JP2003034813A - 粒状金属鉄とスラグの分離促進方法 - Google Patents
粒状金属鉄とスラグの分離促進方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸化鉄含有物質と炭素質還元剤とを含む原料
塊成物を還元溶融して生成する粒状金属鉄と副生するス
ラグの分離を促進し、スラグが十分に分離除去された鉄
品位の高い金属鉄を得る方法を提供すること。 【解決手段】 酸化鉄含有物質と炭素質還元剤とを含む
原料塊成物を還元溶融して粒状金属鉄を製造する方法に
おいて、前記還元溶融によって生成する粒状金属鉄と副
生するスラグとの混合固形物を急冷して前記粒状金属鉄
と副生するスラグとの分離を促進することに要旨を有す
る粒状金属鉄とスラグの分離促進方法。
塊成物を還元溶融して生成する粒状金属鉄と副生するス
ラグの分離を促進し、スラグが十分に分離除去された鉄
品位の高い金属鉄を得る方法を提供すること。 【解決手段】 酸化鉄含有物質と炭素質還元剤とを含む
原料塊成物を還元溶融して粒状金属鉄を製造する方法に
おいて、前記還元溶融によって生成する粒状金属鉄と副
生するスラグとの混合固形物を急冷して前記粒状金属鉄
と副生するスラグとの分離を促進することに要旨を有す
る粒状金属鉄とスラグの分離促進方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は酸化鉄含有物質と炭
素質還元剤とを含む原料塊成物を還元溶融して金属鉄を
製造する際に、生成する粒状金属鉄と副生するスラグと
の分離を促進する方法に関する。より詳細には、該原料
塊成物を還元溶融炉に供給し、該塊成物中の酸化鉄を還
元・溶融・凝集せしめ、生成する粒状金属鉄と副生する
スラグとの混合固形物を、粒状金属鉄とスラグとに容易
に分離できる様に改善された方法に関するものである。
素質還元剤とを含む原料塊成物を還元溶融して金属鉄を
製造する際に、生成する粒状金属鉄と副生するスラグと
の分離を促進する方法に関する。より詳細には、該原料
塊成物を還元溶融炉に供給し、該塊成物中の酸化鉄を還
元・溶融・凝集せしめ、生成する粒状金属鉄と副生する
スラグとの混合固形物を、粒状金属鉄とスラグとに容易
に分離できる様に改善された方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】転炉や電気炉の如き製鋼炉における溶解
鉄原料として、鉄品位の低い金属鉄（原料として用いた
鉄鉱石中の脈石成分や炭材中の灰分などとして含まれる
ＳｉＯ 2，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ等のスラグ成分が多量混入
している金属鉄）を供給すると、スラグ量の増大によっ
て電気炉操業性に悪影響を及ぼすばかりでなく、スラグ
への鉄分混入による鉄分歩留りの低下、エネルギー原単
位の上昇、生産性の低下など、多くの問題を生じてく
る。したがって溶解鉄原料としてスラグ成分含量の少な
い鉄品位の高い金属鉄が求められている。この様な高品
位の金属鉄の製造方法としては、シャフト炉法など鉄鉱
石や酸化鉄等の酸化鉄含有物質を炭材や還元性ガスによ
り直接還元して金属鉄を得る直接製鉄法や、米国特許
３，４４３，９３１号公報などに開示されている如く、
炭材と粉状酸化鉄を混合して塊状もしくはペレット状に
成形し、ロータリーハース上で加熱還元して金属鉄を製
造する方法などを改良し、鉄品位の高い金属鉄を製造す
る方法が種々知られている。
鉄原料として、鉄品位の低い金属鉄（原料として用いた
鉄鉱石中の脈石成分や炭材中の灰分などとして含まれる
ＳｉＯ 2，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ等のスラグ成分が多量混入
している金属鉄）を供給すると、スラグ量の増大によっ
て電気炉操業性に悪影響を及ぼすばかりでなく、スラグ
への鉄分混入による鉄分歩留りの低下、エネルギー原単
位の上昇、生産性の低下など、多くの問題を生じてく
る。したがって溶解鉄原料としてスラグ成分含量の少な
い鉄品位の高い金属鉄が求められている。この様な高品
位の金属鉄の製造方法としては、シャフト炉法など鉄鉱
石や酸化鉄等の酸化鉄含有物質を炭材や還元性ガスによ
り直接還元して金属鉄を得る直接製鉄法や、米国特許
３，４４３，９３１号公報などに開示されている如く、
炭材と粉状酸化鉄を混合して塊状もしくはペレット状に
成形し、ロータリーハース上で加熱還元して金属鉄を製
造する方法などを改良し、鉄品位の高い金属鉄を製造す
る方法が種々知られている。
【０００３】例えば鉄鉱石や酸化鉄等の酸化鉄含有物質
とコークスなどの炭素質還元剤とを含む原料塊成物を還
元溶融して高純度金属鉄を得る製鉄法としては、特開２
０００−１４４２２４号等が知られている。この公報に
も開示されている如く移動床型還元溶融炉を用いて原料
塊成物を還元溶融して粒状金属鉄を得る技術では、原料
塊成物は固体状態を保ったままで該塊成物中の酸化鉄が
