(57)【要約】【課題】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、移動炉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して金属鉄を製造するにあたり、設備を大幅に設計変更することなく、塊成物由来の粉末に含まれる酸化鉄が加熱還元されて生成する金属鉄および／またはウスタイトが炉床上に固着するのを防止する技術を提供する。【解決手段】塊成物由来の粉末に含まれる酸化鉄が加熱還元されて形成される金属鉄および／またはウスタイトを炉床上に固着させないための炉床形成材を前記塊成物と共に炉内に装入する。【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、移動炉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して金属鉄を製造するにあたり、
塊成物由来の粉末に含まれる酸化鉄が加熱還元されて形成される金属鉄および／またはウスタイトを炉床上に固着させないための炉床形成材を、前記塊成物と共に炉内に装入することを特徴とする金属鉄の製造方法。
【請求項２】
前記塊成物に含まれる炭素量が、該塊成物中の酸化鉄を還元するために必要な炭素量に対して１２２％（質量％の意味。以下同じ。）以上の場合には、
前記塊成物由来の粉末と前記炉床形成材とを合わせた成分組成について、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3の量が、下記式（１）および式（２）を満足するように前記炉床形成材の成分組成を調整する請求項１に記載の製造方法。
［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］＝０．２５〜１．２０    ・・・（１）
［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］＝０．２〜０．７    ・・・（２）
［式（１）、式（２）中、［  ］は、各成分の含有量（質量％）を表す。］
【請求項３】
前記塊成物に含まれる炭素量が、該塊成物中の酸化鉄を還元するために必要な炭素量に対して１２２％未満の場合には、
前記塊成物由来の粉末と前記炉床形成材とを合わせた成分組成の合計炭素量が、前記塊成物中の酸化鉄を還元するために必要な炭素量に対して１２２％以上となり、且つ
前記塊成物由来の粉末と前記炉床形成材とを合わせた成分組成について、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3の量が、下記式（３）および式（４）を満足するように前記炉床形成材の成分組成を調整する請求項１または２に記載の製造方法。
［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］＝０．２５〜１．２０    ・・・（３）
［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］＝０．２〜０．７    ・・・（４）
［式（３）、式（４）中、［  ］は、各成分の含有量（質量％）を表す。］
【請求項４】
前記塊成物に含まれる炭素量が、該塊成物中の酸化鉄を還元するために必要な炭素量に対して１２２％未満の場合には、
前記塊成物由来の粉末と前記炉床形成材とを合わせた成分組成の合計炭素量が、前記塊成物中の酸化鉄を還元するために必要な炭素量に対して１２２％未満のままであり、且つ
前記塊成物由来の粉末と前記炉床形成材とを合わせた成分組成について、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯの量が、下記式（５）〜式（９）の少なくとも一つを満足するように前記炉床形成材の成分組成を調整する請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］＜０．２５    ・・・（５）
［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］＞１．２０    ・・・（６）
［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］＜０．２    ・・・（７）
［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］＞０．７    ・・・（８）
［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］＞０．４    ・・・（９）
［式（５）〜式（９）中、［  ］は、各成分の含有量（質量％）を表す。］
【請求項５】
前記塊成物由来の粉末と前記炉床形成材とを合わせた成分組成について、ＣａＯ、ＳｉＯ2、およびＡｌ2Ｏ3の合計量が３．０〜７．０％となるように前記炉床形成材の成分組成を調整する請求項２に記載の製造方法。
【請求項６】
前記塊成物由来の粉末と前記炉床形成材とを合わせた成分組成について、ＣａＯ、ＳｉＯ2、およびＡｌ2Ｏ3の合計量が７．０％超となるように前記炉床形成材の成分組成を調整する請求項４に記載の製造方法。
【請求項７】
前記炉内に装入する炉床形成材の全量に対して、粒子直径が０．５〜２ｍｍの炉床形成材の割合を５０質量％以上とする請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項８】
前記塊成物として、粒径が５〜５０ｍｍのものを用いる請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項９】
前記塊成物を前記移動炉床炉式加熱炉内で１２００〜１４００℃で加熱する請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法。
【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と炭素含有還元剤を含む混合物を原料とした塊成物を、移動炉床式加熱炉の炉床上に装入して加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して塊状の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。）を含む原料混合物から、金属鉄を得る直接還元製鉄法が開発されている。この製鉄法では、上記原料混合物を成形した塊成物を移動炉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、塊状の金属鉄を得ている。しかし、上記製鉄法では、塊成物の転動、衝突、或いは落下衝撃等によって塊成物の一部が粉化する。この塊成物由来の粉末は、炉床上に塊成物を装入する際に併せて装入され、炉床上に堆積して蓄積層を形成する。この蓄積層は、上記塊成物と同様に炉内で加熱還元され、金属鉄やウスタイト（ＦｅＯ）を生成する。生成した金属鉄やウスタイトを炉内に放置するとそれらは順次炉床上に堆積し、炉床表面が隆起して操業を困難にする。そのため通常は、上記蓄積層をディスチャージャー（排出機）で排出する。ところが炉床上に堆積した蓄積層は薄いため、塊成物中の酸化鉄を加熱還元して形成される塊状の金属鉄を炉内から排出する際に併せて排出されず、炉床上に滞留し、ディスチャージャーで圧縮され、最終的に炉内から排出できないほど大きな固形物を形成することがある。また、生成した金属鉄やウスタイトが凝集して塊を形成すると、この塊を炉内から排出したときに炉床に凹凸が形成されるため、操業が困難になることがある。こうした問題を解決する技術が特許文献１〜３に提案されている。
