JPH0730417B2

JPH0730417B2 - 高ゲーサイト鉱石を使用する高炉用の焼結鉱の製造法

Info

Publication number: JPH0730417B2
Application number: JP1268119A
Authority: JP
Inventors: 行博肥田; 潤岡崎; 直樹葛西
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-10-17
Filing date: 1989-10-17
Publication date: 1995-04-05
Anticipated expiration: 2010-04-05
Also published as: JPH03130326A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は高ゲーサイト鉱石を使用して高炉用焼結鉱を製
造する方法に関する。

（従来の技術）高炉製銑法の主要原料である焼結鉱は、以下のようにし
て製造されるのが一般的である。まず、約10mm以下の鉄
鉱石粉に石灰石、ドロマイト、転炉滓などの含CaO副原
料粉、珪石、蛇紋岩などの含SiO₂副原料およびコークス
粉、無煙炭粉などの炭材、さらに適量の水分を加えて混
合、造粒する。つぎに、この擬似粒子化した配合原料
（擬似粒子）を火格子移動式の焼結機パレット上に500m
m前後の高さに充填し、この充填ベッド表層部の炭材に
点火し、下方に向けて空気を吸引しながらコークスを燃
焼させてそのときに発生する燃焼熱によって配合原料を
焼結し、焼結ケーキを製造する。この焼結ケーキを破
砕、整粒し、３〜5mm以上の粒子を成品焼結鉱として高
炉に封入する。なお、高炉装入原料として不適な粉の焼
結鉱は返鉱と呼ばれ、焼結鉱の原料として戻される。

高炉を安定かつ高高率で操業すには高品質の焼結鉱が要
求され、冷間強度、被還元性、耐還元粉化性などの品質
が厳しく管理されている。また、焼結鉱の製造コストの
面から、歩留（成品焼結鉱／焼結ケーキ）の高いことが
要望されている。

焼結鉱の原料鉱石は、従来磁鉄鉱（マグネタイト、Fe₃O
₄）と赤鉄鉱（ヘマタイト、Fe₂O₃）を主体としたもので
あったが、世界の良質鉄鉱石賦存状態等の鉱石事情によ
り次第にゲーサイト（F₂O₃・H₂O）を多く含む褐鉄鉱の
使用比率が増大してきている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、ゲーサイトはその化学式に示されるように結合
水を含有しており、特に結合水/T.Fe≧0.03のようなゲ
ーサイトを多く含む鉱石（高ゲーサイト鉱石）は、これ
を焼結原料として多量に使用する場合、結合水を除去す
るために所要熱量が増加するという問題だけでなく、以
下に説明するように歩留および生産性の低下を引き起こ
す。

高ゲーサイト鉱石は焼結過程の250〜500℃前後の温度で
結合水が分解・脱水し、かつ亀裂も発生して多孔質なも
のに変わる。

焼結過程では、ほぼ1200℃まで昇温するとCaOとヘマタ
イトが反応して粘性の低い融液が生成される。ここで、
鉄鉱石が多孔質のときには、その融液は直ちに鉄鉱石中
の気孔および亀裂の中へと侵入する。その際、ヘマタイ
ト粒子間は急速に分断されて一部は融液に溶け込み（こ
の現象を同化という）、かつ融液の侵入は速いために気
孔および亀裂内にあった気体が融液中に取り残される。
したがって、これらが冷却された後の焼結鉱は多量の粒
状ヘマタイト粒子とスラグあるいはカルシュウムフェラ
イトとからなる少量の結合相、および多量の100〜1000
ミクロンの粗大気孔から構成されるようになる。多量の
粒状ヘマタイトと多量の粗大気孔の存在によって耐還元
粉化性が、多量の粗大気孔の存在によって強度、歩留が
低下することになる。さらに、同化が速いために焼結ベ
ッド内の融液生成帯の空隙が急速に閉塞され、通気性が
悪化して（空気の通過が阻害されて）コークスなどの炭
材の燃焼が遅れ、生産性が低下する。

