特開 2023-169855 還元炉、還元処理ユニット、還元処理方法、及び、ニッケル酸化鉱石の製錬方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023169855

(43)【公開日】2023-11-30

(54)【発明の名称】還元炉、還元処理ユニット、還元処理方法、及び、ニッケル酸化鉱石の製錬方法

(51)【国際特許分類】

   C22B 5/02 20060101AFI20231122BHJP

   C22B 23/02 20060101ALI20231122BHJP

   F27D 7/06 20060101ALI20231122BHJP

   C22C 33/04 20060101ALI20231122BHJP

   F27D 3/04 20060101ALI20231122BHJP

【ＦＩ】

C22B5/02

C22B23/02

F27D7/06 B

C22C33/04 H

F27D3/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022186281

(22)【出願日】2022-11-22

(31)【優先権主張番号】P 2022080707

(32)【優先日】2022-05-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(72)【発明者】

【氏名】丹 敏郎

(72)【発明者】

【氏名】山内 逸平

(72)【発明者】

【氏名】井関 隆士

【テーマコード（参考）】

4K001

4K055

4K063

【Ｆターム（参考）】

4K001AA19

4K001BA02

4K001CA02

4K001CA03

4K001CA04

4K001CA25

4K001DA05

4K001GA19

4K001GB01

4K001GB02

4K001HA01

4K055AA05

4K055AA06

4K055DA03

4K063AA05

4K063AA06

4K063AA13

4K063AA15

4K063BA02

4K063CA01

4K063DA08

4K063DA23

4K063DA32

(57)【要約】

【課題】熱処理部と処理対象物貯留部が接続されてなる箱型の還元炉において、還元処理の進行中に、熱処理部内部の温度低下を抑制しながら、処理対象物の出し入れを効率良く行うこと。
【解決手段】処理対象物を加熱して還元処理を行う箱型の熱処理部１１と、熱処理部１１の側面に、ダンパー１１１を介して接続されている、箱型の処理対象物貯留部２１と、を備え、ダンパー１１１の閉鎖時において、ダンパー１１１の切り欠き部１１３と熱処理部１１及び処理対象物貯留部２１の床面に形成されているガイド溝１３１、２３１が係合することによって、処理対象物投入用柄杓の柄の部分を挿通させることができる貫通孔１５が形成される、還元炉１とする。
【選択図】図４Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理対象物を加熱して還元処理を行う箱型の熱処理部と、
前記熱処理部の側面に、ダンパーを介して接続されている、箱型の処理対象物貯留部と、
を備え、
前記ダンパーは、板状のダンパー部材によって開閉可能に構成されていて、閉鎖時において処理対象物投入用柄杓の柄の上部と契合する切り欠き部が該ダンパーの下端部に形成されていて、
前記熱処理部の床面と前記処理対象物貯留部の床面には、前記処理対象物投入用柄杓の柄の下部と係合するガイド溝が、前記処理対象物投入用柄杓の挿入方向に沿う同一直線上に形成されていて、
前記ダンパーの閉鎖時に、前記切り欠き部と前記ガイド溝が係合することによって、前記処理対象物投入用柄杓の柄の部分を挿通させることができる貫通孔が形成される、
還元炉。

【請求項2】

前記ダンパーは、閉鎖時において、前記処理対象物貯留部の床面に当接するように構成されており、
前記熱処理部の床面に形成された前記ガイド溝の幅の方が、前記処理対象物貯留部の床面に形成された前記ガイド溝の幅よりも大きい、
請求項１に記載の還元炉。

【請求項3】

前記ダンパーは、前記熱処理部と前記処理対象物貯留部とを結ぶ開口面を二つの領域に分割したときに、一方の前記領域を閉鎖する第１のダンパー部材と、他方の前記領域を閉鎖する第２のダンパー部材と、からなり、前記ダンパーの閉鎖時において、処理対象物の挿入方向に沿って見た場合に、前記第１のダンパー部材と前記第２のダンパー部材のそれぞれの先端近傍領域が重なることとなるように、前記第１のダンパー部材と、前記第２のダンパー部材とが配置されている、
請求項１に記載の還元炉。

【請求項4】

請求項１から３の何れかに記載の還元炉と、前記処理対象物投入用柄杓と、からなる還元処理ユニットであって、
前記ダンパーの閉鎖時において前記切り欠き部と前記ガイド溝とによって形成される貫通孔の形状及び大きさが、前記処理対象物投入用柄杓の柄の部分を挿通させることができて、尚且つ、契合させることができる形状及び大きさである、
還元処理ユニット。

【請求項5】

処理対象物を加熱して還元処理を行う箱型の熱処理部と、
前記熱処理部の側面に、ダンパーを介して接続されている、箱型の処理対象物貯留部と、
を備え、
前記ダンパーは、板状のダンパー部材によって開閉可能に構成されていて、
前記熱処理部の床面と前記処理対象物貯留部の床面には、処理対象物投入用柄杓の柄の全部を収容して係合させることができるガイド溝が、前記処理対象物投入用柄杓の挿入方向に沿う同一直線上に形成されている、
還元炉。

【請求項6】

前記ダンパーは、閉鎖時において、前記処理対象物貯留部の床面に当接するように構成されており、
前記熱処理部の床面に形成された前記ガイド溝の幅が、前記処理対象物貯留部の床面に形成された前記ガイド溝の幅よりも大きい、
請求項５に記載の還元炉。

【請求項7】

請求項１又は２に記載の還元炉を用いて還元処理を行う還元処理方法であって、
原料鉱石及び還元剤を前記処理対象物として、前記処理対象物投入用柄杓の先端の処理対象物載置部に載置した状態で前記熱処理部に挿入した後に、前記ダンパーの閉鎖時において前記切り欠き部と前記ガイド溝とによって形成される貫通孔に前記処理対象物投入用柄杓の柄の部分が挿通されている状態で前記ダンパーを閉鎖して、前記処理対象物を、前記処理対象物載置部に載置された状態のままで加熱する、
還元処理方法。

【請求項8】

請求項７に記載の還元処理方法によって、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石と前記還元剤とを含む混合物を前記処理対象物載置部に載置された状態のままで加熱して還元することによって、フェロニッケルを製造する、
ニッケル酸化鉱石の製錬方法。

【請求項9】

請求項５又は６に記載の還元炉を用いて還元処理を行う還元処理方法であって、
原料鉱石及び還元剤を前記処理対象物として、前記処理対象物投入用柄杓の先端の処理対象物載置部に載置した状態で前記熱処理部に挿入した後に、前記ダンパーの閉鎖時において前記ガイド溝によって形成される貫通孔に前記処理対象物投入用柄杓の柄の部分が挿通されている状態で前記ダンパーを閉鎖して、前記処理対象物を、前記処理対象物載置部に載置された状態のままで加熱する、
還元処理方法。

【請求項10】

請求項９に記載の還元処理方法によって、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石と前記還元剤とを含む混合物を前記処理対象物載置部に載置された状態のままで加熱して還元することによって、フェロニッケルを製造する、
ニッケル酸化鉱石の製錬方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、還元炉、還元処理ユニット、還元処理方法、及び、ニッケル酸化鉱石の製錬方法に関する。本発明は、詳しくは、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤との混合物を還元することによりフェロニッケルを製造するニッケル酸化鉱石の製錬方法の実施に好適な還元炉及び還元処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄とニッケルを主成分とする合金であり、ステンレス鋼及び特殊鋼の原料として用いられているフェロニッケルを製造するニッケル酸化鉱石の製錬においては、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤とを混合し、その混合物を加熱処理して還元する還元処理が行われる（特許文献１参照）。

【0003】

上記の還元処理を行う加熱炉の一つとして、図１及び図２に示すような箱型の還元炉（還元炉１）を用いることができる。この還元炉１においては、箱型の熱処理部１１の側面に、箱型の処理対象物貯留部２１が接続されており、熱処理部１１と処理対象物貯留部２１の間には、熱や炉内ガスの出入りを遮断するためのダンパー（扉）１１１が設けられている。

