JPH11241111A - 金属鉄の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭素質還元剤と酸化鉄を含む成形体を加熱還
元して金属鉄を製造する際に、炭素質還元剤の消費量と
加熱還元に要する熱エネルギーを必要最小限に抑え、酸
化鉄の還元を実用規模でより低コストで効率よく遂行す
ることのできる方法を確立すること。 【解決手段】 炭素質還元剤と酸化鉄を含む成形体を加
熱還元して金属鉄を製造する方法において、前記成形体
中の有効炭素量を、該成形体中の酸化鉄を還元するのに
必要な化学量論量Ｃ_A に対し、Ｃ_A 〜｛Ｃ_A ＋［（０．
０４３）／（１−０．０４３）］×Ｔ．Ｆｅ｝［式中、
Ｔ．Ｆｅは酸化鉄中の全Ｆｅ含有率（重量％）を表わ
す］の範囲に調整すると共に、加熱還元温度を、前記化
学量論量を超える有効炭素が全量金属鉄に固溶したと仮
定した時のＦｅ−Ｃ系状態図における液相線温度Ｔ_A 〜
（Ｔ_A ＋５０）℃の温度範囲、もしくは１３５０〜１４
００℃の温度範囲のうち、高い方の温度範囲内に制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鉱石等の酸化鉄
を炭材等の炭素質還元剤と共に加熱還元して金属鉄を得
る技術の改良に関し、特に、鉄鉱石等の酸化鉄を炭材な
どの炭素質還元剤と共に加熱して還元し金属鉄を得る際
に、必要最小限の炭素質還元剤で酸化鉄を金属鉄にまで
効率よく還元すると共に、鉄鉱石などの酸化鉄源中に脈
石成分等として混入してくるスラグ成分をうまく溶融分
離し、高純度の金属鉄を効率よく製造することのできる
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄鉱石や酸化鉄ペレット等の酸化鉄を炭
材等の炭素質還元剤や還元性ガスにより直接還元して還
元鉄を得る直接製鉄法としては、従来よりミドレックス
法に代表されるシャフト炉法が知られている。この種の
直接製鉄法は、天然ガス等から製造される還元ガスをシ
ャフト炉下部の羽口より吹き込み、その還元力を利用し
酸化鉄を還元して還元鉄を得る方法である。また最近で
は、天然ガスに代わる還元剤として石炭等の炭材を使用
する還元鉄製造プロセスが注目されており、具体的に
は、鉄鉱石等の焼成ペレットを石炭粉と共にロータリー
キルンで加熱還元する、所謂ＳＬ／ＲＮ法がすでに実用
化されている。

【０００３】また他の還元鉄製造法として米国特許第
３，４４３，９３１号公報には、炭材と粉状酸化鉄を混
合して塊状化し、ロータリーハース上で加熱還元して還
元鉄を製造するプロセスが開示されている。このプロセ
スは、粉鉱石と粉炭を混合して塊状化し、これを高温雰
囲気下で加熱還元するものである。

【０００４】これらの方法で製造された還元鉄は、その
まま或はブリケット状等に成形してから電気炉へ装入
し、鉄源として用いられる。近年、鉄スクラップのリサ
イクルが活発化するにつれて、上記方法によって得られ
る還元鉄はスクラップ中に混入してくる不純物元素の希
釈材として注目されている。

【０００５】ところが従来の還元製鉄法によって得られ
る還元鉄には、原料として用いた酸化鉄（鉄鉱石など）
や炭材（石炭など）に含まれるＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、
ＣａＯ等のスラグ成分がそのまま混入してくるため、製
品の鉄品位（金属鉄としての純度）は低くなる。実用に
当たっては、次の精錬工程でこれらのスラグ成分は分離
除去されるが、スラグ量の増加は精錬溶湯の歩留りを低
下させるばかりでなく電気炉の操業コストにも大きな影
響を及ぼすので、鉄品位が高くスラグ成分含有量の少な
い還元鉄が求められているが、前述の如き従来の還元鉄
の製法でこうした要求に応えるには、還元鉄製造原料と
して鉄品位の高い鉄鉱石を使用しなければならず、実用
可能な製鉄原料の選択の幅を大幅に狭めることになる。

