JPH1192833A

JPH1192833A - 還元鉄用塊成化物およびその製造方法

Info

Publication number: JPH1192833A
Application number: JP8154098A
Authority: JP
Inventors: Haruhisa Iwakiri; 治久岩切; Yoshimichi Takenaka; 芳通竹中; Shoken Shimizu; 正賢清水; Akiji Shirouchi; 章治城内; Kazuya Miyagawa; 一也宮川; Osamu Tsushimo; 修津下
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-07-22
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 1999-04-06
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: JP3754553B2

Abstract

(57)【要約】【課題】塊成化物中の粉鉱石の還元時間を短縮し、さ
らに還元後の還元鉄の溶解時間を短縮する還元鉄用の塊
成化物および還元鉄の再酸化を防止する還元鉄の製造方
法を提供する。【解決手段】粉鉱石と炭材との混合物からなり、かつ
見掛け密度が2.3g/cm³以上である還元鉄用の塊成化物で
ある。また、還元後の還元鉄の見掛け密度が2g/cm³以上
である上記の還元鉄用の塊成化物である。さらに、塊成
化物の原料の加熱混合工程、加圧成形工程および脱ガス
工程で発生するガスを回収し、この回収ガスを還元炉の
還元末期ゾーンに吹き込み還元鉄の再酸化を防止する還
元鉄の製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭材内装塊成化物
中の粉鉱石を還元して還元鉄を製造する技術分野に属
し、詳しくは、炭材内装塊成化物の見掛け密度を大きく
し還元時間を短縮し、さらに還元後の還元鉄の見掛け密
度を大きくし製銑、製鋼工程における溶解時間を短縮す
る還元鉄用塊成化物および還元鉄の再酸化を防止する還
元鉄の製造方法の技術分野に属するものである。

【０００２】

【従来の技術】還元鉄の製造方法としてはミドレックス
法がよく知られており、この方法によれば天然ガスから
変成した還元性ガスを羽口から吹き込み、シャフト炉中
を上昇させることによって、炉内に充填された鉄鉱石や
酸化鉄ペレットを還元して還元鉄を得ることができる。
ただし、この方法では燃料としてコストの高い天然ガス
を大量に供給する必要がある。

【０００３】そこで近年では、上記天然ガスに替えて比
較的安価な石炭を還元剤として使用することのできる還
元鉄製造プロセスが注目されている。例えば、米国特許
第3443931 号には、粉鉱石と炭材とを混合してペレット
化し、高温雰囲気下で加熱還元することにより還元鉄を
製造するプロセスが記載されている。この方法によれ
ば、還元剤が石炭ベースであることの他にも、粉鉱石を
直接使用できること、高速還元が可能であること、製品
中の炭素含有量を調整することができる等の利点を有し
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このプロセスでは高温
還元炉における上面からの輻射熱により塊成化物（ペレ
ット、ブリケット等）を加熱しているので原料層の高さ
が制限され、したがって、生産性を向上させるには、還
元反応の反応速度自体を高める必要がある。しかし、還
元鉄用の塊成化物の還元速度は、塊成化物内の伝熱に律
速されるため、生産性を向上しようとして、塊成化物内
の伝熱限界以上に還元炉の温度を上げると、塊成化物は
表面から溶融して炉内での固着や炉体損傷の問題を引き
起こす。

【０００５】還元鉄用の塊成化物は、粉鉱石と還元剤で
ある炭材（石炭など）およびバインダーを混合して、造
粒機で粒状化するペレット、あるいは成形機で塊成化す
るブリケット等がある。これらの方法で成形した還元鉄
用の塊成化物は、図14(a) に示すように多孔質体であり
炭材と粉鉱石との接触面積は小さく、したがって、熱伝
導性が悪く還元速度が低い。還元速度を高める方法とし
て、還元過程で炭材と粉鉱石との接触面積を大きくする
ために、還元炉内での炭材の軟化溶融時の最高流動度が
0.8以上である炭材内装ペレットが特願平9-174732号に
提案されている。