【0004】

例えば、原料鉱石と還元剤との混合物を還元処理するために、図３に示すような柄杓（処理対象物投入用柄杓３）を用いて、上記の混合物を処理対象物貯留部２１から熱処理部１１に移動させる場合がある。還元処理の進行中は、熱処理部１１内の温度低下を防ぐ必要があるが、仮に、ダンパー１１１を開放して原料鉱石や還元剤等の処理対象物を載置した処理対象物投入用柄杓３を熱処理部１１の内部に移動させた後、処理対象物投入用柄杓３を熱処理部１１の内部に保持したまま、尚且つ、熱処理部１１内の温度低下を防ぎながら、還元処理を行うことができれば、必要に応じて、還元処理の途中での上記の処理対象物の出し入れや還元剤の追加が効率良く行えるようになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－３９０４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、熱処理部と処理対象物貯留部が接続されてなる箱型の還元炉において、還元処理の進行中に、熱処理部内部の温度低下を抑制しながら、処理対象物の出し入れを効率良く行えるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者らは、箱型の還元炉について、各室の床面に柄杓の動きを所定方向への動きのみに制限するガイド溝を形成した上で、ダンパーの閉鎖時においては、このガイド溝によって、処理対象物投入用柄杓の柄の部分を挿通させることができる貫通孔が形成される構造とすることによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

【0008】

（１） 処理対象物を加熱して還元処理を行う箱型の熱処理部と、前記熱処理部の側面に、ダンパーを介して接続されている、箱型の処理対象物貯留部と、を備え、前記ダンパーは、板状のダンパー部材によって開閉可能に構成されていて、閉鎖時において処理対象物投入用柄杓の柄の上部と契合する切り欠き部が該ダンパーの下端部に形成されていて、前記熱処理部の床面と前記処理対象物貯留部の床面には、前記処理対象物投入用柄杓の柄の下部と係合するガイド溝が、前記処理対象物投入用柄杓の挿入方向に沿う同一直線上に形成されていて、前記ダンパーの閉鎖時に、前記切り欠き部と前記ガイド溝が係合することによって、前記処理対象物投入用柄杓の柄の部分を挿通させることができる貫通孔が形成される、還元炉。

【0009】

（１）の還元炉によれば、熱処理部と処理対象物貯留部が接続されてなる箱型の還元炉において、還元処理の進行中に、熱処理部内部の温度低下を抑制しながら、処理対象物の出し入れを、効率良く行うことができる。又、処理対象物の出し入れの際、処理対象物投入用柄杓をガイド溝に沿う一定方向にのみ安定的に往復移動させることができるので、処理対象物を常に所望の位置に安定的に載置することもできる。

【0010】

（２） 前記ダンパーは、閉鎖時において、前記処理対象物貯留部の床面に当接するように構成されており、前記熱処理部の床面に形成された前記ガイド溝の幅の方が、前記処理対象物貯留部の床面に形成された前記ガイド溝の幅よりも大きい、（１）に記載の還元炉。

【0011】

（２）の還元炉によっても（１）に記載の還元炉同様に、ガイド溝によって構成される貫通孔周辺における熱の出入りを十分に抑制することができる。又、熱処理部の床面のガイド溝の幅が拡張されていることによって、仮に、処理対象物投入用柄杓の柄に微細な熱変形が生じた場合にも、ガイド溝内での柄の動きの円滑性が損なわれることを回避して、処理対象物投入用柄杓の操作性を良好に維持することができる。

【0012】

（３） 前記ダンパーは、前記熱処理部と前記処理対象物貯留部とを結ぶ開口面を二つの領域に分割したときに、一方の前記領域を閉鎖する第１のダンパー部材と、他方の前記領域を閉鎖する第２のダンパー部材と、からなり、前記ダンパーの閉鎖時において、処理対象物の挿入方向に沿って見た場合に、前記第１のダンパー部材と前記第２のダンパー部材のそれぞれの先端近傍領域が重なることとなるように、前記第１のダンパー部材と、前記第２のダンパー部材とが配置されている、（１）又は（２）に記載の還元炉。

【0013】

（３）の還元炉によれば、（１）又は（２）に記載の還元炉における、上述の貫通孔の内縁を、当該貫通孔に挿通される処理対象物投入用柄杓の柄の外縁に適度な強度で押し付けながら隙間なく契合させることが可能であり、熱処理部の内部の温度低下の抑制効果を更に高めることができる。これにより、処理対象物の出し入れ時に伴う炉内の温度低下を補填する為の燃料ガスの消費を大幅に節約することができる。

【0014】

（４） （１）から（３）の何れかに記載の還元炉と、前記処理対象物投入用柄杓と、からなる還元処理ユニットであって、前記ダンパーの閉鎖時において前記切り欠き部と前記ガイド溝とによって形成される貫通孔の形状及び大きさが、前記処理対象物投入用柄杓の柄の部分を挿通させることができて、尚且つ、契合させることができる形状及び大きさである、還元処理ユニット。

【0015】

（４）の還元処理ユニットによれば、（１）から（３）の何れかに記載の還元炉における、ダンパー閉鎖時に切り欠き部とガイド溝とによって形成される貫通孔の内縁の形状及びサイズを、当該貫通孔に挿通される処理対象物投入用柄杓の柄の外縁の形状及びサイズに正確に適合させ、これらを一体的なユニットとして構成することにより、ダンパー閉鎖時における上記の貫通孔周囲に生じる隙間を最小化して、熱処理部の内部の温度低下の抑制効果を更に高めることができる。

【0016】

（５） 処理対象物を加熱して還元処理を行う箱型の熱処理部と、前記熱処理部の側面に、ダンパーを介して接続されている、箱型の処理対象物貯留部と、を備え、前記ダンパーは、板状のダンパー部材によって開閉可能に構成されていて、前記熱処理部の床面と前記処理対象物貯留部の床面には、処理対象物投入用柄杓の柄の全部を収容して係合させることができるガイド溝が、前記処理対象物投入用柄杓の挿入方向に沿う同一直線上に形成されている、
還元炉。

【0017】

（５）の還元炉によれば、熱処理部と処理対象物貯留部が接続されてなる箱型の還元炉において、還元処理の進行中に、熱処理部内部の温度低下を抑制しながら、処理対象物の出し入れを、効率良く行うことができる。又、処理対象物の出し入れの際、処理対象物投入用柄杓をガイド溝に沿う一定方向にのみ安定的に往復移動させることができるので、処理対象物を常に所望の位置に安定的に載置することもできる。

【0018】

（６） 前記ダンパーは、閉鎖時において、前記処理対象物貯留部の床面に当接するように構成されており、前記熱処理部の床面に形成された前記ガイド溝の幅が、前記処理対象物貯留部の床面に形成された前記ガイド溝の幅よりも大きい、（５）に記載の還元炉。

【0019】

（６）の還元炉によっても、（５）に記載の還元炉同様に、ガイド溝によって構成される貫通孔周辺における熱の出入りを十分に抑制することができる。又、熱処理部の床面のガイド溝の幅が拡張されていることによって、仮に、処理対象物投入用柄杓の柄に微細な熱変形が生じた場合にも、ガイド溝内での柄の動きの円滑性が損なわれることを回避して、処理対象物投入用柄杓の操作性を良好に維持することができる。

【0020】

（７） （１）又は（２）に記載の還元炉を用いて還元処理を行う還元処理方法であって、原料鉱石及び還元剤を前記処理対象物として、前記処理対象物投入用柄杓の先端の処理対象物載置部に載置した状態で前記熱処理部に挿入した後に、前記ダンパーの閉鎖時において前記切り欠き部と前記ガイド溝とによって形成される貫通孔に前記処理対象物投入用柄杓の柄の部分が挿通されている状態で前記ダンパーを閉鎖して、前記処理対象物を、前記処理対象物載置部に載置された状態のままで加熱する、還元処理方法。

【0021】

（７）の還元処理方法によれば、（１）又は（２）に記載の還元炉を用いることによって、熱処理部と処理対象物貯留部が接続されてなる箱型の還元炉において、還元処理の進行中に、熱処理部内部の温度低下を抑制しながら、処理対象物の出し入れを、効率良く行うことができる。又、処理対象物の出し入れの際、処理対象物投入用柄杓をガイド溝に沿う一定方向にのみ安定的に往復移動させることができるので、処理対象物を常に所望の位置に安定的に載置することもできる。

