(57)【要約】【課題】鉄鉱石ペレットを冷却する冷却設備を用いて、簡単に安価な還元鉄を製造することができる。即ち、高炉や混洗車などに、鉄源として使用することができる還元鉄を製造することができるようにする。【解決手段】還元鉄製造方法では、被覆層１１の厚さが１．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であって内部に炭材内装ペレット１０を有する２重構造ペレット１２を、鉄鉱石ペレット１３を冷却する冷却設備３内に積層された鉄鉱石ペレット１３上に載置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆層の厚さが１．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であって内部に炭材内装ペレットを有する２重構造ペレットを、鉄鉱石ペレットを冷却する冷却設備内に積層された鉄鉱石ペレット上に載置することを特徴とする還元鉄製造方法。
【請求項２】
被覆層の厚さが１．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であって内部に炭材内装ペレットを有する２重構造ペレットを、冷却設備内に積層された鉄鉱石ペレット上に載置することで還元鉄を製造するに際し、
前記被覆層に関して、当該被覆層に含まれるＳｉＯ２及びＦｅＯの組成関係ｆを「ｆ＝ＳｉＯ２／（ＳｉＯ２＋ＦｅＯ）」とした場合、ｆ≧−０．０００００１８９Ｔｐ２＋０．００３９９Ｔｐ−１．８９、且つ、ｆ≦０．２８を満たし、
前記冷却設備内の温度Ｔｐは、１１５０℃以上１３００℃とし、温度Ｔｐで前記２重構造ペレットを保持する保持時間ｔを、ｔ≧−０．０３９５・Ｔｐ＋０．５６・ｄｐ＋５１．０を満たすようにすることを特徴とする還元鉄製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元鉄製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、還元鉄は高炉の製鉄原料だけでなく、混銑車内に装入されるなど様々な所で使用されている。このような還元鉄に関する技術としては、例えば、特許文献１及び２に示すものが開発されている。
特許文献１は、還元鉄の製造方法を開示しており、還元鉄ペレットを高歩留で製造することができ、且つ、十分なペレット強度を得ることができることを目的としている。この特許文献１では、回転床式還元路内に装入された直後のダストペレットの表層部はＦｅＯが生成する程度の酸化雰囲気となるために、ダストペレット中のＦｅ分はＦｅＯとなり、脈石成分として含有されているＳｉＯ２分と結合することによって、２ＦｅＯ・ＳｉＯ２（ファイヤライト）などの低融点化合物をペレット表層部に生成している。
【０００３】
特許文献２は、還元鉄の材料に関する技術を開示しており、塊成物から発生する揮発性物質に含まれる可燃性ガスを炉内で燃焼させ、熱源として有効利用することを目的としている。この特許文献２は、回転炉床炉で加熱して還元鉄を製造するために用いる原料塊成物に関して、原料塊成物は芯部と芯部を被覆している外部層で構成し、芯部は揮発性物質含有炭材を含み、外装部は酸化鉄含有物質を含み、外装部に含まれる揮発性物質の質量は、芯部に含まれる揮発性物質の質量よりも小さく、芯部の大きさは３〜１０ｍｍ、最大直径は１０〜３０ｍｍとしている。
【０００４】
さて、上述した特許文献１のような還元鉄の製造方法や、特許文献２のような還元鉄の材料ではないが、ペレット等の製鉄原料を製造する方法、或いは、鉄鉱石ペレットに関する技術として、特許文献３及び４に示すものが開示されている。
特許文献３は、製鉄原料として適当な大きさと十分な強度を有し、反応しやすい構造と低温還元が可能な鉄含有原料と炭材が近接配置することを目的としている。この特許文献３では、鉄含有原料中の内装状態の炭材を含む炭材内装塊成鉱であって、酸化鉄粉もしくは鉄鉱石中に−３ｍｍの大きさのコークス粉を分散状態で含む塊成鉱であってこの塊成鉱の少なくとも外層部は、厚さ１−１０ｍｍ程度の低酸化度の酸化鉄の殻に覆われた状態としている。
【０００５】
特許文献４は、高結晶鉄鉱石を使って鉄鉱石ペレットを製造するにあたり、新たに離水加熱設備を追加設置することなく、既存の鉄鉱石ペレット用のクーラ設備を用いて、高結晶鉄鉱石粉の脱水処理が可能で、かつ、多大な設備投資を必要としないことを目的としている。この特許文献４では、グレートキルンクーラ方式において、結晶水を３ｗｔ％以上含みかつ粒子径が１０ｍｍ以下の鉄鉱石粉を、クーラに装入された赤熱状態のペレット層の上に積み、ペレット層の下から上に通過する冷却ガスの排熱により鉄鉱石粉を加熱処理している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−００３１１３号公報
【特許文献２】特開２０１３−０１４７９１号公報
【特許文献３】特開２０１１−２２５９２６号公報
【特許文献４】特開２０００−１４４２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び２では、回転床式還元炉を用いて還元鉄ペレットを製造するものであるが、当該回転式冷却設備は、大気を冷却ガスとした高温・酸化雰囲気である冷却設備で還元鉄を製造するものではない。
一方、特許文献３は、高炉原料としての炭材内装塊成鉱の強度を向上させる技術であり、この技術を用いて還元鉄を製造することはできない。特許文献４は、鉄鉱石ペレットを冷却する冷却設備について開示されているものの、単に、冷却設備で鉄鉱石ペレットを冷却するのみであって、この技術を用いて還元鉄を製造するという考えはない。
【０００８】
つまり、特許文献１〜４のいずれを用いても、鉄鉱石ペレットを冷却する冷却設備を用いて、還元鉄を製造することができないのが実情である。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、鉄鉱石ペレットを冷却する冷却設備を用いて、簡単に安価な還元鉄を製造することができる還元鉄製造方法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】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明の還元鉄製造方法は、被覆層の厚さが１．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であって内部に炭材内装ペレットを有する２重構造ペレットを、鉄鉱石ペレットを冷却する冷却設備内に積層された鉄鉱ペレット上に載置することを特徴とする。
