(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄、金属鉄を主成分としその他不可避的不純物からなる還元鉄の金属化率を測定する方法において、上記還元鉄を円筒へ充填し、充填された還元鉄を円筒外部からコイルにより一定電圧に励磁した時の電流値と充填された還元鉄の重量から還元鉄の金属化率を演算することを特徴とする還元鉄の金属化率迅速測定方法。
【請求項２】
還元鉄の温度により電流値と充填された還元鉄の重量から演算された金属化率に補正を加えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
製鉄所において発生するダストに炭材を内装させて塊成化し、高温加熱炉により還元されたダストペレットを用いることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
酸化鉄、金属鉄を主成分としその他不可避的不純物からなる還元鉄の金属化率測定装置において、上記還元鉄の重量測定部を備え、上記還元鉄を充填する円筒を備え、上記円筒の外周に上記還元鉄の励磁可能なコイルを備え、上記コイルを励磁する電源を備え、励磁されたコイルの電圧と電流の測定部を備え、上記還元鉄の重量と上記測定された電流値を基に金属化率を演算する演算部を備えたことを特徴とする還元鉄の金属化率迅速測定装置。
【請求項５】
還元鉄の温度を測定する温度測定部を備え、測定された温度で還元鉄の重量と電流値を基に演算された金属化率を補正する演算部を備えたことを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
製鉄所において発生するダストに炭材を内装させて塊成化し、高温加熱炉により還元処理されたダストペレットを用いることを特徴とする請求項４又は５記載の装置。
【請求項７】
製鉄所において発生するダストに炭材を内装させて塊成化し、高温加熱炉により還元処理されたダストペレットを次工程である溶解炉に投入する方法において、還元されたダストペレットを請求項４乃至６のいずれかに記載の装置により金属化率を測定し、測定された金属化率により次工程である溶解炉の炭材、酸素の供給量を決定することを特徴とする還元鉄の金属化率迅速測定装置の使用方法。
【請求項８】
製鉄所において発生するダストに炭材を内装させて塊成化し、高温加熱炉により還元処理する方法において、還元されたダストペレットを請求項４乃至６のいずれかに記載の装置により金属化率を測定し、測定された金属化率により高温加熱炉の操業条件を決定することを特徴とする還元鉄金属化率迅速測定装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄所などで発生するダスト等を還元処理した還元鉄の金属化率を測定する方法とその装置およびその装置の使用方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄所で発生するダストを還元処理した還元鉄を再利用する方法が知られている。たとえば、特開２０００−４５０１２号公報に開示されているように、種湯に存在する溶解専用転炉に含鉄冷材、炭材、酸素を供給して、溶解専用転炉での所要種湯量と別の精錬専用転炉での所要精錬量の合計量の高炭素溶鉄を得、この高炭素溶鉄を原料として精錬専用転炉で酸素精錬することにより所要成分の溶鋼を得る転炉製鋼法において、溶解専用炉及び精錬専用炉で発生するダストに炭材を内装させて塊成化し、予備還元炉で高温加熱して内装炭材を還元材として予備還元後、高温状態で含鉄冷材の一部として種湯の存在する溶解専用転炉に供給し、再使用する。
【０００３】
しかし、上記予備還元されたダストペレットを高温状態のままで、次工程である溶解専用転炉において使用する場合、予備還元されたダストペレットの金属化率が迅速に測定できなければ、溶解用転炉での炭材、酸素の供給量の予測が不可能となり、溶解炉で良好な石炭原単位が得られない問題があった。また、予備還元されたダストペレットの金属化率は変動が激しいこともあり、これにより溶解炉での炭材、酸素の供給量が一定せず、安定操業が得られない問題があった。
【０００４】
これに対し、従来、還元鉄の金属化率を測定する方法としては、試料を定量分析し、Ｔ．ＦｅとＭ．Ｆｅの値から計算し判定することが一般的である。しかしながら、その判定までに１日以上時間が掛かるという問題点があり、高温状態のままで還元鉄を溶解炉にて使用するには、測定結果が間に合わないという問題点があった。
【０００５】
