JP4069493B2

JP4069493B2 - 還元鉄の製造方法

Info

Publication number: JP4069493B2
Application number: JP14561298A
Authority: JP
Inventors: 義孝澤; 幹治武田; 哲也山本
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2018-05-27
Also published as: JPH11335712A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は炉床炉による炭材内装ペレットから還元鉄を製造する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粗鋼の生産は大きく高炉−転炉法、電気炉法に分けられる。このうち、電気炉法はスクラップや還元鉄を鉄原料として、それらを電気エネルギーで加熱溶解させ、場合によっては精練し、鋼にしている。現状ではスクラップを主な原料としているが、近年、スクラップの需給の逼迫、電気炉法での高級製品の製造の流れから還元鉄の使用が増加しつつある。還元鉄を製造するプロセスのひとつとして、特開昭63-108188 号公報に開示されているように、水平方向に回転する炉床に鉄鉱石と固体還元材とからなる層を積み付け、上部より輻射伝熱によって加熱、鉄鉱石を還元し、還元鉄を製造する方法がある。一般的に鉄鉱石としてペレットが使用される。このような方法はこの方法を実施するための設備の建設費が比較的安価であること、操業トラブルが比較的少なくてすむこと等の優位な点がある。
【０００３】
鉄鉱石はその産地によって差はあるが脈石成分を含んでいる。また、固体還元材の代表例である石炭、石炭チャー、コークスには灰分がある。還元操作のみを基本的に行う特開昭63-108188 号公報のような方法にあてはめると、製品の還元鉄に脈石が混入するとともに、還元材からの灰分も製品に付着し混入する。
【０００４】
電気炉では脱燐および脱硫を行うために石灰を使用するが、脈石、灰分を含んだ還元鉄を電気炉に投入すると塩基度調整のための石灰使用量が多くなり、石灰のコストとともに石灰投入による電力使用量の増加が余儀なくされる傾向にあった。
【０００５】
ここで、通常の炭材内装ペレットを水平に移動する炉床に積み付け、炉の上方より輻射伝熱によって鉄鉱石の還元を行う方法の概要について説明する。多くの場合、水平に移動する炉床とは図１のような回転炉床の形態を取っている。
図１(a), (b)は回転炉床炉の説明図である。この移動（回転）炉床ａの上に炭材内装ペレットを積み付ける。移動（回転）炉床ａは耐火物が張られた炉体ｃによって覆われており、また、場合によっては特開昭63-108188 号公報のように炉床表面を粒状耐火材で覆われている。炉上部にはバーナーｄが設置されていてそれを熱源として、移動（回転）炉床上の鉄鉱石を還元する。
なお、図１において、ｅは排出装置、ｆは装入装置である。
炉内温度は1300℃前後にされているのが一般的であり、還元操作終了後は炉外での酸化防止、ハンドリングを容易にするために移動（回転）炉床上で冷却器によって還元鉄を冷却したのち、回収するのが普通である。
【０００６】
鉱石の還元を行わせるためには炉内を高温にする必要があることから、その高温に耐えるため移動炉床の上面は耐火物が張られ、また、場合によっては特開昭63-108188 号公報のようにさらに粒状耐火材で覆われている。当然のことながら炉の安定操業を確保し、製品の製造コストを高くしないためにもこの耐火物は長期間にわたって損傷しないようにしなければならない。
【０００７】
一方、脈石、灰分の混入がない還元鉄を得る方法のひとつとして還元鉄を溶融させることが考えられる。溶融させると脈石、灰分はスラグとなり溶融鉄との比重差によって分離される。
【０００８】
