(57)【要約】【課題】風量の増加や気体燃料の使用に頼ることなく、窒素ガスや酸素富化ガスの利用により、焼結鉱の強度および還元粉化性を向上させるための技術を確立すること。【解決手段】焼結機パレット上の焼結原料装入層および／または焼結冷却装置の移動台車上の焼結鉱堆積層の上方から気体を吹き込む焼結鉱の製造方法において、焼結原料装入層の鋼板から焼結冷却装置の前半までの間に、前記気体として窒素ガスを吹き込むと共に、所定の位置において富化酸素の吹き込みを行なう方法。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結機パレット上の焼結原料装入層および／または焼結冷却装置の移動台車上の焼結鉱堆積層に気体を吹き込む焼結鉱の製造方法において、前記気体として窒素ガスを用いることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
【請求項２】
前記窒素ガスは、焼結前線が焼結原料装入層中の最下層に達した位置以降において吹き込むことを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項３】
前記窒素ガスの吹き込みは、焼結機ウィンドボックスでの排ガス温度が最大になった位置以降、焼結冷却装置の入側から全長の２／３までの間で行なうものとし、使用する窒素ガス濃度は大気中濃度よりも高い濃度のものを使用することを特徴とする請求項１または２に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項４】
前記窒素ガスの吹き込みは、焼結機ウィンドボックスでの排ガス温度が最大になった位置以降、焼結冷却装置の入側から全長の１／３までの間で行なうものとし、使用する窒素ガス濃度は大気中濃度よりも高い濃度のものを使用することを特徴とする請求項１または２に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項５】
前記焼結原料装入層中に吹き込む前記気体として、少なくとも前記窒素ガスの吹き込みを行なう箇所以外の場所において、２１ｖｏｌ．％超の酸素富化ガスを吹き込むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項６】
前記酸素富化ガスは、その濃度が３０〜５０ｖｏｌ．％であることを特徴とする、請求項５に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項７】
前記酸素富化ガスは、焼結機の全長を１とするとき、原料装入側から、０超〜０．５に当たる範囲内の位置において、焼結原料装入層の上方から吹き込むことを特徴とする、請求項５または６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、高炉の原料として用いられる高強度で還元粉化性の良好な焼結鉱を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉は、鉄源原料として、主として塊鉄鉱石や焼結鉱などの鉄源原料を副原料と共に該高炉の頂部から炉内に装入する一方、炉下部からは還元ガス等を吹き込むことで、該鉄源原料を溶融、還元して溶銑を製造する精錬炉である。この場合、高炉内において、還元ガスと鉄源原料、例えば焼結鉱との反応を促進させるためには、高炉内で炉内ガスが十分に流れるようにすること、即ち、炉内の通気性を向上させることが溶銑の生産性向上、コスト低下のために有効となる。また、高炉内の通気性を高めるには、装入原料の粉率を抑制することが有効であり、そのためには強度の高い焼結鉱を用いることが求められる。このような背景の下で、これまでは高炉の主原料である焼結鉱については、主としてその強度を向上させる様々な方法が検討されてきた。
【０００３】
例えば、ドワイトロイド（ＤＬ）焼結機を用い、焼結機上（パレット上）の焼結原料装入層中に気体燃料を供給し、これを燃焼させることで高強度の焼結鉱を製造する方法が提案されている（特許文献１、２）。これらの提案に係る方法によれば、焼結中は焼結原料装入層の燃焼領域が広がるため、本来は強度が低下する部分にも熱が補填されることで、焼結鉱の強度を向上させることが可能になると考えられている。また、焼結中に酸素と気体燃料を同時に吹き込むことにより、焼結機（装入層）内で焼結に適した温度条件を作り出し、強度の高い焼結鉱を製造する方法も検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８―９５１７０号公報
