溶融金属鉄の製造方法

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【発明の名称】	溶融金属鉄の製造方法
【発明者】	【氏名】谷垣恭広【氏名】津下修【氏名】小林勲【氏名】本多啓介【氏名】徳田耕司【氏名】菊池晶一【氏名】伊東修三
【要約】	【課題】回転炉床炉において、炭素質還元材と酸化鉄含有物質からなる成形原料を高温で加熱して還元、溶融することによりスラグ成分を分離して生成した溶融金属鉄を、冷却、固化することなく溶融状態のまま回転炉床炉外に排出して回収する溶融金属鉄の製造方法を提供する。【解決手段】炉床（１）に水平に対して３～３０度の下向きの傾斜面（６）を設け、前記溶融金属鉄（１３）の排出位置（４）において、前記傾斜面（６）の最も低い部分から前記溶融金属鉄（１３）を排出することを特徴とする。

【特許請求の範囲】
【請求項１】少なくとも炭素質還元材と酸化鉄含有物質からなる原料を成形し、その成形された原料を回転炉床炉内に装入し、その装入された原料を加熱還元して固体還元鉄とし、その固体還元鉄中の金属鉄に前記炭素質還元材中の炭素成分を浸炭させることによって金属鉄を溶融し、前記溶融することによって、前記原料中に含まれるスラグ成分を分離し、前記溶融金属鉄を溶融状態のまま前記回転炉床炉外に排出して回収する溶融金属鉄の製造方法であって、前記原料が載置される前記回転炉床炉の炉床の上面に水平に対して３～３０度の下向きの傾斜面を設け、前記溶融金属鉄の排出位置において、前記傾斜面の最も低い部分から前記溶融金属鉄を排出することを特徴とする溶融金属鉄の製造方法。
【請求項２】前記炉床の上面から裏面に貫通する前記溶融金属鉄の排出口を前記炉床に複数配置し、該排出口にはそれぞれ開閉可能なバルブを備え、その各排出口に向けて前記炉床の上面に前記下向きの傾斜面を設け、前記排出口が炉床の回転にともない前記排出位置に達したときに、前記バルブを開くことにより前記排出口から前記溶融金属鉄を排出することを特徴とする請求項１に記載の溶融金属鉄の製造方法。
【請求項３】前記炉床が、該炉床の炉幅の内周側または外周側に前記下向きの傾斜面を備えた炉床であることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属鉄の製造方法。
【請求項４】前記炉床の炉幅方向の低い側の周辺に沿わせて、少なくとも１個所以上に切り欠き部を有する固定堰を設け、その切り欠き部から溶融金属鉄を排出することを特徴とする請求項３に記載の溶融金属鉄の製造方法。
【請求項５】前記炉床が、仕切りで円周方向に複数に分割されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の溶融金属鉄の製造方法。
【請求項６】前記仕切りが、耐火物の仕切りまたは炉床に粉状炭素物質を積み付けて形成された仕切りであることを特徴とする請求項５に記載の溶融金属鉄の製造方法。
【請求項７】前記仕切りが、炉床を掘り下げることによって形成されたことを特徴とする請求項５に記載の溶融金属鉄の製造方法。
【請求項８】少なくとも炭素質還元材と酸化鉄含有物質からなる原料を成形し、その成形された原料を回転炉床炉内に装入し、その装入された原料を加熱還元して固体還元鉄とし、その還元鉄中の金属鉄に前記炭素質還元材中の炭素成分を浸炭させることによって金属鉄を溶融し、前記溶融することによって、前記原料中に含まれるスラグ成分を分離し、前記溶融金属鉄を溶融状態のまま前記回転炉床炉外に排出して回収する溶融金属鉄の製造方法であって、前記回転炉床炉の炉床が、複数の円周方向に分割された炉床部分からなり、その分割された各炉床部分が前記炉床の回転にともない前記溶融金属鉄の排出位置に達したときに、該炉床部分を傾動させて前記溶融金属鉄を排出することを特徴とする溶融金属鉄の製造方法。
