(57)【要約】【課題】  高炉装入用原料の一つである焼結鉱の製造方法に関し、特にSiO2とCaOの含有量が少ない底スラグ比焼結鉱の、落下強度（SI）および還元粉化率（RDI）を向上させるのに有効な高強度焼結鉱の製造方法について提案する。【解決手段】  SiO2：4.5 mass%未満、CaO：4〜8 mass%を含有する焼結鉱を製造するに際し、見掛け密度4.2 g/cm3以上の鉄鉱石を50 mass%以上、ミルスケールを5〜15 mass%およびMgOを0.8〜4 mass%を含む配合原料を用いて焼結処理する高強度焼結鉱の製造方法。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
SiO2：4.5 mass%未満、CaO：4〜8 mass%を含有する焼結鉱を製造するに際し、見掛け密度4.2 g/cm3以上の鉄鉱石を50 mass%以上、ミルスケールを5〜15 mass%およびMgOを0.8〜4 mass%を含む配合原料を用いて焼結処理することを特徴とする高強度焼結鉱の製造方法。
【請求項２】
上記配合原料中のMgO含有量を、Niスラグおよび／またはドロマイトの添加量によって調整することを特徴とする請求項１に記載の高強度焼結鉱の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉装入用原料の一つである焼結鉱の製造方法に関し、特にSiO2とCaOの含有量が少ない低スラグ比焼結鉱の、落下強度（SI）および還元粉化率（RDI）を向上させるのに有効な高強度焼結鉱の製造方法について提案する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高炉装入原料は、良質の塊状鉄鉱石が枯渇傾向にあることから、焼結鉱の使用比率が高くなっているのが実情である。その焼結鉱は、一般に、粉鉱石や硫酸滓、砂鉄、スケール、高炉ダストあるいは転炉ダストなどの鉄系主原料に、石灰石、返鉱および炭材等を混合した配合原料に適量の水分を加え、これらを混合造粒した後、前記配合原料中の炭材を燃焼させることにより、該原料を溶融、焼結させることにより製造されている。従って、焼結鉱は、粉鉱石などの鉄系主原料がフラックス成分、たとえばCaOやSiO2などのスラグ成分と反応して溶融したのちに、塊成化したものである。
【０００３】
現在使用されている焼結鉱は、高炉装入用塊鉄鉱石に比べてスラグ成分であるSiO2の含有量が多く、そのため、高炉装入原料に占める焼結鉱の使用比率が高くなると、高炉スラグの発生量が増加し、高炉燃料比およびスラグ処理費の増大を招くという問題があった。さらに最近では、省資源・省エネルギーの観点から、スラグ比低減に対する要望が高く、SiO2含有量の高い従来焼結鉱に対する改善が求められている。一方で、焼結鉱中のSiO2含有量を低減させることは、フラックス成分の減少に伴う焼結鉱強度の低下および還元粉化特性の悪化を招くことになる。こうした事情から、現在製造されている多くの焼結鉱は、SiO2含有量を4.5 mass%未満に抑制しているのである。
【０００４】
このような技術的背景のもとで、従来、特許文献１、特許文献２、特許文献３あるいは特許文献４などにおいて、SiO2含有量の少ない低スラグ比焼結鉱を製造するための幾つかの提案がなされている。しかしながら、これらの提案にかかるいずれの方法も、SiO2含有量の低下に伴い、落下強度（SI）および還元粉化率（RDI）で示される焼結特性がともに悪化するという問題があった。このことから、現状の焼結鉱は、依然として、SiO2含有量を4.5 mass%程度かそれ以上にしているのが実情である。
なお、SiO2含有量が4.5 mass%以上の従来の焼結鉱における落下強度（SI）は89 %程度、還元粉化率（RDI）は39 %程度である。因みに、焼結鉱の場合、落下強度（SI）の向上に伴い、還元粉化率（RDI）も改善される傾向にある。
