(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属含有物および固体還元剤を含む原料を還元炉内で加熱、還元して還元金属を得る還元金属の製造方法において、加熱、還元途中の炉床上における装入物の下記状態を測定し、その測定結果に基づいて、操業中の炉床の移動速度やバーナーの加熱量を調整するようにしたことを特徴とする、金属含有物からの還元金属の製造方法。
記
（イ）還元生成物の面積率（還元生成物分布面積／全装入面積×１００）
（ロ）装入原料層の表面温度
【請求項２】
金属含有物および固体還元剤を含む原料を、移動炉床炉の移動する炉床上に装入して堆積させ、その炉床が炉内の加熱帯、還元帯、溶融帯および冷却帯を順次移動する間に還元金属を製造し、炉外へ排出する還元金属の製造方法において、炉内の加熱帯、還元帯および溶融帯の少なくとも１ヶ所以上で、前記炉床上における装入物の下記状態を測定し、その測定結果に基づき、その測定地点以降から排出するまでの間の移動する炉床の移動速度および／またはバーナー燃焼条件を調整することを特徴とする金属含有物からの還元金属の製造方法。
記
（イ）還元生成物の面積率（還元生成物分布面積／全装入面積×１００）
（ロ）装入原料層の表面温度
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱炉内を水平方向に移動する炉床上に原料を積み付け、その炉床が炉内を移動する間に前記原料を加熱して還元する形式の移動型炉床炉を用い、この炉内に装入した金属酸化物原料から還元金属を直接得る方法に関し、特に炉内装入物の状態に応じて加熱条件を適時に変更するようにした点に特徴を有する還元金属の製造方法に関する提案である。
なお、本発明は、製鉄所等で発生するダストから有価金属を回収する技術にも応用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄鉱石等から鉄を製造する最も一般的な方法として、高炉が用いられている。高炉の操業では、炉内で発生するガスを回収し、ガスの有する圧力を利用した炉頂圧発電を行うのが普通である。このとき、回収された高炉ガス中には、原料として装入された鉱石やコークスの粉、あるいは炉内での燃焼により発生したコークス中の灰分などをダストとして含んでいる。そのため、こうしたダストを含有する高炉ガスを発電に使用すると、炉頂圧発電機のタービンを損傷することにもなるし、燃料ガスとしての使用も困難である。そこで、高炉ガスは、バグフィルターなどの除塵装置を使って除塵した後に発電機への導入や燃料ガスとしての利用を行っており、この除塵に際して多量の高炉ダストが発生する。
このダストには、多量のFeなどを含んでいるため、焼結鉱用の原料として利用され、最終的には高炉で用いられているが、揮発性の金属であるZnやPbも含んでいるため、その全量を高炉原料として再利用することは難しい。その他、セメント原料としても一部利用されているが、完全には再利用されていないのが実情である。
【０００３】
ところで、鋼は、一般的に転炉か電気炉にて製造される。このうち、電気炉法は、スクラップや還元鉄を、電気エネルギーを使って加熱溶融し、場合によっては、さらに精錬することにより鋼にしている。ただし、近年、スクラップ需給が逼迫していること、およびより高品質の鋼への要求が高くなってきたことから、スクラップに代えて品質の安定している還元鉄を使用する傾向が見られる。
【０００４】
以上のような状況にあって、最近、上述した高炉ダストの再資源化や高品質の還元鉄を製造するプロセスとして新しい技術が開発されている。この技術は、水平方向に移動する炉床上に、鉱石や高炉ダストなどの酸化物と固体還元剤との混合物を装入堆積させ、上方からの輻射伝熱によって前記酸化物を加熱還元し、さらにはその還元生成物を炉床上で溶融してスラグとメタルとに分離させることにより還元金属を製造する方法である (特開平11−172312号公報参照) 。
