(57)【要約】【課題】  高い金属化率を維持し、再酸化を防止する還元金属成型体及びその製造装置、製造方法を提供する。【解決手段】  酸化鉄と還元剤としての炭素と不純金属としての酸化亜鉛等とを有する成型体１の表面に、融点が１１００℃以上となるように調整した粉体状の被膜形成物質２を付着させた後、成型体１を加熱して酸化亜鉛等を還元・蒸発させてから、更なる加熱により被膜形成物質２を溶融させて成型体１の表面を被膜形成物質２で被覆し、酸化鉄を還元剤により還元する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属酸化物と還元剤とを含有する成型体の表面に粉体状の被膜形成物質を付着させた後、
前記成型体を加熱して前記金属酸化物を前記還元剤により還元すると共に、前記被膜形成物質を溶融させて前記成型体の表面を前記被膜形成物質で被覆し、
前記成型体を冷却して得ることを特徴とする還元金属成型体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載する還元金属成型体の製造方法において、
前記成型体には不純金属酸化物が含まれ、
前記被膜形成物質は、前記不純金属酸化物が前記還元剤により不純金属に還元され、当該不純金属が蒸発する温度より高い温度で溶融することを特徴とする還元金属成型体の製造方法。
【請求項３】
金属酸化物と還元剤と不純金属酸化物とを含有する成型体を加熱して、前記不純金属酸化物を前記還元剤により不純金属に還元すると共に当該不純金属を蒸発させた後、前記成型体の表面に粉体状の被膜形成物質を付着させ、
前記金属酸化物を前記還元剤により還元すると共に、前記被膜形成物質を溶融させて前記成型体の表面を前記被膜形成物質で被覆し、
前記成型体を冷却して得ることを特徴とする還元金属成型体の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載する還元金属成型体の製造方法において、前記成型体の表面に粉体状の被膜形成物質を付着させる方法は、
前記粉体状の被膜形成物質をまぶす方法、前記粉体状の被膜形成物質を分散又は溶解させた液体を吹き付ける方法又は当該液体に前記成型体を浸漬させる方法のいずれかであることを特徴とする還元金属成型体の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載する還元金属成型体の製造方法において、前記金属酸化物は酸化鉄であり、前記不純金属酸化物は酸化亜鉛又は酸化鉛であることを特徴とする還元金属成型体の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載する還元金属成型体の製造方法において、前記還元剤は固定炭素を含有する炭素質物質であることを特徴とする還元金属成型体の製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載する還元金属成型体の製造方法において、前記成型体は転動式造粒法による球状ペレット、圧縮式造粒法によるブリケット又は押出式造粒法による円柱状ペレットのいずれかであって、短辺が５ｍｍ〜１５ｍｍ、長辺が４０ｍｍ以下であることを特徴とする還元金属成型体の製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載する還元金属成型体の製造方法において、前記粉体状の被膜形成物質は、粒径が１０μｍ以上であることを特徴とする還元金属成型体の製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載する還元金属成型体の製造方法において、前記被膜形成物質は酸化ケイ素と酸化カルシウムと酸化アルミニウムとを含有する化合物であることを特徴とする還元金属成型体の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載する還元金属成型体の製造方法において、
前記被膜形成物質の融点は１１００℃以上であることを特徴とする還元金属成型体の製造方法。
【請求項１１】
請求項９に記載する還元金属成型体の製造方法において、
前記被膜形成物質は、酸化ケイ素が２０重量％〜４０重量％、酸化カルシウムが２０重量％〜４０重量％、酸化アルミニウムが１重量％〜２０重量％であることを特徴とする還元金属成型体の製造方法。ただし、前記すべての成分を合計して１００％以下とする。
【請求項１２】
還元された金属を含有する還元金属成型体において、
当該還元金属成型体の表面が被膜形成物質で被覆されていることを特徴とする還元金属成型体。
【請求項１３】
請求項１２に記載する還元金属成型体において、
前記金属は鉄であることを特徴とする還元金属成型体。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載する還元金属成型体において、
前記被膜形成物質は酸化ケイ素と酸化カルシウムと酸化アルミニウムとを含有する化合物であることを特徴とする還元金属成型体。
【請求項１５】
請求項１４に記載する還元金属成型体において、
前記被膜形成物質の融点は１１００℃以上であることを特徴とする還元金属成型体。
【請求項１６】
請求項１４に記載する還元金属成型体において、
前記被膜形成物質は、酸化ケイ素が２０重量％〜４０重量％、酸化カルシウムが２０重量％〜４０重量％、酸化アルミニウムが１重量％〜２０重量％であることを特徴とする還元金属成型体。ただし、前記すべての成分を合計して１００％以下とする。
【請求項１７】
金属酸化物と還元剤とを含有する成型体の表面に粉体状の被膜形成物質を付着させる付着手段と、
前記付着手段の後段に設置され、前記成型体を加熱して前記金属酸化物を前記還元剤により還元すると共に、前記被膜形成物質を溶融させて前記成型体の表面を前記被膜形成物質で被覆する還元炉とを有することを特徴とする還元金属成型体の製造装置。
【請求項１８】
金属酸化物と還元剤と不純金属酸化物とを含有する成型体を加熱して、前記不純金属酸化物を前記還元剤により不純金属に還元すると共に当該不純金属を蒸発させる還元炉と、
