JPH10195513A - 金属鉄の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭素質還元剤と酸化鉄を含む成形体から簡単
な操作で溶融鉄を極めて効率よく製造することのできる
方法を提供すること。 【解決手段】 炭素質還元剤と酸化鉄を含む成形体を加
熱還元して金属鉄を製造する方法であって、上記成形体
を溶融鉄浴もしくは該溶融鉄浴上の溶融スラグ上に供給
し、これら成形体がその表面の一部乃至大部分が実質的
に炉内高温ガス雰囲気に曝される様に、溶融鉄浴上およ
び／もしくは溶融スラグ上に浮遊させ、該成形体中の酸
化鉄を還元して生成する還元鉄を溶融鉄浴中に取り込ま
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鉱石等の酸化鉄
を炭材等の炭素質還元剤と共に加熱還元して金属鉄を得
る技術の改良に関し、特に、鉄鉱石等の酸化鉄を炭材な
どの炭素質還元剤と共に加熱して還元し金属鉄を得る際
に、酸化鉄を金属鉄にまで効率よく還元すると共に、鉄
鉱石などの酸化鉄源中に脈石成分等として混入してくる
スラグ成分をうまく溶融分離し、高純度の金属鉄を溶融
鉄として効率よく製造することのできる方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】鉄鉱石や酸化鉄ペレット等の酸化鉄を炭
材や還元性ガスにより直接還元して還元鉄を得る直接製
鉄法としては、従来よりミドレックス法に代表されるシ
ャフト炉法が知られている。この種の直接製鉄法は、天
然ガス等から製造される還元ガスをシャフト炉下部の羽
口より吹き込み、その還元力を利用し酸化鉄を還元して
還元鉄を得る方法である。また最近では、天然ガスに代
わる還元剤として石炭等の炭材を使用する還元鉄製造プ
ロセスが注目されており、具体的には、鉄鉱石等の焼成
ペレットを石炭粉と共にロータリーキルンで加熱還元す
る、所謂ＳＬ／ＲＮ法がすでに実用化されている。

【０００３】また他の還元鉄製造法として米国特許第
３，４４３，９３１号公報には、炭材と粉状酸化鉄を混
合して塊状化し、ロータリーハース上で加熱還元して還
元鉄を製造するプロセスが開示されている。このプロセ
スは、粉鉱石と粉炭を混合して塊状化し、これを高温雰
囲気下で加熱還元するものである。

【０００４】これらの方法で製造された還元鉄は、その
まま或はブリケット状等に成形してから電気炉へ装入
し、鉄源として用いられる。近年、鉄スクラップのリサ
イクルが活発化するにつれて、上記方法によって得られ
る還元鉄はスクラップ中に混入してくる不純物元素の希
釈材として注目されている。

【０００５】ところが従来の還元製鉄法によって得られ
る還元鉄には、原料として用いた酸化鉄（鉄鉱石など）
や炭材（石炭など）に含まれるＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、
ＣａＯ等のスラグ成分がそのまま混入してくるため、製
品の鉄品位（金属鉄としての純度）は低くなる。実用に
当たっては、次工程の精錬工程でこれらのスラグ成分は
分離除去されるが、スラグ量の増加は精錬溶湯の歩留り
を低下させるばかりでなく電気炉の操業コストにも大き
な影響を及ぼすので、鉄品位が高くスラグ成分含有量の
少ない還元鉄が求められているが、前述の如き従来の還
元鉄の製法でこうした要求に応えるには、還元鉄製造原
料として鉄品位の高い鉄鉱石を使用しなければならず、
実用可能な製鉄原料の選択の幅を大幅に狭めることにな
る。

【０００６】更に上記の様な従来法は、還元された固体
製品を中間製品として得ることを最終の目的としてお
り、実用化に当たっては、次の工程となる精練工程へ送
るまでに搬送、貯蔵、ブリケット化あるいは冷却といっ
た工程が必要であり、この間に大きなエネルギー損失が
生じたり、ブリケット化のための余分のエネルギーや特
殊な装置が必要になるといった欠点がある。

【０００７】他方、酸化鉄を直接還元して還元鉄を得る
方法としてＤＩＯＳ法等の溶融還元法も知られている。
この方法は、酸化鉄を予め鉄純度で３０〜５０％程度に
まで予備還元しておき、その後、鉄浴中で炭素と直接還
元反応させることによって金属鉄にまで還元を行う方法
であるが、この方法は予備還元と鉄浴中での最終還元の
２工程が必須になるため作業が煩雑であるばかりでなく
で、鉄浴中に存在する溶融酸化鉄（ＦｅＯ）と耐火物が
直接接触するため、炉内耐火物を激しく溶損させるとい
う実操業面で深刻な問題を生じてくる。