【０００６】しかし、上記の方法では、塊成化物の成形
時にバインダーが必要であり、このバインダーは還元鉄
の品位を低下させることにもなる。また、軟化溶融時の
最高流動度が高い炭材は揮発分を多く含有しており、こ
の種の炭材を用いることは揮発分が抜ける過程で塊成化
物を膨れさせ割れの原因になる。また、図14(a) に示す
ように多孔質体である塊成化物は見掛け密度が小さく、
このため、還元後に生成される還元鉄の見掛け密度も小
さくなる。還元鉄の見掛け密度が小さいと、還元鉄の溶
解に際して、還元鉄が溶解炉中のスラグ上に浮き、還元
鉄の溶解に長時間を要するという問題がある。

【０００７】また、塊成化物中の粉鉱石は還元がほぼ終
了した時点から焼結が始まり、還元鉄は強度が高まる。
しかし、操業温度の制約により、還元中の履歴時間が短
いと焼結不足となり還元鉄の強度が低く、還元炉からの
排出等のハンドリング工程で破壊粉化が起こり、製品歩
留りが低下するという問題がある。さらに、還元炉内で
は、熱源としてバーナーを燃焼させているため、塊成化
物の還元により生成された還元鉄の燃焼ガスによる再酸
化を防止することも還元鉄中の金属鉄の生産性を高める
上からも重要である。この再酸化も焼結不足の還元鉄の
方が進み易いといえる。

【０００８】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたもので、塊成化物の見掛け密度を大きくし、塊成
化物中の粉鉱石の還元時間を短縮し、しかも焼結を容易
にし、さらに還元後の還元鉄の見掛け密度を大きくし、
溶解時間を短縮する還元鉄用の塊成化物および還元鉄の
再酸化を防止する還元鉄の製造方法を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】その要旨は、粉鉱石と炭
材との混合物からなり、かつ見掛け密度が2.3g/cm³以上
である還元鉄用塊成化物である。

【００１０】粉鉱石と炭材を混合し、 260〜550 ℃の温
度域で成形圧20〜150MPaで熱間成形した後、成形温度範
囲で 5分間以上の脱ガス処理を行なうことを特徴とする
見掛け密度が2.3g/cm³以上である還元鉄用塊成化物の製
造方法である。

【００１１】炭材が、揮発分が16％以上、ギーセラー流
動度が 2DDPM以上の粘結炭である上記の見掛け密度が2.
3g/cm³以上の還元鉄用塊成化物の製造方法である。

【００１２】炭材が、揮発分が16％以下の非粘結炭およ
び／または加熱により軟化しない炭材を粘結炭と混合し
ギーセラー流動度が20DDPM以上にした炭材である上記の
見掛け密度が2.3g/cm³以上の還元鉄用塊成化物の製造方
法である。

【００１３】炭材が、揮発分が35％以上の非粘結炭また
は揮発分が40％以上、灰分が 5％以下、硫黄分が 0.3％
以下の褐炭である上記の見掛け密度が2.3g/cm³以上の還
元鉄用塊成化物の製造方法である。

【００１４】還元後の還元鉄の見掛け密度が2g/cm³以上
である上記の還元鉄用塊成化物である。

【００１５】塊成化物の原料の加熱混合工程、加圧成形
工程および脱ガス工程で発生するガスを回収し、この回
収ガスを還元炉の還元末期ゾーンに吹き込み還元鉄の再
酸化を防止する還元鉄の製造方法である。

【００１６】還元剤である炭材は、炭種によって 260℃
を超えると乾留反応が始まり軟化溶融し、 550℃を超え
ると固化する。この温度域で粉鉱石と炭材を混合し加圧
成形すると、粉鉱石粒子間の空隙に溶融した炭材が容易
に浸入し、粉鉱石同士を強固に連結する。このため、バ
インダーが不要となり還元鉄の品位を高めることができ
る。本発明では、この軟化溶融性を有する炭材を用い
る。

【００１７】また、 260〜550 ℃の温度域で熱間成形し
た塊成化物を、この成形温度範囲で、 5分間以上の脱ガ
ス処理を行うことによって、塊成化物中の炭材からの揮
発分を抜き塊成化物の強度を高め、還元中の塊成化物の
膨れによる割れを防止することができる。脱ガス処理後
の塊成化物の見掛け密度は揮発分が抜けた分、収縮する
ため、脱ガス処理前の塊成化物の見掛け密度とほとんど
変わらない。しかし、脱ガス処理を行うことによって、
還元過程での塊成化物の膨れがなくなり還元後の還元鉄
の見掛け密度は大きくなる。したがって、還元鉄を溶解
する際に、還元鉄の見掛け密度は溶解炉中のスラグの見
掛け密度よりも大きくなり、還元鉄は速やかにスラグ中
に沈み込み溶解が促進され、溶解時の生産性が向上す
る。とくに電気炉製錬において効果を発揮する。

