(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む混合物を塊成化した塊成物を移動炉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、還元鉄を製造する方法であって、下記（Ａ）〜（Ｃ）のいずれかに記載の要件を満足する塊成物を用いることを特徴とする還元鉄の製造方法。
・要件（Ａ）
前記塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）と、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）およびＮａ2Ｏ量（ｍｏｌ）の合計量とのｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）が、下記式（１）の関係を満足している塊成物。
・要件（Ｂ）
前記塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）と、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）およびＮａ2Ｏ量（ｍｏｌ）の合計量とのｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）が、下記式（２）の関係を満足し、且つ
該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）とＳｉＯ2量（質量％）から算出される塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）が０．３０以上、１．３０未満である塊成物
・要件（Ｃ）
前記塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）と、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）およびＮａ2Ｏ量（ｍｏｌ）の合計量とのｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）が、下記式（２）の関係を満足し、且つ
該塊成物に含まれる揮発性炭素量が１．７０質量％未満である塊成物。
Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）≦−０．４９×ＣａＯ＋５．６３  ・・・（１）
Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）＞−０．４９×ＣａＯ＋５．６３  ・・・（２）
［上記式（１）、式（２）中、Ｃｌ、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏは、塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）、Ｎａ2Ｏ量（ｍｏｌ）、ＣａＯは、塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）を示している。］
【請求項２】
前記要件（Ａ）を満足する塊成物として、該塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）と、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）およびＮａ2Ｏ量（ｍｏｌ）の合計量とのｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）が、下記式（３）の関係を満足しているものを用いる請求項１に記載の製造方法。
Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）＜−０．４９×ＣａＯ＋４．４０  ・・・（３）
［上記式（３）中、Ｃｌ、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏは、塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）、Ｎａ2Ｏ量（ｍｏｌ）であり、ＣａＯは、塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）を示している。］
【請求項３】
前記要件（Ａ）を満足する塊成物として、該塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）と、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）およびＮａ2Ｏ量（ｍｏｌ）の合計量とのｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）が、更に下記式（４）の関係を満足し、且つ
該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）とＳｉＯ2量（質量％）から算出される塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）が０．３０以上、１．３４未満であり、
粒子径が５０〜２００μｍの粒子を質量基準で８０％以上含有する珪酸成分を用いて前記塩基度を調整したものを用いる請求項１に記載の製造方法。
Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）≧−０．４９×ＣａＯ＋４．４０  ・・・（４）
［上記式（４）中、Ｃｌ、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏは、塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）、Ｎａ2Ｏ量（ｍｏｌ）であり、ＣａＯは、塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）を示している。］
【請求項４】
前記要件（Ｂ）を満足する塊成物として、粒子径が５０〜２００μｍの粒子を質量基準で８０％以上含有する珪酸成分を用いて前記塩基度を調整したものを用いる請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
