(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄含有粉と炭素質還元剤含有粉との混合粉末を、移動可能な炉床上に敷き、該混合粉末を押圧して加熱し、本還元・溶融により還元鉄およびスラグを全て溶融させることを特徴とする金属鉄の製法。
【請求項２】
前記混合粉末の層に凹凸を形成して加熱する請求項１に記載の製法。
【請求項３】
前記炉床上に予め還元鉄や生成スラグよりも高融点の化合物、あるいは生成スラグ中に混入して該スラグの融点を高める化合物からなる離床促進層を形成して行なう請求項１または２に記載の製法。
【請求項４】
前記混合粉末が、更に脱硫剤を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の製法。
【請求項５】
移動可能な炉床と、該炉床上に酸化鉄含有粉と炭素質還元剤含有粉の混合粉末を供給する供給機構と、該炉床上に敷かれた混合粉末を押圧する押圧機構と、該炉床上の混合粉末を加熱する加熱機構と、加熱により本還元・溶融して還元鉄およびスラグを全て溶融させた生成物を炉床外へ排出する排出機構と、生成物を還元鉄とスラグに分離する分離機構を備えていることを特徴とする金属鉄の製造装置。
【請求項６】
前記混合粉末の層に凹凸を形成する凹凸形成機構を備えている請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記炉床上に、還元鉄や生成スラグよりも高融点の化合物、あるいは生成スラグ中に混入して該スラグの融点を高める化合物からなる離床促進層を形成する離床促進層形成機構を備えている請求項５または６に記載の装置。
【請求項８】
前記炉床は、閉鎖ループに沿って移動する複数の炉床ユニットで構成される請求項５〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記炉床は、往復移動する複数の炉床ユニットで構成される請求項５〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記炉床は、回転する円盤状である請求項５〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記炉床は、横向き円筒状耐火物炉の内部が、円筒の周方向に並ぶ複数の炉床ユニットで構成される請求項５〜７のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄鉱石等の酸化鉄を炭材等の炭素質還元剤と共に加熱還元して金属鉄を得る技術の改良に関し、簡単な処理で酸化鉄を金属鉄にまで還元すると共に、酸化鉄源中に脈石成分などとして混入しているスラグ成分を分離し、高純度の金属鉄として効率よく製造することのできる方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鉱石や酸化鉄ペレット等の酸化鉄を炭材や還元性ガスにより直接還元して還元鉄を得る直接製鉄法としては、従来よりミドレックス法に代表されるシャフト炉法が知られている。この種の直接製鉄法は、天然ガス等から製造される還元ガスをシャフト炉下部の羽口から吹込み、その還元力を利用し酸化鉄を還元して金属鉄を得る方法である。また最近では、天然ガスに代わる還元剤として石炭等の炭材を使用する還元鉄製造プロセスが注目されており、具体的には所謂ＳＬ／ＲＮ法が既に実用化されている。
【０００３】
また他の還元鉄製造法として米国特許３，４４３，９３１号公報には、炭材と粉状酸化鉄を混合して塊状もしくはペレット状に成形し、ロータリーハース上で加熱還元して還元鉄を製造するプロセスが開示されている。
【０００４】
これらの方法で製造された還元鉄は、そのまま或はブリケット状などに成形してから電気炉などへ装入し、鉄源として用いられる。近年、鉄スクラップのリサイクルが活発化するにつれて、上記方法によって得られる還元鉄はスクラップ中に混入してくる不純物元素の希釈材として注目されている。
