以下、添付図面を参照しながら、本発明� ��一実施形態について詳細に説明する。なお� ��本願の明細書及び図面において、実質的に� ��一の機能構成を有する構成要素については� ��同一の符号を付してその重複説明を省略す� ��。

 まず、図1を参照しながら、回転炉床炉によ り塊成化還元鉄を製造する方法の一例として 、転炉製鋼を用いた場合について詳細に説明 する。図1は、転炉製鋼の流れを説明するた� �の説明図である。
 なお、以下の説明では、酸化鉄原料として� ��製鉄ダストである転炉ダストを用いる場合� ��ついて説明するが、下記の例のみに限定さ� ��るわけではない。例えば、鉄鉱石や、高炉� ��スト、ミルスケール、電炉ダスト等の他の� ��鉄ダストを、酸化鉄原料として利用しても� ��い。

 図1に示すように、転炉製鋼は、第1溶解� �転炉である含鉄冷材溶解用転炉10と、脱硫設 備20と、精錬用転炉30と、湿式集塵装置40と、 フィルタープレス50と、塊成化装置60と、乾� �炉70と、予備還元炉80と、第2溶解用転炉であ る還元鉄溶解用転炉90と、を主に用いて実施� ��れる。

 含鉄冷材溶解用転炉10では、粒銑、型銑� �製鉄所発生スクラップ等の固形含鉄冷材が� �給され、例えば酸素上吹きランスから吹き� �まれた酸素と、底吹きノズルから窒素ガス� �がキャリアガスとして吹き込まれた石炭と� �用いて、これらの固形含鉄冷材を溶解する� �得られた溶銑は、取鍋等により、後述する� �硫設備20へと搬送される。また、溶銑ととも に発生する転炉ダストは、後述する湿式集塵 装置40により集塵されて再利用される。

 脱硫設備20は、含鉄冷材溶解用転炉10や後 述する還元鉄溶解用転炉90で生成された溶銑� ��脱硫する。脱硫設備20としては、例えば、KR (Kanbara Reactor)やインジェクション等を用いる ことが可能である。脱硫された溶銑は、後述 する精錬用転炉30へと搬送される。

 精錬用転炉30は、例えば上底吹き転炉等� �あり、供給された酸素を用いて脱硫された� �銑の脱炭処理を行う。脱炭処理がなされた� �銑は、粗溶鋼として利用される。また、精� �用転炉30から発生する転炉ダストは、湿式集 塵装置40により集塵されて、再利用される。

 湿式集塵装置40は、例えばOG(Oxygen converter  Gas)方式を利用した集塵装置であり、含鉄冷 材溶解用転炉10、精錬用転炉30および還元鉄� �解用転炉90から発生した転炉ダストを集塵す る。集塵された転炉ダストは、フィルタープ レス50へと搬送される。

 フィルタープレス50は、湿式集塵装置40で 集塵された転炉ダストに脱水処理を施す。湿 式集塵装置40で集塵された転炉ダストは、フ� ��ルタープレス50により水分含有率が20%W.B.(Wet  Base)程度まで脱水される。脱水処理を施さ� �た転炉ダストは、塊成化装置60へと搬送され る。

 脱水処理が施された転炉ダストは、塊成� ��装置60まで搬送される間に、還元材として� �炭等の炭材が添加され、そして塊成化装置60 に装入される。塊成化装置60は、還元材が添� ��された転炉ダストを塊成化して、例えばペ� ��ットのような塊成物にする。ここで、塊成� ��とは、ペレット、ブリケット、押し出し成� ��して裁断した成形品、粒度調整された塊状� ��等の粒状物・塊状物をいう。塊成化装置60� �は、後述する乾燥・加熱還元後、熱間にて� �元鉄溶解用転炉90に装入する際、炉内上昇ガ ス流で飛散しない程度の粒径以上の大きさと なるように、転炉ダストを塊成化する。生成 された塊成物は、乾燥炉70へと装入される。

 乾燥炉70は、塊成物を乾燥させて、後述� �る加熱還元工程に適した水分含有率(例えば� ��1%W.B.以下)となるようにする。所定の水分含 有率となった塊成物は、予備還元炉80へと搬� ��される。

