JP2009030144A - 焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高炉スラグを形成する成分の含有量の増加が少なく、冷間落下強度に優れた焼結鉱を、高い生産率で製造できる、焼結鉱の製造方法を提供すること。
【解決手段】粉鉄鉱石その他の鉄系原料、副原料および炭材等からなる配合原料を、焼結機に供給し、前記炭材を燃焼させて該鉄系原料の少なくとも一部を溶融させたのち冷却し、塊成化することにより得られる焼結鉱の製造方法において、角閃石を添加した焼結原料を用いる。焼結原料中の角閃石の添加量が０．３ｍａｓｓ％以下であること、角閃石の粒度が０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は生産率と冷間落下強度の優れた焼結鉱の製造方法に関するものである。

高炉原料として使用される焼結鉱は、一般に、焼結原料を造粒した後に焼結機を用いて焼結する、以下の方法により製造される。

先ず、本船から荷揚げされた鉄鉱石を銘柄ごとに粉鉱ヤードに山積みする。この後、山積みされた各種粉鉱石、含ＣａＯ副原料、含ＳｉＯ₂副原料、ダスト及び炭材等を予め設定している割合でベッディング法により混合し、ブレンディング粉とする。このブレンディング粉、石灰石及び／又は生石灰、珪石及び／又は蛇紋岩、粉コークス及び／又は無煙炭、並びに返し鉱と、場合によっては、更に単味の鉱石等の各原料をそれぞれ別の配合槽に入れ、それぞれの配合槽から各原料を所定量連続的に切り出す。そして切り出された原料に適量の水分を添加して混合、造粒する。

このようにして造粒された擬似粒子形態の焼結原料をホッパーより無端移動グレート式焼結機（ドワイトロイド式焼結機）のパレット上に連続的に５００〜７００ｍｍ程度の高さの層厚さに供給する。次いで点火炉にて表層部中の炭材に点火し、下方に向けて強制的に空気を吸引しながら炭材を燃焼させて、この時発生する燃焼熱によって配合した焼結原料を焼結、塊成化する。こうして焼成された焼結ケーキを冷却後、破砕し、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。破砕・整粒過程で発生した３〜５ｍｍ以下の粉焼結鉱は、返し鉱として再度焼結鉱原料として使用される。この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）等の融体が発生し、鉄鉱石同士を結合する。

上述した方法で製造された焼結鉱の品質特性としては、冷間強度、還元性及び還元粉化性等があり、これらの特性が高炉の安定且つ高効率操業に大きく影響する。従って、上記の品質特性は特に厳しく管理されている。一方、焼結鉱の製造コスト面からは、炭材、ガス、電力等の消費エネルギー原単位が低く、且つ高生産率、高歩留であることが要請される。更に最近では、環境対策及び省エネルギーへの対応から、高炉発生の副産物であるスラグの発生を極力低減することに対する要請が強くなっている。このためには、ＳｉＯ₂、ＣａＯ等の高炉スラグを形成する成分の含有量が少ないことが望ましい。上記背景から、焼結鉱の品質や、生産率及び歩留向上に関する技術が多数提案されている。

例えば特許文献１には、５〜１５質量％のＦｅＯ成分と０．５〜４．０質量％のフッ素成分を含む製鋼スラグを全焼結原料に対して０．１〜５．０質量％配合することにより、ＣａＯ成分が６．０〜１２．０質量％の焼結鉱を製造するに際し、焼結鉱の歩留および生産性を低下させることなく製造する方法が開示されている。

また特許文献２には、ＭｇＯ添加源副原料として、粒度構成が径１ｍｍ以下の粒子が３０％未満であるマグネサイト及びブルースタイトの内の一方、又はそれらの両方を用いることにより、焼結工程での生産率及び歩留を低下させずに、焼結鉱中ＳｉＯ₂含有率を所定値まで低めて、還元性、還元粉化性及び高温性状に優れた焼結鉱を製造する方法が開示されている。

さらに、特許文献３には、石灰石の粒度を３〜５ｍｍが１５ｍａｓｓ％以上とし、含ＭｇＯ副原料として蛇紋岩、ニッケルスラグ、ジュナイトのうち１種または２種を用い、これらの粒度を０〜０．５ｍｍが３０ｍａｓｓ％以下、１〜５ｍｍが５０ｍａｓｓ％以上になるように調整または造粒し焼結原料中に配合することによる高温性状と冷間強度の優れた焼結鉱の製造方法が開示されている。
特開平１０−３１７０７０号公報 特開２０００−１７８６６０号公報 特開平９−２７２９２５号公報

