JP2002194410A

JP2002194410A - 回転炉床式還元炉の操業方法、銑鉄の製造方法、および、粒状酸化鉄還元物

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Publication number: JP2002194410A
Application number: JP2001269794A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Ibaraki; 哲治茨城; Shoji Imura; 章次井村; Hiroshi Oda; 博史織田; Seiji Takahashi; 政治高橋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-10-18
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2002-07-10
Anticipated expiration: 2021-09-06
Also published as: JP3732132B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】酸化鉄を原料として、回転炉床式還元炉で圧
潰強度が高い還元鉄ペレットを製造する回転炉床式還元
炉の操業方法、このペレットを高炉で直接使用する銑鉄
の製造方法を提供する。【解決手段】回転炉床式還元炉３で、気孔率が２０〜
３３％、トータル銑の含有比率が４０％以上で、Ｃと、
Ｆｅ等と化学結合しているＯとの、原子モル比率が０．
５〜１．５の粉体で構成される成形体を、１２００℃以
上のガス雰囲気に暴露される時間が下記の式で示される
加熱最低時間：Ｔａの１．０〜３．０倍の範囲で、炉内
ガスの最高温度が１４００℃以下の条件で焼成還元する
回転炉床式還元炉の操業方法。Ｔａ＝０．０４５ｅｘｐ（７，１００／Ｔ）＋０．１２
Ｖ_ｐ１／３［Ｔａ：加熱最低時間（分）、Ｔ：１２００℃以上の炉
内部分の平均ガス温度（Ｋ）、Ｖ_ｐ：成形体の平均容積
（立体ｍｍ）］

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転炉床式還元炉
で、酸化鉄を含む粉から構成される成形体を加熱還元し
て、強度が高い還元鉄の成形体を製造する方法に関す
る。また、還元後に、当該還元鉄の成形体を製鉄用高炉
で使用して、銑鉄を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】還元鉄や合金鉄を製造する金属還元プロ
セスとしては各種のものがあるが、この内で、生産性の
高いプロセスとして、回転炉床法での操業が実施されて
いる。回転炉床法は、固定した耐火物の天井および側壁
の下で、中央部を欠いた円盤状の耐火物の炉床がレール
の上を一定速度で回転する型式の焼成炉（以下、回転炉
と称す）を主体とするプロセスであり、酸化金属の還元
に用いられる。回転炉の炉床直径は１０〜５０メートル
かつ、幅は２〜６メートルである。

【０００３】原料としては、粉状の鉱石や酸化金属ダス
トなどの酸化金属と還元剤としての炭素を用いる。還元
鉄の製造では、ペレットフィード等の微粒の鉄鉱石等が
用いられる。還元剤は炭素を用いるが、還元反応の生じ
る温度である１１００℃程度までに、揮発しない炭素分
（固定炭素）の比率が高いものが望ましい。この様な炭
素源には、粉コークスや無煙炭が良い。

【０００４】原料である酸化金属を含む粉体を炭素を含
む粉体と混合する。さらに、この混合物を成形体にし
て、これを回転炉の炉床上に敷きつめるように供給す
る。回転炉では、炉床が回転していき、炉床上の成形体
は高温の炉内の各部分を移動して、加熱される。この
時、成形体内では、炭素により、酸化金属が還元され
る。回転炉では、成形体が炉床上に静置されていること
から、成形体が炉内で崩壊しづらい利点がある。その結
果、耐火物上に粉化した原料が付着する問題が無く、ま
た、塊の製品歩留が高いと言った長所がある。また、生
産性が高く、安価な石炭系の還元剤や粉原料を使用でき
る、と言った理由から、近年、実施される例が増加して
いる。

【０００５】さらに、回転炉床法は、高炉、転炉、電気
炉から発生する製鉄ダストや圧延工程でのシックナース
ラジの還元と不純物除去の処理にも有効であり、ダスト
処理プロセスとしても使用され、金属資源のリサイクル
に有効なプロセスである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、回転炉
床法での酸化金属の還元方法は、生産性や製造費用の面
で優れており、経済的に金属を製造する方法である。し
かしながら、還元をうまく行う以外に、次工程で利用し
やすい物理的な条件を満たす必要がある。