【００１８】揮発分が16％以上、ギーセラー流動度が 2
DDPM以上の粘結炭を炭材として用いる場合は、 350〜55
0 ℃の温度域で熱間成形するが、ギーセラー流動度の最
高流動温度に比例させて成形温度を変えることが好まし
い。熱間成形時の成形圧力は19.6MPa以上、147.1MPa以
下で行い、成形後の脱ガス処理は成形温度範囲で 5分間
以上行なう。なお、脱ガス速度を上げるために、脱ガス
・固化槽の温度を上げて、成形温度以上、600 ℃以下の
温度範囲で脱ガス処理を行なうこともできる。このよう
にして、見掛け密度が2.3g/cm³以上の還元鉄用塊成化物
を得ることができる。

【００１９】揮発分が16％以下の非粘結炭および／また
は加熱により軟化しない炭材を炭材として用いる場合
は、揮発分が16％以上の粘結炭と混合し、ギーセラー流
動度の加重平均値が20DDPM以上となるように調整した炭
材を用い、 350〜550 ℃の温度域で熱間成形するが、ギ
ーセラー流動度の最高流動温度に比例させて成形温度を
変えることが好ましい。熱間成形時の成形圧力は 40MPa
以上、150MPa以下で行い、成形後の脱ガス処理は成形温
度範囲で 5分間以上行なう。なお、脱ガス速度をあげる
ために、成形温度以上、600 ℃以下の温度範囲で脱ガス
処理を行なうこともできる。このようにして、見掛け密
度が2.3g/cm³以上の還元鉄用塊成化物を得ることができ
る。

【００２０】炭材が、揮発分が35％以上の非粘結炭また
は揮発分が40％以上、灰分が 5％以下、硫黄分が 0.3％
以下の褐炭を炭材として用いる場合は、非粘結炭および
褐炭の分解開始温度の 260〜450 ℃の温度域で熱間成形
する。熱間成形時の成形圧力は 20MPa以上、150MPa以下
で行い、成形後の脱ガス処理は成形温度範囲で 5分間以
上行なう。なお、脱ガス速度をあげるために、成形温度
以上、500 ℃以下の温度範囲で脱ガス処理を行なうこと
もできる。また、褐炭の灰分を 5％以下、硫黄分を 0.3
％以下に限定した理由は、品位の高い還元鉄を得るため
である。このようにして、見掛け密度が2.3g/cm³以上の
還元鉄用塊成化物を得ることができる。

【００２１】したがって、塊成化物中の炭材は粉鉱石に
密着し、炭材と鉱石との接触面積が大きくなるととも
に、見掛け密度も大きくなる。このため、塊成化物内の
熱伝導性も向上し塊成化物中の粉鉱石の炭材による直接
還元が促進され、還元時間も短縮される。また、塊成化
物の見掛け密度が大きいため、塊成化物内のCO分圧が高
められるので、粉鉱石のCOによるガス還元も促進され
る。

【００２２】還元促進により、還元炉内の滞留時間が等
しい場合は、還元終了後の炉内滞留時間が延び、その
分、還元鉄の焼結が促進され還元鉄の強度が増大し、か
つ再酸化に対し反応しにくくなる。この結果、還元炉か
らの排出等のハンドリング工程で、還元鉄の破壊粉化が
起こりにくくなり、製品歩留りが向上し、還元鉄中の金
属鉄分の酸化減耗が少ない。

