(57)【要約】【課題】製造される還元鉄に含まれる硫黄分を抑えながら被覆層に用いられる炭材の量を減らすことが可能な還元鉄の製造方法を提供する。【解決手段】還元鉄の製造方法は、複数の塊成物１のうちの一部の塊成物１を、炭材を含む被覆層２によって被覆する被覆工程と、前記被覆層２によって被覆された塊成物１と被覆層２によって被覆されていない塊成物１とを混在した状態で加熱炉３１で加熱する加熱工程と、を含むことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄および還元剤を含む複数の塊成物を加熱炉に装入して加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元および溶融することにより、還元鉄を製造する方法であって、
前記複数の塊成物のうちの一部の塊成物を、炭材を含む被覆層によって被覆する被覆工程と、
前記被覆層によって被覆された前記塊成物と前記被覆層によって被覆されていない前記塊成物とを混在した状態で前記加熱炉で加熱する加熱工程と、
を含むことを特徴とする、
還元鉄の製造方法。
【請求項２】
前記加熱工程では、前記加熱炉に装入される前記複数の塊成物に対する前記被覆層によって被覆された前記塊成物の混合率が３５％以上１００％未満になるように、前記被覆層によって被覆された前記塊成物と前記被覆層によって被覆されていない前記塊成物とを混在した状態で前記加熱炉で加熱する、
請求項１に記載の還元鉄の製造方法。
【請求項３】
前記混合率は６０％以上１００％未満である、
前記請求項２に記載の還元鉄の製造方法。
【請求項４】
前記混合率が７５％以下である、
前記請求項２または３に記載の還元鉄の製造方法。
【請求項５】
前記被覆層の平均層厚は、１．１〜１．９ｍｍの範囲内である、
前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の還元鉄の製造方法。
【請求項６】
前記炭材は、瀝青炭、亜瀝青炭および褐炭よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含む、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の還元鉄の製造方法。
【請求項７】
前記被覆工程の後で、かつ、前記加熱工程の前において、前記被覆層によって被覆された前記塊成物と前記被覆層によって被覆されていない前記塊成物とを、前記加熱炉の外部で混合することによって混在した状態にし、その後前記加熱炉へ装入する装入工程をさらに含む、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の還元鉄の製造方法。
【請求項８】
前記装入工程では、前記被覆層によって被覆された前記塊成物を前記加熱炉へ送る流れと前記被覆層によって被覆されていない前記塊成物を前記加熱炉へ送る流れとを、前記加熱炉の外部で合流させることにより前記混在した状態にする、
請求項７に記載の還元鉄の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元鉄の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸化鉄を還元して還元鉄を製造するための方法として、特許文献１に記載された粒状鉄の製造方法が知られている。
【０００３】
この製造方法では、酸化鉄および炭素質還元剤を含む塊成物を移動床式加熱炉に装入して加熱することによって、該塊成物中の酸化鉄の還元、溶融を行い、還元鉄からなる粒状鉄を製造する。
【０００４】
上記の製造方法では、製造される粒状鉄に含まれる硫黄分を低減するために、加熱炉に装入される塊成物の表面を流動性を有する炭材を含む被覆層によって被覆し、被覆層で覆われた塊成物を加熱炉で加熱する。
【０００５】
被覆層は、塊成物が加熱されている間に膨張変成し、花弁状に開いた殻状のコークスを形成する。殻状のコークスは塊成物を炉内の雰囲気ガスから保護する防風壁として作用するので、塊成物から生成された粒状鉄が雰囲気ガスによって再酸化されることを防ぐことができる。これにより、粒状鉄の生成時に副生するスラグ中の酸化鉄の量を抑制でき、それに伴って粒状鉄に含まれる硫黄量に対するスラグに含まれる硫黄量の割合（硫黄分配比）が増加することにより、スラグに硫黄分をより多く含有させることができる。その結果、粒状鉄に含まれる硫黄量を低減することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−６３７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の製造方法では、加熱炉に装入される全量の塊成物の表面を流動性を有する炭材を含む被覆層によって被覆するので、被覆層用の炭材を多く必要とする。そのため、還元鉄の製造コストの低減が難しいという問題がある。本発明者らの検証によると、上記の製造方法で粒状鉄を１トン製造する場合に、全量の塊成物を被覆するために必要な被覆層用の炭材は５００ｋｇ以上必要になることが明らかになっている。この点を鑑みれば粒状鉄に含まれる硫黄分を抑えながら被覆層に用いられる炭材の量を減らすことは喫緊の課題であるといえる。
【０００８】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、製造される還元鉄に含まれる硫黄分を抑えながら被覆層に用いられる炭材の量を減らすことが可能な還元鉄の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】
