(57)【要約】【課題】製鉄ダストやミルスケール等の金属鉄含有酸化鉄粉を用いることなく、鉄含有原料と炭材とが近接配置された炭材内装塊成鉱（焼結鉱）を得ることができる炭材内装造粒粒子を提供し、その製造方法を提案する。【解決手段】炭材核と、外層となる鉄鉱石粉と融点調整剤としてのＣａＯ含有原料をペレタイザーに装入し、混合し、造粒して炭材核の周囲に外層を被覆・形成し、擬似粒子とすることによって、炭材核と、該炭材核の周囲に被覆・形成され、鉄鉱石粉とＣａＯ含有原料からなる外層とからなる焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭材核と、該炭材核の周囲に被覆・形成され、鉄鉱石粉とＣａＯ含有原料からなる外層とからなる擬似粒子としたことを特徴とする焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子。
【請求項２】
上記鉄鉱石粉は、粒径が１０〜１０００μｍのペレットフィードであることを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子。
【請求項３】
上記ペレットフィードは、粒径が２５０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子。
【請求項４】
上記外層は、融点が１２００℃以上１５００℃以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子。
【請求項５】
上記炭材核となる炭材は、粒径が３ｍｍ以上のコークス粒子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子。
【請求項６】
上記外層の厚みは、２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子。
【請求項７】
上記造粒粒子は、粒径が８ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の炭材内装造粒粒子の製造方法であって、
炭材核と、外層となる鉄鉱石粉と融点調整剤としてのＣａＯ含有原料をペレタイザーに装入し、混合し、造粒して炭材核の周囲に外層を被覆・形成し、擬似粒子とする焼結鉱製造用炭材内装造粒粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉などで製鉄原料として使用される焼結鉱の製造技術に関するものであり、具体的には、焼結鉱の製造に用いる炭材内装造粒粒子とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉製鉄法では、現在、鉄源として、鉄鉱石や焼結鉱などの鉄含有原料を主に用いている。ここで、上記焼結鉱は、粒径が１０ｍｍ以下の鉄鉱石の他に、珪石や蛇紋岩、精錬ニッケルスラグなどからなるＳｉＯ２含有原料や、石灰石、生石灰などのＣａＯ含有原料などからなる副原料、粉コークスや無煙炭などからなる凝結材である固体燃料（炭材）等から構成された造粒原料に適量の水を添加し、ドラムミキサーなどを用いて混合・造粒して擬似粒子である焼結原料とした後、該焼結原料を焼結機の循環移動するパレット上に装入し、上記擬似粒子中に含まれる炭材を燃焼させて焼結し、得られた焼結ケーキを破砕し、整粒して、一定の粒径以上のものを成品として回収した塊成鉱の一種である。
【０００３】
ところで、近年、上記塊成鉱として、鉄鉱石やダスト等の鉄源と、コークス等の炭材とを近接配置したものが注目を浴びている。その理由は、例えば、鉄鉱石等の鉄源と炭材とを一つの塊成鉱の中で近接配置すると、鉄源側の還元反応（発熱反応）と炭材側のガス化反応（吸熱反応）とが速い速度で繰り返さして起こることから、製鉄効率が向上するとともに、高炉などの炉内温度を低下させることもできるからである。
【０００４】
