(57)【要約】      （修正有）【課題】酸化鉄含有物質および炭材を含む塊成物を加熱して金属鉄含有焼結体を製造し、得られた金属鉄含有焼結体の少なくとも一部を粉砕し、スラグを除去して金属鉄を製造するにあたり、前記酸化鉄含有物質として、脈石含有量の多い低品位な酸化鉄含有物質を用いた場合であっても、金属鉄含有焼結体からのスラグ除去率を高めることができる金属鉄の製造方法を提供する。【解決手段】酸化鉄含有物質として、全鉄量（Ｔ．Ｆｅ）の質量に対するＳｉＯ2量とＡｌ2Ｏ3量との合計質量の割合［（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3）／Ｔ．Ｆｅ×１００）］が５％以上のものを用いると共に、塊成物の加熱は、加熱炉内の温度を１０００〜１２８０℃として一段階目加熱した後、該加熱炉内の温度を１３００℃以上として二段階目加熱する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄含有物質および炭材を含む原料混合物からなる塊成物を加熱炉内で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元することによって、金属鉄およびスラグを含む外殻の内側に、粒状金属鉄およびスラグを含む混合物が包含されており、表面温度が１０００℃以下である金属鉄含有焼結体を製造し、得られた金属鉄含有焼結体の少なくとも一部を粉砕し、スラグを除去して金属鉄を製造する方法であって、
前記酸化鉄含有物質として、全鉄量（Ｔ．Ｆｅ）の質量に対するＳｉＯ2量とＡｌ2Ｏ3量との合計質量の割合［（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3）／Ｔ．Ｆｅ×１００）］が５％以上のものを用いると共に、
前記塊成物の加熱は、前記加熱炉内の温度を１０００〜１２８０℃として一段階目加熱した後、前記加熱炉内の温度を１３００℃以上として二段階目加熱することを特徴とする金属鉄の製造方法。
【請求項２】
前記一段階目加熱の加熱時間を総加熱時間に対して３０％以上とし、前記二段階目加熱の加熱時間を総加熱時間に対して２５％以上とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記原料混合物に、更に融点調整剤を配合する請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記融点調整剤は少なくともＣａＯ供給物質を含み、前記塊成物に配合するＣａＯ供給物質の量を、前記塊成物中のＣａＯ量およびＳｉＯ2量から求められるスラグの塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ2］が０．２〜０．９となるように調整する請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
前記ＣａＯ供給物質として、ＣａＯ、Ｃａ（ＯＨ）2、およびＣａＣＯ3よりなる群から選ばれる少なくとも一つを配合する請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
酸化鉄含有物質および炭材を含む原料混合物からなる塊成物を加熱炉内で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元することによって得られ、金属鉄およびスラグを含む外殻の内側に、粒状金属鉄およびスラグを含む混合物が包含されており、表面温度が１０００℃以下である金属鉄含有焼結体であって、
該金属鉄含有焼結体は、
前記酸化鉄含有物質として、全鉄量（Ｔ．Ｆｅ）の質量に対するＳｉＯ2量とＡｌ2Ｏ3量との合計質量の割合［（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3）／Ｔ．Ｆｅ×１００）］が５％以上のものを用いると共に、
前記塊成物の加熱を、前記加熱炉内の温度を１０００〜１２８０℃として一段階目加熱した後、前記加熱炉内の温度を１３００℃以上として二段階目加熱として得られたものであり、表面からの深さ１ｍｍまでの領域に存在するスラグ相中のＦｅＯ量が３５％以上であることを特徴とする金属鉄含有焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化鉄含有物質および炭材を含む塊成物を加熱して金属鉄含有焼結体を製造し、得られた金属鉄含有焼結体の少なくとも一部を粉砕し、スラグを除去して金属鉄を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鉱石などの酸化鉄含有物質から還元鉄（金属鉄）を製造する方法としては、例えば、
（１）鉄鉱石と炭材（固体還元材）とを混合して塊成化した塊成物を移動炉床炉（ロータリーハース）に供給して約１３００℃で加熱し、該塊成物に含まれる酸化鉄を還元する方法（ＦＡＳＴＭＥＴ法と呼ばれることがある）や、
（２）鉄鉱石と炭材（固体還元材）とを混合して塊成化した塊成物を移動炉床炉に供給して加熱し、該塊成物に含まれる酸化鉄を還元したのちに、さらに約１４５０℃まで加熱して還元鉄を溶融させ、表面張力の差などにより還元鉄とスラグに分離する方法（ＩＴｍｋ３法と呼ばれることがある）、
等が知られている。こうした還元鉄の製造方法について、例えば、特許文献１〜３の技術が知られている。
【０００３】
上記（１）の方法について、例えば、特許文献１に、鉄原料と石炭とを含有する混合物を高温度雰囲気下で加熱還元処理し、得られた還元鉄を粉砕処理し、次いで、所定の粒径を境に粒度選別することが記載されている。具体的には、粒度選別機にて平均粒径１００μｍを超える粒子と平均粒径１００μｍ以下の粒子に分離・選別している。そして平均粒径１００μｍ以下の還元鉄粒子を、磁力により、鉄分を多く含む強磁着物粒子と鉄分の少ない弱磁着物粒子とに分離し、粒度選別された上記所定粒径を超える還元鉄粒子と上記強磁着物粒子とを還元鉄として用いている。一方、弱磁着物粒子には、鉄分は少なく、スラグを多く含むため、そのままセメントやアスファルトに混合して再利用されている。
【０００４】
上記（２）の方法について、例えば、特許文献２や特許文献３の技術が知られている。これらのうち特許文献２には、複数種のダストおよび炭材で構成される含炭ペレットを製造し、これを回転炉床方式の焼成炉で１２５０〜１３５０℃の温度で還元処理することにより、ペレット内部のダストは炭材で還元され、粒内物質移動によって凝集したメタリック鉄粒子が、ダストの脈石から生成したＦｅＯを含む低融点のスラグ部分から、自然に分離する作用を利用してメタリック鉄粒子を抽出し高品位粒状還元鉄を製造する製鉄ダストからの高品位還元鉄の製造方法が記載されている。この文献には、回転炉床方式の焼成炉で得られた還元鉄をスクリーンを用いて篩分けし、直径５ｍｍ以上の還元鉄を製品として回収することが記載されている。一方、特許文献３には、鉄鉱石および炭材で構成される含炭ペレットを製造し、これを回転炉床方式の焼成炉で１２５０〜１３５０℃の温度で還元した後に、さらに炉内温度を１４００〜１５００℃に上昇させ溶融し、金属鉄を凝集させることで高純度の粒状金属鉄を得る方法が記載されている。
