(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄をロータリーキルンの炉内で加熱し還元して溶鉄を得るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法において、
前記酸化鉄と、該酸化鉄を還元する炭材と、前記溶鉄の製造時に前記ロータリーキルンの炉内壁へのリングの形成を防止する造滓剤とを混合した混合物原料を作製し、該混合物原料を炉内雰囲気の温度が１２００℃以上１４５０℃以下に予め加熱された前記ロータリーキルンの炉内に装入し、該混合物原料を８０℃／分以上の昇熱速度で加熱して、前記炭材により前記酸化鉄を還元し、前記溶鉄を得ることを特徴とするロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法。
【請求項２】
請求項１記載のロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法において、前記混合物原料中の前記炭材の量は、前記酸化鉄の還元に必要な理論量の２倍以上とし、前記混合物原料の温度が１２００℃以上となるまで、該混合物原料を酸素ガスを用いて直接加熱することにより、前記ロータリーキルンの炉内壁へのリングの形成を防止することを特徴とするロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法。
【請求項３】
請求項２記載のロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法において、前記混合物原料に混合する前記炭材は１ｍｍ以下の細粒、１ｍｍを超え５ｍｍ以下の中粒、５ｍｍを超え８ｍｍ以下の粗粒からなり、前記ロータリーキルンの炉内での前記混合物原料の転動性を確保し、及び前記ロータリーキルンの炉内壁へのリングの形成を防止するため、前記粗粒が前記炭材中に５質量％以上含まれていることを特徴とするロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法。
【請求項４】
請求項２又は３記載のロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法において、前記混合物原料の温度が１２００℃に達した後は、前記酸素ガスが該混合物原料に直接接触することを避け、前記ロータリーキルンの炉内に天然ガス及び／又はコークスの還元剤を供給し、該ロータリーキルンの炉内の還元雰囲気を強くすると共に、前記酸化鉄の還元を促進させることを特徴とするロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化鉄から溶鉄を製造するロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、製鉄所の製銑、製鋼工程等で発生する酸化鉄ダスト中の酸化鉄の還元には、ロータリーキルンを用いた固体還元法が適用され、ロータリーキルンの炉内壁へのリング（ロータリーキルンの炉内壁にリング状に付着したＦｅＯ−Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2の溶融付着物）の形成を防止するため、ロータリーキルンの炉内は、炉内雰囲気の温度が１１００℃以下で、しかも還元性の雰囲気となっている。
しかし、上記した方法を適用しても、ロータリーキルンの炉内壁へのリングの形成を完全に防止することはできず、そのため、ロータリーキルンの炉内壁にリングが形成されるまで一定期間操業を行った後、ロータリーキルンの炉内壁に形成されたリングの除去作業を行っていた。
この除去方法としては、操業を停止して炉を冷却し、ブレーカー等を使用して、形成されたリングを人手によって除去する方法や、クリーニング操業と称する高温でのリング溶解作業を行う方法がとられていた。
このため、ロータリーキルンを連続的に使用できなくなり、大幅に生産能力が低下するという問題や、また炉内を高温にすることで、ロータリーキルンの炉内壁、即ち耐火物が溶損するという問題が生じていた。
また、固体還元法で得られた酸化鉄ダスト（鉄分）は微粉となっており、この微粉を高炉に入れて使用する場合、通気性確保のための焼結鉱原料として焼結工場で使うしかなかった。
更に、この微粉状態の酸化鉄ダスト（鉄分）を転炉に入れて使用する場合、ブリケット化等の造粒処理を行わなければ、吹錬中に再びダストとして飛散するという問題があった。このように、いずれにしても、酸化鉄ダスト中の酸化鉄を還元した後、この鉄分を製鉄工程で使用する場合、事前処理が必要であった。
【０００３】
そこで、リングの形成を伴わず、しかも製造した鉄の後処理を必要としない酸化鉄ダスト等の固体還元方法として、近年開発され数ヶ所で稼動しているロータリーハースファーネス法が適用されている。
