WO2009125736A1 - 粒状金属鉄の製造方法 - Google Patents

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WO2009125736A1
WO2009125736A1 PCT/JP2009/057050 JP2009057050W WO2009125736A1 WO 2009125736 A1 WO2009125736 A1 WO 2009125736A1 JP 2009057050 W JP2009057050 W JP 2009057050W WO 2009125736 A1 WO2009125736 A1 WO 2009125736A1
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mgo
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一孝 國井
高裕 工藤
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株式会社神戸製鋼所
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing granular metallic iron, and more specifically, a raw material mixture containing at least an iron oxide-containing substance and a carbonaceous reducing agent is directly reduced by heating in a heating reduction furnace to produce granular metallic iron. It is about how to do.
  • the direct reduction iron manufacturing method is a raw material mixture containing an iron oxide-containing substance and a carbonaceous reducing agent such as coal or coke (hereinafter sometimes referred to as a carbonaceous material) (or a simple molded body obtained by compacting the mixture, While the pellets and briquettes are molded into the hearth of a moving hearth-type heating reduction furnace (for example, a rotary hearth furnace), the raw material mixture moves through the furnace.
  • a carbonaceous reducing agent such as coal or coke
  • the iron oxide in the raw material mixture is directly reduced with a carbonaceous reductant by heating with heat or radiant heat from a heating burner, and the resulting metal iron (reduced iron) is subsequently carburized and melted, and then slag is formed as a by-product And then agglomerated in a granular form while being separated and then cooled and solidified to produce granular metallic iron (reduced iron).
  • the direct reduction iron manufacturing method does not require large-scale facilities such as a blast furnace, and therefore, research for practical application has been actively conducted recently.
  • problems that must be further improved, including operational stability, safety, economy, and quality of granular metallic iron (product) (for example, purity of granular metallic iron). .
  • One of the problems is to improve the productivity of granular metallic iron. This is because even if the direct reduction iron manufacturing method can save space compared to conventional iron manufacturing methods such as the blast furnace method, it is impossible to carry out the direct reduction iron manufacturing method on an industrial scale if productivity is poor.
  • the raw material mixture charged on the hearth of the moving hearth type heating reduction furnace dissolves in a short time, and the granular metallic iron per unit time is dissolved.
  • the production amount is increased, and the resulting granular metallic iron has high cohesiveness (in other words, the Fe yield obtained by agglomerating and obtaining granular metallic iron is higher than the amount of Fe blended in the raw material mixture. Is required).
  • iron ore As the iron oxide-containing substance. It is known that iron ores are mainly classified into two types: hematite ores and magnetite ores.
  • the hematite ore is an ore mainly composed of trivalent hematite (Fe 2 O 3 ), and the magnetite ore is composed of bivalent wustite (FeO) and trivalent hematite (FeO). Fe 2 O 3 ).
  • the production of hematite ore in the total production of iron ore is about 80 to 90%, and the production of magnetite ore is about 10 to 20%. Therefore, iron ore usually contains hematite in many cases.
  • the productivity of granular metallic iron varies greatly depending on the type of iron oxide-containing material to be blended in the raw material mixture. Specifically, only hematite ore is used as the iron oxide-containing material in the raw material mixture. When used, it was found that productivity was inferior compared to the case of using only magnetite ore.
  • productivity in the conventional direct reduction iron manufacturing method, attention is not paid to the types of iron oxide-containing substances, and even if referring to Patent Documents 1 to 4, the productivity depends on the types of iron oxide-containing substances to be blended in the raw material mixture. There is nothing written about changing.
  • the iron oxide-containing material contains hematite ore, which occupies most of the iron ore, the establishment of technology that can produce granular metallic iron with high productivity is possible, as in the case where the iron oxide-containing material consists only of magnetite ore. desired.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to produce granular metallic iron by a direct reduction iron manufacturing method, when the iron oxide-containing substance in the raw material mixture contains a hematite-containing substance.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing granular metallic iron with high productivity.
  • One aspect of the present invention is to charge a raw material mixture containing an iron oxide-containing material, a carbonaceous reducing agent, and a Li 2 O supply material into a heating reduction furnace and heat the iron oxide in the raw material mixture.
  • a method for producing granular metallic iron by reducing it with an agent and agglomerating it into granular particles while separating the produced metallic iron from by-product slag, followed by cooling and solidifying, wherein the iron oxide-containing substance is a hematite-containing substance.
  • the slag contains CaO, MgO, SiO 2 and Li 2 O, the Li 2 O content in the slag is 0.05% by mass or more, and the basicity of the slag [( This is a method for producing granular metallic iron containing at least Fe, Ca, Mg, Si and Li as component elements such that (CaO + MgO) / SiO 2 ] falls within the range of 1.5 to 1.9.
  • a raw material mixture containing an iron oxide-containing substance and a carbonaceous reducing agent and a Li 2 O supply substance are charged in a heating reduction furnace and heated to oxidize the raw material mixture.
  • a method for producing granular metallic iron by reducing iron with the carbonaceous reducing agent and aggregating the produced metallic iron into granular particles while separating them from by-product slag, followed by cooling and solidifying, and containing the iron oxide material comprises a hematite-containing material, the slag CaO, MgO, together containing SiO 2 and Li 2 O, Li 2 O content of the slag is 0.05 mass% or more, basicity of the slag [ (CaO + MgO) / SiO 2 ] falls within a range of 1.5 to 1.9, and one of the raw material mixture and the Li 2 O supply substance is at least of Fe, Ca, Mg, Si and Li. Contains one element Containing the element, the other is a method of producing metallic iron nug
  • FIG. 1 is a drawing-substituting photograph showing the form of gangue contained in magnetite ore.
  • FIG. 2 is a drawing-substituting photograph showing the form of gangue contained in hematite ore.
  • FIG. 3 is a schematic explanatory view showing a configuration example of a rotary hearth-type heating reduction furnace.
  • the present inventors examined the cause of the difference in productivity of granular metallic iron between the case of using only magnetite ore and the case of using only hematite ore as the iron oxide-containing substance. As a result, it was found that magnetite ore and hematite ore differed in the form of gangue contained in the ore, and this difference affected productivity.
  • a gangue is a component other than a mineral containing a useful metal among components constituting an ore (crude ore) mined in a mine, and is usually an oxide such as Al 2 O 3 , SiO 2 , or CaO. It is composed of
  • the gangue contained in the magnetite ore is present in the form of gangue adhering to iron oxide, as shown in the substitute photograph for drawings in FIG.
  • the gangue contained in the hematite ore exists in a form in which the gangue is surrounded by iron oxide as shown in the drawing-substituting photograph in FIG.
  • the gangue may surround the iron oxide, so the gangue inhibits heat conduction, making it difficult for the iron oxide to rise in temperature, and CO It is considered that the reduction of iron oxide by a reducing gas such as this does not proceed easily.
  • Al 2 O 3 has a particularly high melting point. Therefore, when the entire hematite-containing material is 100% by mass, it is contained in the hematite-containing material (hematite ore). If Al 2 O 3 is 0.30% by mass or less, the dissolution of the gangue is hardly affected, but if Al 2 O 3 exceeds 0.30% by mass, the proportion of Al 2 O 3 in the gangue is It became clear that the gangue became difficult to dissolve because it became larger.
  • the present inventors said that if the gangue in the hematite ore can be quickly dissolved, the melting time of the raw material mixture charged in the heating reduction furnace can be shortened, and productivity may be improved. Based on the idea, further studies were made. As a result, if the Li 2 O content in the slag produced as a by-product by actively blending the Li 2 O supply substance into the raw material mixture is 0.05% by mass or more, the melting point of the gangue contained in the hematite ore is reduced. It was found that the productivity of granular metallic iron can be improved.
  • the raw material mixture contains a Li 2 O supply substance, or the raw material mixture and the Li 2 O supply substance are heated and reduced so that the Li 2 O content in the by-product slag is 0.05% by mass or more.
  • the furnace By charging the furnace, dissolution of hematite ore is promoted.
  • part of the reduced iron is taken into the by-product slag and discharged out of the system as slag. As a result, the yield of granular metallic iron is deteriorated and productivity is deteriorated.
  • the present inventors have further studied to increase the yield of granular metallic iron and further improve the productivity without hindering the dissolution promoting effect of the hematite ore by blending the Li 2 O supply substance.
  • the Li 2 O content in the slag produced as a by-product is 0.05% by mass or more, and the basicity [(CaO + MgO) / SiO 2 ] of the slag falls within the range of 1.5 to 1.9.
  • the raw material mixture contains at least Fe, Ca, Mg, Si and Li as component elements, that is, the Li 2 O content in the by-product slag is set to 0.05% by mass or more, and the raw material mixture
  • the present invention includes (1) adding the Li 2 O supply substance to the raw material mixture, or charging the Li 2 O supply substance into the heating reduction furnace, and adjusting the mixing amount or the charge amount.
  • the Li 2 O content in the slag produced is 0.05 mass% or more, and (2) a CaO supply material, MgO supply material contained in the raw material mixture or other charge charged into the heating reduction furnace, and
  • the amount of the SiO 2 supply substance By adjusting the amount of the SiO 2 supply substance, the basicity [(CaO + MgO) / SiO 2 ] of the slag determined from the contents of CaO, MgO and SiO 2 in the slag is 1.5 to 1.9.
  • Li 2 O in the slag acts as a melting point depressant for the hematite-containing substance
  • CaO, MgO and SiO 2 in the slag having basicity within the above range in the presence of Li 2 O are Acts as a fluidity improver for slag.
  • the iron oxide-containing substance contains a hematite-containing substance.
  • the hematite-containing substance used in the present invention is an iron oxide source made of hematite ore. Microscopically, it is an iron oxide source containing iron oxide surrounded by gangue. Accordingly, as the iron oxide-containing material, for example, a material consisting only of hematite ore (hematite-containing material), a material consisting of hematite ore and magnetite ore, hematite ore and magnetite ore, and these may be used. You may use what consists of iron oxide sources other than an ore. Further, for example, an intermediate between hematite ore and magnetite ore may be used as the iron oxide-containing substance.
