(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉鉱石と、揮発分が16％以上でギーセラー流動度が 2DDPM以上の粘結炭である炭材と、を混合し、350〜550 ℃の温度域で19.6〜147.1MPaの成形圧にて熱間成形した後、成形温度範囲で 5分間以上の脱ガス処理を行なうことを特徴とする見掛け密度が2.3〜2.8g/cm3である還元鉄用塊成化物の製造方法。
【請求項２】
粉鉱石と、揮発分が16％以下の非粘結炭および／または加熱により軟化しない炭材に揮発分が16％以上の粘結炭を混合しギーセラー流動度を20DDPM以上にした炭材と、を混合し、350〜550 ℃の温度域で40〜150MPaの成形圧にて熱間成形した後、成形温度範囲で 5分間以上の脱ガス処理を行なうことを特徴とする見掛け密度が2.3〜2.8g/cm3である還元鉄用塊成化物の製造方法。
【請求項３】
粉鉱石と、揮発分が35％以上の非粘結炭または揮発分が40％以上、灰分が 5％以下、硫黄分が 0.3％以下の褐炭である炭材と、を混合し、260〜450 ℃の温度域で20〜150MPaの成形圧にて熱間成形した後、成形温度範囲で 5分間以上の脱ガス処理を行なうことを特徴とする見掛け密度が2.3〜2.8g/cm3である還元鉄用塊成化物の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の方法により製造される、還元後の還元鉄の見掛け密度が2g/cm3以上である還元鉄用塊成化物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭材内装塊成化物中の粉鉱石を還元して還元鉄を製造する技術分野に属し、詳しくは、炭材内装塊成化物の見掛け密度を大きくして還元時間を短縮するとともに還元炉内での還元鉄の再酸化を防止し、さらに還元後の還元鉄の見掛け密度を大きくし製銑、製鋼工程における溶解時間を短縮する還元鉄用塊成化物およびその製造方法の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
還元鉄の製造方法としてはミドレックス法がよく知られており、この方法によれば天然ガスから変成した還元性ガスを羽口から吹き込み、シャフト炉中を上昇させることによって、炉内に充填された鉄鉱石や酸化鉄ペレットを還元して還元鉄を得ることができる。ただし、この方法では燃料としてコストの高い天然ガスを大量に供給する必要がある。
【０００３】
そこで近年では、上記天然ガスに替えて比較的安価な石炭を還元剤として使用することのできる還元鉄製造プロセスが注目されている。例えば、米国特許第3443931 号には、粉鉱石と炭材とを混合してペレット化し、高温雰囲気下で加熱還元することにより還元鉄を製造するプロセスが記載されている。この方法によれば、還元剤が石炭ベースであることの他にも、粉鉱石を直接使用できること、高速還元が可能であること、製品中の炭素含有量を調整することができる等の利点を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このプロセスでは高温還元炉における上面からの輻射熱により塊成化物（ペレット、ブリケット等）を加熱しているので原料層の高さが制限され、したがって、生産性を向上させるには、還元反応の反応速度自体を高める必要がある。しかし、還元鉄用の塊成化物の還元速度は、塊成化物内の伝熱に律速されるため、生産性を向上しようとして、塊成化物内の伝熱限界以上に還元炉の温度を上げると、塊成化物は表面から溶融して炉内での固着や炉体損傷の問題を引き起こす。
【０００５】
還元鉄用の塊成化物は、粉鉱石と還元剤である炭材（石炭など）およびバインダーを混合して、造粒機で粒状化するペレット、あるいは成形機で塊成化するブリケット等がある。これらの方法で成形した還元鉄用の塊成化物は、図14(a) に示すように多孔質体であり炭材と粉鉱石との接触面積は小さく、したがって、熱伝導性が悪く還元速度が低い。還元速度を高める方法として、還元過程で炭材と粉鉱石との接触面積を大きくするために、還元炉内での炭材の軟化溶融時の最高流動度が 0.8以上である炭材内装ペレットが特願平9-174732号に提案されている。
【０００６】
