JP6273983B2 - 還元鉄を用いた高炉操業方法 - Google Patents

Description

本発明は、還元鉄を用いた高炉操業方法に関する。特に、鉄系ダスト由来の還元鉄を用いた高炉操業方法に関する。

現在、鉄の多くは、高炉法により生産されている。高炉では、鉄鉱石が還元材により還元され、溶けた銑鉄が製造される。高炉に投入する原料には、一定レベル以上の強度を保ち、炉内通気性を確保できる粒度を有することが要求される。そのため、還元材として使用する炭材は、強粘結炭を多く配合して乾留したコークスに依存し、鉄原料は、塊状化された焼結鉱に多くを依存している。そのため、コークス製造設備、焼結設備等の高炉以外の付帯設備を設置する必要があり、設備コストも高い。また、高炉原料には高い品質が要求されるため、原料コストも高い。また、近年、原料の枯渇化が進んでおり、劣質原料を活用することも大きな課題となっている。さらに、高炉の内部では、酸化物である鉄鉱石を還元するために、膨大なエネルギーおよび炭材を消費している。その結果、日本における炭酸ガス排出量の１５〜２０％を鉄鋼業が占めている。

こうした中、比較的安価な鉱石等から還元鉄を製造し、高炉原料として利用することで、高炉での劣質原料の活用促進、還元材比や炭酸ガス排出量削減を図ることが検討されてきた。還元鉄の生産は、プラントが安価であると共に、運転が容易であり、更に小規模でも立地が可能であるという特徴を背景に拡大を続けている。

金属鉄を７９質量％含む還元鉄を高炉に投入することにより、高炉での還元材比が低減し、生産性が向上することが開示されている（非特許文献１）。

還元鉄としては、主に、鉄鉱石を原料に製造される還元鉄（以下、鉄鉱石由来の還元鉄と記す。）が一般的であるが、高炉、転炉および電気炉等で発生する鉄系ダストを原料として製造される還元鉄（以下、鉄系ダスト由来の還元鉄と記す。）もある。安価な劣質原料を使用する観点から、鉄系ダストから還元鉄を製造し、活用することは有効な手段といえる。しかし、鉄系ダスト由来の還元鉄と、鉄鉱石由来の還元鉄とは、性状が大きく異なっており、高炉に対する使用の効果が相違すると考えられる。

亜鉛を含む鉄系ダストを回転炉床炉やロータリキルンを用いて還元焙焼処理することにより得た還元鉄粉を、冷間成型した後、水浸と静置処理を施すことによって、高炉利用することができる高強度ブリケットの製造が提案されている（特許文献１）。
特許文献１の実施例に記載された鉄系ダスト由来の還元鉄は、鉄分の総含有率が５７．４質量％、金属鉄が３３．９質量％であるが、その他に、ＣａＯが１４．１質量％、ＳｉＯ₂が６．５質量％、Ａｌ₂Ｏ₃が２．９質量％、ＭｇＯが３．３質量％で、多くの脈石分が含まれている。（ＣａＯ＋ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ)／Ｔ．Ｆｅの比（以下、脈石比と称する。）は、０．４７であり、鉄鉱石由来の還元鉄の脈石比より大きい。また、製鋼工程で発生するダストが、還元鉄原料に含まれるため、還元鉄中のＣａＯ濃度は高く、生成する還元鉄の塩基度（＝ＣａＯ／ＳｉＯ₂）は２．１７と、一般的な高炉原料である焼結鉱や塊鉱石と比べ大きな値である。

このように脈石比が高く、塩基度が極端に高い鉄系ダスト由来の還元鉄と、鉄鉱石由来の還元鉄は、高炉における使用の効果が相違する。鉄系ダスト由来の還元鉄は、生成するスラグの性状を大幅に変え、高炉下部での高温通気性状が悪化することが、懸念される。

回転炉床式還元炉で酸化鉄を還元し、更に熱間成形して製造されたホットブリケットアイアンを、高炉を上から見た外周円の内部において、炉中心から 半径方向 ２／３以内の位置に、６５％以上の還元鉄成形体を装入することが提案されている（特許文献２）。
還元鉄成形体を高炉の外周側に多く入れると、還元鉄成形体は鉱石等と比較して還元・溶解が速いため、外周部の充填物の降下速度が大きくなる。この結果、還元の遅い外周部の鉱石が未還元のまま炉下部に到達し、炉下部が過冷却されてしまう問題がある。これに対し、還元鉄成形体を炉中心部に多く供給すると、還元鉄成形体の還元粉化が抑制され、充填物中のガス圧力損出を低減できる。また、還元鉄成形体の降下速度の増加にともない、充填物の降下が促進される。これにより、中心部でのガス流れが促進されて送風量を増加することができ、高炉での銑鉄生産性（生産ｔ／ｄ）を向上できるとしている。