また、本発明の還元鉄製造方法は、被覆層の厚さが１．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であって内部に炭材内装ペレットを有する２重構造ペレットを、冷却設備内に積層された鉄鉱石ペレット上に載置することで還元鉄を製造するに際し、前記被覆層に関して、当該被覆層に含まれるＳｉＯ２及びＦｅＯの組成関係ｆを「ｆ＝ＳｉＯ２／（ＳｉＯ２＋ＦｅＯ）」とした場合、ｆ≧−０．０００００１８９Ｔｐ２＋０．００３９９Ｔｐ−１．８９、且つ、ｆ≦０．２８を満たし、前記冷却設備内の温度Ｔｐは、１１５０℃以上１３００℃とし、温度Ｔｐで前記２重構造ペレットを保持する保持時間ｔを、ｔ≧−０．０３９５・Ｔｐ＋０．５６・ｄｐ＋５１．０を満たすようにすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、鉄鉱石ペレットを冷却する冷却設備を用いて、簡単に安価な還元鉄を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】鉄鉱石ペレットを製造するグレートキルン方式の設備の概略図である。
【図２】２重構造ペレットの全体図である。
【図３】２重構造ペレットにおける被覆層の厚みと金属化率との関係図である。
【図４】２重構造ペレットを焼成ペレット上に載置する説明図である。
【図５】被覆層の組成を説明する説明図である。
【図６】反応試験装置（電気炉）の概略図である。
【図７Ａ】外部から酸素が被覆層に供給される様子を示す図である。
【図７Ｂ】ＳｉＯ２の周囲に低融点融液（溶融部分）が生じた様子を示す図である。
【図７Ｃ】溶融部分が広がる様子を示す図である。
【図８】反応管の雰囲気温度（温度Ｔｐ）と金属化率との関係をまとめた図である。
【図９Ａ】雰囲気温度（温度Ｔｐ）を１１５０℃以上１３００℃以下として反応させた試料の写真である。
【図９Ｂ】雰囲気温度（温度Ｔｐ）を１１００℃として反応させた試料の写真である。
【図９Ｃ】雰囲気温度（温度Ｔｐ）を１３５０℃として反応させた試料の写真である。
【図１０】各雰囲気温度Ｔｐと被覆層の組成関係ｆとの関係を求める手順を示す図である。
【図１１】雰囲気温度Ｔｐと組成関係ｆの値との関係を示す図である。
【図１２】保持時間、金属化率、粒径の関係をまとめた図である。
【図１３】第２実施形態における２重構造ペレットにおける被覆層の厚みと金属化率との関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
「第１実施形態」
一般的に、鉄分を含む材料（例えば、鉱石）を、高温下で炭素を含む還元材で還元することにより、還元鉄を製造することができる。発明者らは、鉄鉱石ペレットを製造する製造工程において、当該製造工程で発生する排熱を用いて還元鉄を製造することに着目した。
【００１３】
図１は、鉄鉱石ペレットを製造するグレートキルン方式の設備を示している。まず、グレートキルン方式における鉄鉱石ペレットの製造工程ついて説明する。
図１に示すように、鉄鉱石ペレットの製造工程では、グレート炉１に生ペレットを装入して乾燥や予熱を行い、乾燥や予熱後の予熱ペレットをキルン炉２にて温度を制御しつつ転動焼成する。そして、転動焼成後の焼成ペレット（鉄鉱石ペレット）を、冷却する冷却設備３に装入して当該鉄鉱石ペレットを冷却することにより、鉄鉱石ペレットを製造している。
【００１４】
ここで、冷却設備３は、例えば、アニュラクーラである。このアニュラクーラ３では、キルン炉２から排出された鉄鉱石ペレットを炉内で移動させながら炉内に冷却ガスである大気を導入することににより、焼成ペレットを冷却することができる。アニュラクーラ３内において、焼成ペレット層上は高温かつ酸化雰囲気であり、特に、焼成ペレットの装入側（給鉱部側）は高温（例えば、１２００℃〜１３００℃）である。
【００１５】
さて、炭材と鉄鉱石（酸化鉄）とを混合した炭材内装ペレットを、アニュラクーラ３内の焼成ペレット上に載置した場合、焼成ペレット層内の下方から上方に通過する高温ガス（排ガス）により、炭材内装ペレットを加熱することができるため、還元鉄が製造できると考えられる。しかしながら、アニュラクーラ３においては、上述したように冷却ガスとして大気を用いているため、当該アニュラクーラ３内は高温・酸化雰囲気下であり、上述したような単層の炭材内装ペレットでは、一度は還元が進んでも、内部に酸素が進入することにより、再酸化してしまい、還元鉄として使用することが難しい。即ち、「鉄と鋼ｖｏｌ．９２（２００６）ｐ１１７」に示されているように、炭材内装ペレットを、酸化雰囲気下（例えば大気中）で反応させると、不活性雰囲気（例えば窒素中）で反応させた場合と比較して著しく還元率が低下してしまう。
【００１６】
そこで、発明者は、アニュラクーラ３内の焼成ペレット上に載置する炭材内装ペレットについて検証を進めた。その結果、酸化雰囲気下で還元率を向上させるために、炭材内装ペレットの外周に、酸素の侵入を抑制する被覆層を形成することとした。
具体的には、図２に示すように、炭材と鉄鉱石（酸化鉄）とを混合した炭材内装ペレット１０、即ち、核部（本体部）１０に、厚みが１．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である被覆層１１を被覆することにより構成した２重構造の炭材内装ペレット（以下、２重構造ペレットということがある）１２を、アニュラクーラ３の焼成ペレットに載置することとした。つまり、炭材内装ペレット１０である核部を、１．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である被覆層１１で覆うことにより、ペレットを２重構造ペレットとした。
【００１７】
被覆層１１の厚みが１．５ｍｍ未満である場合、炭材で鉄鉱石を還元する際に発生するガスによる内部の圧力を維持して外部からの酸素侵入（大気侵入）を抑制することが難しくなる。即ち、被覆層１１の厚みが１．５ｍｍ未満では、当該被覆層１１が薄すぎるために、酸素侵入を十分に抑制することができない。
