(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元鉄を製造するための移動炉床式還元炉の原料として用いられる炭材内装酸化鉄塊成化物であって、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯおよびＳｉＯ２含有量から定まるＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの固相線温度（以下、「プリメルトスラグ固相線温度」という。）ＴＳ・Ｐが１３００℃以下であるプリメルトスラグが配合されてなることを特徴とする炭材内装酸化鉄塊成化物。
【請求項２】
前記プリメルトスラグの固相線温度ＴＳ・Ｐが１２００℃以下である請求項１に記載の炭材内装酸化鉄塊成化物。
【請求項３】
前記プリメルトスラグが、高炉スラグおよび／または製鋼スラグである請求項１記載の炭材内装酸化鉄塊成化物。
【請求項４】
前記プリメルトスラグが、高炉スラグおよび／または製鋼スラグである請求項２記載の炭材内装酸化鉄塊成化物。
【請求項５】
請求項１または３に記載の炭材内装酸化鉄塊成化物を製造する方法であって、当該塊成化物全体のＡｌ２Ｏ３、ＣａＯおよびＳｉＯ２含有量から定まるＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの固相線温度（以下、「全スラグ固相線温度」という。）ＴＳ・Ｓが１３００℃以下であり、かつ、当該塊成化物を前記移動炉床式還元炉内において前記全スラグ固相線温度ＴＳ・Ｓより高く、前記塊成化物全体のＡｌ２Ｏ３、ＣａＯおよびＳｉＯ２含有量から定まるＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの液相線温度（以下、「全スラグ液相線温度」という。）ＴＬ・Ｓよりも低い加熱処理温度で加熱処理して製造した還元鉄中のＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの融液率が１〜２０％となるように、前記プリメルトスラグの配合割合を調整することを特徴とする炭材内装酸化鉄塊成化物の製造方法。
ここに、還元鉄中のＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの融液率とは、該還元鉄全体に対する、該還元鉄中のＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグのうち前記加熱処理温度において液相となる部分の質量比率として定義されるものである（以下、同じ）。
【請求項６】
請求項２または４に記載の炭材内装酸化鉄塊成化物を製造する方法であって、当該塊成化物全体のＡｌ２Ｏ３、ＣａＯおよびＳｉＯ２含有量から定まるＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの固相線温度（以下、「全スラグ固相線温度」という。）ＴＳ・Ｓが１２００℃以下であり、かつ、当該塊成化物を前記移動炉床式還元炉内において前記全スラグ固相線温度ＴＳ・Ｓより高く、前記塊成化物全体のＡｌ２Ｏ３、ＣａＯおよびＳｉＯ２含有量から定まるＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの液相線温度（以下、「全スラグ液相線温度」という。）ＴＬ・Ｓよりも低い加熱処理温度で加熱処理して製造した還元鉄中のＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの融液率が１〜２０％となるように、前記プリメルトスラグの配合割合を調整することを特徴とする炭材内装酸化鉄塊成化物の製造方法。
【請求項７】
請求項１、２、３もしくは４に記載の炭材内装酸化鉄塊成化物、または、請求項５もしくは６に記載の製造方法で製造された炭材内装酸化鉄塊成化物であって、炭材配合量が調整された炭材内装酸化鉄塊成化物を、前記移動炉床式還元炉内で加熱処理して還元鉄を製造する方法であって、下記式で定義される炭素利用効率ηＣが０．０８〜０．１２の範囲内になるように、加熱処理温度を前記全スラグ固相線温度ＴＳ・Ｓより高く、前記全スラグ液相線温度ＴＬ・Ｓよりも低い温度範囲で調整して、炭素含有量が６質量％以下の還元鉄を得ることを特徴とする還元鉄製造方法。
式  ηＣ＝ＮＣＯ２／（ＮＣＯ＋ＮＣＯ２）