以上のように、高ゲーサイト鉱石は焼結ベッド内で脱水
して多孔質化し、歩留、強度、還元性状を低下させる問
題を引き起こすため、使用量が増えてきているとはい
え、まださほど多くはない。前述のような鉄鉱石事情に
鑑みれば、高ゲーサイト鉱石の効果的使用の開発の意義
は大きい。

特開昭59−197528号公報には、ゲーサイトを多量に含有
したリモナイト質鉱石の3mm以上のものを粉砕して粒度
調整することにより融液生成の促進をはかり、元鉱とし
て脆弱な鉱石が残留するのを防止する方法が開示されて
いるが、粗粒の破砕は焼結原料の粒度低下による生産性
の低下につながるという問題がある。

また、特開昭61−113729号公報には、高Al₂O₃褐鉄鉱に
高FeO鉱石および好ましくは高MgO鉱石を加えて成分調整
した予備混合造粒物を焼結原料として使用することによ
り高Al₂O₃成分含有の二次ヘマタイトの形成を抑制して
耐還元粉化性の向上をはかる方法が開示されているが、
予備造粒物と他の原料との混合・造粒の際に予備造粒物
が崩壊して事前造粒効果が薄れるという問題がある。

さらに、発明者らは先に、高ゲーサイト鉱石は1200℃以
上の高温に保持するとゲーサイト部の再結晶化によって
緻密化することを見出し、当該鉱石を焼結鉱製造の前に
系外で加熱処理する方法を発明している（特願平１−14
2808号）。この方法は高ゲーサイト鉱石を確実に緻密化
できるが、そのため特別な設備および広大な敷地を必要
とする問題がある。

このように、従来は高ゲーサイト鉱石から耐還元粉化性
が良い焼結鉱を歩留よく製造することは技術的にも経済
的にも困難であった。今後の鉱石事情を考えると高ゲー
サイト鉱石の比較的安価な効果的使用法の確立は重要な
課題であり、本発明は高炉用焼結鉱の原料として高ゲー
サイト鉱石を使用する場合に、耐還元粉化性の良い焼結
鉱を歩留よく製造することのできる焼結鉱製造法を提供
する。

（課題を解決するための手段）本発明は、高ゲーサイト鉱石を原料の一部とする高炉用
の焼結鉱の製造法において、高ゲーサイト鉱石粉の一部
もしくは全量をそのまま固体燃料粉と混合、造粒し、ま
たは粗粒部と細粒部とに分級してからその粗粒部と固体
燃料粉を混合、造粒し、この造粒原料を焼結ベッド内の
上層又は下層に封入し、あるいは焼結ベッドの一部に偏
在させて焼成することを特徴とする高ゲーサイト鉱石を
使用する高炉用の焼結鉱の製造法である。

（作用）以下に本発明に至った経過について詳しく説明する。

融液が生成するまでに高ゲーサイト鉱石を緻密化してお
けば鉄鉱石中への融液の侵入が阻止でき、問題となる粗
大気孔を多く含む焼結体の形成の抑制が可能となり、高
ゲーサイト鉱石が通常のヘマタイト鉱石と同等に利用で
きる。緻密化のための具体的手段については、たとえば
特願平１−142808号のように、高ゲーサイト鉱石を1200
℃以上の温度Ｔで下記、式で定まる時間ｔだけ加熱
処理してから焼結原料として使用するとよい。

1200≦Ｔ≦1400のときｔ≧５−0.023（Ｔ−1200）（min） … 1400＜Ｔのときｔ≧0.4（min） … ただし、T:加熱温度（℃）焼結ベッド内の最高温度は1250〜1400℃が一般的であ
る。これは緻密化が起こる温度ではあるが、前述のよう
に、通常の化学組成では1200℃に到達すると直ちに融液
が生成して鉄鉱石中に侵入するため、緻密化に必要な時
間を確保することができない。よって、融液の存在しな
い状況下で加熱し、緻密化する必要がある。その最も確
実な方法は、焼結工程の系外にて処理することであり、
特願平１−142808号では、加熱装置の例としてロータリ
ーキルン、シャフト炉、流動層が示されている。しか
し、前述のように、この方法は専用の加熱装置と広大な
敷地を必要とし、採用するに難しい面がある。そこで、
本発明では焼結機そのものを加熱装置として活用するこ
とを考えた。すなわち、高ゲーサイト鉱石をほとんど融
液の生成しない条件で加熱して緻密化させ、3mmないし5
mm以上の大きな粒子はそのまま高炉原料として使用し、
それより小粒部は返鉱として再度焼結原料として使用す
るのである。