【０００５】
また、上記（１）、（２）の方法について、特許文献４には、加熱還元により金属鉄外皮を生成且つ成長させ、内部には酸化鉄が実質的に存在しなくなるまで還元を進めると共に、内部に生成スラグの凝集物を形成する金属鉄の製法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３６３６２４号公報
【特許文献２】特開平１０−１４７８０６号公報
【特許文献３】特開２００２−３０３１９号公報
【特許文献４】特開平９−２５６０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、金属鉄を製造する際に用いる鉄鉱石には、脈石が含まれている。脈石とは、鉱山で採掘された鉄鉱石（粗鉱）を構成している成分のうち、有用金属を含む鉱物以外の成分であり、通常、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3などの酸化物で構成されている。鉄鉱石に含まれる脈石量は、鉄鉱石が採掘される産地によって異なり、脈石量の少ない鉄鉱石は、高品位鉄鉱石と呼ばれ、脈石量の多い鉄鉱石は、低品位鉄鉱石と呼ばれる。
【０００８】
金属鉄を製造する際に低品位鉄鉱石を用いると、次のような問題が生じ易くなる。
【０００９】
即ち、上記（１）の方法で低品位鉄鉱石を用いると、鉄鉱石に含まれる脈石と炭材に含まれている灰分とが相俟って、塊成物に含まれるスラグ成分量が多くなるため、得られる還元鉄にスラグを多く含有し鉄品位が低下する。
【００１０】
上記（２）の方法で低品位鉄鉱石を用いると、溶融させた際に生成するスラグ量が多くなり、溶融したスラグが未溶融の還元鉄を覆ってしまうため、還元鉄に熱が加わることが阻害されて、還元鉄とスラグの十分な分離が行えないことがある。
【００１１】
また、上記（１）、（２）の方法で得られた還元鉄は、例えば、電気炉精錬の原料として用いることができるが、電気炉内へ同時に持ち込まれる脈石量は少ないことが要求される。脈石量が多くなると、電気炉精錬時にスラグが多量に発生し、精錬に必要となるエネルギーが増加するためである。
【００１２】
このように、金属鉄を製造する際に用いる鉄鉱石としては、脈石含有量の少ない高品位なものを用いることが推奨される。しかし、高品位な鉄鉱石の供給源は限られているにもかかわらず、世界の鉄鋼生産量は増加傾向にあるため、高品位な鉄鉱石の供給量は不足することが懸念されている。そこで金属鉄を製造する際に脈石含有量の多い低品位な鉄鉱石を利用する方法の開発が望まれている。
【００１３】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、酸化鉄含有物質および炭材を含む塊成物を加熱して金属鉄含有焼結体を製造し、得られた金属鉄含有焼結体の少なくとも一部を粉砕し、スラグを除去して金属鉄を製造するにあたり、前記酸化鉄含有物質として、脈石含有量の多い低品位な酸化鉄含有物質を用いた場合であっても、金属鉄含有焼結体からのスラグ除去率を高めることができる金属鉄の製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、金属鉄とスラグとの分離性に優れた金属鉄含有焼結体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決することのできた本発明に係る金属鉄の製造方法とは、酸化鉄含有物質および炭材を含む原料混合物からなる塊成物を加熱炉内で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元することによって、金属鉄およびスラグを含む外殻の内側に、粒状金属鉄およびスラグを含む混合物が包含されており、表面温度が１０００℃以下である金属鉄含有焼結体を製造し、得られた金属鉄含有焼結体の少なくとも一部を粉砕し、スラグを除去して金属鉄を製造する方法であって、前記酸化鉄含有物質として、全鉄量（Ｔ．Ｆｅ）の質量に対するＳｉＯ2量とＡｌ2Ｏ3量との合計質量の割合［（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3）／Ｔ．Ｆｅ×１００）］が５％以上のものを用いると共に、前記塊成物の加熱は、前記加熱炉内の温度を１０００〜１２８０℃として一段階目加熱した後、前記加熱炉内の温度を１３００℃以上として二段階目加熱する点に要旨を有するものである。
【００１５】
前記一段階目加熱の加熱時間は、総加熱時間に対して３０％以上とし、前記二段階目加熱の加熱時間は、総加熱時間に対して２５％以上とすることが好ましい。
【００１６】
前記原料混合物に、更に融点調整剤を配合してもよい。前記融点調整剤は少なくともＣａＯ供給物質を含み、前記塊成物に配合するＣａＯ供給物質の量を、前記塊成物中のＣａＯ量およびＳｉＯ2量から求められるスラグの塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ2］が０．２〜０．９となるように調整することが好ましい。前記ＣａＯ供給物質として、ＣａＯ、Ｃａ（ＯＨ）2、およびＣａＣＯ3よりなる群から選ばれる少なくとも一つを配合することが好ましい。
【００１７】
上記課題を解決することのできた本発明に係る金属鉄含有焼結体とは、酸化鉄含有物質および炭材を含む原料混合物からなる塊成物を加熱炉内で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元することによって得られ、金属鉄およびスラグを含む外殻の内側に、粒状金属鉄およびスラグを含む混合物が包含されており、表面温度が１０００℃以下である金属鉄含有焼結体であって、該金属鉄含有焼結体は、前記酸化鉄含有物質として、全鉄量（Ｔ．Ｆｅ）の質量に対するＳｉＯ2量とＡｌ2Ｏ3量との合計質量の割合［（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3）／Ｔ．Ｆｅ×１００）］が５％以上のものを用いると共に、前記塊成物の加熱を、前記加熱炉内の温度を１０００〜１２８０℃として一段階目加熱した後、前記加熱炉内の温度を１３００℃以上として二段階目加熱として得られたものであり、表面からの深さ１ｍｍまでの領域に存在するスラグ相中のＦｅＯ量が３５％以上である点に要旨を有している。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、脈石含有量の多い低品位な酸化鉄含有物質を用いているが、該酸化鉄含有物質および炭材を含む塊成物を、加熱炉内の温度を１０００〜１２８０℃として一段階目加熱した後、１３００℃以上に昇温して二段階目加熱を行っているため、加熱して得られる金属鉄含有焼結体は、金属鉄とスラグとに分離するときの分離性が良好となる。そのため、金属鉄含有焼結体からのスラグ除去率を高めることができ、スラグ含有量の少ない金属鉄を製造できる。また、本発明に係る金属鉄含有焼結体は、金属鉄とスラグとの分離性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、１２５０℃未満の温度における外殻部分（組織Ａ）を反射顕微鏡で撮影した図面代用写真である。