還元され、次いで金属鉄と副生スラグとが溶融して夫々
凝集する。その後、溶融金属鉄と溶融スラグとを冷却
（例えば約１１００〜９００℃程度まで冷却する第一冷
却）すると、溶融金属鉄と溶融スラグは固化した状態
（夫々、「粒状金属鉄」「スラグ粒」という）となる。
該冷却・固化の後、粒状金属鉄とスラグ粒は炉外へ排出
される。尚、排出後、粒状金属鉄とスラグ粒は放冷（第
二冷却）される。また粒状金属鉄とスラグ粒は任意の選
別手段によって選別され、粒状金属鉄のみが製鋼炉等へ
の溶解原料として使用されている。
とコークスなどの炭素質還元剤とを含む原料塊成物を還
元溶融して高純度金属鉄を得る製鉄法としては、特開２
０００−１４４２２４号等が知られている。この公報に
も開示されている如く移動床型還元溶融炉を用いて原料
塊成物を還元溶融して粒状金属鉄を得る技術では、原料
塊成物は固体状態を保ったままで該塊成物中の酸化鉄が
還元され、次いで金属鉄と副生スラグとが溶融して夫々
凝集する。その後、溶融金属鉄と溶融スラグとを冷却
（例えば約１１００〜９００℃程度まで冷却する第一冷
却）すると、溶融金属鉄と溶融スラグは固化した状態
（夫々、「粒状金属鉄」「スラグ粒」という）となる。
該冷却・固化の後、粒状金属鉄とスラグ粒は炉外へ排出
される。尚、排出後、粒状金属鉄とスラグ粒は放冷（第
二冷却）される。また粒状金属鉄とスラグ粒は任意の選
別手段によって選別され、粒状金属鉄のみが製鋼炉等へ
の溶解原料として使用されている。
【０００４】上記の様な金属鉄製造方法における冷却
は、金属鉄及びスラグを凝固させるためそれらの凝固点
以下まで冷却する第一冷却段階と、その後の搬送や金属
鉄の選別のために更に温度を下げる第二冷却段階とに分
けられる。
は、金属鉄及びスラグを凝固させるためそれらの凝固点
以下まで冷却する第一冷却段階と、その後の搬送や金属
鉄の選別のために更に温度を下げる第二冷却段階とに分
けられる。
【０００５】第一冷却段階は該還元溶融炉内で行なわれ
る場合が多いが、該第一冷却後はスラグ粒が粒状金属鉄
に付着した未分離状態（「混合固形物」という）として
存在するものも多い。また炉外で放冷する第二冷却段階
でも金属鉄とスラグは分離するが十分ではない。そのた
め磁選や篩などでは粒状金属鉄のみを効率よく分別採取
することが難しく、粒状金属鉄と共に相当量のスラグの
混入が避けられなかった。そのため金属鉄自体は高純度
であっても、分別しきれずに混入してくるスラグ成分に
よって製鋼炉での溶解スラグ発生量が増大し、操業性や
製品品質に影響を及ぼす。この様な事情から、分別前の
状態で金属鉄と副生スラグを効率よく分別し得る様な技
術が求められている。
る場合が多いが、該第一冷却後はスラグ粒が粒状金属鉄
に付着した未分離状態（「混合固形物」という）として
存在するものも多い。また炉外で放冷する第二冷却段階
でも金属鉄とスラグは分離するが十分ではない。そのた
め磁選や篩などでは粒状金属鉄のみを効率よく分別採取
することが難しく、粒状金属鉄と共に相当量のスラグの
混入が避けられなかった。そのため金属鉄自体は高純度
であっても、分別しきれずに混入してくるスラグ成分に
よって製鋼炉での溶解スラグ発生量が増大し、操業性や
製品品質に影響を及ぼす。この様な事情から、分別前の
状態で金属鉄と副生スラグを効率よく分別し得る様な技
術が求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、酸
化鉄含有物質と炭素質還元剤とを含む原料塊成物を還元
溶融して生成する粒状金属鉄と副生するスラグとの分離
を促進し、スラグが十分に分離除去された鉄品位の高い
金属鉄を得る方法を提供することである。
の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、酸
化鉄含有物質と炭素質還元剤とを含む原料塊成物を還元
溶融して生成する粒状金属鉄と副生するスラグとの分離
を促進し、スラグが十分に分離除去された鉄品位の高い
金属鉄を得る方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し得た本
発明とは、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤とを含む原料
塊成物を還元溶融して粒状金属鉄を製造する方法におい
て、前記還元溶融によって生成する粒状金属鉄と副生す
るスラグとの混合固形物を急冷して前記粒状金属鉄と副
生するスラグとの分離を促進することに要旨を有する粒
状金属鉄とスラグの分離促進方法である。本発明の方法
を実施するにあたっては前記急冷を冷媒によって行なう
ことが推奨される。また前記急冷を前記粒状金属鉄の凝
固温度から１５０℃までの間の少なくとも一部において
好ましくは２５０℃／分以上、より好ましくは３５０℃
／分以上の冷却速度で行なうことが推奨される。本発明
で前記冷媒に水を使用すると共に、金属鉄の急冷を１５
０℃までに止め、滞留・付着水分を乾燥させることも好
ましい実施態様である。
