(57)【要約】【課題】常温及び炉内低温域から溶融直前の高温域に至る広い温度範囲において粉化が抑えられる高強度の製鉄用非焼成塊成鉱を提供する。【解決手段】  製鉄用鉄原料Ａに水硬性結合材Ｂを配合した混合物で構成された本体部と、水硬性結合材Ｂと粒径１０μｍ以下の割合が９０mass％以上の酸化鉄含有粉Ｃとを配合した混合物で構成され、前記本体部の外側を被覆する被覆層とからなり、前記水硬性結合材Ｂをバインダーとして固化させた非焼成塊成鉱であり、常温及び炉内低温域では水硬性結合材Ｂによるバインダー作用により強度が確保され、炉内高温域では酸化鉄含有粉Ｃの焼結によって被覆層が高強度化されることで、所定の熱間強度が確保される。【選択図】図１
2007277683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鉄用鉄原料（Ａ）に水硬性結合材（Ｂ）を配合した混合物で構成された本体部と、水硬性結合材（Ｂ）と粒径１０μｍ以下の割合が９０mass％以上の酸化鉄含有粉（Ｃ）（但し、粉体が酸化鉄のみからなる場合を含む。）とを配合した混合物で構成され、前記本体部の外側を被覆する被覆層とからなり、前記水硬性結合材（Ｂ）をバインダーとして固化させたことを特徴とする製鉄用非焼成塊成鉱。
【請求項２】
一次造粒で形成された本体部と、二次造粒で形成された被覆層と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。
【請求項３】
製鉄用鉄原料（Ａ）が細粒焼結鉱又は／及び細粒鉄鉱石であ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。
【請求項４】
塊成鉱の半径Ｒと本体部の半径ｒとが下式を満足す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。
１．０３≦Ｒ／ｒ≦１．２６
【請求項５】
本体部中での水硬性結合材（Ｂ）の含有量が２〜１０mass％であり、被覆層中での水硬性結合材（Ｂ）の含有量が２〜９０mass％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の製鉄用非焼成塊成鉱。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の製鉄用非焼成塊成鉱の製造方法であって、
製鉄用鉄原料（Ａ）に水硬性結合材（Ｂ）を配合した混合物を加湿状態で一次造粒した後、その一次造粒物に水硬性結合材（Ｂ）と粒径１０μｍ以下の割合が９０mass％以上の酸化鉄含有粉（Ｃ）（但し、粉体が酸化鉄のみからなる場合を含む。）を加えて加湿状態で二次造粒し、次いで、養生す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、焼結鉱粉や鉄鉱石粉をセメントなどの水硬性結合材をバインダーとして、常温または廃熱等を利用した数百℃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。
セメントなどの水硬性結合材を用いると、冷間（常温）強度は十分に確保することができ、したがって製造場所から高炉への移送を容易に行うことができ、また、高炉上部の数百℃までの温度領域においては、その形状を保持させることができる。しかし、それ以上の高温域ではセメント水和物が熱分解するために、強度が著しく低下し、高炉中部および下部での粉化とそれに伴う通気性の悪化を生じることが古くから指摘されていた。
【０００４】
このような問題に対して、特許文献１には、鉄鉱石粉にアスファルトやピッチなどの粘着性炭化水素混合物をバインダーとして添加混合し、これを圧縮成形して硬化させた非焼成塊成鉱（成形体）が示されている。同文献によれば、この非焼成塊成鉱は２００℃程度からバインダー中の揮発分が蒸発し、バインダーの粘度が大きくなるため成形体の強度が増大し、８００℃程度で揮発分の蒸発がほぼ終了し、ガラス状の炭素が鉄鉱石粒子を結合するため成形体強度がさらに増加するとしている。
【特許文献１】特公平３−６４５７１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、非焼成塊成鉱の高温強度を改善する技術であるが、揮発分が２００℃から蒸発を始めると、還元ガスに随伴して高炉上部から排出されることになる。高炉から排出されるガスは、一般にＣＯガスなどの可燃分を含むため回収されるが、この回収工程に上記揮発分を伴う排ガスが流れると、揮発分が凝縮点以下の温度に冷却されたときにタールとなり、これが回収機器内面になどに固着してしまう。このため、高炉からの排出ガス回収が事実上できなくなるという欠点がある。