【特許文献１】特開平１０−２７３７３８号公報
【特許文献２】特開平１１−８０８４５号公報
【特許文献３】特開平１１−１３１１５１号公報
【特許文献４】特開２０００−１７８６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、焼結鉱のスラグ成分は、高炉操業上の制約、例えば高炉の排滓性、セメント用スラグ成分などによって制約を受けるため、高炉操業時に低SiO2焼結鉱の使用比率が高くなった場合、それに応じて焼結鉱の低CaO化も要求される場合がある。その理由は、一般に高炉スラグの塩基度CaO/SiO2は、1.2〜1.3に調整されるからである。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、従来技術の抱える上述した問題点を解決し、高炉装入原料として用いられる焼結鉱に関し、特に焼結鉱中のSiO2の含有量を4.5 mass%未満とし、CaO含有量を4〜8mass%とした低スラグ比焼結鉱の場合であっても、落下強度（SI）が90%以上、還元粉化率（RDI）が38%以下という優れた特性を示す、低スラグ比の高強度の焼結鉱を有利に製造する方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者らは、従来技術の抱える上述した問題点について検討し、上記目的の実現に向けた試行錯誤の中で、高い焼結特性を示す焼結鉱を得るには、基本的に下記要旨構成にかかる方法の採用が有利であるとの知見を得て本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち、本発明は、SiO2：4.5 mass%未満、CaO：4〜8 mass%を含有する焼結鉱を製造するに際し、見掛け密度4.2 g/cm3以上の鉄鉱石を50 mass%以上、ミルスケールを5〜15 mass%およびMgOを0.8〜4 mass%を含む配合原料を用いて焼結処理することを特徴とする低スラグ高強度焼結鉱の製造方法である。
【０００９】
なお、本発明においては、上記配合原料中のMgOの含有量を、Niスラグおよび／またはドロマイトの添加量を調整することにより、適正MgO含有量にすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、SiO2含有量が少なくかつCaO含有量もまた少ない焼結鉱であっても、焼結配合原料中として、高見掛け密度の鉄鉱石を用い、さらには所定量のミルスケールを添加し、かつ適正量のMgOを添加したものを用いることにより、落下強度と還元粉化特性とが共に優れるという特性を示す焼結鉱を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
焼結鉱は、上述したように、鉄鉱石粉がフラックス、たとえば、CaOやSiO2などのスラグ成分と反応し溶融したのち塊成化したものである。そして、その焼結鉱の強度というのは、配合原料の種類や粒度、配合比率（塩基度を含む）などの、様々な因子が影響を及ぼしていることは知られている。特に、SiO2の含有量が4.5 mass%以下という低SiO2焼結鉱については、フラックス成分の減少に伴う落下強度（SI）の低下や、還元粉化率（RDI）の低下が顕著となることも知られている。また、焼結鉱は、非常に多孔質であり、その強度は、構成する単位粒子の強度、すなわち、基質強度自体と粒子をつなぐ接合強度による影響が大きいことも知られている。
【００１２】
