(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鉄ダストから還元鉄を製造するに際して、複数種のダスト及び炭材で構成される混合物のＣａＯ／ＳｉＯ2 を１．４〜１．６とし、且つ混合物の炭素含有量を１０〜２０％に、予め内装せしめた原料から、含炭ペレットを製造し、これを回転炉床方式の焼成炉で１２５０〜１３５０℃の温度で還元処理を行う過程で、ペレット内部で炭材で還元され、粒内物質移動によって凝集したメタリック鉄粒子が、ダストの脈石成分から生成したＦｅＯを含む低融点のスラグ部分から、自然に分離する作用を利用してメタリック鉄粒子を抽出し高品位粒状還元鉄を製造することを特徴とする製鉄ダストからの高品位還元鉄の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄所や精錬所で発生する種々のダストをリサイクルして再資源化を図る際の処理方法に関し、特に、製鉄ダストを原料として還元鉄を製造する場合、還元鉄のＦｅ含有量を高めた高品位還元鉄を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、製鉄所では焼結、高炉、転炉、電気炉等の加工・精錬工程で種々のダストが発生する。これらの工程では加工や精錬に必要な石灰石や珪石等の副原料の添加や燃料として使用する石炭やコークスの灰分が混在する等の結果、不純物がダストに含まれるために鉄含有量が低い。また、プロセスガスに随伴し集塵機で補修回収されるダストが中心であることから極めて微粒である。このため、これらのダストは集積配合し、乾燥、凝似粒化あるいは造粒等の事前処理を行い、主として鉄源工程の焼結、高炉、転炉に酸化鉄の形態でリサイクルされている。しかし、鉱石やスクラップから系内に入る亜鉛酸化物がダスト中に循環濃縮するため、その一部がリサイクルできず廃棄や在庫として貯留されており、脱亜鉛処理が必要となっている。
【０００３】
そこで、ダスト中の亜鉛の除去に関する方法として、高炉ダストのように亜鉛酸化物がダストの細粒部分に偏析している場合は湿式分級法によって高亜鉛濃度ダストと低亜鉛濃度ダストに分別して使用される。また、脱亜鉛法として炭素還元法や鉄還元法が利用されるが、亜鉛を還元除去するためには、亜鉛より酸素親和力の弱いダスト中に含まれる鉄酸化物も同時に還元する必要がある。製鉄ダストの平均鉄含有量は４０〜５０％程度であり、これを原料として還元鉄を製造しても、還元鉄の品位が低い。これらの理由により炭素還元法は経済的プロセスとして競争力に乏しい欠点がある。
【０００４】
一方、製鉄所や精錬所から発生するダストを還元処理して脱亜鉛を行いダストリサイクルをしている従来技術を大別すると、ガス還元法、固体還元法、溶融還元法がある。ガス還元法では、微粉の酸化鉄ダストを流動層で水素あるいはＣＯガスで還元して鉄粉を製造する方法等がある。また、ガス・固体還元法としては、ロータリーキルンを使用してダストと炭材を混合して原料を９００〜１２００℃で還元し、金属化率７０〜８０％の還元鉄を製造する方法であり、炭材を内装したペレットを製造し、ロータリーキルンや回転炉床タイプの焼成炉を使用して還元し金属化率７０〜８０％の還元ペレットを製造する方法であり、また、溶融還元法では、ダスト類に炭材を加えて鉄浴型の溶解炉で溶解し酸素等の高密度エネルギーを用いてスラグ中酸化鉄をスラグ浴に浮遊する炭材や溶銑によって還元し銑鉄を製造する方法。また、シャフト炉型のコークス充填炉に羽口から空気とともに微粉状のダストを吹き込み、コークス充填層で溶融還元を行う方法等がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、製鉄所や精錬所で発生するダストはリサイクルして再資源化されているが、この結果、系内に亜鉛酸化物が次第に循環蓄積し、例えば高炉への酸化亜鉛の装入原単位が許容管理限界に達するとダスト類のこれ以上のリサイクルが進まず、系外に廃棄されるか、系内に不良在庫としてストックされることになる。ダストの積極的なリサイクルを促進する手段として、ダスト類をロータリーキルンや流動層で還元処理を行い、酸化鉄を還元して、その過程で亜鉛酸化物を還元除去する方法が採用されている。しかし、製鉄所で発生するダスト類は高炉や転炉での溶解精錬に必要な生石灰等の副原料やコークス灰分等を含み希釈されるため鉄分が低く、通常の還元処理によって製造される還元鉄は不純物が高く、Ｔ．Ｆｅは７０％程度であり、製鋼用原料として経済的に十分価値のあるものとは言えず、Ｔ．ＦｅやＭ．Ｆｅの向上、還元処理法の改善が求められているのが実状である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解消するために、本発明は、焼結機、高炉、転炉等から発生する製鉄ダスト類を配合するに当たり、還元処理によって低融点開始温度のスラグが生成するように、予めダストの脈石成分の塩基度を適度に調整し、かつコークス等の石炭系炭材を内装した乾燥グリーンペレットを製造する。これを回転炉床タイプの焼成炉で焼成する際、ペレット内部で炭材によって還元され、粒内の物質移動作用によって凝集したメタリック鉄粒子を、同時に生成する低融点スラグ部分から分離せしめるような還元温度や還元時間を設定し還元処理を行うことを特徴とする製鉄ダストからの高品位粒状還元鉄の製造方法にある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