  • the content of the hematite-containing material in the entire iron oxide-containing material is not particularly limited.
  • the solubility of the entire raw material mixture is deteriorated and productivity is lowered. And productivity increases further, so that the ratio which a hematite ore accounts is large.
  • the present invention can secure high productivity even if hematite ore is contained in the raw material mixture, the effect of the present invention becomes more remarkable as the ratio of hematite ore increases.
  • the ratio of the hematite-containing substance is preferably approximately 50% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more when the entire iron oxide-containing substance is 100% by mass.
  • Al 2 O 3 may generally contain 0.30% by mass or more when the entire hematite-containing material is 100% by mass. Since Al 2 O 3 has a particularly high melting point, in the case of the conventional direct reduction iron making method, if hematite ore containing 0.30% by mass or more of Al 2 O 3 is used as the iron oxide-containing substance, the gangue component dissolves. It becomes difficult and the dissolution time of the raw material mixture becomes longer.
  • LiO 2 acts as a melting point lowering agent for hematite-containing substances, so that the dissolution time of the raw material mixture becomes relatively short, and the production amount of granular metallic iron per unit time is relatively To increase. Therefore, when hematite ore containing a large amount of Al 2 O 3 is used (for example, when the content of Al 2 O 3 when the entire hematite-containing material is 100% by mass, preferably 0.40% by mass or more, More preferably, it is effective in improving the productivity of 1.0% by mass or more.
  • the Li 2 O content in the slag produced as a by-product when the raw material mixture is reduced by heating is set to 0.05% by mass or more.
  • LiO 2 in the slag is effective as a melting point lowering agent for the hematite-containing material, and the melting point of the gangue in the hematite-containing material is sufficiently lowered by controlling the Li 2 O content in the slag to the above range.
  • the amount of Li 2 O contained in the generated slag is preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 0.3% by mass or more.
  • the upper limit of the Li 2 O content contained in the generated slag is preferably 12% by mass or less, more preferably 11% by mass or less, and still more preferably 10% by mass or less.
  • the Li 2 O content in the slag can be controlled by adjusting the amount of the Li 2 O supply substance blended in the raw material mixture. It can also be controlled by adjusting the amount of Li 2 O supply material separately charged into the heating and reducing furnace.
  • the blending amount and charging amount of the Li 2 O supply substance are preferably adjusted appropriately according to the content and form of the gangue, and specifically, the ratio of the hematite-containing substance in the iron oxide-containing substance It is preferable to make adjustments in consideration of the type thereof (particularly, the component composition).
  • the Li 2 O supply substance used in the present invention is charged in a heating / reduction furnace alone or in a mixed state with other substances (for example, a raw material mixture), and is by-produced in the heat reduction process of the raw material mixture. It is a substance that supplies Li 2 O to slag.
  • the type of the Li 2 O supply material is not particularly limited. Examples thereof include Li 2 O and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ). Li 2 O is preferably used because the melting point lowering effect of gangue in the iron oxide-containing material is particularly large.
  • the experiment was performed by mixing the raw material mixture with the Li 2 O supply substance, but other alkali metal oxides belonging to the same alkali metal as Li (for example, Na 2 O or K 2 O). Etc.) alone or in combination may be incorporated into the raw material mixture.
  • Alkali metal oxides other than Li 2 O also have a melting point lowering effect of gangue in the iron oxide-containing material, and lower the melting point of the iron oxide-containing material in the same manner as when Li 2 O is blended. It is. Therefore, instead of the Li 2 O supply substance, Na 2 O supply substance (single or mixed with other substances in the heating and reduction furnace is added to the slag by-produced in the process of heating and reducing the raw material mixture.
  • K 2 O-supplied substance or K 2 O-supplied substance (alone or in a mixed state with other substances) is charged into the heat reduction furnace, and K 2 O is added to the slag by-produced during the heat reduction process of the raw material mixture. (Substance to be supplied) may be used.
  • Li oxide is less likely to be reduced than Na oxide and K oxide, it is difficult to evaporate as Li metal and is practical, so Li 2 O is preferable among alkali metal oxides.
  • the basicity [(CaO + MgO) / SiO 2 ] of the slag is in the range of 1.5 to 1.9.
  • the reason why the upper limit of slag basicity is set to 1.9 is mainly due to the productivity of reduced iron. That is, from the viewpoint of lowering the melting point of the slag, the basicity of the slag may be increased from 1.9, thereby further reducing the melting point of the final slag.
  • the basicity of the slag is preferably adjusted to 1.85 or less.
  • the lower limit of slag basicity was set to 1.5 because the slag fluidity deteriorates when the basicity is lower than this, and even if the reduction potential of the atmosphere can be maintained sufficiently high, the reduction reaction This is because the reduced granular metallic iron cannot be obtained.
  • the basicity is preferably 1.6 or more, and more preferably 1.65 or more.
  • the present invention provides an iron oxide-containing material containing a hematite-containing material, a raw material mixture containing a carbonaceous reducing agent and a Li 2 O supply material, or an iron oxide-containing material and carbon containing a hematite-containing material.
  • a raw material mixture containing a reductant and a Li 2 O supply substance are charged into a heating reduction furnace and heated to reduce to produce granular metallic iron, in which by-product slag is CaO, MgO, SiO 2 and containing Li 2 O, the content of Li 2 O in said slag above a predetermined value, the basicity of the slag [(CaO + MgO) / SiO 2] as a falls within a predetermined range, the raw material mixture component element Containing at least Fe, Ca, Mg, Si and Li, or one of the raw material mixture and the Li 2 O supply substance is less than Fe, Ca, Mg, Si and Li. Both are characterized in that one element is contained as a component element and the other contains at least the remaining element as a component element, but the MgO content in the slag is preferably 4 to 10% by mass.
  • MgO in the slag also has an effect of lowering the melting point of the hematite-containing material, like LiO 2 described above.
  • controlling the MgO content in the slag within the above range increases the productivity of reduced iron. If the MgO content in the slag is 4% by mass or more, crystallization of the composite oxide represented by 2CaO ⁇ SiO 2 in the slag is suppressed at a normal operating temperature, and the fluidity of the slag is increased. Cohesiveness of reduced iron is improved. Therefore, the MgO content is preferably 4% by mass or more. More preferably, it is 4.5 mass% or more, More preferably, it is 5 mass% or more.
  • the amount of MgO in the slag is preferably 10% by mass or less.
  • the upper limit with more preferable MgO content is 9.5 mass%, and a more preferable upper limit is 9.0 mass%.
  • the basicity of the slag and the amount of MgO in the slag can be controlled by adjusting the amounts of the iron oxide-containing substance and the carbonaceous reducing agent constituting the raw material mixture. This is because the iron oxide-containing substance and the carbonaceous reducing agent themselves contain at least CaO, MgO, and SiO 2 .
  • the present invention is not limited to the above-described method of adjusting the ratio of the raw material mixture, and as described later, “other MgO supply substance” is further blended in the raw material mixture, and the basicity of the slag and the slag The amount of MgO may be controlled (details will be described later).
  • iron ore blended as an iron oxide-containing substance, coal and coke blended as a carbonaceous reducing agent are natural products, and the contents of CaO, MgO, and SiO 2 vary depending on the type, although it is difficult to prescribe the amount of these ingredients uniformly, it is difficult to define the composition of the gangue contained in iron ore etc., which is incorporated as an iron oxide-containing substance, and coal, coke, etc., which is incorporated as a carbonaceous reducing agent. It is preferable to adjust appropriately considering the component composition of the ash contained.
  • the amount of the iron oxide-containing substance and the carbonaceous reducing agent is adjusted in consideration of the components and the amount of the carbonaceous powder, so that The basicity and the MgO content in the slag are controlled.
  • the present invention has the greatest feature in determining the Li 2 O content in the slag produced as a by-product and the basicity of the slag as described above, and is charged onto the hearth as a floor covering material.
  • carbonaceous powder is placed on the hearth as a floor covering, the reduction potential in the furnace can be increased more efficiently, improving the metalization rate and sulfur. This is preferable because both actions of reducing the content can be more effectively exhibited.
  • the flooring layer becomes a buffer material for the raw material mixture and hearth refractory, or the hearth refractory for by-product slag, etc. It becomes a protective material and helps to extend the life of hearth refractories.
  • the raw material mixture may sink into the flooring layer on the hearth and prevent the reduction from proceeding. Is desirable.
  • the type of carbonaceous powder used as the flooring material is not particularly limited.
  • normal coal or coke is pulverized, preferably with moderately adjusted particle size, and when coal is used, fluidity is low and it may be swollen or sticky on the hearth. No anthracite is preferred.
  • the above-mentioned SiO 2 supply substance used in the present invention is slag that is introduced into a heat reduction furnace alone or in a mixed state with other substances (for example, a raw material mixture) and is by-produced during the heat reduction process of the raw material mixture. It is a substance that supplies SiO 2 to the substrate.
  • the kind of SiO 2 supply substance is not particularly limited. Examples thereof include hematite ore and coal contained in the raw material mixture.
  • the MgO supply substance used in the present invention is slag that is introduced into a heating and reducing furnace alone or in a mixed state with other substances (for example, a raw material mixture) and formed as a by-product in the heat reduction process of the raw material mixture. It is a substance that supplies MgO.
  • the kind of the MgO supply material is not particularly limited. Examples thereof include hematite ore and coal contained in the raw material mixture (sometimes referred to as “MgO supply substance contained in raw material mixture” in this specification).
  • an Mg-containing substance extracted from MgO powder, natural ore, seawater, or the like, or magnesium carbonate (MgCO 3 ) may be used (sometimes referred to as “other MgO supply substance” in this specification).