上記課題を解決するためのものとして、本発明の還元鉄の製造方法は、酸化鉄および還元剤を含む複数の塊成物を加熱炉に装入して加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元および溶融することにより、還元鉄を製造する方法であって、前記複数の塊成物のうちの一部の塊成物を、炭材を含む被覆層によって被覆する被覆工程と、前記被覆層によって被覆された前記塊成物と前記被覆層によって被覆されていない前記塊成物とを混在した状態で前記加熱炉で加熱する加熱工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明者は、被覆層に用いられる炭材の量を減らす方法として被覆層によって被覆された塊成物の個数を減らすことに着目し、当該被覆層によって被覆された塊成物と被覆されていない塊成物とを混在した状態で加熱炉で加熱しても、製造される還元鉄に含まれる硫黄分を抑えることが可能であることを実験により見出した。このように被覆層を有する塊成物の個数を減らしても硫黄分が抑制される理由について、本発明者は、加熱によって被覆層が膨張するなどの変成をして形成された殻状のコークスが、複数の破片（例えば花弁状に複数の破片がつながったもの）となって、被覆層によって被覆された塊成物だけでなく、その周囲にある被覆層によって被覆されていない塊成物も炉内の雰囲気ガスから保護し、これらの塊成物のための防風壁として作用するからと考える。すなわち、当該殻状のコークスが被覆層の有無に関わらずこれらの塊成物から得られた還元鉄を全て雰囲気ガスから保護して再酸化を防ぎ、硫黄濃度を抑えるからと考える。
【００１１】
発明者の上記の知見により本発明は新規に創作されたものである。すなわち、本発明の製造方法によれば、被覆層によって被覆された塊成物と被覆されていない塊成物とを混在した状態で加熱炉で加熱して還元鉄を製造することにより、被覆層の変成物である殻状のコークスが被覆層の内外で生成される全ての還元鉄を雰囲気ガスから保護して還元鉄に含まれる硫黄分を抑え、それとともに被覆層に用いられる炭材の量を全量の塊成物を被覆する場合と比較して減らすことが可能になる。
【００１２】
前記加熱工程では、前記加熱炉に装入される前記複数の塊成物に対する前記被覆層によって被覆された前記塊成物の混合率が３５％以上１００％未満になるように、前記被覆層によって被覆された前記塊成物と前記被覆層によって被覆されていない前記塊成物とを混在した状態で前記加熱炉で加熱するのが好ましい。
【００１３】
本発明者は、炭材を含む被覆層によって被覆された塊成物の混合率を３５％まで減らしても、製造される還元鉄に含まれる硫黄分を後工程（例えば電気炉による溶融など）において許容される程度（具体的には硫黄濃度０．１３％以下）で確実に抑えることが可能であることを実験により見出した。そこで、上記の製造方法によれば、上記の被覆層によって被覆された塊成物の混合率が３５％以上１００％未満になるように、被覆層によって被覆された塊成物と被覆されていない塊成物とを混在した状態で加熱炉に装入することにより、製造される還元鉄に含まれる硫黄分を確実に抑えながら被覆層に用いられる炭材の量を減らすことが可能になる。
【００１４】
前記混合率は６０％以上１００％未満であるのがより好ましい。この場合、全量の塊成物を被覆層によって被覆した場合における製造後の還元鉄に含まれる硫黄分とほぼ同じ程度まで下げることが可能であり、還元鉄の品質を向上することが可能である。
【００１５】
また、前記混合率が７５％以下であるのが好ましい。この場合、被覆層に含まれる炭材にかかるコストを抑えて上記製造方法の経済性を成り立たせることが可能である。
【００１６】
前記被覆層の平均層厚は、１．１〜１．９ｍｍの範囲内であるのが好ましく、１．５ｍｍ前後がより好ましい。
【００１７】
上記の範囲内の平均層厚であれば、防風壁として作用する殻状のコークスの厚さを十分確保でき、還元鉄を雰囲気ガスから保護して再酸化を防ぎ、硫黄濃度を確実に抑えることが可能である。しかも、被覆層に用いられる炭材の量を抑えることが可能である。
【００１８】
被覆層によって被覆された塊成物と被覆されていない塊成物の粒径は揃っている必要は無い。これは、被覆層によって被覆された塊成物と被覆されていない塊成物の粒径が揃っていなくとも、被覆層の変成物である殻状のコークスが被覆層の内外で生成される全ての還元鉄を雰囲気ガスから保護して還元鉄に含まれる硫黄分を抑えることができるからである。
【００１９】
前記炭材は、瀝青炭、亜瀝青炭および褐炭よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含むのが好ましい。
【００２０】
上記の瀝青炭等の材料を炭材として用いれば、加熱により被覆層が変成したときに殻状のコークスを確実に形成することが可能である。
【００２１】
前記被覆工程の後で、かつ、前記加熱工程の前において、前記被覆層によって被覆された前記塊成物と前記被覆層によって被覆されていない前記塊成物とを、前記加熱炉の外部で混合することによって混在した状態にし、その後前記加熱炉へ装入する装入工程をさらに含むのが好ましい。
【００２２】
加熱炉の外部で被覆層によって被覆された塊成物と被覆されていない塊成物とを加熱炉の外部で混合して混在した状態にしてから加熱炉へ装入するので、被覆層によって被覆された塊成物が加熱炉内部で偏った分布で配置されるおそれが低減するので、還元鉄に含まれる硫黄分を抑える効果を安定して得られる。