この技術によれば、脈石や灰分の少ない高品位の還元金属が得られ、しかも、この技術をダストの再資源化に適用した場合、Fe分とZn分との完全な分離回収ができるようになる。従って、この技術はそれまでの既知移動炉床式の還元鉄製造方法に比べると、優れた還元鉄製造法の１つであると言える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記移動炉床炉の操業において最重要なことは、単に還元に止まることなく溶融を確実に行わせることにある。即ち、装入した原料を溶融させることが、脈石や灰分のない高品位の還元金属を得る上で、また、Fe分とZn分とを確実に分離回収する上で重要なポイントとなる。もし、その溶融が不十分だと、脈石や灰分の溶融によるスラグ化が十分に起こらず、そのために還元金属中に脈石が混入し、また、Zn等が溶融不十分な炉床上の半溶融物中に残留し、還元金属の品位を低下させる。
【０００６】
また、かかる移動炉床炉に使用する鉄鉱石等の原料は、常に一定の成分のものだけとは限らないのが普通である。例えば、その原料がヤードに保管されていれば、その時の天候によって原料の水分が変化し、粒子径も特別な事前処理をしない限り炉内に供給する時点では常に変動している。また、ダスト類についても、その化学成分はダスト発生時の操業条件によって大きく変動するので、やはり特別な事前処理を行わない限り、炉内に均質な原料を供給することはできない。
さらに、原料の成分、性状の変動というのは、上述したようにケースだけでなく、装入方法や装入装置の違いによって、性状 (安息角や内部摩擦角) が変化し、それに伴って輸送性や排出性が変動し、ひいては炉床単位面積当たりの原料装入量の変動につながることもある。
【０００７】
上述した原料条件の変動の他、移動炉床炉の操業にはさらに他の課題もある。例えば、この炉の加熱には多くの場合、化石燃料を利用しているが、化石燃料というのは必ずしも品質が一定しているとはいいきれず、例えば、天然ガスを購入して使用したとしても、天然ガス中の組成 (例えば、メタン、エタン等の量) が購入ロット毎に異なり、それに伴う発熱量の違いから、いつも同じ加熱ができるわけではない。
【０００８】
このような種々の変動要因を考慮した上で、移動炉床炉の操業を行うに当たっては、原料や燃料の予想される品質の変動あるいは原料装入量の変動があったとしても、常に望ましい加熱、還元、溶融条件を確保し、最終的には脈石や灰分を確実に分離除去した還元金属が得られるようにする努力が払われている。例えば、平均原料品質、燃料品質の条件に対し、やや多めの熱エネルギー (加熱量) を付与するとか、生産量を若干抑制して操業する等の対応を行っている。
しかし、このような対応をした場合でも、原料品質、燃料品質の変動が当初想定していたよりもはるかに大きくなったときは、溶融が不十分となり、脈石や灰分の分離が完全にはできていない還元金属あるいは、所期した物理性状のものでない (例えば、還元金属の粒子が管理範囲よりも大きな粒度になっている) 還元金属が生成し、時として炉外に排出することも困難になることさえあった。
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決することを目的として開発した技術であって、移動型炉床炉にて、金属含有物および固体還元剤を含む原料から還元金属を製造する方法において、たとえ原料品質や燃料品質などの条件が大きく変化したとしても、必要以上のエネルギーを投入する必要なく、または生産量を必要以上低下させなくても済み、さらには常に安定した品質の還元金属を製造することができる方法を提案することを課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
従来技術が抱える上述した課題を解決する方法として、本発明は、金属含有物および固体還元剤を含む原料を還元炉内で加熱、還元して還元金属を得る還元金属の製造方法において、加熱、還元途中の炉床上における装入物の下記状態を測定し、その測定結果に基づいて、操業中の炉床の移動速度やバーナーの加熱量を調整するようにしたことを特徴とする、金属含有物からの還元金属の製造方法を提案する。
記
（イ）還元生成物の面積率（還元生成物分布面積／全装入面積×１００）
（ロ）装入原料層の表面温度
【００１１】
