(57)【要約】【課題】炭材内装造粒物を工業的に連続して作製することが可能な、新規かつ改良された焼結用原料の造粒方法及び造粒装置を提供する。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、粒度３ｍｍ以上の核用炭材をドラムミキサー内に投入し、核用炭材の総質量に対して２〜３質量％の水分で核用炭材を加湿し、粒度０．２５ｍｍ未満の粒子を２０質量％以上含む鉄鉱石を含む中間層用原料をドラムミキサー内に投入し、中間層用原料の質量に対して４．５〜５．５質量％の水分で中間層用原料を加湿し、核用炭材及び中間層用原料を８分以上造粒し、粒度１ｍｍ未満の被覆用炭材を核用炭材及び中間層用原料の総質量に対して２〜３質量％の割合でドラムミキサー内に投入し、核用炭材、中間層用原料、及び被覆用炭材を１．５〜３分造粒することを特徴とする、焼結用原料の造粒方法が提供される。【選択図】図１
2018044209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒度３ｍｍ以上の核用炭材をドラムミキサー内に投入する核用炭材投入工程と、
前記核用炭材の総質量に対して２〜３質量％の水分で前記核用炭材を加湿する第１の加湿工程と、
粒度０．２５ｍｍ未満の粒子を２０質量％以上含む鉄鉱石を含む中間層用原料を前記ドラムミキサー内に投入する中間層用原料投入工程と、
前記中間層用原料の質量に対して４．５〜５．５質量％の水分で前記中間層用原料を加湿する第２の加湿工程と、
前記核用炭材及び前記中間層用原料を８分以上造粒する第１の造粒工程と、
粒度１ｍｍ未満の被覆用炭材を前記核用炭材及び中間層用原料の総質量に対して２〜３質量％の割合で前記ドラムミキサー内に投入する被覆用炭材投入工程と、
前記核用炭材、前記中間層用原料、及び前記被覆用炭材を１．５〜３分造粒する第２の造粒工程と、を含むことを特徴とする、焼結用原料の造粒方法。
【請求項２】
ドラムミキサーと、
粒度３ｍｍ以上の核用炭材を前記ドラムミキサー内に投入する核用炭材投入部と、
前記核用炭材の総質量に対して２〜３質量％の水分で前記核用炭材を加湿する第１の加湿部と、
粒度０．２５ｍｍ未満の粒子を２０質量％以上含む鉄鉱石を含む中間層用原料を前記ドラムミキサー内に投入する中間層用原料投入部と、
前記中間層用原料の質量に対して４．５〜５．５質量％の水分で前記中間層用原料を加湿する第２の加湿部と、
粒度１ｍｍ未満の被覆用炭材を前記中間層用原料の質量に対して２〜３質量％の割合で前記ドラムミキサー内に投入する被覆用炭材投入部と、を備え、
前記ドラムミキサーは、
前記中間層用原料投入部と前記被覆用炭材投入部との間に配置され、前記核用炭材及び前記中間層用原料を８分以上造粒する第１の造粒部と、
前記被覆用炭材投入部と前記ドラムミキサーの後端部との間に配置され、前記核用炭材、前記中間層用原料、及び前記被覆用炭材を１．５〜３分造粒する第２の造粒部と、を備えることを特徴とする、焼結用原料の造粒装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結用原料の造粒方法及び造粒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉においては、炉頂から鉄系原料（酸化鉄を含む原料。主として、焼結鉱）及びコークスを層状に装入し、高炉下部の羽口から熱風を送風する。これにより、高炉内を降下する酸化鉄を加熱するともに、主としてＣＯからなる還元ガスにより還元する。すなわち、銑鉄を製造する。
【０００３】
このような高炉操業において、省エネルギーなどの観点から還元材比を低減する技術について検討が重ねられている。ここで、還元材比は、例えば高炉に導入される全ての還元材の原単位、すなわちコークスの原単位及び羽口から吹き込まれる微粉炭の原単位の総和として示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１９５９４３号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２５９２６号公報
【特許文献３】特開２００５−１３９５０２号公報
【特許文献４】特開２００５−２１３５９３号公報
【特許文献５】特開２０１５−１２９３５３号公報
【特許文献６】特開２００２−２８５２５０号公報
【特許文献７】特開２００４−１９００４５号公報
【特許文献８】特開２００５−１７１３８８号公報
【特許文献９】特開２０１２−１２６９８５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＩＳＩＪ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｖｏｌ４９  （２００９），  ｐ．１４９８−１５０４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、還元材比を低減することを目的として、焼結鉱の構造に着目した。ここで、焼結鉱は、高炉に投入される鉄源の一種である。焼結鉱は、鉄鉱石を炭材（例えば、粉コークス、無煙炭、高炉灰等）、副原料（例えば、石灰石、橄欖岩、ドロマイト、生石灰等）および雑原料（例えば、スケール等）と共に焼き固めることで作製される。以下、焼結鉱の作製に必要な原料を「焼結用原料」とも称する。焼結用原料には、上述した鉄鉱石、炭材、副原料、及び雑原料が含まれる。