前記不純金属が蒸発した後の前記成型体の表面に粉体状の被膜形成物質を付着させる付着手段とを有し、
前記還元炉は、更に、前記金属酸化物を前記還元剤により還元すると共に、前記被膜形成物質を溶融させて前記成型体の表面を前記被膜形成物質で被覆することを特徴とする還元金属成型体の製造装置。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載する還元金属成型体の製造装置において、
更に、前記被膜形成物質の溶融により密着してなる還元金属成型体の集合体を解砕する手段を有することを特徴とする還元金属成型体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元金属成型体及びその製造装置、製造方法に関し、例えば還元直後の高い金属化率を維持すると共に、その後の保管時、搬送時等の再酸化を防止する機能を有する還元鉄成型体として適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
還元金属成型体とは、鉱石等の酸化金属と石炭等の還元剤とを混合して所定形状の成型体とした後、還元炉内で高温に加熱して、酸化金属を還元して得られる成型体である。成型体の形状としては、転動式造粒法による球状ペレット、圧縮式造粒法によるブリケット又は押出式造粒法による円柱状ペレットのいずれでもよい。
【０００３】
従来の還元金属成型体の製造方法を還元鉄ペレットを例として説明する。まず、鉄源である鉄鉱石の粉末と、還元剤である石炭の粉末と、結合剤とをミキサーにより十分混合する。次に、この混合粉末を造粒し易いように水と共に造粒機に投入してグリーンボール（生ペレット）と呼ばれる球状の成型体へと造粒した後、乾燥機に投入して乾燥する。さらに、乾燥したグリーンボールを回転床炉式の還元炉に投入し、バーナ加熱された約１３００℃の高温度雰囲気に約１０分間維持して、鉄鉱石中の酸化鉄を石炭の作用により還元して還元鉄とし、還元鉄ペレットを製造する。
【０００４】
このようにして製造した還元鉄ペレットは、溶解炉に投入後、ここで溶銑とスラグ分とに分離されて、純度の高い鉄分として取り出され、利用される。
【０００５】
上述する方法で製造された還元金属ペレットは、このままでは、保管、搬送時に大気中の酸素により容易に酸化（再酸化）されてしまう。この再酸化された還元金属ペレットを溶融すると、溶湯表面には大量の酸化金属を含有するスラグが生成して、得られる金属の歩留まりが悪くなったり、溶解炉に追加投入される還元剤の濃度が還元金属中の酸化金属やスラグ中の酸化金属の還元により不安定になったりする問題が生じる。
【０００６】
これらの問題に対しては、還元終了後の還元金属ペレットの表面に有機質膜性物質やＣＯ2生成物質を含む被膜を形成して再酸化を防止する技術（例えば、下記特許文献１を参照。）や、炭化水素系物質と界面活性剤とからなる被膜を形成して再酸化を防止する技術が提案されている（例えば、下記特許文献２を参照。）。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２６０１７２号公報
【特許文献２】特開２００２−３６３６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述する再酸化防止技術は、還元終了後に低温にまで冷却された還元金属ペレットに対して行われる被膜処理によるものであり、主として長期保存時における再酸化を防止するのに有効な技術である。これは、還元終了直後の高温状態の還元金属ペレットに対して同処理を施しても、被膜が熱により消失してしまうからである。
【０００９】
しかしながら、還元金属ペレットは、還元終了直後の高温状態から常温にまで冷却される間に、最も再酸化されやすい。したがって、この高温状態においても還元金属ペレットを外部雰囲気（酸素）から遮断する必要がある。
【００１０】
また、鉄鉱石や鉄鋼ダスト等の酸化金属中には、還元された後に比較的低温で蒸発する酸化亜鉛及び酸化鉛等の不純金属酸化物も含まれている。目的とする金属を還元するのと同時にこの不純金属を蒸発させることができれば、より目的金属の含有率を高めた還元金属ペレットを製造することができる。このため、還元炉に投入する前から、例えば、グリーンボールの表面を耐熱性材料で予め被覆しておく等の対策は、好ましくない。これは、被覆された耐熱性材料が、不純金属の蒸発を妨害してしまうからである。
【００１１】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、還元炉内の還元温度時における高い金属化率を維持すると共に、例えば保管時、搬送時等の再酸化をも防止する機能を有する還元金属成型体及びその製造装置、製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する本発明に係る還元金属成型体の製造方法は、
金属酸化物と還元剤とを含有する成型体の表面に粉体状の被膜形成物質を付着させた後、
前記成型体を加熱して前記金属酸化物を前記還元剤により還元すると共に、前記被膜形成物質を溶融させて前記成型体の表面を前記被膜形成物質で被覆し、
前記成型体を冷却して得ることを特徴とする還元金属成型体の製造方法である。
【００１３】
還元終了時において既に被膜形成物質により溶融・被覆することにより、例えば保管時、搬送時等の再酸化を防止するだけでなく、還元温度時における再酸化を防止して、還元炉内の還元温度時における高い金属化率を維持した還元金属成型体を製造する。
【００１４】
また、上記還元金属成型体の製造方法において、
前記成型体には不純金属酸化物が含まれ、
前記被膜形成物質は、前記不純金属酸化物が前記還元剤により不純金属に還元され、当該不純金属が蒸発する温度より高い温度で溶融することを特徴とする還元金属成型体の製造方法である。
【００１５】
