WO2011099070A1

WO2011099070A1 - 還元鉄の製造方法及び銑鉄の製造方法

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Publication number: WO2011099070A1
Application number: PCT/JP2010/000846
Authority: WO
Inventors: 内藤誠章; 国友和也; 金井則之; 山村雄一; 木村寛; 三輪隆; 小野透; 磯部誠; 川村拓史; 篠竹昭彦
Original assignee: 新日本製鐵株式会社
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-08-18

Abstract

　本発明は、酸化鉄原料を還元ガスで還元して還元鉄を製造する方法であって、製鉄プロセスで発生するＨ₂及びＣＯの少なくとも一方を含む副生ガスを、少なくとも一部として含む前記還元ガスを製造する工程と；前記還元ガスを還元鉄製造装置に供給する工程と；を有する。

Description

還元鉄の製造方法及び銑鉄の製造方法

　本発明は、酸化鉄（主として、Ｆｅ₂Ｏ₃）を主体とする酸化鉄原料を還元ガスで直接還元して還元鉄を製造する方法と；製造した還元鉄を、焼結鉱、ペレット、ブリケット、スクラップ、粒銑、形銑等に替わる製鉄原料として使用して銑鉄を製造する方法と；に関する。

　従来から、還元ガスとして、天然ガス、又は、天然ガスを改質したガス（ＣＯ及びＨ₂が主成分）を用い、酸化鉄（主として、Ｆｅ₂Ｏ₃）を主体とする酸化鉄原料（以下「酸化鉄原料」ということがある）を直接還元する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

　一般に、天然ガスを用いる直接還元法においては、天然ガスにＨ₂Ｏ又はＣＯ₂を添加し、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ等の触媒の存在下で改質して（下記（１）及び（２）式参照）、ＣＯ濃度とＨ₂濃度とを高めた還元ガスを用いている。

　ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ　→　ＣＯ＋３Ｈ₂－５９．１ｋｃａｌ／ｍｏｌ　　…（１）
　ＣＨ₄＋ＣＯ₂　→　２ＣＯ＋２Ｈ₂－４９．３ｋｃａｌ／ｍｏｌ　…（２）
　ただし、上記方法を実施するプラントの建設は、天然ガスの安定供給が可能な天然ガス産出地にほぼ限られてしまう。

　石炭をガス化した時に発生するガス（石炭ガス化炉ガス）が、天然ガス又は改質天然ガスと同種の還元成分（ＣＯ、Ｈ₂）を含んでいるので、コークス製造用の原料炭に比べて安価な一般炭をガス化炉でガス化（ＣＯ、Ｈ₂、及び／又は、Ｈ₂Ｓを主成分とするガスが得られる）して、このガスを還元ガスとして使用する還元鉄の製造方法も提案されている（特許文献２及び３参照）。

　また、ＣＯ及び／又はＨ₂を所要量含んでいれば還元ガスとして機能するので、ＣＯ及び／又はＨ₂を所要量含む廃ガスを、直接、又は、改質して、酸化鉄原料の直接還元に用いる方法も提案されている（特許文献４～１１参照）。なお、特許文献９～１１に開示の直接還元法は、通称、MIDREX法と言われている。

　一般に、Ｆｅ₂Ｏ₃を主体とする鉄鉱石を、Ｈ₂及びＣＯを含む還元ガスで還元する場合、下記式（３）及び（４）の反応で還元が進行する。

　Ｆｅ₂Ｏ₃＋３Ｈ₂　→　２Ｆｅ＋３Ｈ₂Ｏ－２２．８ｋｃａｌ／ｍｏｌ　…（３）
　Ｆｅ₂Ｏ₃＋３ＣＯ　→　２Ｆｅ＋３ＣＯ₂＋６．７ｋｃａｌ／ｍｏｌ　 …（４）
　即ち、Ｈ₂によるＦｅ₂Ｏ₃の還元は、上記（３）式の吸熱反応により進行し、ＣＯによるＦｅ₂Ｏ₃の還元は、上記（４）式の発熱反応により進行する。

　それ故、還元炉内の温度を所要レベルに維持し、Ｆｅ₂Ｏ₃の還元を効率的に促進するためには、還元ガスを所定温度以上に加熱して炉内に導入するとともに、還元ガス中のＨ₂とＣＯの量比を所定範囲内に調整し、上記（３）式の吸熱反応による熱量の低下分を、上記（４）式の発熱反応による発熱で補償する必要がある。

　還元プロセスにより還元条件は異なるが、例えば、常圧の縦型ショフト炉を用いる直接還元法（MIDREX法［特許文献９～１１参照］）で、(a)塊状鉄鉱石、(b)粉状鉄鉱石を塊成化したペレット又はブリケット、及び／又は、(c)焼結鉱を還元して還元鉄を製造する場合、通常、還元ガスの温度は８００～１０００℃、還元ガス中のＨ₂とＣＯの合計濃度は９０モル％程度、モル比：Ｈ₂／ＣＯは１．５程度である。

　ところで、製鉄プロセスにおいては、高炉ガス（以下「ＢＦＧ」ということがある）、コークス炉ガス（以下「ＣＯＧ」ということがある）、及び、転炉ガス（以下「ＬＤＧ」ということがある）などの副生ガスが大量に発生する。表１に、これら副生ガスの組成と保有熱量を示す。

　表１に示すように、ＣＯＧ及びＬＤＧは、ＣＯ及びＨ₂を合計で５０モル％以上含んでいるので、還元ガスとして機能し得るガスであるが、発熱量が大きい（表１参照）ことから、もっぱら、製鉄プロセスにおける加熱炉などの燃料として利用されているのが現状である（図１参照）。

　ＢＦＧは、ＣＯ及びＨ₂の含有量が合計で３０モル％より低いので、単独では還元ガスとして機能し得ないが、製鉄プロセスにおける加熱炉などの燃料として利用されているのが現状である（図１参照）。

　即ち、製鉄プロセスで発生する副生ガスは、いずれも、本来備える還元能が活用されずに、ＣＯ₂を多く含む燃焼排ガスとして、大気中に放散されているのが現状である。

特開昭６３－２１３６１３号公報特開昭５６－１０５４１１号公報特開２００４－１６９０７４号公報特開昭６１－０９９６１３号公報米国特許第３５５８１１８号明細書米国特許第３８５０６１６号明細書米国特許第３８８３１２３号明細書米国特許第３９４８６４６号明細書米国特許第３６１７２２７号明細書米国特許第３７４８１２０号明細書米国特許第３７４８１２０号明細書

　前述したように、製鉄プロセスで発生する副生ガスは、本来備える還元能が活用されないまま、ＣＯ₂の放散源となっているのが現状である。そこで、本発明は、製鉄プロセスで発生する副生ガスを少なくとも一部として含む還元ガスを使用して還元鉄を製造するとともに、製鉄プロセスにおいて放出するＣＯ₂量を削減して、地球温暖化防止に寄与することを課題とする。