  • the “other MgO supply substance” may be blended in the raw material mixture.
  • the component composition and the blending amount of the “other MgO supply substance” are also considered and By adjusting the amount of the carbonaceous reducing agent, the basicity of by-product slag and the MgO content in the slag are controlled. That is, the raw material mixture may contain “another MgO supply substance” in addition to the iron oxide-containing substance and the carbonaceous reducing agent, which are “MgO supply substances contained in the raw material mixture”.
  • the slag to be produced contains CaO, MgO and SiO 2 , and the basicity [(CaO + MgO) / SiO 2 ] of the slag falls within the range of 1.5 to 1.9, “other MgO "Feed substance” is included.
  • the above-mentioned CaO supply substance used in the present invention is slag that is introduced into a heating and reducing furnace alone or in a mixed state with other substances (for example, a raw material mixture) and formed as a by-product in the heat reduction process of the raw material mixture. It is a substance that supplies CaO.
  • the kind of CaO supply substance is not particularly limited. Examples thereof include hematite ore and coal contained in the raw material mixture (sometimes referred to as “CaO supply substance contained in the raw material mixture” in this specification).
  • quick lime (CaO), calcium carbonate (CaCO 3 ), and the like can be given (in the present specification, they may be referred to as “other CaO supply substances”).
  • the “other CaO supply substance” may be blended in the raw material mixture.
  • the component composition of the “other CaO supply substance” and the blending amount thereof are also considered,
  • the basicity of the by-product slag and the CaO content in the slag are controlled. That is, the raw material mixture may contain “another CaO supply substance” in addition to the iron oxide-containing substance and the carbonaceous reducing agent, which are “CaO supply substances contained in the raw material mixture”.
  • MgO and SiO 2 are contained in the raw material mixture so that the basicity [(CaO + MgO) / SiO 2 ] of the slag falls within the range of 1.5 to 1.9. Contain.
  • dolomite ore may be blended in the raw material mixture as a supply material of MgO and CaO. That is, in addition to the iron oxide-containing material and the carbonaceous reductant which are the “MgO supply material contained in the raw material mixture” and the “CaO supply material contained in the raw material mixture”, the raw material mixture is “MgO and CaO supply material” ", For example, may contain dolomite ore.
  • the supply substance of MgO and CaO is charged into the slag by-produced in the process of heating and reducing the raw material mixture by being charged into the heating and reducing furnace alone or in a mixed state with other substances (for example, raw material mixture). And a substance that supplies CaO.
  • a small amount of polysaccharide may be added to the raw material mixture as a binder. That is, the raw material mixture may contain a polysaccharide used for the binder.
  • the raw material mixture may contain fluorite (that is, the raw material mixture may contain fluorite). If the raw material mixture contains fluorite, the desulfurization ability of slag is improved, and granular metallic iron with a small amount of S can be produced. However, from the viewpoint of “emphasis on environmental measures”, it is desirable that the raw material mixture does not contain a fluorine-containing substance such as fluorite containing harmful fluorine. According to the present invention described above, the aggregation performance can be sufficiently improved even when the raw material mixture does not contain fluorite.
  • the basicity of the final slag is set to 1. If it is raised to about 9, slag can be sufficiently melted in the temperature range up to 1450 ° C. based on actual operation. As a result, it is possible to produce granular metallic iron under stable operating conditions.As a result, although there are some differences depending on the brand of coal blended as a carbonaceous reducing agent or flooring material, granular metallic iron can be produced in a short time. Can be manufactured.
  • FIG. 3 is a schematic explanatory diagram showing a configuration example of a rotary hearth-type heating reduction furnace among the moving hearth-type heating reduction furnaces.
  • a part of furnace is notched and the inside is shown.
  • a raw material mixture 1 containing an iron oxide-containing substance, a carbonaceous reducing agent, and a Li 2 O supply substance is continuously loaded on the rotary hearth 4 through a raw material charging hopper 3.
  • the iron oxide-containing material contains a hematite-containing material, and coal, coke, etc. are usually used as the carbonaceous reducing agent.
  • the form when supplying the raw material mixture 1 is not particularly limited.
  • a simple molded body obtained by pressing and solidifying a raw material mixture containing an iron oxide-containing substance, a carbonaceous reducing agent and a Li 2 O supply substance, or a carbonaceous material interior formed by molding the raw material mixture into pellets or briquettes A compact is supplied.
  • a material in which an iron oxide-containing substance, a carbonaceous reducing agent, a Li 2 O supply substance, and the like are appropriately mixed may be supplied.
  • the granular carbonaceous powder 2 may be supplied together with the simple molded body or the carbonaceous material interior molded body.
  • the Li 2 O supply substance may be charged into the heating reduction furnace F.
  • substances for example, MgO supply substance, CaO supply substance, etc.
  • fluorine-containing material for example, fluorite
  • the procedure for charging the raw material mixture 1 into the heating reduction furnace F will be specifically described.
  • the granular carbonaceous powder 2 is charged and spread on the rotary hearth 4 from the raw material charging hopper 3, and the raw material mixture 1 is charged thereon. It is good to keep.
  • FIG. 3 shows an example in which one raw material charging hopper 3 is shared by the charging of the carbonaceous powder 2 and the charging of the raw material mixture 1, the carbonaceous powder 2 and the raw material are used by using two or more hoppers. It is of course possible to charge the mixture 1 separately.
  • the carbonaceous powder 2 charged as a flooring is extremely effective in increasing the reduction efficiency and promoting low sulfidation of granular metallic iron obtained by heat reduction, but the charging may be omitted.
  • the kind of carbonaceous powder charged as a flooring is not particularly limited. For example, coal and coke are mentioned.
  • As the carbonaceous powder charged as a flooring it is preferable to use a carbonaceous powder having a lower S content than the carbonaceous reducing agent blended in the raw material mixture.
  • the rotary hearth 4 of the heating reduction furnace F shown in FIG. 3 rotates counterclockwise.
  • the rotation speed varies depending on the size of the heating reduction furnace F and the operating conditions, but is usually a speed of one round in about 8 to 16 minutes.
  • a plurality of heating burners 5 are provided on the wall surface of the furnace body 8 in the heating and reducing furnace F, and heat is supplied to the hearth by the combustion heat of the heating burner 5 or its radiant heat.
  • the heating burner 5 may be provided on the ceiling of the furnace.
  • reference numeral 7 denotes an exhaust gas duct.
  • a raw material mixture containing an iron oxide-containing substance, a carbonaceous reducing agent, and a Li 2 O supply substance is heated and reduced in a moving hearth type heating and reducing furnace, and the slag produced as a by-product at that time
  • the raw material mixture contains at least Fe, Ca, Mg as component elements so that the content of Li 2 O occupies a predetermined value or more and the basicity [(CaO + MgO) / SiO 2 ] of the slag falls within a predetermined range.
  • a raw material mixture containing an iron oxide-containing substance and a carbonaceous reducing agent and a Li 2 O supply substance are heated and reduced in a moving hearth type heating and reducing furnace, at that time the content of Li 2 O occupied in the slag to a predetermined value or more, and, the basicity of the slag [(CaO + MgO) / SiO 2] as a falls within a predetermined range, the raw material mixture and Li 2 O feed material
  • a hematite-containing substance is used as the iron oxide-containing substance by containing at least one element of Fe, Ca, Mg, Si and Li as a constituent element and containing at least the remaining elements as a constituent element. Even if it exists, it becomes possible to manufacture granular metallic iron with high productivity.
  • Table 1 shows the component composition of hematite ore and magnetite ore
  • Table 2 shows the component composition of coal (others in the analysis values mean solid carbonaceous matter).
  • the mixture M contains a binder (wheat flour), calcium carbonate (CaCO 3 ) as a CaO supply substance, and dolomite ore (a main component) as a supply substance for MgO and CaO.
  • a binder molecular weight distribution
  • CaCO 3 calcium carbonate
  • dolomite ore a main component
  • a raw material mixture hereinafter referred to as a compound
  • a secondary material for adjusting slag basicity such as CaCO 3 .MgCO 3
  • the component composition of the blend is shown in Table 3 below.
  • a pellet-shaped raw material molded body was produced by molding the obtained blend.
  • the obtained raw material compact was charged into a small experimental heating and reducing furnace and subjected to heat reduction.
  • coal (carbonaceous powder) having a component composition shown in Table 2 was previously laid as a floor covering material with a thickness of about 5 mm.
  • the furnace temperature was adjusted to 1450 ° C.
  • the iron oxide content in the raw material molded body charged on the hearth of the heating and reducing furnace is reduced while maintaining the solid state while being heated in the furnace for about 10 to 16 minutes. While undergoing carburization with the carbonaceous powder remaining after the reduction, the melting point dropped and agglomerated each other.
  • the slag produced as a by-product at this time partially or almost completely melted and aggregated with each other, and separated into molten granular metallic iron and molten slag. Thereafter, the molten granular metallic iron and molten slag are cooled and cooled to a temperature below the melting point (specifically, cooled to about 1100 ° C.) and solidified, and the solid metallic iron or slag in the solid state is brought out of the furnace. Discharged.
  • the measured dissolution completion time is shown in Table 5 below.
  • the dissolution completion time is No. when hematite ore A was used. No. 1 when hematite ore B was used with reference to the dissolution completion time in No. 1.
  • the dissolution completion time in 6 was used as a reference, and the time when the dissolution completion time was shorter than this reference was evaluated as acceptable, and the time when it was longer was evaluated as rejected.
  • the basicity [(CaO + MgO) / SiO 2 ] of slag was calculated from the amounts of CaO, MgO and SiO 2 contained in the slag, and the calculation results are shown in Table 5 below.
  • the yield rate (Fe1 / Fe0) was calculated from the ratio of the mass of Fe obtained as aggregated granular metal iron (Fe1) to the mass of Fe (Fe0) obtained from the blending calculation.