しかし、特許文献１に記載のスラグ比や塩基度が高い鉄系ダスト由来の還元鉄を、特許文献２に開示された方法で高炉内へ投入した場合、中心部近傍で高温通気が悪化することが考えられる。

酸化鉄を原料として、回転炉床式還元炉で圧潰強度が高い還元鉄ペレットを製造し、このペレットを高炉で直接使用する銑鉄の製造方法を提供している（特許文献３、４）。
特許文献３では、この還元鉄ペレットから、スラグ生成物、硫黄、燐などの固溶不純物を溶かし、除去するためには、他の高炉原料と混合して製鉄用高炉で使用することが望ましいとしている。一方、特許文献４では混合する原料としては、塊鉱石や焼結鉱等を上げている。これにより、粒径が５〜２０ｍｍと比較的小粒径の還元鉄粒状物を投入した際、高炉内部のガス通気を悪化させることを抑制する。すなわち、特許文献３や特許文献４によれば、還元鉄を高炉で単独もしくは多量に使用することには課題があり、還元鉄を他の原料と混合して高炉で使用することによりその課題が緩和できることが示唆されている。

しかし、還元鉄と混合する原料の組合せによっては、高炉内の高温通気性状を悪化することが考えられる。例えば、特許文献１に記載の鉄系ダスト由来の還元鉄を焼結鉱と混合して高炉投入した場合、混合後のスラグ比は、焼結鉱単味で投入した時よりも大きくなってしまう。焼結鉱は、高炉内での性状が最適化されるように人為的に塩基度等の成分を設計している。そのため、特許文献1で対象としたような脈石比が大きく、スラグ性状に影響を与える可能性のある鉄系ダスト由来の還元鉄と焼結鉱との混合は、生成するスラグの高温通気性状を焼結鉱単味と比べ悪化させる懸念がある。

特開２０１１−６３８３５号公報 特開２０１０−２５５０７５号公報 特開２００２−１９４４１０号公報 特開２００２−１９４４１２号公報

Yutaka Ujisawaら、 CAMP-ISIJ、 22(2009)、 p.282

鉄系ダストを加熱・還元・成型して製造した還元鉄は、脈石比（（ＣａＯ＋ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ）／Ｆｅ）が高く、更に、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）も高いため、これを高炉にそのまま使用すると、軟化・融着温度の上昇、スラグの流動性の低下により、高温通気抵抗が大きくなるという問題がある。

本発明の目的は、鉄系ダスト由来の還元鉄を使用しても、高温通気抵抗が上昇しない、還元鉄を用いた高炉操業方法を提供することである。

本発明者は、鉄系ダスト由来の還元鉄と酸性塊鉱石を事前に混合し、高炉に装入することにより、高温通気抵抗が上昇しない高炉操業が可能であるという知見を得た。本発明はかかる知見に基づくものである。

本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１）鉄系ダストを加熱・還元・成型して製造した還元鉄であって、
前記還元鉄は、鉄分が５０．０質量％以上、脈石比（（ＣａＯ＋ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ）／Ｆｅ）が質量比で０．３０以上０．６０以下、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が質量比で２．０以上であり、
前記還元鉄と酸性塊鉱石を混合して、鉄分が５０．０質量％以上、脈石比（（ＣａＯ＋ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ）／Ｆｅ）が質量比で０．３２以下、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が質量比で１．０以上２．０以下に調整した混合物を作成し、
前記混合物を高炉に装入することを特徴とする高炉操業方法。
（２）静置養生処理した還元鉄及び酸性塊鉱石のそれぞれの槽から同一の輸送ベルトに切り出し、ベルト上で混合し、鉱石ホッパーに投入して、養生した還元鉄と酸性塊鉱石の混合物を作成することを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。
（３）還元鉄の製造工程における静置養生において、
輸送ベルトに積載した水浸処理後の成型還元鉄の上に前記酸性塊鉱石を積載し、静置養生槽に投入し、還元鉄と酸性塊鉱石の混合物を作成することを特徴とする（１）に記載の高炉操業方法。
（４）前記酸性塊鉱石が、ローブリバー塊鉱石であることを特徴とする（１）乃至（３）に記載の高炉操業方法。