また、本発明は、金属含有物および固体還元剤を含む原料を、移動炉床炉の移動する炉床上に装入して堆積させ、その炉床が炉内の加熱帯、還元帯、溶融帯および冷却帯を順次移動する間に還元金属を製造し、炉外へ排出する還元金属の製造方法において、炉内の加熱帯、還元帯および溶融帯の少なくとも１ヶ所以上で、前記炉床上における装入物の下記状態を測定し、その測定結果に基づき、その測定地点以降から排出するまでの間の移動する炉床の移動速度および／またはバーナー燃焼条件を調整することを特徴とする金属含有物からの還元金属の製造方法である。
記
（イ）還元生成物の面積率（還元生成物分布面積／全装入面積×１００）
（ロ）装入原料層の表面温度
【００１２】
【発明の実施の形態】
移動型炉床炉による還元鉄の製造に当たっては、主として、炉内に装入された原料 (金属含有物と固体還元剤からなる) の化学的、物理的性状あるいは原料装入量、加熱手段、炉内滞留時間等に応じて炉内での昇温、還元、溶融挙動が大きく変化する。それだけでなく、炉内に装入された原料は、後発的な操業条件の変更などによっても影響を受ける。
【００１３】
例えば、移動する炉床上に連続的に装入されていく原料の成分組成が変化して、原料の還元負荷が大きくなる (例えば原料中の金属分の酸化度が高い) と、炉内の中間地点での到達温度が低くなる。その結果、通常の条件であれば、装入原料は既に溶融を開始し、表面張力によって凝集し、丸みをおびている筈の溶滴 (還元金属) が、投入熱量が不足の状態になるために溶融が不十分となり、脈石や灰分の分離が害され、製品の品位が低下するという変化が生じる。
【００１４】
しかしながら、このような状態であっても、原料装入物が炉内を滞留している途中であれば修正は可能である。即ち、装入物が炉内に滞留して移動中であれば、その装入物 (原料) の現在の状態についての正確な情報さえあれば、その情報に基づき操業条件の変更 (修正) が可能だからである。例えば、加熱が不十分であったと判断された段階または加熱が過剰であったと判断された段階で、それ以降の加熱条件を変更することで、最終的に炉外に排出されるときには適正な還元、溶融状態を確保するように操業することは可能である。
【００１５】
こうした炉内滞留途中の装入物 (原料) の還元状況、溶融状況等の情報としては、装入物の温度、堆積状態、形状、重量 (原料は還元によって重量が減少する) などがあり、これらの状態を測定したり、電子画像で観察することにより把握する。その測定の手段としては、被接触温度計 (単色放射温度計、多色温度計)による計測、テレビカメラによる装入物表面状態の観察、レベル計 (超音波、レーザーを利用し測定器と原料表面までの距離を測定、凹凸度距離の変化をデータとして用いる) を用いた装入原料の堆積形状の測定、あるいは炉床毎の装入原料の重量等を測定する方法等がある。
【００１６】
加熱条件を変える方法としては、炉内の加熱帯、還元帯あるいは溶融帯を移動している移動炉床上の装入原料堆積層の状態を観察した場所より、炉外に排出するまでの間の必要な熱量を供給するためのバーナーの燃焼条件、あるいは炉内滞留時間を調節するための移動炉床の速度を調整することによって可能である。
【００１７】
この点に関し、もし加熱条件の変更を行う判断を、炉内の移動途中の炉床上の装入原料の状態ではなく、炉外に排出された還元生成物の状態を制御情報としたら、すでに排出された還元生成物についての修正を行うことができなくなる。仮りに、得られた還元生成物の製品品質が不十分 (脈石、灰分の溶融による分離が十分でない) な場合でもそのままになるし、また、還元、溶融が不十分になることによっておこる排出時のトラブルを全く防止することができない。
【００１８】
なお、装入原料の状況の観察、計測結果に基づいて、炉操業条件を変更するに当たり、加熱条件ではなく、例えば、装入原料の性状 (金属酸化物の酸化度や金属酸化物と固体還元剤との混合比など) や原料の積載条件 (炉床単位面積当たりの装入量など) を変化させることは、既に炉床上に積載されている装入原料には役に立たないので、フィードバック制御はできてもフィードフォワード制御はできないから、炉外排出時の製品品質の保証にはならない。しかも、このようなフィードバック制御では、炉外への排出時に予想される排出トラブルを未然に防止することはできない。
【００１９】
