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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-04
(45)【発行日】2024-06-12
(54)【発明の名称】還元鉄の製造設備および還元鉄の製造方法
(51)【国際特許分類】
C21B 13/00 20060101AFI20240605BHJP
C22B 1/16 20060101ALI20240605BHJP
C22B 7/02 20060101ALI20240605BHJP
【ＦＩ】
C21B13/00 101
C22B1/16 K
C22B7/02 A
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2023565053
(86)(22)【出願日】2022-11-30
(86)【国際出願番号】 JP2022044198
(87)【国際公開番号】W WO2023100936
(87)【国際公開日】2023-06-08
【審査請求日】2024-04-08
(31)【優先権主張番号】P 2021194494
(32)【優先日】2021-11-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100217249
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 耕一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100221279
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 健吾
(74)【代理人】
【識別番号】100207686
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 恭宏
(74)【代理人】
【識別番号】100224812
【弁理士】
【氏名又は名称】井口 翔太
(72)【発明者】
【氏名】牛尾 昌史
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 公仁
(72)【発明者】
【氏名】飯島 孝
【審査官】中西 哲也
(56)【参考文献】
【文献】特開平０２－１７５８０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５０－１４９５１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２０／１１１６６６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３４１９８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２１Ｂ １１／００－１５／０４
Ｃ２２Ｂ １／００－６１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
流動化時に熱分解しない媒体粒子が流動して形成された流動層で、鉄分を含有するメディアン径が５０μｍ以下の原料微粉から造粒粉を造粒する造粒装置と、前記造粒粉が流動して形成された流動層で、少なくとも前記造粒粉を還元する還元装置と、を備える、還元鉄の製造設備。
【請求項2】
前記還元装置は、循環流動層を形成する一つ以上の循環流動層還元装置または気泡流動層を形成する一つ以上の気泡流動層還元装置の少なくともいずれかを備える、請求項１に記載の還元鉄の製造設備。
【請求項3】
前記還元装置は、少なくとも一部未還元の鉄鉱石の微粒子を含むダストを捕集する捕集装置を有する、請求項１または２に記載の還元鉄の製造設備。
【請求項4】
前記還元装置は、前記捕集装置により捕集された前記ダストを前記造粒装置の造粒容器に送入する送入装置を有する、請求項３に記載の還元鉄の製造設備。
【請求項5】
前記造粒装置が有する前記媒体粒子は、融点が１２００℃超である、炭化物、酸化物または窒化物の少なくとも１種以上を含む、請求項１又は２に記載の還元鉄の製造設備。
【請求項6】
前記造粒装置は、前記流動層における圧力損失を測定する機構を含む、請求項１又は２に記載の還元鉄の製造設備。
【請求項7】
前記造粒装置は、前記流動層から前記造粒粉を分離する造粒粉分離装置を備え、前記造粒粉分離装置は、磁選、乾式篩い分け、風力分級、または沈降分級の少なくともいずれかの機構を含む、請求項１又は２に記載の還元鉄の製造設備。
【請求項8】
前記流動層が内部に形成された造粒容器は、前記流動層が配された領域における水平断面の断面積よりも、前記造粒容器の前記流動層より上部のフリーボード部における水平断面の最大断面積の方が大きくなっていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の還元鉄の製造設備。
【請求項9】
前記流動層が内部に形成された造粒容器において、前記流動層より上部のフリーボード部における水平断面の最大断面積は、前記フリーボード部におけるガス空塔速度が前記原料微粉の終末速度となるときの断面積より大きい、請求項１又は２に記載の還元鉄の製造設備。
【請求項10】
前記還元装置は、前記造粒粉を前記還元装置の内部に供給する管を備え、前記管により、前記還元装置と前記造粒装置とが接続されている、請求項１又は２に記載の還元鉄の製造設備。
【請求項11】
流動化時に熱分解しない媒体粒子が流動して形成された流動層で、鉄分を含有するメディアン径が５０μｍ以下の原料微粉から造粒粉を造粒する造粒工程と、前記造粒粉が流動して形成された流動層で、少なくとも前記造粒粉を還元する還元工程と、を有する、還元鉄の製造方法。
【請求項12】
前記還元工程では、一つ以上の循環型流動層反応容器、一つ以上の気泡型流動層反応容器、または、一つ以上の循環型流動層反応容器および一つ以上の気泡型流動層反応容器が用いられる、請求項１１に記載の還元鉄の製造方法。
【請求項13】
前記還元工程では、少なくとも一部未還元の鉄鉱石の微粒子を含むダストが捕集される、請求項１１または１２に記載の還元鉄の製造方法。
【請求項14】
前記還元工程で捕集された前記ダストを前記造粒工程に用いる、請求項１３に記載の還元鉄の製造方法。
【請求項15】
前記造粒工程で用いられる前記媒体粒子は、融点が１２００℃超である、炭化物、酸化物または窒化物の少なくとも１種以上を含む、請求項１１又は１２に記載の還元鉄の製造方法。
【請求項16】
前記造粒工程では、前記流動層における圧力損失が測定される、請求項１１又は１２に記載の還元鉄の製造方法。
【請求項17】
前記造粒工程では、前記流動層から前記造粒粉が分離され、前記造粒粉の分離は、磁選、乾式篩い分け、風力分級、または沈降分級の少なくともいずれかにより行われる、請求項１１又は１２に記載の還元鉄の製造方法。
【請求項18】
前記流動層が内部に形成された造粒容器は、前記流動層が配された領域における水平断面の断面積よりも、前記造粒容器の前記流動層より上部のフリーボード部における水平断面の最大断面積の方が大きくなっていることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の還元鉄の製造方法。
【請求項19】
前記造粒工程において形成された前記流動層より上部のフリーボード部における水平断面の最大断面積は、前記フリーボード部におけるガス空塔速度が前記原料微粉の終末速度となるときの断面積より大きい、請求項１１又は１２に記載の還元鉄の製造方法。
【請求項20】
流動化時に熱分解しない媒体粒子が流動して形成された流動層で、鉄分を含有するメディアン径が５０μｍ以下の原料微粉から前記造粒粉を造粒する造粒装置と、前記造粒粉を還元する還元装置と、を接続し、前記還元装置に備えられた管を介して、前記造粒粉は、前記還元装置に供給される、請求項１１又は１２に記載の還元鉄の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、還元鉄の製造設備および還元鉄の製造方法に関する。本願は、２０２１年１１月３０日に、日本に出願された特願２０２１－１９４４９４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【0002】
近年、扱いが容易な粒径であり、脈石成分の少ない高品位の鉄鉱石原料が減少している。そのため、選鉱を経て脈石が除去されて粒径が小さくなった微粉鉱石や、脈石成分が多く劣質であり、微小粒径の鉱石を含む粒度範囲の広い粉状の鉄鉱石を還元処理する方法が求められている。
【0003】
上記のような微粉鉱石や粉状鉄鉱石を還元して還元鉄を製造する方法として、例えば、これらをペレット等に塊成して、当該ペレット等をシャフト炉で還元する方法や、微粉鉱石や粉状鉄鉱石を塊成することなく還元ガスと反応させる方法がある。後者の方法には、例えば、流動層を用いた方法が挙げられる。
【0004】
流動層は、容器内で粉体がガス等の流体で吹き上げられて浮遊懸濁状態となり、粉体が流動状態となった層である。流動層を形成する粉体は、単位体積当たりの比表面積が大きいため、流動層は化学反応や熱交換等に適用される。シャフト炉を用いた鉄鉱石の還元に要するコストは、塊成化に要するコストが大きい。そのため、粉状鉄鉱石から還元鉄を得る製鉄プロセスに粉状鉄鉱石の塊成化が不要な流動層を利用した方法は、コスト面で非常に有利となる可能性がある。一方で、流動層を利用した還元方法では、粉状鉄鉱石の粒子同士が還元過程で接着し、処理容器の内部が閉塞する場合がある。したがって、流動層を利用する場合、粉状鉄鉱石の還元過程での接着を防止しつつ、所定の還元率に達するような操業方法を見出すことが重要である。
【0005】
通常、流動層で粉体を処理する際には、対象となる粉体の比重および粒度に応じて容器内に供給するガスの流速が設定され、粉体が流動状態となるために必要な最小のガス流速（最小流動化速度）以上の流速により処理容器内で流動層が実現される。
【0006】
還元鉄を得るための製鉄プロセスとして粉状鉄鉱石を対象とした流動層による還元技術には多数の報告例がある。
【0007】
例えば、非特許文献１には、流動層を利用して、水素ガスで粒径が０．１～２．０ｍｍの鉄鉱石粉を還元するプロセスが開示されている。このプロセスでは、粒径が０．１ｍｍ未満の小さな微粉を処理できないことから、０．１ｍｍ未満の鉄鉱石粉やダストは、混合機でバインダーやその他の造粒助剤と混合され、処理可能な大きさに造粒される。
【0008】
非特許文献２には、ウスタイト（Ｆｅ１－ｘＯ）を含有し、難流動性の微粉である転炉ダストを還元処理するために、転炉ダストよりも粒径が大きい流動性の媒体粒子を流動化させた一段の流動層へ転炉ダストを導入する粉粒流動層による処理方法が記載されている。
【0009】
特許文献１には、微粒子状鉄を含むブリケットを製造する方法が開示されており、この方法において、０．００５ｍｍ～１２ｍｍの微粒子状鉄鉱石が流動層で還元されている。
【0010】
特許文献２には、ミクロンサイズの粒子を含む金属含有材を直接還元する工程において、金属含有材、固体炭素質材料、酸素含有ガスおよび流動化ガスを流動層容器内の流動層へ供給して該流動層容器内の流動層を維持することと、金属含有材を前記流動層容器内で少なくとも部分的に還元することと、少なくとも部分的に還元された金属含有材を含む生成物流を前記流動層容器から排出することとを含み、
（ａ）前記流動層内における炭素リッチな区域を確立および維持すること、
（ｂ）金属化された材料を含む金属含有材を前記炭素リッチな区域を通過させること、および
（ｃ）該炭素リッチな区域内に酸素含有ガスを噴射し、金属化された材料、固体炭素質材料および他の被酸化性固形物およびガスを酸化させ、粒子に調節されたアグロメレーションをもたらすことを特徴とする金属含有材を直接還元する工程が開示されている。
（ａ）前記流動層内における炭素リッチな区域を確立および維持すること、
（ｂ）金属化された材料を含む金属含有材を前記炭素リッチな区域を通過させること、および
（ｃ）該炭素リッチな区域内に酸素含有ガスを噴射し、金属化された材料、固体炭素質材料および他の被酸化性固形物およびガスを酸化させ、粒子に調節されたアグロメレーションをもたらすことを特徴とする金属含有材を直接還元する工程が開示されている。
【0011】
特許文献３には、３段流動床反応器に微粒の鉄鉱石を装入し、還元ガスを供給して装入された微粒の鉄鉱石を還元させて海綿鉄を製造した後、前記海綿鉄を溶融ガス化炉に装入して溶融銑鉄を製造する溶融還元法が開示されている。特許文献３に記載の技術は、溶融ガス化炉から排出された排気ガスを還元ガスとダストとに分離している。分離された還元ガスは最終流動床反応器の下部に供給し、分離されたダストのうち粒子の小さいダストを前記最終流動床反応器の分散板上部に供給して、前記各流動床反応器内に流動している微粒の鉄鉱石に被覆させることにより、微粒の鉄鉱石の相互粘着と前記分散板への粘着を防止することを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【文献】国際公開第２０１１／１０７３４９号
【文献】国際公開第２００５／１１６２７４号
【文献】国際公開第０１／０４６４７８号
【非特許文献】
【0013】
【文献】D. Nuber, H. Eichberger and B. Rollinger “Circored fine ore direct reduction”， Millennium Steel, (2006), 37.
【文献】宝田恭之ら、他６名、”粉粒流動層を用いた転炉微細ダストからの粉鉄の製造”、化学工学論文集、第１９巻、第３号、（１９９３）、ｐ．５０５～５１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
上記の先行技術のように、流動層は全ての粒度範囲に対応可能な粉状鉄鉱石の還元処理法ではない。多くのプロセスでは、主たる粉状鉄鉱石の粒径に合わせたガス流速が選択されているが、粉状鉄鉱石に含まれる粒径がより小さい微粉鉱石に対して、そのガス流速は大きすぎることが多い。そのため、そのような微粉鉱石は、処理容器外へ吹き飛ばされてしまうのが一般的である。また、粒径の非常に小さな粒子は付着性が高い。これに起因して、チャネリングと呼ばれる、ガス流通時に粉体層におけるガスのバイパス現象が起こることがあり、均一な流動状態を実現することが困難となる場合がある。
【0015】
また、ガス流速を大きくして粉体をガスと同伴させて循環させる循環型流動層（Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ Ｂｅｄ；ＣＦＢ）においても、粒径が小さすぎる粉体はガスと同伴して系外へ排出される傾向がある。一般的な比重の鉄鉱石は、Ｇｅｌｄａｒｔの流動状態図で分類されているとおり、粒径が２０～３０μｍ程度では、難流動性を示す。そのため、通常は、このような微小粒径の鉄鉱石は流動層での処理の対象外とされている。また、単純に粒子に働くＶａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ力を起因とする付着力Ｆと粒子径ｄｐとの間には、Ｆ∝ｄｐの関係が成り立つ。一方、粒子同士の分離力は、粒子の自重Ｗに比例し、Ｗ∝ρｄｐ
３となり、粒子の真密度ρより粒子径ｄｐの寄与が大きい。これらの関係から、一般的に多くの粒子において、５０～１００μｍの粒径を境界に、付着力と自重による分離力がバランスし、粒径がこの領域より小さな粒子は付着力が相対的に大きくなり、粒子同士の凝集や壁面材との付着、閉塞などの問題が発生しやすくなる。
【0016】
非特許文献１に記載された技術においては、粉体を流動化させるために、微粉鉱石とバインダーを用いてより大きな造粒物を造粒しているが、流動層内での造粒物同士の衝突等による微粉化を防止するために、造粒物の強度を高めている。そのため、非特許文献１に記載された技術では、造粒工程と造粒物の強度を高めるための工程にエネルギーやコストを要する。
【0017】
非特許文献２に記載された技術では、媒体粒子を用いてサブミクロン～数十μｍ径の難流動性の微粉鉄酸化物粒子を媒体粒子と共に流動化させるが、微粉鉄酸化物粒子同士の凝集を防止するためにガス流速を大きくし、流動層から微小な還元鉄を飛び去らせて、回収している。この方法は、微粉鉄酸化物が飛び去る過程で還元が十分進行するように流動層内での滞留時間を確保する必要があるが、粒径が小さい粒子ほど滞留時間は短くなるため、処理対象粒子を非特許文献２が対象としている転炉ダストに限定しない場合、その制御は容易でない。したがって、非特許文献２に記載の技術は、対象の酸化鉄粒子の粒径はサブミクロン～数十μｍであり、転炉ダストに限定されずより粒度分布の広い鉱石粉には対応が困難である。
【0018】
特許文献１に記載の技術では、微粉の還元が不十分であるとブリケットにおける鉄の含有率が低下する。このようなブリケットを製鋼の原料として用いた場合、製鋼コストが増加する。微粉は粒径が小さく、還元反応は進行しやすい一方で、還元を進行させる反応槽内からいち早く排出される傾向があるため、還元が不十分となる場合があり、ブリケット化された製品還元鉄における鉄の含有率低下をもたらす懸念がある。
【0019】
特許文献２に記載の技術は、流動層に炭素リッチな区域を用意するために、固形物噴射ランス等の固形物送達装置が必要であり、装置が煩雑となり、コスト増加に繋がる。
【0020】
特許文献３に記載の技術は、分離回収された還元が不十分なダストを流動層に導入して、当該ダストを金属鉄粒子に被覆することで金属鉄粒子同士の接着を防止するとしている。しかしながら、導入されたダストは、金属鉄粒子に付着する前にガスによって流動層から飛び去る可能性があり、そのため、金属鉄粒子同士の接着を防止することができない可能性がある。
【0021】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、本発明は、流動層を用い、微粉鉱石を高い歩留りかつ低コストで還元することができる、還元鉄の製造設備および還元鉄の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0022】
