(57)【要約】【課題】現状の焼結機の操業を悪化させることなく直接還元を進行させて、鉄鉱石の一部が還元され、かつ金属Ｆｅを含有した焼結鉱を大量に製造することができる半還元焼結鉱を提供すること。【解決手段】焼結原料として鉄鉱石と炭材とＣａＯ系副原料とを用い、焼結原料を焼結機に装入して原料層を構成し、この原料層を焼成してなり、鉄鉱石の一部が還元された半還元焼結鉱であり、少なくとも鉄鉱石と炭材とを成形してなる複数の還元鉄製造用粒子が前記原料層の一部を構成し、焼成により鉄鉱石の一部が還元され、かつ金属Ｆｅを含有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結原料として鉄鉱石と炭材とＣａＯ系副原料とを用い、焼結原料を焼結機に装入して原料層を構成し、この原料層を焼成してなり、鉄鉱石の一部が還元された半還元焼結鉱であって、
少なくとも鉄鉱石と炭材とを成形してなる複数の還元鉄製造用粒子が前記原料層の一部を構成し、焼成により鉄鉱石の一部が還元され、かつ金属Ｆｅを含有することを特徴とする半還元焼結鉱。
【請求項２】
前記還元鉄製造用粒子は、前記原料層の５〜５０ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項１に記載の半還元焼結鉱。
【請求項３】
前記還元鉄製造用粒子の１個あたりの容積が１０ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半還元焼結鉱。
【請求項４】
焼結原料として鉄鉱石と炭材とＣａＯ系副原料とを用い、焼結原料を焼結機に装入して原料層を構成し、この原料層を焼成して半還元焼結鉱を製造する半還元焼結鉱の製造方法であって、
鉄鉱石と鉄鉱石に対して外数で５ｍａｓｓ％以上の炭材とを成形してなる複数の還元鉄製造用粒子を前記原料層にその一部として混合して焼成することにより鉄鉱石の一部を還元し、金属Ｆｅを含有する半還元焼結鉱とすることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項５】
焼結原料として鉄鉱石と炭材とＣａＯ系副原料とを用い、焼結原料を焼結機に装入して原料層を構成し、この原料層を焼成して鉄鉱石の一部が還元された半還元焼結鉱を製造する方法であって、
鉄鉱石にＣａＯ系副原料を加えた混合粉と混合粉に対して外数で５ｍａｓｓ％以上の炭材とを成形して複数の還元鉄製造用粒子とし、その際に前記ＣａＯ系副原料は、還元鉄製造用粒子の灼熱減量を除いた成分でＣａＯ／ＳｉＯ２の質量比が１以上となるように配合し、これら還元鉄製造用粒子を、前記原料層にその一部として混合して焼成することにより鉄鉱石の一部を還元し、金属Ｆｅを含有する半還元焼結鉱とすることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項６】
前記還元鉄製造用粒子は、原料をロール成形機により圧縮成形したもの、または原料を転動造粒したものであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項７】
焼結原料として鉄鉱石と炭材とＣａＯ系副原料とを用い、焼結原料を焼結機に装入して原料層を構成し、この原料層を焼成して鉄鉱石の一部が還元された半還元焼結鉱を製造する方法であって、
鉄鉱石と鉄鉱石に対して外数で１０〜２０ｍａｓｓ％の炭材とを配合し、さらに水と必要に応じてバインダーを加えて混合し、この混合物をロール成形機で圧縮成形して成形粒子とし、この成形粒子を内数で５〜５０ｍａｓｓ％配合したものを焼結原料として用い、
焼成により鉄鉱石の一部を還元して、焼結鉱全体の平均値として、３ｍａｓｓ％以上の金属Ｆｅを含有させることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項８】
成形粒子を製造するための原料が、鉄鉱石で８ｍｍ以下、炭材で５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項９】
前記成形粒子を製造するための原料は、１２５μｍ以下の粒子を４０ｍａｓｓ％以上含むことを特徴とする請求項８に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項１０】
焼結原料として鉄鉱石と炭材とＣａＯ系副原料とを用い、焼結原料を焼結機に装入して焼成して半還元焼結鉱を製造する半還元焼結鉱の製造方法であって、
鉄鉱石にＣａＯ系副原料を加えた混合粉と混合粉に対して外数で１０〜２０ｍａｓｓ％炭材とを配合し、さらに水と必要に応じてバインダーを加えて混合し、この混合物をロール成形機で圧縮成形して成形粒子とし、その際に前記ＣａＯ系副原料は、成形粒子の灼熱減量を除いた成分でＣａＯ／ＳｉＯ２が１以上となるように配合し、この成形粒子を内数で５〜５０ｍａｓｓ％配合したものを焼結原料として用い、
焼成により鉄鉱石の一部を還元して、焼結鉱全体の平均値として、３ｍａｓｓ％以上の金属Ｆｅを含有させることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項１１】
成形粒子を製造するための原料が、鉄鉱石で８ｍｍ以下、炭材で５ｍｍ以下、ＣａＯ系副原料で５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項１２】
前記成形粒子を製造するための原料は、１２５μｍ以下の粒子を４０ｍａｓｓ％以上含むことを特徴とする請求項１１に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項１３】
前記ロール成形機での圧縮成形した成形粒子として、ロール成形機で所定形状に成形された複数のブリケット、またはロール成形機で板状、シート状もしくは棒状に成形した後に所定の大きさに粉砕したものを用いることを特徴とする請求項７から請求項１２のいずれか１項に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項１４】
前記成形粒子の１個あたりの容積が１０ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項７から請求項１３のいずれか１項に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項１５】
焼結原料として鉄鉱石と炭材と副原料とを焼結機に装入して焼成し、鉄鉱石の一部を炭材により還元してなる半還元焼結鉱を製造するにあたり、焼結原料のうち鉄鉱石の一部および炭材の一部、または焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を予め圧縮成形して圧縮成形体とし、焼結原料の残部を造粒物とし、これらを混合して焼成することを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項１６】
前記圧縮成形体は、体積が１０ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１５に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項１７】
前記圧縮成形体を焼結機に装入するに際し、原料層下部３／４以下の領域に装入することを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項１８】
前記圧縮成形体の混合割合を５０ｍａｓｓ％以下とすることを特徴とする請求項１５から請求項１７のいずれか１項に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項１９】
鉄鉱石と炭材と副原料とを焼結原料として使用し、焼結原料のうち鉄鉱石の一部および炭材の一部、または焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を予め均一に混合後、圧縮成形して圧縮成形体とし、焼結原料の残部を造粒物とし、これらを混合して焼成することにより鉄鉱石の一部を炭材により還元してなる半還元焼結鉱を製造するにあたり、圧縮成形体を構成する原料としての鉄鉱石と炭材が、これら全体として１２５μｍ以下の粒径のものが４０ｍａｓｓ％以上となるようにすることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項２０】
前記圧縮成形体を構成する原料としての鉄鉱石と炭材が、これら全体として１２５μｍ以下の粒径のものが７０ｍａｓｓ％以上となるようにすることを特徴とする請求項１９に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項２１】
鉄鉱石と炭材と副原料とを焼結原料として使用し、焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を予め均一に混合後、圧縮成形して圧縮成形体とし、焼結原料の残部を造粒物とし、これらを混合して焼成することにより鉄鉱石の一部を炭材により還元してなる半還元焼結鉱を製造するにあたり、前記副原料をＣａＯ源を含有するものとし、ＣａＯ源のうち一部または全部として生石灰を用い、前記圧縮成形体は生石灰を含有するとともにバインダーを使用せずに成形されることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項２２】
鉄鉱石と炭材と副原料とを焼結原料として使用し、焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を予め均一に混合後、圧縮成形して圧縮成形体とし、焼結原料の残部を造粒物とし、これらを混合して焼成することにより鉄鉱石の一部を炭材により還元してなる半還元焼結鉱を製造するにあたり、前記副原料をＣａＯ源を含有するものとし、前記圧縮成形体中のＣａＯ源の配合量を、圧縮成形体中のＣａＯ／ＳｉＯ２が１以上になるような配合量とすることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鉱石、炭材、ＣａＯ系副原料等の原料を焼結してなり、高炉原料等として使用される半還元焼結鉱およびそ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、一般的には、以下のようにして製造される。まず、約８ｍｍ以下で、平均粒径２．０〜３．０ｍｍの粉鉄鉱石に、石灰石、生石灰、ドロマイト等のＣａＯを含んだＣａＯ系副原料（石灰系副原料とも称する）や、硅石、ニッケルスラグ等の含ＳｉＯ２原料、製鉄所内で発生し回収された粉状リサイクル物、粒度が小さく再焼成を要する３〜５ｍｍより小さい焼結粉、およびコークス粉、無煙炭などの炭材を加え、さらに適量の水を加えて調湿し、これらを混合・造粒して平均粒径が３．０〜５．０ｍｍの擬似粒子とする。次いで、この擬似粒子を無端移動式焼結機のパレット上に４００〜６００ｍｍ程度の高さに充填し、充填ベッドの表層の炭材に点火し、下方に向けて空気を吸引しながら炭材を燃焼させて、その際の燃焼熱によって原料である擬似粒子を焼結する。焼結によって得られた焼結ケーキを破砕・整粒して３ないし５ｍｍ以上の成品焼結鉱とする。
【０００３】
このような焼結鉱は高炉に装入され、主にＣＯによりガス還元されて銑鉄となる。
【０００４】
通常、高炉製銑法は、ＣＯガスによる間接還元を主に利用するため、ガス還元平衡の制約を受け、多くの還元材を必要とすること、また、高炉内通気性の確保の面から強度の高い高品質の塊コークスが必要とされる。これに対して、近年、ＣＯ２排出抑制による地球温暖化対策および老朽化が進んでいるコークス炉の炉命延長の観点から、製銑プロセスとして炭素（以下、Ｃと記す）による酸化鉄の直接還元を主に利用するプロセスが開発され実用化され始めている。この場合は、ガス還元平衡の制約を受けることがなくなるため、還元材の原単位を削減することができ、ＣＯ２排出抑制およびコークス炉稼働率の低下を可能とする。
【０００５】
直接還元を利用する還元鉄製造方法としては、例えば溶融還元法、回転炉床法、およびロータリーキルン法が挙げられるが、いずれの方法も大規模な設備投資をともなうこと、生産性が著しく低い等の理由から、高炉法の補完プロセスとなっているのが現状である。
【０００６】
一方で、既存焼結機を利用し、焼結機上で塊成化と同時に還元反応も行わせ、金属Ｆｅまで還元された組織を一部含む焼結鉱を製造する方法が提案されている。
【０００７】
例えば、特許文献１では、粉鉱石に５〜２０ｗｔ％の粉コークス、無煙炭を配合造粒して内層とし、外層に粉鉱石、副原料および２〜５ｗｔ％の粉コークス、無煙炭を混合コーティングして２層擬似粒を形成し、これを焼結原料の一部として混合・造粒した後、焼結過程でその原料の外層から生成する融液と内層の粉コークス・無煙炭中の直接還元により、焼結鉱の一部を還元することを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法が開示されている。この技術では、内部に粉コークス・無煙炭を閉じこめると、焼結工程において昇温過程前半では粉コークス・無煙炭が空気中の酸素と接触しないので反応せず、１１００℃の高温になって初めてＦｅＯ＋Ｃ＝Ｆｅ＋ＣＯ−３６３５０ｋｃａｌ／ｋｍｏｌの還元反応を起こし、焼結鉱の一部に金属Ｆｅを生成させる。そして、この反応は吸熱反応であるので、熱過剰になるのを防ぐことができるとしている。
【０００８】
また、特許文献２によれば、鉄鉱石に炭材を１５〜１８％加えて造粒した擬似粒子の表層部にＣａＯを被覆して、あるいは造粒した擬似粒子をＣａＯが溶解された溶液に浸漬して擬似粒子表面にＣａＯを添加することで、焼成後の再酸化が防止され、還元率の高い半還元焼結鉱を製造することができるとしている。
【０００９】
このような既存焼結機において粉鉄鉱石に対して還元に必要な炭材を加え、直接還元反応を利用して半還元焼結鉱を製造する方法は、新規の大規模な設備投資を伴うことなく大量に半還元焼結鉱を製造する方法として実現可能性の高い方法である。そして、このように既存焼結機で得られる半還元焼結鉱は、焼結鉱に含まれる金属Ｆｅの比率が低くても、大量に高炉で使用するものであり、かつ還元鉱製造に使われる炭材はＣをある程度含有していれば品質に対しての制約が殆どなく、集塵ダスト等も利用できるため、高炉還元材比削減やコークス炉への負荷軽減といったトータルでの効果は大きい。
