(57)【要約】【課題】粒径が１５０μｍ以下である微粉鉄鉱石を焼結原料として使用する場合において、焼結機での焼結反応を促進し、擬似粒子の崩壊を抑制して、焼結鉱の生産性の低下を抑制できる焼結鉱の製造方法を提供する。【解決手段】焼結機の原料給鉱部で循環移動するパレット上に鉄鉱石と炭材とを含む焼結原料を装入して装入層を形成した後、原料給鉱部の下流側に配設した点火炉で装入層の上表面の炭材に点火し、パレット下方に配設したウインドボックスで装入層の上方のガスを吸引し、ガスを装入層に導入して装入層の炭材を燃焼させることにより焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、鉄鉱石は、粒径が１５０μｍ以下である微粉鉄鉱石を１０質量％より多く含み、微粉鉄鉱石の一部を成型物にして焼結原料に混合し、装入層に導入するガスの酸素濃度を２３体積％より高くする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結機の原料給鉱部で循環移動するパレット上に鉄鉱石と炭材とを含む焼結原料を装入して装入層を形成した後、前記原料給鉱部の下流側に配設した点火炉で前記装入層の上表面の炭材に点火し、パレット下方に配設したウインドボックスで前記装入層の上方のガスを吸引し、前記ガスを前記装入層に導入して前記装入層の炭材を燃焼させることにより焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、
前記鉄鉱石は、粒径が１５０μｍ以下である微粉鉄鉱石を１０質量％より多く含み、
前記微粉鉄鉱石の一部を成型物にして前記焼結原料に混合し、
前記装入層に導入する前記ガスの酸素濃度を２３体積％より高くする、焼結鉱の製造方法。
【請求項２】
前記微粉鉄鉱石の５０質量％以上を成型物にして前記焼結原料に混合する、請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項３】
前記鉄鉱石は、粒径が１５０μｍ以下である微粉鉄鉱石を１５質量％以上含む、請求項１または請求項２に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項４】
前記装入層に導入する前記ガスの酸素濃度を２４体積％以上にする、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の焼結鉱の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下方吸引式の焼結機を用いて焼結される焼結鉱の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉製銑法の主原料である焼結鉱は、一般に、図１に示すような、下方吸引式のドワイトロイド焼結機を有する製造工程で製造される。焼結鉱の原料は、粉鉄鉱石（一般に、８ｍｍ以下のシンターフィードと呼ばれているもの）や焼結鉱篩下粉、製鉄所内で発生した回収粉、石灰石およびドロマイトなどの含ＣａＯ系副原料、生石灰等の造粒助剤、コークス粉や無煙炭などの炭材（凝結材）である。これらの原料は、複数のホッパー１の各々から、コンベヤ上に所定の割合で切り出される。切り出された原料は、ドラムミキサー２、３によって適量の水が加えられ、混合、造粒されて、平均径が３〜６ｍｍの擬似粒子である焼結原料にされる。
【０００３】
この焼結原料は、その後、焼結機の原料給鉱部に配設されているサージホッパー５からドラムフィーダー６と切り出しシュート７を介して循環移動するパレット９に装入され、カットゲート８によって４００〜８００ｍｍの厚さの焼結ベッドともいわれる装入層１０が形成される。その後、装入層１０の上方に配設された点火炉１１によって、装入層１０の上表面の炭材が点火されるとともに、パレット９の下方に配設されたウインドボックス１２を介して装入層１０の上方のガスを下方に吸引することにより、装入層１０内の炭材を順次燃焼させ、このときに発生する燃焼熱で焼結原料を溶融させて焼結ケーキを得る。このようにして得た焼結ケーキは、その後、排鉱部で破砕、冷却、整粒されて、約５ｍｍ以上の塊成物が成品焼結鉱として回収され高炉に供給される。