【請求項９】前記溶融金属鉄を排出したあと前記原料を装入する前に、前記炉床上に残留するスラグを前記回転炉床炉外に排出することを特徴とする請求項１ないし８に記載の溶融金属鉄の製造方法。
【請求項１０】前記溶融金属鉄を排出したあと前記原料を装入する前に、前記炉床の表面を平滑にすることを特徴とする請求項１ないし８に記載の溶融金属鉄の製造方法。
【請求項１１】前記スラグを排出したあと前記原料を装入する前に、炉床保護材を前記炉床上に装入することを特徴とする請求項９に記載の溶融金属鉄の製造方法。
【請求項１２】前記平滑にしたあと前記原料を装入する前に、炉床保護材を前記炉床上に装入することを特徴とする請求項１０に記載の溶融金属鉄の製造方法。
【請求項１３】前記炉床保護材にかえて、前記粉状炭素質還元材に前記炉床保護材を予め混ぜた混合物を装入することを特徴とする請求項１１または１２に記載の溶融金属鉄の製造方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転炉床炉を用いて酸化鉄含有物質から溶融金属鉄を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、高炉法に替わる、あるいは高炉法を補完する溶融金属鉄製造方法として、比較的設備の簡単な設備コストの低い回転炉床炉により、安価な石炭などの炭材を還元材として使用し、安価に溶融金属鉄を製造する方法が種々提案され、注目されている。
【０００３】例えば、特開平１１－２９８０６には、粉状鉄原料と粉状固体還元剤との混合物を回転炉床炉で加熱還元して還元鉄を製造し、それを溶解還元炉に装入し、炭材と酸素を用いて還元、溶解することにより、スラグを除去し、溶融金属鉄を製造する方法が記載されている。しかし、回転炉床炉と溶解還元炉の２つの工程を必要とするため設備コストが高いこと、回転炉床炉から還元鉄を排出する際には、ハンドリングできるよう冷却する必要があり、溶解還元炉において余分なエネルギーが必要となること等の問題がある。
【０００４】そこで、特開平９－２５６０１７や特開平１１－３３５７１２には、回転炉床炉上で上記の混合物を加熱還元して還元鉄とし、引き続き炉床上でその還元鉄に炭素質還元材中の炭素成分を浸炭させて溶融し、金属鉄とスラグ成分に分離した後、さらに炉床上で冷却して固化して取出すことにより、固体金属鉄を製造する方法が記載されている。この方法によれば工程が１つで済むので設備コストは低くなるが、固体金属鉄を転炉や電気炉で精錬する際、再溶融させるための余分なエネルギーを必要とすることにより精錬コストが高い問題が残る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的は、回転炉床炉上でスラグと分離した溶融金属鉄を冷却、固化することなく、溶融状態のまま回転炉床炉から排出し、回収することができる溶融金属鉄の製造装置および製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、少なくとも炭素質還元材と酸化鉄含有物質からなる原料を成形し、その成形された原料を回転炉床炉内に装入し、その装入された原料を加熱還元して固体還元鉄とし、その固体還元鉄中の金属鉄に前記炭素質還元材中の炭素成分を浸炭させることによって金属鉄を溶融し、前記溶融することによって、前記原料中に含まれるスラグ成分を分離し、前記溶融金属鉄を溶融状態のまま前記回転炉床炉外に排出して回収する溶融金属鉄の製造方法であって、前記原料が載置される前記回転炉床炉の炉床の上面に水平に対して３～３０度の下向きの傾斜面を設け、前記溶融金属鉄の排出位置において、前記傾斜面の最も低い部分から前記溶融金属鉄を排出することを特徴とする溶融金属鉄の製造方法である。
