(57)【要約】【課題】酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤を含む塊成物を加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元し、更に加熱して還元鉄の一部を溶融し、還元鉄を凝集させて還元鉄含有焼結体とし、得られた還元鉄含有焼結体を粉砕し、還元鉄とスラグに分離して還元鉄を製造するにあたり、スラグ含有量の少ない還元鉄を製造できる方法を提供する。【解決手段】塊成物に含まれる全鉄量（Ｔ．Ｆｅ量）、ＣａＯ量、ＳｉＯ2量、Ａｌ2Ｏ3量、およびＭｇＯ量に基づいて下記式（１）で算出されるスラグ量（ｋｇ／ｔｏｎ）に基づいて、炭素質還元剤の配合量を調整する還元鉄の製造方法。スラグ量＝１０００×［（ＣａＯ）＋（ＳｉＯ2）＋（Ａｌ2Ｏ3）＋（ＭｇＯ）］／（Ｔ．Ｆｅ）  ・・・（１）【選択図】図２
2015101740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤を含む混合物を塊成化し、得られた塊成物を移動式炉床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、更に加熱して還元鉄の一部を溶融し、還元鉄を凝集させて還元鉄含有焼結体とし、得られた還元鉄含有焼結体を粉砕し、還元鉄とスラグに分離して還元鉄を製造するにあたり、
前記塊成物に含まれる全鉄量（Ｔ．Ｆｅ量）、ＣａＯ量、ＳｉＯ2量、Ａｌ2Ｏ3量、およびＭｇＯ量に基づいて下記式（１）で算出されるスラグ量（ｋｇ／ｔｏｎ）に基づいて、前記炭素質還元剤の配合量を調整することを特徴とする還元鉄の製造方法。
スラグ量＝１０００×［（ＣａＯ）＋（ＳｉＯ2）＋（Ａｌ2Ｏ3）＋（ＭｇＯ）］／（Ｔ．Ｆｅ）  ・・・（１）
［上記式（１）において、（  ）は、塊成物に含まれる各成分の量（質量％）を意味する。］
【請求項２】
前記塊成物の質量を１００％としたときに、該塊成物に含まれる酸化鉄含有物質中の酸素量を、該塊成物に含まれる固定炭素量で除した値（酸素量／固定炭素量）と、前記塊成物に含まれる前記スラグ量とが、下記式（２）の関係を満足するように、前記炭素質還元剤の配合量を調整し、且つ
前記塊成物を１３５０℃以上で加熱する請求項１に記載の製造方法。
−１．６６×スラグ量＋５０６．６×酸素量／固定炭素量＋１０８．９≧２００  ・・・（２）
【請求項３】
前記塊成物に含まれる前記スラグ量が４００ｋｇ／ｔｏｎ以上であり、
前記塊成物の質量を１００％としたときに、該塊成物に含まれる酸化鉄含有物質中の酸素量を、該塊成物に含まれる固定炭素量で除した値（酸素量／固定炭素量）が、１．６０〜２．００の範囲となるように、前記炭素質還元剤の配合量を調整し、且つ
前記塊成物を１３５０℃以上で加熱する請求項１または２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）、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）、および融点調整剤を含む塊成物を加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元して還元鉄（ＤＲＩとも呼ばれる。）を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
酸化鉄含有物質を原料として還元鉄を製造する製鉄プロセスとして、直接製鉄法が知られている。直接製鉄法としては、ＭＩＤＲＥＸ法が知られており、このＭＩＤＲＥＸ法では、酸化鉄を還元するための還元剤として天然ガスを多量に用いている。そのため、プラントの立地条件が天然ガスの生産地域に限定されるという問題があった。
【０００３】
そこで、還元剤として、天然ガスの代わりに、入手が比較的容易な石炭などの炭素質還元剤を用いる直接製鉄法が検討されている。この直接製鉄法は、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤を含む混合物を塊成化して得られる塊成物を、移動式炉床炉（例えば、回転炉床炉など）に装入し、炉に設けられた加熱バーナーによるガス伝熱や輻射熱によって塊成物を加熱し、該塊成物に含まれる酸化鉄を炭素質還元剤によって還元して還元鉄を製造する方法である。この直接製鉄法には、還元剤として入手が比較的容易な石炭などの炭素質還元剤を用いているほか、粉状の酸化鉄含有物質をそのまま利用できるという利点や、酸化鉄含有物質や炭素質還元剤が塊成物内で近接配置されるため、短時間で高速還元できるという利点や、製品として得られる還元鉄に含まれる炭素量を調整できるという利点がある。しかし、製品として得られる還元鉄には、原料として用いた酸化鉄含有物質や炭素質還元剤等に含まれる脈石（例えば、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯなど）がスラグとして混入するため、還元鉄の鉄品位は低くなる傾向がある。そのため、製品として得られた還元鉄を実用するにあたっては、還元鉄を、例えば、電気炉へ装入し、スラグを分離除去する必要がある。ところが、還元鉄に含まれるスラグ量が増加すると、精錬時の歩留まりを低下させるため、鉄品位が高く、スラグ含有量の少ない還元鉄を製造することが求められている。
