JP2005307256A

JP2005307256A - 焼結鉱の製造方法

Info

Publication number: JP2005307256A
Application number: JP2004124116A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Machida; 智町田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2005-11-04
Anticipated expiration: 2024-04-20
Also published as: JP4661077B2

Abstract

【課題】微粉の割合が高い鉄鉱石を多量配合した焼結原料から焼結鉱を高い生産性と成品歩留りで製造する。
【解決手段】全鉄鉱石中での粒径１２５μｍ以下の鉱石の割合が１５％以上であって、粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対して、ＦｅＯ源を２．５質量部以上配合し、かつ全鉄鉱石１００質量部に対するＦｅＯ源の割合を５質量部以下とした焼結原料から焼結鉱を製造する。上記ＦｅＯ源の作用により微粉鉱石を同化する融液の溶融温度が低下し、融液の流動性が高められるため、焼結ベッド内での難通気性層の形成が抑制される。その結果、焼結ベッド内での焼きムラの発生が防止され、焼結鉱を高い成品歩留まりと生産性で製造することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、微粉鉱石の割合が多い鉄鉱石を原料とする焼結鉱の製造方法に関するものである。

高炉の主原料である焼結鉱は、一般に以下のようにして製造される。まず、粉鉄鉱石に、石灰粉等のＣａＯ含有副原料、珪石や蛇紋岩等のＳｉＯ_２含有副原料及びコークス粉等の炭材を配合し、これに適量の水を加えて混合・造粒する。この造粒された配合原料（焼結原料）を、ドワイトロイド式焼結機のパレット上に所定の厚さに充填し、この充填ベッド表層部の炭材に着火後、下方に向けて空気を吸引しながら充填ベッド内部の炭材を燃焼させ、その燃焼熱により配合原料を焼結させて焼結ケーキとする。そして、この焼結ケーキを粉砕・整粒することにより、粒径が数ｍｍ以上の成品焼結鉱が得られる。

安定した高炉操業を行うためには、高品質の焼結鉱が求められる。一般に、焼結鉱の品質はシャッター強度（冷間強度）、還元粉化指数（ＲＤＩ）、被還元性（ＲＩ）などが指標とされるが、これらが指標となる成品焼結鉱の品質は、高炉操業における炉内荷下がり状態の安定性、炉内通気性や通液性、鉱石の還元効率、高温性状等に対して大きな影響を及ぼす。このため焼結鉱の製造プロセスでは厳しい品質管理が行なわれている。また、焼結鉱の製造コストを低減させるために焼結鉱の成品歩留まりの向上が求められ、さらに焼結鉱製造ラインの効率化と生産性の向上が求められる。

ところで、焼結鉱の原料鉄鉱石としては、従来、主としてヘマタイト鉱石（赤鉄鉱）やマグネタイト鉱石（磁鉄鉱）が用いられてきたが、最近このような良質な鉄鉱石の供給量が減少しつつあることに伴い、マラマンバ鉱石などのような結晶水の含有量が高い鉄鉱石を用いる必要に迫られており、将来的にその使用量は益々増大するものと思われる。ここで、マラマンバ鉱石とは、豪州のマラマンバ鉱床から産出される鉄鉱石の総称であって、一般にはゲーサイト（Ｆｅ_２Ｏ_３・Ｈ_２Ｏ）とマータイト（マグネタイト構造を有するＦｅ_２Ｏ_３）を主要鉱物とし、かつ結晶水を５％前後の高い含有率で含む鉱石である。銘柄名では、ウェストアンジェラス鉱、ＭＡＣ鉱などが代表的な鉄鉱石である。

しかし、マラマンバ鉱石などのような高結晶水鉱石を焼結原料として使用した場合、(1)焼結における結晶水離脱時の熱分解反応に対して熱補償が必要であるため、その分、配合する炭材（粉コークスなど）を増量する必要がある、(2)結晶水の離脱に起因して、溶融反応過程で生成する融液により局部的過溶融反応が引き起こされ、その下部では未焼結領域が発生する結果、生産性や成品歩留まりが低下する、などの問題が指摘されている。
また、マラマンバ鉱石は、他の多くの鉄鉱石に比べて微粉鉱石（粒径１２５μｍ以下の微粉鉱石）の割合が多いことが知られているが、このように微粉分が多い鉱石は造粒性が劣るため、焼結ベッド（焼結原料層）内の通気性の悪化に起因して成品強度が低下し、これに伴って生産率や成品歩留まりも低下する、などの問題が指摘されている。