【特許文献２】特開２０１４―３１５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上掲の特許文献１、２に開示されている焼結鉱の製造方法については、強度向上のために燃料ガス（気体燃料）の使用が必須であり、コスト高になるという問題がある。しかも、これらの方法については、還元粉化性については考慮していないし、この値が向上することの保障がない。また、これらの既知の方法では、燃料ガスの使用によって、燃焼中の燃焼領域や融液発生領域が拡がるため、通気性が悪くなるという課題もあった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、風量の増加や気体燃料の使用に頼ることなく、窒素ガスや酸素富化ガスを利用することにより、焼結鉱の強度および還元粉化性をともに向上させるための有効な技術を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的の実現を目指して鋭意検討を重ねた結果、発明者らは、焼結中の焼結原料装入層内での温度分布を適正化することが有効であり、そのためには該焼結原料装入層中に導入する燃焼制御用ガス、例えば窒素ガスや吹き込み酸素の量やその濃度を適正化することが有効であり、このことによって焼結鉱の強度のみならず還元粉化性も改善できることを突き止め、本発明を開発した。
【０００８】
即ち、焼結中の焼結原料装入層内に導入する吹き込み酸素の濃度を、従来よりも濃くする（増加させる）と、焼結鉱の強度を大きく改善できること、また、焼成後のものである焼結鉱に対して窒素ガスを供給することで、焼結鉱の還元粉化性を改善できることを新たに見出したのである。
【０００９】
本発明は正に、前記知見に基づき開発した方法であって、焼結機パレット上の焼結原料装入層および／または焼結冷却装置の移動台車上の焼結鉱堆積層に気体を吹き込む焼結鉱の製造方法において、前記気体として窒素ガスを用いることを特徴とする焼結鉱の製造方法である。
【００１０】
なお、前述の構成に係る本発明については、
（１）前記窒素ガスは、焼結前線が焼結原料装入層中の最下層に達した位置以降において吹き込むこと、
（２）前記窒素ガスの吹き込みは、焼結機ウィンドボックスでの排ガス温度が最大になった位置以降、焼結冷却装置の入側から全長の２／３までの間で行なうものとし、使用する窒素ガス濃度は大気中濃度よりも高い濃度のものを使用することを特徴とすること、
（３）前記窒素ガスの吹き込みは、焼結機ウィンドボックスでの排ガス温度が最大になった位置以降、焼結冷却装置の入側から全長の１／３までの間で行なうものとし、使用する窒素ガス濃度は大気中濃度よりも高い濃度のものを使用すること、
（４）前記焼結原料装入層中に吹き込む前記気体として、少なくとも前記窒素ガスの吹き込みを行なう箇所以外の場所において、２１ｖｏｌ．％超の酸素富化ガスを吹き込むこと、
（５）前記酸素富化ガスは、その濃度が３０〜５０ｖｏｌ．％であること、
（６）前記酸素富化ガスは、焼結機の全長を１とするとき、原料装入側（点火炉側）から、０超〜０．５に当たる範囲内の位置において、焼結原料装入層の上方から吹き込むこと、
が、より好ましい実施形態になると考えられる。
【発明の効果】
【００１１】
前述の構成に係る本発明によれば、本発明に特有の燃焼制御用ガス、即ち適所（適時）において、所要の窒素ガスを吹き込むこと、及び所要の富化酸素を適所（適時）に吹き込むことにより、高強度の焼結鉱が得られるだけでなく、良好な還元粉化特性を示す還元粉化性に優れた焼結鉱をコスト増を招くことなく製造することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】二次へマタイト生成の根拠を示すＦｅ２Ｏ３の濃度−温度の状態図である。
【図２】焼結原料装入層内における温度分布の様子を示す略線図である。
【図３】焼結機の機長方向における各風箱位置における排ガス温度の分布を示す説明図（ａ）、および焼結冷却装置への窒素ガス吹き込み位置の説明図（ｂ）である。
【図４】酸素濃度と生産率との関係を示す説明図である。
【図５】酸素濃度・風圧が生産率と強度に与える影響を示す図である。
【図６】窒素吹き込みの有無が酸素濃度とＲＤＩに及ぼす影響を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
