(57)【要約】【課題】Ａｌ2Ｏ3を含有する鉄鉱石を用い、例えば、１５００℃以下で加熱した場合でも、酸化鉄の還元時に副生するスラグを速やかに溶融させることができ、酸化鉄を還元するときの反応時間を短縮できる還元鉄の製造方法を提供する。【解決手段】Ａｌ2Ｏ3を含有する鉄鉱石と、炭素質還元剤とを含む混合物よりなる塊成物を加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造する方法において、前記鉄鉱石として、Ｂｌａｉｎｅ指数（ＢＩ）が２０００〜３０００ｃｍ2／ｇのものを用いると共に、前記混合物にＣａＣＯ3を添加することによって、前記塊成物中のＣａＯおよびＳｉＯ2の含有量から求められる塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を０．９〜１．２の範囲とし、且つ前記塊成物に含まれるＣａＯ、ＳｉＯ2、およびＡｌ2Ｏ3の合計量が１００質量％となるように換算したときのＡｌ2Ｏ3量を２０％（質量％の意味。以下同じ）以下（０％を含まない）とする還元鉄の製造方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ2Ｏ3を含有する鉄鉱石と、炭素質還元剤とを含む混合物よりなる塊成物を加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造する方法において、
前記鉄鉱石として、Ｂｌａｉｎｅ指数（ＢＩ）が２０００〜３０００ｃｍ2／ｇのものを用いると共に、
前記混合物にＣａＣＯ3を添加することによって、
前記塊成物中のＣａＯおよびＳｉＯ2の含有量から求められる塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を０．９〜１．２の範囲とし、且つ
前記塊成物に含まれるＣａＯ、ＳｉＯ2、およびＡｌ2Ｏ3の合計量が１００質量％となるように換算したときのＡｌ2Ｏ3量を２０％（質量％の意味。以下同じ）以下（０％を含まない）とすることを特徴とする還元鉄の製造方法。
【請求項２】
前記塊成物として、見掛け密度が２．１ｇ／ｃｍ3以上のものを用いる請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記混合物に対して更にバインダーを配合すると共に、
前記塊成物に含まれるバインダー量を０．８〜２．０％とする請求項１または２に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌ2Ｏ3を含有する鉄鉱石と、炭材等の炭素を含む還元剤（以下、炭素質還元剤ということがある。）とを含む混合物よりなる塊成物を加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鉱石と炭素質還元剤とを含む混合物よりなる塊成物を加熱炉に装入して加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造する直接還元製鉄法が開発されている。この直接還元製鉄法では、高炉法では使用し難かった石炭を炭素質還元剤として用いることができ、これに鉄鉱石を加えた混合物よりなる塊成物（例えば、ペレット）を原料として用いている。そしてこのペレットを加熱することによって、ペレット中の炭素質還元剤に由来して生成する還元性ガスにより酸化鉄が還元され、該ペレットの外側には、還元鉄外皮が生成且つ成長し、ペレットの内側では、酸化鉄が実質的に存在しなくなるまで固体状態で還元が進む。更に加熱を続けると、酸化鉄の還元時に副生したスラグが溶融し、ペレットの内側から還元鉄外皮の外側へ流出する。こうして得られた還元鉄とスラグを冷却固化し、スラグを破砕すると共に粒状に固まった還元鉄を磁選や篩によって選別し、あるいは加熱溶融して比重差により溶銑とスラグに分離すると還元鉄製品を得ることができる（特許文献１）。
【０００３】
ところで、鉄鉱石は、鉄鉱床から採掘され、鉄鉱床のなかでも大量に賦存している堆積鉱床からは、脈石成分としてＡｌ2Ｏ3を多く含む鉄鉱石が採掘される。鉄鉱石に含まれるＡｌ2Ｏ3量が多くなると、酸化鉄の還元時に鉄鉱石に含まれる脈石成分から形成されるスラグの融点が高くなることが知られている。
【０００４】
