JPWO2018123750A1 - 焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Abstract

製鉄ダストやミルスケールなどの金属鉄を含有する酸化鉄粉を用いることなく、鉄含有原料と炭材とが近接配置された、炭材核の周囲を鉄含有原料の粉とＣａＯ含有原料の粉とを含む混合粉で被覆した２層構造を有する炭材内装焼結鉱（炭材内装塊成鉱）を製造する。鉄含有原料の粉とＣａＯ含有原料の粉とを含む混合粉で炭材核が被覆された２層構造を有する炭材内装造粒粒子を焼結機のパレットで焼成して炭材内装焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、前記炭材内装造粒粒子は、造粒時における水分の含有量を、前記炭材核と前記混合粉と水分との合計質量の８〜１０質量％とする。

Description

本発明は、高炉などで製鉄原料として使用される焼結鉱の製造方法に関する。詳しくは、本発明は、炭材核の周囲を鉄鉱石粉などの鉄含有原料の粉とＣａＯ含有原料の粉とを含む混合粉で被覆した２層構造の炭材内装焼結鉱（炭材内装塊成鉱）を焼結機で製造する方法に関する。

高炉製鉄法では、現在、製鉄原料として、塊鉱石、焼結鉱、ペレットなどを用いている。ここで、焼結鉱は、焼結鉱製造用の原料である擬似粒子を焼結機の循環移動するパレットに装入し、擬似粒子中に含まれる固体燃料を燃焼させて焼結し、得られた焼結ケーキを破砕し、整粒して、一定の粒径以上のものを成品として回収した塊成鉱の一種である。前記擬似粒子は、鉄含有原料、ＣａＯ含有原料、ＣａＯ含有原料以外の融点調整剤としての副原料、及び、粉コークスや無煙炭などの凝結材である固体燃料（炭材）などを含む造粒原料に適量の水を添加し、ドラムミキサーなどを用いて混合・造粒して製造されている。

擬似粒子を構成する鉄含有原料としては、粒径が１０ｍｍ以下の鉄鉱石の他に、所内で発生するダスト、ミルスケールなどを使用する。ＣａＯ含有原料としては、石灰石、生石灰、スラグなどを使用する。ＣａＯ含有原料以外の融点調整剤としての副原料としては、珪石、蛇紋岩、ドロマイトや精錬ニッケルスラグなどのＳｉＯ_２含有原料、及び、マグネシアクリンカー、ドロマイトなどのＭｇＯ含有原料などを使用する。

また、ペレットは、鉄鉱石の粉砕、調整、造粒機での生ペレットの製造、製造した生ペレットの乾燥、焼成、冷却の各工程によって製造される製鉄原料であり、ペレットも塊成鉱の一種である。

近年、塊成鉱として、鉄鉱石やダストなどの鉄含有原料とコークスなどの炭材とを近接配置したものが注目を浴びている。なぜならば、例えば、鉄鉱石などの鉄含有原料と炭材とを一つの塊成鉱の中で近接配置すると、鉄含有原料側の還元反応（発熱反応）と炭材側のガス化反応（吸熱反応）とが、速い速度で繰り返して起こり、これによって、還元効率が向上するとともに、高炉などの炉内温度を低下させることもできるからである。

上記塊成鉱としては、例えば、特許文献１には、高炉ダスト、転炉ダスト、圧延スケール、スラッジ、鉄鉱石粉などの製鉄工程で発生する鉄含有原料粉をそれぞれ単独あるいは混合した原料に、石炭やコークスなどの炭材及び澱粉を加えて混合、混練し、更に造粒機で澱粉溶液を供給して造粒した製鉄原料用ペレットが開示されている。しかし、特許文献１に開示されるペレットは、焼成時にペレット中の炭材が焼失してしまうために、実際には鉄鉱石などの鉄含有原料と炭材とが近接配置されたものとはなっていない。仮に、このペレットの製造工程において、近接配置を目的として、鉄鉱石や炭材の粒径を単に小さくしただけでは、熱を伝搬するガスの移動抵抗が大きくなり過ぎ、却って、反応速度の低下を招いて、還元効率を低下させてしまう。