【０００５】
ところが従来の還元製鉄法によって得られる還元鉄には、原料として用いた酸化鉄（鉄鉱石中の脈石など）や炭材（石炭中の灰分など）に含まれるＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＣａＯ等のスラグ成分が大量に混入してくるため、製品の鉄品位（金属鉄としての純度）が低くなる。
【０００６】
実用化に当たっては、次の精錬工程でこれらのスラグ成分は分離除去されるが、スラグ量の増加は精錬溶湯の歩留りを低下させるばかりでなく、電気炉の操業コストにも悪影響を及ぼすので、鉄品位が高くスラグ成分含有量の少ない還元鉄が求められるが、前述の如き従来の還元鉄の製法でこうした要求に応えるには、還元鉄製造原料として鉄品位の高い鉄鉱石を使用しなければならず、実用可能な製鉄原料の選択幅を大幅に狭めることになる。
【０００７】
更に上記の様な従来法では、酸化鉄源と炭材を混合し一旦塊状やペレット状等に予備成形しなければならず、予備成形のための設備や操業に要する負担増が避けられない。
【０００８】
更に他の直接還元製鉄法として特開平８−２７５０７号公報には、可動炉床上に脱硫剤を含む炭素質還元剤粉と酸化鉄粉を夫々層状に重ねて敷き、これを加熱することによって海綿鉄を得る方法を開示している。この方法によれば、炭素質還元剤によって酸化鉄の還元が行なわれると共に、石炭等の炭素質還元剤中に含まれる硫黄成分は脱硫剤に捕捉されるので、硫黄分含量の少ない海綿鉄を得ることができ、その後の脱硫負荷が軽減される旨強調されている。
【０００９】
しかしながらこの方法では、酸化鉄原料などをペレット状等に予備成形する必要がないという利点の反面、酸化鉄源と炭素質還元剤が直接接触しないため還元効率が低く、加熱還元に長時間を要し、生産性の点で工業的規模の実用化にそぐわない。しかも上記従来の方法は、還元鉄を海綿鉄状で得る方法であるから海綿鉄中の脈石成分が分離されず、還元鉄としての鉄品位が低くなる。かかる鉄品位の低い還元鉄を電気炉等へ鉄源として供給すると、生成スラグ量の増大によって電気炉操業性に悪影響を及ぼすばかりでなく、スラグへの鉄分混入ロスによる鉄分歩留りの低下、エネルギー原単位の上昇、生産性の低下など、多くの問題を生じてくる。しかも、使用する酸化鉄源の鉄分含有量が低くなると上記の問題は一層顕著に現われてくるので、低品位の酸化鉄源を実操業の原料として使用することは殆んど不可能であり、高品位の酸化鉄源しか使用できない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の様な従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、塊状やペレット状等への事前の予備成形を要することなく、また高品位の酸化鉄源はもとより低品位の酸化鉄源からであっても、スラグ成分混入量が少なくＦｅ純度の高い還元鉄を効率よく製造することのできる技術を確立しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することのできた本発明にかかる製法は、酸化鉄含有粉と炭素質還元剤含有粉との混合物を、ペレット状等に予め成形することなく混合粉末として炉床上に敷いた状態で加熱し、還元・溶融するところに要旨が存在する。この方法を実施するに当たっては、炉床上に敷かれた前記混合物を押圧し圧密化してから加熱する様にすれば、酸化鉄源と炭素質還元剤との接触がより密になり、加熱還元効率を一層高めることができるので好ましく、また前記混合物の層に凹凸を形成し表面積を拡大した状態で加熱すれば、加熱有効面積の拡大によって加熱還元効率は更に高められる。
【００１２】