流動化困難な微小な粒子径の微粉鉱石は付着性が高く、また、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）やウスタイト（Ｆｅ１－ｘＯ）など還元が途中まで進行している微粉の場合には再酸化性が高く、再酸化による発熱を伴ってシンタリングが起こり凝集しやすい。また、流動層を用いた鉄鉱石の還元プロセスでは、鉄鉱石が微粉の場合、還元に伴って金属鉄が表層に現れると粒子同士の接着（スティッキング）により凝集しやすい。本発明者らは、これらの点に着目し、従来の流動層を用いた製鉄プロセスでは忌避される凝集現象を積極的に用いて、難流動性の微粉鉱石を取り扱いが容易なサイズの鉄鉱石に自己造粒させることを着想した。本発明者らは、具体的には、流動層で微粉鉱石を凝集させて流動化容易な粒径に造粒した後、流動層を用いた還元プロセスへ造粒粉を導入することを着想した。ただし、従来から問題となっているとおり、難流動性の微粉鉱石からなる粉体では流動化が困難である。また、凝集現象が進行すると造粒容器内の目詰まりや閉塞が生じる。本発明者らの検討により、造粒容器内の流動層の形成を補助するために流動媒体として粗粒を装入しておくことで、粗粒により形成される流動層中で微粉鉱石を流動させながら目詰まりや閉塞が生じない程度に凝集させることができることが分かった。本発明者らが想到したような、難流動性を示す粒径の微粉鉄鉱石を流動させながら流動化容易な径まで造粒させ、還元鉄生産プロセスに応用する技術は報告されていない。さらに、凝集粉（造粒粉）を用いて、流動層で微粉鉱石を歩留り良く還元することができることが分かった。
【0023】
上記知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。
［１］ 本発明の一態様に係る還元鉄の製造方法は、流動化時に熱分解しない媒体粒子が流動して形成された流動層で、鉄分を含有するメディアン径が５０μｍ以下の原料微粉から造粒粉を造粒する造粒装置と、上記造粒粉が流動して形成された流動層で、少なくとも上記造粒粉を還元する還元装置と、を備える。
［２］ 上記［１］に記載の還元鉄の製造設備では、上記還元装置は、循環流動層を形成する一つ以上の循環流動層還元装置または気泡流動層を形成する一つ以上の気泡流動層還元装置の少なくともいずれかを備えていてもよい。
［３］ 上記［１］または［２］に記載の還元鉄の製造設備では、上記還元装置は、少なくとも一部未還元の鉄鉱石の微粒子を含むダストを捕集する捕集装置を有していてもよい。
［４］ 上記［３］に記載の還元鉄の製造設備では、上記還元装置は、上記捕集装置により捕集された上記ダストを上記造粒装置の造粒容器に送入する送入装置を有していてもよい。
［５］ 上記［１］～［４］のいずれかに記載の還元鉄の製造設備では、上記造粒装置が有する上記媒体粒子は、融点が１２００℃超である、炭化物、酸化物または窒化物の少なくとも１種以上を含んでいてもよい。
［６］ 上記［１］～［５］のいずれかに記載の還元鉄の製造設備は、上記流動層における圧力損失を測定する機構を含んでいてもよい。
［７］ 上記［１］～［６］のいずれかに記載の還元鉄の製造設備は、上記流動層から上記造粒粉を分離する造粒粉分離装置を備え、上記造粒粉分離装置は、磁選、乾式篩い分け、風力分級、沈降分級の少なくともいずれかの機構を含んでいてもよい。
［８］ 上記［１］～［７］のいずれかに記載の還元鉄の製造設備では、上記流動層が内部に形成された造粒容器は、上記流動層が配された領域における水平断面の断面積よりも、上記造粒容器の上記流動層より上部のフリーボード部における水平断面の最大断面積の方が大きくなっていてもよい。
［９］ 上記［１］～［８］のいずれかに記載の還元鉄の製造設備では、上記流動層が内部に形成された造粒容器において、上記流動層より上部のフリーボード部における水平断面の最大断面積は、上記フリーボード部におけるガス空塔速度が上記原料微粉の終末速度となるときの断面積より大きくてもよい。
［１０］ 上記［１］～［９］のいずれかに記載の還元鉄の製造設備では、上記還元装置は、上記造粒粉を上記還元装置の内部に供給する管を備え、上記管により、上記還元装置と上記造粒装置とが接続されていてもよい。
［１］ 本発明の一態様に係る還元鉄の製造方法は、流動化時に熱分解しない媒体粒子が流動して形成された流動層で、鉄分を含有するメディアン径が５０μｍ以下の原料微粉から造粒粉を造粒する造粒装置と、上記造粒粉が流動して形成された流動層で、少なくとも上記造粒粉を還元する還元装置と、を備える。
［２］ 上記［１］に記載の還元鉄の製造設備では、上記還元装置は、循環流動層を形成する一つ以上の循環流動層還元装置または気泡流動層を形成する一つ以上の気泡流動層還元装置の少なくともいずれかを備えていてもよい。
［３］ 上記［１］または［２］に記載の還元鉄の製造設備では、上記還元装置は、少なくとも一部未還元の鉄鉱石の微粒子を含むダストを捕集する捕集装置を有していてもよい。
［４］ 上記［３］に記載の還元鉄の製造設備では、上記還元装置は、上記捕集装置により捕集された上記ダストを上記造粒装置の造粒容器に送入する送入装置を有していてもよい。
［５］ 上記［１］～［４］のいずれかに記載の還元鉄の製造設備では、上記造粒装置が有する上記媒体粒子は、融点が１２００℃超である、炭化物、酸化物または窒化物の少なくとも１種以上を含んでいてもよい。
［６］ 上記［１］～［５］のいずれかに記載の還元鉄の製造設備は、上記流動層における圧力損失を測定する機構を含んでいてもよい。
［７］ 上記［１］～［６］のいずれかに記載の還元鉄の製造設備は、上記流動層から上記造粒粉を分離する造粒粉分離装置を備え、上記造粒粉分離装置は、磁選、乾式篩い分け、風力分級、沈降分級の少なくともいずれかの機構を含んでいてもよい。
［８］ 上記［１］～［７］のいずれかに記載の還元鉄の製造設備では、上記流動層が内部に形成された造粒容器は、上記流動層が配された領域における水平断面の断面積よりも、上記造粒容器の上記流動層より上部のフリーボード部における水平断面の最大断面積の方が大きくなっていてもよい。
［９］ 上記［１］～［８］のいずれかに記載の還元鉄の製造設備では、上記流動層が内部に形成された造粒容器において、上記流動層より上部のフリーボード部における水平断面の最大断面積は、上記フリーボード部におけるガス空塔速度が上記原料微粉の終末速度となるときの断面積より大きくてもよい。
［１０］ 上記［１］～［９］のいずれかに記載の還元鉄の製造設備では、上記還元装置は、上記造粒粉を上記還元装置の内部に供給する管を備え、上記管により、上記還元装置と上記造粒装置とが接続されていてもよい。
【0024】
［１１］ また、本発明の別の態様に係る還元鉄の製造方法は、流動化時に熱分解しない媒体粒子が流動して形成された流動層で、鉄分を含有するメディアン径が５０μ以下の原料微粉から造粒粉を造粒する造粒工程と、上記造粒粉が流動して形成された流動層で、少なくとも上記造粒粉を還元する還元工程と、を有する。
［１２］ 上記［１１］に記載の還元鉄の製造方法における上記還元工程では、一つ以上の循環型流動層反応容器、一つ以上の気泡型流動層反応容器、または、一つ以上の循環型流動層反応容器および一つ以上の気泡型流動層反応容器が用いられてもよい。
［１３］ 上記［１１］または［１２］に記載の還元鉄の製造方法における上記還元工程では、少なくとも一部未還元の鉄鉱石の微粒子を含むダストが捕集されてもよい。
［１４］ 上記［１３］に記載の還元鉄の製造方法では、上記還元工程で捕集された上記ダストを上記造粒工程に用いてもよい。
［１５］ 上記［１１］～［１４］のいずれかに記載の還元鉄の製造方法では、上記造粒工程で用いられる上記媒体粒子は、融点が１２００℃超である、炭化物、酸化物または窒化物の少なくとも１種以上を含んでいてもよい。
［１６］ 上記［１１］～［１５］のいずれかに記載の還元鉄の製造方法における上記造粒工程では、上記流動層における圧力損失が測定されてもよい。
［１７］ 上記［１１］～［１６］のいずれかに記載の還元鉄の製造方法における造粒工程では、上記流動層から上記造粒粉が分離され、上記造粒粉の分離は、磁選、乾式篩い分け、風力分級、または沈降分級の少なくともいずれかにより行われてもよい。
［１８］ 上記［１１］～［１７］のいずれかに記載の還元鉄の製造方法では、上記流動層が内部に形成された造粒容器では、上記流動層が配された領域における水平断面の断面積よりも、上記造粒容器の上記流動層より上部のフリーボード部における水平断面の最大断面積の方が大きくなっていてもよい。
［１９］ 上記［１１］～［１８］のいずれかに記載の還元鉄の製造方法では、上記造粒工程において形成された上記流動層より上部のフリーボード部における水平断面の最大断面積は、上記フリーボード部におけるガス空塔速度が上記原料微粉の終末速度となるときの断面積より大きくてもよい。
［２０］ 上記［１１］～［１９］のいずれかに記載の還元鉄の製造方法では、流動化時に熱分解しない媒体粒子が流動して形成された流動層で、鉄分を含有するメディアン径が５０μｍ以下の原料微粉から上記造粒粉を造粒する造粒装置と、上記造粒粉を還元する還元装置と、を接続し、上記還元装置に備えられた管を介して、上記造粒粉は、上記還元装置に供給されてもよい。
［１２］ 上記［１１］に記載の還元鉄の製造方法における上記還元工程では、一つ以上の循環型流動層反応容器、一つ以上の気泡型流動層反応容器、または、一つ以上の循環型流動層反応容器および一つ以上の気泡型流動層反応容器が用いられてもよい。
［１３］ 上記［１１］または［１２］に記載の還元鉄の製造方法における上記還元工程では、少なくとも一部未還元の鉄鉱石の微粒子を含むダストが捕集されてもよい。
［１４］ 上記［１３］に記載の還元鉄の製造方法では、上記還元工程で捕集された上記ダストを上記造粒工程に用いてもよい。
［１５］ 上記［１１］～［１４］のいずれかに記載の還元鉄の製造方法では、上記造粒工程で用いられる上記媒体粒子は、融点が１２００℃超である、炭化物、酸化物または窒化物の少なくとも１種以上を含んでいてもよい。
［１６］ 上記［１１］～［１５］のいずれかに記載の還元鉄の製造方法における上記造粒工程では、上記流動層における圧力損失が測定されてもよい。
［１７］ 上記［１１］～［１６］のいずれかに記載の還元鉄の製造方法における造粒工程では、上記流動層から上記造粒粉が分離され、上記造粒粉の分離は、磁選、乾式篩い分け、風力分級、または沈降分級の少なくともいずれかにより行われてもよい。
［１８］ 上記［１１］～［１７］のいずれかに記載の還元鉄の製造方法では、上記流動層が内部に形成された造粒容器では、上記流動層が配された領域における水平断面の断面積よりも、上記造粒容器の上記流動層より上部のフリーボード部における水平断面の最大断面積の方が大きくなっていてもよい。
［１９］ 上記［１１］～［１８］のいずれかに記載の還元鉄の製造方法では、上記造粒工程において形成された上記流動層より上部のフリーボード部における水平断面の最大断面積は、上記フリーボード部におけるガス空塔速度が上記原料微粉の終末速度となるときの断面積より大きくてもよい。
［２０］ 上記［１１］～［１９］のいずれかに記載の還元鉄の製造方法では、流動化時に熱分解しない媒体粒子が流動して形成された流動層で、鉄分を含有するメディアン径が５０μｍ以下の原料微粉から上記造粒粉を造粒する造粒装置と、上記造粒粉を還元する還元装置と、を接続し、上記還元装置に備えられた管を介して、上記造粒粉は、上記還元装置に供給されてもよい。
【発明の効果】
【0025】
本発明によれば、流動層を用い、微粉鉱石を高い歩留りかつ低コストで還元することができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明の一実施形態に係る還元鉄の製造設備に備えられる造粒装置の一例を示す図である。
【図2】同実施形態における造粒装置の変形例を示す図である。
【図3】同実施形態における造粒装置の変形例を示す図である。
【図4】同実施形態における造粒装置の変形例を示す図である。
【図5】同実施形態における造粒装置の変形例を示す図である。
【図6】同実施形態における輸送装置の一例を説明するための模式図である。
【図7】同実施形態における輸送装置の別の例を説明するための模式図である。
【図8】同実施形態における輸送装置の別の例を説明するための模式図である。
【図9】同実施形態における圧力測定装置の別の例を説明するための模式図である。
【図10】同実施形態における原料微粉の送入の例を説明するための模式図である。
【図11】同実施形態における原料微粉の送入の別の例を説明するための模式図である。
【図12】同実施形態における原料微粉の送入の別の例を説明するための模式図である。
【図13】同実施形態における分散板の別の例を説明するための模式図である。
【図14】同実施形態における還元装置を構成可能な循環流動層還元装置の模式図である。
【図15】気泡流動層を説明するための模式図である。
【図16】同実施形態における還元装置を構成可能な気泡流動層還元装置の模式図である。
【図17】同実施形態における気泡流動層還元装置の反応器の別の例を示す模式図である。
【図18】還元装置として一つの循環流動層還元装置が備えられた還元鉄の製造設備の一例を示す概略構成図である。
【図19】還元装置として一つの気泡流動層還元装置が備えられた還元鉄の製造設備の一例を示す概略構成図である。
【図20】還元装置として一つの循環流動層還元装置および三つの気泡流動層還元装置が備えられた還元鉄の製造設備の一例を示す概略構成図である。
【図21】還元装置として一つの循環流動層還元装置および一つの気泡流動層還元装置が備えられた還元鉄の製造設備の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付すことにより重複説明を省略する。また、図中の各構成要素の比率、寸法は、実際の各構成要素の比率、寸法を表すものではない。
【0028】
本実施形態に係る還元鉄の製造方法は、流動化時に熱分解しない媒体粒子が流動して形成された流動層で、鉄分を含有するメディアン径が５０μｍ以下の原料微粉から造粒粉を造粒する造粒工程と、造粒粉が流動して形成された流動層で、少なくとも造粒粉を還元する還元工程と、を有する。造粒工程では例えば、以下に説明する、造粒装置１０が用いられ、還元工程では還元装置２０が用いられる。以下に造粒装置１０および還元装置２０について説明する。
【0029】
＜造粒装置１０＞
図１、２を参照して、造粒装置１０を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る還元鉄の製造設備に備えられる造粒装置の一例を示す図である。図２～５は、本実施形態における造粒装置の変形例を示す図である。造粒装置１０は、粉粒流動層（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ；ＰＦＢ）４００を形成する。造粒装置１０は、例えば、図１に示すように、造粒容器１１０と、乾式集塵機１２０と、を備える。造粒装置１０は、適宜、容器１７０を備えてもよい。
図１、２を参照して、造粒装置１０を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る還元鉄の製造設備に備えられる造粒装置の一例を示す図である。図２～５は、本実施形態における造粒装置の変形例を示す図である。造粒装置１０は、粉粒流動層（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ；ＰＦＢ）４００を形成する。造粒装置１０は、例えば、図１に示すように、造粒容器１１０と、乾式集塵機１２０と、を備える。造粒装置１０は、適宜、容器１７０を備えてもよい。
【0030】
［造粒容器１１０］
造粒容器１１０は、底部に配された流動化ガス（供給ガス）のガス供給口１１１と、原料微粉４０３が造粒容器１１０の内部に供給される原料微粉供給口１１２と、ガス供給口１１１よりも上方に配された、複数の通気口を有し、ガスの流れを整流する分散板１１３と、造粒容器１１０の内部のガスの出口である出口１１４と、を有する。造粒容器１１０の内部における分散板１１３より上方には、原料微粉４０３より粒径が大きな媒体粒子４０１が装入されている。
造粒容器１１０は、底部に配された流動化ガス（供給ガス）のガス供給口１１１と、原料微粉４０３が造粒容器１１０の内部に供給される原料微粉供給口１１２と、ガス供給口１１１よりも上方に配された、複数の通気口を有し、ガスの流れを整流する分散板１１３と、造粒容器１１０の内部のガスの出口である出口１１４と、を有する。造粒容器１１０の内部における分散板１１３より上方には、原料微粉４０３より粒径が大きな媒体粒子４０１が装入されている。
【0031】
造粒容器１１０は、粉粒流動層４００が配された領域１１０１と、造粒容器１１０Ａの粉粒流動層４００より上部のフリーボード部１１０２と、を有する。フリーボード部１１０２では、供給ガスの流速に応じて、粉粒流動層４００から飛び出た原料微粉４０３や原料微粉４０３が造粒した造粒粉が存在することがある。
【0032】
