(57)【要約】【課題】高強度、高被還元性の製鉄用非焼成塊成鉱を製造する。【解決手段】鉄原料Ａに炭材Ｂと結合材Ｃを配合した混合物を造粒して核部分となる一次造粒物Ｘ１とした後、該一次造粒物Ｘ１の外側に、鉄原料Ａに結合材Ｃを配合した混合物を被覆することにより二次造粒物Ｘ２とし、次いで、結合材Ｃをバインダーとして固化した二次造粒物Ｘ２をマイクロ波加熱することで、炭材Ｂを主たる還元材として核部分の酸化鉄を予備還元する。被覆層を緻密化して造粒物を高強度しても、非焼成塊成鉱の中心部分の還元性を高めることができ、このため全体として高い強度と被還元性を有する非焼成塊成鉱を製造することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄を含有する鉄原料（Ａ）を用いて製鉄用非焼成塊成鉱を製造する方法において、
鉄原料（Ａ）に炭材（Ｂ）と結合材（Ｃ）を配合した混合物を造粒して核部分となる一次造粒物（Ｘ１）とした後、該一次造粒物（Ｘ１）の外側に、鉄原料（Ａ）に結合材（Ｃ）を配合した混合物を被覆することにより二次造粒物（Ｘ２）とし、次いで、結合材（Ｃ）をバインダーとして固化した二次造粒物（Ｘ２）をマイクロ波加熱することを特徴とする製鉄用非焼成塊成鉱の製造方法。
【請求項２】
鉄原料（Ａ）が、細粒焼結鉱、細粒鉄鉱石、鉄鋼製造プロセスで発生するダストの中から選ばれる１種以上からなることを特徴とする請求項１に記載の製鉄用非焼成塊成鉱の製造方法。
【請求項３】
塊成鉱の半径Ｒと一次造粒物（Ｘ１）で形成された核部分の半径Ｒ１とが下式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の製鉄用非焼成塊成鉱の製造方法。
０．４≦Ｒ１／Ｒ≦０．５
【請求項４】
一次造粒物（Ｘ１）の炭素含有率が２〜３０mass％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の製鉄用非焼成塊成鉱の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉などの製鉄炉で鉄原料として用いられる製鉄用非焼成塊成鉱の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉などの堅型製鉄炉（以下、高炉を例に説明する）を用いて行われる銑鉄製造プロセスでは、炉内の原料充填層内に還元性ガスを流通させるために、原料充填層内の空隙率を一定値以上に保つことが重要である。このため鉄原料などの炉内装入物は粒度分布が大きいことが望ましく、装入後に粉化するおそれがある装入物は、その強度を高めて粉化を抑制する必要がある。このため、特に大型高炉においては、粉鉱石を炭材の燃焼熱により焼き固めた焼結鉱や、粉鉱石をペレタイザーなどで球状に成形した後、１０００℃以上で高温加熱硬化させた焼成ペレットなどが広く用いられている。
【０００３】
一方において、特に省エネルギーを目的として、高温加熱処理しない非焼成塊成鉱に関する検討も進められてきた。この非焼成塊成鉱は、鉄鉱石粉や製鉄ダストなどをセメントなどの水硬性結合材をバインダーとして、常温または廃熱などを利用した数百℃以下の比較的低温の条件で一定期間養生して製造される。このような非焼成塊成鉱についても、粉化防止のためにできるだけ高強度にすることが望まれる。したがって、造粒する際には可能な限り組織を緻密化（充填密度を大きく）することが望ましい。しかし、一方において、造粒物の組織を緻密化すると還元性ガスが造粒物内部に浸透しにくくなり、造粒物内部の還元が遅れることになる。未還元の酸化鉄が高炉など堅型炉の下部に供給されると、固体炭素と酸化鉄の直接還元（吸熱反応）の比率が増大するため、還元材比の増大や生産性の低下などを引き起こすので好ましくない。
【０００４】
特許文献１には、核粒子に粒径５ｍｍ以下の細粒焼結鉱を用いた非焼成塊成鉱が開示されており、このような非焼成塊成鉱では、比較的多孔質である焼結鉱組織が造粒物中心部への還元性ガスの浸透を助けるため、非焼成塊成鉱中心部の還元性が向上するとしている。
【特許文献１】特開平９−１７００３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、非焼成塊成鉱の中心部分の還元性を改善する技術ではあるが、核部分の細粒焼結鉱がいかに多孔質で通気性が良くても、強度を高めるために外周部分の造粒物組織を緻密化すると、還元性ガスがブロックされて中心部分に到達することはできない。一方、通気性を高めるために外周部分の充填率を低下させると造粒物の強度が低下し、高炉内で粉化してしまうことになる。したがって、従来の技術は非焼成塊成鉱の中心部分の還元性向上に対して、抜本的な対策にはならない。
