JP2007056306A - 焼結鉱の製造方法および焼結鉱の製造用擬似粒子 - Google Patents

Abstract

【課題】焼結鉱の製造用擬似粒子に内装される炭材の燃焼を抑制し、焼結過程での融体発生量の過不足に起因する燃焼不足やばらつきを防止して、焼成後の成品の歩留を維持しつつ、金属鉄の再酸化を防止し、高い還元率を達成し、金属鉄含有率の高い、焼結鉱の製造方法および焼結鉱の製造用擬似粒子を提供することを目的とする。
【解決手段】焼結鉱の配合原料のうち、粉鉄鉱石と炭材とを混合して成形体を、該成形体の炭材含有量が10mass%以上となるように製造し、前記成形体と前記配合原料の残部とを混合して造粒した後、焼結機に供給し焼結することを特徴とする焼結鉱の製造方法を用いる。また、焼結鉱の配合原料のうち、粉鉄鉱石と炭材との一部から形成された成形体の表面に前記配合原料の残部を外装した擬似粒子であって、前記成形体の炭材含有量が10mass%以上であることを特徴とする焼結鉱の製造用擬似粒子を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、焼結鉱の製造方法および焼結鉱の製造用擬似粒子に関し、特に金属鉄を含有する焼結鉱を製造する方法に関する。

従来から、粉鉄鉱石、粉炭材、およびその他の副原料を混合し、造粒して擬似粒子を製造した後、焼結することにより得られる焼結鉱が、高炉原料として用いられている。鉄鉱石粉と、コークス粉、無煙炭などの炭材と、および石灰石、ドロマイトなどの含ＣａＯ原料（以下ＣａＯ含有副原料と記載する。）、製鉄所内回収粉、焼結鉱篩下粉、生石灰等の副原料とを所定の割合でドラムミキサー等により混合しながら、適量の水を加え調湿した後、ドラムミキサーやディスクペレタイザー等により造粒し、擬似粒子を製造する。

近年、高炉内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還元材原単位の低減を図ることができる半還元焼結鉱が注目されている。

例えば、5〜20mass%の炭材を含む原料を造粒して内層とし、外層に2〜5mass%の炭材を含む原料を形成しこの２層擬似粒子を焼結原料の一部とする半還元焼結鉱の製造方法（特許文献１参照。）、生ペレット表面にＣａＯ分を25mass%以上含有する被覆層を備えた部分還元ペレットの製造方法（特許文献２参照。）が提案されている。
特許第２７０４６７３号公報 特許第３６７８０３４号公報

焼結鉱の焼成過程では凝結材であるコークス（炭材）の燃焼による発熱により、鉱石と石灰等の副原料が反応しカルシウムフェライト（ＣａＯ・ｎＦｅ₂Ｏ₃、ＣａＯ・ｎＦｅ₃Ｏ₄）やオリビン（ＳｉＯ₂・Ｆｅ₂Ｏ₃）等の融体が発生する。上記のような、従来の半還元、部分還元技術では、いずれも擬似粒子中の炭材燃焼による高温化のため内層部分が溶融し、焼成過程において融体の発生量が過度に増加するとともに、融液が流動し溶け落ち再酸化してしまうため金属鉄を得ることは困難であった。

このとき融体の発生量が過剰な部分では吸引ガスの流れが妨げられ、その下側の焼結原料層には空気が供給されないためコークスの燃焼が起こらず、未焼成の擬似粒子が残留してしまうため、高い還元率及び金属鉄含有率の達成が困難となると同時に、焼結鉱の歩留も低下する。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、焼結鉱の製造用擬似粒子に内装される炭材の燃焼を抑制し、焼結過程での融体発生量の過不足に起因する燃焼不足やばらつきを防止して、焼成後の成品の歩留を維持しつつ、金属鉄の再酸化を防止し、高い還元率を達成し、金属鉄含有率の高い、焼結鉱の製造方法および焼結鉱の製造用擬似粒子を提供することを目的とする。

本発明者等は、焼結鉱の製造に関し焼成反応を安定化し、再酸化を防止して高い還元率及び金属鉄含有率を達成させるべく、焼成時の融体発生量や擬似粒子の形状保持性に着目した。そして、還元用炭材を多量に含有する擬似粒子の密度を上げることが、焼結過程での過剰な融体発生に起因する燃焼不足やばらつきの防止および再酸化防止に効果があることを見出し、以下の本発明に想到した。