また本発明では、上記の様に炉床上に敷かれた前記混合物を加熱して還元・溶融させるものであり、溶融した高比重の還元鉄は炉床面に直接接触して該床面の耐火物を熱劣化させたり、或は還元溶融の後該床面から生成物を排出する際に還元鉄が該床面に付着して排出性を害する恐れがあるので、該炉床上に熱保護を兼ねた離床促進層を形成しておけば、該炉床からの生成物の排出を容易にすると共に該炉床の寿命を延長することができるので好ましい。また、この方法を実施する際にも、前記混合物に脱硫剤を含有させておけば、加熱還元・溶融工程で生成する硫黄分が該脱硫剤によって捕捉され、得られる還元鉄の硫黄含有量を低減できるので好ましい。
【００１３】
更に本発明にかかる金属鉄製造装置は、上記製法を実施する際に好ましく用いられる装置であって、移動可能な炉床と、該炉床上に酸化鉄含有粉と炭素質還元剤含有粉の混合物を供給する供給機構と、該炉床上の混合物を加熱する加熱機構と、加熱により還元・溶融した生成物を炉床外へ排出する排出機構と、生成物を還元鉄とスラグ成分に分離する分離機構を備えているところに特徴を有している。
【００１４】
この装置においても、上記炉床上に敷かれた混合物を押圧する押圧機構を付設し、或は前記混合物の層に凹凸を形成する凹凸形成機構を付設し、或は更に前記炉床上に、熱保護を兼ねた離床促進層を形成する離床促進層形成機構を付設しておくことは、好ましい実施形態として推奨される。
【００１５】
また該装置における前記炉床は、閉鎖ループに沿って移動する複数の炉床ユニット、或は往復移動する複数の炉床ユニットで構成し、更には回転する円盤状の炉床、或は更に、横向き円筒状耐火物炉の内部を同軸的に回転する複数の炉床ユニットで構成し、原料混合物の供給から加熱還元・溶融、更には生成物の排出に至る一連の工程を連続化できる様にすることは、この装置を工業規模で実施する際の好ましい形態として推奨される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
上記の様に本発明の製法では、酸化鉄含有粉と炭素質還元剤含有粉（以下、炭材ということがある）との混合物を、炉床上に敷いた状態で加熱し、還元・溶融することによって金属鉄を得るものであり、即ちこの方法では、酸化鉄源と炭材を粉末状態で混合して使用するので、塊状やペレット状への予備成形が不要であり、しかもこの方法であれば、酸化鉄源と炭材が粉末状で混合され相互に隣接した状態で加熱還元に供されるので加熱還元が速やかに進行し、比較的短時間の加熱処理で還元を効率よく進めることができる。更にこの方法では、加熱還元によって生成する還元鉄は引き続いて加熱溶融され、スラグ成分を排斥しつつ金属鉄同士が相互に融着し合って集合するので、鉄品位の低い酸化鉄源を使用した場合でも、スラグ成分混入量が極めて少なくＦｅ純度の高い還元鉄として得ることが可能となる。
【００１７】
以下、本発明にかかる金属鉄の製造装置の一例を示す図面を参照しつつ、本発明の製法と装置をより具体的に説明していくが、本発明はもとより図示例に制限されるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に設計を変更して実施することも可能であり、それらも当然本発明の技術的範囲に含まれる。
【００１８】
図１，２は本発明にかかる金属鉄の製造装置を例示するもので、図１は、天井部を開放して示す概略平面説明図、図２は図１の概略横断面説明図であり、図中、１は加熱炉、２ａ，２ｂは原料供給部、３ａ，３ｂは炉床ユニット、４は炉床ユニットを移動させるためのレール、５は加熱機構を構成するバーナ、６は分離機構を構成する溶融分離炉を夫々示している。
【００１９】
本例では、図示する如く原料供給部２ａ，２ｂを挟んで中央部に設けた加熱炉１内で、レール４により往復動できる様にパレット状の炉床ユニット３ａ，３ｂが配置されており、原料供給部２ａ（または２ｂ）で炉床ユニット３ａ（または３ｂ）内に酸化鉄源と炭材の混合物を供給して適当な厚みで敷き、場合によっては該混合物層を押圧して圧密化し、更には表面に凹凸を形成してから加熱炉１内へ移動させ（図１では、図面上方部の原料供給部２ａで炉床ユニット３ａ内に原料混合物を供給した後、該ユニット３ａを加熱炉１へ移動させた状態を示している）、この部分でバーナ５によって加熱することにより還元・溶融を進める。