【０００６】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、常温及び炉内低温域から溶融直前の高温域に至る広い温度範囲において粉化が抑えられる高強度の製鉄用非焼成塊成鉱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、非焼成塊成鉱の常温及び炉内低温域での強度はセメントなどの水硬性結合材により確保することを前提に、炉内高温域において水硬性結合材の結合強度が低下するのを補う方法について、以下のような検討を行った。
セメントはＣａＯが水和反応してＣａ（ＯＨ）２となることにより固化（水和硬化）するが、この水和物が５００℃程度に加熱されると、下記(1)式の反応により分解して強度が低下し、バインダーとしての機能を果たせなくなる。
Ｃａ（ＯＨ）２→ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ    …(1)
【０００８】
堅型製鉄炉（以下、高炉を例に説明する）上部に装入された非焼成塊成鉱は、炉頂部では高くても２００℃程度の雰囲気下にあるが、炉内を降下していくにしたがって次第に高温雰囲気に曝されるようになる。そして、そのような高温雰囲気下では上記(1)式の反応が起こり、そのままであれば非焼成塊成鉱の強度は低下し、割れや粉化などによって粒径が小さくなってしまう。このような問題に対して本発明者らは、上記高温雰囲気を利用して焼結する物質を非焼成塊成鉱に添加しておけば、無機バインダー（セメントなど）による結合に代わって焼結による結合が新たに生じ、高温強度を発現できるのではないかと考えた。
【０００９】
焼結反応については、多くの基礎的研究がなされているが、例えば、荒井康夫著，粉体の材料化学，培風館（1987），p143には、下記(2)式及び下記(3)式が提案されている。
【数１】
2007277683.tif 000003
【数２】
2007277683.tif 000004
但し  ｒ：粒子半径
ｘ：焼結により生成される接合部の長さ
Ｌ：焼結する２粒子の直径の和
ΔＬ：収縮量
Ｋ：定数
Ｄ：拡散係数
γ：表面エネルギー
ａ：イオン間距離
ｋ：ボルツマン定数
Ｔ：温度
ｔ：焼結時間
【００１０】
上記(2)式は、焼結により生成される接合部の長さを粒子半径で規格化したものを温度、粒子半径及び焼結時間により定式化したものであり、上記(3)式は、収縮率（ΔＬ／Ｌ）を同様に定式化したものである。ΔＬ及びＬの定義は図２に示した。
上記(2)式より、接合部の成長は拡散係数Ｄが大きいほど、焼結時間ｔが長いほど、粒子半径ｒが小さいほど大きいことが判る。拡散係数Ｄは物質によっても異なるが、結晶格子の欠陥濃度が少ない（不純物が少ない）ほど大きくなる。同様に上記(3)式より、焼結による収縮率（ΔＬ／Ｌ）は拡散係数Ｄが大きいほど、焼結時間ｔが長いほど、粒子半径ｒが小さいほど大きいことが判る。
【００１１】
以上のことから、高純度で微粒の粒子を添加すれば、この粒子の焼結により高温域での非焼成塊成鉱の強度を高めることができるものと推定し、具体的な材料について実験と検討を重ねた結果、所定の粒径以下の酸化鉄粉を用いることが有効であることが判明した。すなわち、そのような酸化鉄粉を適量添加した非焼成塊成鉱は、水硬性結合材による結合強度の低下が始まる数百℃から酸化鉄粉が焼結をはじめ、この焼結により十分な熱間強度が確保できることが判った。また、このような鉄系の材料（酸化鉄粉）を用いることができることは、製鉄用塊成鉱としても望ましいことである。
【００１２】
しかし、上記のような酸化鉄粉を製鉄用原料に混合し、非焼成塊成鉱中に均一に分散させるような形態では、比較的多量の酸化鉄粉が必要になり、その調達に支障を生じる場合も考えられる。そこで、比較的少ない量の酸化鉄粉を用いて上記のような作用が得られる非焼成塊成鉱の構造について検討した結果、核となる本体部については製鉄用鉄原料と水硬性結合材の混合物とし、その外側を水硬性結合材と酸化鉄粉の混合物で被覆した構造とすることが有効であることが判った。
【００１３】
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
