(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造本番である生産段階の前に行う、シミュレーションである試験段階において得られた、
鉄鋼業で発生するスケール粉に鉄鉱石だけを混合したものに対して、水分を加えて撹拌しつつ混練した後、略円柱状に成形する試験予備造粒工程によって形成された第一核と、
鉄鉱石と、石灰石，マグドロ，珪石粉といった副原料と、炭材を、水を添加しながら混合する試験本造粒工程によって前記第一核の周囲に鉄鉱石と、石灰石，マグドロ，珪石粉といった副原料と、炭材を付着させて形成される第一被覆部と、からなる略円柱状のタブレットを、焼結処理して形成される試験片に関する、
前記タブレットを焼結処理した際に前記第一核と前記第一被覆部との境界近傍から生じる融液の前記第一核内側への浸透距離が所定長さ以下となる、前記試験予備造粒工程及び前記試験本造粒工程における鉄鉱石の種類の組合せ及びスケール粉と鉄鉱石の配合比率の中からスケール粉の量が最大となるものを選んで、
前記生産段階における、
スケール粉に鉄鉱石だけを混合したものに対して、水分を加えて撹拌し造粒する生産予備造粒工程によって形成された第二核と、
鉄鉱石と、石灰石，マグドロ，珪石粉といった副原料と、炭材を、水を添加しながら混合する生産本造粒工程によって前記第二核の周囲に鉄鉱石と、石灰石，マグドロ，珪石粉といった副原料と、炭材を付着させて形成される第二被覆部と、からなる造粒物を、焼結処理して形成される焼結鉱に関する、
前記生産予備造粒工程及び前記生産本造粒工程における鉄鉱石の種類の組合せ及びスケール粉と鉄鉱石の配合比率に採用することを特徴とする焼結鉱の材料配合決定方法。
【請求項２】
前記第一核に対する前記第一被覆部の割合を、前記第二核に対する前記第二被覆部の割合よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱の材料配合決定方法。
【請求項３】
前記試験片よりも靱性の高い高靱性材で前記試験片の周囲を覆い、前記高靱性材で覆われた前記試験片を切断して前記融液の浸透距離を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の焼結鉱の材料配合決定方法。
【請求項４】
前記所定長さを０．６ｍｍとしたことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の焼結鉱の材料配合決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼業で発生するスケール粉を有効利用する為の焼結鉱の材料配合決定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、焼結鉱の生産は、鉄鉱石や石灰石といった焼結用原料と炭材をミキサー内で水分を添加しながら混合・造粒後、造粒物を焼結機のパレット上に装入して形成された焼結原料層内に存在する炭材に点火して、下向きに空気を吸引することで上層から下層に順次焼結原料を凝結（焼結）するようにして行われる。
【０００３】
このうち、製鋼・圧延スケール等のスケール粉が焼結用原料として使用される場合があった。これは、スケール粉に含まれる鉄分をリサイクルすることができるとともに焼結過程での酸化熱を利用して炭材の代替凝結源とすることができ、さらに炭材の代替による焼結排ガス中のＮＯxを削減することができるからである。
しかし、スケール粉を多量に使用するとその濡れ性が悪いためその他の焼結用原料との混合・造粒時の造粒性の低下を招き、焼結機パレット上の焼結原料層の通気性を悪くする。その結果、不均一焼成により歩留りが悪化し、さらに焼結時間が長くなり、焼結鉱の生産性を低下させるといった問題があった。そのため、スケール粉を多量に使用することは積極的には行われていなかった。
【０００４】
一方、鉄鉱石においてはＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3等の脈石成分が近年高くなり、焼結鉱の脈石（スラグ）量が増加傾向となったが、高炉操業の側面からは、省エネルギー、省ＣＯ2排出量の観点から還元材比の削減が喫緊の課題となり、その手段として焼結鉱のスラグ量削減の要求が強くなってきた。
【０００５】
