(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉状鉄原料と粉状固体還元剤と水分とバインダーとを混合し、成形した原料を水平回転移動する加熱炉床に装入し焼成して還元鉄を製造するに際し、粉状鉄原料、粉状固体還元剤および水分を一括して混合処理した後、バインダーを添加して再度混合処理した原料を成形することを特徴とする還元鉄製造原料の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉状の鉄鉱石や鉄分を含んだダスト、スラッジ、スケール等の粉状鉄原料と石炭、コークス等の粉状固体還元剤とを混合した原料を炉床が水平に回転移動する加熱炉に装入して還元鉄を製造する際の原料の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、粉状の鉄鉱石と粉状固体還元剤とを混合して塊成化し、これを炉床が水平に回転移動する加熱炉床（以下、「回転炉床」といい、この炉床を有する炉を「回転床炉」という）に装入して還元鉄を製造する技術が注目されている。
【０００３】
この回転床炉は古くからあるロータリーキルン炉とは異なり、設備コストが安価であるのが特徴であるが、一方、炉床が水平に回転するために原料の装入および製品の排出に配慮が必要である。その技術の代表的なものとしては、粉状の鉄鉱石と固体還元剤とを混合して塊成化物（ペレット）となし、これを高温に加熱することにより鉄鉱石中の酸化鉄を還元して固体状金属鉄とする技術がある（例えば、米国特許第３，４４３，９３１号明細書、特開平７−２３８３０７号公報）。
【０００４】
図１は、加熱を回転床炉を用いて行う従来の還元鉄の製造プロセスの一例の概略図である。図示するように、粉鉄鉱石と粉石炭にバインダーとしてのベントナイトを添加し、混練機で、さらに水分とタールを添加して混合する。この混合原料をペレタイザーまたはダブルロール圧縮機で塊成化し、回転床炉の原料装入部へ移送して炉内へ装入し、炉床の移動に伴って１回転させる間に鉄鉱石中の酸化鉄を高温還元して固体状金属鉄とする。得られた金属鉄は排出部から取り出される。
【０００５】
上記の還元鉄の製造方法において、粉状鉄原料としては、粉状の鉄鉱石の他に、製鉄所で発生する鉄分を含んだ各種のダストやスラッジ、スケールなどが使用でき、また、粉状固体還元剤としては、石炭、コークス、チャー、オイルコークスなどが使用可能である。これら鉄原料や固体還元剤は、場合によっては乾燥処理、破砕処理が施される。
【０００６】
粉状鉄原料と粉状固体還元剤は、次いで混練処理されるが、その際、必要に応じてバインダーとしての水分、タール、糖蜜、有機系樹脂、セメント、スラグ、ベントナイト、生石灰、軽焼ドロマイト、消石灰が添加される。
【０００７】
混練された原料は、皿型ペレタイザーにより球状のペレットに、またはダブルロール圧縮機によりブリケットに塊成化される。この場合、ペレットにするためには粒径が０．１ｍｍ以下の粒度の原料が適し、ブリケットには粒径が１ｍｍ以下の粒度のものが適するので、あらかじめ所定の粒度に微粉砕する必要がある。また、塊成化物（上記のペレット、ブリケットを指す）の強度を高めるため、塊成化後に乾燥処理または養生処理が施される場合もある。
【０００８】
得られた塊成化物は、ベルトコンベヤーで回転床炉の上部に送られ、そこから回転炉床上に幅広く分散するように装入シュートを用いて装入され、レベラーによりならされる。続いて、炉内を移動する間に加熱還元され、金属鉄となる。
【０００９】
回転床炉内は、炉内に燃料ガスと空気を送り込み燃料ガスを燃焼させることによって１１００〜１３００℃の炉内温度が確保されている。この回転床炉の炉床上に上記塊成化物が１０〜２０ｍｍの薄い層状に敷かれ、主に炉内壁からの輻射熱で９００℃以上に加熱され、還元焼結されて、所定の金属化率に達すれば、製品として炉外へ排出される。
【００１０】
