(57)【要約】【課題】原料充填層において炭材の燃焼効率を安定して高くすることができ、安定して高い還元率および高い金属鉄含有率を得ることができる半還元焼結鉱の製造方法を提供すること。【解決手段】焼結原料として鉄鉱石と炭材と副原料とを用い、焼結原料のうち鉄鉱石の一部および炭材の一部、または焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を予め圧縮成形して成形粒子とし、焼結原料の残部を造粒粒子とし、これらにより原料充填層を形成し、焼成して、鉄鉱石の一部を炭材により還元してなる半還元焼結鉱を製造するにあたり、前記成形粒子の見掛け比重を２．４ｔ／ｍ３以上とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結原料として鉄鉱石と炭材と副原料とを用い、焼結原料のうち鉄鉱石の一部および炭材の一部、または焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を予め圧縮成形して成形粒子とし、焼結原料の残部を造粒粒子とし、これらにより原料充填層を形成し、焼成して、鉄鉱石の一部を炭材により還元してなる半還元焼結鉱を製造するにあたり、
前記成形粒子の見掛け比重を２．４ｔ／ｍ３以上とすることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項２】
前記成形粒子の見掛け比重を２．４ｔ／ｍ３以上、３．２ｔ／ｍ３以下とすることを特徴とする請求項１に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
【請求項３】
前記成形粒子および前記造粒粒子により、原料充填層を形成する際に、前記原料充填層を高さ方向に上層、中層、下層に３等分したうちの上層、下層において炭材量が次式が成り立つように配分されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
（平均炭材量ｍａｓｓ％）×１．０≦（上層炭材量ｍａｓｓ％）≦（平均炭材量ｍａｓｓ％）×１．１
（平均炭材量ｍａｓｓ％）×０．９≦（下層炭材量ｍａｓｓ％）≦（平均炭材量ｍａｓｓ％）×１．０
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鉱石、炭材、副原料等の原料を焼結してなり、高炉原料等として使用される半還元焼結鉱の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉製銑法の主原料である焼結鉱は、一般的には、以下のようにして製造される。まず、約８ｍｍ以下で、平均粒径２．０〜３．０ｍｍの粉鉄鉱石に、石灰石、生石灰、ドロマイト等のＣａＯを含んだＣａＯ系副原料（石灰系副原料とも称する）や、硅石、ニッケルスラグ等の含ＳｉＯ２原料、製鉄所内で発生し回収された粉状リサイクル物、粒度が小さく再焼成を要する３〜５ｍｍより小さい焼結粉、およびコークス粉、無煙炭などの炭材を加え、さらに適量の水を加えて調湿し、これらを混合・造粒して平均粒径が３．０〜５．０ｍｍの擬似粒子とする。次いで、この擬似粒子を無端移動式焼結機のパレット上に４００〜６００ｍｍ程度の高さに充填し、充填ベッド（原料充填層）の表層の炭材に点火し、下方に向けて空気を吸引しながら炭材を燃焼させて、その際の燃焼熱によって原料である擬似粒子を焼結する。焼結によって得られた焼結ケーキを破砕・整粒して３ないし５ｍｍ以上の成品焼結鉱とする。
【０００３】
このような焼結鉱は高炉に装入され、主にＣＯによりガス還元されて銑鉄となる。
【０００４】
通常、高炉製銑法は、ＣＯガスによる間接還元を主に利用するため、ガス還元平衡の制約を受け、多くの還元材を必要とすること、また、高炉内通気性の確保の面から強度の高い高品質の塊コークスが必要とされる。これに対して、近年、ＣＯ２排出抑制による地球温暖化対策および老朽化が進んでいるコークス炉の炉命延長の観点から、製銑プロセスとして炭素（以下、Ｃと記す）による酸化鉄の直接還元を主に利用するプロセスが開発され実用化され始めている。この場合は、ガス還元平衡の制約を受けることがなくなるため、還元材の原単位を削減することができ、ＣＯ２排出抑制およびコークス炉稼働率の低下を可能とする。
