(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転炉床式焼成還元炉内にて、炭材及び酸化鉄の混合原料を造粒したペレットを還元処理して還元鉄ペレットを製造するにあたり（還元炉内においてペレットの表面に酸素含有ガスを吹きつける場合を除く）、原料中の鉄分重量割合を４５〜６５％、かつ炭素分重量割合を酸化鉄として存在する酸素重量割合に対し０．４５〜０．８０の範囲とし、反応温度を１２００〜１４００℃の範囲内の任意の温度で還元処理することにより、当該還元鉄中に金属鉄のネットワークを形成することを特徴とする還元鉄ペレットの製造方法。
【請求項２】
混合原料として、鉄鋼製造工程で発生する鉄分及び炭素分含有ダストを用いることを特徴とする請求項１記載の還元鉄ペレットの製造方法。
【請求項３】
混合原料として、鉄鋼製造工程で発生する鉄分及び炭素分含有ダストを用いると共に、混合原料中に亜鉛分が含まれる場合においては、炭素分重量割合を酸化鉄として存在する酸素重量割合に対し０．５０〜０．８０の範囲とすることを特徴とする請求項１記載の還元鉄ペレットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、還元鉄の製造方法に関し、特に酸化鉄分と炭素源を混合したペレットを回転炉床式焼成還元炉（以下、回転炉床と称す）にて還元する方法に関し、さらに詳しくは、回転炉床にて製造された還元ペレットを経済的に製鉄用溶鉱炉で使用するための還元鉄ペレットの製造技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
還元鉄の製造プロセスとしては、水素ガスによるペレットの直接還元法、流動層によるガス還元法等があるが、安価な石炭エネルギーをベースとする回転炉床法、キルン法、その他を用いる還元鉄ペレットの製造方法は還元鉄の安価な製造方法として有効な技術である。このうち例えば特開平６−２３８２０７号公報に示される、回転炉床法での還元鉄ペレットの製造方法は、生産性、製品歩留まりが高い等の特徴を有し、特に有効な技術である。回転炉床法は、その特徴を活かし、鉄鉱石と石炭を用いた直接還元鉄の製造や、特殊鋼の電気炉ダストの還元に用いられ、製品の還元ペレットは主として電気炉用の鉄原料として用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、還元鉄ペレットの製造においては還元率、金属化率の向上目的が主体であり、還元鉄ペレットの強度を高める技術はなかった。従って、回転炉床法によって製造された還元鉄ペレットは、強度が弱いため電気炉、転炉等での使用に止まっていた。しかしながら、当該ペレットは石炭等の炭素源からの硫黄が還元鉄中に固定されるため、硫黄の含有率が０．１から０．３％以上と高く、転炉等の脱硫能力の小さい製鋼炉では使用量が限られる、炉外での脱硫費用がかかる等の問題が生じていた。従って、当該還元鉄ペレットを安価かつ大量に使用するためには、脱硫能力の大きい溶鉱炉で使用することが求められていた。
【０００４】
一方、溶鉱炉においては、炉内での装入物の崩壊粉化を避けるために、鉄鉱石、焼結鉱、焼成ペレット、コークス等の強度の高い塊状物を装入原料として使用している。一般的に溶鉱炉の装入原料は粒径５ｍｍ以上、圧潰強度５０ｋｇｆ／ｃｍ2 （４．９×１０6 Ｎ／ｍ2 ）以上のものである。
しかしながら、従来の回転炉床法での操業方法で製造された還元鉄ペレットの強度は低く、２０から３０ｋｇｆ／ｃｍ2 程度の圧潰強度しかなかった。その結果、この低強度の還元鉄ペレットを溶鉱炉で使用すると、溶鉱炉内で容易に圧潰粉化してしまい、溶鉱炉ダストとして排出され、鉄原料としての歩留まりが悪いばかりか、発生した粉により溶鉱炉内の通気が悪化し、操業が困難になるといった問題があった。従って、従来法の回転炉床法で製造された還元鉄ペレットを溶鉱炉で直接使用することはできなかった。
【０００５】
この問題を回避するためには、製造した還元鉄ペレットを、さらにホットブリケット装置で圧縮成型した高強度ブリケットを溶鉱炉で使用する方法があるがそのために余分な費用がかかり、経済的ではなかった。
従って、回転炉床法で製造された還元鉄ペレットを溶鉱炉で直接使用できるような高強度の還元鉄ペレットの製造方法が望まれていた。
【０００６】
さらには、還元鉄ペレットの製造原料として、鉄鋼製造工程で発生する鉄分及び炭素分含有ダストを用いることができれば、資源の再利用による廃棄物の低減が図られ、環境面からも切に望まれるものである。このような、ダスト類は、亜鉛分を含むことが多く、そのままの亜鉛含有量にて高炉で使用した場合、高炉炉壁部にて亜鉛系の付着物が成長し、高炉内のガス流れや原料降下に異常を来すといった問題があった。従って、このような鉄鋼製造工程で発生する鉄分及び炭素分含有ダストを原料として製造した還元鉄ペレットの高炉での直接使用においては、強度面に加え、亜鉛分の除去についても考慮しなければならない。