しかし、特許文献１に記載の方法では焼結排ガス中のフッ素濃度が上昇し、ガス中の水分と結合することにより弗酸が生成し、排風ダクトの腐食等が問題となる。

また、特許文献２に記載の方法では、焼成中のＭｇＯ滓化性が悪いため、焼結鉱生産率の低下は否めないという問題がある。

さらに、特許文献３に記載の方法では、含ＭｇＯ副原料の粒度分布調整が非常に困難であり、実用化には到っていない。

上記のように、従来の技術では、高炉スラグを形成する成分の含有量の増加が少なく、品質に優れた焼結鉱を、低コストで製造することは困難である。

したがって本発明の目的は、従来技術の抱えている上述した問題点を克服できる技術の確立であり、高炉スラグを形成する成分の含有量の増加が少なく、冷間落下強度に優れた焼結鉱を、高い生産率で製造できる、焼結鉱の製造方法を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）角閃石を添加した焼結原料を用いることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
（２）焼結原料中の角閃石の添加量が０．３ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする（１）に記載の焼結鉱の製造方法。
（３）角閃石の粒度が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載の焼結鉱の製造方法。

本発明によれば、高炉スラグを形成する成分（ＳｉＯ₂、ＣａＯ等）の含有量の増加が少なく生産率と冷間落下強度の優れた焼結鉱を製造できる。

これにより高炉スラグの発生量を増加させることなく、高炉を安定且つ高効率に操業できる。

本発明においては、角閃石を焼結原料として使用する。角閃石は、珪酸塩鉱物の一種である鉱物であり、色は、無色・緑色・褐色・青色などで、ガラス光沢を持つ。単斜晶系ないしは斜方晶系で、自形結晶は長柱状である。結晶形は輝石によく似るが、約１２０°で交わる２方向のへき開で区別される（輝石は約９０°）。比重３．０〜３．５。モース硬度５〜６である。

角閃石は一般的な造岩鉱物で、安山岩や斑れい岩などの中性〜塩基性岩に多く含まれる。また、変成鉱物として、緑色片岩や角閃岩などの変成岩中にも多く含まれる。角閃石の中でもっとも多く産出するのは普通角閃石であり、化学式はＣａ₂（Ｍｇ、Ｆｅ）₄Ａｌ（ＡｌＳｉ₇Ｏ₂₂）（ＯＨ）₂で表される。またこの他に緑閃石Ｃａ₂（Ｍｇ、Ｆｅ）₅（Ｓｉ₈Ｏ₂₂（ＯＨ）₂、エデン閃石Ｎａ₂Ｃａ（Ｍｇ、Ｆｅ）₅Ｓｉ₇ＡｌＯ₂₂（ＯＨ）₂、リヒター閃石Ｎａ₂Ｃａ（Ｍｇ、Ｆｅ、Ａｌ）₅（Ｓｉ、Ａｌ）₈Ｏ₂₂（ＯＨ、Ｆ）₂、パルガス閃石ＮａＣａ₂（Ｍｇ、Ｆｅ）₄ＡｌＳｉ₆Ａｌ₂Ｏ₂₂（ＯＨ）₂、リーベック閃石Ｎａ（Ｆｅ²⁺、Ｍｇ）₃Ｆｅ³⁺ ₂Ｓｉ₈Ｏ₂₂（ＯＨ）₂などが角閃石に属する。しかしながら天然に算出される鉱石は種々の鉱物からなる場合が多く、普通角閃石単相では産出されることは稀であり、本発明で使用される角閃石としては実質的には角閃石族を主成分とする混合物となる。

焼結原料として角閃石を用いた場合、焼結鉱の製造工程におけるこの角閃石の作用としては１ｍａｓｓ％未満の少量の添加で焼結中の融液の流動性を向上することがあげられる。一方蛇紋岩、ニッケルスラグ等は数ｍａｓｓ％を添加した場合であっても、焼結鉱の生産性、強度へ与える影響が少ないが、これはＮａ、Ｃａ等の成分含有量が少ないために、融液との反応性が低いためであると考えられる。

