JP2009007620A - 粒状金属鉄の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転炉床式などの移動炉床式加熱還元炉を使用し、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む原料混合物を加熱し、該原料混合物中の酸化鉄含有物質を炭素質還元剤により直接還元して粒状金属鉄を製造する際に、石炭やコークスのように硫黄を多く含む炭素質還元剤を使用したときであっても、粒状金属鉄に混入する硫黄量を可及的に抑えることができ、硫黄含有量が低減された高品質の粒状金属鉄を歩留まりよく製造できる方法を提供する。
【解決手段】原料混合物１に含まれるＣａＯ供給物質、ＭｇＯ供給物質およびＳｉＯ₂供給物質の量を調整することによって、（１）スラグ中のＣａＯ、ＭｇＯおよびＳｉＯ₂の含有量から求められる該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂］を１．５〜２．２の範囲とし、（２）該スラグ中のＭｇＯの含有量を１３％超、２５％以下とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、粒状金属鉄の製造方法に関するものであり、より詳細には、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む原料混合物を移動炉床式加熱還元炉で加熱して直接還元し、粒状金属鉄を製造する方法に関するものである。

鉄鉱石や酸化鉄等の酸化鉄含有物質から鉄を生産する方法としては、高炉法が主流である。その一方で、比較的小規模で、多品種・少量生産向きの製鉄法として、上記の酸化鉄含有物質と、石炭やコークス等の炭素質還元剤（以下、炭材ということがある）とを含む原料混合物（あるいは該混合物を押し固めた簡易成形体、更にはペレットやブリケットなどに成形した炭材内装成形体）を移動炉床式の加熱還元炉（例えば、回転炉床炉など）の炉床上に装入し、該原料混合物が該炉内を移動する間に、加熱バーナーによる熱や輻射熱で加熱することによって該原料混合物中の酸化鉄を炭素質還元剤で直接還元し、得られた金属鉄（還元鉄）を続いて浸炭・溶融させ、次いで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の金属鉄（還元鉄）を製造する直接還元製鉄法が開発され、注目を集めている（特許文献１〜３など）。

こうした直接還元製鉄法は、高炉等の大規模な設備が不要になるため、実用化するための研究が盛んに行われている。しかし工業的規模で実施するには、操業安定性や安全性、経済性、粒状金属鉄（製品）の品質などを含めて更に改善しなければならない課題も多い。

当該課題の１つは、炭素質還元剤として最も汎用性の高い石炭を使用した場合に、石炭中に多く含まれる硫黄分が粒状金属鉄に不可避的に混入するのを防止することが挙げられる。本発明者らが確認したところによると、炭素質還元剤として石炭を配合した原料混合物を加熱還元した場合、石炭に含まれる硫黄分のうち７０％程度以上は、加熱還元によって生成する粒状金属鉄内に取り込まれ、該粒状金属鉄中の硫黄量（以下、粒状金属鉄中の硫黄量を［Ｓ］、スラグ中の硫黄量を（Ｓ）と表わすことがある）は０．１％以上、用いる石炭の銘柄によっては０．２％以上にも達することがある。従ってこの様に高い硫黄含有量では製品価値が著しく損なわれ、用途も著しく制限されることになる。特に直接還元製鉄法によって得られた粒状金属鉄は、電気炉や転炉のような既存の製鋼設備へ送られ、鉄源としても使用されるため、粒状金属鉄中の硫黄量をできるだけ低減することが望まれる。

そこで本発明者らは、上記方法によって得られる粒状金属鉄の硫黄含有量を可及的に低減するために改良研究を進めた。その結果、本発明者らは、金属鉄を溶融させたときに副生するスラグに含まれるＣａＯ量とＳｉＯ₂量から求められる塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）を適切に制御すれば、粒状金属鉄の硫黄含有量を低減できることを見出し、特許文献４に記載の方法を提案した。