【０００７】例えば、前記炉床の上面が裏面に貫通する前記溶融金属鉄の排出口を複数配置し、該排出口にはそれぞれ開閉可能なバルブを備え、その排出口に向けて炉床の上面に下向きの傾斜面を設け、前記排出口が炉床の回転にともない前記排出位置に達したときに、前記バルブを開くことにより前記排出口から溶融金属鉄を排出する溶融金属鉄の製造方法である。
【０００８】あるいは、前記炉床が、該炉床の炉幅の内周側に前記下向きの炉床を備えた炉床であってもよいし、逆に外周側に前記下向きの炉床を備えた炉床であってもよい。
【０００９】さらに、前記炉床の炉幅方向の低い側の周辺に沿わせて、少なくとも１個所以上に切り欠き部を有する固定堰を設け、その切り欠き部から溶融金属鉄を排出することが好ましい。
【００１０】さらに、前記炉床が、仕切りで円周方向に複数に分割されていることが好ましい。
【００１１】前記仕切りは、例えば、耐火物の仕切りであってもよいし、炉床を掘り下げて形成してもよい。あるいは、炉床に粉状炭素物質を積み付けて形成することがさらに好ましい。
【００１２】また、前記炉床が、複数の円周方向に分割された炉床部分からなり、その分割された各炉床部分が前記炉床の回転にともない前記溶融金属鉄の排出位置に達したときに、該炉床部分を傾動させて前記溶融金属鉄を排出することを特徴とする溶融金属鉄の製造方法である。
【００１３】さらに、前記溶融金属鉄を排出したあと前記原料を装入する前に、前記炉床上に残留するスラグを前記回転炉床炉外に排出することが好ましい。
【００１４】あるいは、前記溶融金属鉄を排出したあと前記原料を装入する前に、前記炉床の表面を平滑にすることが好ましい。
【００１５】さらに、前記スラグを排出したあと前記原料を装入する前に、炉床保護材を前記炉床上に装入することがより好ましい。
【００１６】さらに、前記平滑にしたあと前記原料を装入する前に、炉床保護材を前記炉床上に装入することがより好ましい。
【００１７】あるいは、前記炉床保護材にかえて、前記粉状炭素質還元材に前記炉床保護材を予め混ぜた混合物を装入してもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に詳細に説明する。
【００１９】回転炉床炉に装入する原料は炭素質還元材としては、石炭、コークス、オイルコークスなど、酸化鉄含有物質としては、鉄鉱石、高炉ダスト、製鋼ダスト、電気炉ダスト、ミルスケールなどを用いることができる。炭素質還元材の酸化鉄含有物質に対する配合割合は、原料中の酸化鉄を金属鉄に還元するに必要な炭素量に加え、金属鉄に浸炭させるに必要な炭素量を考慮してやや過剰とする。これらを必要により粉砕して粉状化して混合し、粉体のまま、またはペレットやブリケット状に成形して回転炉床炉に装入する。なお、成形に際し、必要に応じてベントナイト、澱粉、消石灰、有機粘結剤などのバインダーを加えてもよい。さらに、金属鉄と、酸化鉄含有物質中の脈石や炭素質還元材中の灰分から生成するスラグとの分離を容易にするため、石灰石、ドロマイト、蛇紋岩などのフラックスを加えてスラグの融点を調整してもよい。成形時に水分を添加した場合には、炭素質還元材が発火しない約２００℃以下の温度で乾燥を行った後、回転炉床炉に装入してもよい。