【０００４】
上記製造工程において、点火炉１１によって点火された装入層１０内の炭材は、その後、装入層１０内を上層から下層に向かって吸引されるガスによって燃焼を続け、パレット９が下流側に移動するのに伴って次第に装入層１０の上層から下層に移行し、厚さ方向に幅をもった燃焼・溶融帯（以降、単に「燃焼帯」ともいう。）を形成する。図２は、点火炉で点火された装入層１０の表層の炭材が、吸引されるガスによって燃焼を続けて燃焼帯を形成し、これが装入層１０の上層から下層に順次移動し、燃焼帯が通過した後には、焼結反応が完了した焼結層（焼結ケーキ）が形成されていく過程を模式的に示した図である。
【０００５】
上記燃焼帯の溶融部分は、吸引されるガスの流れを阻害するため、焼結時間が延長して生産性が低下する要因となる。また、燃焼帯が上層から下層に移行するのにともない、焼結原料中に含まれる水分は、炭材の燃焼熱で気化して、まだ温度が上昇していない下層の焼結原料中に濃縮し、湿潤帯を形成する。この水分濃度がある程度以上になると、吸引ガスの流路となる焼結原料の粒子間の空隙が水分で埋まり、燃焼帯と同様、通気抵抗を増大させる要因となる。図３は、厚さが６００ｍｍの装入層１０の中を移動する燃焼帯が、装入層１０内のパレット上約４００ｍｍの位置（装入層１０の表面から２００ｍｍ下）にあるときの、装入層１０内の圧力損失（以下、圧損と記載する）と温度の分布を示したものであり、このときの圧損の分布は、湿潤帯におけるものが約３０％、燃焼帯におけるものが約４０％であることを示している。
【０００６】
焼結機の生産量（ｔ／ｈ）は、一般に、生産率（ｔ／（ｈ×ｍ２））×焼結機面積（ｍ２）により決定される。即ち、焼結機の生産量は、焼結機の仕様（機幅、機長）、装入層１０の厚さ、焼結原料の嵩密度、焼結（燃焼）時間、成品焼結鉱の歩留などにより決定される。したがって、焼結鉱の生産量を増加させるには、装入層１０の厚さを増す、装入層１０の通気性（圧損）を改善して焼結時間を短縮する、成品焼結鉱の強度を高めて歩留を向上することが有効であると考えられる。
【０００７】
ところで、焼結用粉鉄鉱石は、近年、高品質鉄鉱石の枯渇によって低品位化している。高品質鉄鉱石の低品位化は、スラグ成分の増加や鉄鉱石のさらなる微粉化を招き、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）含有量の増大や微粉比率の増大によって造粒性が低下する傾向となっている。その一方で、高炉では溶銑製造コストの低減やＣＯ２発生量の低減という観点から低スラグ比が求められており、それに伴い焼結鉱としては、高被還元性かつ高強度のものが求められている。
【０００８】
このような焼結用粉鉄鉱石を取り巻く環境の中で、スラグ成分の少ない難造粒性の微粉鉄鉱石（粒径１５０μｍ以下）を主体とするペレットフィードを使って、高品質の焼結鉱を製造するための技術が提案されている。例えば、こうした従来技術の１つに、Ｈｙｂｒｉｄ  Ｐｅｌｌｅｔｉｚｅｄ  Ｓｉｎｔｅｒ法（以下、「ＨＰＳ法」と記載する）がある。この技術は、ペレットフィードのような微粉を多量に含む鉄鉱石や造粒助剤、凝結材等をドラムミキサーとペレタイザーを使って造粒することで、低スラグ成分で高被還元性の焼結鉱を製造する技術が特許文献１〜５に開示されている。
【０００９】
また、特許文献６には、多段点火焼結法で焼結鉱を製造する方法であって、点火炉の下流側で装入層内に酸素を富化した空気を導入する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公平２−４６５８号公報
【特許文献２】特公平６−２１２９７号公報
【特許文献３】特公平６−２１２９８号公報
【特許文献４】特公平６−２１２９９号公報
【特許文献５】特公平６−６０３５８号公報