ここで、世界各所で産出された鉄鉱石について、鉄鉱石に含まれる脈石成分のうち、ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の合計量に対するＡｌ2Ｏ3量の割合［１００×Ａｌ2Ｏ3／（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3）］と、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ、およびＭｇＯ量に基づいて算出したスラグの融点との関係を図１に示す。図１は、本出願人が世界の鉄鉱石のデータを整理して作成したものであり、図１から明らかなように、ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の合計量に対するＡｌ2Ｏ3量の割合が３０％を超えると、スラグの融点が１５００℃以上になることが分かる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】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】
【０００６】
直接還元製鉄法において、加熱炉で塊成物を加熱するときの温度は、通常、１５００℃程度であり、この加熱温度はより低温であることが望まれている。従って上述したように、鉄鉱石に脈石成分として含まれるＡｌ2Ｏ3量が多くなり、スラグの融点が高く（例えば、１５００℃以上）なると、鉄鉱石と炭素質還元剤とを含む塊成物を加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元しようとしてもスラグの溶融は促進されないため、酸化鉄の還元も進行しない。よって酸化鉄の還元に要する反応時間が長くなり、還元鉄の生産性が低下する。また、スラグの融点が高くなり、スラグが殆ど溶融しない場合には、還元鉄とスラグの分離が困難となるため、還元鉄の歩留まりが悪くなる。
【０００７】
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、Ａｌ2Ｏ3を含有する鉄鉱石を用い、例えば、１５００℃以下で加熱した場合でも、酸化鉄の還元時に副生するスラグを速やかに溶融させることができ、酸化鉄を還元するときの反応時間を短縮できる還元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、酸化鉄を還元して生成する還元鉄と、該還元時に副生するスラグとを良好に分離させることができ、還元鉄の歩留まりを向上できる還元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、塊成物の強度を高めることができる還元鉄の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の製造方法とは、Ａｌ2Ｏ3を含有する鉄鉱石と、炭素質還元剤とを含む混合物よりなる塊成物を加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造する方法であり、前記鉄鉱石として、Ｂｌａｉｎｅ指数（以下、ＢＩと表記することがある）が２０００〜３０００ｃｍ2／ｇのものを用いると共に、前記混合物にＣａＣＯ3を添加することによって、前記塊成物中のＣａＯおよびＳｉＯ2の含有量から求められる塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を０．９〜１．２の範囲とし、且つ前記塊成物に含まれるＣａＯ、ＳｉＯ2、およびＡｌ2Ｏ3の合計量が１００質量％となるように換算したときのＡｌ2Ｏ3量を２０％（質量％の意味。以下同じ）以下（０％を含まない）とする点に要旨を有している。なお、ＢＩとは、Ｂｌａｉｎｅ法によって測定される比表面積を意味している。
【０００９】
前記塊成物としては、見掛け密度が２．１ｇ／ｃｍ3以上のものを用いることが好ましい。前記混合物に対して更にバインダーを配合すると共に、前記塊成物に含まれるバインダー量を０．８〜２．０％とすることも好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、鉄鉱石としてＢＩが所定の範囲のものを用いると共に、鉄鉱石と炭素質還元剤とを含む混合物にＣａＣＯ3を添加して塊成物の塩基度を調整し、且つ該塊成物に含まれるＡｌ2Ｏ3量を適切に調整しているため、Ａｌ2Ｏ3を含有する鉄鉱石を用い、例えば、１５００℃以下で加熱した場合であっても、スラグを速やかに溶融させることができ、反応時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、鉄鉱石に含まれる脈石成分のうち、ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の合計量に対するＡｌ2Ｏ3量の割合と、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ、およびＭｇＯ量に基づいて算出したスラグの融点との関係を示すグラフである。