　本発明者らは、上記課題を解決する手法について鋭意研究した。その結果、製鉄プロセスで発生する複数の副生ガスを、必要に応じ改質し、適宜、混合して、Ｈ₂含有率［質量％］とＣＯ含有率［質量％］の比：Ｈ₂／ＣＯを所定の範囲内に調整すれば、還元鉄の製造に必要な還元能を有する還元ガスを製造できることが判明した。

　そして、上記副生ガスを少なくとも一部に含む還元ガスを用いて製造した還元鉄を製鉄原料として使用することにより、製鉄プロセスで発生するＣＯ₂量を削減できることが判明した。

　本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

　（１）本発明の還元鉄の製造方法は、酸化鉄原料を還元ガスで還元して還元鉄を製造する方法であって、製鉄プロセスで発生するＨ₂及びＣＯの少なくとも一方を含む副生ガスを、少なくとも一部として含む前記還元ガスを製造する工程と；前記還元ガスを還元鉄製造装置に供給する工程と；を有する。

　（２）上記（１）に記載の還元鉄の製造方法では、前記還元ガスが、還元炉より発生するガスと、天然ガスを改質したガスと、一般炭をガス化炉でガス化したガスと、の少なくとも一つをさらに含んでもよい。

　（３）上記（１）に記載の還元鉄の製造方法では、前記副生ガスが、高炉及びコークス充填型溶融炉の少なくとも一方より発生した副生ガスと、コークス炉より発生した副生ガスと、転炉より発生した副生ガスと、の少なくとも一つを含んでもよい。

　（４）上記（１）に記載の還元鉄の製造方法は、Ｈ₂の含有量及び前記ＣＯの含有量の少なくとも一方が異なる前記副生ガスの中から２種以上の副生ガスを選択して混合し、Ｈ₂含有率［モル％］及びＣＯ含有率［モル％］、並びに、Ｈ₂含有率［モル％］とＣＯ含有率［モル％］との比であるＨ₂／ＣＯを調整して還元ガスを製造する工程をさらに有してもよい。

　（５）上記（１）に記載の還元鉄の製造方法は、Ｈ₂の含有量及び前記ＣＯの含有率の少なくとも一方が異なる前記副生ガスの中から１種又は２種以上の副生ガスの、選択及び混合の少なくとも一方を行う工程と；この工程に次いで、前記副生ガスにＨ₂Ｏ及びＣＯ₂の少なくとも一方を添加して改質し、Ｈ₂含有率［モル％］及びＣＯ含有率［モル％］、並びに、Ｈ₂含有率［モル％］とＣＯ含有率［モル％］との比であるＨ₂／ＣＯを調整して還元ガスを製造する工程と；さらに有してもよい。

　（６）上記（１）に記載の還元鉄の製造方法は、Ｈ₂の含有量及び前記ＣＯの含有率の少なくとも一方が異なる前記副生ガスの中から選択した１種又は２種以上の副生ガスと、この副生ガスにＨ₂Ｏ及びＣＯ₂の少なくとも一方を添加して改質した、Ｈ₂の含有率及びＣＯの含有率の少なくとも一方が異なる改質副生ガスの中から、１種又は２種以上の副生ガスを選択して混合し、Ｈ₂含有率［モル％］及びＣＯ含有率［モル％］、並びに、Ｈ₂含有率［モル％］とＣＯ含有率［モル％］との比であるＨ₂／ＣＯを調整して還元ガスを製造する工程をさらに有してもよい。

　（７）上記（４）～（６）のいずれか１項に記載の還元鉄の製造方法では、前記Ｈ₂の含有量及び前記ＣＯの含有量の少なくとも一方が異なる副生ガスの中から選択した前記副生ガスが、予め、この副生ガス中に含まれていたＮ₂、Ｈ₂Ｏ、及び、ＣＯ₂の１種又は２種以上を除去したものであってもよい。

　（８）上記（１）に記載の還元鉄の製造方法では、前記還元鉄製造装置が、シャフト炉であってもよい。

　（９）上記（８）に記載の還元鉄の製造方法では、前記シャフト炉に装入する酸化鉄原料が、粉状鉄鉱石を塊成化した焼結鉱：２０質量％以上と；残部：塊状鉄鉱石と；粉状鉄鉱石を塊成化したペレット及びブリケットの１種又は２種以上と；を含んでもよい。

　（１０）上記（９）に記載の還元鉄の製造方法では、前記還元ガスのＨ₂／ＣＯを、Ｈ₂／ＣＯと、酸化鉄原料中の焼結鉱の配合率（質量％）と、この焼結鉱中の２次ヘマタイト含有率（質量％）と、前記焼結鉱中の気孔率（体積％）に応じて求めた、安定操業を維持するための上記酸化鉄原料の耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）の許容限界値（上限値）と、の関係に基づいて、耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）が所定の許容限界値（上限値）以下となるように設定する工程をさらに有してもよい。

　（１１）上記（８）に記載の還元鉄の製造方法は、前記還元ガスのＨ₂／ＣＯを、（ｉ）Ｈ₂／ＣＯと、酸化鉄原料中の焼結鉱の配合率（質量％）と、この焼結鉱中の２次ヘマタイト含有率（質量％）と、前記焼結鉱中の気孔率（体積％）に応じて求めた、安定操業を維持するための上記酸化鉄原料の耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）の許容限界値（上限値）と、の関係、及び、（ii）Ｈ₂／ＣＯと、還元鉄の平均金属化率（トータル鉄に対する金属鉄の質量割合）：６０％以上を達成するための上記酸化鉄原料の被還元性ＪＩＳ－ＲＩ（％）の許容限界値（下限値）と、の関係に基づいて、被還元性ＪＩＳ－ＲＩ（％）が許容限界値（下限値）以上でかつ、耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）が許容限界値（上限値）以下となるように設定する工程をさらに含んでもよい。

　（１２）本発明の銑鉄の製造方法は、上記（１）に記載の還元鉄の製造方法で製造した還元鉄の少なくとも一部を、溶融還元炉に装入して溶融及び還元し、銑鉄を製造する工程を含む。

　（１３）上記（１２）に記載の銑鉄の製造方法は、前記還元鉄の少なくとも一部を、スクラップ、粒銑、及び、形銑の少なくとも一部に替えて装入する工程をさらに含んでもよい。

　（１４）上記（１２）又は（１３）に記載の銑鉄の製造方法では、前記溶融還元炉が、高炉、コークス充填型溶融炉、電気炉、転炉、及び、混銑炉のいずれかであってもよい。

　本発明によれば、製鉄プロセスで発生する副生ガスを有効に還元鉄の製造に用いることができるとともに、製鉄プロセスで発生するＣＯ₂量を、高炉法で発生するＣＯ₂の量よりも低減することができる。

