(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結鉱製造工程において、固体燃料粉を含まないか若しくは全固体燃料粉のうちの３０質量％未満の固体燃料粉を含む配合原料を１次造粒した後、該１次造粒物に全固体燃料粉又は全固体燃料粉のうち１次造粒工程で配合されなかった残余の固体燃料粉を加えて２次造粒することにより、表層部に固体燃料粉が被覆された擬似粒子を形成し、該擬似粒子を焼結機パレット上に、擬似粒子の粒度が原料装入層高さ方向で下層側＞上層側となるような粒度分布を有する状態に装入し、該原料装入層を焼成することにより、ＳｉＯ２成分が５．０質量％以下、ＣａＯ成分とＦｅＯ成分の質量比［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］が１．５５以上である低ＳｉＯ２焼結鉱を製造し、該低ＳｉＯ２焼結鉱を単味若しくは他の装入原料と配合して炉頂から装入し、Ｓｉ濃度が０．３質量％以下の低Ｓｉ溶銑を得ることを特徴とする低ＳｉＯ２焼結鉱を用いた高炉操業方法。
【請求項２】
ＳｉＯ２成分が５．０質量％以下、ＣａＯ成分とＦｅＯ成分の質量比［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］が１．５５以上である低ＳｉＯ２焼結鉱を、高炉に装入する主原料中の割合で６０質量％以上とすることを特徴とする請求項１に記載の低ＳｉＯ２焼結鉱を用いた高炉操業方法。
【請求項３】
焼結鉱製造工程において、タンブラー強度（＋１０ｍｍ）が６７〜６９％、被還元性（ＲＩ）が７０〜７２％である低ＳｉＯ２焼結鉱が、生産率１．９Ｔ／ｈ／ｍ２以上で製造されることを特徴とする請求項１又は２に記載の低ＳｉＯ２焼結鉱を用いた高炉操業方法。
【請求項４】
固体燃料粉を含まないか若しくは全固体燃料粉のうちの３０質量％未満の固体燃料粉を含む配合原料を１次造粒した後、該１次造粒物に全固体燃料粉又は全固体燃料粉のうち１次造粒工程で配合されなかった残余の固体燃料粉を加えて２次造粒することにより、表層部に固体燃料粉が被覆された擬似粒子を形成し、該擬似粒子を焼結機パレット上に、擬似粒子の粒度が原料装入層高さ方向で下層側＞上層側となるような粒度分布を有する状態に装入し、該原料装入層を焼成することにより、ＳｉＯ２成分が５．０質量％以下、ＣａＯ成分とＦｅＯ成分の質量比［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］が１．５５以上である焼結鉱を製造することを特徴とする低ＳｉＯ２焼結鉱の製造方法。
【請求項５】
タンブラー強度（＋１０ｍｍ）が６７〜６９％、被還元性（ＲＩ）が７０〜７２％である低ＳｉＯ２焼結鉱を生産率１．９Ｔ／ｈ／ｍ２以上で製造することを特徴とする請求項４に記載の低ＳｉＯ２焼結鉱の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
高炉の低Ｓｉ操業に好適な低ＳｉＯ２焼結鉱を用いた高炉の操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉−転炉法による銑鋼一貫プロセスでは、最近、製鋼工程における脱燐効率の向上および脱燐スラグ発生量の抑制の観点から、高炉における低Ｓｉ操業が要求されている。この高炉の低Ｓｉ操業では低Ｓｉ濃度の溶銑が長期間安定して出銑されることが要求され、一般には溶銑中Ｓｉ濃度が安定して０．３質量％以下であることが求められる。
【０００３】
溶銑中のＳｉについては、コークス灰分またはスラグ中に含まれるＳｉＯ２成分が高炉内でＳｉＯガスとなり、これが銑鉄中に移行して溶銑中Ｓｉとなると考えられており、このため溶銑中Ｓｉ濃度を低減して高炉の低Ｓｉ操業を実現するために、(1)ＳｉＯガス発生を抑制する、(2)ＳｉＯガスから銑鉄中へのＳｉ移行反応を抑制する、(3)溶銑中に移行したＳｉを脱珪する等の観点から種々の操業方法が提案されている。
【０００４】
その一つとして、高炉装入原料である焼結鉱として低ＳｉＯ２高被還元性焼結鉱を用いる方法がある。この方法は、(1)ＳｉＯガス発生の抑制及び、(2)ＳｉＯガスから銑鉄中へのＳｉ移行反応の抑制を狙いとするものであり、例えば、特公平５−５９９７２号公報には、通常の焼結鉱製造方法において、ＳｉＯ２成分が３．５質量％以下のゲーサイトを含む鉄鉱石粉を原料として、含ＣａＯ副原料粉の配合比率を（ＣａＯ％−１．２×ＳｉＯ２％）／（Ｆｅ％）の比で０．０８〜０．２５とすることにより、粒状ヘマタイトの生成を抑制し、針状カルシウム・フェライト主体の組織を得ることによって、ＳｉＯ２成分が４質量％以下で高被還元性の焼結鉱が得られることが示されている。
【０００５】
また、特開平９−１３１０７号公報には、高微粉炭吹き込み高炉操業における出銑比等の改善を目的として、ＳｉＯ２成分の含有量が４．０〜４．８質量％であって、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ及びＣａＯの各成分の含有量が所定の範囲に規制された低ＳｉＯ２高被還元性焼結鉱を用いる高炉操業方法が示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者らによる種々の実験と検討の結果、これら従来技術に示される焼結鉱をはじめとして、従来の焼結鉱製造技術で製造される低ＳｉＯ２焼結鉱では、高炉の低Ｓｉ操業の安定的な実施、具体的には溶銑中Ｓｉ濃度が０．３質量％以下に安定して維持されるような低Ｓｉ操業の実施は困難であることが判った。その理由については後に詳述する。