ここに、ＮＣＯおよびＮＣＯ２は、それぞれ、上記加熱処理の際に上記炭材内装酸化鉄塊成化物中から発生する、ＣＯの総モル量およびＣＯ２の総モル量である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元鉄を製造するための移動炉床式還元炉の原料として用いられる炭材内装塊成化物およびその製造方法、ならびにそれを用いた還元鉄製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鉱石や製銑・製鋼工程で発生する酸化鉄を多量に含有するダスト粉などの粉状の酸化鉄含有原料に、還元材として石炭やコークスを製造する際に発生する粉などの炭素を含有した炭材と水分やバインダー分を添加・混合し、ペレットまたはブリケットに成形し、その成形体（炭材内装酸化鉄塊成化物）を乾燥し、次いで、回転炉床炉で加熱して還元反応を起こさせて還元鉄を製造する技術が知られている。この成形体は、もともと微粉で構成されていることから未還元であればもとの粉が発生し、また還元が終了した段階でも還元に用いられなかった炭素分が含有されており、還元鉄が炉外へ排出される際に衝撃で割れて内部の炭素や還元鉄粒子および原料に含まれる酸化物成分が粉となって炉内に残留することがある。さらには排出された還元鉄もベルトコンベアなどの搬送機器で移送される際に還元鉄同士の摩擦やベルトコンベアなどの乗り継ぎの際の落下衝突により微粒粉が発生する。
【０００３】
ところで、還元鉄を製造する際に回転床式還元炉内の加熱温度の変更や滞留時間の調整などの変更を行うだけでは還元された金属鉄の凝集に影響するスラグの形成を調整することが困難であり還元鉄の圧潰強度が弱くなる。このため還元鉄を回転床式還元炉から排出する時に紛化・破損し、回転床式炉からの排出が困難になるうえ、排出できなかった還元鉄粒子やスラグ分が炉内に残留し、炉床の耐火物と反応して損傷を引き起こしてしまう。また排出時に紛化・破壊した還元鉄の一部は、炉内のガス気流中に浮遊して、回転床式還元炉内壁及び排ガス設備ダクト壁に付着することもある。さらに排出された還元鉄が、搬送中に紛化・破損するとダストとなって再度原料として使用する必要が生じる上、電気炉や高炉といった還元鉄を溶解して銑鉄とする工程においても歩留まりが低下する。
【０００４】
このため、炉内での還元過程や炉外への搬出および搬送の際において微粒粉の発生を抑制ないし防止する技術が望まれている。
【０００５】
一方、製造された還元鉄は、高炉や転炉、電気炉などの鉄原料として使用されることから、炉のエネルギ効率を改善するためできるだけ高炭素含有量のものが望まれているものの、炭素含有量が高くなるほど、還元鉄の強度が低下することが知られている。
【０００６】
そこで、上記課題を解決するために、炭材内装酸化鉄塊成化物や還元鉄の強度を高める方策が種々検討されている。
【０００７】
例えば、これまでスラグ成分の溶融と固着によって還元鉄粒子を固めることに着眼し、スラグの塩基度調整用原料としてＣａＣＯ３などのＣａ含有化合物を用いて塩基度（ＣａＯ/ＳｉＯ２）比を０．３以上０．６以下とすることにより還元鉄の圧潰強度を向上させることで粉化を抑制する方法や塩基度を１．４〜１．６に調整し、塊成化物中の炭素を１０〜２０％として１２５０℃〜１３５０℃で加熱する方法が提案されている（特許文献１、２参照）。しかし鉄鉱石やダストといった鉄源にはＣａＯやＳｉＯ２以外にもＡｌ２Ｏ３やＭｇＯを含むものもあり、単に（ＣａＯ/ＳｉＯ２）比を制御するだけではスラグの溶融温度を精度良く制御することができず、確実に還元鉄の強度を高めることはできない。
【０００８】
また、炉内への装入過程において微粒粉の発生を抑制するため、粉状鉄原料中のＡｌ２Ｏ３とＳｉＯ２の合計量を塊成化物中に４〜１０質量％の範囲に調整して成形体の強度を高める技術が提案されている（特許文献３参照）。しかし、原料中のＡｌ２Ｏ３とＳｉＯ２の合計を規定するだけではスラグの融点を精度良く制御することはできず、やはり圧潰強度を上げて粉化を防止できるものではない。
【０００９】
またさらに、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＳｉＯ２の存在量から（ＸＣａＯ+Ａｌ２Ｏ３+ＸＭｇＯ）／ＸＳｉＯ２を求め、この値が１〜５となるよう調整する方法も提案されている（特許文献４参照）。しかし、これは炉床に付着した付着物を除去しようとする際に容易に切削しうる付着物成分に着目したものであって、還元鉄自体の強度を高め、粉化を防止できるものではない。
【００１０】
また、（ＣａＯ＋Ａｌ２Ｏ３)／ＳｉＯ２で計算される値が１．６以上とする方法やさらにＣａ含有物質としてカルシウムイオンを含む水和物を添加する方法が提案されている（特許文献５参照）。しかし、この方法では水和物を形成するのに３日かかるとされており、原料を３日以上保持するヤードが必要となる。
【００１１】
また、ＣａＦ２成分を添加するとともに、（ＣａＯ／ＳｉＯ２）比を０．３〜１．０とする方法が提案されている（特許文献６参照）。しかし近年、ＣａＦ２については環境への影響が懸念されるためにＣａＦ２を含有するスラグは廃棄が規制されるようになっており、ＣａＦ２の使用も制限されることが多い。
【００１２】