一般に、焼結機の操業では、パレット上の焼結原料装入層（以下、単に「装入層」とも言う）中に酸素（気体としての酸素ガス）を吹き込むことで、凝結剤であるコークスが燃焼しやすくなることが知られている。しかも、ドワイトロイド型焼結機では、上記吹き込み酸素の濃度を高く（富化）すると、パレットの移動速度が早くなることも既知である。ところで、焼結鉱の強度を高めるには高温域（１２００℃）保持時間が長く保つことが有利である。この点、高温の燃焼帯のパレットの移動に伴う移動速度が速くなることは、高温域の保持時間、つまり燃焼帯の通過時間が短くなるため、却って強度の低下につながることになる。そのため、従来は風量を多くして酸素の供給を増やし燃焼速度を上げる方法が採用されてきた。ただし、この場合、焼結鉱の強度はむしろ低下することが知られている。一方で、風量を増やす代わりに酸素の濃度を上げる（酸素富化ガスを用いる）ようにすれば、燃焼帯上部の冷却スピードを抑えることができる。つまり、この場合（酸素富化ガスを用いること）は、燃焼帯の移動速度は上がるが、冷やされる速度は一定のままになるので高温部の範囲が拡がり、焼結鉱強度の増大を図ることができることを意味している。
【００１４】
一般的に、焼結機パレット上の前記装入層の上層部は、該装入層の下層部分に比べて強度が低いことが知られている。このような装入層上層部の強度を上げることこそが、酸素富化ガスを導入する意義であり、焼結鉱の強度を高める上で望ましいことである。なお、この酸素富化ガスの吹き込みは、後述する気体としての少なくとも窒素ガスの吹き込みを行なう箇所以外の場所において吹き込むものである。
【００１５】
ところで、焼結鉱中に二次ヘマタイトが生成すると、焼結鉱の還元粉化性を悪化させることが知られている。そこで、本発明では、高温から生成するマグネタイトの安定化を志向する研究を行なった。図１のＦｅ２Ｏ３濃度と温度の関係を示す状態図に明らかなように、１３５０℃以上の高温では、ヘマタイトからマグネタイトへの相転移が生じる。そして、このマグネタイトの一部は液相となり、温度が下がったときに再び、ヘマタイトに戻る。これが二次ヘマタイト生成の原因であり、本発明を開発するに至った背景である。
【００１６】
発明者らの研究によると、前記装入層中に富化された酸素を導入すると、一旦は前記二次ヘマタイトの生成が促進される。しかしながら、もし焼成の途中で酸素の吹き込み、特に酸素富化ガスの吹き込みを止めることができれば、二次ヘマタイトの生成を抑制することができ、その後は、通常の焼成と同じ焼成―冷却速度になるため、それまでに拡がった高温部は拡大されたままで焼成が続くことになる。その結果、この場合において、たとえ、酸素富化（酸素富化ガスの導入）を止めたとしても、その高温部が一挙に狭まるようなことはないから、高温部が拡がったままとなり、マグネタイトが生成しやすい環境になる。
【００１７】
上述したように、本発明は、前述した高温部の維持によって二次ヘマタイトの生成を抑制すると共にマグネタイトの増加が期待できるだけでなく、窒素ガスの供給によって赤熱焼結鉱の再酸化を防ぐことにより二次ヘマタイトの生成を抑えるようにした方法であり、それ故に、還元粉化性の改善も可能となる。
【００１８】
次に、本発明においては、焼結配合原料の焼成中に焼結機の上方から酸素を吹き込む際に、上述したように、吹き込み酸素濃度を増加させた酸素富化ガスを導入する場合、焼結過程中の未だ焼結鉱の強度が低い時期、即ち、焼成初期に吹き込むことが好ましい。その好ましい吹き込み位置は、焼結時間の半分以下の位置、具体的には焼結機の全長を１とするとき、０超（点火炉直後）〜０．５（パレット移動距離の半分）にあたる位置の原料装入層の上方から高い濃度の酸素を吹き込むことが好ましい。
【００１９】
本発明において、強度の改善のために従来の風量増加に代えて使用する、酸素濃度の高い酸素富化ガスとして、２１ｖｏｌ．％超の濃度のもの、好ましくは３０〜５０ｖｏｌ．％の濃度の酸素富化ガスを吹き込むことが好ましい。その濃度が３０ｖｏｌ．％未満の酸素では、酸素によるヘマタイトの生成が３０ｖｏｌ．％以上のときにくらべ比較的少ないから窒素吹き込みの効果が小さく、一方、５０ｖｏｌ．％超では焼成速度が速くなりすぎて、溶融時間が短くなり、酸素が有効に使われにくく、また、焼結鉱強度の向上効果が得られなくなるからである。
【００２０】
なお、その酸素富化ガスの吹き込み位置に関し、焼結機の全長を１とするとき、０超から０．５までの位置からとした理由は、０．５以上の部分で焼成される焼結鉱は焼成時間が長く、もともと強度が高いため、強度向上の効果が比較的小さいからである。