即ち、本発明は、焼結鉱の配合原料のうち、粉鉄鉱石と炭材とを混合して成形体を、該成形体の炭材含有量が10mass%以上となるように製造し、前記成形体と前記配合原料の残部とを混合して造粒した後、焼結機に供給し焼結することを特徴とする焼結鉱の製造方法であり、ＳｉＯ₂含有量が3.6mass%以下である粉鉄鉱石を用いて成形体を製造すること、粉鉄鉱石と炭材とＣａＯ含有副原料とを混合して成形体を製造すること、ブリケットマシンで加圧成形して成形体を製造することが好ましい。

さらに、焼結鉱の配合原料のうち、粉鉄鉱石と炭材との一部から形成された成形体の表面に前記配合原料の残部を外装した擬似粒子であって、前記成形体の炭材含有量が10mass%以上であることを特徴とする焼結鉱の製造用擬似粒子であり、成形体が、焼結鉱の配合原料のうち、粉鉄鉱石と炭材とＣａＯ含有副原料との一部から形成されたことが好ましい。

本発明によれば、焼結鉱製造用擬似粒子における還元用炭材の燃焼を抑制し、焼結過程での融体発生量の過不足に起因する燃焼不足やばらつきを防止して、焼成後の成品の歩留を維持しつつ、再酸化を防止し、高い還元率及び金属鉄含有率を有する焼結鉱を製造することが可能となる。

一般に、高炉の燃料比を低減する方法の1つとして、高炉装入原料として金属鉄を使用するという考え方がある。そこで、その金属鉄を焼結鉱中に含有させておけば、上記と同様の作用効果、即ち高炉燃料比の低減に有効に作用すると考えられる。ただし、通常の焼結鉱は、金属鉄をほとんど含有していないのが実情である。その理由は、配合原料中の鉄源が、炭材等の作用による還元雰囲気によって、一時的に還元されて金属鉄を生成するものの、生成した融液が流動化し、擬似粒子の形状を保てないため焼結反応終了後の高温酸化性雰囲気において、再酸化されてしまうからである。

そこで本発明では、焼結鉱の配合原料である焼結原料の内、粉鉄鉱石の一部と炭材の一部とを混合して、炭材含有量が10mass%以上となるような成形体を加圧成形して擬似粒子の内層とすることで擬似粒子を強固なものとし、酸素の通気による還元用炭材の燃焼を防止し、融液の流動化を抑制し再酸化を防止するとともに、形状を安定化させ焼成を安定化する。

以下、本発明を開発するに至った経緯とともに、本発明の最良の実施形態について説明する。

焼結鉱は、粉鉄鉱石を、フラックス（ＣａＯやＳｉＯ₂等のスラグ成分）と反応―溶融させた後、冷却して塊成化したものである。ところが、半還元焼結鉱は通常の焼結鉱に比べ、コークスを還元材及び凝結材として２〜５倍添加しているため、還元材として添加した炭材が燃焼発熱すると焼成過程において融体の発生量が過度に増加する場合がある。

そこで、発明者らは、焼結機装入原料として多層擬似粒子を用いる場合、内層として内装した還元用炭材の燃焼を抑える方法を種々試みた。その検討の中で、擬似粒子中の通気度を低減することにより内装した炭材の燃焼が抑制されることが明らかとなった。その結果、焼結機装入原料として、配合原料の粉鉄鉱石の一部を用い、炭材と予め混合したのち、加庄成形して成形体としたものと、残りの配合原料を混合・造粒して擬似粒子を製造し、これを焼結機装入原料として焼結鉱を製造すると金属鉄含有焼結体が得られることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、配合原料の粉鉄鉱石の一部を用い、かつ炭材を含有した加圧成形した成形体を用いると、成形体が緻密であることから炭材のガス化に伴ない成形体の内圧が上昇して還元雰囲気が強化され、酸化性ガスの侵入を抑制するように作用して内装する炭材の燃焼を抑制するため、過度の融液の発生を防止できるとともに、再酸化抑止効果を生じる。