そこで、鉄含有原料と炭材との近接配置を目的とした技術が幾つか提案されている（例えば、特許文献２〜５を参照。）。これらに開示される技術は、基本的には、鉄鉱石などの鉄含有原料とコークスなどの炭材とを混合したのち、熱間成形して塊成化したものを、あるいは、焼成せずに生粒子のままで、高炉などにおいて製鉄用原料として使用するものである。しかし、これらの塊成物は、均一混合物または多層化造粒物からなる非焼成のものであるので、強度が不足し、粉化が激しい。したがって、これらを高炉などに装入すると、脱水粉化や還元粉化を招いて、高炉の通気性を阻害するので、使用量が制限されてしまうという問題点がある。

また、特許文献２〜５の技術の問題点を解決する技術が提案されている。例えば、特許文献６には、金属鉄を５質量％以上及び／または炭素を５質量％以上含有した原料で核を形成し、金属鉄を１０質量％以上及び炭素を５質量％以下含有した原料で前記核を内包した、一層以上の外周層を形成した後、３００〜１３００℃の酸化雰囲気で焼成して塊成化した製鉄用塊成鉱の製造方法が提案されている。しかし、特許文献６に開示される製造方法では、原料に金属鉄を使用することが必須であり、使用する原料に量的制約があるために、製鉄用塊成鉱として製造できる量に制約があるという問題点がある。

そこで、特許文献１〜６が抱える上記問題点を克服する技術として、炭材内装塊成鉱が提案されている。

例えば、特許文献７には、小塊コークスからなる炭材核のまわりに、造粒機を使って、製鉄ダストやミルスケールなどの金属鉄を含有する酸化鉄粉を被覆して低酸化度の酸化鉄殻を被覆形成した後、大気中で２００℃以上３００℃未満の温度で、０．５〜５時間加熱する酸化処理を施すことにより、前記酸化鉄殻表面にのみ高酸化度の酸化鉄からなる硬質薄層を形成した炭材内装塊成鉱が提案されている。

また、特許文献８には、製鉄ダストやミルスケールなどの酸化鉄粉または鉄鉱石粉と炭材とを、造粒機を使って混合造粒し、次いで、その造粒物の外表面に金属鉄を含有する酸化鉄粉を被覆して低酸化度の酸化鉄殻を被覆形成し、該酸化鉄殻の形成後、大気中で２００℃以上３００℃未満の温度で、０．５〜５時間加熱する酸化処理を施すことにより、前記酸化鉄殻表面にのみ高酸化度の酸化鉄からなる硬質薄層を形成した、酸化鉄粉または鉄鉱石粉の中に３ｍｍ以下の大きさのコークス粉を分散状態で含む炭材内装塊成鉱が提案されている。

また、非特許文献１には、グリーンボールに無煙炭を外装して無煙炭でペレットフィードを被覆したグリーンボールを作製し、これを鍋試験装置の床敷鉱の上に装入し、その上に焼結原料を装入して焼結を行った炭材内包焼結鉱について、高炉内雰囲気で反応性を評価した結果が報告されている。

特開２００１−３４８６２５号公報 特開２００１−２９４９４４号公報 特開２００１−３０３１４３号公報 特開２００５−３４４１８１号公報 特開２００２−２４１８５３号公報 特開平１０−１８３２６２号公報 特開２０１１−１９５９４３号公報 特開２０１１−２２５９２６号公報

ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ ｖｏｌ．２４（２０１１），１９４

上記のように、特許文献７及び特許文献８には、製鉄原料として適当な大きさと十分な強度を有し、しかも、鉄含有原料と炭材とが近接配置され、製鉄反応を起こし易く、低温還元が可能な構造の炭材内装塊成鉱が開示されている。