【０００６】
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、炉内で粉化しにくい高い強度を有するとともに、高い被還元性を有する製鉄用非焼成塊成鉱の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、非焼成塊成鉱の中心部分のみを事前に予備還元しておけば、強度確保のために外周部分を緻密化することにより還元性ガスの浸透性が低下したとしても、塊成鉱全体として必要な被還元性は確保でき、これにより高強度と高被還元性を両立できると考え、その具体的な方策について検討を行った。その結果、非焼成塊成鉱となる造粒物を核部分とその外側の被覆層とから構成するとともに、核部分にのみ炭材を配合した形態とした上で、この造粒物をマイクロ波加熱することにより、上記課題を解決できる高強度、高被還元性の非焼成塊成鉱が得られることを見出した。すなわち、炭材（炭素）はマイクロ波を良く吸収して加熱されやすい材料であるとともに、酸化鉄の還元材として機能する。したがって、非焼成塊成鉱となる造粒物の核部分に炭材を配合しておけば、マイクロ波加熱において核部分が優先的に加熱され、且つ核部分に含まれる酸化鉄が炭材により還元されることになるので、非焼成塊成鉱の中心部分の還元性を高めることができる。これに対して造粒物外側の被覆層（造粒物の外周部分）については、その酸化鉄は炉内の還元性ガスで容易に還元されるので、核部分のような予備還元は必要でなく、逆に、核部分と同様に炭材を含有させると、還元に要するエネルギーや材料コストを増大させるだけでなく、事前のマイクロ波加熱と炉内での還元性ガスとの接触によって被覆層が強還元され、その結果、被覆層内に金属鉄の層が生成し、これが非焼成塊成鉱の中心部分の還元を妨げることになる。以上のことから、非焼成塊成鉱となる造粒物を核部分とその外側の被覆層とから構成するとともに、核部分にのみ炭材を配合した形態とし、この造粒物をマイクロ波加熱して非焼成塊成鉱を製造すれば、被覆層を緻密化して造粒物を高強度化しても、非焼成塊成鉱の中心部分の還元性を高めることにより、塊成鉱全体として必要な被還元性を確保することができ、この結果、高強度、高被還元性の非焼成塊成鉱を得ることができる。
【０００８】
本発明は、以上のような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下のとおりである。
［1］酸化鉄を含有する鉄原料（Ａ）を用いて製鉄用非焼成塊成鉱を製造する方法において、鉄原料（Ａ）に炭材（Ｂ）と結合材（Ｃ）を配合した混合物を造粒して核部分となる一次造粒物（Ｘ１）とした後、該一次造粒物（Ｘ１）の外側に、鉄原料（Ａ）に結合材（Ｃ）を配合した混合物を被覆することにより二次造粒物（Ｘ２）とし、次いで、結合材（Ｃ）をバインダーとして固化した二次造粒物（Ｘ２）をマイクロ波加熱することを特徴とする製鉄用非焼成塊成鉱の製造方法。
【０００９】
［2］上記［1］の製造方法において、鉄原料（Ａ）が、細粒焼結鉱、細粒鉄鉱石、鉄鋼製造プロセスで発生するダストの中から選ばれる１種以上からなることを特徴とする製鉄用非焼成塊成鉱の製造方法。
［3］上記［1］又は［2］の製造方法において、塊成鉱の半径Ｒと一次造粒物（Ｘ１）で形成された核部分の半径Ｒ１とが下式を満足することを特徴とする製鉄用非焼成塊成鉱の製造方法。
０．４≦Ｒ１／Ｒ≦０．５
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの製造方法において、一次造粒物（Ｘ１）の炭素含有率が２〜３０mass％であることを特徴とする製鉄用非焼成塊成鉱の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、非焼成塊成鉱となる造粒物を核部分とその外側の被覆層とから構成するとともに、核部分にのみ炭材を配合した形態とし、この造粒物をマイクロ波加熱することにより、被覆層を緻密化して造粒物を高強度化しても、非焼成塊成鉱の中心部分の還元性を高めることにより、塊成鉱全体として必要な被還元性を確保することができる。このため高い強度と被還元性を有する非焼成塊成鉱を製造することができる。また、核部分にのみ炭材を配合するので還元材比を低減することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、酸化鉄を含有する鉄原料（Ａ）を用いて製鉄用非焼成塊成鉱を製造する方法であり、鉄原料（Ａ）としては細粒焼結鉱、細粒鉄鉱石、鉄鋼製造プロセスで発生するダストなどが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。但し、鉄原料（Ａ）はそれらに限定されるものではなく、製鉄炉用の鉄原料となり得るものであって、そのままでは高炉に装入できない細粒状のものであればよい。なお、鉄用鉄原料（Ａ）の粒径は、一般には５ｍｍ未満である。
