铁液的制造方法.pdf

在实施以含有氧化铁和碳质还原剂的成形体为原料，组合旋转炉床炉和熔化炉的铁液制造工艺时，将该成形体装入加热还原炉，在将金属化率提高到60％以上后，送入熔化炉内，通过将该熔化炉内的CO气体的2次燃烧率控制在40％以下，能够尽可能地控制旋转炉床炉或熔化炉的耐火物的熔损，同时高生产性地制造铁份纯度高的铁液。

权利要求书
1.  一种铁液的制造方法，将含有氧化铁源和碳质还原剂的原料混合物装入加热还原炉，利用碳质还原剂还原该原料混合物中的氧化铁，形成固形还原铁后，将该固形还原铁送入熔化炉内，通过燃烧作为燃料供给的炭材，在该熔化炉内使上述固形还原铁熔化，获得铁熔液，其特征在于：
在将上述固形还原铁的金属化率提高到60％以上后，送入熔化炉内，通过控制供给该熔化炉的氧和炭材的量，将该熔化炉内的CO气体的2次燃烧率控制在40％以下。

2.  如权利要求1所述的制造方法，其中，利用来自上述加热还原炉的排气热预热空气，用作该加热还原炉的燃烧用空气、干燥原料混合物及原料的空气中的至少一种。

3.  如权利要求1或2所述的制造方法，其中，以去除该碳质还原剂及上述炭材中的挥发成分的碳量(A)达到[(还原该混合物中的氧化铁所需的化学当量)+(铁液制品中的目标碳浓度份)+(固形还原铁的熔化所需的热量份)]以上的方式，调整上述碳质还原剂及上述炭材的量。

4.  如权利要求1～3中任何一项所述的制造方法，其中，通过从向装入到加热还原炉的前述混合物中配合的碳质还原剂、向在加热还原炉制造的还原铁中配合的碳质还原剂以及从供给上述熔化炉的炭材等中选择的一种以上，进行上述碳量(A)的调整。

5.  如权利要求1～4中任何一项所述的制造方法，其中，作为供给上述熔化炉的含氧气体，使用氧浓度在90％以上的高纯度氧，通过从底部吹入、上部吹入或横向吹入该气体，对炉渣层进行搅拌。

6.  如权利要求1～5中任何一项所述的制造方法，其中，将上述2次燃烧热的对铁熔液的着热效率提高到60％以上。

7.  如权利要求1～6中任何一项所述的制造方法，其中，上述固形还原铁、炭材及炉渣成分调整用的熔剂，从上述熔化炉的上方，通过重力下落投入到炉内，或吹入到熔液内。

8.  如权利要求1～7中任何一项所述的制造方法，其中，向上述熔化炉的铁熔液内吹入惰性气体，进行搅拌。

9.  如权利要求1～8中任何一项所述的制造方法，其中，作为上述熔化炉，采用固定式或转动式的熔化炉。

10.  如权利要求9所述的制造方法，其中，作为上述熔化炉，采用固定式的熔化炉，在该熔化炉的侧壁，设置取出铁液和熔融炉渣用的出炉口，并且其开口高度位置设为上述惰性气体不穿过的位置。

11.  如权利要求1～10中任何一项所述的制造方法，其中，上述氧化铁源在含有氧化铁的同时还含有非铁金属或其氧化物。

12.  如权利要求1～11中任何一项所述的制造方法，其中，上述氧化铁源含有从金属精炼设备排出的粉尘。

13.  如权利要求1～12中任何一项所述的制造方法，其中，在该熔化炉内另外添加含有CaO的物质，以使上述熔化炉内生成的炉渣的碱度达到1.2以上，使铁熔液中的硫成分转移到生成的熔融炉渣中。

14.  如权利要求1～13中任何一项所述的制造方法，其中，铁熔液中的碳量(B)设在2质量％以上。

15.  如权利要求1～14中任何一项所述的制造方法，其中，将在加热还原炉得到的上述固形还原铁快速送入熔化炉，进行熔化。

16.  如权利要求1～15中任何一项所述的制造方法，其中，将在加热还原炉得到的上述固形还原铁，实质上不冷却地送入熔化炉，进行熔化。

17.  如权利要求1～14中任何一项所述的制造方法，其中，将在加热还原炉得到的上述固形还原铁，在一度保管后，送入熔化炉，进行加热熔化。

18.  如权利要求1～17中任何一项所述的制造方法，其中，作为上述加热还原炉的热源，供给在上述熔化炉产生的至少一部分燃烧气体。

19.  如权利要求18所述的制造方法，其中，在向加热还原炉送入在上述熔化炉产生的燃烧气体时，冷却·除尘该燃烧气体，将该气体中的粉尘含量控制在5g/Nm3以下。

20.  如权利要求1～19中任何一项所述的制造方法，其中，向上述加热还原炉内装入上述炭材的一部分或全部和/或其它炭材。

21.  如权利要求20所述的制造方法，其中，向上述加热还原炉内装入上述炭材的一部分或全部和/或其它炭材，在加热该炭材后，将该炭材的一部分或全部，与上述固形还原铁一同送入熔化炉。

22.  如权利要求20或21所述的制造方法，其中，通过从①向装入到加热还原炉的前述混合物中配合的碳质还原剂、②向利用上述加热还原炉制造的还原铁中供给的碳质还原剂、③向上述熔化炉供给的炭材、及④装入上述熔化炉的其它炭材等中选择的至少一种，进行上述铁熔液中的碳量(B)的调整。

