JP5218196B2

JP5218196B2 - Method for reducing iron oxide-containing substances

Info

Publication number: JP5218196B2
Application number: JP2009073169A
Authority: JP
Inventors: 英昭矢部; 初雄平; 泰高本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2029-03-25
Also published as: JP2010222667A

Description

本発明は、鉄鉱石、ダスト、スラッジ等のヘマタイト状態の酸化鉄を含む酸化鉄含有物質を、製鉄所等における鉄源として利用できるように金属鉄へと還元する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for reducing an iron oxide-containing substance containing iron oxide in a hematite state such as iron ore, dust, sludge, etc. to metallic iron so that it can be used as an iron source in an ironworks or the like.

近年、電磁波の一種であるマイクロ波を照射することによる加熱現象（すなわち電子レンジの技術）を各種工業プロセスに応用しようという試みが各方面で検討されている。マイクロ波加熱は、従来の加熱プロセスと比較した場合、（１）マイクロ波を吸収する物質自身を内部から迅速に加熱すること可能である、（２）マイクロ波を吸収する物質のみを選択して加熱することが可能である、（３）通常の電気炉等による加熱では生じ得ない非熱的効果（マイクロ波による温度上昇以外によると考えられる効果）が発生する等、様々な特徴があるため、従来から検討されていた乾燥分野のみならず、近年では、鉄鉱石を始めとする各種金属酸化物の還元反応へマイクロ波加熱を適用することによって、従来よりも高効率な還元プロセスを確立しようとする検討が盛んに行われている。 In recent years, various attempts have been made to apply a heating phenomenon (ie, microwave oven technology) by irradiating microwaves, which are a kind of electromagnetic waves, to various industrial processes. Compared with the conventional heating process, microwave heating can (1) quickly heat the substance itself that absorbs microwaves from the inside, and (2) select only the substance that absorbs microwaves. Because it has various features such as (3) non-thermal effects that can not be generated by heating with a normal electric furnace, etc. In recent years, not only in the drying field that has been studied, but in recent years, by applying microwave heating to the reduction reaction of various metal oxides including iron ore, let us establish a more efficient reduction process than before. There is a great deal of consideration.

特許文献１には、粉状の鉄酸化物原料に還元剤たる炭剤と炭酸塩を配合してマイクロ波を照射することによって鉄酸化物を還元して鉄粉を製造する方法が提案されている。また、特許文献２には、金属含有材料と還元剤を混合して充填したコンテナへマイクロ波照射し、加えて電気アーク等のエネルギーを付加することによって金属を製造する方法が提案されている。 Patent Document 1 proposes a method for producing iron powder by reducing iron oxide by blending a powdery iron oxide raw material with a carbonizing agent and a carbonate as a reducing agent and irradiating with microwaves. Yes. Further, Patent Document 2 proposes a method for producing a metal by irradiating a container filled with a metal-containing material and a reducing agent with microwaves and additionally applying energy such as an electric arc.

特開平６−２７９８２４号公報JP-A-6-279824 特表２００４−５２６８６４号公報JP-T-2004-526864

佐治他三郎、井住充宏、森本純司、巻野勇喜雄、三宅正司「粉体および粉末冶金」（社）粉体粉末冶金協会、２００７年、Ｖｏｌ．５４、Ｎｏ．８、ｐ５８５Saji et al. Saburo Izumi, Mitsuhiro Izumi, Junji Morimoto, Yukio Makino, Masashi Miyake “Powder and Powder Metallurgy”, Powder Powder Metallurgy Association, 2007, Vol. 54, no. 8, p585

マイクロ波による加熱を実施する場合、被加熱物質（物質そのものが内部から加熱される物質）はマイクロ波を吸収する物質でなくてはならない。酸化鉄にはヘマタイト（酸化第二鉄／Ｆｅ₂Ｏ₃）、マグネタイト（四三酸化鉄／Ｆｅ₃Ｏ₄）、ウスタイト（酸化第一鉄／ＦｅＯ）といった形態が存在するが、ヘマタイトに関してはマイクロ波の吸収性が悪いため、一般的にはそれ単独ではマイクロ波による加熱を行うことが難しいことが知られている。従って製鉄業における主要原料である鉄鉱石の場合、マグネタイトを主成分とする磁鉄鉱であれば何ら問題なくマイクロ波による加熱を行うことが可能であるが、埋蔵量が多く、現在の主流となっているヘマタイトを主成分とする赤鉄鉱、あるいはヘマタイトと同様の３価鉄ベースの水酸化鉄（ゲーサイト／Ｆｅ₂Ｏ₃・３Ｈ₂Ｏ）を主成分とする褐鉄鉱に関しては、基本的にそれ単独ではマイクロ波による加熱を効果的に行うことはできない。また、製鉄所において発生する副産物（高炉ダスト、転炉ダスト、中和スラッジ等）を製鉄原料として再利用することも多く見受けられるが、これらの主成分もヘマタイトあるいはゲーサイトであるため、やはりこれらの副産物についても単独ではマイクロ波によって効果的に加熱することはできない。 When heating by microwaves is performed, the material to be heated (the material itself is heated from the inside) must be a material that absorbs microwaves. There are forms of iron oxide such as hematite (ferric oxide / Fe ₂ O ₃ ), magnetite (triiron tetroxide / Fe ₃ O ₄ ), and wustite (ferrous oxide / FeO). In general, it is known that it is difficult to perform heating by microwaves alone because of poor wave absorption. Therefore, in the case of iron ore, which is the main raw material in the iron and steel industry, heating with microwaves can be carried out without any problem if it is a magnetite mainly composed of magnetite. As for hematite mainly composed of hematite, or limonite composed mainly of trivalent iron-based iron hydroxide (goethite / Fe ₂ O ₃ .3H ₂ O) similar to hematite. Then, heating by microwaves cannot be performed effectively. In addition, by-products generated in steelworks (blast furnace dust, converter dust, neutralized sludge, etc.) are often reused as raw materials for iron making, but since these main components are also hematite or goethite, these are also used. Even the by-products of these products cannot be heated effectively by microwave alone.

そのため、特許文献１および特許文献２においては、ヘマタイトを原料として使用する場合には、マイクロ波の吸収性の高い物質（炭素あるいはマグネタイト等）を別途混合する必要があるものと述べられている。酸化鉄を還元させるためには、いずれにしても還元剤としての炭素を添加する必要があるのは当然であるが、特許文献１によれば、ヘマタイトを良好にマイクロ波加熱を行うためには、酸化鉄の還元のために必要な当量に対して２倍以上の余分な炭素を加える必要があるものと述べられており、還元剤に関わるコストを浪費する観点から問題があった。また、還元反応に何ら寄与しない余分な炭素を酸化鉄と同等以上の温度にまで昇温させることになるため、その分マイクロ波の出力を高める必要があり、結果としてマイクロ波の発生に必要な電力を多量に消費するという問題もあった。 Therefore, in Patent Document 1 and Patent Document 2, it is stated that when hematite is used as a raw material, it is necessary to separately mix a substance having high microwave absorption (such as carbon or magnetite). In any case, it is necessary to add carbon as a reducing agent in order to reduce iron oxide. However, according to Patent Document 1, in order to perform microwave heating of hematite satisfactorily, In addition, it is stated that it is necessary to add more than twice as much extra carbon to the equivalent amount required for the reduction of iron oxide, and there has been a problem from the viewpoint of wasting costs related to the reducing agent. In addition, since excess carbon that does not contribute to the reduction reaction is heated to a temperature equal to or higher than that of iron oxide, it is necessary to increase the microwave output accordingly, and as a result, it is necessary to generate microwaves. There was also a problem of consuming large amounts of power.