【０００５】
直接還元を利用する還元鉄製造方法としては、例えば溶融還元法、回転炉床法、およびロータリーキルン法が挙げられるが、いずれの方法も大規模な設備投資をともなうこと、生産性が著しく低い等の理由から、高炉法の補完プロセスとなっているのが現状である。
【０００６】
一方で、既存焼結機を利用し、焼結機上で塊成化と同時に還元反応も行わせ、金属Ｆｅまで還元された組織を一部含む焼結鉱を製造する方法が提案されている。
【０００７】
例えば、特許文献１では、粉鉱石に５〜２０ｗｔ％の粉コークス、無煙炭を配合造粒して内層とし、外層に粉鉱石、副原料および２〜５ｗｔ％の粉コークス、無煙炭を混合コーティングして２層擬似粒子を形成し、これを焼結原料の一部として混合・造粒した後、焼結過程でその原料の外層から生成する融液と内層の粉コークス・無煙炭中の直接還元により、焼結鉱の一部を還元することを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法が開示されている。この技術では、内部に粉コークス・無煙炭を閉じこめると、焼結工程において昇温過程前半では粉コークス・無煙炭が空気中の酸素と接触しないので反応せず、１１００℃の高温になって初めてＦｅＯ＋Ｃ＝Ｆｅ＋ＣＯ−３６３５０ｋｃａｌ／ｋｍｏｌの還元反応を起こし、焼結鉱の一部に金属Ｆｅを生成させる。そして、この反応は吸熱反応であるので、熱過剰になるのを防ぐことができるとしている。
【０００８】
また、特許文献２によれば、鉄鉱石に炭材を１５〜１８％加えて造粒した擬似粒子の表層部にＣａＯを被覆して、あるいは造粒した擬似粒子をＣａＯが溶解された溶液に浸漬して擬似粒子表面にＣａＯを添加することで、焼成後の再酸化が防止され、還元率の高い半還元焼結鉱を製造することができるとしている。
【０００９】
このような既存焼結機において粉鉄鉱石に対して還元に必要な炭材を加え、直接還元反応を利用して半還元焼結鉱を製造する方法は、新規の大規模な設備投資を伴うことなく大量に半還元焼結鉱を製造する方法として実現可能性の高い方法である。そして、このように既存焼結機で得られる半還元焼結鉱は、焼結鉱に含まれる金属Ｆｅの比率が低くても、大量に高炉で使用するものであり、かつ還元鉱製造に使われる炭材はＣをある程度含有していれば品質に対しての制約が殆どなく、集塵ダスト等も利用できるため、高炉還元材比削減やコークス炉への負荷軽減といったトータルでの効果は大きい。
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１および２に示された技術では、通常焼結鉱プロセスの２〜４倍程度の炭材を燃焼させることが必要となるため、上記還元反応が吸熱反応であっても熱過剰になりやすく、原料の粉鉱石がＦｅ２Ｏ３やＦｅ３Ｏ４から高温でＦｅＯに還元された段階で、鉱石中の脈石や添加したフラックスと反応して大量の融液を発生させる。この融液は、副原料として添加されるＣａＯ系副原料と鉱石との反応により発生するカルシウムフェライト融液および還元により生成したＦｅＯと鉱石中の脈石ＳｉＯ２との反応によって発生するオリビン系融液である。このようにして大量に発生した融液は、その周囲の粒子同士を急速に融着させると同時に、擬似粒子の外部から内部に向かって溶融を進行させる。原料充填層である焼結ベッド内には擬似粒子の溶融・収縮によって巨大な空隙が形成され、焼結機における吸引ガスは、その部分のみを通過するようになる。その結果として、通常４００〜６００ｍｍある原料充填層の上層から下層に徐々に燃焼帯が移動すべき焼結反応は妨げられ、焼結ベッドの下層部に未焼部が大量に残り、還元反応の進行が阻止されるとともに生産性が極度に低下するといった問題がある。
【００１１】