【図２】図２は、１２５０℃以上、１３３０℃未満の温度における外殻部分（組織Ｂ）を反射顕微鏡で撮影した図面代用写真である。
【図３】図３は、１３３０℃以上の温度における外殻部分（組織Ｃ）を反射顕微鏡で撮影した図面代用写真である。
【図４】図４は、加熱初期における混合物部分（組織Ｄ）を反射顕微鏡で撮影した図面代用写真である。
【図５】図５は、加熱後期における混合物部分（組織Ｅ）を反射顕微鏡で撮影した図面代用写真である。
【図６】図６は、実施例において乾燥ペレットを加熱するときの様子を説明するための模式図である。
【図７】図７は、実施例において乾燥ペレットを一段階加熱したときの結果を示すグラフである。
【図８】図８は、実施例において乾燥ペレットを二段階加熱したときの結果を示すグラフである。
【図９】図９は、ＣＯ2濃度とスラグ率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明者らは、酸化鉄含有物質および炭材を含む塊成物を加熱炉内で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元することによって得られる金属鉄含有焼結体を、金属鉄とスラグに分離するときの分離性を高める技術を先に提案している（特願２０１２−９９１６５号）。この技術は、金属鉄含有焼結体を、温度が１０００℃以下で、且つ金属鉄およびスラグを含む外殻の内側に、粒状金属鉄およびスラグを含む混合物が包含された構造とするところに特徴がある。そして本発明者らは、上記特願２０１２−９９１６５号の技術を提案した後も、上記金属鉄含有焼結体を、金属鉄とスラグに分離するときの分離性を更に高め、スラグ含有率の低い金属鉄を製造できる方法について鋭意検討を重ねてきた。その結果、酸化鉄含有物質および炭材を含む塊成物を、加熱炉内の温度を１０００〜１２８０℃として一段階目加熱した後、１３００℃以上に昇温して二段階目加熱を行えば、上記酸化鉄含有物質として、脈石含有量の多い低品位な酸化鉄含有物質を用いても、金属鉄とスラグとの分離性が良好なものにでき、スラグ含有量の少ない金属鉄を製造できることを見出し、本発明を完成した。以下、本発明に係る金属鉄の製造方法について説明する。
【００２１】
本発明の金属鉄の製造方法は、
酸化鉄含有物質および炭材を含む原料混合物からなる塊成物を製造する工程と（以下、塊成化工程ということがある）、
得られた塊成物を加熱炉内で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元することによって、金属鉄およびスラグを含む外殻の内側に、粒状金属鉄およびスラグを含む混合物が包含されており、表面温度が１０００℃以下である金属鉄含有焼結体を製造する工程と（以下、加熱工程ということがある）、
得られた金属鉄含有焼結体の少なくとも一部を粉砕する工程と（以下、粉砕工程ということがある）、
粉砕物からスラグを除去して金属鉄を回収する工程（以下、スラグ除去工程ということがある）
を含んでおり、
前記酸化鉄含有物質として、全鉄量（Ｔ．Ｆｅ）の質量に対するＳｉＯ2量とＡｌ2Ｏ3量との合計質量の割合［（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3）／Ｔ．Ｆｅ×１００）］が５％以上のものを用いると共に、
前記加熱工程では、前記塊成物の加熱を、前記加熱炉内の温度を１０００〜１２８０℃として一段階目加熱した後、前記加熱炉内の温度を１３００℃以上として二段階目加熱するところに特徴を有している。
【００２２】
まず、上記金属鉄含有焼結体について説明する。上記金属鉄含有焼結体の構造自体は、本発明者らが先に提案した特願２０１２−９９１６５号と同じであり、上記外殻は、金属鉄とスラグを含んでいる。金属鉄とスラグを含むことによって、金属鉄のみで構成されるよりも外殻の強度が小さくなるため、粉砕し易くなる。上記外殻の内側には、粒状金属鉄とスラグを含む混合物を内包している。上記外殻に内包させる混合物を、粒状金属鉄とスラグとを含む混合物とすることによって、混合物を容易に粉砕できる。そのため粉砕物からスラグを除去すれば、（粒状）金属鉄を磁着物、スラグを非磁着物として分離、回収できる。従って本発明によれば、（粒状）金属鉄にスラグは殆ど混在しないため、（粒状）金属鉄の純度を高めることができる。
【００２３】
上記金属鉄含有焼結体は、表面温度が１０００℃以下である。表面温度が１０００℃以下とは、上記塊成物を加熱炉内で加熱した後、冷却されていることを意味している。即ち、上記金属鉄含有焼結体は、酸化鉄含有物質と炭材とを含む塊成物を加熱炉内で加熱して得られるが、加熱炉では、後述するように１０００〜１４５０℃程度で加熱される。そのため、表面温度が１０００℃以下とは、加熱後に冷却された状態を意味している。
【００２４】
上記金属鉄含有焼結体は、外殻に包含されている内部の混合物を漏出させないために、全体が外殻で覆われている必要がある。また、金属鉄含有焼結体の強度は、加熱炉からディスチャージャー等で排出する際に形状を維持できる範囲であれば良い。そこで、外殻部分の断面積割合は、金属鉄含有焼結体の中心を通るように切断した断面において、おおよそ５０面積％以上あればよい。
【００２５】
上記外殻は、金属鉄がネットワーク状（網目状）に形成されており、多孔質のように空隙が存在していることが好ましい。上記外殻は、金属粒が繋がってできたネットワーク状の組織と、その組織の隙間の少なくとも一部にスラグが存在していることが推奨される。ネットワーク状の組織の隙間の少なくとも一部にスラグが存在することによって、外殻の強度は、金属鉄のみで構成されているよりも小さくなり、粉砕し易くなる。
【００２６】
本発明の上記金属鉄含有焼結体は、表面からの深さ１ｍｍまでの領域に存在するスラグ相中のＦｅＯ量が３５％以上である。スラグ相中のＦｅＯ量が３５％以上となることによって、還元時に塊成物の外殻が崩壊するのを防止できる。即ち、後述するように、加熱炉内に送入した塊成物は、天然ガスなどの燃料をバーナーで燃焼させたときの輻射熱によって加熱される。そのため塊成物の表面では、雰囲気中のＣＯ2ガスやＨ2ＯガスによってＦｅＯの還元状態に留まった粒子が脈石成分と反応して溶融スラグを生成する。ＦｅＯ含有溶融スラグは非磁着物となるためＦｅの損失となるが、その影響は非常に小さいことがわかった。一方、ＦｅＯ含有溶融スラグは、加熱初期に塊成物の表面に形成され、酸化鉄および金属鉄粒子の間へ侵入するため、還元時に外殻が崩壊することを防ぐ役割を果たすことが分かった。