このロータリーハースファーネス法は、酸化鉄ダスト等と炭材とを混合した後、この混合物原料をブリケットやペレットにする事前処理を行い、回転炉床で酸化鉄ダスト中の酸化鉄を固体還元して、鉄を製造するという方法である。
しかし、このロータリーハースファーネス法は、熱供給が輻射であることや、層の厚みで生産量が決まること、また固体とガスとの間の反応を利用するため還元速度が遅く生産性が低いこと、更には温度管理が難しく、急激な加熱ではブリケットやペレットが爆裂を起こしたり、高温では回転炉床に対してブリケットやペレットが溶着現象を起こし易い等の問題があった。
そのため、酸化鉄ダスト、低品位の鉄鉱石、コークス等の使用が可能で、生産量の変化にも柔軟に対応可能な方法として、ＤＩＯＳ、Ｈｉｓｍｅｌｔ、Ｒｏｍｅｌｔ等の溶融還元法が開発された。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の溶融還元法は、還元温度が１６００℃と高いため、耐火物の溶損が激しく、耐火物の寿命が大きな問題となっていた。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来の溶融還元温度よりも低い温度にロータリーキルンの操業温度を設定し、耐火物の寿命を従来よりも伸ばし、しかもロータリーキルンの炉内壁へのリングの形成を防止することが可能なロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第１の発明に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法は、酸化鉄をロータリーキルンの炉内で加熱し還元して溶鉄を得るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法において、酸化鉄と、酸化鉄を還元する炭材と、溶鉄の製造時にロータリーキルンの炉内壁へのリングの形成を防止する造滓剤とを混合した混合物原料を作製し、混合物原料を炉内雰囲気の温度が１２００℃以上１４５０℃以下に予め加熱されたロータリーキルンの炉内に装入し、混合物原料を８０℃／分以上の昇熱速度で加熱して、炭材により酸化鉄を還元し、溶鉄を得る。ここで、酸化鉄には、例えば製鉄所の製銑、製鋼工程等で発生する酸化鉄ダスト等を使用することが可能である。
このように、炉内雰囲気の温度が１２００℃以上のロータリーキルンの炉内に混合物原料を直接投入し、酸化鉄を還元して溶鉄を製造することで、ロータリーキルンの炉内壁へのリングの形成の原因となるフェアライトの生成を防止し、炉内壁である耐火物の溶損も低減することが可能となる。
前記目的に沿う第２の発明に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法は、第１の発明に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法において、混合物原料中の炭材の量は、酸化鉄の還元に必要な理論量の２倍以上とし、混合物原料の温度が１２００℃以上となるまで、混合物原料を酸素ガスを用いて直接加熱することにより、ロータリーキルンの炉内壁へのリングの形成を防止する。
これにより、酸化鉄の還元を十分に行うことが可能となる。また、酸化鉄を急速に、しかも十分に加熱することができるため、ロータリーキルンの炉内壁へのリングの形成の原因となるフェアライトの生成を、更に確実に防止することができる。
【０００６】
前記目的に沿う第３の発明に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法は、第２の発明に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法において、混合物原料に混合する炭材は１ｍｍ以下の細粒、１ｍｍを超え５ｍｍ以下の中粒、５ｍｍを超え８ｍｍ以下の粗粒からなり、ロータリーキルンの炉内での混合物原料の転動性を確保し、及びロータリーキルンの炉内壁へのリングの形成を防止するため、粗粒が炭材中に５質量％以上含まれている。
このように、混合物原料中の炭材を調整することで、生成するスラグ中の炭素含有量を２質量％以上２０質量％以下にして、混合物原料中の炭材により酸化鉄の還元を安定的に進行させることが可能となる。これにより、スラグフォーミングを防止することが可能となる。
また、炭材は酸化鉄の表面に接触し易くなるだけでなく、炭材の粗粒が混合物原料の撹拌を行う役目を有し、更に、例えばロータリーキルンの炉内壁に部分的に生成したフェアライトに衝突し、炉内壁に付着したフェアライトを除去して、炉内壁へのリングの形成を防止する役目を有することが可能となる。
