初期融液生成時の酸化鉄の還元速度

摘要

2015年7月，第30回地球温暖化対策推進本部において，日本国内の温室効果ガス排出量を2030年までに2013年度比で26%減の水準(10億4,200万t-CO_2/y)にするとの目標を含む「日本の約束草案」が決定され国連気候変動枠組み条約事務局に提出された.2015年における我が国のCO_2 排出量は約12憶2,500万t-CO_2/yであり，そのうち約13.6% は鉄鋼業から排出されている.高炉を用いた製鉄プロセスでは，鉱石から銑鉄を得るまでの製銑プロセスにおいて石炭を多量に必要とするため，製鉄プロセスでのCO_2排出量は全製鉄プロセスの約70%に相当する.そのため，製銑プロセスからのCO_2排出量の削減は重要な課題であり，高炉へ投入する炭素量を低減するために様々な努力がなされている.Fig.1に高炉の断面模式図を示す.高炉内には鉄鉱石が軟化溶融する軟化融着帯があり，主な炭素源であるコークスはこの軟化融着帯内での通気性を確保している.投入するコークス量を低減した場合，軟化融着帯内での通気性が悪化し，高炉の安定操業が困難になることが予想される.そのため，軟化融着帯内での諸現象の定量的把握と制御が必要とされており，特に鉄鉱石の還元反応は鉄鉱石の溶融挙動と密接に関係しているため重要である.初期融液生成時には酸化鉄固体内でFeO系融液が生成するため，固体と液体の酸化鉄が共存した状態で不均一に還元反応が進行する.その系の複雑さから還元速度の定量化は困難であり，様々な試み.がなされている.中本らは生成した融液がFeO圧粉体内の気孔に浸透することで還元ガスの、拡散に有効な開気孔が減少することを指摘しており，還元速度は融液量とともに低下することを報告している.さらに，川端らは酸化鉄塊成鉱内の気孔の閉塞挙動に及ぼす気孔構造の影響について調査しており，昇温時に微細気孔から融液によって閉塞され，気孔の閉塞量が増加するほど還元速度が低下することを報告している.このように初期融液生成時の還元速度は生成する融液による気孔閉塞に強く影響を受ける.