発明とは、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤とを含む原料
塊成物を還元溶融して粒状金属鉄を製造する方法におい
て、前記還元溶融によって生成する粒状金属鉄と副生す
るスラグとの混合固形物を急冷して前記粒状金属鉄と副
生するスラグとの分離を促進することに要旨を有する粒
状金属鉄とスラグの分離促進方法である。本発明の方法
を実施するにあたっては前記急冷を冷媒によって行なう
ことが推奨される。また前記急冷を前記粒状金属鉄の凝
固温度から１５０℃までの間の少なくとも一部において
好ましくは２５０℃／分以上、より好ましくは３５０℃
／分以上の冷却速度で行なうことが推奨される。本発明
で前記冷媒に水を使用すると共に、金属鉄の急冷を１５
０℃までに止め、滞留・付着水分を乾燥させることも好
ましい実施態様である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明者らは上記従来技術に存す
る問題を解決すべく鋭意研究を行なった結果、酸化鉄含
有物質と炭素質還元剤とを含む原料塊成物の還元溶融に
よって生成する粒状金属鉄と副生するスラグとの混合固
形物を急冷すれば、前記粒状金属鉄と副生するスラグと
の分離が著しく促進されることを見出し本発明に至っ
た。
る問題を解決すべく鋭意研究を行なった結果、酸化鉄含
有物質と炭素質還元剤とを含む原料塊成物の還元溶融に
よって生成する粒状金属鉄と副生するスラグとの混合固
形物を急冷すれば、前記粒状金属鉄と副生するスラグと
の分離が著しく促進されることを見出し本発明に至っ
た。
【０００９】本発明において原料塊成物とは鉄鉱石や酸
化鉄またはその部分還元物などの酸化鉄含有物質とコー
クスや石炭など炭素質還元剤とを含むものであり、必要
に応じて任意の添加剤等を含んでいてもよい。また原料
塊成物の形状については特に限定されず、ペレット状，
ブリケット状などの成形体が例示される。更に原料塊成
物の成形方法についても塊成物の形状に応じて任意の方
法を採用できる。更に酸化鉄含有物質と炭素質還元剤と
の混合比率も特に限定されず、目的に応じた混合比率と
することができる。また更に原料塊成物のサイズについ
ても特に限定されない。
化鉄またはその部分還元物などの酸化鉄含有物質とコー
クスや石炭など炭素質還元剤とを含むものであり、必要
に応じて任意の添加剤等を含んでいてもよい。また原料
塊成物の形状については特に限定されず、ペレット状，
ブリケット状などの成形体が例示される。更に原料塊成
物の成形方法についても塊成物の形状に応じて任意の方
法を採用できる。更に酸化鉄含有物質と炭素質還元剤と
の混合比率も特に限定されず、目的に応じた混合比率と
することができる。また更に原料塊成物のサイズについ
ても特に限定されない。
【００１０】以下では、この様な原料塊成物を還元溶融
して粒状金属鉄を製造するが、具体的な還元溶融方法に
ついては特に限定されず、公知の還元溶融炉を用いれば
よい。本発明では移動炉床型還元溶融炉を用いて金属鉄
を製造する方法を例示しながら本発明について説明して
いくが、本発明は以下の説明及び図示例に限定される趣
旨ではない。以下その具体的な構成を示す図面を参照し
ながら詳細に説明する。
して粒状金属鉄を製造するが、具体的な還元溶融方法に
ついては特に限定されず、公知の還元溶融炉を用いれば
よい。本発明では移動炉床型還元溶融炉を用いて金属鉄
を製造する方法を例示しながら本発明について説明して
いくが、本発明は以下の説明及び図示例に限定される趣
旨ではない。以下その具体的な構成を示す図面を参照し
ながら詳細に説明する。
【００１１】図１〜３は本発明が適用される本発明者ら
自身が開発した移動炉床型還元溶融炉の一例を示す該略
説明図で、ドーナツ状の回転移動床を有するドーム型構
造のものを示しており、図１は概略見取図、図２は図１
におけるＡ−Ａ線断面相当図、図３は、理解の便のため
図１における回転炉床の回転移動方向に展開して示す概
略断面説明図であり、図中１は回転炉床、２は該回転炉
床をカバーする炉体であり、回転炉床１は、図示しない
駆動装置により適当な速度で回転駆動できる様に構成さ
れている。
自身が開発した移動炉床型還元溶融炉の一例を示す該略
説明図で、ドーナツ状の回転移動床を有するドーム型構
造のものを示しており、図１は概略見取図、図２は図１
におけるＡ−Ａ線断面相当図、図３は、理解の便のため
図１における回転炉床の回転移動方向に展開して示す概
略断面説明図であり、図中１は回転炉床、２は該回転炉
床をカバーする炉体であり、回転炉床１は、図示しない
駆動装置により適当な速度で回転駆動できる様に構成さ
れている。
【００１２】しかし本発明が適用される移動炉床型還元
溶融炉の構成は勿論図１〜３に示した様な形状・構造の
ものに限定されるわけではなく、構成要素として移動タ
イプの炉床を含むものであれば、例えばストレートグレ
ートタイプの如き他の全ゆる構造の移動炉床型還元溶融
炉に有効に活用できる。
溶融炉の構成は勿論図１〜３に示した様な形状・構造の
