(57)【要約】【課題】金属酸化物の直接還元において、安価な高ＶＭ炭を使用した場合でも、揮発分（ＶＭ）の急激な揮発による造粒物のバースティングを抑制しつつ水素還元を促進して金属化率を高め、かつ、炭材原単位を低減する。【解決手段】金属酸化物を含む原料と炭材を混合して成型した造粒物を、移動炉床炉の炉床に静置して加熱し、金属酸化物を還元する方法において、移動炉床炉を、造粒物の装入口から炉床進行方向に、第１帯域、第２帯域、及び、第３帯域の３つの帯域に分割し、(x)第１帯域では、造粒物中の炭材が含む揮発分の水素成分で、金属酸化物を水素還元し、(y)第３帯域では、造粒物中の炭素で、金属酸化物を間接還元し、(z)第２帯域では、第１帯域と第３帯域で発生するガスを排気することを特徴とする移動炉床炉による金属酸化物の還元方法。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属酸化物を含む原料と炭材を混合して成型した造粒物を、移動炉床炉の炉床に静置して加熱し、金属酸化物を還元する方法において、移動炉床炉を、造粒物の装入口から炉床進行方向に、第１帯域、第２帯域、及び、第３帯域の３つの帯域に分割し、
(x)第１帯域では、造粒物中の炭材が含む揮発分の水素成分で、金属酸化物を水素還元し、
(y)第３帯域では、造粒物中の炭素で、金属酸化物を間接還元し、
(z)第２帯域では、第１帯域と第３帯域で発生するガスを排気する
ことを特徴とする移動炉床炉による金属酸化物の還元方法。
【請求項２】
前記第１帯域の雰囲気温度を、炭材中の揮発分の量に基づいて設定することを特徴とする請求項１に記載の移動炉床炉による金属酸化物の還元方法。
【請求項３】
前記第１帯域の雰囲気温度を、下記式で定義するＴ（℃）以下に設定することを特徴とする請求項２に記載の移動炉床炉による金属酸化物の還元方法。
Ｔ（℃）＝１４００−８．７５×ＶＭ
ＶＭ：炭材中の揮発分の量（質量％）
【請求項４】
前記第１帯域の雰囲気温度の下限が、（Ｔ−５０）℃であることを特徴とする請求項３に記載の移動炉床炉による金属酸化物の還元方法。
【請求項５】
前記移動炉床炉が、直線型移動炉床炉又は回転式移動炉床炉であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の移動炉床炉による金属酸化物の還元方法。
【請求項６】
金属酸化物を含む原料と炭材を混合して成型した造粒物を移動炉床炉の炉床に静置して加熱し、金属酸化物を還元する装置において、移動炉床炉が、造粒物の装入口から炉床進行方向に、第１帯域、第２帯域、及び、第３帯域の３つの帯域に分割されていて、移動炉床の有効長をＬとしたとき、
(X)第１帯域が、造粒物の装入口から０．３×Ｌ〜０．４×Ｌまでであり、
(Z)第２帯域が、造粒物の装入口から０．３×Ｌ〜０．４×Ｌ以降０．６×Ｌまでであり、該帯域内に排気ダクトを備えている
ことを特徴とする移動炉床炉による金属酸化物の還元装置。
【請求項７】
前記移動炉床炉が、直線型移動炉床炉又は回転式移動炉床炉であることを特徴とする請求項６に記載の移動炉床炉による金属酸化物の還元装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鉱石や、製鉄所で発生するダスト等の金属酸化物と、石炭やコークス等の炭材を混合して成型し、その後、移動炉床炉にて還元処理を施して金属を得る方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鉱石や、製鉄所で発生するダスト等の金属酸化物と、石炭やコークスなどの炭材を混合して成型したペレットやブリケット等の造粒物を、バーナーで加熱して還元処理を施し、金属精錬用の還元鉄を得る方法が、直接還元法として、近年、積極的に実施されている（例えば、非特許文献１、参照）。
