(57)【要約】【課題】原料の一部を粗大擬似粒子化するとともに原料充填層の層厚を調整し、生産性の向上と成品歩留りの維持とを両立させることのできる焼結鉱の製造方法を提供する。【解決手段】褐鉄鉱を含む鉄鉱石原料、副原料、石灰石、返鉱および凝結材を含む配合原料を造粒した後に焼結機のパレット上に供給して焼成する焼結鉱の製造方法において、前記配合原料の一部を、残りの配合原料を造粒してできる造粒後の粒子よりも粒子径の大きな３ｍｍ以上、２０ｍｍ以下の粒子径となるように別系統で造粒した後、前記残りの配合原料を造粒してできた造粒後の粒子と前記粒子径の大きな造粒後の粒子とを、全配合原料に占める前記粒子径の大きな造粒後の粒子の混合比率が２２質量％以下となるように混合し、焼結機パレット上に、配合原料充填層の層厚が５３０ｍｍ以上、７３０ｍｍ以下となるように装入して焼成する焼結鉱の製造方法である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
褐鉄鉱を含む鉄鉱石原料、副原料、石灰石、返鉱および凝結材を含む配合原料を造粒した後に焼結機のパレット上に供給して焼成する焼結鉱の製造方法において、前記配合原料の一部を、残りの配合原料を造粒してできる造粒後の粒子よりも粒子径の大きな３ｍｍ以上、２０ｍｍ以下の粒子径となるように別系統で造粒した後、前記残りの配合原料を造粒してできた造粒後の粒子と前記粒子径の大きな造粒後の粒子とを、全配合原料に占める前記粒子径の大きな造粒後の粒子の混合比率が２２質量％以下となるように混合し、焼結機パレット上に、配合原料充填層の層厚が５３０ｍｍ以上、７３０ｍｍ以下となるように装入して焼成することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉で使用する焼結鉱の製造方法に関し、具体的には、粉鉱石、雑原料などからなる配合原料をサージホッパーからロールフィーダによってパレット内に装入して焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法において、配合原料中に粗大な擬似粒子を混合することにより生産性を向上しつつ、焼結鉱成品の歩留りも維持することのできる焼結鉱の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉用の鉄源として使用される焼結鉱は、一般に下記のように製造される。荷揚げされた粉状の鉄鉱石原料、ＣａＯを含有する副原料、ＳｉＯ2を含有する副原料は、銘柄毎にヤードに野積みされる。また、一部の粉状の鉄鉱石原料、鉄分含有ダスト、炭材などは、混合され、ブレンディング粉としてヤードに野積みされる。野積みされたこれらの原料は、原料槽へと送られ、事前に計画された配合比率にしたがって原料槽より切り出され、凝結材とともにドラムミキサー内において水と混練および造粒されて、０．２５〜５ｍｍ程度の粒度分布を有する各種原料の集合体（以下、「擬似粒子」とも記す）からなる配合原料となって焼結機に供給される。
【０００３】
より詳細には、配合原料は、サージホッパーに装入された後、サージホッパーの下方からロールフィーダによって切り出され、スローピングシュートを介してパレット内のグレート上に配置された床敷焼結鉱の層上に装入される。この際、グレート表面から擬似粒子で構成される焼結原料充填層の上表面までの距離（以下、「原料充填層の層厚」とも記す）は、通常、４００〜７５０ｍｍ程度の範囲内で所定の値となるように調整される。そして、点火炉において、上記焼結原料充填層の上表面に着火することにより、充填層表面に存在する擬似粒子中に含まれる凝結材の燃焼が開始し、焼結反応が始まる。
【０００４】
焼結原料充填層は、給鉱側から排鉱側へと移動する間に、パレットの下方から吸引されるので、空気が焼結原料充填層上部から流入し、層内を下部に向かって通過する。その結果、凝結材の燃焼部分は高温の燃焼帯を形成し、その燃焼帯は焼結原料充填層の上部から下部に向かって移動する。燃焼帯で発生する熱は、上部から下部に移動するにしたがって蓄積されるので、一般に原料充填層の上部は熱不足になりやすく、下部は熱過剰になりやすい。この燃焼帯の移動に伴い、燃焼帯で発生する熱によって周囲の擬似粒子が昇温され、溶融および同化反応を起こして焼結し、最終的に焼結原料充填層は焼結ケーキを形成する。そして、このようにして形成された焼結ケーキは焼結機の排鉱部から排鉱される。
【０００５】
ところで、近年、ゲーサイト（Ｆｅ2Ｏ3・Ｈ2Ｏ：Goethite）を多量に含有する褐鉄鉱の使用量増加に伴い、焼結原料層の通気性の悪化や成品歩留りの低下が問題視されている。これは、焼結層が多くの気孔を有するにもかかわらず、通気のために有効に作用する空隙が閉塞することが原因とされている。なぜなら、褐鉄鉱は、赤鉄鉱（Ｆｅ2Ｏ3：Hematite）に比べて結晶水の含有量が高く、昇温過程において結晶水の分解後、多孔質になるので、融液と同化しやすく、その結果、融液の粘性が高くなるからである。
