JP6235439B2 - 粒状金属鉄の製造方法 - Google Patents
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Description
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、粒状金属鉄を製造する方法に関する。
鉄鉱石等の酸化鉄含有物質に含まれる酸化鉄を還元して粒状金属鉄を製造する方法として、直接製鉄法が注目されている。直接製鉄法は、入手が比較的容易な石炭を炭素質還元剤として用い、粒状金属鉄を製造するプロセスである。この粒状金属鉄製造プロセスは、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塊成物中の酸化鉄を還元し、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得るものである。粒状金属鉄製造プロセスは、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、還元時には鉄鉱石等の酸化鉄含有物質と炭材等の炭素質還元剤が近接配置されているため、酸化鉄を速やかに還元でき、更に還元して得られる粒状金属鉄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。上記粒状金属鉄製造プロセスで粒状金属鉄を製造する方法として、本発明者らは、特許文献１〜９の技術を先に提案している。
上述したように、塊成物を加熱して酸化鉄を還元すると金属鉄が生成し、スラグが副生する。副生するスラグ量が多くなると、金属鉄の凝集が阻害され、粒状金属鉄が微細化し、スラグと分離しにくくなる。その結果、粒状金属鉄の歩留まりが低下する。上記特許文献１〜９では、副生するスラグ量が少なかったため、こうした問題は生じなかったが、副生するスラグ量が多い場合においても粒状金属鉄の歩留まりを低下させないことが求められている。
ところで、粒状金属鉄製造プロセスで得られた粒状金属鉄のコストを削減するには、歩留まりの他、短時間で、生産性良く金属鉄を製造することが望まれる。金属鉄の生産性を向上させるには、例えば、上記塊成物に配合する炭素質還元剤の量を増加することが推奨される。炭素質還元剤の配合量を増加することによって、塊成物の外周部における金属鉄の浸炭および溶融が促進されるため、金属鉄が短時間で得られる。特に、スラグの混入量が少ない鉄源とするには、粒状金属鉄は、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。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、金属鉄の凝集が阻害され、粒状金属鉄が微粒化する。粒状金属鉄が微粒化すると、歩留まりが低下し、生産性が却って悪くなる。
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粒状金属鉄を製造するにあたり、副生するスラグ量が多い場合でも、粒状金属鉄を高歩留まりで、しかも短時間で製造でき、粒状金属鉄の生産性を向上できる技術を提供することにある。
上記課題を解決することのできた本発明に係る粒状金属鉄の製造方法とは、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、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、前記塊成物中の全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、全Ａｌ2Ｏ3量、および全Ｆｅ量が、下記式（１）〜（３）を満足する点に要旨を有する。
［（全ＣａＯ量＋全ＳｉＯ2量＋全Ａｌ2Ｏ3量）／全Ｆｅ量］≧０．２５０（質量比） ・・・（１）
（全ＣａＯ量／全ＳｉＯ2量）≧０．９（質量比） ・・・（２）
［全Ａｌ2Ｏ3量／（全ＣａＯ量＋全ＳｉＯ2量＋全Ａｌ2Ｏ3量）］×１００≧９．７（質量％） ・・・（３）
［（全ＣａＯ量＋全ＳｉＯ2量＋全Ａｌ2Ｏ3量）／全Ｆｅ量］≧０．２５０（質量比） ・・・（１）
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［全Ａｌ2Ｏ3量／（全ＣａＯ量＋全ＳｉＯ2量＋全Ａｌ2Ｏ3量）］×１００≧９．７（質量％） ・・・（３）
前記混合物には、Ａｌ2Ｏ3含有物質を配合することが好ましい。
本発明によれば、塊成物を加熱して粒状金属鉄を製造するにあたり、副生するスラグ量が多い場合でも、塊成物中の全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、全Ａｌ2Ｏ3量、および全Ｆｅ量が、所定の関係を満足するように成分調整しているため、高融点で、且つＦｅＯxとの反応性が乏しいダイカルシウムシリケート（Ｄｉｃａｌｃｉｕｍ Ｓｉｌｉｃａｔｅ；２ＣａＯ・ＳｉＯ2）の生成を抑制できる。その結果、酸化鉄を還元して生成した金属鉄同士の凝集が促進されるため、粒状金属鉄を高歩留まりで、しかも短時間で製造でき、粒状金属鉄の生産性を高めることができる。