【００１２】
前記細粒焼結鉱の代表例は、鉄鉱石の焼結プロセスで返鉱と呼ばれる焼結鉱粉であり、従来の一般的な焼結プロセスでは、この焼結鉱粉は焼結工程に送り返され、焼結原料として使用されている。この焼結鉱粉の大部分は、成品焼結鉱を得る際の粒度選別工程で発生するが、高炉への輸送工程や高炉周辺で発生するものもある。従来の焼結プロセスでは、成品歩留まりは７０〜８０mass％程度であり、残りの２０〜３０mass％程度が返鉱（焼結鉱粉）として焼結工程に返送されている（すなわち、成品焼結鉱になることなくプロセス内で循環している）。したがって、本発明の非焼成塊成鉱の鉄原料（Ａ）として、そのような焼結鉱粉を利用できることにより、焼結鉱を含めた塊成鉱のトータル歩留まりを大きく向上させることができる。
【００１３】
前記細粒鉄鉱石には鉄鉱石粉も含まれる。また、元々粒度の小さい鉄鉱石、整粒工程で生じた粒度の小さい鉄鉱石などのいずれを用いてもよい。
前記鉄鋼製造プロセスで発生するダストとしては、高炉ダスト、精錬ダストなどが挙げられ、これらダストも相当量の酸化鉄を含んでいる。
高炉ダストとは、高炉ガスから集塵によって回収されたダストである。また、精錬ダストとは、精錬工程で発生した排ガスから集塵によって回収されたダストであり、例えば、溶銑予備処理工程で生じる精錬ダスト、転炉脱炭工程で生じる精錬ダスト（転炉ＯＧダスト）などがある。
【００１４】
図１は、本発明の製造方法の概略を示したものである。
本発明の製造方法では、まず、図１（ａ）に示すように鉄原料（Ａ）に炭材（Ｂ）と結合材（Ｃ）を配合した混合物を造粒し、塊成鉱の核部分となる一次造粒物（Ｘ１）を形成する。造粒は混合物を加湿した状態で行われ、通常、混合物（鉄原料（Ａ）＋炭材（Ｂ）＋結合材（Ｃ）＋さらに必要に応じて他の成分。以下同様）と水を混合・撹拌（混練）した後、造粒を行い、一次造粒物（Ｘ１）を得る。
【００１５】
本発明において、一次造粒物（Ｘ１）の原料として炭材（Ｂ）を配合するのは、後述するように二次造粒物とした後にマイクロ波加熱を行うことで、一次造粒物（Ｘ１）で構成される核部分を優先的に加熱し、且つそこに含まれる酸化鉄で炭材（Ｂ）を還元材として予備還元するためである。炭材（Ｂ）としては、粉コークス、粉炭などが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。なお、粉炭を用いる場合には、揮発分の少ないいわゆる無煙炭の使用が望ましい。揮発分が多い石炭を用いると、加熱時に揮発分がガス化してそのガス圧によって造粒物組織が破壊され、造粒物の脆弱化を招くおそれがある。
一次造粒物（Ｘ１）中での炭素含有（配合）率に特別な制限はないが、２〜３０mass％程度、より好ましくは１０〜１５mass％程度とするのが適当である。炭素含有率が２mass％未満では予備還元の程度が小さく、一方、３０mass％を超えると非焼成塊成鉱の強度に問題を生じる可能性がある。
【００１６】
また、前記結合材（Ｃ）は、冷間で十分な強度を発現しうるものであれば特に制限はないが、製造コストの面で水硬性結合材が特に好ましい。この水硬性結合材としては、水和硬化によって冷間で十分な強度を発現し得るものであれば特に制限はなく、例えば、高炉セメント、ポルトランドセメント、フライアッシュセメント、アルミナセメントなどの各種セメント、高炉水砕スラグ微粉末などが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。
結合材（Ｃ）は冷間での十分な強度が得られる必要最小限の配合量とすればよく、通常は２〜１０mass％程度が適当である。
造粒方法は任意であるが、代表的な方法としては、ディスクペレタイザーやドラム型造粒機を用いる転動造粒法、ブリケット成形機を用いる圧縮造粒法などがあり、いずれを用いてもよいが、生産性や製造コストなどの面からは転動造粒法の方が好ましい。
【００１７】
次いで、図１（ｂ）に示すように、一次造粒物（Ｘ１）の外側に鉄原料（Ａ）に結合材（Ｃ）を配合した混合物を被覆して被覆層（ｙ）を形成した二次造粒物（Ｘ２）を得る。