【０００６】
褐鉄鉱を多量使用すると、特に熱過剰となる充填層の下部において、粘性の高い融液が多量に発生して空隙を閉塞しやすいことから、通気性の悪化や成品歩留りの低下が起こると考えられている。また、褐鉄鉱によって焼結原料充填層内に持ち込まれる水分量の増加が、燃焼帯の下部に形成される水分凝集層の肥大化や、その部分での擬似粒子の崩壊を助長するため、通気性悪化の原因になると考えられている。
【０００７】
そこで、従来、焼結原料充填層の空隙構造を制御することにより、焼成中の通気性を確保するための様々な技術が検討されてきた。
【０００８】
従来行われている焼結原料充填層の空隙率制御方法としては、例えば、特許文献１に示されるように充填層の構造を機械的に変化させることによる制御方法がある。同文献には、パレットの幅方向に間隔を置いて水平に配置した複数の通気性制御板（以下、「通気板」とも称する）をパレット進行方向に向けて、原料堆積層の床敷鉱ホッパ側に形成される原料斜面から挿入し、原料堆積層の中層から下層部に複数の通気溝を切り込みにより形成した後、原料堆積層を焼結する焼結鉱の製造方法が開示されている。ここで開示された方法によれば、原料充填層上部で蒸発した水分が下層に形成されたスリット状の空隙率の高い部分から抜けていくので、原料充填層下部での水分の凝縮を防止でき、通気性が向上する。この通気性の向上により、燃焼帯の降下速度が増大し、焼結時間が短縮されて焼結鉱の生産性が向上するというものである。
【０００９】
しかし、特許文献１に開示された方法によれば、通気板により形成される焼結機幅方向で断続的に空隙率の高い部位の存在により、充填層を通過するガスは、その部位を選択的に流れ、したがって、偏流を生じることとなる。その結果、燃焼帯の形状が幅方向に水平とはならず、空隙率の高い部位の周辺のみが速く焼け落ちることになる。一般に、焼結原料充填層中において、１０００℃以上の高温に保持される時間が短いと焼結が不十分となり、焼結成品歩留りや強度が低下する。したがって、上記文献で開示された方法においても、空隙率が高いために焼成速度が速く高温に保持される時間の短い部位では、成品歩留りおよび成品強度の低下が著しくなり、生産性の向上に寄与しない焼結ケーキ部分が増加するという問題がある。
【００１０】
一方、上記のガスの偏流により、空隙率の高い部位に挟まれた空隙率の低い部分では、ガスの通過量が低下するので燃焼帯の降下速度も低下する。その結果、排鉱時に燃焼帯が原料充填層の最下層まで到達せず、未焼成の部分が残存するおそれがあり、成品歩留りおよび成品強度の低下が発生する可能性がある。この対策として、通気板の数を増加すれば、ガスの偏流が緩和され、燃焼帯の降下速度は均一化されるが、通気板の間隔には下限値が存在するので、燃焼帯の降下速度の均一化には限界がある。
【００１１】
さらに、通気板への原料の付着の問題がある。原料の付着により実質的に厚さが増加した通気板を使用すると、空隙率の高い部位の幅が本来の操業計画値よりも拡大する。この空隙率の高い部位の幅の変動は、ガス流の変動を助長し、燃焼帯の降下速度の不均一化を招く。その対策として通気板の清掃頻度を高める必要が生じるので、設備の保守管理のための工数が増加する。
【００１２】
上述したとおり、特許文献１に開示された技術では、焼結鉱の生産性を増大させることはできるものの、生産性の増大と成品歩留りの維持とを両立させることは難く、また頻繁な設備メンテナンスが必要となり、稼動効率も低下する。
【００１３】
ところで、従来、焼結原料充填層を構成する擬似粒子径よりも粗大な粒子を少量混合すると、充填層中の通気性が向上して焼成速度が増大し、成品歩留が低下することは知られている。
【００１４】
例えば、非特許文献１には、粗大擬似粒子（すなわち、粒径の大きな擬似粒子）の混合による生産率の上昇と成品歩留りの低下が示されている。そして、粗大擬似粒子の混合により、粗大粒子の周囲に充填密度の低い領域が形成され、通気性が向上して焼成速度が上昇することが指摘されている。
【００１５】
また、本発明者らは先に、特許文献２において、粒径が５〜４０ｍｍの褐鉄鉱を配合して焼結原料充填層の通気性を向上させ、焼結鉱の生産性を改善する方法を提案した。
【００１６】
さらに、特許文献３には、焼結原料中に生ペレットを最高８０質量％混入し、焼結機で焼成することにより焼結鉱とする方法が開示されている。従来、ペレット内での水蒸気の急激な膨張によるバースティングを防止するため、ペレット原料粉中の微粉原料の配合比率を３０〜７０％に抑えることにより、ペレット内での水蒸気の拡散が円滑に進行するように配慮されていた。これに対して、同文献に開示された方法では、生ペレットを焼結原料中に混合することにより、バースティングを生じた場合であっても、ペレット片を焼結鉱と融着させることが可能となり、ペレット原料中の微粉の配合比率の制約を取り除くことができるというものである。また、ペレットの乾燥工程、焼成工程を焼結機に集約できるので、燃料原単位を低減することができるほか、混入したペレットが通気性の改善効果をもたらすので、生産性を向上することができるとされている。