しかし、上記の方法では、塊成化物の成形時にバインダーが必要であり、このバインダーは還元鉄の品位を低下させることにもなる。また、軟化溶融時の最高流動度が高い炭材は揮発分を多く含有しており、この種の炭材を用いることは揮発分が抜ける過程で塊成化物を膨れさせ割れの原因になる。また、図14(a) に示すように多孔質体である塊成化物は見掛け密度が小さく、このため、還元後に生成される還元鉄の見掛け密度も小さくなる。還元鉄の見掛け密度が小さいと、還元鉄の溶解に際して、還元鉄が溶解炉中のスラグ上に浮き、還元鉄の溶解に長時間を要するという問題がある。
【０００７】
また、塊成化物中の粉鉱石は還元がほぼ終了した時点から焼結が始まり、還元鉄は強度が高まる。しかし、操業温度の制約により、還元中の履歴時間が短いと焼結不足となり還元鉄の強度が低く、還元炉からの排出等のハンドリング工程で破壊粉化が起こり、製品歩留りが低下するという問題がある。さらに、還元炉内では、熱源としてバーナーを燃焼させているため、塊成化物の還元により生成された還元鉄の燃焼ガスによる再酸化を防止することも還元鉄中の金属鉄の生産性を高める上からも重要である。この再酸化も焼結不足の還元鉄の方が進み易いといえる。
【０００８】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、塊成化物の見掛け密度を大きくし、塊成化物中の粉鉱石の還元時間を短縮し、しかも焼結を容易にし、還元炉内での還元鉄の再酸化を防止するとともに、さらに還元後の還元鉄の見掛け密度を大きくし、溶解時間を短縮する還元鉄用の塊成化物およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、粉鉱石と、揮発分が16％以上でギーセラー流動度が 2DDPM以上の粘結炭である炭材と、を混合し、350〜550 ℃の温度域で19.6〜147.1MPaの成形圧にて熱間成形した後、成形温度範囲で 5分間以上の脱ガス処理を行なうことを特徴とする見掛け密度が2.3〜2.8g/cm3である還元鉄用塊成化物の製造方法である。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
請求項２に記載の発明は、粉鉱石と、揮発分が16％以下の非粘結炭および／または加熱により軟化しない炭材に揮発分が16％以上の粘結炭を混合しギーセラー流動度を20DDPM以上にした炭材と、を混合し、350〜550 ℃の温度域で40〜150MPaの成形圧にて熱間成形した後、成形温度範囲で 5分間以上の脱ガス処理を行なうことを特徴とする見掛け密度が2.3〜2.8g/cm3である還元鉄用塊成化物の製造方法である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、粉鉱石と、揮発分が35％以上の非粘結炭または揮発分が40％以上、灰分が 5％以下、硫黄分が 0.3％以下の褐炭である炭材と、を混合し、260〜450 ℃の温度域で20〜150MPaの成形圧にて熱間成形した後、成形温度範囲で 5分間以上の脱ガス処理を行なうことを特徴とする見掛け密度が2.3〜2.8g/cm3である還元鉄用塊成化物の製造方法である。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の方法により製造される、還元後の還元鉄の見掛け密度が2g/cm3以上である還元鉄用塊成化物である。
【００１５】
【００１６】
還元剤である炭材は、炭種によって 260℃を超えると乾留反応が始まり軟化溶融し、 550℃を超えると固化する。この温度域で粉鉱石と炭材を混合し加圧成形すると、粉鉱石粒子間の空隙に溶融した炭材が容易に浸入し、粉鉱石同士を強固に連結する。このため、バインダーが不要となり還元鉄の品位を高めることができる。本発明では、この軟化溶融性を有する炭材を用いる。
【００１７】
また、 260〜550 ℃の温度域で熱間成形した塊成化物を、この成形温度範囲で、 5分間以上の脱ガス処理を行うことによって、塊成化物中の炭材からの揮発分を抜き塊成化物の強度を高め、還元中の塊成化物の膨れによる割れを防止することができる。脱ガス処理後の塊成化物の見掛け密度は揮発分が抜けた分、収縮するため、脱ガス処理前の塊成化物の見掛け密度とほとんど変わらない。しかし、脱ガス処理を行うことによって、還元過程での塊成化物の膨れがなくなり還元後の還元鉄の見掛け密度は大きくなる。したがって、還元鉄を溶解する際に、還元鉄の見掛け密度は溶解炉中のスラグの見掛け密度よりも大きくなり、還元鉄は速やかにスラグ中に沈み込み溶解が促進され、溶解時の生産性が向上する。とくに電気炉製錬において効果を発揮する。