前記被覆層（ｙ）を形成するための原料には、有意には炭材を配合しない。被覆層（ｙ）の酸化鉄は炉内の還元性ガスで容易に還元されるので、核部分のような予備還元は必要でなく、逆に、核部分と同様に炭材を含有させると、還元に要するエネルギーや材料コストを増大させるだけでなく、マイクロ波加熱と炉内での還元性ガスとの接触によって被覆層が強還元され、その結果、被覆層内に金属鉄の層が生成し、非焼成塊成鉱の中心部分の還元を妨げることになる。したがって、この被覆層（ｙ）でも鉄原料（Ａ）として鉄鋼製造プロセスで発生するダストを使用することはできるが、粉コークスや炭素を比較的多く含有するダストの使用は避けることが好ましい。
被覆層（ｙ）に用いる結合材（Ｃ）の種類は、さきに述べた一次造粒物（Ｘ１）の場合と同様であるが、その配合量については、高強度化のためにより多く配合してもよい。ただし、鉄源ではない結合材を増加させることは、製鉄炉にとって望ましくないことから、結合材の配合量の上限は２０mass％程度とすることが好ましい。
【００１８】
被覆層（ｙ）の形成は任意の方法で行うことができるが、通常は転動造粒法によって行われる。すなわち、上記混合物（鉄原料（Ａ）＋結合材（Ｃ）＋さらに必要に応じて他の成分。以下同様）を一次造粒物（Ｘ１）に添加し、ディスクペレタイザーやドラム型造粒機を用いる転動造粒法によって加湿状態で混合造粒する。これにより一次造粒物（Ｘ１）の表層に混合物を付着させ、その混合物の被覆層（ｙ）が形成された二次造粒物（Ｘ２）を得るものである。
したがって、本発明法では、転動造粒法による一次造粒で一次造粒物（Ｘ１）を形成し、次いで、転動造粒法による二次造粒で一次造粒物（Ｘ１）の外側に被覆層（ｙ）を形成して二次造粒物（Ｘ２）を得る方法が最も好ましい。
【００１９】
ここで、本発明では、二次造粒物（Ｘ２）の核部分を炭材（Ｂ）の配合と後述するマイクロ波加熱を利用して予備還元することにより塊成鉱の被還元性を高めるものであるため、還元性ガスの浸透性が小さい緻密な被覆層（ｙ）を形成しても、塊成鉱全体として必要な被還元性を確保することができる。このため、転動造粒法などによって緻密な被覆層（ｙ）を形成し、粉化を生じにくい高強度の非焼成塊成鉱を得ることができる。緻密な被覆層（ｙ）を形成するには、例えば、下記の方法が有効である。
（1）結合材（Ｃ）の配合量を多くすることにより高強度化し、クラックの生成を抑制する。
（2）被覆層を構成する原料の粒度分布を調整し、充填密度を増大させる。
（3）ディスクペレタイザーなどの転動造粒機においては、造粒機内での滞留時間を長くとり、充填密度を増大させる。ブリケット成形機などの圧縮造粒機においては、圧縮力を大きくして充填密度を増大させる。
このようにして得られた二次造粒物（Ｘ２）は、通常、適当な期間養生することにより結合材（Ｃ）をバインダーとして固化させる。なお、一次造粒物（Ｘ１）の養生は、被覆層（ｙ）の形成前に行ってもよい。
【００２０】
次いで、図１（ｃ）に示すように、固化した二次造粒物（Ｘ２）にマイクロ波を照射してマイクロ波加熱する。ここで、二次造粒物（Ｘ２）の核部分（一次造粒物（Ｘ１）で形成される部分）に配合された炭材（Ｂ）はマイクロ波を良く吸収して加熱されやすい材料であるとともに、酸化鉄の還元材として機能する。したがって、二次造粒物（Ｘ２）の核部分にのみ炭材（Ｂ）を配合することにより、マイクロ波加熱によって核部分が優先的に加熱され、且つ核部分に含まれる酸化鉄が炭材（Ｂ）を還元材として効率的に還元（予備還元）され、これにより、主として核部分に含まれる酸化鉄が予備還元された製鉄用非焼成塊成鉱が得られる。
マイクロ波加熱工程では、通常、図１（ｃ）示すようにマイクロ波発生装置１で発生したマイクロ波を導波管２で導いて、二次造粒物（Ｘ２）に照射する。
なお、照射されたマイクロ波は二次造粒物（Ｘ２）に吸収されて減衰するため、例えば、積み上げられた二次造粒物（Ｘ２）に対して上方からマイクロ波を照射する場合、下層側の二次造粒物（Ｘ２）については十分な加熱効果が得られないことがある。したがって、その場合には、二次造粒物（Ｘ２）の積み上げ高さは２メートル以下、より好ましくは１ｍ以下とすることが望ましい。
【００２１】
また、二次造粒物（Ｘ２）は、鉄原料（Ａ）、炭材（Ｂ）及び結合材（Ｃ）を主たる構成成分とするものであるが、必要に応じて、一次造粒物（Ｘ１）及び／又は被覆層（ｙ）中に他の成分、例えば、各種分散剤、硬化促進剤、石灰石微粉、フライアッシュ、シリカ微粉などの１種以上を、本発明の効果を損なわない限度で適量配合することもできる。これらその他成分の一次造粒物（Ｘ１）及び／又は被覆層（ｙ）中での合計配合量は１０mass％程度、特に望ましくは５mass％程度を上限とすることが好ましい。