【０００６】他方、酸化鉄を直接還元して還元鉄を得る
方法としてＤＩＯＳ法等の溶融還元法も知られている。
この方法は、酸化鉄を予め鉄純度で３０〜５０％程度に
まで予備還元しておき、その後、鉄浴中で炭素と直接還
元反応させることによって金属鉄にまで還元を行う方法
であるが、この方法は予備還元と鉄浴中での最終還元の
２工程が必須になるため作業が煩雑であるばかりでなく
で、鉄浴中に存在する溶融酸化鉄（ＦｅＯ）と耐火物が
直接接触するため、耐火物の損耗が激しいという問題も
指摘される。

【０００７】更に特公昭５６−１９３６６号公報には、
金属酸化物と固体炭素質材料およびスラグ形成材を含む
集塊物を加熱・還元し、該集塊物の形状を保ちながら、
還元により生成した金属鉄をスラグシェルで包む様な状
態を形成し、その後スラグシェルを溶融させて金属鉄と
スラグを分離する方法を開示している。ところがこの方
法では、還元により生成した金属の再酸化を阻止するた
め、該金属を完全に包み込むに足る量のスラグを生成さ
せなければならず、スラグ形成材の配合量が不足すると
金属の包み込みが不十分となって金属の再酸化が避けら
れなくなる。しかも加熱還元条件によってはＦｅＯ濃度
の高いスラグが生成し、設備の内張り耐火物を著しく損
傷するという、実用化する上で大きな問題も生じてく
る。

【０００８】上記の様に、スラグ成分含有量の少ない金
属鉄を製造する方法の実現は、製品金属鉄としての付加
価値を高めるばかりでなく、電気炉を用いた製鉄コスト
の低減、更には金属鉄製造における使用原料の選択の柔
軟性という観点から極めて重要になってくる。また、加
熱・還元により副生するスラグ中の酸化鉄含有量を極力
少なくし、耐火物の溶損を抑えることは、この種の製鉄
法を工業的規模で実現可能にする上で極めて重要とな
る。

【０００９】本発明者らはこうした状況に着目し、鉄成
分含有量の高い酸化鉄はもとより鉄成分含有量の比較的
低い鉄鉱石等からでも、耐火物の溶損などを生じること
なく鉄純度の極めて高い金属鉄を、簡単な処理で効率よ
く得ることのできる技術の開発を期してかねてより研究
を進めており、その研究成果として下記の方法を開発
し、先に特開平９−２５６０１７号として提案した。

【００１０】この発明は、炭素質還元剤が存在する酸化
鉄の成形体を加熱還元して金属鉄を製造する際に、 加熱還元により金属鉄外皮を生成且つ成長させ、内部
に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、内部に生成スラグの凝集物を形成し、 加熱還元により金属鉄外皮を生成且つ成長させ、内部
に酸化鉄が実質的に存在しなくなるまで還元を進め、更
に加熱を続けて内部に生成するスラグを金属鉄外皮の外
側へ流出させ、 加熱還元により金属鉄外皮を生成且つ成長させ、内部
には酸化鉄が実質的に存在しなくなるまで還元を進め、
更に加熱を続けて金属鉄とスラグを溶融分離し、あるい
は 加熱還元により金属鉄外皮を生成且つ成長させ、内部
に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、内部に生成スラグの凝集物を形成させ、次いで
生成スラグを金属鉄から分離するところに特徴を有して
いる。

【００１１】上記の方法を実施するに当たっては、金
属鉄外皮の一部を溶融させることによって、内部の溶融
スラグを金属鉄外皮外へ流出させればよく、この際、あ
るいは前記の方法を実施するに当たり、金属鉄外皮の
一部もしくは全部を溶融させるには、金属外皮内に存在
する炭素質還元剤を金属鉄に溶解（固溶）させること
（この現象を”浸炭”ということもある）によって当該
金属外皮の融点を降下させればよい。

【００１２】尚上記公開発明において、「金属鉄外皮内
部に酸化鉄が実質的に存在しなくなるまで還元を進め
る」ことの好ましい定量的基準は、加熱還元工程で、
「ＦｅＯを主体とする酸化鉄の含有率が５重量％以下、
より好ましくは２重量％以下となるまで還元を進めるこ
と」であり、また別の観点からすると、還元反応によっ
て生成する金属鉄から分離される生成スラグ中のＦｅＯ
を主体とする酸化鉄の含有量が、５重量％以下、より好
ましくは２重量％以下となるまで還元を進めることが望
ましい。