【０００３】
これらのうち特許文献１には、炉床上に鉄板が形成されるのを防止する方法として、炭材内装酸化鉄塊成物を還元して得られた還元鉄を移動炉床型還元炉外へ排出するためのディスチャージャー（排出機）を設けると共に、移動床の表面との間の隙間を維持するディスチャージャー位置を調整する操業方法が提案されている。この技術では、隙間を設けることによって、塊成物に随伴して炉内に混入する塊成物由来の粉末が炉床表面に押し込まれるのを防止でき、強固な鉄板の形成を防止できると記載されている。
【０００４】
特許文献２には、炉床上に固着した固着物を炉床表面から除去する方法として、回転炉床式還元炉の炉床表面を急冷して炉床上に固着した固着物に亀裂を発生させた後に、固着物を炉床上から除去することが提案されている。
【０００５】
特許文献３には、炉床上に滞留する金属鉄粉や炉床レンガへの付着物を除去し、あるいは炉床上での金属鉄粉の残留を防止して、炉床表面を常に清浄に保つことができる回転床炉の維持方法が提案されている。この維持方法では、炉床上に残留する還元鉄粉を、還元鉄の排出部から原料装入部までの間で、噴射ガス流により吹き飛ばすことによって、炉床上から除去している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３０７５７２１号公報
【特許文献２】特開２００２−１２９０６号公報
【特許文献３】特開平１１−５０１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１〜３に開示されている技術では、還元鉄を移動炉床型還元炉外へ排出するための排出装置を設計変更したり、炉床表面を急冷する装置を新たに設けたり、還元鉄粉を吹き飛ばす装置を新たに設ける必要があり、多大な設備投資が必要となる。
【０００８】
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、移動炉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して金属鉄を製造するにあたり、設備を大幅に設計変更することなく塊成物由来の粉末に含まれる酸化鉄が加熱還元されて生成する金属鉄やウスタイトが炉床上に固着するのを防止する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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（粒径は、例えば、５〜５０ｍｍ）を、移動炉床式加熱炉の炉床上に装入して加熱（例えば、１２００〜１４００℃）し、該塊成物中の酸化鉄を還元して金属鉄を製造するにあたり、塊成物由来の粉末に含まれる酸化鉄が加熱還元されて形成される金属鉄および／またはウスタイトを炉床上に固着させないための炉床形成材を、前記塊成物と共に炉内に装入するところに要旨を有している。
【００１０】
（ａ）前記塊成物に含まれる炭素量が、該塊成物中の酸化鉄を還元するために必要な炭素量に対して１２２％（質量％の意味。以下同じ。）以上の場合には、前記塊成物由来の粉末と前記炉床形成材とを合わせた成分組成について、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3の量が、下記式（１）および式（２）を満足するように前記炉床形成材の成分組成を調整することが好ましい。下記式（１）、式（２）中、［  ］は、各成分の含有量（質量％）を表す。
［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］＝０．２５〜１．２０    ・・・（１）
［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］＝０．２〜０．７      ・・・（２）
【００１１】
上記（ａ）の場合は、上記塊成物由来の粉末と前記炉床形成材とを合わせた成分組成について、ＣａＯ、ＳｉＯ2、およびＡｌ2Ｏ3の合計量が３．０〜７．０％となるように前記炉床形成材の成分組成を調整することが好ましい。
【００１２】
（ｂ−１）上記塊成物に含まれる炭素量が、該塊成物中の酸化鉄を還元するために必要な炭素量に対して１２２％未満の場合には、前記塊成物由来の粉末と前記炉床形成材とを合わせた成分組成の合計炭素量が、前記塊成物中の酸化鉄を還元するために必要な炭素量に対して１２２％以上となり、且つ前記塊成物由来の粉末と前記炉床形成材とを合わせた成分組成について、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3の量が、下記式（３）および式（４）を満足するように前記炉床形成材の成分組成を調整することが好ましい。下記式（３）、式（４）中、［  ］は、各成分の含有量（質量％）を表す。
［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］＝０．２５〜１．２０    ・・・（３）
［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］＝０．２〜０．７      ・・・（４）
【００１３】
（ｂ−２）また、上記塊成物に含まれる炭素量が、該塊成物中の酸化鉄を還元するために必要な炭素量に対して１２２％未満の場合には、前記塊成物由来の粉末と前記炉床形成材とを合わせた成分組成の合計炭素量が、前記塊成物中の酸化鉄を還元するために必要な炭素量に対して１２２％未満のままとし、且つ前記塊成物由来の粉末と前記炉床形成材とを合わせた成分組成について、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯの量が、下記式（５）〜式（９）の少なくとも一つを満足するように前記炉床形成材の成分組成を調整することが好ましい。下記式（５）〜式（９）中、［  ］は、各成分の含有量（質量％）を表す。
［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］＜０．２５    ・・・（５）
［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］＞１．２０    ・・・（６）
［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］＜０．２    ・・・（７）
［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］＞０．７    ・・・（８）
［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］＞０．４     ・・・（９）
【００１４】
上記（ｂ−２）の場合は、前記塊成物由来の粉末と前記炉床形成材とを合わせた成分組成について、ＣａＯ、ＳｉＯ2、およびＡｌ2Ｏ3の合計量が７．０％超となるように前記炉床形成材の成分組成を調整することが好ましい。
【００１５】