また、炉内でバースティングして粉が発生することを防ぐ目的で、（ＣａＯ／ＳｉＯ２）比を０．５〜１．５とし、結晶水と揮発分の合計量を１０．５質量％以下とし、付着水分の含有量を１．０%以下とする方法も提案されている（特許文献７参照）。しかし、酸化物原料中に結晶水を１０．５質量％を超えて含有する原料には適用できず、水分を１質量％以下に乾燥するには乾燥時間を多く必要とする。
【００１３】
（ＣａＯ−ＭｇＯ）／Ｔ.Ｆｅを０．１以下とし、かつ（ＣａＯ−ＭｇＯ）／ＳｉＯ２を２以下として酸化鉄原料の大きさを５０μｍ以下として還元帯内の一酸化炭素に対する二酸化炭素の比を０．３から１として、還元鉄の金属化率を５０〜８５％とし該還元鉄中の残留炭素を２質量％以下とする方法も提案されている（特許文献８参照）。しかし、この方法では酸化鉄原料が５０ミクロンを超えるものは粉砕工程が必要になり、大きな粒径のものほど粉砕に時間を要する上、炭素を多く含んだ還元鉄を得ることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−１６９１４０号公報
【特許文献２】特開平１０−１４７８０６号公報
【特許文献３】特開平１１−１２６２６号公報
【特許文献４】特開２００６−２８３１３６号公報
【特許文献５】特開２００７−１９７７８３号公報
【特許文献６】特開２００８−５６９８６号公報
【特許文献７】特開２００９−３５８２０号公報
【特許文献８】特開２００９−８４６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
そこで、本発明は、炭材内装酸化鉄塊成化物を移動炉床式還元炉内で加熱して還元鉄を得るに際して炉内で粉化を起こして粉が蓄積されることがなく、また得られた還元鉄が搬送されるに際して粉化して歩留まりが下がることを確実に防止しうる炭材内装酸化鉄塊成化物、および、その製造方法、ならびに、それを用いた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】
【００１６】
請求項１に記載の発明は、還元鉄を製造するための移動炉床式還元炉の原料として用いられる炭材内装酸化鉄塊成化物であって、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯおよびＳｉＯ２含有量から定まるＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの固相線温度（以下、「プリメルトスラグ固相線温度」という。）ＴＳ・Ｐが１３００℃以下であるプリメルトスラグが配合されてなることを特徴とする炭材内装酸化鉄塊成化物である。
請求項２に記載の発明は、前記プリメルトスラグの固相線温度ＴＳ・Ｐが１２００℃以下である請求項１に記載の炭材内装酸化鉄塊成化物である。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記プリメルトスラグが、高炉スラグおよび／または製鋼スラグである請求項１に記載の炭材内装酸化鉄塊成化物である。
請求項４に記載の発明は、前記プリメルトスラグが、高炉スラグおよび／または製鋼スラグである請求項１に記載の炭材内装酸化鉄塊成化物である。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１または３に記載の炭材内装酸化鉄塊成化物を製造する方法であって、当該塊成化物全体のＡｌ２Ｏ３、ＣａＯおよびＳｉＯ２含有量から定まるＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの固相線温度（以下、「全スラグ固相線温度」という。）ＴＳ・Ｓが１３００℃以下であり、かつ、当該塊成化物を前記移動炉床式還元炉内において前記全スラグ固相線温度ＴＳ・Ｓより高く、前記塊成化物全体のＡｌ２Ｏ３、ＣａＯおよびＳｉＯ２含有量から定まるＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの液相線温度（以下、「全スラグ液相線温度」という。）ＴＬ・Ｓよりも低い加熱処理温度で加熱処理して製造した還元鉄中のＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの融液率が１〜２０％となるように、前記プリメルトスラグの配合割合を調整することを特徴とする炭材内装酸化鉄塊成化物の製造方法である。
ここに、還元鉄中のＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの融液率とは、該還元鉄全体に対する、該還元鉄中のＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグのうち前記加熱処理温度において液相となる部分の質量比率として定義されるものである（以下、同じ）。