被膜形成物質として、不純金属が蒸発する温度より高い温度で溶融する物質を選択することにより、不純金属の蒸発を妨げないで、より目的金属の含有率を高めた還元金属成型体を製造する。金属酸化物としては、酸化鉄、酸化クロム等が挙げられ、不純金属酸化物として、酸化亜鉛、酸化鉛等がある。
【００１６】
また、上記課題を解決する他の還元金属成型体の製造方法は、
金属酸化物と還元剤と不純金属酸化物とを含有する成型体を加熱して、前記不純金属酸化物を前記還元剤により不純金属に還元すると共に当該不純金属を蒸発させた後、前記成型体の表面に粉体状の被膜形成物質を付着させ、
前記金属酸化物を前記還元剤により還元すると共に、前記被膜形成物質を溶融させて前記成型体の表面を前記被膜形成物質で被覆し、
前記成型体を冷却して得ることを特徴とする還元金属成型体の製造方法である。
【００１７】
成型体に予め被膜形成物質を付着させる方法では、比較的低温で起こる不純金属の蒸発を阻害しないような被膜形成物質を選択しなければならないが、成型体から不純金属をほぼ完全に蒸発させた後に、被膜形成物質を付着させることにより、被膜形成物質の選択の自由度を大きくする。たとえば、粉体状の被膜形成物質の粒径を不純金属蒸発のために大きくする必要はなく、また融点については、不純金属の蒸発温度よりも低い融点であっても良い。
【００１８】
また、上記還元金属成型体の製造方法において、
前記成型体の表面に粉体状の被膜形成物質を付着させる方法は、
前記粉体状の被膜形成物質をまぶす方法（例えば、転動回転式によりまぶす）、前記粉体状の被膜形成物質を分散又は溶解させた液体を吹き付ける方法又は当該液体に前記成型体を浸漬させる方法のいずれかであることを特徴とする還元金属成型体の製造方法である。
【００１９】
また、上記還元金属成型体の製造方法において、
前記金属酸化物は酸化鉄であり、前記不純金属酸化物は酸化亜鉛又は酸化鉛であることを特徴とする還元金属成型体の製造方法である。
【００２０】
この製造方法では、還元鉄成型体を製造することができる。他に、還元クロム成型体を製造する場合には、酸化クロムを含有するクロム鉱石等が原料となる。
【００２１】
また、上記還元金属成型体の製造方法において、
前記還元剤は固定炭素を含有する炭素質物質であることを特徴とする還元金属成型体の製造方法である。
【００２２】
また、上記還元金属成型体の製造方法において、
前記成型体は転動式造粒法による球状ペレット、圧縮式造粒法によるブリケット又は押出式造粒法による円柱状ペレットのいずれかであって、短辺が５ｍｍ〜１５ｍｍ、長辺が４０ｍｍ以下であることを特徴とする還元金属成型体の製造方法である。
【００２３】
また、上記還元金属成型体の製造方法において、
前記粉体状の被膜形成物質は、粒径が１０μｍ以上であることを特徴とする還元金属成型体の製造方法である。
【００２４】
成型体の大きさは、短辺が５ｍｍより小さいと取り扱いが難しく現実的でなくなり、短辺が１５ｍｍより大きいか又は長辺が４０ｍｍより大きいと成型体内部まで還元するのに時間がかかり還元効率が悪くなる。また、粉体状の被膜形成物質の粒径は、１０μｍより小さいと成型体表面に緻密に付着しすぎ、不純金属の蒸発が阻害されるおそれがある。
【００２５】
また、上記還元金属成型体の製造方法において、
前記被膜形成物質は酸化ケイ素と酸化カルシウムと酸化アルミニウムとを含有する化合物であることを特徴とする還元金属成型体の製造方法である。
【００２６】
酸化ケイ素、酸化カルシウム又は酸化アルミニウム等の単独化合物では、融点が高すぎるため還元工程の加熱で溶融して成型体表面を被膜として覆うことはできない。そこで、主としてこれらが混合された化合物（分子レベルで混合）を用いることにより、融点を低温に制御することが可能となり、上記還元金属成型体の製造に最適な被膜形成物質とする。特に、還元鉄成型体を製造する際に最適な被膜形成物質である。
【００２７】
また、上記還元金属成型体の製造方法において、
前記被膜形成物質の融点は１１００℃以上であることを特徴とする還元金属成型体の製造方法である。
【００２８】
還元鉄成型体を製造する場合に、鉄鉱石に含まれる酸化亜鉛等の不純金属酸化物は約８００℃以上で還元が始まり、還元された亜鉛金属は蒸発する。したがって、亜鉛等の不純金属の蒸発を阻害しない被膜形成物質としては、融点は１１００℃以上が好ましい。一方、融点が高すぎても還元工程の温度において溶融しなくなってしまうので、より好ましくは融点１２００〜１３００℃である。
【００２９】
また、上記還元金属成型体の製造方法において、
前記被膜形成物質は、酸化ケイ素が２０重量％〜４０重量％、酸化カルシウムが２０重量％〜４０重量％、酸化アルミニウムが１重量％〜２０重量％であることを特徴とする還元金属成型体の製造方法である。ただし、前記すべての成分を合計して１００％以下とする。
【００３０】
被膜形成物質の各成分を上述する含有割合とすることで、上記還元金属成型体の製造に最適な被膜形成物質とする。
【００３１】
上記課題を解決する本発明に係る還元金属成型体は、
還元された金属を含有する還元金属成型体において、
当該還元金属成型体の表面が被膜形成物質で被覆されていることを特徴とする還元金属成型体である。
【００３２】
保管時、搬送時等の再酸化を防止すると共に、還元温度時における再酸化を防止して、還元炉内の還元温度時における高い金属化率を維持した還元金属成型体とする。
【００３３】
また、上記還元金属成型体において、
前記金属は鉄であることを特徴とする還元金属成型体である。
【００３４】
また、上記還元金属成型体において、
前記被膜形成物質は酸化ケイ素と酸化カルシウムと酸化アルミニウムとを含有する化合物であることを特徴とする還元金属成型体である。
【００３５】
主として酸化ケイ素、酸化カルシウム及び酸化アルミニウムが混合された化合物（分子レベルで混合）を用いることにより、融点を低温に制御することが可能となり、上記還元金属成型体の製造に最適な被膜形成物質とする。特に、還元鉄成型体を製造する際に最適な被膜形成物質である。
【００３６】