特許文献４の方法を提案した後も、本発明者らは、更に研究を重ねてきた。その結果、スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂］を１．３〜２．３の範囲とすると共に、スラグ中に占めるＭｇＯ量を５〜１３％の範囲に制御すれば、粒状金属鉄に含まれる硫黄量を低減でき、且つ、最終的に生成するスラグ−粒状金属鉄間の硫黄分配比（Ｓ）／［Ｓ］（以下、単に硫黄分配比ということがある。）を高められることを見出し、特許文献５に記載の方法を提案した。また、特許文献５には、上記のほかに、（ア）最終スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂］が１．７以上になると、スラグの塩基度の上昇に伴って流動性が低下し、原料混合物中で酸化鉄含有物質が還元されることにより生成する還元鉄微粒子同士の凝集能が著しく低下すること、（イ）凝集能の低下により、粒径の大きい粒状金属鉄を安定して高歩留まりで製造できないこと、（ウ）歩留まりを高めるには、ＣａＦ₂含有物質（例えば、蛍石）を添加すればよいことも記載されている。
特開平２−２２８４１１号公報 特開２００１−２７９３１３号公報 特開２００１−２４７９２０号公報 特開２００１−２７９３１５号公報 特開２００４−２８５３９９号公報

本発明は、この様な状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転炉床式などの移動炉床式加熱還元炉を使用し、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む原料混合物を加熱し、該原料混合物中の酸化鉄含有物質を炭素質還元剤により直接還元して粒状金属鉄を製造する際に、石炭やコークスのように硫黄を多く含む炭素質還元剤を使用したときであっても、粒状金属鉄に混入する硫黄量を可及的に抑えることができ、硫黄含有量が低減された高品質の粒状金属鉄を歩留まりよく製造できる方法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低硫黄含有量の粒状金属鉄の製造方法とは、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む原料混合物を、移動炉床式加熱還元炉の炉床上に装入して加熱し、該原料混合物中の酸化鉄を炭素質還元剤により還元し、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にあたり、前記原料混合物に含まれるＣａＯ供給物質、ＭｇＯ供給物質およびＳｉＯ₂供給物質の量を調整することによって、（１）スラグ中のＣａＯ、ＭｇＯおよびＳｉＯ₂の含有量から求められる該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂］を１．５〜２．２の範囲とし、（２）該スラグ中のＭｇＯの含有量を１３％（質量％の意味。以下同じ）超、２５％以下とする点に要旨を有する。

上記原料混合物には、該原料混合物に含まれる前記ＭｇＯ供給物質以外のＭｇＯ供給物質、および／または前記原料混合物に含まれる前記ＣａＯ供給物質以外のＣａＯ供給物質を更に配合してもよい。

また、ＭｇＯおよびＣａＯの供給物質として、例えば、ドロマイト鉱石を配合してもよい。前記原料混合物に含まれる前記ＭｇＯ供給物質以外のＭｇＯ供給物質としては、例えば、ＭｇＯおよび／または炭酸マグネシウムを配合してもよい。前記原料混合物に含まれる前記ＣａＯ供給物質以外のＣａＯ供給物質としては、ＣａＯおよび／または炭酸カルシウムを配合してもよい。

本発明には、上記製造方法で副生したスラグも包含される。このスラグは、例えば、（１）スラグ中のＣａＯ、ＭｇＯおよびＳｉＯ₂の含有量から求められる該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂］が１．５〜２．２で、（２）該スラグ中のＭｇＯ含有量が１３％超、２５％以下になっている。

本発明によれば、粒状金属鉄に不可避的に混入する硫黄量の増大を可及的に抑えることができ、硫黄含有量の少ない高品質の粒状金属鉄を歩留まりよく製造することができる。

本発明の還元鉄製造方法は、原料混合物中に含まれるＣａＯ供給物質、ＭｇＯ供給物質およびＳｉＯ₂供給物質の量を調整し、（１）スラグ中のＣａＯ、ＭｇＯおよびＳｉＯ₂の量から求められる該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂］を１．５〜２．２の範囲とし、（２）該スラグ中のＭｇＯ量を１３％超、２５％以下とすれば、硫黄含有量の少ない高品質の粒状金属鉄を歩留まり良く製造できることを見出したところに特徴がある。

以下、本発明に到達した経緯を説明する。

本発明者らは、上記課題を達成するため、特に、前述した特許文献５に記載の技術、即ち、（ア）スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂］の調整、および（イ）スラグのＭｇＯ量調整による還元鉄の硫黄量低減技術をベースにして検討を重ねてきた。特に、本発明では、環境対策を優先課題として掲げ、「蛍石無添加の原料混合物の使用が可能な直接還元製鉄法の提供」を重要視することにした。