【００１７】
また、特許文献４には、予め無煙炭を５〜４０ｍｍの粒径に造粒した後、微粉鉱石と融点調整材および結合材を混合した微粉原料で被覆造粒して焼結機に装入し、微粉コークスを製造するとともに、通気性を阻害することなく微粉鉱石を多量使用する焼結鉱の製造方法が開示されている。
【００１８】
一方、成品歩留り低下の防止手段として、燃料である粉コークスの配合量を増加させて原料充填層内の最高温度を上昇させる方法や、原料層厚を増大させてその蓄熱効果により高温保持時間を延長する方法が公知である。
【００１９】
前記非特許文献１にも、粉コークスの配合量を増加させることにより、粗大粒子の配合による成品歩留りの低下が抑制されることが記載されている。特許文献２には、具体的な説明はないものの、塊鉱の配合時には粉コークス量を増加することが記載されている。また、特許文献３にも、生ペレットの加熱、焼成のために、焼結原料の焼成に必要な粉粒状固体燃料の他に、ペレット質量の３〜５％の粉粒状固体燃料を添加する必要があり、その添加量が３％以下では未焼成部や未溶融部が発生し、他方、５％以上では焼結原料の溶融部が過剰になるとの記載がある。
【００２０】
そして、粗大擬似粒子の製造方法としては、例えば、特許文献３にて開示されているペレットの処理方法のほか、特許文献５には、粉鉱石を篩分機により篩い分けた後、篩下の鉱石を高速攪拌ミキサーなどの混練機により水を添加しながら混練し、パンペレタイザーなどの造粒機を用いて直径２〜５ｍｍに造粒し、ドラムミキサーにより篩上粉鉱石やその他の焼結原料と混合し造粒する方法が開示されている。また、特許文献６には、シンターフィードをペレットフィードに置換した焼結原料を焼結する際に、シンターフィードにベントナイトおよび水を添加して粒径２〜７ｍｍのミニペレットとし、残りの原料と混合あるいは混合造粒する方法が開示されている。
【００２１】
さらに、特許文献７には、１次ミキサーの手前に設置された配合槽に装入する前にあらかじめ水分およびバインダーを添加して造粒する方法が、また、特許文献８には、ダイスを備えた押出成型器で押出成形する方法が、そして、特許文献４には、前述のとおり無煙炭を造粒し、微粉鉱石、融点調整材及び結合材を混合した微粉原料で被覆造粒する方法が開示されている。
【００２２】
しかしながら、いずれの方法も、焼結鉱の生産性を向上させ、かつ焼結鉱成品の歩留りを確保できる十分な技術とはいい難く、これらを両立させるためには、なお解決されねばならない課題が残されている。
【００２３】
【特許文献１】特開平９−１８４０２２号公報（特許請求の範囲および段落［００１２］〜［００１７］）
【特許文献２】特開２００３−１１３４２６号公報（特許請求の範囲、段落［００１２］および［００１３］）
【特許文献３】特開平５−２８７３９１号公報（特許請求の範囲、段落［０００４］および［０００６］）
【特許文献４】特開平８−１９９２５０号公報（特許請求の範囲、段落［００１１］〜［００１５］）
【特許文献５】特開昭６０−１３８０２０号公報（特許請求の範囲など）
【特許文献６】特開昭６１−２１３３２８号公報（特許請求の範囲など）
【特許文献７】特公昭５９−３３６４６号公報（特許請求の範囲および第２欄３４行〜第３欄１１行）
【特許文献８】特開２００５−２９０５２５号公報（特許請求の範囲など）
【非特許文献１】上城親司、松村勝、川口尊三：ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ  Ｖｏｌ．１７（２００４）５８６〜５８９頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
上述のとおり、従来技術においては下記の問題が残っている。すなわち、(1)特許文献１に開示されたように、通気板を用いて原料堆積層に通気溝を形成する機械的な通気性の改善では、成品歩留りが低下しやすく、また装置の保守管理工数も増大する。(2)非特許文献１、特許文献２、特許文献３などに開示された粗大粒子の混合による通気改善方法においても、成品歩留りの低下は避けられず、その対策が必要である。(3)微粉コークスの回収を目的とする特許文献４に開示された技術では、焼結原料中に混合したペレットから粉コークスを回収せねばならないことから、一旦形成された粉鉱石による被覆層を高炉装入物として利用することができず、したがって、成品歩留りが低下することは避けられない。
【００２５】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、原料の一部を粗大化するとともに原料充填層の層厚を調整し、さらに粗大化した粒子の粒子径および混合比率を適正化することにより、生産性の向上と成品歩留りの維持とを両立させることのできる焼結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】
