(57)【要約】【課題】移動床式加熱装置で、少なくとも酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む混合物を原料とした塊成物を加熱し、塊成物中の酸化鉄を還元溶融して還元鉄塊成物を製造するにあたり、粒径の大きな還元鉄塊成物の歩留まりを向上させると共に、製造時間の短縮を図って生産性を向上する方法を提供する。【解決手段】本発明方法は、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、融点調整剤、および融点調整剤の補助剤を含んでなる塊成物を、移動床式加熱炉の炉床上に装入して加熱することによって、該塊成物中の酸化鉄を還元し、更に加熱して溶融し、鉄成分を凝集させて還元鉄塊成物を製造する方法であって、平均粒径が０．３ｍｍ以下であり、且つ粒子径０．５ｍｍ以下のものが５５質量％以上の前記融点調整剤を含む塊成物を用いることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、融点調整剤、および融点調整剤の補助剤を含んでなる塊成物を、
移動床式加熱炉の炉床上に装入して加熱することによって、該塊成物中の酸化鉄を還元し、更に加熱して溶融し、鉄成分を凝集させて還元鉄塊成物を製造する方法であって、
平均粒径が０．３ｍｍ以下であり、且つ粒子径０．５ｍｍ以下のものが５５質量％以上の前記融点調整剤を含む塊成物を用いることを特徴とする還元鉄塊成物の製造方法。
【請求項２】
前記融点調整剤は、ドロマイトおよび／または石灰石である請求項１に記載の還元鉄塊成物の製造方法。
【請求項３】
前記融点調整剤の補助剤は、蛍石である請求項１または２に記載の還元鉄塊成物の製造方法。
【請求項４】
塊成物の中心部に存在する融点調整剤の平均粒径が０．３ｍｍ以下であり、且つ粒子径０．５ｍｍ以下のものが５５質量％以上である請求項１〜３のいずれかに記載の還元鉄塊成物の製造方法。
【請求項５】
酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、融点調整剤、および融点調整剤の補助剤を含んでなる塊成物を、
移動床式加熱炉の炉床上に装入して加熱することによって、該塊成物中の酸化鉄を還元し、更に加熱して溶融し、鉄成分を凝集させて還元鉄塊成物を製造する方法であって、
平均粒径が９０μｍ以下であり、且つ粒子径５０μｍ以下のものが３５質量％以上の前記融点調整剤の補助剤を含む塊成物を用いることを特徴とする還元鉄塊成物の製造方法。
【請求項６】
前記融点調整剤は、ドロマイトおよび／または石灰石である請求項５に記載の還元鉄塊成物の製造方法。
【請求項７】
前記融点調整剤の補助剤は、蛍石である請求項５または６に記載の還元鉄塊成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む混合物を原料とした塊成物を、移動床式加熱炉の炉床上に装入して加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元溶融して還元鉄塊成物を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鉱石や酸化鉄等の酸化鉄源（以下、「酸化鉄含有物質」ということがある）と、炭素を含む還元剤（以下、「炭素質還元剤」ということがある）を含む混合物から、塊状（粒状も含む）の金属鉄（還元鉄）を得る直接還元製鉄法が開発されてきている。この製鉄法では、上記混合物を成形した塊成物を移動床式加熱炉の炉床上に装入し、炉内で加熱バーナーによるガス伝熱や輻射熱で加熱することによって、塊成物中の酸化鉄を炭素質還元剤で還元し、得られた還元鉄を続いて浸炭・溶融させ、次いで副生するスラグと分離しつつ塊状に凝集させた後、冷却凝固させて塊状の金属鉄（還元鉄塊成物）を得ている。
【０００３】
こうした製鉄法は、高炉等の大規模な設備が不要なことや、コークスが不要になるなど資源面の柔軟性も高いことから、最近、実用化研究が盛んに行われている。しかし工業的規模で実施するには、操業安定性や安全性、経済性、粒状鉄（製品）の品質、生産性などを含めて更に改善しなければならない課題も多い。
【０００４】