【００２１】
次に、本発明方法においてとりわけ特徴的なことは、前述したように過剰な焼成となるのを抑制するために、適所において適時に窒素ガスの吹き込みを行なうことにある。この窒素ガスの吹き込みは、少なくとも焼成が終わったとき以降の位置、すなわち、焼成が原料装入層の最下層に達した位置以降において行なう。例えば、焼結機パレット上の装入焼結原料の全ての焼成が終わり、ウィンドボックスでの排ガス温度が最高になった位置以降、さらには焼結冷却装置の前半までの位置（全長をＴとするとき１／３〜２／３）において吹き込むことが好ましい。
【００２２】
具体的には、図３（ｂ）に示すように、前記窒素ガスの吹き込みは、焼結機ウィンドボックスでの排ガス温度が最大になった位置以降から焼結冷却装置の入側から全長Ｔの２／３までの間で行なうものとし、使用する窒素ガス濃度は大気中濃度よりも高い濃度のものを使用することが好ましい。
【００２３】
前記窒素ガスの吹き込みはまた、焼結冷却装置の、その全長Ｔの１／３までの位置、即ち、該焼結冷却装置の移動台車上の被冷却焼結鉱堆積層中に、赤熱状態の被冷却焼結鉱の受入れから移動台車の移動距離が全長（Ｔ）の１／３に達するまでの間に窒素ガスの吹き込みを行なうことが好ましい。その理由は、冷却装置の移動台車の移動距離が、２／３（Ｔ）好ましくは１／３（Ｔ）以内とすることにより、二次ヘマタイトの生成を確実に阻止することができるようになるからである。
【００２４】
なお、図２は焼結原料装入層の高さ方向における温度分布の一例を示したものであり、全装入層厚が６００ｍｍのとき、焼結帯・溶融帯が約３００〜４００ｍｍの位置にある時の例である。通常、焼結原料装入層において、燃焼帯は上層から下層に向って移動していくが、この燃焼帯が最下層に達したとき、即ち、コークスの燃焼が終わったときは、窒素ガスを吹き込んでも燃焼が阻害されるようなことがないからである。また、この燃焼帯が最下層にあるとき、排ガス温度は最高になるため、排ガス温度が最高になった後で窒素ガスを吹き込むことが好ましい。
【００２５】
図３は、焼結機１の風箱２で測定される排ガス濃度のプロファイルの一例である。一般に、焼結機１では空気の吸引が風箱（ウィンドボックス）２を通じて行なわれており、本発明ではその風箱２に温度計が設置されている。この図においては、原料装入側から順番に風箱に番号（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２３）をつけ、その地点での排ガス温度を示している。そして、前述した窒素の吹き込みは、かかる排ガス温度が最大になった風箱２を含む地点、即ち、図示例では、Ｎｏ．２１風箱に相当する位置の焼結機パレットの原料装入層（焼結層）３の上方から窒素ガスの吹き込みを始めることが好ましい実施の形態である。
【００２６】
以上説明したように、本発明では、前記窒素ガスの吹き込みは、焼結後のものをクラッシャー４によって破砕した後に、冷却装置（クーラー）５の移動台車（図示例は環状型冷却機）上に装入され冷却される際に、上述したように、冷却装置５の入側から全長（Ｔ）のうちの２／３（Ｔ）までの範囲、好ましくは１／３（Ｔ）、までの範囲内において窒素ガスの吹き込みを行なうことが好ましい。
【００２７】
（試験１）
図４は、焼成初期から燃焼帯が原料装入層の厚み方向の半分の位置にくるまで酸素富化を行なった鍋試験の結果を示している。なお、酸素濃度は装入層直上の酸素濃度である。この例では、焼結配合原料をドラムミキサーで造粒したものを用い、燃焼帯の位置がわかるようにした透明な石英製焼成鍋にて試験を行なった。このときの試験の結果によると、酸素濃度が５０ｖｏｌ．％を超えると、生産率の増加は小さくなることが分かった。
【００２８】
（試験２）
次に、図５は、焼成中に酸素濃度を増加させた場合と、風量を増加させるために風圧を増加させた場合との生産率および強度に与える影響を調べるために行なった試験の結果を示したものである。ここで、強度はＪＩＳ  Ｍ  ８７１２−２００９に従った回転強度（タンブラー強度）で評価した。この試験では、焼結原料をドラムミキサーで造粒し、前記例１と同様に、原料装入層の半分の位置にくるまで酸素富化を行った。風圧を上げて生産率を向上させた通常の場合は、生産率の増加に伴って焼結鉱のタンブラー強度（ＴＩ）も低下した。しかなしながら、所定の位置において酸素富化を行った場合は、強度が大きく改善することが明らかとなった。なお、この強度は、表１に示すように酸素濃度が５０ｖｏｌ．％で改善しなくなっていくため、強度の改善には、酸素濃度は５０ｖｏｌ．％が上限であると考えられる。