しかしながら、上述のような従来の還元鉄の製造方法には、つぎのような問題がある。すなわち、塊成化物は回転床炉に装入されるまでの間に粉化し、小粒径の粒度の異なる塊成化物となるとともに粉を発生し、その状態で回転炉床に装入されるため、炉内に装入された発生粉は燃焼ガスにより飛散し、炉壁に溶融付着して、設備トラブルの原因となる。また、回転炉床に溶融付着したり、溶融浸食して、床面が荒れ、設備トラブルの原因となる。
【００１１】
さらには、塊成化物の粒度が異なるため焼成にむらを生じ、９２％程度の金属化率を有する還元鉄を製造するためには焼成時間を延長する必要が生じ、還元鉄の生産性が悪化する。
【００１２】
この塊成化物の粉化の悪影響を防止するため前述したバインダーが添加され、効果を奏しているが、粉化が完全に防止されるわけではない。また、有機系バインダーは高価なもので、製造コストを上昇させ、一方、無機系バインダーは鉄分以外のスラグ分を含有するため還元鉄の品位を低下させるという欠点がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の還元鉄の製造技術における上記の問題を解決することを課題としてなされたものである。本発明の具体的な目的は、粉状鉄原料と粉状固体還元剤とを混合し塊成化した原料を回転床炉に装入するに際し、混合原料をバインダーを極力少ないバインダー量で強度の高い成形物とし、粉化の少ない状態で回転床炉に装入することができる原料の成形方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決するため検討を重ねた結果、粉状の鉄鉱石と粉状固体還元剤とを混合する際、水分を添加して混合した後、バインダーを添加して再度混合する方法が効果的であること、また、高速攪拌ミキサーによるねっか処理が粉体原料の粘着性を改善し、強度の高い成形物を製造する上で望ましいことを見いだし、本発明をなすに至った。
【００１５】
本発明の要旨は、下記の還元鉄製造原料の成形方法にある。
【００１６】
「粉状鉄原料と粉状固体還元剤と水分とバインダーとを混合し、成形した原料を回転炉床に装入し焼成して還元鉄を製造するに際し、粉状鉄原料、粉状固体還元剤および水分を一括して混合処理した後、バインダーを添加して再度混合処理した原料を成形することを特徴とする還元鉄製造原料の成形方法。」
【００１７】
ここで、「粉状鉄原料」とは、酸化鉄が主成分の粉状の鉄原料であり、具体的には、前述した粉状の鉄鉱石や製鉄所で発生する鉄分を含んだダスト、スラッジ（例えば、焼結機発生ダスト、高炉発生ダスト、転炉発生ダスト、圧延工場発生スラッジ）、スケール等をいう。本発明においては、これらを単独で、または２種以上の混合物状態で使用することができる。
【００１８】
「粉状固体還元剤」とは、石炭、コークス、チャー、オイルコークス等の、主に炭素を含む固体物質の粉末である。これらも、単独で、または２種以上組み合わせて使用することができる。
【００１９】
また、「成形」とは、粉状鉄原料と粉状固体還元剤の混合原料を、ペレット、ブリケットに限らず、平板のタイル状、シート状のものなど、種々の形態を有するものに変化させることをいう。
【００２０】
上記の還元鉄製造原料の成形方法の望ましい実施態様として、下記の方法を採用することができる。
【００２１】
〔望ましい態様１〕
混合処理および再度行う混合処理のうち少なくとも一方の処理を３００ｒｐｍ以上の回転速度で回転する高速攪拌羽根を内蔵するミキサーを用いて行う還元鉄製造原料の成形方法。
【００２２】
〔望ましい態様２〕
成形方法としてダブルロール圧縮機を用いる還元鉄製造原料の成形方法。
【００２３】
【発明の実施の形態】
上記の発明は、粉状鉄原料、粉状固体還元剤および水分を一括して混合処理した後、バインダーを添加して再度混合処理した原料を成形する還元鉄製造原料の成形方法である。
【００２４】
このように、粉体原料に水分を添加して混合処理を行った後、バインダーを添加して再度の混合処理を行う方法を採用するのは、水分とバインダーでは、バインダーの方が粉体粒子間の凝集力を高め得るからで、粒子間の空間のより外側にバインダーを配することによって造粒物または成形物の強度を一層高めることが可能となる。
