JP2005194544A

JP2005194544A - 半還元塊成鉱の製造方法

Info

Publication number: JP2005194544A
Application number: JP2003435253A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Sato; 秀明佐藤; Koichi Ichikawa; 孝一市川; Satoshi Machida; 智町田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP4470490B2

Abstract

【課題】焼結機における原料充填層の上層から下層まで燃焼を確実に行わせることにより、高還元率の半還元焼結鉱を効率よく生産する。
【解決手段】高速撹拌された粉鉄鉱石１および炭材４と、石灰系副原料３からなる内核層４１と、粉鉄鉱石１からなる第１被覆層４２と、炭材４からなる第２被覆層４３からなる多層構造の擬似粒子４０を焼結原料として焼結機に供する。内核層４１の石灰系副原料３は炭材４の燃焼につれカルシウムフェライト系の融液を生成し、この融液は、鉄鉱石に吸収されるように反応し、その一部は第１被覆層４２の粉鉱石層に吸収されるように浸出しその一部を溶融するが残りの鉄鉱石が焼成後、緻密な層を形成するため、焼成後に内核層４１を取り囲む凝固層を形成し、内部に生成した金属鉄や還元された酸化度の低い鉄酸化物の、酸素との接触による再酸化を抑制するように作用し、高い還元率を維持する。
【選択図】図３

Description

本発明は、焼結プロセスを用いて、酸化鉄の一部を還元した半還元塊成鉱を製造する技術に関する。

高炉製銑法の主原料である焼結鉱は、一般的には、以下のようにして製造される。
まず、８ｍｍ以下で、平均径２．０〜３．０ｍｍの鉄鉱石粉に石灰石、生石灰、ドロマイトなどのＣａＯ原料（ＣａＯ系副原料と呼ぶ）およびコークス粉、無煙炭などの炭材に適量の水分を加えて調湿、混合、造粒し、粒径３．０〜５．０ｍｍの擬似粒子を作り、この擬似粒子を無端移動式の焼結機パレットに４００〜６００ｍｍ前後の高さに充填し、この充填ベッドの表層の炭材に点火する。そして、空気を下方吸引しながら焼結ベッドの上層から下層に炭材を燃焼させ、そのとき発生する燃焼熱によって配合原料を焼結したのち、得られた焼結ケーキを破砕、整粒して３〜５ｍｍ以上の粒子を成品焼結鉱として高炉に装入する。高炉に装入された焼結鉱は主にＣＯガスによるガス還元にて銑鉄となる。

ところで、近年、従来高炉で行われてきた還元反応の一部を焼結反応過程で補い、焼結と高炉の総計での炭材原単位の低減を図る半還元焼結鉱が注目されている。

この半還元焼結鉱の製造技術では、焼結反応途上において、従来の塊成化に必要な熱量を供給するための炭材だけでなく、還元材として作用する炭素（Ｃ）を供給し、かつ還元反応の吸熱反応に必要な熱量を補充する必要があるため、必然的に、添加する炭材量は増大する。

通常の焼結鉱の製造プロセスでは塊成化のため配合する炭材量は、鉄鉱石粉とＣａＯ系副原料に対して外数で３〜５質量％であるが、半還元焼結鉱の場合には、還元に必要な炭材を加えるため、通常の焼結操業に比べて２〜４倍程度の炭材が必要となる。

特許文献１では粉鉄鉱石に５〜２０Ｗｔ％の粉コークス、無煙炭を配合造粒して内層とし、外層に粉鉄鉱石、副原料および２〜５Ｗｔ％の粉コークス、無煙炭を混合コーティングして２層擬似粒子を形成し、これを焼結原料の一部として混合・造粒した後、焼結過程でその原料の外層から生成する融液と内層の粉コークス・無煙炭中の固定炭素との直接還元反応により、焼結鉱の一部を還元する半還元焼結鉱の製造方法について述べられている。

この特許文献１の方法によれば、内部に粉コークス・無煙炭を閉じ込めると焼結工程において昇温過程前半では粉コークス・無煙炭が、空気中の酸素と接触しないので反応せず、１１００℃の高温になってから、ＦｅＯ＋Ｏ＝Ｆｅ＋ＣＯ−３６３５０ｋｃａ１／ｋｍｏｌの還元反応を起こし、焼結鉱の一部にメタルＦｅを生成させる。この反応は吸熱反応であるので、熱過剰になるのを防ぐことができる、としている。