前記目的に沿う第４の発明に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法は、第２、第３の発明に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法において、混合物原料の温度が１２００℃に達した後は、酸素ガスが混合物原料に直接接触することを避け、ロータリーキルンの炉内に天然ガス及び／又はコークスの還元剤を供給し、ロータリーキルンの炉内の還元雰囲気を強くすると共に、酸化鉄の還元を促進させる。これにより、酸化鉄の還元を更に十分に行うことが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の一実施の形態に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用する溶銑の昇熱速度と溶銑生成温度及びリングの形成範囲の関係を示す説明図、図２は同ロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用したロータリーキルン方式の溶融還元設備の説明図、図３は同ロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用した溶融還元設備の操業可能範囲に及ぼす温度とスラグ中の酸化鉄含有量との関係を示す説明図、図４は同ロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用した他のロータリーキルン方式の溶融還元設備の説明図、図５は本発明の実施例に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用した溶鉄製造時の材料バランスの説明図である。
【０００８】
図２に示すように、本発明の一実施の形態に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用したロータリーキルン方式溶融還元設備１０は、酸化鉄の一例である鉄鉱石、炭材の一例であるコークス、造滓剤を主体とする混合物原料が連続的に投入され還元反応が進行する内面が耐火物で内張りされたロータリーキルン１１と、鉄鉱石、コークス、及び造滓剤をそれぞれ貯蔵する定量排出機能を備えたホッパー１２、１３、１４と、各ホッパー１２、１３、１４からそれぞれ連絡管１５、１６、１７を経由して供給される所定量の鉄鉱石とコークスと造滓剤を混合して混合物原料を調整する混合物調整装置１８と、調整された混合物原料をロータリーキルン１１に輸送する輸送管１９と、ロータリーキルン１１の入口２０側に設けられた加熱装置の一例である重油・酸素バーナー２１と、コークス燃焼用の酸素を供給するためにロータリーキルン１１の入口２０側に設けられた酸素供給ランス２２とを有している。なお、ロータリーキルン１１の出口２３側には、溶融したスラグとコークスとの混合物２４と、溶鉄２５の流出を防止するための堰２６が形成され、更にロータリーキルン１１の出口２３の外側には、混合物原料を加熱処理したときに発生し、炉外に排出される排ガス中の未燃分を再燃焼させるための二次燃焼室２７が設けられている。以下、詳しく説明する。
【０００９】
混合物原料中の鉄鉱石が加熱され、コークスによる還元が進行するロータリーキルン１１は、混合物調整装置１８から輸送管１９を経由して混合物原料が直接投入されるロータリーキルン１１の入口２０側から出口２３側に向けて下方に傾斜しており、図示しない回転装置により一定の回転速度、例えば毎分０．１〜０．５回転で回転する。
これにより、ロータリーキルン１１に直接装入（投入）された混合物原料は、ロータリーキルン１１の回転に伴い転動しながら入口２０側から出口２３側に徐々に進行する。その際、ロータリーキルン１１の入口２０側に設けられた重油・酸素バーナー２１によって混合物原料は加熱され、更にロータリーキルン１１の入口２０側に設けられた酸素供給ランス２２から供給された酸素ガスにより混合物原料中の一部のコークスが燃焼する。このとき発生した燃焼熱や、ロータリーキルン１１の内張り用耐火物の輻射熱も加わり、混合物原料中の鉄鉱石は加熱される。
【００１０】
続いて、本発明の一実施の形態に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を、前記したロータリーキルン方式溶融還元設備１０を用いて説明する。