【０００８】更に特公昭５６−１９３６６号公報には、
金属酸化物と固体炭素質材料およびスラグ形成材料を含
む集塊物を加熱・還元し、該集塊物の形状を保ちなが
ら、還元により生成した金属をスラグシェルで包む様な
状態を形成し、その後スラグシェルを溶融させて金属と
スラグを分離する方法を開示している。ところがこの方
法では、還元により生成した金属の再酸化を阻止するた
め、該金属を完全に包み込むに足る量のスラグを生成さ
せなければならず、スラグ形成材の配合量が不足すると
金属の包み込みが不十分となって金属の再酸化が避けら
れなくなる。しかも加熱還元条件によってはＦｅＯ濃度
の高いスラグが生成し、設備の内張り耐火物を著しく損
傷するという、実用化する上で大きな問題も生じてく
る。

【０００９】上記の様に、スラグ成分含有量の少ない金
属鉄を製造する方法の実現は、製品金属鉄としての付加
価値を高めるばかりでなく、電気炉を用いた製鉄コスト
の低減、更には金属鉄製造における使用原料の選択の柔
軟性という観点から極めて重要になってくる。また、加
熱・還元により副生するフラグ中の酸化鉄含有量を極力
少なくし、耐火物の溶損を抑えることは、この種の製鉄
法を工業的規模で実現可能にする上で極めて重要とな
る。

【００１０】更に特開平７−５４０３０号公報には、本
発明に係る製鉄法とは異質の技術ではあるが、高炉ー転
炉法に代わる一貫製鋼法として、海綿鉄、部分還元鉄、
自己還元性ペレット、微鉄鉱等を鉄源として用いて鋼を
製造する方法が開示されている。即ちこの方法は、上記
の様な鉄源、特に鉄分含有量の高い原料を使用し、これ
をチャンネル型誘導電気炉内へ装入し、炉に供給する熱
量と上記鉄源の装入速度を制御することにより、炉内を
生成物の液相線温度以上に維持することによって鋼を製
造する方法である。この方法によれば、従来の高炉−転
炉を組合せた製鉄−製鋼を、誘導電気炉を用いて一気に
行なって炭素量が０．１重量％程度の鋼を製造できる点
で、設備や工程の簡略化が可能である他エネルギー効率
も高められるといった効果が得られる旨記述されてい
る。

【００１１】しかしながらこの方法では、鉄源中に未還
元状態で存在する酸化鉄の炭素による還元と、該還元に
より溶鉄中に取り込まれた炭素の除去（酸化）を同一炉
内で進めなければならないため、炭材や酸素の供給量、
処理温度等の制御が極めて困難であるばかりでなく、大
量に生成する溶融スラグ中に多量の酸化鉄が混入するた
め炉内耐火壁の損傷が著しく、設備的にもまた操業面で
もこの方法を工業的規模で実用化するには多大な困難を
伴うことが予想される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らはこうした
状況に着目し、鉄成分含有量の比較的低い鉄鉱石等から
でも、耐火物の溶損などを生じることなく鉄純度の極め
て高い金属鉄を、溶融鉄として簡単な処理で効率よく得
ることのできる技術の開発を期してかねてより研究を進
めており、その研究成果として下記の方法を開発し、先
に特許出願を済ませた（特願平８−５９８０１号）。

【００１３】この先願発明は、炭素質還元剤が存在する
酸化鉄の成形物を加熱還元して金属鉄を製造する際に、 加熱還元により金属鉄外皮を生成且つ成長させ、内部
には酸化鉄が実質的に存在しなくなるまで還元を進める
と共に、内部に生成スラグの凝集物を生成させ、 加熱還元により金属鉄外皮を生成且つ成長させ、内部
に酸化鉄が実質的に存在しなくなるまで還元を進め、更
に加熱を続けて内部に生成するスラグを金属鉄外皮の外
側へ流出させ、 加熱還元により金属鉄外皮を生成且つ成長させ、内部
には酸化鉄が実質的に存在しなくなるまで還元を進め、
更に加熱を続けて金属鉄とスラグを溶融分離し、あるい
は 加熱還元により金属鉄外皮を生成且つ成長させ、内部
には酸化鉄が実質的に存在しなくなるまで還元を進める
と共に、内部に生成スラグの凝集物を形成させ、次いで
生成スラグを金属鉄から分離するところに特徴を有して
いる。