一方、特許文献２によれば、鉄鉱石に炭材を加えて造粒した生ペレットの表層部にＣａＯが２５ｗｔ％以上含有された被覆層をつくることで焼成後の再酸化が防止され、還元率の高い半還元焼結鉱を製造できるとしている。

ところで、半還元焼結鉱の製造プロセスでは、還元に必要な炭材を加え、通常の焼結鉱の製造プロセスの２〜４倍程度の炭材を燃焼させることが必要となるため、ベッド内は熱過剰になりやすく、原料粉鉱石がＦｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４から、高温でＦｅＯに還元された段階で鉱石中の脈石や添加したフラックスと反応して大量の融液を発生させる。この融液は、副原料として添加される石灰系原料と鉱石との反応により発生するカルシウムフェライト主体の融液である。この融液は、鉄鉱石との反応に際して、鉱石に吸引されるように引き込まれる。そのため、図４（ａ）に示されるように、擬似粒子の外層に融液を多量に発生させると、擬似粒子外部から内部に向かって溶融が起こると同時に、その周囲の粒子同士が急速に融着しあい、結果として原料充填層である焼結ベッド内には巨大な空隙が作られ、吸引ガスがその部分のみを通過するようになるため、通常、４００〜６００ｍｍある原料充填層の上層から下層に徐々に移動すべき焼結反応は妨げられ、ベッドの下層部に未焼部が大量に残り、還元反応の進行が阻害されるとともに、生産性が極度に低下してしまう、という技術的課題がある。
このように、高炉の主原料として上述の従来技術の焼結技術を用いて、日産数千トンの規模で大量に半還元焼結鉱を製造するには問題があった。
特許第２７０４６７３号特開２０００−１９２１５４号公報

本発明の目的は、焼結機における原料充填層の上層から下層まで焼成を確実に行わせることにより、高還元率の半還元焼結鉱を効率よく生産することが可能な半還元焼結鉱の製造技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、炭材による粉鉄鉱石の還元反応を効率よく行わせることにより、高還元率の半還元焼結鉱を得ることが可能な半還元焼結鉱の製造技術を提供することにある。

本発明の第１の観点は、粉鉄鉱石と石灰系副原料および炭材を配合して造粒することにより内核層を形成し、その外側に粉鉄鉱石からなる第１被覆層を形成し、さらにその外側に炭材からなる第２被覆層を形成してなる多層構造の擬似粒子を所定の厚さに充填したベッドを焼成することで、前記擬似粒子を構成する鉄鉱石の一部が還元された、金属鉄を含む半還元塊成鉱を得る半還元塊成鉱の製造方法を提供する。

本発明の第２の観点は、粉鉄鉱石と石灰系副原料および炭材を配合して造粒することにより内核層を形成し、その外側に粉鉄鉱石および石灰系副原料からなる第１被覆層を形成し、さらにその外側に炭材からなる第２被覆層を形成してなる多層構造の擬似粒子を所定の厚さに充填したベッドを焼成することで、前記擬似粒子を構成する鉄鉱石の一部が還元された、金属鉄を含む半還元塊成鉱を得る半還元塊成鉱の製造方法を提供する。

本発明の第３の観点は、少なくとも粉鉄鉱石および炭材を含む擬似粒子を造粒して焼結機に装入して焼成し、擬似粒子内部の固定炭素と鉄鉱石との直接還元により、酸化鉄に化合した酸素の一部を還元した塊成鉱を製造する半還元塊成鉱の製造方法であって、前記粉鉄鉱石および炭材を高速撹拌した後に前記擬似粒子の造粒を行う半還元塊成鉱の製造方法を提供する。

上述の本発明の第１および第２の観点によれば、擬似粒子の構造において、最外部に被覆される第２被覆層の炭材は熱源である。この炭材の燃焼により発生する熱により内核層が加熱され鉄鉱石の炭材による直接還元が起こる。この内核層には石灰系副原料があるので炭材の燃焼につれカルシウムフェライト系の融液が生成する。この融液は、鉄鉱石に吸収されるように反応するため、その一部は外層（第１被覆層）の粉鉱石層に吸収されるように浸出するが、外層の一部を溶融するにとどまり、外層粉鉱石自体は、焼成により緻密な層を作る。その結果、焼成後、内部に生成した金属鉄や還元された酸化度の低い鉄酸化物の、酸素との接触による再酸化を抑制する。