このため、既存の焼結機を用いて高炉の主原料として少なくとも日産数千トンの規模で大量に一部が還元された焼結鉱を製造するには問題がある。
【００１２】
そこで、特許文献３では、焼結原料として鉄鉱石と炭材とＣａＯ系副原料とを用い、焼結原料を焼結機に装入して原料層を構成し、この原料層を焼成してなり、鉄鉱石の一部が還元された半還元焼結鉱であって、少なくとも鉄鉱石と炭材とを成形してなる複数の還元鉄製造用粒子が前記原料層の一部を構成し、焼成により鉄鉱石の一部が還元され、かつ金属Ｆｅを含有する半還元焼結鉱を製造する技術が提案されている。
【００１３】
この技術を用いることにより、鉄鉱石および炭材等を成形して還元鉄製造用粒子または圧縮して成形粒子とし、これを原料充填層の一部として装入するので、鉄鉱石と炭材との接触が強固で接触面積が大きく、かつ直接還元反応が部分的にのみ生じるため大量の融液を発生させるおそれが少なく、また、還元鉄製造用粒子は鉄鉱石および炭材が強固に密着しており、金属Ｆｅの酸化が抑制されて高い金属Ｆｅ含有率を得ることができる。このため、現状の焼結機の操業を悪化させることなく直接還元を進行させて、鉄鉱石の一部が還元され、かつ金属Ｆｅを含有した半還元焼結鉱を大量に製造することができ、上記特許文献１および２にあるような生産性が極度に低下するといった問題は解消される。
【００１４】
しかし、本発明者が実際に上記特許文献３の技術を用いて半還元焼結鉱を製造した結果、原料充填層における炭材の燃焼効率が必ずしも高くなく、十分な平均還元率が得られない場合があることが判明した。
【特許文献１】特開平４−２１０４３２号公報
【特許文献２】特開２０００−１９２１５４号公報
【特許文献３】国際公開第０５／１１１２４８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、原料充填層において炭材の燃焼効率を安定して高くすることができ、安定して高い還元率および高い金属鉄含有率を得ることができる半還元焼結鉱の製造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】
【００１６】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、焼成後、原料充填層の下層部に存在する成形粒子に比べ上層部に存在する成形粒子のほうが炭材が多く残留することを知見した。これは、原料充填層の上層部では大気が流れてくることから、炭材による還元反応に必要な温度を十分な期間維持することが困難であることに起因している。これに対し、下層部は大気が流れてくることが少ないため、このようなことは生じない。したがって、上層部に装入された成形粒子は、炭材によって有効に還元されず還元率が相対的に低いのに対し、下層部に装入された成形粒子は、十分に還元反応が進行するので相対的に高い還元率を得ることができる。そこで、本発明者等は、粒子の比重に着目し、還元されるべき成形粒子の比重を一定値以上として、この成形粒子の原料充填層の下層部に存在する割合を高めることが還元率の向上に有効であることに想到し本発明を完成するに至った。
【００１７】
本発明はこのような知見に基づいて完成されたものであり、以下の（１）〜（３）を提供する。
（１）焼結原料として鉄鉱石と炭材と副原料とを用い、焼結原料のうち鉄鉱石の一部および炭材の一部、または焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を予め圧縮成形して成形粒子とし、焼結原料の残部を造粒粒子とし、これらにより原料充填層を形成し、焼成して、鉄鉱石の一部を炭材により還元してなる半還元焼結鉱を製造するにあたり、前記成形粒子の見掛け比重を２．４ｔ／ｍ３以上とすることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法。
（２）前記成形粒子の見掛け比重を２．４ｔ／ｍ３以上、３．２ｔ／ｍ３以下とすることを特徴とする上記（１）に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