そこで、本発明者は、焼結鉱のスラグ量削減策として高鉄分で低ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3の原料であるスケール粉を炭材の代替ではなく、鉄鉱石の代替原料として使用することに着目した。
【０００６】
なお、スケール粉と微粉ダストとを他の焼結用原料と分別して事前に造粒し、得られた造粒物と焼結用原料とを混合，造粒して焼結させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。これによれば、安価なスケール粉をリサイクルすることができる。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の発明は、スケール粉に混合される微粉ダストについては、ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3の含有率の高いものが使用されるためスラグ量の削減に逆行するものである。
また、スケール粉と微粉ダストを混合したものの配合率は、特許文献１に記載された表１から８％であることがわかるが、それ以上に多量に配合する点については記載されていない。
さらに、スケール粉は微粉ダストと混合されるが鉄鉱石と混合されるものではない。
【０００８】
ここで本出願人は、図９に示すような、造粒物を焼結処理する焼結工程の前に通常処理として行われる本造粒工程のさらに事前の処理として予備造粒を行う発明に関して既に特許出願を行っている（特許文献２参照）。
この発明によれば、予備造粒を行わない従来の方法よりも、多くのスケール粉を使用しつつ生産率を高くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２０８１９号公報
【特許文献２】特開２０１４−８４４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献２に記載の発明であっても、材料の産出地等が常に一定ではないので、材料の産出地等が変わるたびに、どのような材料の配合割合とすれば多量にスケール粉をリサイクルしつつ生産率を落とさなくて済むのかを試行錯誤して決定しているのが現状である。
【００１１】
そこで、本発明の目的とするところは、スケール粉を多量に再利用しつつ焼結鉱の生産性を低下させることのない焼結鉱の材料の配合を簡易かつ正確に決定する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の焼結鉱の材料配合決定方法は、製造本番である生産段階の前に行う、シミュレーションである試験段階において得られた、
鉄鋼業で発生するスケール粉に鉄鉱石だけを混合したものに対して、水分を加えて撹拌しつつ混練した後、略円柱状に成形する試験予備造粒工程によって形成された第一核（１１）と、
鉄鉱石と、石灰石，マグドロ，珪石粉といった副原料と、炭材を、水を添加しながら混合する試験本造粒工程によって前記第一核（１１）の周囲に鉄鉱石と、石灰石，マグドロ，珪石粉といった副原料と、炭材を付着させて形成される第一被覆部（１２）と、からなる略円柱状のタブレット（１０Ａ）を、焼結処理して形成される試験片に関する、
前記タブレット（１０Ａ）を焼結処理した際に前記第一核（１１）と前記第一被覆部（１２）との境界近傍から生じる融液の前記第一核（１１）内側への浸透距離（Ｄ）が所定長さ以下となる、前記試験予備造粒工程及び前記試験本造粒工程における鉄鉱石の種類の組合せ及びスケール粉と鉄鉱石の配合比率の中からスケール粉の量が最大となるものを選んで、
前記生産段階における、
スケール粉に鉄鉱石だけを混合したものに対して、水分を加えて撹拌し造粒する生産予備造粒工程によって形成された第二核と、
鉄鉱石と、石灰石，マグドロ，珪石粉といった副原料と、炭材を、水を添加しながら混合する生産本造粒工程によって前記第二核の周囲に鉄鉱石と、石灰石，マグドロ，珪石粉といった副原料と、炭材を付着させて形成される第二被覆部と、からなる造粒物を、焼結処理して形成される焼結鉱に関する、