本発明においては焼結原料への角閃石の添加量は０．３ｍａｓｓ％以下が好ましい（角閃石を添加した状態で焼結原料中の角閃石の含有量が０．３ｍａｓｓ％以下）。少量においても効果が発現するため、角閃石の過剰な添加は過剰な溶融状態をもたらす。具体的には通気性が悪化し焼結時間が延長するため生産率が低下する。またスラグ量も増加するため添加量は少ないほうが望ましい。尚、上記のように角閃石は角閃石以外の成分をある程度含む状態で添加することになるため、添加量は角閃石相当分で０．３ｍａｓｓ％以下とする。

添加する角閃石の粒度は、０．５ｍｍ以下（粒度分布：０．５ｍｍ以下、１００ｍａｓｓ％）とすることが好ましい。０．５ｍｍ以下とすることにより、少量の添加であっても生産率と冷間落下強度の向上が得られる。細粒化することにより均一に融液に作用するため、より効果が出やすくなるので、角閃石の粒度は、０．２ｍｍ以下とすることがより好ましい。なお、角閃石の粒度が０．２ｍｍ以下であれば、添加量は角閃石相当分で０．００１ｍａｓｓ％以上の添加で効果を生じる。この極微量の添加でも効果を発揮する理由は、融液の流動性が向上した部分が焼結層中に偏在することになる関係から全体として強度が発現できているものと推察される。より好ましくは、粒度が０．２ｍｍ以下の角閃石を０．００２ｍａｓｓ％以上添加する。

なお鉄鉱石ペレットを製造する際に、ペレット造粒強度の向上のために、ペレット原料に劈開性層状鉱物を配合する技術が知られており（特開昭５５−５４５３０号公報参照。）、劈開性層状鉱物の例として角閃石綿が挙げられている。しかし、特開昭５５−５４５３０号公報に記載の技術は、針状あるいは片状の微細組成物を多量にペレット原料に配合するものであり、本発明とは異なる技術である。特開昭５５−５４５３０号公報においては蛇紋岩も劈開性層状鉱物の一例として記載されているが、蛇紋岩を焼結鉱の製造方法である本発明で適用した場合は、上記のようにその効果が認められない。すなわち、本発明における角閃石の作用効果は特開昭５５−５４５３０号公報に記載された作用効果とは異なるものである。

本発明にかかる焼結鉱の具体的な製造方法を実施例に基づいて説明するとともに、本発明の範囲外の焼結鉱も製造して比較例とし、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（鉱石Ａ〜Ｉ）の粉鉄鉱石を、表１に示す鉱石配合割合で配合したものを使用した。

また、副原料の組成を表２に、本発明で用いた角閃石の組成を表３に示す。

また、基準となる鉱石Ａ〜Ｉの鉄鉱石原料と副原料との配合割合を表４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％となるようにニッケルスラグを、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（表４参照）。この鉄鉱石原料と副原料に対し、粒度０．５ｍｍ以下（−０．５ｍｍ、１００ｍａｓｓ％）の角閃石を０．０３ｍａｓｓ％添加した。また、製品とならない粒径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と副原料と添加物との和のことである。

そして、焼結鉱の製造に当っては、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４．５ｍａｓｓ％とした。上記配合物を焼結機に装入し、焼結後に得られた焼結鉱の生産率と品質（落下強度、被還元性、還元粉化性）を評価した。結果を表５の本発明例１の欄に示す。

落下強度（シャッターインデックス（ＳＩ））は日本工業規格ＪＩＳ Ｍ８７１１で規定された方法により求めた。また、被還元性指数（ＲＩ）は日本工業規格ＪＩＳ Ｍ８７１３に規定された方法で求めた。また、還元粉化指数（ＲＤＩ）は日本工業規格ＪＩＳ Ｍ８７２０に規定された方法で求めた。得られた焼結鉱は、生産率が１．２２ｔ／ｈ・ｍ²、ＳＩが９０．６、ＲＩが６1．7、ＲＤＩが３1．0であり、生産率と冷間落下強度の優れた焼結鉱が得られた。