【０００４】
還元鉄に含まれるスラグ量を低減する方法としては、原料として、鉄品位の高い酸化鉄含有物質を用いることが考えられる。しかし、利用可能な酸化鉄含有物質の選択幅は狭くなる。
【０００５】
こうした問題の解決策として、鉄品位の高い還元鉄を得るために、炭材内装酸化鉄塊成物を製造する方法が特許文献１に提案されている。この方法では、加熱還元により、還元鉄外皮（シェル部）を生成且つ成長させ、内部（コア部）では酸化鉄が実質的に存在しなくなるまで還元を進めると共に、内部に脈石からなる生成スラグおよび還元鉄を凝集させ、還元鉄とスラグとを溶融分離している（この方法は、ＩＴｍｋ３法と呼ばれることがある）。ところが、この方法を用いても原料として用いている鉄鉱石中の脈石が極端に多い場合は、還元鉄とスラグの溶融分離が困難となる。そのため、脈石を極端に多く含有する鉄鉱石は世界中に存在するものの、その利用技術として有効なものは現在あまり知られていない。
【０００６】
脈石を多く含有する鉄鉱石を用いて還元鉄を製造する方法としては、例えば、還元鉄とスラグとを完全に溶融分離させずに、還元鉄とスラグとが微細に入り混じった焼結体を形成し、この焼結体を還元鉄とスラグの硬度の差を利用して機械的に粉砕、分離することで、鉄純度が高い還元鉄を製造することが考えられる。例えば、特許文献２には、高温度雰囲気下で加熱還元処理して得られた還元鉄を粉砕処理し、次いで、所定の粒径を境に粒度選別し、所定の粒径以下の還元鉄粒子に対し、磁力による分離を行い、還元鉄を回収する技術が開示されている。
【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２００２−３６３６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献２に開示されている技術によれば、上記特許文献１に提案されているプロセスに比べて脈石を多く含有する鉄鉱石を利用でき、また、加熱温度を低く設定でき、更に、還元鉄を浸炭溶融させる必要がないため、用いる還元剤の量を低減できる。しかし、上記特許文献２に開示されている技術において、還元鉄外皮（シェル部）の内部（コア部）で還元鉄を成長させるには、脈石を早期にスラグとして溶融させ、還元鉄を移動しやすく、且つ凝集しやすくする必要がある。ところが、一般に、脈石を多く含有する鉄鉱石を用いると、還元鉄間の距離が大きくなるため、還元鉄同士は凝集しにくくなり、成長しにくくなる。還元鉄が凝集されない場合は、スラグとの分離性が悪くなる。
【０００９】
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、炭素質還元剤、および融点調整剤を含む塊成物を加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元し、更に加熱して還元鉄の一部を溶融し、還元鉄を凝集させて還元鉄含有焼結体とし、得られた還元鉄含有焼結体を粉砕し、還元鉄とスラグに分離して還元鉄を製造するにあたり、スラグ含有量の少ない還元鉄を製造できる方法を提供することにある。
【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、炭素質還元剤、および融点調整剤を含む混合物を塊成化し、得られた塊成物を移動式炉床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、更に加熱して還元鉄の一部を溶融し、還元鉄を凝集させて還元鉄含有焼結体とし、得られた還元鉄含有焼結体を粉砕し、還元鉄とスラグに分離して還元鉄を製造するにあたり、
前記塊成物に含まれる全鉄量（Ｔ．Ｆｅ量）、ＣａＯ量、ＳｉＯ2量、Ａｌ2Ｏ3量、およびＭｇＯ量に基づいて下記式（１）で算出されるスラグ量（ｋｇ／ｔｏｎ）に基づいて、前記炭素質還元剤の配合量を調整する点に要旨を有している。下記式（１）において、（  ）は、塊成物に含まれる各成分の量（質量％）を意味する。
スラグ量＝１０００×［（ＣａＯ）＋（ＳｉＯ2）＋（Ａｌ2Ｏ3）＋（ＭｇＯ）］／（Ｔ．Ｆｅ）  ・・・（１）
【００１１】
前記塊成物の質量を１００％としたときに、該塊成物に含まれる酸化鉄含有物質中の酸素量を、該塊成物に含まれる固定炭素量で除した値（酸素量／固定炭素量）と、前記塊成物に含まれる前記スラグ量とが、下記式（２）の関係を満足するように、前記炭素質還元剤の配合量を調整し、且つ前記塊成物を１３５０℃以上で加熱することが好ましい。
−１．６６×スラグ量＋５０６．６×酸素量／固定炭素量＋１０８．９≧２００  ・・・（２）
【００１２】