造粒装置１０の変形例である造粒装置１０Ａにおける造粒容器１１０Ａは、図２に示すように、粉粒流動層４００が配された領域１１０１における水平断面の断面積よりも、造粒容器１１０Ａの粉粒流動層４００より上部のフリーボード部１１０２Ａにおける水平断面の最大断面積の方が大きく構成されている。こうすることで、造粒容器１１０Ａ内の上部でガス流速が下がり、造粒されていない状態の原料微粉４０３が粉粒流動層４００から吹き上がっても出口１１４から造粒容器１１０Ａ外へ飛び去ることが抑制され、当該原料微粉４０３を落下させて粉粒流動層４００内部に戻すことが可能となる。したがって、造粒容器は、流動層が配された領域における水平断面の断面積よりも、造粒容器の流動層より上部のフリーボード部における水平断面の最大断面積の方が大きくなっていることが好ましい。このようなフリーボード部を有する造粒容器の例を図２～５に示す。例えば、図２に示すように、フリーボード部１１０２Ａは、上方に向かって水平断面の断面積が大きくなっているテーパー形状となっている。また、図３に示すように、フリーボード部１１０２Ｂは、途中までテーパー形状であり、それより上方では一定の断面積となった直胴形状となっている。また、図４に示すように、フリーボード部１１０２Ｃは、その下方部分と上方部分とで水平断面の断面積が異なり、上方部分の断面積が下方部分の断面積よりも大きい形状となっている。また、図５に示すように、フリーボード部１１０２Ｄは、正面視で、一方の側面が鉛直に延びており、他方の側面が鉛直方向に対して傾いて延び、上方に向かって水平断面の断面積が大きくなるような形状となっている。図２～５に示したフリーボード部１１０２Ａ、１１０２Ｂ、１１０２Ｃ、１１０２Ｄは、あくまでも、造粒容器１１０における領域１１０１の水平断面の断面積よりも水平断面の最大断面積が大きく構成されているフリーボード部の一例である。造粒容器１１０における領域１１０１の水平断面の断面積よりも水平断面の最大断面積が大きいフリーボード部の形状は、図２～５に示した形状を組み合わせた形状であってもよいし、図２～５に示した形状以外の形状であってもよい。
【0033】
更に、各フリーボード部１１０２、１１０２Ａ、１１０２Ｂ、１１０２Ｃ、１１０２Ｄにおける水平断面の最大断面積は、フリーボード部におけるガスの空塔速度が原料微粉４０３の終末速度となるときの断面積より大きいことが好ましい。フリーボード部における水平断面の断面積、並びに、供給ガスの流速、供給ガスの密度、原料微粉４０３の粒子径、及び、原料微粉４０３の粒子密度によっては、フリーボード部におけるガスの空塔速度が原料微粉４０３の終末速度よりも大きくなる場合がある。しかしながら、各フリーボード部１１０２、１１０２Ａ、１１０２Ｂ、１１０２Ｃ、１１０２Ｄにおける水平断面の最大断面積を、フリーボード部におけるガスの空塔速度が原料微粉４０３の終末速度となるときの断面積より大きくすることで、フリーボード部におけるガスの空塔速度が原料微粉４０３の終末速度よりも小さくなり、原料微粉４０３が造粒容器１１０から飛び出ることをより一層抑制することができる。
【0034】
原料微粉４０３の終末速度ｕｔ（ｍ／ｓ）は、原料微粉４０３の粒子を球状に一次近似した場合に、以下の式（１）で表すことができる。
【0035】
【数1】
【0036】
上記式（１）中、ｇ（ｍ／ｓ2）は重力加速度、ρp（ｋｇ／ｍ3）は原料微粉４０３の粒子密度、ρf（ｋｇ／ｍ3）は供給ガスの密度、Ｄp（ｍ）は原料微粉４０３のメディアン径、Ｃｄ（－）は抗力係数であってレイノルズ数Ｒｅによって整理され、Brown and Lawlerの近似式（式（２））を用いて下記で表される。
【0037】
Ｃｄ＝（２４（１＋０．１５Ｒｅ0.681）／Ｒｅ）＋（０．４０７／（１＋８７１０Ｒｅ-1） …式（２）
【0038】
ｇ＝９．８（ｍ／ｓ2）、原料微粉４０３を構成し得る鉄鉱石粒子の真密度は脈石成分の含有率に依存するが、多くの場合、ρp＝４０００～５３００ｋｇ／ｍ3）である。また、供給ガスのガス密度ρfは、候補となるガス種の混合条件の範囲としてρf＝０．０８９９～１．７８４（ｋｇ／ｍ3）とし、Ｄp＝５０×１０-6（ｍ）、及び、Ｒｅ＝０．０１～２とすると、式（１）、（２）より、原料微粉４０３の終末速度ｕｔは０．０３～０．５ｍ／ｓとなる。
【0039】
詳細は後述するが、供給ガスの流速Ｕは、流動層の最小流動化速度以上であり、例えば、０．０２ｍ／ｓ以上０．８ｍ／ｓ以下である。例えば、原料微粉４０３の終末速度ｕｔを０．５ｍ／ｓとし、供給ガスの流速Ｕを０．８ｍ／ｓとして造粒粉を造粒する場合、フリーボード部における水平断面の最大断面積を流動化部の断面積に対して０．８／０．５倍（＝１．６倍）超にすることで、フリーボード部におけるガスの空塔速度が原料微粉４０３の終末速度よりも小さくなり、原料微粉４０３が造粒容器１１０から飛び出ることをより一層抑制することができる。
【0040】
原料微粉４０３のメディアン径が小さい程、原料微粉４０３の終末速度ｕｔは小さくなる。そのため、原料微粉４０３が造粒容器１１０から飛び出ることを抑制するために、原料微粉４０３のメディアン径が小さい程、フリーボード部における水平断面の最大断面積は大きければよい。ただし、設備設計の観点から、フリーボード部における水平断面の最大断面積は３０００倍未満とすることが好ましい。
【0041】
上記の通り、フリーボード部における水平断面の断面積は、供給ガスの流速、原料微粉４０３のメディアン径、原料微粉４０３の粒子の密度等により定められればよい。
【0042】
原料微粉供給口１１２から原料微粉４０３が送入されるが、原料微粉供給口１１２には、適宜、原料微粉４０３の送入を制御する装置が設けられてもよい。そのような装置として、例えば、スライドゲートやスプレッダが挙げられる。なお、原料微粉供給口１１２からは、媒体粒子４０１が送入されてもよい。
【0043】
分散板１１３は、複数の通気口を有する板である。ガス供給口１１１から造粒容器１１０の内部に供給された供給ガスは、分散板１１３の通気口を通過して整流される。
【0044】
出口１１４は、造粒容器１１０の内部のガスの出口である。供給ガスの流速によっては、出口１１４から原料微粉４０３が造粒容器１１０の外へ排出されることがある。したがって、出口１１４には、後述する乾式集塵機１２０が接続されていることが好ましい。
【0045】
［乾式集塵機１２０］
造粒装置１０では、出口１１４から排出された排ガス（オフガス）に、原料微粉４０３が含まれる場合がある。そこで、乾式集塵機１２０を用いて、オフガスに含まれる原料微粉４０３を捕集することが好ましい。乾式集塵機１２０は、図１に示すように、出口１１４に接続される。原料微粉４０３を含む排ガスが出口１１４を通じて乾式集塵機１２０に送られ、乾式集塵機１２０により原料微粉４０３が捕集される。乾式集塵機１２０としては、例えば、サイクロンやマルチクロン、セラミックフィルターなどを用いることができる。乾式集塵機１２０で捕集された原料微粉４０３は、再度造粒容器１１０に送入することができる。例えば、図１に示すように、乾式集塵機１２０の下方にはバルブ１２１を有する配管が設けられており、当該配管を介して乾式集塵機１２０と、バルブ１７１を有する配管を備える容器１７０とが接続されている構成により、原料微粉４０３を造粒容器１１０に送入することができる。具体的には、バルブ１２１、１７１を閉めた状態で粉粒流動層４００を形成させる。この状態でバルブ１２１を開くことで容器１７０に原料微粉４０３が貯められる。その後、バルブ１２１を閉めて、バルブ１７１を開くことで、運転中のガスを外部に排出させることなく、容器１７０にたまった原料微粉４０３を排出することが可能である。排出された原料微粉４０３は、種々の方法で原料微粉供給口１１２から造粒容器１１０に送入してもよい。例えば、配管を原料微粉供給口１１２に接続して気流搬送により原料微粉供給口１１２から造粒容器１１０に送入してもよいし、人手による作業により原料微粉供給口１１２から造粒容器１１０に送入してもよい。なお、乾式集塵機１２０で捕集される粉末には、原料微粉４０３の他に造粒粉が含まれる場合がある。
造粒装置１０では、出口１１４から排出された排ガス（オフガス）に、原料微粉４０３が含まれる場合がある。そこで、乾式集塵機１２０を用いて、オフガスに含まれる原料微粉４０３を捕集することが好ましい。乾式集塵機１２０は、図１に示すように、出口１１４に接続される。原料微粉４０３を含む排ガスが出口１１４を通じて乾式集塵機１２０に送られ、乾式集塵機１２０により原料微粉４０３が捕集される。乾式集塵機１２０としては、例えば、サイクロンやマルチクロン、セラミックフィルターなどを用いることができる。乾式集塵機１２０で捕集された原料微粉４０３は、再度造粒容器１１０に送入することができる。例えば、図１に示すように、乾式集塵機１２０の下方にはバルブ１２１を有する配管が設けられており、当該配管を介して乾式集塵機１２０と、バルブ１７１を有する配管を備える容器１７０とが接続されている構成により、原料微粉４０３を造粒容器１１０に送入することができる。具体的には、バルブ１２１、１７１を閉めた状態で粉粒流動層４００を形成させる。この状態でバルブ１２１を開くことで容器１７０に原料微粉４０３が貯められる。その後、バルブ１２１を閉めて、バルブ１７１を開くことで、運転中のガスを外部に排出させることなく、容器１７０にたまった原料微粉４０３を排出することが可能である。排出された原料微粉４０３は、種々の方法で原料微粉供給口１１２から造粒容器１１０に送入してもよい。例えば、配管を原料微粉供給口１１２に接続して気流搬送により原料微粉供給口１１２から造粒容器１１０に送入してもよいし、人手による作業により原料微粉供給口１１２から造粒容器１１０に送入してもよい。なお、乾式集塵機１２０で捕集される粉末には、原料微粉４０３の他に造粒粉が含まれる場合がある。
【0046】
造粒装置１０は、粉粒流動層４００から造粒粉を分離する造粒粉分離装置１３０、ならびに、媒体粒子４０１および原料微粉４０３を少なくとも含む粉体を造粒粉分離装置１３０へ輸送する輸送装置１４０を備えていることが好ましい。以下に、図６～８を参照して、造粒粉分離装置１３０及び輸送装置１４０を説明する。なお、図６～８に示される造粒粉分離装置１３０及び輸送装置１４０は、あくまでも例示であり、これらに限られない。
【0047】
［造粒粉分離装置１３０］
造粒粉分離装置１３０は、磁選、乾式篩い分け、風力分級、または沈降分級の少なくともいずれかの機構を含む。造粒装置１０で製造された造粒粉は、造粒粉分離装置１３０によって媒体粒子４０１から分離回収される。
造粒粉分離装置１３０は、磁選、乾式篩い分け、風力分級、または沈降分級の少なくともいずれかの機構を含む。造粒装置１０で製造された造粒粉は、造粒粉分離装置１３０によって媒体粒子４０１から分離回収される。
【0048】
造粒粉分離装置１３０が乾式篩い分けの機構を含む場合、媒体粒子４０１とともに抜き出された造粒粉は、例えば、十分に大きな媒体粒子４０１との粒径差を利用して媒体粒子４０１と分離される。この際、所定の粒径まで造粒されていない原料微粉４０３は篩分けによって所定の粒径範囲となった造粒粉と分離し、媒体粒子４０１とともに再度造粒容器１１０に戻すようにしても良い。乾式篩い分けの機構は、例えば、一方に傾斜した第一の篩と、第一の篩よりも下方の位置で第一の篩の傾斜方向とは反対側に傾斜して配され、第一の篩よりも目開きが小さい第二の篩とを備える。上部に配された第一の篩は粗粒である媒体粒子４０１を捕捉するがそれ未満の粒径である造粒粉と原料微粉４０３を通し、下部に配された第２の篩は造粒粉を捕捉するが原料微粉４０３は通す。これにより、下部に配された第二の篩のみで捕捉された造粒粉が還元装置２０側の輸送管に落下するようにすることができ、効果的に造粒粉を分離することが可能となる。
【0049】
また、造粒粉分離装置１３０が磁選の機構を含む場合、還元性ガスを用いた反応により造粒した造粒粉には鉄が生成していることを利用し、造粒装置１０から抜き出した粉体（媒体粒子４０１、原料微粉４０３、および造粒粉の混合粉）を落下させる機構とし、鉄が生成した造粒粉が還元装置２０側の輸送管に落下するように、当該造粒粉に外部から磁力を作用させることで効果的に造粒粉を分離することが可能となる。また、酸化性ガスを用いた反応により造粒する場合、原料微粉４０３は強磁性のマグネタイト状態であるが、造粒後の造粒粉は、マグネタイト状態から常磁性のヘマタイト状態に遷移している。この原料微粉４０３と造粒粉の磁性の違いを利用し、上記と逆に、原料微粉４０３と造粒粉とを磁力によって分離し、造粒粉のみを還元装置２０側の輸送管へ導くことも可能である。
【0050】
さらに、造粒粉分離装置１３０が風力分級の機構を含む場合、抜き出した粉体（媒体粒子４０１、原料微粉４０３、および造粒粉の混合粉）を落下させながら、水平方向より一定の風を当てることで、粒径および比重の違いによって、落下中の水平方向への変位量が変化することを利用し、造粒粉のみ還元装置２０側の輸送管に落下させることが可能である。
【0051】
造粒粉分離装置１３０が沈降分級の機構を含む場合、抜き出した粉体（媒体粒子４０１、原料微粉４０３、および造粒粉の混合粉）を別の容器内で不活性ガスにより流動化し、この際の不活性ガスの流速を原料微粉４０３の最小流動化速度以上、媒体粒子４０１の最小流動化速度未満とすることで媒体粒子４０１を流動層内で沈降させ、最下部より媒体粒子４０１、中間部より造粒粉を順次排出させることで分離することができる。
【0052】
造粒粉の分離を効率よく行うため、上記の方法２つ以上を組み合わせた機構を有する分離装置としてもよい。
【0053】
［輸送装置１４０］
輸送装置１４０は、媒体粒子４０１および原料微粉４０３のうちの少なくともいずれかを含む粉体を造粒粉分離装置１３０へ輸送する装置である。輸送装置１４０は、各種の粉体排出方式と輸送機構を有する装置であればよい。
輸送装置１４０は、媒体粒子４０１および原料微粉４０３のうちの少なくともいずれかを含む粉体を造粒粉分離装置１３０へ輸送する装置である。輸送装置１４０は、各種の粉体排出方式と輸送機構を有する装置であればよい。
【0054】
粉体排出方式には、例えば、供給ガスによって舞い上げられた粉体を排出する溢流方式や、造粒容器１１０の底部から粉体を排出する底部抜き取り方式などがある。溢流方式には、例えば、図６に示すように、供給ガスによって舞い上げられた粉体を、造粒容器１１０の壁面に接続された溢流管１４１を通じて、造粒粉分離装置１３０に輸送する方式や、図７に示すように、造粒容器１１０の下方から粉粒流動層４００の上面近傍まで挿入されたダウンカマー１４２を通じて、造粒粉分離装置１３０に粉体を輸送する方式、またはこれらを組み合わせた方式などがある。
【0055】
底部抜き取り方式には、例えば、図８に示すような、造粒容器１１０の下方から分散板１１３まで挿入されたダウンカマー１４３または造粒容器１１０における分散板１１３付近の壁面に接続されたダウンカマー１４４の少なくともいずれかを通じて、造粒粉分離装置１３０に輸送する方式などがある。
【0056】
粉体排出方式には、溢流方式と噴流方式とが組み合わされてもよい。
【0057】
また、排出された粉体を輸送する輸送機構には、各種の汎用的な粉体供給・輸送機構を利用することができる。粉体供給・輸送機構には、例えば、上述した溢流管１４１やダウンカマー１４２、１４３、１４４に設けられる、ロックホッパー、テーブルフィーダー、ロータリーバルブ、スクリューフィーダー、ニューマチックバルブなどが挙げられる。気流輸送によって粉体の供給や輸送が行われてもよい。なお、利用する粉体供給・輸送機構はガスのシール性に優れるものが好ましいが、造粒容器１１０内から粉体を排出し輸送することができるものであれば、これらに限定されるものではない。
【0058】
［圧力測定装置１５０］
本実施形態に係る造粒装置１０は、圧力測定装置１５０を備えることが好ましい。圧力測定装置１５０は、媒体粒子４０１が存在する層より下部と上部の圧力差を測定し、粉粒流動層４００の圧力損失を算出する。圧力測定装置１５０は、例えば、高さが異なる位置の圧力を測定する複数の圧力計で構成される。圧力の測定位置は、粉粒流動層４００の圧力損失を算出できればよく、例えば、図１に示すように、分散板１１３の下方と、フリーボード部１１０２の最上部との圧力差を測定してもよいし、図９に示すように、分散板１１３直上付近と、フリーボード部１１０２の最上部との圧力差を測定してもよい。図２～５に示す、フリーボード部１１０２Ａ、１１０２Ｂ、１１０２Ｃ、１１０２Ｄのように、水平断面の断面積が鉛直方向の位置によって異なる場合は、断面積が最大となる位置の圧力を測定して、媒体粒子４０１が存在する層より下部と上部の圧力差を測定し、粉粒流動層４００の圧力損失を算出することが好ましい。
本実施形態に係る造粒装置１０は、圧力測定装置１５０を備えることが好ましい。圧力測定装置１５０は、媒体粒子４０１が存在する層より下部と上部の圧力差を測定し、粉粒流動層４００の圧力損失を算出する。圧力測定装置１５０は、例えば、高さが異なる位置の圧力を測定する複数の圧力計で構成される。圧力の測定位置は、粉粒流動層４００の圧力損失を算出できればよく、例えば、図１に示すように、分散板１１３の下方と、フリーボード部１１０２の最上部との圧力差を測定してもよいし、図９に示すように、分散板１１３直上付近と、フリーボード部１１０２の最上部との圧力差を測定してもよい。図２～５に示す、フリーボード部１１０２Ａ、１１０２Ｂ、１１０２Ｃ、１１０２Ｄのように、水平断面の断面積が鉛直方向の位置によって異なる場合は、断面積が最大となる位置の圧力を測定して、媒体粒子４０１が存在する層より下部と上部の圧力差を測定し、粉粒流動層４００の圧力損失を算出することが好ましい。
【0059】
［粉粒流動層４００］
流動層である粉粒流動層４００は、ガス供給口１１１から供給され、分散板１１３の複数の通気口を通って整流されたガスによって媒体粒子４０１が流動して造粒容器１１０の内部に形成される。なお、粉粒流動層４００を形成するためのガスの通気方法・形態は、図１に示す分散板１１３、多孔質板やスリット板のような平板型のほか、単純なノズル型やノズル先端に各種形態の吹き出し孔付きキャップを設けたキャップ型、チューブ側面に複数の穴をあけたグリッドチューブを配置したパイプ型など、供給ガスを造粒容器１１０に供給し、粒子を吹き上げて流動層を形成可能なものであればその具体的な形態は限定されない。
流動層である粉粒流動層４００は、ガス供給口１１１から供給され、分散板１１３の複数の通気口を通って整流されたガスによって媒体粒子４０１が流動して造粒容器１１０の内部に形成される。なお、粉粒流動層４００を形成するためのガスの通気方法・形態は、図１に示す分散板１１３、多孔質板やスリット板のような平板型のほか、単純なノズル型やノズル先端に各種形態の吹き出し孔付きキャップを設けたキャップ型、チューブ側面に複数の穴をあけたグリッドチューブを配置したパイプ型など、供給ガスを造粒容器１１０に供給し、粒子を吹き上げて流動層を形成可能なものであればその具体的な形態は限定されない。
