JP3553873B2 - 還元金属製造用回転式炉床炉及び還元金属の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも酸化金属含有材料と炭素含有還元材料とからなる炭材含有被熱処理物を加熱還元して還元金属を製造する回転式炉床炉に関するものであり、特に炉床の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気炉による鋼材の製造が盛んになるにつれ、その主原料であるスクラップの需給の逼迫や、電気炉での高級鋼製造に対する要請から還元鉄の需要が増大しつつある。
【０００３】
還元鉄を製造するプロセスのひとつとして、粉状の鉄鉱石と粉状の石炭やコークスなどの炭材とを混合して塊成化物、例えばペレットとなし、これを回転炉床炉に装入して高温に加熱することにより鉄鉱石中の酸化鉄を還元して固体状金属鉄を得る方法が注目されている（例えば、特開昭４５−１９５６９号公報、特開平１１−２７９６１１公報など）。
【０００４】
なお、この還元方法は、金属鉄の製造のみでなく、Ｎｉ、Ｃｒ等の非鉄金属をそれらの酸化物から還元して製造するのにも用いることができる。以下、「従来の技術」、「発明の実施の形態」等においては、金属鉄の製造のみについて説明するが、必ずしもこれに限定されるものではなく、他の非鉄金属の製造についても同様に本発明が適用できるものである。
【０００５】
回転炉床炉による還元鉄製造は一例として概略以下のように行われる（図５参照）。
（１） 粉状の鉄酸化物および粉状の炭素質物質を混合して造粒し生ペレットを作る。
（２） この生ペレットを、ペレット内から発生する可燃性揮発分が発火しない程度の温度域に加熱して付着水分を除去し、乾燥ペレット（以下、単にペレットという）とする。
（３） このペレット７を適当な装入装置１３を用いて回転炉床炉１７中に供給して回転炉床１上にペレット層を形成する。
（４） このペレット層を炉内上方に設置したバーナ１７ｃの燃焼により輻射加熱して還元し、金属化を進め還元鉄とする。
（５） この還元鉄を冷却器１８により、還元鉄にガスを直接吹き付けて冷却するか、または水冷ジャケットで間接冷却して機械的にハンドリングできる温度とした後、排出装置１２により炉外へ排出し製品還元鉄を得る。
【０００６】
図６は、上記（４） の工程を説明する回転炉床炉の断面図である。回転炉床１はその下部に多数の車輪１９が取り付けられ、円形に設置された軌道２０上を駆動装置（図示せず）により一定速度で回転するように構成されている。一方、回転炉床１の上方を覆うフード２１は天井２２と側壁２とからなり、地面に固定されている。したがって、回転炉床１がフード２１に対して自由に回転可能としつつ、炉内と外気とのガスを遮断する必要があり、通常、回転炉床１と側壁２との間に水封手段４を設ける場合が多い。水封手段４は、例えば図６に示すように、シールトラフと呼ばれる水を満たした金属製の円形樋を両側壁２の下端に一体に設けるとともに、回転炉床１の両幅端部１ａの下方に下向きの金属製円筒形スカート４ａを炉床１に一体に設け、このスカート４ａの先端がシールトラフ４に接触せずにシールトラフ４内の水４ｂに浸漬されるように構成される。
【０００７】
炉床１は、その上面にペレット７を載置した状態でフード２２に設置されたバーナ１７ｃにより上方から高温で輻射加熱されるため、例えば炉床下面側には断熱性、炉床上面側には耐熱性の不定形耐火物５を積層した構造が採用される。
【０００８】
なお、ペレット７が載置される炉床１上面近傍は、加熱と冷却が短時間ごと（１０〜２０ｍｉｎ程度ごと）に繰り返されるため、通常の耐火物ではスポーリング等により損傷するおそれがある。また、炉床１上面へのペレット７供給時の転動、擦過あるいは落下衝撃等の諸々の要因によりペレット７から発生する粉がペレット７に随伴して炉内１７に混入し、還元されて鉄粉となり炉床１上面に付着物層を形成する。そこで、スポーリング等の心配がなく、付着物層の除去が容易なように、炉床１上面近傍のみは酸化鉄等を主成分とする炉床材で施工されることが多い。