前記炉内に装入する炉床形成材の全量に対して、粒子直径が０．５〜２ｍｍの炉床形成材の割合は５０質量％以上とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、移動炉床式加熱炉の炉床上に塊成物と共に、炉床形成材を装入しているため、塊成物由来の粉末に含まれる酸化鉄が加熱還元されて生成する金属鉄やウスタイトが炉床上に固着することを防止できる。そのため、炉内から排出できないほどの大きな鉄板等の固着物が炉床上に形成されることや、炉床表面が隆起することを防止でき、設備を大幅に設計変更することなく、金属鉄を効率良く製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］を変化させてペレットを還元させたときの温度と変形率との関係を示すグラフである。
【図２】図２は、還元したペレットの断面を撮影した図面代用写真である。
【図３】図３は、［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］を変化させて４０％収縮温度を測定した結果を示すグラフである。
【図４】図４は、［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］を変化させて４０％収縮温度を測定した結果を示すグラフである。
【図５】図５は、ＳｉＯ2−ＭｇＯ−ＦｅＯ系３元平衡状態図を示している。
【図６】図６は、ＣａＯ−ＳｉＯ2−ＭｇＯ系３元平衡状態図を示している。
【図７】図７は、ＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系３元平衡状態図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上記特許文献１〜３に提案されている技術では、設備の大幅な設計変更が必要となり、多大な設備投資が必要となる。そこで本発明者らは、設備投資を最小限に留め、塊成物由来の粉末に含まれる酸化鉄が炉内で加熱還元されて生成する金属鉄やウスタイトが炉床上に固着することを防ぐことによって、炉内から排出できないほど大きな鉄板等の固着物が炉床上に形成されることや、炉床表面が隆起することを防止し、金属鉄を効率良く製造する方法を提供するために鋭意検討を重ねてきた。その結果、塊成物を炉内に装入する際に、炉床形成材を炉内に装入すればよいことを見出した。具体的には、炉内に装入する塊成物に含まれる炭素量と、該塊成物中の酸化鉄を還元するために必要な炭素量とを考慮したうえで、塊成物由来の粉末と炉床形成材とを合わせた成分組成が所定の条件を満足するように炉床形成材の成分組成を適切に調整して炉内に装入すればよいことを見出し、本発明を完成した。
【００１９】
即ち、本発明に係る金属鉄の製造方法は、塊成物由来の粉末に含まれる酸化鉄が加熱還元されて形成される金属鉄および／またはウスタイトを炉床上に固着させないための炉床形成材を、塊成物と共に、炉内に装入するところに特徴がある。炉床上に堆積する塊成物由来の粉末は、塊成物に随伴して炉内に装入される粉末と、塊成物が炉内で急激に加熱されることにより崩壊して発生する粉末に基づくものであり、塊成物を炉内に装入する際に、炉床形成材を炉内に併せて装入することによって、炉床形成材と塊成物由来の粉末とを炉床上で混合できる。このとき、塊成物由来の粉末の成分組成を考慮して炉床形成材の成分組成を適切に調整することによって、塊成物由来の粉末に含まれる酸化鉄が加熱還元されて形成される金属鉄やウスタイトが炉床上に固着することを防止できる。そのため、鉄板等の固着物の形成や炉床表面の隆起発生を抑制でき、金属鉄の生産効率を高めることができる。
【００２０】
上記炉床形成材を添加する時期は、塊成物を炉内へ装入する前とし、好ましくは塊成物に炉床形成材を添加配合する時期である。
【００２１】
塊成物を装入する前に炉床形成材を添加するには、例えば、ホッパーに塊成物を挿入するコンベヤー上で塊成物に炉床形成材を添加し、塊成物と炉床形成材を混合した状態でこれらをまとめて炉床上に装入すればよい。装入された混合物のうち、塊成物から生成した粉と細粒の炉床形成材は塊成物の下部へ蓄積し、塊成物がレベラーによって平準化される際に混合されて移動する。
【００２２】
上記炉床形成材としては、塊成物由来の粉末に含まれる酸化鉄が加熱還元されて形成される金属鉄やウスタイトを炉床上に固着させないように作用する材料を装入すればよい。具体的には、塊成物に含まれる炭素量に着目し、この炭素量が、該塊成物中の酸化鉄を還元するために必要な炭素量に対して、（ａ）１２２％以上であるか、（ｂ）１２２％未満であるかで場合分けを行い、炉床形成材の成分組成を調整して炉内に装入すればよい。ここで、塊成物に含まれる炭素量が、塊成物中の酸化鉄を還元するために必要な炭素量に対して１００％であるということは、塊成物中の酸化鉄が過不足なく全て（１００％）還元されることを意味する。また、塊成物中の酸化鉄を還元するために必要な炭素量に対して炭素量が１２２％であるということは、炭素量が２２％過剰になっているということであり、この２２％の炭素量は、還元後の塊成物中に残る炭素量の約５％に相当する。
【００２３】
上記塊成物に含まれる炭素量および塊成物中の酸化鉄を還元するために必要な炭素量は、塊成物を構成する原料混合物の成分組成に基づいて算出できる。また、塊成物中の酸化鉄を加熱還元した後の塊成物に含まれる炭素量は、例えば、塊成物を電気炉に入れ、不活性雰囲気（例えば、Ｎ2雰囲気）で、１３００℃（代表温度）で加熱し、還元反応が終了した塊成物に残っている炭素量を赤外線分析法によって分析できる。この分析値と上記塊成物中の酸化鉄を還元するために必要な炭素量との合計を算出すれば、加熱前の塊成物に含まれる炭素量を逆算することができる。
【００２４】
［（ａ）１２２％以上の場合］
塊成物に含まれる炭素量が、該塊成物中の酸化鉄を還元するために必要な炭素量（以下、必要炭素量ということがある。）に対して１２２％以上の場合は、塊成物由来の粉末と炉床形成材とを合わせた成分組成について、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3の量が、下記式（１）および式（２）を満足するように炉床形成材の成分組成を調整すればよい。下記式（１）、式（２）中、［  ］は、各成分の含有量（質量％）を表す。
［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］＝０．２５〜１．２０    ・・・（１）
［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］＝０．２〜０．７      ・・・（２）
【００２５】
即ち、塊成物に含まれる炭素量が、必要炭素量よりも過剰で、加熱還元後に炭素が残留している場合は、塊成物に含まれる酸化鉄はほぼ完全に還元されているため、還元して生成する金属鉄は微細な粒状となり、互いに分離した状態で存在する。また、塊成物に含まれる炭素量が過剰であると、加熱還元によって金属鉄の浸炭が促進されるため、金属鉄同士は結合せず、硬く、脆いスラグ相が介在する。従って炉床上に鉄板等の固着物が形成されたとしても、この固着物は容易に破砕でき、炉内から簡単に排出できる。
【００２６】