【００２０】炉床の構造は、例えば、図１に示すように、炉床の回転軸は鉛直のままとし、炉床１の炉床幅のほぼ中心線上に一定間隔に溶融金属鉄を排出するための排出口５を設け、その排出口５に向けて水平に対して炉幅方向に下向きの傾斜面６を設ける。排出口５の下面には開閉できるバルブとして例えばスライドバルブ７を設置して開閉できるようにしておく。なお、溶融金属鉄１３の排出を容易にするため、原料装入前に排出口５下面のスライドバルブ７を閉じた後、砂、コークス粉、スラグなどを排出口５に充填しておいてもよい。次いで、原料供給装置３により原料１１を装入するが、還元した原料１１が炉内で再酸化しないよう原料１１近傍のガス雰囲気をより還元性の高い雰囲気に維持するため、および溶融した金属鉄やスラグが炉床に付着することを避けるため、図８に示すように、炉床１上に粉状炭素質還元材１２を敷き（以下、「床敷」と記す）、その上に原料１１を載置してもよい。なお、原料１１として形状の大きなペレットまたはブリケットを用いる場合には、炉床１上部からの輻射伝熱を効率よく原料１１に伝えるため、１層～２層とすることが好ましく、また形状の小さなものの場合には３層以上とすることも可能である。
【００２１】炉床１の回転とともに原料１１が排出位置４に向かって炉内を移動する間に、炉床１上部に設置した複数のバーナーで加熱するとともに、原料中の炭素質還元材から発生する可燃性揮発成分および酸化鉄含有物質中の酸化鉄が還元されて（例えば、ＦｅＯ＋Ｃ→Ｆｅ＋ＣＯの反応で）発生するＣＯガスを二次空気により炉内で燃焼させ、炉内雰囲気温度を約１３５０～１５４０℃、より好ましくは１４３０～１５００℃として、前記炉床１上に載置した原料１１を上部から輻射加熱する。
【００２２】なお、バーナー用燃料としては、天然ガス、コークス炉ガス、プロパンガス、ブタンガス等のガス燃料、重油等の液体燃料、または石炭等の固体燃料のいずれであっても差し支えない。
【００２３】炉床１上に載置された原料１１は、炉内を移動する間に炉床１上部からの輻射加熱で約１３００～１４００℃まで急速に加熱され、酸化鉄含有物質中の酸化鉄が炭素質還元材中の炭素により還元されて金属化し、固体還元鉄となる。
【００２４】原料中には炭素質還元剤が還元所要量を超えて過剰に配合されているので固体還元鉄中にはまだ炭素が残留しており、固体還元鉄中の金属鉄はこの炭素により浸炭されて金属鉄の融点が低下する一方、還元鉄はさらに昇温して約１４００～１５００℃となり融点を上回り金属鉄は溶融する。スラグ成分も、ほぼ同時に溶融する。
【００２５】溶融した金属鉄およびスラグは傾斜面６に沿って排出口５に集められる。傾斜面６は水平に対して３～３０度とすることが好ましく、３度より小さいと金属鉄およびスラグは排出されず、一方、３０度より大きいと原料装入時に原料１１が低い側に移動して層厚が偏り加熱が不均一になり金属化が遅れ生産性が低下する。特に原料としてペレットを用いる場合、ペレットは転がりやすいので傾斜面の角度を大きくしすぎないよう注意すべきである。原料としてブリケットや粉状のまま用いると傾斜面の角度を大きくできるので好ましい。したがって、この角度は、原料の形状と溶融金属鉄の粘性や炉床の平滑度合いを考慮して３～３０度の範囲で適宜決定すればよい。炉床１が回転してちょうど排出位置４に達したときにスライドバルブ７を開いて溶融金属鉄１３（およびスラグ）を排出口５の下部から排出する。排出された溶融金属鉄１３（およびスラグ）は、排出位置４の排出口５の真下に配置された鍋で直接受けるか、または樋を介して回転炉床炉近くに配置した鍋に集めるなどして回収する。なお、溶融金属鉄（およびスラグ）の排出を容易にするためスライドバルブ７に砂やコークス粉等を充填した場合でも、砂やコークス粉等の量は溶融金属鉄１３の量にくらべ小量であるので溶融金属鉄１３の温度低下や成分変動は問題とならない。回収した溶融金属鉄１３は、必要によりスラグを除去した後、転炉や電気炉など次工程に運ばれ精錬される。