【図２】図２は、ペレットの塩基度と、還元鉄の歩留まりとの関係を示すグラフである。
【図３】図３は、ＭｇＯが５％のときのＳｉＯ2−ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系状態図である。
【図４】図４は、粉砕して得られた鉄鉱石の粒度分布の一例を示すグラフである。
【図５】図５は、鉄鉱石のＢＩと、ペレットの落下強度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】
【００１２】
本発明者らは、Ａｌ2Ｏ3を含有する鉄鉱石を用いた場合でも、酸化鉄の還元時に副生するスラグを速やかに溶融させて酸化鉄を還元するときの反応時間を短縮するために、鋭意検討を重ねてきた。その結果、鉄鉱石としてＢＩが２０００〜３０００ｃｍ2／ｇのものを用いると共に、塊成物の塩基度を適切な範囲に調整し、且つ塊成物に含まれるＡｌ2Ｏ3量を所定量以下に低減すれば、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。以下、本発明について説明する。
【００１３】
Ａｌ2Ｏ3含有量の多い鉄鉱石を使用する場合、塩基度を下げて融点を低下させる方法があるが、石灰石の添加量を抑えるとＡｌ2Ｏ3の濃度が高くなるため、スラグの融点が却って上昇することが判明した。そこで本発明では、スラグ中のＡｌ2Ｏ3濃度を考慮しながら塩基度（即ち、石灰石の添加量）を適正な範囲に制御することについて検討した。
【００１４】
即ち、鉄鉱石に含まれる脈石中のＡｌ2Ｏ3量が増加すると、酸化鉄の還元時に生成するスラグの融点が高くなるため、上記塊成物を加熱炉で加熱しても、スラグの溶融は促進されない。スラグが溶融しない場合には、酸化鉄の還元は進行し難くなるため、酸化鉄の還元に要する反応時間が長くなり、還元鉄の生産性が低下する。
【００１５】
そこで本発明者らは、まず、鉄鉱石と炭素質還元剤とを含む混合物に副原料を添加して、鉄鉱石に含まれる脈石の融点を低下し、スラグの融点を下げることを試みた。このとき、鉄鉱石を微粉砕することによって、鉄鉱石と副原料との接触面積を大きくすれば、鉄鉱石と副原料との反応速度を高められるのではないかと考えた。具体的には、鉄鉱石として、Ｂｌａｉｎｅ指数（ＢＩ）が２０００〜３０００ｃｍ2／ｇのものを用いた。ＢＩとは、Ｂｌａｉｎｅ法に基づいて求められる指数であり、比表面積を表す指標である。
【００１６】
ところが、上記混合物に副原料を添加すると共に、ＢＩが２０００〜３０００ｃｍ2／ｇの鉄鉱石を用いても、スラグの融点は充分には低下せず、反応時間を充分には短縮できなかった。
【００１７】
次に、本発明者らは、スラグの塩基度に着目した。ＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系のスラグは、一般的には、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を下げれば、スラグの融点が低下することが知られているからである。
【００１８】
スラグの塩基度を下げるために、上記混合物に配合する副原料のうち、塩基度の調整に通常用いられているＣａＣＯ3の添加量を低減した。その結果、塊成物中のＣａＯおよびＳｉＯ2の含有量から求められる塩基度は低下した。しかしながら、スラグの融点は低下せず、却ってスラグの融点が高くなることが判明した。そこで、塩基度を低下させてもスラグの融点を充分に低下させることができない原因について検討したところ、本発明で対象としている成分組成のスラグでは、ＣａＣＯ3の配合量を下げると、塊成物に含まれるＣａＯ、ＳｉＯ2、およびＡｌ2Ｏ3の合計量が１００質量％となるように換算したときのＡｌ2Ｏ3量が増加し、スラグの融点が却って上昇することが分かった。
【００１９】
