(57)【要約】【課題】酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む塊成物を加熱して還元鉄を製造するにあたり、還元鉄を短時間で、高歩留まりで製造し、還元鉄の生産性を向上できる手法を提供する。【解決手段】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て得られた塊成物を加熱し、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、前記塊成物は、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量（質量％）と、全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、全Ａｌ2Ｏ3量、および全ＭｇＯ量の合計量（質量％）との関係が、下記式（１）を満足する還元鉄の製造方法。［（ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量）／（全ＣａＯ量＋全ＳｉＯ2量＋全Ａｌ2Ｏ3量＋  全ＭｇＯ量）］×１００≧１２．０（質量％）  ・・・（１）【選択図】図１
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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素質還元剤を含む混合物を塊成化して得られた塊成物を加熱し、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、
前記塊成物は、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量（質量％）と、全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、全Ａｌ2Ｏ3量、および全ＭｇＯ量の合計量（質量％）との関係が、下記式（１）を満足することを特徴とする還元鉄の製造方法。
［（ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量）／（全ＣａＯ量＋全ＳｉＯ2量＋全Ａｌ2Ｏ3量＋
全ＭｇＯ量）］×１００≧１２．０（質量％）  ・・・（１）
【請求項２】
前記混合物に、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物を配合する請求項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、鉄鉱石等の酸化鉄含有物質と、炭材等の炭素質還元剤とを含む塊成物を加熱して還元鉄を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原料として鉄鉱石を用いた製鉄プロセスは高炉−転炉法が主流である。しかし高炉−転炉法は、高炉で鉄鉱石を還元して高炭素の溶銑を製造し、得られた溶銑を転炉で脱炭して鋼を製造するという所謂間接製鉄法であるため、鉄鉱石を還元して直接鋼を製造する直接製鉄法と比べると、ＣＯ2ガスの発生量が多くなる。そこで近年では、ＣＯ2ガスの排出量を抑制する観点から直接製鉄法が見直されてきている。
【０００３】
直接製鉄法としては、炭素質還元剤として入手が比較的容易な石炭を用いる還元鉄製造プロセスが注目されている。この還元鉄製造プロセスは、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む塊成物を加熱炉に装入し、炉内で加熱バーナーによるガス加熱や輻射熱で加熱することによって酸化鉄を還元して塊状の還元鉄を得るというものである。この還元鉄製造プロセスは、炭素質還元剤として石炭を用いることの他にも粉状の鉄鉱石を直接利用できるという利点を有している。また、還元時には鉄鉱石と還元剤が近接配置されているため、鉄鉱石中の酸化鉄を高速還元でき、更に還元して得られる製品中の炭素含有量を容易に調整できるといった利点も有している。
【０００４】
上記還元鉄製造プロセスで粒状金属鉄を製造する方法として、本出願人は、特許文献１の技術を先に提案している。この文献に開示している粒状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原料混合物を、移動炉床式加熱還元炉で加熱し、該原料混合物中の酸化鉄を前記炭素質還元剤により還元し、生成する金属鉄を副生するスラグと分離しつつ粒状に凝集させた後、冷却凝固させて粒状金属鉄を製造する方法において、（１）前記スラグ中のＣａＦ2量を０．５質量％以下（０質量％を含む）に抑えると共に、（２）前記原料混合物に含まれるＣａＯ量、ＭｇＯ量およびＳｉＯ2量を調整することによって、前記スラグ中のＣａＯ量、ＭｇＯ量およびＳｉＯ2量から求められる該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ2］を０．４０〜１．１５の範囲とし、且つ前記スラグ中のＭｇＯ量を２０質量％以下（０質量％を含まない）とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１４２１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記還元鉄製造プロセスで得られた還元鉄のコストを削減するために、短時間で、且つ高歩留まりで、生産性良く還元鉄を製造することが望まれる。還元鉄の生産性を向上させるには、上記塊成物に配合する炭素質還元剤の量を増加させることが推奨される。炭素質還元剤の配合量を増加させることによって、塊成物の外周部における還元鉄の浸炭および溶融が促進されるため、短時間で還元鉄が得られる。しかし炭素質還元剤の配合量を増加させると、塊成物の中心部では炭素質還元剤が過剰となるため、還元鉄の凝集が阻害され、還元鉄が微粒化する。還元鉄が微粒化すると、還元鉄の歩留まりが低下し、生産性が悪くなる。そこでスラグの混入量が少ない鉄源とするには、還元鉄は、例えば、目開きが３．３５ｍｍの篩上に残留する大きさとすることが推奨される。