【０００７】
具体的には、本発明者は、焼結鉱周辺のＣＯガス濃度を上昇させて焼結鉱の還元速度を上昇させる手段として、焼結鉱と炭材を密接に配置する方法を検討し、焼結鉱内に炭材を内包させる技術を創生した。焼結鉱内に炭材を内包させることができれば、高炉内で鉄鉱石と炭材をより密接に配置できるので、焼結鉱の還元でＣＯがＣＯ２に変化しても、そのＣＯ２と炭材が直ちに反応してＣＯガスに戻るので焼結鉱周囲のＣＯガス濃度は高位に保たれるからである。その結果、焼結鉱の還元反応を効率的に進行させることができ、還元材比の低減が期待できる。
【０００８】
この結果、非特許文献１に開示されるように、本発明者は、３層構造の造粒物を作製することを発案した。この造粒物は、核用炭材と、核用炭材を被覆する中間層と、中間層を被覆する被覆層とで構成される。中間層は、少なくとも鉄鉱石を含む。被覆層は、被覆用炭材で構成される。そして、本発明者は、このような３層構造の造粒物（以下、「炭材内装造粒物」とも称する）を焼成したところ、炭材を内包する焼結鉱（以下、このような焼結鉱を「炭材内包焼結鉱（ＣＩＳ）」とも称する）を作製することに成功した。
【０００９】
しかし、非特許文献１には、炭材内装造粒物を工業的に連続して作製する方法に関する知見は開示されていなかった。具体的には、本発明者は、パンペレタイザーを用いて少量の炭材内装造粒物を作製することはできたが、炭材内装造粒物を工業的に連続して作製する知見を得ることができなかった。このため、炭材内装造粒物を工業的に連続して作製する技術が強く求められていた。
【００１０】
なお、多層構造の造粒物に関する技術は特許文献１〜５に、ドラムミキサーを用いて多層構造の造粒物を作製する技術は特許文献６〜９にそれぞれ開示されている。しかし、いずれの特許文献にも炭材内装造粒物を工業的に連続して作製するための知見は何ら開示されていない。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、炭材内装造粒物を工業的に連続して作製することが可能な、新規かつ改良された焼結用原料の造粒方法及び造粒装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、粒度３ｍｍ以上の核用炭材をドラムミキサー内に投入する核用炭材投入工程と、核用炭材の総質量に対して２〜３質量％の水分で核用炭材を加湿する第１の加湿工程と、粒度０．２５ｍｍ未満の粒子を２０質量％以上含む鉄鉱石を含む中間層用原料をドラムミキサー内に投入する中間層用原料投入工程と、中間層用原料の質量に対して４．５〜５．５質量％の水分で中間層用原料を加湿する第２の加湿工程と、核用炭材及び中間層用原料を８分以上造粒する第１の造粒工程と、粒度１ｍｍ未満の被覆用炭材を核用炭材及び中間層用原料の総質量に対して２〜３質量％の割合でドラムミキサー内に投入する被覆用炭材投入工程と、核用炭材、中間層用原料、及び被覆用炭材を１．５〜３分造粒する第２の造粒工程と、を含むことを特徴とする、焼結用原料の造粒方法が提供される。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、ドラムミキサーと、粒度３ｍｍ以上の核用炭材をドラムミキサー内に投入する核用炭材投入部と、核用炭材の総質量に対して２〜３質量％の水分で核用炭材を加湿する第１の加湿部と、粒度０．２５ｍｍ未満の粒子を２０質量％以上含む鉄鉱石を含む中間層用原料をドラムミキサー内に投入する中間層用原料投入部と、中間層用原料の質量に対して４．５〜５．５質量％の水分で中間層用原料を加湿する第２の加湿部と、粒度１ｍｍ未満の被覆用炭材を中間層用原料の質量に対して２〜３質量％の割合でドラムミキサー内に投入する被覆用炭材投入部と、を備え、ドラムミキサーは、中間層用原料投入部と被覆用炭材投入部との間に配置され、核用炭材及び中間層用原料を８分以上造粒する第１の造粒部と、被覆用炭材投入部とドラムミキサーの後端部との間に配置され、核用炭材、中間層用原料、及び被覆用炭材を１．５〜３分造粒する第２の造粒部と、を備えることを特徴とする、焼結用原料の造粒装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明によれば、ドラムミキサーを用いて炭材内装造粒物を作製することができるので、炭材内装造粒物を工業的に連続して作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る焼結用原料の造粒装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】鍋試験方法の内容を説明するための側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１７】