そこで、塊成物に含まれる炭素量が、必要炭素量に対して１２２％以上の場合は、金属鉄の粒状化を一層促進することが、金属鉄の炉外への排出を促すうえで有効となる。金属鉄の粒状化を促進するために、本発明では、金属鉄生成時に副生するスラグに着目し、このスラグの融点を低下させることによって、金属鉄同士の凝集を促進して粒状化する。具体的には、塊成物由来の粉末と炉床形成材とを合わせた成分組成について、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3の量が、上記式（１）および式（２）を満足するように炉床形成材の成分組成を調整する。
【００２７】
《式（１）について》
［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］を好ましくは０．２５〜１．２０とすることによってスラグの融点を低下させることができ、金属鉄の粒状化を促進できる。［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］のより好ましい下限は０．３であり、より好ましい上限は１．１である。
【００２８】
《式（２）について》
［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］を好ましくは０．２〜０．７とすることによってスラグの融点を低下させることができ、金属鉄の粒状化を促進できる。［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］の上限は、より好ましくは０．６、更に好ましくは０．４とする。
【００２９】
塊成物に含まれる炭素量が、必要炭素量に対して１２２％以上の場合は、塊成物由来の粉末と炉床形成材とを合わせた成分組成について、ＣａＯ、ＳｉＯ2、およびＡｌ2Ｏ3の合計量が３．０〜７．０％となるように炉床形成材の成分組成を調整することが好ましい。溶融スラグ量が増えるほど、加熱還元後の金属鉄への浸炭が促進されるため、上記成分の合計量を好ましくは３．０％以上とすることによって金属鉄の粒状化を促進できる。合計量は、より好ましくは４．５％以上、更に好ましくは５．０％以上とする。しかし合計量が７．０％を超えると溶融スラグ量が多くなり過ぎて流下し、炉床を侵食することがある。従って合計量は７．０％以下とすることが好ましく、より好ましくは６．５％以下とする。
【００３０】
［（ｂ）１２２％未満の場合］
塊成物に含まれる炭素量が、必要炭素量に対して１２２％未満の場合は、
（ｂ−１）塊成物由来の粉末と炉床形成材とを合わせた成分組成の合計炭素量が、必要炭素量に対して１２２％以上となるように炉床形成材の成分組成を調整するか、
（ｂ−２）塊成物由来の粉末と炉床形成材とを合わせた成分組成の合計炭素量を、必要炭素量に対して１２２％未満のまま炉床形成材の成分組成を調整する方法がある。
【００３１】
上記（ｂ−１）の場合は、塊成物由来の粉末と炉床形成材とを合わせた成分組成の合計炭素量が、必要炭素量に対して１２２％以上となるように炉床形成材の成分組成を調整すると共に、前記塊成物由来の粉末と前記炉床形成材とを合わせた成分組成について、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3の量が、下記式（３）および式（４）を満足するように炉床形成材の成分組成を調整することが重要となる。下記式（３）、式（４）中、［  ］は、各成分の含有量（質量％）を表す。
［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］＝０．２５〜１．２０    ・・・（３）
［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］＝０．２〜０．７      ・・・（４）
【００３２】
即ち、塊成物に含まれる炭素量が、必要炭素量に対して１２２％未満の場合は、炭素量が不足気味になるため、塊成物由来の粉末に含まれる酸化鉄の一部は還元されず、例えば、ウスタイトのまま残ることがある。また、金属鉄の浸炭に寄与する炭素量が少なくなるため、金属鉄の粒状化が促進されず、板状の金属鉄が生成し易くなる。そこで、塊成物由来の粉末に含まれる酸化鉄を全て還元し、充分に浸炭させて粒状にするために、炭素質還元剤を炉床形成材として配合し、塊成物に含まれる炭素量の不足分を補い、塊成物由来の粉末と炉床形成材とを合わせた成分組成の合計炭素量が、必要炭素量に対して１２２％以上となるように炉床形成材の成分組成を調整する。
【００３３】
このとき、塊成物由来の粉末と炉床形成材とを合わせた成分組成について、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3の量が、上記式（３）および式（４）の関係を満足している必要がある。上記式（３）、式（４）は、上記式（１）、式（２）と同じ式であり、同一の知見に基づいて規定したものである。即ち、スラグの融点を低下させて金属鉄の粒状化を一層促進することによって、金属鉄の炉外への排出を容易にできる。
【００３４】
上記（ｂ−２）の場合は、塊成物由来の粉末と炉床形成材とを合わせた成分組成の合計炭素量を、必要炭素量に対して１２２％未満のままとしたうえで、前記塊成物由来の粉末と前記炉床形成材とを合わせた成分組成について、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯの量が、下記式（５）〜式（９）の少なくとも一つを満足するように炉床形成材の成分組成を調整することが重要である。下記式（５）〜式（９）中、［  ］は、各成分の含有量（質量％）を表す。
［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］＜０．２５    ・・・（５）
［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］＞１．２０    ・・・（６）
［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］＜０．２    ・・・（７）
［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］＞０．７    ・・・（８）
［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］＞０．４      ・・・（９）
【００３５】
炉床形成材として炭素質還元剤を配合せず、塊成物由来の粉末と炉床形成材とを合わせた成分組成の合計炭素量を、必要炭素量に対して１２２％未満のままとする場合は、脈石成分の組成を適切に制御することが有効となる。具体的には、脈石成分の融点を高くすることによって、金属鉄やウスタイト粒子の間に固体状の脈石を介在させることができるため、金属鉄やウスタイト粒子の間隔を大きくすることができ、これらの凝集を抑えることができる。その結果、金属鉄やウスタイト粒子が炉床上に固着することや、固着して塊となり、炉床表面に隆起が形成されることを防止できる。
【００３６】
即ち、塊成物由来の粉末に含まれる酸化鉄が還元されて生成する金属鉄は、微細であるため、相互の結合力は非常に小さい。ところが、ＣａＯ、ＳｉＯ2、およびＡｌ2Ｏ3などの脈石成分の組成によっては、生成するスラグの融点が低くなり、加熱還元中に溶融スラグが形成されると、その近傍に存在する金属鉄表面のＦｅ原子は移動し易くなり、金属鉄同士の結合が促進されて網目状の金属鉄結合層を形成する。この金属鉄結合層に圧力が加わると緻密な金属鉄板（固着物）が形成され、炉外への排出が困難となる。