【００２０】
炉床ユニット３ａ上に敷かれて加熱炉１内へ送り込まれた原料混合物中の酸化鉄源は、バーナ５からの熱を受け該混合物中の炭材および該炭材から生成する一酸化炭素によって還元され、且つ隣接する炭材からの炭素分の浸炭を受けつつ更に加熱されて溶融する。この間、溶融した還元鉄は、副生するスラグ成分を排斥しながら相互に付着し合って集合し、次第に大きな溶融状態の還元鉄の塊に成長していく。従って、該加熱炉１内で所定時間加熱すると、該炉床ユニット３ａ内では還元により生成し相互に付着集合した溶融状態の還元鉄は大きな塊となるが、該還元鉄の溶けた塊は、前述の如くスラグ成分を排斥しつつ溶融状態の還元鉄同士が相互に付着集合したものであり、表面にスラグ成分が付着しているだけで内部には実質的にスラグ成分は混入してこない。
【００２１】
かくして還元・溶融を終えた後は、該炉床ユニット３ａを図示していない任意の傾動手段によって溶融分離炉６方向へ傾動させ、生成物を炉床ユニット３ａから溶融分離炉６方向へ排出させ、温度が低下しているときは該溶融分離炉６で更に加熱し流動性を保持せしめ、還元鉄ＦｅとスラグＳを比重差によって分離し、表層側からスラグＳを、また下方部から金属鉄Ｆｅを抜き出す。
【００２２】
生成物の排出を終えた炉床ユニット３ａは、図１の下方側に設けた原料供給部２ｂへ移動させると共に、原料供給部２ａで原料供給を終え待機している炉床ユニット３ｂを加熱炉１内へ送り込み、前記と同様にして原料混合物の加熱還元・溶融が行なわれる。この間に、図面下方の原料供給部２ｂでは他の炉床ユニットへの原料供給（あるいはその押圧、表面凹凸の形成）が行なわれ、次回の加熱還元・溶融のために待機する。そして、加熱炉１内で加熱還元・溶融を終えた炉床ユニットからの還元生成物の排出を終えると、該炉床ユニットを図面上方に移動させて加熱炉１から出すと共に、原料供給部２ｂで待機していた炉床ユニットを加熱炉１内へ送り込む。この操作を繰り返すことによって、原料混合物の加熱還元・溶融を間欠的に連続して行なうことができる。
【００２３】
この様な方法を実施する際に、加熱炉１から排出される排ガスは相当の熱と可燃性ガスを含んでいるので、この排ガスはバーナ５の燃料としてリサイクルすれば、燃料費の節減に寄与することができるし、あるいは近隣設備の加熱源や燃料として有効利用することも可能である。
【００２４】
また、この方法を実施する際の原料混合物の調製に当たっては、酸化鉄源中に含まれる酸化鉄の還元に必要な理論量以上の炭材が配合されるが、より好ましくは、「原料酸化鉄の還元に必要な量＋還元鉄の浸炭に必要な量＋酸化損失量」を満足する様に炭材の配合量を調整することが望ましい。しかして、上記加熱還元工程で生成する還元鉄が加熱還元雰囲気で浸炭されると融点が低下し、スラグ成分との分離が一層容易になるからである。従って炭材の配合量は、原料酸化鉄に対し、その還元に必要な理論量と上記浸炭量、更には加熱炉内での酸化損失量も加味して調整することが望ましい。
【００２５】
炉床ユニット上に敷かれる原料混合物は、粉末状の混合物として適当な厚さとなる様に敷く。このときの厚みは、個々の製造装置の構成や規模、加熱効率などを考慮して適宜決定すればよいが、該混合物層を内部まで速やかに加熱して還元・溶融を効率よく進めるうえで好ましい厚さは１０〜３００ｍｍ、より一般的には２０〜１００ｍｍの範囲である。
【００２６】
なお原料混合物は炉床ユニット上の全面にほぼ同じ厚さで敷いてもよく、あるいは前述の如く任意の押圧装置で適当に抑えて圧密化したり表面に凹凸を形成して加熱有効面積を拡大し、あるいは更に炉床ユニット上に適当な隙間をあけて台形状など任意の形状に複数個載置することも可能であり、本発明では「炉床上に敷く」とは、この様な載置法も包含する。