【０００３】
生産コストの低減のため、炭材として、安価で、揮発分（ＶＭ）の高い亜瀝青炭や褐炭（以下、これらを「高ＶＭ炭」といい、逆に無煙炭等の揮発分（ＶＭ）の低い石炭を「低ＶＭ炭」ということがある。）を利用することが望まれているが、高ＶＭ炭を使用する場合、揮発分（ＶＭ）の揮発速度が速いために、造粒物内の圧力が急激に上昇して破裂するバースティングが起きるので、高ＶＭ炭の使用には限界がある（例えば、特許文献１、参照）。
【０００４】
図１に、従来の移動炉床炉の断面を示す。装入口５から炉床２に装入された造粒物１は、炉床２に静置されて炉床進行方向に運ばれて行く。炉床の進行中、造粒物１はバーナー３で加熱されて、金属酸化物が鉄酸化物の場合、下式の反応で還元鉄となり、還元鉄排出装置８により還元鉄排出口６より炉外に排出される。
Ｃ（造粒物中の炭材の固定炭素）＋Ｏ2→ＣＯ2
Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ
Ｆｅ2Ｏ3＋３ＣＯ→２Ｆｅ＋３ＣＯ2
【０００５】
バーナー３の燃焼排ガス、及び、造粒物から発生したガスは、炉床進行方向と反対の方向に流れ、排気ダクト７’より排出される。造粒物１から発生したガスは、未燃焼成分（ＣＯ）を多量に含んでいて、排気ダクト７’側のバーナー３で燃焼するので、排気ダクト７’近傍の温度を低く制御することはできない。それ故、揮発分（ＶＭ)の揮発速度が速くなり、金属酸化物を主として間接還元で還元する場合、高ＶＭ炭を炭材として使用することは難しい。
【０００６】
一方、造粒物から発生する還元性ガス（ＣＯ）を有効に利用するために、発生ガスの流れを積極的に制御する技術が提案されている（例えば、特許文献２、参照）。しかし、この技術においても、排気ダクト７’近傍の排ガスは多量の未燃成分（ＣＯ）を含むため、排気ダクト７’近傍の温度を低く制御することができず、高ＶＭ炭を炭材として使用することは難しい。
【０００７】
一般に、鉄鉱石の直接還元において、還元温度が１３００℃程度以下であると、水素による水素還元とＣＯによる間接還元が起きる。水素還元は、還元速度が、間接還元に比べて著しく速い（例えば、非特許文献２、参照）。炭材中の揮発分（ＶＭ）は炭化水素や水素を多量に含むので、この中の水素成分を有効に利用して水素還元を有効に利用すれば、炭材原単位を低減する可能性もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０９−３１０１１１号公報
【特許文献２】特開２００１−１０７１２１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】高橋政治ら：ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ，Ｖｏｌ．１４（２００１），ｐ．１４９
【非特許文献２】鞭巌、森山昭著「冶金反応工学」養覧堂、１９７４年、ｐ．２３１、Ｐ．２３４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、炭材が含有する揮発分（ＶＭ）の量によらず、幅広い範囲の揮発分（ＶＭ）を含有する炭材を使用することができ、特に、安価な高ＶＭ炭を使用した場合でも、揮発分（ＶＭ）の急激な揮発による造粒物のバースティングを抑制しつつ水素還元を促進して金属化率を高め、かつ、炭材原単位を低減することを課題とし、該課題を解決する、移動炉床炉による金属酸化物の還元方法と還元装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決する手法について鋭意研究した。その結果、本発明者らは、移動炉床炉において、間接還元を行う間接還元帯域の前に、雰囲気温度を低く設定した水素還元帯域を設ければ、高ＶＭ炭を使用した場合でも、揮発分（ＶＭ）の急激な揮発による造粒物のバースティングを抑制しつつ、揮発分（ＶＭ）中の水素成分による水素還元を促進できることを知見した。