上記塊成鉱としては、例えば、特許文献１に開示の、高炉・転炉ダスト、圧延スケール、スラッジ、鉄鉱石粉等の製鉄工程で発生する鉄含有粉をそれぞれ単独あるいは混合した原料に、石炭、コークス等の炭材、澱粉を加えて混合、混練し、さらに造粒機で澱粉溶液を供給して造粒したものがある。しかし、上記特許文献１に開示の塊成鉱は、焼結鉱製造時にペレット中の炭材が焼失してしまうため、実際には鉄鉱石等の鉄含有原料と炭材とが近接配置されたものとはなっていない。また、近接配置を目的として、鉄鉱石や炭材の粒径を単に小さくしただけでは、熱を伝搬するガスの移動抵抗が大きくなり過ぎ、却って、反応速度の低下を招いて、製鉄効率を低下させてしまう。
【０００５】
そこで、鉄鉱石と炭材との近接配置を目的とした技術が幾つか提案されている（例えば、特許文献２〜５参照。）。これらに開示の技術は、基本的には、鉄鉱石等の鉄含有原料とコークス等の炭材とを混合したのち、熱間成形して塊成化したものを、あるいは焼成せずに生粒子のままで、高炉等において製鉄用原料として使用するものである。しかし、これらの塊成物は、均一混合物もしくは多層化造粒物からなる非焼成のものであるため、強度が不足し、粉化が激しいため、これを高炉等に装入すると、脱水粉化や還元粉化を招いて、高炉の通気性を阻害するため、使用量が制限されてしまうという問題点がある。
【０００６】
また、上記特許文献２〜５の技術の問題点を解決する技術として、例えば、特許文献６には、金属鉄を５ｗｔ％以上および／または炭素を５％以上含有した原料で核を形成し、金属鉄を１０ｗｔ％以上および炭素を５ｗｔ％以下含有した原料で前記核を内包した一層以上の外周層を形成した後、３００〜１３００℃の酸化雰囲気で焼成して塊成化した製鉄用塊成鉱が提案されている。しかし、特許文献６に開示の塊成鉱も、原料に金属鉄を使用することが必須であり、使用する原料に量的制約があるため、製鉄用塊成鉱として製造できる量に制約があるという問題がある。
【０００７】
そこで、上記特許文献１〜６が抱える上記問題点を克服する技術として、炭材内装塊成鉱の技術が提案されている。例えば、特許文献７には、小塊コークスからなる炭材核のまわりに、造粒機を使って、製鉄ダストやミルスケール等の金属鉄含有酸化鉄粉を被覆して低酸化度の酸化鉄殻を被覆形成した後、大気中で２００℃以上３００℃未満の温度で、０．５〜５時間加熱する酸化処理をすることにより、該酸化鉄殻表面にのみ高酸化度の酸化鉄からなる硬質薄層を形成することにより炭材内装塊成鉱を得る技術が、また、特許文献８には、製鉄ダストやミルスケール等の酸化鉄粉もしくは鉄鉱石粉と炭材とを、造粒機を使って混合造粒し、次いで、その造粒物の外表面に金属鉄含有酸化鉄粉を被覆して低酸化度の酸化鉄殻を被覆形成することで、酸化鉄粉もしくは鉄鉱石粉の中に、３ｍｍ以下の大きさのコークス粉を分散状態で含む塊成鉱を得る技術が開示されている。
また、非特許文献１には、グリーンボールに無煙炭を外装して無煙炭でペレットフィードを被覆したグリーンボールを作製し、これを鍋試験装置の床敷鉱の上に装入し、その上に焼結原料を装入して焼結を行った炭材内包焼結鉱について、高炉内雰囲気で反応性を評価した結果が報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３４８６２５号公報
【特許文献２】特許第３５０２００８号公報
【特許文献３】特許第３５０２０１１号公報
【特許文献４】特開２００５−３４４１８１号公報
【特許文献５】特開２００２−２４１８５３号公報
【特許文献６】特開平１０−１８３２６２号公報
【特許文献７】特開２０１１−１９５９４３号公報
【特許文献８】特開２０１１−２２５９２６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ  ｖｏｌ．２４（２０１１），１９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献７および８に開示の技術によれば、製鉄原料として適当な大きさと十分な強度を有し、しかも、鉄含有原料と炭材とが近接配置され、製鉄反応を起こし易く、低温還元が可能な構造の炭材内装塊成鉱を得ることができる。しかしながら、上記技術は、金属鉄が多いと炭材との濡れ性が悪くなるため、炭材核表面への金属鉄含有酸化鉄粉の被覆形成が難しく、低酸化度の酸化鉄殻を形成するため、造粒後、酸化処理が必要であることから製造コストが嵩むこと、また、製鉄ダストやミルスケール等の金属鉄含有酸化鉄粉は発生量が少ないことから、生産量に制限があるという問題がある。