そこで本発明では、種々実験を繰り返した結果、塊成物中のＣａＯおよびＳｉＯ2の含有量から求められる塩基度を０．９〜１．２の範囲としたうえで、塊成物に含まれるＣａＯ、ＳｉＯ2、およびＡｌ2Ｏ3の合計量が１００質量％となるように換算したときのＡｌ2Ｏ3量が２０％以下（０％を含まない）となるように、混合物にＣａＣＯ3を添加することとした。
【００２０】
以上のように、本発明によれば、鉄鉱石を微粉砕して比表面積（即ち、スラグ形成のための反応界面積）を増大させると共に、塊成物を構成している混合物に添加するＣａＣＯ3量を調整することによって、塊成物の塩基度と、塊成物に含まれるＡｌ2Ｏ3量を調整している。その結果、スラグの融点が低下し、酸化鉄の反応時間が短縮され、還元鉄の生産性が向上する。
【００２１】
本発明では、Ａｌ2Ｏ3を含有する鉄鉱石と、炭素質還元剤とを含む混合物よりなる塊成物を加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造する。上記Ａｌ2Ｏ3を含有する鉄鉱石としては、例えば、豪州産やインド産のヘマタイト鉱石がある。
【００２２】
上記鉄鉱石に含まれるＡｌ2Ｏ3量は特に限定されないが、本発明では、Ａｌ2Ｏ3を１．０％以上（特に、１．９％以上）含有している鉄鉱石であっても用いることができる。Ａｌ2Ｏ3量の上限についても特に限定されないが、例えば、５．０％以下（特に、４．１％以下）である。上記鉄鉱石は、ＭｇＯやＴｉＯ2を含有していてもよい。ＭｇＯやＴｉＯ2もスラグの融点を高めるのに作用する成分である。
【００２３】
本発明では、上記鉄鉱石として、Ｂｌａｉｎｅ指数（ＢＩ）が２０００〜３０００ｃｍ2／ｇのものを用いることが重要である。鉄鉱石のＢＩが２０００ｃｍ2／ｇを下回ると、比表面積が小さいため、副原料との接触界面が小さく、鉄鉱石に含まれる脈石の溶融を促進できず、酸化鉄の反応時間を短くすることができない。従って鉄鉱石のＢＩは、２０００ｃｍ2／ｇ以上、好ましくは２１００ｃｍ2／ｇ以上、より好ましくは２２００ｃｍ2／ｇ以上である。しかし鉄鉱石のＢＩが３０００ｃｍ2／ｇを超えると、炭素質還元剤との混合時に擬似粒子を形成しやすく、均一な混合が難しくなる。従って鉄鉱石のＢＩは３０００ｃｍ2／ｇ以下、好ましくは２８００ｃｍ2／ｇ以下、より好ましくは２６００ｃｍ2／ｇ以下である。
【００２４】
上記鉄鉱石のＢＩは、Ｂｌａｉｎｅ法によって測定することができ、ＪＩＳ  Ｒ５２０１で規定されている方法に基づいて測定すればよい。
【００２５】
本発明では、原料鉄鉱石をＢＩが２０００〜３０００ｃｍ2／ｇとなるように粉砕した鉄鉱石を用いることができる。
【００２６】
原料鉄鉱石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、ロッドミル、ロールクラッシャ、ボールミルなどを用いればよい。
【００２７】
本発明では、上記鉄鉱石と、炭素質還元剤とを含む混合物を塊成化して製造した塊成物を用いており、上記炭素質還元剤としては、例えば、石炭やコークスなどを用いることができる。
【００２８】
本発明では、上記混合物にＣａＣＯ3を添加することによって、
（ａ）塊成物中のＣａＯおよびＳｉＯ2の含有量から求められる塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を０．９〜１．２の範囲とし、且つ
（ｂ）塊成物に含まれるＣａＯ、ＳｉＯ2、およびＡｌ2Ｏ3の合計量が１００質量％となるように換算したときのＡｌ2Ｏ3量を２０％以下（０％を含まない）とする
ことが重要である。
【００２９】
（ａ）塩基度
塩基度が０．９を下回ると、一般にはスラグの融点が下がる傾向があるが、塩基度が０．９を下回るようなＣａＣＯ3添加では、Ａｌ2Ｏ3を希釈する効果がなくなるため、スラグ中のＡｌ2Ｏ3濃度が上昇し、スラグが溶け難くなる。従って塩基度は０．９以上、好ましくは０．９５以上、より好ましくは１．０以上である。しかし塩基度が１．２を超えると、スラグの融点が高くなるため、酸化鉄の還元が進み難くなり、反応時間が長くなる。従って塩基度は１．２以下、好ましくは１．１５以下、より好ましくは１．１以下である。
【００３０】
（ｂ）Ａｌ2Ｏ3量
上記合計量に占めるＡｌ2Ｏ3量が２０％を超えると、上記塩基度を上記範囲に調整してもスラグの融点を充分に低下させることができないため、スラグの溶融を促進できず、酸化鉄の反応時間を短くできない。従って上記合計量に占めるＡｌ2Ｏ3量は２０％以下、好ましくは１８％以下、より好ましくは１６％以下である。