【００１３】そして、この方法によって得られる高純度
の金属鉄および生成スラグは、加熱溶融した状態で比重
差により分離し、あるいは冷却固化してから磁選等によ
り分離すると、金属化率で９５％程度以上、更には９８
％以上といった非常に高純度の金属鉄を得ることがで
き、しかもこの公開発明によれば、生成スラグ中の酸化
鉄含有量を可及的に少なくすることができるので、酸化
鉄に起因する処理炉耐火物の溶損も起こらず、設備保全
の観点からしても極めて実用性の高い技術として、その
実用化が期待される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは上記公開
発明の基本的な技術思想を活用し、これを工業的規模で
より経済的に効率よく実現可能にすべく、特に酸化鉄の
還元に用いられる炭素質還元剤の消費量低減と消費熱量
の低減を期して更に研究を進めてきた。

【００１５】即ち上記公開発明では、前述の如く炭素質
還元剤が存在する酸化鉄の成形体を加熱還元し、該成形
体の周りに金属鉄外皮を生成且つ成長させて、内部には
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、内部に生成スラグを凝集分離することを基本とする
直接還元製鉄法であり、該還元を効率よく進めるには、
成形体中に含まれる被還元成分である酸化鉄に対して過
剰量の炭素質還元剤を使用しなければならず、また生成
する金属鉄を生成スラグから効率よく分離するには、該
金属鉄への炭素の固溶量（浸炭量）を増やすことによっ
て金属鉄の融点を低下させることが有効となる。

【００１６】こうした理由もあって、上記公開発明で
は、原料酸化鉄に対し炭素質還元剤を理論当量を超えて
かなり過剰に使用している。ところがこの公開発明を工
業規模で実用化する際に、原料中の炭素質還元剤が占め
るコスト比率はかなり高く、該炭素質還元剤の消費量を
必要最小限に抑えることは、この方法の工業化を実現す
るうえで極めて重要となる。また、この加熱還元には多
大な熱エネルギーを必要とするので、該熱エネルギーを
必要最小限に抑えることも極めて重要となる。

【００１７】本発明はこうした事情に着目してなされた
ものであって、その目的は、炭素質還元剤と酸化鉄を含
む成形体を加熱還元して金属鉄を製造する際に、炭素質
還元剤の消費量と加熱還元に要する熱エネルギーを必要
最小限に抑え、酸化鉄の還元を実用規模でより低コスト
で効率よく遂行することのできる方法を確立しようとす
るものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る金属鉄の製法は、炭素質還元剤と
酸化鉄を含む成形体を加熱還元して金属鉄を製造する方
法において、前記成形体中の有効炭素量を、該成形体中
の酸化鉄を還元するのに必要な化学量論量Ｃ_Aに対し、
Ｃ_A 〜｛Ｃ_A ＋［（０．０４３）／（１−０．０４
３）］×Ｔ．Ｆｅ｝［式中、Ｔ．Ｆｅは酸化鉄中の全Ｆ
ｅ含有率（重量％）を表わす］の範囲に調整すると共
に、加熱還元温度を、前記過剰量の有効炭素が全量金属
鉄に固溶したと仮定した時のＦｅ−Ｃ系状態図における
液相線温度Ｔ_A 〜（Ｔ_A ＋５０）℃の温度範囲、もしく
は１３５０〜１４００℃の温度範囲のうち高い方の温度
範囲内に制御するところに特徴を有している。

【００１９】また上記本発明を別の観点から見ると、上
記加熱還元温度を、前記有効炭素量がＣ_A 〜｛Ｃ_A ＋
［（０．０２４）／（１−０．０２４）］×Ｔ．Ｆｅ｝
であるときは、前記化学量論量を超える有効炭素が全量
金属鉄に固溶したと仮定した時のＦｅ−Ｃ系状態図にお
ける液相線温度Ｔ_A 〜（Ｔ_A ＋５０）℃の温度範囲内
に、また前記有効炭素量が｛Ｃ_A ＋［（０．０２４）／
（１−０．０２４）］×Ｔ．Ｆｅ｝超、｛Ｃ_A ＋
［（０．０４３）／（１−０．０４３）］×Ｔ．Ｆｅ｝
以下であるときは、１３５０〜１４００℃の温度範囲内
に制御する方法として位置付けることもできる。