また、第２の観点のように、内核層の外側に被覆される第１被覆層に石灰系副原料を一部加える場合、石灰系副原料の添加量は、ＣａＯ量として粉鉄鉱石に対し、内数で２〜８質量％配合し、そのうち少なくとも６０質量％以上を前記内核層に配合することが望ましい。これにより、擬似粒子に添加するＣａＯの量を規定し、通気性等を阻害する過剰な発生融液量そのものを抑えることができる。

また、炭材の総添加量は、粉鉄鉱石と石灰系副原料の総重量に対して外数で５〜２０質量％を配合し、そのうち、第２被覆層には、炭材の総重量の３０質量％以下とすることが望ましい。これにより、焼成時の過剰な熱の発生を抑制できる。この状況を、図４の（ｂ）に模式的に例示した。

さらに、焼成時の吸引ガス中の酸素分圧を、着火後の２１％から、焼成完了時には１２％以下となるように時間の経過とともにコントロールすることで、焼結中にベッド下層部で起こる熱の蓄積による過剰な溶融を抑制することができ、焼成をベッドの下層下端まで確実に進行させるのに有効である。
また、焼成終了後、不活性ガス雰囲気中で冷却することで、冷却時の再酸化を防止することができる。

また、内核層を構成する粉鉄鉱石および炭材等を造粒前に高速撹拌することで、鉄鉱石に対する炭材の分散状態がより均一化されるとともに、鉄鉱石と炭材の接触面積も大きくなり、粉鉄鉱石と炭材の接触部分から優先して起こる当該炭材による直接還元反応が効率よく進行し、高い還元率を実現できる。この場合、炭材と粉鉄鉱石の平均粒径を０．２５ｍｍ以下とすることが望ましい。

一方、上記した本発明の第３の観点によれば、高速撹拌により、炭材と鉱石が均一に分散されるので、直接還元反応の開始点となる炭材と鉱石の接触点が増大し、当該炭材による鉄鉱石の直接還元反応が効率よく進行し、高い還元率を実現できる。

また、炭材および粉鉄鉱石に加えて副原料も高速撹拌することで、副原料の均一分散による塊成化反応の均一化が促進される。ただし融液が発生することにより、ガスの拡散が阻害されることがあるので、全ての副原料を高速撹拌すると還元の逆効果となりうるため、一部にするか副原料自体を低減することが望ましい。

この場合、擬似粒子を多層構造とし、その内核層を構成する粉鉄鉱石および炭材を、造粒に先立って高速撹拌することができる。
この場合、細粒の鉱石、細粒の炭材の方が分散による接触点増大に優位なので、細かい原料が望ましい。具体的には平均粒径が０．２５ｍｍ以下のレベルが望ましい。

さらに、現実的に全ての鉱石を微粉にすることは経済上、造粒設備の性能上困難な場合には、炭材と高速撹拌する鉱石を鉱石全体の一部として良い。細かい銘柄の鉱石や、分級して得た細粒鉱石を選択的に撹拌することが有利である。

この場合、高速撹拌を実現する方法としては、内部に撹拌用の羽根やショベルが回転するものや、複数軸の混合機で軸の廻りにパドルが多数ついているようなものでもかまわない。一般的には一分間に１００回転前後のものから数百回転のものが望ましい。回転数が高すぎると、炭材や鉱石の一部を破砕し過ぎて、高速撹拌後の造粒過程に過剰負荷をかけることもある。ただし、撹拌後の造粒能力に十分余力があるのであれば、一部破砕、細粒化して、炭材−鉱石間の接触点を増大させることはあってよい。

本発明によれば、焼結機における原料充填層の上層から下層まで燃焼を確実に行わせることにより、高還元率の半還元焼結鉱を効率よく生産することが可能となる。
また、炭材による粉鉄鉱石の還元反応を効率よく行わせることにより、高還元率の半還元焼結鉱を得ることが可能となる。

以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である半還元塊成鉱の製造方法を実施する半還元塊成鉱の製造設備を示す模式図である。この設備は、擬似粒子製造設備１００と、下方吸引式無端移動型焼結機２００とを備えている。

擬似粒子製造設備１００は、粉鉄鉱石１を貯留する粉鉄鉱石ホッパ１ａと、媒溶剤としての石灰系副原料３を貯留する石灰系副原料ホッパ３ａと、粉コークス等の炭材４を貯留する炭材ホッパ４ａと、高速攪拌機５と、造粒機６および造粒機７と、を備えている。