【０００９】
また、図６に示すように、シールトラフ４へのペレット７のこぼれ落ちを回避するため炉床幅端部（炉床の幅方向の端部）１ａぎりぎりまではペレット７は載置されない。そのため、炉床幅端部１ａ耐火物の上面１ｕは、高温のバーナ１７ｃやフード２１の天井２２内面および側壁２内面など炉内からの輻射熱を直接受けて温度が上昇し著しく膨張するのに対して炉床幅端部１ａ耐火物の側面１ｓはこれらの輻射熱を直接受けずあまり膨張しない。そのため、炉床幅端部１ａ耐火物のエッジ部（以下、炉床エッジ部）１ｅには熱歪による大きな応力が発生し、上記焼成不足による低強度と相俟って欠損しやすい。炉床エッジ部１ｅが欠損すると、その欠け落ちた部分がシールトラフ４に落下するだけではなく、その炉床エッジ部１ｅ近傍に載置されるペレット７がシールトラフ４にこぼれ落ちやすくなるため、製品還元鉄の歩留りを悪化させることに留まらず、シールトラフ４の底にスラッジ状に堆積してスカート４ａの先端がその堆積物に埋没し、炉床１の回転を停止させてしまうこともある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、炉床幅端部の耐火物が損傷せず、炭材含有被熱処理物（炭材内装ペレット等）が回転炉床炉の水封手段（シールトラフ）内にこぼれ落ちない炉床構造を提供することにある。また、本発明の目的は、還元金属の歩留りを向上させる還元金属の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項１の発明は、酸化金属含有材料と炭素含有還元材料を含む炭材含有被熱処理物を加熱還元して還元金属を製造する回転式炉床炉であって、前記回転式炉床炉が、前記炭材含有被熱処理物を載置するための炉床と、この炉床全体を上方から覆うフードとを備え、前記炉床上面の両幅端部の上方が前記フードの側壁下端部で覆われており、かつ、この側壁下端部には冷却手段が設けられていることを特徴とする還元金属製造用回転式炉床炉である。ここで、前記炉床上面の両幅端部の上方が、前記フードの側壁下端部で覆われているが、側壁下端部の一部で覆われていればよい。
【００１２】
炉床上面の幅端部の上方をフードの側壁下端部で覆ったことにより幅端部の耐火物が炉内からの輻射熱を直接受けず炉床エッジ部に大きな熱歪が生じないため炉床エッジ部の欠損が起らない。また、側壁下端部に冷却手段を設けたことにより、後述のように、側壁下端部の炉内側エッジ部の熱歪が緩和されこの部分の欠損も生じない。
【００１３】
請求項２の発明は、前記回転炉床炉の回転軸を含む垂直断面において、前記側壁下端部の前記炉床中央側先端（以下、側壁エッジ部）から前記幅端部を見下ろしたときに前記幅端部の何れかの部分が見える最小の俯角をθ（°）とし、前記先端（側壁エッジ部）から、前記最小の俯角となる前記幅端部上の位置までの水平距離をＬ（ｍｍ）としたとき、下記の式（１）および（２）を同時に満たすθとＬとの組み合わせとすることを特徴とする請求項１に記載の還元金属製造用回転式炉床炉である。
【００１４】
Ｌ・ｔａｎθ≧３０ …（１）
Ｌ≧０．１６ θ^２−２．４４ θ＋９２ …（２）
これにより、炉内雰囲気温度が１２００℃程度以下のときエッジ部温度を炉床エッジ部の欠損が起らない十分低い温度とすることができ請求項１の発明の効果を確実に得ることができる。
【００１５】
請求項３の発明は、前記式（２）を、Ｌ≧０．１６ θ^２−２．４４ θ＋９２に替えて、Ｌ≧０．１９ θ^２−２．４４ θ＋１００とする請求項２に記載の還元金属製造用回転式炉床炉である。
【００１６】