その結果、「環境対策重視」の観点に基づけば、（ａ）スラグの塩基度は、特許文献５とほぼ同程度の範囲内に調整することを前提としつつも、（ｂ）スラグのＭｇＯ量の範囲は、特許文献５で定めた上限（１３％）を超えて２５％以下の範囲に拡大しても良く、これにより、電気炉用や転炉用の鉄源としても充分に使用可能な程度に硫黄量が低減された還元鉄を提供できることを見出し、本発明を完成した。

このように、前述した特許文献５も本発明も、いずれもスラグの塩基度およびスラグのＭｇＯ量を調整することによって還元鉄の硫黄量低減を図っている点で共通している。しかし、両者は、主に、課題との関係でＭｇＯ量の範囲が相違している。即ち、特許文献５では、「硫黄量の更なる低減化」を最優先課題として掲げ、特許文献５の目標レベル（硫黄分配比２５以上、金属鉄の硫黄量０．０５０％以下）との関係でスラグ中のＭｇＯ量の上限を１３％に定めた。これに対し、本発明では、環境対策を最優先課題として掲げ、特許文献５の目標レベルよりは低いが転炉用鉄源として充分使用可能な低硫黄量レベル（硫黄分配比１０以上、金属鉄の硫黄量０．０８０％以下）を達成し得る技術を提供するという観点から、ＭｇＯ量の上限を２５％に定めた。

例えば、「蛍石の不使用」という観点に基づけば、特許文献５では、「スラグの塩基度≧１．７の範囲では蛍石の添加を推奨しており、これにより、還元鉄微粒子同士の凝集能の著しい低下を防止でき、歩留まりが高められることが記載されている。これに対し、本発明によれば、スラグの塩基度が１．５〜２．２の範囲内であれば、蛍石を使用しなくても、低硫黄量の還元鉄を歩留まり良く製造できる（後記する実施例を参照）。なお、本明細書において、「スラグの塩基度」とは、特に断らない限り、スラグ中のＣａＯ、ＭｇＯおよびＳｉＯ₂の含有量から求められる（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂の比を意味する。

［（１）スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂］：１．５〜２．２］
本発明における「スラグの塩基度」の意義は、前述した特許文献５と実質的に同じである。即ち、スラグの塩基度は、粒状金属鉄の歩留まり向上、粒状金属鉄に不可避的に混入する硫黄量［Ｓ］の低減化に寄与するパラメータであるため、その下限を１．５とした。スラグの塩基度が１．５を下回ると、スラグそのものによる脱硫能が低下してしまう。本発明を実施する上で好ましいスラグの塩基度は、１．６以上である。但し、スラグの塩基度が高くなると、スラグの粘性（流動性）が増大して還元鉄の凝集が阻害され、球形に近い好適形状の粒状金属鉄が得られ難くなるほか、粒状金属鉄の歩留りが逆に低下する傾向が見られるので、スラグの塩基度の上限を２．２とした。スラグの塩基度は、好ましくは２．１以下、より好ましくは２．０以下に調整するのがよい。

［（２）スラグ中のＭｇＯ量：１３％超、２５％以下］
本発明における「スラグ中のＭｇＯ量」の意義は、前述した特許文献５と実質的に同じであり、良好な硫黄分配比（Ｓ）／［Ｓ］を得るために設定されたものである。但し、前述した特許文献５では、「硫黄量の極低減化」を最優先課題として掲げ、２５以上の硫黄分配比を確保するという観点から、ＭｇＯ量の上限を１３％に定めていたのに対し、本発明では、特許文献５の目標レベルよりは低いが転炉用鉄源として充分使用可能な低硫黄量レベル（１０以上の硫黄分配比の確保、金属鉄の硫黄量０．０８０％以下）を実現するという観点から、ＭｇＯ量の下限を１３％超とし、上限を２５％とした。本発明によれば、蛍石を使用しなくても、本発明の目標レベルを確実に実現することができる。硫黄量の更なる低減化という観点からすれば、ＭｇＯ量は少ない方がよく、ＭｇＯ量の好ましい上限は２０％である。