【０００７】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、高炉において長期間安定した低Ｓｉ操業、好ましくは溶銑中Ｓｉ濃度が安定して０．３質量％以下に維持されるような低Ｓｉ操業を可能ならしめる、低ＳｉＯ２焼結鉱を用いた高炉操業方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
[1] 焼結鉱製造工程において、固体燃料粉を含まないか若しくは全固体燃料粉のうちの３０質量％未満の固体燃料粉を含む配合原料を１次造粒した後、該１次造粒物に全固体燃料粉又は全固体燃料粉のうち１次造粒工程で配合されなかった残余の固体燃料粉を加えて２次造粒することにより、表層部に固体燃料粉が被覆された擬似粒子を形成し、該擬似粒子を焼結機パレット上に、擬似粒子の粒度が原料装入層高さ方向で下層側＞上層側となるような粒度分布を有する状態に装入し、該原料装入層を焼成することにより、ＳｉＯ２成分が５．０質量％以下、ＣａＯ成分とＦｅＯ成分の質量比［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］が１．５５以上である低ＳｉＯ２焼結鉱を製造し、該低ＳｉＯ２焼結鉱を単味若しくは他の装入原料と配合して炉頂から装入し、Ｓｉ濃度が０．３質量％以下の低Ｓｉ溶銑を得ることを特徴とする低ＳｉＯ２焼結鉱を用いた高炉操業方法。
[2] 上記[1]の高炉操業方法において、ＳｉＯ２成分が５．０質量％以下、ＣａＯ成分とＦｅＯ成分の質量比［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］が１．５５以上である低ＳｉＯ２焼結鉱を、高炉に装入する主原料中の割合で６０質量％以上とすることを特徴とする低ＳｉＯ２焼結鉱を用いた高炉操業方法。
[3] 上記[1]又は[2]の高炉操業方法において、焼結鉱製造工程において、タンブラー強度（＋１０ｍｍ）が６７〜６９％、被還元性（ＲＩ）が７０〜７２％である低ＳｉＯ２焼結鉱が、生産率１．９Ｔ／ｈ／ｍ２以上で製造されることを特徴とする低ＳｉＯ２焼結鉱を用いた高炉操業方法。
[4] 固体燃料粉を含まないか若しくは全固体燃料粉のうちの３０質量％未満の固体燃料粉を含む配合原料を１次造粒した後、該１次造粒物に全固体燃料粉又は全固体燃料粉のうち１次造粒工程で配合されなかった残余の固体燃料粉を加えて２次造粒することにより、表層部に固体燃料粉が被覆された擬似粒子を形成し、該擬似粒子を焼結機パレット上に、擬似粒子の粒度が原料装入層高さ方向で下層側＞上層側となるような粒度分布を有する状態に装入し、該原料装入層を焼成することにより、ＳｉＯ２成分が５．０質量％以下、ＣａＯ成分とＦｅＯ成分の質量比［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］が１．５５以上である焼結鉱を製造することを特徴とする低ＳｉＯ２焼結鉱の製造方法。
[5] 上記[4]の製造方法において、タンブラー強度（＋１０ｍｍ）が６７〜６９％、被還元性（ＲＩ）が７０〜７２％である低ＳｉＯ２焼結鉱を生産率１．９Ｔ／ｈ／ｍ２以上で製造することを特徴とする低ＳｉＯ２焼結鉱の製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、低ＳｉＯ２焼結鉱を用いた高炉の低Ｓｉ操業を実現すべく、低ＳｉＯ２焼結鉱の成分組成と溶銑中Ｓｉ濃度との関係について詳細な検討を行った。その結果、溶銑中のＳｉ濃度は、焼結鉱中のＳｉＯ２含有量だけでなくＣａＯ成分とＦｅＯ成分の比率（ＣａＯ成分とＦｅＯ成分の質量比［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］）に大きく影響され、焼結鉱中の［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］をある特定の水準以上とすることにより、低ＳｉＯ２焼結鉱を用いた高炉操業において溶銑中Ｓｉ濃度を安定して低減化できることを見い出した。
【００１０】
以下、このような知見を得るに至った経緯と、この知見事実に基づく本発明の詳細を説明する。
図１は、ＳｉＯ２含有量が５．０質量％以下の低ＳｉＯ２焼結鉱を用いた高炉操業において、使用された焼結鉱中のＣａＯ成分とＦｅＯ成分の質量比［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］と得られた溶銑中のＳｉ濃度との関係について本発明者らが調査した結果を示している。
【００１１】
同図中、○印が従来の国内の代表的な高炉での操業例の結果を示しており、これら従来の操業例では溶銑中Ｓｉ濃度が０．３質量％を下回るものはなく、また、使用された何れの低ＳｉＯ２焼結鉱も［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］は１．５５未満の低い水準にある。
これに対し、●印は本発明者らが独自の製法により製造した低ＳｉＯ２焼結鉱を用いた操業例の結果を示しており、この操業例では溶銑中Ｓｉ濃度：０．３質量％以下が安定的に達成されており、一方、使用した低ＳｉＯ２焼結鉱の［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］の値は従来の操業例で使用した焼結鉱のそれよりも高く、いずれも１．５５以上の値となっている。