【００１８】
揮発分が16％以上、ギーセラー流動度が 2DDPM以上の粘結炭を炭材として用いる場合は、 350〜550 ℃の温度域で熱間成形するが、ギーセラー流動度の最高流動温度に比例させて成形温度を変えることが好ましい。熱間成形時の成形圧力は 19.6MPa以上、147.1MPa以下で行い、成形後の脱ガス処理は成形温度範囲で 5分間以上行なう。なお、脱ガス速度を上げるために、脱ガス・固化槽の温度を上げて、成形温度以上、600 ℃以下の温度範囲で脱ガス処理を行なうこともできる。このようにして、見掛け密度が2.3g/cm3以上の還元鉄用塊成化物を得ることができる。
【００１９】
揮発分が16％以下の非粘結炭および／または加熱により軟化しない炭材を炭材として用いる場合は、揮発分が16％以上の粘結炭と混合し、ギーセラー流動度の加重平均値が20DDPM以上となるように調整した炭材を用い、 350〜550 ℃の温度域で熱間成形するが、ギーセラー流動度の最高流動温度に比例させて成形温度を変えることが好ましい。熱間成形時の成形圧力は 40MPa以上、150MPa以下で行い、成形後の脱ガス処理は成形温度範囲で 5分間以上行なう。なお、脱ガス速度をあげるために、成形温度以上、600 ℃以下の温度範囲で脱ガス処理を行なうこともできる。このようにして、見掛け密度が2.3g/cm3以上の還元鉄用塊成化物を得ることができる。
【００２０】
炭材が、揮発分が35％以上の非粘結炭または揮発分が40％以上、灰分が 5％以下、硫黄分が 0.3％以下の褐炭を炭材として用いる場合は、非粘結炭および褐炭の分解開始温度の 260〜450 ℃の温度域で熱間成形する。熱間成形時の成形圧力は 20MPa以上、150MPa以下で行い、成形後の脱ガス処理は成形温度範囲で 5分間以上行なう。なお、脱ガス速度をあげるために、成形温度以上、500 ℃以下の温度範囲で脱ガス処理を行なうこともできる。また、褐炭の灰分を 5％以下、硫黄分を 0.3％以下に限定した理由は、品位の高い還元鉄を得るためである。このようにして、見掛け密度が2.3g/cm3以上の還元鉄用塊成化物を得ることができる。
【００２１】
したがって、塊成化物中の炭材は粉鉱石に密着し、炭材と鉱石との接触面積が大きくなるとともに、見掛け密度も大きくなる。このため、塊成化物内の熱伝導性も向上し塊成化物中の粉鉱石の炭材による直接還元が促進され、還元時間も短縮される。また、塊成化物の見掛け密度が大きいため、塊成化物内のCO分圧が高められるので、粉鉱石のCOによるガス還元も促進される。
【００２２】
還元促進により、還元炉内の滞留時間が等しい場合は、還元終了後の炉内滞留時間が延び、その分、還元鉄の焼結が促進され還元鉄の強度が増大し、かつ再酸化に対し反応しにくくなる。この結果、還元炉からの排出等のハンドリング工程で、還元鉄の破壊粉化が起こりにくくなり、製品歩留りが向上し、還元鉄中の金属鉄分の酸化減耗が少ない。
【００２３】
塊成化物の原料の加熱混合工程、加圧成形工程および脱ガス工程で発生するガスは、タール質等の重質炭化水素であるので、このガスを回収して還元炉の還元末期ゾーンに吹き込むことによって、還元鉄が触媒となってガス改質が行なわれCO、H2を富化して還元末期ゾーンの雰囲気を還元性に調整し還元鉄の再酸化を防止することができる。このようにして得られた還元後の塊成化物（還元鉄）の見掛け密度は2g/cm3以上である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をさらに詳細に説明する。
図１に本発明に係わる還元鉄の製造プロセスの概念図の一例を示す。図に示すように、まず炭材と鉱石を粉砕機で粉砕する。鉱石と揮発分が16％以下の非粘結炭は74μm 以下の粒子が70％以上になるように粉砕する。揮発分が16％以上の粘結炭、非粘結炭、褐炭は粒度に特に制限はないが、鉱石等との混合状態を良好に保つために 1mm以下に粉砕するのが望ましい。粉砕後の鉱石と炭材の乾燥・予熱に関しては、炭材は水分変動による鉱石との混合時の温度変動を少なくするために、ロータリードライヤーで 200℃以下の温度で乾燥し、付着水分を除去する。一方、鉱石は、炭材と混合した時に目標成形温度になるように、ロータリーキルンで予熱する。
