(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速攪拌ミキサーおよび転動型造粒機を用いて粒径の最大値が１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下となる粒度分布を有するように造粒した擬似粒子群を焼結する焼結鉱の製造方法において、該擬似粒子群に対して粒径が５ｍｍ以上の炭材を４．５質量％以上７．５質量％以下の割合で配合することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
【請求項２】
前記粒径が５ｍｍ以上の炭材を高速攪拌ミキサーおよび転動型造粒機による造粒後に配合することを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項３】
配合原料のうちの１０質量％以上５０質量％以下を前記擬似粒子群とすることを特徴とする請求項１または２に記載の焼結鉱の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドワイトロイド式焼結機を使用した焼結鉱の製造において、良好な通気性のもとに、特に高い歩留まりで焼結することができる焼結鉱の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結原料は、複数種類の鉄鉱石、ＣａＯ源としての石灰石、ＳｉＯ2やＭｇＯ源としての副原料、凝結材としての粉コークスなどの炭材、さらには返鉱などから構成されている。通常、これらの原料は、その銘柄毎に原料槽に貯蔵され、焼結原料の配合に応じて定量切り出しされる。切り出された各銘柄の原料は、原料搬送用のベルトコンベア上で合流して、造粒機まで搬送される。
【０００３】
造粒工程では、原料に水分が添加されて造粒が行われる。造粒操作により原料の粒子が集合した造粒物を擬似粒子と称し、擬似粒子の粒子径を擬似粒子径と称する。擬似粒子径は、一般的には０．２５ｍｍ以下〜５ｍｍ程度の粒度分布を有する。
【０００４】
造粒後の原料は、サージホッパーと称される原料ホッパーから焼結機のパレット上に層状に装入されて原料充填層を形成し、この原料充填層の最上部に点火される。そして、原料充填層の下方から空気が吸引されることによって充填層中の炭材が燃焼するとともに、原料粒子の焼結反応が原料充填層の上部から下部に向かって順次進行する。原料充填層の下部まで焼結されて生成した塊状物（以下、「焼結ケーキ」とも称する）は、焼結機排鉱部から排出され、粗破砕された後にクーラーで冷却される。
【０００５】
焼結原料充填層中の炭材の粒度は、通常１〜３ｍｍと小さく、したがって、炭材は温度上昇に伴って一挙に燃焼する。その結果、焼結反応の進行は、炭材燃焼の素反応よりも、むしろ燃焼により高温となったガスと原料である固体粒子との伝熱により大きく支配される。
【０００６】
特許文献１には、粗粒炭材を還元材として活用し、半還元塊成鉱を製造する技術が開示されている。また、特許文献２には、粗粒炭材を使用して、炭材を塊成鉱中に残存させる技術が開示されている。さらに、特許文献３には、コ−クス粒度を所定の粒径以上の粗粒とし、焼結層の通気性の向上に応じて吸引空気量を減少させることにより、粉鉱石を効果的に焼結する技術が開示されている。
【０００７】
焼結反応を速く進行させるには、このガスと固体との間の伝熱速度を増大させる必要がある。伝熱速度を増大させるには、空搭風速を上昇させることが重要であり、ガスの空搭速度を上昇させるためには、原料装入後において原料充填層の通気抵抗を低下させ、また送風機の能力を上昇させるなどの方策が必要である。上記のように、原料充填層の通気抵抗を低下させるためには、擬似粒子の粒径を増大させることが有効である。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１９２１５３号公報（特許請求の範囲および段落［００２０］〜［００２７］）
【特許文献２】特開平８−１９９２４９号公報（特許請求の範囲および段落［００１２］）
【特許文献３】特開昭５４−５６００５号公報（特許請求の範囲および１頁右欄１２行〜２頁右上欄１５行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述のとおり、炭材の粒径が１〜３ｍｍの範囲においては、焼結反応の進行は、高温ガスから原料粒子への伝熱速度により支配される。この伝熱を促進させるためには原料充填層中の空搭風速の上昇が有効であり、空搭風速を上昇させるためには、造粒後の粒径である擬似粒子径を上昇させることが有効である。
