(57)【要約】【課題】焼結粉や炉前篩下粉を用いて、高炉用鉱石原料である非焼成塊成鉱を製造する方法を提案すること。【解決手段】焼結鉱の製造に際して発生する５ｍｍ以下の焼結粉を、焼結返鉱とすることなくこれを成形して塊成化することにより、非焼成塊成鉱である高炉用鉱石原料とする方法において、成形用原料として、前記焼結粉の他、少なくとも結合材および微粉酸化鉄を混合したのち造粒し、その後、予備養生と蒸気養生との２段階にわたる養生処理を施して非焼成塊成鉱からなる高炉用鉱石原料を製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結鉱の製造に際して発生する５ｍｍ以下の焼結粉を、焼結返鉱とすることなくこれを成形して塊成化することにより非焼成塊成鉱とし、これを高炉用鉱石原料とする方法において、
前記非焼成塊成鉱とするための成形用原料として、前記焼結粉の他少なくとも微粉酸化鉄を含むもので構成すると共に、さらに結合材を加えて混練したのち成形し、その後、予備養生と蒸気養生との２段階にわたる養生処理を施して非焼成塊成鉱とすることを特徴とする高炉用鉱石原料の製造方法。
【請求項２】
前記成形用原料には、さらに炉前篩下粉を含むことを特徴とする請求項１に記載の高炉用鉱石原料の製造方法。
【請求項３】
前記成形用原料には、さらにダストやスラッジ、鉄鉱石粉などのいずれか１種以上を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の高炉用鉱石原料の製造方法。
【請求項４】
前記微粉酸化鉄は、最大粒径１０μｍ以下で酸化鉄を９０ｍａｓｓ％以上含む、ルスナー酸化鉄粉、鉄鋼製造プロセスで生じるミルスケール、精錬ダストであって、配合原料中に３〜６ｍａｓｓ％含有させるものであることを特徴とする請求項１に記載の高炉用鉱石原料の製造方法。
【請求項５】
前記結合材は、セメント、高炉水砕スラグおよびバインダーの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１に記載の高炉用鉱石原料の製造方法。
【請求項６】
前記セメントが、アルミナセメントまたはポルトランドセメントであることを特徴とする請求項５に記載の高炉用鉱石原料の製造方法。
【請求項７】
前記バインダーが、有機バインダーおよび／または無機バインダーであることを特徴とする請求項５に記載の高炉用鉱石原料の製造方法。
【請求項８】
前記有機バインダーが、タール、ピッチ糖蜜および合成樹脂結合材の中から選ばれるいずれか１種以上であることを特徴とする請求項７に記載の高炉用鉱石原料の製造方法。
【請求項９】
前記合成樹脂結合材が、フェノール樹脂結合材であることを特徴とする請求項８に記載の高炉用鉱石原料の製造方法。
【請求項１０】
前記予備養生が、４０℃以下の温度に３０分〜５時間、ヤード上に放置する処理であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の高炉用鉱石原料の製造方法。
【請求項１１】
前記蒸気養生が、７０〜９０℃の温度で１５〜４８時間程度、水蒸気中に曝す処理であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の高炉用鉱石原料の製造方法。
【請求項１２】
前記養生処理は、水和養生処理、または水和養生処理とともに炭酸塩化養生処理を行う処理であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高炉用鉱石原料の製造方法。
【請求項１３】
前記養生処理した非焼成塊成鉱を乾燥することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の高炉用鉱石原料の製造方法。
【請求項１４】
前記非焼成塊成鉱は、ＲＩ（還元性）が６５％以上であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項記載の高炉用鉱石原料の製造方法。
【請求項１５】
前記非焼成塊成鉱は、ＲＤＩ（還元粉化特性）が３０％以下であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の高炉用鉱石原料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉用鉱石原料の製造方法に関し、とくに焼結鉱の製造時に発生する焼結粉を使って高炉用鉱石原料を製造する方法についての提案である。
【背景技術】
【０００２】
一般に、製鉄プロセスにおける高炉用鉱石原料として使用されている焼結鉱は、鉄鉱石粉等の鉄含有原料に副原料および炭材を加えてＤＬ式焼結機を用いて加熱焼成することによって製造されている。
【０００３】