【００２７】
次に、本発明に係る金属鉄の製造方法について順を追って説明する。
【００２８】
［塊成化工程］
塊成化工程では、酸化鉄含有物質および炭材を含む原料混合物からなる塊成物を製造する。
【００２９】
本発明では、上記酸化鉄含有物質として、従来では通常用いることのなかった低品位な酸化鉄含有物質を用いるところに特徴がある。上記低品位な酸化鉄含有物質とは、本明細書では、全鉄量（Ｔ．Ｆｅ）の質量に対するＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3との合計質量の割合［（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3）／Ｔ．Ｆｅ×１００）］が５％以上のものを意味している。ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3は、酸化鉄含有物質（例えば、鉄鉱石）に含まれる種々の脈石のうち、含有率が相対的に高い物質であり、本明細書では、これらを脈石の代表物質としている。そして、全鉄量の質量に対するＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3との合計質量の割合を、本明細書ではスラグ率と定義し、スラグ率が５％以上の酸化鉄含有物質を低品位なものとしている。上記スラグ率は、１１％以上であっても好ましく、より好ましくは１２％以上である。
【００３０】
上記酸化鉄含有物質としては、具体的には、スラグ率が５％以上の鉄鉱石、砂鉄、製鉄ダスト、非鉄精錬残渣、製鉄廃棄物などを用いることができる。
【００３１】
上記炭材としては、例えば、石炭やコークスなどを用いることができる。上記炭材は、上記酸化鉄含有物質に含まれる酸化鉄を還元できる量の固定炭素を含有していればよい。具体的には、上記酸化鉄含有物質に含まれる酸化鉄を還元できる固定炭素量に対して、０〜５質量％の範囲で余剰に含有していればよい。
【００３２】
上記酸化鉄含有物質および炭材を含む上記原料混合物には、更に融点調整剤を配合することが好ましい。上記融点調整剤とは、鉄の融点に影響する物質は除くこととし、塊成物に含まれる鉄以外の成分（特に、脈石）の融点に影響する物質を意味する。即ち、上記原料混合物として融点調整剤を配合することによって、塊成物に含まれる酸化鉄以外の成分（特に、脈石）の融点に影響を与え、例えばその融点を降下させることができる。それにより脈石は、溶融が促進され、溶融スラグを形成する。このとき酸化鉄の一部は溶融スラグに溶解し、溶融スラグ中で還元されて金属鉄となる。溶融スラグ中で生成した金属鉄は、固体のまま還元された金属鉄と接触することにより、固体の還元鉄として凝集する。
【００３３】
上記融点調整剤としては、少なくともＣａＯ供給物質を含むものを用いることが好ましい。上記ＣａＯ供給物質としては、例えば、ＣａＯ（生石灰）、Ｃａ（ＯＨ）2（消石灰）、ＣａＣＯ3（石灰石）、およびＣａＭｇ（ＣＯ3）2（ドロマイト）よりなる群から選ばれる少なくとも一つを配合することが好ましい。
【００３４】
上記融点調整剤としては、上記ＣａＯ供給物質のみを用いても良いし、上記ＣａＯ供給物質に加えて、例えば、ＭｇＯ供給物質、Ａｌ2Ｏ3供給物質、ＳｉＯ2供給物質などを用いることができる。ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、およびＳｉＯ2も、上記ＣａＯ同様、塊成物に含まれる鉄以外の成分（特に、脈石）の融点に影響する物質である。
【００３５】
上記ＭｇＯ供給物質としては、例えば、ＭｇＯ粉末、天然鉱石や海水などから抽出されるＭｇ含有物質、ＭｇＣＯ3よりなる群から選ばれる少なくとも一つを配合することが好ましい。上記Ａｌ2Ｏ3供給物質としては、例えば、Ａｌ2Ｏ3粉末、ボーキサイト、ベーマイト、ギブサイト、ダイアスポアなどを配合することが好ましい。上記ＳｉＯ2供給物質としては、例えば、ＳｉＯ2粉末や珪砂などを用いることができる。
【００３６】
上記塊成物は、酸化鉄含有物質、炭材、および融点調整剤以外の成分として、バインダーなどが更に配合されていてもよい。上記バインダーとしては、例えば、多糖類など（例えば、コーンスターチや小麦粉等の澱粉など）を用いることができる。
【００３７】
上記酸化鉄含有物質、炭材、および融点調整剤は、混合する前に予め粉砕しておくことが好ましい。例えば、上記酸化鉄含有物質は平均粒径が１０〜６０μｍ、上記炭材は平均粒径が１０〜６０μｍ、上記融点調整剤は平均粒径が５〜９０μｍとなるように粉砕することが推奨される。
【００３８】
上記酸化鉄含有物質等を粉砕する手段は特に限定されず、公知の手段を採用できる。例えば、ハンマーミル、振動ミル、ロールクラッシャ、ボールミル、ケージミルなどを用いればよい。
【００３９】
上記原料混合物を混合する混合機としては、例えば、回転容器形混合機や固定容器形混合機を用いることができる。上記回転容器形混合機としては、例えば、回転円筒形、二重円錐形、Ｖ形などの混合機を用いることができる。上記固定容器形混合機としては、例えば、混合槽内に回転羽（例えば、鋤など）を設けた混合機を用いることができる。
【００４０】
上記原料混合物を塊成化する塊成機としては、例えば、皿形造粒機（ディスク形造粒機）、円筒形造粒機（ドラム形造粒機）、双ロール型ブリケット成型機などを用いることができる。
【００４１】
上記塊成物の形状は特に限定されず、例えば、塊状、粒状、ブリケット状、ペレット状、棒状などであればよく、好ましくはペレット状やブリケット状であればよい。
【００４２】
得られた塊成物は、後述する加熱工程で加熱炉へ送入する前に、乾燥させてもよい。
【００４３】
［加熱工程］
加熱工程では、上記塊成化工程で得られた塊成物を加熱炉内で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元することによって、金属鉄およびスラグを含む外殻の内側に、粒状金属鉄およびスラグを含む混合物が包含されており、表面温度が１０００℃以下である金属鉄含有焼結体を製造する。
【００４４】
本発明では、上記加熱工程において、上記塊成物の加熱を、加熱炉内の温度を１０００〜１２８０℃として一段階目加熱した後、加熱炉内の温度を１３００℃以上として二段階目加熱することが重要である。
【００４５】