23.  一种固体金属铁，其中，利用权利要求1～22中任何一项所述的制造方法制造。

说明书铁液的制造方法
技术领域
本发明涉及一种铁液的制造方法，更具体地涉及一种改进方法，能够与炭材等碳质还原剂一同加热还原铁矿石等氧化铁源，能够高效率地制造铁份纯度高的铁液。
背景技术
作为还原铁矿石等氧化铁源，制造铁液的方法，目前已实用化的，主要是高炉-转炉法，但此方法，作为还原剂，必须使用焦炭，而且太追求大规模生产优越性，缺乏对经济动向的生产灵活性，特别是在与多品种·小批量生产对应上存在问题。
另外，作为小规模并且趋向多品种·小批量生产的制铁方法，有以MIDREX法为代表的直接制铁法。但是，由于该方法作为还原剂需要采用天然气，该设备的选址条件受到制约。
对此，作为通过采用以炭为主体的的碳质还原剂，制造还原铁，用电炉加热熔融该还原铁，制造铁液的方法，有SL/RN法，最近，还提出了多种旋转炉床炉和电炉结合，一起进行氧化铁的还原和生成的还原铁的加热熔化的直接制铁法。但是，在这些方法中，由于需要大量的电力，所以该设备的选址条件被限定在电力供应情况良好的地方。
在此状况下，广泛进行了采用铁矿石等铁源和煤炭等碳质还原剂，制造铁液的熔融·还原制铁法的改进研究，作为其代表例，提出了组合预备还原炉和熔融还原炉的DIOS法或HIsmelt法。这些方法在实用化上，重要的是用熔融还原炉确保高水平的2次燃烧效率和着热效率，但如果提高上述效率，在因铁矿石等铁源中的脉石成分，加热还原时副生的炉渣内混入高浓度的氧化铁(FeO)，出现严重熔损处理炉的内衬耐火物的问题。作为如此问题的对策，还提出了水冷炉体，抑制熔损耐火物的方法，但由于来自炉体的热能损失大，因此严重影响铁液的生产性或热能效率。
此外，作为直接制铁法的一种，已知有用旋转炉床炉，加热还原混合铁矿石等铁源和炭材等碳质还原剂而成形的内装炭材成形体(颗粒或团块等)，用熔融还原炉进行最终熔融还原，制造铁液的方法(专利文献1、2、3等)。在这些方法中，目的是通过将在熔融还原炉生成的高温的排气热导入旋转炉床炉，进行有效利用，提高作为整体设备的热效率，可期待恰如其分的效果。可是，在从熔融还原炉排出的高温的排气中，含有大量的粉尘，其不仅附着·堆积在配管内，而且还附着·堆积在旋转炉床炉的炉壁等上，成为稳定操作的障碍。
而且，如果在熔融还原炉中引起热变动，也变动供给旋转炉床炉的高温气体的热量或还原势，使作为设备整体的操作状况不稳定。此外，如果操作状况不稳定，则用旋转炉床炉进行的氧化铁的还原效率或金属化率变动，不仅使制品铁的纯度不稳定，而且还增大向副生炉渣内的氧化铁(FeO)的混入量，导致炉床耐火物的熔损。
另外，在熔融还原法中，由于在熔融还原炉内添加大量的氧和热，因此进行炉体耐火物的修补或吹入风口的保养是不可缺的，为此，需要使炉体倾斜或移动的设备，这些附属设施的设置或耐火物修补的经济负担，严重影响铁液的制造成本。
发明内容
本发明是针对上述情况而完成的，目的是提供一种铁液制造方法，在以含有氧化铁和碳质还原剂的混合物为原料，组合旋转炉床炉和熔化炉的铁液制造工艺中，通过适当控制这些操作条件，能够尽可能地控制旋转炉床炉或熔化炉的耐火物的熔损，同时能够高生产性地制造铁份纯度高地铁液。
所谓能够解决上述问题的本发明的铁液制造方法，是将含有氧化铁源和碳质还原剂的原料混合物装入加热还原炉，利用碳质还原剂还原该原料混合物中的氧化铁，形成固形还原铁后，将固形还原铁送入熔化炉内，通过燃烧作为燃料供给的炭材，在该熔化炉内熔化上述固形还原铁，得到铁熔液的铁液制造方法，其特征在于：
在将上述固形还原铁的金属化率提高到60％以上后，送入熔化炉内，通过控制供给该熔化炉的氧和炭材的量，将该熔化炉内的CO气体的2次燃烧率控制在40％以下。
另外，在本发明中，所谓的熔化炉内的2次燃烧率，是根据下式，从连续取样熔化炉的排出气体得到的气体成分的分析值，计算出的值。
2次燃烧率＝100×(CO2+H2O)/(CO+CO2+H2+H2O)此外，着热效率，是采用熔化炉的排出气体温度及铁熔液温度的测定值和根据上式求出的2次燃烧率算出的。
在调制本发明使用的上述原料混合物的时候，如果以去除该碳质还原剂及上述炭材中的挥发成分的碳量(A)达到[(还原该混合物中的氧化铁所需的化学当量)+(铁液制品中的目标碳浓度份)+(固形还原铁的熔化所需的热量份)]以上的方式，控制上述碳质还原剂及上述炭材的量，能够更高效率地顺利依次进行，从原料混合物中的氧化铁份的固体还原到还原熔融进而熔融金属铁的取得的一系列的工序，因此是理想的。