例えば、図１に示すように、粉鉄鉱石に生石灰、石灰石等の媒溶剤と粉コークスとを添加し、これらをミキサーで混合したのち成形（造粒）し、その後、焼結機のパレット上に装入し堆積させてから、加熱焼成し、さらにその後、破砕−冷却−篩分けの各工程を経て、約５超〜５０ｍｍ粒径の成品焼結鉱（焼成塊成鉱）とし、これを高炉内に供給している。一方で、篩下となる粒径が５ｍｍ以下の焼結鉱、いわゆる、焼結粉は返鉱として焼結機に戻され、再び焼成されることになる。その他、前記成品焼結鉱が高炉に向う搬送過程等で発生する５ｍｍ以下の粉を篩にて除去したもの、いわゆる、炉前篩下粉もまた、高炉に装入されることなくヤードに戻され焼結原料の一部として返鉱と同様に再焼成（再焼結）される。即ち、これらの返鉱および炉前篩下粉は、いずれも一旦は、焼結工程を経て焼成されたものであり、これらを再循環することは、焼成コストおよび輸送コストの面から考えて好ましい処理法とは言えない。
【０００４】
そこで、従来、既に焼成されたものである焼結粉を使って団鉱をつくり、この団鉱をそのまま高炉等に直接、装入できるようにした塊成化の技術が提案されている。例えば、特許文献１には、焼結返鉱に２０〜２５ｍａｓｓ％の水とセメントとを添加し混練したのち造粒し、これを水和養生処理して団鉱成品とする方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２、３には、こうした焼結返鉱や炉前篩下粉を、高炉用鉱石原料として使用するため、これらをバインダーを使って造粒してなる非焼成塊成鉱の製造方法についての開示がある。
【特許文献１】特開昭５８−１２３８３９号公報
【特許文献２】特開平７−２２４３２９号公報
【特許文献３】特開平７−７１８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術のうち、特許文献１に記載の団鉱法は、焼成したために濡れ性と造粒性が悪くなっている焼結粉（−５ｍｍ）を造粒するために、急結剤としてポルトランドセメントを添加して混合し、これを造粒したものを高炉用原料とする技術である。しかし、この方法により製造した団鉱は、高炉装入原料としてみたとき、低温および高温域での圧壊強度、還元粉化特性（ＪＩＳ−ＲＤＩ、以下、単に「ＲＤＩ」という）、還元性（ＪＩＳ−ＲＩ、以下、単に「ＲＩ」という）がともに悪く、改善の必要性があった。
【０００７】
次に、特許文献２および３に記載の方法は、いずれも非焼成塊成鉱を製造する技術であり、バインダーの工夫や炭酸塩化養生処理による冷間強度の向上を目指すところに特徴がある。しかし、これらの従来技術によって得られた塊成鉱もまた、還元粉化特性（ＲＤＩ）や還元性（ＲＩ）が不十分であり、高炉内で還元粉化を起こして棚吊りや通気性の低下を招くという問題があった。従って、これまでの塊成鉱は、返鉱用焼結粉や炉前篩下粉を焼結機で再使用することなく直接、高炉用鉱石原料として使用するには不安が残っていた。
【０００８】
本発明の目的は、焼結粉や炉前篩下粉を用いて、高炉用鉱石原料である非焼成塊成鉱を有利に製造できる方法を提案することにある。
本発明の他の目的は、常温および高温での圧壊強度が高く、還元粉化特性（ＲＤＩ）や還元性（ＲＩ）の良好な非焼成塊成鉱を確実に製造することのできる技術を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは、従来技術が抱えている上述した問題点がなく、上記目的の実現に有効な方法として、下記要旨構成に係る高炉用鉱石原料の製造方法を提案する。即ち、本発明は、焼結鉱の製造に際して発生する５ｍｍ以下の焼結粉を、焼結返鉱とすることなくこれを成形して塊成化することにより非焼成塊成鉱とし、これを高炉用鉱石原料とする方法において、前記非焼成塊成鉱とするための成形用原料として、前記焼結粉の他少なくとも微粉酸化鉄を含むもので構成すると共に、さらに結合材を加えて混練したのち成形し、その後、予備養生と蒸気養生との２段階にわたる養生処理を施して非焼成塊成鉱とすることを特徴とする高炉用鉱石原料の製造方法である。
【００１０】
本発明において、前記成形用原料には、さらに炉前篩下粉を含むこと、前記成形用原料には、さらにダストやスラッジ、鉄鉱石粉などのいずれか１種以上を含むこと、前記結合材は、セメント、高炉水砕スラグおよびバインダーの中から選ばれる１種以上であること、前記微粉酸化鉄は、最大粒径１０μｍ以下で酸化鉄を９０ｍａｓｓ％以上含む、ルスナー酸化鉄粉、鉄鋼製造プロセスで生じるミルスケール、精錬ダストであって、配合原料中に３〜６ｍａｓｓ％含有させるものであること、前記セメントが、アルミナセメントまたはポルトランドセメントであること、前記バインダーが、有機バインダーおよび／または無機バインダーであること、前記有機バインダーが、タール、ピッチ、糖蜜および合成樹脂結合材の中から選ばれるいずれか１種以上であること、前記合成樹脂結合材が、フェノール樹脂結合材であること、前記予備養生が、４０℃以下の温度に３０分〜５時間、ヤード上に放置する処理であること、前記蒸気養生が、７０〜９０℃の温度で１５〜４８時間程度、水蒸気中に曝す処理であること、前記養生処理は、水和養生処理、またはこの水和養生処理とともに炭酸塩化養生処理を行う処理であること、前記養生処理した非焼成塊成鉱を乾燥すること、前記非焼成塊成鉱は、ＲＩ（還元性）が６５％以上であること、前記非焼成塊成鉱は、ＲＤＩ（還元粉化性）が３０％以下であることが、より有効な解決手段を与える。