【特許文献６】特開２０１５−１５７９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１〜５に記載されているようなＨＰＳ法を用いてペレットフィードを造粒する方法では、造粒中に０．５ｍｍ未満の細粒のみならず、１０ｍｍ超の粗大な粒子も多く生成される。細粒になるほど比表面積は大きくなるので、微粉であるペレットフィードは水分を優先的に吸収し、微粉が単に凝集しただけにすぎない擬似粒子や、核粒子のまわりに微粉が付着した形態の粒径の不揃いな粗大な擬似粒子になる。
【００１２】
このようにペレットフィード等の粒径が１５０μｍ以下である微粉鉄鉱石を多く含む配合原料は、これを造粒すると、粒径が不揃いになると共に、微粉が単に凝集したにすぎない粗大な擬似粒子が生成される。このような粗大な擬似粒子は結合強度が弱いので、焼結機のパレット上に一定の層厚で堆積させると、荷重（圧縮力）が加わったときに崩壊し、当該擬似粒子が粉化して装入層の空隙率の低下を招く。これにより、装入層の通気性は悪化し、焼結原料の燃焼が阻害される。この結果、焼結鉱の焼結時間が長くなり、焼結鉱の生産性が低下する。また、焼結時間を同じとした場合には、焼結が不十分となり、焼結鉱の歩留低下を招き、この場合においても焼結鉱の生産性が低下する。
【００１３】
また、特許文献６に記載されているような多段点火焼結法においても、ペレットフィード等の粒径が１５０μｍ以下である微粉鉄鉱石を用いると、造粒中に微粉が単に凝集しただけにすぎない粗大な擬似粒子が生成されるので焼結鉱の生産性は低下する。
【００１４】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、粒径が１５０μｍ以下である微粉鉄鉱石を焼結原料として使用する場合において、焼結機での焼結反応を促進し、擬似粒子の崩壊を抑制して、焼結鉱の生産性の低下を抑制できる焼結鉱の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような課題を解決する本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）焼結機の原料給鉱部で循環移動するパレット上に鉄鉱石と炭材とを含む焼結原料を装入して装入層を形成した後、前記原料給鉱部の下流側に配設した点火炉で前記装入層の上表面の炭材に点火し、パレット下方に配設したウインドボックスで前記装入層の上方のガスを吸引し、前記ガスを前記装入層に導入して前記装入層の炭材を燃焼させることにより焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、前記鉄鉱石は、粒径が１５０μｍ以下である微粉鉄鉱石を１０質量％より多く含み、前記微粉鉄鉱石の一部を成型物にして前記焼結原料に混合し、前記装入層に導入する前記ガスの酸素濃度を２３体積％より高くする、焼結鉱の製造方法。
（２）前記微粉鉄鉱石の５０質量％以上を成型物にして前記焼結原料に混合する、（１）に記載の焼結鉱の製造方法。
（３）前記鉄鉱石は、粒径が１５０μｍ以下である微粉鉄鉱石を１５質量％以上含む、（１）または（２）に記載の焼結鉱の製造方法。
（４）前記装入層に導入する前記ガスの酸素濃度を２４体積％以上にする、（１）から（３）の何れか１つに記載の焼結鉱の製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の焼結鉱の製造方法を実施することにより、結合強度の高い疑似粒子にできるとともに装入層内の炭材の燃焼性を改善できる。擬似粒子の結合強度の向上と炭材の燃焼性の改善により、微粉鉄鉱石が凝集した擬似粒子が崩壊する前に当該擬似粒子の表面を焼結できる。これにより、粒径が１５０μｍ以下である微粉鉄鉱石を１０質量％より多く含有する鉄鉱石を焼結原料として使用した場合であっても、擬似粒子の粉化による通気性の悪化を抑制することができ、焼結時間の延長による焼結鉱の生産性の低下を抑制できる。また、本発明の焼結鉱の製造方法は、従来の焼結機を用いることができるので、簡便な設備を用いながら、粒径が１５０μｍ以下である微粉鉄鉱石を１０質量％より多く含有する鉄鉱石を含む焼結原料から、焼結鉱の生産性を低下させることなく焼結鉱を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】焼結鉱の製造方法を説明する図である。