前記生産予備造粒工程及び前記生産本造粒工程における鉄鉱石の種類の組合せ及びスケール粉と鉄鉱石の配合比率に採用することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２に記載の焼結鉱の材料配合決定方法は、前記第一核（１１）に対する前記第一被覆部（１２）の割合を、前記第二核に対する前記第二被覆部の割合よりも大きくしたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に記載の焼結鉱の材料配合決定方法は、前記試験片（１０）よりも靱性の高い高靱性材で前記試験片（１０）の周囲を覆い、前記高靱性材で覆われた前記試験片（１０）を切断して前記融液の浸透距離（Ｄ）を測定することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４に記載の焼結鉱の材料配合決定方法は、前記所定長さを０．６ｍｍとしたことを特徴とする。
【００１６】
ここで、上記括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に掲載された対応要素または対応事項を示す。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１に記載の焼結鉱の材料配合決定方法によれば、試験段階において得られた試験片に関する、融液の浸透距離が所定長さ以下となる試験予備造粒工程及び試験本造粒工程における鉄鉱石の種類の組合せ及びスケール粉と鉄鉱石の配合比率の中からスケール粉の量が最大となるものを選んで、生産段階における焼結鉱に関する、生産予備造粒工程及び生産本造粒工程における鉄鉱石の種類の組合せ及びスケール粉と鉄鉱石の配合比率に採用するので、スケール粉を多量に再利用しつつ焼結鉱の生産性を低下させることのない材料の配合を簡易かつ正確に決定することができる。
すなわち、生産段階において試行錯誤して材料の配合を決定する場合には、生産設備の使用等によって生産ラインに大きな影響を与えるが、本発明では試験予備造粒工程及び試験本造粒工程における材料の組合せ及び比率を生産段階において採用できるので、コストの低減及び時間の短縮となる。もちろん、生産段階での再現性も高く、生産段階のシミュレーションとして適している。
【００１８】
また、請求項２に記載の焼結鉱の材料配合決定方法によれば、請求項１に記載の発明の作用効果に加え、第一核に対する第一被覆部の割合を、第二核に対する第二被覆部の割合よりも大きくしたので、試験段階において試験片を切断して融液の浸透距離を測定するときに第一被覆部が崩れ難く、試験片を扱い易い。
【００１９】
また、請求項３に記載の焼結鉱の材料配合決定方法によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用効果に加え、試験片よりも靱性の高い高靱性材で試験片の周囲を覆うので、脆い第一核や第一被覆部を崩さずに試験片を切断して融液の浸透距離を測定でき、簡易かつ正確にシミュレーション可能である。
【００２０】
また、請求項４に記載の焼結鉱の材料配合決定方法によれば、請求項１乃至３に記載の発明の作用効果に加え、所定長さを０．６ｍｍとしたので、スケール粉を１５％と大量に配合してもこの範囲では生産段階においても確実に通気度が高い配合となり、生産性も高く保たれる。
【００２１】
なお、本発明の焼結鉱の材料配合決定方法のように、試験段階での融液の浸透距離に注目して生産段階の材料の組合せ及び比率を決定する点は、上述した特許文献１及び２には全く記載されていない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る試験片（タブレット）を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は図１の試験片（タブレット）を示す平面図であり、（ｂ）は図１の試験片（タブレット）を示す正面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る試験本造粒工程で混合する副原料の配合割合を示す表である。
【図４】（ａ）は焼結前の試験片を示す平面図であり、（ｂ）は焼結前の試験片を示す平面図である。
【図５】本発明の実施形態における第一核の、材料の配合及び鉄鉱石の種類を示す表である。
【図６】図５に示す第一核ごとの融液浸透距離を示す表である。
【図７】本発明の実施形態における融液浸透距離とＪＰＵとの関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態における融液浸透距離と生産率との関係を示すグラフである。