【００２５】
この発明の方法において、水分の添加量は特に限定されない。従来使用されている混合機により処理を行えばよいので、その際添加される量とすればよい。なお、この発明の方法で添加する水分は、液体の水はもちろんのこと、水蒸気であってもよい。水よりも水蒸気のほうが分散性がよく、効果大きい。
【００２６】
再度行う混合処理の際に添加するバインダーとしては、タール、糖蜜、ベントナイト等を用いることができる。また、バインダーの添加量は、使用するバインダーの種類に応じて適宜定めればよい。
【００２７】
次に、上記の発明の望ましい実施態様について説明する。
【００２８】
〔望ましい態様１〕
これは、前記の発明において、混合処理を３００ｒｐｍ以上の回転速度で回転する高速攪拌羽根を内蔵する高速撹拌ミキサーを用いて行う還元鉄製造原料の成形方法である。
【００２９】
粉体原料の粘着性を改善し、強度の高い成形物を製造するにあたり、より高い強度を発現するために高速攪拌ミキサーによって、ねっか処理をするのが望ましい。湿潤状態にある粉体の造粒や成形においては、水分や液体のバインダーが粉体粒子の間を濡らし、それに基づく毛細管力により粉体粒子間に凝集作用が働いて造粒や成形が行われるともに、強度が発現する。従って、粉体粒子間に水分やバインダーがよく入り込むように、強い攪拌力でねっか処理することが望ましい。
【００３０】
この効果を得るためには、高速攪拌ミキサーで、撹拌羽根の回転速度（すなわち、高速攪拌ミキサーの回転速度）を３００ｒｐｍ以上として攪拌混合を行うのが望ましい。高速撹拌ミキサーの回転速度を３００ｒｐｍ以上とするのは、回転速度が３００ｒｐｍ以上になると粉体原料が粒子単位で分離され、粒子間に水分やバインダーがより均一に分散し、強度発現に効果的に作用するのに対し、回転速度が３００ｒｐｍより低いと粒子単位で分離されず、強度発現効果が認められにくいからである。なお、ここでは、高速攪拌ミキサーで回転速度を３００ｒｐｍ以上として行う撹拌を「高速撹拌」と呼ぶ。
なお、高速撹拌は、最初の撹拌処理および再度行う撹拌処理の両方で行うのが望ましいが、いずれか一方の撹拌処理の際に行っても効果がある。
【００３１】
〔望ましい態様２〕
これは、前記の発明において、成形方法としてダブルロール圧縮機を用いる還元鉄製造原料の成形方法である。
【００３２】
粉体原料に水分を添加して混合処理を行った後、バインダーを添加して再度混合処理を行って粒子間の空間のより外側にバインダーを配することにより、通常の混合機を用いる場合であっても造粒物または成形物の強度を高める効果が発揮されるが、ダブルロール圧縮機では短時間に強い圧縮力を作用させて成形を行うので、このような二段の混合処理の効果が現れやすい。
【００３３】
混合処理に高速撹拌ミキサーを用いる場合は、それに加えて、ねっか処理の効果が加わるので、一層望ましい。
【００３４】
上記本発明の方法によれば、粉体原料を成形して回転床炉に装入するに際し、成形物の強度を高めて粉化の少ない状態で回転床炉に装入することが可能な原料の成形を行うことができ、その結果、焼成むらをなくして還元鉄の生産性を向上させることができる。また、バインダーを添加せずに、もしくは極力少ないバインダー量で塊成化することが可能になるので、高価なバインダーを使用することによる製造コストの上昇、あるいはバインダーの添加に起因する還元鉄の品質低下を抑制することができる。
【００３５】
粉状鉄原料中の酸化鉄を粉状固体還元剤で還元して還元鉄を製造する際、酸化鉄の表面に還元剤が均一にむらなく分散していることが重要である。このためには、粉状固体還元剤と粉状鉄原料（酸化鉄）との混合性を高めるのが望ましく、水分やバインダーを添加して高速撹拌ミキサーで撹拌するのであるが、還元反応を受ける粉状鉄原料の流動性も重要で、高い流動性を有する状態にすることが望ましい。
【００３６】
この高い流動性を与えるためには、粉状固体還元剤として乾燥した石炭を使用することが望ましい。