【発明の効果】
【００１１】
上述した構成に係る本発明によれば、本来は循環再処理や再焼成を行っていた焼結返鉱や炉前篩下粉を、再循環させることなく直ちに塊成化し、これを、高炉装入原料として直接、使用することができるようになるため、焼結コストや各種原単位の低減、焼結設備費、保全コストの削減を達成することができる。しかも、この提案技術によれば、焼結の凝結材低減により資源の有効活用、環境保護（ＣＯ２削減）への貢献といった波及効果をもたらす。
【００１２】
また、本発明によれば、圧縮成型性に優れる他、圧壊強度や冷間強度（ＤＩ）の高い非焼成塊成鉱を、返鉱用焼結粉や炉前篩下粉等を原料として製造することができる。しかも、得られたその非焼成塊成鉱は、高炉用鉱石原料として炉内に装入した場合でも、低温域・高温域での還元粉化特性（ＲＤＩ）や還元性（ＲＩ）に優れるため、高炉の操業を安定化させると共に銑鉄製造コストを下げるという効果を生む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
焼結鉱（成品）は、通常、焼成後にパレットエンドにて破砕され、振動篩等で５〜５０ｍｍの大きさとなるように、粒度調整される。このときに、その振動篩の篩下に分級された焼結粉（粒径：−５ｍｍ）は、一般には焼結機に戻し、返鉱として新しい鉄鉱石粉と共に再度焼結処理に供されるのが普通である。焼結粉を返鉱として再循環させることは、上述したように、製造コストや輸送コストの上昇、環境保護（ＣＯ２削減）の面からは、こうした利用の仕方は見直しが必要である。それは返鉱（焼結粉）と成品焼結鉱との差異が、単に粒径が異なるというだけのことである。従って、この焼結返鉱となる焼結粉を、成品（焼結鉱）と同じ粒径（＞５ｍｍ）に成形すれば、そのまま高炉用鉱石原料とすることができる筈である。
【００１４】
本発明は、このような考え方の下で、焼結返鉱となる−５ｍｍの焼結粉を、５〜５０ｍｍ程度の大きさのものに塊成化することにより、返鉱として再焼結することなくそのまま高炉用鉱石原料として有効なものに塊成鉱にする方法である。
【００１５】
以下、添付の図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。図１は、非焼成塊成鉱からなる高炉用鉱石原料の製造プロセスのフロー図である。以下に説明する例は、成型機によるブリケットの製造例であるが、成型機の代わりに造粒機を用いてペレットを製造する場合であっても同様の効果が得られることは勿論である。
【００１６】
本発明において、主要な出発原料となる焼結粉や炉前篩下粉、微粉酸化鉄等の非焼成塊成鉱とするための成形用原料は、配合槽１、２、３にそれぞれ貯鉱され、定量切出し装置４によって、所定の配合割合となるようにコンベア５上に切り出される。次いで、これらの成形用原料は第１ミキサー６および、必要に応じて第２ミキサー７にて混合される。この混合工程において必要があれば調湿（水分添加）してもよい。
【００１７】
その後、混合原料は原料槽８に送られる。この原料槽８には、セメントや高炉水砕スラグ、有機バインダー、無機バインダー等が貯蔵されている。これらの結合材は、混合機９（通常はハグミルを用いる）において前記混合原料と混合し、ここでも必要に応じて調湿を行い、混練する。次いで、かかる混合原料は、ニーダー１０を介して成型機１１に供給し、所定の大きさのものに塊成化される。得られた塊成鉱は、振盪篩１２を経て排出され、高炉へ直接もしくはヤード上に搬出される。
【００１８】
上記のようにして製造される非焼成塊成鉱の製造プロセスの中で、本発明の第１の特徴は、出発原料である成形用原料の種類、配合にある。即ち、本発明において用いられる成形用原料は、主に、本来は焼結返鉱となるべき５ｍｍ以下の大きさの焼結粉および高炉の炉前篩下粉（高炉に向う搬送過程で発生する５ｍｍ以下の篩下粉、とくに焼結鉱の炉前で発生する粉）である。これらの成形用原料に対し、本発明では、後述するように、少なくとも微粉酸化鉄、例えば、ヘマタイト粉やルスナー酸化鉄粉等を加えると共に、無機バインダーや有機バインダーならびに補助バインダーとしての役割を担うセメント、例えば、アルミナセメントやポルトランドセメントあるいは高炉水砕スラグなどからなる結合材を加え、その後これらをミキサー（混合機）に入れて混練し、次いで、成型機や造粒機に入れて成形（造粒）する。以下に、成形用原料である代表的な焼結粉と炉前篩下粉の粒度分布と化学成分について示す。