【００１２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００１３】
（１）金属酸化物を含む原料と炭材を混合して成型した造粒物を、移動炉床炉の炉床に静置して加熱し、金属酸化物を還元する方法において、移動炉床炉を、造粒物の装入口から炉床進行方向に、第１帯域、第２帯域、及び、第３帯域の３つの帯域に分割し、
(x)第１帯域では、造粒物中の炭材が含む揮発分（ＶＭ）の水素成分で、金属酸化物を水素還元し、
(y)第３帯域では、造粒物中の炭素で、金属酸化物を間接還元し、
(z)第２帯域では、第１帯域と第３帯域で発生するガスを排気する
ことを特徴とする移動炉床炉による金属酸化物の還元方法。
【００１４】
（２）前記第１帯域の雰囲気温度を、炭材中の揮発分（ＶＭ）の量に基づいて設定することを特徴とする前記（１）に記載の移動炉床炉による金属酸化物の還元方法。
【００１５】
（３）前記第１帯域の雰囲気温度を、下記式で定義するＴ（℃）以下に設定することを特徴とする前記（２）に記載の移動炉床炉による金属酸化物の還元方法。
Ｔ（℃）＝１４００−８．７５×ＶＭ
ＶＭ：炭材中の揮発分（ＶＭ）の量（質量％）
【００１６】
（４）前記第１帯域の雰囲気温度の下限が、（Ｔ−５０）℃であることを特徴とする前記（３）に記載の移動炉床炉による金属酸化物の還元方法。
【００１７】
（５）前記移動炉床炉が、直線型移動炉床炉又は回転式移動炉床炉であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の移動炉床炉による金属酸化物の還元方法。
【００１８】
（６）金属酸化物を含む原料と炭材を混合して成型した造粒物を移動炉床炉の炉床に静置して加熱し、金属酸化物を還元する装置において、移動炉床炉が、造粒物の装入口から炉床進行方向に、第１帯域、第２帯域、及び、第３帯域の３つの帯域に分割されていて、移動炉床の有効長をＬとしたとき、
(X)第１帯域が、造粒物の装入口から０．３×Ｌ〜０．４×Ｌまでであり、
(Z)第２帯域が、造粒物の装入口から０．３×Ｌ〜０．４×Ｌ以降０．６×Ｌまでであり、該帯域内に排気ダクトを備えている
ことを特徴とする移動炉床炉による金属酸化物の還元装置。
【００１９】
（７）前記移動炉床炉が、直線型移動炉床炉又は回転式移動炉床炉であることを特徴とする前記（６）に記載の移動炉床炉による金属酸化物の還元装置。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、金属酸化物の直接還元法において、炭材が含有する揮発分（ＶＭ）の量によらず、幅広い範囲の揮発分（ＶＭ）を含有する炭材を使用することができ、安価な高ＶＭ炭を使用した場合でも、揮発分（ＶＭ）の急激な揮発による造粒物のバースティングを抑制しつつ水素還元を促進して金属化率を高め、かつ、炭材原単位を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来の移動炉床炉の断面を示す図である。
【図２】鉄鉱石の水素還元速度定数と間接還元速度定数（非特許文献２に記載の式で試算）の温度依存性を示す図である。