【０００７】還元された成形体（還元鉄ペレット）はそ
のままでは製品とならないため、次工程での最終還元・
溶解が必要である。特に、回転炉床法で製造した還元鉄
ペレットは、炭素源からの硫黄分が金属鉄に吸収される
ため、還元鉄中の硫黄分は０.１〜０.３％となり、その
ままでは、鉄鋼製品として使用できない。したがって、
最終還元・溶解工程では、脱硫する機能が必要である。
製鉄用高炉は、還元・溶解とともに、脱硫機能を持つこ
とから、製鉄用高炉で還元鉄ペレットと他の原料と混合
して使用し、銑鉄を製造することは経済的な鉄製造の方
法である。

【０００８】ただし、高炉で使用するためには、高強度
の還元鉄ペレットを製造することが重要である。理由は
以下に示すとおりである。高炉の炉内においては、２０
００〜８０００トンもの大量の鉱石類とコークスが積層
されている。その結果、高炉炉内の還元鉄ペレットに
は、大きな力がかかることから、要求される圧潰強度は
５×１０⁶ 〜６×１０⁶N/m²以上と高い。

【０００９】従来の技術においても、例えば、回転炉床
法での高強度の還元鉄ペレットの製造方法は、本発明者
らが出願した特許である特開2000-34526や特開2000-540
34に示されるような方法があった。これらの特許による
操業方法は、高強度の還元鉄ペレットの製造に有効なも
ので、高炉で使用できる還元鉄ペレットの製造には欠か
せない技術である。

【００１０】しかしながら、これらの特許に基づく操業
においても、原料条件や反応条件の細かい管理がなされ
ていない問題があった。つまり、この技術においても、
反応時間の管理が十分でなかった。その結果、場合によ
っては、十分な強度のない還元鉄ペレットができること
もある。また、反応時間の管理が定量的でなく、反応時
間が長すぎて、加熱・還元のエネルギー消費が多すぎる
問題が生じていた。原料成分の条件や回転炉床法の還元
炉の炉内に供給する成形体の大きさ等の条件についても
十分な管理がされていない問題もあった。したがって、
これらの問題を解決する新しい技術が要望されていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題点に鑑みなされたものであり、その要旨とするところ
は、（１）気孔率が２０〜３３％であり、トータル鉄の含有
比率が４０％以上で、かつ、含有されている元素のう
ち、炭素と、鉄、マンガン、ニッケル、亜鉛、および、
鉛と化学結合している酸素との、原子モル比率が０.５
〜１.５の範囲である粉体で構成される成形体を、１２
００℃以上のガス雰囲気に暴露される時間が下記の式で
示される加熱最低時間：Taの1.0〜3.0倍の範囲で、炉内
ガスの最高温度が１４００℃以下の条件で焼成還元する
ことを特徴とする回転炉床式還元炉の操業方法。 Ta= 0.045 exp (7,100/T) + 0.12 Vp^1/3 なお、Ta：加熱最低時間（分）、 T：１２００℃以上の炉内部分の平均ガス温度（K）、 Vp：成形体の平均容積（立方ｍｍ）（２）気孔率が３３〜５５％であり、トータル鉄の含有
比率が４０％以上で、かつ、含有されている元素の内、
炭素と、鉄、マンガン、ニッケル、亜鉛、および、鉛と
化学結合している酸素との原子モル比率が０.５〜１.５
の範囲である粉体で構成される成形体を、１２００℃以
上のガス雰囲気に暴露される時間が下記の式で示される
加熱最低時間：Tbの1.0〜3.0倍の範囲で、炉内ガスの
最高温度が１４００℃以下の条件で焼成還元することを
特徴とする回転炉床式還元炉の操業方法。 Tb = 0.05 exp (7,100/T) + 0.14 Vp^1/3 なお、Tb：加熱最低時間（分）、 T：１２００℃以上の炉内部分の平均ガス温度（K）、 Vp：成形体の平均容積（立方ｍｍ）（３）体積が１００〜１４０００立方ｍｍの成形体を用
いることを特徴とする前記（１）又は（２）記載の回転
炉床式還元炉の操業方法。（４）混在する酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化カル
シウム、酸化マグネシウム、および、酸化燐の合計質量
が全質量の３０％以下であることを特徴とする前記
（１）乃至（３）のいずれかに記載の回転炉床式還元炉
の操業方法。（５）成形体を回転炉床式還元炉の炉床上に平均層数が
２.０以下の状態に積んで、焼成還元することを特徴と
する前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の鉄の製造
方法。（６）前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の方法で
製造された還元鉄を含む粒を製鉄用高炉にて還元溶融す
ることを特徴とする銑鉄の製造方法。（７）回転炉床式還元炉炉内で製造された、含有される
金属鉄の比率が４０質量％以上、かつ、含有炭素が金属
鉄の質量の４％以下であり、混在する酸化珪素、酸化ア
ルミニウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、およ
び、酸化燐分の合計質量が全質量の３５％以下である、
見掛け密度が１.６kg/cm³以上の粒状還元物を、製鉄用
高炉にて還元溶融することを特徴とする銑鉄の製造方
法。（８）平均容積が７０立方ｍｍ以上の粒状還元物を、製
鉄用高炉にて還元溶融することを特徴とする前記（７）
記載の銑鉄の製造方法、および、（９）回転炉床式還元炉炉内で１２００〜１４００℃の
雰囲気温度に暴露されている時間が７分間以上であり、
含有される金属鉄の比率が４０質量％以上、かつ、含有
炭素が金属鉄の質量の４％以下であり、混在する酸化珪
素、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化マグネシ
ウム、および、酸化燐分の合計質量が全質量の３５％以
下である、見掛け密度が１.６kg/cm³以上の粒状酸化鉄
還元物、である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明は、回転炉床式還元炉で、
炭素を還元剤として、酸化鉄を固体状態での還元する還
元炉で高強度の還元鉄ペレットを製造する技術に関する
ものである。本発明を実施する回転炉床法の設備の例を
図１に示し、これをもとに、本発明の方法および装置を
説明する。