前記要件（Ｃ）を満足する塊成物として、更に固定炭素量が１６．５質量％以上のものを用いる請求項１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、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）、および炭素を含有する還元剤（以下、「炭素質還元剤」ということがある）を含む塊成物を加熱することによって、該塊成物中の酸化鉄を還元し、還元鉄（ＤＲＩ）を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
酸化鉄源に含まれる酸化鉄を還元して還元鉄を製造するには、還元剤が必要である。還元剤としては、入手が比較的容易な石炭を炭素質還元剤として用いることができる。こうした炭素質還元剤を用いた還元鉄製造プロセスとしては、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む塊成物を移動炉床式加熱炉（例えば、回転炉床炉など）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、該塊成物中の酸化鉄を還元し、塊状の還元鉄を得る方法が知られている（例えば、特許文献１、２）。この還元鉄製造プロセスは、石炭ベースであることの他にも粉状の鉄鉱石を直接利用できること、還元時には鉄鉱石と還元剤が近接配置されているため、酸化鉄源中の酸化鉄を高速還元できること、高炉等の大規模な設備が不要なこと、コークスが不要になること、といった利点を有している。
【０００３】
上記還元鉄製造プロセスにおいては、炭素質還元剤を含む塊成物が、その形状を維持したまま移動炉床式加熱炉へ投入され、加熱中に塊成物が粉粒状に崩壊することなく、塊成物に含まれる酸化鉄が還元されて加熱炉から排出されることが必要不可欠である。塊成物から粉粒物が発生し、移動炉床式加熱炉の炉床に堆積すると、それらが炉床に固着し、操業を不安定にするばかりか、炉床から固着物を除去するために操業を停止せざるを得なくなる。仮に、炉床に固着せずに、加熱炉外へ排出されたとしても、これらの粉粒物は、次工程の高炉や電気炉では用いることは困難である。従って、塊成物には、加熱炉内に投入された形態を維持した状態で還元され、この状態のまま加熱炉外へ排出されることが求められる。
【０００４】
塊成物が加熱過程で崩壊する原因の一つとして、塊成物中に含まれる付着水分量が挙げられる。塊成物中の付着水分量が多くなると、例えば１０００℃以上の高温に保持されている移動炉床式加熱炉に塊成物を装入した際に、塊成物が急速加熱され、この塊成物中の付着水分が急激に水蒸気となり、そのガス圧で塊成物が爆裂（バースティング）することがある。
【０００５】
また、塊成物が加熱過程で崩壊する他の原因として、塊成物に含まれる結晶水量も挙げられる。即ち、世界各地で産出される鉄鉱石の品位は、近年、世界的に劣化する傾向があり、特に結晶水を多量に含有する鉱石（高結晶水含有鉱石）の産出割合が増加している。そのためこうした高結晶水含有鉱石を塊成物の原料として用いなければならず、加熱時に塊成物の爆裂が起こりやすくなる。
【０００６】
本出願人は、特許文献３に、酸化鉄原料として高結晶水含有鉱石を用いても、還元鉄等の生産性の低下や還元炉の大型化、製造コストの上昇を招くことなく、急速加熱還元炉内での爆裂を確実に防止しうる炭材内装酸化鉄塊成化物を提供する技術を開示している。具体的には、この技術では、炭材内装酸化鉄塊成化物中における、結晶水と揮発分との合計含有量を１０．５質量％（乾燥基準）以下、付着水分の含有量を１．０質量％以下としている。また、この文献では、上記揮発分として、ＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、ＮＯ2、ＳＯ2に着目している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２５６０１７号公報
【特許文献２】特開平１０−１４７８０６号公報
【特許文献３】特開２００９−３５８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本出願人は、上記特許文献３を開示した後も加熱過程で塊成物が崩壊する原因について更に検討を重ねた。その結果、上記特許文献３で考慮した塊成物中に含まれる結晶水、揮発分、および付着水分以外にも爆裂原因のあることが明らかとなった。
【０００９】
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、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む塊成物を移動炉床式加熱炉で加熱することによって還元鉄を製造するにあたり、加熱時に塊成物が爆裂するのを防止しつつ還元鉄を製造できる方法を提供することにある。なお、本発明において、爆裂とは、塊成物が崩壊する現象以外に、塊成物から粉粒物が飛び散る現象や塊成物にクラックが生じ、塊成物の一部が剥離、分離する現象も含まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む混合物を塊成化した塊成物を移動炉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、還元鉄を製造する方法であって、下記（Ａ）〜（Ｃ）のいずれかに記載の要件を満足する塊成物を用いる点に要旨を有している。下記式（１）、式（２）中、Ｃｌ、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏは、塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）、Ｎａ2Ｏ量（ｍｏｌ）、ＣａＯは、塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）を示している。
・要件（Ａ）
