JP2016014184A - 金属鉄の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む塊成物を加熱炉に装入して加熱し、酸化鉄を還元し、加熱炉から排出される被加熱物を磁選して金属鉄とスラグに選別して金属鉄を製造するにあたり、鉄純度の高い金属鉄を製造できる方法を提供する。【解決手段】酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む混合物を塊成化する工程と、得られた塊成物を加熱炉に装入して加熱し、酸化鉄を還元する工程と、前記加熱炉から排出される被加熱物を、第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別する工程と、を含む金属鉄の製造方法であって、前記第一磁選機は、搬送機構を有し、前記第一磁選機における磁場発生領域の磁場強度は、前記被加熱物の流れ方向に沿って変曲点を有している金属鉄の製造方法。【選択図】図１

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、酸化鉄を還元して金属鉄を製造する方法に関する。

酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む塊成物を加熱し、酸化鉄を還元して金属鉄を製造する技術としては、特許文献１、２が知られている。

これらのうち特許文献１には、鉄原料と石炭とを含有する混合物を、高温雰囲気下で加熱還元処理して還元鉄を製造するにあたり、高温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、磁力により、鉄分を多く含む強磁着物粒子と鉄分の少ない弱磁着物粒子とに分離した後、粒度選別された所定粒径を超える還元鉄粒子と強磁着物粒子とを還元鉄として用いる還元鉄製造方法が記載されている。

一方、特許文献２には、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む混合物を塊成化する工程と、得られた塊成物を移動炉床式加熱炉に装入し、加熱還元する工程と、移動炉床式加熱炉から排出される金属鉄とスラグを含む還元処理物を、衝撃を加える破砕機を用いて破砕する工程と、セパレータを用いて選別して金属鉄を回収する工程と、を含む金属鉄の製造方法が記載されている。また、この文献には、セパレータとして、磁選機を用いることが記載されている。

特開２００２−３６３６２４号公報 特開２０１４−４３６４５号公報

上記特許文献１では、所定の粒径以下の還元鉄粒子のうち、鉄分が少なく、スラグ分を多く含む弱磁着物粒子は還元鉄として用いず、セメントやアスファルトに再利用される。しかし、こうした弱磁着物粒子にも還元鉄は含まれるため、資源を有効利用するには、還元鉄とスラグとを分離して還元鉄を回収することが望まれる。一方、上記特許文献２には、磁選機の具体的な構成は記載されていない。

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、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む塊成物を加熱炉に装入して加熱し、酸化鉄を還元し、加熱炉から排出される被加熱物を磁選して金属鉄とスラグに選別して金属鉄を製造するにあたり、鉄純度の高い金属鉄を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金属鉄の製造方法は、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む混合物を塊成化する工程と、得られた塊成物を加熱炉に装入して加熱し、酸化鉄を還元する工程と、前記加熱炉から排出される被加熱物を、第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別する工程と、を含む製造方法であり、前記第一磁選機は、搬送機構を有し、前記第一磁選機における磁場発生領域の磁場強度は、前記被加熱物の流れ方向に沿って変曲点を有している点に要旨を有する。

前記第一磁選機は、内部空間に前記磁場発生領域を形成する永久磁石を備えたベルトコンベア装置であり、少なくとも２つ以上の前記永久磁石が、ベルトコンベアの流れ方向に沿って配列されており、隣り合う永久磁石の磁極が異極であると共に、前記永久磁石が備えられたベルトコンベアのベルト面の下方に前記被加熱物を供給することが好ましい。また、前記第一磁選機は、内部空間に前記磁場発生領域を形成する永久磁石を備えた円筒ドラム装置であり、少なくとも２つ以上の前記永久磁石が、円筒ドラムの周方向に沿って配列されており、隣り合う永久磁石の磁極が異極であってもよい。

前記被加熱物は、破砕機を用いて破砕した後、前記第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別してもよい。前記破砕機では、最大径が１０ｍｍ以下となるように破砕することが好ましい。前記被加熱物は、粒度選別した後、前記第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別してもよい。前記被加熱物は、破砕機を用いて破砕した後、粒度選別し、次いで前記第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別してもよい。前記被加熱物は、前記第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別するに先立って、第二磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別した後、得られた磁着物を、粉砕機を用いて粉砕し、得られた粉砕物を、前記第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別してもよい。前記被加熱物は、破砕機を用いて破砕した後、前記第二磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別してもよい。前記破砕機では、最大径が１０ｍｍ以下となるように破砕することが好ましい。前記被加熱物は、粒度選別した後、前記第二磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別してもよい。前記被加熱物は、破砕機を用いて破砕した後、粒度選別し、次いで前記第二磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別してもよい。前記粒度選別は、最大径が１０ｍｍ以下となるように行うことが好ましい。

