(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鉱石の量が７０〜１００質量％、コークス粉及び／又は石炭粉からなる凝結材と成分調整用原料である副原料の合計量が３０質量％以下とされた焼結原料と、生石灰とを撹拌機に装入する焼結原料の事前処理方法であって、
前記鉄鉱石は、５００μｍアンダーが５０質量％以上かつ１０μｍアンダーが５質量％以下の粒度を有し、結晶水を４質量％以上含む高結晶水鉱石が３０〜６０質量％配合された微粉原料からなり、
前記焼結原料と生石灰とを、前記撹拌機に装入して撹拌するに際し、該撹拌機の撹拌羽根の周速を２ｍ／秒以上にし、撹拌時に、２０℃以上４０℃未満の温度範囲の水を添加することを特徴とする焼結原料の事前処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結原料を混合（撹拌）し造粒する際の焼結原料の事前処理方法に関する。
【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、焼結鉱の製造法において、生石灰をバインダーとして使用するに際し、混合造粒時に添加する水の温度を４０℃以上にすることにより、焼結原料の造粒性を向上させ、焼結鉱の生産性を向上させる方法が開示されている。これは、添加する水の温度が高くなるほど、即ち、４０℃、６０℃、８０℃と高くするに伴い、生石灰の活性度（消化）が高くなることによる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭５８−３８４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年、劣質な鉄鉱石を粉砕処理し浮遊選鉱処理して得られる難造粒性の粉鉱石（即ち、微粉原料）が増加してきており、この微粉原料に対して、生石灰をバインダーとして使用するに際し、上記した従来方法を適用しても、造粒性が低下してしまい、必要な造粒性を保つことができない。これは、添加する水の温度を４０℃以上に高くすることにより、生石灰の活性度を向上させることができるものの、難造粒性を有する微粉原料に対しては、造粒性の改善効果が限定的であるためと考えられる。
このため、難造粒性を有する微粉原料の使用が困難になり、また、たとえ使用するとしても、造粒性を向上させるためにバインダーの使用量を大幅に増加させる必要があった。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、バインダーの使用量を増加させることなく、焼結鉱の製造時における造粒性を効率的に改善して、難造粒性を有する微粉原料を使用可能にする焼結原料の事前処理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】
前記目的に沿う本発明は、鉄鉱石の量が７０〜１００質量％、コークス粉及び／又は石炭粉からなる凝結材と成分調整用原料である副原料の合計量が３０質量％以下とされた焼結原料と、生石灰とを撹拌機に装入する焼結原料の事前処理方法であって、
前記鉄鉱石は、５００μｍアンダーが５０質量％以上かつ１０μｍアンダーが５質量％以下の粒度を有し、結晶水を４質量％以上含む高結晶水鉱石が３０〜６０質量％配合された微粉原料からなり、
前記焼結原料と生石灰とを、前記撹拌機に装入して撹拌するに際し、該撹拌機の撹拌羽根の周速を２ｍ／秒以上にし、撹拌時に、２０℃以上４０℃未満の温度範囲の水を添加する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る焼結原料の事前処理方法は、生石灰と、鉄鉱石として難造粒性となる粒度の微粉原料を用いる焼結原料との撹拌に、撹拌機を使用し、しかもこの撹拌羽根の周速を２ｍ／秒以上にするので、生石灰（生成した消石灰）を焼結原料中に均一に分散させることができ、焼結原料の造粒性を向上できる。
また、生石灰と難造粒性となる粒度の微粉原料を用いる焼結原料との撹拌時に添加する水の温度を、２０℃以上４０℃未満の範囲とするので、生石灰の消化反応を十分に進行させることができると共に、生石灰の消化に伴う水分の蒸発を抑制、更には防止できる。これにより、生成した消石灰が水に溶けることによる消石灰の均一分散効果を発現させ、造粒後における微粉の発生量のバラツキを低減でき、安定した造粒性を発揮できる。
従って、バインダーの使用量を増加させることなく、焼結鉱の製造時における造粒性を効率的に改善して、難造粒性を有する微粉原料を使用できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】添加するバインダーの種類が造粒物の造粒性に及ぼす影響を示すグラフである。
【図２】撹拌時に添加する水の温度と撹拌羽根の周速が造粒物の造粒性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】
【０００９】
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、粉鉱石（鉄鉱石）のうち、難造粒性を示す微粉原料の造粒性について説明する。