ところで、金属化率を迅速に測定する方法として、特公昭５８−２４４８４号公報に直接還元製鉄における金属化率のダイナミックな計測及び制御方法が開示されている。これは、ガス中の全酸素量の変化と還元性ガス量の変化との測定値により金属化率を推定する方法である。しかし、該方法では、測定のための設備が複雑でかつ高価である。また、還元される原料の銘柄が変化した場合には、ガス中の全酸素量の変化と還元性ガス量の変化の関係がずれてくるため、原料条件も考慮した取り扱いが必要になり、煩雑となってくる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以下の説明では、製鋼ダストから製造したダストペレットを還元したものを還元鉄の代表例として述べるが、鉄鉱石粉から製造したペレットを還元した還元鉄、あるいは、還元された鉄をブリケット化したもの等も本発明の対象となる。  溶解専用転炉や精錬専用転炉で発生するダストは純酸素を供給、例えば上吹きを行っていることから、鉄分の大部分は酸化されている。酸化鉄、例えば酸化第一鉄を還元して溶融するには、純鉄の約４倍の熱量が理論的に必要となる。したがって、酸化鉄を含む塊成化されたダストペレットを予備還元し、還元されたダストペレットを高温状態のままで、例えば溶解専用転炉に高温状態のままでリサイクルする際、用いる還元されたダストペレットの金属化率を迅速に予測ができないと、金属化率の変動により非常に大きな溶解熱量変動があり、溶解専用転炉での炭材、酸素の供給量の予測が不可能であった。
【０００７】
本発明では、ダストペレットの金属化率を迅速に測定する装置、方法を開発することを課題に取り組んできた。これにより、溶解専用転炉での炭材、酸素の供給量の予測が可能となり、溶解専用転炉の石炭原単位の向上、操業安定化も期待できる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は以下の通りである。
（１）酸化鉄、金属鉄を主成分としその他不可避的不純物からなる還元鉄の金属化率を測定する方法において、上記還元鉄を円筒へ充填し、充填された還元鉄を円筒外部からコイルにより一定電圧に励磁した時の電流値と充填された還元鉄の重量から還元鉄の金属化率を演算することを特徴とする還元鉄の金属化率迅速測定方法。
（２）還元鉄の温度により電流値と充填された還元鉄の重量から演算された金属化率に補正を加えることを特徴とする（１）記載の方法。
（３）製鉄所において発生するダストに炭材を内装させて塊成化し、高温加熱炉により還元されたダストペレットを用いることを特徴とする（１）又は（２）記載の方法。
（４）酸化鉄、金属鉄を主成分としその他不可避的不純物からなる還元鉄の金属化率測定装置において、上記還元鉄の重量測定部を備え、上記還元鉄を充填する円筒を備え、上記円筒の外周に上記還元鉄の励磁可能なコイルを備え、上記コイルを励磁する電源を備え、励磁されたコイルの電圧と電流の測定部を備え、上記還元鉄の重量と上記測定された電流値を基に金属化率を演算する演算部を備えたことを特徴とする還元鉄の金属化率迅速測定装置。
（５）還元鉄の温度を測定する温度測定部を備え、測定された温度で還元鉄の重量と電流値を基に演算された金属金属化率を補正する演算部を備えたことを特徴とする（４）記載の装置。
（６）製鉄所において発生するダストに炭材を内装させて塊成化し、高温加熱炉により還元処理されたダストペレットを用いることを特徴とする（４）又は（５）記載の装置。
（７）製鉄所において発生するダストに炭材を内装させて塊成化し、高温加熱炉により還元処理されたダストペレットを次工程である溶解炉に投入する方法において、還元されたダストペレットを（４）乃至（６）のいずれかに記載の装置により金属化率を測定し、測定された金属化率により次工程である溶解炉の炭材、酸素の供給量を決定することを特徴とする還元鉄の金属化率迅速測定装置の使用方法。
（８）製鉄所において発生するダストに炭材を内装させて塊成化し、高温加熱炉により還元処理する方法において、還元されたダストペレットを（４）乃至（６）のいずれかに記載の装置により金属化率を測定し、測定された金属化率により高温加熱炉の操業条件を決定することを特徴とする還元鉄金属化率迅速測定装置の使用方法。
【０００９】
ここで、前記構成の発明の基本原理について詳細に説明する。
本発明における金属化率とは、下記の式にて表現される。
金属化率（％）＝（還元鉄中の金属鉄分）／（還元鉄中の全鉄分）×１００
なお、還元鉄中には鉄以外の炭素や不可避的不純物、たとえばＺｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｓｎなどが０．１wt％程度混入している場合もあるが、本発明においてはこれらが混入していても何ら問題ない。
【００１０】