高速攪拌機５は、たとえば、内部に設けられた撹拌用の羽根やショベルが回転するものや、複数軸の混合機で軸の廻りにパドルが多数ついているようなものを用いることができる。一般的には、撹拌用の羽根やショベルが１分間に１００回転前後のものから数百回転のものが望ましい。

下方吸引式無端移動型焼結機２００は、無端移動式の移動グレート１１を有している。この移動グレート１１の移動方向の上流端には、焼結原料である後述の擬似粒子４０を供給するコンベア１０が配置されており、移動グレート１１上に擬似粒子４０を装入することで、擬似粒子４０からなるベッド１３が形成されるようになっている。

移動グレート１１の移動経路には点火炉１２が設けられており、移動グレート１１上の擬似粒子４０がその点火炉１２を通過する際に点火されてベッド１３の焼結が開始される。移動グレート１１の出口側には、図示しない塊砕機が設けられており、この塊砕機により移動グレート１１から落下した焼結鉱が粉砕されて篩１４にて整粒された後、高炉へ供給される。

移動グレート１１の直下には、移動グレート１１の進行方向に沿って、複数の風箱１５が配列されており、各風箱１５には、それぞれ垂直ダクト１６が接続されている。これにより、ベッド１３の上方のガス（吸引ガス１９ｂ）が風箱１５および垂直ダクト１６によりベッド１３を通過して吸引されるようになっている。ベッド１３上方の点火炉１２の下流側部分にはガス供給フード１９が設けられている。そして、ガス供給フード１９が設けられている領域が焼結機吸引部を構成する。

個々の風箱１５に接続された垂直ダクト１６の各々は、主ダンパ１６ａによって吸引流量や流路の開閉が制御されるとともに、ダンパ１６ｂを介して水平に配置された主排ガスダクト１７にそれぞれ接続されている。これにより、個々の風箱１５にて捕捉された排ガス１９ｃの一部が主排ガスダクト１７を経て排出されるとともに、垂直ダクト１６（風箱１５）毎に主排ガスダクト１７への排ガス１９ｃの排出流量が個別に制御可能になっている。
また、個々の垂直ダクト１６は、ダンパ１６ｃを介してそれぞれ排ガス循環ダクト１８に個別に接続されている。これにより、垂直ダクト１６（風箱１５）毎に排ガス循環ダクト１８への排ガス１９ｃの排出流量が個別に制御可能になっている。この排ガス循環ダクト１８はガス供給フード１９に接続されている。なお、排ガス循環ダクト１８にはブロア１８ａが設けられている。そして、排ガス１９ｃの一部は、排ガス循環ダクト１８を経由してガス供給フード１９に還流する構成となっている。

ガス供給フード１９には、ガス供給ダクト２０を介してＮ_２ガスが供給され、排ガス循環ダクト１８を介して大気が供給されるようになっており、移動グレート１１側に吸引される吸引ガス１９ｂの酸素濃度が調整されるようになっている。また、この吸引ガス１９ｂの温度は常温〜２５０℃に調整される。ガス供給フード１９から供給されて移動グレート１１側に吸引される吸引ガス１９ｂをこの温度に調整するために、焼結排ガス顕熱に加えて、図示しない他の熱風発生炉からの熱が排ガス循環ダクト１８に供給されるようにしてもよい。なお、焼結排ガス顕熱で温度制御が十分に達成できる場合には、他の熱風発生炉からの熱は必ずしも必要ない。

ガス供給フード１９は、移動グレート１１の移動方向に複数のセグメント１９ａに区画されている。そして、個々のセグメント１９ａには、ダンパ１８ｂを介して排ガス循環ダクト１８が個別に接続され、ダンパ１８ｃを介してＮ_２ガスのガス供給ダクト２０が個別に接続されている。そして、ダンパ１８ｂおよびダンパ１８ｃの開度を個別に制御することで、個々のセグメント１９ａから吹き出す吸引ガス１９ｂの酸素分圧や種類を個別に制御可能になっている。すなわち、移動グレート１１の移動とともにベッド１３に供給される吸引ガス１９ｂの酸素分圧を徐々に増減させたり、吸引ガス１９ｂを空気から不活性ガスに切り替える等の制御が可能になっている。