【００２５】
乾燥・予熱した鉱石と炭材の混合には、炭材の一部の過熱を防止するために短時間で混合できるこの業種で常用されている、例えば二軸型のミキサーを用いる。また、ミキサーは成形温度を確保するために保温する。混合後の鉱石と炭材は、押し込み機付き熱間成形用の成形機を用いて塊成化物（ブリケット）に加圧成形する。加圧成形は塊成化物がハンドリングに耐え得るに十分な強度が得られればよく、したがって、成形加圧力は 20MPa以上とする。このようにして成形した塊成化物は、図14(b) に示すように、鉱石粒子間の空隙に溶融した炭材が浸入し、鉱石同士を強固に連結し、また、炭材と鉱石との接触面積も大きくなっている。また、ミキサーと成形機は密閉構造とし、ミキサーおよび成形機で発生するガスをエジェクター等を用いて吸引回収し、回収したガスは還元炉の還元末期ゾーンに吹き込まれ還元ガスとして利用される。
【００２６】
成形後の塊成化物は、炭材には熱可塑性が残り、かつ揮発分が多量に残っている。これをこのまま還元炉に装入すると、揮発分の発生により塊成化物は膨張し、場合によっては亀裂が入り粉化する。これを防止し、塊成化物の強度を高めるために、成形温度付近あるいはそれ以上の温度に保持した脱ガス・固化槽に塊成化物を装入し炭材を固化させ、同時に揮発分も減少させる。揮発分を抜いた塊成化物は、図14(c) に示すように、揮発分が抜けたガス穴（微細な気孔）が認められる。このようにして製造された塊成化物の見掛け密度は2.3g/cm3以上である。したがって、この脱ガス・固化処理は、塊成化物の崩壊を防止し、密度の高い還元鉄を得るために重要な工程である。このようにして得られた塊成化物は脱ガス・固化槽から出た後、篩るわれ、篩上は還元炉に装入され、篩下の粉は原料として再びミキサーに戻される。
【００２７】
ミキサー、成形機、脱ガス・固化槽で発生する炭材の熱分解ガスは、炭化水素が主成分である。これをエジェクターなどにより吸引捕集する。エジェクターには還元炉の排ガスの一部をブロアーで昇圧して用いる。吸引ガスの配管等は 500℃程度に保温し、タール分の付着を防止する。回収した熱分解ガスは還元炉に吹き込まれ、炉内の雰囲気調整の還元ガスとして、また燃料として利用される。
【００２８】
脱ガス・固化槽から排出され、篩にかけられた塊成化物は還元炉に 400〜500 ℃程度の温度でホットチャージされる。ホットチャージされた塊成化物は、バーナーの燃焼による熱などで1200〜1400℃に加熱された炉内で還元される。また、回収した熱分解ガスは、炉内で改質されCO、H2を富化して、還元鉄の金属化率を高める仕上げ還元用に、還元炉の還元末期ゾーンに吹き込まれ還元ガスとして利用する。
【００２９】
還元され還元炉から排出された塊成化物（還元鉄）は空気を遮断したバケットに一旦装入し、その後、鉄源として転炉あるいは電気炉に装入して溶解する。また、還元炉から排出された塊成化物（還元鉄）は熱間で成形し、ホットブリケット還元鉄とすることもできる。
【００３０】
【実施例１】
表１に示す炭材Ａ〜Ｄおよび褐炭と表２に示す粉鉱石を、炭材22％、粉鉱石78％の割合で混合した後、成形温度を変化させて 44MPaの成形圧で体積約3cm3のブリケット (塊成化物) に成形し、見掛け密度の変化を調べた。その結果を図２に示す。表１に示す炭材Ａ〜Ｄは揮発分16％以上の粘結炭である。なお、最高流動度はJIS M8801 に基づいて測定した。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
【表２】
0003754553.tif 000003
【００３３】
図２に示すように、成形温度が高くなるにしたがって見掛け密度が高くなり、最高点に達した後、さらに成形温度が高くなると見掛け密度は急激に低下する。これは成形温度が高くなると炭材からのガス発生が多くなり、ブリケットがこのガス圧力に対抗することと、また、熱分解により炭材が急激に熱可塑性を失うことのためである。褐炭の場合は、熱分解の始まる 250℃付近から加圧成形により見掛け密度が高くなり始め、 450℃を過ぎると見掛け密度が2.3g/cm3以上の塊成化物を得ることができなくなり、場合によっては成形も不可能となる。
