(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
褐鉄鉱を含む鉄鉱石原料とその他の副原料とから成る配合原料を焼結機のパレット上に供給して焼結することで焼結鉱を製造する方法において、前記配合原料の一部である粒径が５〜４０mmの褐鉄鉱を除いた配合原料を造粒後、前記粒径が５〜４０mmの褐鉄鉱を５〜２０質量％配合することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
【請求項２】
前記配合原料を混合機で混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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塊状の褐鉄鉱を焼結原料として使用するときに問題となる発塵や原料歩留の低下を低減できる焼結鉱の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉において使用される鉄源としては、一般に、塊状の鉄鉱石、焼結鉱そしてペレットが使用され、塊状の鉄鉱石としては主に赤鉄鉱(Fe2O3:Hematite)、磁鉄鉱(Fe3O4:Magnetite)等が使用されてきた。しかし近年、これらの良質な塊状の鉄鉱石の産出量が減少するにつれ、針鉄鉱(Fe2O3・H2O:Goethite)を多量に含有する褐鉄鉱の使用量が次第に増加する傾向にある。この褐鉄鉱は他の鉄鉱石に比べ高炉原料として劣質であるが、安価であるため、製銑コストの低減化を狙い褐鉄鉱を高炉で使用する技術が必要となってきている。
【０００３】
この褐鉄鉱を高炉で使用するときに最も問題になるのが、昇温時に褐鉄鉱中の結晶水が分解して粉化することである。粉化し易い褐鉄鉱を高炉に装入すると、昇温中に多量の粉が発生し、高炉内に堆積した部分で通気性が阻害され圧損が大きくなる。この圧損が大きくなった部分では還元ガスが流れることが困難となるので、その部分では昇温遅れや還元遅れが発生し、高炉内の各種反応が円周方向で不均一となり、高炉操業が不安定になるという問題が起きる。
【０００４】
粉発生量がさらに増加すると、ついには圧損の増大により、圧損が装入物の荷重を上回り、圧損の増大部位で吹き抜けが起こることになる。ここで吹き抜けを回避するために送風量を下げれば、出銑量の低下や微粉炭吹き込み量の低下が起こり、溶銑製造コストを上昇させる事態となる。そこで実操業では、褐鉄鉱の塊鉱を少量ずつ使用し、高炉の通気性が悪化しない限界量を見極め、その限界量を超えない範囲で使用しているのが現状である。また、褐鉄鉱を焼結鉱原料として使用する技術が提案されている。
【０００５】
例えば、特開昭６０−１９４０２３号公報には、焼結機で事前に焼結鉱原料を熱処理し、付着水分及び結晶水を除去し、粉化を抑制する方法が開示されている。すなわち、同公報には、通常の粉末原料、返鉱及びコークスブリーズよりなる配合原料の混合物に、１０〜６０mmの粒径の塊鉱を重量比で最高４０％まで混合した焼結原料を使用し、焼結鉱を製造する方法が開示されている。この方法では、グレート上の配合原料層を上層、中層および下層に分け、塊鉱分は上層に２．３％、中層に１２．９％、下層に８４．３％含有し、上層及び中層においては塊鉱が均一分散した焼結鉱が得られ、下層では塊鉱主体の層を得ることができる。このように、塊鉱が下層に集中することを利用して、焼結原料の下に置かれる床敷鉱を塊鉱に肩代わりさせ、床敷鉱供給設備を不要にすることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし同公報に開示された発明（以下、従来技術ともいう）は、塊鉱として褐鉄鉱を使用した場合には、種々の問題が発生する。すなわち、前記下層への偏析を利用して床敷とした塊鉱の褐鉄鉱を使用した場合には、褐鉄鉱中の結晶水が分解する際に塊鉱が崩壊し粉状になる。この塊鉱の粉化現象により発生した粉体は、ダストとして系外に排出され、環境問題となる発塵や原料歩留の低下を引き起こすため改善が必要である。
【０００７】
本発明の目的は、塊状の褐鉄鉱を焼結原料として使用するときに従来技術で問題となる発塵や原料歩留の低下を低減できる焼結鉱の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、塊鉱の褐鉄鉱を焼結原料として使用する方法について検討した結果、下記の知見を得た。