【００２７】
炉床ユニット上に敷かれた原料混合物は、適当なレベリング機構によって厚みを均一にしただけでも構わないが、例えば押圧ローラ等により押し付けて圧密化し、酸化鉄と炭材をより密に接触させると、還元効率を一層高めることができるので好ましい。
【００２８】
また、こうした押圧処理を行なう際に、該押圧層の表面に凹凸を形成して表面積を拡大すると、上方からの熱を該混合物層の内部まで効率よく伝えられ、且つ還元反応によって生成するＣＯ2 ガスの放出も加速され、還元効率を更に高めることができるので好ましい。該凹凸の形状には特に制限がなく、線状、波状、格子状など任意の形状にすることが可能であるが、押圧層を適当な大きさの格子状に仕切る様に凹凸を形成しておけば、各格子内で加熱還元により生成する金属鉄が１つの溶けた塊として集合し、ほぼ均一な大きさの金属鉄の塊として生成するので、その後の処理（スラグ成分との篩い分けによる分離操作など）等を標準化し易くなるので好ましい。
【００２９】
加熱還元時の操作温度は、還元によって生成する金属鉄あるいはその浸炭物が溶融し得る温度以上であれば特に制限されないが、加熱炉１の内張り耐火物や炉床ユニット等の熱劣化を最小限に抑えつつ加熱還元を効率よく進めるには、１３５０〜１５５０℃、より好ましくは１４００〜１５００℃の範囲が望ましい。
【００３０】
図３〜６は、本発明の他の実施例を示すもので、図３は概略平面図、図４は、図３におけるＡ領域の概略縦断面説明図、図５，６は、図３におけるＢ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線部分の概略断面説明図をそれぞれ示している。
【００３１】
本例の装置は、多数の炉床ユニット３，３，……を、トラック状の閉鎖ループに沿って連続的に旋回移動する移動機構上に配設し、該トラック状ループに沿って旋回移動する過程で、原料混合物の供給→押圧・圧密化（更には凹凸形成）→加熱還元・溶融→生成物の排出の各操作を連続的に行なえる様にしている。
【００３２】
即ち図３において、７ａ，７ｂは原料供給部、８ａ，８ｂは押圧（又は更に凹凸形成）部、Ｄ領域とＥ領域は加熱還元ゾーン、９ａ，９ｂは生成物排出部を夫々示しており、該トラック状ループ内を２分し、１ループ内で２工程の加熱還元・溶融を連続的に行なえる構成のものを示している。
【００３３】
原料供給部７ａ，７ｂで炉床ユニット３上に供給された原料は、押圧部８ａ，８ｂで押圧されて圧密化された後、加熱ゾーンＤ，Ｅへ送られ、この領域Ｄ，Ｅでバーナ５等の加熱機構からの熱を受けて加熱還元が進められる。そして、還元・溶融を終えて排出部９ａ，９ｂに至った炉床パレット３は、図４および図６に示す如く任意の傾動手段によって傾動し、その内部の還元・溶融物を溶融分離炉６へ排出し、比重差により逐次還元鉄Ｆｅと生成スラグＳの分離を行なう。
【００３４】
また本例では、図３，４に示す如く加熱ゾーンＤ，Ｅの略中間部に原料２次供給部１０ａ，１０ｂが設けられ、この部分で原料混合物を２次供給できる様にしている。即ち粉末状の混合物として供給される原料は、押圧処理を施したとしても加熱還元・溶融工程で炭材の燃焼と酸化鉄の還元によってその体積は１／２〜１／３倍程度に減容するので、このままで連続操業を続けることは、加熱還元の後半期で炉床ユニット３の有効処理能（内容量）を十分に活かせなくなる。従って、図示する如く加熱還元の途中で各炉床ユニット３内の原料混合物が減容した時点で、該減容量に見合った量の原料混合物を２次供給部１０ａ，１０ｂから追加装入し、引き続いて加熱還元を進める様にすることは、生産性を高めるうえで極めて有効である。
【００３５】
