JPH0260725B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、燃焼室を具える半溶融還元製錬用ロ
ータリーキルンに関するものであり、特に本発明
は、鉄族元素であるNi、Fe、Coのなかから選ば
れる何れか少なくとも１種の酸化鉱石を半溶融還
元製錬する燃焼室を具えるロータリーキルンに関
するものである。 従来ロータリーキルンによつて鉄族元素の酸化
鉱を還元製錬して鉄族元素を得る還元製錬方法が
知られているが、これらの還元製錬方法には下記
の３種の態様がある。 (1) 完全溶融還元製錬方法 この方法は酸化鉱、フラツクスおよび還元材
をロータリーキルン中で完全溶融しつつ還元し
て溶融状態のメタルとスラグを生成させてキル
ンから排出させる方法であり、セメント用のロ
ータリーキルンを用いて粉鉄鉱を製錬したバツ
セー法がその代表的な方法であるが、ライニン
グの損傷が激しいので現在は実施されていな
い。 (2) 非溶融固体還元製錬方法 この方法は酸化鉱石粉を粉還元材と混合して
ペレツトになし、このペレツトをキルン中で加
熱して酸化鉱を固体還元した還元ペレツトをキ
ルンから排出して、溶融炉、多くは電気炉中で
溶融してメタルとスラグに分離される。この方
法は、NiあるいはCrの酸化鉱の還元製錬に用
いられている。 (3) 半溶融還元製錬方法 この方法は、一般にクルツプレン法と呼ばれ
ているもので、水分の多い粉状の酸化鉱の還元
製錬に好適な方法として知られており、酸化
鉱、還元材、フラツクスをキルン中で加熱し、
半溶融状態で金属の還元を進行させる方法であ
り、現在ニツケルあるいは鉄の還元製錬に適用
されている。 以上ロータリーキルンを用いて鉄族元素の酸化
鉱を還元製錬する方法が知られているが、何れの
方法も一般に低品位の粉状の酸化鉱を還元製錬す
ることに適する方法として知られている。 本発明は、上記３種の還元製錬方法中(3)半溶融
還元製錬方法に用いられるロータリーキルンを提
供することを目的とするものであり、特に本発明
は従来のクルツプレン法に用いられているロータ
リーキルンの改良された燃焼室を具えるロータリ
ーキルンに関するものである。 クルツプレン法に用いられている第１図に摸式
図で示す如き従来のロータリーキルン１は全長が
60〜70ｍ、外径3.6〜4.2ｍφ、内径2.5〜3.5ｍφ、
水平面よりのキルン軸線の傾斜１〜４％のものが
多く用いられている。このキルンの上端側すなわ
ち原料装入側２は原料予熱帯Ａであり、装入され
た原料が予熱昇温され、次に還元帯Ｂにおいて酸
化鉱の還元反応が生起し、キルンの下端側のルツ
ペ帯Ｃにおいては還元反応によつて生成された還
元メタルの粒が成長してルツペ（粒鉄）に成長
し、このルツペはキルンの下端の排出端に設けら
れたダム３より生成されたスラグと共に排出され
る。すなわちキルンの予熱帯では原料の乾燥、予
熱が、還元帯Ａでは酸化鉱の還元が、ルツペ帯Ｂ
では還元メタルの粒成長とスラグの生成がそれぞ
れ主として行なわれる。 キルンは鉄皮の内側にシヤモツト質煉瓦が内張
され、還元帯Ｂ、ルツペ帯Ｃは予熱帯Ａより高温
であることからクロムマグネシウム煉瓦、溶融ア
ルミナ煉瓦、溶融珪石煉瓦などがさらに内張され
ている。 いま珪酸質貧鉄鉱（Fe30％位）をこのキルン
で製錬する一つの例について述べると、上記貧鉄
鉱粉粒を還元材と共にキルンの上端より装入し、
下端よりバーナ５を用いて微粉炭燃焼を行うと、
鉱石は予熱された後海綿鉄状に還元され、さらに
1200〜1300℃に加熱される間に１％程度のＣを吸
収し、塩基度0.3程度の高酸性スラグ中で捏煉さ
れつつルツペ（粒鉄）となり、キルン下端に設け
られた滞留用ダム３を溢流して排出され、粉砕機
により篩分、磁選される。ルツペ中には１〜２％
程度のスラグが残留し、またスラグ中にも１〜２
％程度のメタルが残留する。しかしながらこの方
法によれば高炉に直接使用できない貧鉄鉱、ニツ
ケル鉱、コバルト鉱を粉状の低質還元材あるいは
燃料をもつて処理することができるという特徴を
有する。 このキルンによれば、生成されるルツペがスラ
グ中に損失されるのをできるだけ少なくするた
め、微小粒状ルツペ、たとえば0.5mm以下のルツ
ペを少なくすることが有利である。 ところで、ロータリーキルンによるルツペのメ
タル歩留は90〜97％であり、一般に使用される酸