ものに限定されるわけではなく、構成要素として移動タ
イプの炉床を含むものであれば、例えばストレートグレ
ートタイプの如き他の全ゆる構造の移動炉床型還元溶融
炉に有効に活用できる。
【００１３】炉体２の壁面適所には複数の燃焼バーナ３
が設けられており、該燃焼バーナ３の燃焼熱およびその
輻射熱を回転炉床１上の原料塊成物に伝えることによ
り、該塊成物の加熱還元が行われる。図示する炉体２は
好ましい例を示したもので、炉体２内部は３枚の仕切壁
Ｋ1，Ｋ2，Ｋ3で第１ゾーンＺ1、第２ゾーンＺ2、第３
ゾーンＺ3、第４ゾーンＺ4に仕切られており、該炉体２
の回転方向最上流側には回転炉床１を臨んで原料供給手
段４が配置されると共に、回転方向最下流側（回転構造
であるため、実際には供給手段４の直上流側にもなる）
には排出手段６が設けられている。
が設けられており、該燃焼バーナ３の燃焼熱およびその
輻射熱を回転炉床１上の原料塊成物に伝えることによ
り、該塊成物の加熱還元が行われる。図示する炉体２は
好ましい例を示したもので、炉体２内部は３枚の仕切壁
Ｋ1，Ｋ2，Ｋ3で第１ゾーンＺ1、第２ゾーンＺ2、第３
ゾーンＺ3、第４ゾーンＺ4に仕切られており、該炉体２
の回転方向最上流側には回転炉床１を臨んで原料供給手
段４が配置されると共に、回転方向最下流側（回転構造
であるため、実際には供給手段４の直上流側にもなる）
には排出手段６が設けられている。
【００１４】この還元溶融炉を稼動するに当たっては、
回転炉床１を所定の速度で回転させておき、該回転炉床
１上に、原料塊成物を供給手段４から適当な厚さとなる
様に供給していく。炉床１上に装入された原料塊成物
は、第１ゾーンＺ1を移動する過程で燃焼バーナ３によ
る燃焼熱及び輻射熱を受け、該塊成物内の炭素質物質お
よびその燃焼により生成する一酸化炭素により該塊成物
中の酸化鉄は固形状態を維持した状態で加熱還元され
る。その後、第２ゾーンＺ2で更に加熱還元され、ほぼ
完全に還元されて生成した金属鉄は、第３ゾーンＺ3で
更に還元性雰囲気下で加熱されることにより浸炭して溶
融する。このとき生成する溶融金属鉄と副生する溶融ス
ラグは比重差によって、溶融金属鉄上に溶融スラグが存
在する状態となる。この様な溶融金属鉄と溶融スラグは
第４ゾーンＺ4で任意の冷却手段Ｃにより凝固点以下ま
で冷却されて夫々固化し、その下流側に設けられた排出
手段６によって順次掻き出される。尚、該冷却・固化に
よって、溶融金属鉄と溶融スラグは夫々分離して粒状金
属鉄，スラグ粒となるが、スラグと金属鉄が分離せず、
スラグが付着している粒状金属鉄（混合固形物）も存在
する。したがって炉外には粒状金属鉄，スラグ粒，混合
固形物が排出される。またこのとき排出される混合固形
物等（以下、「混合固形物等」と表記する場合は粒状金
属鉄，スラグ粒も含む意味である）は、比較的高温状態
（例えば凝固温度〜９００℃程度）である。
回転炉床１を所定の速度で回転させておき、該回転炉床
１上に、原料塊成物を供給手段４から適当な厚さとなる
様に供給していく。炉床１上に装入された原料塊成物
は、第１ゾーンＺ1を移動する過程で燃焼バーナ３によ
る燃焼熱及び輻射熱を受け、該塊成物内の炭素質物質お
よびその燃焼により生成する一酸化炭素により該塊成物
中の酸化鉄は固形状態を維持した状態で加熱還元され
る。その後、第２ゾーンＺ2で更に加熱還元され、ほぼ
完全に還元されて生成した金属鉄は、第３ゾーンＺ3で
更に還元性雰囲気下で加熱されることにより浸炭して溶
融する。このとき生成する溶融金属鉄と副生する溶融ス
ラグは比重差によって、溶融金属鉄上に溶融スラグが存
在する状態となる。この様な溶融金属鉄と溶融スラグは
第４ゾーンＺ4で任意の冷却手段Ｃにより凝固点以下ま
で冷却されて夫々固化し、その下流側に設けられた排出
手段６によって順次掻き出される。尚、該冷却・固化に
よって、溶融金属鉄と溶融スラグは夫々分離して粒状金
属鉄，スラグ粒となるが、スラグと金属鉄が分離せず、
スラグが付着している粒状金属鉄（混合固形物）も存在
する。したがって炉外には粒状金属鉄，スラグ粒，混合
固形物が排出される。またこのとき排出される混合固形
物等（以下、「混合固形物等」と表記する場合は粒状金
属鉄，スラグ粒も含む意味である）は、比較的高温状態
（例えば凝固温度〜９００℃程度）である。
【００１５】本発明では比較的高温状態で排出される混
合固形物を急冷し、該混合固形物を構成する金属鉄の収
縮速度とスラグの収縮速度の相違を利用して金属鉄とス
ラグの分離を促進し、スラグ成分をほとんど含まない粒
状金属鉄とスラグ粒（原料として用いた鉄鉱石中の脈石
成分や炭材中の灰分などとして含まれるＳｉＯ2，Ａｌ2
Ｏ3，ＣａＯ等のスラグ成分で構成されている）とに分
離する。
合固形物を急冷し、該混合固形物を構成する金属鉄の収
縮速度とスラグの収縮速度の相違を利用して金属鉄とス
ラグの分離を促進し、スラグ成分をほとんど含まない粒
状金属鉄とスラグ粒（原料として用いた鉄鉱石中の脈石
成分や炭材中の灰分などとして含まれるＳｉＯ2，Ａｌ2
Ｏ3，ＣａＯ等のスラグ成分で構成されている）とに分