また、常温においてはマイクロ波吸収性が悪い物質であっても、温度の上昇に伴ってマイクロ波吸収性が改善される物質が存在することが知られており、一部文献（例えば非特許文献１）においてはヘマタイトもこのような温度依存性の大きな物質であるものと述べられている。そこで特許文献２においては、電気炉加熱等の方法によって被加熱物質をマイクロ波吸収性が向上する臨界温度にまで予熱した後に、マイクロ波による加熱ならびに金属の還元を行う方法も提案されている。しかし、この方法では、金属の還元に必要なマイクロ波加熱によるリアクター以外に何ら還元反応には寄与しない予熱用のリアクターが別途必要になるため、設備コスト、エネルギー消費量のいずれもが大きくなってしまうという問題があった。 Further, it is known that even if a substance has poor microwave absorbability at room temperature, there is a substance that improves microwave absorbability as the temperature rises, and some documents (for example, non-patent documents) In 1), it is stated that hematite is also a substance having such a large temperature dependence. Therefore, Patent Document 2 proposes a method in which a heated material is preheated to a critical temperature at which microwave absorption is improved by a method such as electric furnace heating, and then heating by microwaves and metal reduction are performed. However, this method requires a separate preheating reactor that does not contribute to the reduction reaction in addition to the microwave heating reactor necessary for metal reduction, which increases both the equipment cost and energy consumption. There was a problem that.

本発明の目的は、鉄鉱石等のヘマタイトを主成分とする酸化鉄含有物質を従来よりも効率良く金属鉄レベルにまで還元し、製鉄所等における原料として利用することである。 An object of the present invention is to reduce an iron oxide-containing substance mainly composed of hematite such as iron ore to a metallic iron level more efficiently than before, and use it as a raw material in an ironworks or the like.

上記目的を達成するための本発明の要旨は次の通りである。
（１）ヘマタイト、又はゲーサイトの少なくともいずれかを含む酸化鉄含有物質を、還元ガスとして製鉄所から発生する副生ガスを使用して還元して、前記ヘマタイト又はゲーサイトの一部又は全部をマグネタイトへと変換した還元物質とし、当該還元物質に炭素を含有する還元剤を混合し、得られた混合物にマイクロ波を照射して加熱し、前記混合物に含まれる還元物質中の酸化鉄を、更に還元して少なくとも一部を金属鉄とすることを特徴とする酸化鉄含有物質の還元方法。
（２）前記還元ガスとして製鉄所から発生する高炉ガス（ＢＦＧ）を使用することを特徴とする（１）項に記載の酸化鉄含有物質の還元方法。
（３）前記ガス還元を実施する反応装置として流動床を使用することを特徴とする（１）又は（２）項に記載の酸化鉄含有物質の還元方法。
（４）前記酸化鉄含有物質として、製鉄所から発生する中和スラッジを使用することを特徴とする（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の酸化鉄含有物質の還元方法。 In order to achieve the above object, the gist of the present invention is as follows.
(1) An iron oxide-containing substance containing at least one of hematite or goethite is reduced using a by-product gas generated from a steel mill as a reducing gas , and part or all of the hematite or goethite is reduced. As a reducing substance converted into magnetite, a reducing agent containing carbon is mixed with the reducing substance, the resulting mixture is heated by irradiation with microwaves, and iron oxide in the reducing substance contained in the mixture is changed. A method for reducing an iron oxide-containing substance, characterized in that the iron oxide-containing substance is further reduced to at least part of metallic iron.
( 2 ) The method for reducing an iron oxide-containing substance according to ( 1 ), wherein blast furnace gas (BFG) generated from a steel mill is used as the reducing gas.
( 3 ) The method for reducing an iron oxide-containing substance according to (1) or (2 ), wherein a fluidized bed is used as a reactor for carrying out the gas reduction.
( 4 ) The method for reducing an iron oxide-containing substance according to any one of (1) to ( 3 ), wherein neutralized sludge generated from an iron mill is used as the iron oxide-containing substance.

鉄鉱石等のヘマタイト、ゲーサイトの少なくともいずれかを主成分とする酸化鉄含有物質を効率良く金属鉄レベルにまで還元し、製鉄所等における原料として利用することが可能になる。 It becomes possible to efficiently reduce an iron oxide-containing substance containing at least one of hematite such as iron ore and goethite to a metallic iron level and use it as a raw material in an ironworks or the like.

本発明に関するフローシートである。It is a flow sheet concerning the present invention. 本発明の実施例におけるフローシートである。It is a flow sheet in the example of the present invention. 本発明の実施例におけるフローシートである。It is a flow sheet in the example of the present invention. 比較例におけるフローシートである。It is a flow sheet in a comparative example. 比較例におけるフローシートである。It is a flow sheet in a comparative example.

以下、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を表したフローシートである。
製鉄原料となるヘマタイト（Ｆｅ₂Ｏ₃）、ゲーサイト（Ｆｅ₂Ｏ₃・Ｈ₂Ｏ）の少なくともいずれか（以下、代表して「ヘマタイト」とも呼称する）を主成分とする酸化鉄含有物質１は、最初にガス還元リアクター２へ投入される。ガス還元リアクター２内においては、酸化鉄含有物質１と高温の還元ガス３が反応することによって、ヘマタイトの一部または全部はマグネタイト（Ｆｅ₃Ｏ₄）レベルにまで還元される。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a flow sheet showing an embodiment of the present invention.
An iron oxide-containing substance whose main component is at least one of hematite (Fe ₂ O ₃ ) and goethite (Fe ₂ O ₃ .H ₂ O) (hereinafter also referred to as “hematite”) as a raw material for iron making 1 is initially charged into the gas reduction reactor 2. In the gas reduction reactor 2, the iron oxide-containing substance 1 and the high-temperature reducing gas 3 react to reduce part or all of the hematite to the magnetite (Fe ₃ O ₄ ) level.

ヘマタイトをガスによって還元する場合、マグネタイト、ウスタイト（ＦｅＯ）、金属鉄（Ｆｅ）のどのレベルにまで還元されるかは、還元温度、還元ガス中の還元性ガス（ＣＯ、Ｈ₂等）の含有割合によって平衡上決定される。例えば、還元ガスをＣＯ−ＣＯ₂混合ガス、還元温度を９００℃とした場合、ヘマタイトからマグネタイトへの還元はごく僅かのＣＯガスが存在さえすれば容易に進行するが、マグネタイトからウスタイトへの還元はＣＯが約２０％以上（ＣＯ／（ＣＯ＋ＣＯ₂）としての割合、すなわちＣＯ₂は８０％以下）含有されている還元ガスを使用しないと進行せず、更にウスタイトから金属鉄への還元はＣＯが約７０％以上含有されているガスを使用しないと進行しない。 When hematite is reduced by gas, the level of magnetite, wustite (FeO), or metallic iron (Fe) is reduced depending on the reduction temperature and the reducing gas (CO, H ₂ etc.) contained in the reducing gas. It is determined in equilibrium by the ratio. For example, when the reducing gas is a CO—CO ₂ mixed gas and the reduction temperature is 900 ° C., the reduction from hematite to magnetite proceeds easily if there is very little CO gas, but the reduction from magnetite to wustite. Does not proceed unless a reducing gas containing about 20% or more of CO (a ratio of CO / (CO + CO ₂ ), ie, CO ₂ of 80% or less) is used, and the reduction from wustite to metallic iron is CO 2. Will not proceed unless a gas containing about 70% or more is used.

