(57)【要約】【課題】金属酸化物を含む成形体を回転炉床式の還元炉にて、金属化率、亜鉛還元率を低下させずに、炉床の岩盤化を抑制する方法を提供する。【解決手段】回転炉床式還元炉の原料供給口から排出口まで複数のゾーンに分けて、装入部の属するゾーンから順に第１ゾーンとし、排出部の属するゾーンを最終ゾーンとしたときに、第２ゾーンから（最終−１）ゾーンまでの各ゾーンにおける炉温を１１００〜１３００℃とし、最終ゾーンの炉温が１２２０℃以下であって、かつ、上記第２ゾーンから（最終−１）ゾーンの何れかの炉温の最高温度より２０〜２００℃低くなるようにバーナー燃焼量及び／又は空気供給量を制御することを特徴とする回転炉床式還元炉の金属酸化物還元方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転炉床式還元炉の原料供給口から排出口までを複数のゾーンに分けて、ゾーン毎にバーナー燃焼量及び／又は空気供給量を変えることにより、炉温を制御しながら金属酸化物を加熱、還元する方法であって、装入部の属するゾーンから順に第１ゾーンとし、排出部の属するゾーンを最終ゾーンとしたときに、第２ゾーンから（最終−１）ゾーンまでの各ゾーンにおける炉温を１１００〜１３００℃とし、最終ゾーンの炉温が１２２０℃以下であって、かつ、上記第２ゾーンから（最終−１）ゾーンの何れかの炉温の最高温度より２０〜２００℃低くなるようにバーナー燃焼量及び／又は空気供給量を制御することを特徴とする回転炉床式還元炉の金属酸化物還元方法。
【請求項２】
前記（最終−１）ゾーンにおける炉温が最高温度となることを特徴とする請求項１記載の回転炉床式還元炉の金属酸化物還元方法。
【請求項３】
前記（最終−１）ゾーン及び（最終−２）ゾーンにおける炉温が最高温度となることを特徴とする請求項１記載の回転炉床式還元炉の金属酸化物還元方法。
【請求項４】
前記（最終−１）〜（最終−３）ゾーンにおける炉温が最高温度となることを特徴とする請求項１記載の回転炉床式還元炉の金属酸化物還元方法。
【請求項５】
前記最高温度が１２００〜１３００℃であることを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の回転炉床式還元炉の金属酸化物還元方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属の精錬業及び加工業において発生する金属酸化物を含むダスト及びスラジを還元処理する回転炉床式還元炉の還元方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
還元鉄や合金鉄を製造するプロセスとしては各種のものがあるが、この内で、生産性の高いプロセスとして、回転炉床法が実施されている。
【０００３】
回転炉床法は、固定した耐火物の天井及び側壁の下で、中央部を欠いた円盤状の耐火物の炉床がレールの上を一定速度で回転する型式の焼成炉（以下、回転炉と称す）を主体とするプロセスであり、酸化金属の還元に用いられる。
【０００４】
回転炉の炉床直径は１０〜５０メートル、かつ、幅は２〜６メートルを有するものである。
【０００５】
原料の酸化金属を含む粉体は、炭素系の還元剤と混合された後、原料ペレットにされて、回転炉に供給される。原料ペレットはこの炉床上に敷きつめられており、原料ペレットが炉床上に静置されていることから、原料ペレットが炉内で崩壊しづらいといった利点があり、耐火物上に粉化した原料が付着する問題が無く、また、塊の製品歩留が高いといった長所がある。
【０００６】
また、生産性が高く、安価な石炭系の還元剤や粉原料を使用できる、といった理由から、近年、実施される例が増加している。
【０００７】
さらに、回転炉床法は、高炉、転炉、電気炉から発生する製鉄ダストや圧延工程でのシックナースラジの還元と不純物除去の処理にも有効であり、ダスト処理プロセスとしても使用され、資源リサイクルに有効なプロセスである。
【０００８】
回転炉床法の操業の概略は以下の通りである。まず、原料である鉱石やダスト、スラジの金属酸化物に、この酸化物の還元に必要な量の炭素系還元剤をよく混合した後、パンペレタイザー等の造粒機にて、水分が、例えば、約１０％となるように、水をかけながら、数〜十数ｍｍのペレットを製造する。
【０００９】
原料の鉱石や還元剤の粒径が大きい場合は、ボールミル等の粉砕機で粉砕した後に、混練して、造粒する。
【００１０】