【００１０】
図１に、高速攪拌ミキサーおよび転動型造粒機を使用した際の擬似粒度分布を示す。同図に示されるとおり、一般的な焼結の配合原料を高速攪拌ミキサーにより造粒処理し、さらに転動型造粒機により処理することで、最大粒径が１０ｍｍ以上の粒度分布を形成することができる。特に、パンペレタイザーの使用時には、１０ｍｍ以上の擬似粒子の比率が２０質量％を超える粒度分布を得ることも可能である。
【００１１】
ところで、空塔風速の上昇により、炭材の燃焼速度は上昇するが、他方で、燃焼完了後の焼結ケーキ層の冷却速度も増大し、その結果、高温保持時間が短縮される。また、擬似粒径が大きい場合には、擬似粒子内の中心部まで熱伝導が進行するのに要する時間が長くなることから、擬似粒子内中心部において、高温保持時間が大幅に短縮されるとともに、到達温度が低下する。その結果、成品歩留りが低下し、返鉱率の上昇を招くこととなる。
【００１２】
図２に、球形の酸化鉄粒子の昇温時における粒子表面からの距離と昇温状況との関係を示し、図３には、球形の酸化鉄粒子の昇温時における粒子径と粒子中心温度の上昇状況との関係を示す。これらの関係は、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）からなる気孔を有しない球形粒子が１０００℃の雰囲気中にさらされた場合における粒内の昇温状況を伝熱計算により求めたものである。
【００１３】
図２では、球形粒子表面からの距離が０．５〜１．０ｍｍの球殻内の平均温度が破線により、同１．０〜１．５ｍｍの球殻内の平均温度が一点鎖線により、そして、同４．５〜５．０ｍｍの球殻内の平均温度が実線によりそれぞれ示されている。同図の結果から、直径が１０ｍｍの球形粒子においては、加熱開始から１０秒間は、粒子表層部と、表面からの距離が５ｍｍの粒子中心部との温度差が大きいことがわかる。
【００１４】
また、図３の結果から、中心温度が表面温度と同じ温度にまで到達するのに要する時間は、粒径が２．５ｍｍの粒子の場合には２秒程度と短いが、粒径が５ｍｍの場合には４秒となり、粒径が１０ｍｍ以上になると１０秒を超えることがわかる。
【００１５】
焼結操業において、擬似粒子径が１０ｍｍ以上の粒子を多く造り込むと、成品歩留りが低下するという実績が多いが、その要因としては、前記の検討結果などから、高温保持時間の短縮が大きく影響していると推察される。
【００１６】
擬似粒子径の上昇に伴う成品歩留りの低下対策として、炭材量を増加させても、コークス燃焼帯における酸素濃度は低下し、その結果、未燃焼のままで残存したり、また不完全燃焼を招くので、根本的な解決策にはならない。
【００１７】
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、焼結鉱製造用の炭材の配合方法を適正化することにより、焼成時における通気性を確保しつつ、焼結成品の歩留りを改善し、生産率を向上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】
【００１８】
上記課題を解決するには、擬似粒子径の増大によって空塔風速が上昇した場合においても、炭材の燃焼速度の増加を緩やかにし、擬似粒子の高温保持時間を確保することが有効である。そのための手段として、本発明者らは、炭材の燃焼を緩慢にして（以下、「緩慢燃焼」とも記す）、雰囲気温度ひいては擬似粒子内の高温保持時間を確保するには、炭材を粗粒化することが有効であることを突き止めた。しかしながら、従来の炭材の粗粒化についての試みにおいては、本発明が課題とする観点からの検討は行われていなかった。そこで、本発明者らは、Ａｌ2Ｏ3球を模擬原料とした原料充填層の燃焼試験を実施し、下記の（ａ）〜（ｃ）の知見を得て本発明を完成させた。
【００１９】
図４は、原料充填層の燃焼模擬試験に用いた充填層構造を示し、同図（ａ）は上層に通常の配合原料を、下層にＡｌ2Ｏ3球と炭材粒子とを配置した充填層を表し、同図（ｂ）は、同図（ａ）の下層の充填層の詳細構造を表す。同図（ｂ）に示されるとおり、下層の充填層は、上部から順に、Ａｌ2Ｏ3球からなる層、炭材粒子からなる層、およびＡｌ2Ｏ3球からなる層の三層構造とした。この充填層に１次ガスである空気を上部から流通させて焼結反応を進行させた。三層構造からなる下層の充填層の最下層に配置されたＡｌ2Ｏ3球からなる層の高さ方向の中央部に熱電対を挿入し、その計測値を代表温度とした。炭材の粒径は、４〜５ｍｍ、８〜１２ｍｍ、および１２〜１５ｍｍの３種類とした。