【0060】
粉粒流動層４００が形成された造粒容器１１０内に原料微粉供給口１１２から原料微粉４０３が供給される。粉粒流動層４００には、原料微粉４０３よりも粒径が大きな媒体粒子４０１と、供給ガス（流動化ガス）の気泡４０２と、原料微粉４０３が存在する。この粉粒流動層４００によって、原料微粉４０３からより大きな造粒粉が造粒される。なお、気泡４０２は流動状態に依存してその形態は様々であり、流動状態によっては明確な気泡が形成されない場合もある。
【0061】
［原料微粉４０３］
原料微粉４０３は、鉄分を含有し、還元する必要がある微粉であり、例えば、選鉱された微粉鉱石、篩い分けられた微小粒径鉱石、または各種製鉄プロセスから排出・回収されるダスト、または、後述する還元装置２０が備える捕集装置（乾式集塵機２４０，３２０）により捕集されたダスト等である。また、原料微粉４０３は、これらを複数含んだものであってもよい。選鉱された微粉鉱石には、具体的には、従来ペレットの原料として用いられるペレットフィードのほか、マグネタイト精鉱、シンターフィード等が挙げられる。また、ここで言うダストとは、転炉で発生するいわゆる転炉ダストや、還元装置２０で発生し得る一部未還元の鉱石の微粒子や還元鉄の微粒子等が含まれる。鉄製造のために利用される鉄鉱石の成分範囲として、原料微粉４０３には、一般的にＦｅは５０～７０質量％含まれている。不純物成分を分離する工程のエネルギー低減や鉱石原単位を抑える観点などから、原料微粉４０３には、例えば、５５～６８質量％のＦｅが含まれるものを用いてもよい。
原料微粉４０３は、鉄分を含有し、還元する必要がある微粉であり、例えば、選鉱された微粉鉱石、篩い分けられた微小粒径鉱石、または各種製鉄プロセスから排出・回収されるダスト、または、後述する還元装置２０が備える捕集装置（乾式集塵機２４０，３２０）により捕集されたダスト等である。また、原料微粉４０３は、これらを複数含んだものであってもよい。選鉱された微粉鉱石には、具体的には、従来ペレットの原料として用いられるペレットフィードのほか、マグネタイト精鉱、シンターフィード等が挙げられる。また、ここで言うダストとは、転炉で発生するいわゆる転炉ダストや、還元装置２０で発生し得る一部未還元の鉱石の微粒子や還元鉄の微粒子等が含まれる。鉄製造のために利用される鉄鉱石の成分範囲として、原料微粉４０３には、一般的にＦｅは５０～７０質量％含まれている。不純物成分を分離する工程のエネルギー低減や鉱石原単位を抑える観点などから、原料微粉４０３には、例えば、５５～６８質量％のＦｅが含まれるものを用いてもよい。
【0062】
原料微粉４０３を構成する上述したような微粉は、密度が高く、メディアン径が５０μｍ以下であると難流動性を示す。したがって、原料微粉４０３のメディアン径は５０μｍ以下である。メディアン径が５０μｍを超える原料微粉４０３は、造粒装置１０を用いて造粒せずに還元装置２０に直接供給して還元鉄を製造することができる。また、メディアン径が５０μｍ超であると、凝集により造粒粉が過度に大きくなりやすく、流動化の停止などを引き起こし、造粒容器１１０内で安定的に流動化させながら所望の粒径へ造粒することが困難となる。よって、原料微粉４０３のメディアン径は、５０μｍ以下である。さらに、原料微粉４０３のメディアン径が大きすぎると、原料微粉４０３が造粒した造粒粉の粒径と媒体粒子４０１の粒径との差が小さくなる。この粒径差が小さい場合、粒径差を用いて造粒粉と媒体粒子４０１とを分離する場合、これらの分離が困難になる場合がある。媒体粒子４０１と原料微粉４０３とを容易に分離するという点から、原料微粉４０３のメディアン径は、好ましくは３０μｍ以下である。
一方、メディアン径が１μｍ未満の粉末は、回収・ハンドリングが困難であり、原料として用いづらい。そのため、原料微粉４０３のメディアン径は、好ましくは、１μｍ以上である。ただし、原料微粉４０３のメディアン径は、この範囲に限定されるということではなく、１μｍ未満の粉末や５０μｍ超の粉末であっても、凝集制御のための条件調整や媒体粒子４０１との分離操作を適切に行えば原料微粉４０３として使用可能である。
なお、原料微粉４０３の密度が高いとは、その真密度が５００ｋｇ／ｍ３以上であることを言う。
一方、メディアン径が１μｍ未満の粉末は、回収・ハンドリングが困難であり、原料として用いづらい。そのため、原料微粉４０３のメディアン径は、好ましくは、１μｍ以上である。ただし、原料微粉４０３のメディアン径は、この範囲に限定されるということではなく、１μｍ未満の粉末や５０μｍ超の粉末であっても、凝集制御のための条件調整や媒体粒子４０１との分離操作を適切に行えば原料微粉４０３として使用可能である。
なお、原料微粉４０３の密度が高いとは、その真密度が５００ｋｇ／ｍ３以上であることを言う。
【0063】
原料微粉４０３のメディアン径は、以下の方法で測定することができる。すなわち、湿式測定装置であるレーザ回折式粒子径測定装置（Ｍａｌｖｅｒｎ Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ社製、Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ ３０００）を用いて測定した篩下積算分布における体積基準の粒子径ｄ５０を原料微粉４０３のメディアン径とする。測定時の設定条件は、分散媒：水、分散媒屈折率：１．３３、粒子屈折率：２．９１８（酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３の屈折率）である。粒径の大きな粒子を含む原料微粉の場合は、乾式篩により篩分けし、篩下の原料微粉より任意にサンプリングした粉末の粒子径を３回上記のレーザ回折式粒子径測定装置により測定し、そのｄ５０平均値をメディアン径とすればよい。
【0064】
［媒体粒子４０１］
媒体粒子４０１は、原料微粉４０３を造粒粉とするための流動層の形成に不可欠であり、流動化時に熱分解せずに、流動化の最中に形状を保っている必要がある。そのため、媒体粒子４０１は、流動化時に熱分解しない粒子である。媒体粒子４０１は、炭化物、酸化物または窒化物の少なくとも１種以上を含む粒子、特にセラミックス粒子であることが好ましい。造粒工程では、供給ガス（流動化ガス）として還元性ガスが用いられ、原料微粉４０３が還元されながら造粒される場合と、酸化性ガスが用いられ、原料微粉４０３が酸化されながら造粒される場合がある。そのため、媒体粒子４０１は、原料微粉４０３の酸化反応を行う温度範囲が１２００℃程度以下、還元反応を行う温度範囲が９００℃程度以下であることから、融点が１２００℃超であり、少なくとも１２００℃の温度で溶融熱分解が進行しない高融点材料であることが好ましい。更に、媒体粒子４０１は、還元性ガスを用いる場合には、水素やＣＯガス等の還元雰囲気下でも不活性な材料であることがより好ましく、例えば、炭化物、または窒化物であることがより好ましい。炭化物としては、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＴａＣまたはＷＣ等が挙げられる。窒化物としては、Ｓｉ３Ｎ４またはＢＮ等が挙げられる。酸化性ガスを用いる場合には、媒体粒子４０１は、Ｏ２ガス雰囲気下で不活性な材料であることがより好ましく、例えば、酸化物であることがより好ましい。酸化物としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２またはＭｇＯ等が挙げられる。なお、上記のような酸化・還元雰囲気において分解反応が生じうる物質は媒体粒子には適さず、例えば石炭等からなる粒子は媒体粒子に適しない。
媒体粒子４０１は、原料微粉４０３を造粒粉とするための流動層の形成に不可欠であり、流動化時に熱分解せずに、流動化の最中に形状を保っている必要がある。そのため、媒体粒子４０１は、流動化時に熱分解しない粒子である。媒体粒子４０１は、炭化物、酸化物または窒化物の少なくとも１種以上を含む粒子、特にセラミックス粒子であることが好ましい。造粒工程では、供給ガス（流動化ガス）として還元性ガスが用いられ、原料微粉４０３が還元されながら造粒される場合と、酸化性ガスが用いられ、原料微粉４０３が酸化されながら造粒される場合がある。そのため、媒体粒子４０１は、原料微粉４０３の酸化反応を行う温度範囲が１２００℃程度以下、還元反応を行う温度範囲が９００℃程度以下であることから、融点が１２００℃超であり、少なくとも１２００℃の温度で溶融熱分解が進行しない高融点材料であることが好ましい。更に、媒体粒子４０１は、還元性ガスを用いる場合には、水素やＣＯガス等の還元雰囲気下でも不活性な材料であることがより好ましく、例えば、炭化物、または窒化物であることがより好ましい。炭化物としては、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＴａＣまたはＷＣ等が挙げられる。窒化物としては、Ｓｉ３Ｎ４またはＢＮ等が挙げられる。酸化性ガスを用いる場合には、媒体粒子４０１は、Ｏ２ガス雰囲気下で不活性な材料であることがより好ましく、例えば、酸化物であることがより好ましい。酸化物としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２またはＭｇＯ等が挙げられる。なお、上記のような酸化・還元雰囲気において分解反応が生じうる物質は媒体粒子には適さず、例えば石炭等からなる粒子は媒体粒子に適しない。
【0065】
媒体粒子４０１のメディアン径は、０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが好ましい。媒体粒子４０１のメディアン径が０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であると、媒体粒子４０１がガス供給により均一に流動化し、粉粒流動層４００が形成されやすい。媒体粒子４０１のメディアン径は、より好ましくは、０．３ｍｍ以上である。また、媒体粒子４０１のメディアン径は、より好ましくは、０．６ｍｍ以下である。媒体粒子４０１のメディアン径は、より一層好ましくは、上記範囲において、原料微粉４０３のメディアン径の５倍以上、更に好ましくは１０倍以上である。媒体粒子４０１のメディアン径が、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であり、かつ、原料微粉４０３のメディアン径の１０倍以上であると、粒径の小さな原料微粉４０３自体の自重より、近接する媒体粒子４０１への付着力の効果が相対的に支配的となる。そのため、原料微粉４０３が媒体粒子４０１に付着してその周りにまとわりつくようにして原料微粉４０３も媒体粒子４０１とともに流動化しやすくなり、粉粒流動層４００が形成されやすい。
【0066】
媒体粒子４０１のメディアン径は、原料微粉４０３のメディアン径の測定方法と同様の方法で測定でき、この場合、使用する媒体粒子の材料によって粒子屈折率を設定する。
【0067】
媒体粒子４０１と原料微粉４０３の体積の割合（以下では、媒体粒子４０１と原料微粉４０３を合わせた全体の体積に対するそれぞれの割合を単に体積割合と呼称することがある。）は、例えば、原料微粉４０３の体積の割合は１体積％以上３０体積％以下である。原料微粉４０３の体積割合は、好ましくは、３体積％以上である。原料微粉４０３の体積割合が３体積％以上であると、原料微粉の造粒処理効率が向上する。また、原料微粉４０３の体積割合が３０体積％以下であると、原料微粉４０３に近接して存在する媒体粒子４０１が増加し、原料微粉４０３の媒体粒子４０１への付着が増加するため、原料微粉４０３単体のまま流動化ガスにより吹き飛ばされてしまうことが抑制される。また、原料微粉４０３の体積割合が３０体積％以下であると、原料微粉４０３同士での接触頻度が減少するため、流動化が困難になったり、凝集が過大に進行したりすることが抑制される。原料微粉４０３の体積割合は、好ましくは、２０体積％未満である。
【0068】
媒体粒子４０１と原料微粉４０３を合わせた全体の体積に対する原料微粉４０３の割合および媒体粒子４０１の割合は、以下の方法で測定することができる。すなわち、媒体粒子４０１および原料微粉４０３それぞれの乾燥状態での嵩密度を予め測定し、所定の体積割合となるそれぞれの重量を嵩密度から求める。使用される媒体粒子４０１の体積割合および原料微粉４０３の体積割合は、測定された嵩密度に対応した重量に基づいて算出することができる。嵩密度の測定にはＰＯＷＤＥＲ ＴＥＳＴＥＲ ＰＴ－Ｘ（ホソカワミクロン製）を用い、ゆるめ嵩密度測定モードにより嵩密度を測定する。
【0069】
［供給ガス］
供給ガスとしては、特段制限されず、酸化性ガス、還元性ガス、または不活性ガスを使用することができる。しかしながら、造粒容器１１０に供給されるガスは、酸化性ガスまたは還元性ガスであることが好ましい。
供給ガスとしては、特段制限されず、酸化性ガス、還元性ガス、または不活性ガスを使用することができる。しかしながら、造粒容器１１０に供給されるガスは、酸化性ガスまたは還元性ガスであることが好ましい。
【0070】
酸化性ガスは、例えば、酸素を含むガスであり、空気であってもよい。酸化性ガスを用いることで、造粒容器１１０内の原料微粉４０３が酸化焼結し、容易に造粒することが可能となる。
【0071】
還元性ガスは、例えば、水素ガス、水素と窒素の混合ガス、水素とＡｒの混合ガス、ＣＯガス、または、合成ガス（一酸化炭素と水素の混合ガス）等である。還元性ガスは、水素と水蒸気の混合ガスや、水素と水蒸気、窒素の混合ガスであっても良い。還元性ガスを用いることで、造粒容器１１０内の原料微粉４０３の表面が還元して原料微粉４０３同士が接着しやすくなる。そのため、容易に造粒することが可能となる。還元性ガスは、より好ましくは、水素ガスである。水素ガスであれば、ＣＯガスに比較して還元速度が大きく、ＣＯガスまたは合成ガスを用いた場合に発生する二酸化炭素の発生もないため、環境負荷が小さい。
【0072】
供給ガスの流速は、流動層の最小流動化速度以上であり、例えば、０．０２ｍ／ｓ以上０．８ｍ／ｓ以下である。供給ガスの流速は、好ましくは０．０３ｍ／ｓ以上である。また、供給ガスの流速は、好ましくは０．６ｍ／ｓ以下である。粒径の大きな媒体粒子４０１を安定的に流動化させる観点から、供給ガスの流速は、媒体粒子４０１の最小流動化速度の１．２倍以上３倍以下程度であることが好ましい。最小流動化速度とは、流動層における圧力損失がガス流速の増大に対して一定化する最小のガス流速であり、以下の方法で実験的に測定することができる。すなわち、例えば、図１に示すように、媒体粒子４０１が存在する層より下部と上部の圧力差（分散板１１３下のガスだめ部分と層上部の空間部分（フリーボード部１１０２）における圧力の差）を圧力測定装置１５０により測定し、媒体粒子４０１及び原料微粉４０３を装入しない場合の差圧（分散板のみの圧力損失）を差し引くことで粉粒流動層４００の圧力損失が得られる。この粉粒流動層４００の圧力損失をガス空塔速度に対してプロットし、圧力損失が一定化する最小のガス流速を求める。ただし、初期の粒子充填構造の依存性を排除し、再現性のあるデータを取得するため、ガス流速は流動化に十分な大きさから徐々に減少させることで圧力損失が一定の領域から減少し始める点として最小流動化速度を決める。圧力損失の測定において、圧力の測定位置は、分散板１１３下のガスだめ部分とフリーボード部１１０２とに限る必要はない。圧力の測定位置は、例えば、図９に示すように、分散板１１３直上付近と、フリーボード部１１０２より下方の粉粒流動層４００が配された領域１１０１の最上部などにしてもよく、粉粒流動層４００の圧力損失が測定できる圧力の測定位置であればよい。
【0073】
フリーボード部における水平断面の断面積によっては、フリーボード部におけるガスの空塔速度が原料微粉４０３の終末速度よりも大きくなる場合がある。したがって、供給ガスの流速は、フリーボード部における水平断面の最大断面積に応じて定められることが好ましい。
【0074】
また、安定した操業を実現する観点で、造粒装置１０は、造粒容器１１０における粉粒流動層４００での圧力損失が随時モニタリングされるように構成されてもよい。凝集が過度に進行してしまう場合や原料微粉４０３が偏析した領域でガスのバイパス現象（チャネリング）が起きるような場合には、粉粒流動層４００全体の詰まりに起因して圧力損失が粉粒流動層４００の重量分以上に過度に大きくなる、または、粉粒流動層４００をガスが吹き抜けて流動化に寄与しない状態に起因して圧力損失がゼロに近づく、等の異常が現れる。この場合、造粒装置１０に対する大規模のメンテナンスが生じる場合がある。しかしながら、粉粒流動層４００での圧力損失が随時モニタリングされれば、詰まりや偏析が進んでメンテナンス負荷が大きくなる前に設備を適切なタイミングで停止することが可能となる。このような構成は、圧力測定装置１５０により実現される。
【0075】
供給ガスの流速は、造粒容器１１０に供給する単位時間当たりのガス流量を容器の断面積で除した値であり、ガス流量は、ガス供給配管に取り付けた流量計で測定することができる。
【0076】
造粒容器１１０内の粉粒流動層４００における温度は、特段制限されないが、供給ガスが酸化性ガスの場合には８００℃以上１２００℃以下、還元性ガスの場合には５００℃以上９００℃以下であることが好ましい。粉粒流動層４００における温度がこれらの範囲であれば、原料微粉４０３の酸化反応または還元反応が促進され、効率よく造粒することが可能となる。なお、粉粒流動層４００内の温度制御方法は特に限定されないが、粉粒流動層４００の特徴として、ガスと物質の混合が極めて良好であり、粉粒流動層４００内の温度は均温化することから、粉粒流動層４００の温度制御は他の反応制御方法と比較して容易である。加熱方法としては造粒容器１１０を断熱材で囲い、所定の温度に予め加熱した粒子とガスを供給して混合することで粉粒流動層４００内の反応温度を調整することができる。また、外部から造粒容器１１０を加熱して容器壁面と熱交換させて粉粒流動層４００内の温度を所定の温度に調整することも可能である。