（本発明例２）
鉄鉱石原料と副原料に対し粒度−０．５ｍｍ、１００ｍａｓｓ％の角閃石を０．０５ｍａｓｓ％添加したこと以外は本発明例１と同様の方法で焼結鉱の製造を実施した。結果を表５の本発明例２の欄に示す。得られた焼結鉱は、生産率が１．１９ｔ／ｈ・ｍ²、ＳＩが９０．４、ＲＩが６1．7、ＲＤＩが３０．９であり、生産率と冷間落下強度の優れた焼結鉱が得られた。

（本発明例３）
鉄鉱石原料と副原料に対し粒度−０．５ｍｍ、１００ｍａｓｓ％の角閃石を０．１０ｍａｓｓ％添加したこと以外は本発明例１と同様の方法で焼結鉱の製造を実施した。結果を表５の本発明例３の欄に示す。得られた焼結鉱は、生産率が１．１６ｔ／ｈ・ｍ²、ＳＩが９２．９、ＲＩが６１．５、ＲＤＩが３1．0であり、生産率と冷間落下強度の優れた焼結鉱が得られた。

（本発明例４）
鉄鉱石原料と副原料に対し粒度−０．５ｍｍ、１００ｍａｓｓ％の角閃石を０．３０ｍａｓｓ％添加したこと以外は本発明例１と同様の方法で焼結鉱の製造を実施した。結果を表５の本発明例４の欄に示す。得られた焼結鉱は、生産率が１．１４ｔ／ｈ・ｍ²、ＳＩが９３．０、ＲＩが６１．５、ＲＤＩが３０．２であり、生産率と冷間落下強度の優れた焼結鉱が得られた。

（本発明例５）
鉄鉱石原料と副原料に対し粒度−０．５ｍｍ、５０ｍａｓｓ％の角閃石を０．０３ｍａｓｓ％添加したこと以外は本発明例１と同様の方法で焼結鉱の製造を実施した。結果を表５の本発明例５の欄に示す。得られた焼結鉱は、生産率が１．１９ｔ／ｈ・ｍ²、ＳＩが９０．２、ＲＩが６１．６、ＲＤＩが2９．９であり、生産率と冷間落下強度の優れた焼結鉱が得られた。

（本発明例６）
鉄鉱石原料と副原料に対し粒度−０．５ｍｍ、２０ｍａｓｓ％の角閃石を０．０３ｍａｓｓ％添加したこと以外は本発明例１と同様の方法で焼結鉱の製造を実施した。結果を表５の本発明例６の欄に示す。得られた焼結鉱は、生産率が１．１６ｔ／ｈ・ｍ²、ＳＩが９０．０、ＲＩが６１．５、ＲＤＩが３１．０であり、生産率と冷間落下強度の優れた焼結鉱が得られた。

（比較例１）
鉄鉱石原料と副原料に対し角閃石を添加しないこと以外は本発明例１と同様の方法で焼結鉱の製造を実施した。結果を表６の比較例１の欄に示す。

得られた焼結鉱は生産率が１．０５ｔ／ｈ・ｍ²、ＳＩが８９．９、ＲＩが６１．５、ＲＤＩが３１．１であり、生産率と冷間落下強度の低い焼結鉱となった。

（比較例２）
鉄鉱石原料と副原料に対し粒度−０．５ｍｍ、１００ｍａｓｓ％の角閃石を０．５ｍａｓｓ％添加したこと以外は本発明例１と同様の方法で焼結鉱の製造を実施した。結果を表６の比較例２の欄に示す。得られた焼結鉱は、生産率が０．９４ｔ／ｈ・ｍ²、ＳＩが９２．０、ＲＩが６０．０、ＲＤＩが３５．6であり、生産率の低い焼結鉱となった。

（比較例３）
表４の原料配合中、ニッケルスラグに変えて蛇紋岩を使用し、角閃石を添加しないこと以外は本発明例１と同様の方法（表４の原料配合中、Ｎｉスラグに変えて蛇紋岩を使用したこと以外は比較例１と同様の方法）で焼結鉱の製造を実施した。結果を表６の比較例３の欄に示す。

得られた焼結鉱は、生産率が１．０３ｔ／ｈ・ｍ²、ＳＩが９０．１、ＲＩが６１．１、ＲＤＩが３１．８であり、生産率の低い焼結鉱となった。

Claims (3)

1. 角閃石を添加した焼結原料を用いることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
2. 焼結原料中の角閃石の添加量が０．３ｍａｓｓ％以下であ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. 角閃石の粒度が０．５ｍｍ以下であ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。