これにより、炉内雰囲気温度が１２００℃より高くても１４００℃程度以下であれば炉床エッジ部温度を炉床エッジ部の欠損が起らない十分低い温度とすることができ請求項１の発明の効果を確実に得ることができる。
【００１７】
請求項４の発明は、前記幅端部がその反炉床中央側の幅先端（炉床エッジ部）に向かって上り勾配に傾斜した傾斜面を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の還元金属製造用回転式炉床炉である。
【００１８】
これにより、炭材含有被熱処理物が水封手段（シールトラフ）内にこぼれ落ちないので、炉床の回転を阻害することはない。
【００１９】
請求項５の発明は、前記幅端部がプレキャスト耐火物を焼成したもの又は定形耐火物で形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の還元金属製造用回転式炉床炉である。
【００２０】
これにより、炉外で予め幅端部の耐火物を焼成して十分強度を発現しておけるので、前述の幅端部の耐火物の焼成不足による低強度の問題を回避でき、炉床エッジ部の欠損をより効果的に防止できる。
【００２１】
請求項６の発明は、酸化金属含有材料と炭素含有還元材料を含む炭材含有被熱処理物を加熱還元して還元金属を製造する方法であって、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の還元金属製造用回転式炉床炉の前記炉床上に、前記炭材含有被熱処理物を装入し、加熱還元して還元金属を製造することを特徴とする還元金属の製造方法である。
【００２２】
これにより、炉床エッジ部の欠損が発生しないので、ペレットがシールトラフにこぼれ落ちることなく、還元金属の歩留りを向上させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図１に示す。図１は、図５の焼成部（装入装置１３から炉床の回転方向へ冷却装置１２までの部分）における回転炉床半径方向の垂直断面（例えば図５のＡ−Ａ断面）の側壁近傍の構造を示す図である。なお、側壁近傍の構造は、外周側、内周側とも同様の構造であるので一方のみを示した。炉床１は、幅端部１ａを除いて、下部から上部へ例えば断熱性耐火物層５ａ、耐熱性耐火物層５ｂ、炉床材６の層の順に層状に構成し、幅端部１ａは、例えば断熱性耐火物層５ａの上にプレキャスト耐火物を焼成したもの（以下、プレキャスト焼成耐火物）５ｃの層を設けて構成する。そして、幅端部１ａの上方をフードの側壁２の下端部２ａが近接して一定の重なりを有して覆うように構成する。これにより、幅端部１ａの上面１ｕが炉内特に、炉の上方からの輻射熱を直接受けないので炉床エッジ部１ｅの熱歪が緩和されて炉床エッジ部１ｅの欠損が起りにくくなる。幅端部１ａは必ずしもプレキャスト焼成耐火物５ｃに限定する必要はないが、プレキャスト焼成耐火物５ｃを用いると事前に焼成されて十分な強度が発現しているので炉床エッジ部１ｅの欠損の可能性をより低減できる。また、プレキャスト焼成耐火物５ｃとして、炉床１の外周側と内周側とをそれぞれ円周方向に等分に多数個に分割した形状の型を用意し、この型に不定形耐火物を注入して炉外で成形後、焼成したもの（カーブ（ｃｕｒｂ）煉瓦）を準備しておき、それを炉内に施工するようにすれば、万一いずれかのカーブ煉瓦５ｃが破損しても、炉を冷却後、予備のカーブ煉瓦５ｃと交換するだけで直ぐに操業を再開できるので好ましい。プレキャスト焼成耐火物の替わりに定形耐火物を用いても同様の効果が得られるが、定形耐火物の場合は炉床の形状に合わせるために耐火物を削り込む等の加工作業が発生し、施工コストが高くなることが多いため、一般的にはプレキャスト焼成耐火物が望まれる。これに対して、炉内で幅端部１ａの耐火物を不定形耐火物で施工する方法を用いた場合、炉を冷却後、炉内で破損した部分を不定形耐火物で補修するための時間と、この部分が炉のバーナ１７ｃで焼成されるまでの時間が余分に必要となり、回転炉床炉１７の稼働率が低下するほか、幅端部１ａの耐火物全体を高温で焼成することができないので、炉床の側面１ｓ側等強度が低い箇所ができてしまう。