生成スラグが上記（１）〜（２）を満足するように原料の成分調整を行うことで、副生するスラグの融点を、おおむね、１３５０〜１５５０℃とすることができ、移動炉床式加熱還元炉を操業するときの一般的な温度である１５５０℃程度よりも低くすることができる。そのため生成スラグが上記要件を満足するように原料の成分調整を行った原料混合物を移動炉床式加熱還元炉内で加熱すると、スラグ形成成分が速やかに溶解し、これが凝集してスラグが素早く形成されるようになる。スラグが素早く形成されると、残った金属鉄は粒状に凝集し易くなるため、結果として、粒状金属鉄の歩留まりが向上するのである。

また、生成スラグが上記（１）〜（２）を満足するように原料の成分調整を行うことで、最終的に生成するスラグ−粒状金属鉄間の硫黄分配比（Ｓ）／［Ｓ］が著しく向上し、粒状金属鉄中に歩留る硫黄含有量［Ｓ］を大幅に低減できる。

副生するスラグの融点を１３５０〜１５５０℃程度に調整するには、上記（１）〜（２）を満足するように原料の成分調整を行えばよいが、スラグに含まれるＣａＯ量やＡｌ₂Ｏ₃量、ＳｉＯ₂量等も併せて調整することが推奨できる。スラグの融点は、これらの酸化物の量にも多少影響を受けるからである。ＣａＯ量は３０〜５０％程度、Ａｌ₂Ｏ₃量は２０％未満、ＳｉＯ₂量は４０％未満に調整すればよい。

上述した（１）スラグの塩基度と（２）スラグ中のＭｇＯ量は、原料である酸化鉄含有物質と炭素質還元剤の配合量を適切に調整することによって制御できる。酸化鉄含有物質や炭素質還元剤は、通常、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＳｉＯ₂の脈石成分を含んでいるため、ＣａＯ供給物質、ＭｇＯ供給物質およびＳｉＯ₂供給物質となるからである。なお、酸化鉄含有物質の代表例である鉄鉱石や、炭素質還元剤の代表例である石炭やコークスは天然物であり、種類に応じてＣａＯやＭｇＯ、ＳｉＯ₂の各含有量も変化するため、それらの配合量を一律に規定することは困難であるが、鉄鉱石等の成分組成と、石炭等の成分組成を考慮し、適切に調整することが好ましい。また、炭素質粉末を床敷材として装入する場合は、該炭素質粉末の成分とその量も考慮して、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤の配合量を調整することによって、上記スラグの塩基度や該スラグに占めるＭｇＯ量を制御すればよい。

本発明に用いられる原料混合物は、前述した酸化鉄含有物質および炭素質還元剤のほかに、これら以外の「他のＭｇＯ供給物質」（酸化鉄含有物質および炭素質還元剤から見れば、外添物質）を含んでいてもよい。この場合は、当該「他のＭｇＯ供給物質」の成分組成とその配合量も考慮して酸化物含有物質と炭素質還元剤の量を調整することによって、最終的に、上記スラグの塩基度や該スラグに占めるＭｇＯ量を制御する。

上記「他のＭｇＯ供給物質」の種類は特に制限されないが、例えば、ＭｇＯ粉末や天然鉱石や海水などから抽出されるＭｇ含有物質、或いは炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ₃）などが挙げられる。

また、本発明に用いられる原料混合物は、前述した酸化鉄含有物質および炭素質還元剤のほかに、これら以外の「他のＣａＯ供給物質」（酸化鉄含有物質および炭素質還元剤から見れば、外添物質）を含んでいてもよい。この場合は、当該「他のＣａＯ供給物質」の成分組成とその配合量も考慮して酸化物含有物質と炭素質還元剤の量を調整することによって、最終的に、上記スラグの塩基度や該スラグに占めるＣａＯ量を制御する。

上記「他のＣａＯ供給物質」の種類は特に制限されないが、代表例として生石灰（ＣａＯ）や炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）などが挙げられる。

また、「他のＭｇＯ供給物質」でもあり、且つ「他のＣａＯ供給物質」でもある例として、例えば、ドロマイト鉱石を配合してもよい。

なお、「環境対策重視」の観点に基づけば、原料混合物に蛍石は配合しないことが望まれ、上述した本発明によれば、蛍石を配合しなくとも充分に脱硫能と凝集性能の向上が図れる。しかし原料混合物に蛍石を配合して脱硫能および凝集性能の一層の向上を図ることもできる。