そこで、発明者らは、焼結鉱の基質強度の向上について鋭意研究する中で、とくに、焼結鉱配合原料中の粉鉄鉱石の性質、とりわけ緻密度の指標である鉄鉱石の見掛け密度との関連について検討した。即ち、発明者らは、焼結鉱の見掛け密度が焼結鉱の強度にどのような影響があるのかを知るために、鉄鉱石の種類やその配合比率などを変えることにより、種々の見掛け密度の焼結鉱を製造し、それらの強度の評価試験を行った。その結果、配合原料中の鉄鉱石原料については、高見掛け密度のもの、とくに4.2 g/cm3以上のものが有効であることがわかった。その理由は、このような高見掛け密度鉄鉱石（≧4.2 g/cm3）のものを配合すると、鉄鉱石の破壊の起点となる気孔を少なくすることができるからであると考えられる。そして、こうした高見掛け密度の鉄鉱石を、配合原料中に50 mass%以上配合することが必要であると考えられる。その理由は、50 mass%未満では、落下強度（SI）が90 mass%以上のものを得ることができなくなるからである。なお、こうした鉄鉱石の例としては、南米産ヘマタイト鉱石、南米産磁鉄鉱および北米産磁鉄鉱などを用いることができる。
【００１３】
ところで、焼結鉱は、CaOの含有量を4〜8mass%とした場合、粒子間の結合に寄与する融液量に不足が生じ、落下強度が低下することが知られている。そこで、本発明においては、その対策として、融液量の増加作用に効果があるミルスケールを配合原料として使用することにした。配合原料中に添加するこのミルスケールの量は5〜15 mass%程度とすることが好適であり、高い落下強度（SI）および低い還元粉化率（RDI）の焼結鉱を得るのに有効であることがわかった。ここで、このミルスケールの配合量が5 mass%未満では生成する融液量が不足して、十分な結合強度が得られない。一方、その配合量が15.0 mass%を越えるとミルスケールの低酸化速度に起因する生産性の低下が顕著となる。なお、好ましいミルスケールの添加量は6〜10mass%である。
【００１４】
また、上掲の目的実現に向けた研究の中で発明者らは、焼結鉱の還元粉化特性は、還元初期においてヘマタイト（Fe2O3）からマグネタイト（Fe3O4）が生成するときに体積膨張を生じて粉化することによって起こる現象であるとの認識から、還元粉化率（RDI）を向上させるには、焼結鉱中に含まれるヘマタイト量を少なくし、ある程度のマグネタイト量を確保すればよいということを突き止めた。
一方、焼結鉱の落下強度（SI）を向上させるためには、焼結工程において高温での溶融量が多くなるようにすることが効果的であるが、その融液量があまりに多くなりすぎると、この融液から晶出する２次ヘマタイトの量も多くなり、逆に還元粉化率（RDI）の悪化を招くこともわかってきた。
【００１５】
そこで、発明者らは、還元粉化率（RDI）の向上に効果がある造滓材として、MgOに着目し、焼結鉱中のMgO含有量を、0.8 mass%〜4.0 mass%程度にNiスラグおよび／またはドロマイトの量を加減して調整することとにした。このことによって、本発明では、焼結鉱の落下強度（SI）のみならず還元粉化率（RDI）も良好な成品焼結鉱を得ることができるのである。前記MgO含有量を上記のように制限する理由は、MgO含有量が0.8 mass%未満では生成するマグネタイト相の量が不足し、晶出したヘマタイト相の量が相対的に多くなるためであり、一方、MgO含有量が4.0 mass%を越えると、MgO成分として加えられるNiスラグあるいはドロマイトの滓化性が不十分となり、鉱石の溶融が不健全な結合組織が生成するからである。なお、好ましいMgO含有量は、1〜3.5mass%程度である。なお、ドロマイトはCaMg(CO3)2のようなCaとMgの炭酸塩であり、MgOを15〜20%含有するものである。また、Niスラグはニッケル精錬での発生スラグであり、MgOを30〜40%含有するものである。
【００１６】
また、焼結鉱中のMgO含有量の調整は、Niスラグを利用する方法もあるが、本発明においては、配合原料中に供給するドロマイトの量を調整して行うことが好ましい。その理由は、Niスラグは、鉄鉱石との反応性が低く、マグネタイト相生成への寄与が小さいのに対し、ドロマイトの場合は鉄鉱石との反応性が比較的高く、マグネタイト相生成への寄与が大きいためである。
【実施例】
【００１７】