【0022】

（８） （７）に記載の還元処理方法によって、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石と前記還元剤とを含む混合物を前記処理対象物載置部に載置された状態のままで加熱して還元することによって、フェロニッケルを製造する、ニッケル酸化鉱石の製錬方法。

【0023】

（８）のニッケル酸化鉱石の製錬方法によれば、（７）に記載の還元処理方法をニッケル酸化鉱石の製錬に適用することによって、フェロニッケルの生産性及び品質の安定性を向上させることができる。

【0024】

（９） （５）又は（６）に記載の還元炉を用いて還元処理を行う還元処理方法であって、原料鉱石及び還元剤を前記処理対象物として、前記処理対象物投入用柄杓の先端の処理対象物載置部に載置した状態で前記熱処理部に挿入した後に、前記ダンパーの閉鎖時において前記ガイド溝によって形成される貫通孔に前記処理対象物投入用柄杓の柄の部分が挿通されている状態で前記ダンパーを閉鎖して、前記処理対象物を、前記処理対象物載置部に載置された状態のままで加熱する、還元処理方法。

【0025】

（９）の還元処理方法によれば、（４）又は（５）に記載の還元炉を用いることによって、熱処理部と処理対象物貯留部が接続されてなる箱型の還元炉において、還元処理の進行中に、熱処理部内部の温度低下を抑制しながら、処理対象物の出し入れを、効率良く行うことができる。又、処理対象物の出し入れの際、処理対象物投入用柄杓をガイド溝に沿う一定方向にのみ安定的に往復移動させることができるので、処理対象物を常に所望の位置に安定的に載置することもできる。

【0026】

（１０） （９）に記載の還元処理方法によって、原料鉱石であるニッケル酸化鉱石と前記還元剤とを含む混合物を前記処理対象物載置部に載置された状態のままで加熱して還元することによって、フェロニッケルを製造する、ニッケル酸化鉱石の製錬方法。

【0027】

（１０）のニッケル酸化鉱石の製錬方法によれば、（９）に記載の還元処理方法をニッケル酸化鉱石の製錬に適用することによって、フェロニッケルの生産性及び品質の安定性を向上させることができる。

【発明の効果】

【0028】

本発明によれば、熱処理部と処理対象物貯留部が接続されてなる箱型の還元炉において、還元処理の進行中に、熱処理部内部の温度低下を抑制しながら、処理対象物の出し入れを効率良く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の還元炉の本体部となる熱処理部の構成の説明に供する図面である。

【図2】本発明の還元炉の熱処理部に接続された処理対象物貯留部の構成の説明に供する図面である。

【図3】処理対象物投入用柄杓の構成の一例を示す図面である。

【図4A】本発明の還元炉のダンパー周辺部の構成の説明に供する図面である。

【図4B】本発明の還元炉のダンパー周辺部のその他の構成の一例の説明に供する図面である。

【図4C】本発明の還元炉のダンパー周辺部のその他の構成の一例の説明に供する図面である。

【図5】本発明の還元炉のダンパーのその他の構成の一例の説明に供する図面である。

【図6】ダンパーの閉鎖時において処理対象物投入用柄杓の柄が還元炉に配置されている状態の説明に供する図面である。

【図7】本発明の還元炉（第２の実施形態）のダンパー周辺部の構成の説明に供する図面である。

【図8】本発明の還元炉（第２の実施形態）のダンパー周辺部の構成の説明に供する図面である。

【図9】処理対象物投入用柄杓のその他の構成の一例を示す図面である。

【図10】ダンパーの閉鎖時において処理対象物投入用柄杓の柄が還元炉に配置されている状態のその他の構成の一例の説明に供する図面である。

【図11】ニッケル酸化鉱石の製錬方法の流れを示す工程図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下においては、本発明の還元炉、還元処理ユニット、及び、還元処理方法を、ニッケル酸化鉱石の製錬方法に適用する場合の実施形態について、その詳細を説明する。但し、本発明の適用対象は、ニッケル酸化鉱石の製錬方法に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において適宜変更を加えながら、原料鉱石の還元処理を含んでなる様々な金属製錬プロセスに用いることができる。

【0031】

又、近年は、ニッケル品位が高く不純物が少ない鉱石は少なくなりつつあり、上記のニッケル酸化鉱石の製錬において高品質のフェロニッケルを製造するためには様々な鉱石を効率良く処理してデータを蓄積することが求められている。本発明の還元炉は、このようなデータを取得するための試験操業を行うための試験炉としても好ましく用いることができる。試験炉としての実施態様の詳細については別途後述する。

【0032】

以下、先ずは、本発明の還元炉、還元処理ユニット、及び、還元処理方法の好適な適用対象であり、本発明の実施態様の一つでもある、ニッケル酸化鉱石の製錬方法の概要について説明し、その後に、本発明の還元炉、還元処理ユニット、及び、還元処理方法について詳細に説明する。

【0033】

＜ニッケル酸化鉱石の製錬方法＞
本発明の好適な適用対象プロセスであるニッケル酸化鉱石の製錬は、一例として図１１に示すように、ニッケル酸化鉱石を含む原料と炭素質還元剤と混合する混合処理工程Ｓ１、得られた混合物を所定の形状に成形する混合物成形工程Ｓ２、成形された混合物（或いは、原料鉱石及び還元剤）を還元炉にて所定の還元温度で還元加熱する還元工程Ｓ３、及び、還元工程Ｓ３にて生成したメタルとスラグとを分離してメタルを回収する回収工程Ｓ４、が順次行われるプロセスである。

【0034】

本発明の「ニッケル酸化鉱石の製錬方法」は、上記各工程のうち、少なくとも、還元工程Ｓ３を本発明の還元炉、還元処理ユニット、又は、還元処理方法によって実施することを特徴とする新規な製錬プロセスである。尚、以下においては、上記の４つの工程（Ｓ１～Ｓ４）について説明するが、本発明の「ニッケル酸化鉱石の製錬方法」においては、上記の混合処理工程Ｓ１及び混合物成形工程Ｓ２は、必ずしも必須の工程ではない。このような処理を行わずに原料鉱石及び還元剤を還元炉に投入する実施態様としても、本発明の「ニッケル酸化鉱石の製錬方法」を実施することは可能であり、そのような実施態様も本発明の技術的範囲である。

【0035】

［混合処理工程］
混合処理工程Ｓ１は、ニッケル酸化鉱石を含む原料粉末を混合して混合物を得る工程である。原料鉱石であるニッケル酸化鉱石としては、リモナイト鉱、サプロライト鉱等を用いることができる。尚、炭素質還元剤としては、石炭粉、コークス粉等を用いることができる。

【0036】

［混合物成形工程］
混合物成形工程Ｓ２は、混合処理工程Ｓ１で得られた混合物を成形する工程である。具体的には、原料粉末を混合して得られた混合物を、所定の大きさ以上の塊に成形し、次の還元工程Ｓ３での還元処理に際して、還元炉内に混合物を例えば積層して投入できるようにする。

【0037】

［還元工程］
還元工程Ｓ３は、混合物成形工程Ｓ２で得られた混合物（成形物）を、還元炉内において加熱することによって還元反応を進行させて、ニッケル酸化鉱石からメタルとスラグとを生成させる工程である。還元処理の温度（還元温度）としては、１２００℃以上１５００℃以下とすることが好ましく、１２５０℃以上１４５０℃以下とすることがより好ましい。このような範囲の還元温度とすることで、効率的且つ確実に還元反応を進行させて、所望とする特性のフェロニッケルを得ることができる。尚、この還元工程Ｓ３の実施に好適な本発明の還元処理方法の詳細については追って後述する。