しかしながら、特許文献７及び特許文献８では、金属鉄を含有する酸化鉄粉を使用して低酸化度の酸化鉄殻からなる被覆層を形成しており、この金属鉄を含有する酸化鉄粉として好適な製鉄ダストやミルスケールなどの発生量は限られることから、炭材内装塊成鉱の生産量が限定されるという問題点がある。仮に、炭材内装塊成鉱の製造原料として、金属鉄を含有する酸化鉄粉を意図的に製造した場合には、炭材内装塊成鉱の製造コストが上昇し、却って製銑工程が非効率になるという問題が発生する。また、特許文献７及び特許文献８は、炭材内装塊成鉱の製造に用いる炭材内装造粒粒子の製造方法については、何ら言及していない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、製鉄ダストやミルスケールなどの金属鉄を含有する酸化鉄粉を用いなくても、つまり、生産量を制限されることなく、鉄含有原料と炭材とが近接配置された２層構造の炭材内装焼結鉱（炭材内装塊成鉱）を製造することのできる、焼結鉱の製造方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた。その結果、まず、鉄鉱石の粉体とＣａＯ含有原料の粉体とを含む混合粉で炭材核を被覆した２層構造の炭材内装造粒粒子を作製する。次いで、この２層構造の粒子を焼結機で、従来の焼結鉱製造用の原料である擬似粒子とともに焼成することで、製鉄ダストやミルスケールなどの金属鉄を含有する酸化鉄粉を使用することなく、鉄含有原料と炭材とが近接配置された２層構造の炭材内装焼結鉱を製造できることを本発明者らは見出した。また、前記炭材内装造粒粒子を製造する際の水分含有量を、前記混合粉と前記炭材核と水分との合計質量の８〜１０質量％とすることで、つまり、炭材内装造粒粒子の造粒時における水分含有量を８〜１０質量％に制御することで、作製される炭材内装造粒粒子の強度の面において有効であることを本発明者らは見出した。

本発明は上記知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
［１］鉄含有原料の粉とＣａＯ含有原料の粉とを含む混合粉で炭材核が被覆された２層構造を有する炭材内装造粒粒子を焼結機のパレットで焼成して炭材内装焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、
前記炭材内装造粒粒子は、造粒時における水分の含有量が、前記炭材核と前記混合粉と水分との合計質量の８〜１０質量％である焼結鉱の製造方法。
［２］前記鉄含有原料の粉が鉄鉱石粉であり、前記混合粉は、鉄鉱石粉とＣａＯ含有原料の粉とからなる上記［１］に記載の焼結鉱の製造方法。
［３］前記炭材内装造粒粒子を、鉄含有原料、ＣａＯ含有原料、固体燃料（炭材）に水を添加し、混合して造粒した擬似粒子の焼結原料とともに、前記焼結機のパレットで焼成する上記［１］または上記［２］に記載の焼結鉱の製造方法。
［４］前記擬似粒子の焼結原料は、更に、ＣａＯ含有原料以外の融点調整剤としての副原料を含んでいる上記［３］に記載の焼結鉱の製造方法。
［５］前記炭材内装造粒粒子に含有される水分の一部は、造粒前の前記混合粉に予め含まれている上記［１］ないし上記［４］の何れか１項に記載の焼結鉱の製造方法。
［６］前記炭材内装造粒粒子に含有される水分の一部は、造粒時に新たに添加される上記［１］ないし上記［５］の何れか１項に記載の焼結鉱の製造方法。

本発明によれば、製鉄ダストやミルスケールなどの金属鉄を含有する酸化鉄粉を用いなくても、炭材核の周囲を鉄鉱石粉などの鉄含有原料の粉とＣａＯ含有原料の粉とを含む混合粉で被覆した２層構造の炭材内装焼結鉱（炭材内装塊成鉱）を製造することが実現される。

また、炭材内装造粒粒子の造粒時における水分含有量を８〜１０質量％とするので、焼結機内で、炭材内装造粒粒子を、従来の焼結鉱製造用の擬似粒子の焼結原料とともに焼成する際に、周囲の装入原料による負荷荷重にも耐えられる強度を有する炭材内装造粒粒子を製造することが可能となる。これにより、炭材内装造粒粒子の外層が壊れて炭材核がむき出しになることがなくなり、効率良く炭材を焼結鉱中に残留させることができる。