また、上記非特許文献１に開示の技術では、周囲に焼結原料に存在しないため、グリーンボールの周囲に無煙炭を外装しているが、これでは無煙炭を被覆したペレットフィード層が溶融して内部の無煙炭が露出し、燃焼・消失してしまうという問題がある。
【００１１】
本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、製鉄ダストやミルスケール等の金属鉄含有酸化鉄粉を用いることなく、従って、生産量を制限されることなく、鉄含有原料と炭材とが近接配置された炭材内装塊成鉱（焼結鉱）を得ることができる炭材内装造粒粒子を提供し、その製造方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者らは、上記課題の解決に向けて鋭意検討を重ねた。その結果、焼結鉱製造用の炭材内装造粒物として、中心部の炭材核として小塊コークスを用いるとともに、外層原料として、融点調整剤のＣａＯ含有原料を添加した、粒径が２５０μｍ以下の鉄鉱石粉（ペレットフィード（ＰＦ））を用いて擬似粒子を造粒し、これを焼結原料の一部として焼結機に装入して焼結鉱（塊成鉱）を製造することが有効であることを見出し、本発明を開発するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明は、炭材核と、該炭材核の周囲に被覆・形成され、鉄鉱石粉とＣａＯ含有原料からなる外層とからなる擬似粒子としたことを特徴とする焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子である。
【００１４】
本発明の炭材内装造粒粒子における上記鉄鉱石粉は、粒径が１０〜１０００μｍのペレットフィードであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の炭材内装造粒粒子における上記ペレットフィードは、粒径が２５０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の炭材内装造粒粒子における上記外層は、融点が１２００℃以上１５００℃以下であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の炭材内装造粒粒子における上記炭材核となる炭材は、粒径が３ｍｍ以上のコークス粒子であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の炭材内装造粒粒子における上記外層の厚みは、２ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の炭材内装造粒粒子は、粒径が８ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、上記のいずれかに記載の炭材内装造粒粒子の製造方法であって、炭材核と、外層となる鉄鉱石粉と融点調整剤としてのＣａＯ含有原料をペレタイザーに装入し、混合し、造粒して炭材核の周囲に外層を被覆・形成し、擬似粒子とする焼結鉱製造用炭材内装造粒粒子の製造方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、製鉄所で発生する各種製鉄ダストやミルスケール等、発生量に限りがある低酸化度の酸化鉄粉に代えて、安価で高純度の鉄鉱石粉（ペレットフィード（ＰＦ））を使用するので、生産量を制限されることなく、しかも、酸化処理も必要ないので、安価に、焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子を製造することができる。また、本発明の上記炭材内装造粒粒子は、従来の焼結機を用いて焼結鉱とすることができるので、大量かつ安価に炭材内装焼結鉱を製造することができる。また、本発明の炭材内装焼結鉱は、高炉等の原料として用いる上で十分な強度を有する上、鉄含有原料と炭材とが近接配置された構造を有するので、製鉄反応の反応効率の向上、炉内温度の低下、燃料比の低減をもたらし、製造コストの低減にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】鉄含有原料と炭材間の距離が反応速度に及ぼす影響を説明する図である。