本発明の一実施の形態に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法は、鉄鉱石をロータリーキルン１１の炉内２８で加熱し還元して溶鉄２５を得る方法であり、鉄鉱石と、鉄鉱石中の酸化鉄成分（例えば、ＦｅＯ等）を還元するコークスと、溶鉄２５の製造時にロータリーキルン１１の炉内壁２９へのリングの形成を防止する造滓剤とを主体とする混合物原料を製造（作製）し、混合物原料を炉内雰囲気の温度が１２００℃以上であるロータリーキルン１１の炉内２８に装入し、コークスにより鉄鉱石中の酸化鉄成分を還元し、溶鉄２５を得る方法である。なお、混合物原料中のコークスの量は、鉄鉱石中の酸化鉄の還元に必要な理論量の２倍以上とし、混合物原料の温度が１２００℃以上となるまで、混合物原料を酸素ガスを用いて直接加熱することにより、ロータリーキルン１１の炉内壁２９へのリングの形成を防止する。以下、詳しく説明する。
【００１１】
まず、重油・酸素バーナー２１を用いて、ロータリーキルン１１の炉内雰囲気の温度が１２００℃以上となるまで予め加熱しておき、鉄鉱石貯蔵用のホッパー１２、コークス貯蔵用のホッパー１３、造滓剤貯蔵用のホッパー１４から連絡管１５、１６、１７をそれぞれ経由して、鉄鉱石、コークス、及び造滓剤を所定量ずつ混合物調整装置１８に搬送する。混合物調整装置１８に搬送された鉄鉱石、コークス、及び造滓剤は、混合物調整装置１８で混合され混合物原料となり、混合物調整装置１８を用いて、この混合物原料をロータリーキルン１１の入口２０側から炉内２８に装入する。
混合物原料をロータリーキルン１１の炉内２８に装入した後は、混合物原料がロータリーキルン１１の炉内壁２９の耐火物に付着してリングを形成しないように、混合物原料を重油・酸素バーナー２１で加熱すると共に、酸素供給ランス２２から供給された酸素ガスで混合物原料中のコークスの一部を燃焼させ、混合物原料の温度が１２００℃以上となるように急速に加熱する。
【００１２】
ここで、鉄鉱石は、例えば破砕機等を用いて所定の寸法範囲内（例えば０．１〜１０ｍｍ程度）に破砕することが好ましい。
また、コークスは、１ｍｍ以下の細粒、１ｍｍを超え５ｍｍ以下の中粒、５ｍｍを超え８ｍｍ以下の粗粒を主体としたものであり、このコークスには、ロータリーキルン１１の炉内２８での混合物原料の転動性を確保し、更にロータリーキルン１１の炉内壁２９へのリングの形成を防止するため、粗粒がコークス中に５質量％以上含まれている。
なお、コークス中に含まれる粗粒の割合の上限については特に限定していないが、ロータリーキルン１１の炉内２８での混合物原料の転動性を確保し、ロータリーキルン１１の炉内壁２９へのリングの形成を防止することが可能であれば、混合物原料の状態（例えば、水分の有無、大きさ等）に応じて、粗粒がコークス中に例えば５質量％以上９０質量％以下、更には５質量％以上８０質量％以下と限定することも可能である。
【００１３】
造滓剤の添加量は、生成したスラグの排滓作業が、１２００℃以上の温度で可能となるように、鉄鉱石の定量分析によって得られたＡｌ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ2の各含有量から、鉄鉱石中の酸化鉄成分の還元が終了した場合における最終スラグの組成を計算し決定する。
このとき、最終スラグ中のＭｇＯとＡｌ2Ｏ3の和がＭｇＯ＋Ａｌ2Ｏ3＜２３質量％、ＣａＯとＳｉＯ2がＣａＯ／ＳｉＯ2＜１．７の条件を満足するか否かを確認し、満足しない場合、造滓剤としてＡｌ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ2の各成分の不足分を添加することが好ましい。
【００１４】
また、混合物原料中のコークスの量は、鉄鉱石中の酸化鉄成分の還元に必要な理論量の２倍以上とした。しかし、より確実に還元反応を促進させるため、コークスの量を鉄鉱石中の酸化鉄成分の還元に必要な理論量の２．２倍以上、更には２．５倍以上とすることが好ましい。
一方、コークスの量の上限については特に限定していないが、例えばロータリーキルン１１の炉内２８での混合物原料の転動性確保、溶鉄の生産量、コークスの使用量による経済性等を考慮に入れ、コークスの量を鉄鉱石中の酸化鉄成分の還元に必要な理論量の例えば５倍以下、更には４倍以下とすることが好ましい。
【００１５】
そして、図１に示すように、混合物原料を１２００℃以上に加熱する昇熱速度（加熱速度）は、リングの形成の原因となるフェアライトを生成させないため、少なくとも８０℃／分以上にすることが好ましい。
ここでは、溶鉄の一種である溶銑について記載しており、図１中の斜線部はリングの形成範囲、点線部はスラグの溶融開始温度（１１６０℃程度）、曲線部は昇熱速度に対するリングの形成を防止可能な溶銑の作製温度（溶銑生成温度）の一例を示している。
一方、混合物原料の加熱速度の上限は特に限定する必要はないが、混合物原料の熱伝導率、加熱する混合物原料の量等を考慮に入れれば、現実的には２００℃／分以下程度となる。