【００２６】
本発明者らは、上述の課題を解決するために、種々の試験および検討を行い、機械的な空隙率の制御によるのではなく、原料の一部を粗大化することにより通気性を向上させ、かつ原料充填層の層厚、粗大化した粒子の粒子径および混合比率を適正化することにより成品歩留りを確保できる方法を見出した。
【００２７】
本発明によれば、粗大粒子を混合することにより得られる高い生産率を確保したままで、従来技術では実現できなかった成品歩留りの維持をも達成することができる。また、原料充填層の層厚を上昇させて成品歩留りを向上させる場合に避けられない生産率の低下を回避することもできる。原料の造粒を適正化するとともに粗大化した造粒後の粒子の混合比率を適正化することにより通気性を改善するので、設備の保守管理の問題が回避され、高い設備稼働率を維持することができる。なお、粉コークスの配合量増加による成品歩留り低下防止対策を採用しないのは、昨今のＣＯ2排出規制を考慮したからである。
【００２８】
本発明者らは、さらに、生産率向上手段および成品歩留り向上手段の作用およびそのメカニズムについて、下記の（ａ）〜（ｃ）の知見を得て、本発明を完成させた。
【００２９】
（ａ）生産率向上の手段として、焼結原料充填層の通気性の向上が有効である。その理由は、焼結原料充填層中の通気性が向上すると、燃焼帯の降下速度が速くなり、焼結時間が短縮されるからである。一方、成品歩留りの向上手段としては、焼結原料充填層の層厚の上昇が有効である。層厚の上昇により原料充填層内に蓄積される熱量が増加するので、１０００℃以上に保持される時間が長くなり、焼結化反応が促進されて、強固な焼結ケーキが製造されるからである。
【００３０】
（ｂ）しかし、これらの改善手段には、それぞれ下記の欠点がある。
【００３１】
１）通気性を向上させることにより焼成速度を増加させた場合には、燃焼帯の到達により層内の温度が１０００℃以上に上昇しても、すぐに燃焼帯が通過し、冷却が開始されるので、十分な焼結時間を確保することができず、強固な焼結組織が形成されにくくなる。
【００３２】
２）一方、原料充填層の層厚を上昇させると、充填層内の通気抵抗が増加するので、通気性が低下し、焼成速度は遅くなる。また、層内温度の上昇は層内を通過するガスの流速増加を招き、層内の圧力損失が上昇して通気性が低下し、燃焼帯の降下速度が遅くなる。
【００３３】
３）上記１）および２）にて述べたとおり、生産率の上昇と成品歩留りの向上とは、通気性を介して相反することから、両立し難い。通気性の向上は、１０００℃以上の保持時間を短縮することとなり、一方、通気性の低下は、焼結時間を延長することとなるからである。
【００３４】
（ｃ）そこで、本発明者らは、粗大擬似粒子（すなわち、粒径の大きな擬似粒子）を混合することにより、高い生産性と高い成品歩留りとを両立させるという全く新しい着想に基づき、上記課題を解決した。その着想とは、粒径が３ｍｍ以上の粗大擬似粒子によって原料充填層の通気性を改善し、かつ粗大擬似粒子を少なくとも上記粗大擬似粒子の粒径またはそれ以上の粒径の焼結鉱として回収することにより、高い成品歩留りを確保するという方法である。
【００３５】
１）粗大擬似粒子を混合することにより良好な通気性のもとに焼結化を行った後、これを高炉に装入するに当たり、焼結鉱の粒径以上のサイズに造粒した擬似粒子がそのままの粒径で、またはそれ以上の粒径で焼結鉱成品として回収使用できれば、焼結鉱の成品歩留りの低下も抑制される。さらに、粗大擬似粒子の周囲に存在する擬似粒子が、粗大擬似粒子の混合前と同じ比率で５ｍｍ以上の焼結鉱として回収されれば、高い成品歩留りを確実に維持することができる。
【００３６】
２）高い成品歩留りを維持するためには、粗大擬似粒子とその周囲の擬似粒子とが十分に焼結するための温度および時間を確保する必要があり、これらの確保のために原料充填層の層厚を上昇させる。粗大擬似粒子によって得られた通気性の改善分を損なわない範囲内での層厚の上昇限界と、成品歩留りが過度に低下しないための層厚の下限とをそれぞれ把握できれば、高い生産率と高い成品歩留りとの両立が可能である。
【００３７】
３）後に詳述する調査試験の結果、高い生産率と成品歩留りとを両立することが可能な原料充填層の層厚の範囲は、５３０〜７３０ｍｍであることが判明した。また、粗大擬似粒子の粒径の適正範囲は３ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、粗大擬似粒子の混合比率の適正範囲は全配合原料の２２質量％以下であることも判明した。なお、粗大擬似粒子の混合比率は６質量％以上とすることが好ましい。
【００３８】