【0077】
供給ガスの温度は、媒体粒子４０１を装入した層の下部（分散板１１３の下部）の位置で測定された温度である。
【0078】
原料微粉４０３の造粒容器１１０中の平均滞留時間は、所望の造粒粉の粒径や生産性を考慮して決定すればよく、温度の高い条件であればより短時間で所望の粒径への造粒が可能となる。原料微粉４０３の造粒容器１１０中の平均滞留時間は、例えば、３分以上６０分以下である。平均滞留時間は、造粒の処理効率の観点、造粒粉が過度に凝集することを避ける観点から、好ましくは、３０分以下である。平均滞留時間は、供給ガス速度や粉粒流動層４００の高さと造粒容器１１０からの粒子抜き出し速度等を変更して制御することができる。
【0079】
［造粒粉］
造粒粉は、原料微粉４０３が造粒した粉末である。造粒粉は原料微粉４０３よりも大きいため、原料微粉４０３と比較して良好な流動性を示す。安定して操業するため、造粒粉のメディアン径は０．０２ｍｍ以上であることが好ましい。造粒粉のメディアン径は、より好ましくは、０．０５ｍｍ超である。造粒粉のメディアン径が０．０５ｍｍ超であれば、造粒粉がより優れた流動性を示し、還元装置２０で循環流動層または気泡流動層により、より安定して造粒粉を還元することができる。よって、造粒粉のメディアン径は、０．０５ｍｍ超であることが好ましい。一方、造粒粉のメディアン径は、０．１０ｍｍ未満であることが好ましい。造粒粉のメディアン径は、より好ましくは、０．０８ｍｍ以下である。これは、凝集により造粒粉のメディアン径が大きくなりすぎると、造粒容器１１０内での安定的な流動化が妨げられる惧れがあり、場合によっては分散板１１３の通気口など造粒容器１１０内に部分的な閉塞をもたらす可能性があるためである。また、造粒粉が媒体粒子４０１の粒子径と同等まで大きくなると、媒体粒子４０１と造粒粉を粒径差で分離する場合、分離が困難になることからも、造粒粉のメディアン径は、０．０８ｍｍ以下であることがより好ましい。
造粒粉のメディアン径は、上述した、媒体粒子４０１の成分、媒体粒子４０１のメディアン径、媒体粒子４０１の体積に対する原料微粉４０３の体積の割合、供給ガスの種類、供給ガス速度、温度、または滞留時間等を変更して調整することができる。調整においては、一定の温度、ガス流速の条件下で、造粒容器１１０内からの粒子の抜き出し速度（単位時間当たり、もしくは一定の時間間隔毎の排出量）を変え、造粒容器１１０内での平均滞留時間を変化させて、所望の粒径に造粒される抜き出し速度を見出すことが最も容易な調整法である。
造粒粉は、原料微粉４０３が造粒した粉末である。造粒粉は原料微粉４０３よりも大きいため、原料微粉４０３と比較して良好な流動性を示す。安定して操業するため、造粒粉のメディアン径は０．０２ｍｍ以上であることが好ましい。造粒粉のメディアン径は、より好ましくは、０．０５ｍｍ超である。造粒粉のメディアン径が０．０５ｍｍ超であれば、造粒粉がより優れた流動性を示し、還元装置２０で循環流動層または気泡流動層により、より安定して造粒粉を還元することができる。よって、造粒粉のメディアン径は、０．０５ｍｍ超であることが好ましい。一方、造粒粉のメディアン径は、０．１０ｍｍ未満であることが好ましい。造粒粉のメディアン径は、より好ましくは、０．０８ｍｍ以下である。これは、凝集により造粒粉のメディアン径が大きくなりすぎると、造粒容器１１０内での安定的な流動化が妨げられる惧れがあり、場合によっては分散板１１３の通気口など造粒容器１１０内に部分的な閉塞をもたらす可能性があるためである。また、造粒粉が媒体粒子４０１の粒子径と同等まで大きくなると、媒体粒子４０１と造粒粉を粒径差で分離する場合、分離が困難になることからも、造粒粉のメディアン径は、０．０８ｍｍ以下であることがより好ましい。
造粒粉のメディアン径は、上述した、媒体粒子４０１の成分、媒体粒子４０１のメディアン径、媒体粒子４０１の体積に対する原料微粉４０３の体積の割合、供給ガスの種類、供給ガス速度、温度、または滞留時間等を変更して調整することができる。調整においては、一定の温度、ガス流速の条件下で、造粒容器１１０内からの粒子の抜き出し速度（単位時間当たり、もしくは一定の時間間隔毎の排出量）を変え、造粒容器１１０内での平均滞留時間を変化させて、所望の粒径に造粒される抜き出し速度を見出すことが最も容易な調整法である。
【0080】
造粒粉のメディアン径は、原料微粉４０３のメディアン径の測定方法と同様の方法で測定できる。
【0081】
供給ガスが還元性ガスの場合、造粒粉の還元率は、３３％以上８０％以下であることが好ましく、さらに４０％以上７０％以下であることがより好ましい。還元率は、以下の方法で算出することができる。すなわち、０．１ｇ程度の造粒粉を、窒素雰囲気のグローブボックス中で石英セルに計り取り、造粒粉が空気と接触するのを避けるため、造粒粉をベンゼンで浸す。石英セルを熱天秤(真空理工株式会社製、ＴＧＤ７０００)内に設置し、系内を真空排気する。その後、窒素を２．００×１０－４ｍ３／分で流し、２０℃／ｍｉｎの昇温速度で２００℃まで昇温し、ベンゼンを蒸発させる。その後、２０℃／ｍｉｎの昇温速度で７００℃まで昇温し、温度および天秤が安定した後、酸素を系内に導入し、重量増加がなくなるまで保持する。次いで、系内を１００℃以下まで冷却した後、真空排気、窒素置換し、２０℃／ｍｉｎの昇温速度で７００℃まで再び昇温する。そして、水素ガスを２．００×１０－４ｍ３／分で流し、重量変化が認められなくなるまで保持する。上記による重量変化をもとに下記式（３）より還元率を求める。
【0082】
Ｘ＝｛（ｍＦｅ２Ｏ３－ｍｓａｍｐｌｅ）－０．３２９×（ｍＦｅ２Ｏ３－ｍＦｅ）｝／｛０．６７１×（（ｍＦｅ２Ｏ３－ｍＦｅ）｝ ・・・式（３）
ここで、式中、Ｘは、還元率（％）であり、ｍＦｅ２Ｏ３は酸化後の造粒粉の重量（酸素導入後、重量増加がなくなったときの造粒粉の重量）であり、ｍｓａｍｐｌｅは造粒粉の質量であり、ｍＦｅは還元後の造粒粉の重量（水素ガス導入後、重量増加がなくなったときの造粒粉の重量）である。なお、熱天秤による酸化後および還元後の造粒粉の化学形態は、Ｘ線回折によって、各々、Ｆｅ２Ｏ３およびＦｅであることを確かめることができる。
ここで、式中、Ｘは、還元率（％）であり、ｍＦｅ２Ｏ３は酸化後の造粒粉の重量（酸素導入後、重量増加がなくなったときの造粒粉の重量）であり、ｍｓａｍｐｌｅは造粒粉の質量であり、ｍＦｅは還元後の造粒粉の重量（水素ガス導入後、重量増加がなくなったときの造粒粉の重量）である。なお、熱天秤による酸化後および還元後の造粒粉の化学形態は、Ｘ線回折によって、各々、Ｆｅ２Ｏ３およびＦｅであることを確かめることができる。
【0083】
還元率が３３％以上となることによって、原料微粉４０３の表面に金属鉄が現れ、金属鉄の接触による接着を利用して造粒を進めることが可能となる。還元率が小さいと、接着による造粒が進行しない一方、還元率が８０％を超えて大きくなり過ぎると、金属鉄同士の接着が過度に進行しやすくなり、造粒による粒径の制御が困難になる。原料微粉４０３の形態、脈石成分の含有量にも依存するため、一概に特定することはできないが、還元率が４０％以上７０％以下の範囲となるように条件を設定するのがより好ましい。
【0084】
ここまで、造粒装置１０について説明した。造粒装置１０はバッチ式の処理装置であってもよいし、連続式の処理装置であってもよい。バッチ式の場合は、造粒処理後の造粒粉は、媒体粒子４０１とともに、例えば、造粒容器１１０の下部に設けられた開閉可能な取り出し口に接続された輸送装置１４０から抜き出される。連続式の場合は、例えば、造粒容器１１０に設けられた開閉可能な取り出し口の弁が一定の時間間隔または連続的に開かれ、媒体粒子４０１とともに造粒粉が輸送装置１４０に抜き出されるとともに、造粒容器１１０の上部より媒体粒子４０１が補給される。
【0085】
また、上述した造粒装置１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄでは、原料微粉４０３が原料微粉供給口２から粉粒流動層４００の表面へ送入されるが、原料微粉４０３の送入は、上記態様に限られず、種々の態様が採用されてよい。例えば、図１０に示すように粉粒流動層４００が形成する領域１１０１に原料微粉供給口１１２が設けられており、原料微粉供給口１１２に接続されたスクリューフィーダー１６０が原料微粉４０３を供給してもよい。
【0086】
また、図１１に示すように、造粒容器１１０の分散板１１３に接続された第１供給管１６１及び造粒容器１１０の下方から挿入され、粉粒流動層４００の表面近傍まで延びた第２供給管１６２を通じて、原料微粉４０３は造粒容器１１０の内部に気流輸送されてもよい。なお、第１供給管１６１または第２供給管１６２のいずれかのみが設けられ、第１供給管１６１または第２供給管１６２を通じて、原料微粉４０３は造粒容器１１０の内部に気流輸送されてもよい。
【0087】
また、図１２に示すように、上方から粉粒流動層４００に浸漬されたランス１６３、造粒容器１１０側面から粉粒流動層４００に挿入されたダウンカマー１６４、および、領域１１０１に設けられた原料微粉供給口１１２に接続された供給管１６５の少なくともいずれかを通じて、原料微粉４０３の自重により原料微粉４０３が造粒容器１１０の内部に供給されてもよい。ランス１６３の先端にはオリフィス（図示せず）が設けられてもよい。また、ダウンカマー１６４には、原料微粉４０３の供給を制御するバルブ、例えば、トリクルバルブ１６６が設けられてもよい。また、供給管１６５には、補助気流が導入されていることが好ましい。
【0088】
乾式集塵機１２０で回収された原料微粉４０３の送入も、種々の態様が採用されてよい。
【0089】
また、分散板１１３は、図１３に示すように、造粒容器１１０の下方に接続された輸送装置１４０に媒体粒子４０１および造粒粉を移送しやすくするために、輸送装置１４０に向かって傾斜して設けられていてもよい。
【0090】
＜還元装置２０＞
続いて、図１４～１６を参照して還元装置２０を説明する。図１４は、本実施形態における還元装置２０を構成可能な循環流動層還元装置２００の模式図である。図１５は、気泡流動層を説明するための模式図である。図１６は、本実施形態における還元装置２０を構成可能な気泡流動層還元装置３００の模式図である。
続いて、図１４～１６を参照して還元装置２０を説明する。図１４は、本実施形態における還元装置２０を構成可能な循環流動層還元装置２００の模式図である。図１５は、気泡流動層を説明するための模式図である。図１６は、本実施形態における還元装置２０を構成可能な気泡流動層還元装置３００の模式図である。
【0091】
還元装置２０は、少なくとも造粒装置１０で造粒された造粒粉を含む鉱石粉５０１が流動して形成された流動層で、少なくとも当該鉱石粉５０１を還元する。還元装置２０は、例えば、循環流動層を形成する一つ以上の循環流動層還元装置２００または気泡流動層（Ｂｕｂｂｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ；ＢＦＢ）を形成する一つ以上の気泡流動層還元装置３００の少なくともいずれかを備える。以下に循環流動層還元装置２００および気泡流動層還元装置３００について説明する。
【0092】
（循環流動層還元装置２００）
循環流動層還元装置２００は、例えば、図１４に示すように、鉱石粉５０１が還元される容器であるライザー部２１０、ライザー部２１０の上部に設けられた出口２１４に接続されたサイクロン２２０、および、サイクロン２２０の底部から下方に延びてライザー部２１０の下部に接続される循環ライン２３０、を備える。循環流動層還元装置２００は、必要に応じて、サイクロン２２０に接続され、オフガスに含まれる微粉化した還元率が低い鉱石や還元鉄（ダスト）を回収する乾式集塵機２４０、および、ダストを造粒装置１０の造粒容器１１０に送入する送入装置２５０（図１８参照）と、を備えることが好ましい。
循環流動層還元装置２００は、例えば、図１４に示すように、鉱石粉５０１が還元される容器であるライザー部２１０、ライザー部２１０の上部に設けられた出口２１４に接続されたサイクロン２２０、および、サイクロン２２０の底部から下方に延びてライザー部２１０の下部に接続される循環ライン２３０、を備える。循環流動層還元装置２００は、必要に応じて、サイクロン２２０に接続され、オフガスに含まれる微粉化した還元率が低い鉱石や還元鉄（ダスト）を回収する乾式集塵機２４０、および、ダストを造粒装置１０の造粒容器１１０に送入する送入装置２５０（図１８参照）と、を備えることが好ましい。
【0093】
［ライザー部２１０］
ライザー部２１０は、底部に配されて供給ガスがライザー部２１０の内部に供給されるガス供給口２１１と、鉱石粉５０１が供給される鉱石粉供給口２１２と、ガス供給口２１１よりも上方に配された分散板２１３と、を有する。
ライザー部２１０は、底部に配されて供給ガスがライザー部２１０の内部に供給されるガス供給口２１１と、鉱石粉５０１が供給される鉱石粉供給口２１２と、ガス供給口２１１よりも上方に配された分散板２１３と、を有する。
【0094】
鉱石粉供給口２１２から供給される鉱石粉５０１は、少なくとも、造粒装置１０で造粒された造粒粉を含む。鉱石粉５０１は、造粒装置１０で造粒された造粒粉に限られず、例えば、流動性を示す粒径を有する微粉鉱石等を含んでもよい。
【0095】
ガス供給口２１１からライザー部２１０の内部に供給される供給ガスは、例えば、水素ガス、ＣＯガス、もしくは、合成ガス（一酸化炭素と水素の混合ガス）等の還元性ガス、または、還元性ガスと不活性ガスの混合ガスであってもよい。ライザー部２１０の内部に供給されるガスは、還元性ガスと不活性ガス、水蒸気の組み合わせであっても良い。上記の供給ガスにより鉱石が還元されて還元鉄が得られる。還元性ガスは、より好ましくは、水素ガスである。従来のシャフト炉を用いた還元鉄の製造では、還元反応で天然ガスや石炭、ＣＯガスを使用するため、地球温暖化の一因となり得るＣＯ２が発生し、環境負荷が大きい。一方で、ライザー部２１０に供給する還元性ガスに水素ガスを用いれば、還元反応によるＣＯ２の発生が無く、環境に与える負荷を抑制することができる。
【0096】
供給ガスの流速は、鉱石粉５０１の粒径に依存するが、例えば、１．０ｍ／ｓ以上１０ｍ／ｓ以下である。供給ガスの流速（ガス空塔速度）は、循環流動層の利点として挙げられるガスとの反応効率の向上の観点から、平均ガス速度と粒子の平均速度の差（スリップ速度）が大きくなるように設定することが好ましい。一般的な鉄鉱石の比重と、造粒粉の粒径範囲から、供給ガスの流速は好ましくは、３．０ｍ／ｓ以上７．０ｍ／ｓ以下である。
【0097】
供給ガスの流速は、鉱石粉５０１を吹き上げるライザー部２１０の位置での空塔速度であり、供給する単位時間当たりのガス流量を容器のライザー部２１０の断面積で除した値であり、ガス供給配管に取り付けた流量計で測定することができる。
【0098】
還元装置２０内の還元反応温度は、５００℃以上９００℃以下であることが好ましい。還元装置２０内の還元反応温度が５００℃以上９００℃以下であれば、鉱石粉５０１の還元反応が促進され、製造性が向上する。還元装置２０内の還元反応温度は、鉱石粉５０１の還元速度を向上させ、効率よく還元鉄を得る観点から、より好ましくは、５５０℃以上である。また、還元装置２０内の還元反応温度は、鉱石粉５０１同士の接着による凝集の過度な進行を抑制する観点から、より好ましくは、８５０℃以下である。
【0099】
［サイクロン２２０］
サイクロン２２０は、排ガスとともに飛散する粒子を捕集する。捕集された粒子は、循環ライン２３０を通ってライザー部２１０に戻され、排ガスは、乾式集塵機２４０を介して循環流動層還元装置２００外へ排出される。
サイクロン２２０は、排ガスとともに飛散する粒子を捕集する。捕集された粒子は、循環ライン２３０を通ってライザー部２１０に戻され、排ガスは、乾式集塵機２４０を介して循環流動層還元装置２００外へ排出される。
【0100】
［循環ライン２３０］
循環ライン２３０は、サイクロン２２０の下部に接続され、サイクロン２２０でガスと分離された鉱石粉５０１の流路であるダウンカマー２３１と、ダウンカマー２３１の下端に一端が接続され、ライザー部２１０の分散板２１３の上方に他端が接続されたループシール部２３２と、を有する。ループシール部２３２は、一時的に溜められた鉱石粉５０１によりシールの効果を果たす。なお、造粒装置１０の造粒容器１１０における流動層と同様に、循環流動層を形成するためのガスの通気方法・形態は、分散板２１３については多孔質板やスリット板のような平板型のほか、単純なノズル型やノズル先端に各種形態の吹き出し孔付きキャップを設けたキャップ型、チューブ側面に複数の穴をあけたグリッドチューブを配置したパイプ型など、供給ガスをライザー部２１０に供給し、粒子を吹き上げて流動層を形成可能なものであればその具体的な形態は限定されない。
循環ライン２３０は、サイクロン２２０の下部に接続され、サイクロン２２０でガスと分離された鉱石粉５０１の流路であるダウンカマー２３１と、ダウンカマー２３１の下端に一端が接続され、ライザー部２１０の分散板２１３の上方に他端が接続されたループシール部２３２と、を有する。ループシール部２３２は、一時的に溜められた鉱石粉５０１によりシールの効果を果たす。なお、造粒装置１０の造粒容器１１０における流動層と同様に、循環流動層を形成するためのガスの通気方法・形態は、分散板２１３については多孔質板やスリット板のような平板型のほか、単純なノズル型やノズル先端に各種形態の吹き出し孔付きキャップを設けたキャップ型、チューブ側面に複数の穴をあけたグリッドチューブを配置したパイプ型など、供給ガスをライザー部２１０に供給し、粒子を吹き上げて流動層を形成可能なものであればその具体的な形態は限定されない。
【0101】
［乾式集塵機２４０］