前記塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）と、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）およびＮａ2Ｏ量（ｍｏｌ）の合計量とのｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）が、下記式（１）の関係を満足している塊成物。
・要件（Ｂ）
前記塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）と、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）およびＮａ2Ｏ量（ｍｏｌ）の合計量とのｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）が、下記式（２）の関係を満足し、且つ
該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）とＳｉＯ2量（質量％）から算出される塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）が０．３０以上、１．３０未満である塊成物。
・要件（Ｃ）
前記塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）と、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）およびＮａ2Ｏ量（ｍｏｌ）の合計量とのｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）が、下記式（２）の関係を満足し、且つ
該塊成物に含まれる揮発性炭素量が１．７０質量％未満である塊成物。
Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）≦−０．４９×ＣａＯ＋５．６３  ・・・（１）
Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）＞−０．４９×ＣａＯ＋５．６３  ・・・（２）
【００１１】
前記要件（Ａ）を満足する塊成物としては、上記ｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）が、下記式（３）の関係を満足しているものを用いることが好ましい。下記式（３）中、Ｃｌ、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏは、塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）、Ｎａ2Ｏ量（ｍｏｌ）であり、ＣａＯは、塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）を示している。
Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）＜−０．４９×ＣａＯ＋４．４０  ・・・（３）
【００１２】
前記要件（Ａ）を満足する塊成物としては、上記ｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）が、更に下記式（４）の関係を満足し、且つ該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）とＳｉＯ2量（質量％）から算出される塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）が０．３０以上、１．３４未満であり、粒子径が５０〜２００μｍの粒子を質量基準で８０％以上含有する珪酸成分を用いて前記塩基度を調整したものを用いることも好ましい。下記式（４）中、Ｃｌ、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏは、塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）、Ｎａ2Ｏ量（ｍｏｌ）であり、ＣａＯは、塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）を示している。
Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）≧−０．４９×ＣａＯ＋４．４０  ・・・（４）
【００１３】
前記要件（Ｂ）を満足する塊成物としては、粒子径が５０〜２００μｍの粒子を質量基準で８０％以上含有する珪酸成分を用いて前記塩基度を調整したものを用いることが好ましい。
【００１４】
前記要件（Ｃ）を満足する塊成物として、更に固定炭素量が１６．５質量％以上のものを用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む塊成物を移動炉床式加熱炉で加熱して還元鉄を製造するにあたり、該塊成物に含まれるＣｌ量、Ｋ2Ｏ量、およびＮａ2Ｏ量に基づいて求められるｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該塊成物に含まれるＣａＯ量との関係を適切に制御し、この関係によっては、必要に応じて、更に塊成物の塩基度または塊成物に含まれる揮発性炭素量を適切に制御しているため、加熱中に塊成物が爆裂するのを防止できる。その結果、強度の高い還元鉄を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、上記ｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、乾燥ブリケットに含まれるＣａＯ量（質量％）の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者らは、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む塊成物を移動炉床式加熱炉の炉床上に装入し、加熱して還元鉄を製造するにあたり、加熱過程で塊成物が爆裂するのを防止するために鋭意検討を重ねてきた。その結果、
（ｉ）塊成物に含まれるＣｌ量、Ｋ2Ｏ量、およびＮａ2Ｏ量に基づいて求められるｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該塊成物に含まれるＣａＯ量の関係が、塊成物の爆裂に影響を及ぼしていること、