【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加熱して還元鉄を製造するにあたり、還元鉄を短時間で、高歩留まりで製造し、還元鉄の生産性を向上できる手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て得られた塊成物を加熱し、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、
前記塊成物は、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量（質量％）と、全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、全Ａｌ2Ｏ3量、および全ＭｇＯ量の合計量（質量％）との関係が、下記式（１）を満足する点に要旨を有している。
［（ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量）／（全ＣａＯ量＋全ＳｉＯ2量＋全Ａｌ2Ｏ3量＋
全ＭｇＯ量）］×１００≧１２．０（質量％）  ・・・（１）
【０００９】
前記混合物に、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物を配合することも好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、塊成物を加熱して還元鉄を製造するにあたり、塊成物に含まれるＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量と、塊成物に含まれる全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、全Ａｌ2Ｏ3量、および全ＭｇＯ量の合計量が、所定の関係を満足するように調整しているため、鉄菫青石（Ｉｒｏｎ  Ｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ）を形成できる。この鉄菫青石は、融点が低く、溶融スラグが速やかに形成され、還元鉄同士の凝集が促進される。その結果、還元鉄を短時間で、高歩留まりで製造でき、還元鉄の生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、式（１）の左辺の値（Ｚ値）と生産性比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、塊成物を加熱して還元鉄を製造するにあたり、還元鉄の生産性を高めるために、鋭意検討を重ねてきた。その結果、塊成物に含まれるＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量（質量％）と、全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、全Ａｌ2Ｏ3量、および全ＭｇＯ量の合計量（質量％）が、所定の関係を満足すれば、還元鉄の生産性を高められることを見出し、本発明を完成した。
【００１３】
即ち、塊成物に含まれる全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、全Ａｌ2Ｏ3量、および全ＭｇＯ量の合計量として算出されるスラグ量に対し、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物を所定量以上含有すると、塊成物の加熱時にＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物がＦｅＯと反応し、鉄菫青石（Ｉｒｏｎ  Ｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ）を生成する。この鉄菫青石は、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＦｅＯ系のスラグであり、融点が１１００℃程度の低融点である。そのため短時間でスラグの滓化が促進される。スラグが速やかに滓化すると、塊成物の加熱時間を短縮でき、しかも還元鉄は互いに速やかに凝集して粗大化する。その結果、還元鉄の歩留まりが向上し、還元鉄の生産性を向上できる。
【００１４】
上記ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物とは、ＳｉＯ2およびＡｌ2Ｏ3を含有する化合物であり、ＳｉとＡｌとＯが共存している鉱物相を意味している。該鉱物相は、Ｓｉ、Ａｌ、およびＯ以外に、ＫおよびＮａの少なくとも一方を含有してもよい。しかし、本発明においては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｋ、Ｎａ、およびＯ以外の元素を含有する鉱物相は、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物から除外する。Ｓｉ、Ａｌ、Ｋ、Ｎａ、およびＯ以外の元素としては、ＣａやＭｇが挙げられる。
【００１５】
上記ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物としては、例えば、カオリン（Ｋａｏｌｉｎ、Ａｌ2Ｓｉ2Ｏ7）、カオリナイト（Ｋａｏｌｉｎｉｔｅ、Ａｌ2Ｓｉ2Ｏ5（ＯＨ）4）、ヒスイ輝石（Ｊｅｄｅｉｔｅ、ＮａＡｌＳｉ2Ｏ6）、白雲母（Ｍｕｓｃｏｖｉｔｅ、ＫＡｌ3Ｓｉ3Ｏ10（ＯＨ）2）、ムライト（Ｍｕｌｌｉｔｅ、Ａｌ6Ｏ13Ｓｉ2）などが挙げられる。