【図３】造粒物の昇温挙動、ＶＭ（揮発分）発生挙動、及び、発生ガスの還元に及ぼす影響と爆裂の有無を調査するために用いる試験装置の態様を示す図である。
【図４】図３の試験装置を用い、雰囲気温度１３００℃で試験した時の、高ＶＭ炭を混合して成型したペレットと低ＶＭ炭を混合して成型したペレットの昇温挙動とＶＭ（揮発分）発生挙動を示す図である。
【図５】図３の試験装置を用い、雰囲気温度９００℃で試験した時の、高ＶＭ炭を混合して成型したペレットと低ＶＭ炭を混合して造粒したペレットの昇温挙動とＶＭ（揮発分）発生挙動を示す図である。
【図６】図３の試験装置を用い、雰囲気温度１３００℃で試験した時の、高ＶＭ炭を混合して成型したペレットの昇温挙動と発生するガスのＨ2／（Ｈ2＋Ｈ2Ｏ）の変化を示す図である。
【図７】図３の試験装置を用い、雰囲気温度９００℃で試験した時の、高ＶＭ炭を混合して成型したペレットの昇温挙動と発生するガスのＨ2／（Ｈ2＋Ｈ2Ｏ）の変化を示す図である。
【図８】図３の試験装置を用い、ＶＭ（揮発分）量が異なる４種類の石炭を炭材として混合して成型したペレットについて雰囲気温度を変えて試験した時の、石炭のＶＭ（揮発分）量と爆裂の関係を示す図である。
【図９】図３の試験装置を用い、ＶＭ（揮発分）量が異なる３種類の石炭を炭材として混合して成型したペレットについて雰囲気温度を変えて試験した時の、ＶＭ（揮発分）の揮発完了時間を示す図である。
【図１０】本発明の移動炉床炉の断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明について説明する。
【００２３】
本発明の移動炉床炉による金属酸化物の還元方法（以下「本発明還元方法」ということがある。）は、金属酸化物を含む原料と炭材を混合して成型した造粒物を、移動炉床炉の炉床に静置して加熱し、金属酸化物を還元する方法において、移動炉床炉を、造粒物の装入口から炉床進行方向に、第１帯域、第２帯域、及び、第３帯域の３つの帯域に分割し、
(x)第１帯域では、造粒物中の炭材が含む揮発分（ＶＭ）の水素成分で、金属酸化物を水素還元し、
(y)第３帯域では、造粒物中の炭素で、金属酸化物を間接還元し、
(z)第２帯域では、第１帯域と第３帯域で発生するガスを排気する
ことを特徴とする。
【００２４】
本発明の移動炉床炉による金属酸化物の還元装置（以下「本発明還元装置」ということがある。）は、金属酸化物を含む原料と炭材を混合して成型した造粒物を移動炉床炉の炉床に静置して加熱し、金属酸化物を還元する装置において、移動炉床炉が、造粒物の装入口から炉床進行方向に、第１帯域、第２帯域、及び、第３帯域の３つの帯域に分割されていて、移動炉床の有効長をＬとしたとき、
(X)第１帯域が、造粒物の装入口から０．３×Ｌ〜０．４×Ｌまでであり、
(Z)第２帯域が、造粒物の装入口から０．３×Ｌ〜０．４×Ｌ以降０．６×Ｌまでであり、該帯域内に排気ダクトを備えている
ことを特徴とする。
【００２５】
鉄鉱石の直接還元法において、還元温度１３００℃程度以下で、水素還元は、還元速度が間接還元に比べて著しく速い（非特許文献２、参照）。そこで、本発明者らは、鉄鉱石の水素還元と間接還元において、還元速度定数の温度依存性を確認した。
【００２６】
図２に、非特許文献２に記載の式で試算した、鉄鉱石の水素還元速度定数と間接還元速度定数の温度依存性を示す。図２から、還元温度が６００℃を超えると、水素還元速度が間接還元速度に比べて著しく速くなることが解る。
【００２７】