鉄系ダスト由来の還元鉄と酸性塊鉱石を事前にブレンドし、高炉に装入することにより、高温通気抵抗が上昇しない高炉操業が可能である。

鉄系ダスト由来の還元鉄を用いた高炉操業方法（実施態様１）を示す図。 鉄系ダスト由来の還元鉄の成型工程を示す図。 鉄系ダスト由来の還元鉄を用いた高炉操業方法（実施態様２）を示す図。

（第一の実施態様）
図１に鉄系ダスト由来の還元鉄を用いた高炉操業方法（実施態様１）を示す。
還元鉄は、還元鉄原料１２（鉄系ダスト、炭剤）を還元炉１１で還元し、還元鉄が製造される。
鉄系ダストとしては、高炉及び製鋼工程で集塵されるダストの他に、酸化スケール、酸化スラッジ等の鉄分を含有する粉体も含まれる。
還元炉１１としては、ロータリキルン炉や回転炉床式還元炉が挙げられる。
還元炉１１で製造された還元鉄は、篩い分級装置１６で篩い分けし、篩い上品と、篩い下品とに分級される。篩上の粗粒状還元鉄１３は、還元鉄槽３７に搬送される。

一方、篩い下の粉粒状還元鉄２は、混合機１８に供給され、水やバインダー等の添加物１７と混合された後、ダブルロール型ブリケット成型機１９に投入され、還元鉄ブリケットを成型する。

バインダーは、無機バインダーとして、高炉水砕スラグを主成分とする微粉末とアルカリ刺激剤からなる時効性バインダーや、ポルトランドセメント、アルミナセメント、高炉セメント、ベントナイト、フライアッシュ、粘土などがある。また、鉄系ダストに含まれる金属鉄もバインダーとして機能する。有機バインダーとしては、澱粉、糖蜜、タール、パルプ廃液、プラスチックなどがある。しかし、バインダーはコストがかかることや、バインダーに含まれる成分が高炉操業に支障をきたすことも懸念される。そのため、後述するように水浸処理と静置養生処理によって還元鉄ブリケットの強度を向上させ、添加するバインダー量は、極力、減らすべきである。好ましくは添加しない。

図２に還元鉄ブリケットの成型機を示す。ダブルロール型ブリケット成型機１９を模式的に示している。ダブルロール型ブリケット成型機１９は、２つの円筒型のロール４が水平に隣接して配設された構造を有する。ロール４のうち、同図中の左側の成型ロールは時計方向に、また、右側の成型ロールは反時計方向に回転し、双方のロール外周表面にはポケット５と称する穴が多数存在する。このポケット５は、双方のロール間において周面上で同期するように配置されている。双方のロール４が隣接する部位の上方には原料供給ホッパー１が設置されており、その原料供給ホッパー１からブリケット原料である粉粒状還元鉄２が供給される。ロール間に供給された粉粒状還元鉄２は、ポケット５に入り込み、ポケット５表面との摩擦力によって強いせん断力を受けながら圧縮される。ポケット５の内部では、還元鉄粒子が互いに滑り、位置を変えて空隙を埋め、絡み合って緻密な構造の還元鉄ブリケット６ａを製造する。ここで、還元鉄ブリケットは、成型機により成型された還元鉄をいい、還元炉１１から排出される粗粒状還元鉄１３とは相違する。
粉粒状還元鉄２は、単に、自然落下によりロール間に供給するのではなく、原料供給ホッパ−１内に設置されたスクリュー３により、強制的にポケット５の内部に押し込むことにより、高い充填密度を有する強度の大きい還元鉄ブリケット６ａとする。

ダブルロール型ブリケット成型機１９で製造された還元鉄ブリケットは、図１に示す篩い分級装置２０で篩い上の還元鉄ブリケットと篩い下の粉粒状還元鉄６ｂに分級される。篩い分級装置２０としては、外周部に篩い上品と篩い下品を分級するための網が張られ、両端の中心を軸として、軸を水平よりやや傾けた状態にして、一定速度で回転する円筒部を具備するトロンメル型篩い分級装置を採用することが望ましい。この分級装置の円筒内に還元鉄ブリケットを入れることにより、篩い下の粉粒状還元鉄６ｂが網（スクリーン）の目を通過するので、還元鉄ブリケットと粉粒状還元鉄６ｂを分離することができる。このとき、還元鉄ブリケットは、回転するトロンメル型篩い分級装置 内で転動し、ブリケット外周にあるバリが除去される。バリは、ブリケットを高炉まで搬送する際、ベルトコンベアのベルトを損耗させる原因となるので、このトロンメル型篩い分級装置を用いることは、搬送用ベルトコンベアの保守管理の観点からも有効である。篩い分級された粉粒状還元鉄６ｂは、混合機１８にリターンされる。

