JPH0428810A - 溶融還元製鉄法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高炉によることなく溶銑のような鉄−炭素合
金を製造するための方法に関するものである。

（従来の技術） 鉄鉱石から銑鉄を製造する方法としては、現在、高炉法
が用いられている。高炉法は量産法としては優れた方法
であるが、炭材として資源的に制約のあるいわゆる原料
炭と呼ばれる粘結性の優れた石炭を用い、それを室式コ
ークス炉で乾留して得られる強度の大きいコークスを必
要とする。また、室弐コークス炉は非常に高価な設備で
、今後、それの更新には莫大な費用が必要である。その
ため、今後は室式コークス炉を使用しないで銑鉄を製造
する方法の開発が必要である。

このような問題を解決するための一つの手段として、溶
融還元法という名称で呼ばれる新製鉄性の研究が行なわ
れている。その中で、ガスを上吹きできる、例えば転炉
のような反応容器を用い、含鉄原料として鉄鉱石あるい
はその予備還元物と炭材を投入しながら酸素を上吹きす
る方法は、生産性の大きな点から、現行高炉法にとって
代わる可能性の大きいものの一つにあげられている。こ
の方法において炭材としては石炭、コークスまたはチャ
ーが使用されている。コークスまたはチャーは高炉法の
ような高強度のものは必要としない。

従って、石炭として大量に産出するいわゆる一般炭と称
する粘結性の低い石炭を多量に使用することができ、ま
た炭材としてコークスを使用する場合は高価な室式コー
クス炉によらずにコークスを製造することができる。

（発明が解決しようとする課題） 溶融還元製鉄法における溶融還元設備の一例を第７図に
示す。ガスを上吹き可能な、例えば転炉状の容器で、酸
素は上吹きランスを通して吹き付けられる。ガス底吹き
は溶融物の攪拌のために行なわれる。通常、窒素ガスが
用いられる。この底吹きが無ければ、高い酸化鉄の還元
反応速度および伝熱速度が得られず、本発明に必要とさ
れる高い生産性を得ることが出来ない。一方、この攪拌
が強くなり過ぎると、酸素を吹いて炭材を燃焼しつつス
ラグの中に含有されている酸化鉄の還元を行なうと言う
本発明対象プロセスの特徴である酸化性雰囲気とメタル
の接触を抑制するという条件が乱されるので、例えば酸
素ジェットとメタルの接触反応のため、酸化鉄ヒユーム
によるダスト発生量が増加するなどの悪影響が現われる
。従って、酸素ガスの少なくとも大半は上のランスから
炉内に供給されることになる。そのため大量のガスを上
部より吹き込むことが必要である。

従来の溶融還元製鉄法においては、特殊鋼３９巻１号ｐ
２３−２８に記載するように炭材として石炭が使用され
る。この場合のプロセスフローの一例を第２図（ｂ）に
示す。ここで粉状石炭を溶融還元炉に投入した場合、上
記のように溶融還元炉内に大量の酸素ガスを吹き込むた
めに炉内空間部での燃焼および系外への飛散が顕著にな
り、酸化鉄の還元を伴わない石炭の消費が多くなる。そ
のために粉状石炭の使用は困難である。そこで、通常は
埋戻が使用される。しかし、この場合も埋戻が急速熱分
解を受けて溶融層内で粉化される。そして粉化した石炭
の一部はガスに伴われて炉上部の空間に排出し、そこで
の燃焼および系外への飛散等がおこり粉炭はどではない
が酸化鉄の還元に利用されない石炭の比率が高く、コー
クスまたはチャーを炭材とした場合に比べて炭材の石炭
換算原単位が高くなる。

更に、石炭を使用する場合は銑鉄への加炭遅れ現象がお
こり、そのため還元反応が遅くなり生産性の低下をひき
おこす。微粉含鉄原料は石炭はどではないが吹き込みガ
スによる系外への飛散がある。従って、含鉄原料も微細
のものは好ましくない。また、炭材原単位の低減および
溶融還元炉の効率向上のために、通常はＣＡＭＰ−ＩＳ
ＩＪ　Ｖｏｌ、２（１９８９）−１１７に記載のように
含鉄原料は予備還元したものが使用される。そのために
予備還元物の製造設備が別途必要になってくる。

また、従来の溶融還元製鉄法においては、炭材として上
記の石炭の代わりに特願昭６２−９０８９４号に記載の
ようにコークスが使用される。この場合のプロセスフロ
ーの一例を第２図（ａ）に示す。この場合は、埋戻のよ
うな炭材の粉化が起こりにくいために粉化に伴う炭材原
単位の上昇は少なくなるが、塊コークスまたは塊チャー
を製造する設備が別途必要になる。一方、含鉄原料は炭
材原単位の低減および溶融還元炉の効率向上をはかるた
めに予備還元含鉄原料を使用する。そのために別途予備
還元設備を必要とする。従って、この場合は炭材原単位
の低減および溶融還元炉の効率向上は改善されるが溶融
還元工程の外に含鉄原料の予備還元工程と石炭からコー
クスまたはチャーを製造する乾留工程を必要とし、溶融
還元製鉄プロセスが煩雑になる。また、それに伴い設備
費も高くなる。