【００１２】
このような図１の結果からして、各高炉の操業条件が異なるにも拘わらず溶銑中Ｓｉ濃度と焼結鉱中の［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］の間には概ね逆比例の相関関係が認められ、従来の低ＳｉＯ２焼結鉱を用いた高炉操業において溶銑中Ｓｉ濃度を十分に低減化できなかったのは、焼結鉱中の［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］の値が低いためであることが強く示唆される。
【００１３】
上記のように、従来行われている低ＳｉＯ２焼結鉱を用いた高炉操業において、溶銑中Ｓｉ濃度：０．３質量％以下の水準が安定して維持されるような低Ｓｉ操業ができなかったのは、［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］の値が低い焼結鉱を用いていたためであると考えられるが、より根本的な理由としては、従来の焼結鉱製造技術では低ＳｉＯ２含有量で且つ［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］が高い焼結鉱（例えば、ＳｉＯ２含有量：５．０質量％以下、［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］：１．５５以上）を工業規模で製造することができず、実操業で使用できるような焼結鉱が事実上存在していなかったためであると考えられる。このため先に明らかにしたような低ＳｉＯ２焼結鉱中の［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］と溶銑中Ｓｉ濃度との相関関係についても、従来では全く明らかにされていなかった。
【００１４】
一般に、従来製造されている焼結鉱では、焼結鉱中のＳｉＯ２含有量を低下させると焼結過程でのスラグ生成量が減少して焼結鉱の強度低下をきたし、このため成品歩留まりが悪化して生産性が著しく低下する。したがって、焼結鉱の強度を確保し生産性の著しい低下を防止するには、固体燃料粉（通常、粉コークス）の配合比率を高めて焼成熱量を増大させることが必要であるが、このように固体燃料粉の配合比率を高めて焼成熱量を増大させると、焼結鉱中のＦｅＯ生成量も増大するため、必然的に［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］の値が低くなってしまう。したがって、従来製造されている焼結鉱においては、ＳｉＯ２含有量を低減させることとＦｅＯ含有量を低減させること（並びに［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］の値を高めること）とは両立しない関係にある。
【００１５】
ＳｉＯ２含有量が５．０質量％以下の低ＳｉＯ２焼結鉱を用いる高炉操業の従来技術としては、高炉の低Ｓｉ操業を目的としたものではないが、ＦｅＯ成分を４．５〜６．５質量％とした低ＳｉＯ２焼結鉱を使用することが特開平９−１９４９１４号公報に示されている。しかし、このような低ＦｅＯ量の低ＳｉＯ２焼結鉱、特にＦｅＯ成分が６質量％以下の低ＳｉＯ２焼結鉱を従来の焼結鉱製造技術により実操業で製造するには、配合原料中の固体燃料粉量を低減させる必要があり、この結果、成品強度若しくは生産率の著しい低下を招き、これらのいずれかを大幅に犠牲にせざるを得ない。
【００１６】
すなわち、従来の焼結鉱の製造方法によれば、ＦｅＯ成分が略６質量％程度までの低ＳｉＯ２焼結鉱であれば、成品強度若しくは生産率を著しく低下させることなく製造可能であるが、ＦｅＯ成分がより少ない焼結鉱を得るためには固体燃料粉量の低減が不可欠であり、このため通常の生産率で製造した場合には成品強度が著しく低下し、一方、所望の成品強度を得ようとすると焼結時間を確保するために生産率を極端に下げざるを得ず、いずれにしても高炉の実操業に適用できるような高品質で且つ大量生産可能な低ＳｉＯ２焼結鉱は得られない。この点、上記特開平９−１９４９１４号公報では良好な成品強度（落下強度ＳＩ）が得られるとしているが、仮にそのような成品強度を得ようとすれば、上述したように生産率を極端に下げる必要があり、このため同公報に示されるような低ＳｉＯ２焼結鉱を実操業において大量生産することは殆ど不可能であると言ってよい。
【００１７】
したがって、この特開平９−１９４９１４号公報に示され、或いはこれに類するような低ＦｅＯ量の低ＳｉＯ２焼結鉱が高炉の実操業で使用されたという報告例は未だかつてなく、当然のことながら、図１に示すような焼結鉱中の［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］と溶銑中Ｓｉ濃度との関係が高炉の実操業で検証された例もない。
【００１８】
これに対して、図１の●印に示す操業例で用いた焼結鉱は、本発明者らが独自に開発した全く新たな製法により製造された低ＳｉＯ２焼結鉱であり、この低ＳｉＯ２焼結鉱は成品強度や生産率を低下させることなく低ＦｅＯ量及び高［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］を実現できることが判った。すなわち、本発明者らはこのような低ＳｉＯ２焼結鉱をはじめて製造し、この低ＳｉＯ２焼結鉱を用いた高炉の実操業の結果に基づき、図１に示すような焼結鉱中の［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］と溶銑中Ｓｉ濃度との関係を見い出したものである。