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１および２に示された技術では、通常焼結鉱プロセスの２〜４倍程度の炭材を燃焼させることが必要となるため、上記還元反応が吸熱反応であっても熱過剰になりやすく、原料の粉鉱石がＦｅ２Ｏ３やＦｅ３Ｏ４から高温でＦｅＯに還元された段階で、鉱石中の脈石や添加したフラックスと反応して大量の融液を発生させる。この融液は、副原料として添加されるＣａＯ系副原料と鉱石との反応により発生するカルシウムフェライト融液および還元により生成したＦｅＯと鉱石中の脈石ＳｉＯ２との反応によって発生するオリビン系融液である。このようにして大量に発生した融液は、その周囲の粒子同士を急速に融着させると同時に、擬似粒子の外部から内部に向かって溶融を進行させる。原料充填層である焼結ベッド内には擬似粒子の溶融・収縮によって巨大な空隙が形成され、焼結機における吸引ガスは、その部分のみを通過するようになる。その結果として、通常４００〜６００ｍｍある原料充填層の上層から下層に徐々に燃焼帯が移動すべき焼結反応は妨げられ、焼結ベッドの下層部に未焼部が大量に残り、還元反応の進行が阻止されるとともに生産性が極度に低下するといった問題がある。
【００１１】
このため、既存の焼結機を用いて高炉の主原料として少なくとも日産数千トンの規模で大量に一部が還元された焼結鉱を製造するには問題がある。
【特許文献１】特開平４−２１０４３２号公報
【特許文献２】特開２０００−１９２１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、現状の焼結機の操業を悪化させることなく製造可能な、鉄鉱石の一部が還元され、かつ金属Ｆｅを含有した半還元焼結鉱を提供することを目的とする。
また、現状の焼結機の操業を悪化させることなく直接還元を進行させて、鉄鉱石の一部が還元され、かつ金属Ｆｅを含有した半還元焼結鉱を大量に製造することができる半還元焼結鉱の製造方法を提供することを目的とする。
さらに、焼結過程での反応を安定化し、高い還元率および高い金属鉄含有率を達成することができる半還元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】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明は、第１に、焼結原料として鉄鉱石と炭材とＣａＯ系副原料とを用い、焼結原料を焼結機に装入して原料層を構成し、この原料層を焼成してなり、鉄鉱石の一部が還元された半還元焼結鉱であって、少なくとも鉄鉱石と炭材とを成形してなる複数の還元鉄製造用粒子が前記原料層の一部を構成し、焼成により鉄鉱石の一部が還元され、かつ金属Ｆｅを含有することを特徴とする半還元焼結鉱を提供する。
【００１４】
上記本発明の第１において、前記還元鉄製造用粒子は、前記原料層の５〜５０ｍａｓｓ％であることが好ましい。また、前記還元鉄製造用粒子の１個あたりの容積が１０ｃｍ３以下であることが好ましい。
【００１５】
本発明は、第２に、焼結原料として鉄鉱石と炭材とＣａＯ系副原料とを用い、焼結原料を焼結機に装入して原料層を構成し、この原料層を焼成して鉄鉱石の一部が還元された半還元焼結鉱を製造する方法であって、鉄鉱石と鉄鉱石に対して外数で５ｍａｓｓ％以上の炭材とを成形してなる複数の還元鉄製造用粒子を前記原料層にその一部として混合して焼成することにより鉄鉱石の一部を還元し、金属Ｆｅを含有する半還元焼結鉱とすることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法を提供する。
【００１６】
本発明は、第３に、焼結原料として鉄鉱石と炭材とＣａＯ系副原料とを用い、焼結原料を焼結機に装入して原料層を構成し、この原料層を焼成して焼結鉱を製造する半還元焼結鉱の製造方法であって、鉄鉱石にＣａＯ系副原料を加えた混合粉と混合粉に対して外数で１０〜２０ｍａｓｓ％の炭材とを成形して複数の還元鉄製造用粒子とし、その際に前記ＣａＯ系副原料は、還元鉄製造用粒子の灼熱減量を除いた成分でＣａＯ／ＳｉＯ２の質量比が１以上となるように配合し、これら還元鉄製造用粒子を、前記原料層にその一部として混合して焼成することにより鉄鉱石の一部を還元し、金属Ｆｅを含有する半還元焼結鉱とすることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法を提供する。
【００１７】
上記本発明の第２、第３において、前記還元鉄製造用粒子としては、原料をロール成形機により圧縮成形したもの、または原料を転動造粒したものを用いることができる。
【００１８】
本発明は、第４に、焼結原料として鉄鉱石と炭材とＣａＯ系副原料とを用い、焼結原料を焼結機に装入して原料層を構成し、この原料層を焼成して鉄鉱石の一部が還元された半還元焼結鉱を製造する方法であって、鉄鉱石と鉄鉱石に対して外数で１０〜２０ｍａｓｓ％の炭材とを配合し、さらに水と必要に応じてバインダーを加えて混合し、この混合物をロール成形機で圧縮成形して成形粒子とし、この成形粒子を内数で５〜５０ｍａｓｓ％配合したものを焼結原料として用い、焼成により鉄鉱石の一部を還元して、焼結鉱全体の平均値として、３ｍａｓｓ％以上の金属Ｆｅを含有させることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法を提供する。
【００１９】
上記本発明の第４において、成形粒子を製造する焼結原料が、鉄鉱石で８ｍｍ以下、炭材で５ｍｍ以下であることが好ましい。この場合に、前記成形粒子を製造するための原料は、１２５μｍ以下の粒子を４０ｍａｓｓ％以上含むことが好ましい。
【００２０】
本発明は第５に焼結原料として鉄鉱石と炭材とＣａＯ系副原料とを用い、焼結原料を焼結機に装入して原料層を構成し、この原料層を焼成して鉄鉱石の一部が還元された半還元焼結鉱を製造する方法であって、鉄鉱石にＣａＯ系副原料を加えた混合粉と混合粉に対して外数で１０〜２０ｍａｓｓ％炭材とを配合し、さらに水と必要に応じてバインダーを加えて混合し、この混合物をロール成形機で圧縮成形して成形粒子とし、その際に前記ＣａＯ系副原料は、成形粒子の灼熱減量を除いた成分でＣａＯ／ＳｉＯ２が１以上となるように配合し、この成形粒子を内数で５〜５０ｍａｓｓ％配合したものを焼結原料として用い、焼成により鉄鉱石の一部を還元して、焼結鉱全体の平均値として、３ｍａｓｓ％以上の金属Ｆｅを含有させることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法を提供する。
【００２１】
上記本発明の第５において、成形粒子を製造するための原料が、鉄鉱石で８ｍｍ以下、炭材で５ｍｍ以下、ＣａＯ系副原料で５ｍｍ以下であることが好ましい。この場合に、前記成形粒子を製造するための原料は、１２５μｍ以下の粒子を４０ｍａｓｓ％以上含むことが好ましい。
【００２２】
上記本発明の第４、第５において、前記ロール成形機での圧縮成形した成形粒子として、ロール成形機で所定形状に成形された複数のブリケット、またはロール成形機で板状、シート状もしくは棒状に成形した後に所定の大きさに粉砕したものを用いることができる。また、前記成形粒子の１個あたりの容積が１０ｃｍ３以下であることが好ましい。
【００２３】
本発明は、第６に、焼結原料として鉄鉱石と炭材と副原料とを焼結機に装入して焼成し、鉄鉱石の一部を炭材により還元してなる半還元焼結鉱を製造するにあたり、焼結原料のうち鉄鉱石の一部および炭材の一部、または焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を予め圧縮成形して圧縮成形体とし、焼結原料の残部を造粒物とし、これらを混合して焼成することを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法を提供する。
【００２４】
上記本発明の第６において、前記圧縮成形体は、体積が１０ｃｍ３以下であることが好ましい。また、前記圧縮成形体を焼結機に装入するに際し、原料層下部３／４以下の領域に装入することが好ましい。さらに、前記圧縮成形体の混合割合を５０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
【００２５】
本発明は、第７に、鉄鉱石と炭材と副原料とを焼結原料として使用し、焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を予め均一に混合後、圧縮成形して圧縮成形体とし、焼結原料の残部を造粒物とし、これらを混合して焼成することにより鉄鉱石の一部を炭材により還元してなる半還元焼結鉱を製造するにあたり、圧縮成形体を構成する原料としての鉄鉱石と炭材が、これら全体として１２５μｍ以下の粒径のものが４０ｍａｓｓ％以上となるようにすることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法を提供する。
【００２６】
上記本発明の第７において、前記圧縮成形体を構成する原料としての鉄鉱石と炭材が、これら全体として１２５μｍ以下の粒径のものが７０ｍａｓｓ％以上となるようにすることが好ましい。
【００２７】
本発明は、第８に、鉄鉱石と炭材と副原料とを焼結原料として使用し、焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を予め均一に混合後、圧縮成形して圧縮成形体とし、焼結原料の残部を造粒物とし、これらを混合して焼成することにより鉄鉱石の一部を炭材により還元してなる半還元焼結鉱を製造するにあたり、前記副原料をＣａＯ源を含有するものとし、ＣａＯ源のうち一部または全部として生石灰を用い、前記圧縮成形体は生石灰を含有するとともにバインダーを使用せずに成形されることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法を提供する。
【００２８】
本発明は、第９に、鉄鉱石と炭材と副原料とを焼結原料として使用し、焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を予め均一に混合後、圧縮成形して圧縮成形体とし、焼結原料の残部を造粒物とし、これらを混合して焼成することにより鉄鉱石の一部を炭材により還元してなる半還元焼結鉱を製造するにあたり、前記副原料をＣａＯ源を含有するものとし、前記圧縮成形体中のＣａＯ源の配合量を、圧縮成形体中のＣａＯ／ＳｉＯ２が１以上になるような配合量とすることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法を提供する。
【００２９】
なお、本発明において、バインダーとは、鉄鉱石粒子を結合させる機能を有するものをいい、例えばデンプン、タール、糖蜜等が挙げられるが、上記機能を有すれば原則として特に限定されるものではない。ただし、ＣａＯ系副原料は鉄鉱石粒子を結合させる機能を有するものの本発明の趣旨より本発明でいうバインダーには含まれない。
【発明の効果】
【００３０】
上記本発明の第１〜第５によれば、鉄鉱石および炭材等を成形して還元鉄製造用粒子または成形粒子とし、これを原料層の一部として装入するので、鉄鉱石と炭材との接触が強固で接触面積が大きく、かつ直接還元反応が部分的にのみ生じるため大量の融液を発生させるおそれが少なく、また、還元鉄製造用粒子は鉄鉱石および炭材が強固に密着しており、金属Ｆｅの酸化が抑制されて高い金属Ｆｅ含有率を得ることができる。このため、現状の焼結機の操業を悪化させることなく直接還元を進行させて、鉄鉱石の一部が還元され、かつ金属Ｆｅを含有した半還元焼結鉱を大量に製造することができる。したがって、この半還元焼結鉱を高炉で使用することにより、製造プロセス全体としての還元材使用量を削減することができ、ひいては製造プロセスからのＣＯ２排出量も削減することができる。
【００３１】
特に、本発明の第４、第５のように、鉄鉱石および炭材等をロール成形機で圧縮成形して成形粒子としてこれを焼結原料の一部として焼結機に装入し、さらに条件を限定することにより、鉄鉱石と炭材との接触がより強固で接触面積を大きくでき、焼結がより適正化されるので、上記効果をより高めることができる。
【００３２】
また、本発明の第６〜９によれば、焼結原料のうち鉄鉱石の一部および炭材の一部、または焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を予め圧縮成形して圧縮成形体として焼結機に装入するので、鉄鉱石と炭材との接触面積が増加して焼結過程での反応が安定化するとともに還元率を上昇させることができ、しかも圧縮成形体は緻密化しているので外気と遮断され、金属鉄の酸化が抑制されて高い金属鉄含有率を得ることができる。
【００３３】
そして、本発明の第７のように、鉄鉱石および炭材の粒度をこれら全体として１２５μｍ以下の粒径のものが４０ｍａｓｓ％以上と微細にすることにより、より高い還元率を得ることができる。さらに、本発明の第８のように、圧縮成形体に含有させるＣａＯ源として生石灰を用いることにより、ＣａＯ源とバインダーの機能を兼備することとなり、圧縮成形体の製造時にバインダーを使用せずに成形可能となるため、低コスト化を図ることができる。さらにまた、本発明の第９のように、圧縮成形体のＣａＯ源の配合量を灼熱減量を除く圧縮成形体中のＣａＯ／ＳｉＯ２が１以上になるような配合量とすることにより、ＣａＯ系副原料は圧縮成形体の強度を維持するための骨材としての機能あるいは焼結鉱の溶融組織として難還元性のＦｅＯ−ＳｉＯ２系スラグの生成を防止する機能を有効に発揮させることができる。さらに、これらを適宜組み合わせることにより、これらの効果を複合した効果を発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