能够通过从向装入加热还原炉的上述混合物中配合的碳质还原剂、向在加热还原炉制造的还原铁中配合的碳质还原剂及供给上述熔化炉的炭材等中选择的一种以上，进行上述碳量(A)的调整。
此外，作为供给上述熔化炉的含氧气体，如果使用氧浓度在90％以上的高纯度氧，由于不仅能够提高熔化炉内的2次燃烧率，而且还能够进一步容易控制2次燃烧时的燃烧温度或熔融铁熔液的着热效率，另外还能够抑制气体生成量，降低粉尘发生量，因此优选。该高浓度氧气体向熔化炉的供给，可通过从底部吹入、上部吹入或横向吹入中的任何一种或它们的任意组合进行，在这些方法中，如果向炉渣层上吹或横吹高浓度氧气体，由于能够在炉渣层内高效率燃烧添加的炭材，能够提高着热效率，因此优选。
另外，熔化炉设定为固定式或转动式，如果采用将要加入到该熔化炉的上述固形还原铁或炭材及炉渣成分调整用的熔剂，从上述熔化炉的上方，通过重力下落投入到炉内，或吹入到熔液内的方式，由于能够通过简单操作高效率进行还原熔融，因此优选。此时，如果在熔化炉的铁熔液内吹入惰性气体，进行搅拌，能够进一步加速固形还原铁的熔化，缩短处理时间，因此优选。
在采用固定式的熔化炉的时候，如果设置设在该熔化炉的侧壁上的取出铁液和熔融炉渣用的出炉口，并将其开口高度位置设定在上述惰性气体不穿出的位置，由于能够将因吹入气体而堵塞吹入风口部的事故防患于未然，因此优选。
另外，作为本发明使用的上述氧化铁源，铁矿石是最一般的，除此之外，当然可以使用二次铁鳞黑皮(mill scale)等，另外，也可以使用，高炉粉尘或转炉粉尘中的如含氧化铁的粉尘以及与含有氧化铁的同时还含有非铁金属或其氧化物的，例如含有镍、铬、锰、钛等非铁金属或其氧化物的矿石或从金属精炼设备排出的粉尘或炉渣等。
另外，在采用上述非铁金属或其氧化物的时候，通过使它们向在制造铁的过程中产生的炉渣中移转，能够作为纯度高的非铁金属或其氧化物的制造原料或制品回收。
在用上述熔化炉熔化固形还原铁的时候，从炭材等向熔融金属铁中混入相当量的硫，但在该熔化工序，如果通过添加适量的含有CaO的物质，进行调整，使该熔化炉内生成的炉渣的碱度(CaO/SiO2)达到1.2以上，由于能够向熔融炉渣移转熔融金属铁中的硫成分，降低金属铁中的硫含量，因此优选。此时，如果以熔融金属铁中的硫含量达到2％以上的方式，调整向熔化炉添加的炭材的量，由于硫成分向炉渣中的分配比增大，能够进一步高效率降低熔融铁中的硫含量，因此优选。
另外，2次燃烧热对铁熔液的着热效率，优选提高到60％以上。
用加热还原炉得到的固形还原铁，由于通过以原状维持高温的状态，直接投入熔化炉，能够有效地将固形还原铁所持的热用于其加热熔化，因此优选，但因受设备上的制约，当然也可以在停留场等一度保存该固形还原铁，根据需要送入熔化炉，进行加热熔化。
在实施上述方法的时候，由于上述熔化炉产生的燃烧气体持有相当的热量，因此能够作为热源送入加热还原炉，进行有效利用，但在此时，为避免粉尘附着在传送管或加热还原炉，优选对该燃烧气体进行冷却·除尘，将该气体中的粉尘含量抑制在5g/Nm3以下，此外，采用上述加热还原炉的排气预热空气，如果能够用作该加热还原炉的燃烧用空气、原料混合物的干燥用以及成为该原料混合物的原料的氧化铁源或碳质还原剂的干燥用空气等中的至少一种，由于能够进一步提高热效率，因此优选。
附图说明
图1是表示本发明的一实施例的工艺流程图。
图2是表示变化熔化炉中的2次燃烧率时的供给熔化炉的铁份的金属化率和炭材消耗量的关系的图表。
图3是表示变化投入熔化炉中的铁份的金属化率时的炭材消耗量和2次燃烧率的关系的图表。
图4是表变化熔化炉的排出气体温度时的熔化炉内铁液的着热效率和2次燃烧率的关系的图表。
具体实施方式
以下，参照本发明的一实施例所示的图面，更具体地说明本发明，但本发明并不局限于下列图示例，在符合前后所述的技术构思的范围内，当然可以附加适当的变更进行实施。
图1是表示本发明的一实施例的整个系统的流程图，作为成为铁源的铁矿石1，优选使用粒径8mm左右以下的粉矿石，将其用干燥机2干燥后，用矿石粉碎机3粉碎。作为干燥机2的热源，利用旋转炉床炉14的排气显热，使用预热的空气4，根据需要使用辅助燃料5。作为碳质还原剂，一般使用煤炭6，在用煤炭粉碎机7粉碎后，送入混合机8。在混合机8中，添加粉碎的粉矿石和微粉炭，根据需要添加粘合剂9或适量的水分，球团化成球状、粒状、颗粒状、团块状等，作为成形体。此时，作为炉渣形成成分，能够添加在熔化炉中的还原熔融时所需的部分副原料10(例如，氧化铝、二氧化硅、氧化钙等)或混合物。