【００１９】
上記のような低ＳｉＯ２含有量で、しかも［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］の値の高い焼結鉱は、固体燃料粉の配合比率を低減化した上で、擬似粒子における固体燃料粉の効率的な燃焼と原料装入層高さ方向での均一な熱量分布を確保するために、擬似粒子内での固体燃料粉の分布形態を含めた擬似粒子構造と焼結機における原料装入層高さ方向での原料装入形態を適正化することにより製造することができる。この低ＳｉＯ２焼結鉱は、成品強度としてタンブラー強度（＋１０ｍｍ）６７〜６９％という従来の製造方法で得られる焼結鉱に較べて遜色ない成品強度を確保でき、また、生産率も１．９（Ｔ／ｈ／ｍ２）以上が確保できる。その具体的な製造方法については、後に詳述する。
【００２０】
図１に示す結果に基づき、低ＳｉＯ２焼結鉱中の［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］と溶銑中Ｓｉ濃度との関係についてより詳細な検討を行った。すなわち、ＳｉＯ２含有量が５．０質量％以下であって、［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］が約１．３〜２．１の範囲の低ＳｉＯ２焼結鉱を使用した高炉操業を実施し、焼結鉱中の［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］が溶銑中Ｓｉ濃度に及ぼす影響を調査した。その結果を図２に示す。これによれば、使用する焼結鉱のＳｉＯ２含有量が５．０質量％以下であって、且つ［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］が１．５５以上の場合にのみ、溶銑中Ｓｉ濃度を０．３質量％以下に安定して維持できることが判る。
【００２１】
このため本発明では、低ＳｉＯ２焼結鉱の組成としてＳｉＯ２成分が５．０質量％以下であるとともに、［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］の質量比が１．５５以上であることを条件とする。
このような本発明の低ＳｉＯ２焼結鉱は被還元性も高く、ＪＩＳ−ＲＩ値で７０〜７２％という高被還元性が得られる。これは、粉コークスを外装化することにより粉コークス量を低減できるためであり、より具体的には成品焼結鉱の［ＦｅＯ％］を６．０〜５．０質量％程度に低減できることによるものである。
【００２２】
また、本発明の低ＳｉＯ２焼結鉱中の［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］は、以下に述べるような理由から１．６７〜２．２０の範囲とすることが特に好ましい。
すなわち、焼結鉱の組成としては、［ＣａＯ％］が高い方が還元性の良好な多孔質のカルシウムフェライトが生成しやすく、また、高炉内で生成するＳｉＯガスの活量を下げてＳｉの溶銑中への移行が抑制されやすくなり、この結果、安定した低Ｓｉ操業の実施には有利になる。したがって、焼結鉱中の［ＣａＯ％］は１０質量％以上であることが望ましいが、一方において、塩基度［ＣａＯ％］／［ＳｉＯ２％］が高すぎると高炉内でスラグの生成が円滑に行われなくなり、このため［ＣａＯ％］は１１質量％程度が上限となる。また、焼結鉱中の［ＦｅＯ％］については、本発明の焼結鉱は粉コークスを外装化して製造されるとはいえ、［ＦｅＯ％］を過度に低下させようとすると粉コークスの絶対量が減少して焼成熱量が過度に不足するため、せいぜい６．０〜５．０質量％程度が最も製造し易い範囲となる。したがって、以上の［ＣａＯ％］と［ＦｅＯ％］の好ましい範囲からして［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］の特に好ましい範囲は１．６７〜２．２０となる。
【００２３】
一方、焼結鉱中のＣａＯ濃度が過剰であることにより［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］が高くなり過ぎると、焼結鉱組織中に吸湿性のある未反応フリーライムが生成して空気中の水分により焼結鉱を崩壊粉化させ、ヤード備蓄する際に問題が生じやすく、また、焼結鉱中のＦｅＯ濃度が過少であることにより［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］が高くなり過ぎると、焼結鉱組織中のヘマタイト量が増大して還元粉化性が悪化するという問題があるが、［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］が略３．０以下であればこれらの問題は生じないことも判明した。したがって、［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］の質量比の上限は３．０程度とすることが好ましい。
【００２４】
本発明の低ＳｉＯ２焼結鉱を用いた高炉操業では、本発明の低ＳｉＯ２焼結鉱を単味若しくは他の装入原料と配合して炉頂から装入し、低Ｓｉ溶銑を製造するが、この場合、一般には本発明の低ＳｉＯ２焼結鉱を主原料中の割合で６０質量％以上とすることで、低Ｓｉ溶銑を安定的に得ることができる。したがって、例えば主原料中に占める焼結鉱の割合が８０質量％である場合でも、主原料中の６０質量％以上が本発明の低ＳｉＯ２焼結鉱であれば、残りは通常の焼結鉱でよい。