本発明により製造される非焼成塊成鉱の粒径（常温雰囲気下での球換算粒径）は８〜３０ｍｍ程度が好ましい。非焼成塊成鉱の粒径が８ｍｍ未満では、炉に装入した際の原料充填層の通気性が低下するおそれがあり、一方、粒径が３０ｍｍを超えると還元性が低下するおそれがある。
【００２２】
本発明により製造される非焼成塊成鉱は、塊成鉱の半径Ｒと一次造粒物（Ｘ１）で形成された核部分の半径Ｒ１とが下式を満足することが好ましい。ここで、塊成鉱の半径Ｒ、核部分の半径Ｒ１とは常温雰囲気下での球換算半径である。
０．４≦Ｒ１／Ｒ≦０．５
図２は、本発明法で製造された非焼成塊成鉱の竪型炉内での還元挙動を模式的に表したもので、堅型炉（以下、高炉を例に説明する）内で還元性ガスにより還元され、溶融直前の塊成鉱の状態が示されている。非焼成塊成鉱の任意の半径位置をｒとした場合、予備還元により非焼成塊成鉱（二次造粒物）は０≦ｒ／Ｒ≦Ｒ１の範囲が還元される。一方、高炉内では外周部分が還元されるが、内部に炭材を含まない非焼成塊成鉱を準備し、高炉内の還元雰囲気、昇温パターンにて還元試験を実施した結果、おおむね０．５≦ｒ／Ｒ≦１の範囲でガス還元が認められた。したがって、核部分の半径Ｒ1の範囲はＲ１／Ｒ≦０．５とすることが好ましい。核部分がこれよりも大きくなると、ガス還元される領域まで予備還元を行うことになるため、予備還元に要するエネルギーをロスすることになる。また、炭材を含有した組織は強度が弱く、Ｒ１／Ｒ＞０．５ではそれだけ被覆層の厚さが薄くなるため、冷間強度が低下する傾向にある。一方、核部分の半径Ｒ１が小さくなるとＲ１≦ｒ／Ｒ≦０．５の範囲において予備還元でも高炉内のガス還元でも還元されない層（図２の斜線部分）が生成する。この層が厚くなると還元材比が増大し、操業が不安定化するが、おおむね０．４≦Ｒ１／Ｒであれば操業上の問題はほとんどない。
【００２３】
マイクロ波加熱には電力を消費するため、マイクロ波の照射は十分な還元効果が得られる必要最小限度の照射量とすることが望ましい。図３は、Ｒ１／Ｒ＝０．５の非焼成塊成鉱を製造する際に、二次造粒物（Ｘ２）をマイクロ波加熱した場合のマイクロ波電力量と非焼成塊成鉱の予備還元率との関係を示したものである。ここで、予備還元率は予備還元前の酸化鉄に含まれる被還元酸素量が予備還元によってどれだけ取り去られたかを指数化したものであり、以下のように定義される。
γ＝{（0.43F−0.112Fo）−（0.43F′−0.112Fo′）}／（0.43F−0.112Fo）
但し  γ：予備還元率（−）
F：予備還元前の試料中の全鉄量（mass％）
Fo：予備還元前の試料中の酸化第一鉄量（mass％）
F′：予備還元後の試料中の全鉄量（mass％）
Fo′：予備還元後の試料中の酸化第一鉄量（mass％）
【００２４】
図３によれば、非焼成塊成鉱１トン当たりのマイクロ波電力量が約１５０ｋＷｈ／ｔ−（塊成鉱）で予備還元率はほぼ最大（予備還元率：約０．１２５）となり、マイクロ波電力量をそれ以上増加させ予備還元率は一定である。
図３で用いた非焼成塊成鉱はＲ１／Ｒ＝０．５であるので、炭材を含有する核部分の体積は非焼成塊成鉱粒子全体の約１２．５％であるから、予備還元率０．１２５とは、核部分の還元率がほぼ１００％に達したことを示している。以上の結果から、照射すべきマイクロ波の電力量は１００〜２００ｋＷｈ／ｔ−（塊成鉱）が望ましく、特に、１５０ｋＷｈ／ｔ−（塊成鉱）前後が望ましい。上記範囲を下回る電力量では予備還元が不足し、一方、上記範囲を上回る電力量では還元に寄与しない電力が消費され、結果的にはエネルギーをロスすることになる。
【００２５】
図４は、本発明の製造方法の具体的な実施形態の製造フローを示している。
ホッパー群３（原料貯留槽）には核部分用の原料として、鉄原料（Ａ）である細粒鉄鉱石ａ１、細粒焼結鉱ａ２及び製鉄所発生ダストａ３、炭材（Ｂ）である粉コークスｂ、結合材（Ｃ）であるセメントｃがそれぞれ貯留されている。また、ホッパー群４（原料貯留槽）には被覆層用の原料として、鉄原料（Ａ）である細粒鉄鉱石ａ１及び細粒焼結鉱ａ２、結合材（Ｃ）であるセメントｃがそれぞれ貯留されている。ここで、前記細粒鉄鉱石ａ１は複数の銘柄を組み合わせて用いてもよい。また、粉コークスｂは粉状の無煙炭に代替可能である。なお、上記各原料は予め混合し、１つのホッパーから切り出すようにしてもよい。また、図示しないが、必要に応じて事前に粒度を調整するための粉砕工程や、異物を取り除く工程などがあってもよい。
【００２６】