製鉄所で発生する数種のダストと炭材を配合する際、混合物に含まれている、ＣａＯ、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 等の脈石成分の塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ2 を低融点スラグを生成させる範囲として、１．４〜１．６に調整する。これは、塩基度が１．４未満であるとスラグと鉄分とが有効に分離せず、また１．６超であるとスラグの融点が低下し溶融するため、安定的に鉄分との分離が出来なくなるためである。また、微粉コークスや無煙炭等の炭材をカーボン換算で１０〜２０％となるように内装する。これは、１０％未満ではダストを還元するに至らず、また、２０％超ではダストを還元するには余る量であり、このカーボン分はスラグ中に残査として残り、エネルギーとしての役割をしないためである。これらの原料を充分混合し、ベントナイト等のバインダーを加えて、ペレタイザーにて、平均粒径１０ｍｍ程度のグリーンペレットを製造する。
【０００８】
乾燥したグリーンペレットを回転炉床タイプの焼成炉に薄層に装入し、以下の機能が達成できるよう１２５０〜１３５０℃で焼成する。すなわち、ダスト中の酸化鉄は内装された炭材中のカーボンによって還元され、メタリック鉄となり、炭素による浸炭に応じてメタリック鉄の融点が低下し凝集する。一方、脈石成分を含んだ部分は、未還元のＦｅＯと予め調整されているＣａＯ、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 から構成される部分が反応して低融点スラグを生成する。この結果、ペレット内部で相互の物質移動が生じて、表面張力によってメタリック鉄が凝集し、スラグ部分と分離し、粒状還元鉄の状態となる。
【０００９】
回転炉床タイプの焼成炉では装入したペレットは炉床に静置して処理されるので、排出部分では銑滓が分離した、粒状化したメタリック鉄部分と半溶融スラグ部分とが存在し、スクレーパーによって排出される。排出された混合物は冷却され、機械的方法や磁力選別によって分別処理される。勿論、これらの分離した形で、次工程に熱間装入して処理することも可能である。
【００１０】
ダストを原料とするペレットは、高品位鉄鉱石を原料とするペレットと異なり、多量のスラグ成分や不純物を含んでおり、従来の還元処理では鉄含有量の高い高品位還元鉄を得ることは困難であるが、これを低融点のスラグを形成するように配合調整することによって、還元生成したメタリック鉄がペレット内の物質移動により凝集し、粒状化する作用を利用して、本発明に示した還元処理を行うことにより、ダストを原料として高品位還元鉄を製造することが可能である。
【００１１】
【実施例】
以下、実施例を示して、具体的に本発明について説明する。
図１は本発明の高品位粒状還元鉄を製造するための設備フローを示す図である。図１に示すような製造工程に従って、原料貯鉱槽、混練ダストの配合原料に、ベントナイト貯留ホッパーからバインダーとしてベントナイトを外掛１％を加え、ボールミルで粉砕混合し、水分を調整し、ペレタイザーで造粒した後、篩を用いて６ｍｍ〜１８ｍｍ（平均１０ｍｍ）のダストグリーンペレットを製造した。
また、表１に本発明で使用した製鉄所ダストの銘柄とその配合内訳を示す。還元材としてダスト中の含有炭素に加えて、コークス乾式消火設備の集塵機粉（微粒コークス）で調整し、カーボン配合割合は１４．７％とした。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
上記ペレットを回転炉床タイプの焼成炉に装入し、還元処理を行う。ペレットは回転炉床に静置され、回転炉床と共に移動する過程でペレットに内装されている微粉のカーボンによってダスト中の酸化鉄粒子が直接還元反応によって、短時間の間で金属鉄に還元される。回転炉床タイプでの還元鉄製造法と効果的な操業法を確立するために行った小型装置での試験の結果を述べる。すなわち、回転炉床タイプでの適正な操業条件を把握するため、小型装置を使用して行った試験の結果を図２、図３、図４及び表２、表３に示す。
【００１４】
【表２】
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【００１５】
【表３】
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【００１６】
表２は、焼成炉の燃焼バーナーの空気比を０．６〜１．０に変化させ昇熱状況、燃料原単位、金属化率を調べた結果を示しているが、空気比０．６では時間内に昇温せず、０．８の場合は燃料原単位が１．０の場合に比較して４０％以上も増加する。金属化率は若干下がるが空気比は１．０近傍が最も経済的である。
表３は、内装炭材の配合比の影響を調べたものである。カーボン量１０％未満の場合、加熱時間を長くすると酸化する現象が認められる。また、カーボン量２０超の場合、焼成後のペレットに未反応のカーボンが残留し、還元後圧潰強度が低下する。カーボン量１０〜２０％の場合が適正であり脱亜鉛率も高い結果が得られた。
【００１７】