【００３７】
また、酸化鉄が充分に還元されない場合は、ウスタイト（ＦｅＯ）が生成するが、この場合であっても、上記溶融スラグが存在すると、ウスタイト表面のＦｅ原子が移動し易くなり、ウスタイト同士の結合が促進されて粗大なウスタイト粒子となる。粗大なウスタイト粒子は更に溶融スラグを介して大きなブロックになり、炉外への排出が困難となる。
【００３８】
そこで、金属鉄同士またはウスタイト同士、或いは金属鉄とウスタイトが結合することを防止できれば、金属鉄やウスタイトを炉床上から容易に排出できると考えられる。こうした知見に基づき、炉床形成材として炭素質還元剤を配合せず、塊成物由来の粉末と炉床形成材とを合わせた成分組成の合計炭素量を、必要炭素量に対して１２２％未満のままとする場合は、副生するスラグの融点を高め、溶融スラグの生成を抑制することが重要となる。
【００３９】
《式（５）、式（６）について》
［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］を好ましくは０．２５未満、または好ましくは１．２０超とすることによって副生するスラグの融点を高めることができ、金属鉄やウスタイト粒子の粗大化を防止できる。［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］は、より好ましくは０．２０以下であり、より好ましくは１．２５以上である。
【００４０】
《式（７）、式（８）について》
［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］を好ましくは０．２未満、または好ましくは０．７超とすることによって副生するスラグの融点を高めることができ、金属鉄やウスタイト粒子の粗大化を防止できる。［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］は、より好ましくは０．１８以下、更に好ましくは０．１６以下であり、より好ましくは０．８以上である。
【００４１】
《式（９）について》
ＭｇＯは、溶融スラグの生成を抑制する作用を有しており、金属鉄やウスタイト粒子の粗大化を防止できる。即ち、脈石成分は、温度上昇する過程で低融点組成の部分から溶融し、そこへ融点を上昇させる成分が溶解することにより固化することを繰り返して脈石の融液を生成するため、脈石の平均組成が高融点であっても、部分的には結合物を生成させる可能性がある。ところが、ＭｇＯは、固体状態のＦｅＯへ拡散しやすいため、その含有量が増量するに従ってスラグの融点を上昇させるため、溶融スラグの生成を抑制する作用を有している。
【００４２】
後述する図５から明らかなように、［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］の変化によって溶融スラグの融点が大きく変化するため、上記ＭｇＯ量は、ＳｉＯ2量とのバランスを考慮して調整すればよい。具体的には、［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］は、好ましくは０．４超とすることによって溶融スラグの生成を抑制し、固形スラグを増量できる。［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］は、より好ましくは０．４５以上、更に好ましくは０．５以上とする。［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］の上限は、例えば、０．９である。
【００４３】
上記式（５）〜式（９）は、少なくとも一つの式を満足していればよく、一つでも満足すれば、副生するスラグの融点が高くなる。
【００４４】
塊成物に含まれる炭素量が、必要炭素量に対して１２２％未満の場合であって、塊成物由来の粉末と炉床形成材とを合わせた成分組成の合計炭素量が、必要炭素量に対して１２２％未満のままとするときは、塊成物由来の粉末と炉床形成材とを合わせた成分組成について、ＣａＯ、ＳｉＯ2、およびＡｌ2Ｏ3の合計量が７．０％超となるように炉床形成材の成分組成を調整することが好ましい。上記合計量を７．０％超とすることによって脈石量を多くできるため、固形スラグが多くなり、金属鉄やウスタイトが凝集して粗大化することを防止でき、炉床上に固着して隆起が形成されることを抑制できる。合計量は、より好ましくは７．５％以上、更に好ましくは８％以上とする。合計量の上限は、例えば、１０％である。
【００４５】
上記炉床形成材としては、ＣａＯ源、ＳｉＯ2源、Ａｌ2Ｏ3源、ＭｇＯ源となる材料を配合すればよい。上記ＣａＯ源としては、例えば、生石灰（ＣａＯ）や石灰石（主成分はＣａＣＯ3）などを用いることができる。上記ＳｉＯ2源としては、例えば、珪砂、或いは蛇紋岩等の他成分との混合物を用いることができる。上記Ａｌ2Ｏ3源としては、例えば、ボーキサイト、或いはアルミナ含有鉄鉱石等の他成分との混合物を用いることができる。上記ＭｇＯ源としては、例えば、ＭｇＯ含有スラグ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）、ドロマイトなどを用いることができる。
【００４６】
塊成物由来の粉末と炉床形成材とを合わせた成分組成が、上記要件を満足するように炉床形成材の成分組成を調整するには、塊成物由来の粉末の質量を測定する必要がある。
【００４７】
塊成物由来の粉末としては、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て塊成物を形成した後、この塊成物の一部が崩壊したり、衝撃や磨耗によって崩壊して生成する粉末（以下、粉末Ｉということがある。）と、塊成物を炉内に装入して加熱還元している間に崩壊して生成する粉末（以下、粉末ＩＩということがある。）の２種類が考えられる。
【００４８】
上記粉末Ｉの質量は、例えば、炉内に装入する塊成物の全質量を測定すると共に、装入物の分級を行い、塊成物と塊成物由来の粉末とに分けて塊成物由来の粉末の質量を直接測定すればよい。本発明では、粒子直径が３ｍｍ以下のものを粉末として定義する。
【００４９】
但し、塊成物由来の粉末の質量を直接測定する方法では、炉内に連続して塊成物を装入する場合に、塊成物の性状が途中で変化すると対応できなくなる。そこで、後述する実施例で示すように、成形して得られた塊成物を炉内へ装入するまでの移動工程をシミレーションした回転強度試験を行い、このとき生成した粒子直径が３ｍｍ以下の粉末の質量を測定して塊成物由来の粉末の質量を予測すればよい。
【００５０】
一方、上記粉末ＩＩの質量は、塊成物を電気炉で加熱し、急速加熱（例えば、昇温速度１０℃／分以上）したときに発生する粒子直径が３ｍｍ以下の粉末の質量を測定して塊成物由来の粉末の質量を予測すればよい。
【００５１】
このように塊成物由来の粉末の質量を予測したうえで、塊成物由来の粉末と炉床形成材とを合わせた成分組成は、下記式（２１）〜式（２４）で表すことができる。
ＣａＯ（ｋｇ／ｈｒ）：
ＨCaO＝（ＬCaO×ＷL＋ＣCaO×ＣＷL＋ＳCaO×ＳＷL＋ＡCaO×ＡＷL＋ＭCaO×ＭＷL）／１００    ・・・（２１）
ＳｉＯ2（ｋｇ／ｈｒ）：
ＨSiO2＝（ＬSiO2×ＷL＋ＣSiO2×ＣＷL＋ＳSiO2×ＳＷL＋ＡSiO2×ＡＷL＋ＭSiO2×ＭＷL）／１００    ・・・（２２）