次に、発明者らは、上述した所定の効果を有する焼結鉱を得るために、前記成形体中への炭材添加量の好適範囲についても検討した。その結果、成形体中の炭材添加量が10mass%未満では、金属鉄が得られない場合があったので、10mass%を下限とした。なお、この炭材添加量の上限は、製造上の要請や経済性等により決定すればよく、特に上限を設ける必要はないが、例えば25mass%程度とすることが好ましい。より好ましくは成形体中の炭材添加量を10〜20mass%とする。

さらに、加庄成形して成形体とする際に、ＳｉＯ₂含有量が3.6mass%以下である粉鉄鉱石を用い、かつ成形体中の炭材添加量を10mass%以上とすると、オリビン系融液の生成量が少なくなり、ウスタイト系融液由来のミクロ組織が多くなって、高強度と高被還元性を両立する焼結体が得られ、金属鉄の残留も観察された。したがって、加庄成形して成形体にするとともにＳｉＯ₂含有量が3.6mass%以下である粉鉄鉱石を用いことがより好ましい。

ＳｉＯ₂含有量が3.6mass%以下である粉鉄鉱石を用い、かつ炭材を添加して加圧成形した成形体を用いると、成形体が緻密であることから炭材のガス化に伴ない成形体の内圧が上昇して還元雰囲気が強化され、酸化性ガスの侵入を抑制するように作用して再酸化抑止効果を生じる。その結果として、焼結鉱中（成形体部分）には金属鉄が多く安定して残留し、高強度と高被還元性の両特性を有し、かつ金属鉄含有の焼結鉱が得られる。

また、本発明では、上記の成形体を成形する際に、粉鉄鉱石と炭材に加えて、ＣａＯ含有副原料（例えば石灰石、焼石灰）も添加することができる。成形体のＣａＯの含有量を8mass%以下と比較的少ない含有量に留めることが有効である。その理由は、この成形体のＣａＯ含有量が8mass%以下であれば、ＣａＯが含まれていても、過剰な融液の発生は生じないからである。加圧して成形する成形体としての使用においては、ＣａＯ含有副原料の添加を行わずとも実施可能である。成形体のＣａＯの含有量は、好ましくは4mass%以下とする。

次に図１を用いて、本発明の焼結鉱の製造方法の一実施形態を説明する。図１は本発明に係る焼結鉱の製造工程例を説明するフロー図である。

（Ａ）まず、所定の化学成分を有する焼結鉱を製造するに当たり、粉鉄鉱石、ＣａＯ含有副原料、炭材の原料配合を決定する。現状の高炉装入用焼結鉱のＳｉＯ₂含有量は4.6〜5.2mass%、ＣａＯ含有量は8.8〜12.0mass%程度である。

（Ｂ、Ｃ）引き続き、成形に供する粉鉄鉱石量を決定し、これに対するＣａＯ含有副原料および炭材の量を決定し、粉鉄鉱石にＣａＯ含有副原料および炭材を添加して混合する。

（Ｄ）粉鉄鉱石にＣａＯ含有副原料、および炭材を混合した後は、水を加え加圧成形して成形体とする。なお、この成形体は残りの他の焼結原料との混合・造粒時に崩壊しない強度を有しておれば良く、バインダーとして水、あるいは必要に応じベントナイト、糖蜜などを使用すればよい。加圧成形機としては、ブリケットマシンを用いることができる。

（Ｅ）成形体の製造に用いなかった、残りの焼結原料である粉鉄鉱石、ＣａＯ含有副原料、炭材と、上記（Ｄ）で製造した成形体とを混合して造粒する。成形体と、残りの焼結原料の混合・造粒にはドラムミキサーを用いることができる。残りの粉鉄鉱石、ＣａＯ含有副原料および、炭材に、さらに必要に応じＳｉＯ₂原料を加え、ドラムミキサーの入り側から成形体とともに装入し、混合そして転動による造粒操作を加えることで、成形体の表面に粉状原料が外装化された擬似粒子を製造する。

（Ｆ）焼結機パレット上に上記（Ｅ）で製造した擬似粒子を装入して、焼結する。

次に、本発明の焼結鉱製造用擬似粒子について説明する。上記のようにして製造される本発明の焼結鉱の製造用擬似粒子は、粉鉄鉱石と炭材とを含有する成形体からなる内層と、成形体を形成した残部の焼結原料を外層として内層の周囲に付着させて被覆した２層擬似粒子である。内層は、焼結原料の内、粉鉄鉱石および炭材の一部からなるものである。外層は、成形体の製造に用いなかった、焼結原料の残部であり、粉鉄鉱石、炭材、ＣａＯ含有副原料、及びその他の副原料からなるものである。成形体は焼結原料の内、ＣａＯ含有副原料の一部を含有することもできる。