ホッパー群３に貯留された上記核部分用の原料を定量切り出し装置により切り出し、原料搬送装置５により搬送して加湿混合機６（例えば、ドラムミキサー、アイリッヒミキサーなど）に導入する。この加湿混合機６では原料に水が添加され、混合・撹拌される。加湿混合機６の機能などに特別な制限はないが、混合撹拌能力の高いものが望ましい。混合撹拌能力の低いものを採用した場合は、混合時間を長く取る必要が生じ、生産性が低下する。
加湿混合された原料（混合物）は原料搬送装置７により一次造粒機８に搬送され、この一次造粒機８で造粒されて一次造粒物（Ｘ１）とする。なお、本実施形態では、一次造粒機８として皿型転動造粒機（ディスクペレタイザー）を用いているが、ドラム型造粒機などのような他の形式の造粒機を用いてもよい。
【００２７】
一次造粒物（Ｘ１）は原料搬送装置９により二次造粒機１０に搬送される。一方、ホッパー群４に貯留された上記被覆層用の原料を定量切り出し装置により切り出し、原料搬送装置１１により搬送して二次造粒機１０に導入する。なお、これら原料は予め混合し、１つのホッパーから切り出すようにしてもよい。
二次造粒機１０において一次造粒物（Ｘ１）と被覆層用の原料が混合造粒され、一次造粒物（Ｘ１）の外側に被覆層用の原料（混合物）からなる被覆層（ｙ）が形成され、二次造粒物（Ｘ２）となる。この二次造粒物（Ｘ２）は養生場所１２で所定期間養生した後、図１（ｃ）に示すようなマイクロ波加熱工程で予備還元され、非焼成塊成鉱が得られる。
以上のようにして製造された非焼成塊成鉱は、高炉に代表される竪型製鉄炉において鉄原料として用いられる。
【実施例】
【００２８】
図４に示すような製造フローに図１（ｃ）に示すマイクロ波加熱工程を適用して製鉄用非焼成塊成鉱を製造した。使用した原料の成分組成を表１に示す。鉄原料（A1）は細粒の鉄鉱石、鉄原料（A2）は焼結鉱の篩下粉、鉄原料（A3）は高炉ダストであり、いずれも酸化鉄を豊富に含んでおり製鉄用の鉄原料として好適なものである。また、炭材（B）としては粉コークスを、結合材（C）としてはポルトランドセメントをそれぞれ用いた。
製造された非焼成塊成鉱を鉄原料の一部として高炉（内容積３２２３ｍ３）に装入し、操業を行った。その結果を、非焼成塊成鉱の原料配合割合、冷間強度、高炉操業条件・操業成績とともに表２に示す。
各実施例では、高炉への鉄原料の配合割合を非焼成塊成鉱：２０mass％、焼結鉱：７０mass％、塊鉱石：１０mass％とした。
各実施例においては、３００ｋｗのマイクロ波発生装置を用いて非焼成塊成鉱１トン毎に３０分間マイクロ波加熱することにより予備還元を行った。
【００２９】
発明例及び比較例の各非焼成塊成鉱の冷間強度を調査するため、ヤードにおける粉率と高炉炉頂における粉率を測定し、その差をもって輸送時粉化量を求めた。塊成鉱が５ｍｍ以上の粒径であれば高炉の原料として使用可能であるため、−５ｍｍ（＝粒径５ｍｍ未満）の粒子を粉と定義し、その質量割合を−５ｍｍの粉率とした。塊成鉱の冷間強度が大きい方が輸送時粉化量を低減できる。非焼成塊成鉱は、１２ｍｍ〜２５ｍｍの篩に通して整粒したものを用いた。これは、非焼成塊成鉱の粒度分布が狭い方が、炉内の原料充填層中を通過する気体の圧力損失が小さくなるためである。
【００３０】
また、表２中に示した吹き抜け回数の「吹き抜け現象」とは、高炉内の圧力損失が増大することで還元性ガスの流れが止められ、炉内の圧力が上昇し、一定の圧力に達したとき、爆発的に還元性ガスの上昇が再開される現象を指す。この場合、ガス流れの再開と同時に炉内の装入物がガスに同伴されて移動するため、層状に堆積された装入物の分布が乱れることになる。装入物の分布が乱れると、通気性がさらに悪化したり、酸化鉄の還元不良等の問題を生じるため、還元材比が上昇するなど高炉操業に極めて悪い影響を与えるのみならず、圧力の上昇により炉体への機械的ダメージを与えたり、急激に高温ガスが噴出することによる諸設備への熱的悪影響も懸念される。
【００３１】
【表１】
2008214715.tif 000003
【００３２】
【表２】
2008214715.tif 000004
【００３３】
発明例１は、造粒物の原料配合割合を、核部分（一次造粒物（Ｘ１）で構成される核部分）については鉄原料（A1）：７８mass％、炭材(B)：１５mass％、結合材(C)：７mass％とし、被覆層については鉄原料（A1）：９３mass％、結合材(C)：７mass％としたものである。この実施例で得られた非焼成塊成鉱は、結合材(C)による結合で冷間における強度は十分（輸送時粉化量は０．６mass％と小さい）である。また、高炉の操業を見ると、出銑量が多く還元材比も低く、吹き抜け現象も起きていない。これは、炭材を含む核部分の予備還元が十分に行われ、且つ被覆層が高炉内の還元性ガスにより適切に還元されることで、非焼成塊成鉱の還元が良好に行われたためであると考えられる。