本発明は、上記の知見に基いて完成されたものであり、その要旨は、下記の焼結鉱の製造方法にある。すなわち、
「褐鉄鉱を含む鉄鉱石原料、副原料、石灰石、返鉱および凝結材を含む配合原料を造粒した後に焼結機のパレット上に供給して焼成する焼結鉱の製造方法において、前記配合原料の一部を、残りの配合原料を造粒してできる造粒後の粒子よりも粒子径の大きな３ｍｍ以上、２０ｍｍ以下の粒子径となるように別系統で造粒した後、前記残りの配合原料を造粒してできた造粒後の粒子と前記粒子径の大きな造粒後の粒子とを、全配合原料に占める前記粒子径の大きな造粒後の粒子の混合比率が２２質量％以下となるように混合し、焼結機パレット上に、配合原料充填層の層厚が５３０ｍｍ以上、７３０ｍｍ以下となるように装入して焼成することを特徴とする焼結鉱の製造方法。」である。
【００３９】
本発明において、「褐鉄鉱」とは、結晶水を多く含有する鉄鉱石を意味し、例えばピソライト鉱、マラマンバ鉱が該当する。これらの構成は結晶水を５．０質量％以上含有している。
【００４０】
「副原料」とは、蛇紋岩、珪石などの造滓成分を含む原料を意味し、また、「凝結材」とは、粉コークス、粉石炭などを意味する。また、配合原料中には、その他、高炉ダストなどの雑原料を配合してもよい。
【００４１】
「原料充填層の層厚」とは、焼結機パレットのグレートの表面から焼結原料充填層の上部表面までの距離を意味し、グレート上に配置された床敷焼結鉱と、床敷焼結鉱の上部に装入された擬似粒子群からなる充填層の層高をいう。
【００４２】
また、粒径（粒子の直径）を表す「ｍｍ」とは、篩目の代表径を意味する。例えば、粒径が２０ｍｍ以下の粒子とは、篩目が２０ｍｍの篩で篩ったときの篩下の粒子径を意味し、粒径が３ｍｍ以上２０ｍｍ以下の粒子とは、篩目が２０ｍｍの篩で篩ったときの篩下の粒子径を有し、かつ、篩目が３ｍｍの篩いで篩ったときの篩上の粒子径を有する粒子を意味する。
【００４３】
本明細書の説明において、「造粒後の粒子」を「擬似粒子」とも記し、また、「粒径の大きな造粒後の粒子」を「粗大擬似粒子」とも記す。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の方法によれば、焼結原料の充填層中に適正な粒子径を有する粗大擬似粒子を適正な混合比率で混合するとともに原料充填層の層厚の最適化操作を行うので、粗大粒子の混合による生産率の向上効果を確保したままで、かつ、従来技術では実現できなかった高い成品歩留りを達成することができる。また、原料の造粒および粗大擬似粒子の混合比率を適正化することにより通気性を改善するので、通気性制御板を使用して通気溝を形成する方法などの場合に発生する設備の保守管理の問題が回避され、高い設備稼働率を維持することができる。したがって、本発明は、高い生産性と良好な成品歩留りとを両立させることのできる焼結鉱の製造方法として、製銑原料製造工程において広く適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
前記のとおり、本発明は、褐鉄鉱を含む鉄鉱石原料、副原料、石灰石、返鉱および凝結材を含む配合原料を造粒した後に焼結機のパレット上に供給して焼成する焼結鉱の製造方法において、配合原料の一部を、残りの配合原料を造粒してできる造粒後の粒子よりも粒子径の大きな３ｍｍ以上、２０ｍｍ以下の粒子径となるように別系統で造粒した後、前記残りの配合原料を造粒してできた造粒後の粒子と前記粒子径の大きな造粒後の粒子とを、全配合原料に占める前記粒子径の大きな造粒後の粒子の混合比率が２２質量％以下となるように混合し、焼結機パレット上に、配合原料充填層の層厚が５３０ｍｍ以上、７３０ｍｍ以下となるように装入して焼成する焼結鉱の製造方法である。以下に、本発明の方法について、試験結果を交えてさらに詳細に説明する。
【００４６】
（１）粗大擬似粒子混合時の生産率および成品歩留りに及ぼす原料層厚の効果
（１）−１  粗大擬似粒子混合による効果確認の試験方法
焼結原料中に粗大擬似粒子を混合した場合の生産率および成品歩留りに及ぼす原料充填層の層厚の効果を、焼結鍋試験により確認した。
【００４７】
表１に、鍋試験の配合条件および原料の充填層厚を示す。
【００４８】
【表１】
2008057028.tif 000003
【００４９】
未篩いおよび未乾燥のマラマンバ粉鉱と高炉ダストとを、表１中の粗大擬似粒子の欄に記載された混合比率で混合し、高速攪拌ミキサー（商品名：アイリッヒミキサー）を用いて水と混練した後、パンペレタイザーを用いて造粒した。図１は、上記のようにして得られた粗大擬似粒子の粒度分布を示す図である。
【００５０】