【図２】鉄含有原料と炭材間との間の製鉄反応（還元反応、ガス化反応）を、従来の高炉内と本発明の炭材内装焼結鉱とを対比して説明する図である。
【図３】炭材内装焼結鉱における還元反応とガス化反応を説明する図である。
【図４】Ｆｅ２Ｏ３−ＣａＯ二元系状態図である。
【図５】炭材内装造粒粒の焼結時における外層内の反応を説明する図である。
【図６】ＳｉＯ２−Ｆｅ２Ｏ３−ＣａＯ三元系状態図である。
【図７】本発明の炭材内装造粒粒子と炭材内装焼結鉱の製造方法例を示す図である。
【図８】実施例に用いた焼結試験鍋を説明する図である。
【図９】実施例の焼結実験で得られた焼結鉱（塊成鉱）の外観写真である。
【図１０】本発明に係る炭材内装焼結鉱断面の顕微鏡写真である。
【図１１】本発明に係る炭材内装焼結鉱断面のＥＰＭＡ分析結果を示す図である。
【図１２】本発明の炭材内装焼結鉱の被還元性指数ＲＩと還元粉化性指数ＲＤＩを、通常の焼結鉱と対比して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
例えば、高炉製鉄法では、鉄鉱石や焼結鉱などの鉄含有原料を、コークスなどの炭材の燃焼熱で高温に加熱するとともに、還元して銑鉄を製造している。このとき、高炉の炉頂からの製鉄原料の装入は、それぞれ２０〜４０ｍｍ程度の大きさに整粒した鉄含有原料と炭材とを分別して層状に装入するのが普通である。この場合、鉄含有原料層と炭材層の層厚を薄くすれば、鉄含有原料と炭材との間の距離は小さくなるため、上記還元反応速度を高めることができると考えられる。しかし、前述したように、単に、鉄含有原料と炭材とを混合装入するだけでは、伝熱手段であるガスの移動抵抗が大きくなり、却って、反応速度が遅くなる。
【００２４】
そこで、近年、反応速度を高める方法として検討されているのが、図１に示した概念図のような、フェロコークスや炭材内装塊成鉱、超微細化等の技術である。ここで、上記フェロコークスとは、炭材と鉄鉱石（鉄含有原料）とを混合し、焼き固めたものを製鉄原料とする技術であり、上記炭材内装塊成鉱とは、鉄鉱石中に炭材を充填内装したものを製鉄原料とする技術であり、また、上記超微細化は、主として炭材を微細化して使用する技術である。
【００２５】
これらの技術の考え方は、図２に示す理論に基づくものである。この図２は、鉄鉱石と炭材とが近接しているときの、熱交換と鉄鉱石の還元反応と炭材（コークス）のガス化反応の関係を示したものである。鉄鉱石側では、Ｆｅ２Ｏ３とＣＯとが反応して、ＦｅとＣＯ２となる還元反応が起きる。この反応は発熱反応である。一方、炭材側では、ＣＯ２とＣとが反応してＣＯを発生する「ブドワール反応」と呼ばれるガス化反応（ガス改質反応）が起きる。この反応は吸熱反応である（以降、両反応を「製鉄反応」ともいう）。
【００２６】
ここで、図２（ａ）に示したように、高炉内に鉄含有原料と炭材とが層状に装入されている場合には、発熱反応である還元反応と吸熱反応であるガス化反応とが別々の場所でおこるため、上記反応に必要な熱伝達やＣＯ，ＣＯ２の供給にはガスの移動が必要となる。これに対して、図２（ｂ）に示したように、鉄鉱石と炭材とが近接して場合には、発熱反応である還元反応と吸熱反応であるガス化反応とが速い速度で繰り返されるので、製鉄反応効率が向上する。
【００２７】
従って、鉄含有原料と炭材とが互いに近くにある、即ち、鉄含有原料と炭材を近接配置することが製鉄反応を高める上では有効であると考えられる。このような考えの下では、予め鉄含有原料と炭材とが混合されてなるとともに、該炭材が鉄含有原料中に埋設された炭材内装塊成鉱が究極の形態となる。
【００２８】