  • the calculation results are shown in Table 5 below.
  • ratio (sulfur distribution ratio (S) / [S]) of sulfur amount (S) contained in slag with respect to sulfur amount [S] contained in granular metallic iron was calculated. The calculation results are also shown in Table 5 below.
  • No. No. 1-11 Nos. 1 to 5 are examples using the hematite ore A in Table 1.
  • Nos. 6 to 10 are examples using the hematite ore B in Table 1.
  • 11 is a reference example using the magnetite ore C of Table 1.
  • No. 1 and No. 3 and no. 6 is an example in which no Li 2 O supply substance is blended in the raw material mixture.
  • Table 4 and Table 5 below can be considered as follows.
  • the basicity of slag produced as a by-product is less than 1.5, and the basicity is particularly about 1.4. Therefore, the melting point of slag is lowered, and the raw material mixture is blended with a Li 2 O supply substance.
  • the dissolution completion time is No. It is shorter than 1. However, since the basicity of slag is less than 1.5, it can be seen that the sulfur distribution ratio is small and the yield rate is low.
  • No. 2 O content in the slag of 0.05% by mass or more, and the basicity [(CaO + MgO) / SiO 2 ] of the slag is in the range of 1.5 to 1.9. No. 1 while maintaining the same yield rate as No. 1.
  • the dissolution completion time is shorter than 1. Further, greater the content of Li 2 O in the slag, it can be seen that there is a tendency that the sulfur partition ratio increases.
  • No. Nos. 7 to 10 have a Li 2 O content in the slag of 0.05% by mass or more, and the basicity [(CaO + MgO) / SiO 2 ] of the slag is in the range of 1.5 to 1.9. No. 6 while maintaining a yield rate similar to The dissolution completion time is shorter than 6. Further, greater the content of Li 2 O in the slag tend to sulfur partition ratio increases, dissolution completion time is found to be prone to become shorter.
  • No. 11 and no. 1 and no. As is clear from the comparison with No. 6, when magnetite ore is used (No. 11), hematite ore is used (No. 1 and No. 1) even if Li 2 O supply substance is not blended in the raw material mixture. It can be seen that the dissolution completion time is shorter than that of .6).
  • the basicity of slag and the amount of MgO in the slag are adjusted by blending dolomite ore as a supply material for MgO and CaO.
  • dolomite ore occupying is generally controlled within the range of 0 to 3.2% by mass, the basicity and MgO content defined in the present invention can be controlled.
  • the Li 2 O content in the slag is set to 0.05% by mass or more by blending the Li 2 O supply material with the mixture M, and the CaO supply material and the MgO supply material contained in the raw material mixture. And adjusting the amount of the SiO 2 supply substance, the basicity [(CaO + MgO) / SiO 2 ] of the slag determined from the contents of CaO, MgO and SiO 2 in the slag is 1.5 to 1.9. By making it into the range, the dissolution completion time can be shortened without reducing the yield rate, and the productivity can be improved.
  • a raw material mixture containing an iron oxide-containing substance, a carbonaceous reducing agent, and a Li 2 O supply substance is charged into a heating reduction furnace and heated.
  • the iron oxide is reduced by the carbonaceous reducing agent, and the produced metallic iron is separated from the by-product slag and aggregated in a granular form, and then cooled and solidified to produce the granular metallic iron
  • the oxidation iron-containing material comprises the hematite-containing material, wherein the raw material mixture, the slag CaO, MgO, in addition to containing SiO 2 and Li 2 O, Li 2 O content of the slag is 0.05 mass% or more
  • a raw material mixture containing an iron oxide-containing substance and a carbonaceous reducing agent and a Li 2 O supply substance are charged in a heating reduction furnace and heated to oxidize the raw material mixture.
  • a method for producing granular metallic iron by reducing iron with the carbonaceous reducing agent and aggregating the produced metallic iron into granular particles while separating them from by-product slag, followed by cooling and solidifying, and containing the iron oxide material comprises a hematite-containing material, the slag CaO, MgO, together containing SiO 2 and Li 2 O, Li 2 O content of the slag is 0.05 mass% or more, basicity of the slag [ (CaO + MgO) / SiO 2 ] falls within a range of 1.5 to 1.9, and one of the raw material mixture and the Li 2 O supply substance is at least of Fe, Ca, Mg, Si and Li. Contains one element Containing the element, the other is a method of producing metallic iron nug
  • Li 2 O having a content of 0.05% by mass or more lowers the melting point of the hematite-containing substance to shorten the melting time of the raw material mixture, and the basicity [(CaO + MgO) / SiO 2 ] is 1. Since the slag with high fluidity of 5 to 1.9 increases the cohesiveness of reduced iron and improves the yield of granular metal iron, even when the iron oxide-containing substance contains a hematite-containing substance, the granular metal iron can be produced with high productivity. Can be manufactured.
  • the hematite-containing substance a substance containing 0.30% by mass or more of Al 2 O 3 when the entire hematite-containing substance is 100% by mass can be used. Even when hematite ore containing 0.30% by mass or more of Al 2 O 3 whose melting point is particularly higher than other gangue components is used, LiO 2 reduces the melting point of gangue in hematite ore. Since the dissolution completion time of the raw material mixture is shortened as compared with the conventional direct reduction iron making method, the present invention can maintain high productivity.
  • the MgO content in the slag is preferably 4 to 10% by mass. If the MgO content in the slag is within the above range, MgO can lower the melting point of the hematite-containing material and increase the cohesiveness of the reduced iron while maintaining high fluidity of the slag.
  • Li 2 O supply substance at least one compound selected from Li 2 O and Li 2 CO 3 can be used.
  • the raw material mixture may further contain dolomite ore, may further contain at least one compound selected from CaO and CaCO 3 , or at least 1 selected from MgO and MgCO 3.
  • a seed compound may be further contained.
  • the dolomite ore may be charged into the heating reduction furnace, at least one compound selected from CaO and CaCO 3 may be charged into the heating reduction furnace, or MgO and MgCO. At least one compound selected from 3 may be charged into the heating reduction furnace.
  • the raw material mixture contains at least one or more of dolomite ore, CaO, CaCO 3 , MgO or MgCO 3 so that the basicity [(CaO + MgO) / SiO 2 ] of slag falls within the range of 1.5 to 1.9.
  • a raw material mixture and at least one or more of dolomite ore, CaO, CaCO 3 , MgO or MgCO 3 into a heat reduction furnace, a hematite-containing substance used as an iron oxide-containing substance, Corresponding to fluctuations in CaO content and MgO content depending on the type of coal or coke used as the carbonaceous reducing agent, granular metallic iron can be produced with high productivity.
  • the slag produced as a by-product in the production method of the present invention has a Li 2 O content of 0.05% by mass or more, and the basicity of the slag obtained from the contents of CaO, MgO and SiO 2 in the slag [( CaO + MgO) / SiO 2 ] is 1.5 to 1.9.
  • the method for producing granular metallic iron of the present invention it is possible to produce granular metallic iron with high productivity even when the iron oxide-containing substance contains a hematite-containing substance.