次に、表１中の粉体原料の欄に記載された原料を、記載どおりの混合比率になるように秤量採取し、ドラムミキサーにより造粒した。造粒された粉体原料と前記粗大擬似粒子とをバットに入れ、手作業により混合した。このときの粗大擬似粒子の混合比率は、表１に示されるとおり、全配合原料の０質量％または２１．４質量％とした。上記の工程は、焼結工場において、ヤードから搬送された粉鉱石を、高速攪拌ミキサーにより水と混練後、パンペレタイザーにより造粒し、別系統において造粒された粗大擬似粒子以外の原料と、サージホッパーに至る搬送過程において、混合されることをシミュレートした試験である。
【００５１】
この粗大擬似粒子を混合した配合原料を、高さが７５０ｍｍで内径が３００ｍｍの焼結鍋試験装置に装入し、鍋試験に供した。鍋試験では、鍋下圧力を約２０ｋＰａとして吸引しながらＬＰＧバーナーにより１分間着火後、鍋下圧力を９．８ｋＰａで一定として焼成を行い、排ガス温度が最高温度に到達してから３分後に吸引を停止し、試験を終了した。
【００５２】
試験終了後、焼結ケーキを直ちに鍋試験装置から取り出し、焼結ケーキの温度が室温に低下するまで放冷した。冷却完了後に、製造された焼結ケーキを２ｍの高さから４回落下させた後に、篩目が５ｍｍの篩により篩ってその篩上の質量を測定し、成品歩留りおよび生産率を求めた。ここで、生産率とは、５ｍｍの篩で篩った篩上の質量を、焼結機の有効面積および焼結時間で除した値を意味し、下記式（１）により算出される。なお、鍋試験の場合には、焼結機の有効面積として焼結鍋の横断面積を使用した。また、成品歩留りは、上述の５ｍｍ篩で篩った篩上の焼結鉱の質量を元の焼結ケーキの質量により除し、下記（２）式を用いて百分率で評価した。
【００５３】
生産率（ｔ／ｍ2／ｄ）＝［粒径が５ｍｍ以上の焼結鉱の質量（ｔ）／｛焼結機の有効面積（ｍ2）×焼結時間（分）｝］×６０×２４    ・・・・（１）
成品歩留り（質量％）＝｛粒径が５ｍｍ以上の焼結鉱の質量（ｔ）／焼結ケーキの質量（ｔ）｝×１００                                ・・・・（２）
粗大擬似粒子を混合せずに層厚を５００ｍｍとして行った比較例についての試験である試験番号１の生産率および成品歩留りを１００％としたときの、各試験における生産率および成品歩留りを、相対生産率および相対成品歩留りとして指標化した。そして、上記相対生産率が１０２％以上で、かつ相対成品歩留りが９６％以上の場合を、本発明の効果有りと判断した。
【００５４】
相対生産率が１０２％以上を効果有りとした理由は、鍋試験におけるデータの変動を考慮すると、鍋試験において上記程度の成績を達成できれば、実機焼結機においても効果があるとの経験則に基づいている。また、相対成品歩留りが９６％以上の場合を効果有りとしたのは、生産率の上昇にともなう成品歩留りの低下を容認できる限界が、過去の経験から９６％であるからである。すなわち、生産率が高い場合であっても、成品歩留りが低い場合には、成品焼結鉱の平均粒径が低下する場合が多い。焼結鉱の粒径の低下は、高炉内の通気性に悪影響を及ぼす可能性があるので、焼結鉱の成品歩留りが過度に低下する状態は避けるべきである。そこで、本発明では、相対成品歩留りの下限値を９６％とした。
【００５５】
（１）−２  原料充填層の適正層厚
図２は、上記の試験により得られた相対生産率および相対成品歩留りに及ぼす原料充填層の層厚の効果を示す図である。同図において、試験番号４は、本発明例についての試験であり、試験番号１〜３および５は、比較例についての試験である。
【００５６】
比較例の試験である試験番号１（図中の○印）は、前述したベース条件の試験である。比較例の試験である試験番号２（図中の□印）は、粗大擬似粒子を混合せずに、原料充填層の層厚を６２５ｍｍに上昇させた試験である。前記した生産率および成品歩留りに及ぼす原料層厚の効果のとおり、相対成品歩留りは１０１％弱にまで上昇する一方、相対生産率は９５％にまで低下した。また、原料充填層の層厚を５００ｍｍとしたままで、粗大擬似粒子を混合した比較例の試験である試験番号３（図中の●印）では、相対生産率は１４０％にまで大幅に向上したが、相対成品歩留りは９６％以下にまで低下した。
【００５７】
そこで、原料充填層の層厚を６００ｍｍに上昇させた本発明例の試験である試験番号４の試験（図中の■印）を行ったところ、相対生産率は１２６％に上昇し、相対成品歩留りも９７．５％を達成できた。さらに、原料充填層の層厚を７５０ｍｍにまで上昇させた比較例についての試験である試験番号５（図中の▲印）を行ったところ、相対成品歩留りは１０２％を達成できたが、相対生産率は９６％にまで低下した。
【００５８】
これら一連の試験から、粗大擬似粒子を混合した場合、原料充填層の層厚の上昇に伴い、相対生産率は直線的に低下し、また、相対成品歩留りは直線的に増加することが判明した。この現象は、粗大擬似粒子の混合により通気性が向上した分を、原料充填層の層厚を上昇させて通気抵抗を増加させ、焼成速度の過度の上昇を抑制したことに起因して、単位層厚当たりの通気抵抗の上昇量とそれに伴う焼成速度の低下量とがバランスしていることを示している。したがって、原料充填層の層厚が５３０ｍｍのとき、相対生産率が１３５％に改善され、かつ相対成品歩留りは９６％が確保される。また、同層厚が６７５ｍｍのときには、生産率が１１０％に改善され、かつ相対成品歩留りは１００％に改善されることがわかる。