但し、本発明の低ＳｉＯ２焼結鉱と通常の焼結鉱を併用する場合には、通常の焼結鉱についてもＳｉＯ２成分が５．０質量％以下のものを用いることが、高炉の低Ｓｉ操業の安定化のために特に好ましい。
【００２５】
次に、上述した成分組成を有する本発明の低ＳｉＯ２焼結鉱の好ましい製造方法について説明する。
焼結鉱を製造するに当って、成品焼結鉱中のＳｉＯ２含有量とＣａＯ含有量を目標値に調整することは配合原料の成分調整で可能であるが、成品焼結鉱のＦｅＯ含有量は、焼成の結果であるため原料配合段階で予め調整することができない。したがって、成品焼結鉱のＦｅＯ含有量を目標値に調整するためには、焼成条件、特に焼成熱量の制御が重要である。
【００２６】
上述したように従来の焼結鉱の製造方法（所定の生産率と成品強度が得られる実操業での製造方法）では、焼結鉱の低ＳｉＯ２化と低ＦｅＯ化を同時に達成することはできない。これは先に述べたように、原料鉱石粉中のＳｉＯ２含有量を低減させると焼結時のスラグ成分が減少するため成品焼結鉱の強度が低下する傾向にあり、このため生産率を維持しつつ所望の成品強度を確保するためには固体燃料粉を増量して強熱で焼成する必要があるが、固体燃料粉を増量するとＦｅＯ生成量が増大してしまうからである。
【００２７】
本発明者らは、ＳｉＯ２成分：５．０質量％以下の低ＳｉＯ２焼結鉱において、成品強度や生産率を低下させることなく、生成するＦｅＯ量が少なく且つ［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］：１．５５以上を確保できる焼結鉱組織およびその焼結プロセスについて検討を行い、その結果、低ＳｉＯ２含有量で且つＦｅＯ生成量が少ない焼結鉱を得るためには、焼結原料中への固体燃料粉の配合比率、固体燃料粉の燃焼性に大きな影響を与える擬似粒子内での固体燃料粉の分布形態を含めた擬似粒子構造、さらには、焼結機における原料装入層高さ方向での均一な熱量分布を得るための原料装入形態を適正化することが重要であり、固体燃料粉の配合比率を低減化した上で、擬似粒子における固体燃料粉の効率的な燃焼と原料装入層高さ方向での均一な熱量分布を確保するために、擬似粒子内での固体燃料粉の分布形態を含めた擬似粒子構造と原料装入層高さ方向での原料装入形態を適正化することにより、より具体的には、造粒工程での固体燃料粉の外装化と焼結機パレットへの装入工程での偏析装入との組み合わせにより、上記した所望の組成を有する低ＳｉＯ２焼結鉱が得られることが判った。
【００２８】
図３は本発明の低ＳｉＯ２焼結鉱の製造フローの一例を示しており、Ｂ粉１、返鉱３、媒溶材４等の配合原料（場合によっては、さらに固体燃料粉２の一部を添加）を１次ドラムミキサー５（または１次皿型造粒機）に装入し、適量の水分を加えて調湿、混合、造粒して１次造粒物を得る。次いで、この１次造粒物に固体燃料粉２を加え、２次ドラムミキサー６（または２次皿型造粒機）で２次造粒することにより、表層部に固体燃料粉が被覆（外装）された擬似粒子を形成する。この擬似粒子は図示しない原料装入装置を介して焼結機７のパレット上に装入されるが、この際、焼結時に原料装入層高さ方向で均一な熱量分布が得られるようにするため、擬似粒子が層高方向に所定の粒度偏析を持った原料装入層を形成する。
【００２９】
前記Ｂ粉１は粒径が０．１２５ｍｍ以下の粒子の割合が３０質量％未満の通常の焼結用粉鉱石であって、例えば、ＭＢＲ、カラジャス、ＣＶＧに代表される低ＳｉＯ２含有鉱石を単銘柄で若しくは複数銘柄を適宜配合して用いる。通常、このＢ粉１は焼結鉱のＳｉＯ２含有量が５．０質量％以下、Ｆｅ含有量が５６質量％以上になるように調整して用いる。一般に、焼結鉱中のＦｅ含有量が５６質量％未満では、焼結過程で脈石と石灰石が反応してカルシウムシリケート系スラグが増加し、これが被還元鉄酸化物であるヘマタイト、カルシウムフェライト、マグネタイトなどの組織を覆った焼結緻密組織となり易いため好ましくない。
固体燃料粉２としては一般に粉コークスが用いられるが、これ以外にチャー、無煙炭、石油コークス、石炭を用いることができ、また、これらの混合物を用いてもよい。
【００３０】
本発明の低ＳｉＯ２焼結鉱を製造する上で、固体燃料粉２の配合量と擬似粒子内における分布形態が非常に重要な要素となる。
先ず、固体燃料粉２の配合量は、ＦｅＯの生成量を極力抑制するために必要最低限にとどめることが好ましく、具体的には固体燃料粉の配合量は成品焼結鉱１ｔ当たり４４ｋｇ以下とすることが好ましい。
【００３１】
また、固体燃料粉２の擬似粒子内での分布形態については、固体燃料粉の大部分が擬似粒子の表層部に外装（被覆）される必要がある。このように固体燃料粉を擬似粒子に対して外装化する狙いの一つは、固体燃料粉の多くを擬似粒子表層部に存在させることで固体燃料粉の燃焼性を向上させ、固体燃料粉の配合量の低減化に伴う焼成熱量の不足を補うことにある。すなわち、擬似粒子の表面に被覆された固体燃料粉は擬似粒子内部に包含される場合に較べて燃焼効率が高いため、固体燃料粉量を増加させずに焼成熱量を増加させることができる。また、固体燃料粉の外装化のもう一つの狙いは、固体燃料粉が燃焼する際の擬似粒子内部への過剰な熱供給を抑制し、これにより上記固体燃料粉配合量の低減化と相俟ってＦｅＯの生成量を極力抑制するようにするためである。
【００３２】