【００２３】塊成化物の原料の加熱混合工程、加圧成形
工程および脱ガス工程で発生するガスは、タール質等の
重質炭化水素であるので、このガスを回収して還元炉の
還元末期ゾーンに吹き込むことによって、還元鉄が触媒
となってガス改質が行なわれCO、H₂を富化して還元末期
ゾーンの雰囲気を還元性に調整し還元鉄の再酸化を防止
することができる。このようにして得られた還元後の塊
成化物（還元鉄）の見掛け密度は2g/cm³以上である。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明をさらに詳細に説
明する。図１に本発明に係わる還元鉄の製造プロセスの
概念図の一例を示す。図に示すように、まず炭材と鉱石
を粉砕機で粉砕する。鉱石と揮発分が16％以下の非粘結
炭は74μm 以下の粒子が70％以上になるように粉砕す
る。揮発分が16％以上の粘結炭、非粘結炭、褐炭は粒度
に特に制限はないが、鉱石等との混合状態を良好に保つ
ために 1mm以下に粉砕するのが望ましい。粉砕後の鉱石
と炭材の乾燥・予熱に関しては、炭材は水分変動による
鉱石との混合時の温度変動を少なくするために、ロータ
リードライヤーで 200℃以下の温度で乾燥し、付着水分
を除去する。一方、鉱石は、炭材と混合した時に目標成
形温度になるように、ロータリーキルンで予熱する。

【００２５】乾燥・予熱した鉱石と炭材の混合には、炭
材の一部の過熱を防止するために短時間で混合できるこ
の業種で常用されている、例えば二軸型のミキサーを用
いる。また、ミキサーは成形温度を確保するために保温
する。混合後の鉱石と炭材は、押し込み機付き熱間成形
用の成形機を用いて塊成化物（ブリケット）に加圧成形
する。加圧成形は塊成化物がハンドリングに耐え得るに
十分な強度が得られればよく、したがって、成形加圧力
は 20MPa以上とする。このようにして成形した塊成化物
は、図14(b) に示すように、鉱石粒子間の空隙に溶融し
た炭材が浸入し、鉱石同士を強固に連結し、また、炭材
と鉱石との接触面積も大きくなっている。また、ミキサ
ーと成形機は密閉構造とし、ミキサーおよび成形機で発
生するガスをエジェクター等を用いて吸引回収し、回収
したガスは還元炉の還元末期ゾーンに吹き込まれ還元ガ
スとして利用される。

【００２６】成形後の塊成化物は、炭材には熱可塑性が
残り、かつ揮発分が多量に残っている。これをこのまま
還元炉に装入すると、揮発分の発生により塊成化物は膨
張し、場合によっては亀裂が入り粉化する。これを防止
し、塊成化物の強度を高めるために、成形温度付近ある
いはそれ以上の温度に保持した脱ガス・固化槽に塊成化
物を装入し炭材を固化させ、同時に揮発分も減少させ
る。揮発分を抜いた塊成化物は、図14(c) に示すよう
に、揮発分が抜けたガス穴（微細な気孔）が認められ
る。このようにして製造された塊成化物の見掛け密度は
2.3g/cm³以上である。したがって、この脱ガス・固化処
理は、塊成化物の崩壊を防止し、密度の高い還元鉄を得
るために重要な工程である。このようにして得られた塊
成化物は脱ガス・固化槽から出た後、篩るわれ、篩上は
還元炉に装入され、篩下の粉は原料として再びミキサー
に戻される。

【００２７】ミキサー、成形機、脱ガス・固化槽で発生
する炭材の熱分解ガスは、炭化水素が主成分である。こ
れをエジェクターなどにより吸引捕集する。エジェクタ
ーには還元炉の排ガスの一部をブロアーで昇圧して用い
る。吸引ガスの配管等は 500℃程度に保温し、タール分
の付着を防止する。回収した熱分解ガスは還元炉に吹き
込まれ、炉内の雰囲気調整の還元ガスとして、また燃料
として利用される。

【００２８】脱ガス・固化槽から排出され、篩にかけら
れた塊成化物は還元炉に 400〜500℃程度の温度でホッ
トチャージされる。ホットチャージされた塊成化物は、
バーナーの燃焼による熱などで1200〜1400℃に加熱され
た炉内で還元される。また、回収した熱分解ガスは、炉
内で改質されCO、H₂を富化して、還元鉄の金属化率を高
める仕上げ還元用に、還元炉の還元末期ゾーンに吹き込
まれ還元ガスとして利用する。

【００２９】還元され還元炉から排出された塊成化物
（還元鉄）は空気を遮断したバケットに一旦装入し、そ
の後、鉄源として転炉あるいは電気炉に装入して溶解す
る。また、還元炉から排出された塊成化物（還元鉄）は
熱間で成形し、ホットブリケット還元鉄とすることもで
きる。

