(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合組織が、ＣａＯ−ＳｉＯ2−ＦｅＯ系シリケートスラグとマグネタイトが主体で、一部ヘマタイトの結合組織であり、かつ、５０μｍ以上のマクロ気孔が焼結鉱全体に分散していることを特徴とする軟化溶融性状の優れた焼結鉱。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軟化溶融性状の優れた焼結鉱に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から焼結鉱の製造においては、焼結原料に粉コークスや粉石灰石等の副原料を配合して混合し、その配合原料を、造粒機で造粒した後、焼結機に装入し、焼結層の通気を良好に保ちながら操業を行っている。
焼結鉱の品質を向上させるために、通気性に悪影響を及ぼす粉コークス中０．５ｍｍ以下を少なくする粒度調整や、融液生成に重要な働きをする粉石灰石の特定粒度を増減させる粒度調整などが実施されてきた。ただ、これらの手段では、還元粉化性や被還元性を改善できるが、高炉下部の反応で最も重要な軟化溶融性状を改善する手段にはなっていなかった。
【０００３】
例えば、特公昭６３−１３４７５号公報には、粒径７ｍｍ未満が１００重量％の粉コークスにセメントと水を加えて混合して、混合物を積付けし、セメントの水和反応により形成された水和物でコークス粒子間が結合されるまで養生し、この積付け養生物を、粒径０．５ｍｍ未満が４０重量％以下となるように解砕して鉄鉱石の焼結時に使用し、粉コークスの燃焼効率を向上させて成品焼結鉱の被還元性（ＪＩＳ還元率）を向上させる方法が開示されている。
しかし、高炉下部における反応を大幅に向上させるには、焼結鉱の被還元性の向上だけでは不十分で、焼結鉱の軟化溶融性状の改善が重要であるが、上記公報に、焼結鉱の軟化溶融性状の改善については、何も記載されていない。
【０００４】
特公昭６３−６６１６号公報には、粉鉄鉱石を下方吸気式焼結機で焼結する際、粒度が１０ｍｍ以下０．５ｍｍ以上の粗粒石灰石を他の配合原料と共に配合して、石灰石の焼結過程における反応を遅らせることにより、２次ヘマタイトの生成または成長を少なくして、耐還元粉化性を向上させる焼結鉱の製造法が開示されている。しかし、高炉下部の反応で最も重要な軟化溶融性状の改善については、何も記載されていない。
【０００５】
特開昭５７−１９２２２８号公報には、粉鉄鉱石を下方吸気式焼結機で焼結する際、粒度１〜３ｍｍが５０％以上の石灰石、粒度３〜５ｍｍが１０％以下の石灰石、粒度０．２５ｍｍ以下の微粒子が１９％以下の石灰石等を他の原料と配合して焼結することにより、骸晶状菱型ヘマタイトおよび板状カルシウムフェライトの生成を抑制し、被還元性の良い針状カルシウムフェライトと耐還元粉化性の良好な斑状ヘマタイトの生成を増やした、耐還元粉化性と被還元性を向上させる焼結鉱の製造法が開示されている。しかし、高炉下部の反応で最も重要な軟化溶融性状の改善については、何も記載されていない。
【０００６】
特開昭６１−３４１１９号公報には、微粉鉱石に石灰石を他の配合原料と共に添加して焼結する方法において、石灰石の粒度を３〜５ｍｍの粒子が全石灰石量の３５ｗｔ％以上となるように調整して、焼結層の通気を良好にしてヒートパターンの高温保持時間を短くし、カルシウムフェライトと再酸化ヘマタイトの隣接を抑制して、耐還元粉化性を著しく改善する焼結鉱の製造法が開示されている。上記公報では、落下強度や被還元性は、従来の焼結法によるものと同等であると説明されているが、高炉下部の反応で最も重要な軟化溶融性状の改善については、何も記載されていない。
【０００７】
特開昭５８−９１１３２号公報には、粉状鉱石を下方吸気式焼結機で焼結する際、石灰石を水分２〜７％で造粒し、造粒後の粒度が、０．５ｍｍ以下が２０％以下、３ｍｍ以上が４０％以下の石灰石を他の原料と配合して焼結し、還元粉化性に悪い２次ヘマタイトの生成を抑えながら被還元性の良いカルシウムフェライトを多量に生成して、ＪＩＳ還元率と還元粉化指数（ＲＤＩ）の向上を図る焼結鉱の製造法が開示されている。しかし、高炉下部の反応で最も重要な軟化溶融性状の改善については、何も記載されていない。
【０００８】