（ｉｉ）上記関係によっては、更に塊成物の塩基度または塊成物に含まれる揮発性炭素量を適切に制御すれば、塊成物の爆裂を防止できること、
を見出し、本発明を完成した。以下、本発明について詳細に説明する。
【００１８】
まず、本発明者らは、塊成物を加熱したときに爆裂が発生する原因について調べた。その結果、塊成物を加熱すると、その初期段階で、塊成物の内部において急激にガスが発生する一方で、塊成物自体は、塊成物の内部で発生したガスが外部へ放出され難い気孔構造になっているため、塊成物の内圧が高くなり、爆裂が発生すると考えられた。塊成物の内部でガスが発生する原因としては、次の５つが考えられる。
【００１９】
（１）塊成物に含まれる付着水の蒸発
（２）炭素質還元剤に含まれる炭素の酸化によるＣＯ2ガスの発生
（３）過塩素酸［ＣｌＯ3（ＯＨ）］が加熱により爆発し、酸素ガスや塩化水素ガスを発生するか、過塩素酸カリウム（ＫＣｌＯ4）や過塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ4）など、Ｎａ、Ｋ、Ｃｌ、Ｏで構成される化合物が加熱により爆発し、塩化ナトリウムまたは塩化カリウムと酸素ガスを発生
（４）塊成物に含まれるＣａ（ＯＨ）2やＣａＣＯ3が熱分解し、水蒸気やＣＯ2ガスを発生
（５）塊成物に含まれる揮発性炭素（即ち、炭化水素を構成している炭素）がガス化
【００２０】
上記（１）について
上記塊成物を製造するにあたっては、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む混合物を塊成化するために、少量の水を添加する。そのため、塊成化して得られた塊成物は少量の水分を含んでいる。しかし、通常、加熱炉へ装入する前に、水分量を予め１％以下に乾燥しているため、塊成物内で付着水が蒸発しても、爆裂の直接的な原因にはならないと考えられる。
【００２１】
上記（２）について
炭素質還元剤に含まれる炭素は、酸化されることによりＣＯ2ガスを発生する原因となる。しかし、塊成物を加熱するときの初期段階においては、加熱温度が低いため、炭素の酸化によるＣＯ2ガスの発生速度は小さい。従って加熱初期におけるＣＯ2ガスの発生量は少ないため、塊成物の爆裂に及ぼす影響は小さいと考えられる。
【００２２】
上記（３）について
上記塊成物には、塩酸処理工程や海水の混入に由来して塩素（Ｃｌ）が含まれることがある。塩素の一部は、塊成物に含まれるアルカリ金属（例えば、ＮａやＫ）と結合し、安定した塩化物（例えば、ＮａＣｌやＫＣｌ）になるが、こうした安定した塩化物にならない塩素は、過塩素酸［ＣｌＯ3（ＯＨ）］になることがある。過塩素酸は、不安定で、加熱により爆発し、酸素ガスや塩化水素ガスを発生する。
【００２３】
また、塩素は、塊成物に含まれるＫＯ2+やＮａＯ2+と結合し、過塩素酸カリウム（ＫＣｌＯ4）や過塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ4）などを形成することがある。これらの過塩素酸カリウムや過塩素酸ナトリウムも不安定であり、加熱されると爆発し、塩化ナトリウムまたは塩化カリウムと酸素ガスを発生する。
【００２４】
そこで、加熱時に塊成物が爆裂する現象を防止するには、塊成物に含まれる塩素を安定した塩化物として固定することが有効であると考えられる。
【００２５】
上記（４）について
上記塊成物には、融点調整剤として、ＣａＯ供給物質を配合することや、製鉄所ダスト等のＣａＯ成分を含有する酸化鉄含有物質を用いることがある。このＣａＯ物質としては、後述するように、Ｃａ（ＯＨ）2やＣａＣＯ3の形態になっていることがある。こうしたＣａ（ＯＨ）2やＣａＣＯ3を加熱すると、熱分解し、水蒸気ガスやＣＯ2ガスを発生し、これらが塊成物の爆裂の原因になると考えられる。
【００２６】
上記（５）について
上記塊成物には、炭素質還元剤を配合しており、この炭素質還元剤には、通常、揮発性物質［即ち、炭化水素（ＣＨx）を構成している］が含まれている。この揮発性物質は、加熱されると、ＣＨxガスを生成するため、これらが塊成物の爆裂の原因になると考えられる。
【００２７】
以上、（１）〜（５）の知見に基づいて、本発明者らは、加熱時における塊成物の爆裂を防止するために更に検討を重ねた。その結果、塊成物に含まれるＣｌ質量、Ｋ2Ｏ質量、およびＮａ2Ｏ質量に基づいて求められるｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該塊成物に含まれるＣａＯ量の関係が塊成物の爆裂に影響を及ぼしており、具体的には、下記要件（Ａ）〜要件（Ｃ）のいずれかを満足する塊成物は、加熱しても爆裂しないことを明らかにした。
【００２８】
要件（Ａ）：塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）と、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）およびＮａ2Ｏ量（ｍｏｌ）の合計量とのｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）が、下記式（１）の関係を満足するように成分調整した塊成物を用いる。
要件（Ｂ）：塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）と、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）およびＮａ2Ｏ量（ｍｏｌ）の合計量とのｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）が、下記式（２）の関係を満足し、且つ該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）とＳｉＯ2量（質量％）から算出される塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）が０．３０以上、１．３０未満となるように成分調整した塊成物を用いる。