【００１９】
【表１】
2009030112.tif 000003
【００２０】
【表２】
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【００２１】
【表３】
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【００２２】
【表４】
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【００２３】
本発明における第２の特徴は、結合材の選択にある。本発明において、成形用原料として主に用いられる前記焼結粉は、鉄鉱石原料などと比較すると、焼成されたものであるため濡れ性が悪く、例えば、高炉用鉄鉱石原料（マウントニューマンやローブリバー、センディ）の場合、水との接触角が３７．０〜４８．３ｄｅｇであるのに対し、該焼結粉は７４．１ｄｅｇと高く、それ故にこれを成形するには少なくとも結合材の使用は必須である。この場合において、結合材としては、アルミナセメント、ポルトランドセメント、あるいは高炉水砕スラグなどの水硬性結合剤や、その他の無機バインダー（ベントナイト、水ガラス）が用いられる。
【００２４】
かかる水硬性成結合材としては、水和効果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、上記セメントや高炉水砕スラグの１種以上を用いることができる。
【００２５】
ただし、セメントなどの水硬性結合材を使うと、常温での圧壊強度を大きくすることができ、製造場所から高炉への移送も容易になる。また、高炉内上部の低温域において、その形状を保持するのに役立つが、高炉内の中部〜下部の高音域では、セメント水和物の熱分解による強度の低下を招き、この領域（高炉中部〜下部）での粉化とそれに伴う通気性の悪化を招くことが知られている。
【００２６】
このような問題に対しては、タール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混合してもよい。ただし、このようなバインダーを用いて成形した非焼成塊成鉱は、２００℃で揮発分が蒸発し、高温でガス状の炭素を生じて高温強度を向上させるものの、高炉上部での低温域での圧壊強度が却って悪いという問題点が生じる。
【００２７】
そこで、本発明では、上述したセメントやピッチなどの結合材のもつ問題点を克服するために、有機バインダー、例えば、糖蜜、タール、ピッチあるいは合成樹脂結合材の中で選ばれる１種以上を用いることにした。本発明では、前記合成樹脂結合材、中でも特に、フェノール樹脂の使用が好適である。
【００２８】
前記合成樹脂結合材であるフェノール樹脂は、常温においてそれ自体がバインダーとして機能するとともに、高炉内高温域においては炭化することで生成した炭素がバインダーとして機能する点が特徴的である。なお、本発明の非焼成塊成鉱中で結合材として存在するフェノール樹脂とは、フェノール樹脂前駆体を熱硬化させた樹脂である。
【００２９】
合成樹脂結合材である前記フェノール樹脂を、焼結粉や炉前篩下粉などの成形用原料のバインダーとして使用することにより、得られる非焼成塊成鉱は、成形時、常温においては硬化フェノール樹脂そのもののバインダー機能により３９０Ｎ／個の圧壊強度を確保できるとともに成形性を改善し、使用時、高炉内高温域ではフェノール樹脂が炭化して生成した炭素がバインダー機能を発揮するため、少なくとも１０００℃までの温度範囲で１００Ｎ／個以上の圧壊強度を確保することができる。したがって、このようなバインダーを使って成形した非焼成塊成鉱は、ヤード内および高炉の炉前および炉内において粉化が少なく、高炉用鉱石原料として優れた特性を示すものといえる。
【００３０】
とくに、非焼成塊成鉱の構成成分の一部として高炉内に入るフェノール樹脂は、熱により分解して一部はガス化し、非焼成塊成鉱内に炭素（熱分解残渣）が生成する。即ち、フェノール樹脂は、非酸化雰囲気下の５００℃以上に加熱した際に残存する炭素の割合（残炭率）が、アクリルやポリオレフィンといった多くの樹脂がほぼ０％なのに対し、約４０ｍａｓｓ％以上と高い点が特徴的な結合材である。したがって、フェノール樹脂を結合材として塊成化してなる非焼成塊成鉱は、高炉装入時から３５０℃程度まではフェノール樹脂そのもののバインダー機能により圧壊強度が保持され、３５０℃から５００℃の間でフェノール樹脂が徐々に熱分解して炭化し、高温域においては、フェノール樹脂が炭化して生成した炭素がバインダーとして機能することにより、該非焼成塊成鉱の熱間圧壊強度を発現するようになる。