本実施形態では、基本的に、焼結原料として鉄鉱石と炭材とＣａＯ系副原料とを用い、これを焼結機に装入して原料層を構成し、焼成して半還元焼結鉱を製造する。
【００３５】
この際に、原料層の一部として、鉄鉱石と鉄鉱石に対して外数で通常５ｍａｓｓ％以上、好ましくは１０〜２０ｍａｓｓ％以上の炭材とを成形してなる複数の還元鉄製造用粒子を装入する。この状態の原料層を焼結機で焼成することにより、鉄鉱石の一部が主に直接還元により還元され、金属Ｆｅを含有した半還元焼結鉱が得られる。
【００３６】
このような構成は、本発明者らの以下の知見に基づいている。
（１）Ｃによる鉄鉱石の直接還元反応を効果的に進行させるためのポイントは、Ｃ源である炭材と被還元物質である鉄鉱石との接触状態であり、これらが強固に接触し、かつ接触面積が大きいことが重要であること。
（２）このような成形粒子は還元反応を進めるための炭材が多量に存在しており過剰に溶融するおそれがあるが、その部分が過剰に溶融しても成形粒子は焼結原料の一部であるから、大量の融液を発生させるおそれは少なく、焼結ベッド全体の通気へは実質的に影響を与えずに、焼結鉱の生産性はほとんど低下しないこと。
（３）還元された粒子は、吸引ガス中の酸素により再酸化されるおそれがあるが、鉄鉱石および炭材等を成形した粒子は、これらが強固に密着しているため、還元後もその形態を保ち、表面は酸化されても内部は酸化され難く、良好な還元状態を保っていること。
【００３７】
以下、具体的に説明する。
鉄鉱石の還元反応は、高炉内と同様に、（１）式で示されるコークス等の炭材中の炭素との反応（直接還元）と、（２）式で示されるＣＯガスとの反応（間接還元）により進行する。間接還元で発生したＣＯ２ガスはソリューション・ロス反応と呼ばれる（３）式で示される反応によりＣＯガスとなる。
Ｆｅ２Ｏ３＋３／２Ｃ＝２Ｆｅ＋３／２ＣＯ２      （１）
Ｆｅ２Ｏ３＋３ＣＯ＝２Ｆｅ＋３ＣＯ２            （２）
ＣＯ２＋Ｃ＝２ＣＯ                              （３）
【００３８】
これらの還元反応は、温度が９００〜１１００℃では間接還元が支配的であり、１２００℃以上では直接還元が支配的である。本発明では半還元焼結鉱の製造に際し、原料層温度を１４００℃程度に到達させ、１２００℃以上の滞留時間を長くして直接還元を進行させることを指向する。
【００３９】
この場合に、還元鉄製造用粒子は、被還元物質である鉄鉱石と還元剤である炭材とが強固に接触し、かつ接触面積が大きいので、還元鉄製造用粒子において鉄鉱石の直接還元反応を効果的に進行させることができる。また、還元鉄製造用粒子は原料層の一部として装入するので、上記反応は局部的に生じ、過剰に溶融するのは還元鉄製造用粒子の部分のみであり大量の融液を発生させるおそれが少ない。さらに、還元鉄製造用粒子は鉄鉱石および炭材とが強固に密着しており、還元後もその形態を保っているため、吸引ガス中の酸素によっても内部の再酸化が妨げられ、良好な還元状態を保っている。このため、現状の焼結機の操業を悪化させることなく直接還元を進行させることができ、鉄鉱石の一部が還元され、金属Ｆｅを含有した半還元焼結鉱を大量に製造することができる。
【００４０】
このような鉄鉱石の一部が還元され、かつ金属Ｆｅを含有した半還元焼結鉱を高炉で使用することにより、製銑プロセス全体としての還元材使用量（還元材比）を削減することができ、ひいては製銑プロセスからのＣＯ２排出量も削減することができる。特に、金属Ｆｅを優先的に析出させることにより、製銑プロセスからのＣＯ２排出量削減効果を大きくすることができる。
【００４１】
この点について、さらに詳細に説明する。
図１は、横軸に焼結鉱の還元率をとり、縦軸に高炉還元材比をとって、これらの関係を示す図であり、微粉炭吹き込み量を１３１ｋｇ／ｔｈｍ（溶銑１トンあたり１３１ｋｇ）とした場合を示す。この図に示すように、焼結鉱の還元率が上昇することにより、高炉の還元材比が低下し、還元率が３０％を超えることによりその低下率が急激になることがわかる。通常の焼結鉱は還元率が２％程度であるから、本実施形態に従って還元率が３０％以上の半還元焼結鉱を得ることにより、高炉の還元材比を大幅に低下させることができる。
【００４２】
高炉の還元材比はこのように焼結鉱の還元率を上げることにより低下させることができるが、上述したように、ＣＯ２排出量をより効果的に低減する観点からは、焼結鉱全体の還元率を一様に上げるより、金属Ｆｅを析出させるほうが好ましい。このことを図２を参照して説明する。図２は、横軸に焼結鉱の高炉装入時の平均還元率をとり、縦軸に製銑工程からのＣ排出量をとって、均一に部分還元した焼結鉱と金属Ｆｅが優先的に発生した焼結鉱とでＣ排出量を比較して示す図である。ライン（ａ）は均一に部分還元した焼結鉱の場合であり、ライン（ｂ）はメタルが優先的に発生した焼結鉱の場合であって、実際の半還元焼結鉱は、ライン（ａ）とライン（ｂ）の間に存在することになる。なお、図中の「ベース」は部分還元していない焼結鉱を使用した場合のＣ排出量を示す。この図から明らかなように、均一に部分還元するよりも、金属Ｆｅを多く含有させたほうがＣ排出量、すなわちＣＯ２排出量をより低減することができることがわかる。また、均一に部分還元した半還元焼結鉱の場合には、還元率が３０％まではむしろＣ排出量が増加しており、ある程度金属Ｆｅが存在していても同様の傾向があると考えられることから、ＣＯ２排出量を削減するためには、還元率が３０％以上であることが好ましいことがわかる。
【００４３】
半還元焼結鉱に含有する金属Ｆｅの量は、全体の平均値として３ｍａｓｓ％以上であることが好ましい。これにより、高炉における還元材比削減、製銑工程全体でのＣＯ２排出量の低減や、コークス炉への負荷軽減の効果を有効に発揮することができる。
【００４４】
本実施形態の半還元焼結鉱を得るに際して、還元鉄製造用粒子の炭材配合量は５ｍａｓｓ％以上であることが好ましい。これは、５ｍａｓｓ未満であると直接還元反応が有効に生じないおそれがあるためである。炭材配合量が１０ｍａｓｓ％以上であれば、直接還元反応の促進のためにさらに好ましいが、炭材が２０ｍａｓｓ％を超えると過剰な溶融が生じやすくなるため、炭材配合量は１０〜２０ｍａｓｓ％が好ましい。炭材としては粉コークスが好適であるが、無煙炭またはコークス冷却設備の集塵粉等他の炭材を用いることができる。
【００４５】
焼成後の還元鉄製造用粒子には、灼熱減量を除いた成分でＣａＯ／ＳｉＯ２の質量比が１以上となるようにＣａＯ系副原料を配合してもよい。ＣａＯ系副原料は、還元鉄製造用粒子の強度を維持するための骨材としての機能あるいは焼結鉱の溶融組織として難還元性のＦｅＯ−ＳｉＯ２系スラグの生成を防止する機能を有する。ＣａＯ／ＳｉＯ２系の質量比が１より小さい場合には、低融点で難還元性のＦｅＯ−ＳｉＯ２系融液が発生しやすくなる。一方で、ＣａＯが過剰になってもＣａＯ−Ｆｅ２Ｏ３系の低融点融液を発生しやすくし、融液を大量に発生した場合には、粒子自体がその形状も残さないほど過剰に溶融する可能性がある。通常の鉄鉱石には０．６〜５．５ｍａｓｓ％程度のＳｉＯ２が含まれており、現状の焼結操業では複数銘柄（通常５〜１０銘柄）を配合するので、結果として鉄鉱石原料のＳｉＯ２は３．７〜４．８ｍａｓｓ％となる。骨材として機能するためには、ＣａＯ系副原料の含有量はＣａＯ換算で２ｍａｓｓ％以上であることが好ましい。また、難焼結性のＳｉＯ２−ＣａＯ系融液の生成を防止し、かつＣａＯ−Ｆｅ２Ｏ３系の低融点融液の大量発生防止のためには、ＣａＯ副原料の含有量はＣａＯ換算で８ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。ＣａＯ系副原料（石灰系副原料とも称する）としてはＣａＯ分を含有していれば特に限定されないが、代表的なものとして石灰石や生石灰、ドロマイトを挙げることができる。
【００４６】
還元鉄製造用粒子を構成する原料のうち、鉄鉱石の粒径は８ｍｍ以下、炭材の粒径は５ｍｍ以下、ＣａＯ系副原料の粒径は５ｍｍ以下であることが好ましい。このように原料の粒径を小さくすることにより、鉄鉱石と炭材との接触面積を高めて還元反応を有効に生じさせ、密度の高い還元粒子を得ることができる。
【００４７】
また、還元鉄製造用粒子は、少なくともその中の鉄鉱石および炭材が１２５μｍ以下の粒子を４０ｍａｓｓ％以上とすることが好ましい。このように鉄鉱石および炭材を微粒化することにより、これらの間の還元反応の反応性が高まり、鉄鉱石の還元率をより高くすることができる。より好ましくは７０ｍａｓｓ％以上である。還元鉄製造用粒子にＣａＯ系副原料を含有させる場合には、ＣａＯ系副原料を含めて還元鉄製造用粒子の全体について１２５μｍ以下の粒子を４０ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、７０ｍａｓｓ％以上がより好ましい。
【００４８】
還元鉄製造用粒子の大きさは１０ｃｍ３以下であることが好ましい。これは、還元反応は吸熱反応であるため、焼結鉱製造時のコークスの燃焼熱量でその熱を補償するが、還元鉄製造用粒子が大きすぎると内部に十分熱が供給されずに未反応になりやすいからである。１０ｃｍ３以下とすることにより、還元反応が十分に進行するとともに、原料層の通気性を改善する効果を奏する。しかし、還元鉄製造用粒子の大きさが０．０６５ｃｍ３（直径５ｍｍの球に相当）より小さい場合には、周りの造粒物よりも小さくなり、焼成時に造粒物と同化溶融してしまい小さすぎると通気性改善効果が有効に発揮され難くなるため、０．０６５〜１０ｃｍ３が好ましい。通気性改善効果をより重視する場合には、０．３ｃｍ３以上が好ましい。
【００４９】
上記還元鉄製造用粒子は、原料層全体の５〜５０ｍａｓｓ％であることが好ましく、１０〜５０ｍａｓｓ％がより好ましい。成形後の還元鉄製造用粒子は、比較的高い強度を有しており、焼結機に装入した時点での崩壊は少なく、原料層の中では通気を確保するための粗粒粒子として機能し、適量配合することにより焼結鉱の生産性を向上させる機能を有する。しかし、その配合量が原料層全体の５０ｍａｓｓ％を超えると、還元鉄製造用粒子の集中した層ができ、通気が過剰になるため未焼成部が発生しやすくなる。一方、還元鉄製造用粒子が５ｍａｓｓ％未満であると、得られた半還元焼結鉱中の金属Ｆｅの量が少なくなるので、高炉での還元材比低減やＣＯ２排出量の削減の効果が充分に得られなくなる傾向にある。
【００５０】
還元鉄製造用粒子は、鉄鉱石および炭材、または鉄鉱石、炭材およびＣａＯ系副原料を適宜の方法で成形して製造する。この場合の製造方法としては、従来から焼結原料である擬似粒子を製造する方法として知られているドラムミキサーやディスクペレタイザー等による転動造粒や、ブリケットマシンでブリケット化する方法に代表されるロール成形機等で圧縮成形（加圧成形ともいう）する方法を挙げることができる。この中では圧縮成形する方法が好適である。
【００５１】
鉄鉱石および炭材、または鉄鉱石、炭材およびＣａＯ系副原料を圧縮成形する方法は、転動造粒により擬似粒子化する方法に比べて、鉄鉱石と炭材との接触をより強固にしてこれらの接触面積を大きくすることができるので、鉄鉱石の還元反応がより進行しやすくなり、還元率および金属鉄の含有率をより高めることができる。
【００５２】
このことを図３に基づいて説明する。図３は、横軸に焼結鉱の還元率をとり、縦軸に焼結後の金属鉄の含有率をとって、これらの関係を転動造粒による擬似粒子の場合とブリケット粒子の場合とで比較して示す図である。この図から明らかなように、擬似粒子よりもブリケット粒子のほうが焼結した際の還元率が高く、かつ焼結後の金属Ｆｅの含有率が高くなることがわかる。
【００５３】
また、ブリケット粒子のような圧縮成形した粒子を用いることにより、原料充填層中での空隙率が大きくなり、焼結ベッドの通気性も改善される。
【００５４】
ブリケット化に代表される圧縮成形によって還元鉄製造用粒子を製造する場合には、上記原料に、水および／またはバインダーを適宜の量添加し、混合した後に圧縮成形を行うことが好ましい。また、転動造粒によって成形するこの場合にも、上記原料に、水および／またはバインダーを適宜の量添加し、混合した後に転動造粒を行うことが好ましい。
【００５５】
原料層の残部としては、通常の焼結鉱に用いる擬似粒子を用いる。すなわち、鉄鉱石と炭材とＣａＯ系副原料を主体とする焼結原料を、ドラムミキサーやディスクペレタイザー等により転動造粒して成形したものを用いる。この場合に、鉄鉱石としては通常の粉鉄鉱石を用い、炭材としては粉コークスを用い、ＣａＯ系副原料としては石灰石または生石灰を用いる。配合割合は、鉄鉱石およびＣａＯ系副原料を１００ｍａｓｓ％とした場合に炭材を外数で２〜６ｍａｓｓ％が好ましい。また、ＣａＯ系副原料は、鉄鉱石およびＣａＯ系副原料の合計量の内数で４〜１０ｍａｓｓ％程度が好ましい。
【００５６】
焼結機として、一般的には下方吸引式無端移動型焼結機を用いる。この下方吸引式無端移動型焼結機は、無端移動式の移動グレートを有しており、その移動グレート上に、上記還元鉄製造用粒子と通常の擬似粒子とが供給されて原料層が形成され、この原料層が連続的に焼結されて本実施形態の半還元焼結鉱が製造される。
【００５７】
次に、本実施形態に係る半還元焼結鉱の製造方法の具体例について説明する。
図４は、本実施形態に係る半還元焼結鉱を製造する設備の一例を示す模式図である。この設備は、原料製造設備４０と、下方吸引式無端移動型焼結機５０とを備えている。
【００５８】
原料製造設備４０は、通常擬似粒子の原料である鉄鉱石、炭材およびＣａＯ系副原料等が供給可能な通常擬似粒子用原料源１を有し、この通常擬似粒子用原料源１からの原料がドラムミキサーやディスクペレタイザー等からなる転動造粒装置２で造粒され、通常擬似粒子となる。また、原料製造設備４０は、還元鉄製造用粒子の原料である鉄鉱石および炭材、または鉄鉱石、炭材、およびＣａＯ系副原料が供給可能な還元鉄製造用粒子用原料源３を有し、この還元鉄製造用粒子用原料源３からの原料が上述したロール成形機または転動造粒装置のような成形装置４で成形され、還元鉄製造用粒子となる。これら通常擬似粒子と還元鉄製造用粒子とは、例えば、所定の割合で混合機５により混合され、ホッパー６に貯留されるようになっている。