また、このような炭材−鉄含有原料を近接配置した炭材内装塊成鉱においては、上述したガス化反応に必要な熱が、該炭材内装塊成鉱の内部に及ぶと、図３に示すように、そのガス化反応で発生したＣＯによってＦｅｎＯｍが還元される還元反応が起こり、その還元反応で発生したＣＯ２が次のガス化反応を引き起こすというように、塊成鉱の内部から外部に向って反応が連鎖的に起こり、内部のＦｅｎＯｍが順次に自己還元されてＦｅ（金属鉄）が生じる。上記のように、還元反応とガス化反応が塊成鉱の内部で進行することから、外部からの熱供給は少なくて済み、その分だけ、炉内温度を低下させることができる。
【００２９】
しかし、上記考えを実現するためには、炭材内装塊成鉱（焼結鉱）を安定して製造できることが条件となる。しかし、炭材内装塊成鉱を製造するには、造粒粒子（擬似粒子）内に内装した小塊コークスが、焼結する過程で燃焼して消失してしまうという問題があり、この問題を解決できない限り、炭材内装焼結鉱を安定して得ることができない。
【００３０】
そこで、本発明は、中心部に炭材核としての小塊コークスを有し、その炭材核の周囲に、融点を調整した鉄鉱石粉で被覆した擬似粒子を、炭材内装塊成鉱製造用、すなわち、焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子とすることで、上記問題を解決するものである。
【００３１】
すなわち、本発明の炭材内装塊成鉱は、造粒粒子（擬似粒子）の中心部の炭材核として小塊コークスを使用する点では、従来技術の炭材内装塊成鉱と同じである。しかし、本発明は、該炭材核の周囲を鉄鉱石粉で覆い、かつ、該鉄鉱石粉に生石灰を添加して融点を低下し、焼結時に緻密質の外層を形成させることによって、焼結時における炭材核の燃焼・消失を防止する点において、従来技術とは異なる。
【００３２】
ここで、上記鉄鉱石粉としては、好ましくは粒径が１０〜１０００μｍ、より好ましくは２５０μｍ以下のペレットフィードを用いることが望ましい。このペレットフィードは、１ｍｍ以下が９０％以上の微粒鉱石で、高品位（高Ｆｅ、低脈石）のヘマタイトやマグネタイトを主成分とし、かつ、安価に大量に入手できる点で優れている。
なお、本発明に用いる鉄鉱石粉は、粒径が上記範囲内であれば、上記ペレットフィードの他に、ミルスケール、転炉排ガス回収ダスト（ＯＧダスト）、選鉱時に発生したテーリング等でもよく、また、それらをペレットフィードに混合したものでもよい。
【００３３】
しかし、上記マグネタイト、特に高品位のマグネタイトの融点は、図４に示すＦｅ２Ｏ３−ＣａＯ二元系状態図からわかるように、１５８０℃程度と高く、高品質の焼結鉱を得るための好適な焼結温度と比較して遥かに高く、通常の焼結温度では溶融しない、即ち、焼結反応が起こらない。
【００３４】
そこで、本発明は、上記鉄鉱石粉にＣａＯ含有原料を添加することによって、外層の融点を低下させ、焼結時の温度（１２００℃以上）で早期に溶融して融着層を形成し、該誘着層を酸素遮断層として作用させることにより、炭材内装造粒粒子の内装した炭材核の燃焼・消失を防止して、炭材核を残存させるようにしたところに特徴がある。
【００３５】
また、上記構造とすることにより、焼結鉱焼成時の空気侵入があったとしても、内装炭材核を存在させることができる。というのは、図５に示すように、炭材内装造粒粒子（擬似粒子）の中心核の周りに形成された外層の酸素遮断効果によって、中心核を形成しているＣと侵入Ｏ２の反応により、外層内は基本的に還元性雰囲気のＣＯガスに保持されることになるので、炭材の残留が可能となると考えられるからである。
【００３６】
ここで、上記調整する融点の温度は、１２００〜１５００℃の範囲が好ましく、焼結機上で溶融を促進させる観点から、より好ましくは１２００〜１４００℃の範囲である。１２００℃未満では、融液が生成せず、また、焼結鉱の構成鉱物の中で最も高強度で、被還元性も比較的高いカルシウムフェライトが生成しないからである。一方、１５００℃超えでは、焼結機上では溶融せず、カルシウムフェライトを主体とする焼結鉱組織と融着しないからである。
【００３７】