【００２４】
側壁下端部２ａは例えば不定形耐火物で施工し、冷却手段３として例えば金属製の水冷管を埋設しておく。水冷管３にはアンカー金物３ａを溶接して耐火物表面まで冷却効果が及ぶようにしておくことが好ましい。水冷管３の替わりに例えば箱型の水冷チャネルを用いてもよいし、水の替わりにガスで冷却する方法を用いてもよい。耐火物表面まで冷却することにより耐火物自体の強度が高くなり溶損等による耐火物表面の損耗が防止できる。また、側壁下端部の炉内側表面と下面との温度差が縮小し側壁エッジ部２ｅの熱歪が緩和されこの側壁エッジ部２ｅが欠損することも防止できる。もし、側壁下端部２ａに冷却手段３を設けない場合には、炉内側表面と下面との温度差による熱歪で側壁エッジ部２ｅが欠損し、（Ａ）炉床幅端部１ａを覆う効果が減殺されてしまい、炉床エッジ部１ｅの欠損のおそれが高まる。なお、側壁下端部２ａへの水冷管や箱型水冷チャネル等冷却手段３の埋設は、上記効果に加え、側壁耐火物５の重量を支持する役目をも果たすように構成できるので好ましい。
【００２５】
炉床耐火物の施工は、例えば以下の手順により行えばよい。先ず炉床幅全体にわたる断熱性の定形または不定形の耐火物層５ａを施工し養生・固化後、その上に、炉床幅端部外周および内周全体にプレキャスト焼成耐火物のカーブ煉瓦５ｃを並べて土手（（Ａ）のことであるが、以下、両者の併記を略す）１ａを形成し、内・外周の土手１ａの間に、土手１ａより少し窪ませた状態に耐熱性の不定形耐火物５ｂを施工し、炉をバーナ１７ｃで昇温して不定形耐火物５ｂの乾燥・焼成を行う。土手１ａと焼成後の不定形耐火物５ｂで形成される窪み内に酸化鉄を主成分とする炉床材６を塊状または粉状で充填し、バーナ１７ｃで加熱して焼結させペレット７を載置するための炉床表面を形成する。これにより、スポーリング等による損傷の心配がなく、かつ炉床上面に形成された付着物層が除去しやすく、平坦度が維持できる炉床が得られる。あるいは、不定形耐火物５ｂの施工・養生・固化後にカーブ煉瓦５ｃを施工してもよい。
【００２６】
次に、発明者らは、炉床エッジ部１ｅの欠損は炉床エッジ部１ｅの熱歪によって起り、この熱歪は炉床エッジ部１ｅの温度と密接な関係があることを見出し以下の検討を行った。
【００２７】
図１において、炉床エッジ部１ｅの近傍の温度は、炉床幅端部１ａ近傍の幾何学的な配置によって変わるが、これを直接測定することは困難である。そこで、炉内から炉床１と側壁２との隙間を通って伝わる輻射伝熱と、炉床１上面を伝わる伝導伝熱とを考慮した伝熱計算により炉床エッジ部温度の推定を行った。
【００２８】
図２は、炉内雰囲気温度を、回転炉床炉１７による還元鉄製造としては上限温度に近い１４００℃とし、図１の側壁エッジ部２ｅから炉床エッジ部１ｅを見下ろす俯角θと、側壁エッジ部２ｅから炉床エッジ部１ｅまでの水平距離（＝側壁下端部と炉床上面との重なり長さ；以下、単に重なり長さ）Ｌとをパラメータとして、前記伝熱計算で求めた炉床エッジ部温度をプロットしたものである。また、実際の回転炉床炉（炉床径８．５ｍ、炉床幅１．２５ｍ）で炉床幅端部にアルミナ系キャスタブルのプレキャスト焼成耐火物を用いて俯角θと重なり長さＬとを３通りに変更した炉床構造（後述の実施例のＮｏ．２、４、５の実験に相当）とし、それぞれの炉床構造において炉内雰囲気温度を約１４００℃として還元鉄製造実験を一定期間（２２〜３０日間）実施した後、炉床エッジ部１ｅの欠損の有無を観察し、その結果を図２に併せて示した。図２中、○印は炉床エッジ部１ｅに欠損が発生しなかった場合、×印は炉床エッジ部１ｅに欠損が発生した場合である。この結果から、炉床エッジ部温度を５５０℃程度以下とすれば炉床エッジ部１ｅの欠損が起る可能性が極めて低いことがわかった。炉床エッジ部温度を５５０℃程度以下とするためには、重なり長さＬはできるだけ大きくし、俯角θはできるだけ小さくすることが好ましいが、以下の制約条件を考慮する必要がある。