【図２】焼結層が形成されていく過程を模式的に示した図である。
【図３】焼結途中における原料装入層内の圧力損失と温度の分布を模式的に示した図である。
【図４】ペレットフィードの有無における擬似粒子の粒度分布の差を示すグラフである。
【図５】本実施形態に係る焼結鉱の製造方法が適用できる焼結鉱の製造工程を示す模式図である。
【図６】粒径１５０μｍ以下の微粉比率と焼結鉱の生産率との関係を示すグラフである。
【図７】酸素濃度を２４体積％に増加した場合の粒径１５０μｍ以下の微粉比率と焼結鉱の生産率改善効果との関係を示すグラフである。
【図８】酸素濃度と焼結鉱生産率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、粒径が１５０μｍ以下である微粉鉄鉱石を含む焼結原料の装入層１０に酸素濃度を増加させた酸素富化空気を導入することによって、装入層１０内の炭材の燃焼性を改善させるとともに当該微粉鉄鉱石の５０質量％以上を成型物とすることで、擬似粒子の粉化による装入層１０の通気性の悪化を抑制して、焼結鉱の生産性の低下を抑制するものである。まず、粒径が１５０μｍ以下である微粉鉄鉱石を含む焼結原料の特性について説明する。
【００１９】
図４は、ペレットフィードの有無における擬似粒子の粒度分布の差を示すグラフである。図４において黒プロットは、粒径が１５０μｍ以下の微粉鉄鉱石であるペレットフィードが配合されていない鉄鉱石の粒度分布を示している。また、白プロットは、黒プロットで粒度分布が示された鉄鉱石に粒径が１５０μｍ以下の微粉鉄鉱石であるペレットフィードを４０質量％配合したものの粒度分布を示している。
【００２０】
図４に示すようにペレットフィードを４０質量％の比率で配合すると、黒プロットで示されていた粒度分布は、白プロットで示した粒度分布になる。すなわち、ペレットフィードを４０質量％の比率で混合させることで、細粒（０．５ｍｍ未満）のみならず、粗大（１０ｍｍ超）な擬似粒子も多く生成された。微粉鉄鉱石は、濡れ性が同じであれば細粒ほど比表面積が大きく水分をより吸収するので、粉体間に多くの水分を保持する。このため、微粉鉄鉱石は、微粉鉄鉱石ではない粗粒鉄鉱石に対して優先的に水分を吸収する。そして、水分を吸収するとともに微粉鉄鉱石どうしが凝集して、単に微粉鉄鉱石が凝集した粗大な擬似粒子が生成する。なお、本実施形態において、粒径および比率は、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１−１に準拠した目開きの篩いを用いて篩うことで原料を各粒度に分け、各粒度の質量をそれぞれ測定し、各粒度の質量と全体の質量から、各粒度の比率を算出している。例えば、「粒径１５０μｍ以下のペレットフィードを４０質量％配合する」とは、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１−１に準拠した公称目開き１５０μｍの篩を通過したペレットフィードを、鉄鉱石全体の質量に対する割合が４０％になるように配合することをいう。
【００２１】
このような微粉鉄鉱石が凝集した粗大な擬似粒子は結合強度が弱く、焼結機のパレット上に堆積されると、荷重（圧縮力）が加わったときに崩壊し、当該擬似粒子が粉化して装入層１０の空隙率を低下させる。これにより、装入層１０の通気性は悪化し、焼結原料の燃焼が阻害される。この結果、焼結鉱の焼結時間が長くなり、焼結鉱の生産性が低下する。
【００２２】