図２は、本発明に係る焼結鉱製造用の擬似粒子の説明図であり、核粒子として少なくとも粉鉄鉱石と炭材とを含有する成形体（内層）１を有し、その周囲が残りの焼結原料の付着部（外層）２からなるものである。上記（Ｅ）で製造された擬似粒子の場合は、成形体（内層）１は粉鉄鉱石と炭材とＣａＯ含有副原料からなり、付着部（外層）２は焼結原料の残部であり、焼結原料のうち成形体の製造に用いなかった粉鉄鉱石と炭材とＣａＯ含有副原料からなるものである。

成形体の表面に焼結原料の残部である粉状原料が外装化され擬似粒子化された焼結鉱の製造用擬似粒子を焼結すると、焼結鉱中の成形体だった部分に金属鉄が多く安定して残留する、金属鉄含有の焼結鉱を得ることができる。

本発明の焼結鉱の製造方法を本発明例１〜５に基づいて説明するとともに、本発明の範囲外の方法で焼結鉱を製造した比較例１、２を用いて本発明の効果を確認した。なお、これらの焼結鉱を製造するに際しては、表１に示す組成を有する９銘柄の粉鉄鉱石を原料として使用し、表１に示す鉱石配合割合で配合した。また、副原料の内訳と化学成分を表２に、配合の基準とする鉱石Ａ〜Ｉの鉄鉱石原料と各副原料との配合割合を表３に示す。

（本発明例１）
この実施例において、配合原料を調整するに当っては、焼結鉱中のＳｉＯ₂含有量が5.0mass%となるようにＮｉ−スラグを、焼結鉱中のＣａＯ含有量が9.4mass%となるように石灰石を配合した。また、製品とならない5mm未満の焼結鉱は原料中に返鉱として戻されるが、その返鉱を新原料に対し20mass%となるように配合した。ここで新原料とは鉄鉱石原料及び副原料の和のことである。

そして、焼結鉱の製造に当っては、
（ａ）まず、鉱石Ａ、Ｂ、Ｆに対し、炭材（粉コークス）の含有量が10mass%となるように添加・混合した後、水分を添加しブリケットマシンにて加圧成形して成形体を得た。ブリケットマシンにて加圧成形して得られた成形体は、アーモンド状の形状であり、10ccの体積を有する粒径に成形した。従って、表１の鉱石銘柄のうち、上記鉱石Ａ、Ｂ、Ｆ以外のものは加圧成形されない、残りの配合用原料である。ここで配合原料とは新原料と返鉱の和のことである。
（ｂ）次に、上述した残りの配合原料（Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｈ、Ｉ、副原料、返鉱、これらについての量は配合計算で予め定めることができる。）を（ａ）で得られた成形体とともにドラムミキサーに投入し、水分を添加しながら混合、造粒して造粒物（擬似粒子）を得た。

なお、配合した前記混合物中の全炭材量は、新原料に対し7.0mass%（全配合原料に対し、5.8mass%）とした。これらの製造条件を整理して表４に示す。

次に、上記のように製造された造粒物を、焼結機のパレット上に装入し、通常操業に従う空気吸引下で焼結した。得られた焼結鉱の歩留と金属鉄含有量を表５に示す。

焼結鉱の歩留は成品焼結鉱の質量を焼成後シンターケーキの質量で除し値を100分率で表したものである。また金属鉄含有量は、通常の化学分析により求めた。その結果、歩留が82％と高く、金属鉄を安定して7.9mass%含有した焼結鉱が得られた。

（本発明例２）
成形体を製造する際にＣａＯを含有する副原料を混合したこと以外は本発明例１と同様の方法で焼結鉱を製造した。鉱石銘柄Ａ、Ｂ、Ｆの粉鉄鉱石、炭材およびＣａＯを含有する副原料を混合して、成形体を得るとき、この成形体中のＣａＯ添加量が8mass%となるように石灰石を添加すると共に、炭材含有量が10mass%となるようにを配合し、これらを混合した後、水分を添加しブリケットマシンにて加圧成形して成形体を得た。その結果、歩留が80％と高く、金属鉄を安定して6.4mass%含有した焼結鉱が得られた。製造条件及び結果を表４、表５に併せて示す。