従って、鉄鋼製造工程で発生するダスト、場合により亜鉛分を含むダストを原料として回転炉床法で製造された還元鉄ペレットを、溶鉱炉で直接使用できるような高強度の還元鉄ペレットの製造方法が望まれていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転炉床式焼成還元炉内にて、炭材及び酸化鉄の混合原料を造粒したペレットを還元処理して還元鉄ペレットを製造するにあたり、原料中の鉄分重量割合を４５〜６５％、かつ炭素分重量割合を酸化鉄として存在する酸素重量割合に対し０．４５〜０．８０の範囲とし、反応温度を１２００〜１４００℃の範囲内の任意の温度で還元処理することを特徴とする還元鉄ペレットの製造方法、及び混合原料として鉄鋼製造工程で発生する鉄分及び炭素分含有ダストを用いて造粒したペレットを還元処理して還元鉄ペレットを製造するにあたり、原料中の鉄分重量割合を４５〜６５％、かつ炭素分重量割合を酸化鉄として存在する酸素重量割合に対し０．４５〜０．８０の範囲とし、反応温度を１２００℃から１４００℃の範囲内の任意の温度で還元処理することを特徴とする還元鉄ペレットの製造方法、及び混合原料として、鉄鋼製造工程で発生する鉄分及び炭素分含有ダストを用いると共に、混合原料中に亜鉛分が含まれる場合においては、原料中の鉄分重量割合を４５〜６５％、かつ炭素分重量割合を酸化鉄として存在する酸素重量割合に対し０．５０〜０．８０の範囲とし、反応温度を１２００℃から１４００℃の範囲内の任意の温度で還元処理する還元鉄ペレットの製造方法である。
即ち、本発明においては、回転炉床法で製造した還元鉄ペレットを溶鉱炉にて直接使用する目的にかなった高強度かつ低亜鉛の還元鉄ペレットの経済的な製造技術を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
回転炉床法においては、石炭、コークス、その他の炭素源及び粉鉱石、その他の酸化鉄等を主体とした混合原料に、場合によりベントナイト等のバインダーを添加したものを造粒機にて造粒したペレット（以下、生ペレットと称す）を、回転炉床内にて加熱して、生ペレット内にて、
Ｃ  ＋  Ｆｅt Ｏ  ＝  ＣＯ  ＋  ｔＦｅ
ＣＯ  ＋  Ｆｅt Ｏ  ＝  ＣＯ2 ＋  ｔＦｅ
の反応により、金属鉄を生じる。１０００℃程度からこの反応が始まるが、１２００℃以上では、反応が特に活発になり、回転炉床の生産性が向上するため、一般的には１２００℃以上の反応温度で操業を行っている。
【０００９】
本発明者らは、図１に示す回転炉床の実験炉において、種々の実験を行い、溶鉱炉での使用に耐え得る高強度の還元ペレットの製造方法を研究した結果、混合原料の鉄分含有率、及び、酸化鉄として存在する酸素（以下、被還元酸素と称す）の量に対する炭素比率を所定の範囲にすることにより、所期の目的にあった高強度の還元鉄ペレットを製造する方法を見出した。
図１において、１は発熱体であり、アルミナ管２の炉床に置かれたアルミナボート３の上にペレット４を置いて上下方向から焼成する。アルミナ管の端部は栓でふさがれており、栓の中央を貫通して窒素等の雰囲気ガスを吹き込むガス管５が差し込まれている。６は熱電対であり、レコーダー７を介して装置内の温度を所定の温度に保っている。
【００１０】
本発明者らは、まず鉄分重量割合５０％、被還元酸素の重量割合１６％一定として、炭素重量割合を種々変えて１３００℃の炉内温度にて反応させる実験を行った。その結果、表１に示すように生ペレット炭素重量割合に、反応の還元鉄ペレットの強度を所期の目的である圧潰強度５０ｋｇｆ／ｃｍ2 以上の高強度ペレットにせしめる適性範囲が８から１４％の範囲で存在することを見出した。さらに酸化度の異なる酸化鉄の混合割合を調整することにより、被還元酸素量を変化させて、それらに対する炭素重量割合の適性範囲を詳細に検討した。この結果、図２に示すとおり、生ペレットの被還元酸素量の差にかかわらず、被還元酸素量に対する炭素の比率が０．４５から０．８０なる一定の範囲において圧潰強度５０ｋｇｆ／ｃｍ2 以上の高強度還元鉄ペレットが製造できることを見出した。
【００１１】
【表１】
0003732024.tif 000002
【００１２】
次に、被還元酸素量に対する炭素比率を０．７として鉄分重量割合を変化させた結果、表２に示すとおり、圧潰強度５０ｋｇｆ／ｃｍ2 以上の高強度ペレットを得るためには、鉄分重量割合が４５％以上必要であることを見出した。