従来、安価な微粉鉱石やマラマンバ鉱石を多量に使用した焼結鉱の製造方法として幾つかの提案がなされている。例えば、特許文献１には、マラマンバ鉱石の融液浸透性が大きい点に着目し、所定レベル以上の配合率でマラマンバ鉱石を配合して焼結鉱を製造する際に、粗粒の鉄鉱石の配合率を増量して擬似粒子の粒径を増加させ、成品歩留まり及び焼結鉱品質を改善させる方法が開示されている。また、特許文献２にも、粒径１ｍｍ以上の粗粒原料を使用し、粒径１ｍｍ以下の微粉鉱石を多量に使用する方法が開示されている。
また、特許文献３には、混合撹拌による造粒を強化することを狙いとして、マラマンバ鉱石が配合された焼結原料を高速撹拌して混合・造粒する方法が開示されている。

特開２００２−１２９２４６号公報特開平６−２２８６６３号公報特開平７−３３１３４２号公報

しかしながら、本発明者らが検討したところによれば、単に粗粒の鉄鉱石の配合率を増量させたり（特許文献１，２）、混合撹拌による造粒を強化したり（特許文献３）する方法を適用しても、マラマンバ鉱石などのような微粉鉱石の割合の高い鉄鉱石を多量に配合した場合には、十分な成品歩留まりと生産性が得られないことが判った。
したがって本発明の目的は、焼結原料中にマラマンバ鉱石などのような微粉鉱石の割合が高い鉄鉱石を多量に配合した場合でも、特別な手段を用いたり或いは特別な事前処理などを行うことなく、焼結鉱を高い生産性と成品歩留りで製造することができる焼結鉱の製造方法を提供することにある。

本発明者らは、マラマンバ鉱石などのような微粉鉱石の割合が高い鉄鉱石を焼結原料に一定割合以上配合した場合に、成品歩留まりや生産性が悪化する根本的な原因とその解決手段を見出すべく種々の実験と検討を行い、その結果、まず、生産性や成品歩留まりが悪化する主要な原因が以下のような点にあることが判明した。
すなわち、マラマンバ鉱石などに多量に含まれる微粉鉱石は比表面積が大きく、必然的に反応界面も大きいため、焼結時に生成する融液との反応性が大きい。このため、焼結時に微粉鉱石の周辺でＣａＯとＦｅ_２Ｏ_３との反応により融液（カルシウムフェライト融液）が生成すると、この融液に多量の微粉鉱石が急速に同化して過溶融の状態となる。このためその部分では、融液中のＦｅ_２Ｏ_３の含有率が増大し、他の部分に比べて融液の粘度が大きく低下し、融液の流動性が低下する。その結果、焼結ベッド内の空隙が閉塞されて通気性が悪化し（難通気性層の形成）、特に焼結ベッド下層部ではコークスなどの炭材が十分に燃焼できず、焼きムラが発生して生産性及び歩留が低下してしまう。したがって、特許文献１〜３の方法を適用しても、上述したような流動性の低い融液の大量生成とこれに伴う焼結ベッド内での局所的な通気性の悪化は防止できず、微粉鉱石の割合の高い鉄鉱石（特にマラマンバ鉱石）の配合割合が増加するのに伴い、生産性と成品歩留まりの悪化が顕著となる。

焼結時に生成するＳｉＯ_２が５％以下のＣａＯ−Ｆｅ_２Ｏ_３系の融液の溶融温度はおよそ１２００℃であるが、原料に含まれるＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３等の脈石成分の混入により融液の溶融温度はさらに高くなり、融液は液体と固体が共存する懸濁状態となる。したがって、融液が微粉鉱石（Ｆｅ_２Ｏ_３）を取り込むにつれて、溶融できないＦｅ_２Ｏ_３が固体として融液内に存在することになり、このように融液内の固体の割合が上昇すると融液自体の流動性が著しく低下し、焼結ベッド内に難通気性層が形成されることになる。

そこで、以上のような微粉鉱石の急速な同化による融液の流動性の低下という問題を解消する方策について検討した結果、融液生成時に適量のＦｅＯが存在すると融液の溶融温度が低下し、一定温度の下では、多くの微粉鉱石を同化した融液が、上述したような固体を懸濁したような状態から液体状態に近づくことが判った。したがって、原料中に適量のＦｅＯ源を添加することにより、融液の流動性を高め、焼結ベッド内での難通気性層の形成を抑制できることが判明した。但し、ＦｅＯ源の添加量が過剰であると、逆に融液の液化温度が上昇して融液中に懸濁する固体分が増加し、融液流動性が悪化してしまうことも判った。