ＣＯやＨ₂のような還元性ガスを高濃度で含有するガスを、水蒸気改質、部分酸化等の手段を用いて、天然ガス、石油、石炭等から製造する技術は確立されているが、本発明においてそのようなガス製造設備を新設することは、設備コストおよびランニングコストの極度の肥大化を招くため好ましくなく、製鉄所内において通常発生する副生ガスを還元ガスとして有効利用することが望ましい。製鉄所副生ガスとしては、コークス炉から発生するコークス炉ガス（ＣＯＧ）、転炉から発生する転炉ガス（ＬＤＧ）、高炉から発生する高炉ガス（ＢＦＧ）が存在する。表１にそれぞれのガスの組成例および以下の式（１）によって定義されるガスの酸化度（ＯＤ）を示す。
ＯＤ［％］＝(Ｈ₂Ｏ［容量％］＋ＣＯ₂［容量％］)／(Ｈ₂［容量％］＋Ｈ₂Ｏ［容量％］
＋ＣＯ［容量％］＋ＣＯ₂［容量％］)×１００ …（１） A technology for producing a gas containing a reducing gas such as CO and H _{2 at} a high concentration from natural gas, petroleum, coal, etc. using means such as steam reforming, partial oxidation, etc. has been established. In the present invention, it is not preferable to newly establish such a gas production facility because it causes extreme enlargement of facility cost and running cost, and it is desirable to effectively use the by-product gas normally generated in the ironworks as a reducing gas. . As ironworks byproduct gas, there are coke oven gas (COG) generated from a coke oven, converter gas (LDG) generated from a converter, and blast furnace gas (BFG) generated from a blast furnace. Table 1 shows an example of the composition of each gas and the degree of gas oxidation (OD) defined by the following equation (1).
OD [%] = (H ₂ O [volume%] + CO ₂ [volume%]) / (H ₂ [volume%] + H ₂ O [volume%]
+ CO [volume%] + CO ₂ [volume%]) × 100 (1)

いずれのガスも還元性ガス（ＣＯ、Ｈ₂）を含んでいるため、本発明の還元ガスとして使用可能である。ただし、本発明のガス還元リアクター内においては、ヘマタイトはマグネタイト程度にまで還元されれば良いため、高濃度で還元性ガスを含み（すなわちＯＤは低い）、現状、製鉄所内の燃料ガス（熱延加熱炉、発電所ボイラー等）として全量使用されているプライオリティの高いＣＯＧやＬＤＧを用いる必要はなく、ＯＤが高く現状低品位ガスとして扱われ全量が有効利用されているとは言い難いＢＦＧを還元ガスとして用いるのが好適である。 Since any gas contains a reducing gas (CO, H ₂ ), it can be used as the reducing gas of the present invention. However, in the gas reduction reactor of the present invention, hematite may be reduced to about magnetite, so it contains a reducing gas at a high concentration (that is, OD is low). It is not necessary to use high-priority COG and LDG that are used in all quantities as heating furnaces, power plant boilers, etc., and reduce BFG, which is treated as low-grade gas at present with high OD and is not effectively used. It is preferable to use it as a gas.

すなわち、ＢＦＧ４はガス還元リアクター２前に設置された部分酸化器５において空気６によってその中に含有される可燃性成分の一部を燃焼（部分酸化）することによって昇温し、高温の還元ガス３としてガス還元リアクター２内へと導入され、酸化鉄含有物質１中のヘマタイトはマグネタイト程度にまで速やかに還元される。含有されるヘマタイトのどの程度の割合がマグネタイトまで還元されるかは反応温度と反応時間すなわちガス還元リアクター２の仕様によって決定されるが、ヘマタイトすべてをマグネタイトまで還元する必要はなく、その一部を還元できれば後段のマイクロ波加熱リアクター１０において特に問題とはならない。 That is, the BFG 4 is heated by burning (partially oxidizing) a part of combustible components contained therein by the air 6 in the partial oxidizer 5 installed in front of the gas reduction reactor 2, and the high-temperature reducing gas. 3 is introduced into the gas reduction reactor 2, and the hematite in the iron oxide-containing material 1 is rapidly reduced to the extent of magnetite. The percentage of hematite contained is reduced to magnetite depending on the reaction temperature and reaction time, that is, the specifications of the gas reduction reactor 2, but it is not necessary to reduce all of the hematite to magnetite. If it can reduce, it will not become a problem in the microwave heating reactor 10 of the latter stage.

また、ここで還元ガス３として用いるＢＦＧ４の部分酸化ガスは、ヘマタイトを金属鉄まで還元することはできながいが、ウスタイトレベルまでは充分に還元することが可能であるため、ヘマタイトの一部がウスタイトまで還元されたとしても、やはり後段のマイクロ波加熱リアクター１０においては何ら問題とならない。 Further, the partial oxidizing gas of BFG4 used as the reducing gas 3 here cannot reduce hematite to metallic iron, but it can sufficiently reduce to the wustite level, so that part of the hematite is wustite. Even if it is reduced to the above, there is no problem in the microwave heating reactor 10 at the subsequent stage.

具体的には、還元率が５％以上になるまでヘマタイトを還元してやれば良い。ここで、還元率とは、ヘマタイトを金属鉄まで還元する際に除去される理論酸素量に対して、実際にどの程度の割合の酸素が除去されたかを表す指標であり、酸化鉄含有物質の全てがヘマタイトの場合は還元率＝０％、全てがマグネタイトの場合は還元率＝１１．１％、全てがウスタイト（ＦｅＯ）の場合還元率＝３３．３％、全てが金属鉄の場合は還元率＝１００％となる。（すなわち還元率１１．１％というのはすべてのヘマタイトがマグネタイトまで還元された状態であり、還元率５％とはヘマタイトとマグネタイトが混合（ウスタイト以降の還元が起きていないと想定した場合）している状態である）。なお、還元率５％とは鉄分子（トータルＦｅ）の内の４５質量％がマグネタイトとして、５５質量％がヘマタイトとして混合している状態であり、これ以上のマグネタイトがヘマタイト中に含有されていることが望ましい。また、ウスタイトに関しても、マグネタイトよりは劣るもののヘマタイトと比べればマイクロ波吸収性に優れるため、酸化鉄含有物質１中のヘマタイトが全量ウスタイトまで還元されたとしても、後段のマイクロ波還元リアクター１０においては問題とならない。 Specifically, hematite may be reduced until the reduction rate becomes 5% or more. Here, the reduction rate is an index indicating how much oxygen is actually removed with respect to the theoretical oxygen amount removed when hematite is reduced to metallic iron. When all are hematite, the reduction rate is 0%, when all are magnetite, the reduction rate is 11.1%, when all are wustite (FeO), the reduction rate is 33.3%, and when all are metallic iron, it is reduced. Rate = 100%. (In other words, a reduction rate of 11.1% means that all hematite has been reduced to magnetite, and a reduction rate of 5% means that hematite and magnetite are mixed (assuming that no reduction after wustite occurs). Is the state). The reduction rate of 5% is a state in which 45% by mass of iron molecules (total Fe) is mixed as magnetite and 55% by mass as hematite, and more magnetite is contained in hematite. It is desirable. In addition, although wustite is inferior to magnetite, it has better microwave absorbability than hematite. Therefore, even if the total amount of hematite in iron oxide-containing substance 1 is reduced to wustite, in the subsequent microwave reduction reactor 10 It doesn't matter.