また、上記還元金属成型体において、
前記被膜形成物質の融点は１１００℃以上であることを特徴とする還元金属成型体である。
【００３７】
また、上記還元金属成型体において、
前記被膜形成物質は、酸化ケイ素が２０重量％〜４０重量％、酸化カルシウムが２０重量％〜４０重量％、酸化アルミニウムが１重量％〜２０重量％であることを特徴とする還元金属成型体である。ただし、前記すべての成分を合計して１００％以下とする。
【００３８】
上記課題を解決する本発明に係る還元金属成型体の製造装置は、
金属酸化物と還元剤とを含有する成型体の表面に粉体状の被膜形成物質を付着させる付着手段と、
前記付着手段の後段に設置され、前記成型体を加熱して前記金属酸化物を前記還元剤により還元すると共に、前記被膜形成物質を溶融させて前記成型体の表面を前記被膜形成物質で被覆する還元炉とを有することを特徴とする還元金属成型体の製造装置である。
【００３９】
また、上記課題を解決する他の還元金属成型体の製造装置は、
金属酸化物と還元剤と不純金属酸化物とを含有する成型体を加熱して、前記不純金属酸化物を前記還元剤により不純金属に還元すると共に当該不純金属を蒸発させる還元炉と、
前記不純金属が蒸発した後の前記成型体の表面に粉体状の被膜形成物質を付着させる付着手段とを有し、
前記還元炉は、更に、前記金属酸化物を前記還元剤により還元すると共に、前記被膜形成物質を溶融させて前記成型体の表面を前記被膜形成物質で被覆することを特徴とする還元金属成型体の製造装置である。
【００４０】
炉床が移動することにより成型体を還元する還元炉では、不純金属が蒸発する（成型体が不純金属の蒸発温度まで加熱される）であろう設置位置を選択して、移動の途中に付着手段を設置する。バッチ式の還元炉では、加熱温度（時間）との兼ね合いで被膜形成物質を付着させるタイミングを見極め、付着手段を作動させる。
【００４１】
また、上記還元金属成型体の製造装置において、
更に、前記被膜形成物質の溶融により密着してなる還元金属成型体の集合体を解砕する手段を有することを特徴とする還元金属成型体の製造装置である。
【００４２】
被膜形成物質は溶融することにより成型体の表面を被覆するため、そのまま冷却すると還元金属成型体同士が密着してできた集合体が得られる。後の工程において、集合体ではハンドリングが悪い等の取り扱いに問題がある場合には、解砕する手段により、この集合体に振動を与えたりミキサーにかけたりする等して集合体を解砕する。
【発明の効果】
【００４３】
本発明に係る還元金属成型体の製造方法によれば、
金属酸化物と還元剤とを含有する成型体の表面に粉体状の被膜形成物質を付着させた後、
前記成型体を加熱して前記金属酸化物を前記還元剤により還元すると共に、前記被膜形成物質を溶融させて前記成型体の表面を前記被膜形成物質で被覆し、
前記成型体を冷却して得ることとしたので、
還元工程終了直後の高温状態にある還元金属成型体に被膜形成物質により溶融・被覆することにより、例えば保管時、搬送時等の再酸化を防止するだけでなく、最も再酸化のおそれがある高温状態からの冷却過程における酸化を防止して、還元炉内の還元温度時における高い金属化率を維持した還元金属成型体を製造することができる。
【００４４】
また、前記成型体には不純金属酸化物が含まれ、
前記被膜形成物質は、前記不純金属酸化物が前記還元剤により不純金属に還元され、当該不純金属が蒸発する温度より高い温度で溶融することとしたので、
被膜形成物質として、不純金属が蒸発する温度より高い温度で溶融する物質を選択することにより、不純金属の蒸発を妨げないで、より目的金属の含有率を高めた還元金属成型体を製造することができる。
【００４５】
本発明に係る他の還元金属成型体の製造方法によれば、
金属酸化物と還元剤と不純金属酸化物とを含有する成型体を加熱して、前記不純金属酸化物を前記還元剤により不純金属に還元すると共に当該不純金属を蒸発させた後、前記成型体の表面に粉体状の被膜形成物質を付着させ、
前記金属酸化物を前記還元剤により還元すると共に、前記被膜形成物質を溶融させて前記成型体の表面を前記被膜形成物質で被覆し、
前記成型体を冷却して得ることとしたので、
成型体に予め被膜形成物質を付着させる方法では、比較的低温で起こる不純金属の蒸発を阻害しないような被膜形成物質を選択しなければならないが、成型体から不純金属をほぼ完全に蒸発させた後に、被膜形成物質を付着させることにより、被膜形成物質の選択の自由度を大きくすることができる。
【００４６】
また、前記成型体の表面に粉体状の被膜形成物質を付着させる方法は、
前記粉体状の被膜形成物質をまぶす方法（例えば、転動回転式によりまぶす）、前記粉体状の被膜形成物質を分散又は溶解させた液体を吹き付ける方法又は当該液体に前記成型体を浸漬させる方法のいずれかであることとしたので、
効果的に成型体の表面に被膜形成物質を付着させることができる。
【００４７】
また、前記金属酸化物は酸化鉄であり、前記不純金属酸化物は酸化亜鉛又は酸化鉛であることとしたので、
還元鉄成型体を製造することができる。
【００４８】
また、前記還元剤は炭素を含有することとしたので、
効果的に酸化金属を還元することができる。
【００４９】
また、前記成型体は転動式造粒法による球状ペレット、圧縮式造粒法によるブリケット又は押出式造粒法による円柱状ペレットのいずれかであって、短辺が５ｍｍ〜１５ｍｍ、長辺が４０ｍｍ以下であることとしたので、
成型体をハンドリング及び還元効率の面から最適なものとすることができる。
【００５０】
また、前記粉体状の被膜形成物質は、粒径が１０μｍ以上であることとしたので、
粉体状の被膜形成物質を不純金属の蒸発の面から最適なものとすることができる。
【００５１】
また、前記被膜形成物質は酸化ケイ素と酸化カルシウムと酸化アルミニウムとを含有する化合物であることとしたので、
還元金属成型体、特に還元鉄成型体の製造に最適な被膜形成物質とすることができる。
【００５２】
また、前記被膜形成物質の融点は１１００℃以上であることとしたので、