この原料ペレットは、一般的には、乾燥した後、回転炉床上に供給して、層状に敷き込む。炉床上に敷込まれたペレットは急速に加熱され、５〜２０分間、１１００〜１３００℃程度の高温で焼成される。この際に、ペレットに混合されている還元剤により酸化金属が還元され、金属が生成する。
【００１１】
還元後の金属化率は、炭素系還元剤の添加量によって、かつ、還元される金属によって異なるが、鉄、ニッケルでは、７０〜９５％程度、還元しづらいクロムでも２〜２０％程度となる。
【００１２】
また、製鉄業から発生するダストを処理する場合は、還元反応に伴い、亜鉛、鉛、アルカリ金属、塩素、等の不純物が揮発除去されることから、高炉や電気炉にリサイクルすることが容易となる。
【００１３】
回転炉床炉の石炭バーナーによる加熱方法に関して、ＣＯやＨ２などの可燃性ガスが残存するように、上記バーナーへの酸素含有ガスの送り込み量を制御する方法は、特許文献１に開示されている。
【００１４】
回転炉床炉において、ゾーンを複数に分けて、乾燥ゾーン２６０℃（５００°Ｆ）〜３１５．６℃（６００°Ｆ）、加熱ゾーン８１５．６℃（１５００°Ｆ）〜８７１．１℃（１６００°Ｆ）、除去ゾーン１０９３．３℃（２０００°Ｆ）、再酸化・硬化ゾーン１０９３．３℃（２０００°Ｆ）〜１３４３．３℃（２４５０°Ｆ）となるように各ゾーンの温度を制御して、製鋼炉ダストから鉄と不純物を回収する方法が特許文献２（要約及び図１、参照）に開示されている。
【００１５】
また、回転炉床炉を用いて、高炉ダスト等の廃棄酸化物から鉄、亜鉛や鉛を分離回収する方法として、装入側から５つの領域（ゾーン）に分けて、装入領域１０７３．９〜１０７９．４℃、第２領域１２６６．１〜１２７５．６℃、第３領域１２９８．３〜１３１２．２℃、第４領域１３２５．６〜１３３５．０℃、抽出領域１３０８．９〜１３１５．０℃となるように各領域の温度を制御する方法が特許文献３（段落〔００２１〕、参照）に開示されている。
【００１６】
また、回転炉床炉と溶解還元炉を組み合わせて、粉状鉄原料から最終的に溶銑を製造する方法の中で、回転炉床炉の操業において、還元時の炉内空間部の平均ガス温度を１３００℃とし、排出時におけるベッドの内部温度が１１７０℃を下回るように加熱を停止して、ベッド内に融液が存在することを防止する発明が特許文献４（段落〔００４５〕、〔００９０〕、〔００９１〕、参照）に記載されている。
【００１７】
【特許文献１】
特開２００１−２２０６１３号公報
【特許文献２】
米国特許第３８３６３５３号明細書
【特許文献３】
特開平１１−３１０８３２号公報
【特許文献４】
特開平１１−２９８０６号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来法を用いた回転炉床法での酸化金属の還元方法は、生産性や製造費用の面で優れており、経済的に金属を製造する方法である。しかし、高温による還元反応に伴う燃料原単位を如何に下げるかが問題であった。
【００１９】
その一方で、高温で還元反応が進む際に、還元されたペレットが炉床に溶融、固着するいわゆる岩盤化という問題が顕在化した。著者らの行った実験によれば、特許文献２〜４の何れに開示された温度パターンでも、岩盤化が進行するものと考えられた。
【００２０】
本発明は回転炉床式還元炉の金属酸化物還元方法において、金属化率、脱亜鉛率を低下させずに、岩盤化を防止する方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、係る課題を解決するため、岩盤化の原因を鋭意検討し、各ゾーンの最高温度が１３００℃を超えると岩盤化が顕著に進行することを知見した。
【００２２】
本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
【００２３】
（１）  回転炉床式還元炉の原料供給口から排出口まで複数のゾーンに分けて、ゾーン毎にバーナー燃焼量及び／又は空気供給量を変えることにより、炉温を制御しながら金属酸化物を加熱、還元する方法であって、装入部の属するゾーンから順に第１ゾーンとし、排出部の属するゾーンを最終ゾーンとしたときに、第２ゾーンから（最終−１）ゾーンまでの各ゾーンにおける炉温を１１００〜１３００℃とし、最終ゾーンの炉温が１２２０℃以下であって、かつ、上記第２ゾーンから（最終−１）ゾーンの何れかの炉温の最高温度より２０〜２００℃低くなるようにバーナー燃焼量及び／又は空気供給量を制御することを特徴とする回転炉床式還元炉の金属酸化物還元方法。
【００２４】