一段階目加熱と二段階目加熱を規定している理由は次の通りである。即ち、本発明者らは、上記金属鉄含有焼結体の構造に着目し、該金属鉄含有焼結体を構成している外殻部分と、該外殻の内側に包含されている混合物部分の夫々について、（粒状）金属鉄とスラグに分離するときの分離性を向上させるために検討したところ、外殻部分と混合物部分の形態は次のように変化することが分かった。
【００４６】
塊成物を加熱炉内に送入すると、外部からの輻射熱により加熱されて、酸化鉄が還元される反応がおこる。
【００４７】
（外殻部分）
加熱初期においては、ペレット内部への伝熱量が多いため、外殻部分の表面温度は低い。このとき、例えば、１２５０℃未満の温度では、微細な金属鉄と微細な半溶融状態のスラグが混在している状態となる（以下、組織Ａということがある）。従って金属鉄とスラグとの分離性は極めて悪い。こうした形態は、加熱時間が不足した場合や、熱供給が少ない塊成物の下部（炉床近傍）に認められる。
【００４８】
塊成物の加熱が進み、外殻部分の表面温度がやや高くなると（例えば、１２５０℃以上、１３３０℃未満）、金属鉄が焼結して網目状となり、溶融スラグはやや大きく成長し、網目状の金属鉄の中に溶融スラグが分散した状態となる（以下、組織Ｂということがある）。この形態では、溶融スラグの成長が充分ではないため、金属鉄とスラグとの分離性は、良いとは言えない。こうした形態は、塊成物のうち、特に、外殻部の上部に認められる。
【００４９】
塊成物の加熱が更に進み、外殻部分の表面温度が一層高くなると（例えば、１３３０℃以上）、金属鉄が板状に連なり、溶融スラグが大きく成長し、点在している状態となる（以下、組織Ｃということがある）。この形態では、溶融スラグが充分に成長しているため、金属鉄とスラグとの分離性は良好となる。こうした形態は、塊成物のうち、特に、外殻部の上部に認められる。
【００５０】
上記組織Ａと組織Ｂは、加熱の初期段階において、塊成物の外殻部全体に認められるが、上記組織Ｃは、昇温速度が大きく、炭材の消費量が大きい外殻部の上部にのみ認められる。即ち、加熱炉内の温度を、例えば、１３００℃以上に高めても、塊成物の温度分布は均一とはならず、外殻部の上部と下部で温度差が生じるため、外殻部の上部は、組織Ｃとなる部分が多いが、外殻部の下部は、組織Ａや組織Ｂにしかならないことが多い。
【００５１】
（混合物部分）
混合物部分は、外殻部からの伝熱が緩やかな場合は、金属鉄が網目状に生成した後に、スラグが溶融する。この溶融スラグ中には、ＦｅＯは殆ど存在しない。その後、金属鉄へ炭素が浸炭すると、金属鉄は粒状になる（以下、組織Ｄということがある）。
【００５２】
一方、塊成物の内部に炭素とＦｅＯが残っている状態で昇温されると、溶融スラグ中のＦｅＯと炭素が反応して微細な粒状金属鉄が溶融スラグ中に生成する（以下、組織Ｅということがある）。即ち、スラグが溶融し始めたときにＦｅＯが近傍に存在すると、ＦｅＯがスラグ中へ溶解してスラグの融点を低下し、スラグ量を増加させる。この状態で近傍に炭素が存在すると、
２ＦｅＯ（ｌ）＋Ｃ→２Ｆｅ（ｓ）＋ＣＯ2（ｇ）
の溶融還元が起こり、非常に微細な金属鉄が生成する。これが、組織Ｅの状態である。この組織Ｅは、固体金属鉄の生成が遅れた状態で温度上昇する塊成物内部に見られる。
【００５３】
上記組織Ａ〜組織Ｅを反射顕微鏡で撮影した図面代用写真の一例を図１〜図５に示す。図１は２５０倍、図２は２５０倍、図３は３０倍、図４は２５０倍、図５は３０倍で撮影した写真である。
【００５４】
粉砕によって、（粒状）金属鉄とスラグが分離しやすい順に上記組織Ａ〜組織Ｅを並べると、組織Ａ（主に外殻部分）→組織Ｅ（主に混合物部分）→組織Ｂ（主に外殻部分）→組織Ｄ（主に混合物部分）→組織Ｃ（主に外殻部分）の順に分離性が向上する。そのため、外殻部分は組織Ｃとし、混合物部分は組織Ｄとすることが推奨される。
【００５５】
金属鉄とスラグの分離性を高めるために、外殻部分を組織Ｃの形態とするように加熱温度を高く設定して塊成物を一気に加熱すると、内部の混合物部分も急速に加熱されるため、組織形態は組織Ｅとなる。そのため、組織Ｃとなっている外殻部分からは、大きく成長した溶融スラグを良好に除去できるが、組織Ｅとなっている混合物部分は、粒状金属鉄が非常に微細になっているため、スラグとの分離性が悪い。
【００５６】
金属鉄とスラグの分離性を高めるため混合物部分を組織Ｄの形態とするには、脈石成分が溶融したときは、酸化鉄（ＦｅＯ）が金属鉄へ還元されておりスラグへは溶融しないことが必要である。
【００５７】
一方、溶融スラグの共存状態では、固体状態の金属鉄が溶融すると比較的大きな金属鉄粒子になる。固体金属鉄の溶融は、金属鉄への浸炭開始温度と浸炭量に依存する。浸炭は、炭素が充分存在する状態で、１３００℃以上に昇温すると顕著になる。よって脈石成分の溶融温度を１３００℃未満に調整し、炉内温度を１３００℃未満に設定して金属鉄を十分生成させた後に１３００℃以上にする必要がある。
【００５８】
以上の条件を総合し、本発明では、塊成物を加熱炉内に送入した後、加熱炉内の温度を１０００〜１２８０℃として一段階目加熱した後、加熱炉内の温度を１３００℃以上として二段階目加熱する。
【００５９】
ここで、塊成物を加熱炉内に送入し、二段階の加熱を行ったときにおける炉内温度、ペレット中心温度、排ガスのＣＯ濃度、排ガスのＣＯ2濃度、計算により求めた還元率、計算により求めた金属化率の結果の一例を図８に示す。図８は、後述する実施例における表５に示したＮｏ．６の結果を示している。
【００６０】
図８に示すように、加熱初期では、加熱炉内の温度を１０００〜１２８０℃として溶融スラグの生成速度を小さくし、同時に金属鉄への浸炭をなくした状態で、塊成物の内部まで還元反応を進める。１２００℃以上の温度ではスラグは溶融を開始するが、実際の塊成物内では伝熱と吸熱反応が起こるため、塊成物のうち１２００℃以上となる部分は表面部分の薄層のみであり、塊成物の大部分は、１２００℃に到達する前に金属鉄への還元反応が大きく進む。
【００６１】
一段階目加熱において金属鉄が生成し始めた後は、加熱炉内の温度を上昇させて１３００℃以上に高める。塊成物の外殻部分では、炭素が消費されて、欠乏しているため、組織Ｃを形成する。一方、塊成物内部の混合物部分には、炭素が多く残留しているため、組織Ｄを形成する。二段階目加熱を行うときの上限は特に限定されないが、例えば、１４５０℃である。
【００６２】
本発明では、加熱炉内に送入した塊成物の約２０ｍｍ上方以内の位置における温度を、加熱炉内の温度と同等と評価する。
【００６３】
上記一段階目加熱の加熱時間は、総加熱時間に対して３０％以上とすることが好ましく、より好ましくは４５％以上である。一段階目加熱の加熱時間の上限は、総加熱時間に対して７０％以下とすることが好ましい。
【００６４】