【００２３】
さらに、前記装入工程では、前記被覆層によって被覆された前記塊成物を前記加熱炉へ送る流れと前記被覆層によって被覆されていない前記塊成物を前記加熱炉へ送る流れとを、前記加熱炉の外部で合流させることにより前記混在した状態にするのがより好ましい。
【００２４】
この場合、上記の２種の塊成物を加熱炉へ送る流れを合流させて当該２種の塊成物の混在状態を連続的に作り出すことが可能であり、混在した２種の塊成物を加熱炉への連続的に装入することが可能になる。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明の還元鉄の製造方法によれば、製造される還元鉄に含まれる硫黄分を抑えながら被覆層に用いられる炭材の量を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】塊成物とそれを覆う被覆層とからなる被覆ボールが加熱炉内部で加熱されることにより、状態が変化する様子を示す断面説明図である。
【図２】本発明の還元鉄の製造方法を実施するための加熱炉の一例である回転炉床炉の形態を有する加熱炉の概略平面図である。
【図３】図１の加熱炉の内部構成を示すために加熱炉を回転方向Ｒに沿って切断した状態の断面図である。
【図４】本発明の還元鉄の製造方法を実施したときの試験結果として、被覆ボールの混合率と被覆層用炭材使用量との関係を示す直線Ｉ、および当該混合率と製品中の硫黄濃度との関係を示す曲線ＩＩ、ＩＩＩを表したグラフである。
【図５】（ａ）は本発明の製法の実施形態を説明するための説明図であって、被覆ボールと無被覆ボールとを混在させた状態で加熱したときに被覆ボールから生じる殻状コークスがその内外に生じる粒状鉄を雰囲気ガスから保護する様子を示す説明図、（ｂ）は本発明の比較例として、薄い被覆層で覆われた被覆ボールの一群を加熱したときの様子を示す説明図である。
【図６】本発明の還元鉄の製造方法を実施するための製造装置の一例として、被覆ボールと無被覆ボールとの混合および加熱炉への供給を連続的に行う構成を有する製造装置の構成図を概略的に示す図である。
【図７】本発明の還元鉄の製造方法による硫黄濃度低減効果を検証するための試験結果として、被覆ボールの混合率と被覆層の層厚とを変えた条件（１）〜（４）における被覆用炭材使用量および硫黄濃度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、上記の製造方法の実施形態について図面を参照してさらに詳細に説明する。図１〜３に示されるように、本実施形態の還元鉄の製造方法では、複数の被覆ボールＢ１と、複数の無被覆ボールＢ２とが混在した状態で、加熱炉３１の内部に装入される  。
【００２８】
被覆ボールＢ１は、図１（ａ）に示されるように、塊成物１と、その表面全体を被覆する被覆層２とによって構成されている。
【００２９】
塊成物１は、酸化鉄および還元剤を含む塊状（例えば、略球形形状）の物体である。上記酸化鉄としては、鉄鉱石、砂鉄、製鉄ダスト、非鉄精錬残渣、または製鉄廃棄物などの酸化鉄源が用いられる。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が用いられる。なお、塊成物１には、酸化鉄および還元剤以外の他の物質、例えば、スラグの融点などを調整するフラックスなどを含んでもよい。
【００３０】
被覆層２は、炭材を含んでいる。炭材は、特に限定されないが、加熱により膨張するなどの変成をして固化して殻状のコークスを形成する性質を有していることが好ましい。この性質を有する炭材は、例えば、３５０〜４００℃で熱軟化性の性質を有する炭材などが該当する。このような炭材は、ＩＳＯ  １０３２９（２００９年）で規定されている方法で炭材の軟化溶融点を測定した場合において軟化溶融点が３５０〜４００℃である性質を有する。
【００３１】
被覆層２に用いられる炭材は、瀝青炭、亜瀝青炭および褐炭よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含むのが好ましい。上記の瀝青炭等の材料を炭材として用いれば、加熱により被覆層２が膨張変成したときに後述の殻状のコークス５を確実に形成することが可能である。
【００３２】
また、被覆層２に用いられる炭材として、リサイクル炭、すなわち、一度炉内で使用した床敷材として用いられた炭材や加熱後回収した被覆炭などを利用することも可能である。
【００３３】
上記のように構成された被覆ボールＢ１は、加熱炉３１内部で加熱されると、図１（ｂ）に示されるように、塊成物１を被覆する被覆層２は、一旦流動化し、全体として膨張し、速やかに固体状の殻状のコークス５へ変成する。殻状のコークス５は、略球状の殻体が裂けたものであり、複数の破片（例えば花弁状に複数の破片がつながったもの）になっている。なお、複数の破片は、個々に分離して互いにつながっていなくてもよい。殻状のコークス５は加熱炉３１内部の輻射熱によって加熱され、当該殻状のコークス５の熱がその内部の塊成物１に伝達される。これにより、塊成物１において還元剤の作用により酸化鉄の還元が進み、還元鉄４が形成される。
【００３４】
還元鉄４への加熱がさらに進むと、図１（ｃ）および図３に示されるように、還元鉄４は溶融して、粒状鉄６とスラグ７に分離する。
【００３５】
一方、無被覆ボールＢ２は、塊成物１のみによって構成されている。無被覆ボールＢ２の場合、図３に示されるように塊成物１が加熱炉３１の内部の輻射熱を直接受けて加熱されることにより、上記の粒状鉄６とスラグ７とが形成される。