【００２０】
燃焼の様式は、上層の配合原料中の炭材の燃焼が完了した後に、下層の炭材の燃焼が開始する形態となる。下層の炭材は、下層の充填層の高さ方向中間部に層状に配置されているので、全炭材粒子の燃焼は、ほぼ同時に開始する。炭材の燃焼量は、充填層を通過したガス量ならびにＣＯおよびＣＯ2のガス組成分析に基づき算出される。
【００２１】
（ａ）原料充填層中の炭材粒子径を増大することにより、燃焼速度を増大させ、かつ、燃焼時間も延長することができる。
【００２２】
図５は、原料充填層の燃焼模擬試験の結果を示す図であり、同図（ａ）は空塔風速と燃焼速度との関係に及ぼす炭材粒子径の影響を表し、同図（ｂ）は空塔風速と燃焼時間との関係に及ぼす炭材粒子径の影響を表す。同図（ａ）に示されるとおり、燃焼量から算出した炭材粒子径の減少速度（以下、「燃焼線速度」とも記す）は空塔風速に正比例し、炭材粒子径が増大するにつれて増加した。しかしながら、同図（ｂ）に示されるとおり、炭材の半径を燃焼線速度で除した「燃焼時間」は、炭材粒径の増大にともなって増加した。
【００２３】
前述したように、通常の焼結原料に配合される炭材の粒径は、本充填層燃焼試験にて使用した炭材よりもさらに小さく、メディアン径（積算粒度分布が５０質量％となる粒子径）で１〜３ｍｍ程度である。炭材は燃焼開始温度（約７００℃近傍）に到達すると燃焼し始めるが、通常の炭材は細粒であるため、燃焼に要する時間は短い。このため、高温保持時間も短くなる。
【００２４】
（ｂ）充填層の高温保持時間および最高温度は、炭材粒子径および炭材量を調整することにより制御できる。
【００２５】
図６に、原料充填層の燃焼模擬試験の結果を示す。同図（ａ）は充填層内のヒートパターンに及ぼす空塔風速の影響を、同図（ｂ）は充填層内のヒートパターンに及ぼす炭材量の影響を、同図（ｃ）は充填層内のヒートパターンに及ぼす炭材粒子径の影響を、それぞれ示す。同図（ａ）に示されるとおり、空搭風速が低下するにつれて高温保持時間は長くなり、さらに同図（ｃ）にみられるとおり、炭材粒径の増加によっても、高温保持時間を延長することができる。しかしながら、炭材粒径の増加は、最高温度の低下を引き起こす。
【００２６】
この最高温度の低下は、炭材の緩慢燃焼に起因するものであることから、燃焼に必要な酸素量には余裕が生じる。したがって、同図（ｂ）に示されるように、上記の最高温度の低下は、炭材量を増加することにより回復させることができる。
【００２７】
このように、高温保持時間および最高温度は、炭材の粒径および炭材量を調整することにより制御できることが判明した。
【００２８】
（ｃ）充填層中の炭材を粗粒化することにより、炭材の完全燃焼を図り、燃焼効率を向上させることができる。
【００２９】
焼結反応の排ガス中には、炭材の燃焼によって生成したＣＯ2ガスおよびＣＯガスが含まれる。前記図４に示した原料充填層の燃焼試験において、排ガス中のＣＯ濃度は、上層の配合原料が焼成されている過程においては、２〜３体積％程度であったが、下層のＡｌ2Ｏ3球充填層内に配置された粒径の大きな炭材（以下、「粗粒の炭材」とも記す）が燃焼する過程においては、ＣＯ濃度は０．１体積％と大幅に低い値となった。この理由は、粗粒の炭材の場合には、燃焼状況は完全燃焼に近く、炭材がＣＯにまでしか酸化しない不完全燃焼は殆ど生じないことによる。炭材を粗粒化することは、燃焼効率を向上させる上においても、有効な手段であることが示された。
【００３０】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（３）に示される焼結鉱の製造方法にある。
【００３１】
（１）高速攪拌ミキサーおよび転動型造粒機を用いて粒径の最大値が１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下となる粒度分布を有するように造粒した擬似粒子群を焼結する焼結鉱の製造方法において、該擬似粒子群に対して粒径が５ｍｍ以上の炭材を４．５質量％以上７．５質量％以下の割合で配合することを特徴とする焼結鉱の製造方法（以下、「第１発明」とも記す）。
【００３２】
（２）前記粒径が５ｍｍ以上の炭材を高速攪拌ミキサーおよび転動型造粒機による造粒後に配合することを特徴とする前記（１）に記載の焼結鉱の製造方法（以下、「第２発明」とも記す）。
【００３３】