循環流動層還元装置２００では、排ガス（オフガス）に、微粉化した還元率が低い鉱石や還元鉄（ダスト）が含まれる場合がある。そこで、乾式集塵機２４０を用いて、オフガスに含まれる微粉化した還元率が低い鉱石や還元鉄を捕集することが好ましい。乾式集塵機２４０で捕集された鉱石や還元鉄は、造粒装置１０に供給される原料微粉４０３として利用することができる。これにより、ダストロスを低減して投入原料の総重量に対する製品還元鉄重量の歩留りを向上させた還元システムの実現が可能である。つまり、還元装置２０の前段に設けられた造粒装置１０では、原料微粉４０３として、例えば、粒径の小さなペレットフィード等の微粉鉱石や、粒度分布の広いシンターフィードなどの粉鉱石から篩分けした微粒子の鉱石、または、還元が途中まで進行しウスタイトを多く含む転炉ダストやマグネタイト精鉱等の再酸化性のある微粉を造粒する。流動化容易な粒径に造粒された造粒粉は、還元装置２０に輸送されて十分な滞留時間で還元処理されるが、還元装置２０内では新たにダストが生成される。ダストをオフガスから回収して、再度、造粒装置１０へ戻すことで、原料微粉４０３を出発原料とした還元処理を高歩留りで効率的に行うことが可能となる。なお、乾式集塵機２４０は、本発明に係る捕集装置に対応する。
循環流動層還元装置２００では、排ガス（オフガス）に、微粉化した還元率が低い鉱石や還元鉄（ダスト）が含まれる場合がある。そこで、乾式集塵機２４０を用いて、オフガスに含まれる微粉化した還元率が低い鉱石や還元鉄を捕集することが好ましい。乾式集塵機２４０で捕集された鉱石や還元鉄は、造粒装置１０に供給される原料微粉４０３として利用することができる。これにより、ダストロスを低減して投入原料の総重量に対する製品還元鉄重量の歩留りを向上させた還元システムの実現が可能である。つまり、還元装置２０の前段に設けられた造粒装置１０では、原料微粉４０３として、例えば、粒径の小さなペレットフィード等の微粉鉱石や、粒度分布の広いシンターフィードなどの粉鉱石から篩分けした微粒子の鉱石、または、還元が途中まで進行しウスタイトを多く含む転炉ダストやマグネタイト精鉱等の再酸化性のある微粉を造粒する。流動化容易な粒径に造粒された造粒粉は、還元装置２０に輸送されて十分な滞留時間で還元処理されるが、還元装置２０内では新たにダストが生成される。ダストをオフガスから回収して、再度、造粒装置１０へ戻すことで、原料微粉４０３を出発原料とした還元処理を高歩留りで効率的に行うことが可能となる。なお、乾式集塵機２４０は、本発明に係る捕集装置に対応する。
【0102】
乾式集塵機２４０としては、例えば、サイクロンやマルチクロン、セラミックフィルターなどを用いることができる。循環流動層還元装置２００では、例えば、サイクロン２２０の後方に乾式集塵機２４０としてサイクロン２２０より小型のサイクロンを直列に設けてもよい。
【0103】
［送入装置２５０］
送入装置２５０は、乾式集塵機２４０で回収された微粉を乾式集塵機２４０から造粒装置１０の造粒容器１１０へ輸送する。すなわち、送入装置２５０は、捕集装置により捕集されたダストを造粒装置１０の造粒容器１１０に送入する。送入装置２５０は、輸送装置１４０と同様に、各種の粉体排出方式と輸送機構を有する装置であればよい。ただし、循環流動層還元装置２００では、循環流動層のサイクロン２２０の下部（ダウンカマー２３１途中）に取り出し口（図示せず）が設けられ、当該取り出し口に送入装置２５０が接続される場合が多い。
送入装置２５０は、乾式集塵機２４０で回収された微粉を乾式集塵機２４０から造粒装置１０の造粒容器１１０へ輸送する。すなわち、送入装置２５０は、捕集装置により捕集されたダストを造粒装置１０の造粒容器１１０に送入する。送入装置２５０は、輸送装置１４０と同様に、各種の粉体排出方式と輸送機構を有する装置であればよい。ただし、循環流動層還元装置２００では、循環流動層のサイクロン２２０の下部（ダウンカマー２３１途中）に取り出し口（図示せず）が設けられ、当該取り出し口に送入装置２５０が接続される場合が多い。
【0104】
鉱石粉供給口２１２から供給された鉱石粉５０１は、ガス供給口２１１から供給され、分散板２１３の複数の通気口を通って整流された供給ガスによって流動化される。詳細には、鉱石粉５０１は、ライザー部２１０の内部において、下方から上方へ輸送され、サイクロン２２０および循環ライン２３０を通り、循環流動層還元装置２００の内部を循環する。したがって、循環流動層還元装置２００の内部が循環流動層となっている。なお、ループシール部２３２では、鉱石粉５０１が暫く滞留している。鉱石粉５０１は、主にライザー部において流動しながら供給ガスによって還元されて還元鉄となる。循環流動層還元装置２００による還元反応がバッチ式の処理の場合は、還元処理後の粉末は、例えば、サイクロン２２０の下部（ダウンカマー２３１途中）に設けられた開閉可能な取り出し口（図示せず）から抜き出される。還元処理が連続式の場合は、例えば、ライザー部２１０に設けられた開閉可能な取り出し口の弁が一定の時間間隔または連続的に開かれ、処理後の粉末が抜き出されるとともに、鉱石粉供給口２１２より鉱石粉が補給される。
【0105】
［平均滞留時間］
循環流動層還元装置２００内に滞留する鉱石粉５０１の平均滞留時間は、還元反応の温度に依存するが、３分以上１２０分以下であることが好ましい。平均滞留時間が３分以上であれば、高い還元率の還元鉄が得られる。一方、平均滞留時間が１２０分以下であると、還元装置としての処理効率が高く維持される。また、平均滞留時間が１２０分以下であると、過剰な還元の進行による鉱石粉５０１の強度低下、または循環中の鉱石粉５０１同士もしくは鉱石粉５０１と装置との衝突により鉱石粉５０１が微粉化し、還元鉄としての回収効率が低下することが抑制される。よって、平均滞留時間は１２０分以下であることが好ましい。循環流動層還元装置２００内に滞留する鉱石粉５０１の平均滞留時間は、より好ましくは、５分以上６０分以下である。平均滞留時間の調整は、時間当たりに取出し口から抜き出す鉱石粉５０１の量を調整することで行う。
循環流動層還元装置２００内に滞留する鉱石粉５０１の平均滞留時間は、還元反応の温度に依存するが、３分以上１２０分以下であることが好ましい。平均滞留時間が３分以上であれば、高い還元率の還元鉄が得られる。一方、平均滞留時間が１２０分以下であると、還元装置としての処理効率が高く維持される。また、平均滞留時間が１２０分以下であると、過剰な還元の進行による鉱石粉５０１の強度低下、または循環中の鉱石粉５０１同士もしくは鉱石粉５０１と装置との衝突により鉱石粉５０１が微粉化し、還元鉄としての回収効率が低下することが抑制される。よって、平均滞留時間は１２０分以下であることが好ましい。循環流動層還元装置２００内に滞留する鉱石粉５０１の平均滞留時間は、より好ましくは、５分以上６０分以下である。平均滞留時間の調整は、時間当たりに取出し口から抜き出す鉱石粉５０１の量を調整することで行う。
【0106】
鉱石粉５０１の平均滞留時間は、以下の方法で算出することができる。すなわち、トレーサー粒子として、例えば、メディアン径が等しく、脈石成分の異なる鉱石粉を一定量投入し、排出される還元鉄の脈石成分の含有率の時間変化を調べる。これにより得られる、投入したトレーサー鉱石粉を特徴づける脈石成分の含有率が最も高くなるピークの時間帯を鉱石粉５０１の平均滞留時間とする。上記の方法から、平均滞留時間を実験的に測定することが可能である。
【0107】
（気泡流動層還元装置３００）
気泡流動層還元装置３００は、図１６に示すように、反応器３１０、および乾式集塵機３２０を備える。
気泡流動層還元装置３００は、図１６に示すように、反応器３１０、および乾式集塵機３２０を備える。
【0108】
気泡流動層還元装置３００は、例えば、図１５に示すような、鉱石粉５０１による流動層においてガスによる気泡５０２が形成されている状態の流動層である気泡流動層５００を反応器３１０の内部に形成する。気泡５０２は流動状態に依存してその形態はさまざまであり、流動状態によっては明確な気泡が形成されない場合もある。
【0109】
［反応器３１０］
反応器３１０は、例えば、図１６に示すように、ガス供給口３１１と、鉱石粉供給口３１２と、分散板３１３と、出口３１４と、を有する。反応器３１０は、基本的に循環流動層還元装置２００のライザー部２１０と同様である。
反応器３１０は、例えば、図１６に示すように、ガス供給口３１１と、鉱石粉供給口３１２と、分散板３１３と、出口３１４と、を有する。反応器３１０は、基本的に循環流動層還元装置２００のライザー部２１０と同様である。
【0110】
［気泡流動層５００］
気泡流動層５００は、ガス供給口３１１から供給され、分散板３１３の複数の通気口を通って整流されたガスによって鉱石粉５０１が流動して形成される。なお、造粒装置１０の造粒容器１１０における流動層や循環流動層と同様に、気泡流動層５００を形成するためのガスの通気方法・形態は、分散板３１３については多孔質板やスリット板のような平板型のほか、単純なノズル型やノズル先端に各種形態の吹き出し孔付きキャップを設けたキャップ型、チューブ側面に複数の穴をあけたグリッドチューブを配置したパイプ型など、供給ガスを反応器３１０に供給し、粒子を吹き上げて流動層を形成可能なものであればその具体的な形態は限定されない。
気泡流動層５００は、ガス供給口３１１から供給され、分散板３１３の複数の通気口を通って整流されたガスによって鉱石粉５０１が流動して形成される。なお、造粒装置１０の造粒容器１１０における流動層や循環流動層と同様に、気泡流動層５００を形成するためのガスの通気方法・形態は、分散板３１３については多孔質板やスリット板のような平板型のほか、単純なノズル型やノズル先端に各種形態の吹き出し孔付きキャップを設けたキャップ型、チューブ側面に複数の穴をあけたグリッドチューブを配置したパイプ型など、供給ガスを反応器３１０に供給し、粒子を吹き上げて流動層を形成可能なものであればその具体的な形態は限定されない。
【0111】
鉱石粉５０１は、循環流動層還元装置２００に使用される鉱石粉と同様であり、少なくとも、造粒装置１０で造粒された造粒粉を含む。鉱石粉５０１は、造粒装置１０で造粒された造粒粉に限られず、例えば、流動性を示す粒径を有する微粉鉱石等を含んでもよい。
【0112】
ガス供給口３１１から反応器３１０の内部に供給される供給ガスは、例えば、水素ガス、ＣＯガス、もしくは、合成ガス（一酸化炭素と水素の混合ガス）等の還元性ガス、または、還元性ガスと不活性ガスの混合であってもよく、還元性ガスと不活性ガス、水蒸気の組み合わせであっても良い。還元性ガスは、環境負荷低減の観点から、好ましくは、水素ガスである。
【0113】
供給ガスの流速は、鉱石粉５０１の粒径に依存するが、例えば、０．２ｍ／ｓ以上１．０ｍ／ｓ未満である。気泡流動層還元装置３００に供給される供給ガスの流速（ガス空塔速度）は、循環流動層還元装置２００に使用される供給ガスの流速より小さく、気泡流動層５００から飛び出す鉱石粉は極めて少ない。気泡流動層還元装置３００に供給される供給ガスの流速は、好ましくは、０．３ｍ／ｓ以上０．８ｍ／ｓ以下である。
【0114】
供給ガスの流速は、鉱石粉５０１の気泡流動層５００が実現される気泡流動層還元装置３００内での空塔速度であり、供給する単位時間当たりのガス流量を気泡流動層還元装置３００の反応器３１０の流動層部断面積で除した値であり、ガス供給配管に取り付けた流量計で測定することができる。
【0115】
また、循環流動層還元装置２００および気泡流動層還元装置３００の供給ガスの流速は、造粒装置１０における供給ガスの流速より大きく設定することが好ましい。これにより、循環流動層還元装置２００のライザー部２１０内および気泡流動層還元装置３００の反応器３１０内のそれぞれにおいて、鉱石粉は造粒装置１０内より激しく流動することで互いに接着せず、鉱石粉が造粒装置１０で造粒された粒径を大きく超えてさらに凝集が進行することを抑制することができる。その結果、ライザー部２１０または反応器３１０の閉塞を防止することができ、高い生産性を維持することができる。
【0116】
気泡流動層還元装置３００内の還元反応温度は、５００℃以上９００℃以下であることが好ましい。気泡流動層還元装置３００内の還元反応温度が５００℃以上９００℃以下であれば、鉱石粉５０１の還元反応が促進され、製造性が向上する。気泡流動層還元装置３００内の還元反応温度は、鉱石粉５０１の還元速度を向上させ、効率よく還元鉄を得る観点から、より好ましくは、５５０℃以上である。また、気泡流動層還元装置３００内の還元反応温度は、鉱石粉５０１同士の接着による凝集の過度な進行を抑制する観点から、より好ましくは、８５０℃以下である。
【0117】
気泡流動層還元装置３００内に滞留する鉱石粉の平均滞留時間は、３分以上１８０分以下であることが好ましい。平均滞留時間が３分以上であれば、高い還元率の還元鉄が得られる。一方、平均滞留時間が１８０分以下であると、還元装置としての処理効率が高く維持される。また、平均滞留時間が１８０分以下であると、過剰な還元の進行による鉱石粉の強度低下、または循環中の鉱石粉５０１同士もしくは鉱石粉５０１と装置との衝突により鉱石粉５０１が微粉化し、還元鉄としての回収効率が低下することが抑制される。よって、平均滞留時間は１８０分以下であることが好ましい。気泡流動層還元装置３００内に滞留する鉱石粉の平均滞留時間は、より好ましくは、５分以上１５０分以下である。平均滞留時間の調整は、循環流動層の場合と同様に、時間当たりに取出し口から抜き出す鉱石粉の量を調整することで行う。平均滞留時間の測定は、循環流動層還元装置２００における鉱石粉の平均滞留時間の測定方法と同様の方法で行うことができる。
【0118】
鉱石粉供給口３１２から供給された鉱石粉５０１は、ガス供給口３１１から供給され、分散板３１３の複数の通気口を通って整流された供給ガスによって流動化される。詳細には、鉱石粉５０１は、反応器３１０の内部において、気泡流動層５００を形成し、流動しながら供給ガスによって還元されて還元鉄となる。還元鉄は、開閉可能な還元鉄取り出し口（図示せず）から排出される。
【0119】
［反応器の変形例］
上記の反応器３１０は、一段の気泡流動層５００を形成する反応器であるが、気泡流動層還元装置３００に備えられる反応器は、反応器３１０に限られず、例えば、図１７に示すような、内部に複数の還元室を有する反応器３１０Ａであってもよい。図１７は、本実施形態における気泡流動層還元装置の反応器の別の例を示す模式図である。
上記の反応器３１０は、一段の気泡流動層５００を形成する反応器であるが、気泡流動層還元装置３００に備えられる反応器は、反応器３１０に限られず、例えば、図１７に示すような、内部に複数の還元室を有する反応器３１０Ａであってもよい。図１７は、本実施形態における気泡流動層還元装置の反応器の別の例を示す模式図である。
【0120】
反応器３１０Ａは、例えば、長手方向の一方の側面に設けられた鉱石粉供給口３１２と、長手方向の他方の側面設けられた出口３１４と、長手方向に並列した複数のガス供給口３１１と、各ガス供給口３１１の上方に設けられた分散板３１３と、隣り合うガス供給口３１１の間に設けられた仕切り板３１５と、を備えてもよい。隣り合う仕切り板３１５の間の空間が鉱石粉５０１を還元する還元室である。仕切り板３１５の高さは、気泡流動層５００の高さよりも短い。このような構成の反応器３１０Ａは、鉱石粉の平均滞留時間を長くすることができ、到達還元率を高めることができる。なお、鉱石粉供給口の設置位置および設置数、出口の設置位置および設置数、ならびに仕切り板の設置位置および設置数等は、図６に示す態様に限られず、適宜変更されてよいことは言うまでもない。
【0121】
［乾式集塵機３２０］
乾式集塵機３２０は、オフガスに含まれる微粉を捕集する。乾式集塵機３２０は、乾式集塵機１２０に適用可能な構成であればよい。なお、乾式集塵機３２０は、本発明に係る捕集装置に対応する。
乾式集塵機３２０は、オフガスに含まれる微粉を捕集する。乾式集塵機３２０は、乾式集塵機１２０に適用可能な構成であればよい。なお、乾式集塵機３２０は、本発明に係る捕集装置に対応する。
【0122】
（変形例）
還元装置２０は、一つの循環流動層還元装置２００または一つの気泡流動層還元装置３００であってもよいし、複数の循環流動層還元装置２００または複数の気泡流動層還元装置３００であってもよいし、一つ以上の循環流動層還元装置２００および一つ以上の気泡流動層還元装置３００を組み合わせたものであってもよい。循環流動層は、供給ガスの平均流速と鉱石の平均移動速度の差（スリップ速度）が大きいため、鉱石粉に接触する還元性ガスの交換頻度が高く、鉱石粉の周囲が平衡状態に近づいて還元反応が停滞することが避けられ、鉱石粉が効率よく還元される。一方で、鉱石粉の平均移動速度自体も大きいため、鉱石粉同士の衝突等により、機械的な摩耗や破壊が起こり、ダストが生じやすい。気泡流動層は、循環流動層と比較して供給ガスの平均流速と鉱石の平均移動速度の差（スリップ速度）が小さいため、気泡流動層による鉱石粉の還元効率は、循環流動層による鉱石粉の還元効率に劣る。一方で、ダストの発生については、循環流動層よりも抑制される傾向があるほか、ガス流速を抑えることでガス供給のためのエネルギー・コストを抑えることが可能である。循環流動層および気泡流動層の特徴、ならびに鉱石のメディアン径やＦｅ含有量等を考慮して、還元装置２０の構成を決定することが好ましい。
還元装置２０は、一つの循環流動層還元装置２００または一つの気泡流動層還元装置３００であってもよいし、複数の循環流動層還元装置２００または複数の気泡流動層還元装置３００であってもよいし、一つ以上の循環流動層還元装置２００および一つ以上の気泡流動層還元装置３００を組み合わせたものであってもよい。循環流動層は、供給ガスの平均流速と鉱石の平均移動速度の差（スリップ速度）が大きいため、鉱石粉に接触する還元性ガスの交換頻度が高く、鉱石粉の周囲が平衡状態に近づいて還元反応が停滞することが避けられ、鉱石粉が効率よく還元される。一方で、鉱石粉の平均移動速度自体も大きいため、鉱石粉同士の衝突等により、機械的な摩耗や破壊が起こり、ダストが生じやすい。気泡流動層は、循環流動層と比較して供給ガスの平均流速と鉱石の平均移動速度の差（スリップ速度）が小さいため、気泡流動層による鉱石粉の還元効率は、循環流動層による鉱石粉の還元効率に劣る。一方で、ダストの発生については、循環流動層よりも抑制される傾向があるほか、ガス流速を抑えることでガス供給のためのエネルギー・コストを抑えることが可能である。循環流動層および気泡流動層の特徴、ならびに鉱石のメディアン径やＦｅ含有量等を考慮して、還元装置２０の構成を決定することが好ましい。