ここで用いるヘマタイトを主成分とする酸化鉄含有物質１としては、前述した鉄鉱石（赤鉄鉱、褐鉄鉱）、製鉄所副産物（ダスト、スラッジ）等いずれを用いても構わないが、後述するマイクロ波加熱リアクター１０において良好な加熱を行うためには、粉体であることが望ましい。なぜなら、粒径が大きい粒子に対しては、例えそれがマイクロ波吸収性の大きな物質であっても、マイクロ波が粒子表面付近にしか浸透せずに、粒子の内部までを充分に加熱することができない可能性があるためである。従って、ここで使用する鉄鉱石としては粒径が１０ｍｍ以下の粉鉱石を用いることが望ましい。なお、製鉄所副産物に関しては、発生した時点で既に平均２０〜１００μｍ程度の微粉であるため粒径に関しては特に制約とはならない。 As the iron oxide-containing substance 1 mainly composed of hematite used here, any of the above-mentioned iron ore (hematite, limonite), ironworks by-products (dust, sludge), etc. may be used. In order to perform good heating in the heating reactor 10, powder is desirable. This is because, for particles with a large particle size, even if it is a substance that absorbs a large amount of microwaves, microwaves can penetrate only near the particle surface and sufficiently heat the inside of the particles. This is because there is a possibility that cannot be done. Therefore, it is desirable to use a fine ore having a particle size of 10 mm or less as the iron ore used here. In addition, regarding the ironworks by-product, since it is already a fine powder having an average of about 20 to 100 μm at the time of occurrence, there is no particular limitation on the particle size.

ガス還元リアクター２内においては、還元反応に先立って、酸化鉄含有物質１に付随する付着水および結晶水を除去することが可能になる。従って、ここで用いる鉄鉱石としては特に結晶水を多く含有し、現状の焼結鉱製造設備において直接使用しづらく、また粒度分布において微粉の占める割合が多いことが特徴であるピソライト鉱石またはマラマンバ鉱石（ローブリバー鉱石、ヤンディークジーナ鉱石等）を用いることが好適である。また、製鉄所副産物に関しては、湿式の集塵設備において回収されたダストあるいは酸性排水処理工程から回収された中和スラッジ等、付着水または結晶水を多量に含有するものが多く存在するが、本発明において酸化鉄含有物質１として使用する上で特に問題とはならない。勿論、ガス還元リアクターの前段に付着水除去のための乾燥機を設置し、付着水除去後の酸化鉄含有物質１をガス還元リアクター２へ投入しても構わない。 In the gas reduction reactor 2, it is possible to remove adhering water and crystal water associated with the iron oxide-containing substance 1 prior to the reduction reaction. Therefore, the iron ore used here is a pisolite ore or maramamba ore, which contains a large amount of water of crystallization, is difficult to use directly in existing sinter production facilities, and has a large proportion of fine powder in the particle size distribution. It is preferable to use (lobe river ore, Yandi kugina ore, etc.). In addition, there are many steelworks by-products that contain a large amount of adhering water or crystallization water, such as dust recovered in wet dust collection facilities or neutralized sludge recovered from acidic wastewater treatment processes. There is no particular problem in using the iron oxide-containing substance 1 in the invention. Of course, a dryer for removing adhering water may be installed before the gas reduction reactor, and the iron oxide-containing substance 1 after removing adhering water may be charged into the gas reduction reactor 2.

ガス還元リアクター２の方式としては、シャフト炉タイプ、充填床タイプ等、様々な方式のものが利用可能であるが、前述の通り本発明においては粉体の酸化鉄含有物質１を用いることが好適である点を考慮すると流動床タイプのリアクターを用いることが望ましい。流動床にも様々なタイプのものが存在するが、特に粉鉱石を酸化鉄含有物質１として使用する際には、粒度分布が１００μｍ以下のものから２０ｍｍ程度までの幅広い粒度分布を持つことを踏まえて、循環流動床タイプのリアクターを用いることが望ましい。
ガス還元リアクター２として充填床タイプのリアクターを用いることは、還元ガス３を導入する際にガス還元リアクター内の圧力損失が大きくなりすぎるため少量の還元ガス３しか投入できないこと、また、還元ガス３の投入圧力を高くして投入量を増やそうとした場合、バイパスの発生により酸化鉄含有物質１が良好に還元できない可能性が高いこと、更にはガス還元リアクター内から特に細かい粒径の粉鉱石が飛散してしまう可能性があることから好ましくなく、この点からも流動床タイプのリアクターが好ましい。 As a method of the gas reduction reactor 2, various types such as a shaft furnace type and a packed bed type can be used. As described above, it is preferable to use the powdered iron oxide-containing substance 1 in the present invention. Therefore, it is desirable to use a fluidized bed type reactor. There are various types of fluidized beds, but especially when using fine ore as the iron oxide-containing substance 1, the particle size distribution has a wide particle size distribution from 100 μm or less to about 20 mm. Therefore, it is desirable to use a circulating fluidized bed type reactor.
The use of a packed bed type reactor as the gas reduction reactor 2 is that when the reducing gas 3 is introduced, the pressure loss in the gas reducing reactor becomes too large, so that only a small amount of the reducing gas 3 can be introduced. When an attempt is made to increase the input amount by increasing the input pressure, there is a high possibility that the iron oxide-containing substance 1 cannot be satisfactorily reduced due to the occurrence of a bypass, and furthermore, fine ore with a particularly fine particle diameter is generated from the inside of the gas reduction reactor. Since there is a possibility of scattering, a fluidized bed type reactor is preferable from this point.

ガス還元リアクター２内の反応温度は、実用上問題がない反応速度（ヘマタイトからマグネタイトへの還元反応）が得られる６００℃以上であれば構わない。反応温度をできるだけ高温にすれば反応速度が大きくなり、ガス還元リアクターをコンパクトにできると言う利点が生じるが、１０００℃以上の高温とした場合、投入された酸化鉄含有物質１粒子がガス還元リアクター２内でスティッキング（粒子が設備内に付着・成長する現象）を起こし、順調な操業を妨げる可能性もあるため、反応温度は９００〜１０００℃とすることが望ましい。 The reaction temperature in the gas reduction reactor 2 may be 600 ° C. or higher at which a reaction rate (reduction reaction from hematite to magnetite) with no practical problem is obtained. If the reaction temperature is made as high as possible, the reaction rate increases, and there is an advantage that the gas reduction reactor can be made compact. 2 may cause sticking (a phenomenon in which particles adhere to and grow in the facility) and hinder a smooth operation, so the reaction temperature is desirably 900 to 1000 ° C.

ガス還元リアクター２から排出された部分還元鉄含有物質（少なくとも一部がマグネタイトへと変換した還元物質）７は、マイクロ波加熱リアクター１０において金属鉄原料１２にまで還元反応を起こさせるために必要な還元剤９とミキサー等の適当な手段によって混合される。 The partially reduced iron-containing material (reduced material at least partially converted to magnetite) 7 discharged from the gas reduction reactor 2 is necessary for causing the reduction reaction to the metallic iron raw material 12 in the microwave heating reactor 10. The reducing agent 9 is mixed with an appropriate means such as a mixer.