次に、図１を参照しながら、本発明に係る移動炉床式加熱還元炉を用いた粒状金属鉄の製造方法を詳細に説明する。図１は、本発明の製造方法に好ましく用いられる移動炉床式加熱還元炉の一例であり、これに限定する趣旨ではない。

図１は、移動炉床式加熱還元炉のうち、回転炉床式の加熱還元炉Ａの一構成例を示す概略説明図である。なお、炉の内部構造を示すために、炉の一部を切り欠き、内部を示している。

回転炉床式の加熱還元炉Ａには、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む原料混合物１が、原料投入ホッパー３を通して、回転炉床４上へ連続的に装入される。酸化鉄含有物質としては、通常、鉄鉱石やマグネタイト鉱石などが用いられる。また、炭素質還元剤としては、通常、石炭やコークスなどが用いられる。

前記原料混合物１を供給するときの形態は特に限定されず、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤などを適度に混合したものを供給すればよい。特に、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤などを含む原料混合物を押し固めて得られた簡易成形体を供給するか、または該原料混合物をペレットやブリケットなどに成形した炭材内装成形体を供給するのがよい。また、前記簡易成形体や前記炭材内装成形体と併せて、粉粒状の炭素質粉末２を供給してもよい。

本発明法では、必要に応じて、上記原料混合物以外の物質（例えば、ＭｇＯ供給物質やＣａＯ供給物質など）を装入してもよい。

次に、上記原料混合物１を加熱還元炉Ａに装入するときの手順を具体的に説明する。前記原料混合物１の装入に先立って、原料投入ホッパー３から回転炉床４上に粉粒状の炭素質粉末２を床敷として装入して敷き詰めておき、その上に前記原料混合物１を装入するのがよい。

上記酸化鉄含有物質と炭素質還元剤以外に配合され得るＭｇＯ供給物質やＣａＯ供給物質の添加法にも格別の制限はなく、原料混合物の調整段階で配合したり、床敷材と共に、或いはこれとは独立に回転炉床上へ予め装入しておき、或いは原料混合物の装入と同時もしくは後に上方から別途装入する方法、等を適宜採用できる。

原料混合物には、バインダーとして少量の多糖類（例えば、小麦粉等の澱粉）を配合してもよい。

図１に示した例では、１つの原料投入ホッパー３を炭素質粉末２の装入と、上記原料混合物１を装入するために共用する例を示しているが、ホッパーを２つ以上用いて炭素質粉末２と上記原料混合物１を別々に装入することも勿論可能である。

なお、床敷材として炉床上に装入される炭素質粉末の使用は必ずしも必須ではなく、装入を省略してもよいが、炉床上に炭素質粉末を床敷材として装入すれば、炉内の還元ポテンシャルがより効率的に高められ、金属化率の向上と硫黄含有量の低減の両作用をより一層効果的に発揮させることができるので好ましい。こうした床敷材としての作用をより確実に発揮させるには、炉床上へ２ｍｍ程度以上の厚みで粉粒状の炭素質粉末を敷いておくことが望ましい。しかも炭素質粉末を床敷材としてある程度の厚みを持った層状に敷き詰めておけば、該床敷層が原料混合物と炉床耐火物の緩衝材となり、或いは副生スラグ等に対する炉床耐火物の保護材となり、炉床耐火物の寿命延長にも役立つ。

但し、床敷層が厚くなり過ぎると、原料混合物が炉床上の床敷層内へ潜り込んで還元の進行が阻害される等の問題を生じることがあるので、床敷層の厚みは、７．５ｍｍ程度以下に抑えることが望ましい。

上記床敷材として用いる炭素質粉末の種類は特に限定されず、通常の石炭やコークス等を粉砕し、好ましくは適度に粒度調整したものを使用すればよく、また石炭を使用する場合は、流動性が低く且つ炉床上で膨れや粘着性を帯びることのない無煙炭が好適である。床敷として装入する炭素質粉末は、上記原料混合物１に配合されている炭素質還元剤よりも硫黄含有分が少ないものを用いるのがよい。