【００５９】
下方吸引式無端移動型焼結機５０は、無端移動式の移動グレート１１を有しており、その移動グレート１１上に、装入システムであるロールフィーダー１０により通常擬似粒子と還元鉄製造用粒子との混合物が供給され、原料層１３が形成されるようになっている。なお、混合機５を用いずに通常擬似粒子と還元鉄製造用粒子とを別個に移動グレート１１上に供給してもよい。
【００６０】
移動グレート１１の移動経路には点火炉１２が設けられており、移動グレート１１上の擬似粒子がその点火炉１２を通過する際に点火されて原料層１３の焼結が開始され、焼結ケーキ１３ａが形成される。移動グレート１１の出口側には、図示しない破砕機が設けられており、この破砕機により移動グレート１１から落下した焼結鉱が粉砕されてコンベア１４に供給され、高炉へ供給される。
【００６１】
移動グレート１１の直下には、移動グレート１１の進行方向に沿って、複数の風箱１５が配列されており、各風箱１５には垂直ダクト１６が接続されている。これにより、原料層１３の上方のガスが風箱１５および垂直ダクト１６により原料層１３を通過して吸引されるようになっている。
【００６２】
上記垂直ダクト１６は、水平に配置された主排ガスダクト１７に接続され、排ガスが主排ガスダクト１７を経て排出されるようになっている。主排ガスダクト１７には、電気集塵機２０、メインブロア２１が接続されており、メインブロア２１により原料層１３の上方のガスを吸引し、風箱１５、垂直ダクト１６、主排ガスダクト１７、電気集塵機２０等を経て煙突２２から排出される。
【００６３】
なお、原料層１３上方の点火炉１２の下流側部分にガス供給フードを設け、垂直ダクト１６からこのフードに繋がる排ガス循環ダクトを設けて排ガス循環を行うようにしてもよい。このような排ガス循環方式を採用することによって原料層１３中の雰囲気（酸素濃度）を適正に制御することが容易となり、金属Ｆｅの生成および再酸化防止にさらに効果的である。
【００６４】
このように構成される設備においては、通常擬似粒子用原料源１からの原料を転動造粒装置２で造粒して通常擬似粒子を製造し、かつ還元鉄製造用粒子用原料源３からの原料を成形装置４で成形して還元鉄製造用粒子を製造し、混合機５によりこれら通常擬似粒子と還元鉄製造用粒子とを混合し、この混合物をホッパー６およびロールフィーダー１０を介して下方吸引式無端移動型焼結機５０の移動グレート１１上に供給して原料層１３を形成する。このとき、原料層１３は、図５に示すように、通常擬似粒子のマトリックス３１中に還元鉄製造用粒子３２が分散した状態となっている。
【００６５】
そして、点火炉１２により原料層１３表面に点火し、風箱１５を介して下向きにガスを吸引しながら焼成し、原料層１３を構成する擬似粒子を焼結させ、焼結鉱とする。このようにして焼結して得られた焼結鉱は、移動グレート１１から落下し、出口側の破砕機により落下した焼結鉱が粉砕されてコンベア１４に供給され、さらに高炉へ供給される。この場合に、上述したように、原料層１３の還元鉄製造用粒子３２の中では、鉄鉱石と炭材とで直接還元が生じ、鉄鉱石が部分的に還元され、一部金属Ｆｅとなった半還元焼結鉱が製造される。
【００６６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
本実施形態では、焼結原料として少なくとも鉄鉱石と炭材とＣａＯ系副原料とを用い、これを焼結機に装入して原料層を構成し、焼成して半還元焼結鉱を製造するに際し、上記第１の実施形態のより具体的な範囲について規定する。
【００６７】
本実施形態においては、粉鉄鉱石と粉鉄鉱石に対して外数で１０〜２０ｍａｓｓ％の炭材とを配合し、さらに水と必要に応じてバインダーを加えて混合し、この混合物をロール成形機で圧縮成形して成形粒子とし、この成形粒子を内数で５〜３０ｍａｓｓ％配合したものを焼結原料として用いて焼結機に装入する。そして、この成形粒子が５〜５０ｍａｓｓ％、好ましくは５〜３０ｍａｓｓ％配合された焼結原料を焼成し、鉄鉱石の一部を還元して、焼結鉱全体の平均値として、３ｍａｓｓ％以上の金属Ｆｅを含有させた半還元焼結鉱を得る。
【００６８】
本実施形態においては、上記第１の実施形態と同様に、焼結鉱の製造に際し、原料層温度を１４００℃程度に到達させ、１２００℃以上の滞留時間を長くして直接還元を支配的とする。
【００６９】
本実施形態では、第１の実施形態の還元鉄製造用粒子に対応するものとして、ロール成形機で圧縮成形された成形粒子を用いる。このような圧縮成形された成形粒子は、通常の焼結原料である造粒した擬似粒子に比べて高密度であり、第１の実施形態において説明したように、擬似粒子よりも焼結した際の還元率が高く、かつ焼結後の金属Ｆｅの含有率が高くなる。
【００７０】
つまり、ロール成形機で圧縮成形された成形粒子は、その表面においては、被還元物質である鉄鉱石と還元剤である炭材とが強固に接触しかつ接触面積が大きいため、直接還元が進み金属Ｆｅまで急速に還元される。一方、内部は高密度のために酸素の拡散速度が遅く、Ｃの燃焼は起こらず、伝熱により昇温された時点で直接還元反応が進行する。そして、図６に示すように、焼結充填層（原料層）６１において通常の擬似粒子６２中に分散している成形粒子６３の表面には、ＦｅＯ−ＳｉＯ２系またはＦｅＯ−ＣａＯ系融液により、溶融組織を有する皮膜６４が形成され、この皮膜６４により内部での直接還元で発生するＣＯガスあるいはＣＯ２ガスによるバーストを防止する。そのため、還元後（焼成後）も皮膜６４が残って形状を保持し、今度は還元されたＦｅまたはＦｅＯの再酸化防止に有効に働く。このように、成形粒子は鉄鉱石の直接還元反応を効果的に進行させることができる。また、成形粒子は焼結原料の一部であり、焼結機内において原料層に分散された状態となるので、上記反応は局部的に生じ、過剰に溶融するのは還元鉄製造用粒子の部分のみであり大量の融液を発生させるおそれが少ない。さらに、成形粒子は、上述のように還元後もその形態を保っており、吸引ガス中の酸素によっても内部の再酸化が妨げられ、良好な還元状態を保っているので、現状の焼結機の操業を悪化させることなく直接還元を進行させることができ、金属Ｆｅを３％以上含有した半還元焼結鉱を大量に製造することができる。これにより、第１の実施形態と同様、製造プロセス全体としての還元材使用量（還元材比）を削減することができ、ひいては製造プロセスからのＣＯ２排出量も削減することができる。特に、金属Ｆｅを優先的に析出させることにより、製造プロセスからのＣＯ２排出量削減効果を大きくすることができる。
【００７１】
上記成形粒子は、上記のように鉄鉱石を有効に還元するとともに、高い強度を有していることから焼結機に装入した時点での崩壊は少なく、原料層の中では通気を確保するための粗粒粒子として機能し、適量配合することにより焼結鉱の生産性を向上させる機能を有する。しかし、その配合量が焼結原料全体の３０ｍａｓｓ％を超えると還元鉄製造用粒子の集中した層ができ、通気が過剰になるため未焼成部が発生しやすくなる。一方、還元鉄製造用粒子が５ｍａｓｓ％未満であると得られた焼結鉱中の金属Ｆｅを３ｍａｓｓ以上にすることが困難となる。このため、本実施形態では、成形粒子の焼結原料中の配合量を５〜３０ｍａｓｓ％とする。
【００７２】
焼結鉱に含有する金属Ｆｅの量を全体の平均値として３ｍａｓｓ％以上としたのは、これにより、高炉における還元材比削減やコークス炉への負荷軽減の効果を有効に発揮することができるからである。
【００７３】
本実施形態において、成形粒子の炭材配合量を１０〜２０ｍａｓｓ％以上としたのは、以下の理由からである。鉄鉱石中のトータルＦｅは５６〜６５ｍａｓｓ％であり、鉄鉱石１ｔあたりＦｅは５６０〜６５０ｋｇである。その中のＦｅはほぼＦｅ３＋と考えられるから、上記（１）式の直接還元反応によりＦｅ２Ｏ３を１００％還元するに必要なＣの量は１８０〜２１０ｋｇとなり、代表的な炭材である粉コークス中の固定Ｃを８８ｍａｓｓ％とすれば、Ｆｅ２Ｏ３を１００％還元するに必要な粉コークス量は２０５〜２３９ｋｇ／ｔ−鉄鉱石となる。実際の成形粒子に必要な還元率は約５０％以上であるから、必要な粉コークスの量はほぼ１００ｋｇ／ｔ−鉄鉱石以上、すなわち１０ｍａｓｓ％以上となる。成形粒子の金属Ｆｅ含有量は３０ｍａｓｓ％が好ましく、その際の還元率は約６０％であるから、それに必要な炭材（粉コークス）は１２３〜１４３ｋｇ／ｔ−鉄鉱石となり理論量の１．２〜１．３倍必要とすれば、炭材の好ましい範囲は１５〜１９ｍａｓｓ％程度となる。また、炭材が２０ｍａｓｓ％を超えると過剰な溶融が生じやすくなるため、上限を２０ｍａｓｓ％とする。炭材としては粉コークスが好適であるが、無煙炭またはコークス冷却設備の集塵粉等他の炭材を用いることができる。
【００７４】
通常、鉄鉱石には、脈石としてＳｉＯ２が１〜５ｍａｓｓ％程度含まれ、Ａｌ２Ｏ３は１〜２．５ｍａｓｓ％程度含まれる。一方、ＣａＯ系副原料は脈石をほとんど含まない。また、炭材としての粉コークスのアッシュ主要成分はＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３である。したがって、鉄鉱石と炭材のみで焼結により焼結鉱を製造すると、そのスラグ成分は、Ｆｅ２Ｏ３が還元されてできたＦｅＯとＳｉＯ２からなるＦｅＯ−ＳｉＯ２系スラグ、いわゆるファイアライトが生成してしまう。このファイアライトは還元性が極めて悪いが、ＣａＯ系副原料を添加することにより、カルシウム−フェライト系スラグを形成し、還元性を改善することができる。また、ＣａＯ系副原料成形粒子の強度を維持するための骨材あるいはバインダーとしての機能も有する。したがって、成形粒子には、成形粒子の灼熱減量を除いた成分でＣａＯ／ＳｉＯ２が１以上、好ましくはＣａＯ／ＳｉＯ２＞１．５となるようにＣａＯ系副原料を含有することが好ましい。一方で、ＣａＯ系副原料は低融点融液を発生しやすくし、融液が大量に発生した場合には、粒子自体がその形状も残さないほど過剰に溶融する可能性がある。したがって、粒子の過剰溶融の防止のためには、ＣａＯ系副原料の含有量はＣａＯ換算で８ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。ＣａＯ系副原料としてはＣａＯ分を含有していれば特に限定されないが、代表的なものとして石灰石や生石灰、ドロマイトを挙げることができる。
【００７５】
成形粒子を構成する原料は、鉄鉱石で８ｍｍ以下、炭材で５ｍｍ以下、ＣａＯ系副原料で５ｍｍ以下であることが好ましい。このように原料の粒径を小さくすることにより、鉄鉱石と炭材との接触面積を高めて還元反応を有効に生じさせ、密度の高い還元粒子を得ることができる。
【００７６】
また、成形粒子は、少なくともその中の鉄鉱石および炭材が全体として１２５μｍ以下の粒子を４０ｍａｓｓ％以上とすることが好ましい。このように鉄鉱石および炭材を微粒化することにより、これらの間の還元反応の反応性が高まり、鉄鉱石の還元率をより高くすることができる。ここで鉄鉱石と炭材が全体として１２５μｍ以下の粒径のものが４０ｍａｓｓ％以上とは、鉄鉱石および炭材を個々ではなく、これら全体を基準として、鉄鉱石および炭材の１２５μｍ以下の粒径のものの合計が４０ｍａｓｓ％以上であることを意味する。より好ましくは７０ｍａｓｓ％以上である。また、鉄鉱石および炭材のみならず、ＣａＯ系副原料を含めて成形粒子の全体について１２５μｍ以下の粒子を４０ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、７０ｍａｓｓ％以上がより好ましい。
【００７７】
成形粒子の大きさは１０ｃｍ３以下であることが好ましい。これは、還元反応は吸熱反応であるため、焼結鉱製造時のコークスの燃焼熱量でその熱を補償するが、還元鉄製造用粒子が大きすぎると内部に十分熱が供給されずに未反応になりやすいからである。１０ｃｍ３の場合には直径が２６．８ｍｍであり伝熱性の面から限界であり、１０ｃｍ３以下とすることにより、還元反応が十分に進行するとともに、原料層の通気性を改善する効果を奏する。しかし、還元鉄製造用粒子の大きさが０．０６５ｃｍ３（直径５ｍｍの球に相当）未満となると、通気性改善効果が有効に発揮され難くなるため、０．０６５〜１０ｃｍ３が好ましい。通気性改善効果をより重視する場合には、０．３ｃｍ３以上が好ましい。また、伝熱性の観点からは６ｃｍ３以下が好ましい。
【００７８】
成形粒子は、鉄鉱石および炭材、または鉄鉱石、炭材およびＣａＯ系副原料をロール成形機等で圧縮成形することにより得られる。ロール成形機による成形は、ブリケッティングとコンパクティングに分類される。前者は、成形物の母型となるポケットが複数形成されている２個のロールが互いに食い込み勝手に同速で回転するように設けられ、これらロール間に原料を供給し、連続して所定形状の成形体であるブリケットを得るものであり、後者はポケットが形成されていない２個のロールを同様に同速で回転させ、板状の成形物を得、次いでこれを粉砕して成形粒子とするものである。この場合には、上記原料にさらに水と必要に応じてバインダーを適量加えて混合した後に圧縮成形を行う。
【００７９】
成形粒子の成形圧力は、９８０ｋＮ／ｍ以上であることが好ましい。これにより、成形粒子を十分な強度とすることができる。このことを確認した実験について説明する。ここでは、８ｍｍ以下の鉄鉱石に外数で２０質量％の粉コークス（−５ｍｍ）を加え、さらに水を外数で３％、バインダーとして４０ｍａｓｓ％濃度のα化デンプン水溶液を外数で１．４ｍａｓｓ％加え、成形圧力を２４５〜１４７０ｋＮ／ｍの間で変化させて長さ３５ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ１６ｍｍのアーモンド状のブリケットを作成した。各成形圧力のブリケット２０ｋｇを用いて、２ｍの高さから２５回繰り返し落下試験を行い、＋５ｍｍの歩留りを調査した。その結果を図７に示す。この図に示すように、９８０ｋＮ／ｍ以上で良好な結果が得られることが確認された。９８０ｋＮ／ｍ以上で歩留りは飽和する。なお、２ｍ×２５回＝５０ｍは、輸送ラインの乗り継ぎ部の落下距離に相当する。
【００８０】