一段階目加熱の加熱温度は、ペレット中心温度が９２０℃に達し、「Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ」で示される吸熱反応が起こり始める時間以上に保持すれば、ペレット温度はスラグ成分が溶融しない１１００℃以下に保つ時間が延長できる。ここで、ペレット温度は、炉内温度とペレット中心温度の算術平均温度としている。この時間は全体の３７％に相当する。
【００６５】
但し、ペレットの成分、粒径、一段階目加熱の加熱温度によっては、加熱時間は変化するため、一段階目加熱の加熱時間は、総加熱時間に対して３０％以上とすることが好ましい。また、一段階目加熱の加熱時間が、総加熱時間に対して４５％以上になると、金属鉄が平均して生成し始めるため、好ましくは金属鉄が生成を始める時間以上（即ち、総加熱時間に対して４５％以上）とするのが良い。一段階目加熱の加熱時間の上限は、二段階目加熱を開始する時間までとすればよい。
【００６６】
昇温後の上記二段階目加熱の加熱時間は、総加熱時間に対して２５％以上とすることが好ましく、より好ましくは３０％以上である。二段階目加熱の加熱時間の上限は、総加熱時間に対して７０％以下とすることが好ましい。
【００６７】
二段階目加熱の加熱温度を、仮に１３５０℃とすると、ペレット平均温度を１３００℃とするためにはペレット中心温度を１２５０℃にする必要がある。図８に基づいて推定すると、１６５秒前から加熱炉内の温度を１３００℃以上の高温にする必要がある。この時間が全加熱時間の２５％に相当する。二段階目加熱の加熱時間の上限は、一段階目加熱における加熱時間の最短時間の残りとなる７０％である。
【００６８】
二段階目加熱の加熱時間は、長いほど確実に溶融スラグを生成することが出来るが、生産性を向上させる観点からは短いほうが良い。
【００６９】
上記総加熱時間とは、塊成物を加熱炉内に装入した時点から、塊成物を加熱炉内で加熱還元して得られた金属鉄含有焼結体を加熱炉から排出する時点までの時間を意味する。この総加熱時間は、塊成物に含まれる酸化鉄の還元反応が終了し、冷却後、粉砕、スラグ除去しやすい組織とするために必要な時間内でできるだけ短時間であることが生産性向上の観点から求められる。総加熱時間の一例を、代表的なスラグ成分であるＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系スラグを含有する塊成物（φ１９ｍｍ）について調べたところ、１１分間であった。
【００７０】
上記加熱炉としては、公知の炉を用いればよく、例えば、移動炉床式加熱炉を用いればよい。上記移動炉床式加熱炉とは、炉床がベルトコンベアのように炉内を移動する加熱炉であり、具体的には、回転炉床炉が例示できる。上記回転炉床炉は、炉床の始点と終点が同じ位置になるように、炉床の外観形状が円形（ドーナツ状）に設計されており、炉床上に供給された塊成物は、炉内を一周する間に加熱還元されて（粒状）金属鉄を生成する。従って、回転炉床炉には、回転方向の最上流側に塊成物を炉内に供給する装入手段が設けられ、回転方向の最下流側（回転構造であるため、実際には装入手段の直上流側になる）に排出手段が設けられる。
【００７１】
［粉砕工程］
粉砕工程では、上記加熱工程で得られた金属鉄含有焼結体の少なくとも一部を粉砕する。上記加熱工程で得られた金属鉄含有焼結体は、その一部を粉砕してもよいし、全部を粉砕してもよい。上記金属鉄含有焼結体の一部を粉砕する場合は、例えば、上記加熱工程で得られた金属鉄含有焼結体を篩分け等により外殻と、該外殻の内側に包含されている混合物とに分離し、外殻側のみを粉砕して金属鉄とスラグに分離するか、或いは混合物側のみを粉砕して粒状金属鉄とスラグに分離すればよい。一方、上記金属鉄含有焼結体の全部を粉砕する場合は、例えば、上記加熱工程で得られた金属鉄含有焼結体を、外殻と混合物の区別なく粉砕し、金属鉄、粒状金属鉄、およびスラグに分離すればよい。
【００７２】
上記金属鉄含有焼結体を粉砕する方法としては、公知の方法を採用でき、例えば、振動ミル、ロールクラッシャ、ボールミル、ローラーミル、ハンマーミル、ケージミルなどを用いればよい。
【００７３】
［スラグ除去工程］
スラグ除去工程では、上記粉砕工程で得られた粉砕物からスラグを除去して金属鉄を回収する。即ち、上記粉砕工程において、上述したように、金属鉄含有焼結体の外殻と、該外殻の内側に包含されている混合物とに分離してから粉砕した場合には、金属鉄の回収率を高めるために、金属鉄含有焼結体の外殻を粉砕した粉砕物からスラグを除去して金属鉄を回収すればよい。また、別途、外殻の内側に包含されている混合物を粉砕した粉砕物からスラグを除去して粒状金属鉄を回収すればよい。
【００７４】
上記粉砕工程において、上述したように、金属鉄含有焼結体の全部を粉砕した場合には、金属鉄含有焼結体の粉砕物からスラグを除去することによって、金属鉄と粒状金属鉄を同時に回収できる。
【００７５】
上記粉砕物からスラグを除去する方法は特に限定されず、例えば、磁選分離が挙げられる。磁選分離の条件は、公知の条件を採用できる。
【００７６】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００７７】
［実験例１］
酸化鉄含有物質および炭材を含む原料混合物からなる塊成物を加熱炉内で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元することによって、金属鉄含有焼結体を製造した。
【００７８】
上記酸化鉄含有物質としては、下記表１に示す成分組成の鉄鉱石を用いた。表中、Ｔ．Ｆｅは全鉄量を意味している。
【００７９】
下記表１に示した鉄鉱石の成分組成に基づいて、全鉄量（Ｔ．Ｆｅ）の質量に対するＳｉＯ2量とＡｌ2Ｏ3量との合計質量の割合（スラグ率）［（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3）／Ｔ．Ｆｅ×１００］を求めた。その結果、スラグ率は１４．２％であった。
【００８０】
上記炭材としては、下記表２に示す成分組成の石炭を用いた。
【００８１】
上記鉄鉱石および石炭に、更に融点調整剤として石灰石およびＡｌ2Ｏ3粉末、バインダーとして小麦粉を下記表３に示す割合で配合したものを原料混合物とし、これに少量の水を加えて転動造粒によりφ１９ｍｍの炭材内装ペレットを製造した。
【００８２】
得られた炭材内装ペレットを１８０℃で乾燥し、乾燥ペレット（塊成物）を製造した。乾燥ペレットの成分組成を下記表４に示す。また、下記表４に示した乾燥ペレットの成分組成に基づいて、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）、およびＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2の比（Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2）を算出し、併せて示す。
【００８３】