以下の説明は、上述した知見に基づき、焼結鉱中のSiO2やCaOの含有量、MgO含有量、とくにCaO源やMgO源と還元粉化率（RDI）や落下強度（SI）との関係について調べるために、焼結鉱の製造実験を行ったので、その結果について説明する。
この焼結鉱製造実験に供した鉄鉱石の組成を表１に示す。
【００１８】
この焼結鉱製造実験において行った見掛け密度の測定は、JIS M 8716に従って行った。また、焼結鉱の評価として、焼結鉱落下強度は、JIS M 8711に規定された落下強度（SI）で示し、また還元粉化率（RDI）はJIS M 8720に基づく還元粉化試験により求めたものである。
【００１９】
この製造実験では、焼結鉱（成品）のSiO2含有量を4.4 mass%、MgO含有量を1.4 mass%となるように、表２の操業１〜６に示す焼結配合原料を用いて実機にて焼結鉱を製造した。このとき焼結燃料としての炭材は、主原料比4.0 mass%で操業した。得られた焼結鉱（成品）のCaO含有量と落下強度（SI）と還元粉化率（RDI）もあわせてこの表２に示した。
【００２０】
【表１】
2005068498.tif 000002
【００２１】
【表２】
2005068498.tif 000003
【００２２】
（実施例１）
表１に示す鉄鉱石を使用し、表２中の、操業１で示すように、見掛け密度が4.6 g/cm3の南米産鉄鉱石Aを21.70 mass%、見掛け密度が4.3 g/cm3の南米産鉄鉱石Bを21.70 %、見掛け密度が3.9 g/cm3の豪州産鉄鉱石Cを9.04 mass%、見掛け密度が3.0 g/cm3の豪州産鉄鉱石Dを4.79 %、見掛け密度が3.0 g/cm3の豪州産鉄鉱石Eを23.03%含み、高見掛け密度鉱石比率を50.9 mass%に調整すると共に、その他にミルスケールを5.0 mass%、Niスラグを0.90 mass%（MgO換算0.30mass%）、ドロマイトを4.25 mass%（MgO換算0.78mass%）、石灰石を9.59 mass%を含み、そして炭材を主原料に対し4 mass%添加配合してなる配合原料を準備した。さらに、配合原料には返鉱20mass%を加え、水分とともにドラムミキサーにて混合造粒し、焼結機へ装入して焼成した。
得られた焼結鉱（成品）は、SiO2が4.4 mass%で、CaO含有量が8.0 mass%であり、焼結（落下）強度（SI）が90.5 %、還元粉化率（RDI）が37.0 %を示し高強度の焼結鉱であった。
【００２３】
（実施例２）
表１に示す鉄鉱石を使用し、表２中の、操業２で示すように、見掛け密度が4.6 g/cm3の南米産鉄鉱石Aを23.34 mass%、見掛け密度が4.3 g/cm3の南米産鉄鉱石Bを23.34 %、見掛け密度が3.9 g/cm3の豪州産鉄鉱石Cを9.72 mass%、見掛け密度が3.0 g/cm3の豪州産鉄鉱石Dを5.16 %、見掛け密度が3.0 g/cm3の豪州産鉄鉱石Eを15.14 %含み、高見掛け密度鉱石比率を50.9 mass%に調整すると共に、その他にミルスケールを15.0 mass%、Niスラグを0.97 mass%（MgO換算0.33mass%）、ドロマイトを4.57 mass%（MgO換算0.84mass%）、石灰石を2.76 mass%を含み、そして炭材を主原料に対し4 mass%に添加配合してなる配合原料を準備した。さらに、配合原料に返鉱20mass%を加え、水分とともにドラムミキサーにて混合造粒し、焼結機へ装入して焼成した。
得られた焼結鉱（成品）は、SiO2が4.4 mass%で、CaO含有量が4.0 mass%であり、焼結（落下）強度（SI）が90.0 %、還元粉化率（RDI）が37.9 %を示し高強度の焼結鉱であった。
【００２４】
（実施例３）
