(57)【要約】【課題】マグネタイト鉱石の配合比によらず、焼成後の鉄鉱石ペレットの強度をより確実に高めることができる鉄鉱石ペレットの製造方法を提供する。【解決手段】ヘマタイト鉱石（ＦｅＯ＜１５質量％）とマグネタイト鉱石（ＦｅＯ≧１５質量％）とを含む複数銘柄の鉱石と副原料とからなるペレット原料からなる生ペレットを乾燥、予熱、焼成して鉄鉱石ペレットとする鉄鉱石ペレットの製造方法において、前記ペレット原料中における、マグネタイト鉱石／（ヘマタイト鉱石＋マグネタイト鉱石）の質量比ＦＭに応じて、下記式を満足する範囲で、予熱温度ＴＰＨ（単位：℃）を設定する。    式  ＦＭ≦０．４のとき、ＴＰＨ≦１０００        ０．４＜ＦＭ＜０．６のとき、ＴＰＨ≦１４００−１００×ＦＭ        ＦＭ≧０．６のとき、ＴＰＨ≦８００【選択図】図１
2010163656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘマタイト鉱石とマグネタイト鉱石とを含む複数銘柄の鉱石と副原料とからなるペレット原料を造粒して生ペレットとする造粒工程と、
この生ペレットを乾燥する乾燥工程と、
この乾燥された生ペレットをプロセスガスにて予熱して予熱ペレットとする予熱工程と、
この予熱ペレットを焼成して鉄鉱石ペレットとする焼成工程と、
を備えた鉄鉱石ペレットの製造方法において、
前記ペレット原料中における、マグネタイト鉱石／（ヘマタイト鉱石＋マグネタイト鉱石）の質量比ＦＭに応じて、下記式を満足する範囲で、前記予熱工程におけるプロセスガスの温度ＴＰＨ（単位：℃）を設定することを特徴とする鉄鉱石ペレットの製造方法。
式  ＦＭ≦０．４のとき、ＴＰＨ≦１０００
０．４＜ＦＭ＜０．６のとき、ＴＰＨ≦１４００−１００×ＦＭ
ＦＭ≧０．６のとき、ＴＰＨ≦８００
ここに、ヘマタイト鉱石とは、化学分析によるＦｅＯ含有量が１５質量％未満の鉄鉱石をいい、マグネタイト鉱石とは、化学分析によるＦｅＯ含有量が１５質量％以上の鉄鉱石をいう。
【請求項２】
さらに、前記乾燥工程と前記予熱工程との間に、前記乾燥された生ペレットから結晶水を除去する離水工程を設けた請求項１に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉用原料などに使用される鉄鉱石ペレットを製造する方法に関し、詳しくはマグネタイト鉱石を配合したペレット原料を造粒して得られた生ペレットの最適な焼成条件に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鉱石ペレットを製造する方法としては、グレートキルン方式とトラベリンググレート方式が代表的である。
【０００３】
グレートキルン方式は、ペレットの乾燥工程から予熱工程までを移動式グレートで行い、焼成工程はグレートとは別に、ロータリキルンを用いる方法である。
【０００４】
一方、トラベリンググレート方式は、ペレットの乾燥工程から焼成工程までを移動式グレートのみで行う方法である。
【０００５】
ここで、グレートキルン方式によるペレットの製造は、トラベリンググレート方式によるペレット製造に比べて、焼成段階をロータリキルンにてより均一加熱で行うことができるので、鉄鉱石ペレットをより均一焼成できる長所がある。
【０００６】
しかしながら、グレートキルン方式によるペレットの製造では、キルンリングの成長が生産性を阻害する最大の要因である。キルンリングは、予熱後のペレット( 以下、「予熱ペレット」という。) の強度不足からキルン内でペレットが粉化して、これがキルン内でリング状の付着物を形成するものである。
【０００７】
予熱ペレットの強度を高めるための方策の一つとして、ペレット原料にマグネタイト鉱石を配合し、予熱段階において、このマグネタイト鉱石中のマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）がヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）へ酸化するときのヘマタイト結合を利用することが有効なことが知られている（非特許文献１参照）。
【０００８】
