(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鋼製造に用いる焼結原料に、２５０μｍアンダーを５０質量％以上含む生石灰及び消石灰のいずれか１又は２からなるバインダーを加え、水の存在下で造粒するに際し、前記造粒処理により得られる造粒物のｐＨ値を測定し、該測定値に応じて、前記バインダーの添加量を調整し、前記ｐＨ値を予め設定した値とすることを特徴とする焼結原料の事前調整方法。
【請求項２】
鉄鋼製造に用いる焼結原料に、２５０μｍアンダーを５０質量％以上含む生石灰及び消石灰のいずれか１又は２からなるバインダーを加え、水の存在下で混練して造粒するに際し、前記混練処理により得られる混練物又は前記造粒処理により得られる造粒物のｐＨ値を測定し、該測定値に応じて、前記バインダーの添加量及び混練で用いる混練機の撹拌羽根速度のいずれか１又は２を調整し、前記ｐＨ値を予め設定した値とすることを特徴とする焼結原料の事前調整方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の焼結原料の事前調整方法において、前記焼結原料は、鉄鉱石として５００μｍアンダーが５０質量％以上かつ１０μｍアンダーが５質量％以下の粒度である微粉原料を用いることを特徴とする焼結原料の事前調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼製造用原料の一つである焼結鉱を製造するにあたり、その原料となる焼結原料の事前調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結原料は鉄鉱石からなる粉鉱石であり、必要に応じて成分調整する副原料や凝結材を配合し、焼成前に、この粉鉱石に水とバインダーを混合し造粒処理することで、焼結機へ装入する微粉量を低減している。この造粒は、焼結生産性の維持改善に重要な操作であり、従来から各種の造粒技術が提案されてきた。
例えば、特許文献１には、ドラムミキサーを用いて焼結原料に造粒水を添加し造粒するに際し、この造粒水のｐＨを７超とすることで、焼結鉱の生産性が向上することが開示されている。これは、焼結原料の帯電状態を調整して、バインダーである生石灰と焼結原料との混合を改善できることによる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２２６８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記従来の方法では、焼結原料中への生石灰の混合を、ある程度改善することはできるものの、造粒水の添加後に得られる混練物中や造粒物中における生石灰の分散状態を把握することはできず、作製した造粒物の強度が不安定になる。このように、強度が不安定になれば、例えば、造粒物を焼結機へ装入した際に造粒物が壊れて粉化する場合があり、焼結鉱の生産性も不安定になる。
なお、今後は、粉鉱石の劣質化に伴って、焼結原料中の微粉量が増加することも予想され、特に、鉄品位を上げる目的で、粉砕処理や選鉱処理された粉鉱石の増加が予想される。この粉鉱石は、微粉のみの鉱石であることに加え、造粒に有効な微粒子の含有率が低い難造粒性の粉鉱石（即ち、微粉原料）であるため、上記した方法を用いても、効果は限定的である。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、造粒物の強度を安定的に確保することが可能な焼結原料の事前調整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】
【０００６】
前記目的に沿う第１の発明に係る焼結原料の事前調整方法は、鉄鋼製造に用いる焼結原料に、２５０μｍアンダーを５０質量％以上含む生石灰及び消石灰のいずれか１又は２からなるバインダーを加え、水の存在下で造粒するに際し、前記造粒処理により得られる造粒物のｐＨ値を測定し、該測定値に応じて、前記バインダーの添加量を調整し、前記ｐＨ値を予め設定した値とする。
【０００７】
前記目的に沿う第２の発明に係る焼結原料の事前調整方法は、鉄鋼製造に用いる焼結原料に、２５０μｍアンダーを５０質量％以上含む生石灰及び消石灰のいずれか１又は２からなるバインダーを加え、水の存在下で混練して造粒するに際し、前記混練処理により得られる混練物又は前記造粒処理により得られる造粒物のｐＨ値を測定し、該測定値に応じて、前記バインダーの添加量及び混練で用いる混練機の撹拌羽根速度のいずれか１又は２を調整し、前記ｐＨ値を予め設定した値とする。