【００３１】
上記混合物には、更に融点調整剤を配合してもよい。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還元鉄となる。溶融スラグ中で生成した還元鉄は、固体のまま還元された還元鉄と接触することにより、固体の還元鉄として凝集する。
【００３２】
上記融点調整剤としては、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）、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できる。
【００３３】
上記融点調整剤としては、上記ＣａＯ供給物質のみを配合しても良いし、上記ＣａＯ供給物質に加えて、例えば、ＭｇＯ供給物質、ＳｉＯ2供給物質などを配合してもよい。ＭｇＯ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。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用いることができる。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。
【００３４】
上記塊成物は、鉄鉱石、炭素質還元剤、および融点調整剤以外の成分として、バインダーなどを更に配合してもよい。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。
【００３５】
上記塊成物に含まれるバインダー量は、０．８〜２．０％とすることが好ましい。バインダー量を０．８％以上とすることによって塊成物の強度を高めることができる。バインダー量は、より好ましくは０．９％以上、更に好ましくは１．０％以上である。しかしバインダー量が２．０％を超えると、コスト高となり、またバインダー量が過剰になり過ぎて塊成物の強度が却って低下する。従ってバインダー量は、２．０％以下であることが好ましく、より好ましくは１．５％以下、更に好ましくは１．２％以下である。
【００３６】
上記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。
【００３７】
上記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。
【００３８】
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。
【００３９】
上記塊成物の大きさも特に限定されないが、粒径（最大粒径）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、塊成物の下部への伝熱が悪くなり、生産性が低下する。なお、塊成物の粒径の下限値は５ｍｍ程度である。
【００４０】
本発明では、上記塊成物として、見掛け密度が２．１ｇ／ｃｍ3以上のものを用いることが好ましく、還元鉄の歩留まりを向上できる。上記塊成物の見掛け密度は、より好ましくは２．２ｇ／ｃｍ3以上であり、更に好ましくは２．３ｇ／ｃｍ3以上である。なお、上記見掛け密度の上限は、例えば、２．５ｇ／ｃｍ3以下であればよい。
【００４１】
上記塊成物の見掛け密度は、水銀（液体）に塊成物を浸漬しその浮力を測定することによって求めた値である。なお、上記塊成物の見掛け密度は、簡便には、上記塊成物の表面を溶融パラフィンで薄く被覆し、体積と質量を測定して算出してもよい。
【００４２】
上記見掛け密度を高める方法は特に限定されないが、例えば、上記混合物を造粒するときの時間（造粒時間）を長くし、時間をかけて造粒すればよい。
【００４３】
上記造粒時間は、例えば、５分以上とすることが好ましく、より好ましくは８分以上、更に好ましくは１０分以上である。造粒時間の上限は特に限定されないが、生産性の観点から１５分以下とすることが好ましい。
【００４４】
上記塊成物は、加熱炉に装入して加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造すればよい。
【００４５】
上記加熱炉としては、例えば、移動炉床炉式加熱炉を用いることができる。上記移動炉床炉式加熱炉とは、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、例えば、回転炉床炉やトンネル炉が挙げられる。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）還元鉄を生成する。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。上記トンネル炉とは、炉床が直線方向に炉内を移動する加熱炉である。