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Abstract

　酸化鉄含有物質、炭素質還元剤およびＬｉ２Ｏ供給物質を含む原料混合物を加熱還元炉で加熱還元することで、粒状金属鉄を製造する方法であって、前記酸化鉄含有物質がヘマタイト含有物質を含み、前記原料混合物は、加熱還元中に副生するスラグがＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２およびＬｉ２Ｏを含有するとともに、該スラグ中のＬｉ２Ｏ含有量が０．０５質量％以上で、該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２］が１．５～１．９の範囲内に入るように、成分元素として少なくともＦｅ、Ｃａ、Ｍｇ、ＳｉおよびＬｉを含有する。この方法により、酸化鉄含有物質としてヘマタイト含有物質を用いた場合であっても、粒状金属鉄を生産性良く製造することができる。

Description

粒状金属鉄の製造方法
　本発明は、粒状金属鉄の製造方法に関するものであり、詳細には、少なくとも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。一方、比較的小規模で、多品種・少量生産に適する方法として、高炉を使用せず、原料混合物中の酸化鉄を炭素質還元剤で直接還元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１～４など）。
　直接還元製鉄法は、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、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）を製造する方法である。
　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、最近実用化へ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（例えば、粒状金属鉄の純度）などを含めて更に改善しなければならない課題も多い。
　当該課題の一つとして、粒状金属鉄の生産性を向上することが挙げられる。直接還元製鉄法が高炉法等の従来の製鉄法と比べて省スペース化できたとしても、生産性が悪ければ、直接還元製鉄法を工業的規模で実施することは不可能だからである。
　直接還元製鉄法では、粒状金属鉄の生産性を高めるために、移動炉床式加熱還元炉の炉床上に装入した原料混合物が短時間のうちに溶解し、単位時間当たりの粒状金属鉄の生産量が増大すること、および、得られる粒状金属鉄の凝集性が高いこと（換言すれば、原料混合物に配合したＦｅ量に対し、凝集して粒状金属鉄として得られたＦｅの歩留まりが高いこと）が求められる。
特開平２－２２８４１１号公報 特開２００１－２７９３１３号公報 特開２００１－２４７９２０号公報 特開２００４－２８５３９９号公報
　従来の直接還元製鉄法では、酸化鉄含有物質として鉄鉱石を用いるのが一般的である。鉄鉱石は、主に、ヘマタイト鉱石とマグネタイト鉱石の２種類に大別されることが知られている。ヘマタイト鉱石とは、酸化数が３価のヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）を主体とする鉱石であり、マグネタイト鉱石とは、酸化数が２価のウスタイト（ＦｅＯ）と酸化数が３価のヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）の混合物である。一般に、鉄鉱石の総産出量に占めるヘマタイト鉱石の産出量は約８０～９０％であり、マグネタイト鉱石の産出量は約１０～２０％であると言われている。そのため、鉄鉱石は、通常、ヘマタイトを含有していることが多い。
　本発明者らの検討結果から、原料混合物に配合する酸化鉄含有物質の種類によって粒状金属鉄の生産性が大きく変化すること、詳細には、原料混合物中の酸化鉄含有物質としてヘマタイト鉱石のみを用いた場合は、マグネタイト鉱石のみを用いた場合と比べて、生産性が劣ることが判明した。しかしながら、従来の直接還元製鉄法では、酸化鉄含有物質の種類について留意されておらず、上記特許文献１～４を参照しても、原料混合物に配合する酸化鉄含有物質の種類によって生産性などが変化することについては、何も記載されていない。
　このため、酸化鉄含有物質が鉄鉱石の大部分を占めるヘマタイト鉱石を含む場合に、酸化鉄含有物質がマグネタイト鉱石のみからなる場合と同様に、生産性良く粒状金属鉄を製造できる技術の確立が望まれる。
　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、直接還元製鉄法によって粒状金属鉄を製造するに当たり、原料混合物中の酸化鉄含有物質がヘマタイト含有物質を含む場合に、粒状金属鉄を生産性良く製造できる方法を提供することにある。
　本発明の一局面は、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤およびＬｉ２Ｏ供給物質を含む原料混合物を加熱還元炉に装入して加熱し、前記原料混合物中の酸化鉄を前記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であって、前記酸化鉄含有物質がヘマタイト含有物質を含み、前記原料混合物は、前記スラグがＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２およびＬｉ２Ｏを含有するとともに、該スラグ中のＬｉ２Ｏ含有量が０．０５質量％以上で、該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２］が１．５～１．９の範囲内に入るように、成分元素として少なくともＦｅ、Ｃａ、Ｍｇ、ＳｉおよびＬｉを含有する粒状金属鉄の製造方法である。
　また、本発明の他の一局面は、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む原料混合物と、Ｌｉ２Ｏ供給物質とを加熱還元炉に装入して加熱し、前記原料混合物中の酸化鉄を前記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であって、前記酸化鉄含有物質がヘマタイト含有物質を含み、前記スラグがＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２およびＬｉ２Ｏを含有するとともに、該スラグ中のＬｉ２Ｏ含有量が０．０５質量％以上で、該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２］が１．５～１．９の範囲内に入るように、前記原料混合物および前記Ｌｉ２Ｏ供給物質の一方が、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ、ＳｉおよびＬｉのうち、少なくとも１元素を成分元素として含有し、他方が少なくとも残りの元素を成分元素として含有する粒状金属鉄の製造方法である。
　本発明の目的、特徴、局面および利点は、以下の詳細な説明および図面によって、より明白となる。
図１は、マグネタイト鉱石に含まれる脈石の形態を示す図面代用写真である。 図２は、ヘマタイト鉱石に含まれる脈石の形態を示す図面代用写真である。 図３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。
　本発明者らは、酸化鉄含有物質として、マグネタイト鉱石のみを用いた場合とヘマタイト鉱石のみを用いた場合とにおいて、粒状金属鉄の生産性に差が生じる原因について検討した。その結果、マグネタイト鉱石とヘマタイト鉱石とは鉱石中に含まれる脈石の形態が異なっており、この違いが生産性に影響を及ぼしていることが判明した。
　脈石とは、鉱山で採掘された鉱石（粗鉱）を構成している成分のうち、有用金属を含む鉱物以外の成分であり、通常、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２、ＣａＯなどの酸化物から構成されている。
　マグネタイト鉱石に含まれる脈石は、図１の図面用代用写真に示すように、酸化鉄に脈石が付着したような形態で存在する。一方、ヘマタイト鉱石に含まれる脈石は、図２の図面代用写真に示すように、脈石が酸化鉄に取り囲まれた形態や、逆に脈石が酸化鉄を取り囲む形態で存在する。酸化鉄含有物質としてマグネタイト鉱石を用いた場合には、脈石が酸化鉄を取り囲んでいないため、移動炉床炉で加熱される際に、酸化鉄部分は容易に還元されると考えられる。一方、酸化鉄含有物質としてヘマタイト鉱石を用いた場合には、脈石が酸化鉄を取り囲んでいることがあるため、脈石が熱伝導を阻害して酸化鉄は温度が上がりにくくなり、しかもＣＯのような還元ガスによる酸化鉄の還元が進行し難いと考えられる。
　また、本発明者らが検討した結果、脈石成分のなかでもＡｌ２Ｏ３は融点が特に高いため、ヘマタイト含有物質全体を１００質量％としたとき、ヘマタイト含有物質（ヘマタイト鉱石）に含まれるＡｌ２Ｏ３が０．３０質量％以下ならば脈石の溶解具合は影響を殆ど受けないが、Ａｌ２Ｏ３が０．３０質量％を超えると脈石に占めるＡｌ２Ｏ３の割合が大きくなるため、脈石が溶解し難くなることが判明した。
　そこで本発明者らは、ヘマタイト鉱石中の脈石を素早く溶解させることができれば、加熱還元炉に装入した原料混合物の溶解時間を短くすることができ、生産性が向上するのではないかとの考えのもとに、更に検討を重ねた。その結果、原料混合物にＬｉ２Ｏ供給物質を積極的に配合して副生するスラグ中のＬｉ２Ｏ含有量を０．０５質量％以上とすれば、ヘマタイト鉱石に含まれる脈石の融点を低下させることができ、粒状金属鉄の生産性が向上することを見出した。
　副生するスラグ中のＬｉ２Ｏ含有量が０．０５質量％以上となるように、原料混合物がＬｉ２Ｏ供給物質を含むことで、或いは、原料混合物とＬｉ２Ｏ供給物質とを加熱還元炉に装入することで、ヘマタイト鉱石の溶解が促進される。しかしながら、溶解した酸化鉄を還元して得られる還元鉄の凝集性が悪い場合には、還元鉄の一部は副生するスラグに取り込まれてしまい、スラグとして系外へ排出されてしまう。その結果、粒状金属鉄の歩留まりは悪くなり、生産性が劣化する。そこで本発明者らは、Ｌｉ２Ｏ供給物質の配合によるヘマタイト鉱石の溶解促進効果を阻害することなく、粒状金属鉄の歩留まりを高めて生産性を一層向上すべく更に検討を重ねた。その結果、副生するスラグ中のＬｉ２Ｏ含有量を０．０５質量％以上で、スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２］が１．５～１．９の範囲内に入るように、原料混合物が成分元素として少なくともＦｅ、Ｃａ、Ｍｇ、ＳｉおよびＬｉを含有していれば、即ち、副生するスラグ中のＬｉ２Ｏ含有量を０．０５質量％以上にするとともに、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、上記スラグ中の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１．５～１．９の範囲内にすれば、スラグの流動性が良好となり、粒状金属鉄とスラグの分離性が良くなることで粒状金属鉄の凝集性が高くなり、粒状金属鉄の歩留まりが向上することを見出した。
　このように、本発明は、（１）原料混合物にＬｉ２Ｏ供給物質を配合し、または加熱還元炉にＬｉ２Ｏ供給物質を装入し、配合量または装入量を調整することによって副生するスラグ中のＬｉ２Ｏ含有量を０．０５質量％以上とし、且つ（２）原料混合物または加熱還元炉に装入される他の装入物に含まれる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、上記スラグ中の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１．５～１．９の範囲としたところに特徴があり、これにより、酸化鉄含有物質としてヘマタイト含有物質を用いた場合でも、粒状金属鉄を生産性良く製造することができる。