一方、被覆層１１の厚みが５．０ｍｍ超えている場合、外部からの酸素侵入を抑制することができるものの、炭材で鉄鉱石を還元する際に発生するガスを外部に逃がすことができず、内圧が上昇して被覆層１１が変形して破裂などが生じる。その結果、被覆層１１の亀裂から酸素が侵入してしまい、一度、還元された還元鉄が再酸化されてしまう。
【００１８】
図３は、２重構造ペレットにおける被覆層の厚みと金属化率とをまとめた図である。図３に示した金属化率とは、２重構造ペレットの酸化鉄に含まれる鉄分が金属化した割合であって、式（１）で求める。
金属化率（％）＝［反応後の２重構造ペレット中の金属鉄（Ｍｅｔａｌ−Ｆｅ）[ｇ] /反応前の２重構造ペレット中の鉄分（Ｔ−Ｆｅ）[ｇ]］×１００      ・・・（１）
図３に示すように、被覆層１１の厚みが１．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲では、金属化率は上昇し、それ以外であれば、金属化率は、略零となる。
【００１９】
以上、２重構造ペレット１２についてまとめると、当該２重構造ペレット１２は、内部に炭材内装ペレット（本体部）１０を有していて、この炭材内装ペレット（本体部）１０を被覆層１１で覆うことで構成されていて、被覆層１１の厚さは１．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下に設定されている。
次に、２重構造ペレットをアニュラクーラ内の焼成ペレット（鉄鉱石ペレット）上に載置する方法について説明する。
【００２０】
まず、焼成ペレットの原料となる生ペレットを造粒工程にて造粒する。この造粒工程では、２０μｍの微粉鉱石をパンペレタイザーでφ１２ｍｍに成形する。そして、焼成工程に搬送された生ペレットを、グレート炉１及びキルン炉２を経て焼成して、高炉への装入に耐える強度を得た焼成ペレットにする。焼成ペレットは高温のため、アニュラクーラ３にて冷却する。
【００２１】
キルン炉２からアニュラクーラ３に装入される焼成ペレットは、赤熱状態である。図４に示すように、赤熱状態の焼成ペレット１３をアニュラクーラ３に層厚さ（充填厚）が５００〜７００ｍｍ程度となるように密に充填する。そして、赤熱状態の焼成ペレット層１３の下から上に大気を通過させて冷却する。アニュラクーラ３の給鉱部付近ではキルン炉２からの赤熱ペレットの持ち込み熱量により雰囲気温度が１２００℃〜１３００℃まで上昇し、排鉱部にいくにしたがって充填された焼成ペレットが冷却されるため、最終的な雰囲気温度は７０℃まで低下する。
【００２２】
アニュラクーラ３に焼成ペレット層１３を充填した状態で、当該焼成ペレット層１３の上部に上述した２重構造ペレット１２を載置する。例えば、図４に示すように、２５５０ｍｍの幅で且つ５００〜７００ｍｍの層厚さで充填された焼成ペレット層１３上に、２５５０ｍｍの幅で且つ４０〜６０ｍｍの層厚さで２重構造ペレット１２を積層する。２重構造ペレット１２の積層開始位置は、赤熱状態の焼成ペレットが存在する給鉱部付近であることが望ましい。言い換えれば、雰囲気温度が１０００℃以上、好ましくは、１２００〜１３００℃となるアニュラクーラ３内の位置に、２重構造ペレット１２を装入（積層）することが望ましい。
【実施例】
【００２３】
表１及び２は、本発明の還元鉄製造方法にて還元鉄を製造した実施例と、本発明とは異なる方法で還元鉄を製造した比較例とをまとめたものである。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
【表２】
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【００２６】
まず、実施例及び比較例の実施条件について説明する。
２重構造ペレットの核部を製造する。詳しくは、表３に示された組成を有する鉄鉱石と、表３に示された石炭とをＣ／Ｏ＝１となるように均一に混合して、２種類の核部（炭材内装ペレット）の元材を作製する。ここで、Ｃ／Ｏとは、石炭中の炭素量と鉄鉱石中の酸素量の割合であって、「Ｃ／Ｏ＝石炭中Ｃ(mol%)／鉱石中Ｏ(mol%）」で計算する。ガスが全てＣＯで排出されても還元が十分に進行するように、Ｃ／Ｏ＝１としている。
【００２７】
【表３】
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【００２８】
鉄鉱石と石炭の造粒は、パンペレタイザーなどの皿型造粒機を用いる。ペレタイザに鉄鉱石、石炭、水分を供給して、転動造粒することにより、核部の元材を作製する。なお、パンペレタイザーの直径はφ４００ｍｍ、回転数は３０ｒｐｍ、角度は４５°に設定して、転動造粒を行った。核部（元材）の造粒後、当該造粒物（核部）を篩に掛けて、外径を１１〜１４ｍｍとした。
【００２９】
また、ＳｉＯ２／（ＳｉＯ２＋ＦｅＯ）＝０．２４となるように、表４に示された組成を有する鉄鉱石（例えば、ペレットフィード）と、表４に示された組成を有する珪石とを均一に混合して、被覆部の元材を作製する。
【００３０】
【表４】
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【００３１】
ここで、酸素の進入を防止する殻を安定して形成するため、低融点の融液が生成するように被覆層１１を図５に示す組成とする。図５の状態図は、「日本鉄鋼協会  鉄鋼物性値便覧  鉄鋼編  fig33-8」に示された図である。ここで、ＳｉＯ２／（ＳｉＯ２＋ＦｅＯ）は、被覆層１１の初期化学成分により、「ＳｉＯ２／（ＳｉＯ２＋ＦｅＯ）（−）＝ＳｉＯ２（質量％）／｛ＳｉＯ２（質量％）＋ＦｅＯ（質量％）｝」で求める。なお、ＦｅＯの値はマグネタイトの形態を含む、初期含有量を示し、被覆層１１の原料は均一に混合されているものとする。ＳｉＯ２／（ＳｉＯ２＋ＦｅＯ）＝０．２４となるように、鉄鉱石および珪石を均一に混合することによって、融液が最も生成しやすく、殻を安定して形成することができる。
【００３２】
鉄鉱石および珪石を均一に混合することにより、被覆層１１の元材を作製後、当該元材をハンドロール（手作業）で核部の表面に塗布して、１．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下となる被被覆層１１を形成する。なお、元材を核部に塗布する際は、当該元材に水分添加をする。そして、所定の厚みの被覆層１１が形成された２重構造ペレットを、８５℃以上、１２時間以上で乾燥機で乾燥させる。