還元金属成型体、特に還元鉄成型体の製造に最適な被膜形成物質とすることができる。
【００５３】
また、前記被膜形成物質は、酸化ケイ素が２０重量％〜４０重量％、酸化カルシウムが２０重量％〜４０重量％、酸化アルミニウムが１重量％〜２０重量％であることとしたので、
低沸点の不純金属の蒸発時には溶融しないようにして、不純金属の蒸発を阻害せず、生成した還元鉄成型体の鉄含有率を向上させることができる。
【００５４】
また、本発明に係る還元金属成型体によれば、
還元された金属を含有する還元金属成型体において、
当該還元金属成型体の表面が被膜形成物質で被覆されていることとしたので、
例えば保管時、搬送時等の再酸化を防止することができる。
【００５５】
また、前記金属は鉄であることとしたので、
還元鉄成型体に適用することができる。
【００５６】
また、前記被膜形成物質は酸化ケイ素と酸化カルシウムと酸化アルミニウムとを含有する化合物であることとしたので、
上述する、最も再酸化のおそれがある高温状態からの冷却過程における酸化を防止する製造方法に適用することができる。
【００５７】
また、前記被膜形成物質の融点は１１００℃以上であることとしたので、
上述する、最も再酸化のおそれがある高温状態からの冷却過程における酸化を防止すると共に、不純金属の蒸発により目的とする金属含有率を向上させる還元金属成型体の製造方法、特に還元鉄成型体の製造方法に適用することができる。
【００５８】
また、前記被膜形成物質は、酸化ケイ素が２０重量％〜４０重量％、酸化カルシウムが２０重量％〜４０重量％、酸化アルミニウムが１重量％〜２０重量％であることしたので、
上述する、最も再酸化のおそれがある高温状態からの冷却過程における酸化を防止すると共に、不純金属の蒸発により目的とする金属含有率を向上させる還元金属成型体の製造方法、特に還元鉄成型体の製造方法に適用することができる。
【００５９】
また、本発明に係る還元金属成型体の製造装置によれば、
金属酸化物と還元剤とを含有する成型体の表面に粉体状の被膜形成物質を付着させる付着手段と、
前記付着手段の後段に設置され、前記成型体を加熱して前記金属酸化物を前記還元剤により還元すると共に、前記被膜形成物質を溶融させて前記成型体の表面を前記被膜形成物質で被覆する還元炉とを有することとしたので、
還元工程終了直後の高温状態にある還元鉄成型体に被膜形成物質により溶融・被覆することにより、例えば保管時、搬送時等の再酸化を防止するだけでなく、最も再酸化のおそれがある高温状態からの冷却過程における酸化を防止して、還元炉内の還元温度時における高い金属化率を維持した還元金属成型体を製造することができる。
【００６０】
また、本発明に係る他の還元金属成型体の製造装置によれば、
金属酸化物と還元剤と不純金属酸化物とを含有する成型体を加熱して、前記不純金属酸化物を前記還元剤により不純金属に還元すると共に当該不純金属を蒸発させる還元炉と、
前記不純金属が蒸発した後の前記成型体の表面に粉体状の被膜形成物質を付着させる付着手段とを有し、
前記還元炉は、更に、前記金属酸化物を前記還元剤により還元すると共に、前記被膜形成物質を溶融させて前記成型体の表面を前記被膜形成物質で被覆することとしたので、
成型体に予め被膜形成物質を付着させる装置構成では、比較的低温で起こる不純金属の蒸発を阻害しないような被膜形成物質を選択しなければならないが、成型体から不純金属をほぼ完全に蒸発させた後に、被膜形成物質を付着させる装置構成とすることにより、被膜形成物質の選択の自由度を大きくすることができる。
【００６１】
また、更に、前記被膜形成物質の溶融により密着してなる還元金属成型体の集合体を解砕する手段を有することとしたので、
ほぐれた還元金属成型体を得ることができ、後工程におけるハンドリングを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
＜第１の実施形態＞
図１は、成型体をペレットとした場合の、第１の実施形態にかかる還元鉄ペレットの製造方法を実施する還元鉄ペレットの製造装置（ロータリーハース式）の概略構成図である。同図に基づいて、還元鉄ペレットの製造装置１０による製造工程を簡単に説明する。
【００６３】
同図に示すように、まず、ペレットの原材料となる鉄鉱石の粉末（鉄原料）と石炭の粉末（還元剤）と石灰石の粉末とがそれぞれホッパ１１，１２，１３から供給され、ホッパ１４から供給された結合剤と共にミキサー１５で混合される。次に、混合粉末がペレタイザー１６にて直径１０〜２０ｍｍのグリーンボール（生ペレット）ＧＢに造粒され、乾燥機１７に投入され、後述する還元炉１９からの排気ガスにより乾燥される。
【００６４】
そして、乾燥したグリーンボールＧＢはコンベヤ１８により還元炉１９に供給される。ここで、コンベヤ１８には、グリーンボールＧＢの表面に粉体状の被膜形成物質をまぶして付着させる付着装置（付着手段）が設けられている。被膜形成物質が付着され、還元炉１９に供給されたグリーンボールＧＢは、還元炉１９内を移動するときに高温ガスの輻射熱により炉内部で高温に加熱され、石炭により鉄鉱石中の酸化鉄が還元されることで還元鉄ペレットが生成される。
【００６５】
環状の炉床が１回転する工程でグリーンボールＧＢの還元工程が終了するように、炉内の温度や回転速度が設定されており、還元工程が終了してできた還元鉄ペレットはペレット排出用スクリュー２８により還元炉１９内から排出され、容器２０に収容される。
【００６６】
還元鉄の製造装置１０における還元炉１９の作用については、図１に示すように、還元炉１９では、駆動装置により炉床が所定速度で矢印Ｔ方向に回転しており、複数のバーナ２６により還元炉１９内部が加熱されて高温度雰囲気になっている一方、この還元炉１９内部のガスは矢印Ｇ方向に流れて排気ダクト２７から排出されている。
【００６７】