【0038】

［回収工程］
回収工程Ｓ４は、還元工程Ｓ３にて生成したメタルとスラグとを分離してメタルを回収する工程である。具体的には、容器に充填させた状態の混合物に対する還元加熱処理によって得られた、メタル相（メタル固相）とスラグ相（スラグ固相）とを含む混合物（混在物）からメタル相、即ち、フェロニッケルを分離して回収する。固体として得られたメタル相とスラグ相との混在物からメタル相とスラグ相とを分離する方法としては、例えば、篩い分けによる不要物の除去に加えて、比重による分離や、磁力による分離等の方法を利用することができる。

【0039】

＜還元炉・還元処理ユニット＞
図１及び図２示す還元炉１は、本発明の還元炉の好ましい実施形態の一例である。還元炉１は、処理対象物を加熱して還元処理を行う箱型の熱処理部１１と、熱処理部１１の側面の開口部分に、ダンパー１１１を介して接続されている処理対象物貯留部２１と、を備える、箱型の加熱炉である。

【0040】

そして、還元炉１は、熱処理部１１の内部の床面と処理対象物貯留部の床面に処理対象物投入用柄杓３（図３及び図９参照）の柄３１の下部を係合させることができるガイド溝１３１、２３１が形成されていること、及び、このガイド溝１３１、２３１とともに、ダンパーの閉鎖時に、処理対象物投入用柄杓３の柄３１の部分を挿通させることができる貫通孔１５を形成することができるように、ダンパー１１１の下端部に切り欠き部１１３（１１３Ａ、１１３Ｂ）が形成されていることを、主たる特徴とする。

【0041】

ここで、本明細書においては、本発明の還元炉１と、還元炉１に形成されている貫通孔１５に契合する形状の柄３１を有する処理対象物投入用柄杓３との組合せからなる還元処理用の技術的手段のことを、「還元処理ユニット」と称する。尚、本明細書において「（柄の形状が）貫通孔１５に“契合”する」とは、柄の断面形状（外縁）と、貫通孔の形状（内縁）の少なくとも一部が隙間なく密着して契合している状態、或いは、上記の契合状態において柄の外縁と貫通孔等の内縁との隙間（一例として図９におけるクリアランスＣ１）が、１ｍｍ以下であることを意味するものとする。

【0042】

［還元炉］
図１及び図２に示すように、還元炉１の熱処理部１１には、熱処理部１１の内部と外部とを仕切る開閉可能な扉であるダンパー１１１が設けられている。又、図２に示すように、熱処理部１１の外部には、ダンパー１１１を介して、処理対象物貯留部２１が接続されている。又、熱処理部１１の内部には、公知の各種の加熱炉と同様に加熱用のバーナー１２、及び、排気口１４が設けられている。

【0043】

又、熱処理部１１の内部には、その床面におけるダンパー１１１の設置位置に隣接する位置に、基台１３が設けられていることが好ましい。基台１３は、本発明における必須の構成ではないが、原料鉱石と還元剤との混合物等の処理対象物を載置した処理対象物載置部３２を熱処理部１１の内部における所望の位置において安定的に支持するための台である。尚、本明細書においては、熱処理部１１の内部に基台１３が設置されている場合には、基台１３が設置されている範囲においては、熱処理部の「床面」は、基台１３の直下の床面ではないものとし、基台１３の天面（処理対象物載置部３２が載置される面）を、熱処理部の「床面」として定義する。

【0044】

図４Ａ及び図６に示す通り、還元炉１においては、熱処理部１１の内部の床面（即ち、基台１３の天面）、及び、処理対象物貯留部２１の床面に、処理対象物投入用柄杓３の柄３１の下部、好ましくは、断面視における下部側半分の部分を全て含む部分を収容して係合させることができるガイド溝１３１、２３１が、処理対象物投入用柄杓３の挿入方向、即ち、熱処理部１１の側壁に直交する方向に沿う同一直線上に形成されている。

【0045】

ここで、「ガイド溝に処理対象物投入用柄杓の柄を収容して“係合”」とは、具体的には、「処理対象物投入用柄杓の柄の外縁形状の一部とガイド溝の内縁形状の対応する一部の形状が同一又は近似していることによって、処理対象物投入用柄杓の柄の動きが、所定方向、即ち、熱処理部の側壁に直交する方向への水平移動に制限されている状態（そのように“係合”されている状態）で、処理対象物投入用柄杓の柄がガイド溝内に収容されている」ことを意味する。ガイド溝の断面形状は、このような機能を発揮し得る形状であればよく、その限りにおいて特定形状に限定されない。但し、一般的な柄杓の柄が円柱形状であるところから、ガイド溝の断面形状は、このような柄の断面形状に契合させることができる半円形状、若しくは、少なくとも底面が半円形状であるＵ字形状等とすることが好ましい。

【0046】

尚、処理対象物貯留部２１の床面に、形成されるガイド溝の断面形状は、図４Ｂに示すガイド溝１３１Ａのように底面側が三角形である形状とすることもできる。基台１３の天面（熱処理部１１の床面）は、繰り返しの熱応力を受ける部分であるため、繰り返しの使用によって、ガイド溝は変形する可能性がある。これに対して、図４Ｂのような断面の底面側の形状が三角形の形状からなるガイド溝１３１Ａとすることにより、そのような変形が生じたとしても、処理対象物投入用柄杓３の柄３１の下部との接点が少なく変形の影響を受けにくいため、変形後も、そのまま使用することができ、ガイド溝の実質的な寿命を延ばすことができる。

【0047】

又、図４Ａ及び図４Ｂに示す通り、ダンパー１１１は、板状のダンパー部材１１２Ａ、１１２Ｂによって構成されている開閉可能な扉状の仕切り部材である。ダンパー１１１には、図４Ａ及び図４Ｂに示す閉鎖時の状態において、処理対象物投入用柄杓３（図３）の柄３１の上部を契合させることができる切り欠き部１１３Ａ、１１３Ｂがダンパー１１１の下端部に形成されている。

【0048】

尚、図４Ｃに示すように、還元炉１においては、ガイド溝１３１を、処理対象物投入用柄杓３の柄３１の断面視における下部側半分の部分のみではなく、上部側半分の部分の一部も収容する形状とすることができる。この場合においては、ダンパー１１１の切り欠き部１１３Ａ、１１３Ｂは、図４Ｃに示すように、柄３１の外周面のうち床面から突出する部分と契合する形状であればよい。

【0049】

尚、ダンパー１１１は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、対向する１対のダンパー部材によって構成して水平方向に沿って各ダンパー部材を移動させて開放及び閉鎖の動作を行わせる構造とすることができるが、この他、ダンパーを１枚のダンパー部材で構成してこのダンパーを上下動させることで、開放及び閉鎖の動作を行わせる構成（図示せず）とすることもできる。これによりダンパーの構成と動作をより簡易な構成で実現できるため、製造コストや保守コストの低減が可能である。

【0050】

一例として、図４Ａ及び図６に示す通り、還元炉１においては、ダンパー１１１の閉鎖時において、ダンパー部材１１２Ａ、１１２Ｂに形成されている切り欠き部１１３Ａ及び１１３Ｂと、ガイド溝１３１、２３１とが係合して、処理対象物投入用柄杓３の柄３１の部分を挿通させることができる貫通孔１５が形成される。尚、この貫通孔１５の内径は、処理対象物投入用柄杓３の柄３１の太さに対する上記の要件を満たす大きさであるとともに、貫通孔１５を通じた熱の出入りを最小限に止めるために、熱処理部１１と処理対象物貯留部２１とを結ぶ開口面の面積に対する貫通孔の面積の比率を、０．０５以下とすることが好ましく、０．０３以下とすることがより好ましい。一例として、上記開口面が１００ｍｍ×１３０ｍｍの矩形状の開口面である場合であれば、貫通孔１５の内径は、２８ｍｍ以下であることが好ましく、２２ｍｍ以下であることがより好ましい。

【0051】

還元炉１においては、処理対象物貯留部２１から熱処理部１１への処理対象物の装入、及び、熱処理部１１から処理対象物貯留部２１への取り出しは、ダンパー１１１を開放させた状態で、処理対象物を載置した処理対象物投入用柄杓３を、ダンパー１１１を通じて熱処理部１１に速やかに出し入れすることによって行われる。この時、処理対象物投入用柄杓３の柄３１の部分をガイド溝１３１、２３１に係合させた状態で、出し入れの操作を行うことにより、処理対象物投入用柄杓３をガイド溝に沿う一定方向にのみ安定的に往復移動させることができるので、処理対象物を常に所望の位置に安定的に載置することがきる。