【００３３】
次に、図６に示した反応試験装置（電気炉）１５を用いて、２重構造ペレットの反応試験を行う。反応試験装置１５は、φ７５ｍｍの筒状の反応管１６と、反応管１６の外側に配置した加熱部（ヒータ）１７とを備えている。
反応試験では、電気炉１５内をアニュラクーラ３と同じ環境としている。詳しくは、  アニュラクーラ３の雰囲気温度を模擬した熱履歴を次のようにしている。２重構造ペレット１２を積層した箇所のアニュラクーラ３の雰囲気の温度は、１２００℃〜１３００℃で
あるため、電気炉１５では、雰囲気温度を１２５０℃とした。また、アニュラクーラ３内の雰囲気温度が１０００℃になるまでの時間は、８〜１２ｍｉｎ掛かるため、電気炉１５では、１０分間で１０００℃とした。
【００３４】
反応試験では、まず、鉄鉱石ペレット１３を５ｋｇを反応管１６に充填して、鉄鉱石ペレット１３の表層部に設置した熱電対１８が１２５０℃となるまで上述した熱履歴の通りに過熱する。その後、窒素雰囲気で反応管１５の上方から２重構造ペレット１２が１０個入ったカゴを降下させて、焼成ペレット層１３上に設置する。そして、反応管１６の下から１００Ｌ／ｍｉｎの大気（冷却空気）を供給して、焼成ペレット層１３を冷却する。焼成ペレット層１３の冷却を開始してから１０ｍｉｎ後、反応管１６内の雰囲気ガスを大気から窒素に切り替えた後、２重構造ペレット１２を反応管１６の上部側で冷却する。そして、２重構造ペレット１２の冷却後の核部（本体部）１０の化学分析により、１個づつの金属化率を求める。
【００３５】
実施例１〜１８では、被覆層１１の厚さが１．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である２重構造ペレットを鉄鉱石ペレットに積層したため、還元鉄を製造することができた（金属化率が０％よりも大きな値となった）。つまり、実施例では、被覆層１１を有する二重構造ペレットを使用することで、既存のアニュラクーラの排熱を利用して還元鉄を製造することが可能となる。また、このように、製造した還元鉄は高炉に装入することで還元材比を低減することができる。また、混銑車に投入した場合は、銑鉄として歩留り溶銑コストを低減することができる。
【００３６】
比較例１〜４、６〜１０、１１〜１９では、被覆層１１の厚さが１．５ｍｍ未満、或いは、５．０ｍｍを超えた２重構造ペレットを鉄鉱石ペレットに積層したため、還元鉄を製造することができなかった（金属化率が０％となった）。比較例５、１０では、還元鉄を製造することができたものの、被覆層１１が破裂してしまい、還元鉄として使用することができなかった。つまり、比較例では、アニュラクーラ内は高温かつ大気雰囲気であるため、十分な厚みの被覆層１１を有さない炭材内装ペレットを投入したとしても、酸素がペレット内部へ進入するため再酸化が生じて還元鉄を得ることができなかったり、被覆層１１が破裂して還元鉄として使用することができなかった。
【００３７】
本発明によれば、鉄鉱石ペレットを冷却する冷却設備を用いて、簡単に安価な還元鉄を製造することができる。即ち、高炉や混洗車などに、鉄源として使用することができる還元鉄を製造することができる。
「第２実施形態」
第２実施形態は、第１実施形態で示した還元鉄製造方法をベースに、被覆層の組成等について規定した実施形態である。なお、第１実施形態と同様の構成や方法については説明を省略する。
【００３８】
２重構造ペレットの被覆層は、酸素の侵入を遮断することに加え、内部で発生したＣＯガスを適正に外部に逃がす必要がある。そのため、２重構造ペレットをアニュラクーラ等の冷却設備に装入後、速やかに被覆層の一部を溶融させ膜を形成する必要がある。
そこで、被覆層において、ＦｅＯ及びＳｉＯ２を含有させることにより、低融点のＦｅＯ−ＳｉＯ２系融液を生成することが可能となる。例えば、ＦｅＯを多く含んだマグネタイト系鉱石と、ＳｉＯ２源である硅石との混合物で被覆層を構成するのが望ましい。
【００３９】
ＦｅＯ−ＳｉＯ２系融液の融解は、相変態時の吸熱をともなうため熱供給が必要であるが、２重構造ペレットの外部から熱供給を待つと、被覆層による膜形成が遅れてしまうことがある。そこで、被覆層においては、融点を下げる効果のあるＳｉＯ２と、酸化することによって発熱源となるＦｅＯとをバランス良く配合することが望ましい。
図７Ａ〜図７Ｃは、被覆層における膜の形成の推移を示した図である。図７Ａに示すように、２重構造ペレットをアニュラクーラに装入した直後は、外部から酸素が被覆層に供給される。そうすると、被覆層に含有されるＦｅＯと酸素とが反応して発熱する。図７Ｂに示すように、ＦｅＯの酸化熱により、ＦｅＯとＳｉＯ２が反応して、ＳｉＯ２の周囲に低融点融液（溶融部分）が生じる。そして、図７Ａに示したＦｅＯと酸素との反応による発熱と、図７Ｂに示したＦｅＯとＳｉＯ２とが繰り返し起こることによって、図７Ｃに示すように、溶融部分の融液量が増加し、内部の炭材内装ペレットを覆う膜が形成される。このように、膜の形成により、内部の炭材内装ペレットの反応により発生したガス（ＣＯガス）の外部への拡散が抑制されると同時に、外部からの酸素の侵入も抑制されるため、炭材内装ペレットの反応により生じた還元鉄の再酸化を防止することができる。
【００４０】
さて、上述したように、低融点融液（溶解部分）を生成するための組成は、図５に示した液相線Ａおよび液相線Ｂで囲まれる液相領域に従う。また、低融点融液（溶解部分）を形成するためには、適正な温度範囲が存在する。この実施形態では、アニュラクーラに装入した際の２重構造ペレットの温度Ｔｐは、１１５０℃以上１３００℃以下としている。言い換えれば、アニュラクーラ（冷却設備）内であって２重構造ペレットを載置した箇所の温度Ｔｐは、１１５０℃以上１３００℃以下としている。この温度Ｔｐは、試験等により求めたものである。
【００４１】