本発明は以上のような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下のとおりである。
[1] 配合された全鉄鉱石中での粒径１２５μｍ以下の鉱石の割合が１５mass％以上である焼結原料であって、粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対して、ＦｅＯ源を２．５質量部（但し、ＦｅＯ換算量）以上配合し、かつ全鉄鉱石１００質量部に対する前記ＦｅＯ源の割合を５質量部（但し、ＦｅＯ換算量）以下とした焼結原料から焼結鉱を製造することを特徴とする焼結鉱の製造方法。

[2] 上記[1]の製造方法において、粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対して、ＦｅＯ源を５質量部（但し、ＦｅＯ換算量）以上配合することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
[3] 上記[1]又は[2]の製造方法において、焼結原料に配合された鉄鉱石の少なくとも１種が、粒径１２５μｍ以下の鉱石を１５mass％以上含有し、かつ結晶水を３mass％以上含有する鉄鉱石であることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
[4] 上記[1]〜[3]のいずれかの製造方法において、ＦｅＯ源が、ミルスケール、高炉発生ダスト、製鋼ダストの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする結鉱の製造方法。

本発明によれば、微粉鉱石の割合が高い鉄鉱石が配合された焼結原料から焼結鉱を製造する際に、焼結原料中に配合されたＦｅＯ源の作用によって、微粉鉱石を同化する融液の溶融温度が低下し、融液の流動性が高められるため、焼結ベッド内での難通気性層の形成が効果的に抑制される。この結果、焼結ベッド内での焼きムラの発生が防止され、焼結鉱を高い成品歩留まりと生産性で製造することができる。

本発明は、微粉鉱石を多く含む鉄鉱石を使用した焼結鉱の製造方法であり、特に従来技術では、粒径１２５μｍ以下の鉱石を１５mass％以上含有するような鉄鉱石を使用した場合に成品歩留まりや生産性の低下を生じやすいため、本発明では、配合された全鉄鉱石中での粒径１２５μｍ以下の鉱石の割合が１５mass％以上である焼結原料から焼結鉱を製造する場合を対象とする。
ペレットフィードは大部分が粒径１２５μｍ以下の鉱石からなるが、その他で微粉鉱石を多く含む鉄鉱石としてはマラマンバ鉱石がある。一般に、マラマンバ鉱石は、粒径１２５μｍ以下の微粉鉱石の含有量が１５mass％以上、結晶水含有量が３mass％以上であり、本発明ではこのようなマラマンバ鉱石を多量に配合した場合でも高い生産性と製品歩留まりで焼結鉱を製造することができる。

本発明で用いる焼結原料には、粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対して、ＦｅＯ源を２．５質量部（但し、ＦｅＯ換算量）以上配合する。ＦｅＯ源としては、ＦｅＯ自体を含有するものの他にＦｅ_３Ｏ_４を含有するものでもよく、したがって、ＦｅＯおよび／またはＦｅ_３Ｏ_４を含有するものであればよい。Ｆｅ_３Ｏ_４はＦｅＯとして融液に作用するからである。

ＦｅＯ源としては、鋼材の製造工程で生じるミルスケール（高温下で鋼材の表面に生成した酸化鉄が鋼材の圧延時に剥離して生じた酸化鉄粉）、高炉発生ダスト、製鋼ダストなどが挙げられ、これらの中から選ばれる1種以上を用いることができる。但し、ＦｅＯ源としては、上記のものに限定されるものではない。
また、焼結原料中にマラマンバ鉱石などのような高結晶水鉱石を配合した場合では、ＦｅＯ源としてＦｅ_３Ｏ_４を含有する物質を配合するとＦｅ_３Ｏ_４が焼結過程で酸化し、このときの反応熱によって鉱石中の結晶水が分解・脱水するのに必要な熱量を補償することができる利点がある。
ＦｅＯ源は、反応性を考慮した場合には、なるべく細かい方が好ましい。

ＦｅＯ源を、焼結原料中に含まれる粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対して２．５質量部（但し、ＦｅＯ換算量）以上配合することにより、焼結時に多量の微粉鉱石を同化する融液の溶融温度が効果的に低下し、融液の流動性が高められる結果、焼結ベッド内での難通気性層の形成が効果的に抑制される。また、このような作用をより効果的に得るには、ＦｅＯ源を、焼結原料中に含まれる粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対して５質量部（但し、ＦｅＯ換算量）以上配合することが好ましい。
一方、ＦｅＯ源を過剰に配合すると、逆に融液の溶融温度が上昇して融液中に懸濁する固体が増加し、融液流動性が悪化してしまう。このため全鉄鉱石１００質量部に対する前記ＦｅＯ源の割合は５質量部（但し、ＦｅＯ換算量）以下とする必要がある。