【００３４】
成形可能温度範囲および最適成形温度と炭材の揮発分との関係を図３に示す。褐炭を含めて揮発分に比例して最適成形温度（ブリケットの見掛け密度が最も高くなる成形温度）は 400から540 ℃の範囲で変化し、揮発分が高くなるほど成形温度を低くする必要がある。この場合、揮発分が 1％増えるごとに 4.6℃成形温度を下げるのが目安となる。揮発分16％以上の粘結炭について見ると、ギーセラー流動性試験装置で炭材が流動性を保持する温度と時間との関係を図４に示しているが、炭材温度が 550℃になるといずれの炭種も流動性保持時間が 5分以下となる。また、炭材がチャー化すると粘結性を全く失い成形物が得られなくなる。このため加熱から成形に至るまでの流動性保持時間が短いと成形の安定性に欠けるため、実用上は成形温度を 550℃以下にするのが望ましい。
【００３５】
揮発分16％以下の非粘結炭および加熱により軟化しない炭材の場合は、熱可塑性のある炭材と混合して加熱成形することにより高密度のブリケットを得ることができる。図５は、表１に示す炭材Ｃと粉コークスを混合したものを、表２に示す粉鉱石と混合し、成形圧 44MPa、成形温度 450℃で成形したときの炭材混合物の流動度（炭材の最高流動度の加重平均値）とブリケットの圧潰強度との関係を示したものである。図５に示すように、見掛け密度はいずれも2.3g/cm3より高い値を示しているが、圧潰強度は炭材の流動度に強く影響され、回転炉床炉に装入するまでのハンドリングに耐える必要な強度10kg/Pを考慮すると、炭材混合物の流動度は20DDPM(1.3logDDPM)以上が必要である。
【００３６】
揮発分35％以上の非粘結炭および褐炭は粘結炭で用いられる指標では熱可塑性を示すことができない。褐炭などは常温ないしは比較的低い温度で成形した場合、粒子が塑性変形しにくいためかなり高圧で成形してもスプリングバックを起こしブリケットが崩壊することがある。これを 150℃以上の温度で成形するとスプリングバックを起こすことなくブリケットを得ることができ、図２に示すように、温度とともにブリケットの見掛け密度が高くなり、成形温度 260℃以上で見掛け密度2.3g/cm3以上のブリケットが得られるようになる。また、 44MPaの圧力で成形したブリケットの強度は、図６に示すように、成形温度に比例して高くなり、 150℃以上では、いずれも必要とする強度の10kg/P以上の圧潰強度を示した。なお、図６は表１に示す褐炭と表２に示す粉鉱石を、褐炭22％、粉鉱石78％の割合で混合した後、成形温度を変化させて 44MPaの加圧力で体積約3cm3のブリケットに成形したものの圧潰強度を示したものである。
【００３７】
粘結炭に対して、褐炭は灰分、硫黄分の低いものが豊富に存在するので、炭材に褐炭を用いることで、高品位の還元鉄を得ることができる。ちなみに、表１に示す褐炭26％と表２に示す粉鉱石74％を混合し、熱間成形して得られたブリケットを還元して得られた還元ブリケットの性状を表３に示す。表３に示すように、褐炭を用いた場合（表中のＢ）は、粘結炭を用いた場合（表中のＡ）と比較して金属化率は変わらないが、S は約 1/3に低下し還元ブリケットの品質を改善することができる。
【００３８】
【表３】
0003754553.tif 000004
【００３９】
図７に炭種を変えたときの成形圧とブリケットの見掛け密度との関係を、図８に炭種を変えたときの成形圧とブリケットの圧潰強度との関係を示す。図７に示すように、成形圧が 39MPaまでは成形圧とともにブリケットの見掛け密度は急激に増加し、炭種によって見掛け密度は若干異なるが、成形圧 54MPa以上では見掛け密度はほとんど変化しなくなる。炭材に粘結炭を使用する場合は、経済性、生産性を考慮すると見掛け密度2.7g/cm3以上のブリケットを得るには成形圧は39〜88MPa が適当である。また、高い見掛け密度を必要とせず、見掛け密度2.3g/cm3、圧潰強度10kg/P以上を得るには、成形圧は 20MPaあれば十分である（図８参照）。この結果は、粘結炭のみを使用した場合は通常のコークス化と同様に膨張を押さえ過度に多孔質にならなければ、ある程度の強度を確保することができることを示している。一方、熱可塑性を全く示さない粉コークスを粘結炭に混合して使用したときは、粘結炭を粉鉱石および粉コークス粒子と強固に連結させる必要があるために成形圧を高める必要がある。例えば、図８に示すように、表１に示す粉コークス60％と炭材Ｃ40％とを混合した炭材（流動度：30DDPM）を使用した場合は、成形圧は 39MPaを必要とした。