主排ガスダクト１７には、電気集塵機３０、メインブロア３１が接続されており、メインブロア３１によりベッド１３の上方の吸引ガス１９ｂを吸引し、風箱１５、垂直ダクト１６、主排ガスダクト１７、電気集塵機３０等を経て煙突３２から排出される。

以下、本実施の形態に係る半還元焼結鉱の製造方法について説明する。図２は、本実施の形態の製造プロセスを示すフローチャートである。
上述のように構成される設備において、まず、擬似粒子製造設備１００の各ホッパに原料を準備する（ステップ３０１）。そして、粉鉄鉱石１ならびに炭材４としての粉コークスを所定量切り出し、高速攪拌機５に供給して高速撹拌する（ステップ３０２）。これにより、粉鉄鉱石１に対して炭材４が均一に分散した状態となるとともに、粉砕により、炭材４の比表面積が増加する。この高速撹拌に供される粉鉄鉱石１ならびに炭材４は、一例として、平均粒径が０．２５ｍｍ以下であることが望ましい。
なお、この高速撹拌においては、内核層４１を構成する粉鉄鉱石１の全量を撹拌に供することに限らず、その一部を高速撹拌した後に残部と混合して造粒してもよい。

その後、高速撹拌された粉鉄鉱石１と炭材４の混合物、および石灰系副原料３を、造粒機６に供給して水を添加しながら造粒することにより、擬似粒子４０の内核層４１を得る（ステップ３０３）。

この内核層４１の造粒後、さらに、造粒機６に粉鉄鉱石１を供給して、必要に応じて水を添加しながら造粒することで、内核層４１の表面を覆うように粉鉄鉱石１からなる第１被覆層４２を形成する（ステップ３０４）。

さらに、この第１被覆層４２が形成された粒子を造粒機７に供給し、炭材４を供給して必要に応じて水を添加しながら造粒することで、第１被覆層４２を覆うように炭材４からなる第２被覆層４３を形成する（ステップ３０５）。

これにより、図３に例示されるように、高速撹拌された粉鉄鉱石１および炭材４と、石灰系副原料３からなる内核層４１と、粉鉄鉱石１からなる第１被覆層４２と、炭材４からなる第２被覆層４３からなる多層構造の擬似粒子４０が得られる。

この場合、一例として、内核層４１と第１被覆層４２における粉鉄鉱石１の割合を質量比で２：１〜４：１とし、石灰系副原料３は、ＣａＯ量として粉鉄鉱石１に対し、内数で２〜８質量％配合し、そのうち少なくとも６０質量％以上を内核層４１に配合し、炭材４は、粉鉄鉱石１と石灰系副原料３の総重量に対して外数で５〜２０質量％を配合し、そのうち、第２被覆層４３に配合される炭材４は、当該炭材４の総重量の３０質量％以下とすることができる。

次に、上述のようにして得られた本実施の形態の擬似粒子４０の焼結工程（ステップ３０６）の一例について説明する。

下方吸引式無端移動型焼結機２００の無端移動式の移動グレート１１の移動方向の上流側に位置するコンベア１０から、移動しつつある移動グレート１１に所定の厚さで擬似粒子４０を順次敷き詰めることにより、所定の厚さに積層された状態のベッド１３が形成される。

そして、このベッド１３は、点火炉１２を通過することで表面に点火され、さらに、点火されたベッド１３はガス供給フード１９の下を通過するときに、風箱１５を介して、上側に位置するガス供給フード１９の各セグメント１９ａから下向きに吸引ガス１９ｂを吸引しながら焼成され、燃焼帯は、ベッド１３の表面から裏面側へと徐々に進行し、ベッド１３を構成する擬似粒子４０は焼結して塊成鉱となる。移動グレート１１を通過した排ガス１９ｃは風箱１５で捕捉されて垂直ダクト１６から主排ガスダクト１７に至り、一部は、排ガス循環ダクト１８を介してガス供給フード１９に還流して再使用され、他の一部は、電気集塵機３０、メインブロア３１を経由して、煙突３２から大気中に排出される。