＜１．焼結用原料の造粒装置＞
まず、図１に基づいて、本実施形態に係る焼結用原料の造粒装置１０（以下、単に「造粒装置１０」とも称する）の構成について説明する。
【００１８】
造粒装置１０は、ドラムミキサー２０と、核用炭材投入部２１と、第１の加湿部２２と、中間層用原料投入部２３と、第２の加湿部２４と、被覆用炭材投入部２５とを備える。
【００１９】
ドラムミキサー２０は、後述する核用炭材、中間層用原料、及び被覆用炭材を撹拌（すなわち、造粒）することで、炭材内装造粒物を作製する。核用炭材は、炭材内装造粒物の中心を構成する。中間層用原料は、炭材内装造粒物の中間層を構成する。中間層は、上述したように、核用炭材を被覆する層である。被覆用炭材は、被覆層を構成する。被覆層は、上述したように、中間層を覆う層である。炭材内装造粒物は、グリーンボールとも称される。ドラムミキサー２０の内径（内周面の直径）は特に制限はされないが、例えば４．６〜５．６ｍであってもよい。内径は５．０〜５．２ｍであることが好ましく、５．１ｍであることがより好ましい。また、ドラムミキサー２０の回転数も特に制限はされないが、造粒中に原料が飛び跳ねない範囲の回転数であればよく、例えば内径が５．１ｍとなる場合、回転数の好適な条件は６〜１１ｒｐｍである。ドラムミキサー２０の長さは、後述するドラムミキサー２０の各機能が実現される程度の長さであればよいが、好ましくは、２５〜２７ｍであり、さらに好ましくは、２６ｍである。また、ドラムミキサー２０は、その長さ方向に沿って３つの領域、すなわち核用炭材搬送部２０Ａ、第１の造粒部２０Ｂ、及び第２の造粒部２０Ｃに区分される。これらの領域の位置及び機能については後述する。
【００２０】
核用炭材投入部２１は、粒度３ｍｍ以上の核用炭材をドラムミキサー２０の先端からドラムミキサー２０内に投入する。ここで、核用炭材は、炭材内装造粒物の中心を構成する炭材である。核用炭材の種類は特に問われず、焼結用原料として使用可能な炭材であればよい。ただし、核用炭材は、無煙炭であることが好ましい。
【００２１】
また、核用炭材の粒度は３ｍｍ以上であることが必要である。核用炭材の粒度が３ｍｍ未満となる場合、中間層用原料が核用炭材に十分に付着しない。この結果、炭材内装造粒物の焼成時に核用炭材の大半が燃焼してしまう。すなわち、炭材内包焼結鉱の炭素含有量が低下してしまう。核用炭材投入部２１は、例えば、ベルトコンベア等によって実現可能である。なお、本実施形態における「粒度」は、篩の目開きの大きさによって特定される。例えば、目開きの大きさが３ｍｍとなる篩を通過した核用炭材は、粒度が３ｍｍ未満となる。一方、この篩に残った核用炭材は、粒度が３ｍｍ以上となる。
【００２２】
核用炭材搬送部２０Ａは、ドラムミキサー２０の先端側に配置される。そして、核用炭材搬送部２０Ａは、核用炭材投入部２１から投入された核用炭材をドラムミキサー２０の後端側に向けて搬送する。核用炭材搬送部２０Ａ内を核用炭材が滞留する時間（言い換えれば、核用炭材搬送部２０Ａ内を核用炭材が移動するのに要する時間）は特に制限されないが、例えば、１分程度であれば良い。
【００２３】
第１の加湿部２２は、核用炭材搬送部２０Ａ内の核用炭材を加湿する。第１の加湿部２２から核用炭材搬送部２０Ａ内に投入される水分量（具体的には、単位時間当りの水分量）は、核用炭材の質量（具体的には、単位時間当りにドラムミキサー２０内に投入される核用炭材の質量）に対して２〜３質量％である。水分量が２質量％未満となる場合、核用炭材が十分に加湿されないので、中間層用原料が核用炭材に十分に付着しない。この結果、炭材内装造粒物の焼成時に核用炭材の大半が燃焼してしまう。一方、水分量が３質量％を超える場合、核用炭材に中間層用原料が過剰に付着する。この結果、炭材内装造粒物中の炭材の質量％が低減する。したがって、焼成後に得られる炭材内包焼結鉱中の炭材の質量％も減少する。
【００２４】
第１の加湿部２２は、散水ノズル及び散水ノズルに水を供給する配管によって実現可能である。すなわち、先端に散水ノズルを取り付けた配管をドラムミキサー２０の先端または後端からドラムミキサー２０内に挿入する。そして、配管の先端、すなわち散水ノズルを核用炭材搬送部２０Ａ内の適宜の位置に配置する。そして、散水ノズルから水を散水する。これにより、第１の加湿部２２が実現される。なお、散水ノズルの位置は核用炭材搬送部２０Ａ内であれば特に制限されないが、なるべくドラムミキサー２０の先端に近い位置であることが好ましい。水と核用炭材との混練時間をなるべく長くするためである。
【００２５】
中間層用原料投入部２３は、中間層用原料をドラムミキサー２０内に投入する。ここで、中間層用原料は、焼結用原料のうち、炭材を除く原料である。すなわち、中間層用原料は、少なくとも鉄鉱石を含み、さらに副原料、雑原料を含んでいても良い。
【００２６】