另外，在图示例中，表示使原料(混合物)形成块状，作为成形体使用的例子，由于在本发明中最优选如此成形、供给的成形体，所以在以下的说明中，主要说明作为成形体使用时的情况，但也可以根据情况，以混合粉状物的状态直接使用，或作为轻压固结程度的混合物使用。此外，作为铁源，铁矿石是最一般的，但也可以与其一同并用含有氧化铁的高炉粉尘或二次铁鳞黑皮(mill scale)等，另外，也可以使用与氧化铁一同含有非铁金属或其氧化物的，例如从金属精炼设备排出的粉尘或炉渣等。
此外，作为碳质还原剂，在使用煤炭6等炭材的时候，由于炭材中所含的挥发成分在600℃以上的温度下挥发，几乎无助于氧化铁的还原，所以，上述成形体中的炭材的配合率的确定，也可以以去除炭材中作为挥发成分含有的碳的碳量为基准，通过在氧化铁的还原所需的化学当量份、铁液制品中的目标碳浓度份及熔化炉熔化还原铁所需的热量份的总量中，加进一些该碳量的损失来进行。
作为制造原料成形体12时所用的成块机11，可以使用颗粒成形机或团块成形机等。该成形体12的表观密度设在1.2g/cm3以上，优选设在1.8g/cm3以上。这是作为在加热还原炉(旋转炉床炉)中给予成形体的外面侧的热，迅速向成形体内部传递所需的表观密度而表示的值。
该成形体12，在成形后，在用干燥机13将水分量干燥下降到1质量％以下后，可以供给旋转炉床炉14(加热还原炉)。作为此时所用的干燥用空气，如果采用通过与从旋转炉床炉14排出的排气显热的热交换，预热的空气4，由于能够增进排热的有效利用，因此优选。另外，该干燥用空气的温度，优选以通过利用急速加热快速蒸发水分而不引起成形体12爆裂等的方式，抑制在200℃左右以下。干燥后的成形体12逐次装入旋转炉床炉14，供于加热还原。
加热还原生成的还原铁15的金属化率至少在60％以上，优选80％以上，更优选提高到接近在后述图2中也要说明的如废金属(scrap)的熔化热量的90％以上。作为用于该加热还原的燃料，可通过采用从熔化炉16排出的还原性气体，用设在旋转炉床炉14的侧壁等上的燃烧器燃烧，加热成形体12。
为在该加热还原工序，将还原铁15的金属化率提高到60％以上，优选80％以上，更优选90％以上，需要稳定维持燃烧器的燃烧状态，因此，优选通过一度冷却、除尘从熔化炉16排出的排气，使排气中的粉尘浓度降低到5g/Nm3以下，优选1g/Nm3以下。另外，为防备设备升高时或旋转炉床炉14的热补偿时等，作为外部燃料17，可供给天然气或微粉炭等也有效。
在旋转炉床炉14内，使通过下式(2)、(4)所示的反应产生的CO气体，与上述预热空气4，按下列反应式(1)进行2次燃烧，将该反应热用作成形体12的加热还原用热。
……(1)通过这些反应，能够使排气中的氧量完全燃烧到排气中的氧量实质上达到零，达到100％的2次燃烧率。这意味着在旋转炉床炉14中能够用完炭材具有的潜在热能，能够得到高的能源效率。
用旋转炉床炉14得到的还原铁15，也可以在一度取出系外后，再装入熔化炉16，但如果优选实质上不冷却地，以保持高温的状态装入熔化炉16，有利于提高热效率。此外，作为装入熔化炉16的装入方法，可以利用重力下落，从炉上连续投入。此时，为加热熔化还原铁15所需的热源的炭材18或炉渣成分调整用的副原料19，也同样从熔化炉16的上方投入。该从上方投入的方法，易于保全装入设备。
另外，通过使投入该熔化炉16的氧源20和炭材18反应(燃烧)，在还原残存在还原铁15中的未还原的氧化铁的同时，加热·熔化还原铁，制造碳含量优选在2％以上、更优选2.5％～4.5％的铁液。
此时，以熔化炉16产生的CO气体的2次燃烧率达到40％以下、更优选达到20％以上40％以下的方式，控制氧源20和炭材18的供给量，将2次燃烧热对熔液的着热效率提高到优选60％以上、更优选75％以上、最优选80％以上。另外，将2次燃烧率定为40％以下，或将着热效率定为60％以上(更优选75％以上)的理由，将在随后更详细地介绍。