図２に回転炉床内のペレットの層厚と還元後圧潰強度との関係を示したものである。ペレットの層厚を厚くすると、下層部の焼成が不充分で還元反応が充分に進行しないことによる。従って、ペレットの層厚は２０〜３０ｍｍの薄層とする必要がある。上述したバッチ試験結果を参考にして、カーボン量１５％、層厚３０ｍｍ、空気比０．９〜１．０の条件で連続装入を行い、焼成温度を変化させた焼成試験の結果の実施例を表４、表５に示す。表４は、設定操業条件を示したものである。また、表５は、設定操業条件にて還元処理を行った還元鉄の性状を示したものである。
【００１８】
【表４】
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【００１９】
【表５】
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【００２０】
上述のように、回転炉床タイプの焼成炉を使用して、１２５０℃で２２分程度の短時間で金属化率８０％、脱亜鉛率９０％、還元鉄の強度１３６ｋｇ／ｐ、５ｍｍ以上の製品歩留８８％が得られており、製鉄ダストの有効な還元処理による脱亜鉛法であり、ダストのリサイクルを促進する上で有効な手段である。しかし、実施例に示したように、原料を製鉄所で発生する転炉ダスト、焼結ダスト、高炉ダスト等の各種プロセスの廃棄ダストを主原料とする場合、各プロセスで使用される石灰石や生石灰、燃料として使用する石炭系の炭材のアッシュ等が不純物として混入することから、原料の平均鉄含有量は、５０％程度であり、これを原料として製造される還元鉄の鉄含有量は７０％程度であり、製鋼用として使用する場合、スクラップ等と比較して改善の余地がある。
【００２１】
図３は回転炉床方式で還元処理を行い製造された還元鉄の各処理温度におけるＴ−Ｆｅと塩基度の関係を示す図である。この図３に示すように、１２５０℃、１３００℃及び１３５０℃の各処理温度における塩基度は１．４〜１．６の範囲においてＴ．Ｆｅが９０％以上の値を示していることが判る。これに対して、塩基度が１．４未満及び１．６超えるとＴ．Ｆｅの値は９０％以下と低下することが判る。
【００２２】
図４は回転炉床方式で還元処理を行い製造された還元鉄のＴ．Ｆｅ及びＭ．Ｆｅと焼成温度の関係を示す図である。そこで、前述したような配合を行った原料にＣａＯを添加し、塩基度を１．４〜１．６に調整する。この配合原料を直径約１０ｍｍのグリーンペレットとして、回転炉床方式の焼成炉に装入し、焼成温度を１３００℃と高め還元処理を行うと、従来タイプの還元鉄を製造する目的で、同一原料を用いて１１００℃、１２００℃での還元処理を行った結果を比較のために示す。１３００℃で還元処理を行った還元鉄は、還元鉄部分と脈石成分部分が分離しており、還元鉄部分は凝集した粒状である。１１００℃での還元処理を行ったものはペレットの原型を留めており、脈石部分の分離は認められない。１２００℃での還元処理を行ったものは中間の半溶融状態を示している。
【００２３】
このように、本発明の特徴は、回転炉床を利用して原料ペレットを極力静置状態を維持しつつ還元処理を行う際、凝集した粒状還元鉄部分と脈石成分部分を分離せしめ、還元処理終了後、水冷等の冷却処理を行い、機械処理、磁選処理等によって還元鉄部分の品質を著しく改善することにある。また、還元処理における最適温度は、ダストペレットの脈石成分によって決まる、溶着開始温度よりやや高い温度が望ましいが、本実施例では原料ペレットのスラグ部分のＣａＯ／ＳｉＯ2 は１．５６とした場合、還元処理温度は１３００℃が最適であり、初期の目的の初期の目的の高品質粒状還元鉄が製造される。
【００２４】
表６に粒状還元鉄の品質と分離されたスラグ部分の化学性状を示す。この表６から明らかなように、本発明の還元処理を行ってスラグ部分を分離して製造した粒状還元鉄の品位は、塩基度を１．４〜１．６の範囲において、処理温度１２５０〜１３５０℃においては、Ｔ．Ｆｅは９０％以上の高品位となり、一般的な条件で製造した還元鉄の品位と比較して、格段に高い値を示している。
【００２５】
【表６】
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【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によって、製鉄所で発生するダストを原料として鉄含有量を飛躍的に改善した高品位の還元鉄を製造することができる。また、ダストのリサイクルに必要な脱亜鉛を還元処理法を用いて行うに際して、製鋼用原料として、通常使用されるスクラップと比較しても、付加価値の高い還元鉄を製造することができるため、経済的効果が極めて優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高品位粒状還元鉄を製造するための設備フローを示す図、
【図２】回転炉床方式でのペレットの層厚と還元後圧潰強度との関係を示した図、
【図３】回転炉床方式で還元処理を行い製造された還元鉄の各処理温度におけるＴ−Ｆｅと塩基度の関係を示す図、
【図４】回転炉床方式で還元処理を行い製造された還元鉄のＴ．Ｆｅ及びＭ．Ｆｅと焼成温度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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