【００１６】
本発明では、上記ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量と、全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、全Ａｌ2Ｏ3量、および全ＭｇＯ量の合計量が、下記式（１）の関係を満足することが重要である。なお、以下では、下記式（１）の左辺の値をＺ値と呼ぶことがある。
［（ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量）／（全ＣａＯ量＋全ＳｉＯ2量＋全Ａｌ2Ｏ3量＋
全ＭｇＯ量）］×１００≧１２．０（質量％）  ・・・（１）
【００１７】
上記Ｚ値が１２．０質量％を下回ると、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量が不足するため、鉄菫青石が充分に生成せず、スラグの融点を降下させることができない。その結果、還元鉄の生産性を向上できない。従って本発明では、Ｚ値は１２．０質量％以上とし、好ましくは１２．５質量％以上、より好ましくは１３．０質量％以上とする。上記Ｚ値の上限は特に限定されないが、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量が極端に多くなると、スラグの粘性が上昇し、還元鉄の凝集が阻害されるため、Ｚ値は、９０質量％以下が好ましく、より好ましくは８０質量％以下である。
【００１８】
上記塊成物に含まれるＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物の量は、Ｘ線回折および走査型電子顕微鏡を併用することによって定量できる。
【００１９】
まず、Ｘ線回折にて、塊成物中に上記ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物が含まれるか否かを同定する。上記ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物が検出されない場合は、上記ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量はゼロとする。
【００２０】
次に、Ｘ線回折にて、塊成物中に上記ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物が含まれることが同定された場合は、走査型電子顕微鏡を用いて上記ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量を定量する。具体的には、塊成物を構成する粉末を樹脂に埋め込み、サンプルの切断面を走査型電子顕微鏡で観察し、マッピング機能によりＳｉとＡｌを含有する鉱物相を検出する。ＳｉとＡｌを含有する鉱物相については、走査型電子顕微鏡に付属するＥＤＳ（Energy dispersive X-ray spectrometry）等で組成分析を行う。組成分析を行った結果、Ｓｉ、Ａｌ、およびＯのみが検出されるか、更にＫおよびＮａの少なくとも一種が検出された鉱物相を、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物と判定し、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物の量を以下の手順で定量する。
【００２１】
まず、観察した鉄鉱石の面積（ｍｍ2）を体積（ｍｍ3）に換算し、この体積に鉄鉱石の真密度（ｇ／ｍｍ3）を掛けることで、観察した鉄鉱石の質量（ｇ）を算出する。次に、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物と判定した鉱物相の面積（ｍｍ2）を体積（ｍｍ3）に換算し、この体積に、それぞれのＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物の真密度（ｇ／ｍｍ3）を掛け、観察した鉄鉱石中に含まれるそれぞれのＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物の質量（ｇ）を算出し、合計する。更に、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物の合計量（ｇ）を観察した鉄鉱石の質量（ｇ）で割り、これに１００を掛けることで、鉄鉱石中のＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物の量（質量％）を算出する。なお、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物のうち、カオリナイトや白雲母のように、ＯＨ基を有する鉱物相は、ＯＨ基がＨ2Ｏとして除去された鉱物相として定量すればよい。
【００２２】
上記塊成物に含まれる全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、全Ａｌ2Ｏ3量、および全ＭｇＯ量は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析法など公知の手段で定量すればよい。
【００２３】
上記Ｚ値を所定の範囲に制御する方法は特に限定されず、上記塊成物に含有させる酸化鉄含有物質および炭素質還元剤の配合量を調整すればよい。また、上記混合物に、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物を配合することによって、上記Ｚ値を所定の範囲に制御してもよい。上記ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物としては、例えば、関東化学株式会社製のカオリン試薬を用いることができる。