本発明によれば、加熱炉から排出される被加熱物を、磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別するにあたり、磁場発生領域の磁場強度が、被加熱物の流れ方向に沿って変曲点を有する磁選機を用いるため、金属鉄とスラグとを良好に選別でき、鉄純度の高い金属鉄を製造できる。

図１は、内部空間に磁場発生領域を形成する永久磁石を備えたベルトコンベア装置の模式図である。 図２は、内部空間に磁場発生領域を形成する永久磁石を備えた円筒ドラム装置の模式図である。 図３は、実施例で用いた磁選機の外観を撮影した図面代用写真である。 図４は、実施例で用いた磁石の個数と、非磁着物の混入量との関係を示すグラフである。

金属鉄を製造するにあたり、磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別する工程では、通常、磁選対象となる試料を磁選機の磁場発生領域を通過させ、磁場により磁着物を磁選機に引き寄せることによって連続的に磁着物を回収する。しかし、磁着物が磁選機に引き寄せられる際には、磁着物に巻き込まれて磁性が低い弱磁着物や非磁着物も磁選機に引き寄せられることがある。こうした現象は、共連れ現象と呼ばれる。共連れ現象は、磁選機に供給する試料の粒径が小さくなるほど発生しやすく、共連れ現象が発生すると、回収した磁着物中に弱磁着物や非磁着物が含まれるため、磁着物の鉄純度が低下する。しかし弱磁着物および非磁着物は、鉄分が少なく、スラグ分が多いため、磁着物から分離除去することが望まれる。

そこで本発明者らは、共連れ現象が発生しても、磁着物と非磁着物とを良好に分離でき、鉄純度の高い金属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、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む塊成物を加熱炉で加熱し、該加熱炉から排出される被加熱物を、磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別するにあたり、磁選機として搬送機構を有し、且つ磁選機における磁場発生領域の磁場強度が、被加熱物の流れ方向に沿って変曲点を有する磁選機を用いれば、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。

「磁選機における磁場発生領域の磁場強度が、被加熱物の流れ方向に沿って変曲点を有する」とは、被加熱物の流れ方向に沿って磁場強度を測定したときに、磁場発生領域内の磁場強度が一定ではなく、磁場の強度変化や磁場の向きが逆になることを意味している。磁場発生領域における磁場強度が、被加熱物の流れ方向に沿って変曲点を有することにより、被加熱物のなかでも磁場に引き寄せられた磁着物は、磁場発生領域を搬送される間の磁場強度の変化によって揺り動かされるか、反転または回転する。振動や反転、回転によって磁着物同士の間隔が大きくなると、共連れ現象によって磁場に引き寄せられた弱磁着物や非磁着物は、磁着物との接点がなくなるため、磁着物から分離し易くなる。その結果、磁着物として、鉄純度の高い金属鉄を製造できる。

以下、本発明に係る金属鉄の製造方法について説明する。

即ち、上記製造方法は、
酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む混合物を塊成化する工程（以下、塊成化工程と呼ぶことがある）と、
得られた塊成物を加熱炉に装入して加熱し、酸化鉄を還元する工程（以下、還元工程と呼ぶことがある）と、
前記加熱炉から排出される被加熱物を、第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別する工程（以下、選別工程と呼ぶことがある）と、
を含むものである。そして本発明は、上記第一磁選機として、搬送機構を有し、且つ磁場発生領域の磁場強度が、上記被加熱物の流れ方向に沿って変曲点を有する磁選機を用いるところに特徴がある。

［塊成化工程］
塊成化工程では、酸化鉄含有物質と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源を用いることができる。上記鉄鉱石としては、高炉法や転炉法に用いられる高品位の鉄鉱石の他、脈石などを多く含む低品位な鉄鉱石を用いてもよい。上記製鉄ダストとしては、例えば、電気炉ダストを用いることができる。上記電気炉ダストは、製鉄ダストのなかでもスラグ含有量が高いことが知られている。