試験は、図６に示す反応試験装置（電気炉）１５を用いて行った。試験において、炭材内装ペレット（本体部）１０の径はφ１１ｍｍ〜１４ｍｍ、被覆層１１の厚さは１．５ｍｍ〜５．０ｍｍとした。反応試験では、まず、鉄鉱石ペレット１３を５ｋｇを反応管１６に充填して、鉄鉱石ペレット１３の表層部に設置した熱電対１８が所定の温度Ｔｐになるまで予熱する。その後、窒素雰囲気で反応管１６の上方から２重構造ペレット１２が１０個入ったカゴを降下させて、焼成ペレット層１３上に設置する。すぐに、反応管１６を窒素雰囲気から大気雰囲気に切換えて、電気炉の電源を落とし、反応を促進させる。所定時間後、再び、反応管１６内を大気雰囲気から窒素雰囲気に切替えて、２重構造ペレット１２を反応管１６の上部側で冷却する。そして、２重構造ペレット１２の冷却後の核部（本体部）１０の化学分析により、１個づつの金属化率を求める。
【００４２】
図８は、上述した試験による反応管１６の雰囲気温度（温度Ｔｐ）と金属化率との関係をまとめた図である。図８に示すように、反応管１６の雰囲気温度（温度Ｔｐ）が１３００℃を超えると、被覆層の温度が上がりすぎて被覆層が溶け落ちてしまうことから金属鉄を得ることができなかった。一方で、反応管１６内の温度Ｔｐが１１５０℃未満であると、低融点融液（溶解部分）が発生せず、膜を形成することができない。その結果、金属鉄を得ることができない。図９Ａは、反応管１６の雰囲気温度（温度Ｔｐ）を１１５０℃以上１３００℃以下として、常温まで冷却した試料（２重構造ペレット）の写真である。図９Ａに示すように、雰囲気温度が適正な温度域であると、反応後も２重構造ペレットが原形を保っていることがわかる。図９Ｂは、雰囲気温度（温度Ｔｐ）を１１００℃として反応させた試料の写真である。図９Ｂに示すように、被覆層が炭材内装ペレットに融着しておらず、脆いため崩れかけている。図９Ｃは、雰囲気温度（温度Ｔｐ）を１３５０℃として反応させた試料の写真である。図９Ｃに示すように、２重構造ペレットが溶融し過ぎてしまい、常温まで冷却した際には一部がカゴ内に残るという結果となった。これから分かるように、２重構造ペレットは、１１５０℃以上１３００℃以下の温度（雰囲気温度）Ｔｐで反応させることが必要である。
【００４３】
さて、上述したように、被覆層に含有されるＦｅＯは発熱源となるが、低融点融液（溶融部分）が十分に形成できるだけのＦｅＯ量が必要である。そこで、発明者は、被覆層に含有されるＦｅＯについて検証を行った。
次に、ＦｅＯの発熱について説明する。
被覆層の原料である鉄鉱石等のＦｅＯは、Ｆｅ３Ｏ４（＝ＦｅＯ・Ｆｅ２Ｏ３）の形態で存在している。Ｆｅ３Ｏ４は、Ｆｅ２Ｏ３に酸化されるとき発熱をともなう。ここで、ＦｅからＦｅ２Ｏ３及びＦｅ３Ｏ４に酸化した場合の発熱量（酸化発熱量）は、次式(a)、(b)次のようになる。発熱量は、「日本鉄鋼協会  鉄鋼精錬  ｐｐ２３５）」に示されている。
【００４４】
３Ｆｅ(s)＋２Ｏ２(g)＝Ｆｅ３Ｏ４(s)  １１１６．７kJ/mol  ・・(a)
２Ｆｅ(s)＋３／２Ｏ２(g)＝Ｆｅ２Ｏ３(s)  ８２１．３kJ/mol  ・・(b)
したがって、Ｆｅ３Ｏ４からＦｅ２Ｏ３への発熱量は、熱力学の第一法則に基づき、式(b)で示された数値を３倍した値から、式(a)で示された数値を２倍した値を引くことにより求めることができる。
【００４５】
式(a)及び式(b)を用いてＦｅ３Ｏ４からＦｅ２Ｏ３への発熱量について、整理すると、「２Ｆｅ３Ｏ４(s)＋１／２Ｏ２(g)＝３Ｆｅ２Ｏ３(s) ２３０．５kJ/mol・・(c)」となる。式(c)に示すように、Ｆｅ３Ｏ４(s)の係数は、「２」であることから、Ｆｅ３Ｏ４の１ｍｏｌの酸化発熱量は、１１５．２５kJ/molとなる。
したがって、Ｆｅ３Ｏ４中のＦｅＯは、ＦｅＯ・Ｆｅ２Ｏ３の形態で存在していることから、ＦｅＯの１ｍｏｌの酸化発熱量は、Ｆｅ３Ｏ４の１ｍｏｌの酸化発熱量と等しい。ゆえに、ＦｅＯの酸化発熱量は、単位をＪ／ｍｏｌに換算すると、１１５２５０Ｊ／ｍｏｌとなる。
【００４６】
図１０に示すように、各雰囲気温度Ｔｐにおける液相線領域の上下限値を図５の状態図より読み取る（Ｓ１）。読み取った組成となるように、被覆層の原料であるＦｅＯ及びＳｉＯ２（融液生成源）の配合を決定する（Ｓ２）。ＦｅＯ及びＳｉＯ２の配合に基づき、ＦｅＯ−ＳｉＯ２系溶融に必要な熱量を求める（Ｓ３）。また、ＦｅＯ−ＳｉＯ２系溶融に必要な熱量と同じＦｅＯの酸化発熱量を決定する（Ｓ４）。そして、ＦｅＯの酸化発熱量より、酸化発熱源（ＦｅＯ）の配合を決定する（Ｓ５）。最後に、被覆層の組成関係ｆ＝ＳｉＯ２／（ＳｉＯ２＋ＦｅＯ）を求める（Ｓ６）。
【００４７】
そして、上述したＳ１〜Ｓ６を繰り返して、被覆層の組成関係ｆにおける雰囲気温度Ｔｐの関係について求めた（Ｓ７）。その結果、ｆ≧−０．０００００１８９Ｔｐ２＋０．００３９９Ｔｐ−１．８９、且つ、ｆ≦０．２８を満たすことが必要である。
以下、雰囲気温度Ｔｐと組成関係ｆ（ｆ＝ＳｉＯ２／（ＳｉＯ２＋ＦｅＯ））との関係について説明する。表５は、雰囲気温度Ｔｐ＝１１５０℃、１２００℃、１２５０℃、１３００℃における組成関係ｆの上下限値をまとめたものである。
【００４８】
【表５】
2015193906.tif 000007
【００４９】
まず、組成関係ｆの下限値について説明する。
雰囲気温度Ｔｐ＝１１５０℃の場合、図５の液相線Ａと１１５０℃の交点より組成の下限値をよみとると、１１５０℃における液相領域の下限値は０．２４となる（表５の組成の欄）。液相領域の下限値に基づき、融液生成源（ＦｅＯ、ＳｉＯ２）の１ｇあたりの配合について求める。ＦｅＯ量は、１ｇ×（１−０．２４）＝０．７６ｇ、ＳｉＯ２量は、１ｇ×０．２４＝０．２４ｇとなる（表５-融液生成源-ＦｅＯ,ＳｉＯ２：単位ｇの欄）。
【００５０】
ここで、ＦｅＯ量及びＳｉＯ２量を、ｍｏｌ量に換算すると、ＦｅＯ量は、０．７６ｇ／７１．８５ｇ／ｍｏｌ＝０．０１０６ｍｏｌ、ＳｉＯ２量は、０．２４ｇ／６０．０ｇ／ｍｏｌ＝０．００４０ｍｏｌとなる（表５-融液生成源-ＦｅＯ、ＳｉＯ２：単位molの欄）。
なお、各分子量は、Ｆｅ＝５５．８５ｇ／ｍｏｌ、Ｓｉ＝２８．０ｇ／ｍｏｌ、Ｏ＝１６．０ｇ／ｍｏｌを用いた。
【００５１】
ＦｅＯ−ＳｉＯ２系溶融は、２ＦｅＯ(s)＋ＳｉＯ２(s)→Ｆｅ２ＳｉＯ４で示すことができる。この式より、生成する融液ｍｏｌ量とＳｉＯ２のｍｏｌ量が等しいことがわかる。ゆえに、融液生成源１ｇの融解熱量は、ＳｉＯ２のｍｏｌ量にＦｅ２ＳｉＯ４の融解熱をかけることで求めることができる。つまり、Ｆｅ２ＳｉＯ４の融解熱は、０．００４０ｍｏｌ×９２１７４Ｊ／ｍｏｌ＝３６９Ｊとなる（表５の融液生成源の溶解熱の欄）。