【００３６】
加熱炉３１は、これらの被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２を混在した状態で加熱できる構成であればよい。例えば、図２〜３に示される加熱炉３１は、これらのボールＢ１およびＢ２の連続的な装入および還元鉄の連続的な製造が可能な移動炉床式還元炉の構成を有する。
【００３７】
具体的には、図２〜３に示される加熱炉３１は、炉本体３２と、炉床部３３と、供給部３４と、取出し部３５と、加熱部４０とを備えている。本実施形態の加熱炉３１は、前記炉本体３２および前記炉床部３３がそれぞれ環状をなす回転炉床炉の形態を有している。
【００３８】
炉本体３２は、環状の処理空間３２ａを有する中空の耐火構造物である。
【００３９】
炉床部３３は、図３に示されるように、基礎部３３ａと、当該基礎部３３ａの上に設けられた環状の床板３３ｂと、基礎部３３ａを下方から支持する複数のローラ３３ｃと、ローラ３３ｃの少なくとも１つを回転駆動するモータなどの駆動部３３ｄとを有する。炉床部３３の基礎部３３ａおよび環状の床板３３ｂは、垂直軸回りに所定の回転方向Ｒ（例えば、図２では反時計方向）に回転できるように、炉本体３２の環状の処理空間３２ａの内部に収容されている。駆動部３３ｄは、ローラ３３ｃの少なくとも１つを回転駆動することにより、ローラ３３ｃに支持された基礎部３３ａおよび床板３３ｂを所定の回転方向Ｒへ回転させることが可能である。床板３３ｂの表面は、床敷材Ｃによって覆われている。
【００４０】
上記の炉本体３２は、炉床部３３の上に複数の被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２を還元して還元鉄である粒状鉄６を生成する還元ゾーンＺを形成する。炉本体３２の内部には、還元ゾーンＺの上流側および下流側の上部を仕切る仕切り壁４１が設けられている。図２〜３に示される還元ゾーンＺは、前記供給部３４から前記取出し部３５までの範囲である。
【００４１】
供給部３４は、炉床部３３の回転方向Ｒにおいて還元ゾーンＺの上流側端部に位置する機械室３７に配置されている。供給部３４は、被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２が混在した状態で当該被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２を炉床部３３の上面に供給する構成を有しており、具体的にはホッパなどによって構成される。ホッパは、炉本体３２の内外を貫通する貫通孔３９を通して、被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２を混在した状態で炉床部３３の上面へ垂直方向または斜め下方へ落下させることによって供給することが可能な構成を有する。
【００４２】
加熱部４０は、被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２を加熱して当該被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２に含まれる酸化鉄を還元することによって粒状鉄６およびスラグ７を生成する。加熱部４０としては、例えば還元ゾーンＺ内で天然ガスなどの燃料を燃焼するバーナなどが用いられる。バーナからなる加熱部４０は、炉本体３２の周壁または天板などに設けられ、還元ゾーンＺ内部の雰囲気の温度を上げるとともに、当該バーナから発生する輻射熱を被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２に与えるによって還元ゾーンＺ内の被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２を酸化鉄の還元反応が可能な温度（１２００〜１４５０℃（約１３５０℃）程度）まで加熱する。なお、加熱部４０は、被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２を還元反応可能な温度まで加熱できるものであれば限定できるものであればとくに限定しない。
【００４３】
取出し部３５は、炉床部３３の回転方向Ｒにおいて還元ゾーンＺの下流側端部に位置する機械室３６に配置されている。取出し部３５は、処理空間３２ａ内部で被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２に含まれる酸化鉄が還元されたことによって生成された粒状鉄６およびスラグ７を炉本体３２から取り出すことが可能な構成を有する。取出し部３５は、粒状鉄６およびスラグ７を炉本体３２から取り出すことが可能な構成であればいかなる形態でもよい。例えば、取出し部３５は、水平方向に延びる回転軸３５ａと、当該回転軸３５ａの周囲にらせん状に突出するスクリュー部３５ｂとを有してもよい。
【００４４】
バーナからなる加熱部４０から発生する燃焼ガスなどの雰囲気ガスＧ１は、酸化性を有する成分（二酸化炭素など）を含む。この雰囲気ガスＧ１は、還元ゾーンＺ内部を流れて当該ゾーンＺ内部を加熱し、被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２の還元反応時に副生する副生ガスＧ３と合流して排気ガスＧ２となる。排気ガスＧ２は、排気部３８によって炉本体３２の外部へ一括して排気される。
【００４５】