ここで使用する還元剤９としては、炭素を含有する粉体であれば、石炭（微粉炭）、石炭チャー、粉コークス、グラファイト粉、活性汚泥、活性汚泥乾留物、木材粉、木材乾留物（木炭粉）、各種ダスト等何を使用しても構わない。また、還元剤はガス還元リアクター２投入前の酸化鉄含有物質１へ直接添加しても構わない。特に、還元剤として各プロセスから発生する高含水系の副産物（下水処理場から発生する下水汚泥、製鉄所におけるアンモニア排水（安水）のような産業排水の生物学的処理設備から発生する活性汚泥、製鉄所から発生する湿ダスト類等）を有効利用しようとする場合には、ガス還元リアクター２においてそれら高含水系副産物の乾燥を乾燥し、部分還元鉄含有物質７と充分に還元剤を混合できるという理由から、ガス還元リアクター２へ直接、還元剤を添加することが望ましい。 As the reducing agent 9 used here, as long as the powder contains carbon, coal (pulverized coal), coal char, powdered coke, graphite powder, activated sludge, activated sludge dry distillate, wood powder, wood dry distillate ( Charcoal powder) and various dusts may be used. Further, the reducing agent may be added directly to the iron oxide-containing substance 1 before the gas reduction reactor 2 is charged. In particular, high water content by-products generated from each process as a reducing agent (sewage sludge generated from sewage treatment plants, activated sludge generated from biological wastewater treatment facilities such as ammonia effluent (safe water) at steelworks) When we want to make effective use of wet dust generated from steelworks, etc., dry these high water content by-products in the gas reduction reactor 2 and mix the partially reduced iron-containing substance 7 and the reducing agent sufficiently. It is desirable to add the reducing agent directly to the gas reduction reactor 2 because it can be done.

これまで述べてきた通り、部分還元鉄含有物質７はマグネタイトを含有し、それ自身がマイクロ波を良好に吸収して加熱されるため、還元剤（炭素）にいわゆる昇温促進剤としての機能を持たせる必要はない。従って、還元剤は酸化鉄含有物質に含有される酸化物（鉄以外の混在する金属成分をも還元させようとする場合はそれらも含む）を還元させるために必要な理論当量の２．０未満で構わなく、１．０〜１．５倍程度添加すれば十分還元反応は進むため、理論当量よりも極めて過剰に添加する必要はない。ただし、マイクロ波加熱リアクターにおける昇温速度を更に高めて、処理時間を短縮したい場合には、還元剤を理論当量の２．０倍以上添加しても構わない。なお、ここで述べるところの理論当量とは、金属酸化物中の酸素＋炭素＝ＣＯ２という反応式に従う化学量論量のことである。また、部分還元鉄含有物質中の酸素含有割合は、蛍光Ｘ線分析法、容量法（ＪＩＳＭ８２１３）等の鉄形態の分析手法によって決定される。 As described so far, the partially reduced iron-containing substance 7 contains magnetite, and itself absorbs microwaves well and is heated. Therefore, the reducing agent (carbon) has a function as a so-called temperature increase accelerator. It is not necessary to have it. Therefore, the reducing agent is less than 2.0 of the theoretical equivalent required to reduce the oxide contained in the iron oxide-containing substance (including metal components other than iron when they are reduced). However, if the addition is about 1.0 to 1.5 times, the reduction reaction proceeds sufficiently, so that it is not necessary to add it excessively more than the theoretical equivalent. However, when it is desired to further increase the rate of temperature rise in the microwave heating reactor to shorten the processing time, a reducing agent may be added 2.0 times or more of the theoretical equivalent. The theoretical equivalent described here is a stoichiometric amount according to the reaction formula of oxygen + carbon = CO2 in the metal oxide. Further, the oxygen content ratio in the partially reduced iron-containing material is determined by an iron form analysis method such as a fluorescent X-ray analysis method or a volumetric method (JISM8213).

こうして、還元剤と充分に混合した部分還元鉄含有物質７は、マイクロ波加熱リアクター１０へと導入される。マイクロ波加熱リアクター１０においては、マイクロ波発振機１１から発生させたマイクロ波を照射することによって投入された部分還元鉄含有物質７を加熱する。 In this way, the partially reduced iron-containing material 7 sufficiently mixed with the reducing agent is introduced into the microwave heating reactor 10. In the microwave heating reactor 10, the partially-reduced iron-containing material 7 charged by irradiating the microwave generated from the microwave oscillator 11 is heated.

この際、マイクロ波加熱リアクター１０内部の雰囲気はどのような状態でも構わないが、酸化物の還元を良好に進行させるためには、マイクロ波加熱リアクター１０の内部は無酸素雰囲気（窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気）とすることが望ましい。しかし、還元剤と混合した部分還元鉄含有物質７をペレット状に成型（造粒）した後にマイクロ波加熱リアクター１０へと投入し、雰囲気ガスと部分還元鉄含有物質７との接触面積を最低限とすれば（ペレット表面のみが雰囲気ガスと接触し、ペレット内部は雰囲気ガスとは接触しない状態）、雰囲気ガスがたとえ酸素を含有する大気（空気）であったとしても、部分還元鉄含有物質７の還元率を充分に高めることが可能となる。また、マイクロ波加熱した際にペレット内部がその焼結温度（１１００℃〜１２００℃）以上となった場合には、ペレット内が溶融、焼結し、ペレット自体の強度をマイクロ波照射前よりも高めることが可能となるため、その後のハンドリングが良好になるというメリットもある。 At this time, the atmosphere inside the microwave heating reactor 10 may be in any state, but in order to favorably reduce the oxide, the inside of the microwave heating reactor 10 is an oxygen-free atmosphere (nitrogen, argon, etc.). (Inert gas atmosphere). However, the partially reduced iron-containing material 7 mixed with the reducing agent is molded (granulated) into a pellet and then charged into the microwave heating reactor 10 to minimize the contact area between the atmospheric gas and the partially reduced iron-containing material 7. (The state where only the pellet surface is in contact with the atmosphere gas and the inside of the pellet is not in contact with the atmosphere gas) Even if the atmosphere gas is the atmosphere (air) containing oxygen, the partially reduced iron-containing substance 7 The reduction rate of can be sufficiently increased. Moreover, when the inside of a pellet becomes the sintering temperature (1100 ° C. to 1200 ° C.) or higher when microwave heating is performed, the inside of the pellet is melted and sintered, and the strength of the pellet itself is higher than that before microwave irradiation. Since it becomes possible to raise, there also exists a merit that handling after that will become favorable.

部分還元鉄含有物質７は、マイクロ波加熱リアクター１０内で被還元物質である酸化鉄（マグネタイト、ウスタイト）そのものが内部から加熱（マイクロ波加熱特有の現象）されることによって効率良く短時間で金属鉄原料１２まで還元される。なお、酸化物含有物質１（特に製鉄所副産物を原料として用いる場合）中に鉄以外の金属酸化物（Ｎｉ、Ｃｒ等）が含有される場合もあるが、鉄と比較して還元しやすいＮｉは勿論のことＣｒに関しても一部は還元される。 Partially reduced iron-containing substance 7 is a metal that is efficiently reduced in a short time by heating iron oxide (magnetite, wustite) itself, which is a substance to be reduced, in the microwave heating reactor 10 (a phenomenon peculiar to microwave heating). The iron raw material 12 is reduced. In addition, metal oxides (Ni, Cr, etc.) other than iron may be contained in the oxide-containing substance 1 (especially when ironworks by-products are used as raw materials), but Ni is easier to reduce than iron. Of course, a part of Cr is also reduced.