【0052】

そして、還元炉１における処理対象物の還元処理は、図４Ａに示すようにダンパー１１１を閉鎖させた状態で行う。この還元処理は、より具体的には、図６に示すように、熱処理部１１の内部に処理対象物投入用柄杓３の処理対象物載置部３２を挿入したまま、ダンパー１１１を閉鎖し、その状態で処理対象物載置部３２の載置面３２１に載置されている処理対象物を加熱することによって行う。この際、ダンパー１１１は、処理対象物投入用柄杓３の柄３１をダンパー１１１の貫通孔１５に挿通させて、尚且つ、貫通孔１５に契合させた状態で閉鎖するようにする。

【0053】

ダンパー１１１は、図４Ｂに示すように、それぞれの先端近傍領域にダンパー１１１の閉鎖時に貫通孔１５を形成することができるように、一例として、扇型の貫通孔形成用の切り欠き部１１３Ａ、１１３Ｂが形成されているダンパー部材１１２Ａ、１１２Ｂによって構成することもできる。

【0054】

又、他の一例として、ダンパー１１１は、熱処理部１１と処理対象物貯留部２１とを結ぶ開口面を二つの領域に分割したときに、一方の領域を閉鎖する第１のダンパー部材１１２Ｃと、他方の領域を閉鎖する第２のダンパー部材１１２Ｄで構成し、ダンパー１１１の閉鎖時において、処理対象物の挿入方向に沿って見た場合に、第１のダンパー部材１１２Ｃと第２のダンパー部材１１２Ｄのそれぞれの先端近傍領域が重なることとなるように、両ダンパーを配置する構成とすることもできる。この場合、第１のダンパー部材１１２Ｃ及び第２のダンパー部材１１２Ｄは、何れも、図５に示すように先端が扇型とされている帯状の貫通孔形成用の切り欠き部１１３Ｃ、１１３Ｄが形成されているものとする。これにより、ダンパー１１１の閉鎖時に、上述の態様で貫通孔１５を形成することができる。尚、上述の先端近傍領域同士の重なり幅は２０ｍｍ以上とすることが好ましい。この重なり幅を、このように適度に大きくすることにより、先端近傍領域間の隙間からの輻射熱の出入りをより確実に防ぐことができるようになる。

【0055】

本発明の還元炉及び還元処理ユニットの代表的な使用対象プロセスとして想定されるニッケル酸化鉱石の製錬においては、上述した通り、還元炉の炉内温度は、最大１５００℃程度に達するのでダンパー部材１１２の耐熱温度は１５００℃以上とすることが好ましい。そのような材料の一例として、アルミナファイバー製の断熱ボードであって、密度が２５０ｋｇ／ｍ^３以上の断熱ボードを、ダンパー部材１１２の材料として好ましく用いることができる。ダンパー部材の材料として、このような断熱ボードを採用することにより、適切な貫通孔を形成するための加工が容易に行えるようになる。又、上記の断熱ボードの採用により、ダンパー１１１全体の重量も軽量化されて開閉が容易になる。

【0056】

又、ダンパー１１１を構成する各々のダンパー部材１１２の材料としては、各種の断熱ボードの表面にコーティングを施すことも有効である。例えば、リフラクトリーセラミックファイバー（ＲＣＦ）同士の接着に用いられ、バルクと結合剤を混錬した不定形耐火物用の接着剤である、コーティングセメント（イソライト工業製）、ＭＢセメント（イソライト工業製）或いは、１７Ｄセメント（イソライト工業製）等を、上記のコーティングを行うコート剤として好ましく使用することができる。これらは、一般的には、各種の断熱ボード等、不定形耐火物用の接着剤として用いられているものではあるが、コート性に優れるうえ、ダンパーの強度を向上することでダンパー各部の寸法減少を長期間抑制することが可能である。従って、ダンパー１１１を構成する各々のダンパー部材１１２の極めて好ましい材料として、アルミナファイバーからなる板材の表面に上述した各種の不定形耐火物用の接着剤がコートされてなる断熱ボードを挙げることができる。

【0057】

処理対象物貯留部２１は、ダンパー１１１を介して、熱処理部１１と接続されている。尚、処理対象物貯留部２１には、ダンパー１１１と対向する位置に、「処理対象物」を出し入れするための装入／取出口２１２が設けられている。装入／取出口２１２は、蓋体であり、開閉可能な扉状の構造を有している。又、装入／取出口２１２は、極力空気が入らないように、二重構造の扉（二重扉）とすることが好ましい。処理対象物貯留部２１に「処理対象物」を装入する際には、装入／取出口２１２を開放して行い、熱処理部１１での還元処理時、処理対象物貯留部２１での還元剤供給時、及び処理対象物貯留部２１での冷却時には、装入／取出口２１２を閉めた状態で各操作を実行する。

【0058】

尚、処理対象物貯留部２１は、雰囲気ガスを置換できる構造を有していることが好ましい。置換するガスとしては、不活性ガスであることが好ましい。不活性ガスを流して雰囲気を置換することで、還元済みの処理対象物を処理対象物貯留部２１にて冷却する際に、流通させた不活性ガスが冷却用ガスとして作用して冷却を促進することができる。処理対象物貯留部２１の内部の雰囲気ガスが不活性ガスであることにより、還元済みの処理対象物の酸化を抑制することもできる。尚、上記の不活性ガスとしては、比較的安価で、安定的に入手できる点から、窒素、アルゴン等を用いることができる。又、二酸化炭素も不活性ガスとして用いることができる。又、処理対象物貯留部２１の内供に不活性ガスを流通させることによって、貫通孔１５を通じた熱の対流によって起る処理対象物貯留部２１の内部の温度上昇も抑制することができる。

【0059】

又、処理対象物貯留部２１の熱処理部１１側の開口部には、ダンパー１１１とは別途に、上述のような貫通孔１５が形成されることなく当該開口部の全体を閉鎖することが可能な「補助ダンパー（図示せず）」を更に併設しておくこともできる。還元炉１においてこの「補助ダンパー」を設置した場合には、熱処理部１１の内部に処理対象物投入用柄杓３の処理対象物載置部３２が挿入されている状態においては、「補助ダンパー」を開放しておき、熱処理部１１の外部に処理対象物投入用柄杓３が取り出されている状態においては、「補助ダンパー」を閉鎖すればよい。これにより、還元処理の進行中に、熱処理部内部の温度低下を抑制しながら、処理対象物の出し入れを効率良く行うことができるという本願発明の基本的な作用・効果を享受しながら、尚且つ、熱処理部１１の外部に処理対象物投入用柄杓３が取り出されている状態である場合を含めて、処理対象物貯留部の内部の処理対象物貯留部２１の内部の温度上昇を更に抑制することができる。

【0060】

尚、上記の説明においては、ダンパー１１１の設置位置について、閉鎖時にその下端部が熱処理部１１の床面（即ち、基台１３の天面）に当接するように構成されていること、即ちダンパー１１１が熱処理部の内部の処理対象物貯留部２１寄りの端部に設置されていること（図６参照）を前提にダンパーの作用効果の詳細を説明した。しかしながら、ダンパーの設置位置は、図１０に示すダンパー１１１Ａのように、閉鎖時にその下端部が処理対象物貯留部２１の床面に当接するような構成、即ちダンパー１１１が処理対象物貯留部２１の内部の熱処理部１１寄りの端部に設置されている構成であってもよい。そして、ダンパーを図１０に示すような位置に設置した場合には、熱処理部１１の床面に形成されるガイド溝１３１Ａの幅（ｗ_２）を、処理対象物貯留部の床面に形成されたガイド溝２３１の幅（ｗ_１）よりも大きくすることができる。図１０に示すダンパーの配置を前提とすれば、熱処理部１１の内部の床面に形成されたガイド溝１３１の幅（ｗ_２）を、処理対象物貯留部の床面に形成されたガイド溝２３１の幅（ｗ_１）よりも幅広に拡大したとしても、処理対象物貯留部２１の床面に形成されたガイド溝２３１とダンパー１１１Ａとによって形成される貫通孔１５に、柄３１が契合さえしていれば、貫通孔１５周辺におけるガイド溝１３１及び２３１を通じた熱の出入りを最小限に抑えて、処理対象物貯留部２１の内部の温度上昇を十分に抑制することができるからである。又、ガイド溝１３１Ａの幅（ｗ_２）をガイド溝２３１の幅（ｗ_１）よりも幅広に拡大しておくことにより、仮に柄３１に熱影響による微細な変形が生じた場合にも、ガイド溝１３１Ａ内での柄３１の動きの円滑性が損なわれることを回避して、熱処理部１１内部への処理対象物載置部３２の出し入れの操作容易性を良好に維持することができる。