【００３０】

【実施例１】表１に示す炭材Ａ〜Ｄおよび褐炭と表２に
示す粉鉱石を、炭材22％、粉鉱石78％の割合で混合した
後、成形温度を変化させて 44MPaの成形圧で体積約3cm³
のブリケット (塊成化物) に成形し、見掛け密度の変化
を調べた。その結果を図２に示す。表１に示す炭材Ａ〜
Ｄは揮発分16％以上の粘結炭である。なお、最高流動度
はJIS M8801 に基づいて測定した。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】図２に示すように、成形温度が高くなるに
したがって見掛け密度が高くなり、最高点に達した後、
さらに成形温度が高くなると見掛け密度は急激に低下す
る。これは成形温度が高くなると炭材からのガス発生が
多くなり、ブリケットがこのガス圧力に対抗すること
と、また、熱分解により炭材が急激に熱可塑性を失うこ
とのためである。褐炭の場合は、熱分解の始まる 250℃
付近から加圧成形により見掛け密度が高くなり始め、 4
50℃を過ぎると見掛け密度が2.3g/cm³以上の塊成化物を
得ることができなくなり、場合によっては成形も不可能
となる。

【００３４】成形可能温度範囲および最適成形温度と炭
材の揮発分との関係を図３に示す。褐炭を含めて揮発分
に比例して最適成形温度（ブリケットの見掛け密度が最
も高くなる成形温度）は 400から540 ℃の範囲で変化
し、揮発分が高くなるほど成形温度を低くする必要があ
る。この場合、揮発分が 1％増えるごとに 4.6℃成形温
度を下げるのが目安となる。揮発分16％以上の粘結炭に
ついて見ると、ギーセラー流動性試験装置で炭材が流動
性を保持する温度と時間との関係を図４に示している
が、炭材温度が 550℃になるといずれの炭種も流動性保
持時間が 5分以下となる。また、炭材がチャー化すると
粘結性を全く失い成形物が得られなくなる。このため加
熱から成形に至るまでの流動性保持時間が短いと成形の
安定性に欠けるため、実用上は成形温度を 550℃以下に
するのが望ましい。

【００３５】揮発分16％以下の非粘結炭および加熱によ
り軟化しない炭材の場合は、熱可塑性のある炭材と混合
して加熱成形することにより高密度のブリケットを得る
ことができる。図５は、表１に示す炭材Ｃと粉コークス
を混合したものを、表２に示す粉鉱石と混合し、成形圧
44MPa、成形温度 450℃で成形したときの炭材混合物の
流動度（炭材の最高流動度の加重平均値）とブリケット
の圧潰強度との関係を示したものである。図５に示すよ
うに、見掛け密度はいずれも2.3g/cm³より高い値を示し
ているが、圧潰強度は炭材の流動度に強く影響され、回
転炉床炉に装入するまでのハンドリングに耐える必要な
強度10kg/Pを考慮すると、炭材混合物の流動度は20DDPM
(1.3logDDPM)以上が必要である。

【００３６】揮発分35％以上の非粘結炭および褐炭は粘
結炭で用いられる指標では熱可塑性を示すことができな
い。褐炭などは常温ないしは比較的低い温度で成形した
場合、粒子が塑性変形しにくいためかなり高圧で成形し
てもスプリングバックを起こしブリケットが崩壊するこ
とがある。これを 150℃以上の温度で成形するとスプリ
ングバックを起こすことなくブリケットを得ることがで
き、図２に示すように、温度とともにブリケットの見掛
け密度が高くなり、成形温度 260℃以上で見掛け密度2.
3g/cm³以上のブリケットが得られるようになる。また、
44MPaの圧力で成形したブリケットの強度は、図６に示
すように、成形温度に比例して高くなり、 150℃以上で
は、いずれも必要とする強度の10kg/P以上の圧潰強度を
示した。なお、図６は表１に示す褐炭と表２に示す粉鉱
石を、褐炭22％、粉鉱石78％の割合で混合した後、成形
温度を変化させて 44MPaの加圧力で体積約3cm³のブリケ
ットに成形したものの圧潰強度を示したものである。