日本国内において工業的な使用が許可されているマイクロ波の周波数は０．９１５ＧＨｚおよび２．４５０ＧＨｚであり、大塊物の被加熱体に関しては長波長の０．９１５ＧＨｚのマイクロ波を使用した方が良いとの報告もあるが、本発明においてはどちらの周波数を照射するマイクロ波発振機を用いても構わない。また、最近注目を浴びているより短波長側の周波数域（１０〜３００ＧＨｚ）のマイクロ波（ミリ波、サブミリ波）を照射する発振機（例えば核融合の加熱装置として研究されてきたジャイロトロン）を用いても構わない。 The frequencies of microwaves that are allowed to be used industrially in Japan are 0.915 GHz and 2.450 GHz, and it is better to use a long-wavelength 0.915 GHz microwave for heated objects of large lumps. Although there is a report that it is good, in the present invention, a microwave oscillator that emits either frequency may be used. Also, an oscillator that emits microwaves (millimeter wave, submillimeter wave) in the shorter wavelength range (10 to 300 GHz), which has recently been attracting attention (for example, a gyrotron that has been studied as a heating device for nuclear fusion) May be used.

マイクロ波加熱リアクター１０における加熱温度は、金属鉄原料１２中の金属化率をどの程度にするかによっても異なるが、８００〜１６００℃とするのがよい。８００℃よりも低い温度ではＦｅの還元すら充分に起こらないため好ましくなく、また逆に１６００℃より高い温度としても、単にマイクロ波発振機１１におけるエネルギー消費が増すばかりであり、それに見合うだけのメリットは得られないため好ましくない。また、金属鉄原料１２を溶融まではさせない場合には、１１００℃以下とすることが望ましい。なお、加熱温度はマイクロ波出力を制御（PID制御、オンオフ制御等）することによって目的温度となるように調整される。 The heating temperature in the microwave heating reactor 10 varies depending on the degree of metallization in the metallic iron raw material 12, but is preferably 800 to 1600 ° C. A temperature lower than 800 ° C. is not preferable because even Fe reduction does not occur sufficiently, and conversely, even if the temperature is higher than 1600 ° C., the energy consumption in the microwave oscillator 11 only increases, and the merit is justified. Is not preferred because it cannot be obtained. Further, when the metallic iron raw material 12 is not melted, it is desirable that the temperature is 1100 ° C. or lower. The heating temperature is adjusted so as to reach the target temperature by controlling the microwave output (PID control, on / off control, etc.).

こうして発生した金属鉄原料１２は、高炉、転炉、電炉等の製鉄プロセスにおける還元済みの鉄源として利用される。また、ガス還元リアクターから排出された排ガス８に関しても未だ還元性ガス成分を有しているため、別プロセスあるいは付帯する廃熱回収ボイラーにおける燃料ガスとして使用することも可能である。 The metal iron raw material 12 generated in this way is used as a reduced iron source in a steelmaking process such as a blast furnace, converter, electric furnace or the like. Further, since the exhaust gas 8 discharged from the gas reduction reactor still has a reducing gas component, it can be used as a fuel gas in a separate process or an accompanying waste heat recovery boiler.

（実施例１）
図２に示したフローに従って、本発明例を実施した。
ヘマタイトを主成分とする酸化鉄含有物質としては、褐鉄鉱（ピソライト鉱石）の一種であるローブリバー粉鉱石１３を使用した。なお、ローブリバー粉鉱石１３の付着水は４質量％、結晶水は８質量％（付着水除去ベース）、平均粒径は９００μｍであった。 Example 1
According to the flow shown in FIG.
As the iron oxide-containing substance mainly composed of hematite, lobe river powder ore 13 which is a kind of limonite (pisolite ore) was used. In addition, the adhesion water of the lobe river powder ore 13 was 4 mass%, the crystallization water was 8 mass% (adhesion water removal base), and the average particle diameter was 900 micrometers.

ローブリバー粉鉱石１３（１ｔ）を循環流動床タイプのガス還元リアクター２において処理した。還元ガス３としては、常温（２５℃）のＢＦＧ４（高炉ガス）１０００Ｎｍ³を部分酸化器５において、予め空気予熱器１４で排ガス８と熱交換することによって６００℃まで加熱された空気６（３５０Ｎｍ³）と反応させることによって製造した１０００℃の還元ガス３（１２８０Ｎｍ³）を用いた。表２にそれぞれのガス性状について示す。 Robliber powder ore 13 (1 t) was treated in a circulating fluidized bed type gas reduction reactor 2. As the reducing gas 3, room temperature (25 ° C.) of BFG4 (blast furnace gas) in the partial oxidation unit 5 to 1000 Nm ^3, the air is preheated to 600 ° C. by the exhaust gas 8 and the heat exchanger in the air preheater 14 6 (350 Nm ³ ) Reducing gas 3 (1280 Nm ³ ) at 1000 ° C. produced by reacting with ³ ) was used. Table 2 shows each gas property.

ガス還元リアクター２からは、鉄の還元率１０％（鉄分子（トータルＦｅ）の内の９０質量％がマグネタイトとして、１０質量％がヘマタイトとして混合している状態）の部分還元鉄含有物質７が８５０ｋｇ回収された。なお、ガス還元リアクター２内における粒子平均滞在時間は１５分であった。 From the gas reduction reactor 2, a partially reduced iron-containing substance 7 having a reduction rate of iron of 10% (90% by mass of iron molecules (total Fe) mixed as magnetite and 10% by mass as hematite) is obtained. 850 kg was recovered. The average particle residence time in the gas reduction reactor 2 was 15 minutes.

この部分還元鉄含有物質７は、ミキサー１５において還元剤である粒径３mm以下の粉コークス１６（１２０ｋｇ、鉄の還元に必要な当量に対して１．２倍の炭素量に相当）と混合された後、マイクロ波還元リアクター２へ導入され、窒素雰囲気の中、周波数２．４５０ＧＨｚのマイクロ波をマイクロ波発振機１１から照射したところ、１０分間で１３００℃まで急速昇温し、そのままの温度で１時間加熱することによって、金属鉄までの還元を行った。なお、温度測定には熱電対を用い、粉体試料と熱電対測温部が充分接触した状態にて行った。 This partially reduced iron-containing substance 7 is mixed in a mixer 15 with a powder coke 16 having a particle size of 3 mm or less (120 kg, corresponding to 1.2 times the amount of carbon required for the equivalent of iron reduction) as a reducing agent. After that, it was introduced into the microwave reduction reactor 2 and irradiated with microwaves having a frequency of 2.450 GHz from a microwave oscillator 11 in a nitrogen atmosphere. The temperature was rapidly raised to 1300 ° C. in 10 minutes, and the temperature was kept as it was. Reduction to metallic iron was performed by heating for 1 hour. The temperature was measured using a thermocouple in a state where the powder sample and the thermocouple temperature measuring unit were in sufficient contact.

マイクロ波加熱後には鉄の還元率が９５％（金属化率９５％）である金属鉄原料１２が６６０ｋｇ生成した。この金属鉄原料１２は、製鉄所内の転炉へ投入することによって、製鉄原料として利用した。 After microwave heating, 660 kg of metal iron raw material 12 having an iron reduction rate of 95% (metalization rate of 95%) was produced. This metallic iron raw material 12 was utilized as an iron-making raw material by putting it into a converter in the steelworks.