離する。
【００１６】本発明において急冷とは、大気中で混合固
形物を放冷した場合よりも早い冷却を意味するが、特に
冷媒を用いる等して急速に冷却し、混合固形物に熱衝撃
を与えると金属鉄とスラグの分離・促進効果がより高ま
るので推奨される。また２５０℃／分以上の速度で急冷
すると、混合固形物を構成する金属鉄の収縮速度とスラ
グの収縮速度との急変（即ち、熱膨張率の差）によっ
て、該金属鉄と該スラグとの接触部分での歪みが生じ、
金属鉄とスラグの分離が促進されるので望ましい。より
好ましい冷却速度は３５０℃／分以上である。尚、冷却
速度は炉外に排出された混合固形物の温度変化を連続的
に測定して算出すればよい。
形物を放冷した場合よりも早い冷却を意味するが、特に
冷媒を用いる等して急速に冷却し、混合固形物に熱衝撃
を与えると金属鉄とスラグの分離・促進効果がより高ま
るので推奨される。また２５０℃／分以上の速度で急冷
すると、混合固形物を構成する金属鉄の収縮速度とスラ
グの収縮速度との急変（即ち、熱膨張率の差）によっ
て、該金属鉄と該スラグとの接触部分での歪みが生じ、
金属鉄とスラグの分離が促進されるので望ましい。より
好ましい冷却速度は３５０℃／分以上である。尚、冷却
速度は炉外に排出された混合固形物の温度変化を連続的
に測定して算出すればよい。
【００１７】急冷方法自体は特に限定されないが、冷媒
として液体および／または不活性ガスを使用して急冷を
行なうことが望ましい。また不活性ガスによる急冷より
も液体よる急冷の方が冷却速度が速く、より高い分離効
果が得られるので推奨される。この時用いる液体は限定
されず、また液体への添加物の有無についても限定され
ない。経済性，安全性，冷却効率の観点から水を用いる
ことが望ましい。また不活性ガスとしても特に限定され
ない。経済性，安全性の観点から窒素ガスを用いること
が望ましい。
として液体および／または不活性ガスを使用して急冷を
行なうことが望ましい。また不活性ガスによる急冷より
も液体よる急冷の方が冷却速度が速く、より高い分離効
果が得られるので推奨される。この時用いる液体は限定
されず、また液体への添加物の有無についても限定され
ない。経済性，安全性，冷却効率の観点から水を用いる
ことが望ましい。また不活性ガスとしても特に限定され
ない。経済性，安全性の観点から窒素ガスを用いること
が望ましい。
【００１８】例えば水を用いて急冷する場合、水をスプ
レーなど任意の噴霧手段によって供給量を調整しながら
混合固形物に噴霧して所望の冷却速度としてもよい。例
えば図４に例示する様に、移動炉床型炉から排出された
混合固形物等を装入ダクト８を介してベルトコンベアな
どの移動手段９に載置して移動させ、任意の区間で任意
数設けた噴霧手段１１から混合固形物等に向けて水を噴
霧すればよい。該噴霧によって混合固形物は急冷され、
収縮速度の差からスラグと金属鉄の分離が促進され、粒
状金属鉄とスラグ粒とが得られる。或いは冷却槽に水を
貯めておき、水の供給，排出により水温をコントロール
することによって所望の冷却速度となる様に混合固形物
を急冷してもよい。例えば図５に例示する様に移動炉床
型炉７から排出された混合固形物等を装入ダクトなどの
装入手段８を介して水１２を充填した冷却槽１３に装入
して水没させ、所定の温度まで急冷した後、コンベアな
ど任意の搬出手段によって冷却槽から取出せばよい。こ
の様に混合固形物を水没させる急冷方法は、水を噴霧す
る急冷方法よりも冷却速度が早く、したがって収縮速度
差も大きくなり高い分離率が得られるので望ましい。
レーなど任意の噴霧手段によって供給量を調整しながら
混合固形物に噴霧して所望の冷却速度としてもよい。例
えば図４に例示する様に、移動炉床型炉から排出された
混合固形物等を装入ダクト８を介してベルトコンベアな
どの移動手段９に載置して移動させ、任意の区間で任意
数設けた噴霧手段１１から混合固形物等に向けて水を噴
霧すればよい。該噴霧によって混合固形物は急冷され、
収縮速度の差からスラグと金属鉄の分離が促進され、粒
状金属鉄とスラグ粒とが得られる。或いは冷却槽に水を
貯めておき、水の供給，排出により水温をコントロール
することによって所望の冷却速度となる様に混合固形物
を急冷してもよい。例えば図５に例示する様に移動炉床
型炉７から排出された混合固形物等を装入ダクトなどの
装入手段８を介して水１２を充填した冷却槽１３に装入
して水没させ、所定の温度まで急冷した後、コンベアな
ど任意の搬出手段によって冷却槽から取出せばよい。こ
の様に混合固形物を水没させる急冷方法は、水を噴霧す
る急冷方法よりも冷却速度が早く、したがって収縮速度
差も大きくなり高い分離率が得られるので望ましい。
【００１９】更に図示しないが窒素ガスなどの不活性ガ
スを用いて急冷する場合、直接混合固形物に不活性ガス
を噴射してもよく、或いは不活性ガス雰囲気下に混合固
形物をさらしてもよい。
スを用いて急冷する場合、直接混合固形物に不活性ガス
を噴射してもよく、或いは不活性ガス雰囲気下に混合固
形物をさらしてもよい。