【００１４】上記の方法を実施するに当たっては、金
属鉄外皮の一部を溶融させることによって、内部の溶融
スラグを金属鉄外皮外へ流出させればよく、この際、あ
るいは前記の方法を実施するに当たり、金属鉄外皮の
一部もしくは全部を溶融させるには、金属外皮内に存在
する炭素質還元剤による浸炭を進めて当該金属外皮の融
点を降下させればよく、また上記〜の発明を実施す
るに当たっては、加熱還元工程の最高加熱温度を、生成
スラグの融点以上で且つ生成する金属鉄外皮の融点以下
の温度に制御することによって、金属鉄生成反応をより
効率よく進めることができ、この還元工程では、固相還
元により酸化鉄を低減し、更に液相還元によりＦｅＯを
主体とする酸化鉄が実質的に存在しなくなるまで還元す
れば、得られる金属鉄の品位をより効率よく高めること
が可能となる。

【００１５】そして、固相状態での酸化鉄の還元をうま
く進めるには、還元工程で生成するスラグが、還元によ
って生成する金属鉄よりも低い温度で溶融することが必
要であり、そのためには、成形体中の酸化鉄や炭素質還
元剤等の中に含まれるスラグ生成成分の含有組成を事前
に調整し、生成スラグの融点が還元鉄の融点よりも低く
なる様、成形体の成形工程で必要によりＡｌ₂ Ｏ₃ 、Ｓ
ｉＯ₂ 、ＣａＯなどを追加調整することが望ましい。

【００１６】尚上記先願明において、「金属鉄外皮内部
に酸化鉄が実質的に存在しなくなるまで還元を進める」
ことの好ましい定量的基準は、加熱還元工程で、「Ｆｅ
Ｏを主体とする酸化鉄の含有率が５重量％以下、より好
ましくは２重量％以下となるまで還元を進めること」で
あり、また別の観点からすると、還元反応によって生成
する金属鉄から分離される生成スラグ中のＦｅＯを主体
とする酸化鉄の含有量が、５重量％以下、より好ましく
は２重量％以下となるまで還元を進めることが望まし
い。

【００１７】そして、この方法によって得られる高純度
の金属鉄および生成スラグは、加熱溶融した状態で比重
差により分離すれば、金属化率で９５％程度以上、更に
は９８％以上といった非常に高純度の金属鉄を得ること
ができ、しかもこの先願発明によれば、生成スラグ中の
酸化鉄含有量を可及的に少なくすることができるので、
酸化鉄に起因する処理炉耐火物の溶損も起こらず、設備
保全の観点からしても極めて実用性の高い技術として、
その実用化が期待される。

【００１８】本発明は、上記先願発明の基本的な技術思
想を活用し、これを工業的規模で効率よく実施すること
のできる製法および装置の開発を期して鋭意研究を進め
ているが、今回、加熱還元によって前述の様な金属鉄外
皮の生成が起こるか否かを問わず、炭素質還元剤と酸化
鉄を含む成形体から簡単な操作で溶融鉄を極めて効率よ
く製造することのできる方法を開発した。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る金属鉄の製法は、炭素質還元剤と
酸化鉄を含む成形体を加熱還元して金属鉄を製造する方
法であって、上記成形体を溶融鉄浴もしくは該溶融鉄浴
上の溶融スラグ上に供給し、これら成形体の表面の一部
乃至大部分が実質的に炉内高温ガス雰囲気に曝される様
に、溶融鉄浴上および／もしくは溶融スラグ上に浮遊さ
せ、該成形体中の酸化鉄を還元するところに要旨があ
る。

【００２０】この発明を実施するに当たって、上記成形
体の加熱は、溶融鉄浴および溶融スラグからの伝熱と炉
内上方空間からの輻射熱によって行なわれ、溶融鉄浴上
もしくは溶融スラグ上に浮遊する前記成形体を上下方向
から効率よく加熱して還元を効率よく進めるには、溶融
鉄浴上の溶融スラグ厚みを薄めに制御することが望まし
い。

【００２１】上方からの加熱には、溶融鉄浴の上方空間
に酸素含有ガスを供給し、上記成形体から生成する燃焼
性ガスを燃焼させ、得られる燃焼熱を上記成形体の加熱
に利用する方法、あるいは、溶融鉄浴の上方に燃料と酸
素含有ガスを供給して燃焼させ、得られる燃焼熱を前記
成形体の加熱に利用する方法が好ましい方法として採用
される。このとき、成形体と共に更に炭素質還元剤を炉
内へ追加投入し、還元効率を一段と高めることも有効で
ある。