 例えば回転床炉(RHF)のような予備還元炉80 では、装入された塊成物を、空気-LNGバーナ� �加熱雰囲気で加熱還元し、予備還元鉄とす� �。製造された予備還元鉄は、例えば高温ペ� �ットの状態で、還元鉄溶解用転炉90に装入さ れる。還元鉄溶解用転炉90への装入は、製造� ��た予備還元鉄を一括またはまとめて装入し� ��その後に酸素、石炭等を装入してもよく、� ��素、石炭が供給されている還元鉄溶解用転� ��90に、逐次、装入してもよい。

 還元鉄溶解用転炉90は、例えば高温ペレ� �トの状態で供給される予備還元鉄を溶解し� �、溶銑とする。生成された溶銑は、取鍋等� �用いて前述の脱硫設備20へと搬送される。ま た、溶銑とともに発生する転炉ダストは、前 述の湿式集塵装置40で集塵され、再利用され� ��。

 本発明の一実施形態に係る予備還元鉄の� ��造方法は、湿式集塵装置40で集塵されてフ� �ルタープレス50で脱水処理が施された転炉ダ スト等の酸化鉄原料を用いて、前述の塊成化 装置60から予備還元炉80までの工程で行われ� �処理に関する。

<酸化鉄原料について>
 続いて、図2~図4を参照しながら、前述の転� ��製鋼において発生する転炉ダストを含む酸� ��鉄原料について、詳細に検討する。以下の� ��明では、酸化鉄原料の粉砕に用いる粉砕機� ��して、振動ミルの一種であるボールミルを� ��いる場合について説明するが、本発明に係� ��予備還元鉄の製造方法が、以下の場合のみ� ��限定されるわけではない。

 図2は、酸化鉄原料粒径と予備還元鉄の金 属化率との関係を説明するグラフである。図 3は、酸化鉄原料粒径と還元前タブレットの� �壊強度との関係を説明するグラフである。� �た、図4は、ボールミル処理速度と粉砕比と� ��関係を説明するグラフである。

(酸化鉄原料の粒径差による還元性の評価)
 酸化鉄原料の粒径差による還元性の評価を� ��うために、実際にタブレットを製造し、電� ��炉にて還元を行った。得られた結果を図2に 示す。図2は、還元用の炭材を含む酸化鉄原� �の粒径と、酸化鉄原料を加熱還元すること� �得られた予備還元鉄(DRI:Direct Reduced Iron)の� �属化率との関係を示している。還元用の炭� �は、例えば、石炭、コークス、タイヤ乾留� �の残渣として発生する微粒カーボン等であ� �。図2を参照すると、予備還元鉄の金属化率� ��、酸化鉄原料の粒径が小さくなるほど向上� ��ていくが、150μm以下になると、金属化率は� ��に悪化していくことがわかる。これは、粒� ��が小さくなるにつれて酸化鉄原料の反応界� ��積が増大して、還元速度が上昇するためで� ��る。しかしながら、還元反応の進行に伴っ� ��COガスが発生するため、粒径が極度に小さ� �なると、ガス発生時の内部圧力に耐えきれ� �に爆裂してしまう。そのため、還元性を表� �金属化率が低下すると考えられる。種々の� �証の結果、粒径が150μm未満となると、爆裂� �危険性が高くなり、粒径が70μm以下となると 爆裂する可能性が極めて高くなることがわか った。

 この結果より、酸化鉄原料の粒径を例え� ��70μm~500μmにすることで、金属化率のばらつ� ��が6%程度以下となる高金属化率の予備還元� �を製造することができ、粒径の下限を70μmと することで、予備還元鉄の爆裂を抑制するこ とができることがわかった。また、酸化鉄原 料の粒径を例えば150μm~300μmとすることで、� �属化率のばらつきが3%程度以下となる高金属 化率の予備還元鉄を製造することができ、粒 径の下限を150μmとすることで、予備還元鉄の 爆裂を回避することができることがわかった 。

 このように、酸化鉄原料の粒径を、例え� ��70μm~500μm、より好ましくは、150μm~300μmにす ることで、高金属化率でかつ金属化率のばら つきが6%程度内である予備還元鉄を製造する� ��とができる。

(酸化鉄原料の粒径差による造粒性の評価)
 続いて、酸化鉄原料の粒径差による造粒性� ��ついて評価するために、実際にタブレット� ��製造し、圧壊強度を測定した。得られた結� ��を図3に示す。図3は、還元用炭材を含む酸� �鉄原料の粒径と、この酸化鉄原料を用いて� �造された還元前タブレットの圧壊強度との� �係を示している。図3の縦軸は、還元前タブ� ��ットの圧壊強度をkgf単位で示している。1kgf は、約9.8Nである。