図７は本発明の他の実施例を示す概略縦断面説明図であり、複数の炉床ユニット３，３……をキャタビラータイプの旋回駆動装置に固定し、原料混合物の供給→押圧・圧密化→加熱還元・溶融→排出の一連の工程を閉鎖ループに沿って連続的に実施できる様に構成されている。即ち図示する如く、閉鎖ループの上方側右端の原料供給部７から炉床ユニット３上に原料粉末を供給し、押圧ローラ８で原料粉末を押圧すると共に、必要により凹凸を形成し、引き続いてバーナ５等の加熱機構を備えた加熱部１へ送って加熱することにより、前記図示例で説明したのと同様にして還元・溶融を進める。そして、加熱部の下流側に設けた冷却機構１２で生成物を冷却し、図７の右端に至ると、炉床ユニット３がその旋回に合わせて傾動し、生成物は炉床ユニット３から剥離して自重で自然に下方へ落下していく。従ってこの生成物を下方で受け、粉砕後磁選などにより金属鉄とスラグを分離すればよい。
【００３６】
この方法を実施する際には、生成物が炉床ユニット３から容易に剥離して落下し得る様にすることが必要であり、その為の手段として本例では、閉鎖ループの下方部に離床促進剤供給部１３を設け、この部位で炉床ユニット３の受け面に、例えばＭｇＯ懸濁液などの離床促進剤を付着させる様にしている。該離床促進剤は、この様に炉床ユニット面からの生成物の剥離を容易にするものであり、好ましくは還元鉄や生成スラグよりも高融点の化合物、あるいは生成スラグ中に混入して該スラグの融点を高める化合物であればその種類の如何は問わないが、離床促進効果やコスト等を考慮して特に好ましいのはＭｇＯ，ＣａＯ，Ａｌ2 Ｏ3 等の金属酸化物、またはこれらを含む複合酸化物である。これらの離床促進剤を炉床ユニット表面に付着させておくと、上記の様に生成物の離床が容易になるばかりでなく、該炉床ユニット面の熱劣化も抑えられ、その寿命延長を増進することもできるので好ましい。また該離床促進剤は、図示例の他、たとえば原料混合物供給部の前に粉末状などで供給することも可能である。
【００３７】
また図７の例でも、加熱還元・溶融部から排出される排ガスをダクト１４を通して回収し、その保有熱や含有可燃ガスを熱エネルギーや燃料として有効利用できる様にしている。
【００３８】
図８，９は、本発明の更に他の実施例を示す縦断面説明図および横断面説明図であり、ドーナツ状に形成された炉内で回転する円盤状の炉床３上で加熱還元・溶融を行なう様にした装置を示している。
【００３９】
即ちこの装置は、ドーナツ状の加熱炉１内で円盤状の炉床３がターンテーブルの様に回転する構成となっており、原料供給部７から原料混合物を供給し、押圧ローラ８で該混合物を押圧した後、バーナ５からの熱によって還元・溶融を進める。次いで冷却ゾーン１２で還元生成物を冷却した後、その下流側に設けたスクリュータイプの排出機構１５により生成物を床面から剥離しながら排出させ、図示しない篩いや磁選装置によってスラグ成分と還元鉄の分離を行なう。この方法を実施する際にも、原料供給部７の直上流側で離床促進剤を塗布もしくは散布し、離床促進を図ると共に炉床の熱劣化抑制を図り、また押圧ローラ８の部分で押圧層の表面に凹凸を形成して加熱還元効率を高め、更には加熱部からの排ガス有効利用できる様にすることも有効である。
【００４０】
図１０は本発明にかかる更に他の実施例を示す概略断面説明図であり、横向き円筒状の耐火物炉Ａ内に同軸的に回転する複数の炉床ユニット３ａ，３ｂ，３ｃ……を有し、これらを任意の駆動源により耐火物炉Ａの内周壁に沿って回転する構造を有すると共に、耐火物炉Ａの任意の位置に原料供給部７と生成物排出部９が設けられ、且つ炉床ユニットの回転方向に沿って、原料供給位置の直前位置に予熱バーナ５ａ，その回転方向下流側に加熱バーナ５ｂ，５ｂ……、更にその下流側に送風冷却部１２ａが固定して設けられている。
【００４１】