【００１３】図１の設備は、原料粉体の成形装置１、成
形体乾燥装置２、回転炉床式還元炉３、還元鉄ペレット
冷却装置４、還元鉄ペレット篩装置５、および、還元鉄
ペレット備蓄ビン６から構成される。また、回転炉床式
還元炉３の断面図を図２に示す。固定された耐火物製の
天井７と炉壁８の下に、車輪１０の上を回転する炉床９
が設置してある。炉壁８には、バーナー１１が複数設置
してあり、火炎１２により、炉内の温度と雰囲気をコン
トロールする。成形装置１で製造された成形体１３は、
炉床上でガス輻射により、加熱されて、還元反応を起こ
す。

【００１４】まず、粉鉄鉱石や転炉ガスダストなどの酸
化鉄を含む粉体とコークス粉などの炭素を含む粉体を混
合する。成形装置１にて、混合された粉体をハンドリン
グしやすい形状に成形する。成形方法は、傾斜した円盤
上で造粒核の周りに粉原料をまぶしながら、球形のペレ
ットを作るパン式造粒機でのペレット製造方法が最も一
般的に行われており、図１の設備でもこれを用いてい
る。また、他の方法としては、圧縮成形するブリケット
製造法や押し出し式の成形方法も行われる場合がある。

【００１５】ここで、成形体は還元炉までの搬送に耐え
られる強度が必要である。パン式造粒機のペレットの場
合では、気孔率が２０から３３％の緻密なものを製造し
て、ペレット強度を高める。また、ブリケット製造法や
押し出し式の成形方法では、気孔率が３０から５５％
で、緻密でない成形体しかできないため、バインダーや
水分の粘着力で強度を高める。

【００１６】酸化鉄と不純物のうち、１２００℃前後の
温度で、一酸化炭素雰囲気の還元性の高い酸化物は、回
転炉床式還元炉３の炉内で炭素によって還元される。炭
素とこれらの酸化鉄を含む酸化物の比率は、炭素の原子
モル数が、これら酸化物中の酸素（活性酸素）の原子モ
ル数に対する比率を０．５〜１．５とすることが望まし
い。理由は以下の通りである。回転炉床法での還元で
は、酸化金属中の酸素と炭素が一酸化炭素を形成する条
件での還元反応が中心である。したがって、炭素と活性
酸素の原子モル比率(以降、炭素当量比と称す)は１.０
を中心基準として、原料配合する。ただし、雰囲気ガス
や温度によっては、一部は二酸化炭素までの反応まで還
元に寄与する場合もある。また、炉内の高温の水蒸気や
二酸化炭素ガスによる炭素の消費が多い場合もあること
から、余剰の炭素が必要な場合もある。つまり、炉内で
の反応条件によっては、炭素当量比を基準の０.５倍ま
で減少させたり、１.５倍まで増加させたりする。な
お、一般的には、還元鉄を製造するための原料に混合し
ている、活性酸素を有する酸化物は、主に、鉄、マンガ
ン、ニッケル、亜鉛、および、鉛の酸化物である。

