(57)【要約】【課題】  擬似粒子とともに焼結機に装入される成型物として、焼結鉱の成品歩留や生産率を向上させることができる成型物を製造する。【解決手段】  本願発明は、焼結原料を造粒した擬似粒子とともに焼結機（３０）に装入される、焼結原料の成型物を製造する方法である。長径が１５〜３０ｍｍである完全成型物を製造するための圧縮成型機（２５）を用いて、５０質量％以上の微粉鉱石及び５〜２０質量％のバインダを含む焼結原料を圧縮成型する。そして、圧縮成型機（２５）での圧縮力によって完全成型物にラミネーティング現象を発生させることにより、焼結機（３０）に装入される半割成型物を製造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結原料を造粒した擬似粒子とともに焼結機に装入される、焼結原料の成型物を製造する方法であって、
長径が１５〜３０ｍｍである完全成型物を製造するための圧縮成型機を用いて、５０質量％以上の微粉鉱石及び５〜２０質量％のバインダを含む焼結原料を圧縮成型し、
前記圧縮成型機での圧縮力によって前記完全成型物にラミネーティング現象を発生させることにより、前記焼結機に装入される半割成型物を製造することを特徴とする成型物の製造方法。
【請求項２】
前記圧縮力は、４ｔ／ｃｍ以上の線圧であることを特徴とする請求項１に記載の成型物の製造方法。
【請求項３】
圧縮成型される焼結原料の平均粒径が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の成型物の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の前記半割成型物と、焼結原料を造粒した擬似粒子とを焼結機に装入して焼結鉱を製造することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結機に装入される焼結原料の成型物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、焼結用原料を造粒した擬似粒子と、焼結用原料を圧縮成型した成型物とを合わせて焼結機に装入している。ここで、成型物の直径を１５ｍｍ以上２０ｍｍ以下とし、成型物の圧潰強度を３６．３Ｎ以上４１．２Ｎ以下としている。上述した擬似粒子及び成型物を用いて焼結鉱を製造することにより、焼結機の原料層中での通気性を向上させて、焼結鉱の歩留及び生産率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−０２０５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１によれば、圧縮成型によって成型物を製造するときにラミネーティング現象が発生することにより、焼結の成品歩留が低下したと考えている。すなわち、成型物の＋５ｍｍ歩留（目開きが５ｍｍである篩の篩上残留率）を測定し、＋５ｍｍ歩留が低下していたことに基づいて、焼結の成品歩留の低下がラミネーティング現象に起因していると考えている。
【０００５】
しかし、本願発明者によれば、成品歩留の低下をもたらした成型物の＋５ｍｍ歩留の低下が、単にラミネーティング現象のみに起因するものではないことが分かった。すなわち、適切にバインダを使用すれば、成型物のラミネーティング現象によって生成された破断物を積極的に使用しても、焼結の成品歩留を向上できることが分かり、本願発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明は、焼結原料を造粒した擬似粒子とともに焼結機に装入される、焼結原料の成型物を製造する方法である。長径が１５〜３０ｍｍである完全成型物を製造するための圧縮成型機を用いて、５０質量％以上の微粉鉱石及び５〜２０質量％のバインダを含む焼結原料を圧縮成型する。そして、圧縮成型機での圧縮力によって完全成型物にラミネーティング現象を発生させることにより、焼結機に装入される半割成型物を製造する。
【０００７】