（３）配合原料のうちの１０質量％以上５０質量％以下を前記擬似粒子群とすることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の焼結鉱の製造方法（以下、「第３発明」とも記す）。
【００３４】
本発明において、「高速攪拌ミキサー」とは、円筒型容器内に攪拌用の羽根を有し、円筒型容器および攪拌用の羽根の双方が共に回転運動をする構造の攪拌型混合機であって、特に粒径の小さい焼結原料の混合および造粒機能を向上させた混合機を意味する。攪拌羽根は数百ｒｐｍ程度以上の高速で回転するのが一般的である。
【００３５】
「転動型造粒機」とは、原料粒子に転動運動を与えながら造粒する造粒機を意味し、例えば、ドラムミキサーなどのドラム型およびパンペレタイザーなどのディスク型がある。
【００３６】
「擬似粒子群」とは、擬似粒子の集合であり、擬似粒子とは、前述のとおり、造粒操作により原料の粒子が集合した造粒物をいう。一般的には、例えば、粉鉱石、ＣａＯ源としての石灰石、ＳｉＯ2などの副原料、炭材などの混合物からなる原料に水を添加し、造粒機内で転動させて造粒することにより、見かけ上大きく粒子化された状態の粒子群を意味する。
【００３７】
「配合原料」とは、焼結機へ供給する原料をいい、粉鉱石、ＣａＯ源としての石灰石、ＳｉＯ2などの副原料、および炭材の混合物を意味する。
【００３８】
以下の説明では、原料配合率および粒度分布を示す「質量％」を、単に「％」と表示することもある。  
【発明の効果】
【００３９】
本発明の焼結鉱の製造方法によれば、粒径の最大値が１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下となる粒度分布を有するように造粒された擬似粒子群を焼結するに際して、粒径が５ｍｍ以上の炭材を４．５〜７．５質量％の割合で配合すること、さらにはその配合位置を適正化することにより、焼成時における原料充填層の通気性を確保しつつ、焼結成品の歩留りを改善し、生産率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
前記第１発明〜第３発明の内容について、数値限定の理由も含めて、さらに詳細に説明する。
【００４１】
１．第１発明
第１発明に記載されるとおり、粒径の最大値が１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の擬似粒子群の焼結に際しては、粗粒の炭材を配合することが有効である。この理由は、擬似粒子径が１０ｍｍを超える場合には、焼結充填層のヒートパターンをブロード化する（すなわち、高温保持時間を長くする）ことにより、擬似粒子の中心部の温度上昇を図る必要があるからである。そして、焼結層のヒートパターンのブロード化を達成するには、（炭材の表面積／炭材の体積）の値、すなわち炭材粒子の比表面積が小さく、緩慢燃焼を実現することのできる粗粒の炭材が必要となることによる。
【００４２】
１−１．擬似粒子群の粒径の最大値が１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下
擬似粒子群の粒径の最大値は１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下とするのが適切である。擬似粒子群の粒径の最大値が１０ｍｍ未満、すなわち粒径１０ｍｍ以上の粒子が存在しない粒度分布を有する擬似粒子群においては、粗粒の炭材の使用によるヒートパターンのブロード化によって高温保持時間を長くする必要がないからである。一方、擬似粒子径の最大値が２０ｍｍを超える擬似粒子群では、粗粒の炭材を使用して高温保持時間を長くしても、良好な焼結反応を進行させることは困難だからである。
【００４３】
さらに、擬似粒子群が大きな擬似粒度を有する場合には、炭材を粗粒化しても層内温度の不均一が発生しにくいという利点がある。すなわち、通常の擬似粒度を有する擬似粒子群の場合には、炭材の粗粒化は、擬似粒子数に対して炭材粒子数が少ないことに起因して発生する層内温度の不均一によって、未焼成部分が増加する。これに対して、本発明で規定するように大きな擬似粒度を有する擬似粒子群（以下、「大径擬似粒子群」とも称する）の場合には、炭材の粗粒化によって、層内温度の不均一が発生することは少ない。
【００４４】