篩い分級装置２０の篩い上の還元鉄ブリケットは、ブリケット水浸処理装置２１で、ブリケットの全表面に水を配置させる水浸処理をした後、ブリケット静置処理装置２２で静置処理を行う。水浸と静置処理により、還元鉄ブリケットに含まれる金属鉄の酸化結合 が進んで強度発現して、バインダーなし、または少ないバインダーで高炉利用が可能な高強度ブリケットとすることができる。静置処理された還元鉄ブリケット６（６a、６ｃ）は、篩い分級装置１６に戻され、還元鉄ブリケット６ａと粉粒状還元鉄６ｃに分級され、還元鉄ブリケット６ａは、粗粒状還元鉄１３とともに還元鉄槽３７に搬送される。

還元鉄のブリケット化方法として、還元炉１１から排出された還元鉄を高温のまま熱間成型する方法（特許５０５９３７９、特開２０００−２０４４１９）がある。この場合は、ブリケット水浸処理装置２１およびブリケット静置処理装置２２は不要である。

一方、酸性塊鉱石 ２５ は、酸性塊鉱石槽３８に搬送される。還元鉄（１３、６ａ）及び酸性塊鉱石２５は、それぞれの槽から同一の輸送ベルト２４に切り出し、ベルト上で混合する。還元鉄（１３、６ａ）及び酸性塊鉱石２５は、均一に混合し、鉱石サージホッパー２９に打ち込まれる。
また、焼結鉱・その他の鉄鉱石槽３９から切り出された焼結鉱・その他の鉄鉱石も、鉱石サージホッパー２９に打ち込まれる。その他の鉄鉱石とは、還元鉄とは混合されない鉄鉱石をいう。コークス槽４０から切り出されたコークスは、コークスサージホッパー３０に打ち込まれる。
各々のサージホッパー に打ち込まれた還元鉄及び酸性塊鉱石の混合物、焼結鉱・その他の鉄鉱石及び、コークスは、貯留ホッパー３３、集合ホッパー３４、旋回シュート３５ を経て、高炉１５に装入される。

高炉への装入方法について述べる。
ベルレス高炉の装入物装入方法は、例えば、コークス（以下Ｃと記す。）は、Ｃ₁、Ｃ₂の２バッチに分けて装入され、又、鉱石（以下Ｏと記す。）は、Ｏ₁、Ｏ₂の２バッチに分けて装入される。Ｃ₁、Ｃ₂、Ｏ₁、Ｏ₂の装入を１チャージと称する。
第一の実施態様においては、１チャージのうちの１バッチは、還元鉄と酸性塊鉱石の混合物であるのに対し、従来の還元鉄の使用方法の１バッチは、還元鉄と焼結鉱等の混合物である点で相違する。

従来の装入方法では、Ｏ₁、Ｏ₂の少なくともいずれかのバッチに、還元鉄と焼結鉱を混合して装入する。この場合、脈石比及び塩基度が大きく相違する還元鉄の粒子と焼結鉱の粒子は、近接していても粒子間の脈石比及び塩基度の調整がされない。これに対し、本第一の実施態様では、還元鉄と酸性塊鉱石が１バッチとして混合して装入されるので、接触する還元鉄の粒子と酸性塊鉱石の粒子間の脈石比及び塩基度の調整がなされ、本発明の効果を奏する。
なお、装入原料の１０％の還元鉄を高炉に装入する従来方法の場合、各チャージ毎に還元鉄と焼結鉱がチャージされる。これに対し、本第一の実施態様では、例えば、還元鉄と酸性塊鉱石を５/５の比率で混合する場合、還元鉄と酸性塊鉱石のバッチは、５チャージに1回の割合で装入される。

対象とする還元鉄は、ローブリバー塊鉱石のような、酸性で結晶水を３％以上含む多孔質な高結晶水鉱石と混合することにより、より大きな効果を発揮する。多孔質の高結晶水酸性鉱石は、安価で、多量使用することにより銑鉄コストを大幅に削減することができる。しかし、多孔質な高結晶水酸性鉱石は、高炉シャフト部での粉化量が多く、通気不良を惹起して安定した操業が維持できなくなることが懸念されている。