【００５２】
なお、Ｆｅ２ＳｉＯ４の溶解熱（９２１７４Ｊ／ｍｏｌ）は、Thermo Chemical Data of Pure Substances  Ihsan Barin)で示された値を用いた。
したがって、ＦｅＯの酸化発熱量は、ＦｅＯ−ＳｉＯ２系溶融に必要な熱量（溶解熱）と同じであることから、３６９Ｊとなる（表５  酸化発熱源の欄）。
そこで、必要な酸化発熱源の量は、３６９Ｊ／１１５２５０Ｊ／ｍｏｌ＝０．００３１９９１ｍｏｌとなる。分子量を用いてｍｏｌ量を重量に換算すると、０．００３１９９１ｍｏｌ×７１．８５ｇ／ｍｏｌ＝０．２３ｇとなる（表５-融液生成源-ＦｅＯ,ＳｉＯ２：単位ｇの欄）。したがって、組成関係ｆは、＝０．２４／（０．７６＋０．２４＋０．２３）＝０．２０となる（表５-被覆層組成値の欄）。
【００５３】
雰囲気温度Ｔｐ＝１２００℃の場合、図５の液相線Ａと１２００℃の交点より組成の下限値をよみとると、１２００℃における液相領域の下限値は０．２１となる（表５の組成の欄）。液相領域の下限値に基づき、融液生成源（ＦｅＯ、ＳｉＯ２）の１ｇあたりの配合について求める。ＦｅＯ量は、１ｇ×（１−０．２１）＝０．７９ｇ、ＳｉＯ２量は、１ｇ×０．２１＝０．２１ｇとなる（表５-融液生成源-ＦｅＯ、ＳｉＯ２：単位ｇの欄）。
【００５４】
ここで、ＦｅＯ量及びＳｉＯ２量を、ｍｏｌ量に換算すると、ＦｅＯ量は、０．７９ｇ／７１．８５ｇ／ｍｏｌ＝０．０１１０ｍｏｌ、ＳｉＯ２量は、０．２１ｇ／６０．０ｇ／ｍｏｌ＝０．００３５ｍｏｌとなる（表５-融液生成源-ＦｅＯ、ＳｉＯ２：単位molの欄）。
Ｆｅ２ＳｉＯ４の融解熱は、０．００３５ｍｏｌ×９２１７４Ｊ／ｍｏｌ＝３２３Ｊとなり（表５の融液生成源の溶解熱の欄）、ＦｅＯの酸化発熱量も３２３Ｊとなる（表５  酸化発熱源の欄）。
【００５５】
そこで、必要な酸化発熱源の量は、 ３２３Ｊ／１１５２５０Ｊ／ｍｏｌ＝０．００２７９９２ｍｏｌとなる。分子量を用いてｍｏｌ量を重量に換算すると、０．００２７９９２１ｍｏｌ×７１．８５ｇ／ｍｏｌ＝０．２０ｇとなる（表５-酸化熱源-ＦｅＯにおける単位ｇの欄）。したがって、組成関係ｆは、＝０．２１／（０．７９＋０．２１＋０．２０）＝０．１７となる（表５-被覆層組成値の欄）。
【００５６】
雰囲気温度Ｔｐ＝１２５０℃の場合、図５の液相線Ａと１２５０℃の交点より組成の下限値をよみとると、１２５０℃における液相領域の下限値は０．１６となる（表５の組成の欄）。液相領域の下限値に基づき、融液生成源（ＦｅＯ、ＳｉＯ２）の１ｇあたりの配合について求める。ＦｅＯ量は、１ｇ×（１−０．１６）＝０．８４ｇ、ＳｉＯ２量は、１ｇ×０．１６＝０．１６ｇとなる（表５-融液生成源-ＦｅＯ,ＳｉＯ２：単位ｇの欄）。
【００５７】
ここで、ＦｅＯ量及びＳｉＯ２量を、ｍｏｌ量に換算すると、ＦｅＯ量は、０．８４ｇ／７１．８５ｇ／ｍｏｌ＝０．０１１７ｍｏｌ、ＳｉＯ２量は、０．１６ｇ／６０．０ｇ／ｍｏｌ＝０．００２７ｍｏｌとなる（表５-融液生成源-ＦｅＯ、ＳｉＯ２：単位molの欄）。
Ｆｅ２ＳｉＯ４の融解熱は、０．００２７ｍｏｌ×９２１７４Ｊ／ｍｏｌ＝２４６Ｊとなり（表５の融液生成源の溶解熱の欄）、ＦｅＯの酸化発熱量も２４６Ｊとなる（表５  酸化発熱源の欄）。
【００５８】
そこで、必要な酸化発熱源の量は、２４６Ｊ／１１５２５０Ｊ／ｍｏｌ＝０．００２１３２７ｍｏｌとなる。分子量を用いてｍｏｌ量を重量に換算すると、０．００２１３２７ｍｏｌ×７１．８５ｇ／ｍｏｌ＝０．１５ｇとなる（表５-酸化熱源-ＦｅＯにおける単位ｇの欄）。したがって、組成関係ｆは、＝０．１６／（０．８４＋０．１６＋０．１５）＝０．１４となる（表５-被覆層組成値の欄）。
【００５９】
雰囲気温度Ｔｐ＝１３００℃の場合、図５の液相線Ａと１３００℃の交点より組成の下限値をよみとると、１３００℃における液相領域の下限値は０．１１となる（表５の組成の欄）。液相領域の下限値に基づき、融液生成源（ＦｅＯ、ＳｉＯ２）の１ｇあたりの配合について求める。ＦｅＯ量は、１ｇ×（１−０．１１）＝０．８９ｇ、ＳｉＯ２量は、１ｇ×０．１１＝０．１１ｇとなる（表５-融液生成源-ＦｅＯ, ＳｉＯ２：単位ｇの欄）。
【００６０】
ここで、ＦｅＯ量及びＳｉＯ２量を、ｍｏｌ量に換算すると、ＦｅＯ量は、０．８９ｇ／７１．８５ｇ／ｍｏｌ＝０．０１２４ｍｏｌ、ＳｉＯ２量は、０．１１ｇ／６０．０ｇ／ｍｏｌ＝０．００１８ｍｏｌとなる（表５-融液生成源-ＦｅＯ、ＳｉＯ２：単位molの欄）。
Ｆｅ２ＳｉＯ４の融解熱は、０．００１８ｍｏｌ×９２１７４Ｊ／ｍｏｌ＝１６９Ｊとなり（表５の融液生成源の溶解熱の欄）、ＦｅＯの酸化発熱量も１６９Ｊとなる（表５  酸化発熱源の欄）。
【００６１】
そこで、必要な酸化発熱源の量は、１６９Ｊ／１１５２５０Ｊ／ｍｏｌ＝０．００１４６６３ｍｏｌとなる。分子量を用いてｍｏｌ量を重量に換算すると、０．００１４６６３ｍｏｌ×７１．８５ｇ／ｍｏｌ＝０．１１ｇとなる（表５-酸化熱源-ＦｅＯにおける単位ｇの欄）。したがって、組成関係ｆは、＝０．１１／（０．８９＋０．１１＋０．１１）＝０．１０となる（表５-被覆層組成値の欄）。
【００６２】
次に、組成関係ｆの上限値について説明する。
雰囲気温度Ｔｐ＝１１５０℃の場合、図５の液相線Ｂと１２００℃の交点より組成の上限値をよみとると、１１５０℃における液相領域の上限値は０．３７となる（表５の組成の欄）。液相領域の下限値に基づき、融液生成源（ＦｅＯ、ＳｉＯ２）の１ｇあたりの配合について求める。ＦｅＯ量は、１ｇ×（１−０．３７）＝０．６３ｇ、ＳｉＯ２量は、１ｇ×０．３７＝０．３７ｇとなる（表５-融液生成源-ＦｅＯ, ＳｉＯ２：単位ｇの欄）。
【００６３】
ここで、ＦｅＯ量及びＳｉＯ２量を、ｍｏｌ量に換算すると、ＦｅＯ量は、０．６３ｇ／７１．８５ｇ／ｍｏｌ＝０．００８８ｍｏｌ、ＳｉＯ２量は、０．３７ｇ／６０．０ｇ／ｍｏｌ＝０．００６２ｍｏｌとなる（表５-融液生成源-ＦｅＯ、ＳｉＯ２：単位molの欄）。
Ｆｅ２ＳｉＯ４の融解熱は、０．００６２ｍｏｌ×９２１７４Ｊ／ｍｏｌ＝５６８Ｊとなり（表５の融液生成源の溶解熱の欄）、ＦｅＯの酸化発熱量も５６８Ｊとなる（表５  酸化発熱源の欄）。
【００６４】