【００１７】上記の方法で製造した成形体を回転炉床式
還元炉３の炉内で、炉床９上に敷き詰め、焼成還元す
る。成形体を敷き込む層の数は、２層以下が望ましい。
理由は以下の通りである。成形体への熱伝達は、成形体
上部のガスからの輻射と炉床９からの接触・輻射伝熱で
行われる。したがって、層の数が２層までの場合は、成
形体が直接的に受熱できるが、２層以上では中間に入っ
た成形体は、上下の成形体の加熱が進んだ後にしか、加
熱されない。したがって、上下の成形体の還元が終了し
た後も長時間、中間の成形体の還元が終了しない問題が
ある。

【００１８】還元反応は、１１００℃程度で始まり、１
２００℃を超えた時点から盛んに進行するようになる。
したがって、還元帯の炉内ガスは、１２００℃以上であ
ることが必要である。ただし、１４００℃以上となる
と、成形体に混在しているスラグ成分や還元された鉄が
残留炭素と反応して生成した鉄−炭素化合物が溶融す
る。成形体の一部が溶融して、周囲の成形体同士で粘着
したり、炉床９と融着したりする。この結果、成形体が
炉内から排出されなくなる問題があるため、還元温度
は、１２００〜１４００℃の範囲であることが望まし
い。また、１４００℃以上の場合は、スラグ成分と還元
鉄との表面分離が起き、成形体の強度が低下する問題が
起きる。

【００１９】本発明者らは、反応が盛んに行われる条件
である１２００℃以上のガス温度の部分に、成形体が何
分間暴露されるかが、還元反応の進行に対して重要な指
標であるとして、以降の解析を行った。また、この温度
では、ある程度還元反応が進行した時点で、生成した金
属鉄の粒子間の焼結が始まるため、この焼結の進行につ
いての解析を行った。

【００２０】還元反応の進行状態は、一般的に温度によ
り異なる。この酸化鉄と炭素のような単純系の無機反応
では、反応速度は温度に強く支配されている。一般に、
反応速度は、R = A exp(-G/kT) （ここで、Rは反応速度
定数、Aは常数、Gは活性化エネルギー、kはガス定数、T
は絶対温度）で示される。また、還元反応の後に起きる
金属鉄粉の焼結反応の速度も同様の温度依存性がある。
そこで、本発明者らは、回転炉床法の還元帯の炉内温度
と１２００℃以上のガス温度に暴露される時間の酸化鉄
還元率と還元鉄ペレット圧潰強度に対する関係を調査し
た。

【００２１】本発明者らが行った実験では、還元鉄ペレ
ットを高炉で使用するための強度を確保するためには、
還元反応が進行して、金属化率が高くなり、かつ、還元
で生成した金属鉄粉の焼結が進行していることが重要な
条件であることを解明した。そこで、還元鉄ペレットの
強度と還元条件（還元帯の平均ガス温度と１２００℃以
上のガスに暴露される時間）を中心に解析すると、５×
１０⁶N/m²以上の圧潰強度を実現するための加熱最低時
間（Tc）は、 Tc = A exp (7,100/T) + B Vp^1/3 ------ （1）なお、Tc：加熱最低時間（分）、 T：１２００℃以上の炉内部分の平均ガス温度（K）、 Vp：成形体の平均容積（立方ｍｍ）の式で表すことができた。ここで、本発明者らは、この
実験の中で、式（1）の右辺の第２項で示されるよう
に、成形体の大きさでも最低加熱時間が変わることも見
出した。成形体の形がいろいろあるため、大きさを容積
で表現することが望ましく、この式には、成形体の大き
さの指標として容積の影響項を入れた。成形体が大きい
と内部までの加熱時間がかかることなどの現象があるか
ら、この影響が現れた。