【００２０】

【発明の実施の形態】上記の様に本発明では、炭素質還
元剤（以下、炭材ということもある）が存在する酸化鉄
（以下、鉄鉱石ということもある）の成形体を加熱還元
して金属鉄を製造する際に、成形体中の炭材量を必要最
小限に抑えると共に、加熱還元時の温度を可及的に低く
することによって消費熱エネルギーの低減を可能にした
ものであり、以下、本発明で定める前記炭材量や加熱温
度を定めた理由を詳細に説明していく。

【００２１】炭材と酸化鉄を含む成形体を加熱すると、
下記反応式によって還元反応が進行し還元鉄（金属鉄）
が生成する。 ＦｅＯ_x ＋ ｘＣ → Ｆｅ ＋ ｘＣＯ……（１） ＦｅＯ_x ＋ (x/2)ＣＯ → Ｆｅ ＋ (x/2) ＣＯ₂ ……（２） Ｙ＝ｙ₁ ＋ｙ₂ ……（３） 但し、Ｙ：還元に必要なＣの化学当量（ｍｏｌ） ｙ₁ ：（１）式の反応に必要な炭素量（ｍｏｌ） ｙ₂ ：（２）式の反応に必要な炭素量（ｍｏｌ）

【００２２】従って、加熱還元の原料となる炭材と酸化
鉄を含む成形体を製造する際の酸化鉄に対する炭材の配
合比率は、上記（３）式で示される理論当量以上に設定
しなければならない。一方、理論当量を超えて配合され
た炭材中の過剰Ｃは、還元により生成した金属鉄に固溶
し、図１のＦｅ−Ｃ状態図に示す如く金属鉄の融点を低
下させる。そして、Ｃが固溶した金属鉄の融点よりも加
熱温度が高くなると、該金属鉄は溶融し、生成スラグと
の分離が進行する。

【００２３】即ち上記成形体中に配合される炭材の配合
量は、酸化鉄の還元に要する理論当量以上とすべきであ
ることは当然として、それを超える過剰量は生成する金
属鉄への固溶による融点の低下、延ては生成スラグとの
分離を効率よく進めるための加熱温度にも大きくかかわ
ってくる。そこでこうした知見を基に、酸化鉄の還元と
金属鉄へのＣの固溶（それに伴う融点降下）に最も無駄
のない最適炭材配合量と加熱温度を明らかにすべく研究
を進めてきた。

【００２４】その結果まず炭材量については、炭材中に
含まれる有効炭素量基準で、酸化鉄の還元に要する化学
量論量Ｃ_A 以上で且つ｛Ｃ_A ＋［（０．０４３）／（１
−０．０４３）］×Ｔ．Ｆｅ｝以下に抑えるのが最も効
果的であることを確認した。ここで炭材中の有効炭素量
とは、酸化鉄の還元と金属鉄の浸炭に有効に消費される
炭素分を意味しており、即ち、酸化鉄と混合して成形体
を製造する際の加熱乾燥工程、あるいは加熱還元のため
の昇温工程で還元反応が開始する温度に至るまでの間に
炭化水素ガスなどとして揮発する炭素分を除いた炭素分
を意味する。

【００２５】そして、炭材中の有効炭素量が上記化学量
論量Ｃ_A 未満では、炭素量不足になって全酸化鉄の還元
を完結させることができず、また生成した金属鉄へのＣ
の固溶による融点降下による加熱温度の低減効果も期待
できなくなる。そして上記化学量論量Ｃ_A を超える過剰
分の有効炭素は、図１にも示した様に、生成する金属鉄
に固溶してその融点を降下させ、結果として、より低温
でのスラグ分離を可能とするが、こうした浸炭（Ｃの固
溶）による金属鉄の融点降下は｛Ｃ_A ＋［（０．０４
３）／（１−０．０４３）］×Ｔ．Ｆｅ｝で下限とな
り、それ以上にＣ固溶量が増大すると融点は上昇してく
る。即ち、｛Ｃ_A ＋［（０．０４３）／（１−０．０４
３）］×Ｔ．Ｆｅ｝を超える過剰量の有効炭素は、酸化
鉄の加熱還元には無駄であるばかりでなく、生成する金
属鉄の融点降下とそれに伴う加熱温度の低下には却って
マイナスとなり、更には後述する如く成形体の圧潰強度
も低下して加熱還元時に崩壊し易くなる傾向も生じてく
るので、有効炭素量の上限は｛Ｃ_A ＋［（０．０４３）
／（１−０．０４３）］×Ｔ．Ｆｅ｝と定めた。