【００３１】
ところで、本発明において、上記焼結粉や炉前篩下粉からなる成形用原料に対し、有機バインダー、無機バインダーを添加して成形するが、単にこれらのバインダーを添加して成形してなる生成形体というだけでは、通常のハンドリングや搬送過程で必要とされる強度を得ることはできない。即ち、本発明の如き非焼成塊成鉱は、これを高炉に直送して使用する場合、落差の大きいシュート部や高炉装入部での衝撃により成品の粉化が生じ、歩留りの低下を招く。そこで、本発明では、成形後の生成形体の耐衝撃強度を上げるための工夫、即ちそうした材料を新たに添加することを考えた。
【００３２】
このような考え方の下で、耐衝撃強度を発現させるのに有効と考えられるものとして、微粉酸化鉄に着目した。本発明では特に、焼結粉や炉前篩下粉の他に、成形用原料としてさらに、微粉酸化鉄を配合することにした。その微粉酸化鉄としては、粒径が１０μｍ以下の微粒状酸化鉄を９０ｍａｓｓ％以上含む、実質的に酸化鉄のみからなる微粉が強度の向上に好適である。ただし、酸化鉄以外の極く少量の物質（例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３など）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ふくまれてもよいが少量（≦１ｍａｓｓ％）でなければならない。その理由は、この微粉酸化鉄が高炉内に装入されたとき、スラグ比やスラグ成分設計への影響を少なくするためである。酸化鉄としては、Ｆｅ２Ｏ３（ヘマタイト）、Ｆｅ３Ｏ４（マグネタイト）、ＦｅＯ（ウスタイト）のいずれであってもよい。
【００３３】
このような微粉酸化鉄としては、例えば、鋼材酸洗ライン回収粉（いわゆる「ルスナー酸化鉄粉」など）、鉄鋼製造プロセスで生じるミルケースや精錬ダストなどであり、これらの１種以上を用いることができる。ここで、ルスナー酸化鉄粉とは、鋼板などの鋼材製造プロセスにおいて、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たときに発生する酸洗スラッジを焙焼などの方法により処理して得たものであって、Ｆｅ２Ｏ３：９９．４〜９９．９ｍａｓｓ％、ＣａＯ≦０．０２ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２≦０．００４ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３≦０．０１ｍａｓｓ％、ＭｇＯ≦０．００２ｍａｓｓ％、ｅｔｃ．粒径１０μｍ以下の高純度かつ微粉の酸化鉄である。
【００３４】
また、本発明において、該微粉酸化鉄を配合するもう１つの理由は、高温強度を発現させることにある。即ち、発明者らが、成形後の造粒物をＮ２雰囲気中で熱処理試験したところによると、前記ルスナー酸化鉄粉を３〜６ｍａｓｓ％程度配合した塊成鉱の場合、２００℃位から１０００℃に温度を上げると、１０００℃の温度で強度指数７８％であったのに対し、ルスナー酸化鉄粉の配合がないものの強度指数は５８％であり、酸化鉄粉の固相焼結作用によって高温強度が発現したものと考えた。この酸化鉄粉が３ｍａｓｓ％未満では強度の向上効果が弱く、一方、６ｍａｓｓ％を超えても効果が飽和する。
【００３５】
また、本発明の非焼成塊成鉱の製造に当たっては、上述したように焼結粉や微粉酸化鉄等からなる成形用原料およびバインダーを主たる構成成分としているが、必要に応じて、他の成分、例えば、鉄鉱石粉、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ができる。ただし、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。
【００３６】
本発明方法の適用によって製造された非焼成塊成鉱の粒径（常温雰囲気下での球換算粒径）は、５ｍｍ超〜５０ｍｍ未満、好ましくは８〜３０ｍｍ程度の大きさのものが好ましい。非焼成塊成鉱の粒径が５ｍｍ以下では、高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５０ｍｍ以上では還元性が低下するおそれがあり、それは８〜３０ｍｍの大きさのときにより顕著になる。
【００３７】
本発明方法に基づき、前記非焼成塊成鉱を製造する場合、まず、前記成形用原料等からなる混合原料に、水やバインダーその他の材料を加えて攪拌（混練）し、その後、成形（造粒）を行って成形体（造粒物）を得る。次いで、この造粒物に必要に応じて加湿を行い、養生処理して、望ましい非焼成塊成鉱が得られるようにする。
【００３８】
