(57)【要約】【課題】焼結原料層の通気性を低下させず、焼結鉱内の気孔量を減少させ焼結鉱の強度を上昇させて、特に高い製品歩留まりが得られるような焼結鉱の製造方法を提供すること。【解決手段】焼結パレット上に焼結原料を充填し、該原料充填層を焼成して焼結鉱を製造する際に、点火後の前記原料充填層表面に周波数１０ｋＨｚ以上の音波を加えることを特徴とする焼結鉱の製造方法を用いる。前記音波が周波数２０〜１００ｋＨｚの超音波であることが望ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結パレット上に焼結原料を充填し、該原料充填層を焼成して焼結鉱を製造する際に、点火後の前記原料充填層表面に周波数１０ｋＨｚ以上の音波を加えることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
【請求項２】
前記音波が周波数２０〜１００ｋＨｚの超音波であることを特徴とする請求項１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、高炉等の主原料として用いられる焼結鉱の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、良質の塊状鉄鉱石が枯渇する傾向にあるので、高炉へ装入する鉄源原料として焼結鉱の利用比率が一層高まっている。この焼結鉱は、粉状鉄鉱石、返鉱、硫酸滓、砂鉄、スケール、高炉ダスト、転炉ダスト等の鉄源に、造滓材としての石灰石と、焼成のための熱源としての炭材とを混合した配合原料を素材として製造される。通常はこの配合原料に適量の水分を添加して、混合、造粒した後、ドワイトロイド式焼結機のパレット上に充填して原料充填層を形成し、空気を下向きに流通させながら配合原料中の炭材を燃焼させて、発生する熱で配合原料を溶融させ、原料充填層を焼結させてシンターケーキとし、このシンターケーキを冷却、破砕することで焼結鉱を製造している。焼結機の操業においては、下方へ吸引される空気は配合原料の点火直後には予熱されておらず、原料充填層の上層部に形成される溶融帯（約１２００℃）には常温で供給される。しかし、焼結の中期、後期には、空気が焼結後のシンターケーキを通過して予熱された状態で、原料充填層の中層部および下層部の溶融帯に供給される。
【０００３】
つまり原料充填層の上層部は、中層部、下層部に比較して溶融帯の温度が低く、かつ高温に保持される時間が短い。そのため、原料充填層の上層部で生成したシンターケーキは、その熱不足から結合度が弱くなり、強度が低下して製品歩留まりが低下する。
【０００４】
そのため、原料充填層の上層部に熱を供給する方法として、シンターケーキ上方より熱風を供給して焼結を行う排ガス循環焼結方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかしながら、焼結排ガスを循環して焼結すると、排ガス中の酸素濃度が低くなるため、炭材の燃焼性を悪化させたり、原料充填層の下層部で熱が過剰になるなどの問題がある。焼結鉱の強度は溶融量と気孔量とに依存することが知られており、溶融量が多く気孔量が少ないことが望ましいとされているが、特許文献１に記載された方法は溶融帯の温度を上昇させるものであり、溶融量の点では改善するが、焼結鉱の気孔率（焼結鉱中に存在する空隙の体積率）には大きな変化が無く、製品歩留まり改善は不十分であった。
【０００６】
一方で、装入原料の点火後の焼結面に振動荷重を付与することで、焼結鉱を高密度化し、中、下層部と同様の歩留まりと強度を得る技術が知られている（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）。また、原料充填層に音波を重畳させた酸素含有ガスを供給する方法も知られている（例えば、特許文献４参照。）。
【特許文献１】特開平８−７３９５４号公報  （第２頁、従来の技術）
【特許文献２】特開昭５７−１５２４３２号公報
【特許文献３】特開昭５８−８４９３１号公報
【特許文献４】特開平１１−９２８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
焼結鉱の製造における生産性については、熱源としての炭材の燃焼完了までの時間（焼結時間）と製品歩留で決定される。生産性を向上するため焼結時間を短縮するには、酸素供給速度すなわち通気性を改善する必要があり、そのため原料充填層の空隙率を高くする方策が各種採られてきた。一方、歩留を改善するには焼結鉱の密度を高める必要があり、原料層を圧密する方策が採られてきた。この様に通気性改善と高密度化は一般に相反する関係にあり、両者の最適点で実操業は行われている。
【０００８】