【0061】

但し、上記のようにガイド溝１３１Ａの幅（ｗ_２）を、処理対象物貯留部の床面に形成されたガイド溝２３１の幅（ｗ_１）よりも大きくする場合であっても、熱処理部１１の床面に形成されるガイド溝１３１Ａの幅（ｗ_２）は、最大でも処理対象物投入用柄杓３の処理対象物載置部３２の幅（ｗ_３）よりは小さくすることが好ましい。ガイド溝１３１Ａの幅（ｗ_２）の拡大の程度をこの範囲内に止めておけば、処理対象物載置部３２を処理対象物貯留部２１寄りに近接させることで、ガイド溝１３１の処理対象物貯留部２１寄りの末端周辺に生じる隙間からの還元ガス及び燃焼ガスの流出を抑制することができるからである。又、熱処理部１１内における、還元ガス及び燃焼ガスの対流は、その大部分が熱処理部１１の側壁の立設する方向、（即ち、ガイド溝の長手方向）に沿った流れであるため、ガイド溝１３１Ａの幅（ｗ_２）を、上述の通り、最大でも処理対象物投入用柄杓３の処理対象物載置部３２の幅（ｗ_３）より小さくしておくことにより、還元ガス、及び燃焼ガスのガイド溝１３１Ａの内部への流入も十分に抑制することができる。これにより、ガイド溝１３１Ａの内部への還元ガス及び燃焼ガスの流入に起因する処理対象物載置部３２及び柄３１の熱変形を抑制することもできる。

【0062】

［還元処理ユニット］
本発明の還元処理ユニットとは、一例として、図１及び図２に示す本発明に係る還元炉１と、図３に示す処理対象物投入用柄杓３との組合せからなる還元処理の実施を目的とする技術的手段である。この還元処理ユニットにおいては、還元炉１においてダンパー１１１の閉鎖時に形成される貫通孔１５の内縁の形状及び大きさが、処理対象物投入用柄杓３の柄３１の部分の中心軸に直交する断面（即ち軸の外縁）の形状及び大きさと略同一となるように、両者の形状及び大きさがそれぞれ最適化されている。これにより、還元処理ユニットにおいては、図６に示すように、処理対象物投入用柄杓３の柄３１の部分を、ダンパー１１１の閉鎖時において、貫通孔１５に挿通させることができて、尚且つ、その状態において、貫通孔１５と処理対象物投入用柄杓３の柄３１の部分を契合させることができる。これにより、還元処理の進行中に、熱処理部内部の温度低下を抑制しながら、処理対象物の出し入れを、効率良く行うことができるので、還元処理の進行中に、熱処理部内部の温度低下を抑制しながら、処理対象物の出し入れを、効率良く行うことができる。又、処理対象物投入用柄杓３の柄３１の部分をガイド溝１３１、２３１に係合させた状態で、出し入れの操作を行うことにより、処理対象物投入用柄杓３をガイド溝に沿う一定方向にのみ安定的に往復移動させることができるので、処理対象物を常に所望の位置に安定的に載置することがきる。

【0063】

尚、本発明の還元処理ユニットにおいては、処理対象物投入用柄杓３を構成する処理対象物載置部３２の長さ（柄３１の長軸方向の長さ）が、熱処理部１１のガイド溝１３１の長さ（柄３１の長軸方向における両端部間の長さ）よりも相対的に大きくなるように両者の形状・大きさが相互に最適に設計されていることがより好ましい。このように全体構成が最適に設計されていることによって、ガイド溝１３１の長さ方向における両端部を処理対象物載置部３２によって覆う状態とすることが可能となり、上述したガイド溝１３１内部への不都合な熱の流入をより遮断しやすくなる。

【0064】

（処理対象物投入用柄杓）
図３は、本発明の還元処理ユニットを構成する処理対象物投入用柄杓３の構成を示す図面である。処理対象物投入用柄杓３は、柄３１と、柄３１の先端に連結された処理対象物載置部３２とを備えている。柄３１は、作業者がその手により、或いは、機械により把持する部分であり、棒状体により構成されている。処理対象物載置部３２は、柄３１の先端に連結されており、その上面（載置面３２１）に処理対象物が載置される。尚、図３では、処理対象物載置部３２が直方体状である実施形態の一例を示しているが、処理対象物載置部の形状は、これに限られず、載置面が凹部を構成し、四方に壁面が立設され、上面が開口した容器のようなもので構成されていてもよい。尚、本発明においては、図３に示すように、柄３１の上部が処理対象物載置部３２の側面下端部に接合されている形態の柄杓を特に好ましく用いることができる。

【0065】

処理対象物投入用柄杓３における柄３１の処理対象物載置部３２への接合形態は、例えば、処理対象物載置部３２の底面に柄３１の側面を当接させ、その状態で溶接や螺子止め等の接合手段を用いて接合した形態であってもよい（図９参照）。この場合、ガイド溝１３１、２３１を図４Ｃに示す形状とすることができる。処理対象物投入用柄杓３とガイド溝１３１、２３１とのこのような組合せによれば、処理対象物載置部３２を熱処理部１１内に円滑且つ正確に移動させることができ、尚且つ、処理対象物載置部３２を熱処理部１１内に配置したときに、処理対象物載置部３２の接合部を除く底面のほぼ全てを、熱処理部１１の床面に密着させることができる。これにより、熱処理部１１における還元処理時に、熱処理部１１の床面に対して平行に処理対象物載置部３２を配置することが可能となり、処理対象物の均一な加熱が行いやすくなるうえ、処理対象物載置部３２の底面に多量の還元ガス、及び燃焼ガスが流れることに起因して、処理対象物載置部３２において底面方向から入熱が過剰となることで、短期間に処理対象物載置部３２、及び柄３１に変形が生じてしまうことも抑制することができる。

【0066】

処理対象物投入用柄杓３の処理対象物載置部３２を構成する材料としては、使用条件に応じた一定以上の耐熱性を有する各種のセラミックとすることができるが、アルミナ質のセラミック、或いは、マグネシア質のセラミックとすることが特に好ましい。

【0067】

又、柄３１を構成する材料としては、処理対象物載置部３２と同様の各種のセラミックとすることができるが、長尺形状であり割れやすく試料の出し入れが困難、或いは不可能となる懸念があるため、ＪＩＳ規格に規定されるステンレス鋼（ＳＵＳ材）とすることが好ましく、耐熱鋼（ＳＵＨ材）とすることが特に好ましい。

【0068】

尚、合金度が高い耐熱鋼であっても耐熱温度は通常１０５０℃程度以下であり、一方で、還元処理の温度（還元温度）は１２００℃以上１５００℃以下と高いため、耐熱鋼の使用限界温度を超えてしまうが、ガイド溝１３１、２３１の形状を、柄３１の外表面の大部分がガイド溝１３１、２３１に係合可能となる形状に形成すれば、柄３１に対して過剰に入熱が生じるといった不都合を効果的に回避して、柄３１自体の温度上昇を抑制することができるので、上記の耐熱鋼を、柄３１を構成する材料として問題なく使用することが可能である。勿論、上記形状に形成することは必須ではなく、本発明においては、処理対象物投入用柄杓３の柄３１の下部、好ましくは、断面視における下部側半分の部分を全て含む部分をガイド溝１３１、２３１の内部に収容させることができるため、柄３１に対する入熱をある程度抑制することが可能であり、しかも、入熱に起因して柄３１が軟化した場合でも、柄３１の外周面がガイド溝１３１、２３１にほぼ接した状態で保持できるため、軟化に伴う柄３１のダレを抑制しやすく、従来法と比較して柄３１の真直状態を維持することが容易である。