上記加熱炉として横型電気炉を準備し、上記乾燥ペレットを横型電気炉内で１１分間加熱し、還元反応を起こさせた後、冷却ゾーンへ取り出して室温まで冷却した。
【００８４】
具体的な加熱条件は次の通りである。
【００８５】
下記表５に示すＮｏ．１、４、７は、炉内温度を１３５０℃に予め加熱しておいた横型電気炉へ乾燥ペレットを送入して加熱し、総加熱時間が１１分間となるように調整して加熱した例である。Ｎｏ．１、４、７のうち、乾燥ペレットをＮｏ．１の条件で加熱したときにおける炉内温度、ペレット中心温度、排ガスのＣＯ濃度、排ガスのＣＯ2濃度、計算により求めた還元率、計算により求めた金属化率を図７に示す。ここで、初期還元率が負の値になっている（即ち、酸化している）理由は、ペレット原料がマグネタイトであるためである。なお、図７には、炉内温度を調整したときの制御温度も併せて示した。
【００８６】
下記表５に示すＮｏ．２と３は、炉内温度を１３３０℃に予め加熱しておいた横型電気炉へ乾燥ペレットを送入して加熱し、総加熱時間が１１分間となるように調整して加熱した例である。
【００８７】
下記表５に示すＮｏ．５と６は、炉内温度を１２５０℃に予め加熱しておいた横型電気炉へ乾燥ペレットを供給し、４分間加熱した後、炉内温度を平均昇温速度２５℃／分で１３５０℃に加熱し、総加熱時間が１１分間となるように調整して加熱した例である。Ｎｏ．５、６のうち、乾燥ペレットをＮｏ．６の条件で加熱したときにおける炉内温度、ペレット中心温度、排ガスのＣＯ濃度、排ガスのＣＯ2濃度、計算により求めた還元率、計算により求めた金属化率を図８に示す。なお、図８には、炉内温度を調整したときの制御温度も併せて示した。
【００８８】
横型電気炉内の雰囲気と、冷却ゾーンの雰囲気は、二酸化炭素ガスと窒素ガス中の二酸化炭素ガス濃度を３０〜７５体積％で変化させた。下記表５に雰囲気ガスの組成を示す。
【００８９】
また、下記表５に示すＮｏ．１〜６は、図６の（ａ）に示すように、窪みが浅い（窪み深さ：５ｍｍ）アルミナトレーに入れ、乾燥ペレットが酸化性雰囲気ガス（図中の矢印）に曝され易い条件で加熱した。下記表５に示すＮｏ．７は、図６の（ｂ）に示すように、窪みが深い（窪み深さ：２０ｍｍ）アルミナトレーに入れ、乾燥ペレットが酸化性雰囲気ガス（図中の矢印）に曝され難い条件で加熱した。図６の（ａ）は、実機における条件を模擬しており、図６の（ｂ）は、実験室で実験を行うときの条件を模擬している。
【００９０】
上記炉内温度は、乾燥ペレットの約２０ｍｍ上方の位置に熱電対を設けて直接測定した。
【００９１】
上記混合ガスは、炉内に送入した上記乾燥ペレットの約２０ｍｍ上方の位置における流速が３Ｌ／分（標準状態）となるように調整した。
【００９２】
上記乾燥ペレットが加熱される間のペレット内における反応について考察する。
【００９３】
乾燥ペレットを炉内に送入してから、初期急速温度上昇区間では、乾燥ペレット内で次の反応が起こっていると考えられる。即ち、乾燥ペレットを炉内に送入すると、乾燥ペレットの表面から内部に向かって急激な熱伝達が起こる。このとき、乾燥ペレットの上部は、輻射熱により最も速く加熱されるが内部への伝熱量が大きいため、温度上昇が遅れる。
【００９４】
ここで、鉄鉱石として、マグネタイト鉄鉱石を用いた場合について、炉内で起こる反応を説明する。
【００９５】
温度が低い状態では、下記式（１）の還元反応より下記式（２）の酸化反応のほうが多く起こるため、ペレットの平均では酸化反応が起こっている。
Ｆｅ3Ｏ4＋ＣＯ→３ＦｅＯ＋ＣＯ2  ・・・（１）
Ｆｅ3Ｏ4＋ＣＯ2→Ｆｅ2Ｏ3＋ＣＯ  ・・・（２）
【００９６】
次に、ペレット中心温度が約１０６０℃に到達するまでの区間では、乾燥ペレット内で次の（３）〜（６）の反応が起こっていると考えられる。
Ｃ（ｇ）＋ＣＯ2（ｇ）→２ＣＯ（ｇ）  ・・・（３）
ＣＯ（ｇ）＋Ｆｅ3Ｏ4（ｓ）→３ＦｅＯ（ｓ）＋ＣＯ2（ｇ）  ・・・（４）
２ＣＯ（ｇ）＋Ｆｅ3Ｏ4（ｓ）→３Ｆｅ（ｓ）＋２ＣＯ2（ｇ）  ・・・（５）
ＦｅＯ＋ＳｉＯ2＋ＣａＯ→スラグ（Ｌ）  ・・・（６）
【００９７】
ここで、乾燥ペレットの中心部の温度が約９５０℃に到達すると、昇温速度が急激に小さくなる。この理由は、乾燥ペレットの内部では、ペレット中心温度が９２０℃以上になるため、上記式（３）に示される吸熱反応が起こっていると考えられる。
【００９８】
上記式（３）に示されているＣＯ2ガスは、雰囲気ガスに含まれるＣＯ2ガスではなく、上記式（４）、（５）に示される反応で副生するＣＯ2ガスである。
【００９９】
上記式（３）の反応が活発に起こることによって、乾燥ペレット内部におけるＣＯガス濃度が高くなるため、上記式（４）、（５）の反応が促進される。そのため、乾燥ペレットの中心部において酸化鉄の還元が促進される。
【０１００】
また、約１０６０℃の温度では、下記式（７）で示されるスラグ生成反応は起こらないが、乾燥ペレットの中心部の温度が約１０６０℃になっている場合は、乾燥ペレットの表面側は、約１０６０℃以上の温度に到達している。そのため乾燥ペレットの表面に近づくほど、下記式（７）で示される反応が起こっており、溶融スラグが副生していると考えられる。
ＳｉＯ2＋ＣａＯ→スラグ（Ｌ）  ・・・（７）
【０１０１】
次に、乾燥ペレットを炉内に送入し、約１０６０℃に到達してから、約１３００℃に到達するまでの区間では、乾燥ペレット内で次の反応が起こっていると考えられる。
【０１０２】
この区間では、酸化鉄が還元されて生成した金属鉄同士が焼結し、連なった構造となるか、下記式（８）に示されるように、還元されて生成した金属鉄が、残留している炭素で浸炭され、融点が降下し、粒状の金属鉄を生成する反応が起こり始める。
Ｆｅ（ｓ）＋Ｃ→Ｆｅ（Ｌ）  ・・・（８）
【０１０３】
また、この区間では、ＳｉＯ2、ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3が、下記式（９）に示されるように、スラグを形成する。
ＳｉＯ2＋ＣａＯ＋Ａｌ2Ｏ3→スラグ（Ｌ）  ・・・（９）
【０１０４】
約１３００℃に到達した後は、上記式（８）に示す浸炭反応が活発に起こり、雰囲気ガスの温度に近づくまで緩やかに昇温した。
【０１０５】
本実験では、炉内の雰囲気温度を１３５０℃に設定しているため、乾燥ペレットは溶融せず、炉内に送入した乾燥ペレットの形状をほぼ保っている。
【０１０６】
次に、冷却ゾーンで冷却して得られた還元ペレットの構造について考察する。下記表５のＮｏ．１〜７に示した塊成物は、いずれも、金属鉄およびスラグを含む外殻の内側に、粒状金属鉄およびスラグを含む混合物が包含されており、表面温度が１０００℃以下であった。
【０１０７】
次に、冷却ゾーンで冷却して得られた還元ペレットを、ディスクミルを用いて３秒間粉砕し、平均粒径を４５μｍとした。
【０１０８】