要件（Ｃ）：塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）と、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）およびＮａ2Ｏ量（ｍｏｌ）の合計量とのｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）が、下記式（２）の関係を満足し、且つ該塊成物に含まれる揮発性炭素量が１．７０質量％未満となるように成分調整した塊成物を用いる。
Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）≦−０．４９×ＣａＯ＋５．６３  ・・・（１）
Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）＞−０．４９×ＣａＯ＋５．６３  ・・・（２）
【００２９】
即ち、Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）の値が、「−０．４９×ＣａＯ＋５．６３」以下であるか（要件Ａ）、「−０．４９×ＣａＯ＋５．６３」より大きいかで場合分けを行い、「−０．４９×ＣａＯ＋５．６３」より大きい場合には、塊成物の塩基度（要件Ｂ）または塊成物に含まれる揮発性炭素量（要件Ｃ）を規定することとした。「−０．４９」および「＋５．６３」は、実験結果に基づいて定めた値である。
【００３０】
以下、要件（Ａ）〜要件（Ｃ）について詳細に説明する。
【００３１】
要件（Ａ）
本発明では、塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）と、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）およびＮａ2Ｏ量（ｍｏｌ）の合計量とのｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］を求め、Ｃｌ量と、このＣｌに結合するアルカリ金属量（即ち、ＫとＮａ）とのバランスを制御することとした。このｍｏｌ比が大きくなるほど、アルカリ金属量に対する塩素量が多くなるため、不安定な過塩素酸、過塩素酸カリウム、過塩素酸ナトリウムなどを生成し易くなり、加熱による爆発の危険性が高くなる。
【００３２】
そして本発明者らが検討したところ、上記要件（Ａ）として規定しているように、上記ｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）が、上記式（１）の関係を満足するように、成分組成を調整すれば、過塩素酸、過塩素酸カリウム、或いは過塩素酸ナトリウムの生成を抑制でき、加熱過程における塊成物の爆裂が低減できることを明らかにした。上記式（１）において、塊成物のＣａＯ量を考慮している理由は、過塩素酸およびそのアルカリ塩とＣａの水酸化物または炭酸に起因する両方のガス発生の複合効果を考慮しているからである。
【００３３】
上記要件（Ａ）を満足する塊成物としては、上記ｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）が、下記式（３）の関係を満足しているものを用いることが一層好ましい。下記式（３）中、Ｃｌ、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏは、塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）、Ｎａ2Ｏ量（ｍｏｌ）であり、ＣａＯは、塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）を示している。上記ｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）が、上記式（３）を満足することにより、加熱時における塊成物の爆裂を確実に防止できる。「＋４．４０」は、実験結果に基づいて定めた値である。
Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）＜−０．４９×ＣａＯ＋４．４０  ・・・（３）
【００３４】
一方、上記要件（Ａ）を満足する塊成物が、上記ｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）が、上記式（１）で規定している関係を満足すると共に、更に下記式（４）の関係を満足する場合には、該塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）とＳｉＯ2量（質量％）から算出される塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を０．３０以上、１．３４未満とし、且つ粒子径が５０〜２００μｍの粒子を質量基準で８０％以上含有する珪酸成分を用いて上記塩基度を調整したものを用いることが好ましい。下記式（４）中、Ｃｌ、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏは、塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）、Ｎａ2Ｏ量（ｍｏｌ）であり、ＣａＯは、塊成物に含まれるＣａＯ量（質量％）を示している。
Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）≧−０．４９×ＣａＯ＋４．４０  ・・・（４）
【００３５】
塩基度が０．３０未満であっても、加熱崩壊性に対しては、悪影響はないが、ＣａＯ量が一定の場合は、ＳｉＯ2量が増加することとなり、得られる還元鉄の品位が低下するため好ましくない。従って塩基度は、０．３０以上とすることが好ましく、より好ましくは０．８０以上である。しかし塩基度が１．３４以上になると、カルシウムの炭酸塩および水酸化物が増加するため、加熱崩壊の可能性が高くなるため好ましくない。従って塩基度は、１．３４未満とすることが好ましく、より好ましくは１．２以下である。
【００３６】