　本発明において、スラグ中のＬｉ２Ｏは、いわば、ヘマタイト含有物質の融点降下剤として作用し、Ｌｉ２Ｏの存在下で上記範囲内の塩基度を有するスラグ中のＣａＯ、ＭｇＯおよびＳｉＯ２は、スラグの流動性向上剤として作用する。以下、本発明を特徴付ける要件について詳しく説明する。
　［ヘマタイト含有物質］
　本発明では、酸化鉄含有物質はヘマタイト含有物質を含有している。本発明に用いられるヘマタイト含有物質とは、ヘマタイト鉱石からなる酸化鉄源である。微視的に見れば、脈石に取り囲まれた酸化鉄を含んだ酸化鉄源である。従って、酸化鉄含有物質として、例えば、ヘマタイト鉱石（ヘマタイト含有物質）のみからなるものを用いてもよいし、ヘマタイト鉱石とマグネタイト鉱石からなるものを用いてもよいし、ヘマタイト鉱石とマグネタイト鉱石とこれら鉱石以外の酸化鉄源からなるものを用いてもよい。また、例えば、ヘマタイト鉱石とマグネタイト鉱石の中間体などを酸化鉄含有物質として用いてもよい。
　酸化鉄含有物質全体に占めるヘマタイト含有物質の含有量は特に制限されない。従来の直接還元製鉄法では、原料混合物中にヘマタイト鉱石が少しでも含まれていれば、原料混合物全体の溶解性が悪くなり、生産性が低下する。そして、ヘマタイト鉱石の占める比率が多い程、生産性も一層低下する。これに対して、本発明は原料混合物中にヘマタイト鉱石が含まれていても、高い生産性を確保できるので、ヘマタイト鉱石の占める比率が多い程、本発明による効果が顕著に発揮される。本発明では、ヘマタイト含有物質の比率は、酸化鉄含有物質全体を１００質量％としたときに、おおむね５０質量％以上であることが好ましく、８０％質量以上であることがより好ましい。
　また、上記ヘマタイト含有物質中に含まれる脈石成分のうち、Ａｌ２Ｏ３はヘマタイト含有物質全体を１００質量％としたとき、おおむね、０．３０質量％以上含有していてもよい。Ａｌ２Ｏ３は特に融点が高いため、従来の直接還元製鉄法であれば、酸化鉄含有物質としてＡｌ２Ｏ３を０．３０質量％以上含むヘマタイト鉱石を用いると、脈石成分が溶解し難くなり、原料混合物の溶解時間が長くなる。これに対して、本発明は、ＬｉＯ２がヘマタイト含有物質の融点低下剤として作用することで、原料混合物の溶解時間が相対的に短くなり、単位時間当たりの粒状金属鉄の生産量が相対的に増大する。そのため、Ａｌ２Ｏ３を多く含むヘマタイト鉱石を用いた場合（例えば、ヘマタイト含有物質全体を１００質量％としたときのＡｌ２Ｏ３の含有量が、好ましくは０．４０質量％以上の場合、より好ましくは１．０質量％以上の場合）の生産性向上に有効である。
　［スラグ中のＬｉ２Ｏ含有量］
　本発明では、原料混合物を加熱還元したときに副生するスラグ中のＬｉ２Ｏ含有量を０．０５質量％以上とする。スラグ中のＬｉＯ２は、ヘマタイト含有物質の融点低下剤として有効であり、スラグ中のＬｉ２Ｏ含有量を上記範囲に制御することにより、ヘマタイト含有物質中の脈石の融点を充分に低下させることができ、結果として原料混合物の溶解性を高め、粒状金属鉄の生産性を改善できる。生成スラグ中に含まれるＬｉ２Ｏ量は、０．１質量％以上であることが好ましく、０．３質量％以上であることがより好ましい。
　一方、Ｌｉ２Ｏ供給物質の配合量を多くし過ぎると、Ｌｉ２Ｏ成分の蒸発が激しくなり、蒸発したＬｉ２Ｏが炉内の耐火物と反応して損傷を早めるので、炉内耐火物の寿命延長の観点から、生成スラグ中に含まれるＬｉ２Ｏ含有量の上限は、１２質量％以下とすることが好ましく、１１質量％以下がより好ましく、１０質量％以下が更に好ましい。
　スラグ中のＬｉ２Ｏ含有量は、原料混合物にＬｉ２Ｏ供給物質を配合する量を加減することによって制御することができる。また、加熱還元炉に別途装入するＬｉ２Ｏ供給物質の量を加減することによっても制御することができる。Ｌｉ２Ｏ供給物質の配合量および装入量は、脈石の含有量や形態などに応じて適切に調整することが好ましく、具体的には、酸化鉄含有物質中に占めるヘマタイト含有物質の比率やその種類（特に、成分組成）などを考慮し、調整することが好ましい。
　本発明に用いられる上記Ｌｉ２Ｏ供給物質とは、単独でまたは他の物質との混合状態（例えば、原料混合物）で加熱還元炉に装入されて、原料混合物の加熱還元過程で副生するスラグにＬｉ２Ｏを供給する物質である。Ｌｉ２Ｏ供給物質の種類は特に制限されない。例えば、Ｌｉ２Ｏや炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）などが挙げられる。Ｌｉ２Ｏは、酸化鉄含有物質中の脈石の融点降下作用が特に大きいため、好ましく用いられる。Ｌｉ２Ｏは水に容易に溶解するため、原料混合物に含まれる水分にＬｉ２Ｏが溶解して液状になると、酸化鉄含有物質との接触面積が増大し、反応性が高くなり、酸化鉄含有物質中の脈石の融点を効率良く低下させて、溶解性を向上させると考えられる。
　なお、後記する実施例では、原料混合物にＬｉ２Ｏ供給物質を配合して実験を行なったが、Ｌｉと同じアルカリ金属に属する他のアルカリ金属の酸化物（例えば、Ｎａ２ＯやＫ２Ｏなど）を単独でまたは組合せて原料混合物に配合してもよい。Ｌｉ２Ｏ以外のアルカリ金属の酸化物も、酸化鉄含有物質中の脈石の融点降下作用を有しており、Ｌｉ２Ｏを配合したときと同様に酸化鉄含有物質の融点を降下させるからである。従って、Ｌｉ２Ｏ供給物質に代えて、Ｎａ２Ｏ供給物質（単独でまたは他の物質との混合状態で加熱還元炉に装入されて、原料混合物の加熱還元過程で副生するスラグにＮａ２Ｏを供給する物質）やＫ２Ｏ供給物質（単独でまたは他の物質との混合状態で加熱還元炉に装入されて、原料混合物の加熱還元過程で副生するスラグにＫ２Ｏを供給する物質）を用いてもよい。但し、Ｌｉの酸化物はＮａの酸化物やＫの酸化物に比べて還元されにくいため、Ｌｉ金属となって蒸発しにくく、実用的なのでアルカリ金属酸化物の中ではＬｉ２Ｏが好ましい。
　［スラグの塩基度：１．５～１．９］
　スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２］は、１．５～１．９の範囲とする。スラグの塩基度の上限を１．９と定めたのは、主に、還元鉄の生産性などを考慮したためである。即ち、スラグの融点低下という観点のみからすれば、スラグの塩基度を１．９より高めても良く、これにより、最終スラグの融点を更に低下させることができる。しかしながら、スラグの塩基度を高くし過ぎると、スラグの粘性が増大してスラグの流動性が悪くなり、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ばかりでなく、粒状金属鉄の歩留りも低下する傾向があるためである。スラグの塩基度は、好ましくは１．８５以下に調整するのがよい。
　スラグの塩基度の下限を１．５と定めたのは、塩基度がこれを下回った場合にはスラグの流動性が悪くなり、たとえ雰囲気の還元ポテンシャルが充分に高く維持できたとしても還元反応が進まず、還元された粒状金属鉄が得られなくなるからである。本発明を実施する上で好ましい塩基度は１．６以上、より好ましい塩基度は１．６５以上である。
　［スラグ中のＭｇＯ含有量：４～１０質量％］
　前述したように、本発明は、ヘマタイト含有物質を含有した酸化鉄含有物質、炭素質還元剤およびＬｉ２Ｏ供給物質を含む原料混合物を、または、ヘマタイト含有物質を含有した酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む原料混合物とＬｉ２Ｏ供給物質とを加熱還元炉に装入し、加熱還元して粒状金属鉄を製造する方法であって、副生するスラグがＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２およびＬｉ２Ｏを含有し、該スラグ中のＬｉ２Ｏ含有量を所定値以上に、該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２］を所定の範囲内に入るように、原料混合物が成分元素として少なくともＦｅ、Ｃａ、Ｍｇ、ＳｉおよびＬｉを含有すること、または、原料混合物およびＬｉ２Ｏ供給物質の一方が、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ、ＳｉおよびＬｉのうち、少なくとも１元素を成分元素として含有し、他方が少なくとも残りの元素を成分元素として含有することに特徴があるが、更に、スラグ中のＭｇＯ含有量が４～１０質量％であることが好ましい。
　スラグ中のＭｇＯも、前述したＬｉＯ２と同様、ヘマタイト含有物質の融点低下作用を有している。ＬｉＯ２含有量の制御に加えてスラグ中のＭｇＯ含有量を上記範囲に制御することにより、還元鉄の生産性が高められる。スラグ中のＭｇＯ含有量が４質量％以上であれば、通常の操業温度において、スラグ内での２ＣａＯ・ＳｉＯ２で表される複合酸化物の晶出が抑制され、スラグの流動性が高まり、還元鉄の凝集性が向上する。従ってＭｇＯ含有量は、４質量％以上とすることが好ましい。より好ましくは４．５質量％以上であり、更に好ましくは５質量％以上である。
　一方、スラグ中のＭｇＯ量が１０質量％以下であれば、スラグ内でのＭｇＯの晶出が抑制されて還元鉄の凝集性が高まる。その結果、目標とする大粒の粒状金属鉄を高歩留りで製造できることになる。従ってスラグ中のＭｇＯ量は、１０質量％以下とするのがよい。ＭｇＯ含有量のより好ましい上限は９．５量％であり、更に好ましい上限は９．０量％である。
　上述したスラグの塩基度とスラグ中のＭｇＯ量は、原料混合物を構成する酸化鉄含有物質および炭素質還元剤の量を加減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、それ自体、少なくともＣａＯ、ＭｇＯおよびＳｉＯ２を含んでいるからである。但し、本発明は、上述した原料混合物の比率を調整する方法に限定する趣旨ではなく、後述するように、原料混合物に「他のＭｇＯ供給物質」を更に配合してスラグの塩基度やスラグ中のＭｇＯ量を制御してもよい（詳細は後述する。）。なお、酸化鉄含有物質として配合される鉄鉱石や、炭素質還元剤として配合され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、酸化鉄含有物質として配合される鉄鉱石等に含まれる脈石の成分組成と、炭素質還元剤として配合される石炭やコークス等に含まれる灰分の成分組成とを考慮し、適切に加減することが好ましい。
　例えば、床敷材として炭素質粉末を装入する場合は、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量を加減することによって、上記スラグの塩基度や該スラグに占めるＭｇＯ含有量を制御する。
　なお、本発明は、前述の如く副生するスラグ中のＬｉ２Ｏ含有量と、該スラグの塩基度を定めたところに最大の特徴を有しており、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、などの問題を生じることがあるので、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ない。例えば、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。
　本発明に用いられる上記ＳｉＯ２供給物質とは、単独でまたは他の物質との混合状態（例えば、原料混合物）で加熱還元炉に装入されて、原料混合物の加熱還元過程で副生するスラグにＳｉＯ２を供給する物質である。ＳｉＯ２供給物質の種類は特に制限されない。例えば、原料混合物に含まれるヘマタイト鉱石や石炭が挙げられる。
　本発明に用いられる上記ＭｇＯ供給物質とは、単独でまたは他の物質との混合状態（例えば、原料混合物）で加熱還元炉に装入されて、原料混合物の加熱還元過程で副生するスラグにＭｇＯを供給する物質である。ＭｇＯ供給物質の種類は特に制限されない。例えば、原料混合物に含まれるヘマタイト鉱石や石炭が挙げられる（本明細書においては「原料混合物に含まれるＭｇＯ供給物質」ということがある）。この他、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（本明細書においては「他のＭｇＯ供給物質」ということがある）。「他のＭｇＯ供給物質」は原料混合物に配合しても良く、この場合は、原料混合物の他に当該「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、副生するスラグの塩基度や該スラグに占めるＭｇＯ含有量を制御する。即ち、原料混合物が、「原料混合物に含まれるＭｇＯ供給物質」である酸化鉄含有物質および炭素質還元剤以外に、「他のＭｇＯ供給物質」を含んでいても良く、この場合は、副生するスラグがＣａＯ、ＭｇＯおよびＳｉＯ２を含有するとともに、該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２］が１．５～１．９の範囲内に入るように、原料混合物に「他のＭｇＯ供給物質」を含有させる。