なお、融点の調整剤として添加する生石灰ＣａＯの添加量は、外層に用いるペレットフィード（ＰＦ）に、例えば、Anglo American−ＰＦのように脈石成分が少ない（ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）が９７．７ｍａｓｓ％）ものを使用する場合には、前述した図４に示したＦｅ２Ｏ３−ＣａＯ二元系状態図から決定すればよい。また、脈石成分の多いＰＦを使用する場合には、図６に示した脈石成分であるＳｉＯ２を考慮したＳｉＯ２−Ｆｅ２Ｏ３−ＣａＯ三元系状態図を用いてＣａＯの添加量を決定すればよい。なお、生石灰は、融点調整剤として作用するほか、バインダーとしても作用する。
【００３８】
また、本発明の炭材内装造粒粒子（擬似粒子）は、焼結時における炭材核の燃焼・消失を阻止する観点から、上記炭材核の大きさを３ｍｍ以上とすること、また、該炭材核の周囲に形成する外層の厚みは２ｍｍ以上とすること、また、粒径を適正範囲に制御することが好ましい。ここで、上記炭材の大きさとは、炭材の長径のことをいう。
【００３９】
すなわち、本発明の炭材内装造粒粒子は、造粒核として使用する炭材核は、小塊コークスおよび／またはホンゲイ炭等の無煙炭のように揮発分の少ない炭材を使用するのが好ましい。特に、小塊コークスは入手が容易である他、加熱してもガスを発生しないため、好適である。また、上記核となる炭材の粒径は、焼結過程での炭材核の燃焼・消失を防止するため、細粒ではなく、３ｍｍ以上の粒子を用いるのが好ましい。より好ましくは４ｍｍ以上、さらに好ましくは５ｍｍ以上である。
【００４０】
また、炭材核の周囲に形成する外層は、２ｍｍ以上の厚みとするのが好ましい。２ｍｍ未満では、焼結時に溶融して緻密な外層を形成しても、酸素遮断層として十分に機能しないおそれがある他、炭材核は凹凸が多くあるため、炭材核を完全に被覆ができないおそれがあるからである。通常、造粒粒子は外部から加熱されるため、中心側ほど加熱時において昇温し難い。そのため、外層の厚さが厚いほど、外層の融点を低目に調整することが好ましい。したがって、より好ましくは３〜７ｍｍの範囲である。
【００４１】
また、炭材を核として形成される本発明の炭材内装造粒粒子（疑似粒子）の粒径は、最小の炭材核の大きさと最小の外層厚から最小の粒径は７ｍｍとなるが、炭材核は昇温の必要がないので、焼結機上での炭材の反応を抑制する観点からは、造粒粒子内の温度分布を考慮して、焼結過程で粒子中心まで十分に昇温する粒径以上、すなわち８ｍｍ以上とするのが好ましい。より好ましくは１０ｍｍ以上、さらに好ましくは２０ｍｍ以上である。
【００４２】
また、後述する焼結機への焼結原料装入時に、焼結層の下層側に偏析装入する観点からも、通常の焼結原料（造粒粒子）よりも粒径を大きくすることが好ましい。ここで、上記通常の造粒粒子とは、鉄鉱石粉と炭材とＣａＯ含有原料を含む副原料を造粒原料とし、これをドラムミキサーやペレタイザー等によって、２〜４ｍｍ（算術平均径）の粒径に造粒した疑似粒子のことをいう（以降、同様とする）。また、本発明における粒径とは、篩い分けで測定した粒径のことをいう。
【００４３】
次に、本発明の炭材内装造粒粒子とその造粒粒子を焼結原料に用いた焼結鉱の製造方法について説明する。
図７は、本発明の炭材内装造粒粒子と炭材内装焼結鉱の製造方法の一例を示したものである。３ｍｍφ以上の核粒子となるコークス粒子と、２５０μｍ以下の鉄鉱石粉であるペレットフィード（ＰＦ）と、融点調整剤としての生石灰ＣａＯをペレタイザーに装入して混合し、造粒して８ｍｍφ以上の大きさの炭材内装造粒粒子（擬似粒子）とする。上記原料は、粒径の大きなコークス粒子が核となって造粒が行われるため、同時に添加しても構わない。また、コークス粒子とＰＦの装入比率は、核粒子となるコークス粒子に対して外層のＰＦ層の厚みが２ｍｍ以上になるように決定する。
【００４４】