図１は、炭材内装焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子を製造するための造粒設備の一例を示す概略図である。 図２は、炭材内装造粒粒子の造粒時での水分含有量と圧壊強度との関係を示すグラフである。 図３は、炭材内装造粒粒子の造粒時での水分含有量と焼結層内下層における最高到達温度との関係を示すグラフである。 図４は、炭材内装造粒粒子の造粒時での水分含有量と、炭材内装焼結鉱の被還元性及び炭材内装焼結鉱の残留炭素濃度との関係を示すグラフである。 図５は、実施例２の水準１１〜１４における炭材内装造粒粒子の圧壊強度を示すグラフである。

以下、本発明を具体的に説明する。

本発明は、炭材核の周囲を、鉄鉱石粉などの鉄含有原料の粉とＣａＯ含有原料の粉とを含む混合粉で被覆した２層構造の炭材内装造粒粒子を焼結機で焼成して、鉄含有原料と炭材とが近接配置された２層構造の炭材内装焼結鉱を製造するという技術である。本明細書においては、炭材を核とし、この炭材核の周囲を鉄含有原料の粉とＣａＯ含有原料の粉とを含む混合粉で被覆した、炭材核とその周囲の被覆層からなる炭材内装造粒粒子を「２層構造の炭材内装造粒粒子」と定義する。

２層構造の炭材内装焼結鉱を製造する際に、焼結機の焼結処理においては、従来の焼結鉱製造用の原料である擬似粒子とともに焼結処理を施すことで、従来の焼結鉱製造用の原料である擬似粒子に含有される固体燃料の燃焼熱を、炭材内装造粒粒子の焼成用熱源として有効活用することができ、容易に炭材内装焼結鉱（炭材内装塊成鉱）を製造することが実現される。

ここで、従来の焼結鉱製造用の原料である擬似粒子の焼結原料は、鉄含有原料、ＣａＯ含有原料、ＣａＯ含有原料以外の融点調整剤としての副原料、及び、粉コークスや無煙炭などの凝結材である固体燃料（炭材）などを含む造粒原料に適量の水を添加し、ドラムミキサーなどを用いて混合・造粒して製造される。鉄含有原料としては、粒径が１０ｍｍ以下の鉄鉱石の他に、所内で発生するダスト、ミルスケールなどを使用する。ＣａＯ含有原料としては、石灰石、生石灰、スラグなどを使用する。ＣａＯ含有原料以外の融点調整剤としての副原料としては、珪石、蛇紋岩、ドロマイトや精錬ニッケルスラグなどのＳｉＯ_２含有原料、及び、マグネシアクリンカー、ドロマイトなどのＭｇＯ含有原料などを使用する。

図１に、炭材内装焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子を製造するための造粒設備の一例を示す。図１において、符号１は造粒設備、２ａは鉄含有原料の粉を収容するホッパー、２ｂはＣａＯ含有原料の粉を収容するホッパー、２ｃは炭材を収容するホッパー、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは搬送機、４は混練機、５は造粒機、６は給水用ポンプである。図１に沿って、本発明で炭材内装焼結鉱を製造する際に用いる炭材内装造粒粒子の製造方法を説明する。

鉄含有原料の粉及び融点調整剤としてのＣａＯ含有原料の粉を、搬送機３ａを介して混練機４に装入し、混練機４で鉄含有原料の粉とＣａＯ含有原料の粉とを均一混合する。鉄含有原料の粉とＣａＯ含有原料の粉との均一混合によって形成される混合粉を混練機４から排出し、排出した混合粉を、搬送機３ｃを介して造粒機５へ装入する。この混合粉の造粒機５への装入と同時に、または、混合粉の造粒機５への装入に前後して、核粒子となる粒子直径が３．０ｍｍ以上の炭材（コークス粒子）を、搬送機３ｂ、搬送機３ｃを介して造粒機５に装入する。