上記塩基度が高い場合には、塩基度調整剤として珪酸成分を用いて調整することが好ましい。珪酸成分は、水と共存しても水酸化物や炭酸塩を生成しない物質であるため、爆裂の原因にならず、また、塊成物の物理構造に影響して、気孔を形成し易くする役割を果たす。珪酸成分としては、具体的には、珪石が例示できる。上記珪酸成分としては、粒子径が５０〜２００μｍの粒子を質量基準で８０％以上含有するものを用いることが推奨される。粒子径が５０〜２００μｍの粒子を質量基準で８０％以上含有するものを用いることによって、粒子と粒子との間に隙間が形成される。そのため、加熱時に塊成物の内部でガスが発生しても、発生したガスは、隙間を通って塊成物の外へ放出される。その結果、塊成物の爆裂を防止できる。
【００３７】
要件（Ｂ）
上記ｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、塊成物に含まれるＣａＯ量の関係が、上記式（２）を満足する場合は、過塩素酸、過塩素酸カリウム、過塩素酸ナトリウムが生成しやすくなる。そこで、塊成物内で発生するガスを外部へ除去し易くするために、加熱してもガスを発生せず、気孔を大きくする物質を配合することが必要であり、具体的には、塊成物の塩基度を０．３０以上、１．３０未満に調整する。即ち、塊成物を加熱すると、生成した過塩素酸、過塩素酸カリウム、過塩素酸ナトリウムが爆発し、酸素ガスや塩化水素ガスを発生する他、上記（４）で説明したように、塊成物にＣａＯ供給物質として配合するＣａ（ＯＨ）2やＣａＣＯ3由来の水蒸気ガスやＣＯ2ガスが発生する。そこで塊成物中で発生したガスを塊成物の外へ排出し易くするために、塊成物に形成される気孔を大きくすることを考えた。しかし、気孔を大きくするために新たな物質を配合し、この物質からもガスが発生すると、塊成物の爆裂を充分に防止できない。
【００３８】
そこで本発明では、加熱してもガスを発生せず、気孔を大きくする物質として、珪酸成分を配合することとし、塊成物に含まれるＣａＯ量との関係で、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）が０．３０以上、１．３０未満（好ましくは０．８０以上、１．２以下）とすれば良いことを明らかにした。塩基度を０．３０以上、１．３０未満に調整すれば、塊成物に含まれるＳｉＯ2量が多くなり、気孔が形成され、塊成物の内部のガスは急激な内圧上昇を招くことなく外部へ放出され、塊成物の爆裂を防止できる。
【００３９】
上記塩基度は、上記要件（Ａ）と同様、塩基度調整剤として珪酸成分を用いて調整することが好ましく、珪酸成分としては、例えば、粒子径が５０〜２００μｍの粒子を質量基準で８０％以上含有するものを用いることが推奨される。
【００４０】
要件（Ｃ）
上記ｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、塊成物に含まれるＣａＯ量の関係が、上記式（２）を満足する場合は、上記要件（Ｂ）以外の方法として、塊成物に含まれる揮発性炭素量を１．７０質量％未満とすればよい。
【００４１】
即ち、塊成物を加熱すると、過塩素酸、過塩素酸カリウム、過塩素酸ナトリウムの他、上記（５）で説明したように、炭素質還元剤に含まれる揮発性炭化水素由来のガスが発生する。そこで塊成物中で発生するガスの総量を低減するために、揮発性炭素量を１．７０質量％未満とする。
【００４２】
揮発性炭素量を１．７０質量％未満とするには、炭素質還元剤の配合量を低減する他、揮発性炭素量の含有量の低い炭素質還元剤を配合すればよい。揮発性炭素量の含有量の少ない炭素質還元剤としては、例えば、瀝青炭、無煙炭、およびコークスなどがある。
【００４３】
上記要件（Ｃ）を満足する塊成物としては、更に固定炭素量が１６．５質量％以上のものを用いることが好ましい。固定炭素は、還元反応以外のガス発生がなく、加熱初期には反応速度が遅くガス発生速度も小さいため、固定炭素の含有量が多くなるとこの炭素は還元反応により消費される。その結果、塊成物中の気孔が増加しているため、塊成物の内部で発生したガスが外部へ抜け易くなり、塊成物の爆裂を防止できる。
【００４４】
次に、本発明に係る還元鉄の製造方法について、順を追って説明する。
【００４５】
まず、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む混合物を準備する。
【００４６】
上記酸化鉄含有物質としては、例えば、鉄鉱石や砂鉄、高炉ダスト、転炉ダスト、非鉄製錬残渣、電気集塵機（ＥＳＰ）などを用いればよい。
【００４７】
上記炭素質還元剤としては、炭素を含有する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。
【００４８】
本発明では、上記酸化鉄含有物質および炭素質還元剤に、融点調整剤やバインダーを配合し、加熱初期における爆裂を防止する方法を開示している。
【００４９】
上記融点調整剤とは、酸化鉄含有物質中の脈石の融点や、炭素質還元剤中の灰分の融点に影響を与える物質を意味する。即ち、上記酸化鉄含有物質および炭素質還元剤に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、必要によっては上昇させることができる。それにより脈石の溶融状態を制御でき、還元鉄の強度を高めることができる。
【００５０】
上記融点調整剤としては、例えば、ＣａＯ供給物質、ＭｇＯ供給物質、Ａｌ2Ｏ3供給物質、ＳｉＯ2供給物質、蛍石、ドロマイト鉱石等を用いることができる。上記ＣａＯ供給物質としては、例えば、生石灰（ＣａＯ）、消石灰［Ｃａ（ＯＨ）2］や石灰石（主成分はＣａＣＯ3）などを用いることができる。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、或いは炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ3）などを用いることができる。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用いることができる。上記ＳｉＯ2供給物質としては、例えば、珪砂やＳｉＯ2成分を多く含有する鉄鉱石等を用いることができる。上記ドロマイト鉱石とは、炭酸カルシウムと炭酸マグネシウムの複塩である。
【００５１】
上記バインダーとしては、例えば、多糖類（例えば、小麦粉等の澱粉など）などを用いることができる。
【００５２】