本発明が造粒の対象とする焼結原料は、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、難造粒性を示す微粉原料（鉄鉱石）である。この微粉原料が、通常の鉄鉱石と異なる点は、１０μｍアンダーの微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。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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
更に一般に、粉鉱石は水を用いて造粒するが、結晶水を４質量％以上含む高結晶水鉱石を、微粉原料に３０質量％以上６０質量％以下含む場合、高結晶水鉱石の気孔に水が吸収され、造粒物強度が経時劣化（低下）する問題もある。
上記状況において、上記した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。
【００１２】
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、通常の撹拌処理程度では、上記した微粉原料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、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撹拌（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、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た焼結原料を造粒するに際し、撹拌や造粒を容易化するバインダーとして、生石灰に想到した。なお、生石灰の添加量は、焼結原料に対する外掛けで、通常、０．１質量％以上６．０質量％以下である。
【００１３】
次に、生石灰による微粉原料を用いた焼結原料の造粒メカニズムについて説明する。
生石灰は、撹拌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、水と共に微粉原料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、微粉原料に均一に混ざり易くなる。
【００１４】
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微粉原料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すること、等で、造粒に寄与する消石灰を多量に生成させて、生成する消石灰を微粉原料全体に分散させ（マクロに分散させ）、各微粉原料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。
【００１５】
なお、炭酸カルシウム（分子式：ＣａＣＯ３）は、生石灰と同様に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、上記した生石灰に、炭酸カルシウムは含まれない。
ここで、添加するバインダーの種類が造粒物の造粒性に及ぼす影響について、図１を参照しながら説明する。
【００１６】
なお、試験は、結晶水を４質量％以上含む高結晶水鉱石を０又は０を超え１０質量％以下配合した５００μｍアンダーが５０質量％以上かつ１０μｍアンダーが５質量％以下の粒度である難造粒性の微粉原料（焼結原料）に、バインダー（炭酸カルシウム、生石灰）を外掛けで２質量％添加し、これを万能ミキサー（自転する撹拌羽根の軸を公転させる竪型ミキサー）で撹拌した後、ドラムミキサーで造粒処理した。ここでは、バインダー添加の評価基準として、バインダーを添加していない難造粒性の微粉原料（原料）のみのものについても、万能ミキサーで撹拌した後、ドラムミキサーで造粒処理した。
詳細条件は、水分：９〜１２質量％の範囲で一定、撹拌：周速２．２ｍ／秒、処理時間９０秒、造粒：周速１．０ｍ／秒、処理時間６０秒、である。なお、使用した原料に含まれる水分は、通常３〜１０質量％の範囲である。この水分は、（原料中の水分量）／｛（絶乾後の原料質量）＋（原料中の水分量）｝×１００（質量％）、で算出した。また、周速は、万能ミキサー（撹拌機）とドラムミキサー（造粒機）において、回転するもの（羽根、ドラム等）で、一番速い部分の速度を意味する。
【００１７】
そして、評価は、以下の手順で行った。
まず、上記した造粒処理した微粉原料（２ｋｇ）を、１５０℃で１時間乾燥した後、０．５ｍｍ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、０．５ｍｍアンダーの割合を粉率と定義した。なお、粉率は、バインダーを添加していない微粉原料のみの粉率を「１．０」として、それぞれ算出した。
図１から、微粉原料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（粉率：０．７０）のに対し、微粉原料に対して生石灰を添加した場合、造粒性が著しく改善（生石灰：０．４１）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の一部が水に溶解することで、微粉原料に均一に混ざり易くなり、固体架橋によって微粉原料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。