請求項６に記載の発明は、請求項２または４に記載の炭材内装酸化鉄塊成化物を製造する方法であって、当該塊成化物全体のＡｌ２Ｏ３、ＣａＯおよびＳｉＯ２含有量から定まるＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの固相線温度（以下、「全スラグ固相線温度」という。）ＴＳ・Ｓが１２００℃以下であり、かつ、当該塊成化物を前記移動炉床式還元炉内において前記全スラグ固相線温度ＴＳ・Ｓより高く、前記塊成化物全体のＡｌ２Ｏ３、ＣａＯおよびＳｉＯ２含有量から定まるＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの液相線温度（以下、「全スラグ液相線温度」という。）ＴＬ・Ｓよりも低い加熱処理温度で加熱処理して製造した還元鉄中のＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの融液率が１〜２０％となるように、前記プリメルトスラグの配合割合を調整することを特徴とする炭材内装酸化鉄塊成化物の製造方法である。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項１、２、３もしくは４に記載の炭材内装酸化鉄塊成化物、または、請求項５もしくは６に記載の製造方法で製造された炭材内装酸化鉄塊成化物であって、炭材配合量が調整された炭材内装酸化鉄塊成化物を、前記移動炉床式還元炉内で加熱処理して還元鉄を製造する方法であって、下記式で定義される炭素利用効率ηＣが０．０８〜０．１２の範囲内になるように、加熱処理温度を前記全スラグ固相線温度ＴＳ・Ｓより高く、前記全スラグ液相線温度ＴＬ・Ｓよりも低い温度範囲で調整して、炭素含有量が６質量％以下の還元鉄を得ることを特徴とする還元鉄製造方法である。
式  ηＣ＝ＮＣＯ２／（ＮＣＯ＋ＮＣＯ２）
ここに、ＮＣＯおよびＮＣＯ２は、それぞれ、上記加熱処理の際に上記炭材内装酸化鉄塊成化物中から発生する、ＣＯの総モル量およびＣＯ２の総モル量である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、炭材内装酸化鉄塊成化物中にＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの固相線温度が１３００℃以下、より好ましくは１２００℃以下のプリメルトスラグを配合することで、該炭材内装酸化鉄塊成化物を移動炉床式還元炉内で加熱処理した際に該プリメルトスラグの一部が容易に溶融し、金属鉄の焼結反応が促進され、より高い圧潰強度を備えた還元鉄が製造できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】炭材内装酸化鉄塊成化物のスラグ組成と固相線温度との関係を説明するためのＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系状態図である。
【図２】還元試験に用いた小型高周波急速加熱炉の装置概要を示す縦断面図である。
【図３】還元試験における加熱パターンを模式的に示す図である。
【図４】還元試験に用いた炭材内装酸化鉄ペレットのスラグ組成と固相線温度との関係を説明するためのＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明について、さらに詳細に説明する。
【００２３】
（実施形態）
本発明は、炭材内装酸化鉄塊成化物（以下、単に「塊成化物」ともいう。）中にＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの固相線温度（プリメルトスラグ固相線温度）ＴＳ・Ｐが１３００℃以下、より好ましくは１２００℃以下であるプリメルトスラグを配合することを特徴とし、これにより、高炉や電気炉、転炉などの鉄原料としてより適した、圧潰強度がさらに高められた製品還元鉄が得られる。
【００２４】
以下に、上記要件の設定根拠を説明する。
【００２５】
まず、プリメルトスラグを使用することとしたのは、従来技術のように、炭材内装酸化鉄塊成化物中のスラグ成分の調整に、例えば副原料として石灰石（ＣａＯ源）や珪石（ＳｉＯ２源）を用いるとＣａＯ単体やＳｉＯ２単体は溶融温度（融点）が高いためこれらの副原料からは液相が発生しにくくスラグ化に時間がかかるのに対し、プリメルトスラグはそれ自体すでにスラグ化されているため溶融温度が低く、短時間で液相が生成して金属鉄の焼結をより促進させるためである。
【００２６】
Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグを対象としたのは、プリメルトスラグの成分は、主としてＡｌ２Ｏ３、ＣａＯおよびＳｉＯ２で構成されることによる。
【００２７】
また、該３元系スラグの、液相線温度でなく、固相線温度を規定することとしたのは、以下の理由による。
【００２８】