【００３７】粘結炭に対して、褐炭は灰分、硫黄分の低
いものが豊富に存在するので、炭材に褐炭を用いること
で、高品位の還元鉄を得ることができる。ちなみに、表
１に示す褐炭26％と表２に示す粉鉱石74％を混合し、熱
間成形して得られたブリケットを還元して得られた還元
ブリケットの性状を表３に示す。表３に示すように、褐
炭を用いた場合（表中のＢ）は、粘結炭を用いた場合
（表中のＡ）と比較して金属化率は変わらないが、S は
約 1/3に低下し還元ブリケットの品質を改善することが
できる。

【００３８】

【表３】

【００３９】図７に炭種を変えたときの成形圧とブリケ
ットの見掛け密度との関係を、図８に炭種を変えたとき
の成形圧とブリケットの圧潰強度との関係を示す。図７
に示すように、成形圧が 39MPaまでは成形圧とともにブ
リケットの見掛け密度は急激に増加し、炭種によって見
掛け密度は若干異なるが、成形圧 54MPa以上では見掛け
密度はほとんど変化しなくなる。炭材に粘結炭を使用す
る場合は、経済性、生産性を考慮すると見掛け密度2.7g
/cm³以上のブリケットを得るには成形圧は39〜88MPa が
適当である。また、高い見掛け密度を必要とせず、見掛
け密度2.3g/cm³、圧潰強度10kg/P以上を得るには、成形
圧は 20MPaあれば十分である（図８参照）。この結果
は、粘結炭のみを使用した場合は通常のコークス化と同
様に膨張を押さえ過度に多孔質にならなければ、ある程
度の強度を確保することができることを示している。一
方、熱可塑性を全く示さない粉コークスを粘結炭に混合
して使用したときは、粘結炭を粉鉱石および粉コークス
粒子と強固に連結させる必要があるために成形圧を高め
る必要がある。例えば、図８に示すように、表１に示す
粉コークス60％と炭材Ｃ40％とを混合した炭材（流動
度：30DDPM）を使用した場合は、成形圧は 39MPaを必要
とした。

【００４０】粘結炭は加熱すると軟化し粉鉱石粒子を強
固に連結する性質を有するが、この温度ではまだ多量に
揮発分を保有しており、この温度で回転炉床炉に装入す
ると熱可塑性のる炭材は発生ガスによりブリケット内部
のガス圧が高くなり、膨張あるいは亀裂を生じて崩壊
し、回転炉床炉運転上の問題となるとともに、粉状の還
元鉄、見掛け密度の低い還元鉄となる。この現象は、炭
材が熱可塑性を保持していると同時に発生ガスがブリケ
ット内部から外部へ放出されにくいために起こる。粘結
炭を軟化溶融温度域で保持すると緩やかに炭化が進行
し、揮発分の一部がガス化して可塑性を失うとともに炭
材部分の強度が高くなる。この時、炭材には揮発分が50
％程度残っているが、図14(c) に示すように、脱ガスに
よる気孔がブリケットに発生し、これ以降回転炉床炉に
装入しても揮発分および還元反応に伴う発生ガスはこの
気孔から容易にブリケット内部から外部へ放出されるた
めに、膨れや亀裂が発生せず密度の高い還元鉄が得られ
る。軟化状態保持時間（流動性保持時間）は図４に示し
たように、温度が高いほど短くなり、 400〜550 ℃の範
囲では 3〜40分程度である。したがって、脱ガス処理は
成形温度付近で 5分以上40分程度まで行なう必要があ
る。

【００４１】

【実施例２】表２に示す化学組成の粉鉱石と表４に示す
化学組成の炭材を、粉鉱石78％、炭材22％の割合で混合
した後、 450℃に加熱し 39MPaの加圧力で体積 2〜5 cm
³ のブリケット (塊成化物) に熱間成形した。また、比
較例として、表２および表４に示す化学組成の粉鉱石78
％と炭材22％にバインダーとしてベントナイト 1％を外
数で添加し、造粒機で体積 2cm³ のペレットに成形し
た。本発明の熱間成形したブリケットと比較例の乾燥後
のペレット（以下、ペレットと言う）について、見掛け
密度を比較した。その結果を図９に示す。