【００２９】
また、炉床幅端部１ａと側壁下端部２ａとの隙間を小さくしすぎると、この隙間にペレット７が挟まったりして炉床１の回転を阻害する場合があるので、使用されるペレット径が通常５〜２０ｍｍ程度であることを考慮して少なくとも３０ｍｍ程度以上とすることが望ましい。
【００３０】
以上より、炉床エッジ部１ｅの欠損を防止するためには、以下の式（１）〜（２）を同時に満たすことが望ましい。
【００３１】
Ｌ・ｔａｎθ≧３０ …（１）
Ｌ≧０．１９ θ^２−２．４４ θ＋１００ …（２）
ここに、Ｌの単位は（ｍｍ）、θの単位は（°）である。なお、式（２）は、図２から、炉床エッジ部温度が５５０℃となる重なり長さＬと俯角θとの組み合わせを読み取り、これを曲線近似して求めたものである。
【００３２】
図３は、上記の式（１）及び（２）を図示したものである。すなわち、図３の曲線ａより上方が式（１）に、曲線ｂより上方が式（２）にそれぞれ相当する。したがって、曲線ａより上方でかつ曲線ｂより上方の範囲内（曲線上を含む）の任意の点のＬとθとの組み合わせを選択することにより炉床エッジ部１ｅの欠損を防止できることになる。
【００３３】
さらに、重なり長さＬが４００ｍｍ程度以下となるように構成すれば、側壁２の本来の目的である炉の断熱に必要な厚みを確保しつつ、還元鉄の製造に利用されない無駄な炉床面積を最小にでき、炉製作コスト低減等経済上の理由で好ましい。したがって、図３に破線で示した直線ｃより下方がＬ≦４００（ｍｍ）の条件に相当し、この直線ｃと曲線ａ、ｂとで囲まれた、図３の斜線部の範囲内のＬとθとの組み合わせを選ぶことにより、炉床エッジ部１ｅの欠損を防止し、かつ炉製作コスト等も低減できるのでより好ましい。
【００３４】
なお、上記は、回転炉床炉１７による還元鉄製造の炉内雰囲気温度としては上限に近い１４００℃の場合における好ましい条件を示したものであるが、使用する原料性状等、諸々の制約により炉内雰囲気温度を１２００℃程度として操業する場合があり、このような場合には、炉床エッジ部温度は炉内雰囲気温度が１４００℃の場合に比べて低下するため、式（２）の条件は緩やかになる。炉内雰囲気温度を１２００℃として、前述と同様の伝熱計算を行って図２と同様の作図を行い（図示せず）、これより炉床エッジ部１ｅの欠損の起る可能性の低い、エッジ部先端温度が５５０℃以下となる条件として、以下の式（２’）を得た。
【００３５】
Ｌ≧０．１６ θ^２−２．４４ θ＋９２ …（２’）
上記式（１）は、炉内雰囲気温度に係わらず単に幾何学的に定まる制約条件であるので変更はなく、炉内雰囲気温度１２００℃における好ましい重なり長さＬと俯角θとの組み合わせの範囲は、式（１）および（２’）を同時に満たす範囲となる。これを図３に併せて示すと、曲線ｂ’より上方が式（２’）に相当し、曲線ａより上方でかつ曲線ｂ’より上方の範囲（曲線上を含む）となり、炉内雰囲気温度１４００℃の場合よりＬとθとの組み合わせの選択範囲が広がる。
【００３６】
炉内雰囲気温度が使用する原料性状等により異なるので、その場合は、上記の本件発明の技術思想に基づいて適正な炉構造とすることができる。
【００３７】
なお、炉床エッジ部温度はプレキャスト焼成耐火物５ｃの熱伝導度によって多少変化し、また耐火物の材質によって炉床１ｅの欠損が起らない炉床エッジ部温度も若干異なるが、通常用いられる熱伝導度や材質の範囲内のプレキャスト焼成耐火物であれば炉床エッジ部１ｅの欠損を防止する範囲は図３で表すことができる。
【００３８】