圧縮成型機での圧縮力としては、４ｔ／ｃｍ以上の線圧とすることができる。また、圧縮成型される焼結原料の平均粒径を１ｍｍ以下とすることができる。
【０００８】
本願発明である焼結鉱の製造方法では、上述した成型物の製造方法によって製造された半割成型物と、焼結原料を造粒した擬似粒子とを焼結機に装入して焼結鉱を製造する。
【発明の効果】
【０００９】
本願発明によれば、擬似粒子とともに焼結機に装入される成型物として、焼結鉱の成品歩留や生産率を向上させることができる成型物（半割成型物）を製造することができる。ここで、５〜２０質量％のバインダを用いることにより、半割成型物を製造しやすくなる。また、半割成型物の外形によって焼成中の通気性を確保できるため、焼結原料としては、微粉鉱石を積極的に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】焼結原料の製造プロセスを説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施形態では、焼結機に装入される焼結用の原料（以下、焼結原料という）として、配合原料から造粒された擬似粒子と、配合原料を圧縮成型することによって製造された半割成型物との混合物を用いる。これにより、焼結鉱の成品歩留や生産率が向上することが分かった。また、本実施形態では、半割成型物を効率良く製造するために、所定の配合原料を用いている。
【００１２】
（配合原料）
擬似粒子を造粒するための配合原料としては、鉄鉱石（粉鉱石や微粉鉱石を含む）、副原料、炭材、返鉱及び雑原料を含む。半割成型物を製造するための配合原料としては、少なくとも微粉鉱石及びバインダを含んでいればよく、これに加えて副原料、炭材、返鉱及び雑原料を含んでいてもよい。
【００１３】
粉鉱石とは、高炉の操業に適さない粒径（例えば１０ｍｍ以下）を有する粉状の鉄鉱石である。微粉鉱石とは、製鉄原料に適さない鉄品位の低い鉄鉱石原石（原鉱やＲＯＭと呼ばれる）を選鉱処理して鉄品位を高めた鉄鉱石であり、精鉱（コンセントレート）又はペレットフィードとも呼ばれる。一般的に、微粉鉱石では、鉄分が６４％以上であり、平均粒径が１ｍｍ以下である。ここで、平均粒径は、粒度区分の中央値を代表値とし、それを粒度区分ごとの質量比率で加重平均した値である。微粉鉱石の粒度分布は、ＪＩＳ  Ｚ８９０１に基づいて測定することができる。
【００１４】
副原料は、主に焼結鉱の成分調整を目的として添加される原料であり、副原料としては、例えば、カルシウム源である石灰石や生石灰や、マグネシウム源であるドロマイトやカンラン石等が挙げられる。炭材は、原料層内で燃焼発熱させることにより、鉄鉱石や副原料の溶融同化反応を生起させるために用いられる。返鉱は、焼結機で焼結されたケーキを破砕整粒したときの篩下の原料であり、再利用される。雑原料は、リサイクル原料としてのスラグやダスト類であり、鉄分やカルシウム分を回収して再利用するために用いられる。
【００１５】
（焼結原料の製造プロセス）
図１は、焼結原料の製造プロセスを示す概略図である。この製造プロセスは、主ライン及び副ラインを有する。主ラインは、配合原料から擬似粒子を製造し、この擬似粒子を焼結機に供給するラインである。副ラインは、配合原料から半割成型物を製造し、この半割成型物を主ラインの途中に供給するラインである。
【００１６】
まず、主ライン上でのシステム構成について、以下に説明する。
【００１７】
各原料槽１１には原料（配合原料）が装入されており、各原料槽１１からは所定の配合割合の原料が切り出される。所定の配合割合は、目標とする成分や性状を考慮して予め決められる。コンベア１２は、各原料槽１１から切り出された原料をドラム造粒機１３に搬送する。ドラム造粒機１３は、コンベア１２から搬送された原料を混合して造粒することにより、擬似粒子を製造する。ここで、ドラム造粒機１３には、原料の造粒に適した水分量に調整された水が添加される。この水分量は、原料の粒度分布や保水性に基づいて予め決めることができる。ドラム造粒機１３によって製造された擬似粒子は、コンベア１４によって焼結機３０に搬送される。