【００４６】
上記塊成物は、上記加熱炉内で、例えば、１３００〜１５００℃で加熱して加熱還元すればよく、好ましくは１３００〜１４５０℃である。
【００４７】
上記移動炉床式加熱炉の炉床上には、上記塊成物を炉内に装入するに先立って、床敷材を敷くことも好ましい態様である。床敷材を敷くことによって炉床を保護できる。上記床敷材としては、上記炭素質還元剤として例示したものの他、耐火性粒子を用いることができる。
【００４８】
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】
【００４９】
（実験１）
実験１では、塊成物中のＣａＯおよびＳｉＯ2の含有量から求められる塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）が、還元鉄の歩留まりに及ぼす影響について調べた。
【００５０】
Ａｌ2Ｏ3を含有する鉄鉱石と、炭素質還元剤とを含む混合物よりなる塊成物を加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造した。
【００５１】
上記鉄鉱石の成分組成を下記表１に示す。下記表１において、Ｔ．Ｆｅは全鉄量、ＬＯＩはイグニションロス（灼熱減量）を意味している。
【００５２】
上記鉄鉱石としては、ボールミルを用いて、Ｂｌａｉｎｅ指数（ＢＩ）が２２８０ｃｍ2／ｇとなるように粉砕したものを用いた。
【００５３】
下記表１に示した成分組成に基づいて、上記鉄鉱石に含まれる脈石成分のうち、ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の合計量に対するＡｌ2Ｏ3量の割合［１００×Ａｌ2Ｏ3／（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3）］を算出すると、次式に示すように３５％であった。
１００×Ａｌ2Ｏ3／（ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3）＝１００×１．６９／（３．１０＋１．６９）＝３５％
【００５４】
算出したＡｌ2Ｏ3量の割合と、上記に示した図１に基づいて、脈石成分の融点を読み取ると１５８０℃であった。
【００５５】
上記炭素質還元剤としては、下記表２に示す成分組成の瀝青炭を用いた。下記表２において、Ｔ．Ｓは全硫黄量を意味している。なお、瀝青炭としては、目開きが２００メッシュの篩を通過する粉末の質量が瀝青炭全体の質量に対して８０％を超えるものを用いた。
【００５６】
上記鉄鉱石および瀝青炭に、融点調整剤としてＣａＣＯ3（石灰石）、ドロマイト、蛍石を配合し、バインダーとして澱粉系スターチを配合し、ペレット（塊成物）を製造した。鉄鉱石、瀝青炭、石灰石、ドロマイト、蛍石、およびバインダーの配合割合を下記表３に示す。ペレットは、粒径がφ１９ｍｍとなるように造粒した。
【００５７】
下記表３に示した配合割合を基本とし、ＣａＣＯ3の添加量を変えて塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を０．７〜１．３の範囲を目標に調整したペレットを製造した。
【００５８】
得られたペレットを電気炉に装入し、１４５０℃で、還元鉄とスラグが溶融分離するまで加熱（約１０分間）して還元鉄を製造した。
【００５９】
加熱して得られた還元鉄およびスラグ等を炉内から排出し、還元鉄の歩留まりを算出した。還元鉄の歩留まりは、加熱炉へ装入した原料（ペレット）に含まれる全鉄量に対して、粒径が３．３５ｍｍ以上の還元鉄の質量の割合に基づいて算出した。
歩留まり（％）＝１００×（粒径が３．３５ｍｍ以上の還元鉄の質量）／（原料に含まれる全鉄量）
【００６０】
ペレットの塩基度と、還元鉄の歩留まりとの関係を図２に示す。図２に示すように、塩基度が０．９〜１．２の範囲では、還元鉄の歩留まりは９２％以上となった。一方、図２から、ペレットの塩基度が０．９を下回るか、１．２を超えると、歩留まりが低下する傾向が読み取れた。即ち、塩基度が０．９を下回って０．７になると、還元鉄の歩留まりは一気に低下し、８７％程度になった。塩基度が０．７のときにおいて、粒径が３．３５ｍｍ以上の還元鉄の質量に基づいて算出した歩留まりは８７％であったが、回収した全ての鉄分の歩留まりは９６％であった。従って塩基度が０．７のときは、粒径が３．３５ｍｍ未満の還元鉄が多く生成していたことが分かる。また、塩基度が１．２を超えて１．２５になっても還元鉄の歩留まりは低下傾向を示し、歩留まりは８９．５％程度であった。