炉床幅端部１ａの上面は還元鉄をスクリューやスクレーパーで掻き出しやすいように水平に形成されるのが普通であるが、ペレットがシールトラフにこぼれ落ちるのを防止するため、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、炉床幅端部１ａ上面に炉床エッジ部（幅先端）１ｅに向かって上り勾配の傾斜面１ｋを設けてもよい。傾斜面１ｋの傾斜角度は特に限定されないが、還元後のペレットが排出装置で炉外に排出される側（通常、外周側）でない側（通常、内周側）の炉床幅端部においては、炉内側からこの傾斜面に到達したペレット７が元の炉内側に戻りやすいようにペレット７の安息角以上（例えば２５°以上）とすることが好ましい。さらに、炉床エッジ部１ｅが欠損しにくいように予めこの炉床エッジ部１ｅ近傍を斜めに切り落とした形状（図４（ｃ））やＲを付けた形状（図示せず）などとして応力を分散する形状としておくことが好ましい。なお、これらの炉床幅端部１ａの形状を採用した場合の重なり長さＬと俯角θの定義を図４のそれぞれの図中に併せて示した。すなわち、俯角θは、側壁エッジ部２ｅから炉床幅端部１ａを見下ろしたときに炉床幅端部１ａの何れかの部分が見える最小の俯角である。また、重なり長さＬは、前記最小の俯角θとなる炉床幅端部１ａ上の位置１ｚまでの水平距離である。位置１ｚを重なり長さＬおよび俯角θの定義の基準点としたのは、この位置１ｚより炉内側の部分には炉内からの輻射熱が直接到達するのに対して、この位置１ｚより炉外側の部分には輻射熱が直接届かないので、この位置１ｚが最大の熱歪を生じる場所であるからである。
【００３９】
なお、上記実施の形態においては、炭材含有被熱処理物としてペレットを用いて説明したが、これに限定されるものではなく、ブリケット状、板状、ナゲット状、粉状混合物等であってもかまわない。
【００４０】
【実施例】
炉床径８．５ｍ、炉床幅１．２５ｍの回転炉床炉を用いて、重なり長さＬ、俯角θ、炉床エッジ部（幅先端）へ向かう上り勾配の傾斜面の有無、側壁下端部への水冷管の埋設、および幅端部耐火物の種類・施工法を種々変更した炉床構造において、炉内雰囲気温度を１４００℃または１２００℃とし、それぞれの条件で一定の期間ずつ（約３０日間ずつ）還元鉄製造実験を行った後、炉床エッジ部の損傷の程度およびシールトラフ内のスラッジ量の増分を調査した。その結果を表１にまとめて示す。
【００４１】
【表１】

【００４２】
表１のＮｏ．１の実験においては、従来の炉床幅端部の上方が側壁下端部で覆われていない炉床構造とし、炉床幅端部はアルミナ系キャスタブル（成分：Ａｌ_２Ｏ_３５０質量％、ＳｉＯ_２４５質量％）を炉内で施工（流し込み）して形成した。この場合、炉内雰囲気温度１４００℃で２２日間の操業後、炉床エッジ部が円周にわたり大きく欠損しているのが観察され、シールトラフ内のスラッジ量も著しく増加した。
【００４３】
Ｎｏ．２の実験においては、Ｎｏ．１の実験と同じく、炉床幅端部はアルミナ系キャスタブルを炉内で施工して形成する方法とし、その幅端部の直上を側壁下端部で覆う構造（Ｌ＝１００ｍｍ、θ＝２１°）としたが、側壁下端部には冷却手段を設けなかった。この場合にも、炉内雰囲気温度１４００℃で２２日間の操業後、炉床エッジ部が円周にわたり大きく欠損しているのが認められ、シールトラフ内のスラッジ量も著しく増加し、さらには、側壁エッジ部も円周にわたり大きく欠損しているのが観察された。冷却手段を設けなかったことにより側壁エッジ部が欠損したため炉内からの輻射熱の遮蔽効果がなくなり、炉床エッジ部が欠損したものと想定される。
【００４４】