【００１８】
次に、副ライン上でのシステム構成について、以下に説明する。
【００１９】
各原料槽２１には原料（配合原料）が装入されており、各原料槽２１からは所定の配合割合の原料が切り出される。所定の配合割合は、目標とする成分や性状を考慮して予め決められる。コンベア２２は、各原料槽２１から切り出された原料を撹拌ミキサ２３に搬送する。撹拌ミキサ２３は、コンベア２２から搬送された原料を撹拌して混合し、撹拌ミキサ２３には、後述する圧縮成型に適した水分量に調整された水が添加される。この水分量は、原料の粒度分布や保水性に基づいて予め決めることができる。
【００２０】
コンベア２４は、撹拌ミキサ２３で混合された原料を圧縮成型機２５に搬送する。圧縮成型機２５は、一対の成型ロール２５ａを有しており、各成型ロール２５ａの表面（原料と接触する面）には、凹状のカップが形成されている。このカップに原料が収容された後、一対の成型ロール２５ａによってカップ内の原料が圧縮されることにより、成型物（ブリケット）が製造される。
【００２１】
圧縮成型機２５を通過した後の原料の形態としては、完全成型物と、半割成型物と、粉体物とが含まれる。完全成型物とは、成型ロール２５ａのカップに沿った形状に形成された圧縮成型物である。互いに直交する３つの軸を規定したとき、完全成型物では、１つの軸方向の長さ（以下、長径という）が、他の２つの軸方向の長さのそれぞれよりも長くなる。
【００２２】
半割成型物とは、後述するラミネーティング現象によって、完全成型物の長径方向の中央から完全成型物が２つに破断した圧縮成型物である。粉体物とは、圧縮成型機２５を通過した原料のうち、上述した完全成型物及び半割成型物のいずれにも属さないものである。完全成型物、半割成型物及び粉体物は、作業者の目視によって区別することができる。
【００２３】
コンベア２６は、圧縮成型機２５によって製造された半割成型物をコンベア１４に搬送する。上述したように、圧縮成型機２５からは、完全成型物、半割成型物及び粉体物が得られることがあるが、本実施形態では半割成型物だけが用いられる。完全成型物、半割成型物及び粉体物のなかから、例えば、作業者の手作業又は機械的な操作によって、半割成型物だけを取り出すことができる。
【００２４】
半割成型物を、コンベア２６を介してコンベア１４に搬送することにより、ドラム造粒機１３からの擬似粒子と、圧縮成型機２５からの半割成型物とが、コンベア１４を介して焼結機３０に搬送される。擬似粒子及び半割成型物は、焼結機３０に装入されるまでの移動経路において混合される。例えば、擬似粒子及び半割成型物を焼結機３０のサージ槽（不図示）に装入したり、サージ槽からシュートを介して焼結機パレットに擬似粒子及び半割成型物を装入したりするとき、擬似粒子及び半割成型物が混合される。焼結機３０では、擬似粒子及び半割成型物が混合された状態において焼成が行われ、焼結ケーキが製造される。焼結ケーキを所定の粒度に破砕することにより、焼結鉱が得られる。
【００２５】
（半割成型物の原料）
半割成型物を製造するための原料（配合原料）の平均粒径は、この原料を成型ロール２５ａのカップに収容できるサイズであればよい。ここで、平均粒径は１ｍｍ以下とすることができる。原料の平均粒径を１ｍｍ以下とすることにより、原料を成型ロール２５ａのカップに収容させやすくして、圧縮成型機２５での圧縮成型を円滑に行うことができる。
【００２６】
原料に含まれる鉄鉱石としては、主に微粉鉱石を用いることができる。また、微粉鉱石の配合割合は、５０質量％以上とする。後述するように、半割成型物が焼結機の原料層中での通気性を確保するために用いられることを考慮すると、微粉鉱石よりも粒度が粗く、原料層中の通気性を確保しやすい粉鉱石については、半割成型物の原料として敢えて用いる必要性が低い。そこで、原料である鉄鉱石としては、微粉鉱石を積極的に用いることができる。なお、本実施形態では、原料に粉鉱石が含まれていてもよい。
【００２７】