 還元前タブレットの圧壊強度の測定は、以� ��の方法により行った。
 まず、所定の粒度に調整した酸化鉄原料と� ��元用炭材とを混合して、水分を7%に調整し� �後に、プレスにて略円柱状のタブレットを� �形した。成形したタブレットの大きさは、30 mmφ×15mmである。続いて、成形したタブレッ� �を圧壊強度試験機(プレス)に設置し、タブレ ット圧壊時のプレス荷重(すなわち、圧壊強� �)を測定した。上記タブレットを、柱側面が� ��直方向を向くように圧壊強度試験機に載置( 換言すれば、柱側面の一部が圧壊強度試験機 と接するように載置)し、タブレットの上方� �ら柱側面に対して延長方向下方向きの圧力� �加えた。

 図3に示すように、実際に製造したタブレ ットの圧壊強度は、酸化鉄原料の粒径が200μm 近傍で最大値を取ることがわかる。この結果 は、転炉ダストの粒径が200μm前後の場合に、 転炉ダスト粒子間の結合力(造粒結合力)が最� ��となることを示している。この結果は、以� ��のように説明することが可能である。

 造粒は、酸化鉄原料の粒子間に入り込ん� ��水の凝集力及び表面張力により粒子間に結� ��力が働き、結合が維持されている。酸化鉄� ��料の粒子間に作用する凝集力及び表面張力� ��、酸化鉄原料の粒径に比例するため、粒径� ��大きくなるほど凝集力及び表面張力も大き� ��なり、造粒物の圧壊強度は大きくなる。し� ��しながら、粒径がある程度以上に大きくな� ��と、粒子間に作用する凝集力及び表面張力� ��りも、粒子自体に作用する重力の影響が支� ��的となるため、結合力は低下していく。

 従って、図3に示した場合では、酸化鉄原 料の粒径が200μm近傍までは、凝集力及び表面 張力が支配的となっている領域であり、粒径 が200μm超過の領域は、重力が支配的となって いることがわかる。

 かかる結果から、酸化鉄原料の粒径を70μ m~500μm、より好ましくは150μm~300μmとすること で、タブレットの強度と強度のばらつきとを 好条件に保つことが可能となり、壊れにくい 塊成物を製造可能であることがわかる。

(酸化鉄原料の濡れ性について)
 また、造粒時においては、酸化鉄原料に加� ��を行って、水分含有率を、造粒の適正水分� ��ある6~8%にすることが好ましい。そのために は、酸化鉄原料の吸水性が問題となる。そこ で、蒸発皿に静置した20gの酸化鉄原料に、水 分含有率が6~8%となるように加水を行い、吸� �時間を測定することで評価を行った。

 その結果、加水前の水分含有率が0%のと� �、酸化鉄原料の粒径が200μm未満である場合� �は、滴下した水分が球状になり、吸水速度� �小さくなった。これは、実際の混練時に、� �練に用いられるミックスマラー等の混練機� �でダマが発生してしまい、混練を阻害する� �能性があることを示唆している。他方、酸� �鉄原料の粒径が200μm以上の場合には、吸水� �がよく、問題も生じなかった。

 また、加水前の水分含有率が1%~3%のとき� �酸化鉄原料の粒径が70μm未満である場合には 、滴下した水分が球状になり、吸水速度が小 さくなった。他方、酸化鉄原料の粒径が70μm� ��上の場合には、吸水性が良好であり、問題� ��生じなかった。

 これらの結果から、造粒性を左右する混� ��工程に際して、酸化鉄原料の粒径が微細で� ��る場合や、酸化鉄原料が完全に乾燥されて� ��る場合には、混練性が悪化し、良好な混練� ��を保持するためには、粒径を所定の大きさ� ��上にすることが好ましいことがわかった。

(ボールミルの粉砕能力について)
 次に、酸化鉄原料の粉砕に用いられる振動� ��ルの一種であるボールミルの粉砕能力につ� ��て検討する。

 実際に行われている操業実績データを解� ��した結果、ボールミルの粉砕能力が、転炉� ��ストの水分含有率に影響されることが明ら� ��となった。そこで、酸化鉄原料の水分含有� ��の効果を取り込んだボールミルの粉砕能力� ��算式を導出した。導出した計算式を、以下� ��式1に示す。