【００２６】炉床の構造としては、図２に示すように、炉床の回転軸は鉛直のままとし、炉床面を炉床１の内周側に下向きに傾斜させ、炉床１の内周に沿わせて、溶融金属鉄が溢れ出さない高さの例えば耐火物製の固定堰１０を排出位置４近傍の一部の区間のみを切り欠いて全周に設けてもよい。これにより機械操作なしに溶融金属鉄１３を排出位置４から連続的に排出できるので機械トラブルによる操業トラブルがなくなる。
【００２７】また、図３に示すように、炉床の回転軸は鉛直のままで、図２とは逆に炉床面を炉床１の外周側に傾斜させ、炉床１の外周に沿わせて固定堰１０を設けてもよい。これにより、図２に比べ固定堰１０の長さは長くなるが、炉の外側から溶融金属鉄１３を排出できるので排出中のトラブルの監視やメンテナンスが容易となる。
【００２８】さらに、図４に示すように、炉床１を耐火物などの仕切り８で円周方向に複数に分割し、炉床面は炉床の回転軸に対して垂直とし、炉床の回転軸を鉛直ではなく傾けることにより炉床全体を排出位置に向けて下向きに傾斜させて排出位置４を最下端にしてもよい。これにより、まだ溶融分離の不十分な還元鉄をも一緒に排出してしまうことなく、十分にスラグ成分から溶融分離された金属鉄のみが排出できる。なお、溶融金属鉄１３の排出をしやすくするため、分割された炉床ごとに、その外周に溶融金属鉄を排出するための溝を有する耐火物などの堰を設けることもよい。
【００２９】また、図４と同様に炉床の回転軸を傾けたまま、上記の耐火物等の仕切りや堰のかわりに、図５に示すように、炉床１を掘り下げて仕切り８と溶融金属鉄を排出するための溝を有する堰を形成しても図４と同様の効果が得られる。
【００３０】あるいは、図４および５と同様に炉床の回転軸を傾けたまま、図６に示すように、粉状炭素質還元材１２を一定間隔ごとに炉床１に積み付けることにより仕切りを形成してもよい。この場合、上記（図４および５）の効果に加え、仕切りを形成する粉状炭素質還元材１２は原料近傍のガス雰囲気を還元性雰囲気にする効果がある。また、炉床の構造を簡単にできる利点もある。
【００３１】あるいは、図７に示すように、炉床の回転軸を鉛直にしてほぼ水平な炉床１を円周方向に複数に分割し、排出位置４において分割された炉床部分２の内周部を持ち上げることにより、その炉床部分２に溜まっている溶融金属鉄１３を炉床１外周部から排出してもよい。持ち上げる高さを変えることにより容易に炉床部分２の傾斜角度を変更できるので、原料の形状、溶融金属鉄の粘性や炉床の平滑度合いによらず溶融金属鉄１３の排出が可能となる。排出位置４以外の位置における炉床部分２の上面は、原料装入時に原料が偏らないようほぼ水平（例えば水平に対して５度以下の傾き）に保つことが望ましい。これにより、原料として転がりやすいペレットも容易に使用できる。なお、炉床部分２の内周部を持ち上げるかわりに、外周部を下げても同様の効果が得られる。あるいは、炉床外周部を持ち上げるか、または炉床内周部を下げることにより、炉床内周側から溶融金属鉄を排出してもよい。あるいは、炉床部分２の分割部の片方を下げて炉床の下へ溶融金属鉄を排出してもよい。
【００３２】なお、炉床の回転軸が鉛直であるか傾いているか、その回転軸と炉床上面との角度が直角であるか直角でないかは上記実施の形態に限るものではなく、炉床上面に前述の傾斜面を形成するように、適宜選択しうるものである。