そこで、本実施形態の焼結鉱の製造方法では、焼結鉱の生産性の低下を抑制することを目的として、粒径が１５０μｍ以下である微粉鉄鉱石の一部を成型物とするとともに装入層１０に導入する酸素富化空気の酸素濃度を２３体積％より高くして装入層１０の炭材の燃焼性を向上させている。これにより、擬似粒子の結合強度を向上させるとともに焼結時における装入層１０の到達温度を高め、これにより、微粉鉄鉱石が凝集した擬似粒子が崩壊する前に当該擬似粒子の表面を焼結し、擬似粒子の崩壊を抑制している。この結果、擬似粒子の粉化による装入層１０の通気性の悪化が抑制され、焼結鉱の生産性の低下を抑制できる。なお、本実施形態において酸素富化空気は装入層１０に導入するガスの一例である。また、焼結原料に配合される炭材としては、粒径３ｍｍ未満が５０質量％以上である炭材を用いることが好ましい。粒径３ｍｍ未満が５０質量％以上である炭材を用いることで、炭材を装入層１０の上層へ偏析させるとともに燃焼性を高めることができ、装入層１０の焼結反応を促進できる。
【００２３】
一方、酸素の使用は焼結鉱製造コストの増加を招くので、酸素富化空気の酸素濃度を増加させる領域はできるだけ狭くすることが好ましい。酸素濃度を増加させることで、焼結時における装入層１０の温度を高めることができるので、酸素濃度を増加させる領域としては、常温の空気が装入層１０に導入され炭材の燃焼性が劣る領域を選択することが好ましい。すなわち、酸素濃度を増加させる領域を、常温の空気が装入層１０に導入され炭材の燃焼性が劣る点火炉１１の下流側から排鉱部までの焼結機機長方向の点火炉１１側とし、当該領域に導入される酸素富化空気の酸素濃度を増加させて炭材の燃焼性を改善させることが好ましい。
【００２４】
図５は、本実施形態に係る焼結鉱の製造方法が適用できる焼結鉱の製造工程を示す模式図である。図５において、図１と同じ設備には同じ符号を付して重複する説明を省略する。本実施形態に係る焼結鉱の製造方法では、複数のホッパー１から、焼結原料に含まれる粒径が１５０μｍ以下である微粉鉄鉱石の一部が切り出されて成型設備４で成型される。成型された微粉鉄鉱石は、ドラムミキサー２、３等によって擬似粒子に造粒された焼結原料に混合される。その後、焼結原料は、循環移動するパレット９に装入されて焼結され、焼結鉱が製造される。ドラムミキサー２ならびに成型設備４へは、それぞれ独立して任意の配合で複数のホッパー１から各種原料を切出すことができる。また、成型設備４で微粉鉄鉱石を成型する際には、セメント、ベントナイトなどの無機バインダーおよびピッチ、ＰＶＡ、α化澱粉などの有機バインダーのうち１種以上を添加して成型後の強度を向上させてもよい。また、ドラムミキサー２および成型設備４のいずれか一方、または、両方の前に混合設備を設けて撹拌混合を実施してもよい。
【００２５】
このように、本実施形態に係る焼結鉱の製造方法は、微粉鉄鉱石を成型する成型設備４および酸素増加装置１３を追加すれば既存の焼結機をそのまま用いて実施できる。このため、本実施形態に係る焼結鉱の製造方法は、簡便な設備を用いながら、粒径が１５０μｍ以下である微粉鉄鉱石を１０質量％より多く含有する鉄鉱石を含む焼結原料から、焼結鉱の生産性の低下を抑制しながら焼結鉱を製造できる。
【００２６】
上述したように、焼結原料の鉄鉱石に微粉鉄鉱石が多く含まれる場合に、微粉鉄鉱石どうしが単に凝集したにすぎない結合強度の弱い粗大な擬似粒子が生成するので、鉄鉱石中に粒径１５０μｍ以下の微粉鉄鉱石を多く含む場合に、本実施形態の焼結鉱の製造方法による焼結鉱の生産性低下の抑制効果が大きくなる。このため、本実施形態の焼結鉱の製造方法においては、焼結原料の鉄鉱石中に粒径１５０μｍ以下の微粉鉄鉱石を１０質量％より多く配合する。なお、本実施形態において、鉄鉱石とは、粒径が１５０μｍ以下である微粉鉄鉱石と、粒径が１５０μｍより大きい粗粒鉄鉱石を有する鉄鉱石を意味する。また、微粉鉄鉱石とは、鉱石の銘柄にかかわらず、鉄鉱石であって粒径が１５０μｍ以下である粒子の全てを指す。
【００２７】
また、後述する実験において、酸素濃度が２１体積％である空気を用いても焼結鉱の生産性低下の抑制効果がなかったことから、酸素富化空気の酸素濃度を２３体積％より高くしている。なお、酸素富化空気の酸素濃度の上限は、特に制限を設けなくてもよいが、酸素増加装置の焼損防止の観点から、酸素富化空気の酸素濃度は５０体積％以下とすることが好ましい。
【００２８】