【００２２】本発明者らはさらに、 A、Bは、原料であ
る成形体の気孔率で異なる常数であることを見出した。
気孔率が小さく、緻密な成形体であるパン式造粒機で製
造したペレットなどの気孔率が２０〜３３％の成形体
は、反応と焼結が速く進行する結果、下式（2）とな
る。 Ta = 0.045 exp (7,100/T) + 0.12 Vp^1/3 ------ （2）この気孔率の成形体での1200℃以上の雰囲気への暴露時
間と圧潰強度の関係を測定した結果の1例を図３に示
す。この処理では、ガス平均温度１２５０℃、成形体は
径が１２ｍｍ、気孔率が２７％のものを加熱還元した結
果である。図３に示されるように、ガス温度と成形体サ
イズから計算されるTaは、６．２分間であり、また、実
験結果でも、６分間を過ぎれば、還元ペレットの圧潰強
度が、５×１０⁶N/m²を超えていた。

【００２３】また、粒子の充填が粗なもので気孔率が３
３から５５％と大きい成形体は、反応と焼結が遅く、常
数A、Bの大きい、下式（3）となる。 Tb = 0.05 exp (7,100/T) + 0.14 Vp^1/3 ------ （3）つまり、上式で表される加熱最低時間を越える場合は、
いずれも５×１０⁶N/m²以上の還元鉄ペレット圧潰強度
が実現できていた。この条件での実験結果の1例を図4に
示す。図４の結果は、ガス平均温度１２５０℃、成形体
は径が１２ｍｍで、気孔率が４７％のものを加熱還元し
た結果である。ガス温度と成形体サイズから計算される
Tb値である６．８分間の線を示す。この実験結果でも、
６分間以下の加熱還元時間では、強度が不十分であった
が、７分間以上では、還元ペレットの圧潰強度が、５×
１０⁶N/m²を超えていた。

【００２４】ただし、本発明者らは、成形体の体積が１
４０００立方ｍｍ（球に近い形状では２５ｍｍのサイ
ズ）を超えると、原料成形体の強度が低下するととも
に、還元鉄ペレットの形状が異常となって、強度が低下
する現象が時として起きることがあることを、見い出し
た。大きな成形体の場合は、表面の反応が終了してか
ら、中心部の反応が盛んになる。その結果、表面近くの
部分の反応は早期に終了して、すぐに、金属鉄粉間の焼
結が始まる。しかし、内部の還元は遅いため、表面が焼
結した後も、還元反応が進行する。焼成後半には、内部
の還元に伴う一酸化炭素ガスの発生があるが、表面は緻
密になっており、ガス抜けが悪く、内部圧力が上昇し
て、還元鉄ペレットに機械的な欠陥を与える。その結
果、還元鉄ペレットの形状が異常となって、強度が低下
する。

【００２５】成形体の体積が１００立方ｍｍ以下（球に
近い形状では５ｍｍ以下のサイズ）では、成形体が小さ
すぎて、周りの成形体の影に入り、炉内ガスからの輻射
を受けづらい結果、反応が一定の率で進みづらい問題が
あった。この結果、このサイズ以下の成形体では、還元
率と強度が安定しなかった。また、１００立方ｍｍの成
形体は、還元されると、約３０％体積が小さくなる。し
たがって、例えば、高炉で使用する場合は、還元鉄ペレ
ットの体積は、７０立方ｍｍ以上であることが望まし
い。

【００２６】反応と焼結の時間には、操業条件による変
化があり、また、５×１０⁶N/m²ではなく、より高強度
の還元鉄ペレットを製造する必要がある場合は、加熱最
低時間よりも長い時間の焼成が必要な場合もある。な
お、加熱最低時間の３倍までは、還元鉄ペレットの圧潰
強度が向上していくが、これ以上の長時間の焼成では強
度の向上が認められなかった。したがって、原料成形体
を１２００℃以上で焼成還元する時間は、加熱最低時間
の１.０から３.０倍の範囲であることが良い。