ここで、本実施の形態の場合、移動グレート１１の移動とともに進行する上述のベッド１３の焼成過程では、３層構造の擬似粒子４０において、最外部に被覆される第２被覆層４３の炭材４は熱源として機能する。この第２被覆層４３の炭材４の燃焼により発生する熱により内核層４１が加熱され、鉄鉱石（粉鉄鉱石１）の炭材４による直接還元が起こる。この場合、粉鉄鉱石１と炭材４が造粒前に高速撹拌されていることにより、粉鉄鉱石１に対する炭材４の接触面積が大きくなり、また、炭材４の微粉化により炭材４の比表面積も大きくなるので、両者間の還元反応が効率よく進行し、高い還元率が得られる。

この内核層４１には石灰系副原料３があるので炭材４の燃焼につれカルシウムフェライト系の融液が生成する。この融液は、鉄鉱石に吸収されるように反応するため、その一部は第１被覆層４２の粉鉱石層（粉鉄鉱石１）に吸収されるように浸出し、焼成後に内核層４１を取り囲む凝固層を形成し、内部に生成した金属鉄や還元された酸化度の低い鉄酸化物の、酸素との接触による再酸化を抑制するように作用する。これにより高い還元率を維持できる。

また、必要に応じて、内核層４１の外側に被覆される第１被覆層４２に石灰系副原料３を一部加えることにより、擬似粒子に添加するＣａＯの量を規定し、内核層の発生融液量そのものを抑えて、高還元率を実現できるとともに、外層保護層の一部を溶融させ、保護層を強固なものとすることもできる。

また、炭材４の総添加量は、粉鉄鉱石（粉鉄鉱石１）と石灰系副原料３の総重量に対して外数で５〜２０質量％を配合し、そのうち、第２被覆層４３には、炭材４の総重量の３０質量％以下とすることにより、焼成時の過剰な熱の発生を抑制できる。
この状況が、図４の（ｂ）に模式的に例示されている。すなわち、ベッド１３中に巨大な空洞を生じることなく、かつ未焼原料が存在することなく、ベッド１３の全体にわたって均一な焼成による焼結鉱の生成が行われている。

さらに、本実施の形態の場合、移動グレート１１の移動とともに進行する上述のベッド１３の焼成過程では、移動グレート１１の移動方向における個々のセグメント１９ａにおいて、吹き出す吸引ガス１９ｂの酸素分圧が、点火炉１２の最も近い上流のセグメント１９ａから、下流側のセグメント１９ａに向かって、着火時の２１％から焼成完了時の１２％まで徐々に低下するように制御される。

すなわち、移動グレート１１とともに移動するベッド１３の一箇所に着目すると、ベッド１３の表面から下面までの燃焼帯の進行とともに酸素分圧が２１％から徐々に低下し、燃焼帯がベッド１３の下面に到達した焼成完了時には、１２％以下となるように制御される。また、ベッド１３の焼成完了位置に対応する最下流側のセグメント１９ａでは、吸引ガス１９ｂとしてベッド１３に窒素ガス等の不活性ガスを供給し、焼結鉱を２００℃まで冷却する。

これにより、焼結中にベッド１３の下層部で起こる熱の蓄積による過剰な溶融を抑制することができ、焼成をベッド１３の下層下端まで確実に進行させることが可能となる。また、焼成終了後、不活性ガス雰囲気中で２００℃以下に冷却することで、冷却時の再酸化を防止することができる。

このようにして得られた、擬似粒子４０（５０）を原料とする高い還元率の半還元塊成鉱１３ａは、移動グレート１１の端部から落下し、出口側の図示しない塊砕機により粉砕されて篩１４に供給され、さらに図示しない高炉へ供給される（ステップ３０７）。

以下に本発明の効果を確認するために実施した試験の結果について説明する。
＜実施例１＞
３ｍｍ以下に整粒した粉鉱石と１ｍｍ以下の生石灰（石灰系副原料）および１ｍｍ以下の粉コークスを混合し、ディスクペレタイザーにて、水を添加しながら造粒して内核層４１となる粒子を製造し、さらに同じディスクペレタイザーで水を添加しながら粉鉱石を所定量被覆させて第１被覆層４２（外層）を形成し、さらに、粉コークスを被覆させて第２被覆層４３（最外層）を形成し、図３に例示される多層構造を有する擬似粒子４０を製造した。各原料の配合割合は、表１のＴＥＳＴ１に例示したものである。

この表１で、配合割合は、粉鉱石＋生石灰＝１００質量％とし、粉鉱石と生石灰は、それぞれ内数質量％、また、粉コークスは、粉鉱石＋生石灰に対する外数質量％で表示している。また、表２には、各原料の化学成分を示した。