【0069】

＜還元炉・還元処理ユニット（第２の実施形態）＞
本発明の還元炉及び還元処理ユニットは、上記において説明した実施形態（第１の実施形態）とは異なる他の実施形態（第２の実施形態）として実施することができる。この「第２の実施形態」は、熱処理部１１の床面及び処理対象物貯留部２１の床面に形成されているガイド溝１３１、２３１が、処理対象物投入用柄杓３の柄３１の全部を収容して係合させることができるガイド溝とされていることによって、ダンパー１１１の下端部の切り欠き部１１３（１１３Ａ、１１３Ｂ）が不要とされている点（図７及び図８参照）が第１の実施形態との相違点であり、それ以外の構成は、上記において既に説明した第１の実施形態と同様である。

【0070】

還元炉及び還元処理ユニットの「第２の実施形態」においては、貫通孔１５がガイド溝のみによって構成されるので、そのことを前提として、ガイド溝１３１、２３１の断面の大きさは、ガイド溝１３１、２３１に柄３１を収容したときに、ガイド溝１３１、２３１と柄３１との隙間が最小限、具体的には、当該隙間（図８におけるクリアランスＣ_１及びＣ_２）が１ｍｍ以下となる大きさに設定することが好ましい。

【0071】

又、還元炉及び還元処理ユニットの「第２の実施形態」においても、「第１の実施形態」同様、ダンパーを図１０に示すような位置に設置した場合には、熱処理部１１の床面に形成されるガイド溝１３１Ａの幅（ｗ２）を、処理対象物貯留部の床面に形成されたガイド溝２３１の幅（ｗ１）よりも大きくすることによる上記各効果を享受することができる。

【0072】

＜還元処理方法＞
本発明の「還元処理方法」（以下、単に「還元処理方法」とも言う）は、還元炉１、或いは、それを含んで構成される上述の「還元処理ユニット」を用いて、処理対象物の還元処理を行う方法である。以下、この「還元処理方法」の具体的な手順の一例を説明する。

【0073】

「還元処理方法」においては、先ず、処理対象物貯留部２１の装入／取出口２１２を開けて処理対象物貯留部２１の内部に装入し、更に、ダンパー１１１を開放して、処理対象物貯留部２１に接続されている熱処理部１１の内部へと装入し、基台１３に載置する。この一連の処理対象物投入用柄杓３の移動のための操作は、柄３１をガイド溝１３１、２３１に契合させた状態で行う。これにより、処理対象物投入用柄杓３をガイド溝に沿う一定方向にのみ安定的に往復移動させることができる。

【0074】

このとき、熱処理部１１内に入れた処理対象物投入用柄杓３を、基台１３の中央部付近まで移動させた後、処理対象物投入用柄杓３それ自体を基台１３の上に置き、その状態のまま（原料鉱石や還元剤等の処理対象物（以下、単に「処理対象物」とも言う）を、収容した処理対象物投入用柄杓３を載置させた状態のまま）還元処理を開始する。即ち、還元処理に際して、処理対象物投入用柄杓３を熱処理部１１内に残したまま加熱を開始する。このような方法によれば、処理対象を処理対象物投入用柄杓３に載置し、その後は、処理対象物投入用柄杓３を、処理対象物貯留部２１を経由して熱処理部１１に出し入れする操作を行うだけで、還元処理を実行することができる。これにより、ダンパー１１１を通じて熱処理部１１に出し入れする際のダンパー１１１の開放時間を短縮して、ダンパー１１１の開放中の熱処理部１１内部の温度低下を抑制することができる。又、処理対象物投入用柄杓３から基台１３上に「処理対象物」を移し変えるとき等にその「処理対象物」が基台１３から落下するといった誤操作を防いだり、バーナー１２による加熱が均一に生じなくなるといった不具合を防いだりすることができる。尚、このような実施態様の場合において、処理対象物投入用柄杓３の処理対象物載置部３２に、灰や炭素質還元剤等を敷いておいてもよい。これにより、その処理対象物載置部３２の載置面での「処理対象物」の融着を防ぐことができる。

【0075】

又、このように処理対象物投入用柄杓３を熱処理部１１内に残した状態においては、その処理対象物投入用柄杓３の柄３１の主な部分は、処理対象物貯留部２１に位置するようになる（図２参照）。そして、処理対象物投入用柄杓３の柄３１の部分が処理対象物貯留部２１内に位置するようにして還元処理を開始することで、還元処理の加熱によって処理対象物投入用柄杓３の柄３１が熱変形してしまうことを防ぐことができる。

【0076】

又、「還元処理方法」においては、還元処理の途中の段階において「処理対象物」を熱処理部１１から処理対象物貯留部２１に移動させることもできる。この場合は、ダンパー１１１を開いた後に、処理対象物投入用柄杓３の柄３１を把持して処理対象物貯留部２１の側からその処理対象物投入用柄杓３を引き出すようにして、「処理対象物」が載置された処理対象物載置部３２の部分を処理対象物貯留部２１内に移動させ、速やかにダンパー１１１を閉鎖する。そして、例えば、処理対象物載置部３２に載置した「処理対象物」に更に炭素質還元剤を追加する作業等、必要な追加作業を処理対象物貯留部２１の内部において、適宜行うことができる。このように、熱処理部１１と処理対象物貯留部２１との間の「処理対象物」の移動を、処理対象物投入用柄杓３を移動させることによって行うことで、円滑に移動させることができる。又、これらの処理対象物投入用柄杓３の移動のための操作も、上記同様、柄３１をガイド溝１３１、２３１に契合させた状態で行うことにより、処理対象物投入用柄杓３をガイド溝に沿う一定方向にのみ安定的に往復移動させることができる。

【0077】

そして、還元処理の終了後には、処理対象物貯留部２１の内部からダンパー１１１を開放して、還元処理により得られた還元物を、熱処理部１１から処理対象物貯留部２１を経由して取り出す。還元物の取り出しに際しては、処理対象物貯留部２１において還元物の冷却を行う。処理対象物貯留部２１での還元物の冷却は、処理対象物貯留部２１の内部からダンパー１１１を閉鎖した状態で行う。これにより、熱処理部１１からの高温の熱が処理対象物貯留部２１内に入り込むことを防いで、効率的に冷却を行うことができる。

【0078】

又、処理対象物貯留部２１での還元物の冷却を行う際には、処理対象物貯留部２１の内部に、不活性ガスを流通させることが好ましい。これにより、不活性ガスが冷却用ガスとして作用して、還元処理により得られた還元物を所定の温度にまで効率良く冷却することができる。又、不活性ガスが充満している環境下では、還元処理により得られた還元物の酸化を抑制することもできる。又、還元炉１が上記の「補助ダンパー」を備えている場合であれば、「補助ダンパー」も閉鎖した状態で冷却処理を行うことにより、熱処理部１１からの高温の熱が処理対象物貯留部２１の内部に入り込むことによる処理対象物貯留部２１内部の温度をより好ましい低温度範囲内により確実に防ぐことができる。

【0079】

＜試験操業としての実施形態＞
本発明の「還元炉」、「還元処理ユニット」、「還元処理方法」は、何れも、還元処理を含む実装業に反映させるための各種データを取得することを目的とした還元処理の試験操業を行うための技術的手段としても好ましく用いることができる。例えば、還元炉１に少量のペレットを装入し、還元処理を行い、生成した還元物の取り出しを行って、上述の各種データを取得することができる。