その理由は下記のとおりである。すなわち、擬似粒子の質量が同一の場合に、擬似粒子径が小さいと、全擬似粒子の表面積の和が大きくなるので、燃焼炭材からの距離の高温ガスからの熱交換量に及ぼす影響が大きい。しかしながら、粗大な擬似粒子の場合には、擬似粒子数も少ないので、未焼成部の増加は起こらない。擬似粒子の質量が同一の場合に、擬似粒子径が小さいと、全擬似粒子の比表面積、すなわち充填層単位体積当たりの伝熱面積が大きくなるので、燃焼する炭材粒子から発生する高温ガスによる擬似粒子の熱交換量（受熱量）は増加する。その結果、炭材粒子から発生した高温ガスは、炭材粒子に近接する擬似粒子と多量に熱交換し、炭材粒子から遠く離れた擬似粒子に到達したときには、ガス温度が低下している。したがって、炭材粒子から遠く離れた位置に存在する擬似粒子が高温ガスから得る受熱量は低下し、擬似粒子の昇温量は小さくなって、充填層内温度の不均一が生じるからである。
【００４５】
これに対して、擬似粒子径が大きい場合には、全擬似粒子の比表面積すなわち充填層単位体積当たりの伝熱面積が小さくなるので、高温ガスによる擬似粒子の熱交換量（受熱量）は減少する。その結果、炭材粒子から発生した高温ガスと、炭材粒子に近接する擬似粒子との熱交換量は低下し、高温ガスが炭材粒子から遠く離れた擬似粒子に到達したときにも、ガス温度の低下量は少ない。したがって、炭材粒子から遠く離れた位置に存在する擬似粒子が高温ガスから得る受熱量もさほど低下することはなく、擬似粒子の昇温量が確保されるので、充填層内温度の不均一は生じにくくなる。
【００４６】
１−２．粒径が５ｍｍ以上の炭材の配合率が４．５質量％以上７．５質量％以下
炭材の粒径が５ｍｍ以上の炭材を配合する理由は、炭材の粒径を大きくすることにより、焼結層の高温保持時間を確保するためである。炭材の粒径が５ｍｍ未満の場合には、高温保持時間が確保できず、粒径の大きい擬似粒子の焼結が困難となるからである。
【００４７】
炭材の配合率は、通常の３〜４質量％よりも高めの４．５質量％以上となるように調整する。これは、炭材配合率が通常の焼結法と同程度の場合には、炭材の粗粒化による緩慢燃焼によって、単位ガス量当たりの発生熱量が低下し、ガスおよび固体粒子の温度上昇が抑制されるのを防止するためである。
【００４８】
また、通常の焼結原料の造粒物では、炭材配合率を大幅に上昇させると、ガス流れの乱れが生じ、これにより未焼成部分が発生するが、焼結原料の擬似粒子径が大きくなるように造粒した場合には、ガス流れの乱れは殆ど発生しない。さらに、炭材は緩慢燃焼となるので、原料充填層において消費される酸素量も比較的少なく、したがって、炭材の配合率を上昇させても、充填層内での酸素供給不足は起こらない。上記の理由から、炭材の配合率を７．５質量％まで上昇させることができる。しかしながら、炭材の配合率が７．５質量％を超えて高くなると、酸素供給不足が発生して、炭材の燃焼効率が低下し、その結果、焼結成品の歩留り向上の効果が低減する。
【００４９】
２．第２発明
前記のとおり、第２発明は、粒径が５ｍｍを超える炭材を高速攪拌ミキサーおよび転動型造粒機による造粒後に配合する第１発明の焼結鉱の製造方法である。
【００５０】
上記のとおり、粗粒炭材の配合は焼結原料の造粒後に添加することが好ましい。これは、粗粒の炭材を焼結原料と混合後、造粒した場合には、一部の炭材では、その周囲表面に微粉の鉄鉱石がまぶりつく。この「まぶりつき現象」が発生する理由は、粗粒炭材が造粒における核として機能することによる。この現象は、燃焼速度の遅延を引き起こすおそれがある。したがって、燃焼速度の遅延を回避するためには、焼結原料を造粒した後に、炭材を配合するのが好ましい。なお、炭材の配合後に別途、造粒機により造粒操作を行ってもかまわない。これは、すでに造粒された焼結原料である擬似粒子と粗粒の炭材との十分な混合を目的とするものである。
【００５１】
３．第３発明
３−１．配合原料の一部として大径擬似粒子を使用
第３発明は、配合原料のうちの１０質量％以上５０質量％以下を前記擬似粒子群とする第１発明または第２発明の焼結鉱の製造方法である。上記のとおり、配合原料の一部として大径擬似粒子を使用すると好ましい。
【００５２】
一般に、焼結鉱の成分組成は操業方針に基づいて決定された所定の成分組成値となるように設計されている。したがって、大径擬似粒子だけで配合原料を構成する場合には、大径擬似粒子の成分組成は、焼結鉱の成分組成に基づいて一律に所定の成分組成値となるように決定される。
【００５３】