従来、５〜10mmの生鉄鉱石を焼結ベッドの床敷焼結鉱粒
子と代替し、上層部から流れてくる高温の燃焼ガスで当
該生鉄鉱石を加熱、脱水して返鉱として再使用する方法
が検討されている（材料とプロセス、Vol.1（1988）,10
47,1048）。そこでまず、高ゲーサイト鉱石粒子を5cmの
床敷となるように焼結鍋に装入し、その上に通常の配合
原料を装入して焼結を行い、床敷内の高さ方向の温度分
布と加熱後粒子の気孔率を測定してみた。床敷には燃料
が含まれていないので、温度は床敷の最上層1cmの部分
で1200℃以上となったに過ぎず、かつ1300℃以上には上
がらなかった。しかも1200℃以上の保持時間は１〜1.5m
inであり、前述の式を満たさなかった。また、水銀圧
入法で測定した気孔割合あるいは断面の＋20μｍ気孔お
よび亀裂の割合からも緻密化は難しいことを確認した
（第１図中Ｃ＝０％参照）。

次に、高ゲーサイト鉱石粒子をコークス粉と事前に混
合、造粒し、通常の床敷層の直上あるいは焼結ベッド表
層部にそれぞれ10cmの厚みに装入し、その他はコークス
粉3.2％の通常の焼結鉱原料を40cmの高さに封入して焼
成し、焼成後のシンターケークから高ゲーサイト鉱石材
料を採取して２〜3mmの粒子の気孔量と圧潰強度を測定
し、緻密化できるかどうか研究した。なお、このとき3m
m以上の粒子は破砕して粒度調整した。結果を第１図に
示す。高ゲーサイト鉱石粒子の封入位置によって緻密化
の度合は異なるが、配合原料中の炭素濃度に対応して緻
密化することが認められた。とくにＣ濃度を１％以上に
するとと確実に緻密化し、望ましい。

続いて、以上の高ゲーサイト鉱石の緻密化の焼結操業に
及ぼす効果について、２段装入が可能な連続式のドワイ
トロイド焼結機で加熱処理高ゲーサイト鉱石粒子の−5m
mを返鉱の一部として活用する方法で確認した。高ゲー
サイト鉱石原料は上層に装入した（第１表）。その結果
を第２図に示した。なお、高ゲーサイト鉱石は第１図と
同じであり、＋5mmは８％含まれていた。とくに、当鉱
石が緻密化するC1％以上（第１図参照）で、生産率（焼
結時間）、歩留、冷間強度および耐還元粉化性の改善さ
れることは明瞭である。

以上のような経過によって本発明に至った。本発明では
緻密化の効果の他に、本来配合原料に加えられていた高
ゲーサイト鉱石由来の結合水がなくなった熱量的効果も
加わったといえる。なお、固体燃料粉はコークスの他
に、無煙炭、高炉ガス灰など空気で燃焼して発熱する粒
子を含んでいればどんなものでもよい。また、高ゲーサ
イト鉱石粒子どうしも一部で結合を起こしていた。

さらに、焼結鉱の歩留、品質悪化の主原因となる「粒状
ヘマタイトと粗大気孔の主体とする構造」は鉄鉱石の粒
度と関連付けると、擬似粒子中で核粒子となる粗粒側が
その問題の構造を形成する。それは、既に知られている
ように、微粉で構成される擬似粒子付着粉層で一挙に融
液ができ、その融液が核粒子の鉱石の中へ侵入していく
からである。そのため、高ゲーサイト鉱石を篩分けて粗
粒部だけを加熱処理すれば、処理量は少なくて大きな効
果を得ることができる。粗粒の粒径としては、一般に核
粒子になると知られている1mm以上のものを加熱処理す
るとよい。