上記炭素質還元剤としては、炭素を含有する還元剤を用いることができ、例えば、石炭やコークスなどが挙げられる。

上記混合物には、更にバインダーを配合してもよい。上記バインダーとしては、例えば、多糖類などを用いることができる。上記多糖類としては、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。

上記混合物には、必要に応じて、更に融点調整剤を配合してもよい。即ち、融点調整剤は、スラグ量を増加させ、またコスト高となるため、極力用いないことが推奨されるが、スラグの融点を一段と降下させるために、配合しても構わない。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、塊成物に含まれる脈石などの酸化鉄以外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。

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。

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。

上記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。上記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。上記固定容器形の混合機としては、例えば、混合槽内に、例えば、鋤などの回転羽を設けた混合機が挙げられるが、これらに限定されない。

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。

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。

［還元工程］
還元工程では、上記塊成化工程で得られた塊成物を加熱炉に装入して加熱し、酸化鉄を還元する。

上記加熱炉としては、例えば、電気炉や移動炉床炉が挙げられる。上記移動炉床炉とは、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。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いる。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に排出手段が設けられる。回転炉床炉の炉床は、回転構造であるため、回転方向の最下流側は、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、炉床上に装入して加熱し、還元すればよく、加熱温度は１３５０〜１５００℃とすることが好ましい。上記加熱温度が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。従って上記加熱温度は、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。しかし上記加熱温度が１５００℃を超えると燃費が悪くなり、コストが増大する。また、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。従って上記加熱温度は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。

上記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、例えば、耐火セラミックス等の耐火性粒子を用いることができる。上記床敷材の粒径の上限は、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。上記床敷材の粒径の下限は、床敷材が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。

［選別工程］
選別工程では、上記加熱炉から排出される被加熱物を、第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別する。そして、上記第一磁選機としては、搬送機構を有し、且つ磁場発生領域の磁場強度が、上記被加熱物の流れ方向に沿って変曲点を有する磁選機を用いる。

上記搬送機構とは、上記被加熱物を磁場によって引き寄せた磁着物を固定するのではなく、移動させつつ連続して磁選分離できる機構を意味している。上記搬送機構としては、後述するように、ベルトコンベア装置や円筒ドラム装置が例示できる。

上記磁場発生領域の磁場強度が、上記被加熱物の流れ方向に沿って変曲点を有するとは、磁場発生領域内の磁場強度が一定ではなく、磁場の強度変化や磁場の向きが逆になることを意味している。磁場強度が変化したり、磁場の向きが逆になることによって、磁場に引き寄せられた磁着物が振動、反転、あるいは回転し、これにより共連れされた弱磁着物や非磁着物を磁着物と選別できるからである。

上記磁場強度の変曲点を形成するには、例えば、上記第一磁選機内に少なくとも２つ以上の磁場発生装置を備えると共に、隣り合う磁場発生装置における磁極を異極にするか、隣り合う磁場発生装置に強度差を設けるか、隣り合う磁場発生装置を離間して設けるなどを適宜組み合わせればよい。

上記隣り合う磁場発生装置における磁極を異極にする際には、上記被加熱物に対して、Ｓ極−Ｎ極−Ｓ極−Ｎ極・・・のようにＳ極とＮ極を交互に配列してもよいし、Ｎ極−Ｎ極−Ｓ極−Ｓ極−Ｎ極−Ｎ極−・・・のように、Ｎ極が複数連続した後、Ｓ極が複数連続し、隣り合う磁場発生装置における一部の磁極が異極になっていてもよい。

隣り合う磁場発生装置に磁場の強度差を設ける際には、上記被加熱物に対して、Ｎ極−Ｎ極−Ｎ極−・・・のように、同極を配列し、夫々の磁場発生装置における磁場の強度に差を設けてもよいし、上述したように、Ｓ極とＮ極を交互に配列したうえで、夫々の磁場発生装置における磁場の強度に差を設けてもよい。