Ａｌ2Ｏ3（ｋｇ／ｈｒ）：
ＨAl2O3＝（ＬAl2O3×ＷL＋ＣAl2O3×ＣＷL＋ＳAl2O3×ＳＷL＋ＡAl2O3×ＡＷL＋ＭAl2O3×ＭＷL）／１００    ・・・（２３）
ＭｇＯ（ｋｇ／ｈｒ）：
ＨMgO＝（ＬMgO×ＷL＋ＣMgO×ＣＷL＋ＳMgO×ＳＷL＋ＡMgO×ＡＷL＋ＭMgO×ＭＷL）／１００    ・・・（２４）
【００５２】
上記式（２１）〜式（２４）において、ＬCaO、ＬSiO2、ＬAl2O3、ＬMgOは、夫々、塊成物に含まれるＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯの割合（質量％）を示しており、ＷLは、単位時間（ｈｒ）あたりに炉内に装入される塊成物由来の粉末の質量（ｋｇ）を示している。
【００５３】
ＣCaO、ＣSiO2、ＣAl2O3、ＣMgOは、夫々、炉床形成材に含まれるＣａＯ源に含まれるＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯの割合（質量％）を示しており、ＣＷLは、単位時間（ｈｒ）あたりに炉内に装入される炉床形成材に含まれるＣａＯ源の質量（ｋｇ）を示している。
【００５４】
ＳCaO、ＳSiO2、ＳAl2O3、ＳMgOは、夫々、炉床形成材に含まれるＳｉＯ2源に含まれるＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯの割合（質量％）を示しており、ＳＷLは、単位時間（ｈｒ）あたりに炉内に装入される炉床形成材に含まれるＳｉＯ2源の質量（ｋｇ）を示している。
【００５５】
ＡCaO、ＡSiO2、ＡAl2O3、ＡMgOは、夫々、炉床形成材に含まれるＡｌ2Ｏ3源に含まれるＳｉＯ2、ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯの割合（質量％）を示しており、ＡＷLは、単位時間（ｈｒ）あたりに炉内に装入される炉床形成材に含まれるＡｌ2Ｏ3源の質量（ｋｇ）を示している。
【００５６】
ＭCaO、ＭSiO2、ＭAl2O3、ＭMgOは、夫々、炉床形成材に含まれるＭｇＯ源に含まれるＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯの割合（質量％）を示しており、ＭＷLは、単位時間（ｈｒ）あたりに炉内に装入される炉床形成材に含まれるＭｇＯ源の質量（ｋｇ）を示している。
【００５７】
塊成物由来の粉末と炉床形成材とを合わせた成分組成について、目標の成分組成を下記式（２５）〜式（２８）とすると、上記式（２１）〜式（２４）に基づいて、下記式（２９）〜式（３２）で表される。
［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］＝１．３    ・・・（２５）
［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］＝０．３    ・・・（２６）
［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］＝０．５    ・・・（２７）
ＣａＯ＋Ａｌ2Ｏ3＋ＳｉＯ2＝７    ・・・（２８）
ＨCaO／ＨSiO2＝１．３    ・・・（２９）
ＨAl2O3／ＨSiO2＝０．３    ・・・（３０）
ＨMgO／ＨSiO2＝０．５    ・・・（３１）
（ＨCaO＋ＨAl2O3＋ＨSiO2）／（ＷL＋ＣＷL＋ＳＷL＋ＡＷL＋ＭＷL）×１００＝７    ・・・（３２）
【００５８】
なお、通常は、炉床形成材としてＳｉＯ2源を添加しないため、ＳＷL＝０として計算すればよい。ＳｉＯ2源を添加する場合は、添加するＳｉＯ2源に仮の数値をおき、目標とする成分比になる他の添加物量を決定する。その結果が目標値にならない場合は、添加するＳｉＯ2源の量を変化させていき、解を得ればよい。
【００５９】
上記炉床形成材としては、炉内に装入する炉床形成材の全量に対して、粒子直径が０．５〜２ｍｍの炉床形成材の割合を５０質量％以上とすることが好ましい。炉床形成材は、粒子直径が小さい方が、塊成物由来の粉末と混合し易くなるが、粒子直径が小さ過ぎると、炉内に装入する際や、炉内で加熱する際に、風圧で飛ばされてしまい、所期の効果が発揮されなくなる。従って炉床形成材は、粒子直径が０．５ｍｍ以上の割合を５０質量％以上とすることが好ましい。しかし粒子直径が大きくなり過ぎると、塊成物由来の粉末と混合され難くなり、所期の効果が発揮されなくなる。また、脈石が溶融し始めたときに、融液にＣａＯやＭｇＯを素早く溶け込ませ、スラグを固形化させるための反応を促進させるには、炉床形成材の表面積を大きくすることが推奨される。従って炉床形成材は、粒子直径が２ｍｍ以下の割合を５０質量％以上とすることが好ましい。
【００６０】
上記塊成物は、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む原料混合物を成形したものである。上記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。上記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。
【００６１】
上記原料混合物には、その他の成分として、バインダー、ＭｇＯ源、またはＣａＯ源などを配合してもよい。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。上記ＭｇＯ源または上記ＣａＯ源としては、炉床形成材に配合するＭｇＯ源またはＣａＯ源として例示したものを用いることができる。
【００６２】
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）が５０ｍｍ以下であればよい。下限値は５ｍｍ程度である。なお、塊成物がブリケット状の場合は、球相当直径を粒径とすればよい。
【００６３】
上記塊成物は、炉内で、塊成物の温度が１２００〜１４００℃となるように加熱し、原料混合物中の酸化鉄を還元すればよい。
【００６４】
炉の種類は、移動炉床炉であればよく、例えば、回転炉床炉を用いることができる。
【００６５】
塊成物の温度は、特に１２５０℃以上とすることが好ましい。１２５０℃以上とすれば、金属鉄とスラグの溶融時間を短縮できる。しかし塊成物の温度が高くなり過ぎると、金属鉄が溶融して炉床に食い込み、炉床に隆起を発生させる原因となる。塊成物の温度の好ましい上限は１３５０℃である。
【００６６】
塊成物の加熱には、バーナーを用い、該バーナーの燃焼条件を制御すれば、塊成物の温度を調整できる。
【００６７】
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】
【００６８】
実験例１では、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、加熱炉に装入して加熱し、原料混合物中の酸化鉄を還元して金属鉄を製造したときの金属鉄の成分組成および強度を調べ、炉床への固着性と成分組成の関係を評価した。実験例２では、ＣａＯ、ＳｉＯ2、およびＭｇＯが塊成物の変形率に及ぼす影響を調べ、成分組成と溶融スラグの生成挙動の関係を評価した。実験例３では、三元状態図を使ってＡｌ2Ｏ3のスラグ成分の溶融温度と成分の関係を調べた。