また、点火炉１１の点火手段も特に限定するものではないが、製鉄所の副生ガスであるＣガス、ＢガスまたはＭガス等の気体燃料を用いたバーナーを用いることが好ましい。なお、製鉄所において多く使用されているＬＮＧやＬＰＧ、都市ガス等の気体燃料を用いたバーナーを使用してよい。また、装入層１０上表層の粉コークス等の凝結材を短時間で着火するために、バーナーに供給される支燃性ガス中の酸素濃度を増加させてバーナーの火炎温度を高めてもよい。
【００２９】
さらに、装入層１０の上層部に焼結に必要な温度を十分に確保することを目的として、装入層１０の上層部に気体燃料を供給してもよい。この場合に、点火炉１１の直後から排鉱部までの区間の概ね１／３の区間に、装入層１０の上方にフードを有する気体燃料供給装置を設け、その内部に気体燃料供給配管を配設して気体燃料を供給する。この気体燃供給装置を利用して、その内部に酸素供給配管を配設し、酸素ガスを供給し、酸素富化空気の酸素濃度を増加させてもよい。なお、気体燃料としては、Ｃガス、Ｂガス、Ｍガス、ＬＮＧ、ＬＰＧおよび都市ガスの少なくとも１種を用いてよい。
【実施例】
【００３０】
内径が３００ｍｍφ×高さが４００ｍｍの円筒状の焼結実験装置（以下、焼結鍋と記載する）を使用して焼結実験を行なった。粒径が１５０μｍ以下である微粉鉄鉱石は、一部をダブルロール式のブリッケットマシンを用いて機械的に圧密して１．５ｃｃの成型物とした。成型物の落下強度は、１ｍの高さから落下させた２００ｇの成型物における５ｍｍ以上の質量割合で評価した。５ｍｍ以上の成型物の質量割合は、落下後の成型物を目開き５ｍｍの篩で篩上となった成型物の質量を測定し、当該質量を全成型物の質量で除することで算出する。本実施例で用いた成型物の落下強度は５２質量％であった。
【００３１】
なお、本実施例ではバインダーを使用しないで微粉鉄鉱石を成型したが、上述したようにバインダーを添加して微粉鉄鉱石を成型してもよい。例えば、α化澱粉を１質量％添加して成型することで、成型物の落下強度を１．５倍程度高めることができる。これにより、強い衝撃が発生する搬送手段を用いることができるので、搬送設備の設計自由度が向上する。また、微粉鉄鉱石に石灰石などの副原料や炭材や粒径が１５０μｍより大きい鉄鉱石などの焼結鉱の原料を合計で２５質量％配合しても落下強度の低下は１割程度であり、微粉鉄鉱石に微粉鉄鉱石以外の焼結鉱の原料を配合したとしても成型物の落下強度の低下はほとんどない。
【００３２】
成型物の強度は、圧潰強度で評価される場合もあるが、水分を含む場合には搬送時の衝撃で崩壊するかについて圧潰強度で評価することは難しい。例えば、１０〜１５ｍｍ程度の粒径の成型物について、セメント等を入れて乾燥させた圧潰強度が５ｋｇｆ／ｐである成型物と、デンプンやポリビニルアルコールをバインダーとして使用した圧潰強度が１ｋｇｆ／ｐである成型物を比較した場合、圧潰強度はセメントを使用した成型物の方が高いが、コンベア等で搬送された後に５ｍｍ以上であった成形物の比率で比較すると、デンプンやポリビニルアルコールをバインダーとして使用した成型物の方が逆に高くなる。デンプンやポリビニルアルコールをバインダーとして使用した成型物は、湿潤状態で可塑性があり、落下衝撃を受けた場合に塑性的に変形するものの粒子が崩壊することが少ない。一方、セメント等を入れて乾燥させたブリケットでは落下衝撃を受けると脆性的に壊れてしまう。成型した原料を焼結機で使用するには、ドラムミキサーから焼結機の装入部までのベルトコンベヤでの乗り継ぎ等による落下衝撃に耐える必要があるので、その強度の評価方法としては、圧潰強度ではなく落下強度の方が好ましい。
【００３３】
成型物以外の焼結原料を直径１ｍのドラムミキサーを用いて、８ｒｐｍで３００秒間回転させて擬似粒子とし、成型物を所定の割合で混合した後、焼結実験装置に当該擬似粒子を４００ｍｍの厚さまで装入して装入層を形成させ、その上表面を、プロパンを燃料としたバーナーを用いて６０秒間加熱して点火し、焼結鍋の下部から７００ｍｍＡｑで吸引して、焼結ケーキを作製した。なお、擬似粒子と成型物を混合した焼結原料には、凝結材として粉コークスを５質量％添加した。また、いずれの実験も原料水分が平均７．５質量％で一定となるように調製した。