（３）前記成形粒子および前記造粒粒子により、原料充填層を形成する際に、前記原料充填層を高さ方向に上層、中層、下層に３等分したうちの上層、下層において炭材量が次式が成り立つように配分されることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
（平均炭材量ｍａｓｓ％）×１．０≦（上層炭材量ｍａｓｓ％）≦（平均炭材量ｍａｓｓ％）×１．１
（平均炭材量ｍａｓｓ％）×０．９≦（下層炭材量ｍａｓｓ％）≦（平均炭材量ｍａｓｓ％）×１．０
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、焼結原料として鉄鉱石と炭材と副原料とを用い、焼結原料の一部を予め圧縮成形して成形粒子とし、焼結原料の残部を造粒粒子とし、これらにより原料充填層を形成し、焼成して、鉄鉱石の一部を炭材により還元して半還元焼結鉱を製造するに際し、成形粒子の見掛け比重を２．４ｔ／ｍ３以上とすることにより、原料充填層における成形粒子の分布を、相対的に還元率の高い下層においてその割合が高くなるような所望のものとすることができる。このため、原料充填層における炭材の燃焼効率を安定して高くすることができ、安定して高い還元率および金属鉄含有率を達成することが可能となる。また、成形粒子の製造プロセスを追加するのみで焼結機本体の改造を必要とすることがなく、既存の焼結機を用いることができるため、既存設備を有効に活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明では、焼結原料として鉄鉱石と炭材と副原料とを焼結機に装入して焼成し、鉄鉱石の一部を炭材により還元してなる半還元焼結鉱を製造するにあたり、焼結原料のうち鉄鉱石の一部および炭材の一部、または焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を、予め圧縮成形して成形粒子とし、焼結原料の残部を造粒粒子とし、これらを混合して焼成する。
【００２０】
このように、焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を圧縮成形することにより、鉄鉱石と炭材とが圧密されてこれらの接触面積が大きくなるので、このような成形粒子を原料の一部として焼結機に装入することにより焼結鉱の還元を促進させることができる。
【００２１】
すなわち、焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を圧縮成形した成形粒子を焼結原料の造粒粒子とともに焼結機に投入して半還元焼結鉱を製造することにより、高い還元率および高い金属Ｆｅ含有率が実現される。
【００２２】
ここで、成形粒子とはロール成形機における圧縮成形手段により所定形状に成形されたブリケット、またはロール成形機で板状、シート状、もしくは棒状に成形した後に所定の大きさに粉砕したもので、単一粒子の圧潰強度が３９．２Ｎ以上とされたものをいう。
【００２３】
このような圧縮成形された成形粒子は、通常の焼結原料で造粒した造粒粒子に比べて高密度であり、造粒粒子よりも焼結した際の還元率が高く、かつ焼結後の金属Ｆｅの含有率が高くなる。このため、本発明では、このような成形粒子と造粒粒子を混合して、焼成し、焼結させて半還元焼結鉱を製造する。
【００２４】
ところで、上述のような半還元焼結鉱の製造における鉄鉱石の還元反応は高炉内と同様に、（１）式で示されるコークス等の炭材中の炭素との反応（直接還元）と、（２）式で示されるＣＯガスとの反応（間接還元）により進行する。間接還元で発生したＣＯ２ガスはソリューション・ロス反応と呼ばれる（３）式で示される反応によりＣＯガスとなる。
Ｆｅ２Ｏ３＋３／２Ｃ＝２Ｆｅ＋３／２ＣＯ２        （１）
Ｆｅ２Ｏ３＋３ＣＯ＝２Ｆｅ＋３ＣＯ２              （２）