【００２２】一方、溶融鉄浴の加熱は、電気アーク加
熱、高周波加熱、誘導加熱の如き電気エネルギーを利用
して行なわれるが、こうした加熱による溶融鉄浴および
溶融スラグから前記成形体への伝熱加熱を効率よく進め
るには、溶融鉄浴および溶融スラグを、溶融鉄浴への不
活性ガス吹込みや電磁撹拌等によって撹拌することが望
ましい。

【００２３】更に上記本発明を実施する際には、溶融鉄
浴の少なくとも表層部に溶融鉄の流れを形成し、該流れ
の上流側に前記成形体を供給し、該溶融鉄の流れ方向に
沿って前記成形体の還元を進める様にすることは、この
発明を連続化するうえで好ましい実施形態として推奨さ
れる。また、原料として供給される前記成形体中に含ま
れる脈石成分によっては、生成するスラグが高融点もし
くは高粘性となり、溶融鉄浴から成形体方向への熱伝達
を阻害する恐れもあるので、この様な場合は、別途フラ
ックスを追加供給して溶融スラグの粘性を低下させるこ
とも好ましい態様として推奨される。

【００２４】また原料として供給される前記成形体は、
未乾燥状態あるいは未還元状態のものであっても勿論構
わないが、予め乾燥してから供給し、あるいは予備還元
してから供給することも有効であり、この場合は、還元
工程で生成する高温排ガスを乾燥もしくは予備還元に有
効利用することができ、またこの高温排ガスは、保有す
る顕熱を利用し、あるいは燃焼性を有するガス燃料とし
ても有効に活用することができるので、これを用いて発
電を行ない、得られる電力を溶融鉄浴の加熱に利用する
ことも有効である。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の製法を、一実施例
を示す図面を参照しつつ具体的に説明するが、本発明は
もとより図示例に限定される訳ではなく、前・後記の趣
旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施すること
も可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に
包含される。

【００２６】図１は、本発明の一実施例を示すもので、
金属鉄の製法を製造設備と共に説明するための最も単純
化して示す概略縦断面説明図である。原料となる炭素質
還元剤と酸化鉄を含む成形体（ペレット等）Ａは、原料
装入口８から還元・溶融炉１内の溶融スラグＳまたは溶
融鉄Ｆｅの表面に供給される。還元・溶融炉１は、図示
しない加熱源により下方側から加熱されると共に、上方
側壁の適所にはバーナ３が設けられ、上方部からの加熱
が行なわれる。

【００２７】炉１内に装入された成形体Ａは、溶融鉄Ｆ
ｅの表面あるいは溶融スラグＳ上に浮遊しながら、溶融
鉄Ｆｅあるいは溶融スラグＳからの伝熱、および溶融鉄
浴の上方空間からの輻射熱、該上方空間の上記バーナ加
熱による熱によって加熱され、該成形体Ａ内の酸化鉄は
その中に含まれる炭素質還元剤（以下、単に炭材という
ことがある）によって還元され、更に熱を受けて溶融し
た還元鉄は比重差により降下して溶融鉄Ｆｅ内に取り込
まれると共に、副生するスラグ成分は溶融スラグＳに取
り込まれる。その結果、炉１内の溶融鉄Ｆｅと溶融スラ
グＳは、連続的に装入される原料成形体Ａとその還元・
溶融が進むにつれて増加してくるので、逐次溶融鉄排出
口９及び溶融スラグ排出口１０から抜き出される。

【００２８】ここで、原料成形体Ａ内に含まれる酸化鉄
源としては、通常の鉄鉱石あるいはその予備還元物が使
用され、また炭素質還元剤としてはコークス、石炭、木
炭等が使用され、これら酸化鉄源と炭素質還元剤の粉粒
体を適当なバインダーと共に任意の比率で混合してペレ
ット状など任意の形状に成形したもの、あるいはこれら
を焼結したものが使用される。

【００２９】該成形体Ａに内装される炭素質還元剤は、
加熱条件下で酸化鉄の還元に使用されると共に、還元に
より生成した鉄への浸炭に用いられる。溶融前の固体状
の還元鉄はポーラスで再酸化を受け易いが、還元・溶融
炉１内を非酸化性雰囲気に維持し、あるいは余分の炭材
を成形段階で内装するか、成形体とは別に炭材を追加装
入して還元雰囲気を強化させれば、還元鉄の再酸化は防
止され、更に加熱を受けて溶融した還元鉄は逐次比重差
で降下して溶融鉄Ｆｅ内に取り込まれる。