製鉄プロセスで発生する副生ガスの従来の利用態様を示す図である。酸化鉄とＣＯの還元平衡状態図である。酸化鉄とＨ₂の還元平衡状態図である。製鉄プロセスで発生する副生ガスの本発明の利用態様を示す図である。酸化物原料が焼結鉱単体の場合における、気孔率及び２次ヘマタイト含有率と還元粉化率の許容値（上限値）との関係の一例を示す図である。酸化物原料が、焼結鉱単体、ペレット単体、及び塊鉱石単体の場合における、還元ガスのモル比Ｈ₂／ＣＯと還元粉化率との関係の一例を示す図である。焼結鉱を配合した酸化鉄原料の、還元炉の安定操業を維持するための耐還元粉化指数ＲＤＩの許容限界値（上限値）と、還元ガスのモル比Ｈ₂／ＣＯとの関係を示す図である。酸化物原料中の焼結鉱の配合割合及び還元ガスのモル比Ｈ₂／ＣＯと、還元粉化率との関係の一例を示す図である。焼結鉱の配合割合と、還元ガスのモル比Ｈ₂／ＣＯとの関係の一例を示す図である。焼結鉱、ペレット、及び、塊鉱石を、それぞれ単体で酸化鉄原料として用いて９００℃で還元したときの、金属化率（％）と還元ガスのモル比Ｈ₂／ＣＯとの関係を示す図である。酸化鉄原料中の焼結鉱の配合割合と、還元後の金属化率（％）との関係を示す図である。還元ガス温度１０００℃の条件における、モル比Ｈ₂／ＣＯと、金属化率（トータル鉄に対する金属鉄の質量割合）：６０～８５％を達成する酸化鉄原料の被還元性ＪＩＳ－ＲＩ（％）との関係を示す図である。焼結鉱と塊鉱石を混合した酸化鉄原料を用い、還元ガス温度１０００℃で還元した場合における、金属化率６０％及び通気性（炉内粉率上限）を満足するＪＩＳ－ＲＩとモル比Ｈ₂／ＣＯとの関係を示す図である。焼結鉱とペレットを混合した酸化鉄原料を用い、還元ガス温度１０００℃で還元した場合における、金属化率６０％及び通気性（炉内粉率上限）を満足するＪＩＳ－ＲＩとモル比Ｈ₂／ＣＯとの関係を示す図である。

　本発明について、以下、詳細に説明する。
　１）還元鉄の製造方法について説明する。
　図１に、高炉、コークス炉、及び、転炉を例にとり、製鉄プロセスで発生する副生ガスの従来の利用態様を示す。同図１に示すように、高炉ガス、コークス炉ガス、及び、転炉ガスは、従来から、製鉄プロセスにおける熱風炉、加熱炉、自家発電所などの燃料として利用されている。

　図１に示す従来の副生ガスの利用態様においては、燃焼排ガス中にＣＯ₂が多量に含まれているので、ＣＯ₂の削減を期待することはできない。
　本発明は、酸化鉄原料を還元ガスで還元して還元鉄を製造する還元鉄の製造方法において、
　（ｉ）製鉄プロセスで発生するＨ₂及び／又はＣＯを含む副生ガスを少なくとも一部として含む還元ガスを製造し、
　（ii）上記還元ガスを還元鉄製造装置に供給する、
ことを基本的な技術思想とする。

　本発明の副生ガスは、製鉄プロセスにおいて発生し、Ｈ₂及び／又はＣＯを含む副生ガスであればよく、特に、発生源に制限はないが、大量に得られる点で、高炉や、コークス充填型溶融炉より発生した副生ガス、コークス炉より発生した副生ガス、及び、転炉より発生した副生ガスが好ましい。

　そして、(a)Ｈ₂及び／又はＣＯ含有量の異なる前記副生ガスの中から、２種以上の副生ガスを選択して混合し、又は、(b)Ｈ₂及び／又はＣＯの含有率の異なる上記副生ガスの中から、１種又は２種以上の副生ガスを選択し、及び／又は、混合し、次いで、Ｈ₂Ｏ及び／又はＣＯ₂を添加して改質し、又は、(c)Ｈ₂及び／又はＣＯの含有率の異なる前記副生ガスの中から選択した１種又は２種以上の副生ガスと、この副生ガスにＨ₂Ｏ及び／又はＣＯ₂を添加して改質したＨ₂及び／又はＣＯの含有率の異なる改質副生ガスの中から、１種又は２種以上の副生ガスを選択して混合して、還元ガスを製造する。

　好ましくは、前記(a)～(c)において、前記Ｈ₂及び／又はＣＯの含有量の異なる副生ガスの中から選択した副生ガスについては、予め、改質副生ガスの中に含まれるＮ₂、Ｈ₂Ｏ、及び、ＣＯ₂の１種又は２種以上を除去して、還元ガスを製造する。

　このとき、前記製鉄プロセスで発生した副生ガスに加えて、還元鉄製造装置（還元炉）より発生するガスや、天然ガスを改質したガス、及び、一般炭をガス化炉でガス化したガスなどの製鉄プロセス以外で発生した、Ｈ₂及び／又はＣＯを含む還元ガスを混合してもよい。

　還元ガスの還元能は、Ｈ₂含有率［質量％］とＣＯ含有率［質量％］に依存し、しかも、吸熱反応と発熱反応により進行するので（前記式（３）及び（４）参照）、Ｈ₂含有率［質量％］とＣＯ含有率［質量％］の比：Ｈ₂／ＣＯ（以下、単に「Ｈ₂／ＣＯ」ということがある）を所定の範囲内に調整することが必要である。

　図２Ａ及び図２Ｂに、酸化鉄の還元平衡状態図を示す。図２Ａは、ＣＯ－ＣＯ_２系ガスを用いた場合の酸化鉄とＣＯの還元平衡状態図である。図２Ｂは、Ｈ_２－Ｈ_２Ｏ系ガスを用いた場合の酸化鉄とＨ₂の還元平衡状態図である。

　図２Ａ及び図２Ｂに示すように、酸化鉄の還元性（還元反応速度）は、還元ガス中のＣＯ及び／又はＨ_２（還元性成分）の含有率に依存する。

　例えば、１０００℃で、Ｆｅ₂Ｏ₃を、Ｆｅ₃Ｏ₄、ＦｅＯを経て、Ｆｅまで還元するために、（ｉ）還元ガスとしてＣＯ－ＣＯ_２系ガスを用いる場合には、還元ガス中に、ＣＯ：７２モル％以上が必要であり、（ii）還元ガスとしてＨ_２－Ｈ_２Ｏ系ガスを用いる場合には、還元ガス中に、Ｈ₂：５５モル％以上が必要である。

　また、還元ガスとして、ＣＯ－ＣＯ_２系ガスとＨ_２－Ｈ_２Ｏ系ガスを、Ｍ1（モル％）：Ｍ2（モル％）で混合した還元ガスを用いる場合には、同様に、１０００℃でＦｅまで還元するのに必要となる還元ガス中のＣＯ含有率は、７２×Ｍ1／１００（モル％）で、同Ｈ₂含有率は、５５×Ｍ2／１００（モル％）となる。

　このように、還元ガスのＣＯ含有率とＨ₂含有率を調整することにより、酸化鉄原料の還元性を確保することができる。

　また、ＣＯによる還元は発熱反応で進行し、Ｈ₂による還元は吸熱反応で進行するので、炉内における熱量を所定のレベルに維持するために、モル比Ｈ₂／ＣＯを所定の範囲内に調整する必要がある。