本実施形態の還元鉄の製造方法では、まず、加熱炉３１に装入される複数の塊成物１のうちの一部の塊成物１を、炭材を含む被覆層２によって被覆することにより、上記の被覆ボールＢ１を製造する（被覆工程）。具体的には、加熱炉３１に装入される前の塊成物１を被覆層２の材料となる炭材とともに造粒機に投入して撹拌することによって、塊成物１の表面全体が炭材を含む被覆層２によって被覆されることによって、被覆ボールＢ１が製造される。
【００４６】
ついで、被覆ボールＢ１と被覆層２によって被覆されていない塊成物１のみからなる無被覆ボールＢ２とを混在した状態で加熱炉１３で加熱する（加熱工程）。具体的には、ホッパからなる供給部３４が被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２を混在した状態で回転方向Ｒに回転移動する炉床部３３の上面へ連続的に供給し、炉床部３３が回転移動している間に還元ゾーンＺの内部で被覆ボールＢ１と無被覆ボールＢ２とを混在した状態で加熱する。
【００４７】
このように、被覆ボールＢ１と無被覆ボールＢ２とを混在した状態で加熱炉３１で加熱した場合、製造される還元鉄に含まれる硫黄分を抑えながら被覆層に用いられる炭材の量を減らすことが可能であることが、図４のグラフに示される本発明者による実験結果によって明らかになっている。
【００４８】
図４のグラフには、被覆ボールＢ１の混合率（％）と被覆層用炭材使用量（トン／製品トン）との関係を示す直線Ｉ、および当該混合率と製品中の硫黄濃度との関係を示す曲線ＩＩ、ＩＩＩを表したグラフが示されている（なお、ここでいう製品とは、製造後の粒状鉄６を意味する）。
【００４９】
上記の曲線ＩＩは実験用の加熱炉に装入される被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２の総数が２０個である場合の小規模試験の場合の混合率と硫黄濃度との関係を示し、曲線ＩＩＩは当該総数が３６００個である場合の大規模試験の場合の混合率と硫黄濃度との関係を示す。
【００５０】
ここで、混合率とは、加熱炉に装入される複数の塊成物に対する被覆層によって被覆された塊成物の混合率のことであって、具体的には、加熱炉３１に装入される複数の被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２の合計の個数に対する被覆ボールＢ１の個数の割合を意味する。
【００５１】
図４のグラフより明らかなように、被覆層用炭材使用量は、直線Ｉに示されるように、被覆ボールＢ１の混合率（すなわち、被覆ボールＢ１の個数）が減少するのに比例して減少する。一方、製品中の硫黄濃度は、曲線ＩＩ，ＩＩＩのいずれにも示されるように、被覆ボールＢ１の混合率が増加するにつれて製品中の硫黄濃度は低下する。したがって、被覆ボールＢ１と無被覆ボールＢ２とを混在した状態、すなわち、被覆ボールＢ１の混合率が０より大きく１００より小さい範囲では、製造される還元鉄に含まれる硫黄分を抑えながら被覆層に用いられる炭材の量を減らすことが可能であることが分かる。
【００５２】
このように被覆層２を有する塊成物１からなる被覆ボールＢ１の個数を減らしても粒状鉄６の硫黄分が抑制される理由は、以下のように考察される。すなわち、図５（ａ）に示されるように、加熱炉３１の内部で被覆ボールＢ１の被覆層２が膨張するなどの変成によって形成された殻状のコークス５は、複数の破片となって、被覆ボールＢ１の塊成物１からスラグ７とともに生成された粒状鉄６だけでなく、当該コークス５の周囲にある無被覆ボールＢ２の塊成物１も炉内の雰囲気ガスＧ１（とくに炉内下方のガス流れＧ１１）から保護し、これらのボールＢ１、Ｂ２の塊成物１のための防風壁として作用することが可能であると考えられる。言い換えれば、当該殻状のコークス５が被覆層２の有無に関わらずこれらのボールＢ１、Ｂ２の塊成物１から得られた還元鉄である粒状鉄６を全て雰囲気ガスＧ１から保護して再酸化を防ぐと考えられる。
【００５３】
このように粒状鉄６の再酸化を防ぐことにより、粒状鉄６の生成時に副生するスラグ７中の酸化鉄の量を抑制でき、それに伴って粒状鉄６に含まれる硫黄量に対するスラグ７に含まれる硫黄量の割合（硫黄分配比）が増加することにより、スラグ７に硫黄分をより多く含有させることができると考えられる。その結果、粒状鉄６に含まれる硫黄量を低減することが可能になると考えられる。
【００５４】
以上の点を総合すれば、本実施形態の製造方法によれば、被覆層２によって被覆された塊成物１からなる被覆ボールＢ１と被覆されていない塊成物１からなる無被覆ボールＢ２とを混在した状態で加熱炉３１で加熱して還元鉄からなる粒状鉄６を製造することにより、被覆層２の変成物である殻状のコークス５が被覆層２の内外で生成される全ての粒状鉄６を雰囲気ガスＧ１から保護して粒状鉄６に含まれる硫黄分を抑え、それとともに被覆層２に用いられる炭材の量を全量の塊成物を被覆する場合と比較して減らすことが可能になる。
【００５５】
上記の加熱工程では、上記の被覆ボールＢ１の混合率が３５％以上１００％未満になるように、被覆ボールＢ１と無被覆ボールＢ２とを混在した状態で加熱炉３１で加熱するのが好ましい。図４のグラフの曲線ＩＩ、ＩＩＩに示されるように、被覆ボールＢ１の混合率を３５％まで減らしても、製品である粒状鉄６に含まれる硫黄分を後工程（例えば電気炉による溶融など）において許容される製品中の硫黄濃度のターゲットＴＳ（具体的には硫黄濃度０．１３％以下）程度まで確実に抑えることが可能であることが分かる。この場合、製造される粒状鉄６に含まれる硫黄分を確実に抑えながら被覆層２に用いられる炭材の量を減らすことが可能になる。