したがって、特許文献２、特許文献３に記載の方法を用いる場合は、焼結鉱の密度を向上させようと振動荷重を付与することで焼結原料の空隙が塞がれるために通気性が悪くなり、焼結時間を長くする必要があるが、生産性が低下するため、結局十分に加圧振動を与えることが困難であり、装入原料上層部の歩留と強度の向上は困難であるという問題がある。
【０００９】
また、特許文献４に記載の方法は、周波数１〜２０００Ｈｚの音波を用いるものであるが、このような音波を酸素含有ガスに上畳させて原料充填層に供給しても、気孔量に変化が無いので、焼結鉱の強度は向上しない。
【００１０】
このように、従来技術を用いて、原料充填層の通気性を低下させずに、焼結鉱の気孔量を調整して強度を向上させることは困難である。
【００１１】
したがって本発明は、従来技術の抱える上記問題を解決し、原料充填層の通気性を低下させず、焼結鉱内の気孔量を減少させ焼結鉱の強度を上昇させて、特に高い製品歩留まりが得られるような焼結鉱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】
【００１２】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）焼結パレット上に焼結原料を充填し、該原料充填層を焼成して焼結鉱を製造する際に、点火後の前記原料充填層表面に周波数１０ｋＨｚ以上の音波を加えることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
（２）前記音波が周波数２０〜１００ｋＨｚの超音波であることを特徴とする（１）に記載の焼結鉱の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、原料充填層の通気性を低下させずに、焼結鉱の気孔量を減少させることができ、焼結鉱の強度を上昇させて、製品歩留まりが向上する。特に原料充填層上層部から製造される焼結鉱の気孔量を減少させ、上層部の焼結鉱強度を向上させることで、上層部から下層部に至る間の焼結鉱の強度が均一化して、高い製品歩留まりを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の焼結鉱の製造方法について説明する。
【００１５】
一般に、焼結鉱製造時の製品歩留まりは、上記背景技術で述べたように原料充填層の上層部が悪い。すなわち、上層部部分の高温保持時間が短い等により、得られる焼結鉱強度が低いことによるものである。焼結鉱の強度には、配合原料の密度、粒度や配合比率（塩基度）、溶融時の温度など、様々な因子が影響を及ぼしていることが知られている。焼結鉱はガス通気による炭材の燃焼を溶融のための熱源としているので、必然的に多数の気孔を有する多孔質体として形成されるが、上記の強度に影響を及ぼす因子の変化によりこの気孔の割合である気孔率が変化することが、焼結鉱強度に大きな影響を与えると考えられる。
【００１６】
一方、ガス通気は原料粒子（通常は焼結原料を配合して造粒した擬似粒子）間の空隙である貫通空隙、およびその空隙に起因して生成したシンターケーキ内の貫通空隙を通して行われるため、この貫通空隙を確保すれば通気性は維持されることになるが、原料粒子の充填層を加圧すると（圧密）この空隙が減少するため、通気性が低下する。
【００１７】
そこで、本発明では、焼結鉱の強度を向上させて製品歩留まりを向上させるために、焼結鉱の気孔率に着目し、焼結原料溶融時に気孔を制御する方法を種々検討し、その結果、焼結原料を充填した原料充填層である焼結原料層の点火後の表面に超音波を印加しながら焼成することが貫通空隙を確保しながら、焼結鉱の気孔率を低減するのに有効であることを見出して、本発明を完成した。
【００１８】
超音波は、音波の一種であり、「周波数が２０ｋＨｚ以上で音として耳に聞こえない音波」と一般的に定義されている。超音波は指向性が強く強度が大きいため、超音波振動エネルギーを伝播する。したがって、点火後の原料充填層の表面に超音波を印加することで、原料充填層の溶融帯部分に超音波を到達させて、溶融体部分に振動を付与することにより、溶融体の流動を促し、気孔の合体、成長を促進して、原料充填層内の気孔数を減少させ、焼結鉱強度向上を実現するようにしたものである。また残留する気孔は合体や成長により粗大なものが多いため、貫通空隙を形成する。貫通空隙となった粗大な気孔部分は、シンターケーキの破砕時に破砕の起点となるため、破砕しやすく、破砕時の粉化物発生を低く抑えることができる。このように粗大な気孔部分が破砕の起点となることにより、粗大な気孔部分が破砕物として得られる焼結鉱の内部に残留する場合は少なく、気孔率が低く強度の高い焼結鉱を製造することができる。