【００２０】また急冷方法はこれらに限定されず、適宜
急冷方法を組合せて実施することも可能である。例えば
窒素ガス雰囲気下で水を噴霧して混合固形物を急冷して
もよいし、或いは水を噴霧した後、窒素ガス雰囲気下で
混合固形物を急冷してもよい。
急冷方法を組合せて実施することも可能である。例えば
窒素ガス雰囲気下で水を噴霧して混合固形物を急冷して
もよいし、或いは水を噴霧した後、窒素ガス雰囲気下で
混合固形物を急冷してもよい。
【００２１】また急冷開始時の混合固形物の温度が高け
れば高いほど急冷による分離効果は大きくなるので、炉
外へ排出された直後の高温状態の混合固形物を急冷する
ことが望ましい。尚、排出時における混合固形物等の温
度は炉内で混合固形物等がどの程度冷却されるかによっ
て異なるため、具体的な急冷開始温度は特に限定されな
いが、通常炉外へ排出される混合固形物等は固体状態で
あるので、好ましい急冷温度域としては金属鉄凝固点
（１２８０℃程度）〜１５０℃までの間の少なくとも一
部を急冷することが望ましい。１５０℃未満の温度から
急冷しても混合固形物に十分な熱衝撃が与えられず十分
な分離効果が得られないことがあるからである。
れば高いほど急冷による分離効果は大きくなるので、炉
外へ排出された直後の高温状態の混合固形物を急冷する
ことが望ましい。尚、排出時における混合固形物等の温
度は炉内で混合固形物等がどの程度冷却されるかによっ
て異なるため、具体的な急冷開始温度は特に限定されな
いが、通常炉外へ排出される混合固形物等は固体状態で
あるので、好ましい急冷温度域としては金属鉄凝固点
（１２８０℃程度）〜１５０℃までの間の少なくとも一
部を急冷することが望ましい。１５０℃未満の温度から
急冷しても混合固形物に十分な熱衝撃が与えられず十分
な分離効果が得られないことがあるからである。
【００２２】また上記範囲内の「少なくとも一部」と
は、上記温度域において急冷を継続する必要はないこと
を意味する。例えば金属鉄凝固点〜１５０℃までの少な
くとも一部において２５０℃／分以上の冷却速度で行な
う場合、該温度域内の一部温度区間を２５０℃／分以上
の冷却速度で急冷すれば他の温度域を放冷してもよいこ
とを意味し、金属鉄凝固点〜１５０℃までの間、急冷を
継続しなければならない意味ではない。また上記範囲を
超えて急冷を継続してもよく、１５０℃に達した時点で
急冷を停止しなければならない意味ではない。例えば、
金属鉄凝固点〜１５０℃まで急冷し、更に１５０℃未満
の温度においても急冷を継続してもよく、所望の温度に
達した時点で急冷を停止すればよい。
は、上記温度域において急冷を継続する必要はないこと
を意味する。例えば金属鉄凝固点〜１５０℃までの少な
くとも一部において２５０℃／分以上の冷却速度で行な
う場合、該温度域内の一部温度区間を２５０℃／分以上
の冷却速度で急冷すれば他の温度域を放冷してもよいこ
とを意味し、金属鉄凝固点〜１５０℃までの間、急冷を
継続しなければならない意味ではない。また上記範囲を
超えて急冷を継続してもよく、１５０℃に達した時点で
急冷を停止しなければならない意味ではない。例えば、
金属鉄凝固点〜１５０℃まで急冷し、更に１５０℃未満
の温度においても急冷を継続してもよく、所望の温度に
達した時点で急冷を停止すればよい。
【００２３】尚、本発明で採用される急冷による分離促
進効果は前述の如く急冷による熱衝撃による金属鉄−ス
ラグ界面の歪み破壊を利用するものであるから、急冷時
間も極短時間でよく、例えば数秒間の急冷で十分に目的
を果たすことができる。特に冷媒を用いて急冷する場
合、混合固形物が冷媒と接触した瞬間に該混合固形物が
急冷されて分離促進効果が得られる。例えば混合固形物
を水に没入する場合、水と接触した瞬間に混合固形物の
温度が急激に低下して金属鉄−スラグ界面の歪み破壊が
生じて分離する。もちろん該水没中も該混合固形物の急
冷が継続するため、未分離状態で残存する混合固形物の
金属鉄−スラグ界面の収縮速度差が大きくなり、更に分
離促進効果が得られ、金属鉄−スラグ未分離率が低下す
る。
進効果は前述の如く急冷による熱衝撃による金属鉄−ス
ラグ界面の歪み破壊を利用するものであるから、急冷時
間も極短時間でよく、例えば数秒間の急冷で十分に目的
を果たすことができる。特に冷媒を用いて急冷する場
合、混合固形物が冷媒と接触した瞬間に該混合固形物が
急冷されて分離促進効果が得られる。例えば混合固形物
を水に没入する場合、水と接触した瞬間に混合固形物の
温度が急激に低下して金属鉄−スラグ界面の歪み破壊が
生じて分離する。もちろん該水没中も該混合固形物の急
冷が継続するため、未分離状態で残存する混合固形物の
金属鉄−スラグ界面の収縮速度差が大きくなり、更に分
離促進効果が得られ、金属鉄−スラグ未分離率が低下す
る。
【００２４】更に本発明においては、前記急冷に水を使
用すると共に、金属鉄の急冷を１５０℃までに止め、そ
れ以降を放冷することも好ましい。即ち、混合固形物等
を１５０℃まで水を使用して冷却した後、該急冷を停止
（水との接触を停止）してその後放冷すれば、金属鉄自