［1］製鉄用鉄原料（Ａ）に水硬性結合材（Ｂ）を配合した混合物で構成された本体部と、水硬性結合材（Ｂ）と粒径１０μｍ以下の割合が９０mass％以上の酸化鉄含有粉（Ｃ）（但し、粉体が酸化鉄のみからなる場合を含む。）とを配合した混合物で構成され、前記本体部の外側を被覆する被覆層とからなり、前記水硬性結合材（Ｂ）をバインダーとして固化させたことを特徴とする製鉄用非焼成塊成鉱。
【００１４】
［2］上記［1］の製鉄用非焼成塊成鉱において、一次造粒で形成された本体部と、二次造粒で形成された被覆層とからなることを特徴とする製鉄用非焼成塊成鉱。
［3］上記［1］又は［2］の製鉄用非焼成塊成鉱において、製鉄用鉄原料（Ａ）が細粒焼結鉱又は／及び細粒鉄鉱石であることを特徴とする製鉄用非焼成塊成鉱。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの製鉄用非焼成塊成鉱において、塊成鉱の半径Ｒと本体部の半径ｒ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。
１．０３≦Ｒ／ｒ≦１．２６
【００１５】
［5］上記［1］〜［4］のいずれかの製鉄用非焼成塊成鉱において、本体部中での水硬性結合材（Ｂ）の含有量が２〜１０mass％であり、被覆層中での水硬性結合材（Ｂ）の含有量が２〜９０mass％であることを特徴とする製鉄用非焼成塊成鉱。
［6］上記［1］〜［5］のいずれかの製鉄用非焼成塊成鉱の製造方法であって、
製鉄用鉄原料（Ａ）に水硬性結合材（Ｂ）を加えて加湿状態で一次造粒した後、その一次造粒物に水硬性結合材（Ｂ）と粒径１０μｍ以下の割合が９０mass％以上の酸化鉄含有粉（Ｃ）（但し、粉体が酸化鉄のみからなる場合を含む。）を加えて加湿状態で二次造粒し、次いで、養生す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】
【００１６】
本発明の製鉄用非焼成塊成鉱は、常温及び炉内低温域（炉外でのハンドリング時、炉への移送・装入工程、炉装入初期段階における温度域）においては、本体部及び被覆層に含まれる水硬性結合材（Ｂ）によるバインダー作用により強度（冷間強度）が確保され、一方、炉内高温域においては被覆層が酸化鉄含有粉（Ｃ）の焼結によって高強度化し、この高強度化した被覆層によって本体部が保持されるため、非焼成塊成鉱の強度（熱間強度）が確保される。このため常温及び炉内低温域から溶融直前の炉内高温域までの広い温度範囲で粉化が抑制され、その形状を維持することができる。このため、堅型製鉄炉内の原料充填層の通気性を良好に保ち、高い生産性で銑鉄を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の製鉄用非焼成塊成鉱（以下、便宜上「非焼成塊成鉱」という）は、製鉄用鉄原料（Ａ）に水硬性結合材（Ｂ）を配合した混合物で構成された本体部と、水硬性結合材（Ｂ）と粒径１０μｍ以下の割合が９０mass％以上の酸化鉄含有粉（Ｃ）（但し、粉体が酸化鉄のみからなる場合を含む。）とを配合した混合物で構成され、前記本体部の外側を被覆する被覆層とからなり、前記水硬性結合材（Ｂ）をバインダーとして固化させたものである。このような非焼成塊成鉱は、さきに述べたように、常温及び炉内低温域においては水硬性結合材（Ｂ）によるバインダー作用により強度（冷間強度）が確保され、炉内高温域においては被覆層が酸化鉄含有粉（Ｃ）の焼結によって高強度化することで、強度（熱間強度）が確保される。
本発明の非焼成塊成鉱は、高炉に代表される竪型製鉄炉（以下、高炉を例に説明する）において鉄原料として用いられる。
【００１８】
図１は、本発明の非焼成塊成鉱の基本構造を模式的に示したものである。本発明の非焼成塊成鉱の基本構造は、製鉄用鉄原料（Ａ）に水硬性結合材（Ｂ）を配合した混合物で構成される本体部１（核部分）と、水硬性結合材（Ｂ）と酸化鉄含有粉（Ｃ）（粒径１０μｍ以下の割合が９０mass％以上の酸化鉄含有粉）とを配合した混合物で構成される被覆層２とからなり、水硬性結合材（Ｂ）をバインダーとして固化させたものである。このような非焼成塊成鉱が高炉内に装入されて昇温されると、温度が概ね５００℃を超えたあたりから、被覆層２内の酸化鉄含有粉（Ｃ）が焼結しはじめ、最終的に殻状に固結し、著しく高強度化する。冷間で強度を付与していた水硬性結合材（Ｂ）の水和物は、さきに挙げた(1)式に示すように高温で分解して高温強度は著しく低下するが、酸化鉄含有粉（Ｃ）の焼結反応によって高強度化した被覆層２により、高温においても非焼成塊成鉱の強度は維持されることになる。図２は、酸化鉄含有粉（Ｃ）の粒子どうしの焼結挙動を模式的に示している。高温雰囲気下で粒子どうしが接触すると、界面で物質の拡散、移動が生じ接合する。この反応については、さきに挙げた(2)式および(3)式に従うことになる。