【００６９】
［実験例１］
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として、下記表１に示す成分組成の塊成物を製造した。塊成物の形状は、下記表１のＮｏ．１、６、７は枕状のブリケット［球相当直径（最大径）は約２２〜２６ｍｍ］、Ｎｏ．２〜５は球状ペレット［粒径（最大径）は約１２〜２０ｍｍ］とした。下記表１において、ＴＦｅは全鉄量、ＴＣは炭素量（表１では塊成物に含まれる全炭素量）、ＦＣは９７０℃でガス化しない炭素量を示している。下記表１には、塊成物の成分組成に基づいて、［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］、［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］、［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］、［ＣａＯ］＋［Ａｌ2Ｏ3］＋［ＳｉＯ2］の値を夫々算出して示す。
【００７０】
得られた塊成物を、加熱炉に装入し、１３００℃に加熱して塊成物に含まれる酸化鉄を還元して金属鉄を製造した。炉内での加熱時間を下記表２に示す。
【００７１】
加熱後の塊成物の成分組成を測定し、結果を下記表２に示す。下記表２において、ＭＦｅは金属鉄量、ＴＣは炭素量（表２では加熱後に残留している全炭素量）、ＴＣ／ＴＦｅ×１００は全鉄量に対する全炭素量の割合、ＭｅｔａｌＦｅは金属化率［＝金属鉄量(％)／全鉄量（％）×１００］を示す。
【００７２】
加熱後の残留物（塊成物）中の炭素量を、加熱前の塊成物に含まれる炭素量に換算すると下記表２に示すＲＣｓとなり、加熱前の塊成物のＴＣからＲＣｓを差し引いた値が還元に使用された炭素量（ＲｅｄＣ）となる。還元に必要な炭素に対する加熱後の残留炭素の割合（ＲＣｓ／ＲｅｄＣ×１００）を求め、下記表２に示す。表２から明らかなように、還元に必要な炭素量を基準とした加熱後の残留炭素が約５％になる炭素量は２２％程度になる。
【００７３】
また、加熱後に得られる塊状の金属鉄（塊成物）の強度を回転強度試験により測定した。
【００７４】
《回転強度試験》
残留物を回転容器に入れ、全回転数を５００回転として回転させ、粒子直径１ｍｍ以下、粒子直径１ｍｍ超２ｍｍ以下、粒子直径２ｍｍ超の３段階に篩分けを行った。回転容器の形状は、直径１１３ｍｍ、長さ２０５ｍｍの円柱状で、回転容器内にはバレルが２枚設けられており、回転速度３０ｒｐｍで回転させている。
【００７５】
下記表２に、篩分けた粉末の質量に対して粒子直径が１ｍｍ以下の粉末の割合を算出して示す。粒子直径が１ｍｍ以下の粉末の割合が増加するということは、残留物が容易に粉砕されることを意味しており、残留物が炉床上に固着されず、除去性が良好であることを示している。本発明では、粒子直径が１ｍｍ以下の粉末の割合が２９％以上の場合を除去性に優れる（本発明例）と評価し、２９％未満の場合を除去性に劣る（比較例）と評価する。
【００７６】
下記表２から次のように考察できる。まず、Ｎｏ．１、２、３、５は、残留物に含まれる炭素量が５％以上（即ち、ＲＣｓ／ＲｅｄＣ×１００の値が２２％以上）になっているため、塊成物に含まれる炭素量が、塊成物に含まれる酸化鉄を還元するために必要な炭素量に対して１２２％以上になっている例である。これらのうちＮｏ．１、２、３は、塊成物の成分組成のうち、［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］の値が０．２５〜１．２０、［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］の値が０．２〜０．７に制御されており、上記式（１）および式（２）を満足している。従って、炉床への固着性が低下している。一方、Ｎｏ．５は、塊成物の成分組成のうち、［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］の値が０．２３で、上記式（１）を満足していない。また、Ｎｏ．５は、ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3、およびＳｉＯ2量の合計量が３．０％を下回っているため、金属鉄が焼結し易くなっている。従って、残留物の除去性を改善できていない。
【００７７】
次に、Ｎｏ．４、６、７は、残留物に含まれる炭素量が５％未満（即ち、ＲＣｓ／ＲｅｄＣ×１００の値が２２％未満）になっているため、塊成物に含まれる炭素量が、塊成物に含まれる酸化鉄を還元するために必要な炭素量に対して１２２％未満になっている例である。これらのうちＮｏ．６は、塊成物の成分組成のうち、［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］の値が０．１４で、上記式（５）を満足している。従って、スラグの融点が高くなり、残留物の結合力が低下して分離し易くなり、残留物の除去性が良好になっている。一方、Ｎｏ．４、７は、塊成物の成分組成のうち、［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］の値が０．２５〜１．２０の範囲、［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］の値が０．２〜０．７の範囲を満足し、［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］の値が０．４以下になっており、上記式（５）〜式（９）のいずれも満足していない。従って、炉床への固着性が増大している。
【００７８】
【表１】
2011252226.tif 000002
【００７９】
【表２】
2011252226.tif 000003
【００８０】
［実験例２］
ＣａＯ、ＳｉＯ2、ＭｇＯが共存する状況で酸化鉄が還元される過程において、溶融スラグの生成挙動を正確に観察することは困難である。即ち、固体と液体の間に固液共存状態が存在すること、および各酸化物が均一に存在していないため、溶融スラグのどの状態が金属鉄の焼結と、ウスタイトの粗大結合の促進に寄与しているか明らかにならない。
【００８１】
ＳｉＯ2を脈石成分とする鉄鉱石に、ＭｇＯ源としてマグネサイト、ＣａＯ源として石灰石を配合してペレット（塊成物）を作製し、これを空気中で、１３００℃の電気炉で１０分間加熱して焼成し、次いでガス還元したときに、還元時のペレットの変形率を測定し、ＣａＯ、ＳｉＯ2、ＭｇＯがペレットの変形に及ぼす影響を調べた結果が「High Temperature Reduction and Softening Properties of Pellets with Magnesite」（Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan、社団法人 日本鉄鋼協会発行、 vol.23(1983)、No.2、p153）に記載されている。
【００８２】
ここで、焼成ペレットのガス還元は、ペレット１個に０．５ｋｇの荷重を加えた状態で、還元ガス（ＣＯガス：Ｎ2ガス＝３０体積％：７０体積％）を流しながら１０℃／分で１５００℃まで昇温して行われている。このときペレット中のＳｉＯ2量を０．３％とし、［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］を０．０１〜１．３２の範囲で変化させて還元前後におけるペレットの変形率を測定した結果が上記文献に示されている。この結果を図１に示す。