本発明において用いる原料について、金属含有物としては、鉄鉱石、Cr鉱石、Ni鉱石、砂鉄、還元鉄粉、製鉄ダスト、ステンレス精錬ダスト、製鉄スラッジなどの鉄分, Ni分, Cr分等の金属を含有するものが用いられる。また、固体還元剤としては、石炭チャー、コークス、一般炭、無煙炭などが使用できる。
これらの金属含有物および固体還元剤は、それぞれ単一の種類のものを使用してもよいし、また各々２種以上のものを混合して使用してもよい。このような金属含有物と固体還元剤とを混合して装入原料とする。
装入原料中の固体還元剤の量は５０mass％以下が好ましい。固体還元剤が最大でも５０mass％程度混合されていれば、通常の金属含有物の還元は十分達成できるからである。また、固体還元剤が過剰に混合されていると装入原料の溶融時にメタルやスラグの凝集を阻害して、生成する粒子が小粒径となることがあるので、生成するメタルを所定の大きさにしたい場合は、装入原料中の固体還元剤の量は３０mass％以下にすることがより好ましい。
なお、この原料には、溶融時に還元金属、灰分の溶融を容易にするために、SiO２，Al２O３，MgO, CaO, CaF２等を適宜含有する副原料を添加してもよい。その副原料としては、製鋼スラグ、石灰石、蛍石、蛇紋石、ドロマイトなどが使用できる。
また、この原料の大きさは、８mm程度以下の粉、あるいはあらかじめブリケットやペレット等の塊状化したものを使用してもよい。
【００２０】
一方、炉床上に敷きつめる形態で用いられる上記固体還元剤は、原料中に混合するものと同じ還元剤を使用しても良いし、別種の固体還元剤を使用してもよい。
この固体還元剤の粒径は、上記装入原料の溶融物が固体還元剤層中に浸透して炉床耐火物に達しない程度の大きさに調整すればよい。このためには８mm程度以下の粉を使用できる。より好ましくは５mm程度以下に調整すればよい。
【００２１】
装入原料は、炉床またはその上に形成した上記固体還元剤層の上に装入され、加熱還元、溶融されてメタルとスラグとを分離生成する。このとき、原料の装入は、伝熱効率を考慮して炉床上のほぼ全表面に均一に堆積させることが好ましい。
そして、装入原料が昇温され溶融してメタルおよびスラグに分離したときには、メタルおよびスラグはそれぞれに凝集し、それらが自身の表面張力により、固体還元剤層表面において分散状態で点在した状態を維持するようにする。溶融メタルおよび溶融スラグの点在を確実に実現するために本発明では、好ましくは、固体還元剤層の表面に凹部を形成してそこに集めることで、メタルおよびスラグの点在化と分離格納を実現する。
【００２２】
炉床上に装入する原料の量については、次のように考えられる。
通常、溶融したメタル、スラグの体積は、装入原料の体積に対して１０〜６０ vol％程度に収縮する。従って、固体還元剤層表面に形成した凹部の内部空間の総体積に対して、その１０倍程度までの量の原料を装入することができる。望ましくは、炉内への原料の装入量を、固体還元剤層表面に凹部が形成されていれば、その凹部内を溶融メタルおよびスラグが充満する程度を限度とする。
【００２３】
また、本発明は、還元金属製造方法の実施に当たっては、下記の要旨構成にかかる移動型炉床炉を用いることが有効である。即ち、その移動型炉床炉とは、水平移動する炉床と、その炉床の上を覆う炉体と、前記炉床上へ金属含有物および固体還元剤等からなる装入物を装入するための装入装置と、炉床上の装入物を加熱する加熱手段と、装入物の加熱によって生成した還元生成物とスラグを冷却する冷却手段と、冷却された還元生成物とスラグを排出する排出手段とを有する移動型炉床炉であって、前記装入装置から排出装置に向かう炉体内に、装入物を予熱する予熱帯と、装入物を還元する還元帯と、装入物を溶融, 還元する溶融帯と、そして溶融した還元生成物とスラグとを冷却する冷却帯とを設けてなる還元金属製造用移動型炉床炉である。
【００２４】
とくに、この移動型炉床炉では、炉床の上面および炉体の内側面はいずれも耐火物で形成し、高温の炉内温度に耐える構造にすることが好ましい。この炉には加熱手段が設けられるが、例えば炉内の炉床上方に燃料ガスや液体燃料等の燃焼バーナーを配設することにより、その燃焼熱により装入物を直接加熱するか、炉体内壁の昇温を導いてその輻射熱で装入物を加熱するものが好ましい。その例としては、炉床や炉壁に設けた電気ヒーターで加熱するなどの方法でもよい。