製造した擬似粒子４０を、焼結試験用鍋に約４０ｋｇ、装入厚３００ｍｍで装入し、表面にバーナーで点火し、焼成実験を行った。焼成は、ガス吸引圧力６００ｍｍＨ_２Ｏ一定で行い、また、このときの吸引ガスは大気であった。排ガスの温度がピークを示した後は、２００℃まで窒素ガスを吸引させ、冷却後、さらに大気で室温まで冷却した後、焼結ベッドの中層部よりサンプルを取り出し、分析して還元率および金属Ｆｅ生成量を調べた。その結果を表３のＴＥＳＴ１に示す。

また、成品の焼結ケーキを２ｍの高さより落下させ、求めた＋１０ｍｍの歩留りと焼結時間より、＋１０ｍｍ生産率を求めた結果についても表３に併記した。

＜実施例２＞
添加する生石灰の一部を第１被覆層４２（外層）に配合した以外は、実施例１と同じ条件で擬似粒子４０を製造し、焼成した。この試験の配合条件、焼成条件と試験結果を、表１、表３のＴＥＳＴ２に示す。

＜実施例３＞
実施例１と同じ条件で吸引ガスは焼結ベッド表面に点火した後、Ｎ_２によりＯ_２濃度が１２％となるように調整し、試験を実施した。結果を表１、表３のＴＥＳＴ３に示す。

＜実施例４＞
実施例１と同じ配合条件で調整した試料の内核層４１に使用する原料を撹拌ミキサーで高速撹拌（強撹拌）した以外は実施例３と同じ条件で試験を実施した。結果を表１、表３のＴＥＳＴ４に示す。

＜実施例５＞
用いる炭材４の粒度を１００μｍ以下とした以外は、実施例４と同様な条件で擬似粒子４０を製造し、焼成した。試験の結果を表１、表３のＴＥＳＴ５に示す。

＜比較例１＞
実施例と同じ粉鉱石、石灰系副原料、炭材を用いて、内核層粒子を粉鉱石と粉コークスで形成し、さらにその外側に粉鉱石と副原料および炭材を被覆造粒して、２層構造擬似粒子を製造した。擬似粒子の大きさは実施例１と同様８〜１０ｍｍである。この擬似粒子を用いて、吸引ガスは大気とし、実施例１と同じ焼結鍋試験を行った。擬似粒子製造時の配合・造粒条件と焼結鍋試験時の焼成条件をそれぞれ表４に、金属Ｆｅ生成量、還元率および生産率を表５のＴＥＳＴ６に示す。

＜比較例２＞
比較例１と同じ条件で擬似粒子を製造し、焼結鍋試験を実施した。ただし、鍋試験時の吸引ガスは、点火後、１２％Ｏ_２ガスとした。表４、表５に一連の試験条件・結果をまとめて示す。

＜比較例３＞
生石灰を全量、最外層に被覆造粒した以外は、比較例１と同じ条件で擬似粒子を製造し、焼成試験を実施した。擬似粒子製造時の配合・造粒条件を表４のＴＥＳＴ８に、表５のＴＥＳＴ８に焼成鍋試験結果を示す。
また、この場合は、着火状態が非常に悪く、焼成状態が不均一で焼成後に未焼原料が多く認められた。

＜比較例４＞
外層に配合する生石灰の量を増加させた以外は、比較例２とほぼ同じ条件で擬似粒子を製造し、焼成試験を実施した。表４、表５のＴＥＳＴ９に、試験条件と結果を示す。

本発明と擬似粒子の構造の違う、特に、ＣａＯを外側に添加して焼成する比較例１〜４は、本発明の実施例１〜５に比較して、総じて過溶融状態となり、生産率が低く、かつ金属Ｆｅ生成量、還元率も低い結果となった。
また、本発明の実施例１〜５のうち、造粒前に内核層４１を構成する原料を高速撹拌した実施例４の場合には、高速撹拌を行わない他の実施例１〜３に比較して金属Ｆｅの含有率および還元率のいずれも向上しており、造粒前の高速撹拌が還元率の向上に有効であることがわかる。
また、実施例４の結果に着目すると、外層（第１被覆層４２）を構成する粉鉱石の量は、擬似粒子４０を構成する全粉鉱石量のほぼ３０質量％以上あるほうが、高速撹拌の有無に関わらず、総じて良好な結果が得られており、外層（第１被覆層４２）に粉鉱石を配合することの効果が実証されている。