ここで、中間層用原料に含まれる鉄鉱石は、粒度０．２５ｍｍ未満の粒子を鉄鉱石の質量に対して２０質量％以上含む。鉄鉱石がこのような微細な粒子を含むことで、鉄鉱石をより確実に核用炭材に付着させることができる。粒度０．２５ｍｍ未満の粒子の含有率が２０質量％未満となる場合、鉄鉱石が核用炭材に付着しにくくなる。したがって、炭材内装造粒物の焼成時に核用炭材の大半が燃焼してしまう。粒度０．２５ｍｍ未満の粒子が多ければ多いほど、鉄鉱石は核用炭材の表面に付着しやすくなる。したがって、粒度０．２５ｍｍ未満の粒子の質量％は大きければ大きいほど好ましく、上限値はない。すなわち、１００質量％であってもよい。副原料は、例えば、石灰石、橄欖岩、ドロマイト、生石灰等である。雑原料は、例えば、スケール等である。鉄鉱石以外の原料の粒度は特に制限されず、例えば従来の焼結用原料に使用される原料の粒度であれば良い。もちろん、粒度０．２５ｍｍ未満の粒子が多ければ多いほど好ましい。
【００２７】
中間層用原料投入部２３は、例えばベルトコンベアによって実現される。すなわち、ベルトコンベアをドラムミキサー２０の先端または後端からドラムミキサー２０内に挿入する。そして、ベルトコンベアの先端をドラムミキサー２０内の適宜の位置に配置する。そして、ベルトコンベアによって中間層用原料を搬送し、ベルトコンベアの先端から中間層用原料をドラムミキサー２０内に落下させる。これにより、中間層用原料投入部２３が実現される。中間層用原料投入部２３の設置位置（具体的には、ベルトコンベアの先端）は、ドラムミキサー２０内の核用炭材搬送部２０Ａ、第１の造粒部２０Ｂ、及び第２の造粒部２０Ｃが各々の機能を実現できるように設定される。なお、ドラムミキサー２０の先端から中間層用原料投入部２３の設置位置までの領域が核用炭材搬送部２０Ａとなる。
【００２８】
第１の造粒部２０Ｂは、核用炭材及び中間層用原料を８分以上造粒する。これにより、第１の造粒部２０Ｂは、核用炭材を中間層用原料で覆うことができる。すなわち、核用炭材の表面に中間層を形成することができる。第１の造粒部２０Ｂによる造粒時間が８分未満となる場合、中間層用原料が核用炭材に十分に付着しない。この結果、炭材内装造粒物の焼成時に核用炭材の大半が燃焼してしまう。第１の造粒部２０Ｂによる造粒時間は１０分以上であることがより好ましい。この場合、炭材内包焼結鉱内により多くの炭材を残すことができる。
【００２９】
第２の加湿部２４は、第１の造粒部２０Ｂ内の中間層用原料を加湿する。第２の加湿部２４から第１の造粒部２０Ｂ内に投入される水分量（具体的には、単位時間当りの水分量）は、中間層用原料の質量（具体的には、単位時間当りにドラムミキサー２０内に投入される中間層用原料の質量）に対して４．５〜５．５質量％である。水分量が４．５質量％未満となる場合、中間層用原料が十分に加湿されないので、中間層用原料が核用炭材に十分に付着しない。この結果、炭材内装造粒物の焼成時に核用炭材の大半が燃焼してしまう。一方、水分量が５．５質量％を超える場合、核用炭材に中間層用原料が過剰に付着する。この結果、炭材内装造粒物中の炭材の質量％が低減する。したがって、焼成後に得られる炭材内包焼結鉱中の炭材の質量％も減少する。
【００３０】
第２の加湿部２４は、第１の加湿部２２と同様の方法により実現される。なお、散水ノズルの位置は第１の造粒部２０Ｂ内であれば特に制限されないが、なるべく第１の造粒部２０Ｂの先端、すなわち中間層用原料投入部２３の設置位置になるべく近いことが好ましい。水と中間層用原料との混練時間をなるべく長くするためである。
【００３１】
なお、中間層用原料は、予め加湿された状態でドラムミキサー２０内に投入されてもよい。この場合、第２の加湿部２４が不要になる。
【００３２】
被覆用炭材投入部２５は、被覆用炭材をドラムミキサー２０内に投入する。ここで、被覆用炭材の粒度は１ｍｍ未満となっている。また、単位時間当りにドラムミキサー２０内に投入される被覆用炭材の質量％は、核用炭材及び中間層用原料の総質量（具体的には、単位時間当りにドラムミキサー２０内に投入される核用炭材及び中間層用原料の総質量）に対して２〜３質量％となる。被覆用炭材の粒度が１ｍｍ以上となる場合、被覆用炭材は付着力が低下して中間層を十分に被覆することができない。したがって、炭材内装造粒物の焼成時に中間層の焼成が不十分となる。中間層の焼成が不十分となる場合、中間層による空気の遮断効果が不十分になるので、核用炭材に多くの空気が接触する。そして、核用炭材の多くが燃焼してしまう。
【００３３】
また、被覆用炭材の質量％が２質量％未満となる場合、被覆用炭材量が少なく中間層を十分に被覆することができない。したがって、炭材内装造粒物の焼成時に中間層の焼成が不十分となる。また、被覆用炭材の質量％が３質量％を超える場合、被覆用炭材は中間層を過剰に被覆する。したがって、炭材内装造粒物の焼成時に中間層が過剰に加熱されるので、中間層が溶融する。この結果、核用炭材が露出するので、核用炭材の多くが燃焼してしまう。
【００３４】