前記した予熱帯、還元帯、溶融帯、冷却帯は、物理的な仕切り等は特に設けなくとも、炉内温度を適宜に調整することで実現してもよいが、溶融帯と冷却帯あるいは還元帯とのそれぞれの境界には、炉体に仕切りを配設しておくことで、溶融帯における高温保持を容易にすることは有効である。
【００２５】
次に、本発明の還元鉄製造プロセスの好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。まず、回転移動する炉床上には、原料の装入に先立ち、粒状の固体還元剤を装入堆積させて固体還元剤層を形成する。炉床上に形成されたこの固体還元剤層は、基本的に還元剤の集まりではあるが、金属含有物を混合していないため、操業中に揮発分が失われること以外、ほとんど変化しない。通常、固体還元剤には、灰分が１０％程度含まれているが、残部は大半が炭素質物質であり、1000〜1500℃程度の高温にあっても固体状態を維持する。従って、固体還元剤層自体が移動炉床の上面の耐火物に溶着するようなことはない。この意味において、かかる固体還元剤層は炉床上の耐火物の保護層として機能することになる。
【００２６】
炉床上に形成した上記固体還元剤層上には、金属含有物と固体還元剤との混合物、または金属含有物と固体還元剤と副原料とからなる混合物を、装入し堆積させる。そして、その炉床が回転して炉内を移動する間に加熱して還元すると同時に、発生した還元物をさらに溶融するまで保持し、そしてこのときに生成した還元生成物 (メタル, スラグ) は島状に点在した状態にする。このことは、適当な大きさに整粒された還元金属を連続的に製造する上で必要である。
【００２７】
さて、図２(a), (b)および(c) は、上記移動型炉床炉における炉床上での原料積層構造の例と、還元、溶融までの過程を説明する図である。
上述したように、原料の装入に先立ち、移動する炉床11上には、まず固体還元剤を敷き詰めて固体還元剤層１を形成するとともに、好ましくはその固体還元剤層１上に複数の凹部１ａを形成する。次いで、このようにして形成された固体還元剤層１上には原料２を装入し堆積させる (図２(a))。その後、炉体の上方からバーナー13を使って加熱し還元する。その結果、図２(b) に示すように、原料２中の金属含有物は共に混合された固体還元剤 (内装炭材) の作用により還元され、脈石を含んだ還元生成物３を生成すると共に、原料中に含まれる還元剤として用いられた固体還元剤の灰分を主とするスラグを生成する。なお、原料の配合方法および使用する金属含有物、固体還元剤によっても異なるが、上述したように、原料中の固体還元剤が還元反応により消費されるため、脈石を含んだ還元物および灰分 (還元生成物３) の体積は原料に比べて減少する。
【００２８】
ここで、上記主原料に添加する副原料は、還元物や灰分が溶融する際に、溶融を容易ならしめるために加えられるものであって、製鋼スラグ、石灰石、蛍石、蛇紋岩、ドロマイトなどが好適である。これらは溶融する前までに結晶水の蒸発、一部の分解反応（例えば、石灰石の主成分であるCaCO３はCaＯに熱分解されている）を起こしているものの、固体の状態を維持している。
【００２９】
次いで、原料の加熱が進むと、原料および副原料は単に還元されるというだけに止まらず、さらには溶融を開始し、また溶融することによってさらに還元が促進されて、図２(c) に示すように、溶融メタル４および溶融スラグ５に溶融分離する。このとき、金属含有物と固体還元剤とからなる原料、または金属含有物、固体還元剤および副原料を混合した原料は、固体還元剤層１の上に点在するため、前記溶融メタル４および溶融スラグ５は、固体還元剤層１上に生成する。このとき、図２に示すように、固体還元剤層１の表面に凹部１ａを形成しておくと、還元生成物である溶融メタル４および溶融スラグ５は、溶融物の表面張力および重力の作用によって、固体還元剤層１のいずれかの凹部１ａ内に自然と移動して収まり、固体還元剤層１上に凹部１ａ単位ごとに分割された状態となる。いわゆるメタル, スラグの塊りが島状に点在した状態におかれる。