表１に示す鉄鉱石を使用し、表２中の、操業３で示すように、見掛け密度が4.6 g/cm3の南米産鉄鉱石Aを22.52 mass%、見掛け密度が4.3 g/cm3の南米産鉄鉱石Bを22.52 %、見掛け密度が3.9 g/cm3の豪州産鉄鉱石Cを9.38 mass%、見掛け密度が3.0 g/cm3の豪州産鉄鉱石Dを4.97 %、見掛け密度が3.0 g/cm3の豪州産鉄鉱石Eを21.08 %含み、高見掛け密度鉱石比率を50.9 mass%に調整すると共に、その他にミルスケールを8.00 mass%、Niスラグを0.94 mass%（MgO換算0.32mass%）、ドロマイトを4.41 mass%（MgO換算0.81mass%）、石灰石を6.18 mass%を含み、そして炭材を主原料に対し4 mass%に添加配合してなる配合原料を準備した。さらに、配合原料に返鉱20mass%を加え、水分とともにドラムミキサーにて混合造粒し、焼結機へ装入して焼成した。
得られた焼結鉱（成品）は、SiO2が4.4 mass%で、CaO含有量が6.0 mass%であり、焼結（落下）強度（SI）が90.4 %、還元粉化率（RDI）が37.2 %を示し高強度の焼結鉱であった。
【００２５】
（実施例４）
表１に示す鉄鉱石を使用し、表２中の、操業４で示すように、見掛け密度が4.6 g/cm3の南米産鉄鉱石Aを28.14 mass%、見掛け密度が4.3 g/cm3の南米産鉄鉱石Bを28.14 %、見掛け密度が3.9 g/cm3の豪州産鉄鉱石Cを0 mass%、見掛け密度が3.0 g/cm3の豪州産鉄鉱石Dを0 %、見掛け密度が3.0 g/cm3の豪州産鉄鉱石Eを24.36 %含み、高見掛け密度鉱石比率を63.5 mass%に調整すると共に、その他にミルスケールを8.00 mass%、Niスラグを1.03 mass%（MgO換算0.35mass%）、ドロマイトを4.13 mass%（MgO換算0.76mass%）、石灰石を6.20 mass%を含み、そして炭材を主原料に対し4 mass%に添加配合してなる配合原料を準備した。さらに、配合原料に返鉱20mass%を加え、水分とともにドラムミキサーにて混合造粒し、焼結機へ装入して焼成した。
得られた焼結鉱（成品）は、SiO2が4.4 mass%で、CaO含有量が6.0 mass%であり、焼結（落下）強度（SI）が90.8 %、還元粉化率（RDI）が36.7 %を示し高強度の焼結鉱であった。
【００２６】
（比較例１）
表１に示す鉄鉱石を使用し、表２中の、操業５に示すように、見掛け密度が4.6 g/cm3の南米産鉄鉱石Aを21.34 mass%、見掛け密度が4.3 g/cm3の南米産鉄鉱石Bを21.34 %、見掛け密度が3.9 g/cm3の豪州産鉄鉱石Cを8.89 mass%、見掛け密度が3.0 g/cm3の豪州産鉄鉱石Dを4.71 %、見掛け密度が3.0g/cm3の豪州産鉄鉱石Eを27.57 %含み、高見掛け密度鉱石比率を50.9 mass%に調整すると共に、その他にミルスケールを0.00 mass%、Niスラグを0.89 mass%（MgO換算0.30mass%）、ドロマイトを4.18 mass%（MgO換算0.77mass%）、石灰石を11.08 mass%を含み、そして炭材を主原料に対し4 mass%に添加配合してなる配合原料を準備した。さらに、配合原料に返鉱20mass%を加え、水分とともにドラムミキサーにて混合造粒し、焼結機へ装入して焼成した。
得られた焼結鉱（成品）は、SiO2が4.4 mass%であり、CaO含有量が8.9mass%であったが、焼結強度（SI）は90.2 %、還元粉化率（RDI）が37.7 %を示し高強度の焼結鉱であった。しかしながら、この焼結鉱は、CaO含有量が8.9 mass%と高く、CaO含有量8mass%以下の低スラグ焼結鉱ではない。
【００２７】
（比較例２）