図２(a), (b)に移動炉床上に炭材内装ペレットを直接積み付けた場合を示すように、移動炉床３の上に炭材内装ペレットを直接積み付け、溶融まで行わせる場合、およびさらに炉床が粒状耐火材で覆われている場合を考える。上面からの加熱により炭材内装ペレットの還元を行わせると、炭材内装ペレットは脈石や灰分が残るとともにペレット中の鉄鉱石と炭材との配合比によっては若干のカーボン分も残った状態になる。ここで、さらに温度を上昇させ還元鉄を溶融させると還元鉄は溶融鉄ｇに、脈石、灰分はスラグｈになるがこの溶融過程で溶融鉄やスラグが直接移動炉床に接することになる。その際、溶融鉄ｇ、スラグｈが移動炉床ａ上の耐火物および粒状耐火材を侵食する。粒状耐火材で覆われている場合は比重の大きい溶融鉄が粒状耐火材の下に潜り込み移動炉床ａ上の耐火物を侵食する。また、移動炉床ａ上で溶融鉄、スラグを冷却器で冷却すると溶融鉄、スラグが移動炉床上の耐火物に接着した状態になり、炉外への排出が困難になる。
溶融によって脈石、灰分を除去することを炉外で行わせることも当然考えられるが、それは新たなキュポラのような設備を必要とすることは言うまでもない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明はこれらの問題を解決するものであって、鉄分を含む炭材内装ペレットを炉床に積み付け、炉床上部より輻射伝熱によってペレットの還元を行う方法において、脈石、灰分の混入がない還元鉄を得て、電気炉での処理コストを低減させること、これを達成するうえで水平に移動する炉床が損傷しないこと、円滑な操業の維持を同時に確保することともに、新たな脈石、灰分分離専用の設備投資も必要としない移動型炉床炉の操業方法を提案することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記したようにペレット状鉄鉱石を炉床上で還元する時に、脈石分、灰分の混入なしに、かつ炉床の損傷もさけることのできる方法を鋭意研究した結果得られたものである。
この発明は、
(1) 鉄分を含有する炭材内装ペレットを還元して還元鉄を製造する方法において、炉床上に粉状炭素材を置き、該粉状炭素材の上部に炭材内装ペレットを置いて炉床上部から熱供給して炭材内装ペレットを還元した後に、上記炉床上で炭材内装ペレットを還元して得た還元鉄を溶融し、溶融鉄と溶融スラグとに２分することにより、還元鉄中に含まれる脈石、灰分をスラグにして還元鉄から分離することを特徴とする還元鉄を製造する方法である。
ここで炭材内装ペレットは粉状炭素材の上に積層して２層構造とすることができる。これにより、溶融時に還元鉄、スラグが炉床に直接接触することがないため、炉床への溶融還元鉄、溶融スラグによる浸食を受けるおそれがなく、好適である。
また炭材内装ペレットを一個から複数個毎の小区画化して点在させることもできる。この場合溶融後の還元鉄、スラグは小区画毎の粒状に生成されるので、炉床からの排出が容易となり、好適である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の骨子とするところは移動炉床上で炭材内装ペレットを還元した得た還元鉄を溶融し、脈石、灰分をスラグにして分離することにある。
まず、移動炉床上に粉状炭素材の単体の層を存在させる。粉状炭素材は、操業中には揮発分以外、あまり減少しない。粉状炭素材に占める灰分は５％〜15％程度であり、粉固体還元材の単体の層をマクロ的に見ると1000℃程度の高温でも固体状態を維持する、すなわち溶融しない。よって粉固体還元材の単体の層自体が移動炉床の上面の耐火物に溶着することはない。そこでこの層を炉床の耐火物を保護する層として利用する。
【００１２】
一例として、図３(a), (b)および(c) にこの発明に適合する炉床上への原料積み付け状態と還元鉄を溶融したときの変化の説明図を示す。
図３において、１は炭材内装ペレット、２は粉固体還元材の層、３は移動炉床、４は脈石、灰分が分離された還元鉄であり５はスラグである。