【００１９】
以下、本発明の非焼成塊成鉱の構成成分の詳細と限定理由について説明する。
前記製鉄用鉄原料（Ａ）としては、細粒焼結鉱、細粒鉄鉱石などが挙げられるが、これ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。
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製鉄用鉄原料（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。
【００２０】
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。
製鉄用鉄原料（Ａ）は、異なる種類のものを２種以上用いてもよい。この製鉄用鉄原料（Ａ）の粒径は、一般には５ｍｍ未満である。
前記水硬性結合材（Ｂ）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。
非焼成塊成鉱のうち本体部１中での水硬性結合材（Ｂ）の含有量は、少なすぎると冷間での十分な強度が得られず、一方、多すぎると製鉄用鉄原料（Ａ）の割合が減少して生産性が低下するなどの問題を生じるため、その含有量は２〜１０mass％程度が適当である。また、被覆層２中での水硬性結合材（Ｂ）の含有量は、少なすぎると冷間での十分な強度が得られず、一方、多すぎると酸化鉄含有粉（Ｃ）の割合が減少して熱間強度が低下するので、その含有量は２〜９０mass％程度が適当である。
【００２１】
前記酸化鉄含有粉（Ｃ）は、酸化鉄を含有し、粒径１０μｍ以下の粉を９０mass％以上含むものであれば特別な制限はなく、実質的に酸化鉄のみからなる粉体であってもよい。また、酸化鉄含有粉（Ｃ）が酸化鉄以外の物質（例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３など）を含む場合には、当該物質は酸化鉄とともに粒子の一部として含まれていてもよいし、酸化鉄を含まない粒子として含まれてもよい。また、酸化鉄はＦｅ２Ｏ３（へマタイト）に限らず、Ｆｅ３Ｏ４（マグネタイト）、ＦｅＯ（ウスタイト）であってもよい。
なお、この酸化鉄含有粉（Ｃ）の粒径の測定方法としては、例えば、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いた測定法を適用することができる。この測定方法は、粒子にレーザービームを照射した場合、その回折・散乱光の強度および分布が粒子の粒度分布に依存することを利用するものであり、粒度分布を極めて精度良く測定することができる。
【００２２】
さきに挙げた(2)式及び(3)式から、焼結して強度を発現するための酸化鉄含有粉（Ｃ）は、その粒度が小さいほどよいことが判ったが、実際に有効な粒径を決定するために以下に示すような基礎試験を実施した。
種々の粒度分布を持つ酸化鉄含有粉を用意した。これらの粉体を錠剤型に成形し、この成形体を窒素雰囲気の電気炉内で７００℃×１０分間焼成した後の圧縮強度を測定した。その結果、図３に示すように、酸化鉄含有粉（Ｃ）の粒径１０μｍ以下の割合と圧縮強度との間に明確な相関が認められた。すなわち、粒径１０μｍ以下の割合が９０mass％以上の酸化鉄含有粉（Ｃ）であれば、高温雰囲気下で酸化鉄含有粉が焼結して強度を発現することが明らかとなった。このため本発明では、粒径１０μｍ以下の割合が９０mass％以上の酸化鉄含有粉（Ｃ）を用いる。
【００２３】
粒径１０μｍ以下の割合が９０mass％以上の酸化鉄含有粉（Ｃ）としては、例えば、鋼材酸洗ライン回収粉（いわゆるルスナー酸化鉄など）、鉄鋼製造プロセスで生じる精錬ダスト、鉄鉱石微粉などが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。