【００３４】
発明例２は、造粒物の原料配合割合を、核部分（一次造粒物（Ｘ１）で構成される核部分）については鉄原料（A1）：３７mass％、鉄原料（A2）：４０mass％、炭材(B)：１６mass％、結合材(C)：７mass％とし、被覆層については鉄原料（A1）：４３mass％、鉄原料（A2）：５０mass％、結合材(C)：７mass％としたものである。この実施例で得られた非焼成塊成鉱は、結合材(C)による結合で冷間における強度は十分（輸送時粉化量は０．５mass％と小さい）である。また、高炉の操業を見ると、出銑量が多く還元材比も低く、吹き抜け現象も起きていない。これは、炭材を含む核部分の予備還元が十分に行われ、且つ被覆層が高炉内の還元性ガスにより適切に還元されることで、非焼成塊成鉱の還元が良好に行われたためであると考えられる。また、篩下として焼結機に戻されていた細粒の焼結鉱を原料化したことで、焼結プロセスの歩留まりが向上する副次的効果も得られている。
【００３５】
発明例３は、造粒物の原料配合割合を、核部分（一次造粒物（Ｘ１）で構成される核部分）については鉄原料（A1）：７７mass％、炭材(B)：１６mass％、結合材(C)：７mass％とし、被覆層については鉄原料（A1）：９３mass％、結合材(C)：７mass％としたものである。この実施例で得られた非焼成塊成鉱は、結合材(C)による結合で冷間における強度は十分（輸送時粉化量は０．６mass％と小さい）である。また、高炉の操業を見ると、出銑量が多く還元材比も低く、吹き抜け現象も起きていない。これは、炭材を含む核部分の予備還元が十分に行われ、且つ被覆層が高炉内の還元性ガスにより適切に還元されることで、非焼成塊成鉱の還元が良好に行われたためであると考えられる。また、篩下として焼結機に戻されていた細粒の焼結鉱を原料化したことで、焼結プロセスの歩留まりが向上する副次的効果も得られている。
【００３６】
発明例４は、造粒物の原料配合割合を、核部分（一次造粒物（Ｘ１）で構成される核部分）については鉄原料（A1）：２３mass％、鉄原料（A2）：４５mass％、鉄原料（A3）：１０mass％、炭材(B)：１５mass％、結合材(C)：７mass％とし、被覆層については鉄原料（A1）：５８mass％、鉄原料（A2）：３５mass％、結合材(C)：７mass％としたものである。この実施例で得られた非焼成塊成鉱は、結合材(C)による結合で冷間における強度は十分（輸送時粉化量は０．７mass％と小さい）である。また、高炉の操業を見ると、出銑量が多く還元材比も低く、吹き抜け現象も起きていない。これは、炭材を含む核部分の予備還元が十分に行われ、且つ被覆層が高炉内の還元性ガスにより適切に還元されることで、非焼成塊成鉱の還元が良好に行われたためであると考えられる。また、一般に高炉ダストは焼結原料として焼結機に投入され、粉コークスの燃焼熱などのエネルギーをかけて焼結鉱とされているが、本プロセスでは直接高炉原料として使用できるため、省エネルギーとなる副次的効果も得られている。
【００３７】
発明例５は、造粒物の原料配合割合を、核部分（一次造粒物（Ｘ１）で構成される核部分）については鉄原料（A1）：７８mass％、炭材(B)：１５mass％、結合材(C)：７mass％とし、被覆層については鉄原料（A1）：９３mass％、結合材(C)：７mass％としたものである。この実施例で得られた非焼成塊成鉱は、核部分の領域がやや小さく、Ｒ１／Ｒ＝０．３５である。この非焼成塊成鉱は、結合材(C)による結合で冷間における強度は十分（輸送時粉化量は０．６mass％と小さい）である。一方、高炉の操業を見ると、発明例１〜４に較べて出銑量がやや低下し、還元材比は高くなった。高炉の操業は安定していたが、吹き抜け現象が１日に１回生じるなどやや悪化する傾向も確認された。これは、炭材を含む核部分の予備還元が十分に行われ、被覆層が高炉内の還元性ガスにより還元されて、非焼成塊成鉱の還元が行われてはいるが、０．３５＜Ｒ１／Ｒ≦０．５の層に生じる未還元部分が高炉の下部まで到達し、大きな吸熱反応である直接還元反応を生じ、高炉の操業をやや悪化させたものと考えられる。
【００３８】