　本発明に用いられる上記ＣａＯ供給物質とは、単独でまたは他の物質との混合状態（例えば、原料混合物）で加熱還元炉に装入されて、原料混合物の加熱還元過程で副生するスラグにＣａＯを供給する物質である。ＣａＯ供給物質の種類は特に制限されない。例えば、原料混合物に含まれるヘマタイト鉱石や石炭が挙げられる（本明細書においては「原料混合物に含まれるＣａＯ供給物質」ということがある）。この他、生石灰（ＣａＯ）や炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）などが挙げられる（本明細書においては「他のＣａＯ供給物質」ということがある）。「他のＣａＯ供給物質」は原料混合物に配合しても良く、この場合は、原料混合物の他に当該「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、副生するスラグの塩基度や該スラグに占めるＣａＯ含有量を制御する。即ち、原料混合物が、「原料混合物に含まれるＣａＯ供給物質」である酸化鉄含有物質および炭素質還元剤以外に、「他のＣａＯ供給物質」を含んでいても良く、副生するスラグがＣａＯ、ＭｇＯおよびＳｉＯ２を含有するとともに、該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２］が１．５～１．９の範囲内に入るように、原料混合物に「他のＣａＯ供給物質」を含有させる。
　また、ＭｇＯとＣａＯの供給物質として、例えば、ドロマイト鉱石を原料混合物に配合してもよい。即ち、原料混合物が、「原料混合物に含まれるＭｇＯ供給物質」であるとともに「原料混合物に含まれるＣａＯ供給物質」でもある酸化鉄含有物質および炭素質還元剤以外に、「ＭｇＯとＣａＯの供給物質」、例えば、ドロマイト鉱石を含んでいてもよい。なお、ＭｇＯとＣａＯの供給物質とは、単独でまたは他の物質との混合状態（例えば、原料混合物）で加熱還元炉に装入されて、原料混合物の加熱還元過程で副生するスラグにＭｇＯおよびＣａＯを供給する物質である。
　他のＭｇＯ供給物質、他のＣａＯ供給物質、ＭｇＯとＣａＯの供給物質およびＬｉ２Ｏ供給物質の添加法には格別の制限はない。副生するスラグがＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２およびＬｉ２Ｏを含有するとともに、該スラグ中のＬｉ２Ｏ含有量が０．０５質量％以上で、該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２］が１．５～１．９の範囲内に入るように、例えば、原料混合物中に配合する方法、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する方法、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。即ち、原料混合物はバインダーに用いる多糖類を含んでいてもよい。
　なお、還元鉄の凝集性能の一層の向上を図る観点から、原料混合物が蛍石を含んでいてもよい（即ち、原料混合物に蛍石を配合してもよい）。原料混合物が蛍石を含んでいれば、スラグの脱硫能が向上し、Ｓ量の少ない粒状金属鉄を製造できる。しかし、「環境対策重視」の観点に基づけば、有害なフッ素を含有する蛍石などのフッ素含有物質を原料混合物が含まないことが望ましい。上述した本発明によれば、原料混合物が蛍石を含まなくとも充分に凝集性能を向上させることができる。
　上述したように、本発明では、実用規模の移動炉床式加熱還元炉を用いて操業を行う際に、塩基度調整材としてＭｇＯ供給物質を使用して最終スラグの塩基度を最大で１．９程度にまで高めれば、実操業を踏まえた１４５０℃までの温度域でスラグを十分に溶融させることができる。これにより粒状金属鉄を安定した操業状況の下で製造でき、その結果、炭素質還元剤や床敷材などとして配合する石炭等の銘柄によって多少に違いはあるが、粒状金属鉄を短時間で製造できる。
　次に、本発明に用いられる移動炉床式加熱還元炉の概略と該加熱還元炉を用いた粒状金属鉄の製造方法の概略、および粒状金属鉄を製造できるメカニズムについて図３を用いて詳細に説明する。下記図面は、本発明を限定するものではなく、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。
　図３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Ｆには、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤およびＬｉ２Ｏ供給物質を含む原料混合物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。酸化鉄含有物質はヘマタイト含有物質を含んでおり、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ない。通常は、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤およびＬｉ２Ｏ供給物質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、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が供給される。但し、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤およびＬｉ２Ｏ供給物質などを適度に混合したものが供給されてもよい。また、簡易成形体や炭材内装成形体と併せて粉粒状の炭素質粉末２が供給されてもよい。
　本発明では、上述したように、加熱還元炉Ｆに、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む原料混合物１の他に、Ｌｉ２Ｏ供給物質を装入してもよい。また、必要に応じて、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。但し、環境対策重視の観点に基づき、フッ素含有物質（例えば、蛍石など）は装入しないことが好ましい。
　次に、上記原料混合物１を加熱還元炉Ｆに装入するときの手順を具体的に説明する。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、その上に原料混合物１を装入しておくのがよい。
　図３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、原料混合物１の装入とで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、床敷として装入される炭素質粉末２は、還元効率を高めると共に加熱還元によって得られる粒状金属鉄の低硫化を増進する上でも極めて有効であるが、装入を省略してもよい。床敷として装入する炭素質粉末の種類は特に限定されない。例えば、石炭やコークスが挙げられる。床敷として装入する炭素質粉末は、原料混合物に配合される炭素質還元剤よりもＳ含有量が少ないものを用いるのがよい。
　図３に示した加熱還元炉Ｆの回転炉床４は、反時計方向に回転する。回転速度は、加熱還元炉Ｆ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周する速さである。加熱還元炉Ｆ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上に装入された原料混合物１は、該回転炉床４上で加熱還元炉Ｆ内を周方向へ移動する間に、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Ｆ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る。その後、還元鉄は副生する溶融スラグと分離しながら残余の炭素質還元剤による浸炭を受けて溶融し、粒状に凝集して粒状金属鉄１０となる。そして、粒状金属鉄１０は回転炉床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３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、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤およびＬｉ２Ｏ供給物質を含む原料混合物を移動炉床式加熱還元炉内で加熱還元し、そのときに副生するスラグ中に占めるＬｉ２Ｏ含有量を所定値以上に、かつ、該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２］を所定の範囲内に入るように、原料混合物に成分元素として少なくともＦｅ、Ｃａ、Ｍｇ、ＳｉおよびＬｉを含有させることで、または、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む原料混合物とＬｉ２Ｏ供給物質とを移動炉床式加熱還元炉内で加熱還元し、そのときに副生するスラグ中に占めるＬｉ２Ｏ含有量を所定値以上に、かつ、該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２］を所定の範囲内に入るように、原料混合物およびＬｉ２Ｏ供給物質の一方に、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ、ＳｉおよびＬｉのうち、少なくとも１元素を成分元素として含有させ、他方に少なくとも残りの元素を成分元素として含有させることで、酸化鉄含有物質としてヘマタイト含有物質を用いた場合でも、粒状金属鉄を生産性良く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表１に示す２種類のヘマタイト鉱石Ａ，Ｂと、１種類のマグネタイト鉱石Ｃを用い、炭素質還元剤として石炭を用い、これらを混合して混合物Ｍを得た。ヘマタイト鉱石およびマグネタイト鉱石の成分組成を表１に、石炭の成分組成（分析値のうちその他とは、固形炭素質を意味する）を表２に示す。
　上記混合物Ｍには、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤の他にバインダー（小麦粉）を配合し、更にＣａＯ供給物質として炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、ＭｇＯとＣａＯの供給物質としてドロマイト鉱石（主成分はＣａＣＯ３・ＭｇＣＯ３）等のスラグ塩基度調整用副原料と、Ｌｉ２Ｏ供給物質として炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）またはＬｉ２Ｏを配合して原料混合物（以下、配合物ということがある）を得た。配合物の成分組成を下記表３に示す。
　得られた配合物を成形することによりペレット状の原料成形体を作製した。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、床敷材として予め表２に示す成分組成の石炭（炭素質粉末）を５ｍｍ程度の厚みで敷いておいた。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。
　このとき上記原料成形体を実験用加熱還元炉内へ装入した後、該加熱還元炉内の様子を目視で観察し、視界内に認められる成形体が全て溶解するまでにかかった時間を測定した。測定した溶解完了時間を下記表５に示す。溶解完了時間は、ヘマタイト鉱石Ａを用いた場合は、Ｎｏ．１における溶解完了時間を基準とし、ヘマタイト鉱石Ｂを用いた場合は、Ｎｏ．６における溶解完了時間を基準とし、この基準とした溶解完了時間より短くなっているときを合格、長くなっているときを不合格と評価した。