ここで、鋼材酸洗ライン回収粉とは、次のようなものである。鋼板などの鋼材製造プロセスの冷間圧延工程では、圧延前に表面の酸化鉄層を酸洗（塩酸溶液による酸洗）することにより除去している。この酸洗液中に鉄は塩化鉄として溶出するが、この塩化鉄を焙焼などの方法で処理することにより、高純度且つ微粉の酸化鉄粉（ヘマタイト粉）が回収される。この酸化鉄粉は非常に高純度（通常、酸化鉄含有率：９５mass％以上）で微粉のものであり、本発明の酸化鉄含有粉（Ｃ）として好適なものである。
【００２４】
また、鋼製造プロセスで生じる精錬ダストには、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）などが含まれる。これらの精錬ダストは、精錬工程で発生した排ガスから集塵することにより回収されたものである。これらのダストは、酸化鉄粉の含有量が高く且つ微粉のものであり、本発明の酸化鉄含有粉（Ｃ）として好適なものである。
【００２５】
酸化鉄含有粉（Ｃ）と水硬性結合材（Ｂ）で構成される被覆層２は、厚さが厚いほど強度向上には有効と考えられるが、本発明の目的は製鉄用鉄原料（Ａ）を塊成鉱化することであるから、酸化鉄含有粉（Ｃ）の使用量はせいぜい製鉄用鉄原料（Ａ）に対して当量程度に制限すべきであり、この量は塊成鉱の半径をＲ、本体部１（核部分）の半径をｒとした場合（但し、ともに体積を球換算したときのＲ，ｒ）、Ｒ／ｒ＝１．２６以下に相当する。また、後述する実施例に示されるように、Ｒ／ｒが１．０３未満では被覆層２の厚さが薄すぎるため、本発明の効果が低下する傾向がみられる。このため本発明の非焼成塊成鉱は、塊成鉱の半径Ｒと本体部の半径ｒが下式を満足することが好ましい。
１．０３≦Ｒ／ｒ≦１．２６
【００２６】
また、本発明の非焼成塊成鉱は、製鉄用鉄原料（Ａ）、水硬性結合材（Ｂ）及び酸化鉄含有粉（Ｃ）を主たる構成成分とするものであるが、必要に応じて、本体部１及び／又は被覆層２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本体部１や被覆層２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。但し、コークス粉等の還元材については、別途、その使用目的に応じて２０mass％程度を上限として配合してもよい。
本発明の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悪化するおそれがあり、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。
【００２７】
本発明の非焼成塊成鉱は、一般に造粒物として得られる。造粒法で得る場合には、本体部１（核部分）用の原料（＝製鉄用鉄原料（Ａ）＋水硬性結合材（Ｂ）＋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、一次造粒を行って本体部１（核部分）に相当する一次造粒物を得る。次いで、この一次造粒物に対して水硬性結合材（Ｂ）と酸化鉄含有粉（Ｃ）（さらに必要に応じて他の成分）を加え、必要に応じてさらなる加湿を行った後、二次造粒を行い、前記一次造粒物の表層に水硬性結合材（Ｂ）と酸化鉄含有粉（Ｃ）が配合された混合物を付着させ、その混合物の被覆層を形成する。その後、一定期間養生させることにより、本体部１とこれを被覆する被覆層２からなる非焼成塊成鉱の成品を得る。また、一次造粒して得られた一次造粒物を一定期間養生させた後、上記二次造粒を行い、さらに一定期間養生させるようにしてもよい。
【００２８】
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。ブリケット成形機は粒子群を機械的に圧縮するため、成形物の充填率が高まり、グリーン強度（成形直後の強度。これに対して冷間強度とは、成形後一定の養生期間を経過してバインダーが固化した後の粒子の強度を言う。）は増大する傾向にあるが、養生後の冷間強度はバインダーの質や量に依存するところが大きく、転動造粒法と圧縮造粒法で大きな違いはない。また、熱間強度も前述のような酸化鉄含有粉（Ｃ）の焼結接合によっているため、両造粒方法での違いはほとんどない。一般的には、圧縮造粒法は転動造粒法に比較して粒度や性状の均一なものができやすい一方で、設備費や補修費用が高いという特徴がある。したがって、造粒方法については、以上の点を考慮して適宜選択すればよい。
【００２９】
