(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶水を１．０重量％以上含む粉鉄鉱石を流動層で還元する際に、該粉鉄鉱石を予め酸化雰囲気または不活性雰囲気で、かつ４００℃以上、８００℃未満の温度で熱処理し結晶水を１．０重量％未満とした後、流動層に供給して還元することを特徴とする高結晶水粉鉄鉱石の流動還元方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶水を多く含む粉鉄鉱石を流動層を用いて還元する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉鉄鉱石を還元するには、塊成化を必要とせず粉状のまま供給できる反応容器である流動層や流動層の一種である循環流動層が適する。特に、循環流動層は、高ガス流速で操業されるライザーと呼ばれる流動層内で粉状酸化物を還元した粒子を、サイクロンに代表される固気分離器でガスから分離した後、ダウンカマーと呼ばれる圧力シールを兼ねた移動層を介して流動層内に戻して繰り返し還元する反応容器であり、特開平６−３０６４３３号公報や特開平８−８６２２２号公報にあるように粉状の鉄鉱石や製鉄ダストの還元などに用いられている。
【０００３】
一方、原料となる鉄鉱石は、従来から、赤鉄鋼（ヘマタイト：Ｆｅ2 Ｏ3 が主成分）や磁鉄鉱（マグネタイト：Ｆｅ2 Ｏ4 が主成分）が主に用いられてきたが、世界の鉄鉱石資源をみるとヘマタイト、マグネタイト資源は枯渇する方向にある。これに対し、ＳｉＯ2 が比較的高く（４．５〜６％程度）ゲーサイト（Ｆｅ2 Ｏ3 ・Ｈ2 Ｏ）を多く含み、ゲーサイトがヘマタイトを取り囲んだ魚卵状構造を有しているピソライト鉄鉱石と呼ばれる鉄鉱石がある。これは、オーストラリアのローブリバー、ヤンディクージナといった銘柄で代表されるが、埋蔵量が豊富で採掘が容易なため安価で、供給が安定している。今後は、ピソライト鉄鉱石など従来必ずしも良質の資源と考えられていなかった鉄鉱石の利用も図って行く必要がある。
【０００４】
ピソライト鉄鉱石のように結晶水を多く含む鉄鉱石は、流動還元用の鉄鉱石としては使用しにくい。なぜなら、結晶水の分解に熱量を要するだけでなく、還元炉内で激しく粉化する。特に、流動還元の場合は、微細に分割された粉は、固気分離器でも捕集困難なため還元装置内に留めることができず、ガスとともに排出され還元鉄の製造歩留まりが低下する。
このために、特公平６−３７６６２号公報にあるように、結晶水含有量に応じて流動層予備還元炉のガス流速を調整する方法などが採用されている。しかしこの場合、結晶水を多く含む原料を用いる際には飛散防止の観点からガス流速を低下させるため、還元流動層の生産性は低下してしまうことになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ピソライト鉄鉱石のように結晶水を多く含む鉄鉱石を多量かつ安定的に使用できれば資源の有効活用や、コスト面からのメリットは大きいものの、従来の鉄鉱石に比べて流動還元時の粉化が激しく、サイクロン等での回収が困難となり、還元鉄の成品歩留まりが低下する問題があり、安定使用には至っていない。
本発明は、これらの点に着目してなされたもので、ピソライト鉄鉱石のように結晶水を多く含む鉄鉱石の還元時における粉化を抑制し、還元鉄の成品歩留まりおよび還元流動層の生産性を向上する方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決する手段として、結晶水を１．０重量％以上含む粉鉄鉱石を流動層で還元する際に、該粉鉄鉱石を予め酸化雰囲気または不活性雰囲気で、かつ４００℃以上、８００℃未満の温度で熱処理し結晶水を１．０重量％未満とした後、流動層に供給して還元することを特徴とする高結晶水粉鉄鉱石の流動還元方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は結晶水を多く含む鉄鉱石の還元時の粉化を抑制し、還元鉄の成品の歩留まりの低下や還元流動層の生産性低下の防止を狙ったものであるが、本発明者らの検討によると、ピソライト鉱石の粉化は、８００℃以上の高温の還元雰囲気に急激にさらすことにより激しくなることが明らかになった。これは、還元雰囲気下で急速に加熱、還元すると、結晶水が急激に分解・ガス化し、その際にゲーサイト部に選択的に亀裂が入り、鉄鉱石は脆弱になることに加えて、還元による結晶構造の変化も同時に起こるため粉化が激しくなるためであると考察される。
【０００８】
したがって、還元炉に装入する前に、４００℃以上８００℃未満の比較的温度の低い条件で予め結晶水を熱分解する処理を行うことにより、急激に結晶水が分解することによって生じる前記還元鉄製造時の粉化は大幅に抑制される。さらに、粉化は結晶水が分解する際に還元も同時に進行すると激しくなるため、酸化雰囲気または不活性雰囲気で結晶水を分解するのが好ましい。結晶水の分解と還元とを分離すると粉化が抑制されるのは、結晶水を熱分解した後の鉄鉱石はポーラスになるため、その後の還元時の結晶構造の変化を吸収しやすくなるためである。