本発明は、製鉄原料としての半還元塊成鉱の製造技術に広く適用することができる。

本発明の一実施の形態である半還元塊成鉱の製造方法を実施する半還元塊成鉱の製造設備を示す模式図。本発明の一実施の形態である焼結鉱の製造プロセスの作用の一例を示すフローチャート。本発明の一実施の形態である焼結鉱の製造プロセスで得られる擬似粒子の構造の一例を示す断面図。（ａ）および（ｂ）は、従来技術の擬似粒子と、本発明の一実施の形態である焼結鉱の製造プロセスで得られる擬似粒子の作用を比較対照して示す断面図。

符号の説明

１…微粉鉄鉱石
１ａ…粉鉄鉱石ホッパ
３…石灰系副原料
３ａ…石灰系副原料ホッパ
４…炭材
４ａ…炭材ホッパ
５…高速攪拌機
６…造粒機
７…造粒機
１０…コンベア
１１…移動グレート
１２…点火炉
１３…ベッド
１３ａ…半還元塊成鉱
１４…篩
１５…風箱
１６…垂直ダクト
１６ａ…主ダンパ
１６ｂ…ダンパ
１６ｃ…ダンパ
１７…主排ガスダクト
１８…排ガス循環ダクト
１８ａ…ブロア
１８ｂ…ダンパ
１８ｃ…ダンパ
１９…ガス供給フード
１９ａ…セグメント
１９ｂ…吸引ガス
１９ｃ…排ガス
２０…ガス供給ダクト
３０…電気集塵機
３１…メインブロア
３２…煙突
４０…擬似粒子
４１…内核層
４２…第１被覆層
４３…第２被覆層
１００…擬似粒子製造設備
２００…下方吸引式無端移動型焼結機

Claims

粉鉄鉱石と石灰系副原料および炭材を配合して造粒することにより内核層を形成し、その外側に粉鉄鉱石からなる第１被覆層を形成し、さらにその外側に炭材からなる第２被覆層を形成してなる多層構造の擬似粒子を所定の厚さに充填したベッドを焼成することで、前記擬似粒子を構成する鉄鉱石の一部が還元された、金属鉄を含む半還元塊成鉱を得ることを特徴とする半還元塊成鉱の製造方法。
粉鉄鉱石と石灰系副原料および炭材を配合して造粒することにより内核層を形成し、その外側に粉鉄鉱石および石灰系副原料からなる第１被覆層を形成し、さらにその外側に炭材からなる第２被覆層を形成してなる多層構造の擬似粒子を所定の厚さに充填したベッドを焼成することで、前記擬似粒子を構成する鉄鉱石の一部が還元された、金属鉄を含む半還元塊成鉱を得ることを特徴とする半還元塊成鉱の製造方法。
前記内核層と前記第１被覆層における前記粉鉄鉱石の割合を質量比で２：１〜４：１とし、前記石灰系副原料は、ＣａＯ量として前記粉鉄鉱石に対し、内数で２〜８質量％配合し、そのうち少なくとも６０質量％以上を前記内核層に配合し、前記炭材は、前記粉鉄鉱石と前記石灰系副原料の総重量に対して外数で５〜２０質量％を配合し、そのうち、前記第２被覆層には、前記炭材の総重量の３０質量％以下とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半還元塊成鉱の製造方法。
前記擬似粒子を所定の層厚に充填したベッドを焼成するときに、充填層の最上部表面に着火後、吸引ガスの酸素分圧を、２１％から焼成完了時には１２％以下となるように焼成時間の経過とともに低下させ、焼成完了時に前記吸引ガスの全量を不活性ガスに切り替え、少なくとも２００℃まで冷却することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半還元塊成鉱の製造方法。
前記擬似粒子の造粒に先立って、前記粉鉄鉱石、炭材および石灰系副原料を高速撹拌した後、他の原料と混合して造粒することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半還元塊成鉱の製造方法。
前記擬似粒子の造粒に先立って、前記内核層を構成する前記粉鉄鉱石の一部と、炭材および石灰系副原料を高速撹拌した後、残部の前記粉鉄鉱石および他の原料と混合して造粒することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半還元塊成鉱の製造方法。
前記粉鉄鉱石および炭材の平均粒径が０．２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半還元塊成鉱の製造方法。