すなわち、液相線温度はプリメルトスラグが全量溶融状態となる温度であるのに対し、固相線温度は一部溶融状態のスラグが発生し始める温度である。つまり、プリメルトスラグの液相線温度を規定し、この液相線温度より高い温度で加熱すると、プリメルトスラグが一挙に全量溶融してしまい、塊成化物内に空隙を多く作り、却って金属鉄の焼結の促進を妨げるため、高強度の還元鉄が得られない。これに対し、プリメルトスラグの固相線温度を規定し、この固相線温度より高い温度で加熱すると、プリメルトスラグの全量ではなく一部が溶融した固液共存状態が得られることにより、プリメルトスラグの溶融による空隙の形成を抑制しつつ、金属鉄の焼結を促進させることができることになる。要するに、還元鉄の強度発現は、スラグ相の形成によるものでなく、金属鉄の焼結構造によるものである。
【００２９】
また、固相線温度を１３００℃以下としたのは、回転炉床式還元炉で還元鉄を製造する場合、加熱温度としては１３００℃ないしそれ以下の温度を採用する例が多いことを考慮したものである。
さらに、固相線温度を、より好ましくは１２００℃以下としたのは、加熱処理の早い段階で固液共存状態を作り出すことにより、金属鉄の焼結を促進できることが判明したためである。
【００３０】
ここで、Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの固相線温度（プリメルトスラグ固相線温度）ＴＳ・Ｐは、例えば以下のようにして決定することができる。
【００３１】
図１は、一般的に用いられるＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３３元系複合酸化物の相平衡状態図（ＳＬＡＧ ＡＴＬＡＳ ２ｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ（１９９５），Ｖｅｒｌａｇ Ｓｔａｈｌｅｉｓｅｎ ＧｍｂＨ，ｐ．１０５）であるが、この図には液相線温度（ＴＬ）は記載されているものの、固相線温度（ＴＳ）は記載されていない。そこで、熱力学平衡計算ソフトウェア「ＦａｃｔＳａｇｅ」（Ｔｈｅｒｍｆａｃｔ  ａｎｄ  ＧＴＴ−Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）を用いて、上記３元系複合酸化物における固相線温度（ＴＳ）を算出し、同図上に固相線温度（ＴＳ）が１３００℃以下となる領域（点Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓで囲まれた領域；点Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓの各組成は下記表１に示すとおり。）、および、その内１２００℃以下となる領域を、それぞれハッチングで示した。
【００３２】
【表１】
0005503495.tif 000002
【００３３】
したがって、塊成化物に配合されるプリメルトスラグ中の上記３元系スラグの組成が上記領域内の組成となるようなプリメルトスラグを選択して配合すればよい。また、プリメルトスラグ固相線温度ＴＳ・Ｐが１３００℃以下、より好ましくは１２００℃以下の、複数の異なる組成を有するプリメルトスラグを併用して配合してもよい。
【００３４】
プリメルトスラグとしては、例えば、高炉スラグおよび／または製鋼スラグを用いることができる。ここに、製鋼スラグには、転炉スラグ、溶銑予備処理スラグ、電気炉スラグなどが含まれる。
【００３５】
上記においては、塊成化物に配合するプリメルトスラグの固相線温度（プリメルトスラグ固相線温度）ＴＳ・Ｐのみを規定したが、さらに、プリメルトスラグを配合した後の塊成化物中のＡｌ２Ｏ３、ＣａＯおよびＳｉＯ２含有量から定まるＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの固相線温度（全スラグ固相線温度）ＴＳ・Ｓをも１３００℃以下、より好ましくは１２００℃以下とするとともに、当該塊成化物を前記移動炉床式還元炉内において前記全スラグ固相線温度ＴＳ・Ｓより高く、前記塊成化物全体のＡｌ２Ｏ３、ＣａＯおよびＳｉＯ２含有量から定まるＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの液相線温度（全スラグ液相線温度）ＴＬ・Ｓよりも低い加熱処理温度で加熱処理して製造した還元鉄中のＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの融液率が１〜２０％となるように、前記プリメルトスラグの配合割合を調整することがより好ましい。
【００３６】
上記のように、全スラグ固相線温度ＴＳ・Ｓをも１３００℃以下、より好ましくは１２００℃以下に制限することで、炉内で塊成化物が加熱された際に、先ずプリメルトスラグから生成した液相（溶融スラグ）が、塊成化物を構成する、酸化鉄含有原料中の脈石成分や炭材の灰分と反応してスラグ組成が変化しても液相状態を維持できることとなる。
【００３７】