固体燃料粉２は、２次造粒工程（通常、ドラムミキサーによる造粒工程）で実質的に全量を擬似粒子表層部に外装してもよいが、一部を１次造粒工程（通常、ドラムミキサーによる造粒工程）で添加し、残量分を２次造粒工程で擬似粒子表層部に外装するようにしてもよい。但し、上述した固体燃料粉の外装化による効果を確実に得るためには、固体燃料粉２の一部を１次造粒工程で添加する場合の添加量は固体燃料粉の全配合量の３０質量％未満とし、残りの７０質量％以上の固体燃料粉は２次造粒工程で擬似粒子の表層部に外装することが必要である。また、１次造粒工程での固体燃料粉の添加量が３０質量％以上になると、焼結過程で擬似粒子内部に拡散する酸素量に対して擬似粒子内の固体燃料粉量の比率が高過ぎ、固体燃料粉の燃焼が著しく遅くなる結果、焼結時間が延び、生産率の低下を招くため好ましくない。
【００３３】
本発明の低ＳｉＯ２焼結鉱の製造においては、上記のように固体燃料粉を擬似粒子の表層部に外装（被覆）することと、以下に述べるような擬似粒子を焼結機パレット上に粒度偏析装入（層高方向で粒度分布をもつような装入）することとの組み合わせにより、擬似粒子における固体燃料粉の効率的な燃焼の確保、擬似粒子内部への過剰な熱供給の抑制、さらには原料装入層高さ方向での均一な熱量分布の確保が図られ、これら複合的な作用により成品強度および生産率が高水準に維持されつつ、ＦｅＯ生成量の少ない焼結鉱が得られるものである。
【００３４】
一般に、焼結時の原料装入層はその高さ方向における下層部側ほど熱レベルが高い傾向にある。すなわち、原料装入層の下層部側は固体燃料粉の燃焼熱に加えて上中層部からの高温燃焼ガスが流入するため熱レベルが高く、熱余剰を生じやすい。一方、原料装入層の上層部側は固体燃料粉の燃焼と同時に室温の空気を吸い込むため熱レベルが低く、熱不足を生じ易い。したがって、擬似粒子が受ける熱レベルを原料装入層の高さ方向で均一にするには、原料装入層の上層部側には固体燃料粉濃度の高い擬似粒子を、また、下層部側には固体燃料粉濃度の低い擬似粒子を装入することが必要となる。
【００３５】
ここで、擬似粒子の固体燃料粉濃度は、固体燃料粉が擬似粒子に内装されている場合には擬似粒子の粒径に拘りなくほぼ一定であるが、固体燃料粉が擬似粒子の表層部に外装（被覆）されている場合には、擬似粒子表面を被覆する固体燃料粉の質量は擬似粒子の表面積に比例（すなわち、擬似粒子径Ｒの２乗に比例）すると考えられ、また、擬似粒子の質量は擬似粒子径Ｒの３乗に比例すると考えられるから、擬似粒子の単位質量当たりの固体燃料粉濃度はＲ２／Ｒ３に比例する、つまり擬似粒子径に反比例すると考えられる。したがって、固体燃料粉で被覆された擬似粒子を原料装入層の上層部側から下層部側にかけて粒子径が漸次増加するような粒度偏析した状態（すなわち、擬似粒子の粒度が原料装入層高さ方向で下層側＞上層側となるような粒度分布）に装入すれば、固体燃料粉濃度が原料装入層の上層部側で高く、下層部側で低い極めて理想的な固体燃料粉の濃度分布を得ることが可能になると考えられる。
【００３６】
本発明者らは上記の点を確認するために、図３に示す製造フローで造粒した擬似粒子（表層部が固体燃料粉で被覆された擬似粒子）を２次ドラムミキサー出口でサンプリングし、擬似粒子の粒度別（平均粒度）の固体燃料粉濃度（擬似粒子の単位質量当たりの固体燃料粉濃度）を分析した。また、比較のために固体燃料粉の全量を１次ドラムミキサーで焼結原料に添加し、造粒して得られた固体燃料粉内装型の擬似粒子（２次ドラムミキサーでは固体燃料粉は添加せず）についても、同様に粒度別の固体燃料粉濃度を分析した。
【００３７】
図４はその結果を示すもので、固体燃料粉内装型の擬似粒子では、擬似粒子の単位質量当たりの固体燃料粉濃度は粒子径に拘りなくほぼ一定の値を示しているのに対し、表層部が固体燃料粉で被覆された固体燃料粉外装型の擬似粒子では、擬似粒子の単位質量当たりの固体燃料粉濃度は擬似粒子径に反比例していることが確認できた。
【００３８】
したがって、擬似粒子を固体燃料粉外装型とし、且つこれを原料装入層の上層部側から下層部側にかけて擬似粒子径が漸次増加するような粒度偏析状態、すなわち、擬似粒子の粒度が原料装入層高さ方向で下層側＞上層側となるような粒度分布を有する状態に装入すれば、原料装入層の上層部側ほど固体燃料粉濃度が高い固体燃料粉濃度分布を得ることが可能となる。
【００３９】
なお、擬似粒子の粒度が原料装入層高さ方向で下層側＞上層側となるような粒度分布とは、装入された個々の擬似粒子の粒径が常に原料装入層高さ方向で下層側＞上層側の関係にあるという厳密な意味ではなく、また、以下に述べるような具体的な原料装入方法や装置的な構成からしても、そのような厳密な意味での粒度分布を得ることは事実上不可能である。したがって、本発明が条件とする上記擬似粒子の粒度分布は、原料装入層高さ方向全体において擬似粒子の平均粒径が下層側＞上層側の関係を満足するような粒度分布を意味している。
【００４０】
本発明の低ＳｉＯ２焼結鉱の製造では、上述のように擬似粒子を原料装入層の上層部側から下層部側にかけて擬似粒子径が漸次増加するような粒度偏析状態に装入するために、例えば、図５に示すような粒度偏析装入用のスクリーン状シュート８を介して擬似粒子を焼結機パレット１２上に装入する。このスクリーン状シュート８は、原料装入装置における原料供給部９の下方に下向き傾斜状に設けられるもので、焼結機パレット幅方向と略平行なスリット１０をシュート上下方向で並列的に複数形成し、これらスリット１０の幅をシュート上部側ほど狭めた構造を有している。
【００４１】