ＩＳＩＪ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，３１（１９９１）５，ｐ．４６８には、焼結過程で粒径が０．７ｍｍ以上の石灰石や０．５ｍｍ以上の粉コークスが消滅した後に、焼結鉱中にマクロ気孔が生成し易いことが記載されている。しかし、高炉下部の反応で最も重要な軟化溶融性状の改善については、何も触れられていない。
【０００９】
材料とプロセス，４（１９９１），ｐ．１１２６には、スケールなどの高ＦｅＯ原料を５ｗｔ％以上配合すれば低融点のシリケートスラグが生成し易いことが記載されている。しかし、高ＦｅＯ原料多配合以外の手段については記載されておらず、微粉コークスの減少とシリケートスラグの生成増の関係、ならびに、高炉下部の反応で最も重要な軟化溶融性状の改善に関する記載はない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これまで制御する手段が確立されていなかった軟化溶融性状（高炉下部の反応で最も重要な性状）の優れた焼結鉱を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は以下の通りである。
【００１２】
（１）  結合組織が、ＣａＯ−ＳｉＯ2−ＦｅＯ系シリケートスラグとマグネタイトが主体で、一部ヘマタイトの結合組織であり、かつ、５０μｍ以上のマクロ気孔が焼結鉱全体に分散していることを特徴とする軟化溶融性状の優れた焼結鉱。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、前記課題を解決するため、焼結原料に配合する粉コークスや粉石灰石、返鉱、焼結鉱粉の粒度分布を焼成前に調整することにより、マクロ気孔の生成と粘性の高いＣａＯ−ＳｉＯ2−ＦｅＯ系シリケートスラグの生成の組合せで、焼結鉱中のマクロ気孔を多く確保することにより得られる軟化溶融性状の優れた焼結鉱を提供するものである。
【００１５】
本発明は、まず、粉コークスの０．５ｍｍ以下の微粉を大幅に減少させて、擬似粒子の付着粉内へ埋没する粉コークスの量を減らして燃焼性を大幅に改善し、単位時間当たりの粉コークスの燃焼量を増加させて、焼結層内における酸素分圧（Ｐｏ2）を低下させる。
そうすると、図２（ＣａＯ−ＳｉＯ2−ＦｅＯ系の状態図）に示すように、ＣａＯ−ＳｉＯ2−ＦｅＯ系の低融点シリケートスラグの生成が促進されて、融液量も増加し、逆に、図１（ＣａＯ−ＳｉＯ2−Ｆｅ2Ｏ3系の状態図）に示すＣａＯ−ＳｉＯ2−Ｆｅ2Ｏ3系のカルシウムフェライト融液の生成が抑制される。
【００１６】
それに加えて、石灰石の１．０ｍｍ以下の微粉を大幅に減少させて、石灰石の反応性を抑制するので、石灰石は、生成した粘性の高いＣａＯ−ＳｉＯ2−ＦｅＯ系シリケートスラグと反応することになり、石灰石の反応・消滅後に、マクロ気孔（５０μｍ以上）が形成される。当然、コークスの燃焼・消滅後にも、マクロ気孔が形成される。
ＣａＯ−ＳｉＯ2−ＦｅＯ系シリケートスラグは、粘性が高いので気孔に浸透し難く、気孔自身を閉塞することも少ないので、マクロ気孔（５０μｍ以上）を、焼結鉱全体に、好ましくは均一に造ることができる。
【００１７】
この粉コークスの０．５ｍｍ以下の微粉を減少させる方法と、粉石灰石の１．０ｍｍ以下の微粉を減少させる方法を組み合わせると、従来と違い、焼結鉱の組織は、シリケートスラグ結合主体にマクロ気孔（５０μｍ以上）を、焼結鉱全体に、好ましくは均一に分布させたものになり、高炉内で昇温、還元されるときは、閉塞しない気孔内にガスが十分浸透するので、還元が著しく促進される。
しかも、ＣａＯ−ＳｉＯ2−ＦｅＯ系シリケートスラグとマグネタイトが主体で、一部ヘマタイトの結合組織であるので、カルシウムフェライトとヘマタイトが主体の結合組織に多く見られるような還元時の粉化は少ない。
すなわち、耐還元粉化性が良好で、マクロ気孔（５０μｍ以上）が焼結鉱全体に、好ましくは均一に分散していることによりＪＩＳ還元率も向上した焼結鉱になる。この焼結鉱は、高炉シャフト下部の軟化融着ゾーンまで降下しても、マクロ気孔がつぶれないので、還元が益々促進されることになり、メタル・スラグの分離も、より高温側に移行してスムーズになり、図３に示すように、焼結鉱の高温荷重軟化溶融試験の性状が、大幅に改善されることになる。