ここで、鉄含有原料の粉とは、鉄鉱石を選鉱した後の粉精鉱や粉砕した鉄鉱石粉、及び所内で発生する製鉄ダストやミルスケールなどのうちの何れか１種または２種以上の混合物である。鉄含有原料の粒径は、造粒可能である限り規定する必要はないが、１．０ｍｍ以下程度の粒径であれば問題ない。本発明は、製鉄ダストやミルスケールなどの金属鉄を含有する酸化鉄粉を使用しなくても、鉄含有原料と炭材とが近接配置された２層構造の炭材内装焼結鉱を製造することを目的として開発されたが、本発明は、製鉄所などで発生する製鉄ダストやミルスケールなどを鉄含有原料として使用することを禁じるものではない。

また、炭材内装造粒粒子を製造するときに使用するＣａＯ含有原料の粉としては、生石灰（ＣａＯ）、石灰石（ＣａＣＯ_３）、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）の各粉体のうちの何れか１種または２種以上の混合物が好適である。ＣａＯ含有原料の粒径は、造粒可能である限り規定する必要はないが、１．０ｍｍ以下程度の粒径であれば問題ない。

混練機４で混合されている混合粉に給水用ポンプ６を介して水分を供給する、及び／または、造粒機５に給水用ポンプ６を介して水分を供給して、造粒機５での造粒時における造粒原料（炭材と混合粉と水分とを合わせた合計質量）に対する水分の含有量を８〜１０質量％に調整する。造粒時における炭材内装造粒粒子の水分含有量を８〜１０質量％に調整することで、粒径の大きな炭材を核とし、その周囲に、鉄含有原料の粉とＣａＯ含有原料の粉とが均一混合された混合粉を水の液架橋力によって被覆させる。かくして、炭材核の周囲を鉄含有原料の粉とＣａＯ含有原料の粉とを含む混合粉で被覆した２層構造の炭材内装造粒粒子を形成する。形成される炭材内装造粒粒子は、炭材核が直径３〜１０ｍｍで、被覆層の厚みが７ｍｍ以下であり、粒子直径が８．０ｍｍ以上２４．０ｍｍ以下の大きさを有する。

その後、このようにして製造した炭材内装造粒粒子を、例えばドワイトロイド式焼結機に搬送し、次いで、炭材内装造粒粒子と従来の焼結鉱製造用の擬似粒子の焼結原料とを合流させ、炭材内装造粒粒子と従来の焼結鉱製造用の擬似粒子の焼結原料とを混在させて焼結機のサージホッパーに搬入する。この場合、焼結原料擬似粒子に含有される固体燃料の燃焼熱を炭材内装造粒粒子の焼成用熱源として有効活用する観点から、炭材内装造粒粒子と焼結原料擬似粒子との質量比が１：９〜３：７の範囲内になるように、両者を合流させることが好ましい。

なお、従来の焼結鉱製造用の擬似粒子の焼結原料は、前述したように、鉄鉱石の他に、石灰石、生石灰などのＣａＯ含有原料や、珪石や蛇紋岩、精錬ニッケルスラグなどのＳｉＯ_２含有原料などの融点調整剤としての副原料、粉コークスや無煙炭などの固体燃料（炭材）などを含む造粒原料に適量の水を添加してドラムミキサーなどを用いて混合・造粒して得られるものであり、以下、擬似粒子の従来の焼結原料を、「焼結原料擬似粒子」とも称す。

炭材内装造粒粒子と焼結原料擬似粒子とを収容するサージホッパーを介して、炭材内装造粒粒子と焼結原料擬似粒子とを、両者を混在させた状態で、焼結機の循環移動するパレットに装入する。その後、パレットに装入した炭材内装造粒粒子及び焼結原料擬似粒子の焼結処理を実施する。