前記塊成物に含まれる前記スラグ量が４００ｋｇ／ｔｏｎ以上であり、前記塊成物の質量を１００％としたときに、該塊成物に含まれる酸化鉄含有物質中の酸素量を、該塊成物に含まれる固定炭素量で除した値（酸素量／固定炭素量）が、１．６０〜２．００の範囲となるように、前記炭素質還元剤の配合量を調整し、且つ前記塊成物を１３５０℃以上で加熱することも推奨される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、塊成物に含まれるスラグ量に基づいて、塊成物に配合する炭素質還元剤量を調整しており、具体的には、塊成物の質量を１００％としたとき、該塊成物に含まれる酸化鉄含有物質中の酸素量を、該塊成物に含まれる固定炭素量で除した値（酸素量／固定炭素量）と、該塊成物に含まれるスラグ量とが所定の関係を満足するように、塊成物に配合する炭素質還元剤量を調整しているため、スラグの溶融を促進でき、還元鉄の凝集および成長を加速できる。その結果、還元鉄とスラグとの分離性を向上できるため、スラグ含有量の少ない還元鉄を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施例で得られた還元鉄含有焼結体の断面を撮影した図面代用写真である。
【図２】図２は、式（２）の左辺の値と、コア部において生成した還元鉄の５０％体積粒径との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、コア部に生成した還元鉄の５０％体積粒径と、還元鉄に含まれるスラグ含有量（残存スラグ率）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】
【００１５】
本発明者らは、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤を含む塊成物を加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元し、更に加熱して還元鉄の一部を溶融し、還元鉄を凝集させて還元鉄含有焼結体とし、得られた還元鉄含有焼結体を粉砕し、還元鉄とスラグに分離して還元鉄を製造するにあたり、スラグ含有量の少ない還元鉄を製造することを目指して鋭意検討を重ねてきた。その結果、塊成物に含まれるスラグ量に基づいて、該塊成物に配合する炭素質還元剤量を調整すればよいこと、具体的には、塊成物の質量を１００％としたとき、該塊成物に含まれる酸化鉄含有物質中の酸素量を、該塊成物に含まれる固定炭素量で除した値（酸素量／固定炭素量）と、該塊成物に含まれるスラグ量とが所定の関係を満足するように、該塊成物に配合する炭素質還元剤量を調整すればよいことを見出し、本発明を完成した。
【００１６】
即ち、本発明では、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤を含む混合物を塊成化し、得られた塊成物を移動式炉床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、更に加熱して還元鉄の一部を溶融し、還元鉄を凝集させて還元鉄含有焼結体としている。この還元鉄含有焼結体は、還元鉄とスラグ等が一体になったものであり、外殻（シェル部）と、該外殻に内包された内部（コア部）で構成されており、シェル部とコア部の間には、空隙が存在している。
【００１７】
塊成物は外部からの伝熱により加熱されるため、塊成物の外側に存在している酸化鉄が優先的に還元される。その結果、塊成物の外側には、還元鉄で構成される外殻（シェル部）が形成される。一方、加熱が進むと、外殻を伝熱して塊成物の内部も加熱される。この外殻の内側においても酸化鉄の還元が進み、還元鉄とスラグが混在しているコア部を形成する。このように、還元鉄含有焼結体は、外殻（シェル部）と内部（コア部）で構成されており、外殻と内部は、還元鉄とスラグで構成されている。還元鉄とスラグには硬度差があるため、還元鉄含有焼結体を粉砕すると、還元鉄とスラグに比較的容易に分離可能となる。
【００１８】
ところが、塊成物の内部で生成するスラグ量が多くなると、還元鉄とスラグが分離し難くなることがあり、スラグ含有量の多い還元鉄しか得られないことがある。
【００１９】
そこで、本発明では、塊成物に含まれる全鉄量（Ｔ．Ｆｅ量）、ＣａＯ量、ＳｉＯ2量、Ａｌ2Ｏ3量、およびＭｇＯ量に基づいて下記式（１）で算出されるスラグ量（ｋｇ／ｔｏｎ）に基づいて、塊成物に配合する炭素質還元剤量を調整する。これにより、還元鉄含有焼結体のうち、特に、コア部に生成する還元鉄とスラグとを粉砕、分離するときの分離性を高めることができるため、スラグ含有量の少ない還元鉄を製造できる。下記式（１）において、（  ）は、塊成物に含まれる各成分の量（質量％）を意味する。
スラグ量＝１０００×［（ＣａＯ）＋（ＳｉＯ2）＋（Ａｌ2Ｏ3）＋（ＭｇＯ）］／（Ｔ．Ｆｅ）  ・・・（１）
【００２０】
上記式（１）は、塊成物に含まれる成分のうち、スラグとなり得るＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、およびＭｇＯの合計量（単位はｋｇ）と、製品となり得るＴ．Ｆｅ（単位はｔｏｎ）との関係を示しており、上記式（１）で表されるスラグ量が少ないほど、高品位な塊成物であることを示しており、スラグ量が多いほど、低品位な塊成物であることを意味している。
【００２１】
そして、上記スラグ量に基づいて、コア部に生成する還元鉄が成長するように、上記塊成物に配合する炭素質還元剤量を調整することによって、還元鉄とスラグとの分離性を高めることができる。つまり、上記スラグ量が多くなるほど、還元鉄間の距離が大きくなるため、還元鉄は成長しにくくなる。