本発明者らは、副生するスラグ量が多い場合でも粒状金属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、塊成物中の全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、全Ａｌ2Ｏ3量、および全Ｆｅ量が、所定の関係を満足すれば、粒状金属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。
即ち、塊成物中の酸化鉄の還元時に副生するスラグ量が増加すると、金属鉄の凝集が阻害され、歩留まりが低下していた。特に、塊成物中の全ＣａＯ量および全ＳｉＯ2量に基づいて算出される塩基度（全ＣａＯ量／全ＳｉＯ2量）が０．９以上になると、歩留まりの低下は顕著であった。そこで本発明者らが、歩留まりの低下原因について検討したところ、塊成物を加熱して粒状金属鉄を製造する際の昇温途中で、塊成物に含まれるＣａＯとＳｉＯ2が反応し、ダイカルシウムシリケートを生成していることが分かった。ダイカルシウムシリケートは融点が２１３０℃の高融点で、ＦｅＯxとの反応性が乏しい。そのためダイカルシウムシリケートが生成すると、スラグ全体の組成を不均一なものとし、その結果、スラグの溶融を遅らせることが分かった。スラグの溶融が遅れると、塊成物に含まれる酸化鉄が還元して得られた金属鉄同士の凝集が妨げられるため、粒状金属鉄が微粒化し、粒状金属鉄の歩留まりが低下し、生産性を高めることができない。
そこで本発明者らが、粒状金属鉄の生産性を高めるために更に検討したところ、塊成物に含まれる全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、および全Ａｌ2Ｏ3量を合計して算出されるスラグ量に対し、塊成物に含まれる全Ａｌ2Ｏ3量を所定量以上にすると、塊成物の加熱時にダイカルシウムシリケートの生成が抑制され、ＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系の溶融相が生成することが分かった。ダイカルシウムシリケートの生成が抑制されると、短時間でスラグ全体の組成の均一化が進み、溶融が速やかに進行する。スラグが速やかに溶融すると、塊成物の加熱時間を短縮できる。また、金属鉄は互いに速やかに凝集して粗大化するため、粒状金属鉄の歩留まりが向上し、生産性を高めることができる。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に係る粒状金属鉄の製造方法は、塊成物中の全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、全Ａｌ2Ｏ3量、および全Ｆｅ量が、下記式（１）、式（２）を満足することを前提としている。なお、「全」とは、塊成物に含まれる各原料中の各成分の合計を意味する。例えば、全Ａｌ2Ｏ3量とは、酸化鉄含有物質や炭素質還元剤などに含まれるＡｌ2Ｏ3量を個々に算出し、これらを合計した値を意味する。
［（全ＣａＯ量＋全ＳｉＯ2量＋全Ａｌ2Ｏ3量）／全Ｆｅ量］≧０．２５０（質量比） ・・・（１）
（全ＣａＯ量／全ＳｉＯ2量）≧０．９（質量比） ・・・（２）
［（全ＣａＯ量＋全ＳｉＯ2量＋全Ａｌ2Ｏ3量）／全Ｆｅ量］≧０．２５０（質量比） ・・・（１）
（全ＣａＯ量／全ＳｉＯ2量）≧０．９（質量比） ・・・（２）
［上記式（１）について］
上記式（１）において、全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、および全Ａｌ2Ｏ3量の合計は、スラグ量を意味しており、上記式（１）は、塊成物中のスラグ量と全Ｆｅ量の比を示している。上記式（１）を満足している場合は、塊成物中の全Ｆｅ量に対して、塊成物中のスラグ量が多いことを意味しており、このように塊成物中にスラグが多く存在した状態で、塊成物中の全Ａｌ2Ｏ3量とスラグ量が下記式（３）を満足することによって、ダイカルシウムシリケートの生成を抑制することによる粒状金属鉄の生産性向上効果が発揮される。本発明では、上記式（１）の左辺の値は０．２５０以上とし、好ましくは０．２８０以上、より好ましくは０．３００以上である。上記式（１）の左辺の値の上限は特に限定されないが、１．００を超えてスラグ量が過剰になると、金属鉄の凝集が著しく阻害され、粒状金属鉄の生産性を高めることができない。従って上記式（１）の左辺の値の上限は、例えば、１．００以下であることが好ましく、０．９０以下であることがより好ましく、更に好ましくは０．８０以下、特に好ましくは０．７０以下である。
上記式（１）において、全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、および全Ａｌ2Ｏ3量の合計は、スラグ量を意味しており、上記式（１）は、塊成物中のスラグ量と全Ｆｅ量の比を示している。上記式（１）を満足している場合は、塊成物中の全Ｆｅ量に対して、塊成物中のスラグ量が多いことを意味しており、このように塊成物中にスラグが多く存在した状態で、塊成物中の全Ａｌ2Ｏ3量とスラグ量が下記式（３）を満足することによって、ダイカルシウムシリケートの生成を抑制することによる粒状金属鉄の生産性向上効果が発揮される。本発明では、上記式（１）の左辺の値は０．２５０以上とし、好ましくは０．２８０以上、より好ましくは０．３００以上である。上記式（１）の左辺の値の上限は特に限定されないが、１．００を超えてスラグ量が過剰になると、金属鉄の凝集が著しく阻害され、粒状金属鉄の生産性を高めることができない。従って上記式（１）の左辺の値の上限は、例えば、１．００以下であることが好ましく、０．９０以下であることがより好ましく、更に好ましくは０．８０以下、特に好ましくは０．７０以下である。