作为氧源20，优选使用氧浓度在90％以上的高纯度氧，通过向熔化炉16的液面上的炉渣层，上部吹入、横向吹入或底部吹入该氧源，进行炉渣的搅拌。另外，如果形成上吹或横吹氧的结构，由于易于吹入用风口的维修，不需要倾斜熔化炉16本体，能够将熔化炉设计成固定式的简易结构，因此有利。
此外，通过采用氧浓度在90％以上的高纯度氧，能够容易控制2次燃烧率，同时也容易以适当水平控制向旋转炉床炉14供给在熔化炉16中产生的还原性气体时的气体热量，即也容易控制确保必要的理论燃烧温度所需且足够的条件。
此时，作为底吹搅拌用，通过向铁熔液内吹入氮等惰性气体21，强化搅拌，也有效促进还原铁15的熔化。
另外，也可以与成形体12相互独立地直接向旋转炉床炉14供给部分或全部供给熔化炉16的炭材18和/或与供给熔化炉16的炭材18不同的炭材。此种炭材，也可以作为炉床敷材供给旋转炉床炉14的炉床上，或采用成形体12供给用的装置，与成形体12一同供给旋转炉床炉14，或在向旋转炉床炉14供给了成形体12后再供给。供给旋转炉床炉14的此种炭材，在作为炉床敷材使用的时候，优选是粉状的炭材，但在与成形体12一同供给旋转炉床炉14，或在向旋转炉床炉14供给了成形体12后再供给的时候，也不一定必须是粉状，也可以是块状。如果如此向旋转炉床炉14供给炭材，由于通过该炭材中的挥发成分的挥发，也能够发挥加热原料的功能，降低外部燃料17的供给量，因此优选。
在上述中，所谓的“不同的炭材”，意思表示也可以是供给熔化炉16的炭材18和装入的炉不同时的炭材或其它种类的炭材，例如，在装入熔化炉16的炭材18是焦炭的情况下，作为装入旋转炉床炉14的其它的炭材，是假设使用成为上述焦炭的原料的煤炭时的炭材。因此，即使是其它的炭材，也不意味是完全不同的炭材。
此外，在通过在旋转炉床炉14内加热该炭材，将其炭化后，作为熔化所需的炭材(燃料)，供给熔化炉16。在将煤炭用作该炭材的时候，由于通过在旋转炉床炉14内炭化，去掉煤炭的挥发成分，形成预热的炭，供给熔化炉16，所以，与作为炭材18直接供给熔化炉16时相比，除能够减少投入熔化炉16时产生的排气量，缩小该排气设备外，还能够降低剩余排气26的量，因此优选。
作为上述炭材[关于炭材18，也同样]，除煤炭外，也可以使用木材片或废塑料、旧轮胎等，此外，还可使用不含有挥发成分的焦炭或木炭、焦粉等。
在熔化炉16的侧壁上，设置取出铁液22和熔融炉渣23的出炉口。该出炉口的开口设置高度，可以设在不跑出搅拌气体21的位置。此外，将熔化炉16形成可密封的结构，从该熔化炉16产生的全部气体或部分气体，可作为燃料源供给上述旋转炉床炉14，能够进行有效利用。在将熔化炉16产生的气体送入旋转炉床炉14的时候，如图示，通过一度冷却气体，通过除尘装置24进行除尘，可以将粉尘含量降到5g/Nm3左右以下，优选1g/Nm3以下。由此，能够尽可能地抑制粉尘在气体配管或旋转炉床炉14等的内壁上的附着堆积。此时，如果形成，例如，在通过设在熔化炉16的出口的辐射传热蒸汽炉等，回收从该熔化炉16排出的高温气体持有的显热后，送入气体冷却·除尘装置24的构成，由于能够有效利用排气的显热，因此优选。
然后，在用升压鼓风机25调整压力后，供给旋转炉床炉14的燃烧器。此时，从熔化炉16排出的排气，在作为燃料气体的量过剩时，作为剩余排气26送到外部，可以作为邻接设备的燃料气体有效利用。另外，如果将熔化炉16形成密封结构，且使用高压的氧气，能够利用该压力，增加熔化炉16内的压力，能够节省升压鼓风机25。
由于从旋转炉床炉14排出的气体几乎是没有潜热的高温，所以，在废热蒸汽炉27回收热后，可以用空气预热用交唤器28，将空气有效用于预热。空气预热用热交换器28回收热的排气，在用除尘装置30净化处理后，经过吸引风机31向大气排放。通过该吸引风机控制旋转炉床炉14的炉内压力。
本发明可按照上述流程图实施，但关于其中特别重要的旋转炉床炉14和熔化炉16的操作条件等，下面进一步详细说明。
首先，详细说明为还原铁制造设备主体的旋转炉床炉。如果向旋转炉床炉供给含有氧化铁的物质和碳质还原剂的混合物、优选将其成形的炭材内装成形体，进行加热，进行下式(2)～(4)所示的反应，还原氧化铁。
……(2)
……(3)
C+CO2→2CO……(4)此处，产生的CO或CO2的量，由内装在成形体中的碳质还原剂的量或加热条件决定。