【００３０】このとき、成形体Ａへの内装炭材によって
還元鉄の再酸化を防止するには、内装炭材量を、［酸化
鉄の還元に必要なＣ量＋還元鉄への浸炭に必要なＣ量＋
酸化損失量］以上すれば良く、必要Ｃ量は用いられる酸
化鉄や炭材の種類等によっても異なるが、還元鉄の再酸
化を確実に阻止するには、用いる酸化鉄源中の鉄分含量
１００重量部に対しＣ量換算で２０重量部程度以上の炭
材を内装するのが良い。炭材内装量の上限値は特に規定
されないが、該内装量が過度に多くなると成形体の機械
的強度が低下し、原料成形体の取扱い段階や装入段階で
粉化を起こし易くなるので、Ｃ量換算で４５重量部程度
以下に抑えることが望ましく、更に多くの炭材を使用し
たい場合は、成形体と共に別途適量の炭材を追加装入す
ることが望ましい。還元鉄の再酸化防止と成形体強度維
持の両面を考慮して内装炭材のより好ましい含有量は、
酸化鉄源中の鉄分含有量１００重量部に対して２５〜４
０重量部の範囲である。

【００３１】前述の如く本発明では、溶融鉄Ｆｅからの
伝熱と上方からの輻射熱およびバーナ加熱によって原料
成形体Ａを加熱するものであり、溶融鉄Ｆｅの加熱には
電気アーク加熱、高周波加熱、誘導加熱等が採用され
る。このとき、還元・溶融炉１の下方側適所にガス吹込
み手段を設けておき、窒素ガスなど溶融鉄に不活性なガ
スを吹き込み、あるいは電磁撹拌法によって溶融鉄Ｆｅ
浴を攪拌し対流を起こさせる様にすれば、湯面方向への
熱伝達を一層効率よく行なうことができるので好まし
い。

【００３２】またバーナ加熱には、炭化水素ガス等の気
体燃料、重油等の液体燃料、石炭等の固体燃料を使用す
ることができる。また原料成形体Ａ中に過剰量の炭材を
含有させておき、あるいは原料成形体Ａと共に別途炭材
を装入し、還元工程で生成するＣＯ等の還元性ガスを利
用して、バーナ３からは空気等の酸素含有ガスのみを吹
き込んで燃焼させることも可能である。

【００３３】上記還元・溶融を効率よく進めるには、成
形体Ａをより効率よく加熱することが必要であり、その
ためには、成形体Ａの表面の一部乃至大部分が実質的に
炉内高温ガス雰囲気に曝される様に、溶融鉄浴上および
／もしくは溶融スラグ上に浮遊させ、好ましくは該前記
成形体Ａが団子状に固まることなく個々に溶融鉄Ｆｅや
溶融スラグＳと接触しつつ浮遊しながら上下方向から加
熱を受ける様にすべきである。そのためには、溶融鉄Ｆ
ｅ表面に浮遊する溶融スラグＳをできるだけ薄く制御す
ることが望ましい。

【００３４】しかして、装入された前記成形体Ａが団塊
状に固まった状態になったり、あるいは溶融スラグＳが
厚くなると、団塊状の内部に存在する成形体Ａへの溶融
鉄Ｆｅ浴からの伝熱や上方からの輻射熱の伝達が遅れて
加熱効率が低下し、また溶融スラグＳが厚くなると、や
はり溶融鉄浴からの熱伝達効率が低下するばかりでな
く、原料成形体Ａが溶融スラグＳ内に沈み込んだ状態に
なって上方からの輻射熱も有効に活用できなくなり、加
熱効率が低下して還元効率が低下するからである。この
様なところから、炉内に装入される原料成形体Ａは、該
成形体Ａの一部乃至大部分が実質的に炉内高温ガス雰囲
気に曝される様に、しかも、好ましくは個々に独立した
状態で溶融鉄浴や溶融スラグと直接的に接触する様に装
入することが望ましい。

【００３５】しかも溶融スラグＳの厚さは薄めに制御
し、溶融鉄Ｆｅからの伝熱と上方からの輻射熱やバーナ
加熱が効率よく行なわれる様にすることが望ましく、好
ましくは、溶融スラグＳの厚みを原料成形体Ａの粒径と
同等乃至２〜３倍程度以下に抑えることがよく、こうし
た溶融スラグＳの厚みは、排出口１０からの溶融スラグ
Ｓの排出速度を制御することによって容易に調整するこ
とができる。

【００３６】なお原料成形体Ａは、比重差および加熱還
元工程で該成形体Ａの内部から外周面側に放出されるＣ
Ｏガスによって溶融スラグＳ上に浮遊した状態で還元が
進行し、上方からの熱を効率よく受けるばかりでなく、
該ＣＯガスの吹き出しによって還元鉄の再酸化も可及的
に防止される。