　また、モル比Ｈ₂／ＣＯは、還元炉に装入する酸化鉄原料の還元粉化特性にも影響する。特に、酸化鉄原料中に、塊状鉄鉱石やペレットに比べて還元粉化し易い焼結鉱石を含む場合は、還元炉の通気性を良好に維持し、安定した操業を行うためには、酸化鉄原料の耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）、さらには、被還元性ＪＩＳ－ＲＩ（％）を考慮して設定することが望ましい。この点については、後述する。

　図３に、本発明の利用態様の一例を示す。

　図３に示すように、（ｉ）高炉ガス（ＢＦＧ）は、ＣＯ及びＨ₂の含有量が少ないため、Ｈ₂Ｏ及び／又はＣＯ₂で改質し、また、（ii）コークス炉ガス（ＣＯＧ）、及び、転炉ガス（ＬＤＧ）は、必要に応じ、Ｈ₂Ｏ及び／又はＣＯ₂で改質し（以下、改質した副生ガスを「改質副生ガス」という）、これら副生ガス及び改質副生ガスの中から、適宜、１種又は２種以上を選択して混合し、還元鉄製造装置に供給する。

　なお、高炉ガス（ＢＦＧ）、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、及び、転炉ガス（ＬＤＧ）は、改質前に、予め、副生ガス中に含まれるＮ₂、Ｈ₂Ｏ、及びＣＯ₂の１種又は２種以上を除去するのが好ましい。

　還元鉄製造装置より発生するガス（以下「ＡＲＧ」ということがある）は、ガス分析の結果に従い使用先を決定する。この場合、既存の副生ガスと混合してもよいし、また、改質後、既存の副生ガスと混合してもよい。

　なお、表１に示すように、高炉ガス（ＢＦＧ）は、ＣＯＧ、及び、ＬＤＧに比べ、ＣＯ量及びＨ₂量が少ないので、Ｈ₂Ｏ及び／又はＣＯ₂で改質して用いるのが好ましい。

　本発明においては、ＢＦＧ、ＣＯＧ、ＬＤＧ等の副生ガス中のガス成分（特に、ＣＯとＨ₂）を適宜分析してガス成分を把握し（図示なし）、複数の副生ガス及び改質副生ガスの１種又は２種以上を混合し、Ｈ₂含有率［モル％］とＣＯ含有率［モル％］の比：Ｈ₂／ＣＯが所定の範囲内ある還元ガスを製造して還元鉄製造装置に供給する。

　副生ガスの成分分析は、連続的に行なうのが望ましいが、炉操業が安定していて、成分組成に大きな変化がない場合には、間欠的に行ってもよい。

　図３中の（１）は、ＢＦＧとＣＯＧを混合する利用態様を示す。この場合、必要に応じ、ＢＦＧ及びＣＯＧの一方又は両方を改質してもよい。図３中の（２）は、ＬＤＧとＣＯＧを混合する利用態様を示す。この場合も、必要に応じ、ＬＤＧ及びＣＯＧの一方又は両方を改質してもよい。

　また、図３中の（３）は、ＢＦＧとＬＤＧを混合する利用態様を示す。この場合も、必要に応じ、ＢＦＧ及びＬＤＧの一方又は両方を改質してもよい。図３中の（４）は、ＢＦＧ、ＣＯＧ、及び、ＬＤＧを混合する利用態様を示す。この場合も、必要に応じ、ＢＦＧ、ＣＯＧ、及び、ＬＤＧの１種以上を改質してもよい。

　上記利用態様で製造した還元ガスを、還元鉄製造装置に供給する前に、ガス成分を分析し、Ｈ₂／ＣＯが所定の範囲内にあることを確認することが望ましい。

　ただし、本発明においては、最終的に、還元鉄製造装置に供給する還元ガスとして、Ｈ₂／ＣＯが所定の範囲内にある還元ガスが得られればよいので、製鉄プロセスで発生する副生ガスの利用態様は、図３に示す利用態様のみに限定されない。前述したように、製鉄プロセス以外で発生した還元能を備えるガスを混合してもよい。

　所定の範囲のＨ₂／ＣＯを有する還元ガスを製造するために、副生ガスの成分組成を調整する必要がある場合には、(a)成分分析を行なう前に、副生ガスを改質（脱ＣＯ₂、ＣＨ₄の加水分解等）するか、(b)副生ガスを複数混合するか、又は、(c)改質副生ガスと他の副生ガス（改質してもしなくてもよい）を混合する。

　即ち、本発明においては、副生ガス及び／又は改質副生ガスの混合割合を調整し、還元ガスのＨ₂／ＣＯを所定の範囲内に調整する。

　また、本発明においては、製鉄プロセスで発生するＨ₂及び／又はＣＯの含有率の異なる前記副生ガスの中から、１種又は２種以上の副生ガスを選択し、及び／又は、混合し、次いで、この副生ガスにＨ₂Ｏ又はＣＯ₂を添加し、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ等の触媒の存在下で加熱して改質し、好ましくは改質後、窒素を除去し、還元ガスを製造してもよい。

　この場合、副生ガス及びＨ₂Ｏ又はＣＯ₂の混合割合を調整して改質し、好ましくは改質前に、予め、副生ガス中に含まれるＮ₂、Ｈ₂Ｏ、及び、ＣＯ₂の１種又は２種以上を除去し、還元ガスのモル比Ｈ₂／ＣＯを所定の範囲内に調整する。

　本発明で用いる還元鉄製造装置は、酸化鉄原料を還元し得る装置であればよく、特定構造の還元装置に限定されないが、従来技術で用いるシャフト炉が好ましい。

　酸化鉄原料は、主にＦｅ₂Ｏ₃を含むものであればよく、その形態は、塊状鉄鉱石（塊鉱石）、粉状鉄鉱石（鉄含有ダスト類を含む）を塊成化した焼結鉱、及び、粉状鉄鉱石（鉄含有ダスト類を含む）を塊成化したペレットが好ましい。

　還元鉄製造装置としてシャフト炉を用いる場合、酸化鉄原料として、例えば、粉状鉄鉱石を塊成化した焼結鉱：２０質量％以上、及び、残部：塊状鉄鉱石、及び、粉状鉄鉱石を塊成化したペレット及びブリケットの１種又は２種以上からなる酸化鉄原料を使用することができる。

　粉状鉄鉱石を塊成化したペレット及びブリケットは、それぞれ、焼成したものと、非焼成のものとに区分される。また、非焼成ペレットには、さらに、炭素を含有し、被還元性が向上した含炭ペレットがあり、また、非焼成ブリケットには、同じく、炭素を含有し、被還元性が向上した含炭ブリケットがある。

　焼結鉱は、その他の塊成鉱及び塊状鉄鉱石に比べて、二次ヘマタイト（Ｆｅ₂Ｏ₃）の含有量が多く、かつ、気孔率が高く、還元粉化し易い。このため、酸化鉄原料中の焼結鉱の含有率（質量％）、焼結鉱中の２次ヘマタイト含有率（質量％）、及び、焼結鉱中の気孔率（体積％）は、酸化鉄原料の耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）、及び、還元炉内の通気性に影響する。