【００５９】
すなわち、粗大擬似粒子の混合と原料充填層の層厚の上昇を同時に行うことにより、成品歩留りを維持した上で高い生産率を達成できていることが明らかになった。また、上記結果から、原料充填層の層厚を７３０ｍｍに上昇させたときには、相対生産率が１０２％となる。これは、本発明において、粗大擬似粒子の混合による原料充填層の通気性の改善量が原料充填層の層厚の上昇によって完全に相殺されるときの同層厚が７３０ｍｍであることを意味している。
【００６０】
以上の試験結果および考察より、本発明の効果が得られる原料充填層の適正層厚は５３０ｍｍ以上、７３０ｍｍ以下の範囲であり、好適範囲は６７５ｍｍ以上、７３０ｍｍ以下であることが確認された。
【００６１】
なお、本発明と同様の効果は、例えば、特許文献１として示したように、機械的手段によりに原料充填層に通気溝を形成する方法によっても可能と推察される。しかし、機械的手段による通気性の改善方法を採用する限り、前記のとおり、通気性制御板などの装置への原料の付着は避けられず、焼結原料充填層内のガス流分布を均一に保持するための設備保守が必要となる。これに対して、本発明はこのような設備保守の工数を全く要することなく、安定的に高い設備稼働率を維持することができる点で優れている。
【００６２】
（２）粗大擬似粒子の形成および適正粒子径
（２）−１  擬似粒子の形成
本発明において、粗大擬似粒子を構成する原料としては、粒度構成の中で微粉の比率が高いマラマンバ粉鉱を使用することが好ましい。また、粗大擬似粒子の配合による通気性の改善の結果、１０００℃以上の保持時間が短縮されても、粗大粒子が十分に焼結されるように、粉コークスや炭素含有ダストなどの炭素源を配合するのがよい。配合するＣ含有量は、本発明者らによる試験の結果、粗大擬似粒子の１〜２質量％で十分であることが確認された。また、カルシウムフェライトを生成させるために、石灰石などのＣａＯ源を配合してもよい。
【００６３】
上記の粗大擬似粒子の形成方法については特に規定しないが、一般に用いられる皿形造粒機による造粒方法、前記特許文献８に開示されたような押出成形機またはブリケットマシンを用いたブリケットの製造方法などを採用すればよい。また、特許文献７に示されたように、原料が１次ミキサーの手前に設置された配合槽に装入される前に、予め水分およびバインダーを添加して造粒する方法を用いてもよいし、特許文献４に記載されているような融点調整材や結合材を使用してもよい。しかし、特許文献４に記載されているように予め無煙炭を造粒しておく必要はない。
【００６４】
また、水分およびバインダーを添加後、野積みしている間に固化させ、それを粗粉砕して使用してもよい。さらに、山元（鉱山）において水分およびバインダーを添加し、輸送中の船内で固化させるような手段を採用すれば、製鉄所内で養生に必要な時間を確保する必要がなく、効率的である。なお、粗大擬似粒子を形成させる代わりに、特許文献２に開示されたように塊鉱石を配合しても、本発明で得られる生産性の改善効果と同様の効果を得ることができる。しかし、特許文献２に開示された発明では、高炉に直接装入するよりも、焼結機に装入する方がコスト的に有利である塊鉱石を安定して確保する必要があり、鉱石の需給動向によっては経済的に不利になる場合も予想される。したがって、今後の鉱石の需給バランス上その増加が見込まれる褐鉄鉱粉鉱を造粒して粗大擬似粒子を形成する本発明の方法による方が、経済性の面においても有利である。
【００６５】
また、前記の試験で示したとおり、本発明の効果を得るに際して、粉鉄鉱石を篩い分ける必要がない。つまり、本発明の方法は、ペレットを使用する特許文献３や、粉鉱石の篩下を使用して２〜５ｍｍの擬似粒子を製造する特許文献５に記載された方法のように、粉鉱石の篩い分け工程が必要な他の方法に比べて、工程が省略された簡素なプロセスであることにおいても利点を有する。
【００６６】
（２）−２  粗大擬似粒子の適正粒子径
焼結原料中に混合する粗大擬似粒子の粒子径が生産率および成品歩留りに及ぼす効果について、同様の鍋試験を行って確認した。
【００６７】
表２に、粗大擬似粒子の粒径をはじめとする鍋試験の配合条件および原料の充填層厚を示す。
【００６８】
【表２】
2008057028.tif 000004
【００６９】
粗大擬似粒子を篩い分け、粗大擬似粒子の混合比率は２１．４質量％で一定として、種々の粒径の粗大擬似粒子を混合した配合原料を作製し、これらの配合原料を用いて鍋試験を実施した。なお、鍋試験は、前記（１）−１にて述べたのと同様の方法により行い、相対生産率および相対成品歩留りを比較した。同表において、試験番号７〜１１は、本発明例についての試験であり、試験番号６は、比較例についての試験である。
【００７０】