【００３３】スラグの融点が高い場合、炉床上にスラグが残留することがある。このときは図９および１０に示すように、溶融金属鉄の排出位置４から炉床の回転方向に向かって原料供給装置３までの間に、例えばスクリューなどのスラグ排出手段１４を設け、溶融金属鉄１３を排出後、炉床上に残留したスラグを回転炉床炉外に排出することが望ましい。ここで図１０に示すように、固定堰１０がある側にスラグを排出する場合は、溶融金属鉄の排出位置４とは別の位置にスラグ排出用の切り欠きを付け、そこから排出すればよい。
【００３４】なお、床敷および／または仕切り用に粉状炭素質還元材１２を用いる場合には、図１１に示すように、溶融金属鉄を排出後、スラグ排出手段１４でその残留したスラグとともに粉状炭素質還元材１２を排出すればよい。その排出後、原料を供給する前に、粉状炭素質還元材供給手段１５により新たな粉状炭素質還元材１２を炉床に供給し、床敷および／または仕切りを形成すればよい。なお、排出した粉状炭素質還元材は冷却後必要により解砕・篩い分け等してスラグを除去し、床敷および／または仕切り用として再利用することができる。
【００３５】炉床に耐火物の仕切りを設けた場合や炉床を掘り下げて仕切りを形成した場合（図４および５参照）には、図示しない回転ブラシやガスの吹き付けにより炉床上から上記のスラグや粉状炭素質還元材を排出すればよい。
【００３６】炉床上面は、溶融した金属鉄やスラグが接触することにより剥離や荒れが発生することが考えられるので、例えば、図１２に示すように、溶融金属鉄１３を排出後、上記のスラグ排出手段１４のスクリューを炉床表面平滑化手段１４として兼用するか、または別の専用のスクリューなどを炉床表面平滑化手段１４として設置し炉床上面を削るなどして平滑化することも好ましい。この平滑化後、粉状炭素質還元材供給手段１５を利用して炉床保護材として上記の排出されたスラグを粉砕したもの、アルミナ、マグネシアなど耐熱性、腐食性の高い酸化物の粉等をそれぞれ単独で、または適宜混ぜ合わせて炉床上に敷いてもよい。さらに、これらの炉床保護材を床敷用の粉状炭素質還元材に混ぜて敷いてもよい。また、これらを敷いたのち必要に応じてレベラーなどの均し手段１６で均してもよい。
【００３７】なお、これらの敷く厚さを溶融した金属鉄やスラグが炉床上面に直接接触しなくなる程度の厚さとすることが好ましい。
【００３８】また、上記の炉床保護材や粉状炭素質還元材に炉床保護材を混ぜ合わせたものは、前述の仕切りとしても使用できる。
【００３９】
【発明の効果】以上より、本発明によれば、溶融金属鉄を冷却、固化することなく溶融したまま回転炉床炉から連続的に取出すことができるので、設備コストの低い回転炉床炉のみを用いて長期間連続して、しかも余分なエネルギーを必要とすることなく品質変動の少ない溶融金属鉄を得ることができる。これにより、溶融金属鉄の製造コストを大幅に低減できる。
【００４０】さらに、炉床に残留するスラグを除去でき、炉床上面を平滑に維持できることにより原料への伝熱が均一となり、製品溶融金属鉄の品質の変動が少なくなる。
【００４１】また、炉床保護材を敷くことにより炉床上面の剥離や荒れを防止でき、炉床の寿命が延長できる。
【００４２】さらに、炉床保護材と床敷としての粉状炭素質還元材とを混合装入することにより装入設備が少なくできる。

【出願人】	【識別番号】３９９０１２９５２【氏名又は名称】ミドレックスインターナショナルビー．ブイ．
【出願日】	平成１２年３月３１日（２０００．３．３１）
【代理人】	【識別番号】１００１０５６９２【弁理士】【氏名又は名称】明田莞
【公開番号】	特開２００１－２８８５０４（Ｐ２００１－２８８５０４Ａ）
【公開日】	平成１３年１０月１９日（２００１．１０．１９）
【出願番号】	特願２０００－９８６１８（Ｐ２０００－９８６１８）