そこで、必要な酸化発熱源の量は、 ５６８Ｊ／１１５２５０Ｊ／ｍｏｌ＝０．００４９３１９ｍｏｌとなる。分子量を用いてｍｏｌ量を重量に換算すると、０．００４９３１９ｍｏｌ×７１．８５ｇ／ｍｏｌ＝０．３５ｇとなる（表５-酸化熱源-ＦｅＯにおける単位ｇの欄）。したがって、組成関係ｆは、＝０．３７／（０．６３＋０．３７＋０．３５）＝０．２８となる（表５-被覆層組成値の欄）。
【００６５】
雰囲気温度Ｔｐ＝１２００℃の場合、図５の液相線Ｂと１２００℃の交点より組成の上限値をよみとると、１２００℃における液相領域の上限値は０．３７となる（表５の組成の欄）。液相領域の下限値に基づき、融液生成源（ＦｅＯ、ＳｉＯ２）の１ｇあたりの配合について求める。ＦｅＯ量は、１ｇ×（１−０．３７）＝０．６３ｇ、ＳｉＯ２量は、１ｇ×０．３７＝０．３７ｇとなる（表５-融液生成源-ＦｅＯ, ＳｉＯ２：単位ｇの欄）。
【００６６】
ここで、ＦｅＯ量及びＳｉＯ２量を、ｍｏｌ量に換算すると、ＦｅＯ量は、０．６３ｇ／７１．８５ｇ／ｍｏｌ＝０．００８８ｍｏｌ、ＳｉＯ２量は、０．３７ｇ／６０．０ｇ／ｍｏｌ＝０．００６２ｍｏｌとなる（表５-融液生成源-ＦｅＯ、ＳｉＯ２：単位molの欄）。
Ｆｅ２ＳｉＯ４の融解熱は、０．００６２ｍｏｌ×９２１７４Ｊ／ｍｏｌ＝５６８Ｊとなり（表５の融液生成源の溶解熱の欄）、ＦｅＯの酸化発熱量も５６８Ｊとなる（表５  酸化発熱源の欄）。
【００６７】
そこで、必要な酸化発熱源の量は、 ５６８Ｊ／１１５２５０Ｊ／ｍｏｌ＝０．００４９３１９ｍｏｌとなる。分子量を用いてｍｏｌ量を重量に換算すると、０．００４９３１９ｍｏｌ×７１．８５ｇ／ｍｏｌ＝０．３５ｇとなる（表５-酸化熱源-ＦｅＯにおける単位ｇの欄）。したがって、組成関係ｆは、＝０．３７／（０．６３＋０．３７＋０．３５）＝０．２８となる（表５-被覆層組成値の欄）。
【００６８】
雰囲気温度Ｔｐ＝１２５０℃の場合、図５の液相線Ｂと１２５０℃の交点より組成の上限値をよみとると、１２５０℃における液相領域の上限値は０．３８となる（表５の組成の欄）。液相領域の下限値に基づき、融液生成源（ＦｅＯ、ＳｉＯ２）の１ｇあたりの配合について求める。ＦｅＯ量は、１ｇ×（１−０．３８）＝０．６２ｇ、ＳｉＯ２量は、１ｇ×０．３８＝０．３８ｇとなる（表５-融液生成源-ＦｅＯ, ＳｉＯ２：単位ｇの欄）。
【００６９】
ここで、ＦｅＯ量及びＳｉＯ２量を、ｍｏｌ量に換算すると、ＦｅＯ量は、０．６２ｇ／７１．８５ｇ／ｍｏｌ＝０．００８６ｍｏｌ、ＳｉＯ２量は、０．３８ｇ／６０．０ｇ／ｍｏｌ＝０．００６３ｍｏｌとなる（表５-融液生成源-ＦｅＯ、ＳｉＯ２：単位molの欄）。
Ｆｅ２ＳｉＯ４の融解熱は、０．００６３ｍｏｌ×９２１７４Ｊ／ｍｏｌ＝５８４Ｊとなり（表５の融液生成源の溶解熱の欄）、ＦｅＯの酸化発熱量も５８４Ｊとなる（表５  酸化発熱源の欄）。
【００７０】
そこで、必要な酸化発熱源の量は、５８４Ｊ／１１５２５０Ｊ／ｍｏｌ＝０．００５０６５２ｍｏｌとなる。分子量を用いてｍｏｌ量を重量に換算すると、０．００５０６５２ｍｏｌ×７１．８５ｇ／ｍｏｌ＝０．３６ｇとなる（表５-酸化熱源-ＦｅＯにおける単位ｇの欄）。したがって、組成関係ｆは、＝０．３８／（０．６２＋０．３８＋０．３６）＝０．２８となる（表５-被覆層組成値の欄）。
【００７１】
雰囲気温度Ｔｐ＝１３００℃の場合、図５の液相線Ｂと１３００℃の交点より組成の上限値をよみとると、１３００℃における液相領域の上限値は０．３８となる（表５の組成の欄）。液相領域の下限値に基づき、融液生成源（ＦｅＯ、ＳｉＯ２）の１ｇあたりの配合について求める。ＦｅＯ量は、１ｇ×（１−０．３８）＝０．６２ｇ、ＳｉＯ２量は、１ｇ×０．３８＝０．３８ｇとなる（表５-融液生成源-ＦｅＯ, ＳｉＯ２：単位ｇの欄）。
【００７２】
ここで、ＦｅＯ量及びＳｉＯ２量を、ｍｏｌ量に換算すると、ＦｅＯ量は、０．６２ｇ／７１．８５ｇ／ｍｏｌ＝０．００８６ｍｏｌ、ＳｉＯ２量は、０．３８ｇ／６０．０ｇ／ｍｏｌ＝０．００６３ｍｏｌとなる（表５-融液生成源-ＦｅＯ、ＳｉＯ２：単位molの欄）。
Ｆｅ２ＳｉＯ４の融解熱は、０．００６３ｍｏｌ×９２１７４Ｊ／ｍｏｌ＝５８４Ｊとなり（表５の融液生成源の溶解熱の欄）、ＦｅＯの酸化発熱量も５８４Ｊとなる（表５  酸化発熱源の欄）。
【００７３】
そこで、必要な酸化発熱源の量は、５８４Ｊ／１１５２５０Ｊ／ｍｏｌ＝０．００５０６５２ｍｏｌとなる。分子量を用いてｍｏｌ量を重量に換算すると、０．００５０６５２ｍｏｌ×７１．８５ｇ／ｍｏｌ＝０．３６ｇとなる（表５-酸化熱源-ＦｅＯにおける単位ｇの欄）。したがって、組成関係ｆは、＝０．３８／（０．６２＋０．３８＋０．３６）＝０．２８となる（表５-被覆層組成値の欄）。
【００７４】
以上、雰囲気温度Ｔｐ＝１１５０℃、１２００℃、１２５０℃、１３００℃における組
成関係ｆの値をまとめると、図１１に示すものとなる。図１１に示すように、ｆ≧−０．０００００１８９Ｔｐ２＋０．００３９９Ｔｐ−１．８９で且つｆ≦０．２８を満たす範囲にすることによって、被覆層による低融点融液（溶融部分）を形成することができる。
なお、実機においては、雰囲気温度Ｔｐを直接測定することが難しい場合は、キルン炉２からアニュラクーラ３に落下させる部分（キルン落ち口部）の温度を雰囲気温度Ｔｐ（載置した箇所の温度Ｔｐ）として採用してもよい。
【００７５】
さて、炭素のガス化反応は大きな吸熱反応であるため、炭材内装ペレットの反応は外部からの熱供給に依存した伝熱律速であることが知られている。そのため、２重構造ペレットの粒径ｄｐ（ｍｍ）と雰囲気温度Ｔｐに反応速度は依存するものと考えられる。即ち、２重構造ペレットの粒径が小さく、雰囲気温度Ｔｐが高いほど還元速度は速くなり、短時間で高還元率に到達する。そこで、核組成をＯｒｅＡ＋ＣｏａｌＡとして、被覆層がＯｒｅＣの２重構造ペレットを作成し、粒径ｄｐと温度Ｔｐの影響を試験により検証した。この試験条件は、上述した反応試験装置（電気炉）における試験と同様である。
【００７６】
図１２は、所定の温度（１２５０℃）で保持した保持時間（ｍｉｎ）、金属化率、粒径ｄｐの関係をまとめた図である。図１２に示すように、金属化率が５％に達するまでの保持時間は、粒径ｄｐが小さい場合は短く、粒径ｄｐが大きい場合は長くなる。表６は、粒径ｄｐ、温度（保持した温度）、金属化率をまとめたものである。
【００７７】
【表６】
2015193906.tif 000008
【００７８】