【００５６】
上記の被覆ボールＢ１の混合率は６０％以上１００％未満であるのがより好ましい。この場合、図４のグラフの曲線ＩＩ、ＩＩＩに示されるように、混合率が６０％以上あれば、全量の塊成物１を被覆層２によって被覆した場合（すなわち混合率が１００％の場合）における粒状鉄６に含まれる硫黄分とほぼ同じ程度まで下げる（具体的には、硫黄濃度の増加分を０．０１％以内に抑える）ことが可能であり、製品である粒状鉄６の品質を向上することが可能である。
【００５７】
また、上記の被覆ボールＢ１の混合率が７５％以下であるのが好ましい。この場合、図４のグラフの直線Ｉに示されるように、被覆層用の炭材使用量のターゲットＴＣ１（０．４５トン／製品トン）以下まで下げることが可能である。このターゲットＴＣ１は当該炭材に使用される石炭の価格を考慮して設定されるものであるが、当該ターゲットＴＣ１以下まで被覆層２に含まれる炭材を低減するので、当該炭材にかかるコストを抑えて上記製造方法の経済性を成り立たせることが可能である。
【００５８】
以上のように、図４のグラフの結果より、被覆ボールＢ１の混合率は３５％以上７５％以下の範囲であれば、粒状鉄６に含まれる硫黄分を硫黄濃度に関する上記ターゲットＴＳ（硫黄濃度０．１３％以下）程度まで確実に抑えるとともに、被覆層用の炭材使用量をターゲットＴＣ１（０．４５トン／製品トン）以下まで下げて経済性を成り立たせることが可能になるので好ましい。なお、上記被覆ボールＢ１の混合率は３５％以上７５％以下の範囲のうち、設備構成（例えば構造の簡素化や混合率制御の容易性など）を考慮すれば、混合率は５０％が最も好ましい。
【００５９】
被覆層２の平均層厚は、１．１〜１．９ｍｍの範囲内であるのが好ましく、１．５ｍｍ前後がより好ましい。上記の範囲内の平均層厚であれば、図５（ａ）に示されるように、防風壁として作用する殻状のコークス５の厚さを十分確保できる。したがって、加熱炉３１内部では殻状のコークス５は加熱によって消耗されにくく、十分な高さＨ１が確保されるので、還元鉄である粒状鉄６を雰囲気ガスＧ１から保護して再酸化を防ぐことが可能であり、硫黄濃度を確実に抑えることが可能である。しかも、上記の範囲内であれば、被覆層に用いられる炭材の量を抑えることが可能である。
【００６０】
例えば、通常のドラム造粒機を用いて塊成物１の表面に被覆層２を形成する場合には、直径２１ｍｍ程度の略球状の塊成物１の表面には、通常レベルの層厚として１．５ｍｍ±０．８ｍｍ程度の層厚の被覆層２を形成することが可能である。この範囲の層厚の被覆層２が形成された場合、粒状鉄６を雰囲気ガスＧ１から保護するのに十分な高さＨ１の殻状のコークス５を形成することが可能である。
【００６１】
また、被覆された塊成物は粒状鉄６を雰囲気ガスＧ１から保護する役割を持っていることから、被覆層２によって被覆された塊成物１と被覆されていない塊成物１の粒径は揃っている必要は無いと言える。これは、被覆層２によって被覆された塊成物１と被覆されていない塊成物１の粒径が揃っていなくとも、被覆層２の変成物である殻状のコークスが被覆層２の内外で生成される全ての還元鉄を雰囲気ガスから保護して還元鉄に含まれる硫黄分を抑えることができるからである。
【００６２】
本実施形態の還元鉄の製造方法では、図２〜３の加熱炉３１の外部で被覆ボールＢ１と無被覆ボールＢ２とを混在させ、その後加熱炉３１に装入する装入工程を有していてもよい。すなわち、上記被覆工程の後で、かつ、上記加熱工程の前において、被覆層によって被覆された塊成物と被覆層によって被覆されていない塊成物とを、加熱炉の外部で混合して混在した状態にし、その後加熱炉へ装入する装入工程をさらに含んでもよい。この場合、加熱炉の外部で被覆層によって被覆された塊成物と被覆されていない塊成物とを加熱炉の外部で混合して混在した状態にしてから加熱炉へ装入するので、被覆層によって被覆された塊成物が加熱炉内部で偏った分布で配置されるおそれが低減するので、還元鉄に含まれる硫黄分を抑える効果を安定して得られる。
【００６３】
しかも、上記の装入工程では、被覆ボールＢ１を送る流れと無被覆ボールＢ２を送る流れとを合流することにより、これらボールＢ１、Ｂ２を混在させてもよい。すなわち、上記装入工程では、被覆層によって被覆された塊成物を加熱炉へ送る流れと被覆層によって被覆されていない塊成物を加熱炉へ送る流れとを、加熱炉の外部で合流させることにより混在した状態にするのがより好ましい。この場合、上記の２種の塊成物を加熱炉へ送る流れを合流させて当該２種の塊成物の混在状態を連続的に作り出すことが可能であり、混在した２種の塊成物を加熱炉へ連続的に装入することが可能になる。
【００６４】
上記の被覆工程、装入工程、および加熱工程を連続的に実行することが可能な還元鉄の製造装置５１は、例えば、図６に示される構成を有する。すなわち、この製造装置５１は、複数（例えば４個）の造粒部５２と、被覆部５３と、合流部５４と、首振りコンベア５５と、乾燥部５６と、上記の加熱炉３１とを備える。
【００６５】
造粒部５２は、酸化鉄および還元剤を混合して略球状の塊成物１に造粒する構成を有している。造粒部５２としては、例えば、ドラム式造粒機などが用いられる。
【００６６】
被覆部５３は、被覆工程を行うものであり、塊成物１の表面を炭材を含む被覆層２によって被覆して被覆ボールＢ１を形成する構成を有している。被覆部５３としては、例えば、上記のドラム式造粒機などが用いられる。被覆部５３は、上記複数の造粒部５２のうちの一部の造粒部５２の下流側に配置されている。例えば、被覆ボールＢ１の混合率が５０％である場合には、複数の造粒部５２のうちの半数の下流側に被覆部５３が配置されればよい。