原料には、湿潤状態のバインダが添加される。このバインダは、半割成型物を圧縮成型機２５から焼結機３０に搬送する間、半割成型物の強度を確保するために用いられる。バインダとしては、例えば、生石灰や、ベントナイトなどの粘土系バインダ、糖蜜などの有機系バインダ、鉄鉱石を湿式粉砕した鉄鉱石スラリ（例えば、国際公開第２０１３／０５４４７１号パンフレットに記載の鉄鉱石スラリ）を用いることができる。
【００２８】
バインダの添加量は、５質量％以上であって２０質量％以下とする。これにより、半割成型物を製造しやすくなる。バインダとして鉄鉱石スラリを用いる場合、鉄鉱石スラリを完全に乾燥させた後の質量が上述したバインダの添加量の範囲内にあればよい。
【００２９】
（完全成型物のサイズ）
完全成型物の長径は、成型ロール２５ａのカップのサイズに依存するものであり、本実施形態では、１５ｍｍ以上であって３０ｍｍ以下である。完全成型物の長径は、より好ましくは、２０ｍｍ以上であって３０ｍｍ以下である。本実施形態では、半割成型物を用いるため、半割成型物のサイズを確保する上では、完全成型物の長径を１５ｍｍ以上とすることが好ましい。また、圧縮成型機２５による成型性を考慮すると、完全成型物の長径は３０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
本実施形態では、完全成型物ではなく、完全成型物から得られる半割成型物を主ラインの原料（擬似粒子）に混ぜて焼結機３０に装入している。これにより、完全成型物を擬似粒子とともに焼結機３０に装入する場合と比べて、焼結鉱の成品歩留や生産率を向上させることができる。
【００３１】
（圧縮成型機の成型条件）
圧縮成型機２５において原料を圧縮成型するときの条件としては、いわゆるラミネーティング現象が発生する条件とする。ラミネーティング現象とは、長径方向における完全成型物の中央を起点として、完全成型物が２つに破断する現象である。ラミネーティング現象を発生させる成型条件としては、圧縮成型機２５での線圧を４ｔ／ｃｍ以上とすることができる。線圧が４ｔ／ｃｍよりも低いと、ラミネーティング現象が発生せず、半割成型物を製造することができなくなることがある。なお、ラミネーティング現象の発生は、バインダの添加量に依存することもあるため、圧縮成型機２５での線圧は、４ｔ／ｃｍ以上に限らず、ラミネーティング現象を発生させることができる線圧であればよい。
【００３２】
本実施形態によれば、完全成型物と比べて異形状である半割成型物を擬似粒子とともに焼結機に装入することにより、焼結ベッドにおいて、半割成型物に形成された破断面（略平面）と擬似粒子（球体）との間に空隙を発生させやすくなる。この空隙により、通気性を向上させることができ、焼結鉱の成品歩留や生産率を向上させることができる。また、半割成型物が骨材として機能することにより、焼成中におけるケーキの収縮を抑制でき、焼結鉱の気孔率を向上させることができる。結果として、被還元性に優れた焼結鉱を製造することができる。
【００３３】
上述した半割成型物は、圧縮成型機２５での線圧を調整してラミネーティング現象を発生させるだけであるため、完全成型物と同様の製造工程において、半割成型物を容易に製造することができる。
【実施例】
【００３４】
（圧縮成型機の線圧）
圧縮成型機２５での線圧を異ならせながら、成型物を製造し、ラミネーティング現象の有無を確認した。線圧としては、３，４，５，６ｔ／ｃｍにそれぞれ設定した。原料としては、鉄鉱石としてブラジル産の微粉鉱石を用い、バインダとして生石灰を用いた。９５質量％である微粉鉱石と５質量％である生石灰を配合し、配合原料の水分を約５％に調湿したものを圧縮成型機２５に供給した。成型ロール２５ａのカップは、アーモンド型に形成されており、このカップの内容積は１．７ｃｍ３である。
【００３５】
上述した試験の結果を下記表１に示す。下記表１において、完全成型物の割合とは、圧縮成型機２５に供給した配合原料の総量において、完全成型物の総量が占める割合（質量％）である。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