なお、全スラグ固相線温度ＴＳ・Ｓは、上述した上記プリメルトスラグ固相線温度ＴＳ・Ｐと同様の手法にて決定することができる。
【００３８】
さらに、還元鉄中のＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの融液率を１〜２０％の範囲に制御することで、スラグを適量溶融して金属鉄の焼結反応をより確実に進行させることができる。すなわち、融液率が１％未満ではスラグ融液が少なすぎて金属鉄の焼結が十分に進行せず、一方、融液率が２０％を超えてスラグ融液が過剰になると、冷却後の還元鉄の強度発現機構が金属鉄の焼結律速からスラグボンド律速へと変化するため、スラグボンドの部位で脆性破壊を生じやくすくなり、還元鉄の歩留が低下する。上記融液率は５〜１８％の範囲とするのがさらに好ましい。
【００３９】
ここに、還元鉄中のＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの融液率とは、還元鉄全体に対する、該還元鉄中のＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグのうち加熱処理温度において液体（すなわち、液相）となる部分の質量比率として定義されるものである。
【００４０】
なお、塊成化物中の炭材には灰分が含まれ、この灰分組成も下記塊成化物全体３元系スラグの組成の決定に影響するが、塊成化物中の炭材の配合量は、後述の還元鉄中の残留炭素量見合いで最終的に決定されるため、上記塊成化物全体のＡｌ２Ｏ３、ＣａＯおよびＳｉＯ２含有量から定まるＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグ（以下、「塊成化物全体３元系スラグ」と略称する。）の組成は、主として酸化鉄含有原料、プリメルトスラグおよび副原料の配合量で調整することになる。すなわち、上記塊成化物全体３元系スラグの組成は、酸化鉄原料である、複数の異なるスラグ成分組成を有する製鉄ダストや鉄鉱石の配合割合に応じて、プリメルトスラグの添加量と、さらに必要により、副原料である、石灰石、生石灰等の酸化カルシウム含有物質や珪石等の酸化珪素含有物質の添加量を調整することによって行うことができる。
【００４１】
また、塊成化物中の炭材配合量は、下記式で定義される炭素利用効率ηＣが０．０８〜０．１２の範囲内になるように、前記全スラグ固相線温度ＴＳ・Ｓより高く、前記全スラグ液相線温度ＴＬ・Ｓよりも低い温度範囲で調整された加熱処理温度で加熱処理して得られた還元鉄中に残留する炭素が６質量％以下となるようにするのが好ましい。
【００４２】
ここに、加熱処理温度とは、回転炉床式還元炉内における最高雰囲気温度を意味するものとする。
【００４３】
加熱処理温度を全スラグ固相線温度ＴＳ・Ｓより高く、全スラグ液相線温度ＴＬ・Ｓより低い温度で調整することとしたのは、スラグを一部液相化して金属鉄の焼結を促進させるためである。具体的には、例えば加熱処理温度が１３００℃の場合には、全スラグ液相線温度ＴＬ・Ｓが１３００℃超えとなるようなスラグ組成を選定すればよい。
【００４４】
また、上記特許文献８に記載の方法では、還元鉄中の残留炭素を２質量％以下に制限しているが、本発明では、上記のようにスラグ成分の溶融制御を適正に行うことで、さらに高い炭素含有量でも還元鉄強度を確保できる。ただし６質量％を超えると、金属鉄の凝集を阻害するため、還元鉄の圧潰強度が低下してしまう。還元鉄強度を確保する観点からは、還元鉄中に残留する炭素は少ないほど好ましいが、上述したように、高炉や転炉、電気炉などのエネルギ効率を改善する観点からは、できるだけ高Ｃ含有量が好ましく、還元鉄中に残留する炭素は２質量％超、さらには３質量％以上とするのが推奨される。
【００４５】
還元鉄中の残留炭素量の調整は、炭材内装酸化鉄塊成化物中の炭材配合量（炭素含有量）を調整することよって行うことができ、例えば、炭材内装酸化鉄塊成化物の製造時において、炭素含有量の高い高炉ダストの配合割合や、石炭、コークス粉等の炭材の添加量を調整することによって行うことができる。
【００４６】
炭材内装酸化鉄塊成化物中の炭材配合量は、以下のような考え方で設定することができる。
【００４７】
すなわち、炭材として石炭などの揮発分と固定炭素分を含有するものを用いた場合には、回転炉床式還元炉内で塊成化物が加熱された際、まずその昇温過程にて５００〜６００℃で揮発分が除去されるが、この揮発分は酸化鉄の還元にはほとんど寄与しない。そして、さらに塊成化物の温度が上昇し、約７００℃に達したときに、固定炭素により酸化鉄の還元反応が実質的に開始されることが知られている。
【００４８】
したがって、塊成化物中の固定炭素質量Ｘｃは、下記式（２）に示すように、酸化鉄および酸化亜鉛を完全に金属まで還元するのに必要な炭素質量ＸｃＴと、還元後の還元鉄中の残留炭素質量ＸｃＲとの合計質量とみなすことができる。
【００４９】