【００３７】
その理由は、乾燥石炭は流動性がよく分散性が良好である一方で、水との濡れ性がきわめて悪く、吸水に多くの時間を要することにある。粉体原料は、乾燥していれば凝集力は低下し、流動性がよく分散性は良好である。しかし、粉体原料を造粒や成形するには粉体粒子間の結合力を発現させるための水分が必要であるが、水分が存在すると粉体粒子間に凝集作用が働いて分散性が低下する。このような粉体原料に流動性を与えるとともに、結合力も発現させるためには、乾燥状態にある粉体原料の水分との濡れ性が重要である。乾燥した粉体原料を用い、それに水分を添加して高速撹拌ミキサーで撹拌し、造粒や成形に必要な水分状態にすることを考えると、最初は流動性がよく、次第に吸水して凝集作用が働くように、濡れ性が悪い方が好ましいといえる。
【００３８】
乾燥した石炭はこのような条件を備えており、水分との濡れ性が悪い（吸水性が悪い）ので、最初は高い流動性を保持でき、高速撹拌によって均一分散状態を得ることができ、時間が経つとともに吸水濡れ作用によって造粒や成形に必要な水分状態を得ることができる。
【００３９】
これに対して、水との濡れ性が良好で吸水性の高い鉄鉱石やコークスを乾燥状態にしてもほとんど効果はない。この場合、鉄鉱石やコークスが添加した水分を直ちに吸水してしまうためである。従って、水分とともに粉体原料を高速撹拌ミキサーで混合する場合、乾燥した粉体原料の流動特性を活かせるのは乾燥石炭である。
【００４０】
【実施例】
表１に示す粉鉄鉱石と表２に示す粉石炭を用い、これらを表３に示す配合率で配合した後、混合し、同じく表３に示す形状および寸法のペレットまたはブリケットに成形した。この成形原料を用いて、表４〜表７に示す各ケースの条件で、還元鉄を製造し、そのときの還元鉄の金属化率を求めて、本発明の効果を評価した。なお、用いた回転炉床の設備仕様と操業条件を表８に示す。
【００４１】
なお、操業に際し、原料装入から製品排出まで１０分になるように炉床の回転速度を調整した。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
【表２】
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【００４４】
【表３】
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【００４５】
【表４】
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【００４６】
【表５】
0004022941.tif 000006
【００４７】
【表６】
0004022941.tif 000007
【００４８】
【表７】
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【００４９】
【表８】
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【００５０】
＜バインダーの添加なしでペレットに成形＞
前記の図１に示した製造工程にのっとり、直径７．５ｍの皿型ペレタイザーを用いて径が１５ｍｍのペレットを製造し、平板直線形シュートで回転床炉に装入して還元鉄を製造した（表４参照）。ケースＡは混合機として従来使用されているフレットミルを用いた従来例であり、ケースＢは高速撹拌ミキサーを用い、回転速度を３００ｒｐｍとした場合の参考例である。
【００５１】
操業の結果得られた還元鉄の金属化率を表９に、また、高速撹拌羽根の回転速度と還元鉄の金属化率の関係を図３に示す。高速撹拌羽根の回転速度が３００ｒｐｍ以上では、高速撹拌ミキサーを用いた参考例の方が高い金属化率を有することがわかる。
【００５２】
＜バインダーを添加してペレットに成形＞
図１または図２に示した製造工程にのっとり、直径７．５ｍの皿型ペレタイザーを用いて径が１５ｍｍのペレットを製造し、平板形シュートで回転床炉に装入して還元鉄を製造した（表５参照）。なお、図２に示した製造工程は、粉鉄鉱石、粉石炭および水分を一括して混合処理した後、バインダー（ベントナイトを使用）を添加して再度混合処理する工程で、前記の本発明の方法に該当する。