返鉱や焼結鉱粉の微粉部分には、ＣａＯが１０％程度含まれているので、この部分を少なくして配合すれば、ＣａＯ−ＳｉＯ2−ＦｅＯ系シリケートスラグの生成がさらに促進され、上記効果はより増加することになる。
【００１８】
鉄と鋼，７２（１９８６）４，Ｓ３には、高炉内熱保存帯（シャフト中部）までの低温還元性は、ＪＩＳ還元率が６２％以上であれば良好で、それ以上に改善してもシャフト効率は横這いになり、また、熱保存帯以降（シャフト下部）の高温還元性は、ＪＩＳ還元率と気孔率によって整理され、ＪＩＳ還元率のみの改善では、高温還元性の向上幅は少なく、焼結鉱の気孔率の増加との組合せが大きな改善効果をもたらすと記載されている。この記載からも、本発明法のマクロ気孔生成増による軟化溶融性状改善策が妥当であるといえる。
【００１９】
本発明法において、コークスの粒度を、０．５ｍｍ以下の微粉が０超〜２５ｗｔ％、５．０〜１０．０ｍｍの粗粒が０超〜１０ｗｔ％としたのは、事前に実施した鍋試験結果で、０．５ｍｍ以下の微粉コークスが２５ｗｔ％より少なくなると効果が出始め、５．０〜１０．０ｍｍの粗粒が１０ｗｔ％を越えると、焼結ベッド下層部への偏析増加による下層部熱過剰の悪影響と、気孔の不均一分散が逆に見られ始めるからである。
微粉コークスの粒度設定を０．５ｍｍ以下としたのは、焼結原料の擬似粒子の顕微鏡観察で０．５ｍｍ以下の粉コークスが付着粉内に多く埋没していたからであり、粗粒コークス上限の粒度設定を５．０〜１０．０ｍｍとしたのは、同じく、擬似粒子の顕微鏡観察で、５．０ｍｍの粉コークスは単独で存在し、かつ、焼結ベッド層高方向の各層解体調査で、下層部分に多く偏析していたからである。
また、この粒度調整をした粉コークスは、焼結新原料の合計（鉄鉱石と焼結鉱粉、副原料）を１００％とすると、外％（１００％に加えての意味）表示で１．０ｗｔ％添加から効果が出始め、７．０ｗｔ％以上では熱過剰で効果が見られなくなった。
【００２０】
同時に、石灰石の粒度を、１．０ｍｍ以下の微粉が０超〜３０ｗｔ％、５．０〜１０．０ｍｍの粗粒が０超〜２０ｗｔ％としたのも、粉コークスの場合と同様に、事前の鍋試験結果で、１．０ｍｍ以下の微粉が３０ｗｔ％より少なくなると、マクロ気孔の焼結鉱全体にわたる生成による効果が出始め、５．０〜１０．０ｍｍの粗粒は、逆に、２０ｗｔ％を越える辺りから気孔径が大きくなり過ぎて気孔数が減り、かつ、不均一に分散し始めるからである。
微粉石灰石の粒度設定を１．０ｍｍ以下としたのは、焼結原料の擬似粒子の顕微鏡観察で、１．０ｍｍ以下の微粉石灰石は付着粉内に取り込められていたからである。１〜５ｍｍの粗粒の多くは、擬似粒子の核部分になっていたので、その部分からマクロ気孔が生成されると推定できた。
粗粒石灰石の上限を５．０〜１０．０ｍｍと設定したのは、擬似粒子の顕微鏡観察で、５．０ｍｍの石灰石は単独で存在し、かつ、焼結ベッド層高方向の各層解体調査でも下層部分に多く偏析して、均一なマクロ気孔の形成への悪影響が考えられるからである。
また、この粉石灰石は、焼結新原料の合計を１００％とすると、内％表示で、５．０ｗｔ％以上の添加から効果が出始め、１５ｗｔ％以上になると効果は横這いになった。
【００２１】
返鉱と焼結鉱粉の０．５ｍｍ以下の微粉が５ｗｔ％より少なくなると、粉コークスと粉石灰石の粒度調整によるマクロ気孔（５０μm以上）の生成がより促進される。焼結原料微粉部のＣａＯがより少なくなって、ＣａＯ−ＳｉＯ2−ＦｅＯ系シリケートスラグの生成がさらに促進されたためと考えられる。
微粉の返鉱と焼結鉱粉を０．５ｍｍ以下と設定したのは、同じく、焼結原料の擬似粒子の顕微鏡観察で、０．５ｍｍ以下の返鉱と焼結鉱粉は付着粉内に埋没していたからである。
【００２２】
【実施例】
粉コークスの粒度は、篩い分け法と造粒法の２方法で調整し、粉石灰石も、同様の篩い分け法と造粒法の２方法で調整し、返鉱・焼結鉱粉についても、同様の篩い分け法と上記２方法とは異なる造粒法で調整した。
粉コークス造粒時の水分は１２．５ｗｔ％、粉石灰石造粒時の水分は６％、返鉱・焼結鉱粉の造粒時の水分は４％とした。篩い分け時の水分は、粉コークスは７％、粉石灰石は３％、返鉱・焼結鉱粉は１％であった。
【００２３】