【００４０】
粘結炭は加熱すると軟化し粉鉱石粒子を強固に連結する性質を有するが、この温度ではまだ多量に揮発分を保有しており、この温度で回転炉床炉に装入すると熱可塑性のる炭材は発生ガスによりブリケット内部のガス圧が高くなり、膨張あるいは亀裂を生じて崩壊し、回転炉床炉運転上の問題となるとともに、粉状の還元鉄、見掛け密度の低い還元鉄となる。この現象は、炭材が熱可塑性を保持していると同時に発生ガスがブリケット内部から外部へ放出されにくいために起こる。粘結炭を軟化溶融温度域で保持すると緩やかに炭化が進行し、揮発分の一部がガス化して可塑性を失うとともに炭材部分の強度が高くなる。この時、炭材には揮発分が50％程度残っているが、図14(c) に示すように、脱ガスによる気孔がブリケットに発生し、これ以降回転炉床炉に装入しても揮発分および還元反応に伴う発生ガスはこの気孔から容易にブリケット内部から外部へ放出されるために、膨れや亀裂が発生せず密度の高い還元鉄が得られる。軟化状態保持時間（流動性保持時間）は図４に示したように、温度が高いほど短くなり、 400〜550 ℃の範囲では 3〜40分程度である。したがって、脱ガス処理は成形温度付近で 5分以上40分程度まで行なう必要がある。
【００４１】
【実施例２】
表２に示す化学組成の粉鉱石と表４に示す化学組成の炭材を、粉鉱石78％、炭材22％の割合で混合した後、 450℃に加熱し 39MPaの加圧力で体積 2〜5 cm3 のブリケット (塊成化物) に熱間成形した。また、比較例として、表２および表４に示す化学組成の粉鉱石78％と炭材22％にバインダーとしてベントナイト 1％を外数で添加し、造粒機で体積 2cm3 のペレットに成形した。本発明の熱間成形したブリケットと比較例の乾燥後のペレット（以下、ペレットと言う）について、見掛け密度を比較した。その結果を図９に示す。
【００４２】
【表４】
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【００４３】
図９に示すように、ペレットの見掛け密度は2.0g/cm3であり、これと比較して熱間成形したブリケットの見掛け密度は2.8g/cm3で、約40％大きくなっている。この理由は、前述のように、熱間成形したブリケットは 450℃で軟化溶融した炭材が加圧成形により鉱石粒子間に浸入し、空隙を埋めることによるものである（図14(b) 参照）。
【００４４】
さらに、上記の熱間成形したブリケットを 450℃で、30分間の脱ガス処理を行った。脱ガス処理を行うことにより、熱間成形したブリケット中の炭材から揮発分が抜け、 2〜3 ％（炭材として約10〜15％）減量する。しかし、ブリケットの見掛け密度は、前述のように、脱ガス処理前のブリケットの見掛け密度とほとんど変わらない。これにより炭材部分には気孔が生成し、還元時にブリケット内に発生するガスが抜けやすくなる（図14(c) 参照）。したがって、還元過程におけるブリケット内に発生するガスに起因する膨れによる割れを防止することができる。
【００４５】
次に、見掛け密度と体積を変えた脱ガス処理を行った熱間成形ブリケットとペレットについて、1300℃に保持した還元炉で還元試験を行った。その結果を図10に示す。図から明らかなように、同一体積では塊成化物の見掛け密度が大きくなるにしたがって、還元時間は短くなっている。したがって、見掛け密度が大きくなった分、生産性が向上する。これらを、回転炉床炉で還元した場合の生産性は図11に示すように、塊成化物の見掛け密度に比例して高くなる。図11によれば、塊成化物の見掛け密度が0.1g/cm3大きくなると、回転炉床炉における生産性は 5.5kg/m2h高くなる。したがって、請求項１で塊成化物の見掛け密度を2.3g/cm3以上に限定した理由はここにある。なお、図10の縦軸は粉鉱石が98％還元されるまでの時間（秒）である。また、図11の縦軸は炉床 1m2、 1時間当たりの金属化率の98％還元鉄の生産量(t) である。
【００４６】