【００１８】
上記粉率は平均値であり、いずれのバインダーを用いた場合も、粉率値は５％程度のばらつきをもった。
一方、上記試験に用いた微粉原料として、結晶水を４質量％以上含む高結晶水鉱石を３０〜６０質量％配合したものを用いた場合、粉率が全体的に悪化（増加）し、特に、バインダーとして炭酸カルシウムを用いた場合は、概ね２〜３割程度のばらつきを示すのに対し、バインダーとして生石灰を用いた場合は、炭酸カルシウムの粉率値のばらつきよりも小さな１割程度であった。これは、造粒時や造粒後に気孔に水が吸収され得る高結晶水鉱石を用いたとしても、バインダーとして炭酸カルシウムを用いると上記した固体架橋が安定せず、一方、生石灰を用いると上記した固体架橋が安定するものと推定され、吸湿による消化や水への溶解が起きると、気孔への吸水が起こっても固体架橋が比較的安定しているものと推定された。
【００１９】
以上のことから、本発明者らは、難造粒性を有する微粉原料の造粒性を向上できる焼結原料の事前処理方法に想到した。即ち、生石灰と、鉄鉱石として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％）以下の粒度の微粉原料を用いる焼結原料（難造粒性微粉原料）とを、撹拌機に装入して撹拌するに際し、撹拌機の撹拌羽根の周速を２ｍ／秒以上にし、撹拌時に、２０℃以上４０℃未満の温度範囲の水を添加する方法である。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。
以下、詳しく説明する。
【００２０】
焼結原料を造粒するためには、生石灰の活性度（消化）だけではなく、加えて焼結原料に対し生石灰（生成した消石灰）を均一に分散させることが重要であることを、本発明者らは種々の実験により始めて明らかにした。
その結果、撹拌機による高速撹拌（以下、強撹拌ともいう）が、造粒性向上に有効であることを創案した。なお、撹拌機は、撹拌羽根の周速を２ｍ／秒以上にできるものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、前記した万能ミキサー等を使用できる。
【００２１】
しかしながら、生石灰の均一分散を目的とした強撹拌により、生石灰の反応性も併せて向上し、水の温度が上昇するため、水が蒸発することが明らかになった。このため、以下の効果、即ち、生石灰が水と接触することで微粒化し、更に生成した消石灰の一部が水に溶解することで焼結原料に均一に混ざり易くなり、固体架橋により焼結原料の造粒性を向上させる効果が、発現し難くなることが判明した。
それらの対策として、撹拌時に添加する水の温度を、上記した温度範囲に調整することで、水の蒸発を防ぎ、造粒性を向上させることができることを発明した。
【００２２】
即ち、本発明は、上記した造粒性の通り、撹拌機の撹拌羽根の周速を規定し、更に撹拌時に添加する水の温度を規定することで、水分の蒸発を防ぎ、生成する消石灰を焼結原料全体に均一に分散させ、これを各焼結原料の粒子表面に極力付着させることで、焼結原料の造粒性を向上することに想到したものである。
以下、撹拌機の撹拌羽根の周速と、撹拌時に添加する水の温度を規定した理由について、試験結果を参照しながら説明する。
【００２３】
試験は、結晶水を４質量％以上含む高結晶水鉱石を３０〜６０質量％配合した難造粒性微粉原料と、結晶水を４質量％以上含む高結晶水鉱石を３０〜６０質量％配合した易造粒性原料に、それぞれ生石灰を、外掛けで２質量％添加し、更に水分を添加して前記した万能ミキサー（撹拌機）で撹拌した後、ドラムミキサーで造粒して行った。なお、水分と造粒の各条件は、前記した詳細条件と同一である。また、難造粒性微粉原料（５００μｍアンダーが５０質量％以上かつ１０μｍアンダーが５質量％以下、造粒性：難）と易造粒性原料（難造粒性微粉原料の粒度を除く粒度、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、造粒性：易）には、表１に示す粒度条件の鉄鉱石を使用した。
【００２４】
【表１】
0005817643.tif 000002
【００２５】
上記した条件のもと、万能ミキサーでの撹拌時に添加する水の温度を種々変更し、また万能ミキサーの撹拌羽根の周速を、０．５ｍ／秒と２ｍ／秒に調整して（撹拌時間：９０秒）、造粒後の粉率を評価した。
なお、評価は、前記した０．５ｍｍアンダーの質量割合を粉率と定義して行った。ここで、粉率は、易造粒性原料の撹拌に際し、撹拌羽根の周速が０．５ｍ／秒で、添加する水の温度が４０℃の場合を「１．０」として算出し、この粉率（図２中の点線）以下を合格とした。
【００２６】
まず、図２を参照しながら、造粒性への高速撹拌の影響について説明する。
図２に示すように、難造粒性微粉原料を高速撹拌した場合（●：２ｍ／秒）、高速撹拌をしなかった場合（■：０．５ｍ／秒）と比較して、造粒後の粉率を著しく低減できることを確認できた。これは、強撹拌によって生成した消石灰を難造粒性微粉原料中に均一に分散、即ち、生成する消石灰を難造粒性微粉原料全体に分散（マクロに分散）させ、各難造粒性微粉原料の粒子表面に極力付着（ミクロに分散）させたことによる。