特に還元鉄塊成物の製造に当たっては、粒径の大きな還元鉄塊成物の歩留まりを向上させると共に、製造時間の短縮が望まれている。こうした技術として、例えば特許文献１には、「金属酸化物含有物質と炭素質還元剤とを含む原料を加熱し、該原料中の金属酸化物を還元した後、生成する金属を更に加熱して溶融させると共に、副生するスラグ成分と分離させながら凝集させて粒状金属を生成する方法において、前記原料中に副生スラグの凝集促進剤を配合する粒状金属鉄の製造。」について提案されている。
【０００５】
この技術では、凝集促進剤（例えば、蛍石など）を配合することによって、粒径の大きな粒状金属が、ある程度高い歩留まりで製造できることが期待できる。しかしながら、こうした技術においても、改善効果は飽和状態にあり、更なる効果の向上が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−７３７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、この様な状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、移動床式加熱装置で、少なくとも酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む混合物を原料とした塊成物を加熱し、塊成物中の酸化鉄を還元溶融して還元鉄塊成物を製造するにあたり、粒径の大きな還元鉄塊成物の歩留まりを向上させると共に、製造時間の短縮を図って生産性を向上する製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決することのできた本発明に係る還元鉄塊成物の製造方法とは、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、融点調整剤、および融点調整剤の補助剤を含んでなる塊成物を、移動床式加熱炉の炉床上に装入して加熱することによって、該塊成物中の酸化鉄を還元し、更に加熱して溶融し、鉄成分を凝集させて還元鉄塊成物を製造する方法であって、平均粒径が０．３ｍｍ以下であり、且つ粒子径０．５ｍｍ以下のものが５５質量％以上の前記融点調整剤を含む塊成物を用いる点に要旨を有するものである。
【０００９】
本発明方法において、前記融点調整剤（脈石成分に直接作用するもの）としては、具体的にドロマイトおよび／または石灰石が挙げられる。また前記融点調整剤の補助剤（融点調整剤の反応を促進するもの）としては、具体的に蛍石（フッ化カルシウム含有物質）が挙げられる。
【００１０】
この方法においては、塊成物の中心部に存在する融点調整剤の平均粒径が０．３ｍｍ以下であり、且つ粒子径０．５ｍｍ以下のものが５５質量％以上とすることが好ましい。この場合には、融点調整剤の種類によって、中心部に存在させる融点調整剤の平均粒径を適切に調整すれば良い。
【００１１】
上記課題を解決することのできた本発明の他の方法は、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、融点調整剤、および融点調整剤の補助剤を含んでなる塊成物を、移動床式加熱炉の炉床上に装入して加熱することによって、該塊成物中の酸化鉄を還元し、更に加熱して溶融し、鉄成分を凝集させて還元鉄塊成物を製造する方法であって、平均粒径が９０μｍ以下であり、且つ粒子径が５０μｍ以下のものが３５質量％以上の前記融点調整剤の補助剤を含む塊成物を用いることを特徴とする。
【００１２】
この方法においても、前記融点調整剤は、具体的にドロマイトおよび／または石灰石が挙げられる。また前記融点調整剤の補助剤は、具体的に蛍石（フッ化カルシウム含有物質）が挙げられる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、少なくとも酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、融点調整剤、および融点調整剤の補助剤を含む混合物を原料とした塊成物を、移動床式加熱炉の炉床上に装入して加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元溶融して還元鉄塊成物を製造するに際して、融点調整剤の平均粒径を小さくすると共に、所定の粒子径の含有量を適切に制御することによって、或いは融点調整剤の補助剤の平均粒径を小さくすると共に、所定の粒子径の含有量を適切に制御することによって、粒径の大きな還元鉄塊成物の歩留まりを向上させると共に、製造時間の短縮を図って生産性を向上できる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