本発明者らは、水素還元速度と間接還元速度の著しい差を活用すべく、移動炉床炉内を、水素還元帯域と間接還元帯域に分けることを発想し、該発想のもとで、造粒物の昇温挙動、揮発分（ＶＭ）の発生挙動、及び、発生ガスの還元に及ぼす影響と爆裂の有無を調査した。
【００２８】
図３に、上記調査のため使用した試験装置の態様を示す。試験装置１０は、試験炉１０ａの中心部を貫通して円筒状のアルミナ製試験管１０ｂを備えている。
【００２９】
アルミナ製試験管１０ｂの一端は、ペレット１３を収容するボード１４を先端に取り付けた磁器保護管１２と、アルミナ製試験管１０ｂの内部に窒素ガスを送り込むガス管１５を備える封止栓１１ｂで封止され、他端は、アルミナ製試験管１０ｂ内の雰囲気温度を測定する熱電対を内蔵する温度測定器１７と、アルミナ製試験管１０ｂ内の雰囲気ガスをガス冷却・洗浄器１９へ導入するゴム管１８を備える封止栓１１ａで封止されている。
【００３０】
アルミナ製試験管１０ｂの内部に、ガス管１５から窒素ガスを吹き込んで窒素雰囲気を形成するとともに、電極１６でアルミナ製試験管１０ｂを外部から加熱する。
【００３１】
所定の温度に達したら、鉄鉱石粉と揮発分（ＶＭ）量の異なる石炭粉を混合して造粒したペレット１３を、磁器保護管１２の先端のボード１４に静置し、アルミナ製試験管１０ｂの中央部に装入する。なお、磁器保護管１２の内部には熱電対を通してあり、熱電対の先端はペレット１３に接触して、ペレット温度を測定できるようになっている。
【００３２】
アルミナ製試験管１０ｂの内部の雰囲気温度を温度測定器１７で測定し、ペレットから発生するガスで形成される雰囲気をゴム管１８で収集してガス冷却・洗浄器１９へ導入する。雰囲気ガスは、冷却・洗浄後、ガス分析器（図示なし）へ送給される。
【００３３】
本発明者らは、雰囲気温度を所定の温度に設定し、時間の経過に伴うペレットの昇温挙動、揮発分（ＶＭ）の発生挙動、及び、発生ガスのＨ2／（Ｈ2＋Ｈ2Ｏ）の変化を調査した。また、雰囲気温度及び石炭の揮発分（ＶＭ）量と、ペレットの爆裂との相関、及び、揮発分（ＶＭ）発生完了時間と雰囲気温度の相関についても調査した。なお、炭材中の揮発分（ＶＭ）の含有量は、ＪＩＳ  Ｍ８８１２  で測定することができる。
【００３４】
図４に、雰囲気温度１３００℃で試験した時の、高ＶＭ炭（ＶＭ３７％の亜瀝青炭）と金属酸化物を混合して成型したペレットと低ＶＭ炭（ＶＭ７％の無煙炭）と金属酸化物を混合して成型したペレットの昇温挙動（ペレット温度の推移）と揮発分（ＶＭ）の発生挙動（ＶＭ発生量の推移）を示す。
【００３５】
ペレット温度の昇温挙動は、１０００℃までは、高ＶＭ炭を炭材とするペレットと低ＶＭ炭を炭材とするペレットとも殆ど同じであったが、高ＶＭ炭を炭材とするペレットでは、ペレット温度１０００℃でバースティング（爆裂）が起き、以降、ペレット温度、ＶＭ発生量とも測定できなかった。
【００３６】
図５に、雰囲気温度９００℃で試験した時の、高ＶＭ炭（ＶＭ３７％の亜瀝青炭）と金属酸化物を混合して成型したペレットと低ＶＭ炭（ＶＭ７％の無煙炭）と金座酸化物を混合して造粒したペレットの昇温挙動（ペレット温度の推移）と揮発分（ＶＭ）の発生挙動（ＶＭ発生量の推移）を示す。雰囲気温度９００℃では、高ＶＭ炭を炭材とするペレット、低ＶＭ炭を炭材とするペレットともバースティングは起きなかった。
【００３７】
水素還元による鉄鉱石の還元効率を調査するため、発生ガスのＨ2／（Ｈ2＋Ｈ2Ｏ）を指標として、その経時変化を測定した。
【００３８】