【００６１】
以上の結果から、塩基度を０．９〜１．２の範囲に制御すれば、還元鉄の歩留まりを向上できることが分かった。
【００６２】
【表１】
2014181369.tif 000003
【００６３】
【表２】
2014181369.tif 000004
【００６４】
【表３】
2014181369.tif 000005
【００６５】
（実験２）
上記実験１において、塊成物の塩基度を適切な範囲に調整すれば、還元鉄の歩留まりが向上することが分かった。そこで、実験２では、塩基度とスラグの融点との関係について調べた。即ち、実験２では、上記実験１の表３に示した鉄鉱石に含まれる鉄量と、瀝青炭中に含まれる固定炭素量の質量比が一定になるように保ったうえで、ＣａＣＯ3の配合割合を変えて塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）の異なるペレットを製造した。
【００６６】
まず、上記表３に示した配合割合のペレットを用いた。下記表３に示した配合割合のペレットは、塩基度が１．０５であり、ペレットに含まれるＭｇＯ量は０．５０％であった。
【００６７】
Ａｌ2Ｏ3を２０％（一定）としたとき、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を１．１４→０．８７→０．６７と順に下げると、図３にｂ１→ｂ２→ｂ３で示すように、融点は１４６０℃→１３４０℃→１３２０℃と下がる。このようにＡｌ2Ｏ3が２０％と一定となる直線上を動く場合には、塩基度を小さくした方が、スラグの融点は低下し、溶けやすくなる。
【００６８】
しかし塩基度を小さくするということは、配合する石灰石量（ＣａＣＯ3量）を低減することになるため、ＣａＯによるＡｌ2Ｏ3の希釈効果は薄れる。そのため、スラグ中のＡｌ2Ｏ3濃度は高くなる。従って、塩基度を小さくした場合には、実際には、図３にａ１→ａ２で示すように、塩基度の低下と共に、Ａｌ2Ｏ3濃度は高くなる方向に動く。このとき塩基度を下げてゆくと、一旦は融点が低くなるが、再び融点が上昇してスラグは溶け難くなる。そこで塩基度とスラグ中のＡｌ2Ｏ3濃度との関係を調べたところ、塩基度を小さくすると、スラグ中のＡｌ2Ｏ3濃度が高くなることが確認された。
【００６９】
以上の結果から、ペレット中のＣａＯおよびＳｉＯ2の含有量から求められる塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を０．９〜１．２の範囲とし、且つペレットに含まれるＣａＯ、ＳｉＯ2、およびＡｌ2Ｏ3の合計量が１００質量％となるように換算したときのＡｌ2Ｏ3量を２０質量％以下とすれば、スラグの融点を低くできることが分かる。スラグの融点を低くできると、酸化鉄を還元するときの反応時間を短縮できると考えられる。
【００７０】
（実験３）
実験３では、副原料とスラグの接触効率を高めるために、鉄鉱石の粒度に着目して鉄鉱石の粒度と、乾燥ペレットの落下強度との関係について調べた。
【００７１】
粉砕して得られた鉄鉱石の粒度分布の一例を図４に示す。図４において、横軸は鉄鉱石粉の粒子径（直径Ｄｐ）を示しており、縦軸は累積（％）を示している。図４において、●はＢＩが１５４０ｃｍ2／ｇの結果、○はＢＩが２３１０ｃｍ2／ｇの結果を夫々示している。
【００７２】
上記実験１における表３に示した配合割合を基本とし、鉄鉱石のＢＩを１２００ｃｍ2／ｇ、１５００ｃｍ2／ｇ、または２３００ｃｍ2／ｇとし、バインダーの配合量を０．６〜１．２％の範囲に変えてペレットを製造した。バインダーとしては、澱粉系スターチを用いた。
【００７３】
得られたペレットについて、落下強度を次の手順で調べた。ペレットの落下強度は、得られたペレットを鋼板の上方４５ｃｍの位置から自然落下させ、ペレット本体から分離した小破片の割合が、落下回数測定前における塊成物の質量に対して１０質量％を超える直前の回数を落下回数とした。測定は、１０個の塊成物について行い、測定結果の平均値を落下強度とした。
【００７４】