次いで、上記のようにして得た炭材内装造粒粒子（擬似粒子）は、従来の原料をドラムミキサー等で攪拌し、造粒することで得られる通常の焼結用造粒粒子（擬似粒子）と合流させて両造粒粒子を混在させて焼結機のサージホッパーに搬入し、該サージホッパーから焼結機の循環移動するパレット上に装入する。なお、炭材内装造粒粒子（擬似粒子）は、通常の焼結用造粒粒子（擬似粒子）より粒子径が大きいため、装入時の偏析によって、焼結時の温度が上層側よりも高くなり易い中層および下層側に多く含まれるので、焼結反応を十分に進行させることができる。
【００４５】
上記のように、本発明の炭材内装焼結鉱（塊成鉱）は、実機焼結機を利用して生産できるため、安価にかつ大量生産することができる。また、外層の原料となるペレットフィード（ＰＦ）も安価かつ大量に入手できるので、生産上の制約は存在しない。
【実施例１】
【００４６】
図８に示した焼結試験鍋を用いて、塊コークスをＰＦで被覆した本発明の炭材内装造粒粒子と通常の造粒粒子を焼結原料とした下記の焼結実験を行った。
焼結原料には、通常の造粒粒子（擬似粒子）については、造粒原料として、鉄鉱石粉と、副原料としてＣａＯが１０ｍａｓｓ％となる量の石灰石と、さらに、炭材として５ｍａｓｓ％となる量のコークス粉をドラムミキサーに装入し、撹拌・混合して算術平均径で２．９ｍｍの粒径に造粒したものを用いた。
一方、炭材内装造粒粒子（疑似粒子）については、炭材核として粒径が３ｍｍ、４ｍｍおよび８ｍｍの３種の小塊コークス、外層原料（鉄鉱石粉）として粒径が２５０μｍ以下のAnglo American-ＰＦ（ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）：９７．７％）、および、融点調整剤としてＣａＯ（生石灰）をペレタイザーに装入して混合し、外層の厚みが２ｍｍ以上かつ粒径が８〜２０ｍｍとなるように造粒して、表１に示したＴ１〜Ｔ７の擬似粒子としたものを用いた。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
なお、上記炭材内装造粒粒子の製造においては、ＣａＯ（生石灰）の添加量は、外層原料として使用したＰＦのヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）がほぼ１００％であるため、図５に示したＦｅ２Ｏ３とＣａＯのニ元系状態図を用いて、融点を１５００℃とする場合には５ｍａｓｓ％（Ｔ６）、融点を１４５０℃とする場合には１０ｍａｓｓ％（Ｔ１〜Ｔ３）、融点を１３００℃とする場合には１７ｍａｓｓ％（Ｔ４，Ｔ５）とした。なお、表１のＴ４の造粒粒子は、外層のＰＦ中に、通常の造粒粒子と同様、炭材を２ｍａｓｓ％混在させた比較例である。また、表１のＴ７は、外層の融点調整を行わない（ＣａＯの添加無し、融点：１５８０℃）比較例である。
【００４９】
また、焼結実験は、図８に示した原料装入部の内径が３００ｍｍφ、高さが４００ｍｍの焼結鍋を用い、上記原料装入部の下層側１／３（１３３ｍｍ）には、炭材内装造粒粒子と通常の造粒粒子とを質量比で１：１として炭材内装造粒粒子を通常の造粒粒子内に埋め込むように均一に混合して装入し、その上層側２／３（２６７ｍｍ）には、通常の造粒粒子を装入した後、装入層の上層表面に点火し、試験鍋の下側に配設したブロアーで、試験鍋上方の空気を吸引して装入層内に導入し、焼結原料中の炭材を燃焼させた。ここで、下層側１／３に、炭材内装造粒粒子を通常の造粒粒子内に埋め込むように装入した理由は、周囲の通常の造粒粒子の燃焼熱のみで、該通常の造粒粒子と炭材内装造粒粒子の外層との間で焼結反応を進行させることによって、中心核の炭材を燃焼させずに内装した焼結鉱を得るためであり、そのためには、焼結時に温度が上昇しやすい下層側１／３が有利であるからである。
【００５０】
上記焼結実験で得られた焼結鉱（塊成鉱）の外観写真を図９に示した。
この図から、本発明に適合するＴ１〜Ｔ３，Ｔ５およびＴ６の造粒粒子では、炭材内装焼結鉱が得られている他、適度に周囲の通常の焼結鉱と融着していることがわかる。つまり、この例では、炭材が内装状態にある焼結鉱が得られる他、周囲に存在している焼結鉱と一体となった炭材内装焼結鉱が得られるため、これを、実機焼結機に焼結原料として装入しても悪影響はないと推察される。
【００５１】