【００３０】
このように、還元生成物が固体還元剤層に設けた凹部１ａ内に分散した状態になれば、メタル, スラグは、各凹部１ａ単位ごとに分割された適当な大きさになる。しかも、生成したメタルおよびスラグは、その体積が、原料の１０〜６０％程度しかないため、固体還元剤層中に埋没したように点在し、これらが互いに接することがなくなる。
なお、メタルおよびスラグの比重は、固体還元剤層１より大きいため、これらが固体還元剤層１の下に潜り込むことが予想されるが、実際にはメタル、スラグひとつひとつは小さな塊りになり、しかも表面張力の作用によって、固体還元剤層の表面に保持されたままの状態を維持する。
【００３１】
回転移動する炉床上をこのような状態で生成したスラグ, メタルは、冷却帯に達して冷却される。要するに、凝固したメタルおよびスラグは、固体還元剤層の存在によって炉床からは離れた状態にあり、かつひとつひとつが小さな塊りになることから、炉外へは容易に排出することができる。
なお、もし固体還元剤層表面を凹部を設けることなく平坦にした場合は、冷却後のメタルおよびスラグが小さく分割されないことになり、時には大きな塊りを形成するため、炉外への排出にあたって、炉床上のメタル, スラグを破砕する破砕機が必要となる場合がある。従って、固体還元剤層表面には、好ましくは凹部を形成することが推奨される。
【００３２】
移動型炉床炉の加熱に当たっては、バーナー燃焼による方法を採用することができる。バーナーには天然ガス、コークス炉ガス、重油などの燃料、空気、酸素などの助燃剤が供給されるが、この燃料または助燃剤は炉からの排ガスとの熱交換によって予熱することで、バーナーへの燃料の供給を減少、すなわち製造エネルギー原単位を低下させることが可能である。
【００３３】
本発明は、上述した移動型炉床炉の操業において、装入原料が加熱帯から溶融帯の間を移動している適当なタイミング、望ましくは還元帯や溶融帯、さらに好ましくは溶融帯において、還元状況や溶融状況を観察し、その観察結果によって、それ以降の原料の加熱条件を変更し、メタルの小粒化、独立化とともにスラグとの分離を確実にして、排出が容易にできるようにする方法である。
そのために本発明では、加熱帯、還元帯、溶融帯の1 ヶ所以上の任意の個所で装入原料の還元，堆積，表面形状，温度等の状態を測定する。
その方法として、例えば、カメラを設置して、装入原料が還元され溶融して生成する還元生成物とその下層に位置する固体還元剤層１との割合 (還元生成物の分布面積／固体還元剤層が露出した面積) 、即ち、還元生成物の面積率 (還元生成物分布面積／全装入面積×100 ) を画像解析し、その還元生成物 (メタル＋スラグ) の面積率が40〜60％になるように制御することにした。この還元生成物の面積率が40〜60％であれば、メタルの小粒化、独立化、スラグとの分離、円滑な排出が可能になる。
【００３４】
その他の観察手段として、装入原料の温度を計測することでも有効である。装入原料が溶融帯にあるとき、好適な温度は発明者らの実験によると (実施例２として説明する) 、１３５０〜１３９０℃である。
もちろん、測定手段としては、上述したカメラの画像解析や温度計測の他、レベル計、炉床も含めた原料の全量を測定する重量計であってもよい。また、測定対象として、装入物とくに装入原料および／または還元生成物 (メタル＋スラグ) の表面形状の他、装入物表面温度、あるいは装入物表面の凹凸度や装入物の重量などであってもよい。
【００３５】
【実施例】
実施例１
この実施例は、回転移動する直径2.2 ｍのアルミナ系耐火物を内張りした移動炉床と、その炉床上方に加熱用バーナーを配設してなる、図１に示す回転炉床炉を用いて、還元鉄を製造するための操業を行った例である。
使用した回転炉床炉は、予熱帯10a 、還元帯10b 、溶融帯10c および冷却帯10d に区画されており、移動炉床上には、鉄含有物と固体還元剤から主としてなる原料を装入し堆積させて原料層２が形成されるものである。なお、図示の17は、還元鉄を冷却して取り出すために排出口前に設置した冷却器である。