図６に、雰囲気温度１３００℃で試験した時の、高ＶＭ炭と金属酸化物を混合して成型したペレットの昇温挙動（ペレット温度の推移）と発生するガスのＨ2／（Ｈ2＋Ｈ2Ｏ）の変化を示す。雰囲気温度１３００℃では、ペレット温度１０００℃でバースティングが起き、その時のＨ2／（Ｈ2＋Ｈ2Ｏ）は２５％程度で、以後、発生した揮発分（ＶＭ）は、鉄鉱石の還元に使われずに排出されて、Ｈ2／（Ｈ2＋Ｈ2Ｏ）は１００％となった。
【００３９】
雰囲気温度１３００℃では、ペレットのバースティングにより、鉄鉱石と石炭が分離したため、発生した揮発分（ＶＭ）の還元への寄与が少なくなったと考えられる。
【００４０】
図７に、雰囲気温度９００℃で試験した時の、高ＶＭ炭と金属酸化物を混合して成型したペレットの昇温挙動（ペレット温度の推移）と発生するガスのＨ2／（Ｈ2＋Ｈ2Ｏ）の変化を示す。雰囲気温度９００℃では、Ｈ2／（Ｈ2＋Ｈ2Ｏ）は６分で０％程度まで低下し、発生したＨ2ガスが、鉄鉱石の還元に有効に使われたことが解る。雰囲気温度９００℃では、バースティングが起きなかったので、揮発分（ＶＭ）が還元に有効に使われたと考えられる。
【００４１】
石炭の揮発分（ＶＭ）量及び雰囲気温度と爆裂の関係について調査した。図８に、揮発分（ＶＭ）量が異なる４種類の石炭をそれぞれ金属酸化物と混合して成型したペレットを、雰囲気温度を変えて試験した時の、石炭の揮発分（ＶＭ）量と爆裂の関係を示す。
【００４２】
図８に示すように、下記直線の温度（Ｔ）以下で、爆裂は起きない。
Ｔ（℃）＝１４００−８．７５×ＶＭ
ＶＭ：石炭の揮発分（ＶＭ）量（％）
【００４３】
また、石炭の揮発分（ＶＭ）量を変えて、揮発分（ＶＭ）の揮発が完了する時期を調査した。図９に、揮発分（ＶＭ）量が異なる３種類の石炭（褐炭（ＶＭ：５０％）、高ＶＭ炭（ＶＭ：３７％の亜瀝青炭）、低ＶＭ炭（ＶＭ：７％の無煙炭））をそれぞれ金属酸化物と混合して成型したペレットを、雰囲気温度を変えて試験した時の揮発分（ＶＭ）の揮発完了時間を示す。
【００４４】
図９から、雰囲気温度９００℃の雰囲気では、揮発分（ＶＭ）の量によらず、５〜７分で揮発分（ＶＭ）の揮発が完了していることが解る。また、雰囲気温度が上昇すると、揮発分（ＶＭ）の揮発完了時間は短くなることが解る。
【００４５】
以上の試験結果を踏まえ、本発明者らは、金属酸化物を含む原料と炭材を混合して成型した造粒物を加熱して金属酸化物を還元する移動炉床炉において、（ｉ）雰囲気温度を低く設定し、造粒物のバースティングを防止しつつ、炭材中の揮発分（ＶＭ）中の炭化水素や水素による水素還元を促進し得る第１帯域を、炭素による間接還元を行う第３帯域の前に設け、（ii）二つの帯域の間に、両帯域で発生するガスを排気する排気ダクトを備える遷移・排気帯域を設けた本発明を成すに至った。
【００４６】
図１０に、本発明の移動炉床炉の断面を示す。図１０には、移動炉床炉の断面を直線型で示したが、本発明の移動炉床炉は、以下に説明する第１帯域、第２帯域、及び、第３帯域を備え得る移動炉床炉であればよい。したがって、本発明の移動炉床炉は、直線型に限られず、例えば、回転式移動炉床炉でもよい。
【００４７】
図１０に示す移動炉床炉において、装入口５から炉床２に装入され、炉床２に静置された造粒物１は、炉床進行方向に運ばれて行く間に、バーナー３で加熱され、造粒物１内で金属酸化物の還元が進行する。第１帯域、第２帯域、第３帯域の３つの帯域において温度制御を行い、第１帯域における水素還元、第２帯域における排気、及び、第３帯域における間接還元を最適化する。
【００４８】
第１帯域は、揮発分の急激な揮発による造粒物のバースティングを防止しつつ、造粒物中の炭材が含む揮発分（ＶＭ）中の水素成分で、金属酸化物を水素還元し、石炭中の揮発分（ＶＭ）の揮発を完了させる帯域である。
【００４９】
第１帯域の雰囲気温度Ｔ（℃）は、