これに対して、融点調整を行わない造粒粒子Ｔ７から得られる焼結鉱は、周囲の通常の焼結鉱とはまったく融着せずに単球で残留し、生焼け状態となっていた。したがって、外層の融点調整を行わない炭材内装造粒粒子を実機焼結機に装入したときには、炭材内装焼結鉱が得られないばかりでなく、周囲の焼結鉱との焼成が進まないため、焼結鉱の破壊拠点となって粉化率が増加し、歩留まりが大きく低下することが予想される。
また、外層にコークスを２ｍａｓｓ％混在させた造粒粒子Ｔ４の場合には、逆に過溶融状態となり、得られた焼結鉱中にペレットとして残留していなかった。
【００５２】
また、図１０は、適度な焼結が行われ、周囲に存在している焼結鉱と一体となった炭材内装焼結鉱Ｔ５の顕微鏡写真を示したものである。この図から、適度な焼結が行われた焼結鉱は、炭材核をＰＦ層が覆い、そのＰＦ層表層には、ＰＦと他の焼結原料との間に融着層が観察されること、すなわち、中心核を形成するコークスを残留させたまま、ＰＦ層が周りの焼結原料と融着している。したがって、炭材内装焼結鉱の存在により、焼結鉱の強度が低下するおそれはない。
【００５３】
また、図１１は、適度な焼結が行われた上記炭材内装焼結鉱Ｔ５の断面を、ＥＰＭＡを用いて元素マッピングを実施した結果を示したものである。焼結鉱中に残存しているペレット内にはカーボンが残留している、即ち、内装した炭材が存在していること、また、そのカーボンの周辺では一部でＦｅ濃度が増加しており、還元によって金属鉄が生成していることがわかる。
【００５４】
このような還元反応が起こった原因については、以下のように考えている。
炭材内装造粒粒子の場合、小塊のコークス粒子からなる炭材核が中心部に位置していることから、完全な炭材内装構造となっている。それ故に、図２（ｂ）に示した焼結鉱の製鉄反応と同様、造粒粒子の内部において、互いが接近して存在している酸化鉄粉とコークス粒子との間で起こる還元反応とコークスのガス化反応が同時に進行し、焼結鉱製造の段階で金属鉄が生成したものと考えられる。
したがって、本発明の炭材内装焼結鉱を高炉に装入した場合には、通常の焼結鉱と比べ、製鉄反応がより高速かつ高効率で、しかも、低温度で進行するようになることが期待される。
【実施例２】
【００５５】
実施例１において製造した炭材内装造粒粒子Ｔ５と、通常の造粒粒子を、図８に示した焼結実験鍋に実施例１と同様にして装入し、焼結実験を行い、原料装入部の下層側１／３（１３３ｍｍ）から得られた炭材内装焼結鉱と、原料装入部の上層側２／３（２６７ｍｍ）から得られた通常の焼結鉱について、ＪＩＳ  Ｍ８７１３に規定された方法で被還元性指数（還元率）ＲＩと、ＪＩＳ  Ｍ８７２０に規定された方法で還元粉化指数ＲＤＩを測定した。
【００５６】
図１２（ａ）は、被還元性指数（還元率）ＲＩの還元時間による変化を示したものであり、本発明の炭材内装焼結鉱は、通常の焼結鉱と比較し、還元率が高くなっている、即ち、還元反応速度が高いことがわかる。
また、図１２（ｂ）は、本発明の炭材内装焼結鉱の被還元性指数ＲＩと還元粉化指数ＲＤＩとの関係を、通常の焼結鉱の被還元性指数ＲＩと還元粉化指数ＲＤＩとの関係と対比して示したものであり、本発明の炭材内装焼結鉱は、通常の焼結鉱と比較し、被還元性指数ＲＩと還元粉化指数ＲＤＩが共に優れていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の技術は、上記に説明した実施例に限定されるものではなく、例えば、焼結熱源として、焼結原料中に添加した炭材に加えて、気体燃料を供給する焼結技術や、さらに、酸素を富化して供給する焼結技術にも適用することができる。
【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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【図１１】
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【図１２】
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