それに対して、大径擬似粒子を配合原料の一部として使用すると、当該大径擬似粒子の焼結原料の組成を設計する際に自由度が得られる。例えば、大径擬似粒子の塩基度を低下すれば、擬似粒子の溶融が抑制されて熱間通気性の改善に結びつく。大径擬似粒子だけで配合原料を構成する場合にこの操作を行うと、焼結鉱成分の塩基度低下を招くので、この方法を実施することは困難である。一方、大径擬似粒子を配合原料の一部とする方法を採用すれば、焼結鉱全体としての成分が所定の塩基度となるように、残余の配合において塩基度を高く調整することが可能となる。
【００５４】
３−２．大径擬似粒子の配合率は１０質量％以上５０質量％以下
配合原料に対する大径擬似粒子の配合率は、１０質量％以上５０質量％以下とするのが好ましい。その理由は、配合率が１０質量％未満では、大径擬似粒子の量が少ないことから、原料充填層の通気性が低下し、高い生産性を確保することが難しいからである。一方、大径擬似粒子の配合率が５０質量％を超えて高くなると、大径擬似粒子の成分設計に制約が生じる。
【００５５】
次に、炭材の配合位置および給鉱方法について説明を加える。炭材の配合位置は、前記２．にて説明したとおり、（ａ）大径擬似粒子への造粒前の位置の他に、（ｂ）大径擬似粒子への造粒後で、かつ残りの原料との合流前の位置、または（ｃ）残りの原料との合流後の位置、としてもよい。
【００５６】
また、給鉱方法は、現在、国内では大半を占めているスローピングシュートによる方法が好ましい。このスロ−ピングシュートを用いる方式は、斜面分級を利用したものであり、充填層の下層部に粗粒が装入配置される。このため、後述するとおり、通常の原料も配合する実施例のシリーズ番号４以降においても、大径擬似粒子は粗粒炭材とともに下層部に多く装入配置できる。さらに、原料充填層下部は、原料充填層上部からの熱供給によって、高温保持時間が一層長くなる。したがって、大径擬似粒子を充填層下層部に偏在させることは、高温保持時間を確保する上で、一層好都合である。
【実施例】
【００５７】
本発明に係る焼結鉱の製造方法の効果を確認するため、下記の試験を行い、その結果を評価した。焼結試験には、内径が３００ｍｍで高さが５００ｍｍの６０ｋｇ規模のバッチ式円筒型焼結鍋試験装置を用い、配合条件および造粒条件を種々変更した原料を装入して、焼成を行った。焼結試験における吸引風量は１．３Ｎｍ3／ｍｉｎで一定とした。
【００５８】
１．配合条件
配合条件を表１および表２に示した。
【００５９】
【表１】
0005003328.tif 000002
【００６０】
【表２】
0005003328.tif 000003
【００６１】
同表において、「大径擬似粒子用」は、本発明における「粒径の最大値が１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の擬似粒子群」を構成するための配合条件を示す。
【００６２】
ここで、「鉱石、石灰石、副原料などの各配合率」は、「配合Ａの鉱石、石灰石、副原料などの合計質量」と「配合Ｂの鉱石、石灰石、副原料などの合計質量」との合計量に対して「鉱石、石灰石、副原料などの各原料の質量」が占める比率を質量百分率により表したものである。また、「炭材の配合率」は、「配合Ａの鉱石、石灰石、副原料などの合計質量」と「配合Ｂの鉱石、石灰石、副原料などの合計質量」との合計量に対する「炭材質量」の比率を質量百分率により表したものである。
【００６３】
そして、炭材については、１〜５ｍｍに整粒した粉コークスを、炭材を除いた配合Ｂの合計質量に対して３．８質量％配合し、所定の粒径に整粒した無煙炭を、炭材を除いた配合Ａの合計質量に対して３．５〜８．５質量％配合した。
【００６４】
また、配合Ａの配合率は、５〜５５質量％の範囲で変化させた。
【００６５】
２．造粒方法
使用した造粒機の種類を表３に示す。
【００６６】
【表３】
0005003328.tif 000004
【００６７】
さらに、本試験において用いた造粒方法を図７に示す。同図（ａ）は配合Ａを造粒αにより処理する方法を、同図（ａ'）は配合Ｂを造粒βおよび造粒γにより処理する方法を、同図（ｂ）は配合Ａを造粒αにより処理した造粒物と大経炭材との混合物を造粒γにより処理する方法を、同図（ｃ）は配合Ａを造粒αにより処理した造粒物と、配合Ｂを造粒βおよび造粒γにより処理した造粒物とを混合する方法を、そして、同図（ｄ）は配合Ａを造粒αにより処理した造粒物と、配合Ｂを造粒βにより処理した造粒物と、大径炭材および粉コークスとを混合した混合物を、造粒γにより処理する方法を、それぞれ示す。
【００６８】
表３および図７において、造粒αは、本発明における「粒径の最大値が１０ｍｍ以上の擬似粒子群」の製造を実現しうる造粒法である。
【００６９】