体が有する自熱によって金属鉄に付着している水分を蒸
発できるので、乾燥機など乾燥手段を設けることなく、
金属鉄を乾燥できる。
用すると共に、金属鉄の急冷を１５０℃までに止め、そ
れ以降を放冷することも好ましい。即ち、混合固形物等
を１５０℃まで水を使用して冷却した後、該急冷を停止
（水との接触を停止）してその後放冷すれば、金属鉄自
体が有する自熱によって金属鉄に付着している水分を蒸
発できるので、乾燥機など乾燥手段を設けることなく、
金属鉄を乾燥できる。
【００２５】上記の如く、本発明の方法について溶融還
元炉から排出される粒状金属鉄，スラグ粒と共に混合固
形物を急冷する場合について説明したが、溶融還元炉か
らこれらが排出された時点で任意の分別手段（篩目や磁
選装置など）により金属鉄とスラグの分別をおこなって
粒状金属鉄，スラグ粒，混合固形物を夫々分別採取し、
混合固形物のみ、或いは混合固形物と粒状金属鉄を選択
採取して本発明の方法を適用することも可能であり、粒
状金属鉄，スラグ粒の有無に係わらず、本発明の方法を
適用できる。
元炉から排出される粒状金属鉄，スラグ粒と共に混合固
形物を急冷する場合について説明したが、溶融還元炉か
らこれらが排出された時点で任意の分別手段（篩目や磁
選装置など）により金属鉄とスラグの分別をおこなって
粒状金属鉄，スラグ粒，混合固形物を夫々分別採取し、
混合固形物のみ、或いは混合固形物と粒状金属鉄を選択
採取して本発明の方法を適用することも可能であり、粒
状金属鉄，スラグ粒の有無に係わらず、本発明の方法を
適用できる。
【００２６】また本発明の方法によって混合固形物を構
成する金属鉄とスラグとを夫々粒状金属鉄及びスラグ粒
として分離した後、任意の選別手段（篩目や磁選装置な
ど）により粒状金属鉄とスラグ粒の分別採取を行なえ
ば、最終的に鉄分純度が９５％程度以上、より好ましく
は９８％程度以上でスラグ成分含量の極めて少ない金属
鉄原料を得ることができる。
成する金属鉄とスラグとを夫々粒状金属鉄及びスラグ粒
として分離した後、任意の選別手段（篩目や磁選装置な
ど）により粒状金属鉄とスラグ粒の分別採取を行なえ
ば、最終的に鉄分純度が９５％程度以上、より好ましく
は９８％程度以上でスラグ成分含量の極めて少ない金属
鉄原料を得ることができる。
【００２７】以下、実施例に基づいて本発明の方法を説
明するが、本発明を実施例に限定する趣旨ではなく、前
・後記の趣旨に基づいて適宜変更を加えることができ
る。
明するが、本発明を実施例に限定する趣旨ではなく、前
・後記の趣旨に基づいて適宜変更を加えることができ
る。
【００２８】
【実施例】鉄鉱石と石炭とを含む原料塊成物を図１乃至
図３に示した移動炉床型還元溶融炉に供給し、燃焼バー
ナによる燃焼熱及び輻射熱によって該塊成物の固形状態
を維持した状態で加熱還元（炉内温度：１３００℃）し
た。更に還元性雰囲気下で加熱・溶融し、生成する金属
鉄と副生するスラグとの混合物を炉内にて１０００℃ま
で冷却し、該冷却により固化した粒状金属鉄，スラグ
粒，混合固形物を、炉床移動方向下流側に設けられた排
出手段によって排出した。排出された混合固形物等は装
入ダクトを介して表１に記載の冷媒が供給してある冷却
槽に装入して急冷を行なった。窒素を冷媒とした場合を
図６に示す。冷却槽には窒素ガスを常時供給（流量：１
０Ｎｍ3／ｈｒ）すると共に、冷却速度が２５０℃／分
となる様に窒素ガスの流量を調節しながら混合固形物等
を急冷した。尚、供給した窒素ガスは排気ダクト１４か
ら排出させることによって該流量調節を行なった。金属
鉄等の装入物の温度が常温になった時点で随時冷却槽か
ら取り出して混合固形物の総量を測定（表１中「混合固
形物質量」「スラグ未分離率」参照）した。また窒素冷
却の場合は、冷却槽内に堆積している混合固形物溜まり
に熱伝対を装入して温度測定した。水を冷媒とした場合
を図７に示す。冷却槽にあらかじめ水を貯めておき、装
入される混合固形物等を冷却した。また、冷却速度は別
途水没による冷却速度を測定した結果、３５０℃／分で
あった。混合固形物等の装入物の温度が常温になった時
点で随時冷却槽から取り出して混合固形物の総量を測定
した。また水冷却の場合、別途水没による冷却速度を測
定した。加熱炉により１０００℃まで加熱した混合固形
物の溜まりの内部に熱伝対を装入して、それらを水没さ
せて冷却速度を測定した。結果を表１に示す。
図３に示した移動炉床型還元溶融炉に供給し、燃焼バー
ナによる燃焼熱及び輻射熱によって該塊成物の固形状態
を維持した状態で加熱還元（炉内温度：１３００℃）し
た。更に還元性雰囲気下で加熱・溶融し、生成する金属
鉄と副生するスラグとの混合物を炉内にて１０００℃ま
で冷却し、該冷却により固化した粒状金属鉄，スラグ
粒，混合固形物を、炉床移動方向下流側に設けられた排
出手段によって排出した。排出された混合固形物等は装
入ダクトを介して表１に記載の冷媒が供給してある冷却
槽に装入して急冷を行なった。窒素を冷媒とした場合を
図６に示す。冷却槽には窒素ガスを常時供給（流量：１