隣り合う磁場発生装置を離間して設ける際には、磁場発生領域と磁着物が離れ過ぎて、磁着物が脱離しないように、磁場発生装置の間隔を調整すればよい。

これらのなかでも、隣り合う磁場発生装置における磁極を異極にすることによって、磁場強度の変曲点を形成することが好ましい。即ち、磁着物が１つ目の磁場発生装置に引き寄せられると、磁着物にも磁極が形成される。この磁着物が、隣の磁場発生装置に引き寄せられる際には、隣り合う磁場発生装置における磁極は異極になっているため、磁着物は反転する。このとき磁着物は激しく揺り動かされるため、共連れした弱磁着物や非磁着物は、磁着物との接点を失い、分離される。

上記磁場発生領域の磁場強度は、ガウスメータで測定できる。上記磁場発生装置としては、例えば、永久磁石や誘電コイルなどを用いることができる。

上記第一磁選機の構成について、より具体的に説明する。上記第一磁選機の構成例としては、内部空間に磁場発生領域を形成する永久磁石を備えたベルトコンベア装置であって、少なくとも２つ以上の前記永久磁石が、ベルトコンベアの流れ方向に沿って配列されており、隣り合う永久磁石の磁極が異極となるように備えられたものが挙げられる。このベルトコンベア装置の模式図を図１に示す。なお、本発明は、図示例に限定される訳ではなく、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。

図１中、１はベルトコンベア式の第一磁選機、２はベルトコンベア、１０は永久磁石、１１はベルト面、１２は磁場発生領域、１３は非磁着物回収箱、１４は磁着物回収箱、を夫々示している。また、図１において、黒丸印●で示した粒子は、被加熱物中の磁着物を示し、白丸印○で示した粒子は、被加熱物中の非磁着物を示している。

ベルトコンベア式の第一磁選機１の内部空間には、永久磁石１０が、ベルトコンベアの流れ方向に沿って複数個配列されている。永久磁石１０の磁極は、隣り合う磁石の磁極が異極になっており、永久磁石１０によって磁場発生領域１２が形成される。

一方、ベルトコンベア式の第一磁選機１のベルト面１１の下方には、別のベルトコンベア２が設けられており、このベルトコンベア２上に供給された被加熱物は、ベルトコンベアの流れに乗って図１の右側へ移動し、ベルトコンベア式の第一磁選機１のベルト面１１の下方に供給される。

ベルト面１１の下方で、且つ磁場発生領域１２に供給された被加熱物中の磁着物は、永久磁石１０が形成する磁場によってベルト面１１に引き寄せられる。このとき非磁着物は、磁場に引き寄せられず、ベルトコンベアの流れに乗って非磁着物回収箱１３へ送られ、回収される。しかし、非磁着物の一部は、図１に示すように、共連れ現象によってベルト面１１に引き寄せられる。ところが、本発明では、図１に示すように、隣り合う永久磁石１０の磁極が異極となるように永久磁石１０を配置しているため、ベルト面１１の流れ方向に沿って移動してきた磁着物は、Ｎ極とＳ極の境である磁場強度の変曲点を越えるときに反転する。このとき磁着物同士の間に挟まれていた非磁着物は、図１の下方に落下し、ベルトコンベアの流れに乗って非磁着物回収箱１３へ送られ、回収される。これに対し、磁着物は、磁場強度の変曲点を越え、図１の右側まで移動し、磁場発生領域の末端まで到達すると、磁場の低下により下方に落下し、磁着物回収箱１４内に回収される。このようにベルトコンベア式の第一磁選機１における磁場発生領域の磁場強度に変曲点を形成することによって、鉄純度の高い金属鉄を回収できる。

次に、上記第一磁選機の別の構成例について、図２を用いて説明する。図２に示した第一磁選機は、内部空間に磁場発生領域を形成する永久磁石を備えた円筒ドラム装置であって、少なくとも２つ以上の前記永久磁石が、円筒ドラムの周方向に沿って配列されており、隣り合う永久磁石の磁極が異極となるように備えられている。図２中、３は円筒ドラム式の第一磁選機、１５はドラム面を示しており、上記図１と同じ箇所には同一の符号を付し、重複説明を避ける。

円筒ドラム式の第一磁選機３の内部空間には、永久磁石１０が、ドラム面１５に沿って３個配列されている。永久磁石１０の磁極は、隣り合う磁石の磁極が異極になっており、永久磁石１０によって磁場発生領域１２が形成される。