そこで、出願人は、マグネタイト鉱石の配合比が一定の条件下において、マグネタイト鉱石をヘマタイト結合が促進される粒度に粉砕し、ヘマタイト鉱石を所定の造粒原料粒度に合わせて粉砕し、これらを原料にしてペレットを製造することで、グレート内でのペレットのバースティング（爆裂）を防止しつつ、上記ヘマタイト結合を促進させることができ、グレートを通過するプロセスガスの温度や風量などの焼成条件を変更することなく、予熱ペレットの強度が高いペレットを製造する方法を提案した（特許文献１参照）。
【０００９】
一方、トラベリンググレート方式では、キルンを用いることなくグレート上でそのまま焼成することができるため、予熱ペレットの強度をそれほど高める必要がないものの、ペレット原料にマグネタイト鉱石を配合することで、マグネタイトからヘマタイトへの酸化発熱により焼結の進行が速くなるので、低温加熱でも強度が高くなる効果が得られる（非特許文献１参照）。
【００１０】
したがって、鉄鉱石の需給に依存するが、マグネタイト鉱石の配合比を増加させることができれば、上記特許文献１で提案したような複雑な粉砕工程を採用しなくても、ヘマタイト結合が促進され、予熱ペレットの強度を高めることが期待できる。
【００１１】
しかしながら、単にマグネタイト鉱石の配合比を増加させると焼成後の鉄鉱石ペレットの強度が却って低下する傾向を示す場合があり、マグネタイト鉱石を十分に使いこなせていない状況にあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平６−４９５４８号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】日本鉄鋼協会編、鉄鋼便覧、第３版、第２巻、発行所：日本鉄鋼協会、昭和５４年１０月１５日発行、ｐ．１２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明は、マグネタイト鉱石の配合比によらず、焼成後の鉄鉱石ペレットの強度をより確実に高めることができる鉄鉱石ペレットの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明者らは、グレートキルン方式のヒーティングパターンを模擬したラボ試験装置を用い、マグネタイト配合比と予熱工程におけるプロセスガスの温度（以下、「予熱温度」という。）とを種々変更して鉄鉱石ペレットの焼成試験を行った。そして、得られた鉄鉱石ペレットの圧潰強度に及ぼす、マグネタイト配合比と予熱温度との関係について調査した結果、鉄鉱石ペレットの圧潰強度を確保するためには、マグネタイト配合比と予熱温度との間には一定の関係を満足する必要があることを見出した。
【００１６】
上記知見に基づき、以下の発明を完成するに至った。
【００１７】
請求項１に記載の発明は、ヘマタイト鉱石とマグネタイト鉱石とを含む複数銘柄の鉄鉱石と副原料とからなるペレット原料を造粒して生ペレットとする造粒工程と、この生ペレットを乾燥する乾燥工程と、この乾燥された生ペレットをプロセスガスにて予熱して予熱ペレットとする予熱工程と、この予熱ペレットを焼成して鉄鉱石ペレットとする焼成工程と、を備えた鉄鉱石ペレットの製造方法において、前記ペレット原料中における、マグネタイト鉱石／（ヘマタイト鉱石＋マグネタイト鉱石）の質量比ＦＭに応じて、下記式を満足する範囲で、前記予熱工程におけるプロセスガスの温度ＴＰＨ（単位：℃）を設定することを特徴とする鉄鉱石ペレットの製造方法である。
式  ＦＭ≦０．４のとき、ＴＰＨ≦１０００
０．４＜ＦＭ＜０．６のとき、ＴＰＨ≦１４００−１００×ＦＭ
ＦＭ≧０．６のとき、ＴＰＨ≦８００