被覆用炭材投入部２５は、中間層用原料投入部２３と同様に、例えばベルトコンベアによって実現される。すなわち、ベルトコンベアをドラムミキサー２０の先端または後端からドラムミキサー２０内に挿入する。そして、ベルトコンベアの先端をドラムミキサー２０内の適宜の位置に配置する。そして、ベルトコンベアによって被覆用炭材を搬送し、ベルトコンベアの先端から被覆用炭材をドラムミキサー２０内に落下させる。これにより、被覆用炭材投入部２５が実現される。被覆用炭材投入部２５の設置位置（具体的には、ベルトコンベアの先端）は、ドラムミキサー２０内の核用炭材搬送部２０Ａ、第１の造粒部２０Ｂ、及び第２の造粒部２０Ｃが各々の機能を実現できるように設定される。なお、中間層用原料投入部２３の設置位置から被覆用炭材投入部２５の設置位置までの領域が第１の造粒部２０Ｂとなる。また、被覆用炭材投入部２５の設置位置からドラムミキサー２０の後端部までの領域が第２の造粒部２０Ｃとなる。
【００３５】
第２の造粒部２０Ｃは、核用炭材中間層用原料、及び被覆用炭材を１．５〜３分造粒する。これにより、第２の造粒部２０Ｃは、中間層の表面を被覆用炭材で覆うことができる。すなわち、中間層の表面に被覆層を形成することができる。第２の造粒部２０Ｃによる造粒時間が１．５分未満となる場合、被覆用炭材は中間層を十分に被覆することができない。したがって、炭材内装造粒物の焼成時に中間層の焼成が不十分となる。第２の造粒部２０Ｃによる造粒時間が３分を超える場合、被覆層炭材が中間層内に埋没してしまう。この場合、炭材内装造粒物の焼成時に被覆用炭材が空気と十分に接触することができない。したがって、中間層の焼成が不十分となる。造粒時間は２〜２．５分が好ましい。この場合、炭材内包焼結鉱内により多くの炭材を残すことができる。第２の造粒部２０Ｃによって作製された炭材内装造粒物は、ドラムミキサー２０の後端から排出される。
【００３６】
＜２．焼結用原料の造粒方法＞
つぎに、上述した造粒装置１０を用いた造粒方法について説明する。本実施形態に係る造粒方法では、まず、核用炭材投入部２１から核用炭材をドラムミキサー内に投入する（核用炭材投入工程）。ついで、核用炭材搬送部２０Ａは、核用炭材投入部２１から投入された核用炭材をドラムミキサー２０の後端側に向けて搬送する。ここで、第１の加湿部２２は、核用炭材搬送部２０Ａ内の核用炭材を加湿する（第１の加湿工程）。
【００３７】
ついで、中間層用原料投入部２３から中間層用原料をドラムミキサー２０内に投入する（中間層用原料投入工程）。ついで、核用炭材及び中間層用原料を８分以上造粒する（第１の造粒工程）。ここで、第２の加湿部２４は、第１の造粒部２０Ｂ内の中間層用原料を加湿する（第２の加湿工程）。なお、第２の加湿部２４は、中間層間から露出した核用炭材が存在する場合、核用炭材の露出部分も加湿する。このため、当該露出部分に中間層用原料が付着しやすくなる。ついで、被覆用炭材投入部２５から被覆用炭材をドラムミキサー２０内に投入する（被覆用炭材投入工程）。ついで、核用炭材、中間層用原料、及び被覆用炭材を１．５〜３分造粒する。以上の工程により、炭材内装造粒物を作製する。
【００３８】
このように、本実施形態によれば、ドラムミキサー２０を用いて炭材内装造粒物を作製することができるので、炭材内装造粒物を工業的に連続して作製することができる。さらに、ドラムミキサー２０自体は従来の焼結用原料の造粒に使用されるものであればよい。したがって、既存の設備をほぼ流用することができるので、低コストで本実施形態を実現可能となる。すなわち、低コストで低還元材比の操業が可能となる。なお、上述した各原料の質量％、水分量の質量％、造粒時間等のパラメータは極めて重要である。これらのパラメータのうち、いずれのパラメータが上記の範囲を逸脱した場合、後述する実施例に示されるように、核用炭材が十分に残った炭材内包焼結鉱を作製することができない。また、炭材内装造粒物は、特許文献１〜９のいずれにも開示されていない。本発明者は、特許文献１〜９に開示された技術を炭材内装造粒物の作製に適用できるか検証したが、これらの技術では、実用に耐えうる炭材内装造粒物を作製することができなかった。本発明者は、炭材内装造粒物の構造、ドラムミキサーの特性等に関して多くの検証を重ねた結果、上述したパラメータに想到することができた。
【実施例】
【００３９】
＜１．実施例１＞
（１−１．炭材内装造粒物の作製＞
上述した造粒方法を用いて炭材内装造粒物（すなわち、グリーンボール）を作製した。ここで、ドラムミキサー２０の内径は０．６ｍ、回転数は原料が飛び跳ねない回転数とし、実験に使用したドラムミキサーの場合３０ｒｐｍであった。また、核用炭材として、無煙炭を準備した。そして、核用炭材中の炭素量をＪＩＳ８８１２に準拠して測定した。炭素量の測定は複数のサンプルを用いて行い、各サンプルの測定値の平均値を核用炭材の炭素量とした。また、核用炭材を粒度が１〜８ｍｍ、２〜８ｍｍ、３〜８ｍｍ、４〜８ｍｍ、５〜８ｍｍとなるように分級した。なお、粒度範囲に関し、「Ａ〜Ｂ」は、粒度がＡ以上Ｂ未満であることを示す。すなわち、実施例１では、粒度の異なる複数種類の核用炭材を準備した。そして、これらを用いて炭材内装造粒物を作製した。核用炭材の質量％は、核用炭材及び中間層用原料の総質量に対して５．６質量％とした。