【００６７】
合流部５４は、被覆部５３から出た被覆ボールＢ１の流れと造粒部５２から直接送られてきた塊成物１のみからなる無被覆ボールＢ２の流れとを合流することが可能な構成を有する。
【００６８】
首振りコンベア５５は、合流部５４を回転中心として水平方向へ揺動しながら被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２を乾燥部５６へ送る構成を有する。
【００６９】
乾燥部５６は、首振りコンベア５５から送られた被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２を乾燥する。
【００７０】
この製造装置５１では、複数の造粒部５２において上記の塊成物１が造粒される。ついで、複数の造粒部５２うちの一部の造粒部５２によって造粒された塊成物１は、被覆部５３に送られて被覆層２を被覆されて被覆ボールＢ１となって合流部５４へ送られる。すなわち、被覆部５３において、上記の被覆工程が行われる。残りの造粒部５２によって造粒された塊成物１は、無被覆ボールＢ２としてそのまま合流部５４に送られる。当該複数の造粒部５２の一部の下流側において被覆部５３が塊成物１を被覆層２によって被覆することにより被覆ボールＢ１を形成して合流部５４へ送る。合流部５４において被覆ボールＢ１の流れと無被覆ボールＢ２の流れとが合流することにより、被覆ボールＢ１と無被覆ボールＢ２とが混在した状態になって首振りコンベア５５に送られる。首振りコンベア５５は、水平方向へ揺動しながら混在した被覆ボールＢ１と無被覆ボールＢ２を乾燥部５６の内部へ分散して排出する。乾燥部５６は、被覆ボールＢ１と無被覆ボールＢ２を乾燥して下流側の加熱炉３１の上記のホッパからなる供給部３４へ排出する。供給部３４は、混在した被覆ボールＢ１と無被覆ボールＢ２を加熱炉３１の炉内へ装入する。すなわち、上記の合流部５４から加熱炉３１までの一連の流れによって、混在した被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２２を加熱炉３１へ連続的に装入する装入工程が行われる。加熱炉３１では、被覆ボールＢ１と無被覆ボールＢ２とが混在した状態で加熱され、上記の加熱工程が行われる。
【００７１】
なお、本発明の装入工程は、上記被覆工程の後で、かつ、上記加熱工程の前において、被覆層によって被覆された塊成物と被覆層によって被覆されていない塊成物とを、加熱炉の外部で混合して混在した状態にし、その後加熱炉へ装入することが可能であればよい。したがって、上記図６に示される製造装置５１のように、被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２を加熱炉３１へ送る流れを合流部５４で合流させてこれらのボールＢ１、Ｂ２を混在させるだけでなく、加熱炉３１の外部においてこれらのボールＢ１、Ｂ２をミキサなどの撹拌によって混在させ、その後これらのボールＢ１、Ｂ２を加熱炉３１に装入してもよい。
【００７２】
なお、図２〜３に示される加熱炉３１では、ホッパからなる供給部３４が被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２を混在した状態で炉床部３３の上面に供給しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の供給方法として、複数の供給部が被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２をそれぞれ個別に炉床部３３の上面にランダムまたは千鳥状に供給することによって、これら被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２が混在した状態で炉床部３３の上面に配置されるようにしてもよい。
【００７３】
本発明者らの実験によれば、被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２を５０％ずつ混在した状態で炉床部３３の上面に供給する場合には、炉床部３３の上面に千鳥状にきれいに並べなくても、ボールＢ１、Ｂ２をバケツなどで混ぜてからある程度乱雑な配置および分布で供給しても、被覆ボールが１００％の場合と同じ程度まで粒状鉄６に含まれる硫黄分が下がることが検証されている。この検証結果から、粒状鉄６に含まれる硫黄分を低減させる要因として、被覆ボールＢ１および無被覆ボールＢ２の混合割合の方が、これらの混在状態における配置や分布よりも重要であることが分かる。つまり、混在状態における配置や分布によって、あまり制約を受けない。
【００７４】
本発明の製造方法に用いられる加熱炉は、被覆層によって被覆された塊成物と被覆層によって被覆されていない塊成物とを混在した状態で加熱できればよく、上記実施形態のように移動炉床式還元炉の構成を有する加熱炉３１に限定されるものではなく、種々の形態の加熱炉を採用すること可能である。例えば、加熱炉は、被覆層によって被覆された塊成物と被覆層によって被覆されていない塊成物とを混在した状態で載置可能な広さを有する炉床がチャンバ内部に固定された構造を有するバッチ式の加熱炉であってもよい。
【００７５】
つぎに、本発明の還元鉄の製造方法による硫黄濃度低減効果を検証した結果について説明する。
【００７６】