【００５３】
表５に示したケースＣは混合機として従来使用されているフレットミルを用いた従来例で、全原料を一括処理した場合である。また、ケースＥは混合機にフレットミルを用いた場合であるが、粉鉄鉱石、粉石炭および水分を一括混合処理したのち、バインダーを添加して再度混合処理した本発明例、ケースＦは高速撹拌ミキサー（回転速度３００ｒｐｍ）を用い、粉鉄鉱石、粉石炭および水分を一括混合処理した後、バインダーを添加して再度混合処理した本発明例である。
【００５４】
得られた還元鉄の金属化率を表９（成形原料の水分はすべて１１ｍａｓｓ％で一定とした）に、また、成形原料の水分と還元鉄の金属化率の関係を図４に示す。本発明例では、成形時の原料水分が６〜１８ｍａｓｓ％において高い金属化率が得られた。特に、高速撹拌ミキサーを用いた場合、金属化率が高かったが、混合機がフレットミルであっても、原料と水分を混合した後バインダーを添加して再度混合処理することにより金属化率が向上した。
【００５５】
＜バインダーを添加してブリケットに成形＞
図１または図２に示した製造工程にのっとり、ロール径が２．０ｍのダブルロール圧縮機を用いてブリケットを製造し、平板直線形シュートで回転床炉に装入して還元鉄を製造した（表６参照）。
【００５６】
表６に示したケースＧ１およびＧ２は混合機としてフレットミルを用いた従来例で、いずれも全原料を一括処理した場合である。ケースＩ１およびＩ２は混合機にフレットミルを用いた場合であるが、粉鉄鉱石、粉石炭および水分を一括混合処理したのち、バインダー（タールを使用）を添加して再度混合処理した本発明例、ケースＪ１およびＪ２は高速撹拌ミキサー（回転速度３００ｒｐｍ）を用い、粉鉄鉱石、粉石炭および水分を一括混合処理した後、バインダーを添加して再度混合処理した本発明例である。ここで、ケースＧ２、Ｉ２およびＪ２は、粉石炭として事前に乾燥処理したものを用いた場合である。
【００５７】
得られた還元鉄の金属化率を表９に示す。なお、成形原料の水分はすべて１１ｍａｓｓ％で一定とした。
【００５８】
この結果から明らかなように、回転速度が３００ｒｐｍの高速撹拌ミキサーを用いた本発明例の方が高い金属化率が得られた。また、混合機がフレットミルであっても、原料と水分を混合した後バインダーを混合する方が高い金属化率を示した。さらに、全原料を一括して混合処理した場合、事前に粉石炭を乾燥処理したケースの方が高い金属化率を示した。
【００５９】
【表９】
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【００６０】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、粉状の鉄鉱石と粉状固体還元剤とを混合し、成形して回転床炉に装入するに際し、成形物の強度を高めて粉化の少ない状態で回転床炉に装入することが可能な原料の成形を行うことができ、焼成むらをなくして還元鉄の生産性を向上させることができる。また、極力少ないバインダー量で塊成化することが可能になるので、製造コストの上昇、あるいはバインダーの添加に起因する還元鉄の品質低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転床炉を用いて行う従来の還元鉄の製造プロセスの一例の概略図である。
【図２】本発明の方法を実施することができる製造プロセスの一例の概略図である。
【図３】実施例で得られた結果の一例で、高速攪拌羽根の回転数と還元鉄の金属化率の関係を示す図である。
【図４】実施例で得られた結果の一例で、成形原料の水分と還元鉄の金属化率の関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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