この図３(a), (b)のように原料を積み付け、その上方より輻射伝熱によって加熱すると炭材内装ペレットは内装された炭材と粉状炭素材から発生する還元性ガスの作用により還元され、脈石を含んだ還元鉄になる。また、ペレットに内装された炭材からは灰分が残る。炭材内装ペレット中の副原料は還元鉄、灰分を溶融させる際に溶融を容易にならしめるために加えられるものであって、石灰石、蛍石、蛇紋岩、ドロマイトなどである。これらは溶融する前までに結晶水の蒸発、一部の分解反応（例えば石灰石の主成分であるCaCO₃はCaO に加熱分解されている）を起こしているものの固体を維持している。さらに加熱するとこれらは溶融を開始し、溶融鉄とスラグに分離する。このとき、水平に移動する炉床には直接には接しない形態で存在させていたため、溶融鉄、溶融スラグは図３(c) に示すように、粉状炭素材の単体の層の上に存在する。通常、溶融鉄、溶融スラグの比重は粉固体還元材単体の層よりも大きいため、溶融鉄、溶融スラグが粉固体還元材単体の層の下に潜り込むことが考えられるが、表面張力の作用によって、粉状炭素材の単体の層の上に保持されたままの状態になる。
【００１３】
この状態で移動炉床上で冷却器によって溶融鉄、溶融スラグを冷却すると脈石・灰分を分離した還元鉄とスラグが粉固体還元材の単体の層の上に浮いた状態で塊になる。かくして、凝固した還元鉄、スラグは粉固体還元材の単体の層の存在によって移動炉床から離れた状態にあることから容易に炉外に排出できる。
【００１４】
炭材内装ペレット中の炭材として灰分のほとんどないピッチコークスの使用も考えられる。その場合、この発明での灰分除去の概念はなくなるが鉱石の脈石を分離する作用は同じである。また、粉状炭素材の単体の層に粘結性のある石炭を使用した場合、溶融鉄、溶融スラグが形成される温度より低い温度で溶融し、コークス化するが、溶融鉄、溶融スラグが形成される温度では既に固体状態にあり、上記作用を発揮することができる。
【００１５】
炭材内装ペレット１は粉固体還元材の上部表面あるいはその内部に単一のまま点在させることができるが、複数個毎に小区画化させるようにしてもよい。図４ (a)〜(c) は複数個のペレット１を小区画化させて積み付けた例を示したものであるが、この場合、溶融鉄、溶融スラグは偏在させたペレット毎に凝集しかつ、粉固体還元材の層２の上部あるいは内部に保持されることになる。この状態で移動炉床３の冷却器によって冷却されることによって脈石分離した還元鉄とスラグが粉固体還元材の層２の上に浮かんだ状態で塊になる。図４に示した例では、凝固した還元鉄やスラグは移動炉床３に接触しておらず一つ一つが小さな塊であるから炉床の浸食が避けられるだけでなく製品の排出が極めて容易になる。
【００１６】
石炭チャー、コークス、一般炭、無煙炭あるいはオイルコークスの１種または２種以上の混合物は通常１〜15％程度の灰分を含んでいるが、この発明ではこれらの粉状炭素材を有利に使用できるものであり、これらを使用するとき、灰分除去の観点でこの発明を適用する意義が大きい。なお、炭材内装ペレット中の炭材と単体の層の粉状炭素材とは同種であっても異種であってもよい。
【００１７】
【実施例】
実施例１
直径2.2mの炉床 (回転式) を備え、炉床上方にバーナーを配置した図５に示すような回転炉床炉 (全体を炉体で覆ったもの) を用いて以下の操業を試験的に行った。
【００１８】
ここで、図５において、６は上面にアルミナ系耐火物を張った移動（回転）炉床、７はスクリュー型の排出装置、８は装入装置（炉床への原料積み付け装置）、９は炉体、10はバーナーであり、11は還元鉄を冷却して取り出すために排出口前に設置した冷却器である。
【００１９】
実施例１
回転炉床炉を使用して炭材内装ペレットを図６〜図10に示すように積み付け、炉内で還元、溶融、冷却を行う操業を行った。
還元帯での炉温は1300℃に制御し、炉内での滞留時間は炉床の回転速度を調整して27〜35分となるようにした。
【００２０】
表１に炭材内装ペレットに使用した鉱石の成分を示す (灰分は６〜13％程度含有) 。炭材内装ペレットに使用した副原料は石灰石を用い、粉固体還元材の層には炭材内装ペレットに使用した炭材と同じものを用いた。炭材内装ペレットは表４に示した組成になる鉱石とともに、表２に示すような炭材を使用 (100 メッシュアンダーに粉砕) し、表３に示すような配合割合にした。表３に操業結果を併せて示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【表２】