また、反応温度の影響を調査するために、鉄分重量割合５０％、被還元酸素量に対する炭素比率を０．７として、反応温度を種々変化させて反応させる実験を行った。その結果、表３に示すように反応温度が１４００℃を越えると、強度の低下が認められ、圧潰強度５０ｋｇｆ／ｃｍ2 に達しないことを見出した。
【００１３】
【表２】
0003732024.tif 000003
【００１４】
【表３】
0003732024.tif 000004
【００１５】
さらに本発明者らは、混合原料として鉄鋼製造工程で発生する鉄分、炭素及び亜鉛分を含有するダスト複数銘柄を用いて、配合調整を行い炭素重量割合を種々変えて１３００℃の炉内温度にて反応させ、還元鉄ペレットの脱亜鉛率を調査する実験を行った。この結果、図３に示すとおり、被還元酸素量に対する炭素の比率が０．５０以下となった所から脱亜鉛率が急激に低下しており、原料ダストからの亜鉛の除去を効率的に行うためには、被還元酸素量に対する炭素の比率を５．０以上として還元能を保持しておくことが望ましいことを見出した。
【００１６】
実験を行った還元鉄ペレットの組織分析を行ったところ、高強度の還元鉄ペレットでは、金属鉄がペレット全体に分布しており、金属鉄のネットワークにより強度が発現していることを見出した。特に、均一に金属鉄のネットワークが形成された還元鉄ペレットでは、圧潰強度が２００ｋｇｆ／ｃｍ2 以上にも達している高強度のものも得られている。一方、生ペレットの炭素含有率が高い条件で生成した低強度還元鉄ペレットは、ペレット内の金属鉄が局所的に粒状となって、還元鉄ペレット全体にわたるネットワークを形成しておらず、その結果、強力な結合が形成されていなかった。この場合の金属鉄は、還元で消費されなかった余剰の残留炭素を固溶した形態であり、融点が下がって１３００℃程度の温度でも溶融化し、小径の粒状鉄となって分離していた。また、炭素含有率の低いもの、鉄分重量割合の低いものは、残留炭素の固溶はないものの、還元鉄ペレット内での金属鉄の存在比率が低く、ネットワークの形成が不十分であった。さらに、温度１４００℃で反応を行ったものは、一部溶融分離が起こっており、強度の弱いスラグ部分の固まりが確認された。
【００１７】
以上より、回転炉床法にて、原料中の鉄分重量割合を４５〜７０％、かつ炭素分重量割合を酸化鉄として存在する酸素重量割合に対し０．４５〜０．８０の範囲の条件を満足することにより、圧潰強度５０ｋｇｆ／ｃｍ2 以上の高強度還元鉄ペレットが製造できると共に、亜鉛分含有原料においては、炭素分重量割合を酸化鉄として存在する酸素重量割合に対し０．５０〜０．８０の範囲の条件を満足することにより、圧潰強度５０ｋｇｆ／ｃｍ2 以上の高強度かつ亜鉛分が効率的に除去された還元鉄ペレットが製造でき、これを溶鉱炉で直接使用できることを、本発明者らは見出した。
【００１８】
【実施例】
本発明で得られた操業条件において、回転炉床法にて操業条件を適正に行った結果、以下に示される高強度の還元鉄ペレットを製造でき、溶鉱炉で使用することができた。
0003732024.tif 000005
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の回転炉床法により、原料中の鉄分重量割合を４５〜６５％、かつ炭素分重量割合を酸化鉄として存在する酸素重量割合に対し０．４５〜０．８０の範囲の条件を満足することにより、圧潰強度５０ｋｇｆ／ｃｍ2 以上の高強度還元鉄ペレットが製造できると共に、亜鉛分含有原料においては、炭素分重量割合を酸化鉄として存在する酸素重量割合に対し０．５０〜０．８０の範囲の条件を満足することにより、圧潰強度５０ｋｇｆ／ｃｍ2 以上の高強度かつ亜鉛分が効率的に除去された還元鉄ペレットが製造でき、これを溶鉱炉で直接使用できることとなり、還元鉄ペレットを溶鉱炉にて直接使用するという目的にかなった高強度の還元ペレットの経済的な製造技術を提供可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実験に用いた電気炉焼成還元装置の概略図である。
【図２】本発明の実験結果による被還元酸素に対する炭素重量比率と還元鉄ペレットの圧潰強度との関係を示した相関図である。
【図３】本発明の実験結果による、被還元酸素に対する炭素重量比率と脱亜鉛率との関係を示した相関図である。
【符号の説明】
１  発熱体
２  アルミナ管
３  アルミナボート
４  ペレット
５  雰囲気ガス導入管
６  熱電対
７  レコーダー
【図１】
0003732024.tif 000006
【図２】
0003732024.tif 000007
【図３】
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