また、本発明における還元鉄とは、高炉のある一貫製鉄所、冷鉄源材を素材とする一貫製鉄所、電炉プロセス製鉄所、廃車、家電などの産業廃棄処理所等で発生するダストを還元処理した還元鉄であれば、何でも構わない。たとえば、特開２０００−４５０１２号公報に開示されているように、種湯に存在する溶解専用転炉に含鉄冷材、炭材、酸素を供給して、溶解専用転炉での所要種湯量と別の精錬専用転炉での所要精錬量の合計量の高炭素溶鉄を得、この高炭素溶鉄を原料として精錬専用転炉で酸素精錬することにより所要成分の溶鋼を得る転炉製鋼法において、溶解専用炉及び精錬専用炉で発生するダストに炭材を内装させて塊成化し、予備還元炉で高温加熱して内装炭材を還元材として予備還元されたダストペレットなどがある。これらにより得られたダストペレットは、高温状態のままで含鉄冷材の一部として種湯の存在する溶解専用転炉に供給し、再使用する。上記溶解専用転炉の場合のほかに、一般の高炉の鉄鉱石に還元鉄を混入すること、電気炉へ還元鉄を装入して再利用を図ることも本発明の範囲内である。
【００１１】
以下、還元鉄の代表例として、溶解専用炉及び精錬専用炉で発生するダストに炭材を内装させて塊成化し、予備還元炉で高温加熱して内装炭材を還元材として予備還元されたダストペレットを事例に述べる。
図１は、本発明における金属化率測定装置の測定原理の説明図である。まず図１により、本装置の基本構成の説明を行う。ダストペレット１を充填する円筒２に、ソレノイド状にコイル３を施し、このコイル３に安定的な電圧を印加する交流安定化電源４と、その時の電圧、電流を測定する電圧計５、電流計６にて構成されている。また、図２は図１の電気回路説明図であり、図２のｒは、前記コイル３の電気抵抗（Ω）であり、Ｌは同コイルのインダクタンス（Ｈ）を示す。この電気回路に交流電圧Ｖが印加されると、交流回路に流れる回路電流ｉは回路理論により次の（１）式にて表される。
ｉ（電流）＝Ｖ／√｛ｒ2 ＋（ω・Ｌ）2 ｝              …（１）
ω：各周波数（ｒａｄ／ｓ）
【００１２】
次に、なぜ金属化率が測定可能かということについての説明を行う。コイル３により励磁される円筒２の中（以後コイル３内と呼ぶ）に強磁性体を装入すると、強磁性体は非常に磁化され易く、コイル３内の平均的な磁気抵抗Ｒが小さくなる方向に変化する。磁化のされ易さは比透磁率μs で表わされ、この値が大きいほど磁気抵抗Ｒが小さくなる、すなわち、逆比例の関係（Ｒ＝Ｋ1 ／μs 、Ｋ1 は定数）にあることが知られている。また、図２の電気回路中のインダクタンスＬは、磁気抵抗Ｒと逆比例の関係（Ｌ＝Ｋ2 ／Ｒ、Ｋ2 は定数）にあることが知られており、つまりインダクタンスＬと比透磁率μs との関係は、比例の関係  （Ｌ＝Ｋ3 ・μs 、Ｋ3 は定数）にあることが理解できる。よって、（１）式にこの関係を代入すると次の（２）式を得る。
ｉ（電流）＝Ｖ／√｛ｒ2 ＋（ω・Ｋ3 ・μs ）2 ｝      …（２）
【００１３】
上の（２）式の中の各周波数ωは交流安定化電源４の電源周波数が決定すれば定数として取り扱うことができるので、ω・Ｋ3 ＝Ｋ（Ｋは定数）とおくとさらに（２）式から以下の（３）式に変形できる。
ｉ（電流）＝Ｖ／√｛ｒ2 ＋（Ｋ・μs ）2 ｝            …（３）
【００１４】
つまりコイル３内に強磁性体である純鉄を含有するダストペレット１を装入することで、コイル３内の平均的な比透磁率μs が変化することとなり、（３）式からも理解できるように最終的に回路電流ｉの変化として検出が可能となる。しかもダストペレットの純鉄の含有率、すなわち金属化率の変化に対応し比透磁率μs が変化するため、金属化率の測定が可能と予測される。
【００１５】
しかしながら実際に測定を行った結果、回路電流ｉだけでは非常に誤差が大きく、実用に耐えられないことが判明した。これについて、金属化率が同じであってもダストペレットの平均粒径が大きい場合と小さい場合とでは、コイル３内でのダストペレットが占有する容積が異なり、これに伴いコイル３内の平均的な比透磁率μs に変化を及ぼし、その結果大きな誤差を発生させていることに気付いた。よって、コイル３内をダストペレットが占有する容積での補正が必要であることは思い付いたが、容積の測定は簡単に行えないので、本来ならば容積で補正するべきところ我々は母集団の品質は一定であると考え、重量で補正を行うことに着想し、最終的には回路電流ｉと充填するダストペレット重量値補正とで実用に耐えうる金属化率の測定を可能にした。また、予め定量分析による金属化率測定を実施し、上記電流値及び重量値との回帰計算により推定式を求めておくことで精度向上面から非常に望ましいことも判明した。例えば、推定式としては（４）式の様なものが挙げられる。
金属化率（％）＝Ａ  ＋  Ｂ×ｉ  ＋  Ｃ×Ｗ            …（４）
ｉ：電流  、  Ｗ：ダストペレット重量
Ａ，Ｂ，Ｃ：定数（回帰係数）
なお、（４）式は一次式の例であるが、さらに推定精度を良くするため二次以上の式を用いても何ら差し支えない。
【００１６】