【００４２】

【表４】

【００４３】図９に示すように、ペレットの見掛け密度
は2.0g/cm³であり、これと比較して熱間成形したブリケ
ットの見掛け密度は2.8g/cm³で、約40％大きくなってい
る。この理由は、前述のように、熱間成形したブリケッ
トは 450℃で軟化溶融した炭材が加圧成形により鉱石粒
子間に浸入し、空隙を埋めることによるものである（図
14(b) 参照）。

【００４４】さらに、上記の熱間成形したブリケットを
450℃で、30分間の脱ガス処理を行った。脱ガス処理を
行うことにより、熱間成形したブリケット中の炭材から
揮発分が抜け、 2〜3 ％（炭材として約10〜15％）減量
する。しかし、ブリケットの見掛け密度は、前述のよう
に、脱ガス処理前のブリケットの見掛け密度とほとんど
変わらない。これにより炭材部分には気孔が生成し、還
元時にブリケット内に発生するガスが抜けやすくなる
（図14(c) 参照）。したがって、還元過程におけるブリ
ケット内に発生するガスに起因する膨れによる割れを防
止することができる。

【００４５】次に、見掛け密度と体積を変えた脱ガス処
理を行った熱間成形ブリケットとペレットについて、13
00℃に保持した還元炉で還元試験を行った。その結果を
図10に示す。図から明らかなように、同一体積では塊成
化物の見掛け密度が大きくなるにしたがって、還元時間
は短くなっている。したがって、見掛け密度が大きくな
った分、生産性が向上する。これらを、回転炉床炉で還
元した場合の生産性は図11に示すように、塊成化物の見
掛け密度に比例して高くなる。図11によれば、塊成化物
の見掛け密度が0.1g/cm³大きくなると、回転炉床炉にお
ける生産性は 5.5kg/m²h高くなる。したがって、請求項
１で塊成化物の見掛け密度を2.3g/cm³以上に限定した理
由はここにある。なお、図10の縦軸は粉鉱石が98％還元
されるまでの時間（秒）である。また、図11の縦軸は炉
床 1m²、 1時間当たりの金属化率の98％還元鉄の生産量
(t) である。

【００４６】図12に還元前の塊成化物の見掛け密度と還
元鉄の見掛け密度との関係を示す。図に示すように、還
元鉄の見掛け密度は還元前の塊成化物の見掛け密度が大
きくなると、それにほぼ比例して大きくなる。また、熱
間成形ブリケットに 500℃で30分間の脱ガス処理を行う
と、還元過程でのブリケットの膨れがなくなり、還元鉄
の見掛け密度は大きくなる。このように、熱間成形した
ブリケットに脱ガス処理を行うことにより還元鉄の見掛
け密度を2g/cm³以上にすることができる。還元鉄の見掛
け密度を2g/cm³以上にすることにより、図13に示すよう
に、次工程の還元鉄を溶解する際に、還元鉄の見掛け密
度は溶解炉中のスラグの見掛け密度よりも大きくなり、
還元鉄は速やかにスラグ中に沈み込み溶解が促進され、
溶解時の生産性が向上する。

【００４７】図13は見掛け密度1.6g/cm³と2.4g/cm³の還
元鉄を坩堝で溶解試験した結果である。通常溶融スラグ
の密度は2g/cm³程度であり、これよりも還元鉄の見掛け
密度が小さいと、図13(a) に示すように、還元鉄はスラ
グの表面に浮き、溶解が遅れる。一方、還元鉄の見掛け
密度が溶融スラグの密度よりも大きいと、図13(b) に示
すように、還元鉄は速やかにスラグ中に沈み込み溶解が
促進される。試験の結果、見掛け密度が1.6g/cm³の場合
の還元鉄の溶解速度は 0.5kg/minで、見掛け密度が2.4g
/cm³の場合の還元鉄の溶解速度は2kg/min である。この
ように、還元鉄の見掛け密度を溶解炉中のスラグの見掛
け密度よりも大きくすることによって、溶解速度は４倍
向上している。したがって、請求項６で還元鉄の見掛け
密度を2g/cm³以上に限定した理由はここにある。

【００４８】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明によれば、還元過程での炭材の揮発分に起因する
塊成化物の割れを防止し、塊成化物中の粉鉱石の還元時
間を短縮し、さらに還元後の還元鉄の溶解時間を短縮す
ることができる塊成化物を得ることができる。また、還
元炉内での還元鉄の再酸化も防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる還元鉄の製造プロセスの概念図
の一例である。