【0123】
＜還元鉄の製造設備の構成例＞
ここで、図１８～２１を参照して、還元鉄の製造設備の構成例を説明する。図１８は、還元装置２０として一つの循環流動層還元装置２００が備えられた還元鉄の製造設備の一例を示す概略構成図である。図１９は、還元装置２０として一つの気泡流動層還元装置３００が備えられた還元鉄の製造設備の一例を示す概略構成図である。図２０は、還元装置２０として、一つの循環流動層還元装置２００および三つの気泡流動層還元装置３００が備えられた還元鉄の製造設備の一例を示す概略構成図である。図２１は、還元装置２０として、一つの循環流動層還元装置２００および内部に複数の還元室を有する一つの気泡流動層還元装置３００が備えられた還元鉄の製造設備の一例を示す概略構成図である。なお、図１８～２１中の実線矢印は、粉体の流れを示し、破線矢印は、ガスの流れを示している。
ここで、図１８～２１を参照して、還元鉄の製造設備の構成例を説明する。図１８は、還元装置２０として一つの循環流動層還元装置２００が備えられた還元鉄の製造設備の一例を示す概略構成図である。図１９は、還元装置２０として一つの気泡流動層還元装置３００が備えられた還元鉄の製造設備の一例を示す概略構成図である。図２０は、還元装置２０として、一つの循環流動層還元装置２００および三つの気泡流動層還元装置３００が備えられた還元鉄の製造設備の一例を示す概略構成図である。図２１は、還元装置２０として、一つの循環流動層還元装置２００および内部に複数の還元室を有する一つの気泡流動層還元装置３００が備えられた還元鉄の製造設備の一例を示す概略構成図である。なお、図１８～２１中の実線矢印は、粉体の流れを示し、破線矢印は、ガスの流れを示している。
【0124】
［第１の構成例］
図１８に示した還元鉄の製造設備１は、造粒装置１０と、還元装置２０として一つの循環流動層還元装置２００と、を備える。例えば、図１８に示した還元鉄の製造設備１では、以下のようにして還元鉄が製造される。まず、造粒装置１０において、媒体粒子４０１が造粒容器１１０に装入され、造粒容器１１０の下部から供給ガス４０２が供給されている。媒体粒子４０１は、供給ガス４０２とともに、造粒容器１１０の内部で粉粒流動層４００を形成している。原料微粉４０３が造粒容器１１０に供給され、粉粒流動層４００により凝集し、造粒粉４０４が造粒される。
図１８に示した還元鉄の製造設備１は、造粒装置１０と、還元装置２０として一つの循環流動層還元装置２００と、を備える。例えば、図１８に示した還元鉄の製造設備１では、以下のようにして還元鉄が製造される。まず、造粒装置１０において、媒体粒子４０１が造粒容器１１０に装入され、造粒容器１１０の下部から供給ガス４０２が供給されている。媒体粒子４０１は、供給ガス４０２とともに、造粒容器１１０の内部で粉粒流動層４００を形成している。原料微粉４０３が造粒容器１１０に供給され、粉粒流動層４００により凝集し、造粒粉４０４が造粒される。
【0125】
造粒粉４０４と媒体粒子４０１との混合物は輸送装置１４０を介して造粒粉分離装置１３０に輸送され、造粒粉分離装置１３０により、造粒粉４０４と媒体粒子４０１とに分離される。分離された媒体粒子４０１は、再度、造粒容器１１０に装入される。造粒粉４０４は、管を介し、鉱石粉供給口２１２またはダウンカマー２３１を通じて、循環流動層還元装置２００のライザー部２１０に供給される。
【0126】
一方、供給ガス４０２と共に造粒容器１１０の出口から排出された原料微粉４０３は、乾式集塵機１２０で捕集され、造粒容器１１０に再度供給される。
【0127】
ライザー部２１０に供給された造粒粉４０４は、ライザー部２１０の下部から供給された供給ガス４０２により、循環流動層を形成する。造粒粉４０４は、循環流動層内で、供給ガス４０２によって還元されて還元鉄４０６となる。造粒粉４０４と循環流動層内で新たに発生したダスト４０５を含むガスは、サイクロン２２０で分離され、造粒粉４０４はライザー部２１０に再度送入される。ダスト４０５を含むオフガスは、乾式集塵機２４０に送られる。ダスト４０５は、乾式集塵機２４０によってオフガスと分離されて回収され、リターン原料微粉（原料微粉４０３）として送入装置２５０を通じて造粒容器１１０に供給される。
【0128】
上記のように、例えば、造粒装置１０と、還元装置２０として一つの循環流動層還元装置２００が備えられた還元鉄の製造設備によって、還元鉄が製造可能である。
【0129】
［第２の構成例］
図１９に示した還元鉄の製造設備１Ａは、造粒装置１０Ａと、還元装置２０として一つの気泡流動層還元装置３００と、を備える。例えば、図１９に示した還元鉄の製造設備１Ａでは、以下のようにして還元鉄４０６が製造される。造粒粉４０４と媒体粒子４０１とが造粒粉分離装置１３０によって分離され、媒体粒子４０１が再度造粒容器１１０に装入されるまでは、図１８を用いて説明した例と同様であるため省略する。
図１９に示した還元鉄の製造設備１Ａは、造粒装置１０Ａと、還元装置２０として一つの気泡流動層還元装置３００と、を備える。例えば、図１９に示した還元鉄の製造設備１Ａでは、以下のようにして還元鉄４０６が製造される。造粒粉４０４と媒体粒子４０１とが造粒粉分離装置１３０によって分離され、媒体粒子４０１が再度造粒容器１１０に装入されるまでは、図１８を用いて説明した例と同様であるため省略する。
【0130】
造粒粉４０４は、気泡流動層還元装置３００の反応器３１０に供給される。反応器３１０に供給された造粒粉４０４は、反応器３１０の下部から供給された供給ガス４０２により、反応器３１０内で気泡流動層５００を形成する。造粒粉４０４は、気泡流動層５００内で還元されて還元鉄４０６となる。ダスト４０５を含むオフガスは、乾式集塵機３２０Ｂを経て、乾式集塵機３２０Ａに送られる。ダスト４０５は、乾式集塵機３２０Ａによってオフガスと分離されて回収され、リターン原料微粉（原料微粉４０３）として造粒容器１１０に供給される。図１９に示したように、気泡流動層還元装置３００は、複数の乾式集塵機３２０、例えば、乾式集塵機３２０Ａ、３２０Ｂを有していてもよい。これにより、粒度の異なる粉体を、それぞれ回収することができる。そのため、乾式集塵機３２０Ｂでは、オフガスに含まれ得る造粒粉４０４を回収することもできる。乾式集塵機３２０Ｂで回収された造粒粉４０４は、送入装置２５０を通じて、再度、反応器３１０に送入される。
【0131】
上記のように、例えば、造粒装置１０と、還元装置２０として一つの気泡流動層還元装置３００が備えられた還元鉄の製造設備によって、還元鉄が製造可能である。
【0132】
［第３の構成例］
図２０に示した還元鉄の製造設備１Ｂは、造粒装置１０と、還元装置２０として一つの循環流動層還元装置２００および三つの気泡流動層還元装置３００と、を備える。例えば、図２０に示した還元鉄の製造設備１Ｂでは、以下のようにして還元鉄４０６が製造される。造粒粉４０４と媒体粒子４０１とが造粒粉分離装置１３０によって分離され、媒体粒子４０１が再度造粒容器１１０に装入されるまでは、図１８を用いて説明した例と同様であるため省略する。
図２０に示した還元鉄の製造設備１Ｂは、造粒装置１０と、還元装置２０として一つの循環流動層還元装置２００および三つの気泡流動層還元装置３００と、を備える。例えば、図２０に示した還元鉄の製造設備１Ｂでは、以下のようにして還元鉄４０６が製造される。造粒粉４０４と媒体粒子４０１とが造粒粉分離装置１３０によって分離され、媒体粒子４０１が再度造粒容器１１０に装入されるまでは、図１８を用いて説明した例と同様であるため省略する。
【0133】
造粒粉４０４は、循環流動層還元装置２００のライザー部２１０に供給される。ライザー部２１０に供給された造粒粉４０４は、循環流動層内で供給ガス４０２によってその還元が進行する。一部還元した造粒粉４０４は、気泡流動層還元装置３００における一段目の反応器３１０に送入され、反応器３１０において造粒粉４０４と供給ガス４０２とにより形成された気泡流動層５００で、造粒粉４０４の還元が進行する。反応器３１０内の造粒粉４０４は、順次、二段目の反応器３１０、および三段目の反応器３１０に供給されて還元される。造粒粉４０４は、最終的に三段目の反応器３１０内の気泡流動層５００で還元されて、還元鉄４０６となる。
【0134】
反応器３１０のそれぞれに接続された乾式集塵機３２０Ｂは、オフガスに含まれ得る造粒粉４０４を回収し、回収された造粒粉４０４は各反応器３１０に再度送入される。
【0135】
循環流動層還元装置２００のサイクロン２２０、気泡流動層還元装置３００の乾式集塵機３２０Ｂで分離された、ダスト４０５を含むオフガスは、乾式集塵機２４０に送られる。乾式集塵機２４０でオフガスと分離されて回収されたダスト４０５は、リターン原料微粉（原料微粉４０３）として送入装置２５０を通じて再度造粒容器１１０に供給される。
【0136】
上記のように、例えば、還元装置２０として、一つの循環流動層還元装置２００および三つの気泡流動層還元装置３００が備えられた還元鉄の製造設備によって、還元鉄が製造可能である。循環流動層還元装置２００の後段に気泡流動層還元装置３００が設けられた還元装置２０によれば、鉱石粉表面に到達する還元ガスの供給律速で還元反応が急速に進む傾向がある還元初期段階の還元時間を短時間で行い、還元速度が鉱石内部の物質拡散律速となり還元速度が停滞する傾向がある還元後期段階は還元ガスの過剰な利用を省くことができる。また、気泡流動層還元装置３００を多段にすることで、鉱石粉の平均滞留時間を確保するとともに滞留時間のばらつきを抑制し、目的とする到達還元率の還元鉄を品質のばらつき少なく得ることができる。
【0137】
［第４の構成例］
図２１に示した還元鉄の製造設備１Ｃは、造粒装置１０と、還元装置２０として、一つの循環流動層還元装置２００および内部に複数の還元室を有する一つの気泡流動層還元装置３００と、を備える。例えば、図２１に示した還元鉄の製造設備１Ｃでは、以下のようにして還元鉄４０６が製造される。循環流動層還元装置２００内で一部還元した造粒粉４０４が供給ガス４０２によって還元されるまでは、図２０を用いて説明した例と同様であるため省略する。
図２１に示した還元鉄の製造設備１Ｃは、造粒装置１０と、還元装置２０として、一つの循環流動層還元装置２００および内部に複数の還元室を有する一つの気泡流動層還元装置３００と、を備える。例えば、図２１に示した還元鉄の製造設備１Ｃでは、以下のようにして還元鉄４０６が製造される。循環流動層還元装置２００内で一部還元した造粒粉４０４が供給ガス４０２によって還元されるまでは、図２０を用いて説明した例と同様であるため省略する。
【0138】
一部還元した造粒粉４０４は、気泡流動層還元装置３００における内部に複数の還元室を有する反応器３１０Ａに装入される。造粒粉４０４は、反応器３１０Ａの複数の還元室を移動する。反応器３１０Ａ内の各還元室に形成された気泡流動層により造粒粉４０４が還元されて還元鉄４０６となる。反応器３１０Ａに接続された乾式集塵機３２０Ｂおよび乾式集塵機２４０は、図９に示したものと同様である。また、サイクロン２２０、乾式集塵機３２０Ｂを経て、乾式集塵機２４０でオフガスと分離されて回収されたダスト４０５は、リターン原料微粉（原料微粉４０３）として送入装置２５０を通じて造粒容器１１０に供給される。
【0139】
上記のように、例えば、還元装置２０として、一つの循環流動層還元装置２００および一つの気泡流動層還元装置３００が備えられた還元鉄の製造設備によって、図９の多段にした気泡流動層と同様に、鉱石粉の平均滞留時間を確保するとともに滞留時間のばらつきを抑制し、目的とする到達還元率の還元鉄を品質のばらつき少なく得ることができる。
【0140】
なお、図１８～２１には示されていないが、ライザー部２１０、反応器３１０、３１０Ａには、造粒粉４０４以外にも例えば、流動性を示す粒径であるメディアン径が５０μｍ以上の微粉鉱石等が供給されてもよい。
【0141】
還元装置２０によって得られる還元鉄の還元率は、プロセスの目的に沿って設定される。このプロセスを、電気炉で精錬するための一般的な還元鉄製造法として用いる場合には、到達還元率は９０％以上であることが好ましい。還元率が９０％以上であれば、還元鉄の最終製品として、例えば電気炉で精錬を行うユーザーに提供することができる。なお、高炉に原料として投入し、高炉におけるコークスなどの還元材比使用率を下げる目的であれば、半還元鉄製品として、到達還元率は９０％を超えるものである必要はなく、例えば７０％程度の到達還元率であってもよい。還元鉄の還元率は、造粒粉の還元率と同様の方法で算出することができる。
【0142】
本実施形態に係る還元鉄の製造方法は、造粒工程で流動層を用いて難流動性を示す微粉から流動性を示す造粒粉を造粒し、還元工程で流動層を用いてこの造粒粉から還元鉄を製造することができる。そのため、高い歩留りで還元鉄を製造することができる。また、本実施形態に係る還元鉄の製造方法は、従来の塊成化を行う必要がないため、低コストで還元鉄を製造することができる。また、造粒装置および還元装置は複雑ではないため、設備導入コストも低い。
【0143】
なお、図面に示された造粒装置、循環流動層還元装置および気泡流動層還元装置は、あくまでも一例であって、本実施形態に係る造粒装置、循環流動層還元装置および気泡流動層還元装置は、図面に示された態様に限られないことは言うまでもない。例えば、造粒容器は、当該造粒容器の内部に当該造粒容器と同軸の供給ラインを有し、原料微粉は、この供給ラインから造粒容器の内部に送入されてもよい。還元装置を構成する反応器も同様である。
【実施例】
【0144】
次に本発明の実施例を示すが、実施例での条件は、本発明の実施可能性および効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【0145】
表１～３に示す条件で原料微粉を造粒し、造粒粉を得た。Ｎｏ．Ａ８～Ａ１０の例は、造粒工程が行われなかった例である。なお、表１～３に示す体積割合は、媒体粒子と合わせた全体の体積に対する原料微粉の体積の割合を意味する。
【0146】
原料微粉、媒体粒子、および造粒粉のメディアン径は、以下の方法で測定した。すなわち、湿式測定装置であるレーザ回折式粒子径測定装置（Ｍａｌｖｅｒｎ Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ社製、Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ ３０００）を用いて、分散媒：水、分散媒屈折率：１．３３とし、粒子屈折率は、原料微粉および造粒粉の場合は２．９１８、媒体粒子の場合は使用する媒体粒子に合わせて設定した。例えば、媒体粒子がＳｉＯ２の場合は、その屈折率は１．５５、である。それぞれの粉体は、投入された粉体を等分に分割することが可能な縮分機により１００ｇまで分割した後、円錐四分法で２ｇまで取り出し、ここから任意に３回サンプリングした粉末の粒子径を上記のレーザ回折式粒子径測定装置により測定し、測定した篩下積算分布における体積基準の粒子径ｄ５０の平均値をメディアン径とした。
【0147】
媒体粒子と合わせた全体の粒子体積に対する原料微粉の体積は、以下の方法で測定した。すなわち、媒体粒子および原料微粉それぞれの乾燥状態での嵩密度を測定し、所定の体積割合となるそれぞれの重量を嵩密度から求めて投入した。嵩密度の測定にはＰＯＷＤＥＲ ＴＥＳＴＥＲ ＰＴ－Ｘ（ホソカワミクロン製）を用い、ゆるめ嵩密度測定モードにより嵩密度を測定し、投入重量を導出した。
【0148】
鉱石粉の平均滞留時間は、以下の方法で算出した。すなわち、トレーサー粒子としてメディアン径が原料微粉と等しく、脈石成分の異なる鉱石粉として、化学分析値においてＭｇを５倍以上の成分濃度で含む鉱石を用意した。これを、原料微粉を連続的に投入するフィーダーに投入した。このとき、原料微粉が還元鉄として排出される一定の物質流れが実現されている状態であり、そのまま装置を連続運転しながら排出される還元鉄の脈石成分Ｍｇの含有率の時間変化を調べた。これにより得られた、投入したトレーサー鉱石粉を特徴づける脈石成分Ｍｇの含有率が最も高くなるピークの時間帯を平均滞留時間とした。
【0149】
還元率は、以下の方法で測定した。すなわち、０．１ｇ程度の造粒工程後の造粒粉または還元工程後の還元粉を、窒素雰囲気のグローブボックス中で石英セルに計り取り、造粒粉または還元工程後の還元粉が空気と接触するのを避けるため、ベンゼンで浸した。石英セルを熱天秤(真空理工株式会社製、ＴＧＤ７０００)内に設置し、系内を真空排気した。その後、窒素を２．００×１０－４ｍ３／分で流し、２０℃／ｍｉｎの昇温速度で２００℃まで昇温し、ベンゼンを蒸発させた。その後３℃／ｓの昇温速度で７００℃まで昇温した。温度および天秤が安定した後、酸素を系内に導入し、重量増加がなくなるまで保持した。その後系内を１００℃以下まで冷却した後、真空排気、窒素置換し、２０℃／ｍｉｎの昇温速度で７００℃まで再び昇温した。次いで、水素ガスを２．００×１０－４ｍ３／分で流し、重量変化が認められなくなるまで保持した。重量変化をもとに下記式（３）より還元率を求めた。
【0150】
Ｘ＝｛（ｍＦｅ２Ｏ３－ｍｓａｍｐｌｅ）－０．３２９×（ｍＦｅ２Ｏ３－ｍＦｅ）｝／｛０．６７１×（（ｍＦｅ２Ｏ３－ｍＦｅ）｝ ・・・式（３）
ここで、式中、Ｘは、還元率（％）であり、ｍＦｅ２Ｏ３は酸化後の造粒粉または還元粉の重量（酸素導入後、重量増加がなくなったときの造粒粉または還元粉の重量）であり、ｍｓａｍｐｌｅは造粒粉または還元粉の質量であり、ｍＦｅは水素ガス中保持後の造粒粉または還元粉の重量（水素ガス導入後、重量増加がなくなったときの造粒粉または還元粉の重量）である。なお、熱天秤による酸化後および水素ガス中保持後の造粒粉および還元粉の化学形態は、Ｘ線回折によって、各々、Ｆｅ２Ｏ３およびＦｅであることを確かめた。