【図９】予備造粒を行う場合の焼結鉱の製造工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１乃至図９を参照して、本発明の実施形態に係る焼結鉱の材料配合決定方法を説明する。
この焼結鉱の材料配合決定方法は、図９に示すように、造粒物を焼結処理する焼結工程Ｚの前に通常処理として行われる造粒工程（本造粒工程）Ｙのさらに事前の処理として予備造粒工程Ｘを実施する方法に適用されるものである。
【００２４】
そして、シミュレーションである試験段階で得られた材料の組合せ及び比率を、製造本番である生産段階における材料の組合せ及び比率とする。
本発明者は、焼結時に生じる融液、つまり鉄含有材料中のＦｅ2Ｏ3と石灰石中のＣａＯが反応して生成されるカルシウムフェライトが内側へ浸透することに伴って通気性が低下する、との予測に基づき、その融液浸透距離Ｄに着目した。
【００２５】
最初に、試験段階（試験方法）について説明する。
ここで形成される試験片１０とは、図１及び図２に示すように第一核１１と第一被覆部１２からなるタブレット１０Ａを焼結鍋で焼結処理したものである。
【００２６】
第一核１１は、鉄鋼業で発生するスケール粉に鉄鉱石だけを混合したもの（あるいはこれらにバインダーとして造粒促進材を混入してもよい）に対して、所定量の水分を加えて高速撹拌ミキサー１０によって高速で撹拌しつつ混練・造粒されてなる。ここでスケール粉に鉄鉱石だけを混合したとは、焼結用原料のなかで一部の鉄鉱石を選択し混合したことを意味する。
この第一核１１を形成する工程を試験予備造粒工程と呼ぶ。
第一核１１は略円柱状であり、第一核１１の直径は５ｍｍ、高さは５ｍｍである。
【００２７】
第一被覆部１２は、試験予備造粒工程で形成された第一核１１と、鉄鉱石，副原料等と炭材をドラムミキサー２０に装入し、水を添加しながらミキサーを転動させて混合して、第一核１１の周囲に鉄鉱石、副原料等と炭材を付着させて形成される。このうち副原料としては図３に示すように石灰石，マグドロ，珪石粉等があげられ、また、凝結用原料の炭材としては、例えば粉コークスがあげられる。
この第一被覆部１２を形成する工程を試験本造粒工程と呼ぶ。
第一核１１と第一被覆部１２からなるタブレット１０Ａは略円柱状であり、タブレット１０Ａの直径は１５ｍｍ、高さは１５ｍｍである。
【００２８】
そして、この第一核１１と第一被覆部１２からなるタブレット１０Ａを焼結鍋にて１３００℃まで昇温し、１３００℃到達後に空冷する（焼結工程Ｚ）。このように図４（ａ）のタブレット１０Ａを焼結処理した際には、図４（ｂ）に示すように第一核１１と第一被覆部１２との境界近傍から融液が生じ、この融液が第一核１１内側へ浸透する。
【００２９】
最後に、試験片１０よりも靱性の高い高靱性材（例えば、合成樹脂）で試験片１０の周囲を覆い、その高靱性材で覆われた試験片１０を切断・研磨して、顕微鏡で観察し、融液の浸透距離Ｄを測定する。図４（ｂ）の矢印で示す長さが融液の浸透距離Ｄである。
合成樹脂で試験片１０の周囲を覆う方法としては、昇温して軟化した合成樹脂を試験片１０に掛ける、若しくは軟化した合成樹脂に試験片１０を浸けることが考えられる。
【００３０】
このような試験を、試験予備造粒工程において第一核１１を形成する際に、図５に示すようにスケール粉と鉄鉱石の配合割合や、鉄鉱石の種類を変更してその七種類に関して融液浸透距離Ｄを比較した。
【００３１】
その結果を図６に示す。
これにより、鉄鉱石の性状によって融液浸透距離Ｄが変化することがわかった。
また、スケール粉単品で第一核１１を形成するよりも、スケール粉と鉄鉱石を混合することで融液浸透距離Ｄが短くなることがわかった。
【００３２】
次に、試験予備造粒工程及び試験本造粒工程における材料の組合せ及び比率を、製造本番である生産段階における生産予備造粒工程及び生産本造粒工程における材料の組合せ及び比率としたとき、それが生産に適した条件であるかを調べる。
【００３３】
生産予備造粒工程とは、スケール粉に鉄鉱石だけを混合したものに対して、あるいはこれらに造粒促進材を混入したものに対して、水分を加えて高速で撹拌しつつ混練・造粒して第二核を形成する工程であり、生産本造粒工程とは、第二核と鉄鉱石、副原料等と炭材をミキサーに装入し、水を添加しながらミキサーを転動させて混合し、第二核の周囲に鉄鉱石、副原料等と炭材を付着させて第二被覆部を形成し、第二核と第二被覆部からなる造粒物を形成する工程である。