一方、還元鉄は、高炉シャフト部では粉化しづらい原料である。既に還元されているため、Ｆｅ₂Ｏ₃の含有率は極めて小さく、Ｆｅ₂Ｏ₃がＦｅ₃Ｏ₄に還元される際に生じる還元粉化は発生しない。また、ブリケット内では金属鉄同士が強固に結合しているため、熱割れも発生しない。そのため、多孔質な高結晶水酸性鉱石と混合して高炉に投入した場合、多孔質な高結晶水鉱石が高炉シャフト部で粉化したとしても、還元鉄は形状を維持して骨材となり、シャフト部のガス流れを維持する。即ち、ローブリバー塊鉱石のような、高炉シャフト部で粉化する多孔質な高結晶水鉱石を使用する場合でも、周囲に還元鉄を配置することにより、還元ガスの通気性を維持することができる。還元ガスの偏流も抑制され、鉱石の還元も均一に近い状態で進行する。

また、還元鉄（６ａ、１３）と酸性塊鉱石２５との混合を促進する観点から、還元鉄ブリケット６ａのサイズは極めて重要である。一般的に、密度が大きく、粒径の小さい原料ほど、混合物の下層に溜まりやすい。従って、混合する酸性塊鉱石２５の見かけ密度および粒径を考慮して、還元鉄ブリケット６ａの見かけ密度および粒径を決めるべきである。しかし、見かけ密度を調整することは困難である。高炉原料には強度が必要であり、高強度の還元鉄ブリケット６ａを製造するためには、見掛け密度の大きいブリケットとすることが必須であるためである。即ち、還元鉄ブリケット６ａの見掛け密度は、可能な限り大きくする必要がある。その上で、還元鉄ブリケット６ａの粒径を決め、酸性塊鉱石２５との混合が促進されるようにする。還元鉄ブリケット６ａの粒径は、図２に示すブリケットマシンのポケット５のサイズおよび形状を調整することで、容易に制御することができる。還元鉄ブリケット６ａの平均粒径Ｄbは、以下の（１）式より決定することが好ましい。ここで、ρbは還元鉄ブリケット６ａの見掛け密度、ρoは酸性塊鉱石の見掛け密度、Ｄoは酸性塊鉱石２５の平均粒径を示す。
Ｄb = Ｄo × （０.２１ × ρb ／ ρo ＋ ０.７６） （１）

現実的には、この式で得られた平均粒径Ｄbのプラスマイナス２０％の範囲の平均粒径となるように図２に示すダブルロール型ブリケット成型機のポケット５のサイズや形状を調整する。従って、Db/Do が (２)式を満足する範囲となるように調整することが現実的である。
(０.1７ × ρb ／ ρo ＋ ０.６１) ≦ Ｄb／Ｄo ≦ (0.25 × ρb ／ ρo ＋ ０.91) ・・・・・(２)

還元炉１１としては、ロータリキルンや回転炉床式還元炉があるが、ロータリキルンのような還元炉１１から排出される還元鉄のほとんどは粉粒状である。そのため、大部分の還元鉄は、（２）式を基に適正粒径を決め、ブリケット化してから高炉に搬送される。一部の還元鉄は、粗粒状還元鉄１３としてロータリキルンから排出されるが、見掛け密度や粒径を調整することは難しい。しかし、粗粒状還元鉄１３として排出される量を少なくすれば、混合への影響は小さく、問題ないレベルとなる。また、粗粒状還元鉄１３を粉砕し、ブリケット化して、還元鉄ブリケット６ａとして、高炉１５へと搬送することも可能である。
回転炉床式還元炉では、ダスト原料を事前にペレットやブリケット等に塊成化して、回転炉床式還元炉に投入し、圧壊強度が高い還元鉄ペレットや還元鉄ブリケットを製造している。この場合は還元鉄ペレットや還元鉄ブリケットが粗粒状還元鉄１３として排出される。回転炉床式還元炉から排出する還元鉄ペレットや還元鉄ブリケットの平均粒径が、（２）式を満足させるように、回転炉床式還元炉に投入されるペレットやブリケットの粒径を調整し、酸性塊鉱石２５との混合が促進されるようにする。また、回転炉床式還元炉においても粉粒状の還元鉄も排出されるが、これらから製造する還元鉄ブリケットの粒径は（２）式を基に決定することができる。