０Ｎｍ3／ｈｒ）すると共に、冷却速度が２５０℃／分
となる様に窒素ガスの流量を調節しながら混合固形物等
を急冷した。尚、供給した窒素ガスは排気ダクト１４か
ら排出させることによって該流量調節を行なった。金属
鉄等の装入物の温度が常温になった時点で随時冷却槽か
ら取り出して混合固形物の総量を測定（表１中「混合固
形物質量」「スラグ未分離率」参照）した。また窒素冷
却の場合は、冷却槽内に堆積している混合固形物溜まり
に熱伝対を装入して温度測定した。水を冷媒とした場合
を図７に示す。冷却槽にあらかじめ水を貯めておき、装
入される混合固形物等を冷却した。また、冷却速度は別
途水没による冷却速度を測定した結果、３５０℃／分で
あった。混合固形物等の装入物の温度が常温になった時
点で随時冷却槽から取り出して混合固形物の総量を測定
した。また水冷却の場合、別途水没による冷却速度を測
定した。加熱炉により１０００℃まで加熱した混合固形
物の溜まりの内部に熱伝対を装入して、それらを水没さ
せて冷却速度を測定した。結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】表１に示される様に、冷媒に窒素，または
水を用いることによって混合固形物からスラグを分離・
除去できた。また窒素を冷媒とした場合に比べて水を冷
媒とした場合の方が低い未分離率を示し、水没させる急
冷手段はより好ましい急冷手段であることが分かる。
水を用いることによって混合固形物からスラグを分離・
除去できた。また窒素を冷媒とした場合に比べて水を冷
媒とした場合の方が低い未分離率を示し、水没させる急
冷手段はより好ましい急冷手段であることが分かる。
【００３１】比較例
上記実施例と同一条件で移動炉床型還元溶融炉にて粒状
金属鉄を製造した。排出された混合固形物等を大気中で
常温まで放冷したが、極めて高い未分離率（１５％）で
あった。
金属鉄を製造した。排出された混合固形物等を大気中で
常温まで放冷したが、極めて高い未分離率（１５％）で
あった。
【００３２】
【発明の効果】上記した如く本発明の方法によれば炉外
に排出された混合固形物を構成する金属鉄とスラグとを
容易に分離できる。本発明によっスラグフリーで鉄分純
度が高い金属鉄原料を得ることができるので、これを製
鋼原料として利用する一環システムを構築することによ
り、電気炉などの電力原単位を低減しつつ安定した品質
の溶鋼を生産性良く製造することが可能となる。
に排出された混合固形物を構成する金属鉄とスラグとを
容易に分離できる。本発明によっスラグフリーで鉄分純
度が高い金属鉄原料を得ることができるので、これを製
鋼原料として利用する一環システムを構築することによ
り、電気炉などの電力原単位を低減しつつ安定した品質
の溶鋼を生産性良く製造することが可能となる。
【図１】本発明が適用される円形移動床型還元溶融炉を
例示する概略説明図である。
例示する概略説明図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面相当図である。
【図３】図１における移動床回転方向に展開して示す断
面説明図である。
面説明図である。
【図４】水噴霧による混合固形物の冷却を示す概略説明
図である。
図である。
【図５】水没による混合固形物の冷却を示す概略説明図
である。
である。
【図６】窒素ガスによる混合固形物の冷却を示す概略説
明図である。
明図である。
【図７】水による混合固形物の冷却を示す概略説明図で
ある。
ある。
１ 移動炉床
２ 炉体
３ 燃焼バーナ
４ 原料（及び副原料）装入手段
５ 炉床材装入手段
６ 排出装置
７ 還元溶融炉
８ 装入ダクト
９ 移動手段
１０ ホッパー
１１ 噴霧手段
１２ 水
１３ 冷却槽
１４ 排気ダクト
１５ ガス供給口
Ｆｅ 金属鉄（粒状鉄）
Ｓｇ スラグ（粒状）
Ｆｅ−Ｓｇ 混合固形物
Ｋ 仕切り板
Ｃ 冷却部材
Claims (5)
- 【請求項１】 酸化鉄含有物質と炭素質還元剤とを含む
原料塊成物を還元溶融して粒状金属鉄を製造する方法に
おいて、前記還元溶融によって生成する粒状金属鉄と副
生するスラグとの混合固形物を急冷して前記粒状金属鉄
と副生するスラグとの分離を促進することを特徴とする
粒状金属鉄とスラグの分離促進方法。 - 【請求項２】 前記急冷を冷媒によって行なう請求項１
に記載の方法。 - 【請求項３】 前記急冷を前記粒状金属鉄の凝固温度か
ら１５０℃までの間の少なくとも一部において２５０℃
／分以上の冷却速度で行なう請求項１または２に記載の
方法。 - 【請求項４】 前急冷を３５０℃／分以上の冷却速度で
行なう請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 前記冷媒に水を使用すると共に、前記粒
状金属鉄の急冷を１５０℃までに止め、滞留・付着水分
を乾燥させる請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
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