以下、本発明の効果を検証するために行った試験結果について説明する。
ポット炉試験装置を用い、以下のような条件で焼結原料の焼成試験を実施した。
新原料として配合した各原料（鉄鉱石及び副原料）の組成等を表１に示す。鉄鉱石としては、マラマンバ鉱石、ヘマタイト鉱石（ハマスレー鉱石）及びペレットフィードのうちの２種以上を使用し、これに副原料として石灰石、生灰石、硅石及び粉コークスを配合し、さらにＦｅＯ源としてミルスケール又は製鋼ダストを配合して焼結原料とした。各原料の配合率は、焼結鉱のＳｉＯ_２含有量が４．６mass％となるように調整した。これらの焼結原料を同一の混合・造粒条件で造粒した後、焼結鍋に装入して焼成した。焼結鍋内の原料充填層は直径２７０ｍｍ×高さ４５０ｍｍとし、吸引負圧１０ｋＰａにて焼成を実施した。

表２及び表３に、発明例及び比較例の焼結原料の配合条件と焼結試験結果を示す。なお、表２及び表３に示した基準１，２は、マラマンバ鉱石を用いない平均的な焼結原料を用いた例である。
表２は、ＦｅＯ源としてミルスケールを配合した試験例を示している。
比較例１は、基準１の原料配合に対して、ペレットフィードの配合率を増量して１３mass％（全鉱石中での粒径１２５μｍ以下の鉱石の割合：２２．６mass％）としたものである。この比較例１では、粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対するミルスケールの配合量（ＦｅＯ換算量）が２．５質量部未満（２．１質量部）であるため、焼成時に粘性の高い融液が生成して難通気性層が形成される結果、焼結鉱の生産性及び成品歩留まりは低くなっている。

これに対して発明例１は、基準１の原料配合に対して、比較例１と同様にペレットフィードの配合率を１３mass％（全鉱石中での粒径１２５μｍ以下の鉱石の割合：２２．５mass％）とするとともに、粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対するミルスケールの配合量（ＦｅＯ換算量）を３．１質量部とし、全鉱石１００質量部に対するミルスケールの配合量（ＦｅＯ換算量）を０．８４質量部としたものである。また、発明例２は、ペレットフィードの配合率を基準１よりも大幅に高い１９．０mass％（全鉱石中での粒径１２５μｍ以下の鉱石の割合：２６．４mass％）とするとともに、粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対するミルスケールの配合量（ＦｅＯ換算量）を１３．９質量部とし、全鉱石１００質量部に対するミルスケールの配合量（ＦｅＯ換算量）を４．７６質量部としたものである。発明例１，２ともに、焼成時の難通気性層の形成が抑制されるため、比較例１に比べて生産率と成品歩留まりが大きく改善され、基準１と同等以上の結果が得られている。

比較例２は、基準１の原料配合に対して、マラマンバ鉱石を１０mass％配合（全鉱石中での粒径１２５μｍ以下の鉱石の割合：１８．６mass％）したものである。この比較例２も、粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対するミルスケールの配合量（ＦｅＯ換算量）が２．５質量部未満（２．２質量部）であるため、焼成時に粘性の高い融液が発生して難通気性層が形成される結果、焼結鉱の生産性及び成品歩留まりは低くなっている。

これに対して発明例３は、基準１の原料配合に対して、比較例２と同様にマラマンバ鉱石を１０mass％配合（全鉱石中での粒径１２５μｍ以下の鉱石の割合：１８．６mass％）するとともに、粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対するミルスケールの配合量（ＦｅＯ換算量）を３．０質量部とし、全鉱石１００質量部に対するミルスケールの配合量（ＦｅＯ換算量）を０．６７質量部としたものである。また、発明例４は、マラマンバ鉱石の配合率をさらに増量させて１８．６mass％（全鉱石中での粒径１２５μｍ以下の鉱石の割合：１９．１mass％）とするとともに、粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対するミルスケールの配合量（ＦｅＯ換算量）を１８．２質量部とし、全鉱石１００質量部に対するミルスケールの配合量（ＦｅＯ換算量）を４．４８質量部としたものである。発明例３，４ともに、焼成時の難通気性層の形成が抑制されるため、比較例２に比べて生産率と成品歩留まりが大きく改善され、基準１と同等以上の結果が得られている。

また、比較例３は、発明例４の原料配合に対して、ミルスケールの配合量を増量して、粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対するミルスケールの配合量（ＦｅＯ換算量）を２２．７質量部とし、全鉱石１００質量部に対するミルスケールの配合量（ＦｅＯ換算量）を５．６質量部としたものであり、この場合も焼成時に粘性の高い融液が発生して難通気性層が形成される結果、焼結鉱の生産性及び成品歩留まりは低くなっている。