【図２】表１に示す炭材を22％と表２に示す粉鉱石を78
％の割合で混合した後、成形温度を変化させて塊成化物
に成形したときの、成形温度と塊成化物の見掛け密度と
の関係を示す図である。

【図３】成形可能温度範囲および最適成形温度と炭材の
揮発分との関係を示す図である。

【図４】ギーセラー流動性試験装置で炭材が流動性を保
持する温度と時間との関係を示す図である。

【図５】表１に示す炭材Ｃと粉コークスを混合したもの
を、表２に示す粉鉱石と混合し、成形圧力 44MPa、成形
温度 450℃で成形したときの炭材混合物の流動度とブリ
ケットの圧潰強度との関係を示す図である。

【図６】表１に示す褐炭と表２に示す粉鉱石を、褐炭22
％、粉鉱石78％の割合で混合し、成形温度を変化させて
44MPaの加圧力で成形したときの成形温度とブリケット
の圧潰強度との関係を示す図である。

【図７】炭種を変えたときの成形圧とブリケットの見掛
け密度との関係を示す図である。

【図８】炭種を変えたときの成形圧とブリケットの圧潰
強度との関係を示す図である。

【図９】本発明の熱間成形したブリケットと比較例の乾
燥後の生ペレットについての見掛け密度の比較例を示す
図である。

【図10】見掛け密度の大きさを変えた脱ガス処理を行な
った熱間成形ブリケットとペレットについて、1300℃に
保持した還元炉で還元試験を行なった結果を示す図であ
る。

【図11】図10に示した塊成化物を回転炉床炉で還元した
場合の生産性を示す図である。

【図12】還元前の塊成化物の見掛け密度と還元鉄の見掛
け密度との関係を示す図である。

【図13】見掛け密度1.6g/cm³と2.4g/cm³の還元鉄を坩堝
で溶解試験した結果を示す図である。

【図14】塊成化物の内部組織の模式図で、(a) は従来の
塊成化物、(b) は本発明の熱間成形塊成化物、(c) は本
発明の熱間成形塊成化物の脱ガス処理後の内部組織の模
式図である。

フロントページの続き (72)発明者城内章治兵庫県加古川市金沢町１番地株式会社神戸製鋼所加古川製鉄所内 (72)発明者宮川一也兵庫県加古川市金沢町１番地株式会社神戸製鋼所加古川製鉄所内 (72)発明者津下修大阪府大阪市中央区備後町４丁目１番３号株式会社神戸製鋼所大阪支社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粉鉱石と炭材との混合物からなり、かつ
見掛け密度が2.3g/cm³以上であることを特徴とする還元
鉄用塊成化物。
【請求項２】粉鉱石と炭材を混合し、 260〜550 ℃の
温度域で成形圧20〜150MPaで熱間成形した後、成形温度
範囲で 5分間以上の脱ガス処理を行なうことを特徴とす
る見掛け密度が2.3g/cm³以上である還元鉄用塊成化物の
製造方法。
【請求項３】炭材が、揮発分が16％以上、ギーセラー
流動度が 2DDPM以上の粘結炭である請求項２記載の還元
鉄用塊成化物の製造方法。
【請求項４】炭材が、揮発分が16％以下の非粘結炭お
よび／または加熱により軟化しない炭材を、前記粘結炭
と混合しギーセラー流動度を20DDPM以上にした炭材であ
る請求項２記載の還元鉄用塊成化物の製造方法。
【請求項５】炭材が、揮発分が35％以上の非粘結炭ま
たは揮発分が40％以上、灰分が 5％以下、硫黄分が 0.3
％以下の褐炭である請求項２記載の還元鉄用塊成化物の
製造方法。
【請求項６】還元後の還元鉄の見掛け密度が2g/cm³以
上である請求項１記載の還元鉄用塊成化物。
【請求項７】塊成化物の原料の加熱混合工程、加圧成
形工程および脱ガス工程で発生するガスを回収し、この
回収ガスを還元炉の還元末期ゾーンに吹き込み還元鉄の
再酸化を防止することを特徴とする還元鉄の製造方法。