上述した酸化鉄含有物質および炭素質還元剤、並びに必要に応じて配合する融点調整剤やバインダーなどは、回転容器形の混合機や固定容器形の混合機を用いて混合すればよい。回転容器形の型式としては、例えば、回転円筒形、二重円錐形、Ｖ形などが挙げられ、固定容器形の混合機としては、例えば、混合槽内に回転羽（例えば、鋤など）を設けたものが挙げられるが、これらに限定されない。
【００５３】
次に、上記混合機で得られた混合物を塊成機を使って、塊成物を製造する。本発明では、上述したように、この塊成物が、少なくとも上記要件（Ａ）〜（Ｃ）のいずれかを満足するように成分調整されている必要がある。
【００５４】
上記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。
【００５５】
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、塊成物が大きくなり過ぎると、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。
【００５６】
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、押し出し機などを用いることができる。
【００５７】
次に、得られた塊成物を移動炉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、還元鉄を製造する。
【００５８】
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、例えば、回転炉床炉やトンネル炉が挙げられる。
【００５９】
上記回転炉床炉とは、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）に設計された炉であり、炉床上に装入された塊成物は、炉内を一周する間に加熱還元されて還元鉄を生成する。従って、回転炉床炉における回転方向の最上流側には塊成物を炉内に供給するための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）には得られた還元鉄を炉外へ出すための排出手段が設けられる。
【００６０】
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。
【００６１】
上記塊成物は、上記移動炉床式加熱炉内で、例えば、１３００〜１５００℃で加熱すればよい。この温度域で加熱することによって、塊成物に含まれる酸化鉄を炭素質還元剤により還元でき、還元鉄を製造できる。
【００６２】
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。床敷材を予め敷いておくことによって、還元鉄や副生するスラグが溶融したときに炉床に付着し、炉床表面が損傷するのを防止できる。
【００６３】
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。
【００６４】
以上のようにして得られた還元鉄は、強度が高いため、そのまま高炉や電気炉等の溶解炉（特に、高炉）に供給し、鉄源として用いることができる。また、得られた還元鉄を圧縮成形すれば、強度の高い成形体が製造できるため、特に高炉に供給して鉄源として好適に用いることができる。
【００６５】
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。
【実施例】
【００６６】
酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む混合物を塊成化した塊成物を移動炉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、還元鉄を製造する工程を模擬し、塊成物を電気炉で加熱して還元鉄を製造した。このとき、塊成物の爆裂の有無を観察した。以下、具体的に説明する。
【００６７】
上記酸化鉄含有物質として、製鉄所ダストを３種類（ダストＢＯ、ダストＢＦ、ダストＥＡ）準備した。
【００６８】
上記炭素質還元剤として、石炭を用いた。
【００６９】
上記製鉄所ダストと石炭に、バインダーとして澱粉と、塩基度調整剤として珪酸成分（具体的には、珪石）を混ぜた混合物を調製し、これに適当量の水分を添加したものを成形機へ装入し、円柱状のブリケットを製造した。珪石としては、粒子径が５０〜２００μｍの粒子を質量基準で８０％以上含有するものを用いた。上記混合物における各成分の配合割合を下記表１に示す。
【００７０】
得られた円柱状のブリケットを１７５℃で、１時間乾燥し、水分量を１％以下に調整した。乾燥して得られたブリケットの成分組成を下記表２に示す。下記表２において、Ｆｉｘｅｄ−Ｃは固定炭素、Ｔ．Ｆｅは全鉄量、Ｍ．Ｆｅは金属鉄量、Ｃ−ｖｏｌａｔｉｌｅは揮発性炭素を夫々示している。
【００７１】
乾燥ブリケットに含まれるＣａＯ量（質量％）とＳｉＯ2量（質量％）から塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を算出し、結果を下記表２に示す。
【００７２】
また、乾燥ブリケットに含まれるＣｌ量（質量％）、Ｋ2Ｏ量（質量％）、Ｎａ2Ｏ量（質量％）に基づいてｍｏｌ数を算出し、塊成物に含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）と、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）およびＮａ2Ｏ量（ｍｏｌ）の合計量とのｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］を算出し、結果を下記表２に示す。
【００７３】
また、下記表２には、乾燥ブリケットの化学分析により測定されたＣａＯ量（質量％）とＣｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）モル比を下記表２に示す。
【００７４】
次に、乾燥ブリケットをアルミナ製のトレーにのせ、１３００℃に加熱されている電気炉へ装入した。電気炉内の雰囲気は、ＣＯ2ガスとＮ2ガスとの混合ガス雰囲気とした。
【００７５】