ＣＯ２＋Ｃ＝２ＣＯ                              （３）
【００２５】
これらの還元反応は、温度が９００〜１１００℃では間接還元が支配的であり、１２００℃以上では直接還元が支配的である。半還元焼結鉱の製造では原料層温度は１４００℃以上に達し、滞留時間は後者の方が長いことから、鉄鉱石と還元材の接触面積を増加させることにより焼結鉱の還元が促進される。また、上記（１）および（２）の還元反応はいずれも吸熱反応であり、反応の進行には適正な温度の保持と反応エネルギーの供給が不可欠である。
【００２６】
上述のような還元反応を進行させるためには、焼結プロセスにおいて高い到達温度を長時間維持することが必要である。
【００２７】
しかしながら、原料充填層の上層部では大気が流れてくることから、上述のような高い到達温度を十分な期間維持することが困難である。このため、上層部では炭材の燃焼効率が低く、上層部に装入された成形粒子は還元され難い。これに対し、下層部は大気が流れてくることが少ないため、このようなことは生じず、炭材の燃焼効率が十分に高く、還元率も高い。したがって、成形粒子の分布を下層部に多く上層部に少なくするようにすることで原料充填層における炭材の燃焼効率を高くし、還元率を高くすることができる。
【００２８】
このようなことから、本発明では成形粒子の比重を一定値以上にして、成形粒子が下層部へ多く装入されるようにする。
【００２９】
本発明者らの検討結果によれば、原料充填層を高さ方向に上層、中層、下層に３等分した場合に添加した成形粒子の存在割合が、上層＜中層＜下層であれば、原料充填層における炭材の燃焼効率を安定して高くすることができ、安定して高い還元率および金属鉄含有率を達成することが可能となることが見い出された。そして、このような成形粒子の分布を得るためには、成形粒子の見掛け比重を２．４ｔ／ｍ３以上とすることが必要であることが判明した。このため、本発明では成形粒子の見掛け比重を２．４ｔ／ｍ３以上とした。成形粒子の見掛け比重の上限は特に存在しないが３．２ｔ／ｍ３を超えると下層に存在する成形粒子の割合が多くなりすぎるおそれがあることから３．２ｔ／ｍ３以下が好ましい。
【００３０】
ところで、上述したように原料充填層の下層の成形粒子の割合が多くなった場合には、上層において炭材が不足する。そこで、原料充填層を形成する際に、この原料充填層を高さ方向に上層、中層、下層に３等分したうちの上層、下層において炭材量が次式が成り立つように配分して炭材の分布を調整することが好ましい。
（平均炭材量ｍａｓｓ％）×１．０≦（上層炭材量ｍａｓｓ％）≦（平均炭材量ｍａｓｓ％）×１．１
（平均炭材量ｍａｓｓ％）×０．９≦（下層炭材量ｍａｓｓ％）≦（平均炭材量ｍａｓｓ％）×１．０
【００３１】
本発明において、鉄鉱石としては、反応性を良好に維持する観点から、粒径８ｍｍ以下の粉鉄鉱石が好ましく、炭材としては、粒径５ｍｍ以下の粉コークス、さらには粒径３ｍｍ以下の粉コークスが好ましい。また、副原料としてはＣａＯ系副原料、例えば石灰石、生石灰が用いられる。
【００３２】
本発明において、成形粒子は、少なくともその中の鉄鉱石および炭材が１２５μｍ以下の粒子を４０ｍａｓｓ％以上とすることが好ましい。このように鉄鉱石および炭材を微粒化することにより、これらの間の還元反応の反応性が高まり、鉄鉱石の還元率をより高くすることができる。より好ましくは７０ｍａｓｓ％以上である。成形粒子にＣａＯ系副原料を含有させる場合には、ＣａＯ系副原料を含めて成形粒子の全体について１２５μｍ以下の粒子を４０ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、７０ｍａｓｓ％以上がより好ましい。
【００３３】