【００４０】
また、中間層用原料として、粒度０．２５ｍｍ未満の粒子を２０質量％含む鉄鉱石、粒度０．２５ｍｍ未満の珪石、粒度０．２５ｍｍ未満の石灰石、粒度０．２５ｍｍ未満の生石灰を準備した。鉄鉱石、珪石、石灰石、及び生石灰の質量％は、核用炭材及び中間層用原料の総質量に対してそれぞれ７８．８質量％、３．３質量％、９．９質量％、２．４質量％とした。
【００４１】
また、被覆用炭材として、粒度が１ｍｍ未満の無煙炭を準備した。被覆用炭材の核用炭材及び中間層用原料の総質量に対する質量％（すなわち、外数）は２．０質量％とした。また、第１の加湿部２２からドラムミキサー２０内に投入される水分量、すなわち核用炭材の加湿量は２．０質量％とした。また、第２の加湿部２４からドラムミキサー２０内に投入される水分量、すなわち中間層用原料の加湿量は５．０質量％とした。また、核用炭材搬送部２０Ａ内の核用炭材の滞留時間（すなわち、第１の加湿部２２から投入された水分と核用炭材との混練時間）は１分とした。また、第１の造粒部２０Ｂによる造粒時間は８分とし、第２の造粒部２０Ｃによる造粒時間は１．５分とした。
【００４２】
（１−２．鍋試験）
上述した炭材内装造粒物を用いて、鍋試験を行った。まず、図２に基づいて、鍋試験に使用される鍋試験装置１００の概要について説明する。鍋試験装置１００は、鍋本体１１０と、鍋本体１１０の下端部に設置されるブロワ１２０とを備える。鍋本体１１０の底面１１０Ａは火格子である。鍋本体１１０の内径Ｌは３００ｍｍ、高さＨ（中空部分の高さ）は５００ｍｍである。鍋本体１１０内には、炭材内装造粒物２１０等が装入される。
【００４３】
次に、鍋試験装置１００を用いた鍋試験について説明する。まず、鍋本体１１０の底面１１０Ａ上に床敷鉱を敷設する。床敷鉱からなる層の高さｈは２０ｍｍとした。ついで、床敷鉱上に上述した工程で作製された炭材内装造粒物２１０を２０ｋｇ（乾燥時質量）装入した。ついで、炭材内装造粒物２１０上に粉体原料２２０を装入した。ここで、粉体原料の組成は、表１に示される通りである。なお、表１中の質量％は、粉体原料２２０及び炭材内装造粒物２１０の総質量に対する質量％である。すなわち、炭材内装造粒物２１０の上層には、通常の焼結用原料を装入した。表１には、炭材内装造粒物２１０の質量％も示した。粉体原料２２０からなる層及び炭材内装造粒物２１０からなる層の総高さＨは４８０ｍｍとした。この時、粉体原料２２０の質量は３６ｋｇ（乾燥時質量）であった。なお、炭材内装造粒物２１０を下層に配置したのは、炭材内装造粒物２１０の粒度は粉体原料２２０の粒度に対して大きいので、焼成により大きな熱量が必要だからである。すなわち、鍋試験では、上層の上端を点火しつつ、下方に吸引を行うので、下層の温度は上層よりも高くなる。従って、下層に供給される熱量は、上層に供給される熱量よりも大きい。このため、炭材内装造粒物２１０を下層に配置した。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
ついで、ブロワ１２０により９．８ｋＰａの圧力で鍋本体１１０内を吸引しつつ、粉体原料２２０の上端をＬＰＧバーナで１分間着火した。これにより、粉体原料２２０及び炭材内装造粒物２１０を焼成した。焼成中、排ガス温度を測定し、排ガス温度が最高温度に到達してから３分後にブロワ１２０を停止し、焼成を終了した。ついで、下層部分、すなわち炭材内包焼結鉱からなる焼結ケーキを取り出し、高さ２ｍの位置から焼結ケーキを鉄板上に落下させた。これにより、炭材内包焼結鉱を作製した。炭材内包焼結鉱を室温まで冷却した後、炭材内包焼結鉱の炭素量をＪＩＳ８８１２に準拠して測定した。炭素量の測定は複数のサンプルを用いて行い、測定値の平均値を炭材内包焼結鉱の炭素量とした。そして、炭材内包焼結鉱の炭素量を上述した核用炭材の炭素量で除算することで、炭材残留率（質量％）を測定した。炭材残留率が大きいほど、多くの炭材が炭材内包焼結鉱内に残留していることとなる。実施例１及び後述する各実施例では、炭材残留率が２質量％以上となる場合を合格レベルとした。非特許文献１に開示される通り、炭材残留率が２質量％以上となる炭材内包焼結鉱を高炉用の鉄源として用いることで、圧力損失を大きく低減することができる。したがって、還元材比の低減が可能となる。核用炭材の粒度と炭材残留率との対応関係を表２に示す。なお、表２には、炭材内装造粒物の粒度も併せて示す。
【００４６】
【表２】
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【００４７】
表２から明らかな通り、核用炭材の粒度が３ｍｍ未満となる場合、中間層用原料が十分に核用炭材に付着せず、炭材内装造粒物の粒度が十分大きくならなかった。さらに、炭材残留率が著しく低下した。炭材内装造粒物から核用炭材が露出したために、核用炭材が燃焼してしまったと推定される。一方、核用炭材の粒度が３ｍｍ以上となる場合、炭材内装造粒物の粒度が十分大きくなり（具体的には、８ｍｍ以上となり）、炭材残留率も上昇した。