原料層の残部としては、第１の実施形態と同様、通常の焼結鉱に用いる擬似粒子を用いる。すなわち、鉄鉱石と炭材とＣａＯ系副原料を主体とする焼結原料を、ドラムミキサーやディスクペレタイザー等により転動造粒して成形したものを用いる。この場合に、鉄鉱石としては通常の粉鉄鉱石を用い、炭材としては粉コークスを用い、ＣａＯ系副原料としては石灰石または生石灰を用いる。配合割合は、鉄鉱石およびＣａＯ系副原料を１００ｍａｓｓ％とした場合に炭材を外数で４〜６ｍａｓｓ％が好ましい。また、ＣａＯ系副原料は、鉄鉱石およびＣａＯ系副原料の合計量の内数で４〜１０ｍａｓｓ％程度が好ましい。
【００８１】
焼結機として、一般的には、第１の実施形態と同様、下方吸引式無端移動型焼結機を用いる。この下方吸引式無端移動型焼結機は、無端移動式の移動グレートを有しており、その移動グレート上に、上記還元鉄製造用粒子と通常の擬似粒子とが供給されて原料層が形成され、この原料層が連続的に焼結されて本実施形態の半還元焼結鉱が製造される。
【００８２】
次に、本実施形態に係る半還元焼結鉱の製造方法の具体例について説明する。
図８は、本実施形態に係る半還元焼結鉱を製造する設備の一例を示す模式図である。この設備は、成形粒子製造設備１００と、擬似粒子製造設備２００と、下方吸引式無端移動型焼結機３００とを備えている。
【００８３】
成形粒子製造設備１００は、鉄鉱石、炭材およびＣａＯ系副原料等が供給可能な原料ホッパー群１０１と、原料とバインダー（例えば、デンプン、タール、糖蜜）を混合する攪拌機１０２と、混合物から成形粒子を得るためのロール成形機１０３とを有し、原料ホッパー群１０１からの原料はコンベア１０４、１０５にて攪拌機１０２に搬送され、攪拌機１０２で攪拌された混合物はコンベア１０６にてロール成形機１０３に搬送され、ロール成形機１０３で製造された成形粒子はコンベア１０７で焼結機３００に向かうコンベア４０１に搬送される。
【００８４】
擬似粒子製造設備２００は、鉄鉱石、炭材およびＣａＯ系副原料等が供給可能な原料ホッパー群２０１と、これらを混合するとともに、水を添加して調湿するための混合・調湿機（ドラム）２０２と、原料を造粒するための造粒機（ドラム）２０３とを有し、原料ホッパー群２０１からの原料はコンベア２０４、２０５にて混合・調湿機（ドラム）２０２に搬送され、混合・調湿機（ドラム）２０２から排出された混合物はコンベア２０６にて造粒機（ドラム）２０３に搬送され、造粒機（ドラム）２０３で製造された擬似粒子はコンベア２０７で焼結機３００に向かうコンベア４０１に搬送される。
【００８５】
これにより、コンベア４０１上で成形粒子と擬似粒子とが混合されることとなる。コンベア４０１上の混合物は、コンベア４０２に移し替えられて焼結機３００に搬送される。
【００８６】
下方吸引式無端移動型焼結機３００は、無端移動式の移動グレート３１１を有しており、その移動グレート３１１上に、適宜の装入システムにより通常擬似粒子と成形粒子との混合物が供給され、原料層３１３が形成されるようになっている。
【００８７】
移動グレート３１１の移動経路には点火炉３１２が設けられており、移動グレート３１１上の擬似粒子がその点火炉３１２を通過する際に点火されて原料層３１３の焼結が開始され、焼結ケーキ３１３ａが形成される。移動グレート３１１の出口側には、図示しない破砕機が設けられており、この破砕機により移動グレート３１１から落下した焼結鉱が粉砕されてコンベア３１４に供給され、高炉へ供給される。
【００８８】
移動グレート３１１の直下には、移動グレート３１１の進行方向に沿って、複数の風箱３１５が配列されており、各風箱３１５には垂直ダクト３１６が接続されている。これにより、原料層３１３の上方のガスが風箱３１５および垂直ダクト３１６により原料層３１３を通過して吸引されるようになっている。
【００８９】
上記垂直ダクト３１６は、水平に配置された主排ガスダクト３１７に接続され、排ガスが主排ガスダクト３１７を経て排出されるようになっている。主排ガスダクト３１７には、電気集塵機３２０、メインブロア３２１が接続されており、メインブロア３２１により原料層３１３の上方のガスを吸引し、風箱３１５、垂直ダクト３１６、主排ガスダクト３１７、電気集塵機３２０等を経て煙突３２２から排出される。
【００９０】
なお、原料層３１３上方の点火炉３１２の下流側部分にガス供給フードを設け、垂直ダクト３１６からこのフードに繋がる排ガス循環ダクトを設けて排ガス循環を行うようにしてもよい。このような排ガス循環方式を採用することによって原料層３１３中の雰囲気（酸素濃度）を適正に制御することが容易となり、金属Ｆｅの生成および再酸化防止に更に効果的である。
【００９１】
このように構成される設備においては、成形粒子製造設備１００により成形粒子を製造し、擬似粒子製造設備２００により擬似粒子を製造し、これをコンベア４０１上で適宜の手段により混合し、コンベア４０２を経てこの混合物を下方吸引式無端移動型焼結機３００の移動グレート３１１上に供給して原料層３１３を形成する。このとき、原料層３１３は、図９に示すように、通常擬似粒子のマトリックス３３１中に成形粒子３３２が分散した状態となっている。
【００９２】
そして、点火炉３１２により原料層３１３表面に点火し、風箱３１５を介して下向きにガスを吸引しながら焼成し、原料層３１３を構成する擬似粒子を焼結させ、焼結鉱とする。このようにして焼結して得られた焼結鉱は、移動グレート３１１から落下し、出口側の破砕機により落下した焼結鉱が粉砕されてコンベア３１４に供給され、さらに高炉へ供給される。この場合に、上述したように、原料層３１３の成形粒子３３２の中では、鉄鉱石と炭材とで直接還元が生じ、鉄鉱石が部分的に還元され、一部金属Ｆｅとなった半還元焼結鉱が製造される。
【００９３】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
本実施形態においては、第１および第２の実施形態と同様に、焼結鉱の製造に際し、原料層温度を１４００℃程度に到達させ、１２００℃以上の滞留時間を長くして直接還元を支配的とするが、そのために、焼結原料として鉄鉱石と炭材と副原料とを焼結機に装入して焼成し、鉄鉱石の一部を炭材により還元してなる半還元焼結鉱を製造するにあたり、焼結原料のうち鉄鉱石の一部および炭材の一部、または焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を予め圧縮成形（加圧成形とも称する）して圧縮成形体とし、焼結原料の残部を造粒物とし、これらを混合して焼成する。
【００９４】
このように、焼結原料のうち鉄鉱石の一部および炭材の一部、または焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を圧縮成形することにより、鉄鉱石と炭材とが圧密されてこれらの接触面積が大きくなるので、このような圧縮成形体を原料の一部として焼結機に装入することにより焼結鉱の還元を促進させることができる。このため、焼結鉱の還元率および金属Ｆｅの含有率を高めることができ、このような焼結鉱を高炉で使用することにより、第１の実施形態と同様、製造プロセス全体としての還元材使用量（還元材比）を削減することができ、ひいては製造プロセスからのＣＯ２排出量も削減することができる。
【００９５】
また、圧縮成形体は原料が加圧により緻密化しているため、焼結鉱となった場合にも造粒物と比較して原料が緻密に存在している。このとき、圧縮成形により緻密化した部分は外気と遮断され、直接還元により発生した金属鉄の酸化が抑制される。
【００９６】
すなわち、焼結原料のうち鉄鉱石の一部および炭材の一部、または焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を圧縮成形した圧縮成形体を焼結原料の造粒物とともに焼結機に投入して半還元焼結鉱を製造することにより、高い還元率および高い金属鉄含有率が実現される。
【００９７】
本実施形態において、鉄鉱石としては、反応性を良好に維持する観点から、粒径８ｍｍ以下の粉鉄鉱石が好ましく、炭材としては、粒径５ｍｍ以下の粉コークス、さらには粒径３ｍｍ以下の粉コークスが好ましい。また、副原料としてはＣａＯ系副原料、例えば石灰石、生石灰が用いられる。
【００９８】
造粒物のコア部分（後述の凝結材を除いた部分）の組成および圧縮成形体の組成は、鉄鉱石および副原料１００質量％に対し還元材としての炭材が１０〜２０質量％のものが好適である。副原料の含有量は、コア部分の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が１以上になるよう配合することが好ましい。具体的には、４〜１０質量％であることが好ましい。造粒物のコア部分は、単一層であってもよいし、例えば、鉄鉱石、副原料および炭材からなる内層の外側に鉄鉱石からなる外層を形成した２層構造のものであってもよい。造粒物は、上記コア部分の外側に燃料（凝結材）としての炭材が被覆されて構成される。また、圧縮成形体として外側に炭材が被覆されたものを用いてもよい。被覆される炭材は、鉄鉱石および副原料のトータル１００質量％に対し１〜４質量％であることが好ましい。
【００９９】
ここで、コア部分の炭材量を鉄鉱石および副原料１００質量％に対し１０〜２０質量％としたのは、この範囲であれば、擬似粒子中の鉄鉱石を有効に還元することができ、しかも未反応のコークスが残存し難いからである。また、コア部分に外装される炭材量を鉄鉱石および副原料のトータル１００質量％に対し１〜４質量％とすることにより、鉄鉱石の焼結を適切に進行させることができる。
【０１００】
本実施形態において、圧縮成形体とは、ロール成形機における圧縮成形手段により所定形状に成形されたブリケット、またはロール成型機で板状、シート状、もしくは棒状に成形した後に所定の大きさに粉砕したもので、単一粒子の圧潰強度が３９．２Ｎ以上とされたものをいう。
【０１０１】
圧縮成形体は、体積が１０ｃｍ３以下であることが好ましい。この範囲とすることにより最適な通気性が得られる。これよりもサイズが拡大すると通気性が過剰となる傾向となり、また未焼成部分が発生しやすくなる。しかし、圧縮成形体粒子の大きさが０．０６５ｃｍ３より小さい場合には、周りの造粒物よりも小さくなり、焼成時に造粒物と同化溶融してしまい、還元率も十分に上がらない。したがって、圧縮成形体の体積は０．０６５〜１０ｃｍ３がより好ましい。さらに、圧縮成形体の最薄部分の幅を８ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることにより良好な通気性が得られる。
【０１０２】
圧縮成形体を構成する原料としての鉄鉱石と炭材は、これら全体として１２５μｍ以下の粒径のものが４０ｍａｓｓ％以上となるようにすることが好ましい。このように鉄鉱石および炭材を微粒化することにより、これらの間の還元反応の反応性が高まり、鉄鉱石の還元率をより高くすることができる。ここで鉄鉱石と炭材が全体として１２５μｍ以下の粒径のものが４０ｍａｓｓ％以上とは、鉄鉱石および炭材を個々ではなく、これら全体を基準として、鉄鉱石および炭材の１２５μｍ以下の粒径のものの合計が４０ｍａｓｓ％以上であることを意味する。より好ましくは７０ｍａｓｓ％以上である。また、鉄鉱石および炭材のみならず、ＣａＯ系副原料を含めて成形粒子の全体について１２５μｍ以下の粒子を４０ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、７０ｍａｓｓ％以上がより好ましい。
【０１０３】
焼結機としては、上記第１および第２の実施形態と同様、下方吸引式無端移動型焼結機を用いることが好ましい。具体的には、その無端移動式の移動グレート上に、焼結原料を造粒した造粒物である擬似粒子および圧縮成形体を供給し、原料層を形成し、移動グレートの移動経路に設けられた点火炉により、原料層が点火されて焼結が行われる。移動グレートの直下には、複数の風箱が配列されており、焼結の際に各風箱を介して原料層上方のガスが下方に吸引される。
【０１０４】
圧縮成形体を焼結機に装入するに際しては、焼結機の原料層下部３／４以下の領域に装入することが好ましい。原料層の表面に近い領域では、焼結時の温度が比較的低く、高温の保持時間も短い。また、この領域へ圧縮成形体を装入することにより通気性が改善されるため、この傾向はさらに顕著となる。その結果、成形体の還元反応は、充填層の下層と比べ不十分な状態で終了してしまう。このように装入するためには、例えば、図１０に示すように、造粒物である擬似粒子７１を搬送手段例えばベルトコンベア７９により上方から供給するとともに、原料層７２の適宜の位置に圧縮成形体用ホッパー７７から装入位置を調整可能なシュート７３を介して圧縮成形体７４を供給するようにすればよい。なお、符号７５は床敷鉱、７６は焼結パレット、７８は圧縮成形体用定量切出装置、８０は偏析装入装置である。
【０１０５】
焼結機に装入される造粒物に対する圧縮成形体の混合比、つまり原料層における圧縮成形体の混合割合は５〜５０ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。この混合割合が５０ｍａｓｓ％を超えると、すなわち圧縮成形体が造粒物と同じ割合よりも高い割合となると、通気性が過剰となる傾向となり、未焼成部分が発生しやすくなる。一方、５ｍａｓｓ％未満では、圧縮成形体を混合装入する効果が小さい。好ましくは１０〜５０ｍａｓｓ％である。
【０１０６】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
本実施形態においては、第１〜第３の実施形態と同様に、焼結鉱の製造に際し、原料層温度を１４００℃程度に到達させ、１２００℃以上の滞留時間を長くして直接還元を支配的とするが、そのために、焼結原料として鉄鉱石と炭材と副原料とを焼結機に装入して焼成し、鉄鉱石の一部を炭材により還元してなる半還元焼結鉱を製造するにあたり、焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を予め均一に混合後、圧縮成形して圧縮成形体とし、焼結原料の残部を造粒物とし、これらを混合して焼成する。
【０１０７】