【０００８】
第１、第２の発明に係る焼結原料の事前調整方法において、前記焼結原料は、鉄鉱石として５００μｍアンダーが５０質量％以上かつ１０μｍアンダーが５質量％以下の粒度である微粉原料を用いることが、本発明の効果がより顕著になる観点から好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る焼結原料の事前調整方法は、焼結原料に２５０μｍアンダーを５０質量％以上含む生石灰及び消石灰のいずれか１又は２からなるバインダーを加え、混練物又は造粒物のｐＨ値を測定し、この測定値に応じて、バインダーの添加量や混練機の撹拌羽根速度を調整し、ｐＨ値を予め設定した値にすることで、生石灰や消石灰が水に十分に溶解したことを確認できる。これにより、生石灰や消石灰の微粒子を混練物や造粒物に均一に分散させることができるので、作製する造粒物の強度を安定させることが可能となる。
【００１０】
また、焼結原料に、鉄鉱石として５００μｍアンダーが５０質量％以上かつ１０μｍアンダーが５質量％以下の粒度である微粉原料を用いる場合、難造粒性となる粒度を有する焼結原料を造粒することで、本発明の効果がより顕著になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】造粒物のｐＨ値と強度の関係を示すグラフである。
【図２】生石灰の添加割合と混練機の撹拌速度が混練物のｐＨ値に及ぼす影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
まず、本発明に想到した経緯について説明する。
はじめに、生石灰や消石灰による鉄鉱石からなる粉鉱石（以下、焼結原料ともいう）の造粒メカニズムについて説明する。
生石灰は、混練や造粒中に水と接触することで一部が吸湿し消化（消石灰化）して微粒化し、水と共に粉鉱石に均一に混ざり易くなるものであると考えられる。なお、生石灰としては、ＣａＯが例えば８４質量％以上のものが多用されている。
ここで、生成した消石灰の一部については、水に溶解することでも、粉鉱石に均一に混ざり易くなる。
なお、粉鉱石に、生石灰の代わりに、又は生石灰と共に、消石灰を添加する場合も同様であり、一部の消石灰が水に溶解して、粉鉱石中に均一に混ざり易くなる。
【００１３】
生石灰の消化で生成する消石灰や、水の蒸発等によって再晶出する消石灰は、粒径が１０μｍアンダーの微粒子であり、更にはサブミクロンオーダーの微粒子も多く含まれており、固体架橋によって上記粉鉱石の造粒性向上や造粒物の強度向上に大きく寄与する。
従って、極力多くの生石灰を消化させること、生成する消石灰の粒径を小さくすること、極力多くの消石灰を造粒水に溶解させること、等で、造粒に寄与する消石灰を多量に生成させて、この生成する消石灰を粉鉱石全体に分散させ（マクロに分散させ）、粉鉱石の粒子表面に極力付着させる（ミクロに分散させる）こと、が重要となる。
上記したことから、粉鉱石のうち、特に難造粒性を有する微粉原料と、その他の原料（例えば、造粒が容易な易造粒性原料）を混合する場合は、難造粒性の微粉原料に対して、粒径を小さくする処理を施した生石灰や消石灰の添加や、その添加量を多くすること等も重要となる。
【００１４】
なお、炭酸カルシウム（分子式：ＣａＣＯ３）は、生石灰や消石灰と同様にＣａＯを含み、そのＣａＯ含有率が５６質量％程度のものであり、石灰石あるいは単に石灰と称される場合がある。しかし、炭酸カルシウムは、化学的に安定な物質であって、吸湿による消化や水への溶解は起こりにくい。
従って、上記した生石灰や消石灰に、炭酸カルシウムは含まれない。
以上のことから、粉鉱石に対して炭酸カルシウムを添加した場合、造粒性の改善が小さいのに対し、粉鉱石に対して生石灰や消石灰を添加した場合は、造粒性が著しく改善することを、本発明者らは初めて発見した。
これは、生石灰が水と接触することにより微粒化し、更に生成した消石灰（添加した消石灰）の一部が水に溶解することで、粉鉱石に均一に混ざり易くなり、固体架橋によって粉鉱石の造粒性向上や造粒物の強度向上に大きく寄与したためと考えられる。
【００１５】
続いて、本発明が造粒の対象とする粉鉱石の特徴について説明する。