装入旋转炉炉床上的原料混合物，由燃烧器燃烧提供的燃烧热和从炉壁及天井的辐射传热加热。由于热辐射以温度的4次方发挥作用，由此能够迅速升温和还原，原料混合物中的氧化铁，例如可用6～12分钟的极短时间的加热，将其还原成金属铁。
从原料混合物外面侧给予的热，通过传导传热，传入原料混合物的内部，继续上述(2)～(4)的反应。为高效率地进行向该混合物内部方向的传热，优选将原料混合物形成为成形体，使其表观密度达到1.2g/cm3以上，优选1.8g/cm3以上。
氧化铁源和碳质还原剂的混合比，当然要使去除碳质还原剂中的挥发成分的固定碳份达到还原氧化铁所需的化学等量以上，此外，也可以加进投入熔化炉后的加热熔融所需的燃烧热量和还原熔融产生的铁液的目标碳浓度当量来确定。
即，应以去除该碳质还原剂及上述炭材中的挥发成分的碳量(A)达到[(还原该混合物中的氧化铁所需的化学当量)+(铁液制品中的目标碳浓度份)+(固形还原铁的熔化所需的热量份)]以上的方式，调整上述碳质还原剂及上述炭材的量，通过从向装入到加热还原炉的前述混合物中配合的碳质还原剂、向在加热还原炉制造的还原铁中配合的碳质还原剂及供给上述熔化炉的炭材等中选择的一种以上，能够进行上述碳量(A)的调整。例如，在原料混合物的调制阶段内装大量炭材的时候，可以据此适宜减少向加热还原得到的固形还原铁中混入的炭材量。
此外，在用熔化炉进行还原熔融的时候，优选与固形还原铁一同或另外向熔化炉添加CaO含有物质，调整副生炉渣的碱度，使碱度优选达到1.2以上。即，如果将由熔化炉副生的炉渣的碱度调整到1.2以上，由于铁熔液中所含的硫成分向熔融炉渣移转，能够降低所得金属铁的硫含量，因此优选。
此时，随着副生炉渣中的FeO含量减少，提高硫成分向炉渣方向的分配率，减少铁熔液中的硫含量。由于铁熔液中的碳量(B)越多，炉渣中的FeO含量越减少，因此，要提高向炉渣方向的硫成分的分配率，降低铁熔液中的硫含量，有效的办法是将铁熔液中的碳量(B)提高到2％以上范围，更优选3％以上范围。如此，如果减少炉渣中的FeO量，由于也能够利用熔融FeO抑制炉内衬耐火物的熔损，因此优选。
铁熔液中的碳量(B)的调整，可以通过以下任何一种以上进行。
①向装入到加热还原炉的前述混合物中配合的碳质还原剂、
②向通过加热还原炉制造的还原铁中配合的碳质还原剂、
③供给上述熔化炉的炭材、
④装入上述加热熔化炉的其它炭材。
可是，作为进行还原铁的还原熔融的熔化炉的特性，为高效率地进行在熔化炉的还原熔融处理，关键是如何提高装入熔化炉的铁源(还原铁)的金属化率，因此，重要的是如何在旋转炉床炉提高还原铁的金属化率。
因此，必须适当且稳定地控制旋转炉床炉中的原料成形体的升温·加热条件，应极力稳定维持加热用燃料气体的性状。在将上述熔化炉产生的气体用作送入旋转炉床炉的燃料气体的时候，该气体的热量越高，越容易提高燃烧温度，越容易控制旋转炉床炉的温度。这表明优选将熔化炉的2次燃烧率抑制在低水平，将CO2含量维持在低水平。此外，为稳定、长时间继续燃烧器燃烧，将燃料气体中的粉尘抑制在尽可能小的范围，优选尽可能防止粉尘在传送管内或燃烧气体燃烧器内附着堆积或堵塞喷嘴等。
为此，在将熔化炉的排气导入到旋转炉床炉之前，设置一度冷却、除尘该气体的设备。推荐通过该除尘处理，将气体中的粉尘浓度降到5g/Nm3以下，优选1g/Nm3以下。另外，除尘设备的作业温度，考虑到设备的耐热性或安全性等，可以抑制在800℃左右以下。
下面，进行说明固形还原铁的还原熔融的熔化炉的操作条件。
投入到熔化炉内的铁液中的炭材，通过同时与吹入的高浓度氧的反应，产生如下式(5)所示的CO气体：
……(5)在铁液上的气相内，引起如下式(6)所示的2次燃烧。
……(6)
这些反应是发热反应，它们的热向铁液传递，再用作还原熔融投入熔化炉的固形还原铁的热。
图2、图3是表示投入熔化炉中的铁源的金属化率和熔化炉中的2次燃烧率及炭材消耗量的关系的图表。由上述两图可以看出，炭材消耗量随着投入的铁源的金属化率的上升而下降(图2)，此外，随2次燃烧率的升高而减少(图3)。
特别是，如果根据图2，在2次燃烧率为40％以下时，如果要使金属化率达到60％以上，则炭材消耗量呈横爬状态，由于减小金属化率变动带来的炭材消耗量的变动，在逐项进行稳定操作方面，也极有用。
因此，供给熔化炉的铁源(即还原铁)的金属化率，在抑制炭材消耗量，同时增进稳定操作方面，极力提高是有利的，所以优选至少设定在60％以上，更优选设定在80％以上，最优选设定在相当于普通的铁废料的90％以上。