本発明は、これらの課題を解決するための方法を提供す
ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは、ガスを上吹きしている反
応容器を用い、含鉄原料と還元材を原料として酸素を上
吹きして溶融還元を行なって鉄炭素含有合金を製造する
方法において、原料として粉状含鉄原料と粉状石炭の混
合物からなる成形物を乾留して得た成形フェロコークス
を溶融還元炉の上部より溶融層に投入することを特徴と
する溶融還元製鉄法にある。

本発明において成形物の乾留温度を６００″Ｃ以上９０
０℃以下とし、また成形フェロコークスの粒度を２［１
ｍ１以上１００ＩＩＩ［ｌｌ以下とする。

（作　用） 以下に本発明法による溶融還元製鉄法について作用とと
もに詳細に述べる。本発明の方法に用いられる溶融還元
製鉄プロセスフローの一例を第１図に示す。鉄鉱石等の
含鉄原料の予備還元工程とコークスまたはチャーの製造
工程を一つにした成形フェロコークス製造工程を設け、
そこで製造した成形フェロコークスを溶融還元炉の原料
として鉄−炭素合金鉄を製造する溶融還元製鉄法を提供
するものである。

本発明に用いる原料は気乾状態に乾燥した粉状石炭と粉
状含鉄原料を所定の割合に混ぜた粉状原料に必要に応し
てタール、ピンチ、ポリビニルアルコール等のバインダ
ーを添加した後、ブリケットマシーン、押出し成形機、
ロールコンパクタ−およびその他の成形機により成形炭
を製造する。

ここで、バインダーの使用は絶対に必要なものではなく
、後続の乾留工程での成形炭の破損がなければ添加の必
要はない。このようにして製造した成形炭を横型、縦型
またはその他の形式の乾留設備で乾留して成形フェロコ
ークスを製造する。

このようにして製造した成形フェロコークスは溶融還元
炉への投入までの処理過程で粉化しない程度の強度が必
要である。

ここで粉状石炭の粒度としては３ｍｍ以下が好ましい。

これは石炭粒度が３ｍｍ超になると第３図に示すように
成形フェロコークスの強度の低下が顕著になるためであ
る。

粉状含鉄原料の粒度は１ＩＸＩＩｌ］以下が好ましい。

第４図に含鉄原料である鉄鉱石の粒度と成形フェロコー
クス強度の関係を示す。これから含鉄原料の粒度が１ｍ
ｍ超になると成形フェロコークス強度の低下が顕著であ
ることがわかる。

また、成形物から成形フェロコークスを製造する時の乾
留温度は６００〜９００″Ｃが好ましい。

これは乾留温度が低いと第５図に示すように成形フェロ
コークスの強度の低下が顕著になり、また含鉄原料の予
備還元率が低くなるからである。

乾留温度が９００℃超になると成形フェロコークス強度
の上昇は小さく、一方、高温の加熱媒体の製造設備およ
び乾留設備等に耐熱性の高い材料および資材を必要とす
るために設備費が高くなる。

また、乾留温度の上昇は燃料費の増大をもたらす。

それらのために製品の製造コストが上昇し好ましくない
。

更に、成形フェロコークスの粒度は２画以上１００ｍｍ
以下が好ましい。２薗未満になると第６図に示すように
溶融還元炉への原料投入時に容易に吹き込みガスに随伴
して系外に排出されやすくなる。また、粒度が１００ｍ
ｍ超になると粉状原料をブリケットマシーン等で成形す
る場合に強度の大きい成形物の製造が困難になり、成形
フェロコークスの品質が悪化する。

以上のことから明らかなように、本発明法では石炭等の
炭材原料と鉄鉱石等の含鉄原料を同時処理して得た高性
能原料を用いた溶融還元法を提供するものである。また
従来法では利用の困難な微粉原料である購入石炭の微粉
部分、ベレントフィート、溶融還元炉発生ダストおよび
その他のダスト等の活用が可能である。また、成形フェ
ロコークス中の含鉄原料は成形物中に共存する石炭等の
炭材により乾留中に予備還元され４０〜８０％程度の還
元率が得られる。そのため従来法のように含鉄原料を別
の工程で予備還元する必要はない。