図３は、相対生産率および相対成品歩留りに及ぼす配合原料中の粗大擬似粒子の粒径の効果を示す図である。
【００７１】
同図の結果によれば、相対生産率は、粗大擬似粒子の粒径（粒度範囲）が８〜１０ｍｍにおいて最大となり、粒子径が５〜８ｍｍ以上の範囲では、相対生産率はほぼ一定となった。また、相対成品歩留りは、粗大擬似粒子径が３〜２０ｍｍの範囲で９６％以上を示し、粗大擬似粒子径が５〜１５ｍｍの範囲で９９％以上を示した。  
粗大擬似粒子の粒径が１５〜２０ｍｍの範囲で相対成品歩留りが９６％まで低下した理由は、原料充填層の通気性の向上によって焼成速度が上昇し、充填層が１０００℃以上に保持される時間が短くなったことにより、十分に焼結されずに焼結ケーキが焼結鍋から排出されたためである。さらに、粒子径が２０ｍｍ以上の粗大擬似粒子を混合した場合には、相対成品歩留りは、さらに９６％未満に低下するものと推測される。一方、粗大擬似粒子の粒径が３ｍｍ未満において相対成品歩留りが９６％未満に低下したのは、粗大擬似粒子の周囲に相対的に粒径の小さい擬似粒子が緻密に配置した結果、空隙率が低下し、焼成が阻害されて、相対成品歩留りが低下したことによると推察される。
【００７２】
上記の試験結果およびそれに基づく考察により、本発明における粗大擬似粒子の適正粒径の範囲は３ｍｍ以上、かつ２０ｍｍ以下であることが確認された。また、好ましい粒径の範囲は５ｍｍ以上、１５ｍｍ以下である。
【００７３】
（３）粗大擬似粒子の適正混合比率
さらに、原料中に混合する粗大擬似粒子の混合比率が生産率および成品歩留りに及ぼす効果について、同様の鍋試験を行って確認した。
【００７４】
表３に、粗大擬似粒子の混合比率をはじめとする鍋試験の条件を示した。
【００７５】
【表３】
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【００７６】
表３に示されるとおり、粗大擬似粒子の混合比率変更試験では、粒径（粒度範囲）が１５〜２０ｍｍの粗大擬似粒子を、混合後の全原料質量に対する混合比率が２１〜３６質量％程度となるように混合し、鍋試験を行った。鍋試験の方法は、前述の方法と同様である。
【００７７】
図４は、相対生産率および相対成品歩留りに及ぼす配合原料中の粗大擬似粒子の混合比率の効果を示す図である。同図の結果によれば、相対生産率は、粗大擬似粒子の混合比率が２８．６質量％のときに最大値を示した。一方、相対製品歩留りは、粗大擬似粒子の混合比率が２２質量％を超えて高くなると、急激に低下することが判明した。
【００７８】
粗大擬似粒子の混合比率が２２質量％を超えると相対成品歩留りが低下する理由は、粗大擬似粒子の混合比率が上昇しすぎて通気性の向上が過剰となった結果、原料充填層内の温度が１０００℃以上に保持される十分な時間が確保できなくなり、充填層の層内で未焼成の部分が増加したためである。また、粗大擬似粒子の混合比率が３５．９質量％で相対生産率が低下したのは、通気性の向上により焼成時間は短縮できたものの、上述の相対成品歩留りの低下による粒径５ｍｍ以上の焼結鉱生産量の低下が優勢に作用したことによると推察される。
【００７９】
上記の試験結果および考察によれば、本発明における粗大擬似粒子の混合比率の適正範囲は２２質量％以下である。また、粗大擬似粒子の混合比率は、６質量％以上とすることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の方法によれば、焼結原料の充填層中に適正な粒子径を有する粗大擬似粒子を適正な混合比率で混合するとともに原料充填層の層厚の最適化操作を行うので、粗大粒子の混合による生産率の向上効果を確保したままで、かつ、従来技術では実現できなかった高い成品歩留りの維持を達成することができる。また、原料の造粒および粗大擬似粒子の混合比率を適正化することにより通気性を改善するので、通気性制御板を使用して通気溝を形成する方法などの場合に発生する設備の保守管理の問題が回避され、高い設備稼働率を維持することができる。したがって、本発明の方法は、高い生産性と良好な成品歩留りとを両立させることのできる焼結鉱の製造方法として、製銑原料製造分野において広範に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】試験に用いた粗大擬似粒子の粒度分布を示す図である。
【図２】相対生産率および相対成品歩留りに及ぼす原料充填層の層厚の効果を示す図である。
【図３】相対生産率および相対成品歩留りに及ぼす配合原料中の粗大擬似粒子の粒径の効果を示す図である。
【図４】相対生産率および相対成品歩留りに及ぼす配合原料中の粗大擬似粒子の混合比率の効果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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