【００２７】さらに、本発明者らは、還元鉄ペレットの
成分と圧潰強度の関係を調査した。原料の酸化鉄比率が
高い場合は、いっそう圧潰強度が高くなることを見出し
た。この現象の理由としては、１２００〜１４００℃で
は、金属鉄は物質移動が速いため、還元鉄ペレット中の
金属鉄粉は短時間でも焼結する。このため、金属鉄比率
の還元鉄ペレットの緻密化、強度アップが大きい。一
方、酸化アルミなどの酸化物は物質移動が遅く、この温
度での数分間の加熱では、十分な焼結が進行しない。こ
のため、高金属鉄比率の還元鉄ペレットの強度が高くな
り、低金属鉄比率ものは強度が低い。本発明者らは、還
元鉄ペレットの金属鉄比率が４０％以上の場合には、高
炉利用の限界値である、圧潰強度が５×１０⁶N/m²以上
の還元鉄ペレットを得ることができることを解明した。
また、この強度があれば、トラックや船での長距離輸送
も可能となる。

【００２８】金属鉄比率が４０％以上の還元鉄ペレット
の製造方法は以下のとおりである。まず、トータル鉄
（原料が含む鉄元素の質量比率）が、４０％以上であれ
ば、還元時の酸素と炭素の質量減少を考慮すると、金属
鉄比率が４０％以上の還元鉄ペレットが得られる。本発
明の還元反応では、反応した酸素と炭素が一酸化炭素と
二酸化炭素となって、成形体から放出される。その結
果、還元鉄ペレットの質量は原料成形体の６５〜８０％
となる。原料のトータル鉄４０％を超えていれば、還元
鉄ペレットのトータル鉄比率は５０〜６０％と増える。
さらに、上記に説明した反応条件での鉄の還元率は７０
％程度以上であることから、還元鉄ペレットの金属鉄比
率が４０％以上のものが得られる。

【００２９】ただし、原料成形体の還元を受けない酸化
物（酸化珪素、酸化アルミ、酸化カルシウム、酸化マグ
ネシウム等、以降、スラグ生成物と称す）の比率が多い
場合には、還元後の金属鉄ペレットの強度が低い。本発
明者らは、原料成形体のスラグ生成物比率が３０％を越
す場合は、他の条件が適正であっても、金属鉄ペレット
の強度が５×１０⁶N/m²よりも低いことを解明した。つ
まり、還元鉄の粒子とは異なり、スラグ生成物の物質移
動は遅いため、１２００〜１４００℃の条件では、数分
間の間に、十分な焼結が終了しないことが理由である。
また、原料成形体のスラグ生成物比率が３０％を越す場
合に、還元後の金属鉄ペレットのスラグ生成物比率は３
５％を越える。

【００３０】このような原料を十分な炭素比率の原料を
１２００〜１４００℃の温度で還元反応、および、焼結
させる。焼成時間は、前に述べた加熱最低時間よりも長
い時間が必要であるが、通常の成形体体積、ガス温度、
気孔率などの条件では、７分間以上の１２００℃以上の
ガスへの暴露を行えば、この条件を満たす。

【００３１】また、本発明者らが行った以前の発明であ
る特開2000-34526にも示すように、還元鉄ペレット中の
残留炭素が多い場合に、本発明の条件でも、還元鉄ペレ
ットの強度が低下することを確認した。本発明の操業条
件では、残留炭素質量が金属鉄の質量の４％以上になる
と、還元鉄ペレットの圧潰強度が低下することを解明し
た。これは、金属鉄の炭素溶解量は４％までであり、未
溶解の炭素が、還元鉄ペレット内の粒子間に存在する
と、炭素が金属鉄の焼結結合を妨げることから、強度低
下をもたらすからである。この残留炭素濃度は、前出の
炭素と活性酸素の比率の原料を適正に還元した場合に得
られる。一般的な回転炉床法還元炉では、炭素当量比が
０．５以下であれば、トータル鉄中の金属鉄の比率(金
属化率)が６５％以上となり、強度が高く、還元も進ん
だ還元ペレットを製造できる。一方、炭素当量比が、
１．３を超えるあたりから、反応後に、酸化鉄の還元に
余剰の炭素が発生し始めて、１．５以上では、還元ペレ
ットの残留炭素比率が４質量％以上となり、還元ペレッ
トの強度が所定の目的以下となる。したがって、炭素当
量比は、０．５〜１．５の範囲が良い。

【００３２】以上に説明した操業方法で、還元鉄ペレッ
トを製造すると、還元された鉄粒子が焼結して、還元ペ
レットが締まることから、強度の高いものが得られる
が、この還元鉄ペレットは見掛け比重が１.６〜４.５kg
/cm³の範囲であった。この条件の還元鉄ペレットは５×
１０⁶N/m²以上の圧潰強度を有していた。原料の成形体
の気孔率が低く、緻密であれば、製造された還元鉄ペレ
ットの密度も高かった。還元鉄ペレットの見かけ密度
は、原料成形体の気孔率にも影響される。