図１に示した加熱還元炉Ａの回転炉床４は、反時計方向に回転されている。回転炉床４の回転速度は、加熱還元炉Ａの大きさや操業条件によって異なるが、通常は８分から１６分程度で１周する速度である。加熱還元炉Ａにおける炉体８の壁面には加熱バーナー５が複数個設けられており、該加熱バーナー５の燃焼熱あるいはその輻射熱によって炉床部に熱が供給される。加熱バーナー５は、炉の天井部に設けてもよい。

耐火材で構成された回転炉床４上に装入された上記原料混合物１は、該回転炉床４上で加熱還元炉Ａ内を周方向へ移動する中で、加熱バーナー５からの燃焼熱や輻射熱によって加熱される。そして当該加熱還元炉Ａ内の加熱帯を通過する間に、当該原料混合物１内の酸化鉄は還元された後、副生する溶融スラグと分離しながら、且つ残余の炭素質還元剤による浸炭を受けて溶融しながら粒状に凝集して粒状金属鉄１０となり、回転炉床４の下流側ゾーンで冷却固化された後、スクリューなどの排出装置６によって炉床上から順次排出される。このとき副生したスラグも排出されるが、これらはホッパー９を経た後、任意の分離手段（例えば、篩目や磁選装置など）により金属鉄とスラグの分離が行われる。なお、図１中、７は排ガス用ダクトを示している。

以上の通り、本発明では、加熱還元して副生する（１）スラグの塩基度と、（２）スラグ中のＭｇＯ量を適切に調整し、生成スラグの融点と硫黄分配比（Ｓ）／［Ｓ］をうまくコントロールすることによって、低硫黄含有量の粒状金属鉄を効率よく確実に製造することが可能となる。

以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は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し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含まれる。なお、下記実施例では、小型の実験用加熱還元炉を用いて試験を行った結果を示す。

酸化鉄含有物質として鉄鉱石を用い、炭素質還元剤として石炭を用い、これらを混合して原料混合物を得た。鉄鉱石の成分組成を下記表１に、石炭の成分組成を下記表２に示す。但し、表２において、「その他」とは固形炭素質を意味する。

上記原料混合物には、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤の他にバインダーを配合し、必要に応じて、スラグ塩基度調整用副原料を配合して配合物を得た。上記バインダーとしては、小麦粉を配合した。

上記スラグ塩基度調整用副原料としては、ＣａＯ供給物質として炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）と、ＭｇＯおよびＣａＯの供給物質としてドロマイト鉱石（主成分はＣａＣＯ₃・ＭｇＣＯ₃で、詳細な成分組成を下記表３に示す。）とを配合した。配合物の成分組成を下記表４に示す。

得られた配合物を成形してペレット状の原料成形体を製造した。得られた原料成形体を小型の実験用加熱還元炉内へ装入して加熱還元した。炉床上には、床敷材として表２に示す成分組成の石炭（炭素質粉末）を５ｍｍ程度の厚みで敷いた。炉内温度は１４５０℃に調整した。

加熱還元炉の炉床上に装入された原料成形体中の酸化鉄分は、約１０〜１６分かけて炉内で加熱される間に固体状態を維持しながら還元され、生成した還元鉄は、還元後に残っている炭素質粉末による浸炭を受けながら融点降下して相互に凝集した。このとき副生するスラグも、部分的、もしくはほぼ完全に溶融して相互に凝集し、溶融状態の粒状金属鉄と溶融スラグに分離した。その後、これら溶融状態の粒状金属鉄と溶融スラグを冷却して融点以下に降温（具体的には、１１００℃程度までに冷却）して凝固させ、固体状態の粒状金属鉄またはスラグとして炉外へ排出した。

粒状金属鉄とスラグの成分組成を下記表５に示す。また、スラグに含まれるＣａＯ、ＭｇＯおよびＳｉＯ₂量からスラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂］を算出し、下記表５に示す。

また、粒状金属鉄に含まれる硫黄量［Ｓ］に対するスラグに含まれる硫黄量（Ｓ）の比（硫黄分配比（Ｓ）／［Ｓ］）を算出し、下記表５に示す。

また、生成スラグの塩基度と硫黄分配比の関係を図２に示す。図２中、横軸は生成スラグの塩基度、縦軸は硫黄分配比を示している。図２中、◇はスラグの要件が本発明の範囲を満足する表５のＮｏ．１〜４の結果を示している。また、▲はスラグの要件が本発明の範囲を満足しない表５のＮｏ．５〜１２の結果を示している。