一方、円筒ドラム式の第一磁選機３のドラム面１５の上方から、被加熱物が供給され、ドラム面１５の回転に追随して図２の下方へ移動する。このとき、供給された被加熱物のうち、磁着物は、永久磁石１０の磁場によってドラム面１５に引き寄せられる。これに対し、非磁着物は、磁場に引き寄せられず、ドラム面１５から離脱し、非磁着物回収箱１３へ送られ、回収される。しかし、非磁着物の一部は、図２に示すように、共連れ現象によってドラム面１５に引き寄せられる。ところが、本発明では、図２に示すように、隣り合う永久磁石１０の磁極が異極となるように永久磁石１０を配置しているため、ドラム面１５の回転方向に沿って移動してきた磁着物は、Ｎ極とＳ極の境である磁場強度の変曲点を越えるときに反転する。このとき磁着物同士の間に挟まれていた非磁着物は、図２の下方に設けられた非磁着物回収箱１３へ送られ、回収される。これに対し、磁着物は、磁場強度の変曲点を越え、図２の最下点まで移動し、磁場発生領域の末端まで到達すると、磁場の低下により下方に落下し、磁着物回収箱１４内に回収される。このように円筒ドラム式の第一磁選機３における磁場発生領域の磁場強度に変曲点を形成することによって、鉄純度の高い金属鉄を回収できる。

上記第一磁選機の内部空間に備える永久磁石の個数は、少なくとも２つ以上であることが好ましく、金属鉄の鉄純度を高める観点からは、できるだけ多い方が推奨される。しかし、永久磁石の数を過剰に増やしても、鉄純度の向上効果は飽和する。また、強磁着物のなかでも相対的に磁性が低い粒子が振るい落とされ、鉄の歩留まりが低下することがある。従って上記永久磁石の個数は、１５個以下とすることが好ましい。

上記第一磁選機に被加熱物を供給する際に、上記ベルト面または上記ドラム面に磁着物が複数積層すると、共連れが発生しやすくなる。そこで上記第一磁選機に供給する前の被加熱物の層厚は、例えば、１０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５ｍｍ以下である。なお、層厚を１０ｍｍ以下とするには、被加熱物の最大径を１０ｍｍ以下としておく必要がある。

上記第一磁選機に上記被加熱物を供給するときの速度は特に限定されないが、上記第一磁選機の処理能力と磁選後に回収される金属鉄の鉄純度を考慮して設定すればよい。

上記被加熱物は、（１）破砕機を用いて破砕した後、上記第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別するか、（２）粒度選別した後、上記第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別するか、（３）破砕機を用いて破砕した後、粒度選別し、次いで上記第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別してもよい。破砕と粒度選別を適宜組み合わせることによって、金属鉄とスラグの分離性を高めることができ、鉄純度の高い金属鉄を磁選により回収できる。

上記破砕機としては、例えば、ハンマーミル、ケージミル、ローターミル、またはロッドミルなどを用いることができる。即ち、金属鉄は塑性材料であるため、脆性材料であるスラグを選択的に破壊するには、打撃、衝撃、圧縮、切断、せん断といった材料の破壊メカニズムのなかでも打撃や衝撃による破壊力を利用した破砕機を用いることが好ましい。

上記破砕機での破砕条件は、金属鉄とスラグとを分離できれば特に限定されないが、例えば、最大径が１０ｍｍ以下となるように破砕することが好ましい。

上記粒度選別を行う方法としては、例えば、篩い分け、風力分級、遠心分離などを採用できる。上記粒度選別は、金属鉄とスラグとを分離できれば特に限定されないが、例えば、最大径が１０ｍｍ以下となるように行うことが好ましい。

なお、破砕し過ぎると上記被加熱物は微粒となるが、微粒の金属鉄とスラグを分離することは困難となる。そこで上記被加熱物中に鉄純度の高い粗粒が含まれる場合は、上記被加熱物を粉砕せず、粒度選別等により粗粒を予め回収しておき、回収した試料のみを上記第一磁選機で磁選すればよい。

また、上記（１）〜（３）に示した破砕と粒度選別は、任意の順番で複数回繰り返し行ってもよい。

上記被加熱物は、上記第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別するに先立って、第二磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別した後、得られた磁着物を、粉砕機を用いて粉砕し、得られた粉砕物を、上記第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別してもよい。第一磁選機における選別に先立って、上記被加熱物を、第二磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別した後、磁着物を粉砕しておき、この粉砕物を上述した第一磁選機で選別することによって、鉄純度の高い金属鉄を回収できる。