従って、第２図（ａ）に示した従来法のように含鉄原料
の予備還元工程と石炭の乾留工程を別々にもうける必要
はなく、プロセスの簡略化ができる。

このようにして製造した成形フェロコークスを溶融還元
炉の１３５０〜１４５０’Ｃの溶融層の中に上部より投
入した場合、埋戻に比べて粉化の程度は著しく低下した
。その結果、炭材の飛散量が著しく低下し、炭材の原単
位は低下した。また、成形フェロコークス中の鉄酸化物
が予備還元されているために従来の予備還元含鉄原料と
同程度の炭材原単位の低下および溶融還元炉の生産性の
向上が得られる。

以上述べたように本発明によれば溶融還元製鉄法の工程
を簡略化でき、また炭材原単位の°低下および溶融還元
炉の生産性向上への効果が大である。

（実施例） 以下に実施例に基づいて説明する。炭材原料として表１
に示す成分の粉状石炭を、含鉄原料とし表２に示す成分
の鉄鉱石を使用して表３の条件で製造した。

成形物は縦型乾留炉の上部より装入し、下部より高温の
不活性ガスを吹き込み成形物の最終温度が８００℃にな
るまで乾留した。得られた成形フェロコークスの性状を
表４に示す。

表　４　　成形フェロコークスの性状 衣に、溶鉄量５を能力の上吹き溶融還元設備を用いて、
表５の条件の溶融還元炉に２〜７５ｍｍに篩分けした成
形フェロコークスを５２　ｋｇ／ｍｉｎと、表２の鉄鉱
石を１７　ｋｇ／ｍｉｎを炉の上部より投入して操業を
行なった（全原料中の含鉄成分の還元率は約４０％）。

表　５　　溶融還元炉の操業条件 その結果、上記の本発明法の場合の炭材原単位は石炭換
算で１３７０ｋｇ／を溶銑、生産速度は３０ｋｇ’／９
銑／ｍｉｎであった。

比較として、（ａ）炭材として表１の性状の塊石炭３６
　ｋｇ／ｗｉｎ、含鉄原料として表２の鉱石を還元率４
０％まで還元した予備還元鉱石３２　ｋｇ／ｍｉｎを炉
に投入して操業し、炭材原単位は１５１０ｋｇ／を溶銑
、生産速度は２３ｋｇ溶銑／　ｍｉｎを得た。また、（
ｂ）炭材として表１の石炭を８００℃の温度で乾留した
コークス２５　ｋｇ／ｗｉｎと、含鉄原料として（ａ）
と同じ予備還元鉱石３８　ｋｇ／ｍｉｎを使用し、炭材
原単位として石炭換算で１３９０ｋｇ／を溶銑、生産速
度２８ｋｇ溶銑／ｍｉｎを得た。

以上のことから本発明法の石炭原単位の低減および溶融
還元炉の生産性向上は明かである。

（発明の効果） 本発明を実施することにより、現行高炉法の問題点を解
決する方法として研究されている熔融還元法において、
鉱石類の予備還元工程を省略できまた、炭材原単位の低
減および溶融還元炉の効率アンプをはかることができた
。また粉状原料の有効活用が可能であることが明らかで
あり、経済的な面でも実用化を可能にするという点で工
業的な意義が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法による溶融還元製鉄法のプロセスの一
例を示す図、第２図（ａ）、（ｂ）は従来法による溶融
還元製鉄法のプロセスの一例を示す図、第３図は成形フ
ェロコークスの強度におよぼす原料石炭粒度の影響を示
す図、第４図は成形フェロコ−クスの強度におよぼす原
料鉱石類の粒度の影響を示す図、第５図は成形フェロコ
ークスの強度におよぼすブリケット乾留温度の影響を示
す図、第６図は成形フェロコークスの粒度と飛散率の関
係を示す図、第７図は溶融還元製鉄法で使用する溶融還
元炉の一例を示す歯である。 成形フェロコークス製造工程 第２図 コークス／チャー の製造工程 予備還元鉱 製造工程 予備還元鉱 製造工程 （ａ） （ｂ） 原料石炭の粒度 乾ｗ：１ＩＩＬ度 げ り ＜０．７　　　　　　　　　　　　　　　　＜１０　　
　　　　＜１００廖ｌ１１還元炉授入側奏粒膚　（−ン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガスを上吹きしている反応容器を用い、含鉄原料
   と還元剤を原料として酸素を上吹きして溶融還元を行な
   って鉄−炭素含有合金を製造する方法において、原料と
   して粉状含鉄原料と粉状石炭の混合物からなる成形物を
   乾留して得た成形フェロコークスを溶融還元炉の上部よ
   り溶融層に投入することを特徴とする溶融還元製鉄法。
2. （２）請求項１記載の方法において、成形物の乾留温度
   が６００℃以上９００℃以下であることを特徴とする溶
   融還元製鉄法。
3. （３）請求項１記載の方法において、成形フェロコーク
   スの粒度が２ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることを特徴
   とする溶融還元製鉄法。