【００３７】また、溶融鉄Ｆｅの表面に浮遊する溶融ス
ラグＳの融点が高く或は溶融粘度が高過ぎる場合は、溶
融鉄Ｆｅ浴表面で該溶融スラグＳが皮張り状態となって
溶融鉄Ｆｅ浴からの成形体Ａへの伝熱効率が低下するば
かりでなく、溶融スラグＳの連続排出も困難になる傾向
が生じてくるので、この様な場合は、溶融スラグＳの融
点を下げて流動性を高めるフラックス（たとえばＣａＯ
やＭｇＯ）などを適宜投入することが望ましい。

【００３８】この様に、溶融スラグＳを低融点で流動性
の高いものに調整してやれば、上記の様に溶融鉄Ｆｅか
らの伝熱効率が高められるばかりでなく、成形体Ａの還
元工程で副生するスラグ中に混入して耐火壁の溶損原因
となるＦｅＯも溶融鉄Ｆｅと速やかに接触し、該溶融鉄
Ｆｅ中に含まれる炭素によって還元されるので、ＦｅＯ
に起因する耐火壁の溶損も一層効果的に阻止されるので
好ましい。

【００３９】尚、図１の例で還元・溶融炉１の上方に設
けられた排出口１１から排出される排ガスは、高温で且
つ依然として相当の還元力を有しており、この排ガスは
後述する如く原料成形体Ａの乾燥や予備還元に利用した
り、あるいは隣接して設けた火力発電設備へ送ってその
顕熱を利用し、あるいは燃料として利用し、該還元・溶
融炉１を加熱する為の電力として活用できる様にするこ
とは、この方法を実用化する上で好ましい態様として推
奨される。

【００４０】図２は、本発明の他の方法および装置を示
す一部断面平面説明図、図３は図２におけるＸ−Ｘ線断
面相当図であり、還元・溶融炉１を横長に構成し、還元
・溶融が行なわれる溶融鉄Ｆｅ浴の湯面を拡大すると共
に、原料装入口８を複数設けると共に、加熱用のバーナ
３も複数個設け、全体を万遍なく加熱できる様に構成し
た以外は、前記図１の例と実質的に変わらない。

【００４１】図４，５は本発明の更に他の実施例を示す
断面説明図であり、図４は横方向から見た断面図、図５
は平面方向から見た断面図を示している。本例では横長
の還元・溶解炉１内に溶融鉄Ｆｅが溜められると共に、
該溶融鉄Ｆｅ浴は図示しない加熱手段によって加熱され
る。そして溶融鉄Ｆｅ浴の上方空間には、長手方向にそ
って複数の加熱用バーナ３を設けると共に、上流側に原
料成形体Ａの供給部４と、スラグ中のＦｅＯの還元促進
や再酸化防止を兼ねた炭材Ｃの供給部５が設けられ、溶
融鉄Ｆｅ浴上に原料成形体Ａと炭材Ｃが連続的に供給さ
れる。

【００４２】還元・溶融炉１における下流側の溶融鉄Ｆ
ｅ浴の湯面位置には潜り堰６が設けられると共に、該潜
り堰６の直上流側には溶融スラグ排出口１０が開口さ
れ、最下流側の下方部には溶融鉄排出口９が設けられて
いる。従って、原料成形体Ａと炭材Ｃを連続的に装入し
つつ該装入量に応じて生成する溶融鉄Ｆｅと溶融スラグ
Ｓを夫々の排出口から排出していくと、炉１内の溶融鉄
Ｆｅおよび溶融スラグＳには装入側から排出側方向へ流
れが形成されるが、本例では該流れがより円滑に形成さ
れる様、溶融鉄Ｆｅ浴の最上流側下方位置に不活性ガス
吹込み口１２を設けると共に隔壁７を立設し、該隔壁７
と炉１の上流側壁との間に不活性ガス泡の上昇流を形成
することによって、溶融鉄Ｆｅの下流側方向への表層流
れを助長している。