上記粉砕機としては、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ることができる。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。

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。

上記被加熱物は、（４）破砕機を用いて破砕した後、上記第二磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別するか、（５）粒度選別した後、上記第二磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別するか、（６）破砕機を用いて破砕した後、粒度選別し、次いで上記第二磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別してもよい。破砕と粒度選別を適宜組み合わせることによって、金属鉄とスラグの分離性を高めることができ、鉄純度の高い金属鉄を磁選により回収できる。

上記破砕機としては、上記に例示したものを用いることができる。上記破砕機での破砕条件は、金属鉄とスラグとを分離できれば特に限定されないが、例えば、最大径が１０ｍｍ以下となるように破砕することが好ましい。

上記粒度選別を行う方法としては、上記に例示したものを採用できる。上記粒度選別は、金属鉄とスラグとを分離できれば特に限定されないが、例えば、最大径が１０ｍｍ以下となるように行うことが好ましい。

なお、破砕し過ぎると上記被加熱物は微粒となるが、微粒の金属鉄とスラグを分離することは困難となる。そこで上記被加熱物中に鉄純度の高い粗粒が含まれる場合は、上記被加熱物を粉砕せず、粒度選別等により粗粒を予め回収しておき、回収した試料のみを上記第二磁選機で磁選すればよい。

また、上記（４）〜（６）に示した破砕と粒度選別は、任意の順番で複数回繰り返し行ってもよい。

こうして回収された金属鉄は、例えば、電気炉において鉄源として用いることができる他、高炉や転炉などにおいても鉄源として用いることができる。

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。

［実験１］
実験１では、磁選機に備える永久磁石の個数が、磁着物に混入する非磁着物量に及ぼす影響を調べた。

鉄鉱石、石炭、石灰石、およびバインダーを配合した混合物を塊成化し、ペレットを製造した。得られたペレットを回転炉床炉に装入して加熱し、酸化鉄を還元した。回転炉床炉から排出される被加熱物を目開きが２．４ｍｍの篩を用いて篩分けした。篩上に残った残留物は、高品位の金属鉄として回収した。一方、篩を通過したものをボールミルで粉砕した後、成分組成を分析した。その結果を下記表１に示す。

下記表１に示した成分組成のサンプル（以下、サンプルＡと呼ぶことがある）を、第一磁選機として日本エリーズマグネチックス株式会社製の磁選機「８インチワイドＭＭＳ」を用いて磁選した。磁選機の外観を撮影した図面代用写真を図３の（ａ）に示す。

図３の（ａ）に示したベルトコンベア式の第一磁選機１には、ベルトコンベアの流れ方向に沿って永久磁石が１０個設けられている。隣り合う永久磁石の磁極は、異極となっている。ベルトコンベア式の第一磁選機１の内部空間に設けた永久磁石の配列状態を模式図として図３の（ｂ）に示す。永久磁石同士の間隔は、約４０ｍｍとした。

また、上記篩を通過した被加熱物を、ベルトコンベア式の第一磁選機１のベルト面の下方に供給できるように、該第一磁選機１の下方にベルトコンベア２を設けた。ベルトコンベア２における被加熱物の供給幅は７０ｍｍであり、ベルトコンベア２のベルト面上でガウスメータを移動させ、ベルトコンベア２のベルト面における磁束密度を測定した。その結果、永久磁石の角部分が、磁束密度が最も高くなった。図３の（ｂ）に、各角部分における磁束密度を示した。

次に、ベルトコンベア２を用いて、被加熱物を平均供給速度２２ｋｇ／分で、ベルトコンベア式の第一磁選機１のベルト面の下方に供給し選別を行った。このとき、上流側から、４番目、６番目、８番目の永久磁石を通過するまでに落下した非磁着物を回収し、この質量と、下部のベルトコンベアに供給したサンプルの質量に基づいて、永久磁石が４番目、６番目、８番目、１０番目の位置における永久磁石に吸着している磁着物に含まれる非磁着物の含有率を求めた。その結果を図４に●印で示す。また、図４には、●印で示した結果に基づいて描いた近似線およびその式を示す。図４に示すように、永久磁石の個数を多くするほど、磁着物に含まれる非磁着物の含有率は低下し、品位が向上することが分かる。また、永久磁石の個数と、非磁着物の混入量との間には、相関関係があることが分かる。