Ｎｏ．３の実験においては、Ｎｏ．１、２の実験と同じく、炉床幅端部はアルミナ系キャスタブルを炉内で施工して成形する方法とし、その幅端部の直上を側壁下端部で覆う長さ（重なり長さ）をＮｏ．２の実験よりやや長くし、かつ俯角もＮｏ．２の実験よりやや小さく（Ｌ＝２００ｍｍ、θ＝１７°）し、さらに側壁下端部にアンカー金物を溶接した水冷管を埋設した。この場合、炉内雰囲気温度１４００℃で３０日間の操業後にも、炉床エッジ部に若干の亀裂が認められたものの欠損にまではいたらず、また側壁エッジ部にはまったく損傷は見られなかった。さらには、シールトラフ内のスラッジの増加量も大幅に減少した。冷却手段を設けたことにより側壁エッジ部の欠損が防止でき、炉内からの輻射熱の遮蔽効果が機能して炉床エッジ部の欠損も防止され、その結果シールトラフ内へのペレット等のこぼれ落ちが防止できたためと考えられる。
【００４５】
Ｎｏ．４の実験においては、炉床幅端部の耐火物の施工方法のみを、プレキャスト焼成耐火物のカーブ煉瓦（成分：Ａｌ_２Ｏ_３５０質量％、ＳｉＯ_２４５質量％）を施工する方法に変更し、その他の条件はＮｏ．３の実験と同じとした。その結果、炉床エッジ部には亀裂発生等まったく損傷は認められなくなった。炉内で不定形耐火物を施工する方法に比べ、予め炉外で十分に焼成されてエッジ部まで十分強度発現したカーブ煉瓦を用いた効果と考えられる。
【００４６】
Ｎｏ．５の実験においては、Ｎｏ．４の炉床構造よりさらに重なり長さを長くし、俯角を小さく（Ｌ＝２５０ｍｍ、θ＝１４°）し、その他の条件はＮｏ．４の実験と同じとした。この場合にも、Ｎｏ．４の実験とほぼ同様の効果が得られた。Ｎｏ．３〜５の実験結果より、炉内雰囲気温度が１４００℃の場合、重なり長さＬと俯角θとの組み合わせが、前述の式（１）および（２）を同時に満たすとき（＝図３の曲線ａより上方でかつ曲線ｂより上方の範囲内）本発明の効果が確実に得られることが確認できた。
【００４７】
Ｎｏ．６の実験においては、重なり長さＬと俯角θを、図３の曲線ａより上方でかつ曲線ｂより上方の範囲内にはないが、曲線ａより上方でかつ曲線ｂ’より上方の範囲内に存在する（Ｌ＝１５０ｍｍ、θ＝２５°）ように変更し、かつ炉内雰囲気温度を１２００℃に低下させ、その他の条件はＮｏ．４、５の実験と同じとして行った。この場合にも、Ｎｏ．４、５とほぼ同様の効果が得られ、炉内雰囲気温度を１２００℃と低下させた場合には、１４００℃の場合に比べ、Ｌとθの組み合わせ範囲が広がることが確認できた。
【００４８】
Ｎｏ．７の実験においては、重なり長さＬと俯角θをＮｏ．５の実験と同じに戻し、炉床幅端部の最もエッジ部寄りにエッジ部に向かう上り勾配の傾斜面（水平長さ１００ｍｍ、勾配３０°）を設け、その他の条件はＮｏ．４、５と同じとして行った。この場合、炉床エッジ部、側壁エッジ部とも損傷は全く見られないことに加え、シールトラフ内のスラッジ量の増加もほとんど認められなくなった。炉床幅端部にペレットの安息角（２０〜２５°程度）より少し大きい上り勾配の傾斜面を設けたことにより、シールトラフ内へのペレット等のこぼれ落ちがほぼ完全に防止された効果と考えられる。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、炉床上面の幅端部の上方をフードの側壁下端部で近接して覆ったことにより幅端部の耐火物が炉内からの輻射熱を直接受けず炉床エッジ部に大きな熱歪が生じないため炉床エッジ部の欠損が防止できる。また、側壁下端部に冷却手段を設けたことにより、側壁エッジ部の熱歪が緩和されこの部分の欠損も防止できる。
【００５０】
請求項２、３の発明によれば、炉床エッジ部の温度を欠損が起らない十分低い温度とすることができ、上記請求項１の発明の効果を確実に得ることができる。
【００５１】
請求項４の発明によれば、前記幅端部にその幅先端に向かって上り勾配に傾斜した傾斜面を設けたことにより炭材含有被熱処理物がシールトラフ内にこぼれ落ちないので、炉床の回転を阻害することなく、上記請求項１〜３の発明の効果を得ることができる。