【０００９】
結晶水を分解する温度としては、４００℃未満では結晶水分解速度が遅く好ましくない。また、８００℃以上では結晶水が急激にガス化するために粉化を生じ易くなるため好ましくない。
結晶水が１．０重量％未満の場合は還元鉄製造時の粉化の程度は顕著ではないため、例えば結晶水を１０重量％以上含む鉄鉱石は、結晶水を１．０重量％未満とすればよい。
【００１０】
粉鉄鉱石中の結晶水の分解速度に関しては、４００℃以上８００℃未満の不活性雰囲気もしくは酸化雰囲気で１０分以上保持し熱処理すると、初期結晶水割合が１〜１０％の範囲においては、熱処理前の２割以下に結晶水割合が低下することが分かった。ここで用いる高温の酸化雰囲気ガスは、例えば、流動還元炉の排ガスを完全燃焼させて容易に作ることができる。
【００１１】
以下、本発明を図１に基づき説明する。
結晶水分解炉１の原料供給口２から結晶水分解炉１に結晶水を１．０重量％以上含む粉鉄鉱石を投入し、結晶水分解炉１底部の熱処理ガス吹き込み用ガス分散板３から熱処理ガス４を導入して流動層を形成し、加熱して鉄鉱石中の結晶水を分解する。中間成品である熱処理粉鉄鉱石５は熱処理鉱石排出管６から排出し、結晶水分解炉排ガス７は結晶水分解炉１の上部より排出する。
【００１２】
結晶水分解炉１で結晶水を分解した熱処理粉鉄鉱石５は、熱処理鉱石中継ホッパー２０を介して流動還元装置１０の還元用原料供給口１９からライザー１１内に投入する。また、結晶水がもともと１．０重量％未満と低い粉鉄鉱石は、低結晶水鉱石用ホッパー９より切出し、還元用原料供給口１９からライザー１１内に直接投入する。ライザー１１には、底部の還元ガス吹き込みノズル１２から還元ガス１３を導入して流動層を形成し、固気反応によって粉鉄鉱石を還元する。
【００１３】
ライザー内の粒子は、ライザーの頂部から排ガスとともに一次サイクロン１４に送り、そこで捕集された粉鉱石は一次ダウンカマー１５を経てライザー１１へと循環する。また、その一部は還元鉱石抜き取り管１６を経て最終成品として抜き出す。一次サイクロン１４を出た排ガスは、二次サイクロン１７に導き再除塵した後、捕集粉１８は一次ダウンカマー１５に戻す。
なお、結晶水を分解する結晶水分解炉の型式は、図１のように流動層に限定されるものではなく、粉体の加熱が可能なものであればよく、サスペンションタイプやロータリキルンタイプのものでも良いことは明白である。
【００１４】
【実施例】
循環流動還元装置を用い、７５０〜８５０℃の還元温度でピソライト鉱石を含む粉鉄鉱石を還元した。還元ガス成分は表１の通りである。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
実施例１は、原料粉鉄鉱石中の結晶水の割合が５．５重量％の場合である。原料鉱石を結晶水分解炉で４５０℃、平均滞留時間１５分の条件で熱処理し結晶水を０．８重量％とした後、循環流動還元装置で還元した。実施例２は、原料粉鉄鉱石中の結晶水の割合が７．５重量％の場合である。原料鉱石を結晶水分解炉で５５０℃、平均滞留時間１５分の条件で熱処理し結晶水を０．９重量％とした後、循環流動還元装置で８５０℃で還元した。
比較例１は、原料粉鉄鉱石中の結晶水の割合が５．５重量％の場合であり、原料鉱石をそのまま循環流動還元装置に装入し８５０℃で還元した。比較例２は、原料粉鉄鉱石中の結晶水の割合が７．５重量％の場合であり、原料鉱石をそのまま循環流動還元装置に装入し還元した。
【００１７】
【表２】
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【００１８】
実施例、比較例それぞれの場合における還元工程での鉄分歩留まり（成品中の金属鉄の重量／原料中の金属鉄の重量）、生産速度の対比を表２に示した。
本発明の適用によれ、流動還元炉における粉化を抑制することができ、鉄分歩留まりが大幅に向上し、還元率や生産性を向上した。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によって、還元時に粉化を起こしやすい結晶水を多く含んだ粉鉄鉱石から還元鉄を製造する際の粉化を抑制することができ、鉄分歩留まりの向上や生産性の向上が図れるため、その工業的な寄与は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく流動還元方式を示す模式図
【符号の説明】
１  結晶水分解炉
２  原料供給口
３  ガス分散板
４  熱処理ガス
５  熱処理粉鉄鉱石
６  熱処理鉱石排出管
７  結晶水分解炉排ガス
９  低結晶水鉱石用ホッパー
１０  流動還元装置
１１  ライザー
１２  還元ガス吹き込みノズル
１３  還元ガス
１４  一次サイクロン
１５  一次ダウンカマー
１６  還元鉱石抜き取り管
１７  二次サイクロン
１８  捕集粉
１９  還元用原料供給口
２０  熱処理鉱石中継ホッパー
【図１】
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