還元鉄塊成物を製造するに際し、その原料成分（以下、「成分」と呼ぶ）である酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、融点調整剤、および融点調整剤の補助剤を含む混合物からなる塊成物を形成するに当たっては、融点調整剤や融点調整剤の補助剤は適度の粉砕が施されて、適度の大きさに揃えることは行なわれている。しかしながら、これらの成分の大きさ（平均粒径）が還元鉄塊成物の歩留まりや、生産性に与える影響については考慮されることはなかった。むしろ、これらの成分を微粉砕し過ぎることは、成分の離散化を招き、還元鉄凝集の妨げとなって、生産性を却って低下させるものと考えられていた。
【００１５】
本発明者らは、上記目的を達成するために、様々な角度から検討した。特に、成分の平均粒径や粒度分布（所定粒子径の含有量）が、還元鉄塊成物の歩留まりや、生産性に与える影響について検討した。その結果、融点調整剤や融点調整剤の補助剤の平均粒径を小さくすると共に、所定の粒子径の含有量を適切に調整すれば、上記目的が見事に達成されることを見出し、本発明を完成した。
【００１６】
本発明では、塊成物中に含まれる融点調整剤の平均粒径を０．３ｍｍ以下とし、且つ粒子径０．５ｍｍ以下のものが５５質量％以上とする必要がある。或いは、塊成物中に含まれる融点調整剤の補助剤の平均粒径を９０μｍ以下とし、且つ粒子径５０μｍ以下のものが３５質量％以上とする必要がある。尚、このときの「平均粒径」とは、粒子サイズを小さいものから粒子数をカウントしたときに５０質量％（積算値が５０質量％）に相当するときの粒径（以下、「Ｄ５０」と記載することがある）を意味する。このように微細化した融点調整剤や融点調整剤の補助剤を用いて塊成物とすることによって、得られる還元鉄塊成物の歩留まりや、生産性が向上する。その理由については、次のように考えることができる。
【００１７】
上記塊成物は１２００〜１５００℃の高温で還元溶融されるが、この還元反応の初期では、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤が直接接触することによって反応が進行することになる。また石灰石やドロマイト鉱石等の融点調整剤や、蛍石等の融点調整剤の補助剤を微細粒にすることは、酸化鉄含有物質に含まれる脈石成分と、融点調整剤や融点調整剤の補助剤表面との距離が短くなり（融点調整剤や融点調整剤の補助剤の表面近くに存在する確率が高くなる）、脈石成分が、融点調整剤や融点調整剤の補助剤と接触して、溶融物を生成し易いので、還元鉄塊成物（以下、「粒状還元鉄」と呼ぶことがある）への凝集の妨げとなり難い。即ち、従来認識されていた知見とは、全く逆の現象が生じるものと考えられる。
【００１８】
こうした効果を有効に発揮させるためには、平均粒径を０．３ｍｍ以下とし、且つ粒子径０．５ｍｍ以下のものを５５質量％以上含む融点調整剤を用いて塊成物とする必要がある。或いは、平均粒径を９０μｍ以下とし、且つ粒子径５０μｍ以下のものが３５質量％以上含む融点調整剤の補助剤を用いて塊成物とする必要がある。
【００１９】
本発明で用いる酸化鉄含有物質としては、鉄鉱石や砂鉄、非鉄製錬残渣などを用いればよい。また炭素質還元剤としては、炭素含有物質を用いればよく、例えば、石炭やコークスなどを用いればよい。
【００２０】
上記塊成物中には、その他の成分として、バインダーやＭｇＯ供給物質、ＣａＯ供給物質などを配合してもよい。バインダーとしては、例えば、多糖類（例えば、コーンスターチ、米粉、小麦粉等の澱粉など）などを用いることができる。ＭｇＯ供給物質としては、例えば、ＭｇＯ粉末や天然鉱石や海水などから抽出されるＭｇ含有物質、或いは炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ3）などを用いることができる。ＣａＯ供給物質としては、例えば、生石灰（ＣａＯ）などを用いることができる。