【0080】

還元炉に限らず、一般的に炉には、試料等の処理産物の出し入れのための開口部が必要となる。酸素の巻き込みや熱の拡散、外気の影響等を防ぐために、その開口部の大きさは小さい方が好ましい。ところが、特に、試験操業用に比較的小規模な炉を用いる場合、相対的に開口部のサイズは大きくなり、試験によって得られるデータの誤差発生の要因になるという問題がある。この問題に対して、本発明の適用により、還元炉１を試験炉として用いることによって、開口部の大きさを確保しながら、急激な温度変化を抑制することができるので、炉内での還元状況の正確なデータを得て操業に反映させることができるようになる。又、本発明の還元炉・還元処理ユニットを採用することによれば、上述の通り、処理対象物投入用柄杓３の柄３１の加熱雰囲気中への暴露を低減して、処理対象物投入用柄杓３全体の変形も抑制することもできるので、処理対象物の出し入れ作業の操作容易性を良好に維持して精度の高い試験をより容易に継続できるようになる。

【実施例0081】

以下、本発明の実施例を示してより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
図１及び図２に示す構成からなる還元炉１及び図３に示す処理対象物投入用柄杓３と同様の形状・構成からなる還元炉と処理対象物投入用柄杓とからなる「還元処理ユニット」を用いて、ニッケル酸化鉱石と炭素質還元剤との混合物を処理対象物とし、本発明の上述した「還元処理方法」の手順に則り、還元処理の試験操業を行った。

【0082】

（還元炉と処理対象物投入用柄杓（還元処理ユニット））
実施例で用いる還元炉１のダンパーの形状と配置は、図４Ａに示す通りとした。又、上記の還元炉において、ダンパーによって閉鎖される熱処理部の開口部のサイズは、１３０ｍｍ×１００ｍｍとし、処理対象物投入用柄杓の外径とダンパーの閉鎖時に形成される貫通孔の内径は２０ｍｍとした。

【0083】

（還元処理方法）
実施例の具体的な作業手順は以下の通りとした。先ず、処理対象物投入用柄杓に載置した処理対象物を、載置面に載置した状態のまま、処理対象物投入用柄杓の柄の下部をガイド溝に契合させた状態で移動させて熱処理部内に挿入し、その後、処理対象物を上記の載置面に載置したままの状態で、且つ、処理対象物投入用柄杓の柄の部分はダンパーの閉鎖時に形成される上記の貫通孔に挿通されている状態で、ダンパーを閉鎖し、１４００℃×３０分の加熱条件で還元処理を行った。そして、その後、ダンパーを開放し、処理対象物投入用柄杓に載置されたまま還元処理を終えた処理対象物を載置面に載置されている状態のままで、上記同様に柄の下部をガイド溝に契合させた状態で挿入時とは反対方向に処理対象物投入用柄杓を移動させることによって、処理対象物貯留部に移動させ、還元処理済の処理対象物を、同室内において、ダンパーを閉鎖した状態で、１５分冷却してから、大気中に取り出した。処理対象物貯留部の内部には窒素を常時流して処理した。

【0084】

実施例の試験操業で得られた還元処理済の処理対象物について、組成分析を行うことにより、下記（式１）により定義される、ニッケルメタル化率について、ＩＣＰ発光分光分析器（ＳＨＩＭＡＺＵ Ｓ－８１００）により分析して算出した。結果を表１に示す。
（式１） ニッケルメタル率＝混合物中のメタル化したＮｉの量÷（混合物中の全てＮｉの量）×１００（％）

【0085】

【表1】

【0086】

ここで、ニッケル酸化鉱石の還元処理を含む一般的なニッケル酸化鉱石の製錬プロセスにおいて求められる「Ｎｉメタル化率」は、通常、９７％～９９％程度である。実施例の試験操業においては、十分な「Ｎｉメタル化率」を維持できているが、併せて、熱処理部と処理対象物貯留部との間の「処理対象物」の全ての移動を、処理対象物投入用柄杓を略平行にガイド溝に沿って移動させることのみによって簡単に行うことができるようにされていることにより、処理対象物の載置面からの零れ落ちも全くなく、速やかに各移動を完了させることができた。

【0087】

以上より、本発明によれば、熱処理部と処理対象物貯留部が接続されてなる箱型の還元炉において、還元処理の進行中に、熱処理部内部の温度低下を抑制しながら、処理対象物の出し入れを効率良く行うことができることが確認された。

【0088】

［処理対象物投入用柄杓の変形試験について］
追加試験として、ガイド溝の有無による処理対象物投入用柄杓の構成要素である柄の熱変形の差異を検証する試験を行った。

【0089】

（実施例）
先ず、図９に示す接合形態の処理対象物投入用柄杓を準備し、還元炉については、熱処理部内に設置した基台の天面と前記処理対象物貯留部の床面に下記に示す断面形状であって、図７の形状の処理対象物投入用柄杓の柄の全体を収容可能なサイズのガイド溝を設けたことの他は、上記試験の実施例の試験操業で用いた還元炉と同一構成の還元炉を実施例の還元炉とした。具体的に、処理対象物投入用柄杓は、柄がＳＵＳ３１０Ｓで作成された全長が１．５ｍ程度の丸棒（φ１８ｍｍ）のもので、処理対象物載置部が処理対象物投入用柄杓の挿入方向に沿った長さが３６０ｍｍ程度、挿入方向に対して直交する方向の長さが９０ｍｍ程度、高さが３０ｍｍ程度のＳＵＳ３１０Ｓで作成された直方体状の上面が開放された容器のものを用いた。ガイド溝は、幅及び深さが１９ｍｍ程度であり、尚且つ、その下面が上記柄の下半分にほぼ契合するように、幅方向の断面において、最下部が半円形状となるように形成した。この実施例の還元炉においては、熱処理部内に処理対象物載置部を配置したときに、上記の天面上に処理対象物載置部の底面全体が当接する。

【0090】

（比較例）
一方で、熱処理部内に処理対象物投入用柄杓の装入方向に沿って天面が平坦な一組の支柱を設け、その支柱によって（柄を間に挟んで）、処理対象物載置部の両端部のみを支持した場合、即ち、還元処理の進行中に、処理対象物投入用柄杓の柄がガイド溝に収容されないようにした点を実施例との相違点とした還元炉を比較例の還元炉とした。そして、両者の間で、処理対象物投入用柄杓の柄において、還元処理前後でどの程度の熱変形が生じるかを比較検証した。

【0091】

上記試験は、具体的には、実施例・比較例それぞれの還元炉の熱処理部内に処理対象物載置部を配置した状態で、所定の温度、及び時間で加熱処理を施した後に、ダンパーを開放し挿入時とは反対方向に処理対象物投入用柄杓を移動させることによって、処理対象物貯留部に移動させ、同室内においてダンパーを閉鎖した状態で１０分冷却し、その冷却が完了した時点で大気中に取り出し調査した。そして、１ｍｍ／ｍ未満の歪のときは「〇」、１ｍｍ／ｍ以上１０ｍｍ／ｍの歪のときは「△」、１０ｍｍ／ｍ以上の歪及び破断して取り出せなかった場合を「×」と評価した。

【0092】

試験結果を下記表２に示す。実施例では、殆どのケース（Ｎｏ１～Ｎｏ４）において歪が１ｍｍ／ｍ以内となった。Ｎｏ５のケースにおいても、歪は１０ｍｍ／ｍ以内に抑制され、処理対象物投入用柄杓を継続使用できることが確認できた。一方、比較例では、全てのケースで歪が１０ｍｍ／ｍを超えてしまい、処理対象物投入用柄杓の継続使用が困難となった。

【0093】

【表2】

【0094】

上記試験結果に示される通り、本発明が、処理対象物投入用柄杓の柄の熱変形抑制においても有利な効果を発揮し得ることが確認された。

【符号の説明】

【0095】

１ 還元炉
１１ 熱処理部
１１１ ダンパー
１１２（１１２Ａ～Ｄ） ダンパー部材
１１３Ａ～Ｄ 貫通孔形成用の切り欠き部
１２ バーナー
１３ 基台
１３１、２３１ ガイド溝
１４ 排気口
１５ 貫通孔
２１ 処理対象物貯留部
２１２ 装入／取出口
３ 処理対象物投入用柄杓
３１ 柄
３２ 処理対象物載置部
３２１ 載置面
Ｓ１ 混合処理工程
Ｓ２ 混合物形成工程
Ｓ３ 還元工程
Ｓ４ 回収工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】