【００３３】気孔率が２０から３０％の球形ペレットで
は還元鉄ペレットの見掛け比重が３.０から４.５kg/cm³
であった、また、ブリケットや押し出し成形体では気孔
率が３０から５５％であり、この成形体から作った還元
鉄ペレットの見掛け比重が１.６〜３.５kg/cm³であっ
た。したがって、気孔率は２０から５５％の範囲であれ
ば、緻密で、高強度の還元鉄ペレットを製造することが
できる。なお、通常の経済的な方法では、気孔率が２０
％以下である原料成形体を経済的に製造することは技術
的に困難である。

【００３４】以上に説明した方法で、製造した高温の還
元鉄ペレットを適正な条件で冷却することにより、常温
の還元鉄ペレットを製造する。この還元鉄ペレットは、
長距離の輸送や製鉄用高炉での使用に耐えられるもので
ある。この還元鉄ペレットは、スラグ生成物や硫黄や燐
などの固溶不純物を溶かし、除去するためには、他の高
炉原料と混合して製鉄用高炉で使用することが望まし
い。高炉では、一部残った酸化鉄の還元と溶解を行う。
この時に、スラグ生成物は融体となって、溶融鉄と分離
する。また、硫黄分はスラグ中に移行して、約９０％の
脱硫率が得られる。ここで、製造した銑鉄は、転炉や電
気炉の原料として用いられる。

【００３５】

【実施例】図１に示される回転炉床式還元炉を用いて操
業した結果を示す。この設備は、毎時１５トンの高炉向
け還元鉄ペレットを製造するものである。

【００３６】原料は、微粉の鉄鉱石（ペレットフィー
ド）、転炉ガスダスト、および、粉コークスを混合した
もので、トータル鉄比率が５４％、炭素比率が１４％
で、炭素と活性酸素の原子モル比率が１.０５であっ
た。これをパン式造粒装置１にて、気孔率が２３％の成
形体を製造した。平均粒径は１３ｍｍ（容積１１５０立
方ｍｍ）であった。これを水分１％まで乾燥して、回転
炉床式還元炉３で、加熱帯で加熱された後に、還元帯の
平均ガス温度１３７０℃で１０分間焼成還元した。成形
体の敷き込み層数は１.４であった。ここで得られた還
元鉄ペレットをロータリークーラーで冷却した。この操
業条件で計算された加熱最低時間は、５.４分間である
ことから、この焼成還元時間は加熱最低時間の１から３
倍の範囲以内であった。

【００３７】この操業で得られた還元鉄ペレットは、見
掛け比重が３.１kg/cm³あり、圧潰強度が９．５×１０⁶
N/m²であった。これは高炉で使用できる最低強度の約２
倍であり、他の鉱石や焼結鉱と混合して高炉で使用し
て、溶銑を製造した。

【００３８】一方、比較例として行った操業では、同一
の原料成形体を、１３７０℃で４.３分間、焼成還元し
た。この還元鉄ペレットの圧潰強度は３．７×１０⁶N/m
²であった。これは、高炉で使用できる最低強度を満足
していなかった。

【００３９】

【発明の効果】本発明の操業方法と装置を用いれば、比
較的高い還元率を確保したまま、圧潰強度が高い還元鉄
ペレットを製造することができる。この還元鉄ペレット
は、高炉で直接使用して溶銑を製造でき、また、長距離
の輸送にも耐えられる特徴を持つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の還元用回転炉床法の回転炉とその付帯
の装置からなる全体プロセス例を示す図である。

【図２】回転炉床式の還元炉の断面を示す図である。

【図３】気孔率が２７％であり、直径が１２ｍｍの球形
の成形体を、平均ガス温度１２５０℃で、加熱還元した
場合の１２００℃以上の雰囲気温度に暴露されている時
間と還元ペレットの圧潰強度の関係を示す図である。な
お、図中のプロットに付随する線の長さは、統計的に計
算された誤差を示すものであり、線の長さの範囲は９０
％の確実性を示す。