（第二の実施態様）
図３ に鉄系ダスト由来の還元鉄を用いた高炉操業方法（実施態様２）を示す。
本実施態様では、還元鉄の製造工程における静置養生において、輸送ベルト２４ に積載した水浸処理後の成型還元鉄の上に前記酸性塊鉱石２５を積載し、ブリケット静置処理装置２２ に投入し、ブリケット静置処理装置２２ の中で養生した還元鉄と酸性塊鉱石の混合物を作製することを特徴とする。

第一の実施態様においては、ダブルロール型ブリケット成型機１９により冷間でブリケット成型した後、ブリケット水浸処理装置２１でブリケットを水に浸漬させ、ブリケット静置処理装置２２で養生することにより強度を発現させる。即ち、冷間で製造された還元鉄ブリケット６ａは、その状態では十分な強度を有していないが、水浸処理と静置処理を施すことによって、還元鉄ブリケットを構成する還元鉄粒子同士の結合を強化し、強度の大きいブリケットとなる。
ブリケット静置処理装置２２は、ホッパー とすることが設置スペースを小さくできる点で好ましく、ホッパーの中で濡れた状態のブリケットの充填層を造り、ホッパー下部から工場排ガス や空気等、酸素や炭酸ガスを含むガスを吹き込み、強度を発現させる。

しかし、ブリケット静置処理装置２２の内部では、還元鉄ブリケット６ａ同士が付着して、大きな塊となってしまう問題がある（金属鉄は酸化すると固着する）。還元鉄ブリケット６ａの表面には水が配置されており、この状態で長時間経過すると、ブリケットの接点に水酸化鉄ができる。これによって、ブリケット同士が結合して、更に 脱水や 酸化が進むことによって、結合が強化される。最終的には、複数のブリケットが固着して大きな塊となってしまう。ブリケット静置処理装置２２の内部に大きな塊ができると、ブリケット静置処理装置２２からの切り出しや、高炉に搬送する上での障害となる。
そこで、第二の実施態様においては、固着抑制の観点から、ブリケット静置処理装置２２の中で、還元鉄ブリケットと酸性塊鉱石を混合し、養生する。要するに還元鉄ブリケット同士の接触をできる限り少なくすることで、ブリケット静置処理装置２２内での固着を抑制できる。ブリケット静置処理装置２２に同時装入することによって、酸性塊鉱石２５と還元鉄ブリケット６ａの混合した状態を作る。

ブリケット静置処理装置２２の内部では、酸性塊鉱石２５と還元鉄ブリケット６ａの混合物が充填層を形成しており、充填層下部から還元鉄ブリケット６ａの強度発現に必要な空気や工場燃焼排ガス等が供給される。還元鉄ブリケット６ａの強度発現の進行にともない、還元鉄ブリケット６ａと酸性塊鉱石２５は下部に移動して、最終的にはブリケット静置処理装置２２の下部から排出される。

具体的には、輸送ベルト２４で輸送される水浸処理された還元鉄ブリケット６ａの上に、酸性塊鉱石槽３８から切り出した酸性塊鉱石２５を乗せ、還元鉄ブリケット６ａと酸性塊鉱石２５をブレンドし、ブリケット静置処理装置２２に投入する。還元鉄ブリケット６ａと酸性塊鉱石２５の混合比率のコントロールは、還元鉄ブリケット６ａの輸送ベルトに設置した秤量器（ベルトスケール）４１で秤量した還元鉄ブリケット６ａの質量に対応し、酸性塊鉱石槽３８から切り出す酸性塊鉱石２５ の切り出し 質量をコントロールする。ブリケット静置処理装置２２から排出される養生後の還元鉄ブリケット６ａと酸性塊鉱石２５は、更に粗粒状還元鉄１３と混合され、鉱石サージホッパー２９ に打ち込まれる。
以上の操作により、還元鉄ブリケット同士が固着することなく、高炉に装入することができる。

（還元鉄の製造）
亜鉛成分を約６．０質量％含有する粉粒状の鉄系ダストに炭材を混合した原料を、ロータリキルンにて還元焙焼処理を行い、常温まで冷却して得た還元鉄粉を使用した。この還元鉄粉を常温でブリケット化した後、特許文献１に記載されるような水浸処理および静置処理を行うことによって、ブリケット１個当たりの圧壊強度が１４７０Ｎ以上となるようにした。
表１に製造した還元鉄ブリケットの成分分析値を示す。３２．６質量％の金属鉄が含まれている。また、脈石比（（ＣａＯ＋ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ）／Ｆｅ）が０．４７２で、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）は２．９であった。