［上記式（２）について］
上記式（２）の左辺は、塊成物中の全ＣａＯ量および全ＳｉＯ2量に基づいて算出される塩基度（全ＣａＯ量／全ＳｉＯ2量）を意味している。上記ダイカルシウムシリケートは、特に、塩基度が０．９以上の場合に生成しやすいため、こうした高塩基度の塊成物において、該塊成物中の全Ａｌ2Ｏ3量と、塊成物中のスラグ量が後述する式（３）を満足することにより、ダイカルシウムシリケートの生成を抑制することによる粒状金属鉄の生産性向上効果が発揮される。上記塩基度の下限値は、好ましくは１．０以上であり、より好ましくは１．１以上である。上記塩基度の上限は特に限定されないが、例えば２．０以下であることが好ましく、より好ましくは１．８以下、更に好ましくは１．５以下である。
上記式（２）の左辺は、塊成物中の全ＣａＯ量および全ＳｉＯ2量に基づいて算出される塩基度（全ＣａＯ量／全ＳｉＯ2量）を意味している。上記ダイカルシウムシリケートは、特に、塩基度が０．９以上の場合に生成しやすいため、こうした高塩基度の塊成物において、該塊成物中の全Ａｌ2Ｏ3量と、塊成物中のスラグ量が後述する式（３）を満足することにより、ダイカルシウムシリケートの生成を抑制することによる粒状金属鉄の生産性向上効果が発揮される。上記塩基度の下限値は、好ましくは１．０以上であり、より好ましくは１．１以上である。上記塩基度の上限は特に限定されないが、例えば２．０以下であることが好ましく、より好ましくは１．８以下、更に好ましくは１．５以下である。
本発明では、塊成物中の全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、全Ａｌ2Ｏ3量、および全Ｆｅ量が、上記式（１）、式（２）を満足したうえで、塊成物中の全Ａｌ2Ｏ3量と、塊成物中の全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、および全Ａｌ2Ｏ3量を合計して算出されるスラグ量が、下記式（３）を満足することが重要である。なお、以下では、下記式（３）の左辺の値をＺ値と呼ぶことがある。
［全Ａｌ2Ｏ3量／（全ＣａＯ量＋全ＳｉＯ2量＋全Ａｌ2Ｏ3量）］×１００≧９．７（質量％） ・・・（３）
［全Ａｌ2Ｏ3量／（全ＣａＯ量＋全ＳｉＯ2量＋全Ａｌ2Ｏ3量）］×１００≧９．７（質量％） ・・・（３）
上記Ｚ値が９．７を下回ると、Ａｌ2Ｏ3量が不足するため、ダイカルシウムシリケートの生成を抑制できない。その結果、粒状金属鉄の生産性を向上できない。従って本発明では、Ｚ値は９．７質量％以上とし、好ましくは１０．０質量％以上、更に好ましくは１１．０質量％以上とする。上記Ｚ値の上限は特に限定されないが、塊成物中の全Ａｌ2Ｏ3量が過剰になると、最終的にスラグが均一化したときのスラグの融点が高くなり、スラグが溶融せず、金属鉄の凝集が阻害されることがある。そのため粒状金属鉄の生産性を高められないことがある。従って上記Ｚ値は、６０．０質量％以下が好ましく、より好ましくは５０．０質量％以下、更に好ましくは４０．０質量％以下である。
上記式（１）〜（３）の左辺の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、上記式（３）の左辺の値は、上記混合物に、Ａｌ2Ｏ3含有物質を配合することによって調整してもよい。
上記Ａｌ2Ｏ3含有物質としては、例えば、水酸化アルミニウム、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、カオリナイト、カオリン、ムライトなどを配合できる。例えば、上記水酸化アルミニウムは、株式会社高純度化学研究所から入手できる。
上記塊成物に含まれる全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、および全Ａｌ2Ｏ3量は、例えば、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析法など公知の手段で定量できる。
上記塊成物に含まれる全Ｆｅ量は、例えば、二クロム酸カリウム滴定法など公知の手段で定量できる。
次に、本発明に係る粒状金属鉄の製造方法について説明する。
本発明に係る粒状金属鉄の製造方法は、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、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ものである。そして上述したように、塊成物中の全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、全Ａｌ2Ｏ3量、および全Ｆｅ量が、上記式（１）〜（３）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、該塊成物中の酸化鉄を還元し、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工程（以下、粒状化工程ということがある）について説明する。
［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。
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。