【００３４】
上記焼結実験においては、焼結鍋の下部から排出される燃焼排ガスの温度を測定し、点火からこの温度がピークに達した時点までの時間を焼結時間とした。また、焼結実験終了後、焼結ケーキを２ｍの高さから１回落下させ、１０ｍｍ篩目の上に残った焼結鉱を成品として定義した。焼結鉱の歩留は、１０ｍｍ以上の成品焼結鉱の質量を焼結ケーキの質量で除して算出した。また、焼結鍋の断面積（ｍ２）と、成品焼結鉱の重量（ｔ）と、焼結時間（ｈ）と、から単位炉床面積（ｍ２）、単位時間（ｈ）当たりの焼結鉱生産量（ｔ）である焼結鉱の生産率（ｔ／（ｈ×ｍ２））を算出した。
【００３５】
焼結実験において、点火から焼結時間の前半１／２の間、装入層に導入させる酸素富化空気の酸素濃度を２１体積％（酸素増加無し）〜５０体積％の範囲内で変化させた。各条件で焼結時間が異なるので、酸素濃度を増加させる時間を調整しながら繰り返し実験を実施し、酸素富化空気の酸素濃度を増加させる時間が焼結時間の前半の１／２となるように調整した。
【００３６】
焼結実験に用いた鉄鉱石は粒径１５０μｍより大きい粗粒鉄鉱石であり、縮分器を用いて２等分した一方の粗粒鉄鉱石を粉砕して、粒径１５０μｍ以下および粒径１５０μｍより大きい粒度のみ異なる２種の鉄鉱石を調製した。化学組成は、ＳｉＯ２が４．９質量％、Ａｌ２Ｏ３が１．８質量％であった。焼結原料の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）は、石灰石の配合量を調整して２．０とした。また、実際の焼結機で使用する焼結原料を模擬し、５ｍｍ以下の焼結鉱（返鉱）を２０質量％配合した。成型した微粉鉄鉱石を混合した焼結実験では、微粉鉄鉱石の５０質量％を成型物とし、残りの５０質量％を微粉鉄鉱石のまま使用した。
【００３７】
図６は、粒径１５０μｍ以下の微粉比率と焼結鉱の生産率との関係を示すグラフである。図６に示したグラフにおいて、横軸は鉄鉱石中の粒径が１５０μｍ以下の微粉鉄鉱石の比率を示す微粉化率（質量％）であり、縦軸は焼結鉱の生産率（ｔ／（ｈ×ｍ２））である。
【００３８】
図６から、酸素増加を行っていない場合、微粉化率の増加に伴って、焼結鉱の生産率が大幅に低下することがわかる。特に、微粉比率が１０質量％より高い条件では、微粉比率の増加により焼結鉱の生産率の低下（破線の傾き）が大きくなっている。微粉比率を１５質量％とした焼結試験の実施により得られた焼結ケーキを高さ方向に３等分し、上層、中層および下層に分けて焼結鉱の歩留を評価したところ、微粉比率１０質量％とした焼結試験と比較して、上層での焼結鉱の歩留の低下が大きく、これが焼結鉱の生産率を低下させる原因となっていた。
【００３９】
一方、焼結時間の前半で、酸素富化空気の酸素濃度を２４体積％に増加させた場合、微粉比率の増加に伴って、焼結鉱の生産率が低下するものの、その低下幅は酸素濃度を増加させていない場合に比べて小さくなっていた。同様に、微粉比率を１５質量％とした焼結試験の実施により得られた焼結ケーキを高さ方向で３等分し、上層、中層および下層の焼結鉱の歩留を評価したところ、酸素濃度を増加させていない場合と比較して上層での焼結鉱の歩留の低下が抑制されていた。
【００４０】
さらに、微粉鉄鉱石の５０質量％を成型物とした場合、微粉鉄鉱石をそのまま使用した場合に比べて、焼結鉱の生産率は大きく改善した。特に、微粉化率を２０質量％とした場合には、微粉鉄鉱石を含まない場合とほぼ同じ生産率となった。
【００４１】
次に、酸素濃度一定の条件で、微粉比率増加時における生産率の改善効果を比較した。図７は、酸素濃度を２４体積％に増加した場合の粒径１５０μｍ以下の微粉比率と焼結鉱の生産率改善効果との関係を示すグラフである。図７に示したグラフにおいて、横軸は図６の横軸と同じ微粉比率（質量％）であり、縦軸は、焼結鉱の生産率改善効果（ｔ／（ｈ×ｍ２））である。焼結鉱の生産率改善効果とは、微粉鉄鉱石の５０質量％を成型物とすることによって向上した焼結鉱の生産率を意味し、成型物比率を５０質量％とした場合の焼結鉱の生産率と、成型物比率を０質量％とした場合の焼結鉱の生産率との差を取ることによって算出した。