なお、本発明の効果を有効に得るためには、ダストペレットの粒径は８〜１２mmが望ましい。好ましくは４〜１４mmである。さらには、ダストペレットの形状は出きるだけ揃えることが望ましい。また、円筒へのダストペレットの装填長さとコイル部円筒長さの比としては６５〜１００％が望ましい。好ましくは３０〜１１５％である。
【００１７】
また、ダストペレット温度の変化による比透磁率μs の変化を考慮し、ダストペレット温度を測定し回路電流ｉと重量値補正により推定された金属化率を補正することで精度向上に関して更に望ましい。
さらには、電源周波数の決定方法については、ダストペレットを均一に励磁するために低周波電源装置を必要とするが、商用周波数で実現することが費用面から見て望ましいと言える。
【００１８】
ここで本発明の装置の構成について説明する。図３は本発明における金属化率測定装置の装置構成の一例である。
本装置は、ダストペレット１の重量を計量する秤量部７を設け、ダストペレット１を充填する円筒２を備え、円筒２の外側には充填されたダストペレットを励磁するコイル３が巻かれている。上記円筒２の素材には非磁性体を採用することが原則であり、塩ビ、プラスチック等が望ましい。好ましくは、銅、鉛等の非磁性体金属でも可能ある。さらに、コイル３を励磁する交流安定電源４を備え、励磁された電圧を測定する電圧計５を備えることにより、交流安定化電源４にて電圧を制御する。また、コイルが励磁された際に電流を測定する電流計６を備える。上記、電流計６、秤量部７からそれぞれ測定された電流値、重量によりダストペレット１の金属化率を計算する演算部９を設けている。
さらには、金属化率の推定精度を良くする場合には、ダストペレット１の温度を測定する温度測定部８を設けることも、本実施範囲内である。
【００１９】
以上の装置により、ダストペレットの金属化率を迅速に測定することが可能となる。
ダストペレットの金属化率を迅速な測定により、溶解専用転炉に高温状態のままでリサイクルする際、溶解専用転炉において必要な炭材、酸素量による予測が可能となった。また、溶解専用転炉の石炭原単位の向上、操業安定化も可能となる。上記溶解専用転炉の場合のほかに、電気炉へダストペレットの再利用の際に必要熱量を予測することも本発明範囲内である。
【００２０】
さらには、ダストペレットの金属化率を迅速な測定により、ダストに炭材を内装させて塊成化し、予備還元炉で高温加熱して内装炭材を還元材として高温加熱炉により還元処理する方法において、上記高温加熱炉の雰囲気、ガス供給量、炉内シール性、ダストの装入方法などの操業条件を決定することも本発明範囲内である。
【００２１】
【実施例】
図３に示すような装置によりダストペレットの金属化率を測定した。
本装置は、ダストペレット１を充填する円筒２を備え、円筒２の外側に充填されたダストペレットを励磁するコイル３が巻かれている。コイル３は交流安定電源４により励磁される。励磁電圧は電圧計５にて測定し、交流安定化電源４は５Ｖにて制御した。予備還元炉で高温加熱して内装炭材を還元材として予備還元されたダストペレットをサンプリングし、そのうち１０個のペレットを秤量部７で計量し、温度測定部８で温度測定したのち、円筒２へ充填し電流計６により電流測定を実施した。これらの測定値は、それぞれ１９．１ｇ、２３℃、４．０８Ａであった。演算部９によりそれぞれの測定値から金属化率９０．５％として測定された。ペレットの計量から金属化率の測定までは１分以内で行われた。この測定値を用いて、溶解炉専用転炉ので石炭原単位を決定し操業した。後日実施した定量分析の結果は、金属化率９０．１％であった。
【００２２】
一方、比較の従来法として、金属化率の測定結果を使用しない場合には、製造された還元鉄（予備還元後のダストペレット）の金属化率において想定されるばらつきの下限の金属化率の値で、石炭原単位を決定して操業した。
本発明法と従来法とを比較すると、溶解専用転炉の石炭原単位を８％削減することができた。また、製造溶銑の組成の変動も少なく、安定した。
【００２３】
【発明の効果】
本発明に係るダストペレットの金属化率を迅速に測定する装置、方法を開発することにより、溶解専用転炉における炭材、酸素量の予測が可能となり、溶解専用転炉の石炭原単位の向上、操業安定化も期待できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における金属化率の測定原理を示す。
【図２】図２の等価回路を示す。
【図３】本発明における装置構成例を示す。
【符号の説明】
１    ダストペレット
２    円筒
３    コイル
４    交流安定電源
５    電圧計
６    電流計
７    秤量部
８    温度測定部
９    演算部
【図１】
0004256578.tif 000002
【図２】
0004256578.tif 000003
【図３】
0004256578.tif 000004