【００２２】
そこで、本発明では、スラグを速やかに溶融させるために、塊成物に配合する炭素質還元剤量を調整する。
【００２３】
上記スラグ量に基づいて、上記塊成物に配合する炭素質還元剤量を調整した塊成物を用いて還元鉄を製造する具体的な方法としては、例えば、上記塊成物の質量を１００％としたときに、該塊成物に含まれる酸化鉄含有物質中の酸素量を、該塊成物に含まれる固定炭素量で除した値（酸素量／固定炭素量）と、該塊成物に含まれる上記スラグ量とが、下記式（２）の関係を満足するように、上記炭素質還元剤の配合量を調整し、且つ上記塊成物を１３５０℃以上で加熱する方法が挙げられる。
−１．６６×スラグ量＋５０６．６×酸素量／固定炭素量＋１０８．９≧２００  ・・・（２）
【００２４】
塊成物に含まれる酸化鉄含有物質中の酸素量は、次の手順で算出できる。
【００２５】
まず、塊成物中の全鉄（Ｔ．Ｆｅ）およびＦｅＯ量を化学分析によって求める。次に、Ｔ．Ｆｅのうち、ＦｅＯとして存在していないＦｅは、全てＦｅ2Ｏ3として存在していると仮定し、下記式（ｉ）により、塊成物に含まれるＦｅ2Ｏ3の質量（ＷFe2O3）を算出する。下記式（ｉ）において、Ｗxは成分Ｘの質量（質量％）、Ｍxは成分Ｘの分子量を夫々示しており、ＭFeはＦｅの分子量で５５．８５、ＭFeOはＦｅＯの分子量で７１．８５、ＭFe2O3はＦｅ2Ｏ3の分子量で１５９．７である。
【００２６】
【数１】
2015101740.tif 000003
【００２７】
次に、下記式（ｉｉ）に基づいて、Ｆｅ2Ｏ3に含まれる酸素量と、ＦｅＯに含まれる酸素量の合計として、塊成物に含まれる酸化鉄含有物質中の酸素量を算出する。式中、ＭFe2O3はＦｅ2Ｏ3の分子量で１５９．７、ＭOは酸素の分子量で１６である。
【００２８】
【数２】
2015101740.tif 000004
【００２９】
塊成物に含まれる酸化鉄含有物質中の酸素量を、該塊成物に含まれる固定炭素量で除した値（酸素量／固定炭素量）は、炭素質還元剤の配合量を決定するための指標となる。即ち、酸化鉄含有物質の代表である鉄鉱石に含まれる鉄分は、鉄鉱石中では、Ｆｅ2Ｏ3やＦｅ3Ｏ4などの酸化鉄（これらをまとめてＦｅＯxと表記する）として存在している。一方、炭素質還元剤としては、石炭を好適に用いることができ、この石炭に含まれる炭素は、加熱したときに揮発分として失われるものの他、加熱しても残るものがあり、この加熱後に残る炭素は、一般に、固定炭素と呼ばれている。揮発性の炭素は、酸化鉄の還元には殆ど寄与しないが、固定炭素は、酸化鉄の還元に寄与する。従って固定炭素の含有量が多い石炭ほど、石炭の品位が優れていることとなる。このため、塊成物に含まれる酸化鉄含有物質中の酸素量を、該塊成物に含まれる固定炭素量で除した値（酸素量／固定炭素量）は、還元すべき酸素量に対して、どれだけの固定炭素量が存在するかを示しており、この値が小さいほど、酸化鉄の還元に充分な固定炭素が存在していることを意味し、この値が大きいほど、酸化鉄に対して固定炭素が不足気味であることを意味している。
【００３０】
そして、上記式（２）は、本発明者らが種々実験を繰り返し行って導出したものであり、塊成物に含まれるスラグ量が多い場合、塊成物に配合する炭素質還元剤量を低減すればよいと考えられるという知見に基づいて導出したものである。式（２）を導出した過程について説明する。
【００３１】
まず、実験により求めたコア部に生成した還元鉄の５０％体積粒径を従属変数とし、酸素量／固定炭素量の値と、スラグ量を独立変数として重回帰を実施することにより、下記式（ｉｉｉ）を得た。
−１．６６×スラグ量＋５０６．６×酸素量／固定炭素量＋１０８．９  ・・（ｉｉｉ）
【００３２】
還元鉄の５０％体積粒径とは、コア部に生成している還元鉄の粒径を表す指標として用いている。これは、還元鉄含有焼結体の断面を観察したときに、コア部における任意の領域において、還元鉄を、粒径が小さいものから順に並べ、その還元鉄の体積を累積したときに、領域内に観察される全還元鉄の体積に対して５０％となるときの粒径を意味している。還元鉄の５０％体積粒径の算出手順は、実施例の項で説明する。
【００３３】
上記式（ｉｉｉ）は、酸素量／固定炭素量の値と、スラグ量とから、コア部に生成した還元鉄の５０％体積粒径を予測する式であり、式（ｉｉｉ）の値を横軸、コア部に生成した還元鉄の５０％体積粒径を縦軸にしてグラフを作成すると、後記する実施例で図２に示すように、良好な相関関係が認められる。なお、図２では、横軸を「式（２）の左辺の値」と表記しているが、式（２）の左辺と上記式（ｉｉｉ）は同一である。
【００３４】
ところで、本発明者らが事前に基礎実験を行ったところ、後述する実施例の項で実証するように、コア部に生成した還元鉄の５０％体積粒径を２００μｍ以上にすれば、還元鉄に含まれるスラグ含有量を１０質量％以下に低減できることが分かった。還元鉄に含まれるスラグ含有量を１０質量％以下とすることを基準としているのは、高炉等で鉄源として用いるときに要求される還元鉄に含まれるスラグ含有率は１０質量％以下であるからである。そして、コア部に生成した還元鉄の５０％体積粒径と、還元鉄に含まれるスラグ含有量（残存スラグ率）との関係を示す図３から明らかなように、コア部に生成した還元鉄の５０％体積粒径を２００μｍ以上とすれば、還元鉄に含まれるスラグ含有量を１０質量％以下に低減できることが分かる。