【０００９】
（Ａ）塊状の褐鉄鉱（以下、単に塊鉱ともいう）が焼結機内の昇温により結晶水の分解に伴って粉化したとき、周囲にＣａＯを含有する粉体（以下、ＣａＯ含有粉体ともいう）が前記の粉化した褐鉄鉱（以下、発生粉ともいう）の周囲に存在すれば、ＣａＯ含有粉体が溶剤となって発生粉を溶解し焼結化する。
【００１０】
（Ｂ）床敷をした上で、ＣａＯ含有粉体に水分を添加し造粒した粒子中に塊鉱を配合し焼結化したところ、発生粉由来のダスト発生量を低減させることができる。
【００１１】
（Ｃ）造粒した粒子中に塊鉱を配合するときに、混合機で1分間混合してから焼結化したところ、ダスト発生量がさらに低減する。
（Ｄ）一方、塊鉱とＣａＯ含有粉体とを始めから配合し、水分を添加して造粒した試験を行ったところ、ダスト発生量は軽減されたが、塊鉱とＣａＯ含有粉体とが擬似粒子化し、融体が充填層下部で過剰に生成するため通気性が悪化し、焼結反応の進行が困難となり原料歩留が低下する。
【００１２】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたもので、その要旨は、下記のとおりである。
（１）褐鉄鉱を含む鉄鉱石原料とその他の副原料とから成る配合原料を焼結機のパレット上に供給して焼結することで焼結鉱を製造する方法において、前記配合原料の一部である粒径が５〜４０mmの褐鉄鉱を除いた配合原料を造粒後、前記粒径が５〜４０mmの褐鉄鉱を５〜２０質量％配合することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
【００１３】
（２）前記配合原料を混合機で混合することを特徴とする上記（１）に記載の焼結鉱の製造方法。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の焼結鉱の製造方法例を示す概念図である。
同図に示すように、床敷鉱ホッパー１から床敷鉱２をパレット３上に供給し、塊状の褐鉄鉱と、塊状の褐鉄鉱を除く粉状の原料に水分を添加して造粒設備４で造粒した造粒物とからなる配合原料をサージホッパー５からドラムフィーダ６によってスローピングプレート７を介してパレット３に装入して焼結鉱を製造する。造粒設備４は、一般に転動型造粒機や高速撹拌ミキサーが用いられる。造粒設備４への水は、塊状の褐鉄鉱を除く粉状の原料の水分含有量として、５〜８質量％（以下、単に％で質量％を表す）とするように添加することが好ましい。その理由は、水分が５％未満では未造粒の原料が残留するおそれがあり、８％を超えると、造粒された疑似粒子間の空隙に水分が存在し、通気性が悪化するおそれがあるからである。造粒された疑似粒子の粒径は、現在稼働中の焼結機に装入されている原料と同様であり、算術平均粒子径で３〜５mm程度である。
【００１５】
床敷鉱２としては、焼結鉱が使用され、粒径は５〜２０mm程度のものが使用される。
図２は、配合原料を混合機で混合する工程を含む概念図である。
【００１６】
同図に示すように、塊状の褐鉄鉱と、塊状の褐鉄鉱を除く粉状の原料に水分を添加して造粒設備４で造粒した造粒物とからなる配合原料を混合機８に装入して混合操作を行う。混合機８は、転動型造粒機が使用されるが、造粒を目的とする使用ではなく、単なる混合を目的として使用するため、混合時間は造粒時よりも短くなる。混合時間は、１〜６分程度でよい。
【００１７】
本発明で使用する褐鉄鉱とは結晶水を多く含有する鉄鉱石であり、褐鉄鉱としてはピソライト鉱やマラマンバ鉱があり、これらは結晶水を5.0質量％以上含有する。
【００１８】
前記塊状の褐鉄鉱を除く粉状の原料には、粉状鉱石（以下、粉鉱ともいう）、ドロマイト、蛇紋岩、石灰石、返鉱、粉コークス等があり、その粒径は、従来通り１０mm以下である。
【００１９】
図３は、塊状褐鉄鉱の配合量と、ダスト増加量及び冷間通気性指数（ＪＰＵ）変化量との関係を示すグラフである。なお、図中のダスト増加量は下記（１）式により定義され、冷間通気性指数（ＪＰＵ）変化量は下記（２）式により定義される。また、塊状褐鉄鉱としては、粒径が１０〜２０mmであり、組成が表１に示すものを使用した。
【００２０】
ダスト増加量（％）＝（ｂ−ａ）×１００／ａ        （１）
但し、ａ：塊状褐鉄鉱を配合しなかったときのダスト量（dryｇ）
ｂ：塊状褐鉄鉱を配合したときのダスト量（dryｇ）
冷間通気性指数（ＪＰＵ）変化量＝（ｈ−ｇ）×１００／ｇ      （２）