【００２４】
次に、還元鉄の製造方法について説明する。本発明に係る還元鉄の製造方法は、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て得られた塊成物を加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄を製造するものである。そして、上述したように、該塊成物は、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量（質量％）と、全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、全Ａｌ2Ｏ3量、および全ＭｇＯ量の合計量（質量％）との関係が、上記式（１）を満足するところに特徴がある。以下、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工程（以下、塊成化工程ということがある）と、得られた塊成物を加熱して、該塊成物中の酸化鉄を還元する工程（以下、加熱還元工程ということがある）について説明する。
【００２５】
［塊成化工程］
塊成化工程では、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、塊成物を製造する。
【００２６】
上記酸化鉄含有物質としては、具体的には、鉄鉱石、砂鉄、製鉄ダスト、非鉄精錬残渣、製鉄廃棄物などの酸化鉄含有物質を用いることができる。
【００２７】
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】
上記炭素質還元剤は、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炭素量に対して、０〜５質量％の余剰または０〜５質量％の不足の範囲で含有していればよい。即ち、上記酸化鉄含有物質に含まれる酸化鉄を還元できる炭素量に対して、±５質量％の範囲で含有していればよい。
【００２９】
上記酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む上記混合物には、更に融点調整剤およびバインダーよりなる群から選ばれる少なくとも１種を配合してもよい。
【００３０】
上記融点調整剤とは、酸化鉄含有物質中の脈石や、炭素質還元剤中の灰分の融点を下げる作用を有する物質を意味する。即ち、上記混合物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。
【００３１】
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供給物質などを用いることができる。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、ＭｇＣＯ3よりなる群から選ばれる少なくとも一つを配合してもよい。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。
【００３２】
上記バインダーとしては、例えば、コーンスターチや小麦粉等の澱粉などの多糖類を用いることができる。
【００３３】
上記酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、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、上記炭素質還元剤は平均粒径が１０〜１０００μｍ、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。
【００３４】
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、振動ミル、ロールクラッシャ、ボールミルなどを用いればよい。
【００３５】
上記原料の混合には、回転容器形や固定容器形の混合機を用いることができる。上記混合機の型式は、回転容器形としては、例えば、回転円筒形、二重円錐形、Ｖ形などが挙げられるが、特に限定されない。固定容器形としては、例えば、混合槽内に鋤などの回転羽を設けたものがあるが、特に限定されない。
【００３６】
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。
【００３７】
上記塊成物の形状は特に限定されず、成型はペレット、ブリケット、押し出しのいずれで実施しても構わない。
【００３８】
［加熱還元工程］
加熱還元工程では、上記塊成化工程で得られた塊成物を加熱して、該塊成物中の酸化鉄を還元することによって還元鉄を製造する。
【００３９】
上記塊成物の加熱は、例えば、電気炉や移動炉床式加熱炉で行えばよい。
【００４０】
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。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、円形またはドーナツ状に設計されており、炉床上に装入された塊成物に含まれる酸化鉄は、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、回転炉床炉には、回転方向の最上流側に塊成物を炉内に装入する装入手段が設けられ、回転方向の最下流側に排出手段が設けられる。なお、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。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。
【００４１】
上記塊成物は、１３００〜１５００℃で加熱して還元することが好ましい。上記加熱温度が１３００℃を下回ると、金属鉄やスラグが溶融しにくく、高い生産性が得られない。一方、上記加熱温度が１５００℃を超えると、排ガス温度が高くなるため、排ガス処理設備が大掛かりなものとなって設備コストが増大する。