 ここで、上記式1において、
  Pw:ボールミル動力(kW)
  Wi:粉砕仕事指数
  P:ボールミル出側における篩下80%粒径(μm)
  F:ボールミル入側における篩下80%粒径(μm)
  C:ボールミルに応じた補正係数
であり、補正係数Cには、水分含有率に応じ� �補正係数やボールミルの処理速度に関する� �正係数が含まれる。

 例えば、Pwが350kWのボールミルで処理速度 を30(wet-t/h)とした場合のボールミル出側にお� ��る酸化鉄原料の水分含有率と、ボールミル� ��側における篩下80%粒径との関係について、� ��記式1に基づいて算出すると、後述の図5中� �示した曲線のようになる。図5から明らかな� ��うに、ボールミル出側における水分含有率� ��低ければ低いほど、ボールミル出側におけ� ��粒径は小さくなることがわかる。従って、� ��ールミル出側における粒径を所望の値にし� ��い場合には、酸化鉄原料の水分含有率を適� ��調整する必要があることがわかる。

 次に、上記式1に基づいて、ボールミルの 処理速度と粉砕比との関係を導出し、結果を 図4に示した。図4では、ボールミル出側の水� ��含有率が1%~7%の場合における理論曲線を実� �で示している。また、図中のプロットは、� �機試験における結果である。ここで、粉砕� �は、(粉砕前粒径/粉砕後粒径)で定義される� �であり、粉砕比が大きいほど、ボールミル� �粉砕能力が高いことを表す。

 図4の理論曲線を参照すると、同一のボー ルミル処理速度の場合には、ボールミル出側 の水分含有率が低いほど粉砕比も大きくなる ことがわかる。また、水分含有率が一定の場 合には、ボールミル処理速度が小さいほど、 粉砕比が大きくなることもわかる。また、図 4から明らかなように、理論曲線の挙動と、� �機試験における結果とが良く一致している� �とがわかる。この図4からも、ボールミル出� ��における粒径を所望の値にしたい場合には� ��酸化鉄原料の水分含有率を適宜調整する必� ��があることがわかる。

 以上の検討結果より、混練性における条� ��では、酸化鉄原料の水分含有量を少なくと� ��1%~3%程度確保することが好ましく、造粒に� �ける条件では、粒径が70μm~500μm程度である� �とが好ましく、還元における条件では、爆� �が生じる危険性を考慮して、粒径が150μm以� �であることが好ましい。これらの条件をま� �めると、図5に示すようになる。図5は、Pwが3 50kWのボールミルで処理速度を30(wet-t/h)とした 場合の適正水分及び適正粒径を説明するグラ フである。図5には、実際の混練性評価結果� �併せて、上記処理条件におけるボールミル� �粉砕能力線も示されている。混練性におけ� �条件、造粒における条件および還元におけ� �条件に加えてボールミルの粉砕能力線も考� �すると、図5から明らかなように、150μm~300μm 程度の粒度範囲において、転炉ダストの水分 を1%~3%程度(例えば、1.5%程度~3.5%程度)とする� �とで、良好な予備還元鉄を製造可能である� �とがわかる。

<本実施形態に係る予備還元鉄の製造方法&g t;
 続いて、図6を参照しながら、本実施形態に 係る予備還元鉄の製造方法について、詳細に 説明する。図6は、本実施形態に係る予備還� �鉄の製造方法を説明する流れ図である。

 本実施形態に係る予備還元鉄の製造方法� ��は、まず、製鉄プロセスで発生する製鉄ダ� ��ト(例えば、含鉄冷材溶解用転炉、精錬用転 炉及びダスト溶解用転炉で発生し、湿式集塵 装置にて集塵された転炉ダストや、高炉ダス トや、ミルスケールや、電炉ダストなど)お� �び鉄鉱石からなる群より選択される酸化鉄� �料を、例えばロータリーキルン等の乾燥機� �用いて乾燥させる(ステップS101)。乾燥機に� �入される転炉ダストは、主に、粒径が3mm~4mm( 80%篩下粒径)程度であり、水分含有率が12%~18%W .B.程度である。この酸化鉄原料を、乾燥機に より、約6%程度の水分含有率まで乾燥させる� ��

 乾燥が終了した酸化鉄原料は、還元材(例 えば、粉石炭等の石炭や、コークスや、微粒 カーボンなど)と混合され(ステップS103)、粉� �機へと装入される。上記の粉石炭として、� �えば、篩下80%粒径が5mm~10mm程度であり、水分 含有率が8~12%W.B.程度であるものを使用するこ とが可能である。酸化鉄原料と還元材との配 合比率は、後述する還元工程において良好な 予備還元鉄を得るために好適な条件を考慮し て調整されるが、酸化鉄原料と還元材との質 量比を、例えば90:10程度とすることが可能で� ��る。この混合物が粉砕機へと装入される時� ��で、混合物は、例えば4mm程度の粒径を有し� ��いる。

 酸化鉄原料と還元材との混合物は、続い� ��、粉砕機により70μm~500μmの粒径(篩下80%粒径 )となるまで、好ましくは150μm~300μmの粒径と� ��るまで、更に好ましくは200μm前後となるま� ��粉砕される(ステップS105)。混合物を粉砕す� ��粉砕機として、例えば、ボールミルやロッ� ��ミル等の振動ミルを使用することが可能で� ��る。ボールミル等の振動ミルの出側におい� ��、混合物の粒径を上述の範囲とし、混合物� ��水分含有率を約2%以下とするために、例え� �図4に示したグラフを用いて、振動ミルの処� ��速度を決定することが可能である。具体的� ��は、振動ミル(ボールミル)の出側での粒径� �目標値と、振動ミル(ボールミル)入側におけ る粒径とから粉砕比を算出し、算出した粉砕 比と、振動ミル出側における水分含有率の目 標値における理論曲線とから、振動ミルの処 理速度を決定することが可能である。

 また、本実施形態における予備還元鉄の� ��造方法においては、混合前に酸化鉄原料を� ��燥することにより、粉砕機装入時における� ��合物の水分含有率を、振動ミルが適正な粉� ��性を示す値に保持することが可能となる。� ��のため、粉砕時の振動ミルの制御を絶えず� ��更する必要がなくなる。また、酸化鉄原料� ��水分含有率が、様々な要因により上下した� ��しても、混合前の乾燥時に乾燥機の設定を� ��切に制御することにより、振動ミルの粉砕� ��を好適な値に維持することが可能となる。

 更に、本実施形態における予備還元鉄の� ��造方法においては、粉砕後の混合物の粒径� ��、造粒処理時に好適な圧壊強度を示す粒径� ��なっているため、この粉砕後の混合物を用� ��ることで、割れにくく、かつ、高金属化率� ��予備還元鉄を製造することが可能である。

 混合物の粉砕が終了すると、粉砕された� ��合物は、ミックスマラー等の混練機へと装� ��されて、水分含有率が混練に適正な値(例え ば、6~8%程度)となるように加水された後に混� ��される(ステップS107)。混合物の装入時にお� ��て、混合物の水分含有率は、適正な濡れ性� ��示す値(すなわち、適正な吸水速度を示す値 )まで調整されているため、良好な混練性を� �なうことなく混練処理を行うことが可能で� �る。

 混練機による混練が終了すると、混合物� ��パンペレタイザー(皿型造粒機)、ダブルロ� �ル圧縮機(ブリケット製造機)、押し出し成形 機等の塊成化装置に装入されて造粒され(ス� �ップS109)、塊成物となる。

 生成された塊成物は、乾燥機により乾燥� ��理を施され、例えば1%以下の水分含有率と� �る(ステップS111)。乾燥が終了した塊成物は� �RHF等の予備還元炉へと装入され、還元処理� �施される(ステップS113)。本実施形態にかか� �塊成物は、良好な圧壊強度を示すため、還� �工程においても予備還元炉内で塊成物が割� �ることが少なく、塊成物を十分に還元する� �とができる。例えば、予備還元炉としてRHF� �使用する場合には、例えば、炉内の温度を13 50℃程度に設定し、約15分で還元処理が完了� �るように、回転床の速度を設定することが� �能である。かかる還元処理を行うことで、� �れにくく、かつ、高金属化率を有する予備� �元鉄(DRI)を製造することが可能である。

 以上説明したように、本実施形態に係る� ��備還元鉄の製造方法によれば、割れにくく� ��かつ、高金属化率を有する予備還元鉄(DRI)� �製造することが可能であるため、還元鉄溶� �用転炉の酸素原単位を向上させることが可� �であり、さらには、溶銑の生産性を高位に� �持することが可能となる。