【００８３】
ペレットの変形は、酸化鉄が金属鉄に還元されることによる収縮変形と溶融スラグの生成による変形に基づくが、１１００℃以上の変形は殆ど後者による変形と考えてよい。このことは、上記文献に示されているペレット断面の組織写真を観察すれば明らかとなる。この文献に示されている組織写真を図２に示す。図２は、ＳｉＯ2が４．５％で、［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］＝０．５９の焼成ペレットを１３００℃に加熱して還元したペレットの断面を撮影した図面代用写真であり、図２の（１）はペレットの外周部、図２の（２）はペレットの内部の状態を示している。（１）では白色で示される金属鉄が多く生成しているが、（２）では灰色で示されるウスタイトと黒色で示される溶融スラグが存在していることが分かる。また、ウスタイト粒子が粗大化し、その表面が溶融して丸みのある形状になっていることから、１１００℃以上の変形は溶融スラグの生成に起因することが明らかである。
【００８４】
また、上記文献では、ペレットの成分組成がペレットの変形に及ぼす影響を、ペレットが４０％収縮するときの温度（以下、４０％収縮温度ということがある。）を測定することによって評価している。この結果を図３、図４に示す。
【００８５】
図３は、ＳｉＯ2量を４．４％（○印）または８．３％（×印）とし、ＣａＯを含まず、［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］を変化させたときの結果を示している。図４は、［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］＝０．７２とし、［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］を変化させたときの結果を示している。
【００８６】
図３から明らかなように、ＣａＯが共存しない場合は、［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］が大きくなるに伴って４０％収縮温度が単調に上昇するが、ＣａＯが共存する場合は、［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］＝０．４５で４０％収縮温度は極小値となることが分かる。４０％
収縮温度が１３５０℃を示すときの成分組成は、ＣａＯが共存しない場合は、図３から［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］が０．４超、ＣａＯが共存する場合は、図４から［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］が０．１８未満または１．０５超と判断される。この結果は、ＣａＯとＭｇＯが共存する場合の上記範囲と異なるが、上記実施例１の結果を重要視して、［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］の範囲を０．２５未満または１．２０超と規定した。
【００８７】
このような考え方は、３元平衡状態図からも妥当であることが定性的に明らかになる。
【００８８】
図５は、ＳｉＯ2−ＭｇＯ−ＦｅＯ系３元平衡状態図を示している。この図５に、［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］＝０．４の一定値を記入すると直線となり、このときの融点は、ＦｅＯ量が変化しても、１４５０℃を示しており、［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］の低下によって融点が単調に低下することがわかる。
【００８９】
なお、融点が１４５０℃であったとしても、例えば、１３５０℃で脈石成分の全てが固体であるとは限らない。約１２００℃以上であれば脈石成分の一部が溶融するため、融点が高いということは、溶融量が少ない状態を意味しているだけである。
【００９０】
図６は、ＣａＯ−ＳｉＯ2−ＭｇＯ系３元平衡状態図を示している。この図６に、［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］＝０．４、［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］＝０．７２、［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］＝０．２５、［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］＝０．４５、［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］＝１．２０の一定値を記入すると直線となり、［ＭｇＯ］／［ＳｉＯ2］が一定であっても、［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］が変化すると、［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］が０．４５で融点が約１４００℃の化合物ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ2に近づく。即ち、低融点化合物の組成に近いほど融液が多く生成することを意味している。図６の点線で示すように、スラグの融点を約１４５０℃以上にするには、［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］を０．２５未満または１．２０超にすればよいことが分かる。
【００９１】
［実験例３］
上記実験例２において、Ａｌ2Ｏ3がペレットの変形に及ぼす影響を調べた。
【００９２】
図７は、ＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系３元平衡状態図を示している。この図７に、［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］＝０．２、［Ａｌ2Ｏ3］／［ＳｉＯ2］＝０．７、［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］＝０．２５、［ＣａＯ］／［ＳｉＯ2］＝１．２０の一定値を記入すると直線となる。この直線で囲まれた領域は、融点が１２５０℃程度の低融点スラグが一部生成する領域となり、この領域から外れると、高融点領域となる。従ってこの領域を外れると、溶融スラグの生成量を低減できると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明によれば、炉内から排出できないほどの大きな鉄板等の固着物が炉床上に形成されることや、炉床表面が隆起することを防止できるため、設備を大幅に設計変更することなく、金属鉄を効率良く製造できる。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
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