なお、リングの形成の原因となるフェアライトを生成させないため、混合物原料を１２００℃以上に加熱する加熱速度を少なくとも８０℃／分以上としたが、より好ましくは少なくとも１００℃／分以上、更には少なくとも１２０℃／分以上とすることが好ましい。
【００１６】
更に、図３に示すように、ロータリーキルン１１の炉内雰囲気の温度を１２００℃以上としたのは、混合物原料の温度が１２００℃近くなると、還元反応が進むに伴って生成するスラグにおいて、スラグ中に含有される酸化鉄（ＦｅＯ）を低減（３質量％程度以下）でき、操業可能なスラグの液相比率を維持することが可能となり、しかも、限られた時間の範囲内で高い（例えば９５％以上）還元率を達成することができるためである。なお、操業可能範囲とはスラグの液相比率が高く、排滓作業が可能となる範囲をいう。
即ち、炉内雰囲気の温度が１２００℃未満の場合、スラグ中に含有される酸化鉄が増大し、混合物原料中にフェアライトが生成し易くなり、限られた時間の範囲内で還元率を高く（例えば９５％以上）することは困難であり効率的でない。
一方、ロータリーキルン１１の炉内雰囲気の温度の上限については特に限定していないが、１４５０℃以下とすることが好ましい。これは、１４５０℃を超えるとスラグとコークスとの混合物２４が完全に溶融し、ロータリーキルン１１の炉内壁２９である耐火物中にスラグが容易に侵入し、耐火物の溶損が顕著になりはじめることに起因する。
従って、ロータリーキルン１１の炉内雰囲気の温度を１２００〜１４５０℃とすることが好ましいが、限られた時間の範囲内で高い還元率を得ることができ、しかも耐火物の溶損を低減させるため、１２３０〜１４２０℃、更には１２５０〜１４００℃とすることが好ましい。
【００１７】
上記した条件で、ロータリーキルン１１の炉内２８に装入された混合物原料を加熱する。このとき、ロータリーキルン１１には、入口２０側から出口２３側へ傾斜がついているので、ロータリーキルン１１の回転により、炉内２８に装入された混合物原料は、入口２０側から出口２３側への移動中にコークスの燃焼、重油・酸素バーナー２１による加熱、及びロータリーキルン１１の炉内壁２９である耐火物からの輻射によって加熱され、鉄鉱石の一部において還元が始まる。なお、このときの反応速度は遅い。
【００１８】
しかし、混合物原料の温度が１２５０℃を超えると反応速度は速くなり、混合物原料は溶融液化して、混合されたコークスによって急速に還元されはじめる。このとき、混合物原料中の鉄鉱石は、混合物原料中に存在するコークスと結びついて融点の低い溶鉄となり、混合物原料は、スラグとコークスの混合物２４と、溶鉄２５とに分離され、比重差によりスラグとコークスの混合物２４は、溶鉄２５の上に残る。
更に、スラグとコークスの混合物２４及び溶鉄２５が加熱され、１４００℃まで温度が上昇することで、還元物中のＦｅＯは著しく減少する（図３参照）。
なお、混合物原料に付着した水分等は、ロータリーキルン１１の炉内が１１００℃以上となっているため蒸発し、排ガスとして二次燃焼室２７に送られる。
【００１９】
なお、混合物原料の温度が１２００℃に達した後は、酸素ガスが混合物原料に直接接触することを避け、ロータリーキルン１１の炉内に天然ガス及び／又はコークスの還元剤を供給し、ロータリーキルン１１の炉内の還元雰囲気を強くすると共に、鉄鉱石中の酸化鉄成分の還元を促進させる。
このようにして、ロータリーキルン１１の炉内２８に装入された混合物原料は、ロータリーキルン１１の入口２０側から出口２３側へ移動しながら、加熱、還元され、ロータリーキルン１１の出口２３側付近では、１４００℃のスラグとコークスの混合物２４と、溶鉄２５とになる。ここで、ロータリーキルン１１の出口２３側には堰２６が設けてあるので、スラグとコークスの混合物２４と、溶鉄２５とは、堰２６をオーバーフローして、ロータリーキルン１１の炉外に連続的に排出される。なお、ロータリーキルン１１は回転しているため、スラグとコークスの混合物２４と、溶鉄２５の密度、粘性等の違いにより、スラグとコークスの混合物２４と、溶鉄２５とは堰２６をオーバーフローする位置が異なってくる。従って、堰２６の高さを変化させることで、スラグとコークスの混合物２４と、溶鉄２５とを容易に分離し、ロータリーキルン１１の炉外に排出することが可能となる。なお、このスラグとコークスの混合物２４と、溶鉄２５は、ロータリーキルン１１の出口２３から排出された後、二次燃焼室２７の下側を通って回収される。
上記したように、ロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用することで、容易に溶鉄２５を製造でき、安定した操業を行うことが可能となる。
【００２０】
次に、本発明の一実施の形態に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用した他のロータリーキルン方式溶融還元設備３０について説明する。