造粒対象は、粉鉱石であれば特に限定されるものではないが、粉鉱石のうち、５００μｍアンダーが５０質量％以上かつ１０μｍアンダーが５質量％以下の粒度である微粉原料であれば、本発明の効果がより顕著になる。
上記した微粉原料は、篩目１０μｍアンダーの粒子（微粒子）が５質量％以下と極めて少なく、５００μｍアンダーの粒子が５０質量％以上と非常に多い、難造粒性を示す原料である。この微粉原料が通常の鉄鉱石と異なる点は、１０μｍアンダーの粒子が極めて少ない点であり、例えば、鉄鉱石の粉砕処理と水による比重選鉱処理を繰り返すことで、この特徴が得られることがわかった。
【００１６】
なお、５００μｍアンダーの粒子の質量％の測定に際しては、微粉原料（２ｋｇ）を、１５０℃で１時間乾燥した後、０．５ｍｍ（５００μｍ）の篩目（ＪＩＳ  Ｚ８８０１−１「試験用ふるい−第１部：金属製網ふるい」に拠る）で分級し、篩下の質量％を求めた。また、１０μｍアンダーの微粒子の質量％の測定に際しては、上記乾燥後の微粉原料を対象に、レーザー回折散乱法の測定機器（日機装株式会社製  ＭＩＣＲＯＴＲＡＣ（登録商標）  ＭＴ３３００型、測定範囲：０．０２〜１４００μｍ）を用いた。
ここで、鉄鉱石として少なくとも１種又は複数種の粉鉱石（微粉原料の場合を含む）を含むものが焼結原料であり、この焼結原料に、副原料（成分調整用原料）や凝結材（例えば、コークス粉や石炭粉等）が含まれるか否かは任意であり、本実施の形態での焼結原料とは、生石灰と消石灰（バインダー）を含まないものをさす。なお、焼結原料に副原料や凝結材が含まれる場合、焼結原料中の副原料と凝結材の合計量が質量比で３０質量％以下程度（焼結原料中の鉄鉱石量：例えば、焼結原料の７０〜１００質量％程度）となるように、鉄鉱石に副原料と凝結材を添加する場合があるが、焼結原料の造粒性や造粒物の強度は、これらの添加量では改善しにくい。
【００１７】
上記した粒度構成、即ち１０μｍオーバーかつ５００μｍアンダー程度に概ね揃った微粉原料を造粒すると、隣接する原料粒子の間に空間が形成される。
しかし、上記したように、微粉原料中には、この空間を充填する１０μｍアンダーの微粒子が極めて少ないため、微粉原料は空間を内包したまま造粒され、造粒物の強度が極めて低くなる。このため、例えセルロース等の粘着質のバインダーを用いて微粉原料を造粒し、隣接する微粉原料の粒子同士を粘着できたとしても、造粒物内部には空間が残留するため、造粒物の強度を向上しにくい。
上記状況において、粉鉱石、特に難造粒性を示す微粉原料の造粒に用いるバインダーには、１０μｍアンダーの微粒子を供給でき、上記した空間を充填できるものが好ましいことに想到した。
【００１８】
なお、固形バインダーには、ベントナイトや炭酸カルシウム等があるが、通常の混練処理程度では、粉鉱石へ固形バインダーを均一分散させるのが難しいことが判明した。
これは、上記したように、例えば、微粉原料の粒径が１０μｍオーバーかつ５００μｍアンダー程度の大きさに概ね揃っており、一般には広範囲な粒度分布を持つことで混練による原料の混合が進むため、粒子が微粒化せず溶解もしないベントナイトや炭酸カルシウム等を添加しても分散が進まないものと考えられ、この観点からも、別の手段で１０μｍアンダーの微粒子を添加することが好ましいと考えられた。
以上のことから、本発明者らは、粉鉱石、特に５００μｍアンダーが５０質量％以上かつ１０μｍアンダーが５質量％以下の粒度である微粉原料を用いる焼結原料を造粒するに際し、混練や造粒を容易化するバインダーとして、生石灰と消石灰に想到した。なお、焼結パレットに入れる焼結原料は混練を行わない場合もある。
【００１９】
上記したように、粉鉱石、特に難造粒性を有する微粉原料の増加に対して、造粒物の強度を安定して確保するためには、生石灰や消石灰のミクロな分散を確保する必要があり、そのためには、生石灰や消石灰を、水に十分に溶解させることが重要となる。その溶解状態の指標として、本発明者らは、混練物又は造粒物のｐＨ値を用い、これを適正範囲に調整することに想到した。