焼結処理は、焼結機の点火炉でパレットに装入した焼結原料擬似粒子に含まれる固体燃料に着火させる。着火後、焼結原料擬似粒子に含まれる固体燃料は、装入原料層の上部から下部に向かって順次燃焼し、この固体燃料の燃焼熱によって焼結原料擬似粒子相互の焼結反応及び溶融反応が進行し、従来の焼結鉱が製造される。同時に、炭材内装造粒粒子の表層側の鉄含有原料の粉とＣａＯ含有原料の粉とを含む混合粉による被覆層は、焼結原料擬似粒子に含まれる固体燃料の燃焼熱によって焼成され、焼結反応、更には溶融反応が進行し、内部に未燃焼の炭材を有し、表層側を、鉄含有原料の粉とＣａＯ含有原料の粉とを含む強固な被覆層とする炭材内装焼結鉱が製造される。

焼結処理後は、形成された、炭材内装焼結鉱と従来の焼結鉱とが混在した焼結ケーキを破砕して整粒し、一定の粒径以上のものを成品として回収する。炭材内装焼結鉱の周囲に従来の焼結鉱が融着した状態で炭材内装焼結鉱が回収されるが、高炉での製鉄原料としての使用においては何ら問題にならない。

なお、炭材内装造粒粒子は、従来の焼結原料擬似粒子よりも粒子径が大きいので、焼結機のパレットへの装入時の偏析により、焼結時の温度がパレットの上層側よりも高くなり易い位置である、パレット中層側及びパレット下層側に多く存在し、炭材内装造粒粒子及び従来の焼結原料の焼結反応を十分に進行させることができる。

鉄含有原料の粉として鉄鉱石粉のみを使用した場合には、炭材内装焼結鉱は、製鉄ダストやミルスケールなどの金属鉄を含有する酸化鉄粉を使用しておらず、且つ、既存の焼結機を利用して製造できるので、新たな焼成設備を準備することなく、生産量を制限されずに大量に生産することが実現される。

したがって、本発明においては、鉄含有原料の粉として鉄鉱石粉のみを使用し、炭材核の周囲を被覆する混合粉として、鉄鉱石粉とＣａＯ含有原料の粉とからなる混合粉を用いることが好ましい。

炭材内装造粒粒子の製造にあたり、造粒機へ供給する造粒原料（炭材と混合粉と水分とを合わせたもの）の水分含有量を８〜１０質量％に調整することで、従来から用いられている造粒機、例えば、ディスクペレタイザーまたはドラムミキサーの何れかまたは両方を用いて造粒することができる。

本発明において、造粒時の水分含有量の上限を１０質量％とするのは、水分が過剰になると、造粒機内で規定粒径の直径２４．０ｍｍを大きく上回る粗大造粒粒子が生成してしまい、この粗大造粒粒子の生成を防止するためである。即ち、造粒時の水分含有量が１０質量％を超えると、粉状の鉄含有原料間の空隙を架橋水分以上の水分が満たすことになり、水分が潤滑剤のような役割を果たすことから、この粗大形成粒子は強度が非常に弱く、焼結層内で周囲の装入原料による負荷荷重によって被覆層が壊れ、炭材核がむき出しになってしまい、燃焼によって炭材核が失われてしまうからである。更に、粗大造粒粒子の被覆層が壊れることで、焼結層内における空気の通路が塞がれてしまい、焼結プロセスとしての通気性を阻害してしまう可能性もある。

一方、造粒時の水分含有量の下限を８質量％としたのは、造粒時の水分が８質量％未満になると、鉄含有原料の粉の粒子同士を結合させる架橋としての水分が不足し、そもそも造粒粒子が形成されない、または、強度の非常に低い造粒粒子となってしまう。この場合も、水分が過剰な場合と同様に、焼結層内で造粒粒子の被覆層が壊れ、炭材核が、むき出しとなって燃焼によって失われてしまうからである。

炭材核が失われてしまった場合には、前述したような鉄含有原料と炭材との近接配置による反応の高速化現象は失われてしまい、被還元性の向上効果は得られない。

以上説明したように、本発明によれば、製鉄ダストやミルスケールなどの金属鉄を含有する酸化鉄粉を用いなくても、炭材核の周囲を鉄含有原料の粉とＣａＯ含有原料の粉とを含む混合粉で被覆した２層構造の炭材内装焼結鉱を製造することが実現される。