成形粒子の大きさは１０ｃｍ３以下であることが好ましい。これは、還元反応は吸熱反応であるため、焼結鉱製造時のコークスの燃焼熱量でその熱を補償するが、成形粒子が大きすぎると内部に十分熱が供給されずに未反応になりやすいからである。１０ｃｍ３以下とすることにより、還元反応が十分に進行するとともに、原料充填層の通気性を改善する効果を奏する。しかし、成形粒子の大きさが０．０６５ｃｍ３（直径５ｍｍの球に相当）より小さい場合には、周りの造粒粒子よりも小さくなり、焼成時に造粒粒子と同化溶融してしまい小さすぎると通気性改善効果が有効に発揮され難くなるため、０．０６５〜１０ｃｍ３が好ましい。通気性改善効果をより重視する場合には、０．３ｃｍ３以上が好ましい。
【００３４】
上記成形粒子は、原料充填層全体の５〜５０ｍａｓｓ％であることが好ましく、１０〜５０ｍａｓｓ％がより好ましい。成形後の成形粒子は、比較的高い強度を有しており、焼結機に装入した時点での崩壊は少なく、原料層の中では通気を確保するための粗粒粒子として機能し、適量配合することにより焼結鉱の生産性を向上させる機能を有する。しかし、その配合量が原料層全体の５０ｍａｓｓ％を超えると、成形粒子の集中した層ができ、通気が過剰になるため未焼成部が発生しやすくなる。一方、成形粒子が５ｍａｓｓ％未満であると、得られた半還元焼結鉱中の金属Ｆｅの量が少なくなるので、高炉での還元材比低減やＣＯ２排出量の削減の効果が充分に得られなくなる傾向にある。
【００３５】
焼結原料の残部として用いる造粒物としては、鉄鉱石と炭材とＣａＯ系副原料を主体とする焼結原料を、ドラムミキサーやディスクペレタイザー等により転動造粒して成形したものを用いる。この場合に、鉄鉱石としては通常の粉鉄鉱石を用い、炭材としては粉コークスを用い、ＣａＯ系副原料としては石灰石または生石灰を用いる。配合割合は、鉄鉱石およびＣａＯ系副原料を１００ｍａｓｓ％とした場合に炭材を外数で２〜６ｍａｓｓ％とすることが好ましい。また、ＣａＯ系副原料は、鉄鉱石およびＣａＯ系副原料の合計量の内数で４〜１０ｍａｓｓ％程度が好ましい。
【００３６】
次に、上述のような半還元焼結鉱を実現するための製造方法について具体的に説明する。
図１は、本実施形態に係る半還元焼結鉱を製造する設備の一例を示す模式図である。この設備は、成形粒子製造設備１０と、造粒粒子製造設備２０と、焼結機３０とを備えている。
【００３７】
成形粒子製造設備１０は、鉄鉱石、媒溶材、還元剤およびバインダー等が供給可能な原料ホッパー群１１と、原料とバインダー（例えば、デンプン、タール、糖蜜）を混合する混合機１２と、混合物から所定の比重の成形粒子１４を得るための比重の調整が可能な圧縮成形機１３とを有している。原料ホッパー群１１から供給された原料は混合機１２に搬送され、混合機１２で均一に混合されると同時に、適宜水分を添加されて圧縮成形機１３に搬送され、圧縮成形機１３で所定の比重に製造されて成形粒子１４とされ、造粒機２３に搬送される。
【００３８】
造粒粒子製造設備２０は、鉄鉱石混合物、固体燃料および媒溶剤等が供給可能な原料ホッパー群２１と、これらを混合する混合機２２と、原料を造粒して造粒粒子とするための造粒機２３とを有している。原料ホッパー群２１から供給された原料は、混合機２２により混合・調湿されて造粒機２３に搬送され、造粒機２３で製造されて造粒粒子となり、圧縮成形機１３で製造された成形粒子１４と造粒機２３で混合され、焼結機３０に搬送される。
【００３９】
このように構成される設備においては、成形粒子製造設備１０により見掛け比重が２．４ｔ／ｍ３以上である成形粒子を製造し、造粒粒子製造設備２０により造粒粒子を製造し、これを適宜の手段により混合し、この混合物を焼結機３０の移動グレート上に供給して原料充填層を形成する。このとき、成形粒子１４の比重により、原料充填層における成形粒子１４の分布状態は下層部に割合が高い所望の状態となっている。
【００４０】
そして、点火炉により原料充填層表面に点火して、焼成し、原料充填層を構成する成形粒子と造粒粒子を焼結させる。このとき、原料充填層において成形粒子は上述のような所望の状態に分布しているため、炭材の燃焼効率が十分に高く、還元率も高い。このように焼結させることで、原料充填層における炭材の燃焼効率を安定して高くすることができ、安定して高い還元率および金属鉄含有率を有した半還元焼結鉱を得ることができる。