表１に示す鉄鉱石を使用し、表２中の、操業６で示すように、見掛け密度が4.6 g/cm3の南米産鉄鉱石Aを21.70 mass%、見掛け密度が4.3 g/cm3の南米産鉄鉱石Bを21.70 %、見掛け密度が3.9 g/cm3の豪州産鉄鉱石Cを9.04 mass%、見掛け密度が3.0 g/cm3の豪州産鉄鉱石Dを4.79 %、見掛け密度が3.0 g/cm3の豪州産鉄鉱石Eを28.03 %含み、高見掛け密度鉱石比率を50.9 mass%に調整すると共に、その他にミルスケールを0.00 mass%、Niスラグを0.90 mass%（MgO換算0.30mass%）、ドロマイトを4.25 mass%（MgO換算0.78mass%）、石灰石を9.59 mass%を含み、そして炭材を主原料に対し4 mass%に添加配合してなる配合原料を準備した。さらに、配合原料に返鉱20mass%を加え、水分とともにドラムミキサーにて混合造粒し、焼結機へ装入して焼成した。
得られた焼結鉱（成品）は、SiO2が4.4 mass%であり、CaO含有量が8.0 mass%であったが、焼結強度（SI）は85.3 %、還元粉化率（RDI）は39.3 %に止まる焼結鉱であった。
【００２８】
（比較例３）
表１に示す鉄鉱石を使用し、表２中の、操業７で示すように、見掛け密度が4.6 g/cm3の南米産鉄鉱石Aを22.52 mass%、見掛け密度が4.3 g/cm3の南米産鉄鉱石Bを22.52 %、見掛け密度が3.9 g/cm3の豪州産鉄鉱石Cを9.38 mass%、見掛け密度が3.0 g/cm3の豪州産鉄鉱石Dを4.97 %、見掛け密度が3.0 g/cm3の豪州産鉄鉱石Eを29.08 %含み、高見掛け密度鉱石比率を50.9 mass%に調整すると共に、その他にミルスケールを0.00 mass%、Niスラグを0.94 mass%（MgO換算0.32mass%）、ドロマイトを4.41 mass%（MgO換算0.81mass%）、石灰石を6.18 mass%を含み、そして炭材を主原料に対し4 mass%に添加配合してなる配合原料を準備した。さらに、配合原料に返鉱20mass%を加え、水分とともにドラムミキサーにて混合造粒し、焼結機へ装入して焼成した。
得られた焼結鉱（成品）は、SiO2が4.4 mass%であり、CaO含有量が6.0 mass%であった。しかし、焼結強度（SI）は81.1 %、還元粉化率（RDI）は41.0 %に止まる焼結鉱であった。
【００２９】
（比較例４）
表１に示す鉄鉱石を使用し、表２中の、操業８で示すように、見掛け密度が4.6 g/cm3の南米産鉄鉱石Aを23.34 mass%、見掛け密度が4.3 g/cm3の南米産鉄鉱石Bを23.34 %、見掛け密度が3.9 g/cm3の豪州産鉄鉱石Cを9.72 mass%、見掛け密度が3.0 g/cm3の豪州産鉄鉱石Dを5.16 %、見掛け密度が3.0 g/cm3の豪州産鉄鉱石Eを30.14 %含み、高見掛け密度鉱石比率を50.9 mass%に調整すると共に、その他にミルスケールを0.00 mass%、Niスラグを0.97 mass%（MgO換算0.33mass%）、ドロマイトを4.57 mass%（MgO換算0.84mass%）、石灰石を2.76 mass%を含み、そして炭材を主原料に対し4 mass%に添加配合してなる配合原料を準備した。さらに、配合原料に返鉱20mass%を加え、水分とともにドラムミキサーにて混合造粒し、焼結機へ装入して焼成した。
得られた焼結鉱（成品）は、SiO2が4.4 mass%であり、CaO含有量が4.0 mass%であった。しかし、焼結強度（SI）は73.3 %、還元粉化率（RDI）は45.6 %に止まる焼結鉱であった。
【００３０】
以上の結果から比較例２〜４に示すように、CaOの低下に伴い落下強度（SI）は低下し、CaO：8 mass%以下では90%を下回ってしまう。これに対し、実施例１で示すように、同じくCaOが8 mass%以下であっても、ミルスケールを5 mass%添加した焼結鉱では、90.5 %と高強度であり、還元粉化率（RDI）も37 %と許容範囲内となっていた。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明で提案する焼結鉱は、高炉装入原料として用いられるものである。