【００４８】
＜２．実施例２＞
実施例２では、核用炭材の粒度を３〜８ｍｍに固定し、鉄鉱石に含まれる粒度０．２５ｍｍ未満の粒子の質量％を１０、２０、３０、４０、５０、６０質量％のいずれかに変更した。これら以外は実施例１と同様の処理を行った。すなわち、実施例２では、鉄鉱石に含まれる粒度０．２５ｍｍ未満の粒子の質量％が異なる複数種類の炭材内装造粒物を作製し、これらの特性を評価した。結果を表３に示す。表３には、粒度が８ｍｍ以上となる炭材内装造粒物の質量％（炭材内装造粒物の総質量に対する質量％）も併せて示す。ここで、炭材内装造粒物の粒度として８ｍｍに着目したのは、粒度が８ｍｍ以上であれば、炭材残留率の高い炭材内包焼結鉱を作製することができるからである。
【００４９】
【表３】
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【００５０】
表３から明らかな通り、粒度０．２５ｍｍ未満の粒子の質量％が２０質量％未満となる場合、核用炭材に中間層用原料を十分に付着させることができず、粒度８ｍｍ以上の炭材内装造粒物を作製することができなかった。また、炭材残留率も低くなった。炭材内装造粒物から核用炭材が露出したために、核用炭材が燃焼してしまったと推定される。これに対し、粒度０．２５ｍｍ未満の粒子の質量％が２０質量％以上であれば、粒度８ｍｍ以上の炭材内装造粒物を多く作製することができ、炭材残留率も良好であった。すなわち、核用炭材に中間層用原料を十分に付着させることができた。
【００５１】
＜３．実施例３＞
実施例３では、核用炭材の粒度を３〜８ｍｍに固定し、被覆用炭材の質量％を１、２、３、４、５質量％のいずれかに変更した。これら以外は実施例１と同様の処理を行った。すなわち、実施例３では、被覆用炭材の質量％が異なる複数種類の炭材内装造粒物を作製し、これらの特性を評価した。結果を表４に示す。表４には、炭材内包焼結鉱の焼結の程度も併せて示す。
【００５２】
【表４】
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【００５３】
表４から明らかな通り、被覆用炭材の質量％が２質量％未満となる場合、炭材残留率が著しく低下した。また、炭材内包焼結鉱はもろく、容易に崩壊した。これらの結果により、中間層の焼成が不十分であったと推定される。すなわち、中間層の焼成が不十分なため、中間層による空気の遮断効果が不十分になる。この結果、核用炭材の多くが燃焼してしまったと推定される。また、中間層の焼成が不十分なため、炭材内包焼結鉱が容易に崩壊したと推定される。一方、被覆用炭材の質量％が３質量％を超える場合にも、炭材残留率が低下した。また、焼成中に炭材内装造粒物が溶融した。したがって、炭材内装造粒物の焼成時に中間層が過剰に加熱されたと推定される。すなわち、中間層が過剰に加熱されたために、中間層が溶融し、核用炭材が露出してしまったと推定される。そして、核用炭材が燃焼してしまったと推定される。なお、被覆用炭材の質量％が４質量％となる場合、炭材残留率は２質量％と合格レベルの値となった。しかし、造粒物が溶融したため、実用に耐えうる炭材内包焼結鉱は作製できなかった。一方、被覆用炭材の質量％が２〜３質量％となる場合、炭材残留率は２質量％以上となり、焼結も過不足なく行うことができた。
【００５４】
＜４．実施例４＞
実施例４では、核用炭材の粒度を３〜８ｍｍに固定し、核用炭材の加湿量を１、２、３、４質量％のいずれかに変更した。これら以外は実施例１と同様の処理を行った。すなわち、実施例４では、核用炭材の加湿量が異なる複数種類の炭材内装造粒物を作製し、これらの特性を評価した。結果を表５に示す。表５には、炭材内装造粒物の作製の可否も併せて示す。
【００５５】
【表５】
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【００５６】
表５から明らかな通り、核用炭材の加湿量が２質量％未満となる場合、炭材残留率が０質量％となり、炭材内装造粒物を作製することができなかった。したがって、中間層用原料が核用炭材に十分に付着せず、焼成時に核用炭材が燃焼してしまったと推定される。一方、核用炭材の加湿量が３質量％を超える場合、炭材内装造粒物を作製することはできたが、炭材残留率が著しく低下した。中間層用原料が核用炭材に過剰に付着したために、炭材内包焼結鉱内に占める炭材の質量％が相対的に低下したと推定される。一方、核用炭材の加湿量が２〜３質量％となる場合、炭材内装造粒物を作製することができ、炭材残留率も良好であった。
【００５７】
＜５．実施例５＞
実施例５では、核用炭材の粒度を３〜８ｍｍ、核用炭材の加湿量を２質量％に固定し、中間層用原料の加湿量を３．５〜６．０質量％の間で０．５質量％ずつ変更した。これら以外は実施例１と同様の処理を行った。すなわち、実施例５では、中間層用原料の加湿量が異なる複数種類の炭材内装造粒物を作製し、これらの特性を評価した。結果を表６に示す。表６には、炭材内装造粒物の作製の可否も併せて示す。