このように、焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を圧縮成形することにより、鉄鉱石と炭材とが圧密されてこれらの接触面積が大きくなるので、このような圧縮成形体を原料の一部として焼結機に装入することにより焼結鉱の還元を促進させることができる。
【０１０８】
また、圧縮成形体は原料が圧縮により緻密化しているため、焼結鉱となった場合にも造粒物と比較して原料が緻密に存在している。このとき、圧縮成形により緻密化した部分は外気と遮断され、直接還元により発生した金属鉄の酸化が抑制される。
【０１０９】
すなわち、焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を圧縮成形した圧縮成形体を焼結原料の造粒物とともに焼結機に投入して半還元焼結鉱を製造することにより、高い還元率および高い金属鉄含有率が実現される。このような焼結鉱を高炉で使用することにより、第１の実施形態と同様、製造プロセス全体としての還元材使用量（還元材比）を削減することができ、ひいては製造プロセスからのＣＯ２排出量も削減することができる。
【０１１０】
本実施形態において、鉄鉱石としては、反応性を良好に維持する観点から、第３の実施形態と同様、粒径８ｍｍ以下のものが８０％以上の粉鉄鉱石が好ましく、炭材としては、粒径５ｍｍ以下のものが８０％以上、さらには粒径３ｍｍ以下のものが８０％以上である粉コークスが好ましい。また、副原料としてはＣａＯ源を含むものが好適であり、ＣａＯ源としては、例えば石灰石、生石灰を挙げることができる。
【０１１１】
本実施形態においても第３の実施形態と同様、圧縮成形体とは、第３の実施形態と同様、ロール成形機における圧縮成形手段により所定形状に成形されたブリケット、またはロール成形機で板状、シート状、もしくは棒状に成形した後に所定の大きさに粉砕したもので、単一粒子の圧潰強度が３９．２Ｎ以上とされたものをいう。
【０１１２】
この実施形態においても、第３の実施形態と同様、最適な通気性を得る観点および反応性の観点から、圧縮成形粒子の体積が１０ｃｍ３以下であることが好ましい。また、圧縮成形体粒子の大きさが０．０６５ｃｍ３より小さい場合には、焼成時に造粒物と同化溶融してしまい、還元率も十分に上がらないおそれがあることから、圧縮成形体の体積は０．０６５〜１０ｃｍ３がより好ましい。さらに、圧縮成形体の最薄部分の幅を８ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることにより良好な通気性が得られる。
【０１１３】
圧縮成形体を構成する原料としての鉄鉱石と炭材は、第３の実施形態と同様、これら全体として１２５μｍ以下の粒径のものが４０ｍａｓｓ％以上となるようにすることが好ましい。このように鉄鉱石および炭材を微粒化することにより、これらの間の還元反応の反応性が高まり、鉄鉱石の還元率をより高くすることができる。ここで鉄鉱石と炭材が全体として１２５μｍ以下の粒径のものが４０ｍａｓｓ％以上とは、鉄鉱石および炭材を個々ではなく、これら全体を基準として、鉄鉱石および炭材の１２５μｍ以下の粒径のものの合計が４０ｍａｓｓ％以上であることを意味する。より好ましくは７０ｍａｓｓ％以上である。また、鉄鉱石および炭材のみならず、ＣａＯ系副原料を含めて成形粒子の全体について１２５μｍ以下の粒子を４０ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、７０ｍａｓｓ％以上がより好ましい。
【０１１４】
副原料として用いるＣａＯ源のうち一部または全部として生石灰を用い、圧縮成形体に副原料として生石灰を含有させた場合には、圧縮成形体はバインダーを使用せずに成形することが好ましい。圧縮成形体に含有させるＣａＯ源として生石灰を用いることにより、生石灰がＣａＯ源として機能するとともにバインダーの機能をも兼備することとなり、圧縮成形体の製造時には、通常用いている有機バインダーを使用せずに成形可能となる。したがって、圧縮成形体を形成する際に通常用いているバインダーを省略して低コスト化を図ることができる。
【０１１５】
副原料として用いるＣａＯ源は、圧縮成形体中の配合量よりも造粒物の中の配合量のほうが多いほうが好ましい。具体的には、圧縮成形体中のＣａＯ源の配合量を前記造粒物中のＣａＯ源配合量の４０〜７０ｍａｓｓ％とすることが好ましい。ＣａＯ源は、通常、焼結に必要な融液を生成するために添加されるが、本発明における圧縮成形体は、鉄鉱石と炭材との間で有効に還元反応が生じるように圧縮したものであるから、残部の造粒物ほどＣａＯ源の量は多くなくてよく、残部の造粒物に含まれているＣａＯ源配合量の４０〜７０ｍａｓｓ％で十分である。そして、このように圧縮成形体のＣａＯ源配合量を減らしても焼結鉱の品質が適切に維持され、圧縮成形体の還元率はむしろ上昇し、かつＣａＯ源配合量が少なくなった分低コスト化を図ることができる。
【０１１６】
圧縮成形体中のＣａＯ系副原料の配合量は、灼熱減量を除く圧縮成形体中のＣａＯ／ＳｉＯ２が１以上になるような配合量とすることが好ましい。これにより、ＣａＯ系副原料を圧縮成形体の強度を維持するための骨材としての機能あるいは焼結鉱の溶融組織として難還元性のＦｅＯ−ＳｉＯ２系スラグの生成を防止する機能を有効に発揮させることができる。
【０１１７】
造粒物のコア部分の組成および圧縮成形体の組成は、鉄鉱石および副原料１００質量％に対し還元材としての炭材が１０〜２０質量％のものが好適である。副原料の含有量は、コア部分の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が１以上になるよう配合することが好ましい。具体的には４〜１０質量％であることが好ましい。造粒物のコア部分は、単一層であってもよいし、例えば、鉄鉱石、副原料および炭材からなる内層の外側に鉄鉱石からなる外層を形成した２層構造のものであってもよい。造粒物は、上記コア部分の外側に燃料（凝結材）としての炭材が被覆されて構成される。また、圧縮成形体として外側に炭材が被覆されたものを用いてもよい。被覆される炭材は、鉄鉱石および副原料のトータル１００質量％に対し１〜４質量％であることが好ましい。
【０１１８】
ここで、コア部分の炭材量を鉄鉱石および副原料１００質量％に対し１０〜２０質量％としたのは、この範囲であれば、擬似粒子中の鉄鉱石を有効に還元することができ、しかも未反応のコークスが残存し難いからである。また、コア部分に外装される炭材量を鉄鉱石および副原料のトータル１００質量％に対し１〜４質量％とすることにより、鉄鉱石の焼結を適切に進行させることができる。
【０１１９】
焼結機としては、上記第１〜第３の実施形態と同様、下方吸引式無端移動型焼結機を用いることが好ましい。具体的には、その無端移動式の移動グレート上に、焼結原料を造粒した造粒物である擬似粒子および圧縮成形体を供給し、原料層を形成し、移動グレートの移動経路に設けられた点火炉により、原料層が点火されて焼結が行われる。移動グレートの直下には、複数の風箱が配列されており、焼結の際に各風箱を介して原料層上方のガスが下方に吸引される。
【０１２０】
焼結機への焼結原料の装入は、圧縮成形体と造粒物とを混合してから行ってもよいし、両方別々に装入し、原料層を形成する際に混合するようにしてもよい。圧縮成形体の装入に分布を持たせるような場合には、例えば上述した図１０の装置を用いて別々に装入するようにすることが好ましい。
【０１２１】
圧縮成形体を焼結機に装入するに際しては、焼結機の原料層下部３／４以下の領域に装入することが好ましい。原料層の表面に近い領域では、焼結時の温度が比較的低く、高温の保持時間も短い。また、この領域へ圧縮成形体を装入することにより通気性が改善されるため、この傾向はさらに顕著となる。その結果、成形体の還元反応は、充填層の下層と比べ不十分な状態で終了してしまう。
【０１２２】
焼結機に装入される造粒物に対する圧縮成形体の混合比、つまり原料層における圧縮成形体の混合割合は５〜５０ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。この混合割合が５０ｍａｓｓ％を超えると、すなわち圧縮成形体が造粒物と同じ割合よりも高い割合となると、通気性が過剰となる傾向となり、未焼成部分が発生しやすくなる。一方、５ｍａｓｓ％未満では、圧縮成形体を混合装入する効果が小さい。好ましくは１０〜５０ｍａｓｓ％である。
【実施例】
【０１２３】
以下に本発明の実施例について比較例と比較しつつ説明する。
１．第１の実施例
第１の実施例は上記第１の実施形態に対応するものであり、以下の比較例１，実施例１〜４、比較例２、実施例５〜９が該当する。
【０１２４】
（比較例１）
粒径８ｍｍ以下で平均粒径が２．３ｍｍ、ＳｉＯ２含有量が３．５ｍａｓｓ％の粉鉄鉱石、リサイクルダスト、粒径３ｍｍ以下の蛇紋岩、粒径５ｍｍ以下の石灰石、バインダーとしての生石灰および５ｍｍ以下の篩下焼結粉を表１の割合で配合した原料に外数で４．４ｍａｓｓ％の粉コークスを加えた焼結混合原料を、ドラムミキサーで加湿しながら３分間混合後、３分間造粒した平均粒径４．０ｍｍの通常擬似粒子を直径φ３００ｍｍの試験用のバッチ式焼成炉に一定層厚になるように装入した。ここで、リサイクルダストは高炉ダストおよびミルスケール、所内回収物を使用した（以下の実施例も同様）。また、平均粒径は質量基準の算術平均粒径である（以下の実施例も同様）。算術平均粒径Ｄは、粒子を複数の粒子径範囲に分級し、各粒子径範囲の代表粒径（範囲の中間値）をｄ、各粒子径範囲の粒子の合計質量をＷとした場合に、以下の式で表すことができる。
Ｄ＝Σ（Ｗ・ｄ）／ΣＷ
【０１２５】
擬似粒子の装入量は４５ｋｇであった。焼成炉を排風圧２ｋＰａで吸引しながら、プロパンガスを燃料とした点火バーナーで２分間、充填した原料層表面に着火した後、排風圧を１０ｋＰａまで上げて焼成し焼結鉱を製造した。このときの、焼結鉱の成分を表２に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表３に示す。これらに示すように、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度は許容範囲であったが、得られた焼結鉱は金属Ｆｅを含有していなかった。
【０１２６】
（実施例１）
粒径８ｍｍ以下で平均粒径が２．３ｍｍの粉鉄鉱石と、粉鉄鉱石に対し外数で１０ｍａｓｓ％の炭材（粉コークス）をドラムミキサーで加湿しながら３分間混合した後、直径φ１３００ｍｍ、深さが１５０ｍｍのディスクペレタイザーで５分間加湿しながら造粒した後、目開き５ｍｍの篩いを通し、直径５〜１２ｍｍの還元鉄製造用粒子を製造した。この還元鉄製造用粒子１３．５ｋｇと、比較例１と同じ条件で製造した擬似粒子３１．５ｋｇをドラムミキサーで１分間混合した後、比較例１で使用した直径φ３００ｍｍのバッチ式焼成炉に一定層厚になるように装入し、同じ条件で焼成した。比較例１と同様、このときの焼結鉱の成分を表２に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表３に示す。これらに示すように、得られた焼結鉱は、金属Ｆｅの含有量が８．５ｍａｓｓ％と高く、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度も良好であった。
【０１２７】
（実施例２）
還元鉄製造用粒子の炭材配合量を粉鉄鉱石に対し外数で１５ｍａｓｓ％とした以外は、実施例１と同じ方法で製造した還元鉄製造用粒子１３．５ｋｇと、比較例１と同じ条件で製造した擬似粒子３１．５ｋｇを実施例１と同様に混合した後、比較例１で使用した直径φ３００ｍｍのバッチ式焼成炉に一定層厚になるように装入し、同じ条件で焼成した。比較例１と同様、このときの焼結鉱の成分を表２に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表３に示す。これらに示すように、得られた焼結鉱は、金属Ｆｅの含有量が１５．５ｍａｓｓ％と高く、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度も良好であった。
【０１２８】
（実施例３）
還元鉄製造用粒子の炭材配合量を粉鉄鉱石に対し外数で２０ｍａｓｓ％とした以外は、実施例１と同じ方法で製造した還元鉄製造用粒子１３．５ｋｇと、比較例１と同じ条件で製造した擬似粒子３１．５ｋｇを実施例１と同様に混合した後、比較例１で使用した直径φ３００ｍｍのバッチ式焼成炉に一定層厚になるように装入し、同じ条件で焼成した。比較例１と同様、このときの焼結鉱の成分を表２に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表３に示す。この場合は、金属Ｆｅの含有量が１９．７ｍａｓｓ％と高かったが、還元鉄製造用粒子の周囲に一部過溶融状態が見られたため、生産率が１．４１ｔ／ｍ２／ｈと若干低下した。５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度は良好であった。
【０１２９】
（実施例４）
還元鉄製造用粒子の炭材配合量を粉鉄鉱石に対し外数で５ｍａｓｓ％とした以外は、実施例１と同じ方法で製造した還元鉄製造用粒子１３．５ｋｇと、比較例１と同じ条件で製造した擬似粒子３１．５ｋｇを実施例１と同様に混合した後、比較例１で使用した直径φ３００ｍｍのバッチ式焼成炉に一定層厚になるように装入し、同じ条件で焼成した。比較例１と同様、このときの焼結鉱の成分を表２に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表３に示す。この場合は、金属Ｆｅ含有率が０．８ｍａｓｓ％であり、金属Ｆｅが得られたものの他の実施例よりも低く、高炉還元材比の低減効果は他の実施例より小さかった。生産率は高かったが、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度は他の実施例よりも低い値となった。
【０１３０】
（比較例２）