また、本発明の非焼成塊成鉱は成型物として得てもよい。この場合には、本体部１（核部分）用の原料と水を混合・撹拌（混練）したものを型に流し込んで成型し、その後、一定期間養生させることにより本体部１に相当する成型物を得る。成型物は型の形状により様々な形をとり得る。固定式の型だけでなく、流し込み直後に型を振動させ、原料が型枠上で回転するようにすると球形のものが得られる。次いで、前記成型物の表層に水硬性結合材（Ｂ）と酸化鉄含有粉（Ｃ）とが配合された混合物を付着させ、その混合物の被覆層を形成する。このような被覆層の形成は、成型物が球形であれば転動造粒機や圧縮造粒機を用いることができる。成型物が直方体の場合には、転動造粒機は使いにくいが、圧縮造粒機を用いればよい。その後、一定期間養生させることにより、本体部１とこれを被覆する被覆層２からなる非焼成塊成鉱の成品を得る。
【００３０】
図４に、本発明の非焼成塊成鉱の製造フローの一例を示す。
製鉄用鉄原料（Ａ）及び水硬性結合材（Ｂ）は、それぞれが貯留された原料貯留槽３ａ，３ｂから定量切り出し装置などを用いて所定量切り出され、原料搬送装置４で搬送され、加湿混合機５（例えば、ドラムミキサー、アイリッヒミキサーなど）に導入される。なお、製鉄用鉄原料（Ａ）と水硬性結合材（Ｂ）は予め混合し、１つの原料貯留槽から切り出すようにしてもよい。また、製鉄用鉄原料（Ａ）は２種以上のものを別々の原料貯留槽から供給するようにしてもよい。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。
【００３１】
前記加湿混合機５では原料に水が添加され、混合・撹拌される。加湿混合機５の機能などに特別な制限はないが、混合攪拌能力の高いものが望ましい。混合攪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。
前記加湿混合機５で加湿混合された原料は原料搬送装置６により一次造粒機７に搬送され、ここで一次造粒される。図４では、一次造粒機７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、さきに述べたように他の形式の造粒機を用いてもよい。
【００３２】
図４のような皿型転動造粒機を用いた場合には、球形に近い一次造粒物ｙ（塊成化物）が製造される。一方、圧縮造粒機を用いた場合には、アーモンド形、豆炭形など、使用する型により様々な形状の一次造粒物（塊成化物）が製造可能である。これら一次造粒物ｙは、非焼成塊成鉱の本体部１（核部分）に相当するものである。
【００３３】
前記一次造粒物ｙは原料搬送装置８で搬送され、二次造粒機９に導入される。一方、被覆材用の水硬性結合材（Ｂ）と酸化鉄含有粉（Ｃ）は、それぞれが貯留された原料貯留槽１０ａ，１０ｂから定量切り出し装置などを用いて所定量切り出され、原料搬送装置１１で搬送され、前記二次造粒機９に導入される。なお、水硬性結合材（Ｂ）と酸化鉄含有粉（Ｃ）は予め混合し、１つの原料貯留槽から切り出すようにしてもよい。
前記二次造粒機９では、一次造粒物ｙと水硬性結合材（Ｂ）及び酸化鉄含有粉（Ｃ）が混合造粒され、一次造粒物ｙの表層に水硬性結合材（Ｂ）及び酸化鉄含有粉（Ｃ）の混合物が付着することで、同混合物からなる被覆層が形成され、最終の二次造粒物ｘ（塊成化物）が得られる。この二次造粒物ｘは養生場所１２で所定時間養生されることより固化し、高炉で使用可能な非焼成塊成鉱となる。
【実施例】
【００３４】
図４に示すような製造設備を用い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、それらの粒度分布を図５に示す。製鉄用鉄原料（A1）は細粒の鉄鉱石であり、製鉄用鉄原料（A2）は焼結鉱の篩下粉である。これらは成分や粒度分布は異なるが、いずれも鉄分を豊富に含んでおり製鉄原料としては好適なものである。また、酸化鉄含有粉（C1）,（C2）としては鋼材酸洗ライン回収粉を用い、水硬性結合材（B）としてはポルトランドセメントを用いた。
【００３５】
また、酸化鉄含有粉(C1)は酸化鉄含有率が極めて高く、且つ微細粒のものであり、粒径１０μｍ以下の割合が９０mass％以上のものである。一方、酸化鉄含有粉(C2)は酸化鉄含有率が極めて高いが、粒度は粗く粒径１０μｍ超の割合が４０mass％近くあるものである。
上記原料を図４に示す製造フローに従い処理し（造粒・養生）、発明例及び比較例の非焼成塊成鉱を製造した。そして、この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。なお、表２の比較例１の冷間強度は、使用した焼成塊成鉱（焼成ペレット）の冷間強度を示している。