【００５８】
【表６】
2018044209.tif 000008
【００５９】
表６から明らかな通り、中間層用原料の加湿量が４．５質量％未満となる場合、炭材残留率が２質量％未満となり、炭材内装造粒物を作製することができなかった。これは、中間層用原料が核用炭材に十分に付着せず、焼成時に核用炭材が燃焼してしまったと推定される。一方、中間層用原料の加湿量が５．５質量％を超える場合、炭材内装造粒物を作製することはできたが、炭材残留率が著しく低下した。中間層用原料が核用炭材に過剰に付着したために、炭材内包焼結鉱内に占める炭材の質量％が相対的に低下したと推定される。一方、中間層用原料の加湿量が４．５〜５．５質量％となる場合、炭材内装造粒物を作製することができ、炭材残留率も良好であった。
【００６０】
＜６．実施例６＞
実施例６では、核用炭材の粒度を３〜８ｍｍに固定し、第１の造粒部２０Ｂによる造粒時間を２、４、６、８、１０、１２分のいずれかに変更した。これら以外は実施例１と同様の処理を行った。すなわち、実施例５では、第１の造粒部２０Ｂによる造粒時間が異なる複数種類の炭材内装造粒物を作製し、これらの特性を評価した。結果を表７に示す。表７には、粒度が８ｍｍ以上となる炭材内装造粒物の有無も併せて示す。
【００６１】
【表７】
2018044209.tif 000009
【００６２】
表７から明らかな通り、第１の造粒部２０Ｂによる造粒時間が８分未満となる場合、核用炭材に中間層用原料を十分に付着させることができず、粒度が８ｍｍ以上となる炭材内装造粒物を作製することができなかった。また、炭材残留率も０となった。核用炭材が露出したために、焼成時に核用炭材が燃焼してしまったと推定される。一方、造粒時間が８分以上となる場合、粒度が８ｍｍ以上となる炭材内装造粒物を作製することができ、炭材残留率も良好であった。したがって、核用炭材に中間層用原料を十分に付着させることができた。また、造粒時間が１０分以上となる場合に、炭材残留率がさらに良好な値となった。したがって、造粒時間が１０分以上となる場合、より多くの中間層用原料を核用炭材に付着させることができたことになる。
【００６３】
＜７．実施例７＞
実施例７では、核用炭材の粒度を３〜８ｍｍに固定し、第２の造粒部２０Ｃによる造粒時間を１、１．５、２、２．５、３、３．５、４分のいずれかに変更した。これら以外は実施例１と同様の処理を行った。すなわち、実施例７では、第２の造粒部２０Ｃによる造粒時間が異なる複数種類の炭材内装造粒物を作製し、これらの特性を評価した。結果を表８に示す。
【００６４】
【表８】
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【００６５】
表８から明らかな通り、第２の造粒部２０Ｃによる造粒時間が１．５分未満となる場合、炭材残留率が０となった。この場合、被覆用炭材が中間層に十分に付着しないので、中間層の焼成が不十分であったと推定される。すなわち、中間層の焼成が不十分となる場合、中間層による空気の遮断効果が不十分になるので、核用炭材に多くの空気が接触する。この結果、核用炭材の多くが燃焼してしまったと推定される。また、造粒時間が３分を超える場合にも、炭材残留率が著しく低くなった。この場合、被覆層炭材が中間層内に埋没してしまうので、炭材内装造粒物の焼成時に被覆用炭材が空気と十分に接触することができない。したがって、中間層の焼成が不十分となったと推定される。一方、造粒時間が１．５〜３分となる場合、炭材残留率が良好であった。したがって、この場合、中間層を十分に焼成できた。造粒時間が２〜２．５分となる場合、炭材残留率がさらに良好な値となった。この場合、中間層をさらに強固に焼成できたことになる。
【００６６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６７】
例えば、上記実施形態では、ドラムミキサーを１台としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、ドラムミキサーは複数台使用してもよい。例えば、ドラムミキサーを２台用意し、一方のドラムミキサーで第１の造粒部２０Ｂの途中までの工程を行い、他方のドラムミキサーで残りの工程を行うようにしても良い。この場合、短いサイズのドラムミキサーも使用可能なので、既存設備をより効果的に使用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０      造粒装置
２０      ドラムミキサー
２０Ａ    核用炭材搬送部
２０Ｂ    第１の造粒部
２０Ｃ    第２の造粒部
２１      核用炭材投入部
２２      第１の加湿部
２３      中間層用原料投入部
２４      第２の加湿部
２５      被覆用炭材投入部
【図１】
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【図２】
2018044209.tif 000012