている。これは、塊状原料７０の含有する酸化鉄成分が還元反応中に回転床式還元炉３０内ガス中のＣＯ２の影響をあまり受けず、すなわち再酸化されずに低還元率対応の回転床式還元炉３０内温度、時間で有効に還元反応が進んでいることを顕している。
【００６７】
この結果から、低還元率還元鉄の還元設備による低還元率での還元鉄の製造にあたって、図４で示すように、回転床式還元炉３０内のガスのＣＯ比制御値を、０．２以下、好ましくは０．１以下、更に好ましくは０．０１以下に設定調節し、回転床式還元炉３０を還元率８０％以下、又は７０％以下、更に６０％以下にも対応の炉内温度、滞留時間に炉操業条件として設定し、塊状原料７０を挿入し還元鉄を排出する方法で、有効に低還元率還元鉄を製造できることが明らかである。
【００６８】
次に、図５により、本発明の第２の実施の形態について説明する。図５は、図１における被還元体サイロ１とミキサ２１との間に設けられた被還元体計量器１１と、還元材サイロ２とミキサ２１との間に設けられた還元材計量器１２と、バインダサイロ３とミキサ２１との間に設けられたバインダ計量器１３との代わりに、ミキサ２１と成形機２２の間に混合原料計量器１５を設けたものである。これによって、原料が混合された後にＳｉＯ２量とＣａＯ量を計量するので、各原料の混合機に入る前にそれぞれ計量する場合に比較して塩基度の調整精度は劣るものの、計量器の数を少なくすることができる。混合原料計量器１５以外の装置の構成は、図１と同じである。
【００６９】
【発明の効果】
そして上記の結果、前記本発明によれば、次のような作用効果を達成できる。
（１）  原料中の塩基度を調整することによって、被還元体の還元温度が１３００℃以下であってもスラグボンドの形成により還元体の圧壊強度を保持できる。
（２）  被還元体が低還元率で還元される時に見られる被還元体の膨れ現象による強度低下を、スラグボンドを形成することで抑制できる。
（３）  被還元体の圧壊強度が確保できると、炉から排出される時に還元鉄が粉化、破損せず、回転床炉内及び排ガス処理設備でのダスト付着量を低減できる。また、炉外に排出された後の搬送中における還元鉄の粉化、破損を防ぐことができ、歩留まりが向上する。
（４）  この結果、還元体の粉化、破損を防止して有効に被還元体を低還元率還元できる還元方法を提供できる。
（５）  ＣＯ比制御値を０．２以下とすることにより炉内ガス中に滞留する余分なＣＯが炉内で燃焼し、有効に熱源として働く。そのため、燃料の無駄な消費がなくなり、燃料消費量を低減することができる。
（６）  炉内でＣＯを完全燃焼させた場合は、排ガス系設備でのアフターバーナなどの余分なＣＯ対策が不要になり、設備費や維持費が低減される。
（７）  経済的で有効な低還元率還元鉄の還元設備と製造方法を提供できる。
【００７０】
更に、上記の効果を達成するために、
請求項１に記載の本発明は、還元鉄の圧壊強度を低下させずに、被還元体を低還元率で製造するための、原料に添加する塩基度調整用原料を保存し供給することができる。
【００７１】
また、請求項２に記載の本発明は、原料に添加する塩基度調整用原料を調整することができる。
【００７２】
また、請求項３に記載の本発明は、原料に添加する塩基度調整用原料を調整し混合機に供給することができる。
【００７３】
また、請求項４に記載の本発明は、原料の混合機に入る前にそれぞれ計量する請求項２に記載の発明の場合に比較して、計量器の数を少なくすることができる。
【００７４】
また、請求項５に記載の本発明は、原料を全て混合機にて混合した後、塩基度調整用原料を調整することができる。
【００７５】
また、請求項６に記載の本発明は、塩基度調整用原料としてＣａ化合物であるＣａＣＯ３を供給することができる。
【００７６】
また、請求項７に記載の本発明は、計測したＣＯ量及びＣＯ２量、又はＣＯ比をＣＯ燃焼用空気量にフィードバックし、回転床式還元炉内のＣＯ量を管理できる。
【００７７】
また、請求項８に記載の本発明は、計測したＣＯ量もしくはＯ２量をＣＯ燃焼用空気量にフィードバックし、回転床式還元炉外排出ＣＯ量を管理できる。
また、請求項９及び１０に記載の本発明は、回転床式還元炉内のＣＯ比を調整することができる。
【００７８】
また、請求項１１に記載の本発明は、炉外に放出する未燃ＣＯを減少させ、また、アフターバーナ付の水冷ダクトで燃焼させる等の余分な設備と処理を縮小させるか又は必要としなくなる。
【００７９】
また、請求項１２及び１３に記載の本発明は、回転床式還元炉内の温度を１３００℃以下の所定の温度に設定することできる。
【００８０】
また、請求項１４に記載の本発明は、石炭直接還元設備と溶解炉を組み合わせた際の総エネルギー効率が良くなり経済的となる。
【００８１】
また、請求項１５に記載の本発明の塊状原料は、塩基度が所定の値に配合された塊状原料を回転床式還元炉に供給することができる。
【００８２】
また、請求項１６に記載の本発明の塊状原料は、塩基度調整用の原料であるＣａ化合物を含有した回転床式還元炉用の塊状原料を供給することができる。
【００８３】
また、請求項１７に記載の本発明の方法は、還元鉄の圧壊強度を低下させずに、被還元体を低還元率で製造し回転床式還元炉で還元処理することができる。
【００８４】
また、請求項１８に記載の本発明の方法は、回転床式還元炉内ガス温度を低温度で、かつ回転床式還元炉内滞留時間を短くすることで低還元率還元鉄の製造が可能となる。
【００８５】
また、請求項１９に記載の本発明の方法は、石炭直接還元設備と溶解炉を組み合わせた際の総エネルギー効率が良くなり経済的となる。
【００８６】
また、請求項２０に記載の本発明の方法は、低還元率時に起こる酸化鉄の相変化による膨れ現象が発生し還元鉄が膨らみクラックを生じることを避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の態様に係る回転床式還元炉への原料供給及び回転床式還元炉からの排気フロー図。
【図２】本発明の実施の態様に係る原料配合の成分図。
【図３】本発明の実施の態様に係る還元率と耐圧壊強度の関係図。
【図４】本発明の実施の態様に係るＣＯ比と還元率の関係図。
【図５】本発明の第２の実施の態様に係る回転床式還元炉への原料供給及び回転床式還元炉からの排気フロー図。
【図６】従来の回転床式還元炉への原料供給及び回転床式還元炉からの排気フロー図。
【符号の説明】
１…被還元体サイロ
２…還元材サイロ
３…バインダサイロ
４…塩基度調整サイロ
１１…被還元体計量器
１２…還元材計量器
１３…バインダ計量器
１４…塩基度調整計量器
１５…混合原料計量器
２１…ミキサ
２２…成形機
２３…乾燥器
２４…原料供給機
３０…回転床式還元炉
４１…熱ガスバーナ
４２…空気供給器
４３…回転機
４４…排気ダクト
６１…ＣＯ計
６２…ＣＯ２計
６３…ダクト用ＣＯ計
６４…ダクト用Ｏ２計
６５…温度計
７０…塊状原料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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