另外，要确保金属化率在60％以上，可以适当控制制造原料混合物时配合的碳质还原剂的量或旋转炉床炉的加热还原条件，具体是，在原料混合物的调制阶段，如前所述，除掺合还原氧化铁所需的足够量的碳质还原剂外，还可以将旋转炉床炉的操作温度设定在1100～1400℃，优选1250～1350℃，滞留时间可以确保在6分钟以上，优选8分钟以上。
另外，从图3看出，为在实际操作中有效发挥通过提高熔化炉的2次燃烧率来降低炭材消耗量的效果，优选提高2次燃烧率，更优选确保20％以上。但是，如果2次燃烧率超过40％，由于几乎未发现其以上的炭材消耗量的降低效果，所以，2次燃烧率优选控制在40％以下，更优选控制在30％以下。
另外，2次燃烧率，由于因熔化炉的炭材添加量或氧气吹入量等而变化，因此，要将其值控制在40％以下，更优选20％～40％的范围，要考虑上述2次燃烧率，可以适当控制炭材添加量或氧气吹入量。
此外，2次燃烧使熔化炉中的气相侧的温度上升，对内衬耐火物施加大的热负荷。意味着降低投入铁源的金属化率和增加铁源中所含的未还原氧化铁(FeO)量，进而因增大副生炉渣中的FeO量，加速内衬耐火物的熔损。因此，如前所述，作为抑制耐火物熔损的手段，也曾尝试水冷耐火物，但在该方法中，水冷造成的热损失严重影响生产效率或成本。
此外，为促进添加到熔化炉的铁源(还原铁)的熔化，有效的办法是搅拌铁熔液，但如果强化搅拌，则增加从熔化炉排出的排气中的粉尘量(最大100g/Nm3)，不仅降低铁的成品率，而且还在高温气体配管内附着·堆积，成为引起堵塞事故的原因。
考虑到上述情况，在本发明中，通过将供给熔化炉的还原铁的金属化率提高到60％以上，更优选80％以上，降低炭材消耗量，并且，通过将熔化炉的2次燃烧率抑制在40％以下，更优选20％～40％范围，最优选20％～35％，能够避免气相温度的过度上升，能够减轻对熔化炉的负荷。
另外，作为向熔化炉吹入的氧源，也能够采用空气，但此时，要预热相对于氧含有多达大约4倍量的氮，这不仅增加预热能的浪费而且还增大发生气体量。因此，为提高热效率，同时避免增大无畏的气体发生量，作为氧源，优选高纯度氧，更优选使用氧纯度在90％以上的高纯度氧，由此，能够将气体发生量抑制在最小限度，同时还能够降低粉尘发生量。
下面，研究熔化炉中的2次燃烧率和着热效率及熔化炉的排气温度的关系，图4示出与以往例的比较研究结果。
从图4可以看出，如果着热效率固定，随着2次燃烧率提高，排气温度升高，在熔化炉，未有效使用就排出的热量增大。相反，如果能够将排气温度保持固定，随着提高2次燃烧率，着热效率也升高，确认能够有效利用热。图4所示的事例A，是作为投入熔化炉的铁源，采用废金属时的例子，得到2次燃烧率为20％、着热效率高达89％、排气温度也低到1650℃左右的结果。
对此，事例B，作为投入熔化炉的铁源，在采用金属化率为30％的还原铁的时候，由于2次燃烧率提高到大约45％，因此除排气温度达到1900℃的高温，增大对内衬耐火物的热负荷外，着热效率降低到85％。此外，在该事例B中发现，由于投入铁源的金属化率低至30％，所以还原熔融时副生的炉渣中的(FeO)浓度变高，也加速内衬耐火物的熔损。
基于上述结果，作为操作将基于旋转炉床炉的加热还原装置和还原熔融生成的还原铁的熔化炉组合而成的系统设备时的优选操作条件，重要的是：
①将旋转炉床炉的金属化率提高到60％以上，更优选80％以上，极力减少残留(FeO)；
②为确保将熔化炉的排气用于旋转炉床炉的燃料所需的热量，将熔化炉的2次燃烧率控制在40％以下，更优选20％～40％的范围；
③为抑制熔化炉的内衬耐火物的熔损，也为不过度增高排气温度，重要的是2次燃烧率抑制在40％以下，作为优选条件，推荐图4的斜线所示的区域。
即，如前面的图2、图3中的说明，以在旋转炉床炉中的加热还原后，装入熔化炉的还原铁的金属化率提高到60％以上，而且，在熔化炉生成的CO气体的2次燃烧率达到40％以上的方式，控制供给该熔化炉的氧及炭材的供给量，确认可以将2次燃烧热对铁熔液的着热效率提高到60％以上，更优选75％以上。
另外，2次燃烧热对铁熔液的着热效率(Ef)，定义如下：
Ef＝[1-(H3+H4-H2)/H1]×100(％)
H1：2次燃烧反应的发热量。此处，所谓的2次燃烧反应，利用从熔化炉产生的CO、H2气体的氧燃烧，用下列反应式表示。