本発明者は、被覆層に用いられる炭材の量を減らす方法として被覆層によって被覆された塊成物の個数を減らすことに着目し、当該被覆層によって被覆された塊成物と被覆されていない塊成物とを混在した状態で加熱炉で加熱しても、製造される還元鉄に含まれる硫黄分を抑えることが可能であることを上記の図４のグラフに示されるように実験により見出した。
【００７７】
ここで、被覆層に用いられる炭材の量を減らす他の方法として、被覆層の層厚を減らして炭材の量を減らすことも考えられる。
【００７８】
そこで、本発明者は、本発明の製法における被覆された塊成物の個数を減らす場合と、比較例としての被覆層の層厚を減らす場合とについて比較実験を行い、還元鉄に含まれる硫黄濃度をそれぞれ調べた。
【００７９】
比較実験は、表１に示されるように、被覆ボールＢ１の混合率および被覆層２の層厚を変えた条件（１）〜（４）について調べた。
【００８０】
【表１】
2017222916.tif 000003
【００８１】
条件（１）は、本発明の比較例として、無被覆ボールＢ２が１００％（すなわち、被覆ボールＢ１の混合率が０％）の場合である。無被覆ボールＢ２は、直径２４ｍｍ程度の略球形の塊成物１からなる。
【００８２】
条件（２）は、本発明の比較例として、被覆ボールＢ１が１００％（すなわち、混合率が１００％）の場合において、被覆層の平均層厚が通常レベルの１．５ｍｍ±０．８ｍｍの場合である。被覆ボールＢ１は、直径２１ｍｍ程度の略球形の塊成物１の表面に上記の層厚の被覆層２が形成されることによって形成される。
【００８３】
条件（３）は、本発明の実施例として、上記の被覆ボールＢ１が５０％、上記の無被覆ボールＢ２が５０％の割合で混在した状態（すなわち、混合率が５０％）の場合において、被覆層２の平均層厚が通常レベルの１．５ｍｍ±０．８ｍｍの場合である。
【００８４】
条件（４）は、本発明の比較例として、被覆層の層厚を薄くした場合、すなわち、被覆ボールＢ１が１００％（すなわち、混合率が１００％）の場合において、被覆層の平均層厚が１．０ｍｍ±０．８ｍｍの場合である。
【００８５】
上記の条件（１）〜（４）についてそれぞれ、製品である粒状鉄６に含まれる硫黄濃度（％）、および被覆層用炭材使用量（トン／製品トン）を調べた結果を図７のグラフに示す。
【００８６】
図７のグラフの結果から明らかなように、本発明の実施例である被覆ボールＢ１と無被覆ボールＢ２とを５０％ずつ混在させた条件（３）では、条件（２）の場合（すなわち、通常レベルの層厚の被覆層を有する被覆ボールＢ１が１００％の場合）と比較して炭材使用量は０．５８トン／製品トンから０．２９トン／製品トンまで減らし、かつ、粒状鉄６中の硫黄濃度がターゲットの硫黄濃度ＴＳよりも大きく下回る０．１０２％になる。これは、条件（２）の場合の硫黄濃度（０．０９６％）に近い値である。
【００８７】
一方、本発明の比較例である被覆ボールＢ１の被覆層の層厚を小さくした条件（４）（すなわち、薄い層厚の被覆層を有する被覆ボールＢ１が１００％の場合）では、上記の条件（２）の場合と比較して炭材使用量は０．５８トン／製品トンから０．３９トン／製品トンまで減らすことができるが、粒状鉄６中の硫黄濃度がターゲットの硫黄濃度ＴＳと同程度の０．１３％までしか低減せず、上記の条件（３）と比較して硫黄濃度が十分下がっていないことがわかる。
【００８８】
このように被覆ボールＢ１の被覆層の層厚を小さくした条件（４）の場合、図５（ｂ）に示されるように、被覆層２が加熱変成することにより形成された殻状のコークス５の層厚も薄くなるので、加熱炉３１内部で消耗する速度が速く、当該コークス５の高さＨ２が本発明の実施例に対応する上記条件（３）の場合のコークス５の高さＨ１（図５（ａ）参照）よりも低くなる。
【００８９】
したがって、この条件（４）の場合、図５（ｂ）に示されるように、殻状のコークス５の高さＨ２が低いので、当該コークス５によって粒状鉄６を酸化性の雰囲気ガスＧ１（とくに炉内下方のガス流れＧ１１）から防護する効果が低減し、粒状鉄６が酸化されやすくなり、それに伴って粒状鉄６に含まれる硫黄濃度が増えると考えられる。
【００９０】
上記の実験結果を考慮すれば、本発明の製法における被覆された塊成物の個数を減らす場合（条件（３））であれば、比較例としての被覆層の層厚を減らす場合（条件（４））と比較して確実に還元鉄中の硫黄濃度を低減できることがわかる。
【００９１】
また、上記の被覆層の層厚を減らす場合（条件（４））、塊成物１の表面に薄い被覆層２を形成する必要がある。しかし、既存のドラム造粒機などを用いて被覆層２の形成を行うと塊成物１ごとの層厚のばらつきが大きいので、薄い被覆層を安定して形成することは技術上難しいという問題がある。この点を考慮しても、上記のように本発明の製法における被覆された塊成物の個数を減らす場合（条件（３））であれば、被覆された塊成物の個数を減らすだけで還元鉄中の硫黄濃度を抑えながら炭材量を容易に減らすことが可能であるといえる。
【符号の説明】
【００９２】
１  塊成物
２  被覆層
５  殻状のコークス
６  粒状鉄
７  スラグ
３１  加熱炉
Ｂ１  被覆ボール
Ｂ２  無被覆ボール
【図１】
2017222916.tif 000004
【図２】
2017222916.tif 000005
【図３】
2017222916.tif 000006
【図４】
2017222916.tif 000007
【図５】
2017222916.tif 000008
【図６】
2017222916.tif 000009
【図７】
2017222916.tif 000010