なお、ロータリーキルン方式溶融還元設備１０と同一の部材には同一の番号を付し、説明を省略する。
図４に示すように、このロータリーキルン方式溶融還元設備３０は、重油・酸素バーナー２１をロータリーキルン１１の出口２３側に設置したものである。
また、ロータリーキルン１１の入口２０側には、混合物原料を加熱処理したときに発生し、炉外に排出される排ガス中の未燃分を再燃焼させるための二次燃焼室３１が設けられている。
従って、混合物原料を加熱処理することで得られたスラグとコークスの混合物２４と、溶鉄２５は、ロータリーキルン１１の出口２３側に形成された排出管３２を通って排出され回収される。
上記のように構成することで、混合物原料の流れと、重油・酸素バーナー２１による熱の流れが対向するため、より効率良く鉄鉱石から溶鉄２５を製造することが可能となる。
【００２１】
【実施例】
本発明に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用し、試験を行った結果について説明する。
図５に示すように、前記したロータリーキルン方式溶融還元設備１０を使用して、表１に記載される組成を有する酸化鉄の一例である酸化鉄含有物１０００ｋｇとコークス５４９．３ｋｇと造滓剤１５２ｋｇとを混合物調整装置１８を用いて混合物原料とした後、炉内雰囲気の温度が１２００℃以上に加熱されたロータリーキルン１１の炉内２８に、混合物原料を輸送管１９を介して直接投入し、溶鉄２５を作製した。
なお、コークスの量は、酸化鉄含有物中の酸化鉄成分を還元するために必要な理論量の２．５倍である。
作製した溶鉄２５の組成、及び副産物として得られたスラグの組成を表２、表３にそれぞれ示す。
【００２２】
【表１】
0004762420.tif 000002
【００２３】
【表２】
0004762420.tif 000003
【００２４】
【表３】
0004762420.tif 000004
【００２５】
酸化鉄含有物をロータリーキルン１１を用いて処理することで、酸化鉄含有物中に含まれていた９６５．１ｋｇの酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）成分を、溶鉄中に鉄（Ｆｅ）として回収することができた。なお、このとき生成したスラグ中には、９．６ｋｇの酸化鉄成分が含まれいたが、これはスラグの質量に対して５．６５質量％程度であった。
また、このとき、ロータリーキルン１１の炉内壁２９へのリングの形成は認められなかった。
このように、ロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用することで、酸化鉄含有物中の酸化鉄成分を容易に還元でき、更にロータリーキルン１１の炉内壁２９へのリングの形成も防止することが可能となった。
【００２６】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、前記実施の形態においては、混合物原料の加熱を重油・酸素バーナーと酸素ガスを用いて行った場合について示したが、重油バーナー、酸素バーナー及び酸素ガスにより混合物原料の加熱を行い、更に、還元反応の促進及び伝熱効率の向上のため、スラグとコークスの混合物と、溶鉄との撹拌用に酸素ガスの吹込みを採用することも可能である。
また、加熱方式として電気エネルギーによるアーク加熱を採用することも可能であり、スラグとコークスの混合物と、溶鉄との撹拌には、アルゴンガス、窒素ガス等の他のガスを吹込むことも可能である。
【００２７】
そして、前記実施の形態においては、酸化鉄として鉄鉱石を使用した場合について示したが、他の酸化鉄として、例えば粉鉱石や塊鉱石、更に製鉄所の各種製造設備で多量に発生する酸化鉄ダスト等を使用することも可能である。
更に、前記実施の形態においては、炭材としてコークスを使用した場合について示したが、他の炭材、例えば廃プラスチック等の炭素含有物を使用することも可能である。
なお、副産物として得られるスラグを路盤材として利用する場合、炉内壁である耐火物の表面に半溶融状態のスラグをコーティングするため、ＭｇＯ、ＣａＯ等の造滓剤を混合物原料中に添加し、耐火物と造滓剤との相互拡散を防止して、スラグの成分を調整することも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１〜４記載のロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法においては、炉内雰囲気の温度が１２００℃以上のロータリーキルンの炉内に混合物原料を直接投入し、酸化鉄を還元して溶鉄を製造することで、ロータリーキルンの炉内壁へのリングの形成の原因となるフェアライトの生成を防止し、炉内壁である耐火物の溶損も低減することが可能となる。