　図４に、焼結鉱中の２次ヘマタイト含有率及び焼結鉱気孔率と、還元粉化率との関係を示す。還元温度を還元粉化が進行し易い５５０℃に設定し、焼結鉱単体の還元粉化特性を調査した。図４に示すように、焼結鉱単体中の２次ヘマタイト含有率及び焼結鉱気孔率の増加に伴って、焼結鉱のＲＤＩ（％）は増加する（即ち、還元炉内の還元粉化率が増大する）。

　焼結鉱を、酸化鉄原料の一部又は全部として用いる場合、焼結鉱中の２次ヘマタイト含有率及び焼結鉱気孔率に基づいて、予め、耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）を推定しておくことが必要である。

　なお、耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）は、ＪＩＳ　Ｍ８７２０に準じて測定する。つまり、１６－２０ｍｍに篩い分けた５００ｇの焼結鉱試料を、５５０℃のもとで、ＣＯ：３０％、Ｎ₂：７０％の還元ガス中で３０分還元し、その後、回転ドラム内に充填し、９００回転させた後、篩い分け、－２．８３ｍｍの割合（％）で表示する。

　焼結鉱を含む酸化鉄原料の還元操業を安定的に継続するためには、酸化鉄原料の耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）を所要のレベルに維持しなければならない。

　それ故、酸化鉄原料中の焼結鉱の配合率（質量％）、この焼結鉱中の２次ヘマタイト含有率（質量％）、及び、この焼結鉱中の気孔率（体積％）に応じて求めた耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）の許容限界値（上限値）と、還元ガスのＨ₂／ＣＯとの関係を予め求め、この関係に基づいて、Ｈ₂／ＣＯの所定範囲を、耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）が許容限界値（上限値）以下となるように設定する。

　まず、図５に、表２に示す成分組成と性状の焼結鉱、ペレット、及び、塊鉱石のそれぞれを酸化鉄原料として用いて５５０℃で還元した場合における、還元ガスのモル比Ｈ₂／ＣＯと還元粉化率（％）との関係を示す。図５中、横軸上のＨ₂／ＣＯ＝１．５は、天然ガスを改質したときの一条件を示している。

　被還元性ＪＩＳ－ＲＩも、表２に示すように、塊鉱石＜ＲＤＩ３５焼結鉱＜ペレット＜ＲＤＩ４５焼結鉱の順で増加する。一方、焼結鉱中の２次ヘマタイトや気孔率などの性状により焼結鉱の耐還元粉化指数ＲＤＩは変化する。このため、表２に示すように、耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）は、塊鉱石＜ペレット＜ＲＤＩ３５焼結鉱＜ＲＤＩ４５焼結鉱の順に増加する。

　つまり、表２に示すように、ペレット中の気孔率が、ＲＤＩ３５焼結鉱及びＲＤＩ４５焼結鉱に比べて少ないので、ペレットの還元粉化率（％）は、ＲＤＩ３５焼結鉱及びＲＤＩ４５焼結鉱の耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）より小さい値となる。

　図６に、焼結鉱を配合した酸化鉄原料をシャフト炉に供給し、還元ガス温度１０００℃で還元を行なう場合における、還元炉の安定操業を維持するための酸化鉄原料の耐還元粉化指数ＲＤＩの許容限界値（上限値）と、還元ガスのＨ₂／ＣＯとの関係の一例を示す。

　図６から、還元炉の通気性を良好に維持した安定操業を行うためには、酸化物原料の耐還元粉化指数ＲＤＩが増加するのに伴い、酸化鉄原料の耐還元粉化指数ＲＤＩの許容限界値（上限値）以下になるように、還元ガスのモル比Ｈ₂／ＣＯを下げる必要があることが解る。

　即ち、塊鉱石又はペレットと、これらよりも還元粉化し易い性状の焼結鉱を配合した酸化鉄原料を、シャフト炉で還元する場合、酸化鉄原料中の焼結鉱の配合割合の増大、及び／又は、焼結鉱中の２次ヘマタイト及び気孔率の増加（耐還元粉化指数ＲＤＩの増加）に伴い、酸化鉄原料の耐還元粉化指数ＲＤＩは低下するため、その低下に応じ、酸化鉄原料の耐還元粉化指数ＲＤＩの許容限界値（上限値）以下になるように、還元ガスのモル比Ｈ₂／ＣＯを下げなければ、安定操業を行うことができないこととなる。

　図７に、表２に示す塊鉱石又はペレットと焼結鉱を適宜配合した酸化鉄原料（５００ｇ）を、５５０℃で９０分、Ｈ₂／ＣＯ：１．５又は１．０の還元ガスで還元したときの、焼結鉱の配合割合と還元粉化率の関係を示す。還元後、－３ｍｍの粉率を測定し、還元粉化率とした。図７から、酸化鉄原料中の焼結鉱の配合割合、及び／又は、Ｈ₂／ＣＯが高くなると、還元粉化率は上昇することが解る。

　図７において、シャフト炉における操業を安定化するための還元粉化率（％）の許容値（上限値）を仮に３５％とすると、酸化鉄原料の還元粉化率（％）が許容上限値：３５％以下になるように、焼結鉱のＲＤＩに影響を及ぼす焼結鉱中の気孔率、２次ヘマタイト量、及び、酸化鉄原料中の焼結鉱の配合割合に応じて、還元ガスのＨ₂／ＣＯを調整する必要がある。

　ここで、一例として、図８に、ＲＤＩ３５焼結鉱と塊鉱石（表２参照）を配合した酸化鉄原料をシャフト炉に装入し、還元温度：１０００℃で還元したときの、還元炉の安定操業を維持するための還元粉化率の許容限界値（上限値）（％）と還元ガスのＨ₂／ＣＯとの関係を示す。

　天然ガスを改質した通常の還元ガス（Ｈ₂／ＣＯ＝１．５）を使用するシャフト炉での操業においては、酸化物原料のＲＤＩが１５以上（焼結鉱配合率：２０％以上に相当する）になると、還元過程（ヘマタイト－＞マグネタイト）で還元粉化率が増加して、操業が不安定になる。

　焼結鉱は、塊鉱石、ペレットに比べて、気孔率及び２次ヘマタイト含有率が高く、かつ、ＲＤＩが高いので、焼結鉱を酸化鉄原料中に多量に配合すると、酸化鉄原料自体のＲＤＩが高くなるので、還元ガスのＨ₂／ＣＯを１．５以下にする必要がある。

　図８に示す操業例は、ＬＤＧ、ＣＯＧの改質ガス、及び、ＢＦＧの改質ガスを混合して、還元ガスのＨ₂／ＣＯを１．５以下に調整したものである。例えば、焼結鉱の配合割合が４０％の場合、還元ガスのＨ₂／ＣＯを１．１に調整する。この調整により、還元粉化率が低下して、安定操業を行うことができる。

　即ち、酸化鉄原料中の焼結鉱の配合割合、及び、酸化鉄原料中に配合する焼結鉱中の２次ヘマタイト含有率、及び、焼結鉱気孔率に応じて、還元ガスのＨ₂／ＣＯを、炉内還元粉化率が、安定操業が可能な許容限界値（上限値）になるように調整する。