（高温荷重軟化滴下実験）
高炉内での高温通気性状を把握するため、酸性塊鉱石と還元鉄ブリケットの混合物を試料として反応管内に充填し、高温荷重軟化滴下実験を実施した。
この還元鉄ブリケットを、内径７０ｍｍの反応管にローブリバー（酸性塊鉱石）や焼結鉱と混合して入れ、荷重軟化試験を行った。還元鉄ブリケット、ローブリバーおよび焼結鉱の粒径は１５〜１９ｍｍとした。ローブリバーおよび焼結鉱の成分分析値は表１に示すとおりである。ローブリバーの脈石比（（ＣａＯ＋ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ）／Fe）は０．１０８で、還元鉄ブリケットと比べ少ない値である。また、塩基度は０．０２の酸性塊鉱石である。使用したローブリバー塊鉱石に含まれる結晶水は９質量％であった。一方、焼結鉱の脈石比は０．２７２、塩基度は１．７であった。これらには金属鉄は含まれていない。

試料を充填した反応管を電気炉にセットし、試料温度が１８７３Ｋとなるまで昇温した。昇温速度は、常温から９９３Ｋまでを５Ｋ／ｍｉｎ、９９３から１３２３Ｋまでを３．５Ｋ／ｍｉｎ、１３２３から１８７３Ｋまでを４Ｋ／ｍｉｎとした。その間、試料には上部より１ｋｇ／ｃｍ²の一定荷重をかけ、充填層内の圧力損失を連続的に測定した。また、試料昇温中、充填層下部より還元ガスを供給した。還元ガスはＣＯ、ＣＯ₂およびＮ₂の混合ガスで、各々の流量は試料温度によって変更した。試料温度が常温から５７３ＫまではＮ₂ガスのみを５ＮＬ/ｍｉｎ流した。５７３から９７３Ｋの範囲では、ＣＯガスが８ＮＬ／ｍｉｎ、ＣＯ₂ガスが５ＮＬ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガスが１７ＮＬ／ｍｉｎの混合ガスを流通させた。
９７３から１１７３Ｋの範囲では、ＣＯガスが１０ＮＬ／ｍｉｎ、ＣＯ₂ガスが３ＮＬ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガスが１７ＮＬ／ｍｉｎの混合ガスとした。１１７３から１４７３Ｋの範囲では、ＣＯガスが１２ＮＬ／ｍｉｎ、ＣＯ₂ガスが１ＮＬ／ｍｉｎ、Ｎ2ガスが１７ＮＬ／ｍｉｎの混合ガスとした。１４７３から１８７３Ｋの範囲では、ＣＯガスが１３ＮＬ／ｍｉｎ、ＣＯ₂ガスが０ＮＬ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガスが１７ＮＬ／ｍｉｎの混合ガスとした。この条件は、サンプルの混合割合を変更したいずれの実験でも同じとした。

高温荷重軟化滴下実験では、充填層の軟化収縮による変位、および圧力損失を連続的に測定し、５７３Ｋから１８７３Ｋにかけての高温通気抵抗指数ＫＳを算出し評価した。高温通気抵抗指数ＫＳは、充填層高さあたりの高温通気抵抗を温度で積分した値であって、下記の式（３）で表され、この数値が高い程、通気性が悪化することを意味する。式（３）中で、ΔＰは 充填層内での圧力損失（Ｎ／ｍ²）、Ｈは充填層高さ（ｍ）、ρｇはガス密度（ｋｇ／ｍ³）、μｇはガス粘度（ｋｇ／ｍ／ｓｅｃ）、ｕｇはガス流速（ｍ／ｓ）である。

（試験結果）
試験結果を表２にまとめた。
＜比較例１＞
比較例１は、焼結鉱単味での試験結果を示す。試験サンプルの脈石比は０．２７２、塩基度は１．７で、高温通気抵抗指数ＫＳ値は１９６７×１０⁵であった。
＜比較例２＞
比較例２は、還元鉄ブリケット単味で試験した結果を示す。試験サンプルの脈石比は０．４７２、塩基度は２．９であった。金属鉄は３２．６質量％含まれるが、この時のＫＳ値は４、４８３×１０⁵で、焼結鉱単味での値と比べ大きかった。これは、 脈石比や塩基度が、焼結鉱と比べ、極端に高いことによるものである。

＜比較例３＞
比較例３は、ローブリバー単味で試験した結果を示す。試験サンプルの脈石比は０．１０８であるが、高温通気抵抗指数ＫＳ値は６、１７２×１０⁵と焼結鉱単味での値と比べ、高い値であった。この理由として、塩基度が０．０２と極めて低く、生成する溶融スラグの粘度が高いことがあげられる。