化鉱中のメタルの品質が低い程スラグ量が多くな
るため、メタルの歩留は低下するが、還元材とし
て微粉の低質炭を使用することができ、また特に
高珪酸質の低品位鉱を好適に使用することができ
る等の点に大きな特徴があり、近年特にNi含有
量が0.2〜３％程度のガーニエライト、ラテライ
ト等の含ニツケル低品位鉱の処理が行なわれてい
る。しかしながら特に含ニツケル低品位酸化鉱を
ロータリーキルンによつて半溶融還元する場合
に、生成されるスラグ量が極めて多く、また生成
されるニツケルルツペの粒子中比較的細粒部分が
多く、かかる細粒はスラグ中へ混入して損失する
という欠点があつた。 本発明は、従来の半溶融還元製錬用ロータリー
キルンにあつて見られる有価金属収率が低いとい
う欠点を除去、改善した燃焼室を含むロータリー
キルンを提供することを目的とするものであり、
特許請求の範囲記載のキルンを提供することによ
つて前記目的を達成することができる。すなわち
本発明は、ロータリーキルンの排出端部に設けら
れたダムリングに停溜する生成物の温度を所定温
度に保持し、かつ還元帯とルツペ帯の境界部近傍
に生起するスラグリングの位置をなるべくキルン
の排出端側に定着させ、さらにスラグリングが成
長して過大になつたときは容易にスラグリングの
形状を縮少させることができるようにするため、
ロータリーキルンの排出端部を囲繞して設けられ
た燃焼室のキルン軸線方向の長さおよびバーナの
位置、なかでもバーナ先端部と前記ダムリングと
の距離について種々研究した結果、本発明者らは
本発明に想到した。 ところで、ロータリーキルンの排出部に設けら
れたダムリングに停溜する生成物の温度は、鉱石
中の脈石は溶融させずに鉱石中の有価金属だけを
固相還元する方法として知られている直接製鉄法
による還元温度600〜1000℃よりさらに300〜400
℃高い温度900〜1400℃が好適である。またキル
ン内の還元帯とルツペ帯の境界部近傍に生起する
スラグリングは装入物がキルン内壁へ付着して不
可避的に生成されるものであるが、スラグリング
が大きく成長し過ぎると装入原料の流通、空気、
燃焼ガスの流通を妨げるので操業上の支障とな
る。一方スラグリングの発生位置ならびに大きさ
が適当であれば、製錬上支障とはならないばかり
でなく、むしろ適当な原料滞溜時間を保持し好都
合でさえある。 前記スラグリングがキルン排出端部に比較的近
い所に生起したときには、スラグリングがたとえ
大きく成長しても、これを縮少させることは比較
的容易であるが、前記スラグリングがキルンの内
奥部で成長すると、前記スラグリングを縮少させ
ることは困難になり、場合によつてはキルンの操
業を停止することを余儀なくさせられることがあ
る。従つて、キルン排出端のダムリングに停溜す
生成物の温度保持ならびにスラグリングが生成す
る位置の制御はキルンの操業上重要な要因の１つ
となつている。 次に本発明を詳細に説明する。 第２図は半溶融還元製錬用ロータリーキルン
（以下このキルンをクルツプレンキルンとも称す）
の排出端部からキルンの上側端部方向へバーナ５
ａあるいは５ｂを用いて火焔によりキルン内を加
熱して半溶融還元製錬を実施する際のバーナ５ａ
あるいは５ｂによりそれぞれ発生する火焔のバー
ナ先端部よりの距離とその距離における火焔の温
度との関係を燃焼室ならびにキルン内の相対位置
において示す図である。同図によればバーナ５ａ
の先端部とキルンの排出端部のダムリングの頂上
部下方端（以下この下方端をＤ端と称す）との距
離(L)は3.5ｍであり、かかる相対的位置において
バーナ５ａを点火すると曲線イで示す如くバーナ
５ａはその先端部よりキルン排出端部方向に約80
cmの所で着火して火焔温度は急上昇し、キルンの
Ｄ端において1900℃程度に上昇し、さらにキルン
内奥方向に行くと次第に2000℃を越える温度とな
るのでダムリング近傍の生成物を所定温度に保持
することが容易にできる。 一方バーナ５ｂを点火するとバーナ５ｂは曲線
ロで示す如くその先端部よりキルン内方へ約80cm
の所で着火して火焔温度は急上昇するが、バーナ
５ｂの先端部とキルンＤ端との相対的位置がキル
ンの軸線方向に対してほぼ一致しているため、Ｄ
端は火焔により加熱されることなく、Ｄ端よりキ
ルン内方約80cmに至つて始めて着火してキルン内
で火焔温度が上昇する。よつてバーナ５ｂによる
場合はダムリング近傍に停溜する生成物の温度を