ここで、式中、Ｘは、還元率（％）であり、ｍＦｅ２Ｏ３は酸化後の造粒粉または還元粉の重量（酸素導入後、重量増加がなくなったときの造粒粉または還元粉の重量）であり、ｍｓａｍｐｌｅは造粒粉または還元粉の質量であり、ｍＦｅは水素ガス中保持後の造粒粉または還元粉の重量（水素ガス導入後、重量増加がなくなったときの造粒粉または還元粉の重量）である。なお、熱天秤による酸化後および水素ガス中保持後の造粒粉および還元粉の化学形態は、Ｘ線回折によって、各々、Ｆｅ２Ｏ３およびＦｅであることを確かめた。
【0151】
造粒容器内の分散板下部と粒子が流動化している部分の上部フリーボード部に圧力測定端子を導入し、これらの間の圧力損失を測定し、測定された圧力損失を造粒工程におけるモニタリング指標として用いた場合に、表１～３において、圧力損失モニタリング「有り」とし、圧力損失の測定を省略した場合に「無し」とした。
【0152】
造粒容器の形状として、水平断面の断面積において、粉粒流動層部分の任意の位置の断面積より、粉粒流動層より上部のフリーボード部の断面積の方が大きくなっているような上部拡大テーパー形状にした場合を、表１～３において、容器形状上部拡大テーパー「有り」、粉粒流動層より上部のフリーボード部の断面積の方が小さくなっている場合や拡大の無い直胴型で断面積が同じ場合を「無し」とした。
【0153】
造粒装置から造粒物を分離して取り出す部分について、表１～３中の造粒物分離工程の項目における「乾式篩」と記載の例では、前記の通り、上方に一方に傾斜した第一の篩を配置し、第一の篩よりも下方の位置で第一の篩の傾斜方向とは反対側に傾斜し、第一の篩よりも目開きが小さい第二の篩を配置した。第二の篩で補足された粉末は、還元装置側の輸送管に落下するように、第２の篩を傾斜させた。上下で目開きの異なる２つの篩を通し、上部の篩は一方に傾斜し、下部の篩は上部の篩とは反対側に傾斜させて配置したうえで、上部の篩は粗粒である媒体粒子を捕捉するがそれ未満の粒径である造粒粉と原料微粉を通し、下部の篩は造粒粉を捕捉するが原料微粉は通し、下部の篩のみで捕捉された造粒粉が還元装置側の輸送管に落下させた。また、「磁選」と記載の例では、造粒装置から抜き出した粉体を落下させる機構とし、落下させる配管外部から輸送管に落下するように磁力を外部から印加するようにした。「風力分級」と記載の例では、同様に抜き出した粉体を落下させながら、水平方向より一定の流速の窒素ガスを当て、造粒粉のみ還元装置側の輸送管に落下するようにした。「沈降分級」と記載の例では、抜き出した粉体を別の容器内で窒素ガスにより流動化し、この際のガス流速を原料微粉の最小流動化速度以上、媒体粒子の最小流動化速度未満とすることで媒体粒子を流動層内で沈降させ、最下部より媒体粒子、中間部より造粒粉を順次排出させることで分離した。なお、マグネタイト精鉱を原料に用いた造粒物の磁選については、分離効率を高めるため、乾式篩と組み合わせて用いた。
【0154】
【表1】
【0155】
【表2】
【0156】
【表3】
【0157】
得られた造粒粉または造粒粉と鉱石粉の混合粉を表４～６の条件で還元した。表４～６には、２段の流動層の構成からなる還元槽の場合は、１段目と２段目の還元ガスの流速を記載している。表４～６に示す滞留時間は、還元装置に設けられた循環流動層を有するライザー部または気泡流動層を有する反応器に造粒粉が滞留した合計の時間である。
【0158】
また、表４～６に示すダスト循環の有無とは、流動層で発生したダストが回収されて造粒装置に再度送入されたか否かであり、「有り」は、当該ダストが造粒装置に再度送入されたことを意味し、「無し」は、当該ダストが造粒装置に送入されなかったことを意味する。Ｎｏ．Ｂ７、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１６～Ｂ３７の例は、循環流動層および気泡流動層を有する容器のそれぞれから発生するダストを回収した。なお、ダストの回収には、乾式集塵装置として小型のサイクロンからなるマルチクロンを使用した。
【0159】
歩留りは、以下のようにして算出した。すなわち、安定した連続処理状態で、単位時間あたりに還元工程に供した鉱石粉に含まれる鉄分の総質量に対して、同じ単位時間当たりに得られる還元鉄に含まれる鉄分の総質量の割合（％）を歩留りとした。
【0160】
還元率について、表１～６では以下のように記載した。Ｅ以上であれば、高い還元率と言える。
「Ａ」：９０％以上、９５％以下
「Ｂ」：８５％以上、９０％未満
「Ｃ」：８０％以上、８５％未満
「Ｄ」：７５％以上、８０％未満
「Ｅ」：７０％以上、７５％未満
「Ｆ」：６０％以上、７０％未満
「Ｇ」：５０％以上、６０％未満
「Ｈ」：４０％以上、５０％未満
「Ａ」：９０％以上、９５％以下
「Ｂ」：８５％以上、９０％未満
「Ｃ」：８０％以上、８５％未満
「Ｄ」：７５％以上、８０％未満
「Ｅ」：７０％以上、７５％未満
「Ｆ」：６０％以上、７０％未満
「Ｇ」：５０％以上、６０％未満
「Ｈ」：４０％以上、５０％未満
【0161】
歩留りについて、表４～６では以下のように記載した。Ｆ以上であれば、高い歩留まりと言える。
「Ａ」：９８％以上
「Ｂ」：９５％以上、９８％未満
「Ｃ」：９０％以上、９５％未満
「Ｄ」：８０％以上、９０％未満
「Ｅ」：７０％以上、８０％未満
「Ｆ」：６０％以上、７０％未満
「Ａ」：９８％以上
「Ｂ」：９５％以上、９８％未満
「Ｃ」：９０％以上、９５％未満
「Ｄ」：８０％以上、９０％未満
「Ｅ」：７０％以上、８０％未満
「Ｆ」：６０％以上、７０％未満
【0162】
【表4】
【0163】
【表5】
【0164】
【表6】
【0165】
表１～６に示すように、媒体粒子が流動して形成された流動層で、鉄分を含有するメディアン径が５０μｍ以下の原料微粉から造粒粉を造粒する造粒工程と、造粒粉が流動して形成された流動層で、少なくとも造粒粉を還元する還元工程と、により、微粉鉱石および微粉鉱石を含む粉状鉄鉱石を高い歩留りで還元することができた例である。
Ｎｏ．Ｂ１、Ｂ１１の例に示されるように、造粒工程において空気を供給して形成した流動層でマグネタイト精鉱の原料微粉を造粒した造粒粉を還元工程に供することで、高い歩留まり及び還元率でマグネタイト精鉱を還元することができた。
Ｎｏ．Ｂ２の例に示されるように、原料微粉にペレットフィード（ヘマタイト鉱石）を用いた場合にも高い歩留まり及び還元率で原料微粉を還元することができた。
Ｎｏ．Ｂ３～Ｂ５の例は、ダストを循環させ、流動層および滞留時間を変更し、その他の条件を同一にした例である。流動層を多段に設けることで、還元率がより向上することが分かった。
Ｎｏ．Ｂ６の例は、ダストを循環させ、その他の条件をＮｏ．Ｂ３と同一にした例である。ダストを循環させることで、より高い歩留まりが得られることが分かった。
Ｎｏ．Ｂ７、Ｂ１６～Ｂ２０の例は、それぞれ媒体粒子の種類を変更し、その他の条件を同一にして行われた例である。いずれの例も熱分解しない媒体粒子が用いられており、高い歩留まり及び還元率で原料微粉を還元することができた。
一方、造粒工程を実施しなかったＮｏ．Ｂ８～Ｂ１０の例は、原料微粉単体で還元装置に投入したために流動化・ハンドリングが困難であり、気泡流動層での流動化不良や、循環流動層のダウンカマー部での滞留・詰まりにより還元鉄の安定な処理と排出が困難であった。そのため、Ｎｏ．Ｂ８～Ｂ１０の例については、処理後の還元鉄が得られず、歩留りの算出自体が不可能であったため、歩留りおよび還元率の算出は行わなかった。すなわち、Ｎｏ．Ｂ８～Ｂ１０の例では、流動層による還元ができなかったと言える。
Ｎｏ．Ｂ１２～１３の例は、原料微粉のメディアン径を変更し、その他の条件をＮｏ．Ｂ７の例と同一にした例である。原料微粉のメディアン径が５０μｍ以下であれば、高い歩留まり及び還元率で原料微粉を還元することができることが分かった。
Ｎｏ．Ｂ１４～１５の例は原料微粉のメディアン径が５０μｍ超であり、粉粒流動化が困難であったほか、造粒容器内で凝集が始まると造粒粉が過度に大きくなり、流動化の停止によって造粒粉の取出しができず、還元工程は実施しなかった。
また、媒体粒子のメディアン径が異なるＮｏ．Ｂ２１～Ｂ２５の例を比較すると、媒体粒子のメディアン径が原料微粉のメディアン径に対して大きいＮｏ．Ｂ２５の例では、媒体粒子を流動化させる流速が相対的に大きくなり、原料微粉の造粒容器からの散逸が増加した。その結果、媒体粒子のメディアン径がより小さいＮｏ．Ｂ２１～Ｂ２４の例は、Ｎｏ．Ｂ２５の例に比べて歩留りが高かった。
また、原料微粉の体積割合が異なるＮｏ．Ｂ７、Ｂ２６～Ｂ２８の例を比較すると、原料微粉の体積割合が小さいほど、造粒容器からガスとともに散逸してしまう原料微粉の割合が小さくなる傾向があり、歩留りが向上した。
造粒粉の粒径を０．１８ｍｍまで大きくしたＮｏ．Ｂ３１の例は、造粒粉と媒体粒子の粒径差が小さく、造粒容器から抜き出された媒体粒子と造粒粉の分離がやや困難であった。
Ｎｏ．Ｂ３２の例では、還元装置で還元する鉱石粉として、造粒容器で造粒された造粒粉に加え、流動性を示す粒径メディアン径７０μｍの鉱石（シンターフィード：ピソライト鉱石）を用いたものであり、他の実施例と同様に粉状鉄鉱石を高い歩留りで還元することができた。
Ｎｏ．Ｂ３３の例では、造粒工程において圧力損失をモニタリングしなかった場合の例であり、造粒工程での造粒物が異常成長した際に圧力損失における異常を早期に検知できず、一部造粒物が造粒容器内に付着し、歩留まりがやや低下するとともに、装置停止タイミングで異常造粒した付着物を除去するためのメンテナンスに時間を要する場合があった。
Ｎｏ．Ｂ３４の例では、造粒容器の内部形状として、上部の断面積が広がったテーパー形状でなく、断面積が同一の直胴型形状とした場合であり、この場合、造粒容器内で吹き上がった原料微粉が一部容器家以外から排出されてしまい、歩留まりが低下した。
Ｎｏ．Ｂ１１の例は、造粒容器からの造粒物の分離に磁選および乾式篩を用い、Ｎｏ．Ｂ３５の例は、風力分級を用い、Ｎｏ．３６の例は、磁選および風量分級を用い、Ｎｏ．Ｂ３７の例は、沈降分離を用いた例であり、それぞれ乾式篩の場合と同様に原料微粉と媒体粒子から造粒物を分離することができた。
Ｎｏ．Ｂ１、Ｂ１１の例に示されるように、造粒工程において空気を供給して形成した流動層でマグネタイト精鉱の原料微粉を造粒した造粒粉を還元工程に供することで、高い歩留まり及び還元率でマグネタイト精鉱を還元することができた。
Ｎｏ．Ｂ２の例に示されるように、原料微粉にペレットフィード（ヘマタイト鉱石）を用いた場合にも高い歩留まり及び還元率で原料微粉を還元することができた。
Ｎｏ．Ｂ３～Ｂ５の例は、ダストを循環させ、流動層および滞留時間を変更し、その他の条件を同一にした例である。流動層を多段に設けることで、還元率がより向上することが分かった。
Ｎｏ．Ｂ６の例は、ダストを循環させ、その他の条件をＮｏ．Ｂ３と同一にした例である。ダストを循環させることで、より高い歩留まりが得られることが分かった。
Ｎｏ．Ｂ７、Ｂ１６～Ｂ２０の例は、それぞれ媒体粒子の種類を変更し、その他の条件を同一にして行われた例である。いずれの例も熱分解しない媒体粒子が用いられており、高い歩留まり及び還元率で原料微粉を還元することができた。
一方、造粒工程を実施しなかったＮｏ．Ｂ８～Ｂ１０の例は、原料微粉単体で還元装置に投入したために流動化・ハンドリングが困難であり、気泡流動層での流動化不良や、循環流動層のダウンカマー部での滞留・詰まりにより還元鉄の安定な処理と排出が困難であった。そのため、Ｎｏ．Ｂ８～Ｂ１０の例については、処理後の還元鉄が得られず、歩留りの算出自体が不可能であったため、歩留りおよび還元率の算出は行わなかった。すなわち、Ｎｏ．Ｂ８～Ｂ１０の例では、流動層による還元ができなかったと言える。
Ｎｏ．Ｂ１２～１３の例は、原料微粉のメディアン径を変更し、その他の条件をＮｏ．Ｂ７の例と同一にした例である。原料微粉のメディアン径が５０μｍ以下であれば、高い歩留まり及び還元率で原料微粉を還元することができることが分かった。
Ｎｏ．Ｂ１４～１５の例は原料微粉のメディアン径が５０μｍ超であり、粉粒流動化が困難であったほか、造粒容器内で凝集が始まると造粒粉が過度に大きくなり、流動化の停止によって造粒粉の取出しができず、還元工程は実施しなかった。
また、媒体粒子のメディアン径が異なるＮｏ．Ｂ２１～Ｂ２５の例を比較すると、媒体粒子のメディアン径が原料微粉のメディアン径に対して大きいＮｏ．Ｂ２５の例では、媒体粒子を流動化させる流速が相対的に大きくなり、原料微粉の造粒容器からの散逸が増加した。その結果、媒体粒子のメディアン径がより小さいＮｏ．Ｂ２１～Ｂ２４の例は、Ｎｏ．Ｂ２５の例に比べて歩留りが高かった。
また、原料微粉の体積割合が異なるＮｏ．Ｂ７、Ｂ２６～Ｂ２８の例を比較すると、原料微粉の体積割合が小さいほど、造粒容器からガスとともに散逸してしまう原料微粉の割合が小さくなる傾向があり、歩留りが向上した。
造粒粉の粒径を０．１８ｍｍまで大きくしたＮｏ．Ｂ３１の例は、造粒粉と媒体粒子の粒径差が小さく、造粒容器から抜き出された媒体粒子と造粒粉の分離がやや困難であった。
Ｎｏ．Ｂ３２の例では、還元装置で還元する鉱石粉として、造粒容器で造粒された造粒粉に加え、流動性を示す粒径メディアン径７０μｍの鉱石（シンターフィード：ピソライト鉱石）を用いたものであり、他の実施例と同様に粉状鉄鉱石を高い歩留りで還元することができた。
Ｎｏ．Ｂ３３の例では、造粒工程において圧力損失をモニタリングしなかった場合の例であり、造粒工程での造粒物が異常成長した際に圧力損失における異常を早期に検知できず、一部造粒物が造粒容器内に付着し、歩留まりがやや低下するとともに、装置停止タイミングで異常造粒した付着物を除去するためのメンテナンスに時間を要する場合があった。
Ｎｏ．Ｂ３４の例では、造粒容器の内部形状として、上部の断面積が広がったテーパー形状でなく、断面積が同一の直胴型形状とした場合であり、この場合、造粒容器内で吹き上がった原料微粉が一部容器家以外から排出されてしまい、歩留まりが低下した。
Ｎｏ．Ｂ１１の例は、造粒容器からの造粒物の分離に磁選および乾式篩を用い、Ｎｏ．Ｂ３５の例は、風力分級を用い、Ｎｏ．３６の例は、磁選および風量分級を用い、Ｎｏ．Ｂ３７の例は、沈降分離を用いた例であり、それぞれ乾式篩の場合と同様に原料微粉と媒体粒子から造粒物を分離することができた。
【産業上の利用可能性】
【0166】
前述したように、本発明によれば、流動層を用い、難流動性の微粉鉱石および難流動性の微粉鉱石を含む粉状鉄鉱石を高い歩留りで還元することができる。還元されて得られた還元鉄は、スクラップや通常の直接還元鉄（ＤＲＩ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｉｒｏｎ）製品と同様に、電気炉で溶解精錬し、粗鋼製造用の鉄源として用いることができる。また、到達還元率の低いプロセスを設計した場合には、高炉における還元材使用率を下げる半還元鉄として高炉へ投入する鉄源として用いることもできる。
【符号の説明】
【0167】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 造粒装置
２０ 還元装置
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ 造粒容器
１１１ ガス供給口
１１２ 原料微粉供給口
１１３ 分散板
１１４ 出口
１２０ 乾式集塵機
１２１ バルブ
１３０ 造粒粉分離装置
１４０ 輸送装置
１４１ 溢流管
１４２、１４３、１４４ ダウンカマー
１５０ 圧力測定装置
１６０ スクリューフィーダー
１６１ 第１供給管
１６２ 第２供給管
１６３ ランス
１６４ ダウンカマー
１６５ 供給管
１６６ トリクルバルブ
１７０ 容器
１７１ バルブ
２００ 循環流動層還元装置
２１０ ライザー部
２１１ ガス供給口
２１２ 鉱石粉供給口
２１３ 分散板
２１４ 出口
２２０ サイクロン
２３０ 循環ライン
２３１ ダウンカマー
２３２ ループシール部
２４０ 乾式集塵機
２５０ 送入装置
３００ 気泡流動層還元装置
３１０、３１０Ａ 反応器
３１１ ガス供給口
３１２ 鉱石粉供給口
３１３ 分散板
３１４ 出口
３１５ 仕切り板
３２０、３２０Ａ、３２０Ｂ 乾式集塵機
４００ 粉粒流動層
４０１ 媒体粒子
４０２ 気泡（ガス、オフガス、供給ガス）
４０３ 原料微粉
４０４ 造粒粉
４０５ ダスト
４０６ 還元鉄
５００ 気泡流動層
５０１ 鉱石粉
５０２ 気泡（ガス、オフガス、供給ガス）
１１０２、１１０２Ａ、１１０２Ｂ、１１０２Ｃ、１１０２Ｄ フリーボード部
２０ 還元装置
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ 造粒容器
１１１ ガス供給口
１１２ 原料微粉供給口
１１３ 分散板
１１４ 出口
１２０ 乾式集塵機
１２１ バルブ
１３０ 造粒粉分離装置
１４０ 輸送装置
１４１ 溢流管
１４２、１４３、１４４ ダウンカマー
１５０ 圧力測定装置
１６０ スクリューフィーダー
１６１ 第１供給管
１６２ 第２供給管
１６３ ランス
１６４ ダウンカマー
１６５ 供給管
１６６ トリクルバルブ
１７０ 容器
１７１ バルブ
２００ 循環流動層還元装置
２１０ ライザー部
２１１ ガス供給口
２１２ 鉱石粉供給口
２１３ 分散板
２１４ 出口
２２０ サイクロン
２３０ 循環ライン
２３１ ダウンカマー
２３２ ループシール部
２４０ 乾式集塵機
２５０ 送入装置
３００ 気泡流動層還元装置
３１０、３１０Ａ 反応器
３１１ ガス供給口
３１２ 鉱石粉供給口
３１３ 分散板
３１４ 出口
３１５ 仕切り板
３２０、３２０Ａ、３２０Ｂ 乾式集塵機
４００ 粉粒流動層
４０１ 媒体粒子
４０２ 気泡（ガス、オフガス、供給ガス）
４０３ 原料微粉
４０４ 造粒粉
４０５ ダスト
４０６ 還元鉄
５００ 気泡流動層
５０１ 鉱石粉
５０２ 気泡（ガス、オフガス、供給ガス）
１１０２、１１０２Ａ、１１０２Ｂ、１１０２Ｃ、１１０２Ｄ フリーボード部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】