Ｘｃ＝ＸｃＴ＋ＸｃＲ  …式（２）
【００５０】
ここで、酸化鉄および酸化亜鉛を完全に金属まで還元するのに必要な炭素質量ＸｃＴは、下記式（３）で推定することができる。
【００５１】
ＸｃＴ＝（１２／１６）・Ｘｏ／（１＋ηＣ） …式（３）
ただし、Ｘｏは、炭材内装酸化鉄塊成化物中における、酸化鉄の酸素と酸化亜鉛の酸素の合計質量であり、ηＣは炭素利用効率（詳細は後述）である。
【００５２】
上記式（３）において、酸化鉄の他に酸化亜鉛の還元を考慮したのは、原料として製鉄ダストを用いる場合には、相当量の酸化亜鉛が含まれ、その還元に相当量の炭素質量を必要とするためである。ただし、鉛、アルカリ金属など他の非鉄金属の酸化物の含有量は酸化鉄や酸化亜鉛に比べて少ないので無視した。
【００５３】
また、上記式（３）中の１／（１＋ηＣ）の項は、還元反応により発生するＣＯ＋ＣＯ２ガス中のＣＯ２ガス成分の割合が高くなるにつれて酸化鉄および酸化亜鉛を完全に金属まで還元するのに必要な炭素質量が少なくなることを意味するものである。
【００５４】
ここに、炭材内装酸化鉄塊成化物を回転炉床式還元炉内で加熱処理した際の炭素利用効率ηＣは、後述の実施例で用いた小型高周波急速加熱炉で炭材内装酸化鉄塊成化物を不活性ガス雰囲気中で加熱処理して還元鉄を作製する試験を行い、その際に塊成化物から発生するＣＯ、ＣＯ２ガス組成を分析することにより求めることができる。その結果、炭素利用効率ηＣは、加熱処理温度により変化するものの、０．０８〜０．１２の範囲にあることがわかった。
【００５５】
したがって、まず、炭素利用効率ηＣを実際に用いる炉の加熱処理温度に応じて０．０８〜０．１２の間で設定し、上記式（３）を用いて酸化鉄の還元に必要な炭素量ＸｃＴを算出し、次いで、式（２）を用いて塊成化物中の固定炭素量Ｘｃを算出する。そして、この計算結果に基づいて塊成化物中の炭材配合量を設定することができる。
【００５６】
そして、上記のようにして製造された炭材内装酸化鉄塊成化物を、回転炉床式還元炉内で加熱処理するに際し、下記再掲式（１）で定義される炭素利用効率ηＣが０．０８〜０．１２の範囲内になるように、加熱処理温度を前記全スラグ固相線温度ＴＳ・Ｓより高く、前記全スラグ液相線温度ＴＬ・Ｓよりも低い温度範囲で調整すればよい。
【００５７】
ηＣ＝ＮＣＯ２／（ＮＣＯ＋ＮＣＯ２） …再掲式（１）
ここに、ＮＣＯおよびＮＣＯ２は、それぞれ、上記加熱処理の際に上記炭材内装酸化鉄塊成化物中から発生する、ＣＯの総モル量およびＣＯ２の総モル量である。
【００５８】
炭素利用効率ηＣは、加熱処理温度を前記固相線温度と前記液相線温度の間で調整することで変化させることが可能であり、例えば、加熱処理温度を高くするほど塊成化物内でカーボンソリューション反応（Ｃ＋ＣＯ２→２ＣＯ）が促進されるので、炭素利用効率ηＣは低下する傾向を示す。
【００５９】
（変形例）
上記実施形態では、移動炉床式還元炉の炉形式として回転炉床炉を例示したが、直線炉を用いてもよい。
【実施例】
【００６０】
本発明の効果を確証するために、下記表２に示す原料を使用して、以下の試験を実施した。
【００６１】
【表２】
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【００６２】
〔実験方法〕
本実施例では、炭材内装酸化鉄塊成化物の形態としてペレットを採用した。
【００６３】
表３に示すような種々の配合割合で配合した、酸化鉄含有原料（ａ）、炭材（ｂ）、および、プリメルトスラグもしくは副原料（ｃ）に、結合剤として小麦粉を１．５質量％（一定）添加し、さらに適量の水分を添加してタイヤ型造粒機を用いて直径１７ｍｍの生ペレットに造粒した。この生ペレットを乾燥機中で１０５℃、２０時間乾燥して付着水を完全に除去した。乾燥後のペレット（炭材内装酸化鉄ペレット）の見掛密度は、１８００〜２０００ｋｇ／ｍ３の範囲内であった。
【００６４】
この乾燥後のペレット（炭材内装酸化鉄ペレット）を、図２に装置概要を示す小型高周波急速加熱炉（セキスイメディカル電子製：発振器の型式ＭＵ−１７００、炉の型式ＵＤ−２５０）で加熱処理を行った。なお、加熱スリーブとしては、ペレットを加熱した際に発生するＣＯ２含有ガスによる黒鉛の消耗を防止するため、アルミナで被覆した黒鉛チューブを使用した。
【００６５】
加熱パターンは、図３に示すように、室温〜１２５０℃は１５０℃／ｍｉｎの昇温速度、１２５０〜１３００℃は１５℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱し、１３００℃到達後、直ちに加熱を中止して急冷を行った。なお、加熱時の雰囲気としてはＮ２ガス３ＮＬ／ｍｉｎ、冷却時の雰囲気としてはＨｅガス３ＮＬ／ｍｉｎをそれぞれ用いた。
【００６６】
【表３】
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【００６７】