H2：从铁熔液产生的气体的显热。从铁熔液的物质收支计算气体量和组成，温度与铁熔液相同。
H3：从炉排出的气体的显热。
H4：从2次燃烧反应产生的气相侧的热损失(相当于总入热量的10％～20％)。
如果满足如此的条件，由于能够延长熔化炉的内衬耐火物的寿命，因此不需要为了中间修补或维修而使熔化炉形成可倾斜或可移动，即使在采用固定型熔化炉本体的时候，也能够长时间无故障地连续操作。但是，在本发明中，不只局限于使用固定型熔化炉，当然也能够用于移动式的熔化炉。
另外，如果采用本发明，在向如旋转炉床炉的加热还原炉中装入内含碳质还原剂的原料混合物，还原该混合物中的氧化铁，在形成固形还原铁后，将其送入熔化炉，在进一步加热还原的同时，熔化还原铁，制造铁液的时候，通过：
a)用加热还原炉将固形还原铁的金属化率提高到60％以上；
b)以在熔化炉产生的CO气体的2次燃烧率达到40％以下的方式，控制氧供给量和炭材供给量；
c)优选，将该2次燃烧提供的燃烧热对熔液的着热效率提高到60％以上；
d)将熔化炉形成密封结构，以从该熔化炉产生的气体的全部或一部分作为燃料，供给上述加热还原炉，用上述熔化炉加热得到的固形还原铁；在高能效率下，在将加热还原炉或熔化炉的劣化抑制在最小限度的同时，能够高生产性制造碳含量在1.5％～4.5％范围的还原铁熔液。
实施例
以下，通过举例实施例，更具体地说明本发明，但本发明并不受以下实施例的限制，在符合上述·后述的技术构思的范围内，也可以适当增加变更地实施，这些都包含在本发明的技术范围内。
实施例
基于上述图1所示的工艺流程图，采用表1示出的化学组成的原料矿石和煤炭，在进行表2示出的条件下，进行试验作业，得到表2并记的结果。
表1  原料的化学组成(mass％)  铁矿石  T·Fe  FeO    SiO2  Al2O3    CaO  68.18(注)  0.01    0.83  0.47    0.05  煤炭  固定碳  挥发成分    灰分  71.0  19.8    9.2
(注)按Fe2O3换算为91.4％。残余成分为TiO2、Na2O、K2O等。
                                表2实验No1 2 3 4 5 6铁矿石(千克/吨制品)1410 1410 1411 1411 1411 1410煤炭(千克/吨制品)内装炭材量459 459 459 459 459 459熔化炉装入炭材量105 111 111 124 73 211向熔化炉吹入的氧量(Nm3/吨制品)108 119 111 126 93 211在熔化炉的2次燃烧率(％)30.0 30.0 28.0 30.0 50.0 10在熔化炉的着热效率(％)84.6 89.3 88.7 73.1 85.0 72.5在旋转炉床炉的金属化率(％)90 90 90 90 90 90供给旋转炉床炉的辅助燃料供给量(Nm3/吨制品)6 0 0 0 39.0 0在熔化炉产生的剩余气体量(Nm3/吨制品)0 3 0 36 0 0铁液中的碳浓度(％)  3  3.2  2.8  3.8  2.3  4.5从熔化炉排出的排气中的粉尘浓度(g/Nm3)  1.0  4.0  3.2  5.4  3.1  5.0送给熔化炉的氧浓度(％)  99.8  99.8  99.8  99.8  99.8  99.8
表2中，No.1～3，是以旋转炉床炉制造的还原铁的金属化率保持在90％，在熔化炉2次燃烧率达到40％以下，着热效率达到60％～90％的方式进行控制的试验，其中No.1，是使用辅助燃料(本例中使用天然气)补充热量不足部分时的情况。
No.2是在提高熔化炉的着热效率的同时增加气体发生量，是以旋转炉床炉的零辅助燃料为目标的例子。其结果表明，熔化炉排气中的粉尘量若干增加，但还未到妨碍实际操作的程度。此外，熔化炉的排气量也若干增加，虽少但也可用作外部热源。
No.3是使全部工艺参数最佳化，不在旋转炉床炉使用辅助燃料，同时以熔化炉的零剩余气体为目标的例子，通过组合旋转炉床炉和熔化炉，确立在能源上自完善型的操作。
对于上述情况，在No.4中，2次燃烧率稍低，保持在30％，但由于对熔化炉的铁熔液的着热效率也稍低，为73％，因此发现有稍微增加煤炭及氧的使用量，也稍微增加剩余气体的发生量或粉尘浓度的倾向。No.6，是增加熔化炉的炭材装入量，增大渗碳量，铁液的碳量提高到饱和碳量水平的例子。即，如果采用本发明，通过调整吹入熔化炉的吹入碳量，能够容易使铁液的碳量提高到饱和碳浓度水平。
在No.5中，是过度提高熔化炉的2次燃烧率的例子，提高了着热效率，但由于降低送入加热还原炉的排气量和热量(还原势)，在旋转炉床炉中，需要追加吹入辅助燃料。
上述结果表明，如果使上述的操作条件最佳化，在高能源利用效率下，不对熔化炉施加过度的热负荷，能够稳定、高效地实施从固体还原到还原熔融的一系列操作，能够高生产性地制造高纯度的熔融铁。此外，例如，如上述No.3中所示，如果良好地控制操作条件，也能够在一系列的铁液生产设备内，在能源上实现自完善型操作。
另外，在用与上述No.3相同的条件，进行熔融金属铁的制造的时候，通过与加热用的炭材一同，向熔化炉追加投入生石灰(CaO)，一边调整生成炉渣的碱度(CaO/SiO2比)，使其达到1.5～1.6的范围，一边继续还原熔融，测定了所得的铁液的S含量。结果发现，在操作开始的初期阶段，S含量缓慢增加，如果经过40分钟，S含量提高到大约0.04质量％，但未发现其后的S含量增大，得到的金属铁的S含量稳定在大约0.04质量％。认为这是通过向熔化炉追加投入生石灰，提高生成炉渣的碱度，熔融金属中的S向炉渣移转的结果。
如果根据如以上说明的本发明，与以往的方法相比，能够用更少的能源，高效率制造铁液，并且能够提供一种耐火物的损耗小、富于能源可调性、具有生产弹性的制铁工艺。