【００３５】
そこで、本発明では、コア部に生成した還元鉄の５０％体積粒径を２００μｍ以上とするための条件を求めるため、炭素質還元剤の配合量を適正化することが有効と考え、下記式（２）の不等式を導出した。
−１．６６×スラグ量＋５０６．６×酸素量／固定炭素量＋１０８．９≧２００  ・・・（２）
【００３６】
なお、上記塊成物に含まれるスラグ量は、４００ｋｇ／ｔｏｎ以上であってもよい。
【００３７】
上記スラグ量に基づいて、上記塊成物に配合する炭素質還元剤量を調整した塊成物を用いて還元鉄を製造する具体的な方法としては、例えば、上記塊成物に含まれる上記スラグ量が４００ｋｇ／ｔｏｎ以上であり、上記塊成物の質量を１００％としたときに、該塊成物に含まれる酸化鉄含有物質中の酸素量を、該塊成物に含まれる固定炭素量で除した値（酸素量／固定炭素量）が、１．６０〜２．００の範囲となるように、上記炭素質還元剤の配合量を調整し、且つ上記塊成物を１３５０℃以上で加熱する方法も挙げられる。
【００３８】
この方法では、上記塊成物に含まれる上記スラグ量は、４００ｋｇ／ｔｏｎ以上を対象としている。このようにスラグ量が多い条件で、還元鉄とスラグを含む還元鉄含有焼結体を製造すると、通常、還元鉄とスラグとの分離性が悪くなり、スラグ含有量の少ない還元鉄を製造することは困難である。しかし、本発明によれば、スラグ量が４００ｋｇ／ｔｏｎ以上であっても、上記酸素量／固定炭素量の値が上記範囲となるように上記炭素質還元剤の配合量を調整し、上記塊成物を１３５０℃以上で加熱すれば、スラグ含有量の少ない還元鉄を製造できる。
【００３９】
即ち、酸素量／固定炭素量の値が、１．６０以上となるように炭素質還元剤の配合量を調整すれば、コア部に生成する還元鉄の５０％体積粒径を２００μｍ以上とすることができるため、粉砕、分離したときの還元鉄とスラグの分離性が良好となる。その結果、スラグ含有量の少ない還元鉄を製造できる。酸素量／固定炭素量の値は、より好ましくは１．７０以上である。しかし、酸素量／固定炭素量の値が２．００を超えると、固定炭素量が不足し、酸素量が過剰になるため、酸化鉄の還元が進行せず、還元鉄の歩留まりが低下する。従って酸素量／固定炭素量の値は、２．００以下とすることが好ましく、より好ましくは１．９０以下である。
【００４０】
以上、本発明の特徴となる炭素質還元剤の配合量の調整について説明した。
【００４１】
次に、本発明に係る還元鉄の製造方法について説明する。
【００４２】
本発明に係る還元鉄の製造方法は、
酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整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、
得られた塊成物を移動式炉床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、更に加熱して還元鉄の一部を溶融する工程（以下、加熱工程ということがある）と、
還元鉄を凝集させて還元鉄含有焼結体とし、得られた還元鉄含有焼結体を粉砕し、還元鉄とスラグに分離する工程（以下、粉砕分離工程ということがある）を含むものであり、上述したように、上記塊成物に含まれるスラグ量に基づいて、炭素質還元剤の配合量を調整するところに特徴を有している。炭素質還元剤の配合量を調整する方法については上記で詳述したため、下記ではこれ以外の部分について説明する。
【００４３】
［塊成化工程］
塊成化工程では、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤を含む混合物を塊成化して塊成物を製造する。
【００４４】
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、製鉄廃棄物など酸化鉄源を用いることができる。
【００４５】
上記炭素質還元剤としては、炭素を含有する還元剤、例えば、石炭やコークスなどを用いることができる。
【００４６】
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、更に融点調整剤を配合する必要がある。
【００４７】
上記融点調整剤とは、酸化鉄源中の脈石や、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。それにより脈石の溶融が促進され、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る。溶融スラグ中で生成した還元鉄は、固体のまま還元された還元鉄と接触することにより、固体の還元鉄として凝集する。
【００４８】
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（ＣａＦ2）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。
【００４９】