【００２１】
塊成物の形状は特に限定されず、例えば、ペレット状やブリケット状などであればよい。塊成物の大きさも特に限定されないが、粒径（最大径）は５０ｍｍ以下であることが好ましい。塊成物の粒径を過剰に大きくしようとすると、造粒効率が悪くなる。また、ペレット下部への伝熱が悪くなり、生産性が低下する。なお、粒径の下限値は５ｍｍ程度である。
【００２２】
塊成物中の融点調整剤の全てについて、微細化する必要はなく、用いる融点調整剤の種類毎に１０質量％以上が規定する要件（平均粒径を０．３ｍｍ以下、粒子径０．５ｍｍ以下のものが５５質量％以上である）を満足すれば良い。こうした条件を満足するための形態としては、例えば塊成物の少なくとも中心部だけに、微細化した融点調整剤を存在させることが挙げられる。即ち、塊成物を外部から加熱する場合に、塊成物の中心部は温度上昇が周囲よりも遅れ、反応も遅れることになる。こうした現象を緩和するためには、塊成物の中心部に存在する融点調整剤を微細化することが有効である。尚、「中心部」とは、例えば塊成物が球状（後述する乾燥ペレット）であれば、球の中心から、上記含有量を満足する位置まで（それより外側を「外周部」とする）を意味する。
【００２３】
塊成物の少なくとも中心部に微細化した融点調整剤を存在させるときには、中心部だけを本発明で規定する微細化した融点調整剤を存在させ、外周部については、通常の平均粒径（微細化していない）の融点調整剤を存在させることが基本的な形態となるが、使用する融点調整剤の全てを、本発明で規定する要件を満足する融点調整剤とすることも本発明の実施態様に含まれる。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００２５】
［実施例１］
酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、融点調整剤、融点調整剤の補助剤およびバインダーを含む混合物を原料とした塊成物を作製し、この塊成物を、移動床式還元加熱炉の床上に供給して加熱し、塊成物中の酸化鉄を還元溶融させて還元鉄塊成物（粒状還元鉄）を製造した。
【００２６】
このとき酸化物含有物質として下記表１に示す成分組成の鉄鉱石を用い、炭素質還元剤として下記表２に示す成分組成の石炭を用いる他、融点調整剤として下記表３に示す成分組成の石灰石、表４に示す成分組成のドロマイトを用い、融点調整剤の補助剤として下記表５に示す成分組成の蛍石を用いた。そして融点調整剤および融点調整剤の補助剤の平均粒径（Ｄ５０）および粒度分布（所定の粒子径の含有量）を様々変化させて塊成物を製造した（後記表７）。詳細には、平均粒径および粒度分布が異なる融点調整剤（石灰石、ドロマイト）および融点調整剤の補助剤（蛍石）を用いた混合物に、バインダーとしての小麦粉を、下記表６の配合率で混合した。この混合物に適量の水を添加し、タイヤ型造粒機を用いて直径：１９ｍｍの生ペレットに造粒した。得られた生ペレットを乾燥機に装入し、１８０℃で１時間加熱して付着水を完全に除去してペレット状塊成物（球状の乾燥ペレット）を作製した。
【００２７】
【表１】
2014167150.tif 000002
【００２８】
【表２】
2014167150.tif 000003
【００２９】
【表３】
2014167150.tif 000004
【００３０】
【表４】
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【００３１】
【表５】
2014167150.tif 000006
【００３２】
【表６】
2014167150.tif 000007
【００３３】
上記乾燥ペレットを、炭材（最大粒径が２ｍｍ以下の無煙炭）を敷いた移動床式還元加熱炉内へ装入し、１４５０℃の窒素雰囲気で加熱し、還元溶融に必要な時間（反応時間）を測定した。
【００３４】
その結果を、用いた成分（鉄鉱石、石炭、石灰石、ドロマイトおよび蛍石）の平均粒径（Ｄ５０）および粒度分布と共に下記表７に示す（鉄鉱石については平均粒径のみ記載：以下同じ）。尚、表７には、乾燥ペレットの一般的な性状（見掛け密度、乾燥ペレット分析値等）についても示した。また、表７に示した項目のうち、主たる項目の測定方法および基準は下記の通りである。
【００３５】