なお、成形方法としては、ブリケット成形機を用いる圧縮造粒法などの他、ディスクぺレタイザーやドラム型造粒機を用いる転動造粒法の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との間に大きな違いはない。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色がある。
【００３９】
本発明において、第３の特徴は、前記造粒物の養生処理にある。一般に、造粒物は、本発明の場合で言えば、焼結粉や炉前篩下粉等からなる成形用原料を結合させて擬似粒子化させるため、セメントなどの水硬性結合材が用いられてきた。こうした結合材は、水分の存在下において、成形後の生塊成鉱を養生するとき、主として水和反応を利用して、成形用原料粉どうしの結合力を高めることにより、塊成鉱の強度を発現させる作用を発揮する。
【００４０】
成形後の生塊成鉱は主として、これをヤードに堆積するなどの方法によって養生処理し、このときに起る水和反応を利用して強度を発現させる処理を行う。こうした養生処理は、結合材中のＣａＯと水分との水和反応（ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２）の他に、結合材中のＣａＯが水分中に溶出してＣａ（ＯＨ）となり、それが大気中のＣＯ２と反応してＣａＣＯ3を生成する炭酸塩化反応によって、該生塊成鉱の強度を発現させるのに有効である。しかしながら、ヤード堆積などの通常の養生を行う場合、必要な強度を発現するまでに長時間（４８時間以上）を要し、しかも広いヤードスペースを確保しなければならず、さらにはこのような養生では、炭酸塩化反応も起こりにくい。もちろん、このような水硬性結合材を用いることの欠点を解消するには、タールやピッチ、糖蜜などの有機バインダーの使用は有効であり、養生時間の短縮が図れる。
【００４１】
本発明に係る非焼成塊成鉱の製造方法では、焼結粉または炉前篩下粉（高炉成品）の１種あるいは２種と、これらの原料よりも相対的に粒度の細かい上述した微粉酸化鉄との混合粉に、１〜６ｍａｓｓ％の糖蜜または前記量の合成樹脂バインダー（フェノール樹脂）を含有した希釈液をバインダーとして添加して混練し、成型機にて３ｍｍ以上に塊成化する際に、混合および調湿した混合原料を、まず室温（４０℃以下）下で所定の養生時間（２時間以上、好ましくは４時間以上）を設けて放置する予備養生と、７０〜９０°で１５〜４８時間程度水蒸気中に曝し、その後、蒸気養生を行うこととする。図２は、本発明で採用する養生パターンを説明する略線図である。
【００４２】
そして、本発明においては、前記予備養生に続き、成形物を水蒸気雰囲気中に曝す上述した蒸気養生を行う。この蒸気養生を行うことで、前記の無機バインダーや有機バインダーの粘結作用が害されることがなくなり、生造粒物の強度が向上するとともに歩留りの良好な非焼成塊成鉱を得ることができるようになる。このような蒸気養生の処理を施して得られた非焼成塊成鉱は搬送時のハンドリングに十分に耐え得る圧壊強度（例えば、１００Ｎ／個以上）を発揮するようになる。このことは、図４として示すグラフからも明らかである。
【００４３】
かかる蒸気養生の方法としては、養生塔や蒸気吹込み装置を用いる方法の他、ヤード上にある予備養生を終えた造粒物の上にカバーをかけて、そのカバーの下に水蒸気を吹むという簡単な方法を実施しても、同様の効果を得ることができる。なお、この蒸気養生処理において、雰囲気内温度を、７０〜９０℃とした理由は、水和反応を効率的に発現させるためであり、その時間を１５〜４８時間としたのでは、１５時間未満では水和反応が十分に進行せず、強度が上がらないためであり、４８時間にしたのは、この時間で水和反応がほぼ完了するために、それ以上の養生は非効率だからである。
【００４４】
本発明において、望ましい養生処理としては、従来のような一回でかの蒸気養生や炭酸塩化養生ではなく２段階に亘る下記のような養生処理が有効であることを知見した。即ち、本発明は、成型機にて５ｍｍ超の大きさに塊成化する際に、調湿した混合原料を、まず常温（４０℃以下）下で所定の養生時間（３０分〜５時間）を設けて放置する予備養生と、この予備養生のあとに７０〜９０°で１５〜４８時間程度水蒸気中に曝して、蒸気養生を行うことにしたのである。図２は、本発明で採用する養生パターンの図である。
【００４５】
なお、上記の２段階に亘る養生において、４０℃以下の常温で行う予備養生の時間としては、少なくとも３０分以上とし、好ましくは２時間以上５時間以内の養生を行うことが望ましい。それは予備養生がこれらの時間を外れると、造粒物の圧壊強度がかえって低下するか効果が飽和するからである。ここで、混合調湿した後に、混合原料を直ちに成型機にて成型せず、まず常温下に放置する予備養生を行う理由は、生石灰状態のＣａＯ（フリーライム）が焼結原料中のあるいは原料調湿時に添加される水分と水和反応を生じてＣａ（ＯＨ）２等に転化し、これが他のバインダーと緩やかに反応することによって、急激な反応の抑制に有効に働くからである。このことは、図３として示す、予備養生時間と圧壊強度との関係（養生温度毎）からも明である。