また、炭材内装造粒粒子の造粒時における水分含有量を８〜１０質量％とするので、焼結機内で、炭材内装造粒粒子を、従来の焼結鉱製造用の焼結原料擬似粒子とともに焼成する際に、周囲の装入原料による負荷荷重にも耐えられる強度を有する炭材内装造粒粒子を製造することが可能となる。これにより、炭材内装造粒粒子の外層が壊れて炭材核がむき出しになることが防止され、効率良く炭材を焼結鉱中に残留させることができる。

なお、本発明は、上記説明の範囲に限定されるものではなく、例えば、炭材内装造粒粒子の焼成用熱源として、従来の焼結原料擬似粒子に含有される固体燃料の燃焼熱に加えて、気体燃料を供給する焼結技術や、更には、酸素ガスを富化して供給する焼結技術も利用することができる。

造粒時の水分量を変更して２層構造の炭材内装造粒粒子を製造し、製造した炭材内装造粒粒子と、別途製造した従来の焼結鉱の原料である焼結原料擬似粒子とを混合し、混合した炭材内装造粒粒子及び焼結原料擬似粒子を焼結機で焼結処理し、炭材内装造粒粒子及び炭材内装造粒粒子が焼成されて得られる炭材内装焼結鉱に及ぼす造粒時の水分量の影響を調査する試験を行った。２層構造の炭材内装造粒粒子は、図１に示す造粒設備を用いて製造した。

２層構造の炭材内装造粒粒子としては、炭材核として、粒子直径が４〜５ｍｍの乾燥コークスを使用し、炭材核の外周を被覆する被覆層を形成する鉄含有原料の粉として、粒子直径が２５０μｍ以下の乾燥ペレットフィード粉（ヘマタイト（Ｆｅ_２Ｏ_３）：９７．７質量％）を使用した。また、炭材核の外周を被覆する被覆層を形成するＣａＯ含有原料の粉として、融点調整剤としての粒子直径が２００μｍ以下の生石灰粉（ＣａＯ）を使用した。これらの原料を造粒機に装入して混合し、スプレーノズルを介して造粒機内の原料に水分を添加し、被覆層の厚みが３ｍｍ以上且つ粒子直径が１２〜１６ｍｍとなるように造粒した造粒粒子を作製し、試験に用いた。造粒時の炭材内装造粒粒子の水分含有量は６〜１１質量％の範囲で、水準１〜６の６水準に変更した。表１に、水準１〜６における造粒時の炭材内装造粒粒子の水分含有量を示す。

一方、従来の焼結鉱の原料である焼結原料擬似粒子としては、造粒原料として、鉄鉱石粉と、ＣａＯ量が焼結原料擬似粒子中の１０質量％となる量の副原料としての石灰石粉と、コークス量が焼結原料擬似粒子中の５質量％となる量の固体燃料としてのコークス粉とを使用した。これらの原料をドラムミキサーに装入し、撹拌・混合して算術平均径で２．９ｍｍの粒子直径に造粒した焼結原料擬似粒子を作製し、試験に用いた。

このようにして作製した水準１〜６の各炭材内装造粒粒子の圧壊強度をＪＩＳＭ８７１７に規定される方法を用いて測定した。また、作製した水準１〜６の各炭材内装造粒粒子と焼結原料擬似粒子とを、炭材内装造粒粒子：焼結原料擬似粒子＝２：８の比率で混合し、混合した炭材内装造粒粒子及び焼結原料擬似粒子を格子状の円板を有する、高さ；４００ｍｍ×直径；３００ｍｍの鍋型焼結試験装置で焼結処理を施した。

図２に、炭材内装造粒粒子の造粒時での水分含有量と圧壊強度との関係を示す。炭材内装造粒粒子の被覆層が、焼結層内下層で壊れることなく周囲の装入原料から受ける負荷荷重に耐えられる強度としては、１．０ＭＰａ以上が必要であると計算される。図２から、造粒時の炭材内装造粒粒子の水分含有量が８〜１０質量％であれば、圧壊強度は１．０ＭＰａ以上であり、前記条件を満たすことがわかった。