【実施例】
【００４１】
本発明の実施例について比較例と比較しつつ説明する。
ここでは、焼結原料としての鉄鉱石混合物、微粉鉱石、石灰石、生石灰および粉コークスは表１に示す化学成分を有するものを使用した。これら焼結原料を用い、表２に示す配合で造粒粒子を作成し、表３に示す配合で成形粒子を作成した。
【００４２】
本実施例では、上述のような造粒粒子および成形粒子からなる原料が焼結機上に充填される状態を評価するために、焼結機の装入部を模擬した装入試験を行った。また、焼結鉱の製造、品質を評価するために焼結鍋試験を行った。
【００４３】
以下に、装入試験について図２に示すような装入試験装置の模式図を用いて説明する。
【００４４】
装入試験装置４０は、造粒機により造粒した造粒粒子および成形粒子からなる原料を搬送するベルトコンベア４１と、原料を一時蓄えておき順次下方へ送り出すホッパー４２と、原料を下端へ滑らせるシュート４３と、原料が滑り落ちる際に所定の粒径以上のものを選別することができる装入ワイヤー４４と、原料を充填するための箱状の原料充填容器４６を有するモーター４７により自走可能な台車４５とから構成される。なお、シュート４３の幅は１２０ｍｍ、台車４５の幅は１２０ｍｍである。
【００４５】
このように構成された装入試験装置４０を用いて、原料は、ベルトコンベア４１から一定重量で搬送されてホッパー４２に供給され、ホッパー４２からシュート４３上部に供給され、シュート４３を滑り落ち、シュート４３の下端から装入ワイヤー４４に伝って、装入ワイヤー４４を一定の粒径以上のものに選別されながら滑り落ち、図２中の矢印方向に進行している台車４５に備えられた原料充填容器４６に装入される。
【００４６】
この原料充填容器４６に原料が装入されることにより形成される原料充填層の充填状態を評価する。なお、原料充填容器４６に装入される際の原料の装入速度および台車４５の速度は、実際の製造工程で用いる焼結機のパレット速度を元に決定した。また、シュート４３下端から落下する際の原料の速度については、実際の製造工程の焼結機へ落下する速度と同じになるように原料の装入高さを決定した。
【００４７】
次に、焼結鍋試験について説明する。
焼結鍋試験では、原料の事前処理は同一の混合、造粒条件で行い、原料充填層は直径２７０ｍｍ×高さ３００ｍｍとし、吸引負圧６ｋＰａにて実施した。成形粒子の還元率は、成形粒子の被還元酸素量の減少割合、すなわち酸化鉄中の酸素量の減少割合とした。
【００４８】
上述のような装入試験および焼結鍋試験を表１〜３に示すような造粒粒子および成形粒子を用いて行った結果について表４に示す。表４の比較例１〜３および実施例１〜３は、成形粒子の原料配合、成形圧を変えた際の粒子の比重および装入試験を行った後の成形粒子の原料層内の分布、さらにこの分布を元に焼結鍋試験で上層、中層、下層への成形粒子添加量を変えた場合の試験後の成形粒子の平均還元率を示したものである。
【００４９】
なお、粒子の成形装置は２軸ロール型成形機であり、成形粒子のサイズは６ｃｍ３とした。また、焼結鍋試験を行う場合、成形粒子の原料への添加割合は２０ｍａｓｓ％とした。良否の判断基準については、還元率６０％以上を良好とした。
【００５０】
比較例１は、表３に示すＡの成形粒子配合とし粒子の成形圧を０．７ｔ／ｍとした場合であり、作成した成形粒子の見掛け比重は２．３ｔ／ｍ３で本発明の範囲外の条件である。この成形粒子を用いて装入試験を行ったところ成形粒子は上層に１２ｍａｓｓ％、中層に２１ｍａｓｓ％、下層に２７ｍａｓｓ％分布しており、後述する本発明の実施例１〜３よりも上層への分布が多く、下層への分布が少なかった。この分布量を元に焼結鍋試験で成形粒子を配合した結果、成形粒子の平均還元率は５８％であり、基準値未満であった。
【００５１】