（実施例２）
図３に示したフローに従って、本発明例を実施した。
ヘマタイトを主成分とする酸化鉄含有物質としては、製鉄所の酸性排水処理工程（アルカリによる中和処理設備）から発生する中和スラッジ１７を使用した。本発明例において対象とした中和スラッジ１７の分析値を表３に示す。なお、この中和スラッジ１７は脱水機（フィルタープレス）によって処理された後の性状である。また、表中の単位[質量％−ｄｒｙ]とは、付着水分を除いた重量（結晶水は含む）をベースとした場合の、各成分の質量割合を示している（以下同様）。更には、中和スラッジ１７の平均粒径は３０μｍであった。 (Example 2)
According to the flow shown in FIG.
As the iron oxide-containing substance mainly composed of hematite, neutralized sludge 17 generated from an acidic wastewater treatment process (neutralization treatment facility using alkali) at an ironworks was used. Table 3 shows the analysis values of the neutralized sludge 17 that was the subject of the present invention. The neutralized sludge 17 has properties after being processed by a dehydrator (filter press). Moreover, the unit [mass% -dry] in the table indicates the mass ratio of each component based on the weight excluding adhering moisture (including crystal water) (hereinafter the same). Furthermore, the average particle diameter of the neutralized sludge 17 was 30 μm.

中和スラッジ１７（１ｔ）を乾燥機１８によって処理して付着水を除去した後の乾燥中和スラッジ１９を気泡流動層タイプのガス還元リアクター２において処理した。また還元剤として高炉から発生する高炉ダスト２０（１１０ｋｇ、鉄の還元に必要な当量に対して１．３倍の炭素量に相当）を乾燥中和スラッジ１９と共にガス還元リアクター２へ投入した。高炉ダスト２０の分析値を表４に示す。また、高炉ダスト２０の平均粒径は２５μｍであった。 The neutralized sludge 17 (1 t) was treated by the dryer 18 to remove the adhering water, and then the dried neutralized sludge 19 was treated in the bubbling fluidized bed type gas reduction reactor 2. Also, blast furnace dust 20 (110 kg, corresponding to 1.3 times the amount of carbon necessary for iron reduction) as a reducing agent was charged into the gas reduction reactor 2 together with the dry neutralized sludge 19. Table 4 shows analysis values of the blast furnace dust 20. The average particle size of the blast furnace dust 20 was 25 μm.

還元ガス３としては、常温（２５℃）のＢＦＧ４（高炉ガス）１０００Ｎｍ³を部分酸化器５において予め空気予熱器で排ガスと熱交換することによって６００℃まで加熱された空気６（３５０Ｎｍ³）と反応させることによって製造した１０００℃の還元ガス３（１２８０Ｎｍ³）を用いた。表５にそれぞれのガス性状について示す。 As the reducing gas 3, a normal temperature (25 ° C.) of BFG4 (blast furnace gas) 1000 Nm ³ air 6 heated to 600 ° C. by the exhaust gas heat exchanger in advance air preheater in the partial oxidation unit 5 (350 Nm ³⁾ 1000 ° C. reducing gas 3 (1280 Nm ³ ) produced by the reaction was used. Table 5 shows each gas property.

ガス還元リアクター２からは、鉄の還元率１１％（鉄分子（トータルＦｅ）の内の９９質量％がマグネタイトとして、１質量％がヘマタイトとして混合している状態）の部分還元鉄含有物質７が３４０ｋｇ回収された。なお、ガス還元リアクター２内における粒子平均滞在時間は１５分であった。 From the gas reduction reactor 2, a partially reduced iron-containing substance 7 having an iron reduction rate of 11% (a state in which 99% by mass of iron molecules (total Fe) is mixed as magnetite and 1% by mass as hematite) is obtained. 340 kg was recovered. The average particle residence time in the gas reduction reactor 2 was 15 minutes.

この部分還元鉄含有物質７はマイクロ波還元リアクター１０へ導入され、窒素雰囲気の中、周波数２．４５０ＧＨｚのマイクロ波をマイクロ波発振機１１から照射したところ、１０分間で１３００℃まで急速昇温し、そのままの温度で１時間加熱することによって、金属鉄までの還元を行った。なお、温度測定には熱電対を用い、粉体試料と熱電対測温部が充分接触した状態にて行った。 This partially reduced iron-containing substance 7 is introduced into a microwave reduction reactor 10 and irradiated with microwaves having a frequency of 2.450 GHz from a microwave oscillator 11 in a nitrogen atmosphere. The temperature rapidly rises to 1300 ° C. in 10 minutes. The reduction to metallic iron was performed by heating at the same temperature for 1 hour. The temperature was measured using a thermocouple in a state where the powder sample and the thermocouple temperature measuring unit were in sufficient contact.

マイクロ波加熱後には鉄の還元率が９８％（金属化率９７％）である金属鉄原料１２が２４０ｋｇ生成した。中和スラッジ１７中に含有されていた塩素分は一連の還元工程において除去され、金属鉄原料１２中には含有されていなかった。また、中和スラッジ中に含有されていた酸化ニッケルに関しても還元され、その金属化率は９７％であった。この金属鉄原料１２は、製鉄所内の転炉へ投入することによって、製鉄原料として利用した。 After microwave heating, 240 kg of metallic iron raw material 12 having an iron reduction rate of 98% (metalization rate of 97%) was produced. The chlorine content contained in the neutralized sludge 17 was removed in a series of reduction steps, and was not contained in the metallic iron raw material 12. The nickel oxide contained in the neutralized sludge was also reduced and its metallization rate was 97%. This metallic iron raw material 12 was utilized as an iron-making raw material by putting it into a converter in the steelworks.

（比較例１）
図４に示したフローに従って、比較例を実施した。
ヘマタイトを主成分とする酸化鉄含有物質としては、褐鉄鉱（ピソライト鉱石）の一種であるローブリバー粉鉱石１３を使用した。なお、ローブリバー粉鉱石１３の付着水は４質量％、結晶水は８質量％（付着水除去ベース）、平均粒径は９００μｍであった。 (Comparative Example 1)
The comparative example was implemented according to the flow shown in FIG.
As the iron oxide-containing substance mainly composed of hematite, lobe river powder ore 13 which is a kind of limonite (pisolite ore) was used. In addition, the adhesion water of the lobe river powder ore 13 was 4 mass%, the crystallization water was 8 mass% (adhesion water removal base), and the average particle diameter was 900 micrometers.

ローブリバー粉鉱石１３（１ｔ）を循環流動床タイプのガス還元リアクター２において処理した。還元ガス３としては、常温（２５℃）のＢＦＧ４（高炉ガス）１０００Ｎｍ³を部分酸化器５において、予め空気予熱器１４で排ガス８と熱交換することによって６００℃まで加熱された空気６（３５０Ｎｍ³）と反応させることによって製造した１０００℃の還元ガス３（１２８０Ｎｍ³）を用いた。表６にそれぞれのガス性状について示す。 Robliber powder ore 13 (1 t) was treated in a circulating fluidized bed type gas reduction reactor 2. As the reducing gas 3, room temperature (25 ° C.) of BFG4 (blast furnace gas) in the partial oxidation unit 5 to 1000 Nm ^3, the air is preheated to 600 ° C. by the exhaust gas 8 and the heat exchanger in the air preheater 14 6 (350 Nm ³ ) Reducing gas 3 (1280 Nm ³ ) at 1000 ° C. produced by reacting with ³ ) was used. Table 6 shows each gas property.