このようなスクリーン状シュート８を介して擬似粒子を焼結機パレット１２上に装入する際、原料供給部９から払い出されてスクリーン状シュート８上を滑り落ちる擬似粒子は、スリット１０の幅がシュート上部側ほど小さいため、スリット１０を通じて焼結機パレット１２上に落下する際に粒径に応じて篩い分けされ、粒径の大きい擬似粒子ほど焼結機パレット１２の原料装入始端側に装入される。この結果、擬似粒子装入後の原料装入層は上層部側ほど擬似粒子径が小さく、層高方向で擬似粒子が粒度偏析した状態となる。
【００４２】
なお、上記スクリーン状シュート８の一般的な構造としては、シュート本体が索状体（例えば、ワイヤロープ等）または棒状体（例えば、中実または中空ロッド等）からなる焼結機パレット幅方向に略平行な複数のスクリーン構成部材１１から構成され、隣接するスクリーン構成部材１１間の間隙が前記スリット１０を構成する。
【００４３】
これらスクリーン構成部材１１は固定式の構造でもよいが、場合によっては、各スクリーン構成部材１１をその長手方向で移動可能とするとともに、その移動の際に部材表面に付着した擬似粒子を掻き落とすための掻き取り手段（例えば、スクリーン構成部材１１が挿通するガイド孔を有する付着物掻き取り兼用のガイド部材）を有する構造とし、スクリーン構成部材１１を適宜移動させ、その表面に付着した擬似粒子を前記掻き取り手段で掻き落とすことにより、擬似粒子によるスリット１０の閉塞を防止するようにしてもよい。
【００４４】
前記スリット１０は、シュート最上部側のスリット幅をｗ１、シュート最下部側のスリット幅をｗnとした場合に、例えばスリット幅ｗ２からスリット幅ｗnまでの大きさをスリット毎に連続的に変えてもよいし、或いは隣接するいくつかのスリット幅を同じにして、スリット幅の大きさをｗ１…ｗ１，ｗ２…ｗ２，…のように段階的に変えてもよく、その態様は任意である。したがって、スリット１０の幅がシュート上部側ほど小さいという上記構成には、これら各種態様が含まれる。また、擬似粒子が滑落するスクリーン状シュート上面の形状は、直線状、凹湾曲状等のいずれでもよい。
【００４５】
次に、擬似粒子の好ましい粒度と上述した粒度偏析装入による擬似粒子の原料装入層高さ方向における好ましい粒度分布について説明する。
擬似粒子の粒度範囲は１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲とすること（但し、一部不可避的に造粒されないで存在する微粉成分を除く）が好ましい。この擬似粒子径が１ｍｍ未満では焼結性は向上するものの、擬似粒子粒度が細かすぎるため原料装入層の上層部側の通気性が悪化し、操業度の低下を招き易い。一方、擬似粒子径が１０ｍｍを超えると、外装された固体燃料粉の燃焼熱が擬似粒子内部まで届かず、十分が焼成ができなくなる。
【００４６】
また、焼結機パレット上に装入される擬似粒子の層高方向での粒度分布としては、原料装入層の上層部側（原料装入層を層高方向で２分した時の上層側部分）の平均擬似粒子径が１ｍｍ〜３ｍｍ、原料装入層の下層部側（原料装入層を層高方向で２分した時の下層側部分）の平均擬似粒子径が３ｍｍ超〜１０ｍｍであることが好ましい。ここで、原料装入層の上層部側と下層部側の境界平均擬似粒子径を３ｍｍとしたのは、図４に示されるように擬似粒子の固体燃料粉濃度は粒子径が３ｍｍを超える領域では低位安定しており、したがって、このような粒子径の擬似粒子を原料装入層の下層部側に配置することにより、原料装入層の上中層部からの高温燃焼ガスが流入して熱レベルが上昇しても、焼結反応が抑えられて過剰な融液生成が抑制されるためである。
【００４７】
したがって、上記の粒度分布を満足するようにして、原料装入層の上層部側ほど擬似粒子径が小さくなるような粒度偏析装入を行うことが、原料装入層の層高方向における熱量分布を均一化する上で最も好ましい。
以上のような焼結プロセスで焼結原料を焼成することにより、ＳｉＯ２成分：５．０質量％以下でありながら、［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］が１．５５以上の組成を有し、しかも成品強度、生産率ともに優れた低ＳｉＯ２焼結鉱（成品強度：タンブラー強度（＋１０ｍｍ）６７〜６９％，生産率１．９Ｔ／ｈ／ｍ２以上）が安定して得られる。
【００４８】
【実施例】
［低ＳｉＯ２焼結鉱の製造例］
図３に示したフローに従って本発明例および比較例の低ＳｉＯ２焼結鉱を製造した。使用した配合原料の銘柄構成を表１に、配合原料の成分組成、粒度構成および粉コークスの平均粒度を表２に示す。
造粒機としては、１次造粒工程ではドラムミキサー（内径４．４ｍ、有効長さ１５ｍ）を用い、また、２次造粒工程ではドラムミキサー（内径５．０ｍ、有効長さ１８ｍ）または皿型造粒機（直径７．５ｍ、深さ０．５ｍ）を用いた。また、焼結機としては有効焼結面積４００ｍ２、装入層層厚５７０ｍｍ、ブロアー負圧１７．７ｋＰａのドワイトロイド型焼結機を使用した。
【００４９】
本発明例については、２次造粒工程で粉コークスの全量を添加（外装）する製造例１および製造例２と、全粉コークスのうち１次造粒工程で３０質量％を添加（内装）し、２次造粒工程で残りの７０質量％を添加（外装）する製造例３を実施した。
焼結機における原料装入装置の装入シュートとしては、本発明例については、図５に示すようなスリットを有するスクリーン状シュート（ワイヤータイプのスクリーン状シュート）を使用して原料装入を行った。
【００５０】