請求項５の発明によれば、炉外で予め幅端部の耐火物を焼成して十分強度を発現しておけるので、前述の幅端部の耐火物の焼成不足による低強度の問題を回避でき、エッジ部の欠損をより効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の還元金属製造用回転炉床炉の炉床構造を説明する断面図である。
【図２】重なり長さＬおよび俯角θと、炉床エッジ部温度との関係を示す図である。
【図３】請求項２、３の発明の、重なり長さＬと俯角θとの組み合わせ範囲を示す図である。
【図４】請求項４の発明の、炉床エッジ部方向に向かって上り勾配の斜面を有する炉床構造を説明する断面図である。
【図５】還元鉄製造用回転炉床炉の概略を説明する平面図である。
【図６】従来の還元鉄製造用回転炉床炉の炉床構造を説明する断面図である。
【符号の説明】
１…炉床（回転炉床）、
１ａ…炉床幅端部、１ｅ…炉床エッジ部、１ｋ…傾斜面、
１ｓ…側面、１ｕ…上面、１ｚ…最小俯角となる位置、
２…側壁、
２ａ…側壁下端部、２ｅ…側壁エッジ部、２ｓ…側壁外面最下部、
３…冷却手段（水冷管）、
３ａ…アンカー金物、
４…水封手段（シールトラフ）、
４ａ…スカート、４ｂ…水、
５…耐火物、
５ａ…断熱性耐火物、５ｂ…耐熱性耐火物、
５ｃ…プレキャスト焼成耐火物（カーブ煉瓦）、
６…炉床材、
７…炭材含有被熱処理物（ペレット）、
１０…還元金属（還元鉄）
１２…排出装置、１３…装入装置、
１７…回転炉床炉、１７ｃ…バーナ、１８…冷却器、
１９…車輪、２０…軌道、２１…フード、２２…天井、
Ｌ…重なり長さ、θ…俯角

Claims (6)

1. 酸化金属含有材料と炭素含有還元材料を含む炭材含有被熱処理物を加熱還元して還元金属を製造する回転式炉床炉であって、
   前記回転式炉床炉が、前記炭材含有被熱処理物を載置するための炉床と、この炉床全体を上方から覆うフードとを備え、
   前記炉床の両幅端部の上方が前記フードの側壁下端部で覆われており、
   かつ、この側壁下端部には冷却手段が設けられていることを特徴とする還元金属製造用回転式炉床炉。
2. 前記回転炉床炉の回転軸を含む垂直断面において、
   前記側壁下端部の前記炉床中央側先端から前記幅端部を見下ろしたときに前記幅端部の何れかの部分が見える最小の俯角をθ（°）とし、
   前記先端から、前記最小の俯角となる前記幅端部上の位置までの水平距離をＬ（ｍｍ）としたとき、
   下式１及び２を同時に満たすθとＬとの組み合わせとすることを特徴とする請求項１に記載の還元金属製造用回転式炉床炉。
   式１ Ｌ・ｔａｎθ≧３０
   式２ Ｌ≧０．１６ θ^２−２．４４ θ＋９２
3. 前記式２を、Ｌ≧０．１６ θ^２−２．４４ θ＋９２に替えて、Ｌ≧０．１９ θ^２−２．４４ θ＋１００とする請求項２に記載の還元金属製造用回転式炉床炉。
4. 前記幅端部がその反炉床中央側の幅先端に向かって上り勾配に傾斜した傾斜面を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の還元金属製造用回転式炉床炉。
5. 前記幅端部がプレキャスト耐火物を焼成したもの又は定形耐火物で形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の還元金属製造用回転式炉床炉。
6. 酸化金属含有材料と炭素含有還元材料を含む炭材含有被熱処理物を加熱還元して還元金属を製造する方法であって、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の還元金属製造用回転式炉床炉の前記炉床上に、前記炭材含有被熱処理物を装入し、加熱還元して還元金属を製造することを特徴とする還元金属の製造方法。

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