また、生成スラグのＭｇＯ量と硫黄分配比の関係を図３に示す。図３中、横軸は生成スラグのＭｇＯ量（質量％）、縦軸は硫黄分配比を示している。図３中、◇はスラグの要件が本発明の範囲を満足する表５のＮｏ．１〜４の結果を示している。また、▲はスラグの要件が本発明の範囲を満足しない表５のＮｏ．５〜１２の結果を示している。

また、配合計算から求められるＦｅ量に対して、凝集して粒状金属鉄として得られたＦｅ量の歩留まり率を算出した。歩留まり率が９５％以上ものを凝集性が良好（○）、歩留まり率が９５％未満のものを凝集性が不良（×）として評価した。評価結果を下記表５に示す。

表５と図２と図３から明らかなように、スラグの塩基度とＭｇＯ量を本発明の範囲内とすることで、硫黄分配比（Ｓ）／［Ｓ］を１０以上確保でき、粒状金属鉄の硫黄含有量を０．０８０％以下に抑えることができる。

また、表５から明らかなように、ＭｇＯ量を本発明の範囲内とすれば、粒状金属鉄の歩留まりを９９．０％以上に高めることができる。

以上の通り、本発明では、スラグ中のＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂の量から求められる最終スラグの塩基度を１．５〜２．２の範囲内とし、且つスラグのＭｇＯ量が１３％を超え、２５％以下となるように調整することによって、硫黄分配比を１０以上にすることができ、得られる粒状金属鉄の硫黄含有量［Ｓ］を０．０８０％以下に低減できることが実証された。

図１は、回転炉床式の加熱還元炉の一構成例を示す概略説明図である。 図２は、得られたスラグの塩基度と硫黄分配比の関係を示すグラフである。 図３は、得られたスラグのＭｇＯ量と硫黄分配比の関係を示すグラフである。

符号の説明

Ａ 回転炉床式の加熱還元炉
１ 原料混合物
２ 炭素質粉末
３ 原料投入ホッパー
４ 回転炉床
５ 加熱バーナー
６ 排出装置
７ 排ガス用ダクト
８ 炉体
９ ホッパー
１０ 粒状金属鉄

Claims (7)

1. 酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む原料混合物を、移動炉床式加熱還元炉の炉床上に装入して加熱し、該原料混合物中の酸化鉄を炭素質還元剤により還元し、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、
   前記原料混合物に含まれるＣａＯ供給物質、ＭｇＯ供給物質およびＳｉＯ₂供給物質の量を調整することによって、
   （１）スラグ中のＣａＯ、ＭｇＯおよびＳｉＯ₂の含有量から求められる該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂］を１．５〜２．２の範囲とし、
   （２）該スラグ中のＭｇＯの含有量を１３％（質量％の意味。以下同じ）超、２５％以下とすること特徴とする低硫黄含有量の粒状金属鉄の製造方法。
2. 前記原料混合物に含まれる前記ＭｇＯ供給物質以外のＭｇＯ供給物質、および／または、前記原料混合物に含まれる前記ＣａＯ供給物質以外のＣａＯ供給物質を更に配合する請求項１に記載の製造方法。
3. ＭｇＯおよびＣａＯの供給物質として、ドロマイト鉱石を配合する請求項２に記載の製造方法。
4. 前記原料混合物に含まれる前記ＭｇＯ供給物質以外のＭｇＯ供給物質として、ＭｇＯおよび／または炭酸マグネシウムを配合する請求項２または３に記載の製造方法。
5. 前記原料混合物に含まれる前記ＣａＯ供給物質以外のＣａＯ供給物質として、ＣａＯおよび／または炭酸カルシウムを配合する請求項２または３に記載の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法で副生されるスラグ。
7. （１）スラグ中のＣａＯ、ＭｇＯおよびＳｉＯ₂の含有量から求められる該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂］が１．５〜２．２で、（２）該スラグ中のＭｇＯ含有量が１３％超、２５％以下である請求項６に記載のスラグ。

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