即ち、鉄鋼製造に用いる粉鉱石（以下、焼結原料ともいう）に、２５０μｍアンダーを５０質量％以上含む生石灰及び消石灰のいずれか１又は２からなるバインダーを加え、水の存在下で造粒するに際し、造粒処理により得られる造粒物（焼結原料と生石灰及び／又は消石灰の造粒後の混合物）のｐＨ値を測定し、この測定値に応じて、バインダーの添加量を調整し、造粒物のｐＨ値を予め設定した値とする方法である。なお、造粒の前に混練を行う場合は、混練処理により得られる混練物（焼結原料と生石灰及び／又は消石灰の混練後の混合物）又は造粒物のｐＨ値を測定し、この測定値に応じて、バインダーの添加量及び混練で用いる混練機の撹拌羽根速度のいずれか１又は２を調整し、混練物又は造粒物のｐＨ値を予め設定した値とする。特に、５００μｍアンダーが５０質量％以上かつ１０μｍアンダーが５質量％以下の粒度の粉鉱石（鉄鉱石）である微粉原料（難造粒性微粉原料）を造粒する場合に、本発明の効果がより顕著になる。
以下、詳しく説明する。
【００２０】
生石灰や消石灰が水に溶解するとアルカリ性となり、その溶解量に応じて水のｐＨ値は上下に変動する。そこで、本発明者らは、まず実機の焼結機で使用する混練及び造粒ラインにおいて、混練物のｐＨ値の変動実態を調査した。具体的には、焼結原料に生石灰を添加し、高速撹拌ミキサーを用いて混練し、その後、造粒する工程において、生石灰の添加割合を一定にした操業時の混練物を採取し、この混練物に市販されている汎用の土壌用ｐＨ測定センサーを挿入し、そのｐＨ値を測定した。
その結果、添加する生石灰の割合を一定にしたにも関わらず、混練物のｐＨ値は１０．４〜１１．６程度、ｐＨ値で１．２変動することが判明した。
本発明者らは、このｐＨ値の変動が、造粒物の強度を変動させることになると考え、ラボ試験によって生石灰の量を変化させながら、その混練物又は造粒物のｐＨ値を測定すると共に、造粒物の強度を調査した。
【００２１】
ここで、粉鉱石に生石灰を添加し、高速撹拌ミキサー（混練機の一例）を用いて混練し、その後、造粒して得られた造粒物のｐＨ値と強度の関係を、図１を参照しながら説明する。
図１で使用した粉鉱石は、難造粒性微粉原料（●）と易造粒性原料（△）の２種類である。なお、易造粒性原料は、５００μｍアンダーが５０質量％未満かつ１０μｍアンダーが５質量％超の粒度を有する原料であり、難造粒性微粉原料は、５００μｍアンダーが５０質量％以上かつ１０μｍアンダーが５質量％以下の粒度を有する原料である。
また、生石灰の粒度は、２５０μｍアンダーを５０質量％以上含むものである。
そして、造粒物の強度は、作製した造粒物から７〜９ｍｍφ程度のものを抽出し、絶乾後、その圧壊強度を測定することで求めた。
【００２２】
図１から、易造粒性原料と難造粒性微粉原料のいずれについても、造粒物のｐＨ値の上昇と共に、造粒物の強度が上昇することを確認できた。
この結果から、前記した実機で測定したｐＨ値の変動範囲、即ち１０．４〜１１．６の範囲においては、造粒物の強度が、易造粒性原料の場合、０．９〜１．１ＭＰａの範囲で変動すること、また難造粒性微粉原料の場合、０．５〜０．９ＭＰａの範囲で変動することがわかり、ｐＨ値の安定化の課題が明確になった。なお、確保すべきｐＨ値の範囲としては、１０．４以上１２．６以下とすることがよいが、ｐＨ値安定化の作用は、特に難造粒性微粉原料において顕著であることから、１１以上１２．６以下の間に確保できれば、更によいことがわかった。
なお、本試験結果は、生石灰の代わりに消石灰を使用した場合も、また、造粒物の代わりに混練物のｐＨ値を測定した場合も、更には、混練を行うことなく造粒して得られた造粒物のｐＨ値を測定した場合も、同様の傾向が得られた。
【００２３】
続いて、ｐＨ値を調整する手段を検討した結果を、図２を参照しながら説明する。
難造粒性微粉原料（焼結原料）を、竪型の撹拌羽根を備えるラボミキサー（混練機の一例）を用いて混合（混練）する試験において、生石灰（粒度：２５０μｍアンダーを５０質量％以上含む）の添加割合を０又は０を超え３質量％以下の範囲で、またラボミキサーの撹拌羽根の周速（撹拌速度）を２．２〜１０ｍ／秒の範囲で変更し、得られた混練物に前記した土壌用ｐＨ測定センサーを挿入して、ｐＨ値を測定した。なお、撹拌羽根の直径は、０．１〜１．５ｍ程度である。
いずれの撹拌速度においても、生石灰の添加量の増加に伴い、ｐＨが上昇すること、また同一生石灰量においても、撹拌速度が速いほど、ｐＨ値が上昇することがわかった。また、生石灰の添加量調整の誤差は、振れ幅が０．０５〜０．２質量％であり、ｐＨ値の変動は０．１〜０．５となるため、添加量の調整により、ｐＨ値を０．１〜０．５刻みで制御できる。更に、撹拌速度は、無段階で調整できることが一般的であり、ｐＨ値は例えば０．１刻みで制御できる。
【００２４】