上記混合物には、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤以外の成分として、バインダーなどを更に配合してもよい。上記バインダーとしては、例えば、多糖類など（例えば、コーンスターチや小麦粉等の澱粉など）を用いることができる。
【００５０】
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１０〜６０μｍ、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。
【００５１】
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ることができる。
【００５２】
上述した酸化鉄含有物質等は、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。回転容器形の混合機としては、例えば、回転円筒形、二重円錐形、Ｖ形などの混合機が挙げられるが、これらに限定されない。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）を設けた混合機が挙げられるが、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化し、塊成物を製造する。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。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。
【００５４】
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。
【００５５】
［加熱工程］
加熱工程では、上記塊成化工程で得られた塊成物を移動式炉床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、更に加熱して還元鉄の一部を溶融することによって還元鉄を製造する。
【００５６】
上記塊成物の加熱を行う移動式炉床炉とは、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。
【００５７】
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（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（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）に排出手段が設けられる。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。
【００５８】
本発明では、上記還元鉄は、その一部のみを溶融させており、全部は溶融させていない。還元鉄の全部を溶融させると、還元鉄とスラグの分離性が却って悪くなる。
【００５９】
上記塊成物は、１３５０℃以上で加熱して加熱還元することが好ましい。加熱温度が１３５０℃を下回ると、還元鉄やスラグが溶融しにくく、高い生産性が得られないことがある。従って加熱温度は、１３５０℃以上とすることが好ましく、より好ましくは１４００℃以上である。しかし、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。従って加熱温度は１５００℃以下とすることが好ましく、より好ましくは１４８０℃以下である。
【００６０】
上記移動式炉床炉に上記塊成物を装入するに先立ち、炉床保護のために床敷材を敷くことが望ましい。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（例えば、耐火セラミックス等）を用いることができる。
【００６１】
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３ｍｍ以下であることが好ましい。上記床敷材の粒径の下限については、バーナーの燃焼ガスによって吹き飛ばされないように０．５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００６２】
［粉砕分離工程］
粉砕分離工程では、上記加熱工程で得られた還元鉄を凝集させて還元鉄含有焼結体とし、得られた還元鉄含有焼結体を粉砕し、還元鉄とスラグに分離し、還元鉄を回収する。
【００６３】
上記還元鉄含有焼結体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、例えば、振動ミル、ロールクラッシャ、ディスクミル、ボールミル、ハンマーミル、ロッドミル、ローラーミルなどを用いて粉砕すればよい。これらのうち、振動ミル、ロールクラッシャ、ディスクミル、ボールミル、ハンマーミル、ロッドミルは、衝撃粉砕を行う装置であり、ローラーミルは、押し出し粉砕を行う装置である。なお、本発明では、衝撃粉砕を行う装置を用いてもよいし、押し出し粉砕を行う装置を用いてもよいが、高温で操業する場合には、衝撃粉砕を行う装置を用いることが好ましい。
【００６４】
粉砕して得られた粉砕物は、例えば、磁選機等を用いて磁着物と非磁着物に分離し、磁着物を還元鉄として回収すればよい。非磁着物は、還元鉄の生成時に副生するスラグや、床敷材である。
【００６５】