表１に、鍋試験に使用した配合原料の配合割合、表２に、粉コークス、粉石灰石、返鉱・焼結鉱粉の篩い分け法と造粒方法、表３に、鍋試験の各水準、表４に、鍋試験に使用した粉コークスと粉石灰石、返鉱・焼結鉱粉の粒度分布を示した。なお、粉コークス、粉石灰石の造粒にはマルメライザー、返鉱・焼結鉱粉の造粒にはディスクペレタイザーを使用した。表５に、高温荷重軟化溶融試験の条件を示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
【表２】
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【００２６】
【表３】
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【００２７】
【表４】
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【００２８】
【表５】
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【００２９】
図３に、粉コークス・粉石灰石と返鉱・焼結鉱粉の粒度調整鍋試験結果の生産率、成品歩留、ＴＩ（冷間強度、ＪＩＳＭ８７１２により測定）、ＲＤＩ（還元粉化性、製銑部会法）、ＪＩＳ還元率（ＪＩＳＭ８７１３）、成品５〜２５ｍｍ割合、軟化溶融性状（軟化開始・滴下終了温度、１３５０℃での収縮率）を示す。
【００３０】
図４に、焼結過程のヒートパターンの測定結果の一例を示す。そして、図５に、焼結鉱組織の顕微鏡写真の一例を示す。本発明法によれば、焼結層内のヒートパターンが、上層から下層にかけて均一化する傾向が見られ（図４、参照）、これが、成品焼結鉱の均一化をもたらしていると考えられる。また、本発明法による焼結鉱組織は、ＣａＯ−ＳｉＯ2−ＦｅＯ系シリケートスラグとマグネタイトが主体で、一部ヘマタイトの結合組織になり、かつ、マクロ気孔が、好ましくは均一に分散していることも明らかになった（図５、参照）。
【００３１】
以上のように、粉コークスと粉石灰石、さらには返鉱・焼結鉱粉の粒度を同時に調整することにより、次の点が明らかになった。
【００３２】
（１）焼結ベッドの通気性が大幅に改善され、焼結時間が短縮し、生産率が大幅に向上する。
【００３３】
（２）焼結鉱組織が、ＣａＯ−ＳｉＯ2−ＦｅＯ系シリケートスラグとマグネタイトが主体で、一部ヘマタイトの結合組織になり、さらに融液量も増えるので、成品歩留とＴＩ、ＲＤＩが向上する。本組織中にマクロ気孔（５０μｍ以上）が増えるので、ＪＩＳ還元率も向上する。
【００３４】
（３）焼結鉱組織にはマクロ気孔（５０μｍ以上）が、好ましくは均一に分散するので、軟化溶融性状が大幅に改善（軟化開始温度上昇、軟化開始と溶融滴下終了の温度差縮小（融着帯幅縮小）、軟化収縮率抑制）される。さらに、ヒートパターンのシャープ化により、成品粒度分布がシャープ化（＋２５ｍｍ減、５〜２５ｍｍ増）する。この粒度分布の改善は、高炉内の還元性向上にさらに寄与する。
【００３５】
（４）粉コークスと粉石灰石の粒度調整に加えて、返鉱・焼結鉱粉の粒度を同時に調整すると相乗効果が発生し、上記（１）、（２）、および、（３）がさらに増加する。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、焼結鉱品質の冷間強度や還元粉化性、ＪＩＳ還元率の向上のみならず、高炉下部の反応にとって最も重要な軟化溶融性状を大幅に向上できるので、高炉の安定操業に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＣａＯ−ＳｉＯ2−Ｆｅ2Ｏ3系の状態図である。
【図２】  ＣａＯ−ＳｉＯ2−ＦｅＯ系の状態図である。
【図３】  粉コークス・石灰石と返鉱・焼結鉱粉を粒度調整して鍋試験を行った結果を示す図である。
【図４】  焼結層内のヒートパターンを測定した結果の一例を示す図である。
【図５】  焼結鉱の顕微鏡組織を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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