粉砕して得られた粉砕物を、磁石を用いて磁選し、磁着物と非磁着物に分離した。磁着物は、金属鉄が主体であり、非磁着物は、スラグが主体であった。磁着物中に残留しているＳｉＯ2量とＡｌ2Ｏ3量の合計を測定した。また、還元ペレットに含まれるＳｉＯ2量とＡｌ2Ｏ量の合計を算出し、還元ペレットに含まれるＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の合計量に対する、非磁着物に含まれるＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の合計量の割合（スラグ除去率）を下記表５に示す。
【０１０９】
次に、還元ペレットの質量に対する、非磁着物の質量の割合を算出し、非磁着物率を算出した。結果を下記表５に示す。
【０１１０】
次に、磁着物中のＴ．Ｆｅ量に対する、ＳｉＯ2量とＡｌ2Ｏ3量との合計の割合（スラグ率）を算出した。結果を下記表５に示す。
【０１１１】
次に、加熱雰囲気中のＣＯ2濃度と磁着物中のスラグ率との関係を図９に示す。図９において、◆は酸化性雰囲気ガスに曝されやすい条件で、１３３０℃で加熱したときの結果（Ｎｏ．２、３）、▲は酸化性雰囲気ガスに曝されやすい条件で、１３５０℃で加熱したときの結果（Ｎｏ．１、４）、△は酸化性雰囲気ガスに曝されにくい条件で、１３５０℃で加熱したときの結果（Ｎｏ．７）、○は酸化性雰囲気ガスに曝されやすい条件で、１２５０℃で加熱した後、１３５０℃に昇温して加熱したときの結果（Ｎｏ．５、６）を夫々示している。
【０１１２】
図９から明らかなように、加熱温度が高くなるほどスラグ率が低下することが分かる。また、雰囲気ガスの酸化度が高いほど、および、酸化性のガスに曝される方が、スラグ率が低下する傾向を示す。酸化性ガス雰囲気において、二段階の加熱を行った方がさらに低いスラグ率になる。
【０１１３】
次に、還元ペレット中のＴ．Ｆｅの質量に対する、磁着物中のＴ．Ｆｅの質量の割合（鉄回収率）を算出した。結果を下記表５に示す。
【０１１４】
ところで、二段階の加熱を行うときの総加熱時間を短縮するには、二段階目加熱を行なうときの加熱温度を高めに設定すると共に、一段階目加熱の加熱終了時点における温度から二段階目加熱の加熱開始時点における温度までの昇温速度を短縮することが好ましい。
【０１１５】
下記表５において、酸化性雰囲気ガスに曝され易い条件で加熱したときの結果を比較すると、加熱炉内の温度を１０００〜１２８０℃として一段階目加熱した後、加熱炉内の温度を１３００℃以上に昇温変更して二段階目加熱することによって、加熱炉内の温度を一定（即ち、Ｎｏ．１、４では１３５０℃、Ｎｏ．２、３では１３３０℃）として加熱するよりも、磁着物中のスラグ率が低下することが分かる。
【０１１６】
二段階の加熱を採用することによって、磁着物中のスラグ率が低下する理由は、一段階目加熱を比較的低温で行うことによって、乾燥ペレットの内部で還元されて生成した金属鉄が焼結した後、浸炭するため、金属鉄が粒状に大きく成長し易くなるからと考えられる。即ち、加熱炉内の温度を高温側で一定に設定すると、乾燥ペレットは一気に加熱されるため、ペレットの内部では金属鉄への浸炭が微細金属鉄の段階から始まり、非常に微細な粒状金属鉄となる。そのため、粒状金属鉄とスラグとの分離性が低下すると考えられる。
【０１１７】
そこでペレット内部で生成する金属鉄を大きく成長させるには、加熱初期にスラグの融液を多く生成させないことが必要であり、加熱初期の段階での加熱温度は、１２８０℃以下の低温とする必要がある。この理由は、ＳｉＯ2−ＣａＯ−ＦｅＯの三元系状態図によれば、最低融点は約１１００℃であるが、スラグ中のＦｅＯ濃度の低下によって溶融温度が上昇して融液生成量は減少するからである。また、ペレット内の平均温度は、加熱炉内の温度（外部加熱温度）とペレット中心温度との中間温度と見積もることができる。図８によれば、二段階の加熱を行ったときの一段階目加熱時におけるペレット中心温度は９２０℃であるため、ペレット平均温度が溶融スラグの生成しない１１００℃となるためには、加熱炉内の温度（外部加熱温度）は１２８０℃となる。従って、加熱炉内の温度（外部加熱温度）を１２８０℃以下とすれば、ペレット内に殆んど溶融スラグは生成しない。
【０１１８】
しかし、ソリューションロス反応（ＣＯ2＋Ｃ＝２ＣＯ）を促進させるために、加熱温度は、１０００℃以上にする必要がある。
【０１１９】
一段階目加熱を行った後は、外殻部を金属鉄とスラグに分離し易くするために、加熱炉内の温度を１３００℃以上に高めて加熱する必要がある。即ち、比較的低温で加熱すると、外殻部の上部では、微細金属鉄が微細分散した状態でスラグが溶融するため、金属鉄とスラグの分離が困難となる。そこで、一段階目加熱を行なった後は、加熱炉内の温度を高め、溶融スラグ量を増加させて金属鉄の焼結を促進する必要がある。金属鉄の焼結を促進することによって、金属鉄が板状に連続するため、スラグとの分離性が向上する。金属鉄の焼結を促進するには、二段階目加熱を行うときの炉内における加熱温度は１３００℃以上とする必要がある。この理由は、ＳｉＯ2−ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3の三元系状態図によれば、最低融点は約１２５０℃であるため、二段階目加熱の加熱時には還元が進んでいる。スラグ中のＦｅＯは無視できるため、前述した状態図に基づいて検討すると、ペレット内のスラグを確実に溶融させるには、ペレット中心温度が１２５０℃になる必要がある。ペレット中心温度と加熱炉内の温度との温度差は、図８に基づけば、５０℃と見積もることができるため、二段階目加熱を行うときの加熱炉内の温度は、１３００℃以上とする必要がある。
【０１２０】
【表１】
2014088592.tif 000003
【０１２１】
【表２】
2014088592.tif 000004
【０１２２】
【表３】
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【０１２３】
【表４】
2014088592.tif 000006
【０１２４】
【表５】
2014088592.tif 000007
【図６】
2014088592.tif 000008
【図７】
2014088592.tif 000009
【図８】
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【図９】
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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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【図５】
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