鉄鉱石のＢＩと、ペレットの落下強度との関係を図５に示す。図５から次のように考察できる。バインダーの配合量が一定（０．６％、０．８％、１．０％、または１．２％）の場合は、ＢＩが大きくなり、鉄鉱石が微粉化するほど、ペレットの落下強度が低下する傾向が読み取れる。鉄鉱石を微粉化すると、鉄鉱石の比表面積が大きくなるため（即ち、ＢＩが大きくなるため）、ペレットの強度を確保するには、バインダーの配合量を増加させる必要がある。
【００７５】
また、ＢＩが一定（１２００ｃｍ2／ｇ、１５００ｃｍ2／ｇ、または２３００ｃｍ2／ｇ）の場合は、バインダーの配合量を増加させるほど、ペレットの落下強度が高くなる傾向が読み取れる。しかしバインダーの配合量を増加させると、コスト高となるため、経済的にはマイナス要因である。
【００７６】
以上の結果から、ＢＩが２０００〜３０００ｃｍ2／ｇの鉄鉱石を用いた場合は、塊成物に含まれるバインダー量を０．８〜２．０％の範囲に制御すればよいと考えられる。
【００７７】
（実験４）
実験４では、上記実験１における表３に示した配合割合を基準とし、造粒時間を変えて見掛け密度の異なるペレットを製造した。
【００７８】
鉄鉱石としては、ＢＩが１５４０ｃｍ2／ｇまたは２３１０ｃｍ2／ｇを用いた。バインダーの配合量は、０．８％、０．９％、１．０％のいずれかとした。ペレット中のＣａＯおよびＳｉＯ2の含有量から求められる塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）は、１．０４〜１．２５とした。ペレットに含まれるＣａＯ、ＳｉＯ2、およびＡｌ2Ｏ3の合計量が１００％となるように換算したときのＡｌ2Ｏ3量は、１７．９６〜１８．９３％とした。
【００７９】
これらの混合物を、造粒機で造粒してペレットを製造した。造粒時間は、Ｎｏ．１における造粒時間を標準造粒時間（＝１．０）としたとき、相対値（相対造粒時間）で表した。
【００８０】
ペレットの見掛け密度は、水銀（液体）に塊成物を浸漬しその浮力を測定することによって求めた。また、ペレットの落下強度を、上記実験３に示した手順で測定した。
【００８１】
鉄鉱石のＢＩ、バインダーの配合量、ペレットの塩基度、ペレットに含まれるＡｌ2Ｏ3量、相対造粒時間、ペレットの見掛け密度、および落下強度を下記表４に示す。
【００８２】
次に、得られたペレットを電気炉に装入し、１４５０℃で、還元鉄とスラグが溶融分離するまで加熱（約１０分間）して還元鉄を製造した。このときビデオカメラでモニタリングして、ペレットが溶解するまでの反応時間を調べた。また、還元鉄の歩留まりを、上記実験１と同じ手順で算出した。反応時間および歩留まりを下記表４に併せて示す。
【００８３】
下記表４から次のように考察できる。Ｎｏ．１、４は、用いた鉄鉱石のＢＩが、本発明で規定している範囲を外れているため、反応時間が長くなった。Ｎｏ．５は、ペレットの塩基度が、本発明で規定している範囲を外れているため、反応時間が長くなった。
【００８４】
一方、Ｎｏ．２、３は、本発明で規定している要件を満足している例であり、反応時間は、Ｎｏ．１に比べて短くなった。また、還元鉄の歩留まりも向上した。また、Ｎｏ．３は、Ｎｏ．２に対して相対造粒時間を１．８倍にして造粒しているため、ペレットの見掛け密度が高くなった。その結果、還元鉄の歩留まりはＮｏ．２よりも向上した。また、Ｎｏ．３では、見掛け密度を高くしているため、バインダー量をＮｏ．１より減らしても、ペレットの落下強度はＮｏ．１に対して高くなった。
【００８５】
ここで、Ｎｏ．３について、Ｎｏ．１に対する還元鉄の生産性指数を次の式に基づいて算出した。その結果、Ｎｏ．３の生産性はＮｏ．１に対して１８．９％向上した。
生産性指数＝Ａ×Ｂ×Ｃ
但し、Ａ〜Ｃは、次の通りである。
Ａ＝（Ｎｏ．３の見掛け密度）／（Ｎｏ．１の見掛け密度）
Ｂ＝（Ｎｏ．１の反応時間）／（Ｎｏ．３の反応時間）
Ｃ＝（Ｎｏ．３の歩留まり）／（Ｎｏ．１の歩留まり）
生産性指数＝（２．３１９／２．０９３）×（９．００／８．８０）×（９８．８／９４．１）＝１．１８９
【００８６】
【表４】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図１】
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【図３】
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