排気ダクト２７から排出された排気ガスは水スプレー式の一次冷却器２１で冷却されてから熱交換器２２に送られ、ここで送風ファン２３により送られた空気と熱交換を行ってから、水スプレー式の二次冷却器２４で再び冷却される。なお、熱交換器２２で加熱された空気は還元炉１９に送られ、燃料と共に炉内に供給される。一方、二次冷却器２４で冷却された排気ガスは、ファン２５により乾燥機１７に送られ、前述したように、グリーンボールＧＢの乾燥用ガスとなる。なお、グリーンボールＧＢの乾燥用ガス源として熱風発生炉等を用いてもかまわない。
【００６８】
図２は、成型体をペレットとした場合の、本実施形態にかかる還元鉄ペレットの製造工程をグリーンボールＧＢの還元処理による変化と共に説明した図である。同図（ａ）には、還元炉１９に供給されるグリーンボールＧＢ（成型体１）を示してある。同図に示すように、成型体１は主として金属酸化物である酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）と酸化剤である炭素（Ｃ）と不純金属酸化物である酸化亜鉛（ＺｎＯ）との混合成型体である。また、その表面には粉体状の被膜形成物質である、主として酸化ケイ素（ＳｉＯ2）と酸化カルシウム（ＣａＯ）と酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）とを含有する化合物２がまぶされ付着している。
【００６９】
成型体１の粒径は、１２ｍｍである。この粒径については、５ｍｍ〜１５ｍｍが適当であり、これ以外の粒径ではハンドリングや還元効率が問題となる。また、粉体状の被膜形成物質２の粒径は、約２０μｍである。粒径が１０μｍより小さいと成型体１の表面に緻密に付着しすぎ、後述する不純金属の蒸発が阻害されるおそれがある。
【００７０】
また、被膜形成物質２中の酸化ケイ素（ＳｉＯ2）と酸化カルシウム（ＣａＯ）と酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）の含有割合としては、酸化ケイ素が３４重量％、酸化カルシウムが３２重量％、酸化アルミニウムが２重量％である。
【００７１】
含有割合としては、好ましくは酸化ケイ素が２０重量％〜４０重量％、酸化カルシウムが２０重量％〜４０重量％、酸化アルミニウムが１重量％〜２０重量％であり、この含有割合とした被膜形成物質２の融点は１０５０℃〜１４００℃となる。より好ましい含有割合としては、酸化ケイ素が３０重量％〜４０重量％、酸化カルシウムが３０重量％〜４０重量％、酸化アルミニウムが１重量％〜５重量％であり、この含有割合とした被膜形成物質２の融点は１０５０℃〜１２５０℃となる。化合物２の融点は各成分の含有割合によって変化するため、化合物２が後述する適当な融点となる組成が適当な含有割合となる。
【００７２】
図２（ａ）に示すグリーンボールＧＢは、還元炉１９に供給されて８００〜１１００℃に加熱される。このとき、同図（ｂ）に示すように、グリーンボールＧＢに含有される不純金属酸化物である酸化亜鉛は、還元剤である炭素により還元されて金属亜鉛（不純金属）となった後、亜鉛の沸点９０７℃以上の炉内温度により蒸発し、排気ガスとして還元炉１９の外部に排気される。また、他の低沸点金属も蒸発して排気される。この結果、最終的に得られる還元鉄ペレット内の還元鉄含有率を高めることができる。なお、グリーンボールＧＢ中に含有される低沸点の不純金属としては、亜鉛の他に、鉛等が挙げられる。
【００７３】
ここで、成型体１の表面に付着している被膜形成物質２は、上述する構成成分の調整により、その融点が１１００℃以上となっている。したがって、亜鉛等の不純金属が蒸発する温度（約９１０℃）では、被膜形成物質２は溶融して被膜となることはなく、亜鉛等の蒸発が阻害されることがない。
【００７４】
さらに、還元炉１９内を移動していきながら１１００℃以上に加熱されたグリーンボールＧＢは、同図（ｃ）に示すように、酸化鉄が炭素により還元され還元鉄となる。一方、被膜形成物質２は、炉内温度が融点を超えているため溶融し、成型体１の表面において被膜３となる。このように被膜３が形成された成型体１は外部からの酸素の浸入がないため、その後、同図（ｄ）に示すように、冷却されていく工程においても再酸化されることはない。このようにして製造された還元鉄ペレット４は、ペレット排出用スクリュー２８により還元炉１９内から排出され、容器２０に収容される。
【００７５】
なお、還元炉１９内で溶融した被膜形成物質２は、還元鉄ペレット４同士を密着させてしまうので、還元炉１９の排出部分に振動フィーダーなどの密着した還元鉄ペレット４の集合体を解砕する手段を設けると、後工程におけるハンドリングを向上させることができる。
【００７６】
図２（ａ）〜（ｄ）に示す一連の工程は、グリーンボールＧＢが還元炉１９内を移動していく間に行われる。したがって、各工程が適切に行われるように、還元炉１９内の温度や炉床の移動速度、各バーナ２６の出力等を調整する。
【００７７】
本実施形態によれば、還元工程終了直後の高温状態にある還元鉄ペレットに対して、被膜形成物質による被膜処理を施すことができるため、最も再酸化のおそれがある高温状態からの冷却過程における酸化を防止し、生成した還元鉄ペレットの鉄含有率を高い状態で維持することができる。更に、被膜形成物質は、低沸点の不純金属の蒸発時には溶融しないように組成調整されているため、不純金属の蒸発を阻害することがなく、生成した還元鉄ペレットの鉄含有率を向上させることができる。
【００７８】
＜第２の実施形態＞
図３は、成型体をペレットとした場合の、第２の実施形態にかかる還元鉄ペレットの製造工程をグリーンボールＧＢの還元処理による変化と共に説明した図である。本実施形態の特徴を第１の実施形態との比較で説明すると、本実施形態では、成型体への被膜形成物質の付着工程を還元炉内に供給する前に行うのではなく、還元炉内の移動の途中段階で行うこととしている。また、これに伴って、被膜形成物質の物性（融点）についても第１の実施形態と異なっている。
【００７９】