必要な所定温度1000〜1200℃に保持することはで
きない。 ところで、前記バーナ５ｂとキルン排出端部と
の相対的位置がほぼ一致する関係は第３図に軸線
方向に沿つて切つた縦断面を示すセメントキルン
において見られるものであり、例えば燃焼室６の
正面壁７の外側とバーナの先端部との距離はキル
ン鉄皮内径の75％位であり、セメント製造に用い
られているバーナ先端とキルンＤ端との距離(L)を
有するキルンにあつてはキルンから排出されるク
リンカーの温度はキルン内方のクリンカーの温度
よりはるかに低温度となつている。 ところで従来のクルツプレンキルンにあつて
は、Stahlund Eisen 20.September 1934 Heft
38の論文名「クルツプレン法」に記載されている
ように前記バーナ先端部とキルンＤ端の距離(L)は
キルン鉄皮内径の25〜30％の範囲内であり、また
燃焼室正面壁外側とキルンＤ端の距離(L)が70〜75
％の範囲内であり、本発明者等も多年上記従来の
クルツプレンキルンを用いて操業を続けて来た
が、かかるキルンを用いて操業すると、スラグリ
ングがキルン内奥部に過大に発生するさめ長期間
の操業を継続することができないばかりでなく、
有価金属の収率も充分ではなかつた。 本発明者等は、前記従来のクルツプレンキルン
にみられる欠点を除去するため幾多の実験を積み
重ねた末に、前記バーナ先端部とキルンＤ端の距
離(L)、あるいは燃焼室のキルン軸線方向の長さと
キルンＤ端の距離(l)について新規な知見に想到し
て本発明を完成したのである。 本発明者らはバーナ先端部と火焔の各所の距離
と各所の火焔中心部の温度との関係を
9600Kcal／（25℃）の重油を空気比ｍ＝１の
条件下で1000／ｈ燃焼させた時について調べ、
その結果を第４図に示す。ここで空気比ｍは、１
の燃料中のＣとH₂を完全に燃焼させる必要な
空気量をA₀とし、実際に使用する空気量をＡと
するとき、ｍ＝Ａ／A₀で算出される値である。
同図によればバーナ先端部から3.5〜10ｍの範囲
内の火焔中心部の温度は約2000℃であることか
ら、キルン排出端部近傍のダムリング（前述のＤ
端に相当する位置）の温度を1000〜1200℃の間に
制御するためには、前記温度に影響を有するキル
ンの鉄皮内径に対応させてバーナ先端部とキルン
排出端部との距離を制御させれば良いことを新規
に知見するに至つた。 なお、火焔によりキルン排出端部近傍のダムリ
ングの温度を適温に制御する作用は、バーナ先端
部を例えば約80cm離れて着火した火焔は着火点か
ら抛物線状に広がるのでダムリング内径にほぼ一
杯に広がつてダムリングを加熱するが、ダムリン
グならびにルツペ帯の生成物の火焔による加熱
は、伝導による加熱の割合は少なく、火焔の放射
熱によるものが大部分である。火焔がルツペ帯を
通過して還元帯に至つて、すなわちキルン全長の
１／３の長さをキルン排出端部から上端部方向へ火
焔が通過したあたりからは火焔は原料あるいはキ
ルンライニングと接触して熱を伝達する。従つて
クルツプレンキルン法にあつては、熱放射の少な
い天然ガス、プロジユーサーガスの如き燃料を使
用することは不利であり、重油、石炭等は熱効率
上有利である。燃料として重油を使用するときに
は熱放射作用が最も発揮される焔の位置はバーナ
先端から10ｍ前後であり、15ｍになつて熱放射作
用による1200℃以上の伝熱は終了する。 バーナ５ａが第２図に示す位置にあるときには
スラグリングが最初に現われるのは炉排出端部よ
り約15ｍ内方であるが、同図５ｂの位置にあると
きにはスラグリングが最初に現われるのは炉排出
端部より約18.5ｍ内方である。このようにスラグ
リングが発生すると時間の経過と共にこのリング
はキルン内奥方向へ移動して行くのでこのリング
を縮少させるための処理に要する時間はますます
長くなる。従つてスラグリングが最初に発生する
位置の如何により、スラグリングによる装入原料
の装入量の抑制の影響が大きく左右され、ダムリ
ングがキルンの内奥部に形成されるほど装入量が
抑制されて生産能率が低下する。 次に本発明において、バーナ先端部をキルン排
出端部との距離(L)を限定する理由を説明する。 前記距離(L)が70％より小さいと、ダムリングに
停留する生成物の温度を適温である1000〜1200℃
の範囲内に保持することができず、一方90％より