Ｔ＝１４００−８．７５×ＶＭ（質量％）
ＶＭ：石炭の揮発分（ＶＭ）量（％）
以下に設定する。この温度設定で、揮発分（ＶＭ）の急激な揮発による造粒物のバースティングを防止することができる。
【００５０】
高ＶＭ炭を炭材として使用する場合は、第１帯域の雰囲気温度を低く設定し、低ＶＭ炭を炭材として使用する場合は、第１帯域の雰囲気温度を高く設定することが好ましい。第１帯域の雰囲気温度の下限は特に限定しないが、低すぎると、還元速度の低下が起こり生産性の低下を招くので、（Ｔ−５０）℃以上が好ましい。
【００５１】
高ＶＭ炭を炭材として使用した場合、第１帯域では、主に、以下の水素還元により、金属酸化物の還元が進行する。
ＣＨ4→Ｃ＋２Ｈ2
Ｆｅ2Ｏ3＋３Ｈ2（ＶＭ中のＨ2とＣＨ4の分解で生じたＨ2）→２Ｆｅ＋３Ｈ2Ｏ
２Ｃ（ＶＭ中のＣＨ4の分解で生じたＣ）＋Ｏ2→２ＣＯ
Ｆｅ2Ｏ3＋３ＣＯ→２Ｆｅ＋３ＣＯ2
【００５２】
低ＶＭ炭を炭材として使用した場合、バースティングが起き難いので、第１帯域の温度を高く設定でき、造粒物中の炭材の固定炭素による間接還元による金属酸化物の還元も進行する。
【００５３】
Ｃ（造粒物中の炭材の固定炭素）＋Ｏ2→ＣＯ2
Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ
Ｆｅ2Ｏ3＋３ＣＯ→２Ｆｅ＋３ＣＯ2
【００５４】
高ＶＭ炭を炭材として使用した場合、及び、低ＶＭ炭を炭材として使用した場合のいずれの場合でも、揮発分（ＶＭ）の揮発は、第１帯域で完了するので、第２帯域及び第３帯域では、雰囲気温度を高く設定することができ、その結果、造粒物中の炭材の固定炭素による間接還元により、鉄酸化物の還元を効率よく行うことができる。
【００５５】
還元鉄は、従来の移動炉床炉の場合と同様に、還元鉄排出装置８により、還元鉄排出口６より炉外に排出される（図１０、参照）。還元鉄の再酸化を防止するため、第３帯域では、雰囲気を還元雰囲気とする必要がある。第２帯域には排気ダクトを設けている。第２帯域に排気ダクトを設ける理由は後述する。
【００５６】
造粒物中の炭材が含む揮発分（ＶＭ）の揮発を完了させ、揮発分（ＶＭ）中の水素成分で金属酸化物を水素還元する第１帯域は、移動炉床の有効長をＬとして、造粒物の装入口から０．３×Ｌ〜０．４×Ｌまでとする。
【００５７】
第１帯域と第２領域の境界が、０．３×Ｌ〜０．４×Ｌを超えると、第２領域の範囲を所定の範囲とした場合、造粒物中の炭素で間接還元を行う第３帯域の範囲が狭くなり、金属酸化物の金属化率が低下する。好ましくは、造粒物の装入口から０．３５×Ｌまでである。
【００５８】
第２帯域は、第１帯域の雰囲気温度と第３帯域の雰囲気温度を滑らかに繋ぐとともに、第１帯域と第３帯域で発生したガスを排気する排気ダクトを備える遷移・排気帯域である。第２帯域は、装入口から０．３×Ｌ〜０．４×Ｌ以降０．６×Ｌまでとし、この帯域内に排ガスダクトを配置する。
【００５９】
第２帯域と第３帯域の境界が、装入口から０．６×Ｌを超えると、第３帯域の雰囲気が酸化性となり、還元された金属が再酸化されて金属化率が低下するので、第２帯域と第３帯域の境界は０．６×Ｌまでとする。好ましくは、造粒物の装入口から０．５×Ｌまでである。
【００６０】
第１帯域で発生する、バーナーの燃焼排ガスと造粒物の発生ガスは、炉床進行方向と同じ方向に流れ、第２帯域に配置した排気ダクト（図１０中「７」、参照）より排出され、炭素による間接還元を行う第３帯域には浸入しないので、第３帯域における間接還元を阻害しない。
【００６１】