本発明によれば、還元鉄として、５０％体積粒径が２００μｍ以上のものを回収でき、この還元鉄に含まれる残存スラグ率は１０％以下（特に、５％以下）となる。
【００６６】
残存スラグ率とは、還元鉄に含まれるＳｉＯ2量およびＡｌ2Ｏ3量の割合を意味し、下記式（ｉｖ）で算出できる。
残存スラグ率（％）＝１００×［（ＳｉＯ2）＋（Ａｌ2Ｏ3）］／（Ｔ．Ｆｅ）  ・・・（ｉｖ）
【００６７】
上記式（ｉｖ）において、（  ）は、還元鉄に含まれる各成分の含有量（質量％）を意味している。Ｔ．Ｆｅは、全鉄を意味している。
【００６８】
なお、脈石としては、ＳｉＯ2およびＡｌ2Ｏ3以外に、ＣａＯおよびＭｇＯが含まれ、これらがスラグを形成するが、本発明では、還元鉄に残存するＳｉＯ2量およびＡｌ2Ｏ3量に基づいて、残存スラグ率を算出することとした。ＣａＯは、例えば、高炉や転炉で精錬剤として添加するＣａＯ源として利用できるため、有用成分と考えられるからであり、ＭｇＯは、含有量が少ないからである。
【００６９】
粉砕分離工程で回収した還元鉄は、例えば、高炉、転炉、電気炉などにおいて鉄源として用いることができる。
【００７０】
鉄源として用いるときの品位としては、高炉に用いる場合は、残存スラグ率は１０％以下であることが好ましく、転炉や電気炉で用いる場合は、残存スラグ率は５％以下であることが推奨される。
【００７１】
本発明で回収できる還元鉄は、その残存スラグ率が安定して１０％以下となるため、高炉において鉄源として用いることができる。
【００７２】
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】
【００７３】
酸化鉄含有物質、炭素質還元剤、および融点調整剤を含む混合物を塊成化し、塊成物を製造した。
【００７４】
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。表１において、Ｔ．Ｆｅは全鉄を意味している。
【００７５】
上記炭素質還元剤としては、下記表２に示す成分組成の炭材を用いた。表２において、ＶＭは揮発分を意味している。
【００７６】
上記融点調整剤としては、石灰石およびＡｌ2Ｏ3試薬（大平洋ランダム株式会社製の「白色電融アルミナ５０Ｒ」（商品名）、粒度：２００Ｍｅｓｈ（７５μｍ）アンダー、純度：９９．６％）を用いた。
【００７７】
上記酸化鉄含有物質（鉄鉱石）、炭素質還元剤（炭材）、および融点調整剤（石灰石、Ａｌ2Ｏ3試薬）に、更にバインダーを下記表３に示す割合で混合し、更に適量の水を配合した混合物を、タイヤ型造粒機を用いて平均直径が１９ｍｍの生ペレットに造粒した。上記バインダーとしては、小麦粉を用いた。
【００７８】
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、球状の乾燥ペレットを製造した。得られた乾燥ペレット（塊成物）の成分組成を下記表４に示す。表４において、Ｔ．Ｆｅは全鉄を意味している。
【００７９】
下記表４には、乾燥ペレットに含まれる全鉄量（Ｔ．Ｆｅ量）、ＣａＯ量、ＳｉＯ2量、Ａｌ2Ｏ3量、およびＭｇＯ量に基づいて、上記式（１）によりスラグ量（ｋｇ／ｔｏｎ）を算出した結果を示す。
【００８０】
また、下記表４には、乾燥ペレットに含まれる酸化鉄含有物質中の酸素量を、該乾燥ペレットに含まれる固定炭素量で除した値（酸素量／固定炭素量）を算出した結果も併せて示す。
【００８１】
ここで、下記表４に示したＮｏ．１を取り上げて酸素量／固定炭素量の値を算出する手順について説明する。
【００８２】
（酸素量）
下記表４から明らかなように、乾燥ペレットＮｏ．１に含まれるＴ．Ｆｅ（ＷT.Fe）は４８．２１質量％であり、このうち２１．２９質量％がＦｅＯ（ＷFeO）として存在している。Ｔ．Ｆｅのうち、ＦｅＯとして存在していないＦｅが全てＦｅ2Ｏ3であると仮定すると、乾燥ペレットＮｏ．１に含まれるＦｅ2Ｏ3の質量（ＷFe2O3）は、下記式（ｉ）から算出できる。下記式（ｉ）において、ＷXは、成分Ｘの質量（質量％）、ＭXは、成分Ｘの分子量を意味している。ＭFeはＦｅの分子量で５５．８５、ＭFeOはＦｅＯの分子量で７１．８５、ＭFe2O3はＦｅ2Ｏ3の分子量で１５９．７である。下記表４に、算出したＦｅ2Ｏ3の質量（ＷFe2O3）を示す。
【００８３】
【数３】
2015101740.tif 000005
【００８４】
乾燥ペレットＮｏ．１に含まれる酸化鉄中の酸素量は、下記式（ｉｉ）で示されるように、Ｆｅ2Ｏ3に含まれる酸素量と、ＦｅＯに含まれる酸素量との合計である。式中、ＭFe2O3はＦｅ2Ｏ3の分子量で１５９．７、ＭOは酸素の分子量で１６である。よって、乾燥ペレットＮｏ．１に含まれる酸化鉄中の酸素量は１８．３質量％である。このように算出した酸素量を下記表４に示す。
【００８５】
【数４】
2015101740.tif 000006
【００８６】
（固定炭素量）
下記表４に示されるように、乾燥ペレットＮｏ．１に含まれる固定炭素量は、１４．３５質量％である。よって、乾燥ペレットに含まれる酸化鉄中の酸素量を、該乾燥ペレットに含まれる固定炭素量で除した値（酸素量／固定炭素量）は、１．２８となる。
【００８７】