なお、本試験結果は、生石灰の代わりに消石灰を使用した場合も、また、混練物の代わりに造粒物のｐＨ値を測定した場合も、更には、混練を行うことなく造粒して得られた造粒物のｐＨ値を測定した場合も、同様の傾向が得られた。
以上から、前記したようにｐＨ値が１．２程度振れた場合は、生石灰や消石灰の添加量、また混練機の撹拌速度の制御で、ｐＨ値を０．１程度の誤差に制御することが可能であり、造粒物の強度のばらつきを大幅に縮減することが可能である。
なお、ｐＨ値が０．１程度の振れ幅では、造粒物の強度が０．５ＭＰａ（ｐＨ：１０．４付近）の低強度であっても、強度の値が極めて安定し、造粒物の崩壊による粉の発生量が概ね一定となるため、焼結機操業が安定するという好ましい結果が得られる。
【００２５】
以上の検討結果から、上記した混練物や造粒物のｐＨ値を測定し、この測定値に応じて、生石灰の添加量や消石灰の添加量、また混練時の混練機の撹拌羽根速度のいずれか１又は複数を調整し、ｐＨ値を予め設定した値（例えば、１０．４以上１２．６以下の全部又は一部の範囲、特に、１１以上１２．６以下の全部又は一部の範囲）にすることを規定した。
また、ｐＨ値の調整のためには、生石灰や消石灰が水に容易に溶解するように、細粒とする必要があることから、バインダー（生石灰、消石灰）は粒度として２５０μｍアンダーを５０質量％（更には６０質量％）以上含むことを規定した。この２５０μｍアンダーの上限値を規定していないのは１００質量％でもよいためである。
なお、ｐＨの測定手段には、生石灰や消石灰の溶解状態を変化させないように、焼結機側で対象物を直接測定する必要があることから、混練物や造粒物に、市販されている汎用の土壌用ｐＨ測定センサーを挿入して測定する方法等がある。
【００２６】
また、前記した図１に示す結果から、易造粒性原料に対しても、ｐＨ値の上昇に伴って造粒物の強度向上が認められたため、粉鉱石の種類については、特に限定されるものではない。しかし、難造粒性微粉原料に対する効果が顕著であったことから、特に、難造粒性微粉原料、即ち５００μｍアンダーが５０質量％（更には６０質量％）以上かつ１０μｍアンダーが５質量％（更には４質量％）以下の原料を処理することが、本発明の効果がより顕著に得られることから好ましい。なお、５００μｍアンダーの上限値を規定していないのは１００質量％でもよく、また１０μｍアンダーの下限値を規定していないのは０質量％でもよいためである。
ここで、易造粒性原料は、前記した粒度を有する原料に限定されるものではなく、難造粒性微粉原料以外の原料、即ち５００μｍアンダーが５０質量％未満又は１０μｍアンダーが５質量％超の粒度を有する原料でもよい。
【００２７】
以上に示したように、本発明では、ｐＨ値を予め設定した値に調整することを記載しているが、前記した特許文献１に記載のｐＨ値とは、対象が異なることについて、以下説明する。
焼結原料には、通常、水分が付着しており、この焼結原料に添加する造粒水の割合は、焼結原料に付着した水分の１０〜５０質量％程度である。なお、焼結原料に付着した水分には、例えば、焼結原料の受入れ（輸入）時に既に付着している水や、原料ヤードに積付けた焼結原料に付着する雨水等がある。
このため、特許文献１のように、焼結原料に添加する造粒水に、例えば、ｐＨ１１を有する造粒水を用い、この造粒水を、上記した範囲内で常識的な量だけ添加しても、作製した造粒物のｐＨ値は８以下となるため、上記した結果から、造粒物の強度は低位になる。たとえ焼結原料のｐＨ７の付着水１割とｐＨ１１の造粒水９割とを混合したとしても、ｐＨ値は８程度にしかならない。これは、ｐＨが水素イオン濃度の関数であり、造粒水でｐＨ値を容易に上昇させることが困難で、造粒水のｐＨコントロールでは、造粒物のｐＨ値の上昇が実質的に困難であることを示している。
【００２８】
以上のことから、本発明の焼結原料の事前調整方法を用いることで、粉鉱石を用いて作製した造粒物の強度、特に難造粒性微粉原料を使用した焼結原料を用いて作製した造粒物の強度を、安定的に確保できることを確認できた。
【００２９】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の焼結原料の事前調整方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
【図１】
0005803809.tif 000002
【図２】
0005803809.tif 000003