水素還元速度定数は、間接還元速度定数に比べ著しく大きいので（図２、参照）、炭材として高ＶＭ炭を使用した場合、第１帯域で発生するガス中の水素成分は殆ど還元に使われ、未燃焼分はＣＨ4の分解によって生じるＣＯだけであり、温度上昇も少ない。それ故、バーナーの燃焼制御により、雰囲気温度を容易に制御することが可能である。
【００６２】
なお、炭材として低ＶＭ炭を使用する場合、第１帯域の雰囲気温度を高くして、第１帯域で間接還元を行うことも可能である。
【００６３】
第３帯域で発生する、バーナーの燃焼排ガスと造粒物の発生ガスは、炉床進行方向と反対の方向に流れ、第２帯域に配置した排気ダクト（図１０中「７」、参照）より排出される。第３帯域で発生したガスを、炉床進行方向と反対の方向に流して第２帯域で排気することにより、第３帯域において、還元して得た金属の再酸化を防止することができる。
【００６４】
なお、図１０に示す移動炉床においては、排気ダクトを、第１帯域の雰囲気温度を９００℃とする場合（図９、参照）に対応できるように、装入口からほぼ０．３５×Ｌの位置に配置した。
【実施例】
【００６５】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００６６】
（実施例１）
高ＶＭ炭又は低ＶＭ炭と鉄鉱石を混合して造粒物を製造した。この造粒物を、図１０に示す移動炉床炉の炉床に静置して還元処理を施し、還元鉄を製造した。
【００６７】
高ＶＭ炭（ＶＭ：３７％）と鉄鉱石を混合して造粒物を製造した。この造粒物を、図１０に示す移動炉床炉の炉床に静置して還元処理を施し、還元鉄を製造した。このとき、第１帯域の雰囲気温度を９００℃に設定し、第３帯域の温度を１３００℃に設定し、第２帯域の雰囲気温度を９００℃から滑らかに１３００℃まで上昇するように１１００℃に設定した。
【００６８】
還元時間が２０分となるよう炉床進行速度を調整した。金属化率は９３％であった。排出された還元造粒物のバースティングはなかった。
【００６９】
次に、低ＶＭ炭（ＶＭ：７％）と鉄鉱石を混合して造粒物を製造した。この造粒物を、図１０に示す移動炉床炉の炉床に静置して還元処理を施し、還元鉄を製造した。このとき、第１帯域から第３帯域までの雰囲気温度を１３００℃に設定した。還元時間が１８分となるよう炉床進行速度を調整した。金属化率は９２％であった。排出された還元造粒物のバースティングはなかった。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
前述したように、本発明によれば、金属酸化物の直接還元において、炭材が含有する揮発分（ＶＭ）の量によらず、幅広い範囲で揮発分（ＶＭ）を含有する炭材を使用することができ、安価な高ＶＭ炭を使用した場合でも、揮発分（ＶＭ）の急激な揮発による造粒物のバースティングを抑制して、金属化率を高め、かつ、炭材原単位を低減することができる。よって、本発明は、鉄鋼産業において利用可能性が大きいものである。
【符号の説明】
【００７１】
１    造粒物
２    炉床
３    バーナー
４    バーナー
５    装入口
６    還元鉄排出口
７、７’    排気ダクト
８    還元鉄排出装置
１０    試験装置
１０ａ    試験炉
１０ｂ    アルミナ製試験管
１１ａ、１１ｂ    封止栓
１２    磁器保護管
１３    ペレット
１４    ボード
１５    ガス管
１７    温度測定器
１８    ゴム管
１９    ガス冷却・洗浄器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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