【００４３】そして、上記供給部４から装入された原料
成形体Ａは、溶融鉄Ｆｅ浴からの伝熱と上方空間からの
輻射熱及びバーナ加熱を受け、溶融鉄Ｆｅ浴表面を下流
側に流れながら加熱・還元が進行し、生成した還元鉄は
更に加熱を受けて溶融し溶融鉄Ｆｅ浴に取り込まれ、排
出口９から連続的に排出される。一方、副生するスラグ
は湯面上に存在するスラグＳに取り込まれ、潜り堰６で
堰き止められて排出口１０から逐次排出される。このと
き、成形体Ａと共に、あるいは他の供給部からフラック
スを供給し、前述の如く溶融鉄Ｆｅ表面の溶融スラグＳ
の融点を下げると共に流動性を高める様にすれば、成形
体Ａの上下方向からの加熱効率を更に高めることができ
るので好ましい。しかも、フラックスの添加によって溶
融スラグＳの粘度を下げてやれば、最下流側湯面位置か
らの溶融スラグＳの排出も容易となり、ひいては溶融鉄
Ｆｅ浴上の溶融スラグＳ厚みの制御も一層容易になるの
で好ましい。

【００４４】この方法であれば、原料成形体Ａが湯面上
を下流側に流れながら還元と溶融が連続的に進行し、溶
融鉄Ｆｅと溶融スラグＳに夫々取り込まれて連続的に排
出されるので、連続操業を極めて効率よく実施すること
ができる。なお、該還元・溶融炉１の最下流側上方壁に
設けた排出口１１から抜き出される排ガスは、前述の如
く高温で且つ還元力を有しているので、先に述べた様に
原料成形体Ａの乾燥や予備還元に使用したり、あるいは
火力発電設備に供給して顕熱によりボイラーを駆動し、
あるいはガス燃料として供給して還元・溶融炉１の加熱
電力源として活用することが可能である。

【００４５】図６，７は本発明の更に他の実施例を示す
横方向から見た断面説明図と平面方向から見た断面説明
図であり、還元・溶融炉１内を隔壁１３によって縦方向
に２分割し、隔壁１３を隔てて対向方向の溶融金属Ｆｅ
流れを形成し、夫々の流れ方向上流側に原料成形体供給
部４ａ，４ｂと炭材供給部５ａ，５ｂを形成すると共
に、夫々の下流側に溶融鉄Ｆｅの排出口９ａ，９ｂ、溶
融スラグＳの排出口１０ａ，１０ｂを設け、且つ炉１上
方部に複数の加熱用バーナ３，３……を設けた以外は、
前記図４，５図の例と実質的に変わらない。この例であ
れば、隔壁１３における熱放散が防止されるので全体と
しての熱効率が高められ、また比較的狭い流路で安定し
た溶融鉄Ｆｅの流れを形成しつつ還元・溶融を行なうこ
とができるので、より安定した操業が可能になるといっ
た効果も享受できるので好ましい。

【００４６】更に図８は、前述の如き還元・溶融炉１か
ら排出される高温の排ガスを、本装置の加熱電力源とし
て有効に活用可能にした設備の１例を示すフロー図であ
り、還元・溶融炉１の排ガス排出口１１から排出された
排ガスをボイラーＢへ供給し、該ボイラーＢに供給され
る水を加熱することによって蒸気を発生させ、該蒸気に
よって発電機Ｅを駆動させて電力を生じさせる。そして
この電力を、還元・溶融炉１の加熱用電力源として活用
する。また、上記ボイラーＢから排出される熱エネルギ
ーを持った排ガスは、熱交換器Ｈへ供給し、還元・溶融
炉１の燃焼用バーナ３に供給される燃焼用空気と熱交換
させることによって更に熱エネルギーの有効利用を図っ
ている。また、この排ガスは若干の還元力を残存してい
るので、これを発電用の補助燃料として利用することも
可能である。

【００４７】従って、この様な還元性ガスの有効利用設
備を本発明で用いる還元・溶融設備に付設しておけば、
設備全体としての消費エネルギーを必要最小限に抑える
ことが可能となる。

【００４８】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、先
願発明で提案した新しい金属鉄の製造技術を含めて、予
備還元鉄鉱石はもとより未還元の鉄鉱石等の酸化鉄源か
らでも、比較的簡単な設備および操作でこれを効率よく
還元して高純度の溶融鉄にまで還元することができ、直
接還元製鉄法として実用規模での連続操業を実現可能に
することができる。また本発明によれば、原料成形体の
表面の一部乃至大部分が実質的に炉内高温ガス雰囲気に
曝される様に、溶融鉄浴上および／もしくは溶融スラグ
上に浮遊した状態で還元・溶融を進めるものであり、溶
融鉄からの伝熱と上方空間からの輻射熱およびバーナ加
熱によって効率よく加熱・還元を進めることができ、生
成した還元鉄は溶融鉄に取り込まれると共に、生成スラ
グは溶融スラグに取り込まれるので、それらの分離も極
く自然に効率よく行なわれる。また還元工程で副生する
スラグ中に混入することのあるＦｅＯ等は、溶融鉄浴と
接触することにより該溶融鉄中に飽和状態で含まれる炭
素で速やかに還元されるので、該ＦｅＯによる炉内耐火
壁の溶損も殆んど起こすことがない。また、その結果と
して、分離排出される溶融スラグ中への鉄成分の混入量
も著しく抑えられるので、鉄分ロスも抑えられ、原料装
入量に対する鉄分の回収効率も著しく高められるといっ
た、様々の効果を享受することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の最も基本的な構成を示す概略断面説明
図である。