【００２６】一方加熱還元温度については、前記過剰量
の有効炭素が全量金属鉄に固溶したと仮定した時のＦｅ
−Ｃ系状態図における液相線温度Ｔ_A 〜（Ｔ_A ＋５０）
℃の温度範囲、もしくは１３５０〜１４００℃の温度範
囲のうち高い方の温度範囲に制御することが必要とな
る。即ち加熱温度の下限は、第１の要件として、前記過
剰量の有効炭素が全量金属鉄に固溶したと仮定した時の
Ｆｅ−Ｃ系状態図における液相線温度Ｔ_A 以上としなけ
ればならず、該加熱温度が上記液相線温度Ｔ_A 未満で
は、Ｃが固溶した金属鉄が溶融しないため生成スラグと
の分離が進行し得なくなる。但し、加熱温度がたとえ前
記液相線温度Ｔ_A 以上であっても、該加熱温度が１３５
０℃未満の低温域では過剰炭素の固溶速度が著しく低下
し、本発明で一応の目標還元時間とする「２０分以下」
では金属鉄の融点が１３５０℃以下にまで下がらず、生
成スラグとの分離が進行し得なくなる。

【００２７】この様な理由から、加熱温度の下限は、上
記「液相線温度Ｔ_A または１３５０℃」の高い方の温度
とすべきであるが、加熱温度を過度に高めることは熱エ
ネルギー消費量の増大につながり、無為にランニングコ
ストの増大を招くだけであるので、実操業への適用を考
慮して好ましい加熱温度の上限は「（Ｔ_A ＋５０）℃ま
たは１４００℃」の高い方の温度と定めている。

【００２８】かくして本発明で定める有効炭素量と加熱
温度の好適範囲は、図１に斜線で示す領域となり、該狭
い範囲の固定炭素配合量と加熱温度を採用することによ
って、酸化鉄の加熱還元をより少ない炭材量と熱エネル
ギーで効率よく遂行することができる。

【００２９】なお図１からも明らかである様に、上記好
適加熱温度を示す斜線領域はＦｅ中のＣ固溶量が２．４
％の前後で変化しており、Ｃ固溶量が０〜２．４％の範
囲では好適加熱温度は液相線Ｌに沿って変化し、Ｃ固溶
量が２．４を超えると好適加熱温度は１３５０〜１４０
０℃の一定範囲となる。こうした傾向より、前記有効炭
素量がＣ_A 〜｛Ｃ_A ＋［（０．０２４）／（１−０．０
２４）］×Ｔ．Ｆｅ｝であるときは、前記化学量論量を
超える有効炭素が全量金属鉄に固溶したと仮定した時の
Ｆｅ−Ｃ系状態図における液相線温度Ｔ_A 〜（Ｔ_A ＋５
０）℃の温度範囲内に、また前記有効炭素量が｛Ｃ_A ＋
［（０．０２４）／（１−０．０２４）］×Ｔ．Ｆｅ｝
超、｛Ｃ_A ＋［（０．０４３）／（１−０．０４３）］
×Ｔ．Ｆｅ｝以下であるときは、１３５０〜１４００℃
の温度範囲内に制御する方法と言い替えることもでき
る。

【００３０】本発明を実施する際に用いられる炭素質還
元剤としては、採掘後粉砕・篩い分け等の処理を加えた
だけの石炭粉、乾留等の熱処理を施した例えばコークス
を粉砕したもの、石油コークスなど、その種類の如何は
一切問わず、例えば炭素質を含む廃棄物として回収され
る高炉ダスト等であっても構わない。但し本発明で使用
する炭素質還元剤は、加熱還元反応を効率よく進行させ
るため、有効炭素量が７０重量％以上、より好ましくは
８０重量％以上のものを選択し、且つ比表面積を高める
ため粒径が２ｍｍ以下、望ましくは１ｍｍ以下の粉状の
ものを使用することが望ましい。また鉄鉱石等の酸化鉄
についても、同様に比表面積を大きくして還元反応効率
を高めるため、粒径が２ｍｍ以下、望ましくは１ｍｍ以
下の粉状のものを使用するのがよい。