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。上記鉄鉱石としては、例えば、豪州産やインド産のヘマタイト鉱石を用いることができ、こうした産地のヘマタイト鉱石は、Ａｌ2Ｏ3の含有量が他の産地のヘマタイト鉱石に比べて多い。
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。
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。
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。
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例えば脈石などの成分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、固体の金属鉄として凝集する。
上記融点調整剤としては、例えば、ＣａＯ供給物質、ＭｇＯ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。
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。
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。
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。
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。
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、円筒形造粒機、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。
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。
［粒状化工程］
粒状化工程では、上記塊成化工程で得られた塊成物を加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元し、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。
粒状化工程では、上記塊成化工程で得られた塊成物を加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元し、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。
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。
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金属鉄を生成する。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。
上記塊成物は、１３００〜１５００℃で加熱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難い。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。
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。
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。
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。
［その他］
上記粒状化工程で得られた粒状金属鉄は、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され、篩や磁選機等を用いて選別して粒状金属鉄を回収すればよい。
上記粒状化工程で得られた粒状金属鉄は、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され、篩や磁選機等を用いて選別して粒状金属鉄を回収すればよい。
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。
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。
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、鉄鉱石中のＣａＯ量、ＳｉＯ2量、およびＡｌ2Ｏ3量の合計として算出したスラグ量を併せて示した。
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。また、下記表２には、石炭中のＡｌ2Ｏ3量と、石炭中のＣａＯ量、ＳｉＯ2量、およびＡｌ2Ｏ3量の合計として算出したスラグ量を併せて示した。
上記混合物に、添加物として、更に、融点調整剤、Ａｌ2Ｏ3含有物質、およびバインダーを配合した。
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。また、下記表３には、石灰石中のＣａＯ量、ＳｉＯ2量、およびＡｌ2Ｏ3量の合計として算出したスラグ量を併せて示した。