【００４２】
上記電気炉や移動炉床式加熱炉に上記塊成物を装入するに先立ち、炉床保護のために炭素質、耐火セラミックス等の床敷材を敷くことが望ましい。
【００４３】
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。
【００４４】
上記床敷材の粒径は、塊成物やその溶融物が潜り込まないように、例えば、３ｍｍ以下であることが好ましい。上記粒径の下限は、バーナーの燃焼ガスによって吹き飛ばされないように、例えば、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００４５】
［その他］
上記加熱還元工程で得られた還元鉄は、副生したスラグや、必要に応じて敷かれた床敷材等と共に炉内から排出してから、篩や磁選機等を用いて選別して還元鉄を回収すればよい。
【００４６】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限を受けるものではなく、前記および後記の趣旨に適合し得る範囲で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】
【００４７】
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て得られた塊成物を製造した。
【００４８】
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。下記表１には、鉄鉱石に含まれるＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量を、Ｘ線回折および走査型電子顕微鏡を併用して次の手順で定量し、その結果も併せて示した。
【００４９】
即ち、まず、Ｘ線回折にて、鉄鉱石中に上記ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物が含まれるか否かを同定する。上記ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物が検出されない場合は、上記ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量はゼロとする。次に、Ｘ線回折にて、鉄鉱石中に上記ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物が含まれることが同定された場合は、走査型電子顕微鏡を用いて上記ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量を定量する。具体的には、鉄鉱石を構成する粉末を樹脂に埋め込み、サンプルの切断面を走査型電子顕微鏡で観察し、マッピング機能によりＳｉとＡｌを含有する鉱物相を検出する。ＳｉとＡｌを含有する鉱物相については、走査型電子顕微鏡に付属するＥＤＳで組成分析を行う。組成分析を行った結果、Ｓｉ、Ａｌ、およびＯのみが検出されるか、更にＫおよびＮａの少なくとも一種が検出された鉱物相を、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物と判定し、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物の量を以下の手順で定量する。
【００５０】
まず、観察した鉄鉱石の面積（ｍｍ2）を体積（ｍｍ3）に換算し、この体積に鉄鉱石の真密度（ｇ／ｍｍ3）を掛けることで、観察した鉄鉱石の質量（ｇ）を算出する。次に、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物と判定した鉱物相の面積（ｍｍ2）を体積（ｍｍ3）に換算し、この体積に、それぞれのＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物の真密度（ｇ／ｍｍ3）を掛け、観察した鉄鉱石中に含まれるそれぞれのＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物の質量（ｇ）を算出し、合計する。更に、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物の合計量（ｇ）を観察した鉄鉱石の質量（ｇ）で割り、これに１００を掛けることで、鉄鉱石中のＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物の量（質量％）を算出する。なお、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物のうち、カオリナイトや白雲母のように、ＯＨ基を有する鉱物相は、ＯＨ基がＨ2Ｏとして除去された鉱物相として定量する。
【００５１】
また、下記表１には、ＣａＯ量、ＳｉＯ2量、Ａｌ2Ｏ3量、およびＭｇＯ量の合計量として算出したスラグ量を併せて示した。
【００５２】
上記炭素質還元剤としては、下記表２に示す成分組成の石炭を用いた。下記表２には、石炭に含まれるＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量を、上記鉄鉱石と同じ手順で定量し、その結果を併せて示した。また、下記表２には、上記鉄鉱石と同じ手順でスラグ量を算出し、その結果を併せて示した。
【００５３】
上記混合物に、更に、融点調整剤、バインダー、並びにＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物を配合した。上記融点調整剤としては、下記表３に示す成分組成の石灰石を用いた。なお、石灰石には、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物は含まれていなかった。上記バインダーとしては、小麦粉を用いた。