ここに、ヘマタイト鉱石とは、化学分析によるＦｅＯ含有量が１５質量％未満の鉄鉱石をいい、マグネタイト鉱石とは、化学分析によるＦｅＯ含有量が１５質量％以上の鉄鉱石をいう。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、さらに、前記乾燥工程と前記予熱工程との間に、前記乾燥された生ペレットから結晶水を除去する離水工程を設けた請求項１に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、マグネタイト鉱石の配合比に応じて予熱温度を所定温度範囲に設定することで、マグネタイト鉱石の配合比によらず、焼成後の鉄鉱石ペレットの強度をより確実に高めることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施に係るグレートキルン方式鉄鉱石ペレット製造装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】ペレット原料中のマグネタイト配合比ごとの、予熱温度と焼成ペレットの圧潰強度との関係を示すグラフ図である。
【図３】焼成ペレット内部のマクロ組織を示す断面図である。
【図４】予熱温度とペレット中心における酸素濃度との関係を示すグラフ図である。
【図５】マグネタイト配合比と成品強度低下開始予熱温度との関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、グレートキルン方式のペレット製造装置を用いて鉄鉱石ペレットを製造する場合を例に挙げて詳細に説明する。
【００２２】
〔実施形態〕
図１は、グレートキルン方式のペレット製造装置の一例であり、この装置は、造粒機（図示せず）、グレート炉１、ロータリキルン（以下、単に「キルン」ともいう。）９およびアニュラクーラ１１を備えている。この装置による鉄鉱石ペレットの製造工程は、造粒、乾燥、離水、予熱、焼成および冷却の各工程からなる。
【００２３】
〔造粒工程〕
ヘマタイト鉱石とマグネタイト鉱石とからなる複数銘柄の鉄鉱石に、石灰石やドロマイト等の副原料を配合したペレット原料に所定量の水分を添加し、ディスク型またはドラム型ペレタイザ等の造粒機にて生ペレットＧＰが造粒される。
【００２４】
ここに、本願発明においては、ヘマタイト鉱石とは、化学分析によるＦｅＯ含有量が１５質量％未満の鉄鉱石を意味するものとし、鉄鉱石中の酸化鉄成分の主体がヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）とその水和物であるゲーサイト（Ｆｅ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ）とで構成されるものである。また、マグネタイト鉱石とは、化学分析によるＦｅＯ含有量が１５質量％以上の鉄鉱石を意味するものとし、鉱石中の酸化鉄成分の主体がマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）で構成されるものである。なお、純粋鉱物のマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）のＦｅＯ含有量は約３１質量％であるが、鉄鉱石はＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の脈石成分を数質量％程度含有するので、マグネタイト鉱石のＦｅＯ含有量は、最大約３０質量％である。
【００２５】
〔乾燥工程〕
造粒された生ペレットＧＰは、グレート炉１に装入されるが、グレート炉１は、無端状をなす移動式グレート（以下、単に「グレート」という。）２によりこのグレート２上に敷かれた生ペレットＧＰを、乾燥室３、離水室４、予熱室５の順に各室の長手方向に移動させつつ、プロセスガスの下向き通風によって乾燥・離水・予熱して得られた予熱ペレットにキルン９での転動に耐えうる強度を付与するものである。
【００２６】
先ず、乾燥室３では、水分含有量８〜９質量％程度の生ペレットＧＰを２５０℃程度の雰囲気温度で乾燥させる。
【００２７】
〔離水工程〕
次いで、離水室４では、乾燥された生ペレットを４５０℃程度に昇温し、主に鉄鉱石中の結晶水を分解除去する。
【００２８】
〔予熱工程〕
次いで、予熱室５では、離水後（結晶水除去後）の生ペレットを、上記離水工程よりさらに高い温度まで予熱し、予熱ペレットにキルン９での転動に耐えうる強度を付与する。
【００２９】
具体的には、ペレット原料中におけるマグネタイト鉱石／（ヘマタイト鉱石＋マグネタイト鉱石）の質量比ＦＭ（以下、「マグネタイト配合比」ともいう。）に応じて、下記式（１）を満足する範囲で、上記予熱工程におけるプロセスガスの温度（予熱温度）ＴＰＨ（単位：℃）を設定する。