［生産性（生産性指数）］
上記乾燥ペレットを加熱し、酸化鉄を還元溶融して粒状還元鉄を製造したときの生産性を、下記（１）式で示されるように、単位時間（時間）における炉床面積（ｍ2）あたりの粒状還元鉄の生産量（ｔｏｎ）によって評価する。
生産性（ｔｏｎ／ｍ2／時間）＝粒状還元鉄の生産性（ｔｏｎ／時間）／炉床面積（ｍ2）                                                      …（１）
【００３６】
上記（１）式において、粒状還元鉄の生産量（ｔｏｎ／時間）は、下記（２）式で示される。
粒状還元鉄の生産性（粒状還元鉄ｔｏｎ／時間）＝塊成物（乾燥ペレット）の装入量（塊成物ｔｏｎ／時間）×塊成物１トンあたりから製造される粒状還元鉄の質量（粒状還元鉄ｔｏｎ／塊成物ｔｏｎ）×製品回収率                      …（２）
【００３７】
上記（２）式において、製品回収率は、得られた粒状還元鉄の総量に対する直径が３．３５ｍｍ以上の粒状還元鉄の質量割合［（＋３．３５ｍｍ粒鉄質量％／粒状還元鉄の総量％）×１００（％）］で算出される（表７において「＋３．３５ｍｍ粒鉄歩留まり（％）」と表示）。尚、表７においては、本発明の効果を定量的に評価するために、実験Ｎｏ．１の塊成物（乾燥ペレット）を標準塊成物とし、この標準塊成物を用いたときの生産性を１．００としたときの、各塊成物を用いたときの生産性を相対値（生産性指数）で示した。
【００３８】
【表７】
2014167150.tif 000008
【００３９】
この結果から明らかなように、融点調整剤としての石灰石の平均粒径（Ｄ５０）を０．３ｍｍ以下（３００μｍ以下）とし、且つ粒子径０．５ｍｍ以下（「−５００μｍ」と表示）のものが５５質量％以上とすることによって（実験Ｎｏ．２）、或いは融点調整剤としてのドロマイトの平均粒径（Ｄ５０）を０．３ｍｍ以下（３００μｍ以下）とし、且つ粒子径０．５ｍｍ以下（「−５００μｍ」と表示）のものが５５質量％以上とすることによって（実験Ｎｏ．３、４）、粒状還元鉄の歩留まりが向上し、生産性が著しく向上することが分かる。一方、融点調整剤の補助剤としての蛍石の平均粒径（Ｄ５０）を９０μｍ以下とし、且つ粒子径５０μｍ以下（「−５０μｍ」と表示）のものが３５質量％以上とすることによって（実験Ｎｏ．５）、粒状還元鉄の歩留まりが向上し、生産性が著しく向上することが分かる。
【００４０】
［実施例２］
実施例１で用いたものと同じ成分組成の酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、融点調整剤（石灰石、ドロマイト）、融点調整剤の補助剤（蛍石）、およびバインダーを含む混合物（混合率についても表６に示した値と同じ）を用いて、二重構造の乾燥ペレットを作製した。詳細には、下記表８の「中心部」に示す平均粒径および粒度分布の鉄鉱石、石灰石および蛍石を用いた混合物に、バインダーとしての小麦粉を混合し、この混合物に適量の水を添加し、タイヤ型造粒機を用いて直径：９．５ｍｍの球状生ペレットに造粒し、それを核としてその周囲（外周部）に、平均粒径および粒度分布が異なる石灰石を含む混合物を同心球状に成形し、直径：１９．０ｍｍの生ペレットに造粒した（中心部の混合物含有量は、ペレット全体に対して１２質量％程度）。得られた生ペレットを乾燥機に装入し、１８０℃で１時間加熱して付着水を完全に除去してペレット状塊成物（二重構造ペレット）を作製した。
【００４１】
上記二重構造ペレットを、炭材（最大粒径が２ｍｍ以下の無煙炭）を敷いた移動床式還元加熱炉内へ装入し、１４５０℃の窒素雰囲気で加熱し、還元溶融に必要な時間（反応時間）を実施例１と同様に評価した。その結果を、用いた成分（鉄鉱石、石炭、石灰石、ドロマイトおよび蛍石）の平均粒径（Ｄ５０）および粒度分布と共に下記表８に示す。尚、下記表８には、実施例１で評価した項目についても示した（評価方法は実施例１と同じ）。
【００４２】
【表８】
2014167150.tif 000009
【００４３】
この結果から明らかなように、ペレット全体を微細化せずに、中心部だけを重点的に細粒化するだけでも、粒状還元鉄の歩留まり向上効果が達成され、微細化した成分の量がより少ない状態であっても、本発明の効果が達成されることが分かる。