【００４６】
そして、本発明において特徴的なことは、前記予備養生に続き、成形物（非焼成塊成鉱）を水蒸気雰囲気中に曝す上述した蒸気養生を行うことである。この蒸気養生を行うことで、前記無機バインダーの粘結作用が害されることがなく、該成形物（非焼成塊成鉱）の強度が向上すると共に、歩留りの良好な非焼成塊成鉱を得ることができるようになる。このような蒸気養生の処理を施して得られた非焼成塊成鉱は搬送時のハンドリングにも十分に耐え得る圧壊強度（例えば、１００Ｎ／個以上）を発揮するようになる。このことは、図４として示すグラフからも明らかである。
【００４７】
かかる蒸気養生の方法としては、養生塔や蒸気吹込み装置を用いる方法の他、ヤード上にある予備養生を終えた造粒物の上にカバーをかけて、そのカバーの下に水蒸気を吹むという簡単な方法を実施しても、同様の効果を得ることができる。なお、この蒸気養生処理において、雰囲気内温度を、７０〜９０℃とした理由は、水和反応を効率的に発現させるためであり、その時間を１５〜４８時間としたのでは、１５時間未満では水和反応が十分に進行せず、強度が上がらないためであり、４８時間にしたのは、この時間で水和反応がほぼ完了するために、それ以上の養生は非効率だからである。
【００４８】
なお、上述した２段階に亘る養生処理に際し、特に後半の蒸気養生に当っては、高温蒸気と共に炭素ガスを吹込み、いわゆる炭酸塩化処理を行ってもよい。この方法は、結合材としてセメントなどの水硬性結合材を含む場合に限らず、造粒物中、とくに焼結粉中または炉前篩下粉中に含まれるカルシウムフェライトなどの溶媒の溶解速度が上昇し、炭酸塩化による硬化反応が促進され、短時間で非焼成塊成鉱の耐衝撃強度を上げることができるからである。
【００４９】
本発明において、養生後は乾燥を行ってもよい。この点、従来の非焼成塊成鉱の製造では、特に養生後の乾燥は実施せず、養生後に得られた非焼成塊成鉱をそのまま高炉用鉱石原料として高炉に装入していた。これに対し、本発明では、必要に応じて、該非焼成塊成鉱を養生後から高炉投入までの間に、乾燥装置等で８０〜１５０℃程度の温度で、乾燥して該非焼成塊成鉱の耐衝撃強度を向上させると共に、該非焼成塊成鉱中の自由水分の含有量を４ａｍｓｓ％以下、好ましくは２ｍａｓｓ％以下に低減させて、高炉内通気性維持を図る。
【００５０】
即ち、高炉内での非焼成塊成鉱の爆裂（粉化）は、非焼成塊成鉱を高炉に投入する際に、非焼成塊成鉱中の自由水分が蒸発し、その蒸気圧が内圧として作用することにより非焼成塊成鉱が膨張して亀裂が起り、ひいては爆裂して粉化し、炉内の通気性を悪化させることになる。
【００５１】
とくに非焼成塊成鉱が、高炉内に装入された場合、炉内温度の上昇または非焼成塊成鉱中の自由水分含有量が増加するときに、該非焼成塊成鉱の爆裂比率が増加し、温度の低下や自由水分含有量の低下によってその爆裂（粉化）比率（％）は減少する。
【００５２】
ところで、本発明に適合する上述した製造プロセスを経て製造された非焼成塊成鉱は、特に高温圧壊強度が高くなる。即ち、発明者らが行った荷重軟化試験（５５０℃、７００℃、９００℃での還元、除冷後、個々の粒子（１２サンプル）の重量変化から還元率を算出し、オートグラフで圧壊強度を測定）結果を、図５〜図７に焼結鉱と比較して示したが、いずれも目標圧壊強度よりも高く、焼結鉱との差もなかった。
【００５３】
また、本発明方法に適合する方法によって製造された非焼成塊成鉱は、還元粉化特性（ＲＤＩ）は３０％より小さく、還元性（ＲＩ）は６５％よりも高いものが得られる。発明者らが行った実験によると、図８に示すように、ＲＤＩは２０％以下、ＲＩは７３％以上の結果が得られており、同じ条件で測定した焼結鉱、焼成ペレット、塊鉱などと比べて、明らかに高炉用鉱石原料として優れた特性を示すものであることがわかった。
【００５４】
なお、上記の実験は、試料５００ｇを用い、これを
（ａ）ＲＩ試験：ＣＯ３０ｖｏｌ％、Ｎ２３０ｖｏｌ％の雰囲気中、９００℃で３時間還元した。
（ｂ）ＲＤＩ試験：ＣＯ３０ｖｏｌ％、Ｎ２３０ｖｏｌ％の雰囲気中、５５０℃で０．５時間還元し、ドラム試験→２．８ｍｍの比率
についての結果を示すものである。
そして、この実験で得られた非焼成塊成鉱と焼結鉱との組織観察を行ったので、その断面組織写真を図９に示すが、本発明方法に適合する方法で製造された非焼成塊成鉱の場合、焼結粉には亀裂が発生しているもののマトリックスにはその亀裂は伝播しておらず、一方、焼結鉱については全体に亀裂が伝播していた。
【実施例】
【００５５】