前述した種々の問題は、焼結過程において高ゲーサイト
鉱石の結合水が除去され、多孔質な粒子となったときに
そのまわりにCaOを含んだ原料が存在するために生じ
る。本発明は高ゲーサイト鉱石をCaOを含んだ原料と分
離した状態で焼成して緻密化させ、焼結原料として使用
することにより問題を解決するのである。

すなわち、高ゲーサイト鉱石を固体燃料と共存させて焼
結ベッド内の上層又は下層に封入し、あるいは焼結ベッ
ドの一部に偏在するように装入する。偏在状態の具体例
を第３図に示す。これらの偏在状態を実現する手段は第
４〜７図に示すようにいくつかある。

第４図では高ゲーサイト鉱石粉１と固体燃料粉２に水を
添加しながら造粒機12で混合、造粒し、高ゲーサイト鉱
石粉と固体燃料粉とからなる造粒原料７を２基の装入装
置16（２段装入法）の一つを使用してベッド内の上層ま
たは下層に装入し、第３図（ａ）または（ｂ）の状態を
得る。ここで、固体燃料粉の低減からは造粒原料を下層
に装入する方が望ましい。また、第３図（ｂ）では床敷
Ｃの上に装入しているが、床敷Ｃはグレートバーの保護
のためであり、グレートバーの耐熱温度が高い場合には
床敷は不要となる。シンターケーク破砕後の小粒も返鉱
となることはこれまでと同じである。

第５図では高ゲーサイト鉱石粉と固体燃料粉とからなる
造粒原料７をたとえば5mm以上が主体（80％程度以上）
となるように大きな粒子に造粒し、この高ゲーサイト鉱
石粉と固体燃料粉とからなる造粒原料７をその他の原料
の擬似粒子８と一緒にベルトコンベヤー10によって焼結
機ホッパー14に装入し、次に分級機能付き装入装置16
（スリットバー式、整粒・分散式など）を介して粗粒を
ベッドの下層に偏在させる。通常の原料では大部分が5m
m以下であるので、第３図（ｂ）の偏在が可能となる。
ここで造粒機12から出た造粒原料を分級機13によって所
定粒度で篩分して細粒は造粒機12に戻し、粗粒のみを焼
結機ホッパー14に送ると第４図の場合に近い大きな効果
が得られる。

第６図では通常の焼結機ホッパー14の前あるいは後に簡
易ホッパー15を受け、さらにホッパー14、15の前に分級
機13aを設置することによって簡易の２段装入を行う。
簡易ホッパー15をホッパー14の前に設置すれば高ゲーサ
イト鉱石と固体燃料粉とからなる造粒原料７を下層に、
後に設置すれば上層に賦存させることができる。ここで
も、造粒機12から出た造粒原料７を事前に分級しておけ
ば効果は増大する。

第７図では高ゲーサイト鉱石と固体燃料粉とからなる造
粒原料７とその他の原料の擬似粒子８とを一体のベルト
コンベヤー上に間欠に交互に（図中左10）あるいは連続
で層状に載せ（図中右10a）、２種の擬似粒子ができる
だけ混合しないように焼結機ホッパー14に送って焼結機
に装入する。これにより第３図（ｃ）の偏在が形成され
る。

なお、各手段で高ゲーサイト鉱石を事前に１〜3mm以上
と以下に分級して、粗粒部のみを造粒機12または混合機
11に固体燃料粉と一緒に装入すると、先に説明したよう
に造粒処理量は少なくて全量を造粒したときとほぼ同程
度あるいはそれ以上の効果を得ることができる。

（実施例）以下の実施例において、高ゲーサイト鉱石は第２表に示
す銘柄を用いた。高ゲーサイト鉱石以外の鉄鉱石の質量
割合は、豪州産ヘマタイト鉱石（脈石；粘土系、SiO₂＝
4.5％）：南米産緻密質ヘマタイト鉱石（脈石；石英
系、SiO₂＝5.2％）＝1:1として従来の我が国における通
常の原料に合わせた。また、製品焼結鉱の成分も従来の
ものに合わせ、SiO₂＝5.4％、CaO/SiO₂＝1.98になるよ
うに通常の石灰石粉、蛇紋岩粉で調整した。固体燃料の
平均粒度は1.1〜1.3mmの一般的なものである。なお、こ
こで新原料とは返鉱とコークスを除くものをいう。さら
に、従来法とは、全原料を均一に混合、造粒する通常の
プロセスをいう。