（本発明例３）
成形体を製造する際に鉱石に対する炭材の含有量が12mass%となるように混合したこと以外は本発明例１と同様の方法で焼結鉱を製造した。鉱石Ａ、Ｂ、Ｆに対し炭材を12mass%となるように配合し、さらにこれらを混合後、水分を添加しブリケットマシンにて加圧成形して成形体を得た。配合した全炭材量は、新原料に対し8・0mass%となった。その結果、歩留が85％と高く、金属鉄を安定して10.8mass%含有した焼結鉱が得られた。製造条件及び結果を表４、表５に併せて示す。

（本発明例４）
鉱石Ｃ、Ｄ、Ｇを用いて成形体を成形し、鉱石Ｃ、Ｄ、Ｇ以外のものは加圧成形されない、残りの配合用原料としたこと以外は本発明例１と同様の方法で焼結鉱を製造した。鉱石銘柄Ｃ、Ｄ、Ｇに対し炭材を10mass%となるように配合し、さらにこれらを混合後、水分を添加しブリケットマシンにて加圧成形して成形体を得た。その結果、歩留が83％と高く、金属鉄を安定して7.0mass%含有した焼結鉱が得られた。製造条件及び結果を表４、表５に併せて示す。

（本発明例５）
鉱石銘柄Ｂ、Ｄ、Ｇに対し炭材を10mass%となるように配合し、ＣａＯを含有する副原料を混合して成形体を成形し、鉱石Ｂ、Ｄ、Ｇ以外のものは加圧成形されない、残りの配合用原料としたたこと以外は本発明例１と同様の方法で焼結鉱を製造した。鉱石銘柄Ｂ、Ｄ、Ｇに対し炭材を10mass%となるように配合し、ＣａＯを含有する副原料を4.0mass%を混合後、水分を添加しブリケットマシンにて加圧成形して成形体を得た。その結果、歩留が84％と高く、金属鉄を安定して10.3mass%含有した焼結鉱が得られた。製造条件及び結果を表４、表５に併せて示す。

（比較例１）
本発明例１のすべての配合原料を、ドラムミキサーに投入し、水分を添加しながら混合・造粒した。配合した全炭材量は、新原料に対し7.0mass%とした。上記造粒物を焼結機に装入し、焼結後に得られた焼結鉱の歩留と金属鉄含有量を本発明例と同様に求めた。その結果、得られた焼結鉱は歩留が70％と低く、金属鉄もほとんど含有していなかった。

（比較例２）
予め鉱石銘柄Ａ、Ｂ、Ｆの粉鉄鉱石に対し炭材を10mass%となるように配合し、これらを混合した後、水分を添加して混合・造粒した。すなわち、ブリケットマシンにて加圧成形したこと以外は本発明例１と同様の方法で焼結鉱を製造した。その結果、得られた焼結鉱は歩留が75％と低く、金属鉄もほとんど含有していなかった。

本発明に係る焼結鉱の製造方法の工程例を説明するフロー図である。 本発明に係る焼結鉱製造用の擬似粒子を説明する図である。

符号の説明

１ 成形体（内層）
２ 付着部（外層）

Claims (6)

1. 焼結鉱の配合原料のうち、粉鉄鉱石と炭材とを混合して成形体を、該成形体の炭材含有量が10mass%以上となるように製造し、前記成形体と前記配合原料の残部とを混合して造粒した後、焼結機に供給し焼結することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
2. ＳｉＯ₂含有量が3.6mass%以下である粉鉄鉱石を用いて成形体を製造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。
3. 粉鉄鉱石と炭材とＣａＯ含有副原料とを混合して成形体を製造することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の焼結鉱の製造方法。
4. ブリケットマシンで加圧成形して成形体を製造することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の焼結鉱の製造方法。
5. 焼結鉱の配合原料のうち、粉鉄鉱石と炭材との一部から形成された成形体の表面に前記配合原料の残部を外装した擬似粒子であって、前記成形体の炭材含有量が10mass%以上であることを特徴とする焼結鉱の製造用擬似粒子。
6. 成形体が、焼結鉱の配合原料のうち、粉鉄鉱石と炭材とＣａＯ含有副原料との一部から形成されたことを特徴とする請求項５に記載の焼結鉱の製造用擬似粒子。