本実施形態を実施する還元鉄ペレットの製造装置を図１を用いて説明すると、基本的には図１に示す製造装置と同様であるが、コンベヤ１８には付着装置（付着手段）は設けられていなく、環状の還元炉１９の回転方向の途中箇所に、還元炉１９内のグリーンボールＧＢに被膜形成物質をまぶして付着させる付着装置が設けられている。これ以外は、第１の実施形態にかかる製造装置と構成は同じである。
【００８０】
図３（ａ）には、還元炉に供給されるグリーンボールＧＢ（成型体１）を示してある。同図に示すように、成型体１は主として金属酸化物である酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）と酸化剤である炭素（Ｃ）と不純金属酸化物である酸化亜鉛（ＺｎＯ）との混合成型体である。本実施形態では、還元炉に供給される際には、成型体１に対して被膜形成物質が付着処理されていない。
【００８１】
図３（ａ）に示すグリーンボールＧＢは、還元炉に供給されて８００〜１１００℃に加熱される。このとき、同図（ｂ）に示すように、グリーンボールＧＢに含有される不純金属酸化物である酸化亜鉛は、還元剤である炭素により還元されて金属亜鉛（不純金属）となった後、亜鉛の沸点９０７℃以上の炉内温度により蒸発し、排気ガスとして還元炉外部に排気される。また、他の低沸点金属も蒸発して排気される。この結果、最終的に得られる還元鉄ペレット内の還元鉄含有率を高めることができる。
【００８２】
この不純金属がほぼ完全に蒸発する条件は、不純金属の含有量、還元炉内の温度及び加熱時間により決まる。したがって、あらかじめグリーンボールＧＢに含まれる不純金属の含有量をサンプリング測定しておき、還元炉内の温度及び加熱時間を決定すると共に、還元炉の炉床の回転速度を調整することで、グリーンボールＧＢが還元炉内で所定の位置に回転移動してきたときには、不純金属の蒸発が既に終了しているように調整することができる。
【００８３】
本実施形態では、還元炉における、この不純金属の蒸発が終了していると計算される位置に、被膜形成物質の付着装置を設けている。このようにして設けられた付着装置により、図３（ｃ）に示すように、成型体１の表面に粉体状の被膜形成物質である、主として酸化ケイ素（ＳｉＯ2）と酸化カルシウム（ＣａＯ）と酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）とを含有する化合物２をまぶして付着させる。
【００８４】
本実施形態における付着装置の一例としては、還元炉内を移動するグリーンボールＧＢに対して、付着装置から被膜形成物質が供給されると共に、付着装置が設置される近傍の還元炉の炉床が振動するようになっている装置構成が挙げられる。炉床の振動により、グリーンボールＧＢの表面に均一に被膜形成物質をまぶすことができる。
【００８５】
被膜形成物質２が付着された後、還元炉内を回転移動していきながら１１００℃以上に加熱されたグリーンボールＧＢは、図３（ｄ）に示すように、酸化鉄が炭素により還元され還元鉄となる。一方、被膜形成物質２は、炉内温度が融点を超えているため溶融し、成型体１の表面において被膜３となる。このように被膜３が形成された成型体１は外部からの酸素の浸入がないため、その後、同図（ｅ）に示すように、冷却されていく工程においても再酸化されることはない。このようにして製造された還元鉄ペレット４は、ペレット排出用スクリューにより還元炉内から排出され、容器に収容される。
【００８６】
上述する説明では、被膜形成物質２の構成成分および組成割合を第１の実施形態と同様にして、同じ融点を有する被膜形成物質として説明したが、第２の実施形態の有利な効果のひとつとして、被膜形成物質２の融点、構成成分（素材）、組成割合に自由度を持たせることができるという効果がある。
【００８７】
第１の実施形態では被膜形成物質の融点を調整することによって被膜を形成するタイミングをコントロールしていたのに対して、第２の実施形態では還元炉における付着装置の設置位置により被膜形成のタイミングをコントロールすることができる。すなわち、被膜３が形成されることが好ましくない不純金属の蒸発段階と、被膜３の形成が必要な還元鉄の再酸化段階とを還元炉の炉床移動位置により規定し、これらの規定位置の間に付着装置を設置すればよい。
【００８８】
この結果、例えば、被膜形成物質が不純金属の沸点以下の温度を融点とする物質であっても、用いることができるようになる。ただし、付着装置からは被膜形成物質がグリーンボールＧＢに対してまぶされるように供給する必要があるため、あまりに融点が低すぎると、均一に被膜処理ができない場合もある。
【００８９】
＜第３の実施形態＞
図５は、成型体をペレットとした場合の、第３の実施形態にかかる還元鉄ペレットの製造方法を実施する還元鉄ペレットの製造装置（サーキュラーグレート式）の概略内部透視図であり、図４は、環状の還元炉の断面構造を平面的に展開した図である。
【００９０】
第１及び第２の実施形態に係る還元鉄ペレット製造装置では、図１に示すように、還元炉１９内を加熱する手段として還元炉１９内に設けた複数のバーナ２６を用い、バーナ２６による輻射加熱を利用して、還元炉１９内のグリーンボールＧＢを加熱していた。このため、還元炉内に供給するグリーンボールＧＢについては、炉床上に単層又は２層程度までしか積み重ねることができず、還元鉄ペレットの生産性を向上させるためには炉床面積、すなわち製造装置を大きくする必要があった。
【００９１】
これに対して、第３の実施形態に係る還元鉄ペレットの製造装置は、図４、５に示すように、炉床に相当する部材としてグリーンボールＧＢが落下しない程度の目を有する網状のグレート３１を採用し、還元炉１９’の上面をフード３０で覆うと共に、グレート３１の下方に設けた燃焼空気供給口３３から燃焼空気３２を供給するようにしている。
【００９２】
本実施形態に係る製造装置では、バーナによる輻射加熱によらず、燃焼空気３２がグリーンボールＧＢの隙間を抜けてグリーンボールＧＢを加熱するようにしている。したがって、炉床であるグレート３１上にグリーンボールＧＢを複数段積み重ねて還元工程を行うことができる。
【００９３】