図12に還元前の塊成化物の見掛け密度と還元鉄の見掛け密度との関係を示す。図に示すように、還元鉄の見掛け密度は還元前の塊成化物の見掛け密度が大きくなると、それにほぼ比例して大きくなる。また、熱間成形ブリケットに 500℃で30分間の脱ガス処理を行うと、還元過程でのブリケットの膨れがなくなり、還元鉄の見掛け密度は大きくなる。このように、熱間成形したブリケットに脱ガス処理を行うことにより還元鉄の見掛け密度を2g/cm3以上にすることができる。還元鉄の見掛け密度を2g/cm3以上にすることにより、図13に示すように、次工程の還元鉄を溶解する際に、還元鉄の見掛け密度は溶解炉中のスラグの見掛け密度よりも大きくなり、還元鉄は速やかにスラグ中に沈み込み溶解が促進され、溶解時の生産性が向上する。
【００４７】
図13は見掛け密度1.6g/cm3と2.4g/cm3の還元鉄を坩堝で溶解試験した結果である。通常溶融スラグの密度は2g/cm3程度であり、これよりも還元鉄の見掛け密度が小さいと、図13(a) に示すように、還元鉄はスラグの表面に浮き、溶解が遅れる。一方、還元鉄の見掛け密度が溶融スラグの密度よりも大きいと、図13(b) に示すように、還元鉄は速やかにスラグ中に沈み込み溶解が促進される。試験の結果、見掛け密度が1.6g/cm3の場合の還元鉄の溶解速度は 0.5kg/minで、見掛け密度が2.4g/cm3の場合の還元鉄の溶解速度は2kg/min である。このように、還元鉄の見掛け密度を溶解炉中のスラグの見掛け密度よりも大きくすることによって、溶解速度は４倍向上している。したがって、請求項４で還元鉄の見掛け密度を2g/cm3以上に限定した理由はここにある。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明によれば、還元過程での炭材の揮発分に起因する塊成化物の割れを防止し、塊成化物中の粉鉱石の還元時間を短縮し、さらに還元後の還元鉄の溶解時間を短縮することができる塊成化物を得ることができる。また、還元炉内での還元鉄の再酸化も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる還元鉄の製造プロセスの概念図の一例である。
【図２】表１に示す炭材を22％と表２に示す粉鉱石を78％の割合で混合した後、成形温度を変化させて塊成化物に成形したときの、成形温度と塊成化物の見掛け密度との関係を示す図である。
【図３】成形可能温度範囲および最適成形温度と炭材の揮発分との関係を示す図である。
【図４】ギーセラー流動性試験装置で炭材が流動性を保持する温度と時間との関係を示す図である。
【図５】表１に示す炭材Ｃと粉コークスを混合したものを、表２に示す粉鉱石と混合し、成形圧力 44MPa、成形温度 450℃で成形したときの炭材混合物の流動度とブリケットの圧潰強度との関係を示す図である。
【図６】表１に示す褐炭と表２に示す粉鉱石を、褐炭22％、粉鉱石78％の割合で混合し、成形温度を変化させて 44MPaの加圧力で成形したときの成形温度とブリケットの圧潰強度との関係を示す図である。
【図７】炭種を変えたときの成形圧とブリケットの見掛け密度との関係を示す図である。
【図８】炭種を変えたときの成形圧とブリケットの圧潰強度との関係を示す図である。
【図９】本発明の熱間成形したブリケットと比較例の乾燥後の生ペレットについての見掛け密度の比較例を示す図である。
【図１０】見掛け密度の大きさを変えた脱ガス処理を行なった熱間成形ブリケットとペレットについて、1300℃に保持した還元炉で還元試験を行なった結果を示す図である。
【図１１】図10に示した塊成化物を回転炉床炉で還元した場合の生産性を示す図である。
【図１２】還元前の塊成化物の見掛け密度と還元鉄の見掛け密度との関係を示す図である。
【図１３】見掛け密度1.6g/cm3と2.4g/cm3の還元鉄を坩堝で溶解試験した結果を示す図である。
【図１４】塊成化物の内部組織の模式図で、(a) は従来の塊成化物、(b) は本発明の熱間成形塊成化物、(c) は本発明の熱間成形塊成化物の脱ガス処理後の内部組織の模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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