【００２３】
【表３】

【００２４】
なお、表３において脈石＋灰分の値は、炭材内装ペレットに対する割合であってこの中には鉱石中の脈石、固体還元材の灰分の他に副原料 (石灰石) 中のCaＯ分も含んだものになっている。また、表３の積み付け番号 (条件１〜５) は図６〜10に対応したものとなっている。炉からの還元鉄、スラグの排出は図６に示したものでは図11に示すような粉砕機13によって粉砕したのち排出装置12によって排出し、図７〜10に示したものでは粉砕機を使用せず排出装置12を用いて排出した。
【００２５】
表３において番号１〜12はこの発明に従う適合例である。何れの条件においても炉床の耐火物の損傷の発生はなく、また、製品排出の際のトラブルもなく、還元鉄が脈石、灰分から除去された状態で回収できることが確認できた。
【００２６】
番号13, 14は炭材内装ペレットの積み付け法が図10に示すような要領に従ったものであって、炉床の耐火物の上に直接接した状態で炭材内装ペレットを積み付けた例 (比較例) である。脈石、灰分除去操作のために還元ペレットを溶融させたところスラグ、溶融鉄が炉床の耐火物に溶着し耐火物が浸食されその後の冷却操作でスラグ、溶融鉄が炉床の耐火物にそのまま固着してしまい排出装置による排出が不能であった。
【００２７】
この発明は、移動型炉床炉での炭材内装ペレットの還元操作において、炉床上に、粉固体還元材を介して、炉床に直接接触しないように炭材内装ペレットを積むあるいは点在させたうえで、還元された還元鉄を炉床上で溶融させるものであり、この発明によれば、簡便な設備を用いながらも、設備を損傷させることなく、また、円滑な操業も確保しながら、脈石、灰分の混入がない還元鉄を製造することが可能であり、電気炉での利用に極めて有用な品質の高い還元鉄を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (a), (b)は回転炉床炉の説明図である。
【図２】 (a), (b)は移動炉床上に鉄鉱石と固体還元材との混合粉を直接積み付けた場合の説明図。
【図３】 (a)〜(c) はこの発明に従う原料 (炭材内装ペレット) の積み付け状態と還元鉄を溶融したときの変化状況を示した図である。
【図４】 (a)〜(c) はこの発明に従う原料（炭材内装ペレット) の積み付け状態と還元鉄を溶融したときの変化状況を示した図である。
【図５】実施例で使用した回転炉床炉の構成を示した図である。
【図６】 (a), (b)は実施例で採用した原料の積み付け方法の説明図である（条件１：適合例）。
【図７】 (a), (b)はこの発明の実施例において採用した原料の積み付け要領の説明図である (条件２：適合例) 。
【図８】この発明の実施例において採用した原料の積み付け要領の説明図である (条件３：適合例) 。
【図９】 (a), (b)はこの発明の実施例において採用した原料の積み付け要領の説明図である (条件４：適合例) 。
【図１０】この発明の実施例において採用した原料の積み付け要領の説明図である (条件５：比較例) 。
【図１１】移動型炉床炉に配置した粉砕機の配置状況を示した図である。
【符号の説明】
１炭材内装ペレット
（または粉鉄鉱石および粉副原料と粉固体還元材副原料との混合粉）
２粉固体還元材単体の層
３移動炉床
４脈石、灰分が分離された還元鉄
５スラグ
６移動（回転）炉床
７排出装置
８装入装置（炉床への原料積み付け装置）
９炉体
10 バーナー
11 冷却器
12 排出装置
13 粉砕機
ａ炉床
ｂ固体還元材の層
ｃ炉体
ｄバーナー
ｅ排出装置
ｆ装入装置
ｇ溶融鉄
ｈスラグ

Claims

鉄分を含有する炭材内装ペレットを還元して還元鉄を製造する方法において、
炉床上に粉状炭素材を置き、該粉状炭素材の上部に炭材内装ペレットを置いて炉床上部から熱供給して炭材内装ペレットを還元した後に、
上記炉床上で炭材内装ペレットを還元して得た還元鉄を溶融し、溶融鉄と溶融スラグとに２分することにより、還元鉄中に含まれる脈石、灰分をスラグにして還元鉄から分離することを特徴とする還元鉄の製造方法。