図３に、炭材内装造粒粒子の造粒時での水分含有量と焼結層内下層における最高到達温度との関係を示す。図３に示すように、水分含有量が８〜１０質量％の範囲の場合は最高到達温度が１３４０℃以下であることに比較して、水分含有量が６質量％、７質量％、１１質量％の場合は、最高到達温度が上昇していることがわかる。焼結処理が同時に施される従来の焼結鉱の原料である焼結原料擬似粒子は、混合した粉コークスの配合量が何れの条件においても同一である。したがって、水分含有量が６質量％、７質量％、１１質量％の条件では、炭材内装造粒粒子の被覆層が壊れ、内部の炭材核が一部燃焼してしまい、これによって最高到達温度が上昇したものと考えられる。

また、図４に、炭材内装造粒粒子の造粒時での水分含有量と、炭材内装焼結鉱の被還元性及び炭材内装焼結鉱の残留炭素濃度との関係を示す。図４に示すように、水分含有量が６質量％、７質量％、１１質量％の条件で残留炭素濃度が低下していた。上記図３の結果を含めて、水分含有量が６質量％、７質量％、１１質量％の条件では、内部の炭材核が一部燃焼していることがわかる。また、炭材内装焼結鉱の残留炭素濃度が減少することで被還元性が低下した。

造粒前の混合粉に予め添加した水分と、造粒時にスプレーノズルで添加した水分との合計値が、実施例１の試験において高い圧壊強度を示した９質量％となるように、両者の比を水準１１〜１４の４種類に変更し、実施例１と同一の方法で２層構造の炭材内装造粒粒子を作製し、作製した炭材内装造粒粒子の圧壊強度を調査する試験を行った。炭材内装造粒粒子の原料は、炭材核、鉄含有原料の粉及びＣａＯ含有原料の粉とも、実施例１で使用した原料と同一である。

表２に、水準１１〜１４における、混合粉に予め添加した水分及び造粒時にスプレーノズルで添加した水分の内訳を示す。

図５に、水準１１〜１４における炭材内装造粒粒子の圧壊強度を示す。図５からも明らかなように、何れの水準においても炭材内装造粒粒子の圧壊強度に大きな変化はないことがわかる。したがって、炭材内装造粒粒子の造粒時における水分含有量は、混合粉が予め含んでいた水分でも、造粒時に添加する水分のどちらでも構わず、その合計値が重要であることがわかった。

１ 造粒設備
２ａ、２ｂ、２ｃ ホッパー
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 搬送機
４ 混練機
５ 造粒機
６ 給水用ポンプ

Claims (6)

1. 鉄含有原料の粉とＣａＯ含有原料の粉とを含む混合粉で炭材核が被覆された２層構造を有する炭材内装造粒粒子を焼結機のパレットで焼成して炭材内装焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、
   前記炭材内装造粒粒子は、造粒時における水分の含有量が、前記炭材核と前記混合粉と水分との合計質量の８〜１０質量％である焼結鉱の製造方法。
2. 前記鉄含有原料の粉が鉄鉱石粉であり、前記混合粉は、鉄鉱石粉とＣａＯ含有原料の粉とからなる請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
3. 前記炭材内装造粒粒子を、鉄含有原料、ＣａＯ含有原料、固体燃料（炭材）に水を添加し、混合して造粒した擬似粒子の焼結原料とともに、前記焼結機のパレットで焼成する請求項１または請求項２に記載の焼結鉱の製造方法。
4. 前記擬似粒子の焼結原料は、更に、ＣａＯ含有原料以外の融点調整剤としての副原料を含んでいる請求項３に記載の焼結鉱の製造方法。
5. 前記炭材内装造粒粒子に含有される水分の一部は、造粒前の前記混合粉に予め含まれている請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の焼結鉱の製造方法。
6. 前記炭材内装造粒粒子に含有される水分の一部は、造粒時に新たに添加される請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の焼結鉱の製造方法。

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