発明例６は、造粒物の原料配合割合を、核部分（一次造粒物（Ｘ１）で構成される核部分）については鉄原料（A1）：７８mass％、炭材(B)：１５mass％、結合材(C)：７mass％とし、被覆層については鉄原料（A1）：９３mass％、結合材(C)：７mass％としたものである。この実施例で得られた非焼成塊成鉱は、核部分の領域がやや大きく、Ｒ１／Ｒ＝０．７である。この非焼成塊成鉱は、冷間における強度がやや低下する傾向があり（輸送時粉化量は２．０mass％とやや高い）、高炉の操業を見ると、出銑量がやや低下し、還元材比は高くなった。高炉の操業は安定していたが、吹き抜け現象が１日に１回生じるなどやや悪化する傾向も確認された。これは、核部分が厚くなり被覆層が薄くなったために冷間強度がやや低下し、高炉内に粉がもたらされ、通気抵抗がやや悪化したことによるものと考えられる。
【００３９】
発明例７は、造粒物の原料配合割合を、核部分（一次造粒物（Ｘ１）で構成される核部分）については鉄原料（A1）：５７mass％、鉄原料（A2）：３５mass％、炭材(B)：１mass％、結合材(C)：７mass％とし、被覆層については鉄原料（A1）：４５mass％、鉄原料（A2）：４８mass％、結合材(C)：７mass％としたものである。この実施例では核部分を構成する一次造粒物（Ｘ１）の炭素含有率が０．９mass％である。この実施例で得られた非焼成塊成鉱は、結合材(C)による結合で冷間における強度は十分（輸送時粉化量は０．６mass％と小さい）である。一方、高炉の操業を見ると、出銑量がやや低下し、還元材比は高くなった。高炉の操業は安定していたが、吹き抜け現象が１日に２回生じるなどやや悪化する傾向も確認された。これは、予備還元のために必要な炭素が不足したため、核部分に未還元の酸化鉄が残留したことにより、この未還元部分が高炉の下部まで到達し、大きな吸熱反応である直接還元反応を生じ、高炉の操業をやや悪化させたものと考えられる。
【００４０】
発明例８は、造粒物の原料配合割合を、核部分（一次造粒物（Ｘ１）で構成される核部分）については鉄原料（A1）：２３mass％、鉄原料（A2）：２５mass％、炭材(B)：４５mass％、結合材(C)：７mass％とし、被覆層については鉄原料（A1）：９３mass％、結合材(C)：７mass％としたものである。この実施例では核部分を構成する一次造粒物（Ｘ１）の炭素含有率が３８．９mass％である。この実施例で得られた非焼成塊成鉱は、冷間における強度がやや低下する傾向があり（輸送時粉化量は２．８mass％とやや高い）、高炉の操業を見ると、出銑量がやや低下し、還元材比は高くなった。高炉の操業は安定していたが、吹き抜け現象が１日に３回生じるなどやや悪化する傾向も確認された。これは、核部分の炭素含有率が３８．９mass％と多くなったために、非焼成塊成鉱の強度が低下し、このため高炉内に粉がもたらされ、通気抵抗がやや悪化したことによるものと考えられる。
【００４１】
比較例１は、造粒物の原料配合割合を、核部分（一次造粒物（Ｘ１）で構成される核部分）については鉄原料（A1）：９３mass％、結合材(C)：７mass％とし、被覆層についても鉄原料（A1）：９３mass％、結合材(C)：７mass％としたものである。この実施例の造粒物は核部分と被覆層の組成が同一であり、核部分は予備還元に必要な炭素を含まないため、マイクロ波加熱を行っても予備還元は生じないものと考えられる。但し、この実施例で得られた非焼成塊成鉱は、冷間における強度は強く（輸送時粉化量は０．６mass％）、酸化鉄原料として高炉で使用がすることが可能と思われた。しかし、高炉の操業を見ると、出銑量が低下し、還元材比は高くなり、吹き抜け現象が１日に１２回生じるなどかなり悪化する傾向も確認された。これは、高炉内の還元性ガスにより非焼成塊成鉱の被覆層のみが還元され、核部分が未還元のまま炉下部に到達するため大きな吸熱反応である直接還元反応を生じ、高炉の操業を悪化させたものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の製造方法の概略を示す説明図
【図２】本発明の製造方法で製造された非焼成塊成鉱の炉内での還元挙動を模式的に表した説明図
【図３】二次造粒物（Ｘ２）をマイクロ波加熱した場合のマイクロ波電力量と非焼成塊成鉱の予備還元率との関係を示したグラフ
【図４】本発明の製造方法の具体的な実施形態の製造フローを示す説明図
【符号の説明】
【００４３】
１  マイクロ波発生装置
２  導波管
３，４  ホッパー群
５，７，９，１１  原料搬送装置
６  加湿混合機
８  一次造粒機
１０  二次造粒機
１２  養生場所
Ｘ１  一次造粒物
Ｘ２  二次造粒物
ａ１  細粒鉄鉱石
ａ２  細粒焼結鉱
ａ３  製鉄所発生ダスト３
ｂ  粉コークス
ｃ  セメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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