鉄鋼業を取り巻く環境・神戸製鋼の取り組み

2008年の粗鋼生産量は、図1のとおり約13.2億トン（出典：World Steel Association）と、2000年の約8.4億トンと比較して大幅に増加しており、今後もこの傾向は続くものと予想されます。中でも中国・インドをはじめとする新興国の発展は目覚しく、特に中国の粗鋼生産量（2009年）は図2のとおり約5.6億トンと、2000年の1.2億トンに比べて4倍以上の増加を見せており、これにより中国の鉄鉱石・石炭等の原料輸入量は年々急激に増加しています。この結果、各原料価格やその輸送費などが高騰し、以前に比べて原料を入手しにくい状況が顕在化しつつあります。このような状況の中、原料の多様化に対応するために高炉法以外のプロセスも登場しています。

世界的な粗鋼生産量の増加の中、電気炉法による生産も増加しており、現在では全体の3割を占めています。電気炉法は、鉄鉱石（焼結鉱・ペレットを含む）と還元剤として石炭（コークス）を使用する高炉 - 転炉法とは異なり、鉄スクラップを原料に、電気のエネルギーにより溶解・精錬します。鉄スクラップのリサイクルとしての面を持つだけではなく、粗鋼1t製造あたりのCO₂排出量が約2tの高炉 - 転炉法に比べ、電気炉法では0.5トン以下と約4分の1に抑えることができます。しかしスクラップ中には銅やスズなどの不純物が多く含まれるため、一般的には高級鋼の製造が難しいと言われております。そこで不純物を希釈するための清浄鉄源として、直接還元鉄（DRI: Direct Reduced Iron）の需要が高まっています。

直接還元鉄（DRI）とは？

鉄鉱石を形成する鉄鉱床は堆積鉱床・火成鉱床・風化残留鉱床の3種類に大別されます。鉄鉱石そのものは、他の鉱物資源と比較して、豊富に存在しますが、これまで私たちが鉄源として使用してきた鉄鉱石は高品位のものであり（鉄分含有量：65％）、堆積鉱床の中の縞状鉄鉱層という層のごく一部から掘られていました。しかし近年、これら高品位鉱は枯渇傾向にあり、低品位鉱を利用する技術を開発することが、今日解決すべき課題となっています。
現在活用されている低品位鉱利用技術としては、選鉱・焼結・ペレット加工があります。

a） 選鉱

鉄鉱石と不要な鉱石である脈石（Gangue）とを分離する作業を選鉱といいます。具体的には、鉱石の粒度により分級（篩い分け）し、粒度の大きい鉱石については細かく砕き（微粉砕）、比重による選別（浮遊選鉱）や磁力による選別（磁力選鉱）により鉄分含有量を上げていきます。選鉱された鉄鉱石の形状は粉状となります（粉鉱石）。また、高品位鉱においても、石の形状をしているもの（塊鉱石）は比較的少なく、5mm以下の粉鉱石が主流を占めます。粉鉱石は、そのままの形状では高炉・直接還元鉄プラントにおいて目詰まり等を起こすため使用できず、焼結鉱やペレットに加工されて使用されます。

b） 焼結

粉鉱石に石灰石・粉コークス等を加え、一定の大きさのボール状に焼き固めたものが焼結鉱です。焼結鉱は高炉炉頂よりコークスと交互に積み重なるように装入され、高炉内で溶融・還元されます。ボール状の形状にする事により、高炉内還元ガスの流れを一定にする働きを持ちます。

c） ペレット加工

粉鉱石の中でも特に粒度の細かい微粉鉱石は、焼結してもうまく固まらないなど、焼結鉱の原料に適しません。このような微粉鉱石は、ベントナイトなどの粘結剤（接着剤）・石灰石・水分を加えて球状にし、焼き固めてペレットにします。低品位鉱は、鉱石中の鉄分と脈石とが分離しにくく、選鉱時にきわめて細かい粒度（-44μm>80％）に破砕する必要があり、ペレット加工のニーズが高まっています。ペレットは、その組成・鉄分含有量により高炉にて使用されるものと、直接還元鉄プラントにて使用されるものに分かれます。
ペレット製造法には、トラベリンググレートのみを用いたストレートグレート方式と、トラベリンググレートにロータリーキルンを組み合わせたグレートキルン方式とがあります。

製鉄業に関連する二酸化炭素（CO₂）の排出量は、日本全体の排出量の16％を占め、そのうち6割以上が製銑工程から排出されているといわれています。つまり、日本が排出するCO₂の約1割が製銑工程に起因するものであり、温室効果ガス削減が叫ばれる今日、製銑分野へのCO₂削減圧力・期待は日増しに強まりつつあります。
また、リサイクルによる製鉄所ダストのゼロエミッション化も、私たちが解決すべき課題のひとつです。国内の製鉄所から発生するダストは年間約480万トンと言われていますが、この中には鉄のほか亜鉛・鉛などの有価金属を含む貴重な資源も含まれます。従来製鉄所ダストは、高炉原料として既設設備で焼結鉱・ペレットに加工された後、再利用されるケースが主流でしたが、高濃度の亜鉛やアルカリ分を含むダストはリサイクルが難しく、外部で処理するなど使用範囲が限られていました。しかし今日、環境への配慮・資源確保の観点からも、これら製鉄所ダストのリサイクルへのニーズは高まっています。

電気炉による粗鋼生産が増加する今日、DRIの需要が増加しています。神戸製鋼は、1983年に米国Midrex社を買収・子会社化し、世界のDRI生産量の約6割を占めるMIDREX^®直接還元製鉄プロセスのプロセスライセンサーとして世界中で活動を展開しているほか、回転炉床炉による石炭ベース還元鉄製造法では、FASTMET^®プロセスを商業化しています。またこの方法から派生して、直接溶銑を製造するFASTMELTプロセスを開発し、より高品位なアイアン・ナゲットを製造するITmk3^®プロセスを開発・商業化しております。

アイアン・ナゲットとは？

ITmk3^®プロセスにより製造される製品がアイアン・ナゲットです。不純物もなく金属鉄が96～97％と、高炉銑鉄同等の高品質のうえ、再酸化による自然発火などの恐れもなくハンドリングが容易です。そのため電気炉ではスクラップの希釈原料として使用することで製品の高品質化が可能となります。また転炉に投入する場合、溶銑にアイアン・ナゲットを添加することで増産効果が期待できます。

銑鉄とは？

鉄鉱石やDRIなどの製鉄原料を高炉や電気炉などの炉で還元し、鉄分を取り出したものを銑鉄といいます。銑鉄の中でも高温で溶かしたものを溶銑、冷えて固体になったものを冷銑といいます。冷銑はハンドリングがしやすいように10～30kg程度の塊に鋳込みます。これを型銑といいます。
銑鉄は通常4％程度の炭素分を含み、最終製品として加工するには硬くてもろいため、最終製品を製造する際には炭素・ケイ素・マンガンなどの成分を用途に応じて調整します。