　したがって、予め、焼結鉱を配合した酸化鉄原料の耐還元粉化指数ＲＤＩの許容限界値（上限値）と還元ガスのＨ₂／ＣＯとの関係を求め、この関係基づいて、酸化鉄原料の耐還元粉化指数ＲＤＩが、還元粉化の許容限界値（上限値）以下となるように、還元ガスのＨ₂／ＣＯを調整すれば、シャフト炉での還元操業を安定して継続することができる。

　次に、酸化鉄原料の被還元性ＪＩＳ－ＲＩ（％）について説明する。

　酸化鉄原料の被還元性ＪＩＳ－ＲＩ（％）は、得られる還元鉄の金属化率に影響するので、金属化率を高める場合には、酸化鉄原料の被還元性ＪＩＳ－ＲＩ（％）を考慮する必要がある。

　なお、被還元性ＪＩＳ－ＲＩ（％）は、ＪＩＳ　Ｍ８７１３に準じて測定する。つまり、１９．０－２２．４ｍｍに篩い分けた５００ｇの焼結鉱試料を、９００℃のもとで、ＣＯを３０％、Ｎ₂を７０％含む還元ガスで１８０分還元した後、還元前の被還元酸素量に対する還元酸素量の割合で表示する。

　所定の金属化率（例えば、６０％以上）を達成するためには、酸化鉄原料の被還元性ＪＩＳ－ＲＩ（％）を所要のレベルに維持しなければならない。それ故、被還元性ＪＩＳ－ＲＩ（％）の許容限界値（下限値）と、還元ガスのＨ₂／ＣＯとの関係を予め求め、この関係に基づいて、還元ガスのモル比Ｈ₂／ＣＯの所定の範囲を、被還元性ＪＩＳ－ＲＩ（％）の許容限界値（下限値）以上となるように設定する。

　図９に、酸化鉄原料おして、表２に示す組成及び性状の焼結鉱、ペレット、及び、塊鉱石を、それぞれ単体でシャフト炉に装入し、９００℃で還元したときの金属化率（％）と還元ガスのモル比Ｈ₂／ＣＯの関係を示す。還元ガスのモル比Ｈ₂／ＣＯの上昇に伴い、金属化率（％）は向上することが解る。

　ＪＩＳ－ＲＩ：６５及びＪＩＳ－ＲＩ：７５の焼結鉱と、ＪＩＳ－ＲＩ：７０のペレット、ＪＩＳ－ＲＩ：５５の塊鉱石（表２、参照）を、配合割合を変えて配合した５００ｇの酸化鉄原料試料を、Ｈ₂／ＣＯ＝０．５、０．８、及び、１．５の条件で、９００℃、１８０分還元した。還元後の金属化率（％）と、焼結鉱の配合割合の関係を、図１０に示す。なお、同図１０中には、金属化率（％）の許容値（下限値）６０％のライン（図中の符号ａ）と、ベース原料と同等の金属化率を維持するライン（図中の符号ｂ）とを示した。

　ＪＩＳ－ＲＩ：７５の焼結鉱の配合割合を高めていくと、金属化率（％）は上昇する。一方、ＪＩＳ－ＲＩ：６５の焼結鉱を使用する場合、塊鉱石と置換する場合においては、焼結鉱の配合割合を高めていくと、金属化率（％）は上昇するが、ＪＩＳ－ＲＩ：７０のペレッとの置換では、焼結鉱の配合率を高めると、金属化率（％）は低下する。

　したがって、（ｉ）Ｈ₂／ＣＯと、酸化鉄原料中の焼結鉱の配合率（質量％）、この焼結鉱中の２次ヘマタイト含有率（質量％）、及び、この焼結鉱中の気孔率（体積％）に応じて求めた、安定操業を維持するための酸化鉄原料の耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）の許容限界値（上限値）との関係に加え、（ii）Ｈ₂／ＣＯと、還元鉄の平均金属化率（トータル鉄に対する金属鉄の質量割合）：６０％以上を達成するための酸化鉄原料の被還元性ＪＩＳ－ＲＩ（％）の許容限界値（下限値）との関係が重要である。

　図１１に、還元ガス温度１０００℃の条件における、Ｈ₂／ＣＯと、金属化率（トータル鉄に対する金属鉄の質量割合）：６０～８５％を達成する酸化鉄原料の被還元性ＪＩＳ－ＲＩ（％）との関係を示す。被還元性ＪＩＳ－ＲＩ（％）の上昇を狙う場合、還元ガスのモル比Ｈ₂／ＣＯを低減する必要があることが解る。

　したがって、６０％以上の金属化率を確実に得るには、還元ガスのモル比Ｈ₂／ＣＯは、（ｉ）Ｈ₂／ＣＯと、酸化鉄原料中の焼結鉱の配合率（質量％）、この焼結鉱中の２次ヘマタイト含有率（質量％）、及び、この焼結鉱中の気孔率（体積％）に応じて求めた、安定操業を維持するための酸化鉄原料の耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）の許容限界値（上限値）との関係、及び、（ii）Ｈ₂／ＣＯと、還元鉄の平均金属化率（トータル鉄に対する金属鉄の質量割合）：６０％以上を達成するための酸化鉄原料の被還元性ＪＩＳ－ＲＩ（％）の許容限界値（下限値）との関係に基づいて、被還元性ＪＩＳ－ＲＩ（％）が許容限界値（下限値）以上で、耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）が許容限界値（上限値）以下となるように設定する必要がある。

　図１２に、焼結鉱と塊鉱石を混合した酸化鉄原料を用い、還元ガス温度１０００℃で還元した場合における、金属化率６０％と通気性（炉内粉率上限）を満足するＪＩＳ－ＲＩとモル比Ｈ₂／ＣＯの関係を示す。

　通常操業では、ＪＩＳ－ＲＩ：５５程度の塊鉱石を使用し、天然ガスを改質したガス（Ｈ₂／ＣＯ＝１．５）で操業しているが、天然ガスの代わりに製鉄プロセスで発生する副生ガス：ＬＤＧ＋ＣＯＧを使用し、Ｈ₂／ＣＯ＝１．２０で操業したところ、還元鉄（製品）の金属化率が低下し、操業が不安定になった。

　図１３に、焼結鉱とペレットとを混合した酸化鉄原料を用い、還元ガス温度１０００℃で還元した場合における、金属化率６０％と通気性（炉内粉率上限）を満足するＪＩＳ－ＲＩとモル比Ｈ₂／ＣＯの関係を示す。

　ペレットは、塊状鉄鉱石に比べて、ＪＩＳ－ＲＩが高く、ＲＤＩが高いので、図１２に示す関係に比べて、ＪＩＳ－ＲＩが高く、ＲＤＩが高い条件で、通気性と還元性を同時に満足する操業範囲が存在する。製鉄プロセスで発生する副生ガス：ＬＤＧ＋ＣＯＧを混合し、Ｈ₂／ＣＯ＝１．２０となるように調整して操業する場合、酸化鉄原料のＪＩＳ－ＲＩが６７以上の範囲（ＲＤＩ３５焼結鉱の場合）、又は、７３以下の範囲（ＲＤＩ１４５焼結鉱の場合）にあれば、下限金属化率６０％と通気性を同時に満足する安定操業域が存在する。