なお、第１ゾーンの炉温に規定はないが、燃料原単位改善の観点で、ゾーン入り側の炉温（排ガス温度）は、９００℃程度が望ましく、ゾーン出側の炉温は、加熱速度の観点から、１１００〜１２２０℃程度が望ましい。
【００２５】
（２）  前記（最終−１）ゾーンにおける炉温が最高温度となることを特徴とする前記（１）記載の回転炉床式還元炉の金属酸化物還元方法。
【００２６】
（３）  前記（最終−１）ゾーン及び（最終−２）ゾーンにおける炉温が最高温度となることを特徴とする前記（１）記載の回転炉床式還元炉の金属酸化物還元方法。
【００２７】
（４）  前記（最終−１）〜（最終−３）ゾーンにおける炉温が最高温度となることを特徴とする前記（１）記載の回転炉床式還元炉の金属酸化物還元方法。
【００２８】
（５）  前記最高温度が１２００〜１３００℃であることを特徴とする前記（２）〜（４）の何れかに記載の回転炉床式還元炉の金属酸化物還元方法。
【００２９】
なお、本発明において、ゾーンとは回転炉床炉において原料を加熱、還元する際の熱源の熱量、空気比、２次空気量等を制御する単位の領域をいう。通常、４〜６ゾーン程度が多く用いられており、仕切り壁等の設置の有無は問わない。図２に回転炉床炉におけるゾーンのイメージ図を示す。
【００３０】
また、各ゾーンの炉温とは、各ゾーンの円周長手方向センター・炉幅センター位置の天井から炉内に１００ｍｍ程度装入した保護管つき熱電対により測定した値と定義する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００３２】
本発明例に基づく、回転炉床式還元炉５の水平断面図を図１に示す。
【００３３】
前記（１）に係る発明は、回転炉床式還元炉の原料供給口から排出口まで複数のゾーンに分けて、ゾーン毎にバーナー燃焼量及び／又は空気供給量を変えることにより、炉温を制御しながら金属酸化物を加熱、還元する方法であって、装入部の属するゾーンから順に第１ゾーンとし、排出部の属するゾーンを最終ゾーンとしたときに、第１ゾーンの炉温を９００〜１１００℃とし、第２ゾーンから（最終−１）ゾーンまでの各ゾーンにおける炉温を１１００〜１３００℃とし、最終ゾーンの炉温が１０００〜１２２０℃であって、かつ、上記第２ゾーンから（最終−１）ゾーンの何れかの炉温の最高温度より２０〜２００℃低くなるようにバーナー燃焼量及び／又は空気供給量を制御することを特徴とする。
【００３４】
第１ゾーンの炉温に規定はないが、燃料原単位改善の観点で、ゾーン入り側の炉温（排ガス温度）は、９００℃程度が望ましく、ゾーン出側の炉温は、加熱速度の観点から、１１００〜１２２０℃程度が望ましい。
【００３５】
第２ゾーンから（最終−１）ゾーンまでの各ゾーンにおける炉温は、金属ダスト中に含有する酸化亜鉛ＺｎＯを還元し亜鉛Ｚｎを気化分離するため、金属酸化物の還元率（金属化率という）を高めるため１１００℃以上とし、一方、還元されたペレットの溶解、固着起因の岩盤化を抑制するため１３００℃以下とする。
【００３６】
また、最終ゾーンの炉温は、１１００℃〜１２２０℃とする。図１に示すとおり、最終ゾーンは、ペレットの装入部および還元ペレットの排出部に近いため、外部からの空気の進入がさけられない。最終ゾーンの還元ペレットは、侵入空気による酸化発熱により２０〜１００℃程度、温度が上昇する。
【００３７】
一般に、鉄系金属酸化物を主体とする原料ペレットの還元ペレットは、１３００℃以上になると融液化が生じ、炉床は溶解、固着し、岩盤化を誘起する。これらの酸化発熱起因の岩盤化を防ぐため、酸化発熱量を考慮し、最終ゾーンの炉温は１２２０℃以下とする必要がある。
【００３８】
一方、下限炉温の規定はないが、望ましくは、排出スクリュー等の設備保護の観点から、炉床の強度が大きくならない１０００℃以上が、望ましい。
【００３９】
前記（２）に係る発明は、（最終−１）ゾーンにおける炉温が最高温度となることを特徴とする。前記（１）の理由により、最終ゾーンの炉温設定には、制約があるが、２ゾーンから（最終―１）ゾーンまでのゾーンは、融液化の生じない範囲で、高温が望ましく、効率的な加熱・還元のためには、段階的に炉温をあげる事が望ましい。
【００４０】
一般的には、還元途中の金属酸化物を多く含むゾーンにおいては、融液化の危険性があり、還元の進んだ（最終−１）ゾーンのみ、炉温を最高温度にするのが、融液化防止の観点ではもっとも安全である。
【００４１】
