Sustainable Recycle Process

化学再生プロセス学分野

Materials Recycling Processes

高度資源利用・環境保全のためのプロセス研究

Professor

Eiki Kasai

Base materials industry are now facing several difficult issues, i.e., demand to reduce CO2 emissions, anddegrading properties and price-fluctuation of the mineral and fuel resources. Our research group is carrying out
the studies to search for new process principles for base metal productions aiming at efficient utilization of lower
grade mineral and fuel resources including recycle materials, and biomass and waste energies. Various unique
ideas have been tried to apply such as high temperature and pressure, and optimum process combinations. In
addition, we are studying innovative material processing technologies, such as new porous and fibrous metalproduction processes.

准教授

村上 太一
Associate Professor

Taichi Murakami

化石燃料レスの鉄鉱石予備処理プロセス
製鉄産業は大量の原燃料を高温で取り扱う産業であり、主要プロセスはそれぞれ極めて高効率だが、トータルのエネルギー使用や CO2 排出シェアーは必然的に高い。主要製鉄プロセスである高炉法では、大部分の鉄鉱石は焼結鉱やペレットのような人工鉱石に予備的に塊成化した後に使用される。これは、適切な粒度と強度や還元性状など物理化学的性質を制御して高炉を安定に操業するためである。

概要

多量の鉄鉱石を 1300℃以上で焼成するため、やはり多量の化石燃料を使用しており、CO2 排出シェアーは我が国全Fig.3 Effect of H2 concentration of the reducing gas on reduction degree of sinterand RDI value.

本研究分野では、資源・エネルギーのハンドリング量お体の約 3 % と見積もられる。化石燃料由来の CO2 排出をよび環境インパクトが大きい基幹素材の製造・リサイクル大幅に削減するため、2009 年より本年度まで日本鉄鋼協れ、様々な対策が行われている。しかし、従来、還元ガスプロセスの高効率化と低環境負荷化を同時達成するための会において、産学共同プロジェクト「低炭素焼結技術原理中の水素濃度が増加した際の影響を詳細に検討した例はな

新しい技術原理を探索する基礎研究として、基幹金属製錬の創成研究会」が進められた。本研究室はその中で主要ない。本研究では、水素含有還元ガスにおける鉄鉱石焼結鉱とリサイクル、有害廃棄物処理など高温反応が関与するプ役割を担っており、廃棄物中非炭素系エネルギーの活用やの還元粉化挙動の定量的評価を試みている。本年度は、ロセスの効率化と環境負荷低減に関する研究を行っていバイオマスチャーの使用法などの研究を進めている。究極Fig.3 に示すように、水素添加により同一還元率におけるる。温室効果ガス削減に関連しては、特に波及効果の大き的には、CO2 排出カウントのない「化石燃料レス焼結（Fig.

粉化率（RDI）が低下することを明らかにした。また、そのい製鉄プロセスの原料自由度の拡大や燃料のグリーン化、3）」の実現を目指したい。

温度依存性について調査した。

廃熱利用などに主眼に置いた研究を進めている。さらに、ポーラス、繊維状金属製造など新しい材料プロセッシング法の開発に関する研究を行っている。

Fig.2 Experimental apparatus for reduction of iron ore - carbon composite underhigh pressure.

学生の活躍

飛躍的増加に伴い資源の劣質化が加速しており、鉄鉱石品・国際会議での発表

位や粒度の低下を還元反応速度向上などのために積極的に

E. Kasai: “Challenging Projects for Low-Carbon

利用する斬新なプロセス開発が必要である。一方、化石燃

Ironmaking: Innovative Blast Furnace, Cokemaking and料由来の CO2 排出削減を達成するためには、熱分解過程でSintering Processes” Asia Steel International Conference

H2 や CO、CH4 などの還元ガスを発生する廃プラスチック

2012, Beijing, China, (Invited)やバイオマスなどの有効利用法の開発も重要である。

K. Fujino (D1), K. Kunitomo, T. Murakami and E. Kasai:

本研究室では、炭材内装鉱コンポジットを使用する低温・“Structure change of sintering bed with metallic iron as

高速製鉄プロセスを実現するため、100 気圧までの超高圧

agglomeration agent”, 4th International Conference on

雰囲気下での鉱石－炭材コンポジットの還元反応挙動や低Fig.1 Methods of reducing CO2 emission from ironmaking process.

温室効果ガス排出量削減と劣質原料対応が
可能な極限製鉄プロセス原理の創生

温高速還元挙動、浸炭溶融の高速化などを検討している。
高圧化はコンポジット内部や周囲での還元ガス滞留量を増加すると共に、コンポジット内の伝熱速度を飛躍的に向上

Fig.3 Proposed iron ore sintering process, which emits no CO2 originated in fossil fuels.

水素利用製鉄のための原料性状評価

Process Development in Iron and Steelmaking (ScanmetIV), Lulea, Sweden
他4件・受賞
葛西栄輝教授：日本鉄鋼協会学術功績賞「鉄鉱石塊成プロするため、還元反応を大幅に促進する。さらに、廃棄物や高炉では、鉄鉱石から粗鉄（銑鉄）を製造するため、石炭バイオマス由来の還元材など揮発成分が多い有機物の低温を乾留して製造されるコークスを主な還元材および熱源とセスに関する研究」（March, 2012）

国内エネルギー使用量のおよそ 15％を占める鉄鋼産業熱分解を抑制するため、還元反応の効率化も期待できる。

して用いており、そのため必然的に大量の CO2 ガスが発生

村上太一准教授：日本鉄鋼協会山岡賞（共同研究賞）「高炉は、良質鉄鉱石資源の枯渇や原燃料価格の高騰に対応しな

本年度は、Fig.2 に示す高圧等速昇温還元装置により、酸する。還元材を部分的に水素で代替することができれば、の還元平衡制御研究会」（March, 2012）

がら CO2 の排出量削減を目指すという難しい問題に直面

化鉄－炭素材コンポジットの高温反応挙動を調査し、炭材生成ガスは H2O となり、その分 CO2 排出量が削減できる。

村上太一准教授：第 33 回本多記念研究奨励賞「温室効果ガしている。製鉄プロセスにおける重要な反応である酸化鉄や鉄鉱石など原料の影響の調査を実施した。さらに、還元一方、高炉上部の低温領域（温度 400 ～ 600℃）
では、鉄鉱ス排出削減と劣質原料の有効利用を可能にする低温・高速還元反応や炭材ガス化反応の低温化による問題解決を実現

後の鉄の溶融促進法として炭材の機能分担利用を提案し、石の還元進行に伴って、鉱物組織内に応力が生じ、粒子が製鉄機構に関する研究」（May, 2012）

する具体的な方法として、高炉への鉱石－炭材コンポジッ

炭素による鉄の低温溶融実現の可能性を示した。

破壊されて粉化する場合がある。特に粉鉱石を予備塊成化

鈴木香織君（B4）：日本鉄鋼協会第 163 回春季講演大会学した焼結鉱で顕著な現象である。これは、還元粉化と呼ば生ポスターセッション優秀賞 (March, 2012）

トの使用が注目されている。また、世界的な鉄鋼生産量の44

Sustainable Recycle Process

Process Engineering Research for Advanced Resource Utilizationand Environmental Conservation

教授 葛西 栄輝

資源循環プロセス学講座

資源循環プロセス学講座

Coexistence Activity Report 2012

アクティビティレポート 201245