実施例１配合原料中の固体燃料由来のＣ％を一定として、高ゲー
サイト鉱石を固体燃料と第３図（ｂ）のように賦存させ
ると歩留、生産率、耐還元粉化性が著しく改善された。
また、高ゲーサイト鉱石の粗粒部だけを固体燃料と共存
させると、高ゲーサイト鉱石全量を固体燃料と共存させ
たときよりも生産率は上がった。

実施例２高ゲーサイト鉱石に混合する固体燃料割合を従来の全原
料中の固体燃料割合より低減させても、従来法に比較し
て歩留、生産率、耐還元粉化性を向上できた。また、高
ゲーサイト鉱石原料を第３図（ａ）のように賦存させて
も第３図（ｂ）の場合と同様に大きな効果が得られた。

実施例３第３図（ｂ）のように造粒原料をきちっと下層に賦存さ
せた場合に対してやや効果は小さくなるが、従来法に比
較して歩留、生産率、耐還元粉化性は明確に改善され
た。

実施例４第６図でも歩留、生産率、耐還元粉化性の改善は明瞭で
あった。

実施例５第７図のような簡易偏析法でも効果は明瞭に現れた。と
くに生産率と耐還元粉化性向上効果は顕著であった。

（発明の効果）本発明によれば、従来焼結原料として有効に利用するこ
とが困難であった高ゲーサイト鉱石を利用して、耐還元
粉化性の良い焼結鉱を歩留よく高生産性で製造すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高ゲーサイト鉱石を粉コークスと混合、造粒し
て焼結した後の高ゲーサイト鉱石の気孔割合を示す図、第２図は生高ゲーサイト鉱石層中Ｃ濃度、すなわち緻密
化の焼結歩留、生産率、シャッター強度（SI）、還元粉
化性（RDI）に及ぼす影響を示す図、第３図は高ゲーサイト鉱石を固体燃料と共存させて焼結
ベット上の一部に偏在させて装入した状態を示す図、第４〜７図は第３図に示した偏在を具体化するための手
段を示す図である。Ａ……高ゲーサイト鉱石粉と固体燃料粉とからなる造粒
原料、Ｂ……他の原料、Ｃ……床敷、Ｄ……グレートバ
ー、１……高ゲーサイト鉱石粉、２……固体燃料粉、３
……鉄鉱石、４……含CaO副原料、５……含SiO₂副原
料、６……返鉱、７……高ゲーサイト鉱石粉と固体燃料
粉とからなる造粒原料、８……その他の原料の擬似粒
子、９……床敷、10、10a……ベルトコンベヤー、11…
…混合機、12、12a……造粒機、13、13a……分級機、14
……焼結機ホッパー、15……簡易ホッパー、16……装入
装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高ゲーサイト鉱石を原料の一部とする高炉
用の焼結鉱の製造法において、高ゲーサイト鉱石粉の一
部あるいは全量を事前に固体燃料粉と混合、造粒し、こ
の造粒原料を焼結ベッド内の上層又は下層に装入し、あ
るいは焼結ベッドの一部に偏在させて焼成することを特
徴とする高ゲーサイト鉱石を使用する高炉用の焼結鉱の
製造法。
【請求項２】高ゲーサイト鉱石を原料の一部とする高炉
用の焼結鉱の製造法において、高ゲーサイト鉱石粉の一
部あるいは全量をまず粗粒部と細粒部とに分級し、つぎ
にこの粗粒部と固体燃料粉とを混合、造粒し、この造粒
原料を焼結ベッド内の上層又は下層に封入し、あるいは
焼結ベッドの一部に偏在させて焼成することを特徴とす
る高ゲーサイト鉱石を使用する高炉用の焼結鉱の製造
法。