【００２７】
従って、上記した生石灰と難造粒性微粉原料を、撹拌機を用いて撹拌するに際しては、撹拌羽根の周速を２ｍ／秒（更に好ましくは、３ｍ／秒）以上にする。
一方、撹拌羽根の周速の上限値は、上記した記載から特に限定していないが、世の中で一般的に使用されている撹拌機を考慮すれば、例えば、３５ｍ／秒程度である。
なお、使用する撹拌機の撹拌羽根の直径は、０．１〜１．５ｍ程度である。
【００２８】
次に、造粒性への水の温度の影響について説明する。
生石灰は、水の温度が高いほど活性度が増加し、造粒に寄与する消石灰の生成が促進される。このため、水の温度が２０℃未満では、温度が低下すると共に、生石灰の消化反応が抑制され、図２に示すように、造粒後の粉率が高くなる傾向が得られた。
従って、撹拌時に添加する水の温度を、粉率の平均（プロット点）が１．０以下となる２０℃以上とした。なお、水の温度が２０℃の場合、粉率のバラツキ（偏差：図２に「Ｉ」で示すエラーバーの上端）も１．０以下である。
【００２９】
また、上記したように、生石灰の活性度は、温度が高いほど増加するが、高速撹拌の条件下では、水の温度が４０℃以上で水分の蒸発が確認された。この蒸発現象は、水の温度が高くなるにつれて顕著になった。
このように、蒸発が発生することにより、生成した消石灰が水に溶けることによる均一分散効果の発現が難しくなるため、図２に示すように、造粒後の微粉量のバラツキが大きくなり、安定した造粒物を造ることが困難となった（４０℃での粉率のバラツキの上限値が１．０超）。
従って、撹拌時に添加する水の温度を、粉率のバラツキの上限値が１．０以下となる４０℃未満とした。
【００３０】
以上の結果から、撹拌機の撹拌羽根の周速を２ｍ／秒とし、撹拌時に添加する水の温度を２０℃以上４０℃未満としたが、造粒性を更に向上（粉率の平均を更に低減）させるためには、下限を３０℃とすることが好ましく、また、粉率のバラツキを更に低減させるためには、上限を３８℃とすることが好ましい。
【００３１】
なお、撹拌時に添加する水は、例えば、加熱装置を用いて加熱することにより、上記した温度範囲に調整できるが、この温度範囲は、特許文献１のように高温ではないため、特殊な加熱装置を用いることなく（新たな設備投資を行うことなく）調整することもできる。
例えば、添加する水が流れる配管を、工場内に設置された熱を保有する設備内（設備近傍）を通過するように配設し、配管内の水を設備の雰囲気で昇温する方法等がある。ここで、設備としては、例えば、排ガスの煙突を使用でき、この場合、煙突の側方に配管を配設し、この配管内に水を流すだけで、水の温度を上記した温度範囲に調整できる。
上記した方法で、生石灰と焼結原料を撹拌した後、更に造粒機（例えば、ドラムミキサー）で造粒して、焼結パレットに装入し、焼結鉱を製造する。
【実施例】
【００３２】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
試験は、上記した図２で用いた難造粒性微粉原料（５００μｍアンダー：５０質量％、１０μｍアンダー：５質量％）に、生石灰を外掛けで２質量％添加し、更に水分を添加して前記した万能ミキサーで撹拌した後、ドラムミキサーで造粒して行った。なお、水分と造粒の各条件は、前記した詳細条件と同一である。
上記した条件のもと、万能ミキサーでの撹拌時に添加する水の温度を、３５℃と４０℃に調整し、また万能ミキサーの撹拌羽根の周速を２ｍ／秒にして（撹拌時間：９０秒）、造粒後の粉率のバラツキを調査した。この結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
0005817643.tif 000003
【００３４】
バラツキの調査にあっては、粉率を、前記した０．５ｍｍアンダーの質量割合と定義して行った。また、粉率は、易造粒性原料の撹拌に際し、撹拌羽根の周速が０．５ｍ／秒で、添加する水の温度が４０℃の場合を「１．０」として算出した。そして、粉率のバラツキの調査は、３５℃と４０℃について、３回ずつ行った。更に、この調査は、各温度での粉率の平均値が同一（０．７８）の場合について行った。
【００３５】
表２から明らかなように、温度３５℃の水を難造粒性微粉原料の撹拌時に添加した場合、いずれも粉率が１．０以下（最大で０．９３）となり、実機で採用可能なレベルであった（評価：○）。一方、温度４０℃の水を難造粒性微粉原料の撹拌時に添加した場合、粉率が１．０超となる場合（１．０３）があり、実機で採用できない粉率のバラツキが発生した（評価：×）。
以上のことから、本発明の焼結原料の事前処理方法を用いることで、造粒後の微粉の発生量とバラツキを低減でき、安定した造粒性を発揮できることを確認できた。従って、バインダーの使用量を増加させることなく、焼結鉱の製造時における造粒性を効率的に改善して、難造粒性を有する微粉原料を使用できる。
【００３６】
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処理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】
0005817643.tif 000004
【図２】
0005817643.tif 000005