成形用原料である返鉱用焼結粉および炉前篩下粉（表１〜表４に示すもの）に、結合材として糖蜜、フェノール樹脂、アルミナセメントのいずれか１種以上、微粉酸化鉄としてルスナー酸化鉄粉を加えた混合原料を、図１に示すような製造フローに従って成形し、所定の養生処理を行って非焼成塊成鉱を製造した。ここで、ルスナー酸化鉄粉としては、（００３３）段落に記載の鋼材酸洗ライン回収粉を用いた。
使用した成形用原料その他の配合原料の化学成分組成を表５に示す。焼結粉と炉前篩下粉の成分は同じであるが、焼結粉は粒度がやや細かく、平均粒径が１．４９ｍｍのものである。一方、炉前篩下粉は、粒度がやや粗く、平均粒径２．５２ｍｍのものである。また、ルスナー酸化鉄粉は、酸化鉄の含有率が極めて高く（≧９９．４ｍａｓｓ％）、かつ微細粒（粒径１０μｍ以下の割合が９０ｍａｓｓ％以上）のものを用いた。
【００５６】
【表５】
2009030112.tif 000007
【００５７】
各実施例の非焼成塊成鉱を鉄鉱石原料とともに高炉内に装入し、非焼成塊成鉱の冷間強度と高炉操業状況の変化を調査した。その結果を、焼結原料の配合粒度分布やバインダー配合量とともに表６に示す。なお、高炉への装入原料の配合割合は、非焼成塊成鉱：１２ｍａｓｓs％、焼結鉱：７９ｍａｓｓ％、塊鉱石：９ｍａｓｓ％とした。
非焼成塊成鉱の冷間強度については、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（輸送時粉化率）で評価した。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以下）の粒子を粉と定義し、その質量割合を−５ｍｍの粉率とした。
【００５８】
また、表６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。
【００５９】
発明例１は、微粉酸化鉄を３ｍａｓｓ％含有する例で、有機バインダーを含む例である。
発明例２は、微粉酸化鉄を６ｍａｓｓ％含有する例で、結合材はアルミナセメントと有機バインダーを混合した例である。
発明例３は、微粉酸化鉄を５ｍａｓｓ％含有する例で、結合材は有機バインダーのみを配合した例である。
比較例１は、有機バインダーと微粉酸化鉄を全く含まない例である。
比較例２は、前養生を施さない例である。
比較例３は、蒸気養生の時間が短い例である。
比較例４は、有機バインダーを配合せず、かつ養生を行わない例である。
【００６０】
表６に示す操業結果から判るように、本発明例に適合する非焼成塊成鉱を装入した例では、比較例で示す不適合例である非焼成塊成鉱に比べて高炉への搬送中の粉化が少ないことがわかる。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。これらの結果から、本発明方法によって製造した非焼成塊成鉱を用いた場合、高炉操業が格段に改善できることがわかる。
【００６１】
【表６】
2009030112.tif 000008
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、高炉用鉱石原料として、返鉱用焼結粉を用いた非焼成塊成鉱の製造方法に関する説明であるが、焼成塊成鉱などの製鉄原料製造技術にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】非焼成塊成鉱からなる高炉用鉱石原料の製造フローを示す線図である。
【図２】本発明に適合する養生処理パターンの線図である。
【図３】予備養生処理が圧壊強度に及ぼす影響を示すグラフである。
【図４】蒸気養生処理が圧壊強度に及ぼす影響を示すグラフである。
【図５】本発明方法を適用して製造した非焼成塊成鉱の５５０℃における還元率と圧壊強度との関係を示すグラフである。
【図６】本発明方法を適用して製造した非焼成塊成鉱の７００℃における還元率と圧壊強度との関係を示すグラフである。
【図７】本発明方法を適用して製造した非焼成塊成鉱の９００℃における還元率と圧壊強度との関係を示すグラフである。
【図８】本発明方法を適用して製造した非焼成塊成鉱についての還元性と還元粉化特性との関係を示すグラフである。
【図９】本発明方法を適用して製造した非焼成塊成鉱についての断面組織写真である。
【符号の説明】
【００６４】
１〜３  配合槽
４  定量切出し装置
５  コンベア
６  第１ミキサー
７  第２ミキサー
８  原料槽
９  混合機
１０  ニーダー
１１  成型機
１２  振盪篩
【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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【図９】
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