【００３６】
比較例１を除く各実施例では、高炉への鉄原料の配合割合を非焼成塊成鉱：１２mass％、焼結鉱：７９mass％、塊鉱石：９mass％とした。一方、比較例１では、非焼成塊成鉱は使用せず、焼成塊成鉱（焼成ペレット）：１２mass％、焼結鉱：７９mass％、塊鉱石：９mass％とした。焼成ペレットは、現在の高炉操業で広く用いられているもので、背景技術の項で説明したように鉄鉱石粉を造粒した後、１０００℃以上の高温で焼き固めたものであるため、極めて高強度化する一方で、その製造のためにエネルギーを多量に消費するという問題がある。
【００３７】
発明例及び比較例の各非焼成塊成鉱（比較例１は焼成塊成鉱）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。実施例の塊成鉱の粉化量をみると焼成塊成鉱が最も小さいが、他の非焼成塊成鉱も概ね１mass％以下の粉化量であり、冷間強度については問題ないレベルであった。
【００３８】
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。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
【表２】
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【００４１】
発明例１は、非焼成塊成鉱の原料配合割合を、本体部（核部分）については水硬性結合材(B)：７mass％、製鉄用鉄原料（A1）：９３massとし、被覆層については酸化鉄含有粉（C1）：９３mass％、水硬性結合材(B)：７mass％としたものである。この非焼成塊成鉱は、水硬性結合材(B)による接合で冷間における強度は十分（輸送時粉化量は０．８mass％と小さい）である。また、高炉の操業を見ると、出銑量も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、被覆層の酸化鉄含有粉（C1）が高炉内で加熱されることにより焼結し、熱間においても高い強度を維持できたためであると考えられる。なお、Ｒ／ｒの値は１．２５であり、酸化鉄含有粉（C1）の量も十分であったと言える。
【００４２】
発明例２は、非焼成塊成鉱の原料配合割合を、本体部（核部分）については水硬性結合材(B)：７mass％、製鉄用鉄原料（A2）：９３massとし、被覆層については酸化鉄含有粉（C1）：９３mass％、水硬性結合材(B)：７mass％としたものである。この非焼成塊成鉱は、水硬性結合材(B)による接合で冷間における強度は十分（輸送時粉化量は０．９mass％と小さい）である。また、高炉の操業を見ると、出銑量も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、被覆層の酸化鉄含有粉（C1）が高炉内で加熱されることにより焼結し、熱間においても高い強度を維持できたためであると考えられる。なお、Ｒ／ｒの値は１．２０であり、酸化鉄含有粉（C1）の量も十分であったと言える。このように本体部（核部分）に用いる製鉄用鉄原料として、粒径が比較的大きい焼結鉱の篩下粉を用いても問題がないことが判る。
【００４３】
発明例３は、非焼成塊成鉱の原料配合割合を、本体部（核部分）については水硬性結合材(B)：７mass％、製鉄用鉄原料（A1）：５２mass、製鉄用鉄原料（A2）：４１massとし、被覆層については酸化鉄含有粉（C1）：９３mass％、水硬性結合材：７mass％としたものである。この非焼成塊成鉱は、水硬性結合材(B)による接合で冷間における強度は十分（輸送時粉化量は０．８mass％と小さい）である。また、高炉の操業を見ると、出銑量も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、被覆層の酸化鉄含有粉（C1）が高炉内で加熱されることにより焼結し、熱間においても高い強度を維持できたためであると考えられる。なお、Ｒ／ｒの値は１．１６であり、酸化鉄含有粉（C1）の量も十分であったと言える。このように本体部（核部分）に用いる製鉄用鉄原料として、複数種類の原料の混合物を用いても問題が無いことが判る。
【００４４】