図４に示した結果に基づいて、永久磁石を１個としたときに、この永久磁石に吸着する磁着物に含まれる非磁着物の含有率を外挿により求めると、図４に○印で示すように、約９質量％であると考えられる。

［実験２］
実験２では、上記実験１で得られたサンプルＡを、ベルトコンベア式の磁選機または円筒ドラム式の磁選機を用いて磁選した。

（ベルトコンベア式の磁選機）
上記サンプルＡを、第一磁選機として図１に示すベルトコンベア式の磁選機を用いて磁選した。ベルトコンベア式の磁選機としては、日本エリーズマグネチックス株式会社製の磁選機「８インチワイドＭＭＳ」を用いた。

ベルトコンベア式の第一磁選機１の内部空間には、ベルトコンベアの流れ方向に沿って、永久磁石１０を１０個設けた。永久磁石１０は、隣り合う永久磁石１０の磁極が異極となるように設けた。隣り合う永久磁石１０の間隔は、約４０ｍｍとした。

ベルトコンベア式の第一磁選機１におけるベルト面１１の平均移動速度は６０ｍ／分、ベルトコンベア２のベルト面上で測定した最大磁束密度は７００Ｇ（０．０７Ｔ）、サンプルＡの平均供給速度は３２ｋｇ／分とした。

磁着物回収箱１４に回収された磁着物の成分組成を分析した。その結果を下記表２に示す。

（円筒ドラム式の磁選機）
上記サンプルＡを、第一磁選機として図２に示す円筒ドラム式の磁選機を用いて磁選した。円筒ドラム式の第一磁選機３の直径は０．３８ｍ、ドラム面の幅は０．２５ｍである。円筒ドラム式の第一磁選機３の内部空間には、円筒ドラムの周方向に沿って、永久磁石１０を３個設けた。永久磁石１０は、隣り合う永久磁石１０の磁極が異極となるように設けた。円筒ドラム式の第一磁選機３におけるドラム面の平均周速は７２ｍ／分、ドラム面上で測定した最大磁束密度は１０００Ｇ（０．１Ｔ）、サンプルＡの平均供給速度は１ｋｇ／分とした。

磁着物回収箱１４に回収された磁着物の成分組成を分析した。その結果を下記表２に示す。

下記表２から明らかなように、ベルトコンベア式の磁選機を用いて磁選した場合は、Ｔ．Ｆｅが８９．５２％となり、円筒ドラム式の磁選機を用いて磁選した場合は、Ｔ．Ｆｅが７９．９０％となり、鉄純度の高い高品位な金属鉄を回収できた。

［実験３］
鉄鉱石、石炭、石灰石、およびバインダーを配合した混合物を塊成化し、ペレットを製造した。得られたペレットを回転炉床炉に装入して加熱し、酸化鉄を還元した。回転炉床炉から排出される被加熱物を、ロッドミルで粉砕した後、目開きが３．３６ｍｍの篩を用いて篩分けした。篩上に残った残留物は、高品位の金属鉄として回収した。一方、篩を通過したものについて、成分組成を分析した。その結果を下記表３に示す。

下記表３に示した成分組成のサンプル（以下、サンプルＢと呼ぶことがある）を、上記実験２で用いたベルトコンベア式の磁選機または上記実験２で用いた円筒ドラム式の磁選機を用いて磁選した。

（ベルトコンベア式の磁選機）
上記サンプルＡを、第一磁選機として図１に示すベルトコンベア式の磁選機を用いて磁選した。ベルトコンベア式の磁選機としては、日本エリーズマグネチックス株式会社製の磁選機「８インチワイドＭＭＳ」を用いた。

ベルトコンベア式の第一磁選機１の内部空間には、ベルトコンベアの流れ方向に沿って、永久磁石１０を１０個設けた。永久磁石１０は、隣り合う永久磁石１０の磁極が異極となるように設けた。隣り合う永久磁石１０の間隔は、約４０ｍｍとした。

ベルトコンベア式の第一磁選機１におけるベルト面１１の平均移動速度は６０ｍ／分、ベルトコンベア２のベルト面上で測定した最大磁束密度は７００Ｇ（０．０７Ｔ）、サンプルＡの平均供給速度は１３ｋｇ／分とした。