この回転炉床炉内で生成したメタルおよびスラグは、排出装置15を使って排出した後、磁石によって分離を行い、磁石に付着したもののみを製品メタルとして回収した。炉の供給口における原料の装入 (積み付け) は、装入装置14により、図３に示すような原料堆積構造となるように積み付けた。なお、固体還元剤層１の表面の凹凸は、該固体還元剤層１を積み付けた後に表面に凸部のあるローラーを押し付けて形成したものである。
なお、炉内に装入した金属含有物 (原料) は、脈石分 (SiO２, Al２O３等) を７mass％以上含有する、表１に示すような成分組成の鉄鉱石を用いた。また、固体還元剤としては、灰分を６〜11mass％含有する石炭チャー (揮発分：3.0 mass％) を用いた。これらは篩目３ｍｍ以下に調整して用いた。
【００３６】
【表１】
0004341138.tif 000002
【００３７】
炉の操業に当たっては、溶融帯10c にあたる天井に覗き窓を設け、そこからテレビカメラによって60cm×40cmの視野で炉床上の堆積物を観察した。観察位置は、溶融帯10c の中において、炉床が移動する方向で１／３上流側である (図４)。通常、この位置では移動炉床炉上に積み付けた原料装入物は、還元されて既に溶融し、凝集を開始している。そのために、装入した原料とくに還元生成物の他にその下にあった固体還元剤層１が露出してこれが観察されるようになる。通常の操業では、テレビカメラの画面で還元生成物３ (その後、この還元生成物は、さらなる還元、溶融の進行によってメタル４とスラグ５に分離する) の面積率は平均５０％で、操業の変動で４０〜６０％ (変動幅  約２０％) で変化していた。この範囲であれば操業は可能であったが、面積率が４０％に近づくと回収したメタルの温度が通常 (通常値：約800 ℃) よりも２５℃程高く (即ち、それだけ排出装置に負荷をかけている) 、面積率が６０％に近づくと回収したメタル、スラグの形状から丸みが消えていて、小粒化, 独立化が阻害され、回収したメタルの温度も通常よりも20℃ほど低くなっていた。すなわち、回収メタルの温度は 780〜825 ℃で変化していた。また、メタル中のＣ量が面積率の変動に応じて1.8〜3.8 mass％の間で変動していた。
【００３８】
そこで操業中、カメラからの画像を４分毎に画像解析し、面積率５０％を基準にそれからの解離量に応じて、溶融帯１０ｃに設置のバーナーの加熱量を変化させた。
その結果、図５に示すように、回収したメタルの温度変化の幅を１０℃以内に抑えることができるようになり、回収メタルの温度を 780〜790 ℃の範囲、メタル中のＣ量を1.8 〜2.1 mass％に管理、操業できるようになった。この例では、移動炉床の回転速度は変えていないので、一定の生産性も確保しながら、回収メタル温度も低く管理できているので、長期的には炉への総投入エネルギーを低下させる (約３％) ことができた。
【００３９】
実施例２
実施例１と同じ装置、原料を用い、同じ原料装入条件で以下の操業を行った。
ここで、溶融帯１０ｃにおいて炉天井に覗き窓を設け、そこから２色温度計によって30cmの視野で炉床上の装入原料層の温度を観察した。設置位置は、実施例１のテレビカメラと同じである。通常、この位置では炉床上の原料は還元し、既に溶融し、凝集を開始しており、観察される装入原料層の表面温度は1350〜1390℃の範囲である。この範囲であれば操業は可能であったが、温度が1390℃に近づくと、排出装置に負荷がかかり、一方、この温度が1350℃に近づくと、回収したメタル、スラグの形状から丸みが消えていて、小粒化, 独立化が悪くなり、これがさらに温度が低下していたら排出できない形状になる危険があった。また、この時点で回収したメタル温度は 778〜831 ℃の範囲内で変化し、メタル中のＣ量も表層温度に応じて 1.8〜3.9 mass％の間で変動していた。
そこで操業中、上記温度計の計測値が1370℃ (基準温度) とのかい離量に応じて、溶融帯のバーナーの加熱量を変化させた。
その結果、図６に示すように、回収したメタルの温度変化幅を１２℃以内にできるようになったので、回収メタル温度を 778〜790 ℃の範囲、メタル中のＣ量で1.8 〜2.1 mass％に管理でき、安定した炉操業が可能となった。この例では、炉床移動速度も変えていないので、生産性も確保しながら、回収メタル温度も低く管理できているので、長期的にも炉への総投入エネルギーを低下させる (約３％) ことができた。