【００４２】
図７に示すように、微粉化率を１０質量％より高くした場合のグラフの傾きは、微粉化率１０質量％以下までのグラフの傾きより大きくなった。この結果から、鉄鉱石中の微粉化率を１０質量％より高くすることで、微粉鉄鉱石の５０質量％を成型物とすることによる生産率改善効果が高められることが確認された。なお、微粉鉄鉱石の５０質量％を成型物とすることによる生産率改善効果をさらに高めることができることから、鉄鉱石中の微粉化率を１５質量％以上とすることがより好ましい。
【００４３】
図８は、酸素濃度と焼結鉱生産率との関係を示すグラフである。図８に示したグラフにおいて、横軸は酸素富化空気の酸素濃度（体積％）であり、縦軸は焼結鉱の生産率（ｔ／（ｈ×ｍ２））である。図８に示すように、鉄鉱石中の微粉比率が０質量％の場合には、酸素富化空気の酸素濃度が増加するに従って焼結鉱の生産率は向上した。一方、鉄鉱石中の微粉比率が１５質量％であって、かつ、７．５質量％の微粉鉄鉱石を成型物とした場合には、鉄鉱石中の微粉比率が０の場合と同様に、酸素富化空気の酸素濃度が増加するに従って焼結鉱の生産率は向上するが、酸素濃度を２３体積％より高くすることで、焼結鉱の生産率は大きく向上し、微粉鉄鉱石を含まない場合に近い生産率となった。なお、焼結鉱の生産率をさらに向上できることから、酸素濃度を２４体積％以上とすることがより好ましい。
【００４４】
このように、鉄鉱石中の微粉比率を１５質量％以上とし、かつ、そのうちの５０体積％を成型物とした焼結原料を用いた場合において、酸素富化空気の酸素濃度を２３体積％より高くすることで焼結鉱の生産率を大きく向上できることが確認された。なお、鉄鉱石中の微粉比率を５０質量％より高くすると、装入層の通気性が悪化して安定した焼結ができなくおそれがある。このため、鉄鉱石中の微粉比率は５０質量％以下とすることが好ましい。
【００４５】
これらの結果は、微粉鉄鉱石の５０質量％を成型物とすることで擬似粒子の結合強度を向上させ、かつ、酸素濃度の増加により炭材の燃焼性を改善することで粒子表面での昇温速度が速くなり、短時間で表面の焼結反応が進行して擬似粒子の崩壊が抑制され、これにより、焼結鉱の生産率の低下を抑制できたためと考えられる。なお、本実施例では、粒径が１５０μｍ以下である微粉鉄鉱石の５０質量％を成型物とした例を示したが、これに限らない。微粉鉄鉱石の少なくとも一部を成型物とすれば、成型せずに微粉鉄鉱石のまま用いた場合よりも擬似粒子の粉化が抑制され、焼結鉱の生産率の低下を抑制できる。さらに、成型物とする微粉鉄鉱石が多いほど擬似粒子の粉化が抑制され、焼結鉱の生産率の低下が抑制されることから、微粉鉄鉱石の５０質量％以上を成型物とすることがより好ましい。
【００４６】
以上、説明したように、粒径が１５０μｍ以下の微粉鉄鉱石を１０質量％より多く含む鉄鉱石を焼結原料として用いた場合に、本実施形態の焼結鉱の製造方法を用いることで、微粉鉄鉱石が凝集した擬似粒子の粉化による通気性の悪化が抑制され、焼結鉱の生産性の低下を抑制できる。また、本実施形態の焼結鉱の製造方法は、スラグ成分の少ない難造粒性の微粉（粒径１５０μｍ以下）であるペレットフィードを多量に含む焼結原料から生産性の低下を抑制しながら焼結鉱を製造でき、当該焼結鉱を高炉原料に用いることで高炉操業のスラグ比の低減に寄与できる。
【符号の説明】
【００４７】
１  ホッパー
２  ドラムミキサー
３  ドラムミキサー
４  成型設備
５  サージホッパー
６  ドラムフィーダー
７  切り出しシュート
８  カットゲート
９  パレット
１０  装入層
１１  点火炉
１２  ウインドボックス（風箱）
１３  酸素増加装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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