この装置を用いて還元・溶融を行なう際は、予熱バーナ５ａによって予熱された炉床ユニット３ａが回転して原料供給部７へ至るまでに、原料供給部７から原料混合物を炉Ａ内へ装入する。装入された原料混合物は、炉床ユニット３ａ上に乗った状態で回転しつつバーナ５ｂからの熱を受けて順次還元され、還元鉄が生成すると共に、スラグ成分が逐次分離されていく。そして更にその下流側では、送風冷却部１２から冷風を送り、還元・溶融によって生成した金属鉄とスラグ成分を冷却固化させ、生成物排出部９から逐次炉Ａ外へ排出し、磁選などによって金属鉄とスラグ成分を分離する。この操作、即ち原料混合物の装入→加熱還元・溶融→冷却固化→排出→金属鉄の分離を連続的に行なうことにより、還元鉄を連続的に製造することができる。
【００４２】
なお上記では、還元・溶融によって生成した金属鉄を炉Ａ内で一旦冷却固化させてから炉Ａ外へ排出させる例を示したが、図示例の送風冷却部にも加熱バーナを設け、この部分で還元鉄とスラグ成分を全て溶融させた後、排出部９から溶融状態で排出させることも有効である。
【００４３】
本発明の方法および装置は例えば上記の様に構成されるが、その最大の特徴点は、前述の如く酸化鉄源と炭素質還元剤の粉末を混合状態で加熱還元し、生成する還元鉄を溶融状態でスラグ成分と分離させることによって金属鉄内へのスラグ成分の混入を抑え、Ｆｅ純度の高い還元鉄を得るところに特徴を有するものであり、この方法と装置を使用すれば、高品位の酸化鉄源はもとより酸化鉄含有量の低い低品位の酸化鉄源からでも、例えばＦｅ含有量が９５％以上、更には９８％以上と行った極めてＦｅ純度の高い還元鉄を得ることができる。従って本発明は、例えば高炉ダスト等として排出される少量の酸化鉄を含む廃棄物からでもＦｅ分を有効に回収することができ、また本発明の方法や装置を採用することによって分離されるスラグを原料としてリサイクルし、該スラグ中に少量混入してくる酸化鉄分を更に回収してＦｅ分の回収率を高めることも有効となる。
【００４４】
ところで、酸化鉄源と混合して用いられる炭素質還元剤としては石炭粉やコークス粉が最も一般的であるが、これらの中には相当量の硫黄が含まれているため、前記加熱還元工程で生成する還元鉄中には相当量の硫黄が混入し、その後の精錬工程での脱硫負荷を高める恐れがある。しかしながら、本発明を実施する際に、前記原料混合物中に例えば炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、塩化カルシウム等を含有する脱硫剤を適量含有させておき、加熱還元工程で生成する硫黄分を該脱硫剤で捕捉しスラグと共に分離除去できる様にすれば、得られる還元鉄の硫黄含量も可及的に低減することが可能となる。
【００４５】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明の構成および作用効果を具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４６】
実施例１
下記成分組成の鉄鉱石粉と石炭粉を下記の比率で均一に混合し、その混合物（平均粒径：３５μｍ）を、耐火材製トレー上に１００ｍｍ□×厚さ４０ｍｍとなる様に敷き、これを電気炉へ装入して窒素ガス雰囲気下に１４００℃で加熱し、覗き窓から混合物の変化を観察した。
【００４７】
その結果、時間の経過と共に鉄鉱石の還元が進行し溶融状態の還元鉄が点状に生成した後逐次付着集合し、約５０分経過後には、溶融状態の複数の還元鉄の塊とスラグに分離した。その後冷却して電気炉からトレーを取り出し、下記成分組成の、金属光沢を持った複数の金属鉄塊と黒色のスラグが得られる。
【００４８】
原料混合物
鉄鉱石粉組成（重量％）
Ｔ．Ｆｅ：６９．４％，ＦｅＯ：３０．１％，ＳｉＯ2 ：１．７５％
Ａｌ2 Ｏ3 ：０．４９％，ＣａＯ：０．４５％
石炭粉組成（重量％）
固定炭素：６８．５％，揮発分：２１．４％，灰分：１０．１％
鉄鉱石粉：石炭粉＝７６．９％：２３．１％
生成物組成（重量％）
還元鉄塊
Ｔ．Ｆｅ：９６．７５％，ＦｅＯ：０．３１％，Ｍ．Ｆｅ：９６．３９
，全炭素：２．２２％，金属化率：９９．６３％
スラグ
Ｔ．Ｆｅ：５．１５％，ＦｅＯ：０．５６％，Ｍ．Ｆｅ：４．５８％，
ＳｉＯ2 ：４４．６３％，Ａｌ2 Ｏ3 ：１９．１８％，ＣａＯ：