【００１９】
以上のように超音波を印加する場合は、焼結原料充填層が加圧されることが無く、貫通空隙量はむしろ増加する傾向にあり、通気性が悪化することが無く、焼結操業に悪影響が無い。
【００２０】
焼成中の原料充填層に印加する超音波は、２０〜１００ｋＨｚとすることが好ましい。２０ｋＨｚ未満であると、原料充填層の溶融帯部分への振動の付与が不十分な場合があり、１００ｋＨｚを超えると超音波の到達距離が短くなるので、溶融帯への振動付与が困難となる場合があるためである。なお、点火後の原料充填層の上層部に印加する場合は、到達距離が、中層、下層より短いため、１０ｋＨｚ以上、２０ｋＨｚ未満の音波を用いる場合にも効果が得られる。したがって結局、周波数１０ｋＨｚ以上の音波を印加することで焼結鉱の気孔率を減少させることができる。
【００２１】
焼結鉱を製造する際に超音波を印加する方法を図１を用いて説明する。
【００２２】
図１はドワイトロイド式焼結機を用いた場合の本発明の一実施形態であり、焼結機の断面の概略を示す説明図である。パレット進行方向を矢印で図中に示す。パレット上に装入された配合原料により形成された原料充填層１は、点火炉２により上部表面に点火され、原料充填層１の上部側からシンターケーキ３となる。原料充填層１内に形成される溶融帯４は、パレット進行と共に原料充填層１の下方へと移動する。点火炉により点火後の原料充填層１に対し、超音波発生器５により超音波を印加すると、超音波は印加する前までに形成されたシンターケーキ３内を下方に向かって伝播し、溶融帯４に達する。溶融帯４中の溶融状態である配合原料の溶融体部分に振動を与えることにより、その溶融体の流動を促し、気孔の合体、成長が促進され、印加された溶融体４で生成するシンターケーキ内の気孔数減少が図られる。その結果、シンターケーキ３には粗大な気孔と比較的気孔の少ない部分とが残留する。粗大な気孔はシンターケーキ３の破砕時に破砕の起点となり、破砕物として得られる焼結鉱の内部に残留する場合は少ないので、気孔率の低い焼結鉱を製造することができる。
【００２３】
シンターケーキ表面に超音波を印加する位置は、焼結原料の焼成開始点から焼成完了点までの間とする。超音波を印加する位置によって、原料充填層の上層、中層、下層の各部分のシンターケーキの気孔量を制御できる。なお、実用上は、シンターケーキの上層部ほど強度低下が著しいので、パレット進行方向において点火炉の下流側で、かつ点火炉に近い位置から印加を開始することが望ましい。原料充填層の上層部が溶融状態の際に溶融帯に超音波を印加し、上層部強度を向上させることが、特に焼結鉱歩留り向上にとって効果的であるためである。
【００２４】
超音波の発生方法は、磁歪振動子、圧電素子等を用いることができる。ローラーを介して超音波を原料充填層に印加すると、シンターケーキ表面との接点での磨耗を防ぐ点で効果的である。
【００２５】
超音波の印加は、原料充填層の上部に溶融帯が存在するタイミングに行なうことが効果的であるが、特に上部厚さ３０％程度までの上層部範囲に溶融帯が存在する際に印加すると、強度の低い上層部の強度向上をはかることができるため歩留向上効果が大きい。また、溶融帯が原料充填層の中層部、下層部に存在する時に行なっても、シンターケーキの中層部、下層部から製造される焼結鉱の強度がより向上するので好ましい。超音波を焼成開始から焼成完了点直前までの間で連続的または断続的に印加する場合には、溶融帯が原料充填層の中に形成されている高さ位置に応じて印加する超音波の周波数や印加時間を制御して、シンターケーキ全体の強度を均一化させるように印加することが好ましい。
【００２６】
図２は、１０ｋＨｚ以上の音波或いは超音波を焼結中の原料充填層に印加した際の原料粒子の変化過程を表す説明図である。図２においては焼結原料として、粗粒を核１１としその周囲に粉状体１２を付着させて形成された擬似粒子を用いている。図２（ａ）は、原料充填層の原料粒子状態を示したものであり、付着している粉状体間に空隙１３を、原料粒子（擬似粒子）間には貫通空隙１４を有し、貫通空隙１４により原料充填層の通気性が維持されている。図２（ａ）の状態の原料充填層に振動荷重を加えて高密度化すると、図２（ｂ）に示すように原料粒子間の貫通空隙１４を減少させることになり、通気性が悪化する。
【００２７】
図２（ｃ）は、図２（ａ）の原料充填層に音波または超音波を印加しないで焼結した場合であり、従来技術により製造した原料充填層上層部の焼結後のシンターケーキをあらわしたもので、いわゆる熱不足から原料粒子の付着粉の融体生成が不十分（溶融体の流動不足）となって、付着している粉状体間の空隙を十分に埋めることができず、焼結後も気孔１５の多い焼結鉱１６となり強度が不足する。なお、これに対し、原料充填層中層、下層部では、上層部より融体生成量が多いので、粉状体間が結合して、上層部に比べて気孔の少ない焼結鉱が得られる。