【００３０】
式（１）  ＦＭ≦０．４のとき、ＴＰＨ≦１０００
０．４＜ＦＭ＜０．６のとき、ＴＰＨ≦１４００−１００×ＦＭ
ＦＭ≧０．６のとき、ＴＰＨ≦８００
【００３１】
なお、予熱温度ＴＰＨは低くしすぎても予熱ペレットの強度が低下するので、上記式（１）を満足する上限温度から２００℃（さらには１００℃、特に５０℃）低い温度までの範囲で設定するのが推奨される。
【００３２】
ここで、上記式（１）の導出根拠を説明する。
【００３３】
図２は、先に述べたラボ試験装置による鉄鉱石ペレットの焼成試験の結果をまとめたものであり、より具体的には、マグネタイト配合比ＦＭと予熱温度との組合せを種々変更して、鉄鉱石ペレットを焼成し、焼成後の鉄鉱石ペレット（以下、「焼成ペレット」または「成品」とも呼ぶ。）の圧潰強度を測定した結果を、マグネタイト配合比ごとに示すものである。なお、ヘマタイト鉱石としては、南米産ヘマタイト鉱石（Ｔ．Ｆｅ＝６７．０質量％、ＦｅＯ＝１．３９質量％）を用い、マグネタイト鉱石としては、南米産マグネタイト鉱石（Ｔ．Ｆｅ＝６９．８質量％、ＦｅＯ＝２９．１３質量％）を用いた。また、ヒーティングパターンとしては、乾燥工程：１００℃×２０ｍｉｎ保持、離水工程：４００℃×１５ｍｉｎ保持、予熱工程：予熱温度（変数）×１５ｍｉｎ保持、焼成工程：［予熱温度→１２５０℃］×２５ｍｉｎ昇温＋１２５０℃×１０ｍｉｎ保持、の条件とし、全工程を通して大気雰囲気下で加熱を行った。
【００３４】
同図から明らかなように、マグネタイト配合比ＦＭが０．４以下［０（□印）、０．２（△印）、０．４（○印）］の場合には、圧潰強度は、予熱温度が１０００℃まではほぼ一定の値を示し、予熱温度が１０００℃を超えると低下する傾向を示す。これに対し、マグネタイト配合比ＦＭが０．６以上［０．６（＊印）、０．８（×印）］の場合には、圧潰強度は、予熱温度が８００℃で最高値を示し、予熱温度が上昇するとともに低下する傾向を示す。
【００３５】
また、図３は、焼成ペレットの断面をマクロ観察したものであるが、圧潰強度が高いもの［（ａ）、（ｂ）］ではペレット内部の緻密度が全体に亘ってほぼ均一であるのに対し、圧潰強度が低いもの［（ｃ）、（ｄ）］ではペレット内部に多数の大きな空隙や円弧状の亀裂が存在するのが観察される。
【００３６】
以上の結果から、マグネタイト鉱石を配合したペレットにおいて、予熱温度を高くしたり、マグネタイト配合比を高くしたりすると、焼成ペレットの圧潰強度が低下する傾向を示すのは、以下の理由によると推定される。
【００３７】
すなわち、予熱温度が高すぎたり、マグネタイト配合比が高すぎたりすると、ペレットの表面近傍ではプロセスガス中の酸素成分によりマグネタイトの酸化反応が促進されて焼結が急速に進行し組織が緻密化する。しかしながら、ペレットの表面近傍でガス中の酸素成分が消費されるとともに組織が緻密化するため、ペレット内部への酸素成分の拡散が阻害されペレット内部では酸素不足となり酸化反応が抑制され、焼結が遅れて組織の緻密化が不十分となる。この結果、ペレットの内部と表面近傍とで収縮度合いが異なり、大きな空隙や円弧状の亀裂が発生するものと考えられる。そして、このような、大きな空隙や円弧状の亀裂が起点となって破壊が進行するため、ペレットの強度が低下する。
【００３８】
図４に示すシミュレーション計算結果からも、上記メカニズムが支持される。なお、このシミュレーション計算は、ペレットのマグネタイト配合比１．０（すなわち、マグネタイト鉱石単味に相当）で、ペレット内部の温度は半径方向の位置によらず均一とし、雰囲気中の酸素濃度を１．０（相対値）とし、ペレット表面のガス境膜中とペレット内部の気孔内におけるガス拡散を考慮して、ペレット中心における酸素濃度を推算したものである（ただし、このシミュレーション計算では組織の緻密化は考慮していない。）。この計算結果より、予熱温度が８００℃のときは、ペレット中心でもまだかなり高い酸素濃度が維持されているのに対し、９００℃以上になると、ペレット中心における酸素濃度は大幅に低下し、酸素不足の状態になっていることがわかる。
【００３９】