一方、比較例については、１次造粒工程で粉コークスの全量を添加（内装）するとともに、原料装入装置の装入シュートとして従来型の板状スローピングシュートを使用して焼結機への原料装入を行った比較例１と、２次造粒工程で粉コークスの全量を添加（外装）するとともに、原料装入装置の装入シュートとして従来型の板状スローピングシュートを使用して焼結機への原料装入を行った比較例２と、１次造粒工程で粉コークスの全量を添加（内装）するとともに、原料装入装置の装入シュートとして図５に示すようなスリットを有するスクリーン状シュート（ワイヤータイプのスクリーン状シュート）を使用して焼結機への原料装入を行った比較例３をそれぞれ実施した。
【００５１】
表３および表４に本発明例および比較例の焼結操業諸元及び成品焼結鉱の性状を示す。これによれば、本発明例ではＳｉＯ２含有量が５．０質量％以下で、且つ［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］が１．５５以上の焼結鉱が得られ、これらはいずれもＪＩＳ−ＲＩ：７０％以上の高被還元性で、しかも１．９Ｔ／ｈ／ｍ２以上の高い生産率でありながら、比較例に比べて遜色のない成品強度及び歩留りが得られている。
【００５２】
これに対して、比較例では［ＣａＯ］／［ＦｅＯ］の質量比が１．３６〜１．４２の焼結鉱しか得られていない。また、これら比較例の焼結鉱はいずれもＪＩＳ−ＲＩ値が６８％以下となっている。
また、本発明例では粉コークスが擬似粒子の表層部に外装（被覆）され且つ焼結機に粒度偏析装入されたことにより粉コークスの燃焼性が改善され、その結果、比較例に較べてコークス原単位が約１〜７ｋｇ／ｔ程度も低減している。また、表３および表４には示されていないが、返鉱原単位についても比較例に較べて約４０ｋｇ／ｔも減少した。
【００５３】
【表１】
0003651270.tif 000002
【００５４】
【表２】
0003651270.tif 000003
【００５５】
【表３】
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【００５６】
【表４】
0003651270.tif 000005
【００５７】
［高炉の操業例］
本発明例の低ＳｉＯ２焼結鉱を使用して高炉の低Ｓｉ操業を行った。本発明の操業例で使用した低ＳｉＯ２焼結鉱の［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］は１．５５〜２．０９の範囲にあり、いずれも上述した本発明の製造方法によって製造されたものである。
使用した高炉は、Ａ高炉（内容積３２２３ｍ３）およびＢ高炉（内容積４２８８ｍ３）であり、Ａ高炉はオールコークス操業、Ｂ高炉は微粉炭吹込み操業を行った。各操業において使用した主原料構成および低ＳｉＯ２焼結鉱の配合割合を、高炉の操業条件および操業結果とともに表５に示す。なお、この表５に示す操業結果は１ヶ月平均の値である。
【００５８】
表５によれば、本発明の低ＳｉＯ２焼結鉱を用いることにより、オールコークス操業および微粉炭吹込み操業のいずれにおいても安定した低Ｓｉ操業が可能であることが判る。本発明の操業例では、いずれも溶銑中Ｓｉ濃度：０．３質量％以下の低Ｓｉ溶銑が１ヶ月以上安定して継続的に得られた。
これに対して、［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］が１．５５未満の低ＳｉＯ２焼結鉱を用いた比較例では、焼結鉱のＳｉＯ２含有量が５．０質量％以下でありながら溶銑中Ｓｉ濃度は０．３８質量％と高く、低Ｓｉ操業は達成されていない。
【００５９】
【表５】
0003651270.tif 000006
【００６０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の低ＳｉＯ２焼結鉱を用いた高炉操業方法によれば、低Ｓｉ操業、特に溶銑中Ｓｉ濃度が０．３質量％以下の低Ｓｉ操業を長期間安定的に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＳｉＯ２含有量が５．０質量％以下である従来の低ＳｉＯ２焼結鉱と本発明者らが製造した低ＳｉＯ２焼結鉱をそれぞれ用いた高炉操業において、低ＳｉＯ２焼結鉱中のＣａＯ成分とＦｅＯ成分の質量比［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］と溶銑中Ｓｉ濃度との関係を示すグラフ
【図２】  ＳｉＯ２含有量が５．０質量％以下の低ＳｉＯ２焼結鉱を用いた高炉操業において、低ＳｉＯ２焼結鉱中のＣａＯ成分とＦｅＯ成分の質量比［ＣａＯ％］／［ＦｅＯ％］と溶銑中Ｓｉ濃度との関係を示すグラフ
【図３】  本発明の低ＳｉＯ２焼結鉱の製造フローの一例を示す説明図
【図４】  擬似粒子径と擬似粒子の単位質量当たりの固体燃料粉濃度との関係を示すグラフ
【図５】  本発明の低ＳｉＯ２焼結鉱の製造で用いられる原料装入装置のスクリーン状シュートおよびこれによる焼結機パレット上への原料装入状況を示す説明図
【符号の説明】
１…Ｂ粉、２…固体燃料粉、３…返鉱、４…媒溶材、５…１次ドラムミキサー（または皿型造粒機）、６…２次ドラムミキサー（または皿型造粒機）、７…焼結機、８…スクリーン状シュート、９…原料供給部、１０…スリット、１１…スクリーン構成部材、１２…焼結機パレット
【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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