１０．３６％
【００４９】
実施例２
前記実施例１で用いたのと同じ鉄鉱石粉と石炭粉を同じ比率で均一に混合した混合物（平均粒径：３５μｍ）を、耐火材製トレー内に、台形状（上面２０ｍｍ□×下面３５ｍｍ□×厚さ３０ｍｍ）に圧密化した状態で９個を並べて起き、これを電気炉へ装入して窒素ガス雰囲気下に１４００℃で加熱し、覗き窓から混合物の変化を観察した。
【００５０】
その結果、時間の経過と共に鉄鉱石の還元が進行し溶融状態の還元鉄が点状に生成した後、９個のブロック毎に還元鉄が逐次付着集合して合体し、約１７分経過後には、トレー内に９個の溶融状態の還元鉄の塊が生成した。その後冷却して電気炉からトレーを取り出すと、下記組成の金属光沢を持った９個の金属鉄塊と黒色のスラグが得られる。
【００５１】
生成物組成（重量％）
還元鉄塊
Ｔ．Ｆｅ：９６．３５％，ＦｅＯ：０．３０％，Ｍ．Ｆｅ：９５．９６
％，全炭素：２．７５％，金属化率：９９．５９％
スラグ
Ｔ．Ｆｅ：１０．６６％，ＦｅＯ：２．３７％，Ｍ．Ｆｅ：８．５７
％，ＳｉＯ2 ：４９．４２％，Ａｌ2 Ｏ3 ：１７．４０％，
ＣａＯ：９．５１％
【００５２】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、酸化鉄源と炭素質還元剤の混合粉末をそのまま若しくは圧密状態で加熱還元・溶融することによって、Ｆｅ純度の高い還元鉄を極めて簡単に且つ効率よく得ることができる。特に本発明では、現在最も一般的に実施されている直接還元製鉄法の様に塊状やペレット状などへの予備成形が全く不要であり、しかも鉄源と還元剤が相互に接触しあって速やかに還元反応が進行するので、還元効率が非常に高い。また還元によって生成する還元鉄は、溶融状態でスラグ成分を排斥しつつ相互に付着し合って集合していくので、鉄品位の高い酸化鉄源を用いた場合はもとより、鉄品位の低い酸化鉄源を使用した場合でも、スラグ成分混入量が少なくてＦｅ純度の非常に高い還元鉄を容易に得ることができる。よって、従来では工業的規模の直接製鉄原料としては実用不能とされていた様な低品位の鉄鉱石原料はもとより、例えば高炉ダスト等として排出される鉄分含量の少ない廃材からでも、鉄分を有効に回収することが可能となる。また本発明の装置を使用すれば、粉末状の原料混合物を用いた直接還元製鉄を連続化することができ、工業的規模での大量生産にも容易に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す要部平面説明図である。
【図２】図１に示した装置の横断面相当図である。
【図３】本発明にかかる更に他の実施例を示す概略平面説明図である。
【図４】図３に示した装置の加熱還元・溶融部と分離部を拡大して示す概略縦断面説明図である。
【図５】図３におけるＢ−Ｂ線断面説明図である。
【図６】図３におけるＣ−Ｃ線断面説明図である。
【図７】本発明にかかる更に他の実施例を示す概略縦断面説明図である。
【図８】本発明にかかる更に他の実施例を示す概略縦断面説明図である。
【図９】図８における横断面説明図である。
【図１０】本発明にかかる更に他の実施例を示す概略断面説明図である。
【符号の説明】
１  加熱炉（加熱部）
２，２ａ，２ｂ  原料供給部
３，３ａ，３ｂ  炉床または炉床ユニット
４  レール
５  バーナ（加熱機構）
６  分離部（溶融分離炉）
７，７ａ，７ｂ  原料供給部
８，８ａ，８ｂ  押圧ローラ（押圧機構）
９，９ａ，９ｂ  生成物排出部
１０，１０ａ，１０ｂ  原料２次供給部
１２  冷却ゾーン
Ｆｅ  還元鉄
Ｓ  スラグ
Ａ  横向き円筒状耐火物炉
５ａ  予熱バーナ
５ｂ  加熱バーナ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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