このため、従来使用されてきたロータリーキルンを使用して、酸化鉄から溶鉄を製造することが可能となるため、生産性が高く経済性が良好となる。
また、ロータリーキルンの炉内壁へのリングの形成を防止することが可能となるため、リングの除去作業等を行う必要がなくなり、作業性が良好で、しかも溶鉄の生産性も向上させることが可能となる。
従って、処理する酸化鉄の種類の制約が少なく、鉄が低品位の酸化鉄ダストの使用も可能で、しかも事前処理もほとんど必要ないロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を提供することが可能となる。
なお、酸化鉄の含水量が多い場合でも、酸化鉄のロータリーキルンへの供給速度を低下させるか、又は炭材の混合量を多くし酸素ガスで混合物原料を加熱することにより操業可能となる。
更に、設備費用が安いことから、山元で発生する粉鉱石を用いてこれを還元し、溶鉄として輸出する場合の設備や、２０〜３０万ｔ／年規模のミニミル用の鉄原製造設備としての利用も可能である。
特に、請求項２記載のロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法においては、酸化鉄の還元を十分に行うことが可能となる。
また、酸化鉄を急速に、しかも十分に加熱することができるため、ロータリーキルンの炉内壁へのリングの形成の原因となるフェアライトの生成を、更に確実に防止することができる。
従って、リングの除去作業等を行う必要が更になくなるので、作業性が良好となり、しかも溶鉄の生産性も向上させることが可能となる。
【００２９】
請求項３記載のロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法においては、混合物原料中の炭材を調整することで、生成するスラグ中の炭素含有量を２質量％以上２０質量％以下にして、混合物原料中の炭材により酸化鉄の還元を安定的に進行させることが可能となる。
これにより、飽和量の炭素を含有する溶鉄の一種である溶銑を安定的に存在させることができ、混合物原料への伝熱効率、酸化鉄の還元速度を高くすることが可能となる。
また、炭材は酸化鉄の表面に接触し易くなるだけでなく、炭材の粗粒が混合物原料の撹拌を行う役目を有し、更に、例えばロータリーキルンの炉内壁に部分的に生成したフェアライトに衝突し、炉内壁に付着したフェアライトを除去して、炉内壁へのリングの形成を防止する役目を有することが可能となる。
従って、作業性が良好なロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を提供することが可能となる。
請求項４記載のロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法においては、酸化鉄の還元を更に十分に行うことが可能となる。
従って、酸化鉄を確実に還元できるため、容易に溶鉄を作製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用する溶銑の昇熱速度と溶銑生成温度及びリングの形成範囲の関係を示す説明図である。
【図２】同ロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用したロータリーキルン方式の溶融還元設備の説明図である。
【図３】同ロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用した溶融還元設備の操業可能範囲に及ぼす温度とスラグ中の酸化鉄含有量との関係を示す説明図である。
【図４】同ロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用した他のロータリーキルン方式の溶融還元設備の説明図である。
【図５】本発明の実施例に係るロータリーキルンを用いた酸化鉄の溶融還元方法を適用した溶鉄製造時の材料バランスの説明図である。
【符号の説明】
１０：ロータリーキルン方式溶融還元設備、１１：ロータリーキルン、１２：ホッパー、１３：ホッパー、１４：ホッパー、１５：連絡管、１６：連絡管、１７：連絡管、１８：混合物調整装置、１９：輸送管、２０：入口、２１：重油・酸素バーナー、２２：酸素供給ランス、２３：出口、２４：スラグとコークスの混合物、２５：溶鉄、２６：堰、２７：二次燃焼室、２８：炉内、２９：炉内壁、３０：ロータリーキルン方式溶融還元設備、３１：二次燃焼室、３２：排出管
【図１】
0004762420.tif 000005
【図２】
0004762420.tif 000006
【図３】
0004762420.tif 000007
【図４】
0004762420.tif 000008
【図５】
0004762420.tif 000009