ガス還元リアクター２内の粒子平均滞在時間は９０分としたが、回収された部分還元鉄含有物質７（８４０ｋｇ）の還元率は１５％にすぎなかった。 The average particle residence time in the gas reduction reactor 2 was 90 minutes, but the reduction rate of the recovered partially reduced iron-containing material 7 (840 kg) was only 15%.

（比較例２）
図５に示したフローに従って、比較例を実施した。
ヘマタイトを主成分とする酸化鉄含有物質としては、製鉄所の酸性排水処理工程（アルカリによる中和処理設備）から発生する中和スラッジ１７を使用した。本比較例において対象とした中和スラッジ１７の分析値を表７に示す。なお、この中和スラッジ１７は脱水機（フィルタープレス）によって処理された後の性状である。また、表中の単位[質量％−ｄｒｙ]とは、付着水分を除いた重量（結晶水は含む）をベースとした場合の、各成分の質量割合を示している（以下同様）。更には、中和スラッジ１７の平均粒径は３０μｍであった。 (Comparative Example 2)
The comparative example was implemented according to the flow shown in FIG.
As the iron oxide-containing substance mainly composed of hematite, neutralized sludge 17 generated from an acidic wastewater treatment process (neutralization treatment facility using alkali) at an ironworks was used. Table 7 shows the analytical values of the neutralized sludge 17 that was the subject of this comparative example. The neutralized sludge 17 has properties after being processed by a dehydrator (filter press). Moreover, the unit [mass% -dry] in the table indicates the mass ratio of each component based on the weight excluding adhering moisture (including crystal water) (hereinafter the same). Furthermore, the average particle diameter of the neutralized sludge 17 was 30 μm.

中和スラッジ１７（１ｔ）を乾燥機１８によって処理して付着水を除去した後の乾燥中和スラッジ１９を、還元剤たる高炉から発生する高炉ダスト２０（１１０ｋｇ、鉄の還元に必要な当量に対して１．３倍の炭素量に相当）とミキサー１５にて混合後、直接マイクロ波還元リアクター１０へと導入した。高炉ダスト２０の分析値を表８に示す。また、高炉ダスト２０の平均粒径は２５μｍであった。 After the neutralized sludge 17 (1 t) is treated by the dryer 18 to remove the adhering water, the dried neutralized sludge 19 is converted into a blast furnace dust 20 (110 kg, equivalent to an amount necessary for iron reduction) generated from a blast furnace as a reducing agent. The mixture was mixed with the mixer 15 and then directly introduced into the microwave reduction reactor 10. Table 8 shows analysis values of the blast furnace dust 20. The average particle size of the blast furnace dust 20 was 25 μm.

マイクロ波還元リアクター１０においては、窒素雰囲気の中、周波数２．４５０ＧＨｚのマイクロ波をマイクロ波発振機１１から照射したが、１３００℃に昇温するまでに１．５時間を要した。その後、そのままの温度で１時間加熱することによって、スラッジ中に含有されるヘマタイトを金属鉄にまで還元した。なお、温度測定には熱電対を用い、粉体試料と熱電対測温部が充分接触した状態にて行った。 In the microwave reduction reactor 10, microwaves having a frequency of 2.450 GHz were irradiated from the microwave oscillator 11 in a nitrogen atmosphere, but it took 1.5 hours for the temperature to rise to 1300 ° C. Thereafter, the hematite contained in the sludge was reduced to metallic iron by heating at the same temperature for 1 hour. The temperature was measured using a thermocouple in a state where the powder sample and the thermocouple temperature measuring unit were in sufficient contact.

マイクロ波加熱後には鉄の還元率が９８％である金属鉄原料１２が２４０ｋｇ生成した。また、中和スラッジ１７中に含有されていた塩素分はマイクロ波還元工程において除去され、金属鉄原料１２中には含有されていなかった。しかし処理時間に関しては、実施例（ガス還元１５分＋マイクロ波還元７０分＝合計８５分）よりも大幅に増加（マイクロ波還元１５０分）し、それに付随して電力消費量も増加した。 After microwave heating, 240 kg of metallic iron raw material 12 with an iron reduction rate of 98% was produced. Further, the chlorine content contained in the neutralized sludge 17 was removed in the microwave reduction process, and was not contained in the metallic iron raw material 12. However, the processing time was significantly increased (microwave reduction 150 minutes) compared to the example (gas reduction 15 minutes + microwave reduction 70 minutes = total 85 minutes), and the power consumption was also increased accordingly.

１酸化鉄含有物質
２ガス還元リアクター
３還元ガス
４ＢＦＧ
５部分酸化器
６空気
７部分還元鉄含有物質
８排ガス
９還元剤
１０マイクロ波加熱リアクター
１１マイクロ波発振機
１２金属鉄原料
１３ローブリバー粉鉱石
１４空気予熱器
１５ミキサー
１６粉コークス
１７中和スラッジ
１８乾燥機
１９乾燥中和スラッジ
２０高炉ダスト 1 Iron oxide-containing material 2 Gas reduction reactor 3 Reducing gas 4 BFG
5 Partial Oxidizer 6 Air 7 Partially Reduced Iron Containing Substance 8 Exhaust Gas 9 Reducing Agent 10 Microwave Heating Reactor 11 Microwave Oscillator 12 Metallic Iron Raw Material 13 Robliber Powder Ore 14 Air Preheater 15 Mixer 16 Powder Coke 17 Neutralized Sludge 18 Dryer 19 Dry neutralized sludge 20 Blast furnace dust

Claims

ヘマタイト、又はゲーサイトの少なくともいずれかを含む酸化鉄含有物質を、還元ガスとして製鉄所から発生する副生ガスを使用して還元して、前記ヘマタイト又はゲーサイトの一部又は全部をマグネタイトへと変換した還元物質とし、当該還元物質に炭素を含有する還元剤を混合し、得られた混合物にマイクロ波を照射して加熱し、前記混合物に含まれる還元物質中の酸化鉄を、更に還元して少なくとも一部を金属鉄とすることを特徴とする酸化鉄含有物質の還元方法。 An iron oxide-containing substance containing at least one of hematite or goethite is reduced using a by-product gas generated from a steel mill as a reducing gas , and part or all of the hematite or goethite is converted into magnetite. The converted reducing substance is mixed with a reducing agent containing carbon in the reducing substance, and the resulting mixture is heated by irradiating microwaves to further reduce iron oxide in the reducing substance contained in the mixture. A method of reducing an iron oxide-containing substance, characterized in that at least a part is metallic iron.

前記還元ガスとして製鉄所から発生する高炉ガス（ＢＦＧ）を使用することを特徴とする請求項１に記載の酸化鉄含有物質の還元方法。 2. The method for reducing an iron oxide-containing substance according to claim 1, wherein blast furnace gas (BFG) generated from an ironworks is used as the reducing gas.

前記ガス還元を実施する反応装置として流動床を使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の酸化鉄含有物質の還元方法。 The method for reducing an iron oxide-containing substance according to claim 1 or 2 , wherein a fluidized bed is used as a reactor for carrying out the gas reduction.

前記酸化鉄含有物質として、製鉄所から発生する中和スラッジを使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸化鉄含有物質の還元方法。 The method for reducing an iron oxide-containing material according to any one of claims 1 to 3 , wherein neutralized sludge generated from an iron mill is used as the iron oxide-containing material.