【００３１】本発明では、これらの炭素質還元剤と酸化
鉄を前記好適配合比率となる様に混合し、必要により適
当なバインダーを併用して塊状、粒状、ペレット状、ブ
リケット状など任意の形状に成形し、炭素質還元剤の配
合量、即ち有効炭素量に応じて前述の如く加熱還元温度
を好適範囲に制御することにより、金属鉄を経済的に効
率よく製造することができる。

【００３２】

【実施例】以下、実験例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、下記実施例はもとより本発明を限定する性
質のものではなく、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。

【００３３】実験例 表１に示す組成の鉄鉱石と炭材およびバインダーを同表
に示す比率で配合し、造粒して得た平均径１７ｍｍのペ
レットを使用し、下記の如く加熱温度を数水準変更して
加熱還元を行ない、酸化鉄の還元・溶融挙動を観察し
た。なお表２に、炭材の配合比率と還元後の過剰炭素量
（配合した酸化鉄を還元するのに必要な化学量論量に対
して過剰の有効炭素量：理論値）および該過剰炭素量が
全量金属鉄に固溶したと仮定したときの金属鉄の融点を
示す。 （加熱条件） 加熱温度：１２００〜１５００℃ 加熱雰囲気：Ｎ₂ 加熱時間：２０分

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】上記実験で得られた還元処理物の化学組成
と金属鉄の溶融状態を表３に示すと共に、ペレット製造
時の炭材配合量と加熱温度が、生成する金属鉄の溶融状
態に及ぼす影響を図２に一覧表として示す（図２中に記
載したＮｏ．１〜１０は、表３の試料Ｎｏ．に対応して
いる）。また図３には、上記実験で得た還元処理物のの
断面写真、図４にはその一部の外観写真を抜粋して示
し、図５には、表３における試料Ｎｏ．８で得た還元生
成物の断面写真［図５（Ａ）］とその顕微鏡写真［図５
（Ｂ）］を示す。

【００３７】尚、図３，５の写真において、白く現われ
ているのは還元鉄が溶融し凝集したものを示し、灰色〜
黒色の部分は生成スラグを示している。また図５（Ｂ）
の灰色地にアメーバー状に現われているのは、金属鉄に
固溶することなく残存した固体Ｃを示している。

【００３８】

【表３】

【００３９】表１〜３および図２〜５より次の様に解析
することができる。試料Ｎｏ．１〜４は、炭材配合量に
応じて還元時の加熱温度を適正に制御した実施例で、い
ずれも還元により生成した金属鉄が十分に溶融し、殆ん
ど１塊りに凝集しており、「Ｔ．Ｆｅ」、「Ｍ．Ｆ
ｅ」、「金属化率」の何れにおいても非常に高い値が得
られている。

【００４０】これらに対し試料Ｎｏ．５〜１０は、炭材
の有効炭素量に対して還元時の加熱温度が不足する比較
例であり、還元生成物の断面には部分的に金属鉄の凝集
物が見られるものの、全体が溶融・凝集するまでには至
っておらず、酸化鉄の還元と生成した金属鉄へのＣの固
溶とそれに伴う融点の降下が不十分で、例えばＮｏ．
５，６，８では部分的に金属鉄外皮の生成は見られる
が、内部にも無数の金属鉄が分散しており、溶融が不十
分でスラグとの分離が十分に進行しておらず、またＮ
ｏ．７，９，１０では金属鉄外皮そのものが殆んど生成
しておらず、金属鉄と生成スラグの分離が殆んど行なわ
れていない。

【００４１】更にスラグ成分（ＣａＯ＋ＳｉＯ₂ ＋Ａｌ
₂ Ｏ₃ ）を見ると、試料Ｎｏ．１〜４（実施例）では何
れもスラグ含有量は１重量％以下の極めて低い値を示し
ており、スラグ分離がほぼ完全に行なわれているのに対
し、Ｎｏ．５〜１０では何れも７重量％前後のスラグが
混入しており、スラグ分離が不十分であることを確認で
きる。

【００４２】また、図５（Ｂ）（Ｎｏ．８で得た還元生
成物の断面拡大写真）からも明らかである様に、還元時
の加熱温度が低過ぎる場合は、還元に必要な化学量論量
のＣに対して過剰量のＣが金属鉄に固溶することなく固
体Ｃとして系内に残存しており、このことからも、加熱
温度不足のために金属鉄へのＣの固溶が十分に進まず、
金属鉄の溶融が不十分になっていることを確認できる。