なお、グリーンボールＧＢを加熱して排気される排気ガス３４は、フード３０に設けられた複数の排出穴から排出されるようになっている。また、図１に示すように、還元炉１９内において排気ガスを一方向に流動させ、排気ダクトから排気するようにしても良い。
【００９４】
本実施形態は、第１及び第２の実施形態における加熱手段を変形した実施形態であり、被膜形成物質及びグリーンペレットＧＢに被膜形成物質を付着させるタイミングとしては、第１及び第２の実施形態と同様に行うことができる。
【００９５】
なお、還元炉の途中に付着装置を設置して実施（第２の実施形態を参照）する場合には、第３の実施形態ではグリーンボールＧＢが複数段に積み重ねられているため、グレート３１の振動をより強力にする等の方法により、すべてのグリーンボールＧＢに均一に被膜形成物質を付着させる工夫が必要となる。
【００９６】
また、還元工程終了後の還元鉄ペレット同士が密着してできた集合体は、第１及び第２の実施形態のときよりも粗大なものとなるため、集合体を解砕する手段をより強力なものとする必要がある場合がある。
【００９７】
更に、本実施形態で採用するサーキュラーグレート式の還元炉では、グリーンボールＧＢを複数段積み重ねて還元することができるという利点に対して、複数段積み重ねられたグリーンボールＧＢの積層方向において順次還元が進行するため、還元工程が終了したグリーンボールＧＢから再酸化されてしまうという問題があった。
【００９８】
すなわち、積層されたグリーンボールＧＢのうちグレート３１に近い層のグリーンボールＧＢは早期に還元工程が終了する一方、上層に積み重ねられたグリーンボールＧＢは下層の還元が終了した後に還元工程が開始されるため、上層のグリーンボールＧＢまで完全に還元しようとすると下層のグリーンボールＧＢが再酸化されてしまうという問題がある。これに対して本実施形態では、第１及び第２の実施形態で示すように高温状態における再酸化が起こらないように被膜形成物質により被膜処理がされるため、サーキュラーグレート式の問題点を解決すると共に、利点である生産性の向上を維持することができる。
【００９９】
グリーンボールＧＢは還元反応が進むことにより、その粒径が縮小する傾向にある。これは、当初含有されていた水分や還元剤等が蒸発・消費されていくからである。そこで、グレート３１を構成する網目の大きさを当初のグリーンボールＧＢは通過しないが、還元工程終了後のグリーンボールＧＢ（還元鉄ペレット）は通過するような大きさとしておくことにより、還元工程終了と同時に自動的に還元鉄ペレットを取り出すことができると共に、還元工程終了後も長時間にわたり燃焼空気に曝されることによる不具合をより防止することができる。
【０１００】
＜第１〜第３の実施形態に係る実施結果＞
上述する実施形態について、得られる還元鉄ペレットの金属化率（Degree of Metallization）を測定した。実験方法としては、グリーンボールとして下記組成を有するペレットを原料とし、被膜形成物質として酸化防止剤の一種である陶芸用釉薬（シリカ、カルシア、アルミナを主成分とするガラス系酸化防止剤）を使用し、還元炉内の加熱条件として１２００℃、還元炉一周１０分とした。
【０１０１】
使用したペレットは、平均粒径６７μｍ（７５％粒径が２００μｍ）のケベック鉄鉱石（Ｆｅ2Ｏ3６０％、ＺｎＯ５％、残りＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3等）が８０％、平均粒径２０μｍ（８０％粒径が５４μｍ）のピナクル石炭が１９．５％、バインダーとしてベントナイトが０．３３％の組成を有する。これに１％の水分を添加し、ペレタイザーで粒径１２ｍｍのグリーンボールとした。陶芸用釉薬の成分組成については各実施形態において説明したとおりである。
【０１０２】
上述するようにして作製したグリーンボールに陶芸用釉薬を付着させた場合と、付着させない場合について、還元工程後の金属化率を比較した。この結果、陶芸用釉薬で処理しない場合には金属化率６４％であったが、陶芸用釉薬を付着させた場合には金属化率８４％となり、金属化率が向上することが分かった。
【０１０３】
＜他の実施形態＞
上述する実施形態では、還元金属成型体として還元鉄成型体に適用した例を示したが、これに限られず、クロムにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】第１の実施形態にかかる還元鉄ペレットの製造方法を実施する還元鉄ペレットの製造装置の概略構成図である。
【図２】第１の実施形態にかかる還元鉄ペレットの製造工程をグリーンボールＧＢの還元処理による変化と共に説明した図である。
【図３】第２の実施形態にかかる還元鉄ペレットの製造工程をグリーンボールＧＢの還元処理による変化と共に説明した図である。
【図４】第３の実施形態にかかる還元鉄ペレットの製造方法を実施する還元鉄ペレットの製造装置に関し、環状の還元炉の断面構造を平面的に展開した図である。
【図５】第３の実施形態にかかる還元鉄ペレットの製造方法を実施する還元鉄ペレットの製造装置の概略内部透視図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  成型体（グリーンボール）
２  SiO2・CaO・Al2O3化合物（被膜形成物質）
３  被膜
４  還元鉄ペレット
１０  還元鉄ペレットの製造装置
１１〜１４  ホッパ
１５  ミキサー
１６  ペレタイザー
１７  乾燥機
１８  コンベヤ（付着装置つき）
１９  還元炉
２０  容器
２１  一次冷却器
２２  熱交換器
２３  送風ファン
２４  二次冷却器
２５  ファン
２６  バーナ
２７  排気ダクト
２８  ペレット排出用スクリュー
３０  フード
３１  グレート
３２  燃焼空気
３３  燃焼空気供給口
３４  排気ガス
【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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