なお、第二核に対する第二被覆部の割合は、第一核１１に対する第一被覆部１２の割合よりも小さい。すなわち、第二被覆部は厚さが薄い。つまり、試験予備造粒工程で形成される第一核１１と、生産予備造粒工程で形成される第二核は同じ物であり、試験本造粒工程で形成される第一被覆部１２と、生産本造粒工程で形成される第二被覆部はその厚さが異なるだけである。
【００３４】
ここで、このような造粒物を焼結処理して形成された焼結鉱に関して、スケール粉と鉄鉱石の配合割合や鉄鉱石の種類ごとに、融液浸透距離ＤとＪＰＵ（焼結用原料層の通気性を表す通気度）及び生産率の関係を調べた（図７及び図８参照）。
【００３５】
これらの表によると、融液浸透距離Ｄが０．６ｍｍを超えるとＪＰＵが低下した。浸透した融液と原料が反応し、融液の生成量が増加することで、通気性が低下したためと考えられる。
また、生産率に関しても、融液浸透距離Ｄが０．６ｍｍを超えると低下した。
【００３６】
以上より、融液浸透距離Ｄが０．６ｍｍ以下となる試験予備造粒工程及び試験本造粒工程における材料の組合せ及び比率を、生産予備造粒工程及び生産本造粒工程における材料の組合せ及び比率に採用した。
これにより、全原料中のスケール粉の配合割合を１５％と、多量に使用しても生産性を維持することができる。
【００３７】
以上のように構成された焼結鉱の材料配合決定方法によれば、試験段階において得られた試験片１０に関する、融液の浸透距離Ｄが所定長さ以下となる試験予備造粒工程及び試験本造粒工程における材料の組合せ及び比率を、生産段階における焼結鉱に関する、生産予備造粒工程及び生産本造粒工程における材料の組合せ及び比率に採用するので、スケール粉を多量に再利用しつつ焼結鉱の生産性を低下させることのない材料の配合を簡易かつ正確に決定することができる。
すなわち、生産段階において試行錯誤して材料の配合を決定する場合には、生産設備の使用等によって生産ラインに大きな影響を与えるが、本実施形態では試験予備造粒工程及び試験本造粒工程における材料の組合せ及び比率を生産段階において採用できるので、コストの低減及び時間の短縮となる。もちろん、生産段階での再現性も高く、生産段階のシミュレーションとして適している。
【００３８】
また、融液浸透距離Ｄが０．６ｍｍ以下のものを選択したので、スケール粉を１５％と大量に配合してもこの範囲では生産段階においても図７に示すように確実に通気度が高い配合となり、生産性も高く保たれる。
【００３９】
また、第一核１１に対する第一被覆部１２の割合を、第二核に対する第二被覆部の割合よりも大きくしたので、試験段階において試験片１０を切断して融液の浸透距離Ｄを測定するときに第一被覆部１２が崩れ難く、試験片１０を扱い易い。
【００４０】
さらに、合成樹脂で試験片１０の周囲を覆うので、脆い第一核１１や第一被覆部１２を崩さずに試験片１０を切断して融液の浸透距離Ｄを測定でき、簡易かつ正確にシミュレーション可能である。
【００４１】
なお、本実施形態において、試験片１０を覆うものは合成樹脂であるとしたが、これに限られるものではなく、試験片１０よりも靱性の高い高靱性材であればよい。また、融液浸透距離Ｄを測定可能であれば試験片１０を高靱性材で覆わなくてもよい。
【００４２】
また、融液浸透距離の上限を０．６ｍｍとしたが、材料等の条件によってはこれ以外の数値としてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１      高速撹拌ミキサー
２      ドラムミキサー
１０      試験片
１０Ａ    タブレット
１１      第一核
１２      第一被覆部
Ｄ      浸透距離
Ｘ      予備造粒工程（試験予備造粒工程、生産予備造粒工程）
Ｙ      本造粒工程（試験本造粒工程、生産本造粒工程）
Ｚ      焼結工程
【図１】
0006671779.tif 000002
【図２】
0006671779.tif 000003
【図３】
0006671779.tif 000004
【図４】
0006671779.tif 000005
【図５】
0006671779.tif 000006
【図６】
0006671779.tif 000007
【図７】
0006671779.tif 000008
【図８】
0006671779.tif 000009
【図９】
0006671779.tif 000010