前記（３）に係る発明は、（最終−１）ゾーン及び（最終−２）ゾーンにおける炉温が最高温度となることを特徴とする。前記（２）に示した、還元途中の未還元酸化金属起因の融液化の危険性の小さい場合は、（最終−１）ゾーン及び（最終−２）ゾーンにおける炉温が最高温度なるように各ゾーンの炉温を設定することにより、前記（２）に比べ、更なる加熱・還元特性が得られる。これにより、還元処理時間の短縮あるいは還元率の向上が図られる。
【００４２】
前記（４）に係る発明は、（最終−１）〜（最終−３）ゾーンにおける炉温が最高温度となることを特徴とする。前記（３）に対し、更に、還元途中の未還元酸化金属起因の融液化の危険性の小さい場合は、（最終−１）〜（最終−３）ゾーンにおける炉温が最高温度となるように各ゾーンの炉温を設定することにより、前記（３）に比べ、更に、良好な加熱・還元特性がえられる。
【００４３】
前記（５）に係る発明は、前記（２）〜（４）の発明において最高温度が１２００〜１３００℃であることを特徴とする。最高温度が１２００℃以上であれば、Ｚｎ等をほぼ完全に除去することが可能であり、しかも、酸化鉄の金属化率も、７０〜９５％程度が確保できるので好ましく、一方、最高温度が１３００℃以下、好ましくは１２８０℃以下、より好ましくは１２５０℃以下であれば、炉床の岩盤化をほぼ完全に防止できるので好適である。
【００４４】
各ゾーンの熱源は、間接加熱源、バーナーによる熱源あるいは、加熱・還元帯の排ガス熱源を利用することにより可能であり、加えて、前記加熱源の何れか２つの手段、例えば、間接加熱源と加熱・還元帯排ガス熱源の併用などを組み合せてもよい。
【００４５】
間接加熱源は、蓄熱式ラジアントチューブが、バーナー方式ではリジェネバーナーが省エネルギーにおいて有効である。排ガス熱源の利用方法は、高温の排ガスダクト６中に熱交換機（図示しない）を設け、送風機（図示しない）からの空気を加熱した後、乾燥帯で使用することができる。
【００４６】
【実施例】
図１に示される還元プロセスを使用して、製鉄業の各工程で発生した酸化鉄を多く含むスラジを原料に操業した結果を示す。回転炉床上に供給された原料成形体は、酸化鉄平均粒径９μｍ、水分１％、気孔率３２％の直径が１５ｍｍの球状をしたものであった。原料成形体の化学成分を表１に示す。
【００４７】
【表１】
2004315852.tif 000003
【００４８】
【表２】
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【００４９】
本発明例及び比較例の操業条件を表２に示す。回転炉は６ゾーンで構成され、１ゾーンから原料ペレットが装入されて、６ゾーンから還元ペレットが排出される。また、そのサイクル時間は標準条件では１５分であり、各条件で、延べ７２時間操業を行った。
【００５０】
本発明例では、表２に示すように、５ゾーンの炉温を１３００℃とし、４ゾーンの炉温を１２６０〜１３００℃、３ゾーンの炉温を１２２０〜１３００℃になるように、バーナー燃焼量及び空気供給量を制御した。
【００５１】
溶解・固着起因の岩盤化の効果を定量的に把握するため、最終６ゾーンの炉温は、本発明では１１００〜１２２０℃、従来法では１２６０〜１３００℃とした。
【００５２】
従来法に比べ、本発明の場合には、金属化率８３〜８８％、脱Ｚｎ率８７〜９２％と、共に良好なレベルが得られ、炉床の岩盤化も０．５トン以下であり、ほとんど発生しなかった。
【００５３】
一方、従来法の比較例では、金属化率は７４〜８１％、脱Ｚｎ率は８０〜８５％と若干の悪化におさまったが、最終ゾーンでの酸化発熱起因の融液化で、炉床は、最終ゾーンでの炉床上粉原料の溶解・固着により、炉床が岩盤化し、７２時間の操業範囲内で、１．３〜４．２トンの成形体が炉床に固着していた。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、回転炉床式還元炉において、金属化率、脱亜鉛率を低下させずに炉床の岩盤化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回転炉床炉のうち、原料前処理工程から回転炉床炉本体、排ガス処理及び還元ペレット排出工程までを示す水平断面図である。
【図２】本発明に係る回転炉床炉のうち、回転炉床炉本体のゾーン分けイメージを示す図（水平断面図）である。
【符号の説明】
１…原料ダスト槽
２…混合機
３…造粒機
４…乾燥機
５…回転炉床式還元炉
６…排ガスダクト
７…集塵機
８…排ガスファン
９…煙突
１０…クーラー
１１…排出スクリュー
１２…還元ペレット
１３…原料供給口
１４…熱交換機
【図１】
2004315852.tif 000005
【図２】
2004315852.tif 000006