【００２９】
【表１】
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【実施例】
【００３０】
（例１）
次に、図６は、焼成初期から燃焼帯が原料装入層の半分の位置になるまで酸素富化した後、排ガス温度が最高となった後に窒素を吹き込み、装入層直上の酸素濃度１０ｖｏｌ．％の条件で通風・冷却をしたときの試験の結果を示す。酸素濃度は入側ガス中の装入層直上での酸素濃度である。
【００３１】
この実施例では、塩基度が２．０になるように調整した焼結配合原料をドラムミキサーで造粒し、その後、得られた焼結配合原料を燃焼帯の位置がわかるようにした石英製の透明な焼成鍋を使って焼結試験を行った。このときの焼成は風圧一定（７ｋＰａ）で行った。表２に示すとおり、比較例１―４（窒素ガス吹き込みなし）の試験結果から、各酸素濃度で排ガス温度が最高になる時間を測定し、本発明に適合する実施例１―４（窒素ガス吹き込みあり）では、各酸素濃度での排ガス最高温度になる時間から窒素富化を行った。
【００３２】
その結果、焼結鉱が冷却過程に入ったときに窒素ガスを吹き込むこと、また、酸素富化の増大とともに還元粉化性（ＲＤＩ）の改善が可能であることが明らかとなった。これは、窒素の吹き込みによる酸素濃度の低下によって、高温で生成したマグネタイトが二次ヘマタイトへの再酸化が抑制されたためであると考えられる。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
（例２）
この例は、焼成の初期から燃焼帯が焼結原料装入層の半分の位置にくるまで、酸素富化（酸素濃度３０ｖｏｌ．％）した後、ウィンドボックスでの排ガス温度が最高になったとき、窒素ガスを各開始時間で一定時間吹き込んだ試験を行なった。
この試験では、塩基度を２．０になるように調整した焼結配合原料をドラムミキサーで造粒し、その後、燃焼帯の位置がわかるようにした石英製の透明な焼成鍋で試験を行った。焼成は、風圧一定(７ｋＰａ)で行なった。窒素ガスの冷却開始時間は、排ガスの最高温度と冷却が終わったと考えられる５０℃の温度の差分を３区間に分け、各温度区間で窒素を吹き込んだ。なお、この試験においては、温度が下がって初めて、排ガス最高温度が分るため、排ガス温度が上昇し３℃下がった時を最高温度として考えた。具体的には実施例５では４３０℃、実施例６では３００℃、実施例７では１７９℃、実施例８では、４２０℃であったため、下記排ガス温度範囲で窒素を吹き込んだ。窒素ガスの吹き込みは入側の酸素濃度が１０ｖｏｌ．％になるようにした。
・実施例５：（４３０―３０３℃）
・実施例６：（３００―１７５℃）
・実施例７：（１７９―５０℃）
・実施例８：（４２０―１７３℃）
【００３５】
その結果を表３に示す。この表に示すとおり、最高温度と５０℃の間の温度幅をＴとしたときの吹き込み温度域として、各試験後のＲＤＩを示した。この結果より、吹き込みは排ガス温度が高いとき、つまり焼結鉱の温度が高い場合にこそ窒素ガス吹き込みの効果が大きく発現することが分かった。これは、焼結鉱温度が高いほど、マグネタイトが残存しており、二次ヘマタイトへの変化を抑制できるためであると考えられる。
なお、表中のＴ‐２/３Ｔは、焼結鉱を冷却するための焼結クーラーでの吹き込み位置に対応しており、円形焼結クーラーの場合、焼結クーラーの全長の１／３の部分まで窒素ガスを吹き込むことが望ましいと考えられる。
【００３６】
【表３】
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【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の技術は、焼結鉱強度の改善と共に還元粉化性の改善を目指す焼結鉱の製造方法だけでなく、他の諸性質の改善や望ましい焼結機の操業技術の開発にも適用が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１．焼結機
２．風箱
３．焼結原料装入層
４．クラッシャー
５．冷却装置
【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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