但し、ｇ：塊状褐鉄鉱を配合しなかったときの冷間通気性指数（ＪＰＵ）
ｈ：塊状褐鉄鉱を配合したときの冷間通気性指数（ＪＰＵ）
【００２１】
【数１】
0003797184.tif 000002
【００２２】
【表１】
0003797184.tif 000003
【００２３】
図３に示すように、配合量が２０％超になるとダスト増加量が急激に上昇する。このダスト増加量が急激に上昇する原因は、配合量が２０％超となると、塊鉱周囲に融体を形成するためのＣａＯ含有粉体量が相対的に減少し、昇温により塊鉱が崩壊したときに発生する粉体を焼結化させることが困難となり、そのままダストとして排出されるからと推定される。従って、配合量は２０％以下がよい。下限配合量は５％である。その理由は、５％以上の配合量がないと通気性が改善されないからである。
【００２４】
次に、同じ塊状褐鉄鉱を使用して、塊状褐鉄鉱の粒径と、生産率変化量および歩留変化量との関係を求める試験を行った。
表２に試験方法と試験結果を示す。
【００２５】
【表２】
0003797184.tif 000004
【００２６】
なお、表中の生産率変化量とは、下記（３）式により定義され、歩留変化量とは、下記（４）式により定義される。
生産率変化量（％）＝（ｄ−ｃ）×１００／ｃ        （３）
但し、ｃ：塊状褐鉄鉱を配合しなかったときの生産率（ｔ／（ｄ・ｍ2））
ｄ：塊状褐鉄鉱を配合したときの生産率（ｔ／（ｄ・ｍ2））
【００２７】
【数２】
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【００２８】
歩留変化量＝（ｆ−ｅ）×１００／ｅ      （４）
但し、ｅ：塊状褐鉄鉱を配合しなかったときの歩留（％）
ｆ：塊状褐鉄鉱を配合したときの歩留（％）
【００２９】
【数３】
0003797184.tif 000006
【００３０】
また、このときの配合量は、１０％一定で行った。
表２に示すように、粒径40mm超の塊状褐鉄鉱を装入すると、塊状褐鉄鉱が焼結化せずにそのまま排出されることが認められた。一方、粒径5mm未満の場合には、塊状褐鉄鉱を装入することによる通気性の改善効果が発現しなかった。従って、塊状褐鉄鉱の粒径は５〜４０mmがよい。
【００３１】
なお、本発明方法において、粒子の大きさを表す「mm」とは、篩目の代表径を意味する。例えば４０mm以下の粒子とは篩目が４０mmの篩でふるったときの篩下を意味し、粒径５〜４０mmの粒子とは篩目が４０mmの篩でふるったときの篩下であって、５mmの篩上に残った粒子を意味する。
【００３２】
次に、塊状赤鉄鉱（以下、塊鉱Ａともいう）を使用した場合と塊状褐鉄鉱（以下、塊鉱Ｂともいう）を使用した場合との比較を行った。
表３に使用した塊鉱Ａおよび塊鉱Ｂの組成（質量％）を示す。
【００３３】
【表３】
0003797184.tif 000007
【００３４】
また、塊鉱Ａおよび塊鉱Ｂともに粒径が１０〜２０mmのものを使用した。
表４に試験方法と試験結果を示す。
【００３５】
【表４】
0003797184.tif 000008
【００３６】
表４に示すように、塊鉱Aまたは塊鉱B何れの場合も生産率が向上することを確認した。一方、図示していないが、製造された焼結鉱の粒径は、塊鉱Aを添加した場合の方が塊鉱Bに比べて大きく、歩留も塊鉱Aの方が良かった。この塊鉱Aが塊鉱Bに比べて歩留が良好な原因は、褐鉄鉱中の結晶水の分解によって、塊鉱A中に微細な気孔や亀裂が発生し、塊鉱Ａの反応面積が著しく増大し、ＣａＯ含有粉体中のＣａＯとの反応が起きやすくなった結果、ＣａＯ含有粉体と塊鉱Aとが合体し、粒径の大きな焼結鉱が生成されたからと推定される。一方、塊鉱Bは、塊鉱Aのように結晶水がないため、塊鉱B内に微細な気孔や亀裂を生じることがなく、粒径が小さな焼結鉱しか得られないから、歩留が塊鉱Aと比較して低下するものと推定される。
【００３７】
次に、焼結鉱中のＣａＯ含有量について検討した。
ところで、焼結鉱中のＣａＯ含有量の増加は、高炉スラグの増加を意味するので、ＣａＯをなるべく少なくすることが望ましい。
【００３８】
図４は、塊鉱Ａの配合量をパラメータとしたときの焼結鉱中のＣａＯ含有量と生産率との関係を示すグラフである。
なお、このときの焼結鉱の生産方法は、造粒時の水分量が７質量％であり、造粒後に塊鉱Ａと造粒物とを転動型造粒機で１分間混合した。
【００３９】