【００２８】
図２（ｄ）は、図２（ａ）の原料充填層に１０ｋＨｚ以上の音波または超音波を印加して焼結した場合に得られた原料充填層上層部のシンターケーキを示したもので、焼結時に生成した溶融体が、１０ｋＨｚ以上の音波或いは超音波による振動により流動が促され、粉状体間の空隙に起因する気孔の合体、成長が図られ、貫通空隙１４が増大し、この貫通空隙部に起因してシンターケーキが破砕されることにより（例えば図２（ｄ）下部の点線の部分で、破砕により破断する）、結果として気孔１５の少ない焼結鉱１７が得られる。また、貫通空隙１４が増大された状態で焼結が進行する結果、通気性も向上する。
【００２９】
すなわち、焼結原料上層部では、焼結原料中の固体燃料である粉コークスが着火され焼結が始まるが、燃焼による粉状体からの溶融体生成が、常温の空気により行われるため溶融体生成量が中層、下層より少ない。さらに溶融後通過する空気により冷却が図られ、高温保持時間も短くなる。したがって、溶融体が少ない上に冷却が早く、溶融体の流動・合体が不足して気孔量が増加して強度が悪化するが、本発明では、生成した溶融体に１０ｋＨｚ以上の音波或いは超音波による振動を付与してその流動を促し、溶融体の流動・合体を促進することにより図２（ｄ）のシンターケーキを得るものである。原料充填層の上層部部分ほど効果は顕著でないが、中層、下層部分に振動を付与しての焼結の場合も同様であり、溶融体の流動・合体が促進される結果、気孔量が減少し、製造される焼結鉱の強度が向上する。
【実施例１】
【００３０】
表１に示す配合比率で、鉄源、造滓材、焼結燃料としての炭材（コークス）を調整し、水を加えてドラムミキサーで混合造粒した。表１においてコークスと水は、鉄源と造滓材の合計の外数で示した。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
混合造粒した原料を、焼結機の焼結パレットに装入し本発明例の製品焼結鉱を製造した。焼結機には、点火炉から下流側に２ｍ、４ｍ、６ｍの位置の原料充填層上方に超音波加振機を各一台設置し、上下動によりシンターケーキ表面に接するように設置したローラーを介して超音波を印加した。なお、シンターケーキへの加圧を避けるため、表面に接しローラが従動する状態の押しつけとした。超音波の出力は、２５ｋＨｚ、超音波加振機１機あたり１．５ｋＷとした。超音波の印加は焼結鉱の製造中連続して行なった。
【００３３】
これに対して比較例として、超音波の印加を行なわない以外は本発明例と同様の、通常の製造方法による焼結鉱の製造を行なった。
【００３４】
本発明例と比較例について、焼成後のパレット上のシンターケーキの気孔率、シャッター強度を調査した。シンターケーキは上下２層に分けて調査し、上層の結果を図３、図４に示す。焼結鉱の気孔率は、図３に示すように比較例では４６％であったのに対し、本発明例では４１％に低下した。また焼結鉱のシャッター強度は、図４に示すように、比較例では８８％であったのに対し、本発明例では９１％に上昇した。
【００３５】
さらに焼結鉱の歩留まりと生産率についても調査した。結果を図５、図６に示す。焼結鉱の歩留まりは、図５に示すように比較例では７６％であったのに対して、本発明例では８０％に増加した。また、焼結鉱の生産率は図６に示すように、比較例では１．４１ｔ／ｈｍ2であったのに対し、本発明例では１．４７ｔ／ｈｍ2となり、生産性も向上した。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ドワイトロイド式焼結機を用いた場合の本発明の一実施形態であり、焼結機の断面の概略を示す説明図。
【図２】原料充填層の原料粒子の変化過程を表す説明図。
【図３】焼結鉱の気孔率の変化を示すグラフ。
【図４】焼結鉱のシャッター強度の変化を示すグラフ。
【図５】焼結鉱の歩留まりの変化を示すグラフ。
【図６】焼結鉱の生産率の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３７】
１    原料充填層
２    点火炉
３    シンターケーキ
４    溶融帯
５    超音波発生器
６    ウィンドボックス
１１    核
１２    粉状体
１３    空隙
１４    貫通空隙
１５    気孔
１６    焼結鉱
１７    気孔の少ない焼結鉱
【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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