　２）次に、銑鉄の製造方法について説明する。

　本発明の銑鉄の製造方法においては、本発明の還元鉄の製造方法で製造した還元鉄の１部又は全部を、高炉や、コークス充填型溶融炉、電気炉、及び、転炉に装入して溶融し、銑鉄を製造する。

　還元鉄の１部又は全部を、スクラップや粒銑、形銑の一部又は全部に替えて転炉やＴＰＣ（混銑車）等の溶銑搬送装置に装入してもよい。この時、製造した還元鉄を熱間で装入することが望ましい。

　例えば、還元鉄製造炉の出側に断熱構造のホッパーを設け、所定量をＴＰＣ（混銑車）に切り出し、その後、ＴＰＣで受銑することにより製造した還元鉄を溶解し、溶銑を増やすことができる。７００℃で装入した場合、常温の約１．５倍の還元鉄を、混銑車（ＴＰＣ）等の混銑炉内に投入することができる。

　本発明は、このように、製鉄プロセスで発生する副生ガスを活用して酸化鉄原料を還元して還元鉄を製造する工程、及び、この工程で製造した還元鉄を含む製鉄原料を溶融する工程を通じ、製鉄プロセスで発生するＣＯ₂の量を削減することができる。

　次に、本発明の実施例について説明するが、本実施例で採用する条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例のみに限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

　（実施例１）
　ＣＯＧとＬＤＧを混合した還元ガスを用いて還元鉄を製造し、冷却した後、還元鉄を竪型溶解炉で溶解した例を示す。気体に係る％は「モル％」を意味する。

　ガス分析の結果、ＣＯＧの成分組成は、ＣＯ：５％、Ｈ₂：５５％で、ＬＤＧの成分組成は、ＣＯ：７０％、Ｈ₂：２０％であった（表１参照）。そこで、ＣＯＧ：６５％、ＬＤＧ：３５％の割合で混合し、還元ガスを製造した。還元ガスの成分組成は、分析の結果、表３に示すように、ＣＯ：２７．８％、Ｈ₂：４２．８％であり、計画通りの混合であった。

　表３に示す還元ガスを、２８ｋＮｍ³／Ｈｒ（ＣＯＧ：１８ｋＮｍ³／Ｈｒ、ＬＤＧ：１０ｋＮｍ³／Ｈｒ）で還元鉄製造装置に供給した。還元鉄供給装置は、φ５ｍの縦型シャフト炉本体、還元ガス予熱炉、除塵装置、ＣＯ₂除去装置等から構成されている。

　還元鉄製造装置に、酸化鉄原料として、塊鉱石とペレットを半々で配合したものを装入した。塊鉱石とペレットの径は、略１０ｍｍ程度である。９００℃に加熱した還元ガスを、ショフト炉本体に供給し、還元鉄を製造した。還元鉄の再酸化を防止するため、熱間でブリケット（以下、ＨＢＩ（ホットブリケットアイアン））にして冷却した。生産速度は、約４０ｔ／Ｈであった。

　上記ＨＢＩを、６７ｍ³のキュポラに装入して溶解し、銑鉄を製造した。還元鉄製造から銑鉄製造までに要したエネルギーは４．４Ｇｃａｌ／ｔであり、大型高炉での溶銑製造エネルギー４．２Ｇｃａｌ／ｔより大きいが、ＣＯ₂発生量は、１２００ｋｇ／ｔであり、高炉法によるＣＯ₂発生量：１６００ｋｇ／ｔの３／４であった。これは、製鉄プロセスで発生するＨ₂を含む副生ガスを還元ガスとして活用したことによるものといえる。

　（実施例２）
　還元ガスとして天然ガスを改質したガス（Ｈ₂／ＣＯ＝約１．５）、酸化鉄原料として、塊鉱石（ＲＤＩ：１０％、ＪＩＳ－ＲＩ：５５）とペレット（ＲＤＩ：１５％、ＪＩＳ－ＲＩ：７０）を用い、シャフト炉で通常の操業を実施した。次に、比較例１及び２として、上記酸化物原料にＲＤＩ：３５％、ＪＩＳ－ＲＩ：６５の焼結鉱、又は、ＲＤＩ：４５％、ＪＩＳ－ＲＩ：７５の焼結鉱を配合して操業し、操業状態を確認した。

　次に、本発明の実施例として、還元ガスとして、製鉄プロセスで発生した高炉ガス（ＢＦＧ）、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、及び、転炉ガス（ＬＤＧ）を、そのまま又は改質して混合し、Ｈ₂／ＣＯを、所定の範囲内に調整した還元ガスを製造し、この還元ガスを用い、酸化鉄原料として、ＲＤＩの異なる焼結鉱を所定の配合割合で配合した酸化鉄原料をシャフト炉に装入し、同様に、操業状態を確認した。

　表４に、試験条件及び試験結果を示す。

　表４において、比較例１は、酸化物原料に、ＲＤＩ：３５％、ＪＩＳ－ＲＩ：６５の焼結鉱を２０％配合した操業例であるが、天然ガスを改質したＨ₂／ＣＯ：１．５の還元ガスで、安定操業が可能であった。

　次に、比較例２として、酸化物原料に、ＲＤＩ：４５％、ＪＩＳ-ＲＩ：７５の焼結鉱を配合し、その配合割合を２５％に増加し、他の条件は、比較例１と同じ条件で操業を実施した。その結果、焼結鉱のＲＤＩの増加、又は、酸化物原料中の焼結鉱配合割合の増加に伴う還元粉化により、通気変動が生じ始め、操業が不安定となった。

　実施例１は、焼結鉱の配合割合及び還元ガスの条件以外は、比較例１と同じ条件で、天然ガスに転炉ガス（ＬＤＧ）を混合して、Ｈ₂／ＣＯ：１．２に低下させた還元ガスを用いた操業例である。実施例１の操業例は、酸化物原料中の焼結鉱の配合割合が、比較例１よりも高い２５％の場合でも、還元ガスのＨ₂／ＣＯの低下により、安定操業が可能となった例である。

　実施例２は、還元ガスの条件以外は、実施例１と同じ条件で、還元ガスとして、製鉄所の副生ガスであるコークス炉ガス（ＣＯＧ）と転炉ガス（ＬＤＧ）を混合して、Ｈ₂／ＣＯ：１．２に調整した還元ガスを用いた操業例である。同様に、安定操業が可能となった操業例である。

　実施例３は、還元ガスのＨ₂／ＣＯ、及び、焼結鉱の配合割合以外は、実施例２と同じ条件で、焼結鉱の配合割合を５０％に増加した操業例である。還元ガスのＨ₂／ＣＯを１．０に調整することで、安定操業が可能となった操業例である。

　実施例１～３の結果を含む、還元粉化率の許容値（上限値）及び酸化物原料のＲＤＩと、還元ガスのＨ₂／ＣＯとの関係は、図６に示す傾向にある。

　塊鉱石やペレットに比べて、気孔率及び２次へマタイト含有率が高く、かつ、ＲＤＩが高い焼結鉱を、酸化物原料中に多量に配合する場合は、酸化物原料のＲＤＩが高くたるため、Ｈ₂／ＣＯの異なる複数の製鉄所副生ガスを混合して、Ｈ₂／ＣＯを１．５より低くなるように調整する必要がある。