実施例１は、比較例１に対し粒子の成形圧を１．０ｔ／ｍに高くした場合であり、作成した成形粒子の見掛け比重は３．１ｔ／ｍ３で本発明の範囲内の条件である。装入試験の結果、比較例１に比べ成形粒子は上層で少なく、下層に多く分布した。焼結鍋試験の結果、成形粒子の平均還元率は６９％であり、基準値を超えていた。
【００５２】
比較例２は、比較例１に対し成形粒子の配合をＢとした場合であり、作成した成形粒子の見掛け比重は２．１ｔ／ｍ３で比較例１のものと近く、本発明の範囲外の条件である。装入試験の結果、比較例１と同様に成形粒子は上層で多く、下層に少なく分布した。焼結鍋試験の結果、成形粒子の平均還元率は５５％であり、基準値未満であった。
【００５３】
実施例２は、比較例２に対し粒子の成形圧を１．０ｔ／ｍに高くした場合であり、作成した成形粒子の見掛け比重は２．５ｔ／ｍ３で本発明の範囲内の条件である。装入試験の結果、成形粒子は上層で少なく、下層に多く分布した。焼結鍋試験の結果、成形粒子の平均還元率は６６％であり、基準値を超えていた。
【００５４】
実施例３は、実施例２に対し粒子の成形圧を１．２ｔ／ｍに高くした場合であり、作成した成形粒子の見掛け比重は２．７ｔ／ｍ３で本発明の範囲内の条件である。装入試験の結果、成形粒子は上層で少なく、下層に多く分布した。焼結鍋試験の結果、成形粒子の平均還元率は７０％であり、基準値を超えていた。
【００５５】
次に、表５の実施例４〜７は、充填層の高さ方向でコークス配分、すなわち偏析を変更し、成形粒子を添加したときの焼成試験結果を示したものである。成形粒子のサイズ、添加割合は上記焼結鍋試験で用いた成形粒子と同じとし、成形粒子の配合、成形圧および成形粒子の原料層内分布は表４に示す実施例１と同一とした。
【００５６】
実施例４は、コークスを上層に少なく、下層に多くした場合であり逆偏析の条件である。焼結実験後の成形粒子の平均還元率は６１％であり、実施例１よりも低い値となった。
【００５７】
実施例５は、上層、中層、下層のコークス配合量を全て同一とした場合であり、無偏析の条件である。焼結実験後の成形粒子の平均還元率は６９％であり、実施例４よりも高い値となった。
【００５８】
実施例６はコークスを上層に多く、下層に少なくした場合であり、正偏析の条件である。焼結実験後の成形粒子の平均還元率は７０％であり、実施例４よりも高い値となった。
【００５９】
実施例７は、実施例５に対し偏析をさらに強くした条件である。焼結試験後の成形粒子の平均還元率は６０％であり、実施例４よりも低い値となった。
【００６０】
【表１】
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【００６１】
【表２】
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【００６２】
【表３】
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【００６３】
【表４】
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【００６４】
【表５】
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【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】半還元焼結鉱を製造する設備の一例を示す模式図。
【図２】装入試験を行うための装入試験装置を示す模式図。
【符号の説明】
【００６６】
１０；成形粒子製造設備
１１，２１；原料ホッパー群
１２，２２；混合機
１３；圧縮成形機
１４；成形粒子
２０；造粒粒子製造設備
２３；造粒機
３０；焼結機
４０；装入試験装置
４１；ベルトコンベア
４２；ホッパー
４３；シュート
４４；装入ワイヤー
４５；台車
４６；原料充填容器
４７；モーター
【図１】
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【図２】
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