　得られた粒状金属鉄と副生したスラグの成分組成を下記表４に示す。
　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、算出結果を下記表５に示す。また、配合計算から求められるＦｅの質量（Ｆｅ０）に対する、凝集して粒状金属鉄として得られたＦｅの質量（Ｆｅ１）の比から、歩留まり率（Ｆｅ１／Ｆｅ０）を算出した。算出結果を下記表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］）を算出した。算出結果を下記表５に併せて示す。
　Ｎｏ．１～１１のうち、Ｎｏ．１～５は表１のヘマタイト鉱石Ａを用いた例であり、Ｎｏ．６～１０は表１のヘマタイト鉱石Ｂを用いた例であり、Ｎｏ．１１は表１のマグネタイト鉱石Ｃを用いた参考例である。Ｎｏ．１とＮｏ．３とＮｏ．６は、原料混合物にＬｉ２Ｏ供給物質を配合していない例である。下記表４および表５から次のように考察できる。
　Ｎｏ．３は、副生するスラグの塩基度が１．５を下回っており、塩基度が特に１．４程度になっているため、スラグの融点が低下し、原料混合物にＬｉ２Ｏ供給物質を配合しなくても溶解完了時間がＮｏ．１より短くなっている。しかしながら、スラグの塩基度が１．５を下回っているため、硫黄分配比が小さく、しかも歩留まり率が低くなっていることが分かる。
　Ｎｏ．２、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５は、スラグ中のＬｉ２Ｏ含有量が０．０５質量％以上で、スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２］が１．５～１．９の範囲内にあり、Ｎｏ．１と同程度の歩留まり率を維持しつつ、Ｎｏ．１よりも溶解完了時間が短い。また、スラグ中のＬｉ２Ｏ含有量が多くなるほど、硫黄分配比が高くなる傾向があることが分かる。
　Ｎｏ．７～１０は、スラグ中のＬｉ２Ｏ含有量が０．０５質量％以上で、スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２］が１．５～１．９の範囲内にあり、Ｎｏ．６と同程度の歩留まり率を維持しつつ、Ｎｏ．６よりも溶解完了時間が短い。また、スラグ中のＬｉ２Ｏ含有量が多くなるほど、硫黄分配比が高くなる傾向があり、溶解完了時間が短くなる傾向があることが分かる。
　なお、Ｎｏ．１１と、Ｎｏ．１およびＮｏ．６との対比から明らかなように、マグネタイト鉱石を用いた場合（Ｎｏ．１１）は、原料混合物にＬｉ２Ｏ供給物質を配合しなくても、ヘマタイト鉱石を用いた場合（Ｎｏ．１およびＮｏ．６）よりも溶解完了時間が短くなることが分かる。
　本実施例では、ＭｇＯとＣａＯの供給物質としてドロマイト鉱石を配合することによってスラグの塩基度とスラグ中のＭｇＯ量を調整しているが、本実施例の配合物組成の場合は、配合物中に占めるドロマイト鉱石を、おおむね、０～３．２質量％の範囲内に制御すれば、本発明で定める塩基度およびＭｇＯ含有量の範囲内に制御できる。
　以上の通り、本発明では、混合物ＭにＬｉ２Ｏ供給物質を配合することによってスラグ中のＬｉ２Ｏ含有量を０．０５質量％以上とし、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、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１．５～１．９の範囲とすることで、歩留まり率を低下させることなく、溶解完了時間を短くすることができ、生産性を向上させることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　以上、詳述したように、本発明の一局面は、酸化鉄含有物質、炭素質還元剤およびＬｉ２Ｏ供給物質を含む原料混合物を加熱還元炉に装入して加熱し、前記原料混合物中の酸化鉄を前記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であって、前記酸化鉄含有物質がヘマタイト含有物質を含み、前記原料混合物は、前記スラグがＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２およびＬｉ２Ｏを含有するとともに、該スラグ中のＬｉ２Ｏ含有量が０．０５質量％以上で、該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２］が１．５～１．９の範囲内に入るように、成分元素として少なくともＦｅ、Ｃａ、Ｍｇ、ＳｉおよびＬｉを含有する粒状金属鉄の製造方法である。
　また、本発明の他の一局面は、酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む原料混合物と、Ｌｉ２Ｏ供給物質とを加熱還元炉に装入して加熱し、前記原料混合物中の酸化鉄を前記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であって、前記酸化鉄含有物質がヘマタイト含有物質を含み、前記スラグがＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２およびＬｉ２Ｏを含有するとともに、該スラグ中のＬｉ２Ｏ含有量が０．０５質量％以上で、該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２］が１．５～１．９の範囲内に入るように、前記原料混合物および前記Ｌｉ２Ｏ供給物質の一方が、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ、ＳｉおよびＬｉのうち、少なくとも１元素を成分元素として含有し、他方が少なくとも残りの元素を成分元素として含有する粒状金属鉄の製造方法である。
　本発明では、含有量が０．０５質量％以上のＬｉ２Ｏがヘマタイト含有物質の融点を降下させて原料混合物の溶融時間を短縮するとともに、塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２］が１．５～１．９の流動性の高いスラグが還元鉄の凝集性を高めて粒状金属鉄の歩留まりを向上させるので、酸化鉄含有物質がヘマタイト含有物質を含む場合でも、粒状金属鉄を生産性良く製造することができる。
　これら製造方法において、前記ヘマタイト含有物質として、該ヘマタイト含有物質全体を１００質量％としたときにＡｌ２Ｏ３を０．３０質量％以上含有する物質を用いることができる。他の脈石成分よりも融点が特に高いＡｌ２Ｏ３を０．３０質量％以上含有するヘマタイト鉱石を用いた場合であっても、ＬｉＯ２がヘマタイト鉱石中の脈石の融点を低下させて、従来の直接還元製鉄法よりも原料混合物の溶解完了時間を短縮させるので、本発明は高い生産性を維持することができる。
　これら製造方法において、前記スラグ中のＭｇＯ含有量が４～１０質量％であることが好ましい。スラグ中のＭｇＯ含有量が上記範囲内にあれば、ＭｇＯがヘマタイト含有物質の融点を低下させるとともに、スラグの高い流動性を維持しつつ、還元鉄の凝集性を高めることができる。
　前記Ｌｉ２Ｏ供給物質として、Ｌｉ２ＯおよびＬｉ２ＣＯ３から選ばれる少なくとも１種の化合物を用いることができる。
　これら製造方法において、前記原料混合物はドロマイト鉱石を更に含有してもよいし、ＣａＯおよびＣａＣＯ３から選ばれる少なくとも１種の化合物を更に含有してもよいし、ＭｇＯおよびＭｇＣＯ３から選ばれる少なくとも１種の化合物を更に含有してもよい。また、これら製造方法において、ドロマイト鉱石を加熱還元炉に装入してもよいし、ＣａＯおよびＣａＣＯ３から選ばれる少なくとも１種の化合物を加熱還元炉に装入してもよいし、ＭｇＯおよびＭｇＣＯ３から選ばれる少なくとも１種の化合物を加熱還元炉に装入してもよい。スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２］が１．５～１．９の範囲内に入るように、原料混合物がドロマイト鉱石、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、ＭｇＯまたはＭｇＣＯ３の少なくとも１つ以上を含有することで、或いは、原料混合物と、ドロマイト鉱石、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、ＭｇＯまたはＭｇＣＯ３の少なくとも１つ以上とを加熱還元炉に装入することで、酸化鉄含有物質として用いられるヘマタイト含有物質や、炭素質還元剤として用いられる石炭またはコークスの種類によるＣａＯ含有量およびＭｇＯ含有量の変動に対応して、粒状金属鉄を生産性良く製造することができる。
　なお、本発明の製造方法で副生するスラグは、Ｌｉ２Ｏ含有量が０．０５質量％以上で、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１．５～１．９になっている。
　本発明の粒状金属鉄を製造する方法によれば、酸化鉄含有物質がヘマタイト含有物質を含む場合でも、粒状金属鉄を生産性良く製造することができる。

Claims (8)

  1. 　酸化鉄含有物質、炭素質還元剤およびＬｉ２Ｏ供給物質を含む原料混合物を加熱還元炉に装入して加熱し、前記原料混合物中の酸化鉄を前記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であって、
    　前記酸化鉄含有物質がヘマタイト含有物質を含み、
    　前記原料混合物は、前記スラグがＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２およびＬｉ２Ｏを含有するとともに、該スラグ中のＬｉ２Ｏ含有量が０．０５質量％以上で、該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２］が１．５～１．９の範囲内に入るように、成分元素として少なくともＦｅ、Ｃａ、Ｍｇ、ＳｉおよびＬｉを含有する粒状金属鉄の製造方法。
  2. 　酸化鉄含有物質および炭素質還元剤を含む原料混合物と、Ｌｉ２Ｏ供給物質とを加熱還元炉に装入して加熱し、前記原料混合物中の酸化鉄を前記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であって、
    　前記酸化鉄含有物質がヘマタイト含有物質を含み、
    　前記スラグがＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２およびＬｉ２Ｏを含有するとともに、該スラグ中のＬｉ２Ｏ含有量が０．０５質量％以上で、該スラグの塩基度［（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ２］が１．５～１．９の範囲内に入るように、前記原料混合物および前記Ｌｉ２Ｏ供給物質の一方が、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ、ＳｉおよびＬｉのうち、少なくとも１元素を成分元素として含有し、他方が少なくとも残りの元素を成分元素として含有する粒状金属鉄の製造方法。
  3. 　前記ヘマタイト含有物質は、該ヘマタイト含有物質全体を１００質量％としたときにＡｌ２Ｏ３を０．３０質量％以上含有する物質である請求項１または２に記載の製造方法。
  4. 　前記スラグ中のＭｇＯ含有量が４～１０質量％である請求項１～３のいずれかに記載の製造方法。
  5. 　前記Ｌｉ２Ｏ供給物質が、Ｌｉ２ＯおよびＬｉ２ＣＯ３から選ばれる少なくとも１種の化合物である請求項１～４のいずれかに記載の製造方法。
  6. 　前記原料混合物がドロマイト鉱石を更に含有する請求項１～５のいずれかに記載の製造方法。
  7. 　前記原料混合物がＣａＯおよびＣａＣＯ３から選ばれる少なくとも１種の化合物を更に含有する請求項１～６のいずれかに記載の製造方法。
  8. 　前記原料混合物がＭｇＯおよびＭｇＣＯ３から選ばれる少なくとも１種の化合物を更に含有する請求項１～７のいずれかに記載の製造方法。
    　
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