　実施例４は、実施例３よりもＲＤＩが高い焼結鉱（ＲＤＩ：４５の焼結鉱）を、実施例３よりも高い６０％の配合割合で配合し、コークス炉ガス（ＣＯＧ）と転炉ガス（ＬＤＧ）の混合比により、還元ガスのＨ₂／ＣＯを、実施例３よりも低く（Ｈ₂／ＣＯ：０．５）調整した操業例である。実施例４では、実施例３よりも、酸化物原料のＲＤＩが増加したにもかかわらず、安定操業が可能となった。

　実施例５は、高炉ガス（ＢＦＧ）、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、及び、転炉ガス（ＬＤＧ）を混合し、Ｈ₂／ＣＯ：０．４に調整した還元ガスを用い、酸化物原料中のＲＤＩ：４５の焼結鉱を７０％に増加し、残部をペレット（３０％）とした操業例であるが、安定操業が可能であった。

　前述したように、本発明によれば、製鉄プロセスで発生する副生ガスを有効に還元鉄の製造に用いることができるととともに、製鉄プロセスで発生するＣＯ₂量を、高炉法で発生するＣＯ₂量より低減することができる。よって、本発明は、製鉄産業において利用可能性が高いものである。

Claims

　酸化鉄原料を還元ガスで還元して還元鉄を製造する方法であって、
　製鉄プロセスで発生するＨ₂及びＣＯの少なくとも一方を含む副生ガスを、少なくとも一部として含む前記還元ガスを製造する工程と；
　前記還元ガスを還元鉄製造装置に供給する工程と；
を有することを特徴とする還元鉄の製造方法。
　前記還元ガスが、還元炉より発生するガスと、天然ガスを改質したガスと、一般炭をガス化炉でガス化したガスと、の少なくとも一つをさらに含む
ことを特徴とする請求項１に記載の還元鉄の製造方法。
　前記副生ガスが、高炉及びコークス充填型溶融炉の少なくとも一方より発生した副生ガスと、コークス炉より発生した副生ガスと、転炉より発生した副生ガスと、の少なくとも一つを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の還元鉄の製造方法。
　Ｈ₂の含有量及び前記ＣＯの含有量の少なくとも一方が異なる前記副生ガスの中から２種以上の副生ガスを選択して混合し、Ｈ₂含有率［モル％］及びＣＯ含有率［モル％］、並びに、Ｈ₂含有率［モル％］とＣＯ含有率［モル％］との比であるＨ₂／ＣＯを調整して還元ガスを製造する工程を
さらに有することを特徴とする請求項１に記載の還元鉄の製造方法。
　Ｈ₂の含有量及び前記ＣＯの含有率の少なくとも一方が異なる前記副生ガスの中から１種又は２種以上の副生ガスの、選択及び混合の少なくとも一方を行う工程と；
　この工程に次いで、前記副生ガスにＨ₂Ｏ及びＣＯ₂の少なくとも一方を添加して改質し、Ｈ₂含有率［モル％］及びＣＯ含有率［モル％］、並びに、Ｈ₂含有率［モル％］とＣＯ含有率［モル％］との比であるＨ₂／ＣＯを調整して還元ガスを製造する工程と；
さらに有することを特徴とする請求項１に記載の還元鉄の製造方法。
　Ｈ₂の含有量及び前記ＣＯの含有率の少なくとも一方が異なる前記副生ガスの中から選択した１種又は２種以上の副生ガスと、この副生ガスにＨ₂Ｏ及びＣＯ₂の少なくとも一方を添加して改質した、Ｈ₂の含有率及びＣＯの含有率の少なくとも一方が異なる改質副生ガスの中から、１種又は２種以上の副生ガスを選択して混合し、Ｈ₂含有率［モル％］及びＣＯ含有率［モル％］、並びに、Ｈ₂含有率［モル％］とＣＯ含有率［モル％］との比であるＨ₂／ＣＯを調整して還元ガスを製造する工程を
さらに有することを特徴とする請求項１に記載の還元鉄の製造方法。
　前記Ｈ₂の含有量及び前記ＣＯの含有量の少なくとも一方が異なる副生ガスの中から選択した前記副生ガスが、予め、この副生ガス中に含まれていたＮ₂、Ｈ₂Ｏ、及び、ＣＯ₂の１種又は２種以上を除去したものである
ことを特徴とする請求項４～６のいずれか１項に記載の還元鉄の製造方法。
　前記還元鉄製造装置が、シャフト炉である
ことを特徴とする請求項１に記載の還元鉄の製造方法。
　前記シャフト炉に装入する酸化鉄原料が、
　粉状鉄鉱石を塊成化した焼結鉱：２０質量％以上と；
　残部：塊状鉄鉱石と；
　粉状鉄鉱石を塊成化したペレット及びブリケットの１種又は２種以上と；
を含むことを特徴とする請求項８に記載の還元鉄の製造方法。
　前記還元ガスのＨ₂／ＣＯを、
　Ｈ₂／ＣＯと、酸化鉄原料中の焼結鉱の配合率（質量％）と、この焼結鉱中の２次ヘマタイト含有率（質量％）と、前記焼結鉱中の気孔率（体積％）に応じて求めた、安定操業を維持するための上記酸化鉄原料の耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）の許容限界値（上限値）と、の関係に基づいて、耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）が所定の許容限界値（上限値）以下となるように設定する工程
をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の還元鉄の製造方法。
　前記還元ガスのＨ₂／ＣＯを、
　（ｉ）Ｈ₂／ＣＯと、酸化鉄原料中の焼結鉱の配合率（質量％）と、この焼結鉱中の２次ヘマタイト含有率（質量％）と、前記焼結鉱中の気孔率（体積％）に応じて求めた、安定操業を維持するための上記酸化鉄原料の耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）の許容限界値（上限値）と、の関係、及び、
　（ii）Ｈ₂／ＣＯと、還元鉄の平均金属化率（トータル鉄に対する金属鉄の質量割合）：６０％以上を達成するための上記酸化鉄原料の被還元性ＪＩＳ－ＲＩ（％）の許容限界値（下限値）と、の関係に基づいて、
　被還元性ＪＩＳ－ＲＩ（％）が許容限界値（下限値）以上でかつ、耐還元粉化指数ＲＤＩ（％）が許容限界値（上限値）以下となるように設定する工程
をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の還元鉄の製造方法。
　請求項１に記載の還元鉄の製造方法で製造した還元鉄の少なくとも一部を、溶融還元炉に装入して溶融及び還元し、銑鉄を製造する工程を含む
ことを特徴とする銑鉄の製造方法。
　前記還元鉄の少なくとも一部を、スクラップ、粒銑、及び、形銑の少なくとも一部に替えて装入する工程をさらに含む
ことを特徴とする請求項１２に記載の銑鉄の製造方法。
　前記溶融還元炉が、高炉、コークス充填型溶融炉、電気炉、転炉、及び、混銑炉のいずれかである
ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の銑鉄の製造方法。