図８に、熱源を除く配合Ａを造粒αにより処理した造粒物の擬似粒度分布の一例を示す。同図に示されるとおり、「擬似粒子中で粒径が１０〜２０ｍｍである粒子の占める割合」は、高速攪拌ミキサーとドラムミキサーとを使用した場合では７質量％程度であり、高速攪拌ミキサーとパンペレタイザーとを使用した場合には２８質量％程度となった。
【００７０】
上記の高速攪拌ミキサーとパンペレタイザーとを使用した造粒物については、表４にて後述するように、焼結試験のシリーズ番号２および３の供試料とした。また、他の焼結試験における造粒αにおいて、「擬似粒子中で粒径が１０〜２０ｍｍである粒子の占める割合」についても、同様に後述する表４に記載した。
【００７１】
本試験においては、前記図７に示す造粒法（ｄ）の「造粒γ」を除いて、高速攪拌ミキサー、ドラムミキサー、およびパンペレタイザーによる処理時間は造粒α、βおよびγについて共通とし、それぞれ各１分、４分、および９分とした。造粒法（ｄ）の「造粒γ」におけるドラムミキサーによる処理時間は１５秒とした。
【００７２】
３．試験結果の評価
各試験の試験条件および試験結果を表４に示した。
【００７３】
【表４】
0005003328.tif 000005
【００７４】
同表において、造粒法の欄に記載された記号は、前記図７に示された（ａ）、（ａ'）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の各造粒方法を示す。また、焼結試験結果を評価する評価指標は、成品歩留りおよび焼成時の通気性とした。
【００７５】
上記成品歩留りは、焼結ケーキを破砕した後における粒径５ｍｍ以上の焼結鉱の質量を全焼結ケーキ質量により除し、この比率を百分率により表示した値である。焼成時の通気性は、風量（Ｎｍ3／ｍ2／ｍｉｎ）×（焼結層層厚（ｍｍ）／焼結層の圧損（ｍｍＡｑ））0.6により算出される通気性指数値（「ＪＰＵ」により表示）を、焼結点火開始時刻から排ガスが最高温度に達する時刻までについて平均し、この値を用いた。いずれの指標も、それらの数値が大きい方が焼結鉱生産率を改善する上で優れていることを示す。
【００７６】
シリーズ番号０は、大径擬似粒子を配合しない配合Ｂの原料を、ドラムミキサーだけを用いて造粒し、焼成した比較例の試験である。焼成時の通気性指数は１０ＪＰＵ程度と低い値であった。
【００７７】
シリーズ番号１は、配合Ａの原料全体を高速攪拌ミキサーおよびパンペレタイザーを用いて造粒した上で、大径炭材の粒度を変更して配合し、焼成したシリーズである。大径炭材の粒度が５ｍｍ未満の比較例である試験番号１−１と比較して、大径炭材の粒度が５ｍｍ以上の本発明例である試験番号１−２〜１−５では、焼成時の通気性指数で１３ＪＰＵ以上を確保しつつ、成品歩留りを向上させることができた。
【００７８】
シリーズ番号２は、大径炭材を除いた鉱石、石灰石および副原料からなる配合Ａの全量を高速攪拌ミキサーおよびパンペレタイザーを使用して造粒した後、大径炭材の粒度を変化させて配合し、ドラムミキサーにより１５秒間造粒処理した。大径炭材の粒度が５ｍｍ未満の比較例である試験番号２−１と比較して、大径炭材の粒度が５ｍｍ以上の本発明例である試験番号２−２および２−３では、焼成時の通気性指数で１３ＪＰＵ以上を確保しつつ、成品歩留りを向上させることができた。
【００７９】
シリーズ番号３は、上記のシリーズ番号２と同様の造粒処理を行った。シリーズ番号２との相違点は、大径炭材の粒度を５〜７ｍｍで一定として、その配合率を変化させた点である。大径炭材の配合率が配合率が４．５質量％未満である比較例の試験番号３−１および大径炭材の配合率が７．５質量％を超えて高い比較例の試験番号３−５に比較して、大径炭材の配合率が４．５〜７．５質量％の本発明例である試験番号３−２〜３−４では、焼成時の通気性指数で１３ＪＰＵ以上を確保しつつ、成品歩留りを向上させることができた。
【００８０】
シリーズ番号４は、配合Ａを高速攪拌ミキサーおよびパンペレタイザーにより造粒した造粒物と、配合Ｂをドラムミキサーにより造粒処理後さらにドラムミキサーにより処理した造粒物とを混合して焼成したシリーズである。大径擬似粒子からなる配合Ａの配合率を変化させることにより配合原料全体に対する大径擬似粒子の配合率を変化させた。一部、前記シリーズ番号３と同様の造粒処理も行った。
【００８１】