【００４３】また下記表４は、炭材配合量がペレットの
圧潰強度に与える影響を調べた結果（ペレットの製法は
前記と同じ）を示したものであり、炭材配合量の増大に
よってペレットの圧潰強度は大幅に低下してくることが
分かる。従って、ペレットの圧潰強度を高めて加熱還元
時におけるペレットの破壊や崩壊、更には粉化を抑えて
加熱還元を効率よく進めるうえでも、炭材の配合量は必
要最小限に抑えるべきである。

【００４４】

【表４】

【００４５】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、炭
素質還元剤の配合量を、酸化鉄の還元に要する化学量論
量と生成する金属鉄への固溶量、更には該Ｃ固溶に伴う
金属鉄の融点を考慮して加熱温度を適正に制御すること
により、必要最小限の炭素質還元剤の使用量と加熱温度
で酸化鉄の加熱還元と溶融によるスラグとの分離を効率
よく進めることができ、工業的規模でのより経済的で実
用性の高い金属鉄の製法を確立できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法における過剰有効炭素量と還元時の好
適加熱温度範囲を、Ｆｅ−Ｃ状態図によって説明するた
めの図である。

【図２】酸化鉄の還元に必要な化学量論量のＣに対する
過剰Ｃ量と還元時の加熱温度が、生成する金属鉄の溶融
状態に与える影響を、表形式で示した図である。

【図３】上記図２および表３のＮｏ．１〜１０で得た還
元生成物の断面写真である。

【図４】実験例で得た加熱還元生成物の一部を抜粋し、
過剰有効炭素量と加熱温度および還元生成物の外観写真
を表形式にまとめた図である。

【図５】実験例のＮｏ．８で得た還元生成物の図面代用
断面写真および断面拡大写真である。

フロントページの続き (72)発明者 清水 正賢 兵庫県加古川市金沢町１番地 株式会社神 戸製鋼所加古川製鉄所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素質還元剤と酸化鉄を含む成形体を加
   熱還元して金属鉄を製造する方法において、前記成形体
   中の有効炭素量を、該成形体中の酸化鉄を還元するのに
   必要な化学量論量Ｃ_A に対し、Ｃ_A 〜｛Ｃ_A ＋［（０．
   ０４３）／（１−０．０４３）］×Ｔ．Ｆｅ｝［式中、
   Ｔ．Ｆｅは酸化鉄中の全Ｆｅ含有率（重量％）を表わ
   す］の範囲に調整すると共に、加熱還元温度を、前記化
   学量論量を超える有効炭素が全量金属鉄に固溶したと仮
   定した時のＦｅ−Ｃ系状態図における液相線温度Ｔ_A 〜
   （Ｔ_A ＋５０）℃の温度範囲、もしくは１３５０〜１４
   ００℃の温度範囲のうち、高い方の温度範囲内に制御す
   ることを特徴とする金属鉄の製法。
2. 【請求項２】 炭素質還元剤と酸化鉄を含む成形体を加
   熱還元して金属鉄を製造する方法において、前記成形体
   中の有効炭素量を、該成形体中の酸化鉄を還元するのに
   必要な化学量論量Ｃ_A に対し、Ｃ_A 〜｛Ｃ_A ＋［（０．
   ０４３）／（１−０．０４３）］×Ｔ．Ｆｅ｝の範囲に
   調整すると共に、加熱還元温度を、前記有効炭素量がＣ
   _A 〜｛Ｃ_A ＋［（０．０２４）／（１−０．０２４）］
   ×Ｔ．Ｆｅ｝であるときは、前記化学量論量を超える有
   効炭素が全量金属鉄に固溶したと仮定した時のＦｅ−Ｃ
   系状態図における液相線温度Ｔ_A 〜（Ｔ_A ＋５０）℃の
   温度範囲内に、また前記有効炭素量が｛Ｃ_A ＋［（０．
   ０２４）／（１−０．０２４）］×Ｔ．Ｆｅ｝超、｛Ｃ
   _A ＋［（０．０４３）／（１−０．０４３）］×Ｔ．Ｆ
   ｅ｝以下であるときは、１３５０〜１４００℃の温度範
   囲内に制御することを特徴とする金属鉄の製法。