次に、下記表４に示したスラグ量と、酸素量／固定炭素量の値と、上記式（２）に基づいて、上記式（２）の左辺の値を算出した。結果を下記表４に併せて示す。
【００８８】
次に、得られた乾燥ペレットを加熱炉に装入して１３３０℃〜１４５０℃で加熱し、ペレット中の酸化鉄を還元すると共に、還元鉄の一部を溶融させて還元鉄含有焼結体を製造した。加熱炉としては、移動式炉床炉の代わりに、電気炉を用いた。加熱温度を下記表４に示す。
【００８９】
なお、乾燥ペレットの装入に先立ち、上記加熱炉の炉床上には、炉床保護のため、最大粒径が２ｍｍ以下の炭材（無煙炭）を敷いた。
【００９０】
加熱後、還元鉄含有焼結体を含む試料を炉内から排出した。
【００９１】
得られた還元鉄含有焼結体のコア部に生成した還元鉄の５０％体積粒径を次の手順で測定した。
【００９２】
即ち、得られた還元鉄含有焼結体を中心部に置き、上下方向に切断し、樹脂埋めして断面を光学顕微鏡で観察して２次元断面像を撮影した。光学顕微鏡での観察倍率は１００倍とした。撮影した写真の一例を図１に示す。図１は、表４に示したＮｏ．５を撮影したものである。
【００９３】
図１から明らかなように、撮影した写真を観察すると、還元鉄含有焼結体のシェル部とコア部は、目視により容易に判別できるため、コア部において生成した全ての還元鉄の面積Ａ（μｍ2）を測定した。還元鉄の面積Ａは、画像解析ソフト（Ｉｍａｇｅ  Ｊ）を用いて測定した。
【００９４】
還元鉄は、必ずしも真球ではないが、粒径ｄを求めるために、真球と仮定して下記式（ｖ）に基づいて、還元鉄の粒径ｄ（μｍ）を算出した。
ｄ＝２×（Ａ／π）1/2  ・・・（ｖ）
【００９５】
コア部において生成した還元鉄を、粒径ｄが小さい順に並べ、その還元鉄を真球と仮定して体積を算出し、累積体積を求めた。この累積体積が、コア部において生成した全還元鉄の体積に対して、５０％となったときの粒径ｄを５０％体積粒径として求めた。結果を下記表４に示す。
【００９６】
また、下記表４に示した式（２）の左辺の値と、コア部において生成した還元鉄の５０％体積粒径との関係を図２に示す。
【００９７】
本発明では、５０％体積粒径が２００μｍ以上の場合を合格と評価し、５０％体積粒径が２００μｍ未満の場合を不合格とし、下記表４に適否を記載した。
【００９８】
なお、５０％体積粒径が２００μｍ以上を合格としたのは、本発明者らが事前に行った基礎実験において、５０％体積粒径と、磁着物に含まれる残存スラグ率について、下記表５に示すデータが得られたからである。
【００９９】
即ち、加熱温度を１３３０〜１４５０℃として塊成物を加熱し、得られた還元鉄含有焼結体のコア部に生成した還元鉄の５０％体積粒径を、上記手順で測定した。一方、磁着物に含まれる残存スラグ率を、次の手順で算出した。即ち、得られた還元鉄含有焼結体を、ディスクミルで最大３分間粉砕した。得られた粉砕物を磁選機で磁選し、磁着物と非磁着物に分離した。得られた磁着物を化学分析し、磁着物に含まれる残存スラグ率を算出した。残存スラグ率は、磁着物に含まれる全鉄量（Ｔ．Ｆｅ）に対する、ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の合計量の割合とした。
残存スラグ率（％）＝１００×［（ＳｉＯ2）＋（Ａｌ2Ｏ3）］／（Ｔ．Ｆｅ）  ・・・（ｉｖ）
【０１００】
下記表５に示す５０％体積粒径を横軸とし、磁着物に含まれる残存スラグ率を縦軸としたグラフを図３に示す。
【０１０１】
下記表５および図３から、５０％体積粒径が２００μｍ以上であれば、残存スラグ率が１０％以下になることが分かった。
【０１０２】
以上の基礎実験の結果を踏まえて、下記表４および図２から次のように考察できる。
【０１０３】
Ｎｏ．１、２、５は、本発明で規定している要件を満足している例であり、乾燥ペレットに含まれる全鉄量（Ｔ．Ｆｅ量）、ＣａＯ量、ＳｉＯ2量、Ａｌ2Ｏ3量、およびＭｇＯ量に基づいて上記式（１）で算出されるスラグ量（ｋｇ／ｔｏｎ）に基づいて、炭素質還元剤の配合量を調整しているため、磁着物の５０％体積粒径は２００μｍ以上となっている。従って、粉砕および分離性は良好であると考えられる。
【０１０４】
これに対し、Ｎｏ．３、４は、本発明で規定している要件を満足していない例である。乾燥ペレットに含まれる全鉄量（Ｔ．Ｆｅ量）、ＣａＯ量、ＳｉＯ2量、Ａｌ2Ｏ3量、およびＭｇＯ量に基づいて上記式（１）で算出されるスラグ量（ｋｇ／ｔｏｎ）に基づいて、炭素質還元剤の配合量を調整しておらず、酸素量／固定炭素量の値と、スラグ量との値の関係が上記式（２）で規定する関係を満足していないため、磁着物の５０％体積粒径が２００μｍ未満になっている。従って、粉砕および分離性は悪いと考えられる。
【０１０５】
【表１】
2015101740.tif 000007
【０１０６】
【表２】
2015101740.tif 000008
【０１０７】
【表３】
2015101740.tif 000009
【０１０８】
【表４】
2015101740.tif 000010
【０１０９】
【表５】
2015101740.tif 000011
【図２】
2015101740.tif 000012
【図３】
2015101740.tif 000013
【図１】
2015101740.tif 000014