表３は、ＦｅＯ源として製鋼ダストを配合した試験例を示している。
比較例４は、基準２の原料配合に対して、ペレットフィードの配合率を増量して１３．０mass％（全鉱石中での粒径１２５μｍ以下の鉱石の割合：２２．７mass％）としたものである。この比較例４では、粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対する製鋼ダストの配合量（ＦｅＯ換算量）が２．５質量部未満（２．２質量部）であるため、焼成時に粘性の高い融液が発生して難通気性層が形成される結果、焼結鉱の生産性及び成品歩留まりは低くなっている。

これに対して発明例５は、基準２の原料配合に対して、比較例４と同様にペレットフィードの配合率を１３．０mass％（全鉱石中での粒径１２５μｍ以下の鉱石の割合：２２．７mass％）とするとともに、粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対する製鋼ダストの配合量（ＦｅＯ換算量）を２．７質量部とし、全鉱石１００質量部に対する製鋼ダストの配合量（ＦｅＯ換算量）を０．６０質量部としたものである。また、発明例６は、ペレットフィードの配合率を基準２よりも大幅に高い２０．６mass％（全鉱石中での粒径１２５μｍ以下の鉱石の割合：２８．６mass％）とするとともに、粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対する製鋼ダストの配合量（ＦｅＯ換算量）を９．７質量部とし、全鉱石１００質量部に対する製鋼ダストの配合量（ＦｅＯ換算量）を２．４７質量部としたものである。発明例５，６ともに、焼成時の難通気性層の形成が抑制されるため、比較例３に比べて生産率と成品歩留まりが大きく改善され、また、基準２よりも良好な結果が得られている。

比較例５は、基準２の原料配合に対して、マラマンバ鉱石を１０．０mass％配合（全鉱石中での粒径１２５μｍ以下の鉱石の割合：１８．７mass％）したものである。この比較例５も、粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対する製鋼ダストの配合量（ＦｅＯ換算量）が２．５質量部未満（２．３質量部）であるため、焼成時に粘性の高い融液が発生して難通気性層が形成される結果、焼結鉱の生産性及び成品歩留まりは低くなっている。

これに対して発明例７は、基準２の原料配合に対して、比較例５と同様にマラマンバ鉱石を１０．０mass％配合（全鉱石中での粒径１２５μｍ以下の鉱石の割合：１８．７mass％）するとともに、粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対する製鋼ダストの配合量（ＦｅＯ換算量）を２．８質量部とし、全鉱石１００質量部に対する製鋼ダストの配合量（ＦｅＯ換算量）を０．５１質量部としたものである。また、発明例８は、マラマンバ鉱石の配合率をさらに増量させて１８．４mass％（全鉱石中での粒径１２５μｍ以下の鉱石の割合：２０．３mass％）とするとともに、粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対する製鋼ダストの配合量（ＦｅＯ換算量）を１３．７質量部とし、全鉱石１００質量部に対する製鋼ダストの配合量（ＦｅＯ換算量）を２．４８質量部としたものである。発明例７，８ともに、焼成時の難通気性層の形成が抑制されるため、比較例１に比べて生産率と成品歩留まりが大きく改善され、また、基準２と同等の結果が得られている。

以上の試験結果からも明らかなように、本発明を満足する条件で焼結原料を配合し、これを焼成することにより、特別な手段を用いたり或いは特別な事前処理や造粒方法を採ることなく、マラマンバ鉱石などのような微粉鉱石の割合が高い鉄鉱石を多量に配合した焼結原料から、焼結鉱を高い生産性と成品歩留まりで製造することができる。

Claims

配合された全鉄鉱石中での粒径１２５μｍ以下の鉱石の割合が１５mass％以上である焼結原料であって、粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対して、ＦｅＯ源を２．５質量部（但し、ＦｅＯ換算量）以上配合し、かつ全鉄鉱石１００質量部に対する前記ＦｅＯ源の割合を５質量部（但し、ＦｅＯ換算量）以下とした焼結原料から焼結鉱を製造することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
粒径１２５μｍ以下の鉱石１００質量部に対して、ＦｅＯ源を５質量部（但し、ＦｅＯ換算量）以上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。
焼結原料に配合された鉄鉱石の少なくとも１種が、粒径１２５μｍ以下の鉱石を１５mass％以上含有し、かつ結晶水を３mass％以上含有する鉄鉱石であることを特徴とする請求項１又は２に記載の焼結鉱の製造方法。
ＦｅＯ源が、ミルスケール、高炉発生ダスト、製鋼ダストの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の焼結鉱の製造方法。