以上の推定メカニズムをも考慮すれば、図２より、マグネタイト配合比に応じて、焼成ペレットの圧潰強度が低下する傾向を示す予熱温度以下の範囲の予熱温度で予熱するのが良いことがわかる。
【００４０】
そこで、図２より、各マグネタイト配合比ごとに、焼成ペレットの圧潰強度が低下し始める予熱温度（成品強度低下開始予熱温度）を求め、図５に、マグネタイト配合比と成品強度低下開始予熱温度との関係をプロットして示した。
【００４１】
同図に示すように、マグネタイト配合比を増加していくと、成品強度低下開始予熱温度は、あるところで急に低下することがわかった。発明者らは、このような現象は、パーコレーション理論により説明できると考え、同理論に基づき上記式（１）の関係（図５中の折れ線上および該折れ線より下方の領域に相当）を得た。
【００４２】
ここで、パーコレーション理論とは、例えば、Ａの材料にある程度Ｂの材料を混ぜていくと、あるところで電気抵抗などの物性が非線形に変化する現象を説明する理論であり、Ａの材料中全体にＢの材料のネットワークが形成されたときに混合材料の物性が、Ａの材料の物性からＢの材料の物性へと相転移的に変化するためと説明されている（例えば、特開２００６−１９３５５号の段落［００１４］、津田孝夫著，「モンテカルロ法とシミュレーション−電子計算機の確率論的応用−」，改訂版，株式会社培風館，１９７７年１１月１５日，ｐ．２３１−２３７などを参照）。
【００４３】
本発明にこの理論を当てはめると、ヘマタイト鉱石中にマグネタイト鉱石を添加していくと、マグネタイト鉱石が少ないときは、ヘマタイト鉱石同士の粒子間における、鉄および酸素原子の拡散で生じるヘマタイト結合（以下、「ヘマタイト起因のヘマタイト結合」という。）がペレットの強度を支配するのに対し、マグネタイト鉱石がある量に達すると、マグネタイト鉱石同士の粒子間における、マグネタイトの酸化に伴って生じるヘマタイト結合（以下、「マグネタイト起因のヘマタイト結合」という。）のネットワークがペレット中全体に構成され、ペレットの強度を支配するようになる。
【００４４】
ここに、後者のマグネタイト起因のヘマタイト結合は、前者のヘマタイト起因のヘマタイト結合よりも、低温で進行することが知られている（非特許文献１参照）。
【００４５】
したがって、マグネタイト鉱石がある量に達すると、成品強度低下開始予熱温度が急激に低下することとなる。
【００４６】
なお、同理論によれば、物性が非線形に変化する部分は、厳密に言えば滑らかな曲線状になる（上記の津田孝夫著，「モンテカルロ法とシミュレーション−電子計算機の確率論的応用−」，ｐ．２３２の図１１・１の点線のプロットを参照）が、本発明では、実用上の観点から折れ線状に近似した。
【００４７】
〔焼成工程〕
上記のようにして予熱されたペレット（予熱ペレット）は、ロータリキルン９に装入され、キルン９の回転により転動されながらキルン９の出口端部に設けられたキルンバーナ１０で輻射加熱され焼成される。上記予熱工程において、マグネタイト配合比に応じて、予熱温度が調整されているので、予熱ペレットはその内部まで均質に焼結していることから、焼成後のペレット（焼成ペレット）の組織も均質なものとなり、安定して高い強度の鉄鉱石ペレットが得られる。
【００４８】
（変形例）
上記実施形態では、ロータリキルン方式を例に挙げて説明したが、本発明はトラベリンググレート方式にも当然に適用しうるものである。
【００４９】
また、上記実施形態では、離水工程（離水室）を有する例を示したが、ペレット原料中の結晶水が少ない場合には、離水工程（離水室）を省略してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１…グレート炉
２…移動グレート（グレート）
３…乾燥室
４…離水室
５…予熱室
９…ロータリキルン（キルン）
１０…キルンバーナ
１１…アニュラクーラ
ＧＰ…生ペレット
【図１】
2010163656.tif 000003
【図２】
2010163656.tif 000004
【図３】
2010163656.tif 000005
【図４】
2010163656.tif 000006
【図５】
2010163656.tif 000007