【００５４】
上記ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物としては、関東化学株式会社製のカオリン試薬を用いた。カオリン試薬の成分組成を下記表３に示す。また、下記表３には、カオリン試薬に含まれるＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量を、上記鉄鉱石と同じ手順で定量し、その結果を併せて示した。また、下記表３には、上記鉄鉱石と同じ手順でスラグ量を算出し、その結果を併せて示した。
【００５５】
上記鉄鉱石、石炭、石灰石、バインダー、およびカオリン試薬を下記表４に示す割合で配合し、更に適量の水を加えたものを、タイヤ型造粒機を用いて平均直径が１９ｍｍの生ペレットを造粒した。得られた生ペレットを乾燥機に装入し、１８０℃で１時間加熱して付着水を除去して乾燥した。乾燥ペレットに含まれるＴ．Ｆｅ量（質量％）を、二クロム酸カリウム滴定法にて測定した。また、得られた乾燥ペレット３０個の質量（ｇ）を測定した。
【００５６】
下記表１〜表３に示した、鉄鉱石、石炭、石灰石、およびカオリン試薬に含まれる夫々のＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量およびスラグ量と、下記表４に示した配合量に基づいて、乾燥ペレットにおける上記式（１）の左辺の値であるＺ値を算出した。その結果を下記表５に示す。下記表５に示すＺ値が、上記式（１）の関係を満たす場合を判定○、満たさない場合を判定×とし、評価結果を下記表５に示す。
【００５７】
次に、乾燥ペレットを加熱炉に装入して１４５０℃で加熱し、乾燥ペレット中の酸化鉄を還元溶融させて還元鉄を製造した。なお、加熱炉の炉床保護のために、乾燥ペレットの投入に先立ち、炉床に最大粒径が２ｍｍ以下の炭材（無煙炭）を敷いた。また、加熱中は、加熱炉内に流量３０ＮＬ／分で窒素ガスを流し、加熱炉内は窒素ガス雰囲気とした。なお、加熱中に流すガスの成分や流量が変化しても、後述する生産性比の値は変化しないことを確認している。
【００５８】
乾燥ペレットを加熱炉に供給した後、ペレットの最表層が溶融し、スラグと分離した鉄が液滴状になったか否かを、加熱炉内を目視観察し、乾燥ペレットを加熱炉に供給してからペレットの最表層が溶融し、スラグと分離した鉄が液滴状になるまでの時間（秒）を測定した。この時間を銑滓分離完了時間（秒）とした。なお、本実験では、加熱炉内を目視観察することによりペレットの最表面が溶融し、スラグと分離した鉄が液滴状になったか否かを判断したが、加熱炉内からペレットの一部を適宜抽出して判断してもよい。
【００５９】
次に、加熱炉内から排出した被加熱物を磁選し、目開きが３．３５ｍｍの篩を用いて篩分けし、篩上の残留物を回収した。篩上の残留物は、主に還元鉄であり、製品（鉄源）として用いることができる。
【００６０】
上記加熱炉に装入した鉄の合計質量に対して、篩上の残留物の質量割合を歩留まりと定義し、算出した。
歩留まり（％）＝（篩上の残留物の質量／加熱炉に装入した鉄の合計質量）×１００
【００６１】
なお、篩上には、鉄以外にＣ、Ｓｉ、Ｍｎ等も含まれ得るため、歩留まりは１００％を超える場合がある。
【００６２】
ここで、Ｎｏ．４における結果を基準（１．００）とし、Ｎｏ．１〜３、および５の生産性比を次の手順で算出した。生産性比は、Ｎｏ．４における篩上の残留物に含まれる鉄量に対して、Ｎｏ．１〜３、および５における篩上の残留物に含まれる鉄量の比と定義した。例えば、Ｎｏ．１の生産性比は、次の式で算出できる。
Ｎｏ．１の生産性比＝Ｎｏ．１における篩上の残留物に含まれる鉄量（ｇ）／Ｎｏ．４における篩上の残留物に含まれる鉄量（ｇ）
【００６３】
上記篩上の残留物に含まれる鉄量は、次の式で算出できる。
篩上の残留物に含まれる鉄量＝［乾燥ペレット３０個の質量（ｇ）×乾燥ペレットに含まれるＴ．Ｆｅ（質量％）／１００×還元鉄の歩留まり（質量％）／１００／銑滓分離完了時間（秒）］
【００６４】
同じ手順で、Ｎｏ．２、３、５の生産性比を算出した。
【００６５】
図１に、上記式（１）の左辺の値（Ｚ値）と生産性比との関係を示す。
【００６６】
下記表５および図１から次のように考察できる。Ｎｏ．４および５は、本発明で規定する要件を満足しない例である。即ち、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量とスラグ量との関係が、上記式（１）の関係を満足していないため、生産性を改善できなかった。
【００６７】
これに対し、Ｎｏ．１〜３は、本発明で規定している要件を満足している例である。即ち、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系化合物量とスラグ量との関係が、上記式（１）を満足しているため、生産性はＮｏ．４と比べて１０％以上向上できた。
【００６８】
【表１】
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【００６９】
【表２】
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【００７０】
【表３】
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【００７１】
【表４】
2015209570.tif 000006
【００７２】
【表５】
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【図１】
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