発明例４は、非焼成塊成鉱の原料配合割合を、本体部（核部分）については水硬性結合材(B)：７mass％、製鉄用鉄原料（A1）：９３massとし、被覆層については酸化鉄含有粉（C1）：９３mass％、水硬性結合材(B)：７mass％としたものであるが、この例では被覆層を薄くし、Ｒ／ｒの値を１．０３まで低下させたものである。この非焼成塊成鉱は、水硬性結合材(B)による接合で冷間における強度は十分（輸送時粉化量は０．９mass％と小さい）である。また、高炉の操業を見ると、出銑量も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、被覆層の酸化鉄含有粉（C1）が高炉内で加熱されることにより焼結し、熱間においても高い強度を維持できたためであると考えられる。
【００４５】
発明例５は、非焼成塊成鉱の原料配合割合を、本体部（核部分）については水硬性結合材(B)：７mass％、製鉄用鉄原料（A1）：９３massとし、被覆層については酸化鉄含有粉（C1）：９３mass％、水硬性結合材(B)：７mass％としたものであるが、この例では被覆層をさらに薄くし、Ｒ／ｒの値を１．０２まで低下させたものである。この非焼成塊成鉱は、水硬性結合材(B)による接合で冷間における強度は十分（輸送時粉化量は０．９mass％と小さい）である。また、高炉の操業を見ると、出銑量がやや低下傾向となり還元材比もやや高くなったが、吹き抜け現象は生じておらず、良好な操業がなされている。これは、Ｒ／ｒの値がやや小さいものの、被覆層の酸化鉄含有粉（C1）が高炉内で加熱されることにより焼結し、熱間においても高い強度を維持できたためであると考えられる。
【００４６】
比較例１は、塊成鉱として、非焼成塊成鉱ではなく焼成塊成鉱（焼成ペレット）を用いた例である。焼成塊成鉱は高温で焼き固めているため、冷間における強度は非焼成ペレットよりも大きい（輸送時粉化量は０．６mass％と最小である）。また、高炉の操業を見ると、吹き抜け現象が５回／日生じ、出銑量がやや低下傾向となり還元材比もやや高くなった。焼成塊成鉱は冷間強度は十分であるが、高炉内での熱間強度が不足するため、操業不調となるものと考えられる。
【００４７】
比較例２は、非焼成塊成鉱の原料配合割合を水硬性結合材(B)：７mass％、製鉄用鉄原料（A1）：９３massとし、被覆層を設けない造粒物としたものである。この非焼成塊成鉱は、水硬性結合材(B)による接合で冷間における強度は十分（輸送時粉化量は１．０mass％と小さい）である。しかし、高炉の操業を見ると、吹き抜け現象が１５回／日生じ、出銑量が低下傾向となり還元材比も高くなった。これは被覆層がないため、焼結による熱間強度の向上効果が得られないことにより、高炉内で強度低下を生じ、粉化したためであると考えられる。
【００４８】
比較例３は、非焼成塊成鉱の原料配合割合を、本体部については水硬性結合材(B)：７mass％、製鉄用鉄原料（A1）：９３massとし、被覆層については酸化鉄含有粉（C2）：９３mass％、水硬性結合材(B)：７mass％としたものである。この非焼成塊成鉱は、水硬性結合材(B)による接合で冷間における強度は十分（輸送時粉化量は１．０mass％と小さい）である。しかし、高炉の操業を見ると、吹き抜け現象が１６回／日生じ、出銑量が低下傾向となり還元材比も高くなった。これは被覆層に用いた酸化鉄含有粉（C2）の粒度が粗いため、焼結による熱間強度の向上効果が得られないことにより、高炉内で強度低下を生じ、粉化したためであると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の非焼成塊成鉱の基本構造を模式的に示す説明図
【図２】酸化鉄含有粉の粒子どうしの焼結挙動を模式的に示す説明図
【図３】酸化鉄含有粉に含まれる粒径１０μｍ以下の粒子の割合と酸化鉄含有粉の成形焼結体の圧縮強度との関係を示すグラフ
【図４】本発明の非焼成塊成鉱を製造フローの一例を示す説明図
【図５】実施例で使用した原料の粒度分布を示すグラフ
【符号の説明】
【００５０】
１  本体部
２  被覆層
３ａ，３ｂ，１０ａ，１０ｂ  原料貯留槽
４，６，８，１１  原料搬送装置
５  加湿混合機
７  一次造粒機
９  二次造粒機
１２  養生場所
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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