表６の結果に基づき、粒径ｄｐ、雰囲気温度Ｔｐ、金属化率が５％に到達するまでの保持時間（ｍｉｎ）を重回帰により整理した。その結果、金属化率が５％以上にするためには、保持時間ｔ（ｍｉｎ）がｔ＝−０．０３９５・Ｔｐ＋０．５６・ｄｐ＋５１．０以上とする必要がある。
以上、まとめると、被覆層の厚さが１．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であって内部に炭材内装ペレットを有する２重構造ペレットを、冷却設備内に積層された鉄鉱石ペレット上に載置することで還元鉄を製造するに際しては、被覆層に関して、当該被覆層に含まれるＳｉＯ２及びＦｅＯの組成関係ｆを「ｆ＝ＳｉＯ２／（ＳｉＯ２＋ＦｅＯ）」とした場合、ｆ≧−０．０００００１８９Ｔｐ２＋０．００３９９Ｔｐ−１．８９、且つ、ｆ≦０．２８を満たし、冷却設備内の温度Ｔｐは、１１５０℃以上１３００℃とし、さらに、温度Ｔｐの保持時間ｔは、ｔ≧−０．０３９５・Ｔｐ＋０．５６・ｄｐ＋５１．０である必要がある。
【００７９】
第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、アニュラクーラ３の給鉱部付近では
キルン炉２からの赤熱したペレット（焼成ペレット）の持ち込み熱量により雰囲気温度が１２００℃〜１３００℃まで上昇し、排鉱部に移るにつれて充填されたペレットが冷却されるため、最終的な雰囲気温度は７０℃まで低下する。このようなアニュラクーラにおいて、給鉱部に装入装置（搬送コンベアおよびシュート等）を設け、装入装置から充填された焼成ペレット上に焼成ペレットを供給することにより、焼成ペレット上に２重構造ペレットを載置する。そして、装入装置から離れた位置であって、保持時間ｔ（ｍｉｎ）を十分に確保できる位置に排出装置（スクリュー式など）を設け、載置した２重構造ペレットのみを回収することで、鉄鉱石ペレットの製造を妨げることなく、既存のアニュラクーラの排ガスを利用して還元鉄を製造することができる。
【００８０】
表７〜９は、第２実施形態における還元鉄製造方法にて還元鉄を製造した実施例と、第２実施形態とは異なる方法で還元鉄を製造した比較例とをまとめたものである。
【００８１】
【表７】
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【００８２】
【表８】
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【００８３】
【表９】
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【００８４】
表７の実施例及び比較例は、被覆層の厚みを変化させた場合をまとめたものである。表８の実施例及び比較例は、組成関係ｆ及び冷却設備内の雰囲気温度（温度）Ｔｐを変化させた場合をまとめたものである。表９の実施例及び比較例は、保持時間ｔを変化させた場合をまとめたものである。
表７の比較例１、２、８〜１１、１７〜２０、２６〜２９、３５、３６では、被覆層１１の厚さが１．５ｍｍ未満、或いは、５．０ｍｍを超えた２重構造ペレットを鉄鉱石ペレットに積層したため、還元鉄を製造することができなかった（金属化率５％未満）。
【００８５】
また、表８の比較例３７〜４２、５９〜７０、８７〜９２では、雰囲気温度Ｔｐが１１００℃未満、或いは、１３００℃超であったため、還元鉄を製造することができなかった（金属化率５％未満）。表８の比較例４３，４６，４７，５０，５１，５４等は、ｆ＜−０．０００００１８９Ｔｐ２＋０．００３９９Ｔｐ−１．８９、或いは、ｆ＞０．２８であったため、還元鉄を製造することができなかった（金属化率５％未満）。表９の比較例９３，９５，９７，９９等は、保持時間Ｔが短く、Ｔ＜−０．０３９５・Ｔｐ＋０．５６・ｄｐ＋５１．０であったため、還元鉄を製造することができなかった（金属化率５％未満）。
【００８６】
一方、表７〜表９の実施例では、被覆層１１の厚さは１．５ｍｍ〜５．０ｍｍであった。それゆえ、図１３に示すように、還元鉄を製造することができた（金属化率５％以上）。また、実施例では、ｆ≧−０．０００００１８９Ｔｐ２＋０．００３９９Ｔｐ−１．８９、且つ、ｆ≦０．２８、温度Ｔｐは１１５０℃以上１３００℃以下、ｔ≧−０．０３９５・Ｔｐ＋０．５６・ｄｐ＋５１．０である。それゆえ、既存のアニュラクーラの排熱を利用して還元鉄を製造することができる（金属化率５％以上）。特に、製造した還元鉄は、金属化率が高いほど高炉に装入、もしくは混銑車に投入することで、還元に必要なエネルギーを低減することができる。還元エネルギーの低減効果は、以下のように試算できる。酸化鉄を金属鉄まで還元するためのエネルギーは、「２Ｆｅ(s)＋３／２  Ｏ２(g)＝Ｆｅ２Ｏ３(s)  ８２１．３ｋＪ／ｍｏｌ」により、Ｆｅの１ｍｏｌあたりで４１０．７ｋＪ／ｍｏｌ必要となる。一方で、金属化率５％まで予備還元を行うと、金属化していない残りの９５％部分もウスタイトまで還元が進む。そのため、必要な還元エネルギーは、「Ｆｅ(s)＋１／２Ｏ２(g)＝ＦｅＯ(s)  ２６４．４ｋＪ／ｍｏｌ」の９５％と考えることができるので、２６４．４  ×０．９５＝２５１．２ｋＪ／ｍｏｌとなる。即ち、アニュラクーラの排熱を利用することで、予備還元した鉄１ｍｏｌあたりに必要な還元エネルギーが（１−２５１．２／４１０．７）×１００＝３８．８％低減することができる。
【００８７】
なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する領域を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。
【符号の説明】
【００８８】
１  グレート炉
２  キルン炉
３  冷却設備
１０  炭材内装ペレット（核部、本体部）
１１  被覆層
１２  ２重構造ペレット
１５  反応試験装置（電気炉）
１６  反応管
１７  加熱部（ヒータ）
１８  熱電対
【図５】
2015193906.tif 000012
【図１０】
2015193906.tif 000013
【図１】
2015193906.tif 000014
【図２】
2015193906.tif 000015
【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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