【図４】気孔率が４７％であり、直径が１２ｍｍの球形
の成形体を、平均ガス温度１２５０℃で、加熱還元した
場合の１２００℃以上の雰囲気温度に暴露されている時
間と還元ペレットの圧潰強度の関係を示す図である。な
お、図中のプロットに付随する線の長さは、統計的に計
算された誤差を示すものであり、線の長さの範囲は９０
％の確実性を示す。

【符号の説明】

１成形装置２成形体乾燥装置３回転炉床式還元炉４還元鉄ペレット冷却装置５還元鉄ペレット篩装置６還元鉄ペレット備蓄ビン７天井８炉壁９炉床１０車輪１１バーナー１２火炎１３成形体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者織田博史君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鐵所内 (72)発明者高橋政治君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鐵所内Ｆターム(参考） 4K001 AA10 BA05 CA23 CA25 DA01 GA02 GA07 HA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気孔率が２０〜３３％であり、トータル
鉄の含有比率が４０％以上で、かつ、含有されている元
素のうち、炭素と、鉄、マンガン、ニッケル、亜鉛、お
よび、鉛と化学結合している酸素との、原子モル比率が
０.５〜１.５の範囲である粉体で構成される成形体を、
１２００℃以上のガス雰囲気に暴露される時間が下記の
式で示される加熱最低時間：Taの1.0〜3.0倍の範囲で、
炉内ガスの最高温度が１４００℃以下の条件で焼成還元
することを特徴とする回転炉床式還元炉の操業方法。 Ta= 0.045 exp (7,100/T) + 0.12 Vp^1/3 なお、Ta：加熱最低時間（分）、 T：１２００℃以上の炉内部分の平均ガス温度（K）、 Vp：成形体の平均容積（立方ｍｍ）
【請求項２】気孔率が３３〜５５％であり、トータル
鉄の含有比率が４０％以上で、かつ、含有されている元
素のうち、炭素と、鉄、マンガン、ニッケル、亜鉛、お
よび、鉛と化学結合している酸素との原子モル比率が
０.５〜１.５の範囲である粉体で構成される成形体を、
１２００℃以上のガス雰囲気に暴露される時間が下記の
式で示される加熱最低時間：Tbの1.0〜3.0倍の範囲で、
炉内ガスの最高温度が１４００℃以下の条件で焼成還元
することを特徴とする回転炉床式還元炉の操業方法。 Tb = 0.05 exp (7,100/T) + 0.14 Vp^1/3 なお、Tb：加熱最低時間（分）、 T：１２００℃以上の炉内部分の平均ガス温度（K）、 Vp：成形体の平均容積（立方mm）
【請求項３】体積が１００〜１４０００立方ｍｍの成
形体を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の回
転炉床式還元炉の操業方法。
【請求項４】混在する酸化珪素、酸化アルミニウム、
酸化カルシウム、酸化マグネシウム、および、酸化燐の
合計質量が全質量の３０％以下であることを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の回転炉床式還
元炉の操業方法。
【請求項５】成形体を回転炉床式還元炉の炉床上に平
均層数が２.０以下の状態に積んで、焼成還元すること
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の
鉄の製造方法。
【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれかに記載
の方法で製造された還元鉄を含む粒を製鉄用高炉にて還
元溶融することを特徴とする銑鉄の製造方法。
【請求項７】回転炉床式還元炉炉内で製造された、含
有される金属鉄の比率が４０質量％以上、かつ、含有炭
素が金属鉄の質量の４％以下であり、混在する酸化珪
素、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化マグネシ
ウム、および、酸化燐分の合計質量が全質量の３５％以
下である、見掛け密度が１.６kg/cm³以上の粒状還元物
を、製鉄用高炉にて還元溶融することを特徴とする銑鉄
の製造方法。
【請求項８】平均容積が７０立方ｍｍ以上の粒状還元
物を、製鉄用高炉にて還元溶融することを特徴とする請
求項７記載の銑鉄の製造方法。
【請求項９】回転炉床式還元炉炉内で１２００〜１４０
０℃の雰囲気温度に暴露されている時間が７分間以上で
あり、含有される金属鉄の比率が４０質量％以上、か
つ、含有炭素が金属鉄の質量の４％以下であり、混在す
る酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化
マグネシウム、および、酸化燐分の合計質量が全質量の
３５％以下である、見掛け密度が１.６kg/cm³以上の粒
状酸化鉄還元物。