還元鉄製造用粒子の炭材配合量を粉鉄鉱石に対し外数で２０ｍａｓｓ％とした以外は、実施例１と同じ方法で製造した還元鉄製造用粒子のみを、比較例１で使用した直径φ３００ｍｍのバッチ式焼成炉に一定層厚になるように装入し、同じ条件で焼成した。比較例１と同様、このときの焼結鉱の成分を表２に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表３に示す。この場合は、金属Ｆｅ含有率は２３．２ｍａｓｓ％と高かったものの、バッチ焼成炉の上部より３〜５ｃｍ下側では過溶融が著しく、中層より下層にかけては未焼成粒子が大量に残っており、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まりが著しく低下した。
【０１３１】
（実施例５）
還元鉄製造用粒子の配合を粉鉄鉱石に対して内数で６ｍａｓｓ％の生石灰および外数で１５ｍａｓｓ％の炭材とした以外は、実施例１と同じ方法で製造した還元鉄製造用粒子１３．５ｋｇと、比較例１と同じ条件で製造した擬似粒子３１．５ｋｇを実施例１と同様に混合した後、比較例１で使用した直径φ３００ｍｍのバッチ式焼成炉に一定層厚になるように装入し、同じ条件で焼成した。比較例１と同様、このときの焼結鉱の成分を表２に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表３に示す。これらに示すように、得られた焼結鉱は、金属Ｆｅの含有量が１７．９ｍａｓｓ％と高く、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まりは許容範囲であり、シャッター強度は良好であった。
【０１３２】
（実施例６）
粉鉄鉱石に対し内数で８ｍａｓｓ％の粒径５ｍｍ以下の石灰石および外数で１５ｍａｓｓ％の炭材を配合し、ヘンシェル式ミキサーで澱粉と水を加えながら５分間混合した後、１６．２ｍｍ×１２ｍｍ×８．８ｍｍのアーモンド型カップを切り込んだ直径４００ｍｍのダブルロール成型機を用いて２０ｔの成型荷重で容積１ｃｍ３のブリケットを製造し、これを還元鉄製造用粒子とした。この還元鉄製造用粒子１３．５ｋｇと、比較例１と同じ条件で製造した擬似粒子３１．５ｋｇを実施例１と同様に混合した後、比較例１で使用した直径φ３００ｍｍのバッチ式焼成炉に一定層厚になるように装入し、同じ条件で焼成した。比較例１と同様、このときの焼結鉱の成分を表２に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表３に示す。これらに示すように、得られた焼結鉱は、金属Ｆｅの含有量が２１．２ｍａｓｓ％と高く、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度も良好であった。特にシャッター強度は最も高い値を示した。
【０１３３】
（実施例７）
還元鉄製造用粒子の生石灰の配合を粉鉄鉱石に対して内数で３．８ｍａｓｓ％とし、炭材配合量を粉鉄鉱石に対し外数で１５ｍａｓｓ％とした以外は、実施例１と同様に混合した後、比較例１で使用した直径３００ｍｍのバッチ式焼成炉に一定層厚になるように装入し、同じ条件で焼成した。同じ方法で製造した還元鉄製造用粒子のみを、比較例１で使用した直径φ３００ｍｍのバッチ式焼成炉に一定層厚になるように装入し、同じ条件で焼成した。比較例１と同様、このときの、焼結鉱の成分を表２に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表３に示す。これらに示すように、得られた焼結鉱は、金属Ｆｅの含有量が５．２ｍａｓｓ％であった。生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度は、いずれも若干低い値を示した。また、得られた焼結鉱には、過剰に溶融した形跡が認められた。
【０１３４】
（実施例８）
還元鉄製造用粒子の炭材配合量を粉鉄鉱石に対し外数で５ｍａｓｓ％とした以外は、実施例１と同じ方法で製造した還元鉄製造用粒子２０．０ｋｇと、比較例１と同じ条件で製造した擬似粒子２５．０ｋｇを実施例１と同様に混合した後、比較例１で使用した直径φ３００ｍｍのバッチ式焼成炉に一定層厚になるように装入し、同じ条件で焼成した。比較例１と同様、このときの焼結鉱の成分を表２に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表３に示す。これらに示すように、得られた焼結鉱は、金属Ｆｅの含有量が２．２ｍａｓｓ％であった。また、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度も良好であった。
【０１３５】
（実施例９）
還元鉄製造用粒子の炭材配合量を粉鉄鉱石に対し外数で２０ｍａｓｓ％とした以外は、実施例１と同じ方法で製造した還元鉄製造用粒子２．４ｋｇと、比較例１と同じ条件で製造した擬似粒子４２．６ｋｇを実施例１と同様に混合した後、比較例１で使用した直径φ３００ｍｍのバッチ式焼成炉に一定層厚になるように装入し、同じ条件で焼成した。比較例１と同様、このときの焼結鉱の成分を表２に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表３に示す。この場合は、金属Ｆｅの含有量が３．２ｍａｓｓ％で還元的製造用粒子の周囲に一部過溶融状態が見られたものの、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度は良好であった。
【０１３６】
【表１】
2006274440.tif 000003
【０１３７】
【表２】
2006274440.tif 000004
【０１３８】
【表３】
2006274440.tif 000005
【０１３９】
以上より、本発明の範囲内の実施例では、得られた焼結鉱は、一部が還元され、金属Ｆｅを含有していた。したがって、これらの焼結鉱を高炉で使用すると、前述したように、高炉での還元剤比低減やＣＯ２削減効果が得られることとなる。なお、生産率、歩留まりや、シャッター強度も通常の焼結鉱（比較例１）と同等レベル以上であることが確認された。
【０１４０】
２．第２の実施例
第２の実施例は上記第２の実施形態に対応するものであり、以下の比較例１１，実施例１１〜１４、比較例１２、実施例１５、比較例１３，１４が該当する。
【０１４１】
（比較例１１）
粒径８ｍｍ以下で平均粒径が２．３ｍｍ、ＳｉＯ２を３．５ｍａｓｓ％含有する粉鉄鉱石、高炉ダストやミルスケール等のリサイクル粉、粒径３ｍｍ以下の蛇紋岩、粒径５ｍｍ以下の石灰石、造粒バインダーとしての生石灰および５ｍｍ以下の篩下焼結粉を表４の割合で配合した、１２５μｍ以下の粒子を４５ｍａｓｓ％含有する原料に外数で４．０ｍａｓｓ％の粉コークスを加えた焼結混合原料を、ドラムミキサーで加湿しながら３分間混合後、さらに３分間造粒した平均粒径４．０ｍｍの通常擬似粒子を直径φ３００ｍｍの試験用のバッチ式焼成炉に一定層厚になるように装入した。擬似粒子の装入量は乾燥重量で４５ｋｇであった。焼成炉を排風圧２ｋＰａで吸引しながら、プロパンガスを燃料とした点火バーナーで２分間、充填した原料層表面に着火した後、排風圧を１０ｋＰａまで上げて焼成し焼結鉱を製造した。このときの、焼結鉱の成分を表５に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表６に示す。これらに示すように、生産率、１０ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度は許容範囲であったが、得られた焼結鉱は金属Ｆｅを含有していなかった。
【０１４２】
（実施例１１）
同様の粉鉄鉱石に粉コークスを外数で１５ｍａｓｓ％加え、ドラムミキサーで水分を加えながら３分間混合した後、攪拌スクリューを有するミキサーで、４０ｍａｓｓ％濃度のα化デンプン水溶液をバインダーとして添加しながら２分間混合し、ダブルロール成形機により１４７０ｋＮ／ｍの成形圧をかけながら、長さ３５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ１６ｍｍのアーモンド型ブリケット粒子を製造した。このブリケット粒子を内数で１０ｍａｓｓ％となるように比較例１１で製造した擬似粒子と混合した後、４０ｋｇを試料として比較例１１と同様の方法で焼成した。このときの、焼結鉱の成分を表５に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表６に示す。これらに示すように、得られた焼結鉱は、金属Ｆｅの含有量が３．４ｍａｓｓ％であり、生産率、１０ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度も良好であった。
【０１４３】
（実施例１２）
粉コークス配合量を粉鉄鉱石に対し外数で２０ｍａｓｓ％とした以外は、実施例１１と同じ方法でブリケット粒子を製造し、このブリケット粒子を内数で１０ｍａｓｓ％となるように比較例１１で製造した擬似粒子と混合した後、４０ｋｇを試料として比較例１１と同様の方法で焼成した。このときの、焼結鉱の成分を表５に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表６に示す。これらに示すように、得られた焼結鉱は、金属Ｆｅの含有量が５．６ｍａｓｓ％であり、生産率、１０ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度も良好であった。
【０１４４】
（実施例１３）
ブリケット粒子の配合量を内数で５ｍａｓｓ％とした以外は、実施例１２と全く同様の方法で焼成を行い、焼結鉱を製造した。このときの焼結鉱の成分を表５に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表６に示す。これらに示すように、得られた焼結鉱は、金属Ｆｅの含有量が３．０ｍａｓｓ％であり、生産率、１０ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度も良好であった。
【０１４５】
（実施例１４）
ブリケット粒子のサイズを１９ｍｍ×１４ｍｍ×８ｍｍとした以外は、実施例１１と同じ方法でブリケットを製造し、このブリケット粒子を内数で３０ｍａｓｓ％となるように比較例１１で製造した擬似粒子と混合した後、実施例１１と同様に焼成した。このときの焼結鉱の成分を表５に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表６に示す。これらに示すように、得られた焼結鉱は、金属Ｆｅの含有量が１０．２ｍａｓｓ％であり、生産率、１０ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度も良好であった。
【０１４６】
（実施例１５）
ブリケット粒子に配合する粉コークス量を２５ｍａｓｓ％にした以外は、実施例１２と同様にしてブリケット粒子を製造し、擬似粒子と混合して実施例１２と同様に焼成した。このときの焼結鉱の成分を表５に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表６に示す。この場合は、ブリケットは相当程度溶融したが、金属Ｆｅの含有量が２．１ｍａｓｓ％であった。
【０１４７】
（実施例１６）
粉鉄鉱石に対しバインダーおよびＣａＯ源として生石灰を６．０ｍａｓｓ％混合した原料に、粉コークスを外数で２０ｍａｓｓ％配合した以外は、実施例１１と同じ方法でブリケット粒子を製造し、このブリケット粒子を内数で１０ｍａｓｓ％となるように比較例１１で製造した擬似粒子と混合した後、４０ｋｇを試料として比較例１１と同様の方法で焼成した。このときの、焼結鉱の成分を表５に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表６に示す。これらに示すように、得られた焼結鉱は、金属Ｆｅの含有量が７．３ｍａｓｓ％であり、生産率、１０ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度も良好であった。
【０１４８】
（実施例１７）
粉鉄鉱石に対しバインダーおよびＣａＯ源として生石灰を２．０ｍａｓｓ％混合した原料に、粉コークスを外数で２０ｍａｓｓ％配合した以外は、実施例１１と同じ方法でブリケット粒子を製造し、このブリケット粒子を内数で１０ｍａｓｓ％となるように比較例１１で製造した擬似粒子と混合した後、４０ｋｇを試料として比較例１１と同様の方法で焼成した。このときの、焼結鉱の成分を表５に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表６に示す。これらに示すように、得られた焼結鉱は、金属Ｆｅの含有量が４．８ｍａｓｓ％であり、生産率、１０ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度も許容範囲の値であった。
【０１４９】
（実施例１８）
ブリケット粒子を直径５ｍｍの球形とした以外は、実施例１１と同じ方法でブリケットを製造し、このブリケット粒子を内数で５０ｍａｓｓ％になるように比較例１１で製造した擬似粒子と混合した後、実施例１１と同様に焼成した。このときの、焼結鉱の成分を表５に示し、生産率、５ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度を測定した結果を表６に示す。これらに示すように、得られた焼結鉱は、金属Ｆｅの含有量が３．８ｍａｓｓ％であり、焼成後の焼結鉱には、ブリケットが過剰溶融してできたと考えられる空孔も見られた。また、生産率、１０ｍｍ以上の製品歩留まり、シャッター強度は許容範囲の値であった。
【０１５０】
【表４】
2006274440.tif 000006
【０１５１】
【表５】
2006274440.tif 000007
【０１５２】
【表６】
2006274440.tif 000008
【０１５３】
以上より、本発明の範囲内の実施例では、得られた焼結鉱は、一部が還元され、金属Ｆｅを含有していた。したがって、これらの焼結鉱を高炉で使用すると、前述したように、高炉での還元剤比低減やＣＯ２削減効果が得られることとなる。なお、生産率、歩留まりや、シャッター強度も通常の焼結鉱（比較例１１）と同等レベル以上であることが確認された。