上記加熱パターンにて加熱処理して得られた還元鉄について炭素含有量および厚潰強度を測定し、その結果を表４に示す。同表には還元前のペレット（炭材内装酸化鉄ペレット）中のＳｉＯ２、ＣａＯおよびＡｌ２Ｏ３の各含有量、ならびに、塊成化物全体３元系スラグの固相線温度ＴＳ・Ｓ、液相線温度ＴＬ・Ｓおよび液相率、ならびに、還元鉄中のＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの融液率を併記した。
【００６８】
なお、液相率とは、平衡状態図上では固相線と液相線の間に位置し、固体＋液体（すなわち、固相＋液相）中に占める液体の質量比率として定義されるものであり（特開２００５−４８１９７号公報の段落［００３６］参照）、本実施例では、既述の熱力学平衡計算ソフトウェア「ＦａｃｔＳａｇｅ」を用いて、加熱処理温度（１３００℃）における、固相＋液相中に占める液相の質量比率（％）を算出した。
また、還元鉄中のＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの融液率（％）は、還元鉄中におけるＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３成分の合計質量％に、上記液相率（％）／１００を掛けて求めた。
【００６９】
また、同表中の還元鉄の圧潰強度の単位ｋｇｆは９．８０６６５Ｎに相当する。
【００７０】
また、図１の３元系状態図上に発明例１〜７および比較例１〜５の各炭材内装酸化鉄ペレットのＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグ組成をプロットしたものを図４に示す。
【００７１】
なお、すべての発明例および比較例において、炭素利用効率は０．０８〜０．１２の範囲にあった。
【００７２】
発明例１〜７の炭材内装酸化鉄ペレットはいずれも、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯおよびＳｉＯ２含有量から定まるＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの固相線温度（プリメルトスラグ固相線温度）ＴＳ・Ｐが１３００℃以下であるプリメルトスラグが配合されている。
【００７３】
しかも、これらの発明例のペレットは、当該ペレット全体のＡｌ２Ｏ３、ＣａＯおよびＳｉＯ２含有量から定まるＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの固相線温度（全スラグ固相線温度）ＴＳ・Ｓも１３００℃以下であり、かつ、当該ペレットを回転炉床式還元炉内において前記全スラグ固相線温度ＴＳ・Ｓより高く、前記ペレット全体のＡｌ２Ｏ３、ＣａＯおよびＳｉＯ２含有量から定まるＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの液相線温度（全スラグ液相線温度）ＴＬ・Ｓよりも低い加熱処理温度である１３２０℃で加熱処理されて得られた還元鉄中のＡｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＳｉＯ２３元系スラグの融液率が１〜２０％の範囲にある。
【００７４】
さらに、これらの発明例のペレットは、同温度で加熱処理されて得られた還元鉄中の残留炭素量が６質量％以下（３質量％以上でもある）である。
したがって、発明例のペレットはいずれも本発明の要件を満足し、還元鉄の圧潰強度は２５ｋｇｆ／個を超える高い値が得られている。
特に発明例７は、プリメルトスラグとしてその固相線温度ＴＳ・Ｐがより好ましい１２００℃以下の製鋼スラグを配合し、残留炭素量が３％以上で、かつ全スラグ固相線温度ＴＳ・Ｓがより好ましい１２００℃以下となった結果、還元鉄の圧潰強度は４０ｋｇｆ／個を超える最も高い値が得られた。
【００７５】
これに対し、比較例１〜３の炭材内装酸化鉄ペレットはいずれも、全スラグ固相線温度ＴＳ・Ｓが１３００℃以下であり、かつ、上記融液率が１〜２０％の範囲にあるものの、プリメルトスラグを配合していないことから、本発明の要件を満たしておらず、得られた還元鉄の圧潰強度は１５ｋｇｆ／個未満の低い値に留まっている。
【００７６】
また、比較例４の炭材内装酸化鉄ペレットは、プリメルトスラグ固相線温度ＴＳ・Ｐが１３００℃以下のプリメルトスラグを配合するとともに、全スラグ固相線温度ＴＳ・Ｓが１３００℃以下あるものの、上記融液率が２０％を超えていることから、本発明の要件を満たしておらず、得られた還元鉄の圧潰強度は約４ｋｇｆ／個と非常に低い値に留まっている。
【００７７】
【表４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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