【図２】本発明の他の例を示す一部破断平面説明図であ
る。

【図３】図２におけるＸーＸ線断面相当図である。

【図４】本発明に係る更に他の例を示す横方向から見た
概略断面説明図である。

【図５】図４におけるＹ−Ｙ線断面相当図である。

【図６】本発明に係る更に他の例を示す横方向から見た
概略断面説明図である。

【図７】図６におけるＺ−Ｚ線断面相当図である。

【図８】本発明で有利に適用される排ガス有効利用シス
テムを例示する概略フロー図である。

【符号の説明】

１ 還元・溶融炉 ３ 加熱用バーナ ４ 原料成形体供給部 ５ 炭材供給部 ６ 潜り堰 ７ 隔壁 ８ 原料供給口 ９ 溶融鉄排出口 １０ 溶融スラグ排出口 １１ 排ガス排出口 Ａ 原料成形体 Ｓ 溶融スラグ Ｃ 炭材 Ｆｅ 溶融鉄

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素質還元剤と酸化鉄を含む成形体を加
   熱還元して金属鉄を製造する方法であって、上記成形体
   を溶融鉄浴もしくは該溶融鉄浴上の溶融スラグ上に供給
   し、これら成形体の表面の一部乃至大部分が実質的に炉
   内高温ガス雰囲気に曝される様に、溶融鉄浴上および／
   もしくは溶融スラグ上に浮遊させ、該成形体中の酸化鉄
   を還元することを特徴とする金属鉄の製法。
2. 【請求項２】 溶融鉄浴上の溶融スラグ厚みを薄めに制
   御する請求項１に記載の製法。
3. 【請求項３】 上記成形体の加熱を、溶融鉄浴または溶
   融鉄浴と溶融スラグからの伝熱と炉内上方空間からの輻
   射熱によって行なう請求項１または２に記載の製法。
4. 【請求項４】 溶融鉄浴の上方に燃料と酸素含有ガスを
   供給して燃焼させ、得られる燃焼熱を前記成形体の加熱
   に利用する請求項１〜３のいずれかに記載の製法。
5. 【請求項５】 溶融鉄浴の上方空間に酸素含有ガスを供
   給し、上記成形体から生成する燃焼性ガスを燃焼させ、
   得られる燃焼熱を上記成形体の加熱に利用する請求項１
   〜４のいずれかに記載の製法。
6. 【請求項６】 上記成形体を乾燥してから供給する請求
   項１〜５のいずれかに記載の製法。
7. 【請求項７】 溶融鉄浴もしくは該溶融鉄浴上の溶融ス
   ラグ上に、更に炭素質還元剤を装入する請求項１〜６の
   いずれかに記載の製法。
8. 【請求項８】 溶融鉄浴を攪拌することによって、前記
   成形体の均一加熱を行なう請求項１〜７のいずれかに記
   載の製法。
9. 【請求項９】 溶融鉄浴の撹拌を、溶融鉄浴への不活性
   ガス吹込みによって行なう請求項８に記載の製法。
10. 【請求項１０】 溶融鉄浴の少なくとも表層部に溶融鉄
    の流れを形成し、該流れの上流側に前記成形体を供給
    し、該溶融鉄の流れ方向に沿って前記成形体の還元を進
    める請求項１〜９のいずれかに記載の製法。
11. 【請求項１１】 フラックスを添加し、溶融スラグの溶
    融粘度を低下させる請求項１〜１０のいずれかに記載の
    製法。
12. 【請求項１２】 前記成形体を予備還元してから供給す
    る請求項１〜１１のいずれかに記載の製法。
13. 【請求項１３】 還元工程で生成する高温排ガスを用い
    て発電を行ない、得られる電力を溶融鉄浴の加熱に利用
    する請求項１〜１２のいずれかに記載の製法。
14. 【請求項１４】 還元工程で生成する高温排ガスを、前
    記成形体の乾燥および／もしくは予備還元に利用する請
    求項６または１２に記載の製法。