磁着物回収箱１４に回収された磁着物の成分組成を分析した。その結果を下記表４に示す。

（円筒ドラム式の磁選機）
上記サンプルＢを、第一磁選機として図２に示す円筒ドラム式の磁選機を用いて磁選した。円筒ドラム式の第一磁選機３の直径は０．３８ｍ、ドラム面の幅は０．２５ｍである。円筒ドラム式の第一磁選機３の内部空間には、円筒ドラムの周方向に沿って、永久磁石を３個設けた。永久磁石１０は、隣り合う永久磁石１０の磁極が異極となるように設けた。円筒ドラム式の第一磁選機３におけるドラム面の平均周速は７２ｍ／分、ドラム面上で測定した最大磁束密度は１０００Ｇ（０．１Ｔ）、サンプルＢの平均供給速度は１ｋｇ／分とした。磁着物回収箱１４に回収された磁着物を、再度、円筒ドラム式の第一磁選機３に供給する工程を合計で４回繰り返した。４回繰り返して得られた磁着物の成分組成を分析した。その結果を下記表４に示す。

下記表４から明らかなように、ベルトコンベア式の磁選機を用いて磁選した場合は、Ｔ．Ｆｅが８３．８０％となり、円筒ドラム式の磁選機を用いて磁選した場合は、Ｔ．Ｆｅが７１．９２％となり、鉄純度の高い高品位な金属鉄を回収できた。

１ ベルトコンベア式の第一磁選機
２ ベルトコンベア
３ 円筒ドラム式の第一磁選機
１０ 永久磁石
１１ ベルト面
１２ 磁場発生領域
１３ 非磁着物回収箱
１４ 磁着物回収箱
１５ ドラム面

Claims (13)

1. 酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を含む混合物を塊成化する工程と、
   得られた塊成物を加熱炉に装入して加熱し、酸化鉄を還元する工程と、
   前記加熱炉から排出される被加熱物を、第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別する工程と、
   を含む金属鉄の製造方法であって、
   前記第一磁選機は、搬送機構を有し、
   前記第一磁選機における磁場発生領域の磁場強度は、前記被加熱物の流れ方向に沿って変曲点を有していることを特徴とする金属鉄の製造方法。
2. 前記第一磁選機は、内部空間に前記磁場発生領域を形成する永久磁石を備えたベルトコンベア装置であり、
   少なくとも２つ以上の前記永久磁石が、ベルトコンベアの流れ方向に沿って配列されており、
   隣り合う永久磁石の磁極が異極であると共に、
   前記永久磁石が備えられたベルトコンベアのベルト面の下方に前記被加熱物を供給する請求項１に記載の製造方法。
3. 前記第一磁選機は、内部空間に前記磁場発生領域を形成する永久磁石を備えた円筒ドラム装置であり、
   少なくとも２つ以上の前記永久磁石が、円筒ドラムの周方向に沿って配列されており、
   隣り合う永久磁石の磁極が異極である請求項１に記載の製造方法。
4. 前記被加熱物を、破砕機を用いて破砕した後、前記第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別する請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
5. 前記破砕機では、最大径が１０ｍｍ以下となるように破砕する請求項４に記載の製造方法。
6. 前記被加熱物を、粒度選別した後、前記第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別する請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
7. 前記被加熱物を、破砕機を用いて破砕した後、粒度選別し、次いで前記第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別する請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
8. 前記被加熱物を、前記第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別するに先立って、第二磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別した後、
   得られた磁着物を、粉砕機を用いて粉砕し、
   得られた粉砕物を、前記第一磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別する請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
9. 前記被加熱物を、破砕機を用いて破砕した後、前記第二磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別する請求項８に記載の製造方法。
10. 前記破砕機では、最大径が１０ｍｍ以下となるように破砕する請求項９に記載の製造方法。
11. 前記被加熱物を粒度選別した後、前記第二磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別する請求項８に記載の製造方法。
12. 前記被加熱物を、破砕機を用いて破砕した後、粒度選別し、次いで前記第二磁選機を用いて金属鉄とスラグに選別する請求項８に記載の製造方法。
13. 前記粒度選別は、最大径が１０ｍｍ以下となるように行う請求項６、７、１１または１２のいずれかに記載の製造方法。