上記Ａｌ2Ｏ3含有物質としては、株式会社高純度化学研究所製の水酸化アルミニウム試薬を用いた。この試薬の成分組成を下記表３に示す。また、下記表３には、水酸化アルミニウム試薬中のＣａＯ量、ＳｉＯ2量、およびＡｌ2Ｏ3量の合計として算出したスラグ量を併せて示した。
上記バインダーとしては、小麦粉を用いた。
上記鉄鉱石、石炭、石灰石、水酸化アルミニウム試薬、およびバインダーを下記表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。
乾燥ペレット中の全Ａｌ2Ｏ3量、乾燥ペレット中のＣａＯ量、ＳｉＯ2量、およびＡｌ2Ｏ3量の合計として算出したスラグ量を下記表４に併せて示した。また、乾燥ペレット中の全Ｆｅ量を二クロム酸カリウム滴定法により測定し、結果を下記表４に併せて示した。
また、乾燥ペレット３０個の合計質量（ｇ）を測定し、結果を下記表４に併せて示した。
下記表４に示した、乾燥ペレット中のスラグ量と、乾燥ペレット中の全Ｆｅ量に基づいて、上記式（１）の左辺の値を算出した。その結果を下記表５に示す。
下記表１〜表３に示した鉄鉱石、石炭、石灰石、および水酸化アルミニウム試薬の成分組成と、下記表４に示した配合割合に基づいて算出した全ＣａＯ量と全ＳｉＯ2量に基づいて、上記式（２）の左辺の値を算出した。結果を下記表５に示す。
下記表４に示した、乾燥ペレット中の全Ａｌ2Ｏ3量と、乾燥ペレット中のスラグ量に基づいて、上記式（３）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。
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した。なお、加熱炉の炉床保護のために、乾燥ペレットの装入に先立ち、炉床に最大粒径が２ｍｍ以下の炭材（無煙炭）を敷いた。
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。
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。
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、主に粒状金属鉄であり、製品（鉄源）として用いることができる。
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
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
ここでＮｏ．１における歩留まりの結果を基準（１．００）とし、Ｎｏ．２の生産性比を次の手順で算出した。生産性比は、Ｎｏ．１における篩上の残留物に含まれる鉄量に対して、Ｎｏ．２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．２の生産性比は、次の式で算出できる。
Ｎｏ．２の生産性比＝Ｎｏ．２における篩上の残留物に含まれる鉄量（ｇ）／Ｎｏ．１における篩上の残留物に含まれる鉄量（ｇ）
Ｎｏ．２の生産性比＝Ｎｏ．２における篩上の残留物に含まれる鉄量（ｇ）／Ｎｏ．１における篩上の残留物に含まれる鉄量（ｇ）
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（ｇ）＝［乾燥ペレット３０個の合計質量（ｇ）×乾燥ペレットに含まれる全Ｆｅ量（質量％）／１００×粒状金属鉄の歩留まり（質量％）／１００／銑滓分離完了時間（秒）］
篩上の残留物に含まれる鉄量（ｇ）＝［乾燥ペレット３０個の合計質量（ｇ）×乾燥ペレットに含まれる全Ｆｅ量（質量％）／１００×粒状金属鉄の歩留まり（質量％）／１００／銑滓分離完了時間（秒）］
下記表５から次のように考察できる。
Ｎｏ．１は、本発明で規定する要件を満足しない例である。即ち、乾燥ペレット中の全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、全Ａｌ2Ｏ3量、および全Ｆｅ量が、特に上記式（３）を満足しないため、生産性を改善できなかった。
これに対しＮｏ．２は、本発明で規定している要件を満足する例である。即ち、乾燥ペレット中の全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、全Ａｌ2Ｏ3量、および全Ｆｅ量が、上記式（１）〜（３）を満足するため、生産性はＮｏ．１と比べて５％以上向上できた。
Claims (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１４５０〜１５００℃で加熱し、該塊成物中の酸化鉄を還元し、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、
前記混合物に、Ａｌ 2 Ｏ 3 含有物質を配合するとともに、
前記塊成物中の全ＣａＯ量、全ＳｉＯ2量、全Ａｌ2Ｏ3量、および全Ｆｅ量が、下記式（１）〜（３）を満足することを特徴とする粒状金属鉄の製造方法。
［（全ＣａＯ量＋全ＳｉＯ2量＋全Ａｌ2Ｏ3量）／全Ｆｅ量］≧０．２５０（質量比）
・・・（１）
（全ＣａＯ量／全ＳｉＯ2量）≧０．９（質量比） ・・・（２）
［全Ａｌ2Ｏ3量／（全ＣａＯ量＋全ＳｉＯ2量＋全Ａｌ2Ｏ3量）］×１００≧９．７（質量％） ・・・（３）
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