線圧が３ｔ／ｃｍであるときには、完全成型物と粉状に崩れたものとが得られただけであり、ラミネーティング現象の発生を確認することができなかった。線圧が４，５，６３ｔ／ｃｍであるときには、完全成型物と粉状に崩れたものの他に、半割成型物が得られ、ラミネーティング現象の発生を確認することができた。このため、線圧を４ｔ／ｃｍ以上にすれば、ラミネーティング現象を発生させることができる。
【００３８】
（バインダの添加量）
バインダの添加量を異ならせながら、圧縮成型機２５を通過した後の各種成型物について、圧縮成型機２５に供給した配合原料の総量において各種成型物の総量が占める割合（質量％）を測定した。この成型物には、完全成型物と、半割成型物と、完全成型物及び半割成型物を除いた残り（粉体物という）とがある。
【００３９】
原料としては、鉄鉱石としてブラジル産の微粉鉱石を用い、バインダとして、鉄鉱石スラリを完全に乾燥させたものを用いた。これらの原料を配合し、配合原料の水分を約５％に調湿したものを圧縮成型機２５に供給した。成型ロール２５ａのカップは、アーモンド型に形成されており、このカップの内容積は１．７ｃｍ３である。
【００４０】
バインダ（鉄鉱石スラリの固形分）の添加量は、０，５，１０，２０，３０質量％のそれぞれに設定した。微粉鉱石の配合量は、微粉鉱石及びバインダの総量が１００質量％となるように、バインダの添加量に応じて変更した。すなわち、微粉鉱石の配合量は、１００，９５，９０，８０，７０質量％のそれぞれに設定した。圧縮成型機２５の線圧は、上記表１の結果に基づいて、４ｔ／ｃｍに設定した。
【００４１】
上述した試験の結果を下記表２に示す。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
上記表２によれば、バインダの添加量が０質量％であるときには、半割成型物がほとんど製造されず、粉体物の割合が最も高くなった。バインダの添加量が５，１０，２０質量％であるときには、半割成型物を製造しやすくなり、バインダの添加量が多いほど、粉体物の割合が低下した。バインダの添加量が３０質量％であるときには、半割成型物がほとんど製造されず、完全成型物の割合が最も高くなった。これにより、半割成型物を効率良く製造するためには、バインダの添加量を５質量％以上であって２０質量％以下とすればよいことが分かる。
【００４４】
（焼結鍋試験）
上記表１の試験で用いられた配合原料（９５質量％の微粉鉱石と５質量％の生石灰）を用い、線圧が４ｔ／ｃｍであるときに製造された完全成型物又は半割成型物を用いて、焼結鍋試験を行った。焼結鍋試験は、焼結プロセスを実験室規模でシミュレートするものであり、この焼結鍋試験によって、燃焼前線降下速度（ＦＦＳ；Flame Front Speed）と、焼結鉱の成品歩留及び生産率とを測定した。
【００４５】
焼結鍋試験では、まず、任意の直径及び高さを有する円筒形状の焼結鍋に焼結原料を充填した。ここで、焼結鉱（２．０ｋｇ）を床敷として焼結鍋にセットした後、床敷上に焼結原料を充填した。そして、焼結鍋内の焼結原料層の表面を点火するとともに、焼結鍋の下部に設置された風箱からブロワによって空気を吸引した。これにより、焼結原料層での焼結プロセスをシミュレートすることができる。
【００４６】
本実施例では、直径が３００ｍｍであり、高さが５００ｍｍである焼結鍋を用いた。９．８ｋＰａの負圧で空気を吸引しながら、焼結鍋内の焼結原料層の表面をバーナによって１分間点火することにより、焼結を開始した。風箱に設置した温度センサによって排ガスの温度を測定し続け、排ガスの温度が最大値に到達したタイミングから３分が経過したときに焼結を終了した。
【００４７】
焼結鉱の配合原料及び各原料の配合比率（質量％）は、下記表３に示す通りである。下記表３に示すように、完全成型物及び半割成型物としては、２種類のサイズを用意した。具体的には、完全成型物としては、長径が１８，２５ｍｍである成型物をそれぞれ用意した。また、半割成型物としては、長径が１８，２５ｍｍである完全成型物から得られた成型物をそれぞれ用意した。
【００４８】