【０１５４】
３．第３の実施例
第３の実施例は上記第３の実施形態に対応するものであり、ここでは、鉄鉱石としてペレットフィードを用い、ＣａＯ系副原料として石灰石および生石灰を用い、炭材として粉コークスを用いた。これらの組成を表７に示す。
【０１５５】
上記焼結原料を用い造粒物および圧縮成形体を作製した。表８および表９に、それぞれ造粒物のコア部分の原料配合および圧縮成形体の原料配合を示す。なお、造粒物としては表８に示すコア部分の外側に凝結剤として装入原料の３ｍａｓｓ％となるように粉コークスを被覆したものを用いた。また、圧縮成形体としては表１０のＡ、Ｂ、Ｃに示すような寸法および体積のものを用いた。
【０１５６】
これら造粒物および圧縮成形体を用いて焼結鍋試験を行った。焼結鍋試験では、原料の事前処理は同一の混合・造粒条件で行い、原料充填層は直径２７０ｍｍ×高さ３００ｍｍとし、吸引負圧６ｋＰａにて実施した。その結果を表１１に示す。
【０１５７】
表１１のうち比較例２１は、圧縮成形体を用いず、造粒物のみを使用して焼結鉱を製造した場合である。実施例２１は、比較例２１の焼結原料配合に対して表１０のＡに示す圧縮成形体を焼結機装入原料として３３ｍａｓｓ％添加し、焼結原料充填層内の全体に装入して焼成した場合である。生産率、成品歩留は比較例２１と同等であり、造粒物部分の還元率も４０％で比較例２１と同等であるが、圧縮成形体部分の還元率が６０％と高く、焼結鉱全体の還元率は４７％で比較例２１よりも著しく高い値となった。
【０１５８】
実施例２２は、実施例２１に対して、圧縮成形体を焼結原料充填層内の下部３／４に装入して焼成した場合である。生産率、成品歩留は比較例２１および実施例２１と同等であり、造粒物部分の還元率も４０％で比較例２１および実施例２１と同等であるが、圧縮成形体部分の還元率が６７％と高く、焼結鉱全体の還元率は４９％で比較例２１よりも著しく高い値となった。
【０１５９】
実施例２３は、実施例２２に対して、圧縮成形体のサイズを拡大し、表１０のＢとした場合である。圧縮成形体のサイズが増大したことで焼成時の充填層の通気性が改善し、成品歩留まりは悪化したものの焼成時間の短縮により生産率は１．２Ｔ／ｍ２／ｈｒに改善した。また、圧縮成形体部分の還元率が高く、焼結鉱全体の還元率は４７％と、やはり比較例２１よりも著しく高い値となった。
【０１６０】
実施例２４は、実施例２３に対して、圧縮成形体を焼結原料充填層内で下部１／２に装入して焼成した場合である。生産率、成品歩留は比較例２１と同等であり、造粒物部分の還元率も４０％で比較例２１と同等であるが、圧縮成形体部分の還元率が６９％と高く、焼結鉱全体の還元率は５０％で比較例２１よりも著しく高い値となった。
【０１６１】
実施例２５は、実施例２３に対して、圧縮成形体を焼結機装入原料として５０ｍａｓｓ％添加して焼成した場合である。生産率、成品歩留は比較例２１と同等であり、造粒物部分の還元率も４０％で比較例２１と同等であるが、圧縮成形体部分の還元率が６０％と高く、焼結鉱全体の還元率は５０％で比較例２１よりも著しく高い値となった。
【０１６２】
実施例２６は、実施例２３に対して、圧縮成形体の含有量を焼結機装入原料全体の４ｍａｓｓ％に変えて焼成した場合である。生産率、成品歩留は比較例２１と同等であった。焼結鉱全体の還元率は４１％と実施例２３よりも低いが、比較例２１よりも若干高い値となった。
【０１６３】
実施例２７は、実施例２３に対して、圧縮成形体の含有量を焼結機装入原料全体の５５ｍａｓｓ％に変えた場合である。成品歩留は比較例２１と同等であり、生産率は比較例２１よりも高かった。しかし、通気性が上がりすぎ、圧縮成形体の還元率が低下し、焼結鉱全体の還元率は４６％と比較例２１よりも高いが実施例２３よりも低い値となった。
【０１６４】
実施例２８は、実施例２３に対して、圧縮成形体の大きさを小さくして焼成した場合である。生産率、成品歩留は比較例２１と同等であった。しかし、焼成が不安定化する傾向があり、焼結鉱全体の還元率は４４％と比較例２１より高かったが実施例２３よりも低い値となった。
【０１６５】
実施例２９は、実施例２３に対し、圧縮成形粒子のＣａＯ／ＳｉＯ２の値を０．９と低くした場合である。生産率、成品歩留は比較例２１と同等であった。しかし、ＣａＯ／ＳｉＯ２が低いため、圧縮成形体の還元率が低下し、焼結鉱全体の還元率は４３％と比較例２１よりも若干高いが実施例２３よりも低い値となった。
【０１６６】
【表７】
2006274440.tif 000009
【０１６７】
【表８】
2006274440.tif 000010
【０１６８】
【表９】
2006274440.tif 000011
【０１６９】
【表１０】
2006274440.tif 000012
【０１７０】
【表１１】
2006274440.tif 000013
【０１７１】
４．第４の実施例
第４の実施例は上記第４の実施形態に対応するものであり、ここでは、鉄鉱石としてペレットフィードを用い、ＣａＯ系副原料として石灰石および生石灰を用い、炭材として粉コークスを用いた。これらの組成を表１２に示す。
【０１７２】
上記焼結原料を用い造粒物および圧縮成形体を作製した。表１３に造粒物のコア部分の原料配合および圧縮成形体の原料配合を示す。なお、造粒物としては表２に示すコア部分の外側に凝結剤として装入原料の３ｍａｓｓ％となるように粉コークスを被覆したものを用いた。また、圧縮成形体としては表１４に示すような寸法および体積のものを用いた。
【０１７３】
これら造粒物および圧縮成形体を用いて焼結鍋試験を行った。焼結鍋試験では、原料の事前処理は同一の混合・造粒条件で行い、原料充填層は直径２７０ｍｍ×高さ３００ｍｍとし、吸引負圧６ｋＰａにて実施した。圧縮成形体の配合および特性を表１５に示し、試験結果を表１６に示す。
【０１７４】
表１５、１６のうち実施例３１、３２は、圧縮成形体を焼結機装入原料として３３ｍａｓｓ％添加したものであり、実施例３１はＣａＯ源として石灰石を用い、実施例３２は生石灰を用いたものである。また、これら実施例３１、３２とも圧縮成形体のＦｅ／ＣａＯの値が造粒物の値と同じであり、バインダーとしてデンプンを１．４ｍａｓｓ％添加している。圧縮成形体の圧潰強度および落下強度は、実施例３１よりも実施例３２のほうが高く、造粒物と混合して焼成試験を行った結果では、生産率、成品歩留、および還元率は実施例３１と実施例３２とで同等であった。
【０１７５】
実施例３３は、実施例３１に対しては、バインダーであるデンプンおよびＣａＯ源である石灰石の代わりに、バインダー効果のある生石灰を配合した場合であり、実施例３２に対してはバインダーであるデンプンを添加しない場合であり、本発明の範囲内である。圧縮成形体の圧潰強度および落下強度は実施例３２より低いが、実施例３１と同等であった。また、造粒物と混合して焼成試験を行った結果では、生産率、成品歩留は実施例３１と同等であり、還元率は実施例３１よりも若干低い程度で問題のないレベルであった。
【０１７６】
実施例３４は、実施例３１に対して配合原料として微細な原料を使用した場合であり、混合後の原料について、粒径が１２５μｍ以下の割合が、実施例３１の５５ｍａｓｓ％に対して７５ｍａｓｓ％であり成品の圧潰強度および落下強度は実施例３１より低いが、取り扱う際には問題のない程度であった。また、造粒物と混合して焼成試験を行った結果では、生産率、成品歩留は実施例３１と同等であったが、圧縮成形体部分の還元率は６８％であり、実施例３１の６０％より向上した。
【０１７７】
実施例３５は、実施例３１に対してＣａＯを低減させた配合であり、Ｆｅ／ＣａＯは実施例３１に対して０．７で、本発明の範囲内である。造粒物と混合して焼成試験を行った結果では、生産率、成品歩留は実施例３１と同等であるが、圧縮成形体部分の還元率は６５％であり、実施例３１の６０％より向上した。
【０１７８】
実施例３６は、実施例３１に対してＣａＯを低減させた配合であり、Ｆｅ／ＣａＯは実施例３１に対して０．４で、本発明の範囲内である。造粒物と混合して焼成試験を行った結果では、生産率、成品歩留は実施例３１と同等であるが、圧縮成形体部分の還元率は６３％であり、実施例３１の６０％より向上した。
【０１７９】
実施例３７は、実施例３２に対してＣａＯを低減させた配合であり、Ｆｅ／ＣａＯは実施例３２に対して０．７で、本発明の範囲内である。造粒物と混合して焼成試験を行った結果では、生産率、成品歩留は実施例３２と同等であるが、圧縮成形体部分の還元率は６８％であり、実施例３２の６２％より向上した。
【０１８０】
実施例３８は、実施例３２に対してＣａＯを低減させた配合であり、Ｆｅ／ＣａＯは実施例３２に対して０．４で、本発明の範囲内である。造粒物と混合して焼成試験を行った結果では、生産率、成品歩留は実施例３２と同等であるが、圧縮成形体部分の還元率は６５％であり、実施例３２の６２％より向上した。
【０１８１】
実施例３９は、実施例３１，３２のペレットフィードに変えて３ｍｍ以下の鉄鉱石粉を圧縮成形体の原料として使用した場合である。生産率、成品歩留は実施例３１，３２と同程度であるが、圧縮成形体部分の還元率が４８％と実施例３１，３２よりも低かった。
【０１８２】
実施例４０は、実施例３９に対し、鉄鉱石粉を混合前に粉砕し１ｍｍ以下とした場合であり、混合原料全体で１２５μｍ以下の割合が４０ｍａｓｓ％であり本発明の範囲内のものである。造粒物と混合して焼成試験を行った結果では、生産率、成品歩留は実施例３９と同等であるが、圧縮成形体部分の還元率は５６％であり、実施例３９の４８％より向上した。
【０１８３】
実施例４１は、実施例３９に対し、鉄鉱石粉を混合前に粉砕し１ｍｍ以下とした場合であり、混合原料全体で１２５μｍ以下の割合が５８ｍａｓｓ％であり本発明の範囲内のものである。造粒物と混合して焼成試験を行った結果では、生産率、成品歩留は実施例３９と同等であるが、圧縮成形体部分の還元率は６２％であり、実施例３９の４８％より向上した。
【０１８４】
実施例４２は、上記実施例３４の圧縮成形体部分のＣａＯ／ＳｉＯ２を１．１に変化させたものである。生産率、成品歩留は実施例３４と同等であるが、圧縮成形体部分の還元率は５５％であり、実施例３４よりは低い値となった。
【０１８５】
【表１２】
2006274440.tif 000014
【０１８６】
【表１３】
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【０１８７】
【表１４】
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【０１８８】
【表１５】
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【０１８９】
【表１６】
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【図面の簡単な説明】
【０１９０】
【図１】焼結鉱の還元率と高炉還元材比との関係を示す図。
【図２】焼結鉱の高炉装入時の平均還元率と製銑工程からのＣ排出量との関係を、均一に部分還元した焼結鉱と金属Ｆｅが優先的に発生した焼結鉱とで比較して示す図。
【図３】焼結の際の還元率と焼結後の金属鉄の含有率の関係を、転動造粒による擬似粒子の場合とブリケット粒子の場合とで比較して示す図
【図４】本発明の第１の実施形態に係る半還元焼結鉱の製造方法を実施するための設備の一例を示す模式図。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る半還元焼結鉱の製造方法における原料層の構造を示す模式図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る半還元焼結鉱の製造方法における焼結中の成形粒子の状態を説明するための模式図。
【図７】成形粒子の成形圧力と落下試験後の＋５ｍｍの歩留りとの関係を示す図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る半還元焼結鉱の製造方法を実施するための設備の一例を示す模式図。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る半還元焼結鉱の製造方法における原料層の構造を示す模式図。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る半還元焼結鉱の製造方法における焼結原料の装入方法の一例を説明するための図。
【符号の説明】
【０１９１】
１      通常擬似粒子用原料源
２      転動造粒装置
３      還元鉄製造用粒子用原料源
４      成形装置
５      混合機
６      ホッパー
１０    ロールフィーダー
１１    移動グレート
１２    点火炉
１３    原料層
１４    コンベア
１５    風箱
１６    垂直ダクト
１７    主排ガスダクト
２０    電気集塵機
２１    メインブロア
２２    煙突
３１    通常擬似粒子のマトリックス
３２    還元鉄製造用粒子
４０    原料製造設備
５０    下方吸引式無端移動型焼結機
６１    焼結充填層（原料層）
６２    擬似粒子
６３    成形粒子
６４    皮膜
７１    擬似粒子
７２    原料層
７３    シュート
７４    圧縮成形体
７５    床敷鉱
７６    焼結パレット
７７    圧縮成形体用ホッパー
７８    圧縮成形体用定量切出装置
７９    ベルトコンベア
１００  成形粒子製造設備
２００  擬似粒子製造設備
３００  下方吸引式無端移動型焼結機
３３１  擬似粒子マトリックス
３３２  成形粒子
【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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【図９】
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【図１０】
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