乾燥ブリケットを電気炉へ装入して加熱するときの様子を目視で観察し、乾燥ブリケットが爆裂するか否かを調べた。乾燥ブリケットが爆裂しなかった場合を判定Ａ（合格）、乾燥ブリケットの一部に崩壊が認められたが、使用できる程度の場合を判定Ｂ（合格）、乾燥ブリケットが爆裂し、崩壊が大きく、使用できない場合を判定Ｃ（不合格）と評価した。評価結果を下記表２に示す。
【００７６】
次に、上記ｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、乾燥ブリケットに含まれるＣａＯ量（質量％）の関係を図１に示す。図１において、△は判定Ａ（合格）の結果、■は判定Ｂ（合格）の結果、◆は判定Ｃ（不合格）を夫々示している。
【００７７】
図１において、点線（ａ）は下記式（ａ）、点線（ｂ）は下記式（ｂ）を夫々示している。
Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）＝−０．４９×ＣａＯ＋５．６３  ・・・（ａ）
Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）＝−０．４９×ＣａＯ＋４．４０  ・・・（ｂ）
【００７８】
下記表２および図１から次のように考察できる。
【００７９】
Ｎｏ．２、３、５、７、８、１０〜１４は、上記ｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、乾燥ブリケットに含まれるＣａＯ量（質量％）が、上記式（１）の関係を満足する例であり（即ち、要件（Ａ）を満足すれば）、加熱時における乾燥ブリケットの爆裂を防止できるか（判定Ａ）、爆裂したとしても充分に使用できる程度のものとなる（判定Ｂ）。
【００８０】
一方、Ｎｏ．１、４、６、９、１５、１６は、上記ｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、乾燥ブリケットに含まれるＣａＯ量（質量％）が、上記式（１）の関係を満足せず、式（２）の関係を満足する例であり、これらのうちＮｏ．４、１５、１６を除いて、Ｎｏ．１、６、９は、加熱時に乾燥ブリケットの爆裂が発生し、使用できないことが判明した（判定Ｃ）。
【００８１】
これに対し、Ｎｏ．４、１５、１６については、加熱時における乾燥ブリケットの爆裂を防止できている。まず、Ｎｏ．１５および１６は、乾燥ブリケットが上記要件（Ｂ）を満足する例である。即ち、上記ｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、乾燥ブリケットに含まれるＣａＯ量（質量％）が、上記式（２）の関係を満足し、且つ該乾燥ブリケットに含まれるＣａＯ量（質量％）とＳｉＯ2量（質量％）から算出される塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）が０．３０以上、１．３０未満の範囲を満足する例である。
【００８２】
塩基度が低いことは、加熱時にガスが発生しやすいＣａ（ＯＨ）2およびＣａＣＯ3の存在量に比べてＳｉＯ2量が多いことを意味している。本発明で塩基度調整剤として用いている珪石は、粒子径が５０〜２００μｍの粒子を質量基準で８０％以上含有している比較的粗い粒子であり、加熱してもガスが発生しないため、その量が多くなるほど、乾燥ブリケット内に空隙が形成される。そのため乾燥ブリケット内でガスが発生すると、ガスはこの空隙を通り、乾燥ブリケットの外へ排出されると考えられる。その結果、乾燥ブリケットを加熱しても爆裂は発生しないと考えられる。
【００８３】
Ｎｏ．４は、乾燥ブリケットが上記要件（Ｃ）を満足する例である。即ち、上記ｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、乾燥ブリケットに含まれるＣａＯ量（質量％）が、上記式（２）の関係を満足し、且つ該乾燥ブリケットに含まれる揮発性炭素量（Ｃ−ｖｏｌａｔｉｌｅ）が１．７０質量％未満の例である。揮発性炭素量が少ないことは、加熱時にガスが発生し難いことを意味している。そのため、上記ｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、乾燥ブリケットに含まれるＣａＯ量（質量％）が、上記式（２）の関係を満足することになっても、揮発性炭素量を１．７０質量％未満に制御すれば、乾燥ブリケットを加熱したときに爆裂が生じるのを防止できたと考えられる。
【００８４】
以上の結果から、乾燥ブリケットに含まれるＣｌ量（ｍｏｌ）と、Ｋ2Ｏ量（ｍｏｌ）およびＮａ2Ｏ量（ｍｏｌ）の合計量とのｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、該乾燥ブリケットに含まれるＣａＯ量（質量％）との関係に基づいて、乾燥ブリケットを加熱したときに爆裂が発生する成分組成の領域と爆裂が発生しない成分組成の領域を分離できることが分かる。
【００８５】
即ち、上記ｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、乾燥ブリケットに含まれるＣａＯ量（質量％）が、上記式（２）の関係を満足する場合は、乾燥ブリケットを加熱したときに爆裂が発生するため、更に塊成物の塩基度または塊成物に含まれる揮発性炭素量を調整する必要がある。
【００８６】
一方、上記ｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、乾燥ブリケットに含まれるＣａＯ量（質量％）が、上記式（１）の関係を満足する場合は、乾燥ブリケットを加熱したときに爆裂が発生することを防止できるか、或いは一部爆裂が発生しても使用できるレベルとなる。また、上記ｍｏｌ比［Ｃｌ／（Ｋ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ）］と、乾燥ブリケットに含まれるＣａＯ量（質量％）が、上記式（３）の関係を満足する場合は、乾燥ブリケットを加熱しても爆裂は発生しないことが明らかとなった。
【００８７】
【表１】
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【００８８】
【表２】
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【図１】
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