＜実施例１＞
実施例１は、ローブリバーと還元鉄ブリケットを重量比で３／１となるように混合したケースである。この時の脈石比は０．２０１と、ローブリバーと比べ大きいが、高温通気抵抗指数ＫＳは１、９５９×１０⁵と、従来の高炉原料であるローブリバーや焼結鉱を単味で試験した時と比べ、低位であった。これは、混合後の塩基度が１．０となることによって生成する溶融スラグの粘度が低くなることによるものである。

＜実施例２＞
実施例２は、ローブリバーと還元鉄ブリケットを重量比で１／１で混合したケースである。この時の脈石比は０．２９３となるが、混合後の塩基度が１．７となるため、生成する溶融スラグの粘度は低下する。更に、金属鉄が１６．３質量％まで増加することもあり、高温通気抵抗指数ＫＳは１、１１６×１０⁵まで低下した。

＜比較例４＞
還元鉄ブリケットを焼結鉱と混合した。混合サンプルの塩基度は１．９で、脈石比は０．３１３となる。高温通気抵抗指数ＫＳ値は２、０５１×１０⁵と、焼結鉱単味で試験した時と比べ、若干、増加した。

＜まとめ＞
鉄系ダスト由来の還元鉄（比較例２）及び酸性塊鉱石（比較例３）の単味使用の場合、高温通気抵抗指数（ＫＳ値）は、非常に大きい。鉄系ダスト由来の還元鉄及び酸性塊鉱石を混合し、脈石比０．３２以下、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が１．０以上２．０以下に調整することにより、高温通気抵抗指数（ＫＳ値）が、大きく低下した。
この場合、焼結鉱単味使用の場合（比較例１）、焼結鉱と鉄系ダスト由来の還元鉄の混合の場合（比較例４）よりも、高温通気抵抗指数（ＫＳ値）が低下した。

鉄系ダスト由来の還元鉄を使用しても、高温通気抵抗が上昇しない還元鉄を用いた高炉操業に利用することができる。

１：原料供給ホッパー、２：粉粒状還元鉄、３：スクリュー、４：ロール、５：ポケット、６ａ：還元鉄ブリケット、６ｂ：粉粒状還元鉄（ブリケット化後）、６ｃ：粉粒状還元鉄（静置後）、１１：還元炉、１２：還元炉原料、１３：粗粒状還元鉄、 １５：高炉、１６：篩い分級装置、１７：添加物（水、バインダー）、１８：混合機、１９：ダブルロール型ブリケット成型機、２０:篩い分級装置、２１：ブリケット水浸処理装置（水槽）、２２：ブリケット静置処理装置、、２４：輸送ベルト、２５：酸性塊鉱石、、 ２９：鉱石サージホッパー 、 ３０：コークスサージホッパー 、３３：貯留ホッパー、 ３４：集合ホッパー、 ３５： 旋回シュート、３７：還元鉄槽、３８：酸性塊鉱石槽、３９：焼結鉱・その他の鉄鉱石槽、４０：コークス槽、４１：秤量器（ベルトスケール）。

Claims (4)

1. 鉄系ダストを加熱・還元・成型して製造した還元鉄であって、
   前記還元鉄は、鉄分が５０．０質量％以上、脈石比（（ＣａＯ＋ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ）／Ｆｅ）が質量比で０．３０以上０．６０以下、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が質量比で２．０以上であり、
   前記還元鉄と酸性塊鉱石を混合して、鉄分が５０．０質量％以上、脈石比（（ＣａＯ＋ＳｉＯ₂＋Ａｌ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ）／Ｆｅ）が質量比で０．３２以下、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が質量比で１．０以上２．０以下に調整した混合物を作成し、
   前記混合物を高炉に装入することを特徴とする高炉操業方法。
2. 静置養生処理した還元鉄及び酸性塊鉱石のそれぞれの槽から同一の輸送ベルトに切り出し、ベルト上で混合し、鉱石ホッパーに投入して、養生した還元鉄と酸性塊鉱石の混合物を作成することを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。
3. 還元鉄の製造工程における静置養生において、
   輸送ベルトに積載した水浸処理後の成型還元鉄の上に前記酸性塊鉱石を積載し、静置養生槽に投入し、還元鉄と酸性塊鉱石の混合物を作成することを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。
4. 前記酸性塊鉱石が、ローブリバー塊鉱石であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の高炉操業方法。

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