図４に示すように、塊鉱Ａを無配合したものに比べて、塊鉱Ａを５％配合した場合には、ＣａＯ含有量の広い範囲（８〜１２％）にわたって生産率を高く維持できる。特に、ＣａＯ含有量が低い８％でも生産率を高く維持できることが認められる。すなわち、融体流動性が一般に低下するとされているＣａＯ含有量が10%以下であっても、生産性を高く維持できる。
【００４０】
【実施例】
本発明の効果を検証するため、幅４００mm、長さ８００mm、高さ４５０mmのパレットを２個持った、小型焼結試験装置を用いて実験を行った。本装置は実機焼結機を小型にしたものなので、給鉱時の偏析も再現することが出来る。
【００４１】
また、造粒設備は、高速撹拌ミキサーと転動型造粒機とを使用した。
さらに、混合機としては、転動型造粒機を使用し、１分間混合した。
表５に配合条件と試験結果を示す。
【００４２】
【表５】
0003797184.tif 000009
【００４３】
なお、試験に使用した塊鉱は、前記表１に示す組成の塊状褐鉄鉱を使用した。また、従来例１は、塊状褐鉄鉱を使用しないで焼結鉱を試作した例を示し、評価指標のダスト増加量、生産率変化量および歩留変化量の規準とした。
【００４４】
一方、床敷鉱として、焼結鉱を使用し、その粒径が５〜２０ mm程度のものを層厚５０mm程度装入した。
従来例２および比較例１は、焼結鉱原料として塊状褐鉄鉱を同様に１０％使用した例であるが、塊状褐鉄鉱の添加方法が相違する。すなわち、従来例２は塊状褐鉄鉱を床敷として装入したものであるが、比較例１は塊状褐鉄鉱を含む焼結鉱原料を混合し造粒したものである。
【００４５】
表５に試験結果を示すように、従来例２は、従来例１に比較してダストが１０％増加し、歩留も１０％悪化した。
この原因は、床敷にした塊状褐鉄鉱が昇温による結晶水の分解に伴って粉化し、ダスト量が増加し、歩留も低下したものと推定される。
【００４６】
本発明例１は、塊状褐鉄鉱を除く焼結鉱原料を造粒後に塊状褐鉄鉱を混合したものであるが、従来例２に比べて大幅にダスト量が低減され、歩留も大幅に改善した。この改善された理由は、塊状褐鉄鉱と造粒物を混合したため、塊状褐鉄鉱の周りに存在する造粒物中のＣａＯが溶剤として働き、塊状褐鉄鉱が昇温による結晶水の分解に伴って粉化しても発生粉体同士が焼結化し易くなるためと推定される。
【００４７】
本発明例２は、塊状褐鉄鉱を除く焼結鉱原料を造粒後に塊状褐鉄鉱を混合機で混合したものであるが、本発明例１に比べてダスト量が更に改善され、歩留も改善した。
【００４８】
本発明例２が本発明例１に比べて更にダスト量が低減された理由は、混合機で更に効率よく混合されるために、造粒物中のＣａＯ成分がより塊状褐鉄鉱に接近可能となるため、塊状褐鉄鉱が昇温による結晶水の分解に伴って粉化しても発生粉体同士がさらに焼結化し易くなるためと推定される。
【００４９】
比較例１は、前述の通り塊状褐鉄鉱を含む焼結鉱原料を混合し造粒したものであるが、本発明例１並にダスト量が改善されたものの、歩留が悪化した。
この歩留が悪化した原因は、塊状褐鉄鉱を含む焼結鉱原料を混合し造粒したため、塊状褐鉄鉱と粉体原料が疑似粒子化し、塊状褐鉄鉱が偏析し易い下層に多量の粉原料を持ち込む結果になり、溶融物が下層に過剰に生成し、通気性が悪化し、焼結反応の効率的な進行が困難となるためと推定される。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の焼結鉱の製造方法により、塊状の褐鉄鉱を焼結原料として使用するときに問題となる発塵や原料歩留の低下を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の焼結鉱の製造方法例を示す概念図である。
【図２】配合原料を混合機でさらに混合する工程を含む概念図である。
【図３】塊状褐鉄鉱の配合量と、ダスト増加量及び冷間通気性指数（ＪＰＵ）変化量との関係を示すグラフである。
【図４】塊鉱Ａの配合量をパラメータとしたときの焼結鉱中のＣａＯ含有量と生産率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１：床敷鉱ホッパー
２：床敷鉱
３：パレット
４：造粒設備
５：サージホッパー
６：ドラムフィーダ
７：スローピングプレート
８：混合機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003797184.tif 000013