大径擬似粒子の配合率が１０〜５０質量％の本発明例（第３発明）である試験番号４−２〜４−５では、焼成時の通気性指数で１２ＪＰＵ以上を確保しつつ、成品歩留を向上させることができた。これらの試験では、大径擬似粒子の配合率が１０質量％未満または５０質量％を超える本発明例（第１発明）の試験番号４−１、４−６および４−７に比して、さらに良好な結果を示した。
【００８２】
シリーズ番号５は、配合Ａを高速攪拌ミキサーおよびパンペレタイザーにより造粒した造粒物と、配合Ｂをドラムミキサーにより造粒処理後さらにドラムミキサーにより処理した原料とを混合して焼成したシリーズである。大径擬似粒子からなる配合Ａの配合率を調整することにより配合原料全体に対する大径擬似粒子の配合率を２０質量％で一定とし、かつ、大径炭材の粒度を変化させた。
【００８３】
大径炭材の粒度が５ｍｍ未満の比較例である試験番号５−１に比較して、大径炭材の粒度が５ｍｍ以上の本発明例（第３発明）である試験番号５−２〜５−５では、焼成時の通気性指数で１３ＪＰＵ以上を確保しつつ、成品留りを向上させることができた。
【００８４】
シリーズ番号６は、配合原料全体に対する大径擬似粒子の配合率を２０質量％で一定として、造粒方法（ｃ）と（ｄ）とによる処理方法の相違による影響を試験したシリーズである。ただし、双方の試験ともに、配合Ａを造粒αにより造粒するに際しては、高速攪拌ミキサーおよびドラムミキサーを使用した。
【００８５】
配合Ａを高速攪拌ミキサーおよびドラムミキサーにより造粒した造粒物と、配合Ｂをドラムミキサーにより造粒処理後さらにドラムミキサーにより処理した原料とを混合して焼成した本発明例である試験番号６−１に比較して、配合Ａを高速攪拌ミキサーおよびドラムミキサーにより造粒した造粒物と、配合Ｂをドラムミキサーにより造粒処理した造粒物とを混合後、炭材を配合してドラムミキサーにより１５秒間造粒処理した後、焼成した本発明例である試験番号６−２の方が、成品歩留りおよび焼成時の通気性指数の双方ともに良好な結果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の焼結鉱の製造方法によれば、焼結鉱製造用の炭材の粒径および配合割合、さらには配合位置を適正化することにより、焼成時における原料充填層の通気性を確保しつつ、焼結成品の歩留りを改善し、生産率を向上させることができる。したがって、本発明の方法は、生産性の向上および成品歩留りの確保の双方を両立させることができる焼結鉱の製造方法として、製銑原料の塊成化工程において広範に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】高速攪拌ミキサーおよび転動型造粒機を使用した際の擬似粒度分布を示す図である。
【図２】球形酸化鉄粒子の昇温時における粒子表面からの距離と昇温状況との関係を示す図である。
【図３】球形酸化鉄粒子の昇温時における粒子径と粒子中心温度の上昇状況との関係を示す図である。
【図４】原料充填層の燃焼模擬試験に用いた充填層構造を示す図であり、同図（ａ）は上層に通常の配合原料を、下層にＡｌ2Ｏ3球と炭材を配置した充填層を示し、同図（ｂ）は同図（ａ）の下層の充填層の詳細構造を示す。
【図５】原料充填層の燃焼模擬試験の結果を示す図であり、同図（ａ）は空塔風速と燃焼速度との関係に及ぼす炭材粒子径の影響を表し、同図（ｂ）は空塔風速と燃焼時間との関係に及ぼす炭材粒子径の影響を表す。
【図６】原料充填層の燃焼模擬試験の結果を示す図であり、同図（ａ）は充填層内のヒートパターンに及ぼす空塔風速の影響を、同図（ｂ）は充填層内のヒートパターンに及ぼす炭材量の影響を、同図（ｃ）は充填層内のヒートパターンに及ぼす炭材粒子径の影響を、それぞれ示す。
【図７】実施例における造粒方法を示す図であり、同図（ａ）は配合Ａを造粒αにより処理する方法を、同図（ａ'）は配合Ｂを造粒βおよび造粒γにより処理する方法を、同図（ｂ）は配合Ａを造粒αにより処理した造粒物と大経炭材との混合物を造粒γにより処理する方法を、同図（ｃ）は配合Ａを造粒αにより処理した造粒物と、配合Ｂを造粒βおよび造粒γにより処理した造粒物とを混合する方法を、そして、同図（ｄ）は配合Ａを造粒αにより処理した造粒物と、配合Ｂを造粒βにより処理した造粒物と、大径炭材および粉コークスとを混合した混合物を造粒γにより処理する方法を、それぞれ示す。
【図８】実施例における、熱源を除く配合Ａを造粒αにより処理した造粒物の擬似粒度分布を示す図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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