【００４０】
実施例３
実施例１と同じ装置、原料を用い、同じ原料の積載条件で以下の操業を行った。ここで、溶融帯10ｃにおいて炉天井に覗き窓を設け、そこからテレビカメラによって60cm×40cmの視野で炉床上の堆積物を観察した。観察位置は、溶融帯10cの中において、炉床が移動する方向で１／３上流側である (図４) 。通常、この位置では炉床上の原料は還元し、既に溶融し凝集を開始しており、原料の下にあった固体還元剤層１が露出してこれが観察される。通常の操業では、テレビカメラの画面で還元生成物３ (還元、溶融の進行によって、メタル４とスラグ５に変化する) の面積率は平均５０％で、操業の変動で４０〜６０％ (変動幅  約２０％) で変化していた。この範囲であれば操業は可能であったが、面積率が４０％に近づくと回収したメタルの温度が通常 (800 ℃) よりも２５℃程高く、面積率が６０％に近づくと回収したメタル、スラグの形状から丸みが消えていて、回収したメタルの温度が通常より２０℃ほど低くなっていた。また、メタル中のＣ量が面積率の変動に応じて 1.8〜3.8 mass％の間で変動していた。
そこで操業中、カメラからの画像を４分毎に画像解析し、面積率５０％を基準にそれからのかい離量に応じて、炉床の移動速度すなわち、回転速度を変化させた。図７に、その結果を示す。
【００４１】
また、この方法は、原料装入部から画像測定までの間の炉床上の原料の加熱条件も変わるので、それに応じて画像観察地点での面積率の変動幅にも影響し、面積率の変動は４５〜５４％ (変動幅９％) に低下した。その効果もあって、回収したメタルの温度変化幅を６℃以内にできるようになったので、回収メタル温度を７８０〜７８６℃の範囲、メタル中のＣ量で1.8 〜2.0 mass％に管理、操業できた。この例では、バーナーの燃焼条件は変えていない (ただし、生産性が向上するので生産当たりの加熱エネルギー量は生産量向上率に反比例して低下する)ものの、回収メタル温度を低温で管理できているので、長期的には炉床の回転速度を早くできている、すなわち、生産性が向上 (約３％) した。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、金属含有物および固体還元剤を含む原料を移動型炉床の水平移動する炉床上に装入し、その炉床が炉内で移動する間に前記原料を加熱、還元、溶融し、金属含有物からの還元金属を製造する方法において、原料品質、燃料品質などの条件が変化したとしても、必要以上のエネルギーを使用することなく、また、生産性を必要以上に低下させなくてもよく、さらには炉の安定操業を確保することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】移動型炉床炉の模式図である。
【図２】本発明に適合する炉床上への原料積みつけ状態と還元生成物を溶融したときの変化の説明図である。
【図３】実施例で採用した原料の積層条件の説明図である。
【図４】テレビカメラの設置場所を示す図である。
【図５】実施例１における回収メタルの温度変化を示すグラフである。
【図６】実施例２における回収メタルの温度変化を示すグラフである。
【図７】実施例３における面積率の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  固体還元剤層
２  原料
３  還元生成物
４  メタル
５  スラグ
１０  炉体
１０ａ  予熱帯
１０ｂ  還元帯
１０ｃ  溶融帯
１０ｄ  冷却帯
１１  炉床
１２  仕切り
１３  バーナ
１４  装入装置
１５  排出装置
１７  冷却器
３０  テレビカメラ
【図１】
0004341138.tif 000003
【図２】
0004341138.tif 000004
【図３】
0004341138.tif 000005
【図４】
0004341138.tif 000006
【図５】
0004341138.tif 000007
【図６】
0004341138.tif 000008
【図７】
0004341138.tif 000009