大きいとスラグリングがキルンの内奥部に生起し
て装入原料の流れを停溜させて生産性が低下する
のみならず、キルンの寿命を短かくするので、前
記距離(L)は70〜90％の範囲内にする必要がある。 一方、バーナ先端部とキルン排出端部との相対
位置（距離Ｌ）を適正に維持するには、必然的に
前記燃焼室正面壁外側と前記キルンＤ端との相対
位置（燃焼室のキルン軸線方向の距離ｌ）も、セ
メントキルンや従来のクルツプレン法キルンの70
〜75％より長くする必要がある。このことから、
本発明において前記燃焼室キルン軸線方向の距離
ｌを、前記キルン内径φに対して80〜130％の範
囲にすれば、ダムリングに停留する半還元生成物
の温度を適温にするのに有効である。 なお、上述した距離Ｌ，ｌを、キルンの鉄皮内
径φとの比較にしたのは、キルンの大きさ（内
径）によつて上述したダムリング、還元生成物の
状況が変化するので、これとの比較が不可欠だか
らである。 次に本発明を実施例について説明する。 実施例 下記第１表に示すニツケル鉱石、鉄鉱石をそれ
ぞれ用いてクルツプレンキルンにより半溶融還元
製錬を行つた。

【表】 還元材としては下記第２表に示す無煙炭を、ニ
ツケル鉱石、鉄鉱石各1000Kgに対しそれぞれ200
Kg、260Kgを用いた。

【表】 本実施例に用いたキルンは長さ70ｍ、鉄皮内径
3600mm、ライニング厚さ200mm、ダム高さ640mm傾
斜２％であり、0.75r.p.mの回転速度のもとで鉱
石12.5t／ｈを装入しつつ、9600Kcal／（25℃
の重油を1000／ｈ燃焼させた。上記操業のもと
でバーナ先端部とキルン排出端部との距離（以下
この距離をバーナ位置比％と称す）をキルン鉄皮
内径の−10％〜110％として試験したところNi、
Feの収率は下記第３表の如くであつた。

【表】 但し上記収率は、キルンより排出されたクリン
カーを粉砕後、比重選鉱、磁力選鉱によつて金属
粒子を回収して製品としたときのそれぞれの金属
の重量を使用した鉱石中のNi、Fe重量で割つた
価であり、所謂還元率％ではない。 ところで、バーナ位置比によつて還元率は殆ん
ど大きな差はみられないことから上記収率は還元
生成される金属粒子が大粒のルツペへ成長する程
度の如何によつて左右されることを本発明者らは
知見した。 なお上記実施例においてバーナ位置比と鉱石装
入量との関係は下記第４表の如くであつた。

【表】 以上本発明のキルンを用いると有価金属の収率
が上昇するだけでなく鉱石装入量も280t／日から
380t／日に増加して、生産量が増大し、またキル
ンの寿命は従来の90日から150日にまで飛躍的に
延長された。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のクルツプレン法で用いられるロ
ータリーキルンの模式図、第２図は半溶融還元製
錬用ロータリーキルンの軸線に沿つて切つた縦断
面のキルン下側部とバーナ設置位置とバーナ火焔
温度との関係を示す図、第３図はセメントキルン
の軸線方向に沿つて切つた縦断面図、第４図は、
火焔についてのバーナー先端からの距離と火焔温
度との関係を示す図である。 １……ロータリーキルン、２……原料装入側、
３……滞溜用ダム、４……ロータリーキルン鉄
皮、５……バーナ、Ａ……予熱帯、Ｂ……還元
帯、Ｃ……ルツペ帯、６……燃焼室、７……燃焼
室正面壁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １〜４％の傾斜を有し、0.7〜1.5rpmで回転
   させつつ、重油あるいは微粉炭バーナにより加熱
   することにより、鉄族元素のなかから選ばれる何
   れか少なくとも１種の酸化鉱石を、還元製錬する
   ための燃焼室を具えるロータリーキルンにおい
   て、 このキルンの排出端部に具える燃焼室内に位置
   するバーナ先端部と前記キルンの排出端Ｄ部との
   距離(L)を、前記キルンの鉄皮内径φの70〜90％の
   範囲内としたことを特徴とする燃焼室を具える半
   溶融還元製錬用ロータリーキルン。 ２ 前記ロータリーキルンの軸線方向と同一方向
   の燃焼室の距離(l)を、キルンの鉄皮内径φの80〜
   130％とすることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のロータリーキルン。