上記表１の試験で使用された成型ロール２５ａのカップ（内容積が１．７ｃｍ３）を用いることにより、長径が１８ｍｍである完全成型物や、この完全成型物から得られる半割成型物を製造した。また、成型ロール２５ａのカップ（内容積が２．８ｃｍ３）を用いることにより、長径が２５ｍｍである完全成型物や、この完全成型物から得られる半割成型物を製造した。
【００４９】
【表３】
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【００５０】
焼結鍋における焼結原料の充填密度は、焼結鍋に充填された焼結原料の重量を、焼結鍋における焼結原料の占有体積で除算した値である。焼結原料の占有体積は、焼結原料層の層厚と、焼結鍋の鍋底面積とを乗算した値である。
【００５１】
ＦＦＳは、焼結鍋に焼結原料を充填したときの焼結原料層の層厚（焼結鍋の高さ方向のサイズ）を、焼結原料層の点火を開始した時刻から燃焼帯が焼結原料層の最下部に到達した時刻（到達時刻という）までの時間で除算した値である。本実施例では、到達時刻として、排ガスの温度の立ち上がり時刻とした。
【００５２】
焼結鉱の成品歩留については、以下のように算出した。焼結後のケーキを、２．０ｍの高さから４回落下させた後、落下物を篩（直径５ｍｍ）で分級し、篩上の重量から床敷の重量（２．０ｋｇ）を減算した値を焼結鉱の重量とした。この焼結鉱の重量を、ケーキの重量から床敷の重量（２．０ｋｇ）を減算した値で除算した値を成品歩留とした。
【００５３】
焼結時間は、焼結原料層の表面の点火を開始した時刻から、排ガスの温度が最大値に到達した時刻までの時間とした。焼結鉱の生産率は、成品である焼結鉱の重量を焼結時間で除算し、この除算値を焼結鍋の鍋底面積で除算した値である。
【００５４】
上述した鍋試験の結果を下記表４に示す。
【００５５】
【表４】
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【００５６】
実施例１（半割成型物）では、比較例１（完全成型物）と比べて充填密度が低くなり、良好な通気性が得られたため、ＦＦＳが高くなった。また、実施例１では、比較例１よりも成品歩留及び生産率が高くなった。同様に、実施例２（半割成型物）では、比較例２（完全成型物）と比べて充填密度が低くなり、良好な通気性が得られたため、ＦＦＳが高くなった。また、実施例２では、比較例２よりも成品歩留及び生産率が高くなった。
【００５７】
充填密度が同一である比較例１，２を比較すると、比較例２では、比較例１と比べて完全成型物のサイズが大きいため、通気抵抗を低減することができ、ＦＦＳが上昇した。一方、比較例２では、比較例１に対して、ＦＦＳの上昇差に比べて成品歩留が大きく低下し、結果として生産率が低下した。この理由としては、完全成型物のサイズが増加すると、ＦＦＳの上昇に伴い焼成中の高温保持時間が低下し、完全成型物の中心部まで焼成が十分に進まず、脆弱な焼成体が製造されたためであると考えられる。
【００５８】
充填密度が同一である実施例１，２を比較すると、実施例２では、実施例１と比べて半割成型物のサイズが大きいため、通気抵抗を低減することができ、ＦＦＳが上昇した。一方、比較例１，２の関係とは異なり、実施例２では、実施例１に対して、ＦＦＳの上昇差に比べて成品歩留の低下が抑制され、結果として生産率が上昇した。この理由としては、半割成型物を用いることにより、比較例１，２のような完全成型物と比べて、半割成型物の内部まで焼成が十分に進行し、成品歩留の低下が抑制されたためであると考えられる。したがって、半割成型物を用いる場合には、半割成型物の元になる完全成型物の長径が大きいほど、生産率を向上させることができると考えられる。
【符号の説明】
【００５９】
１１：原料槽、１２：コンベア、１３：ドラム造粒機、１４：コンベア、２１：原料槽、
２２：コンベア、２３：撹拌ミキサ、２４：コンベア、２５：圧縮成型機、
２５ａ：成型ローラ、２６：コンベア、３０：焼結機
【図１】
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