JP2013204058A - 焼結鉱製造用擬似粒子の製造方法および焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼結機の操業に際しての原料充填層の通気性を改善することで、強度や歩留の低下を招くことなく、焼結鉱生産率の向上を図る上で有効となる、焼結鉱製造のために用いられる擬似粒子と焼結鉱の製造方法とを提案する。
【解決手段】焼結原料に水分を添加して造粒することにより、焼結原料用擬似粒子を製造する際、前記焼結原料に適正水分よりも過剰な水分になるように水分を添加して造粒し、該適正水分の下で形成される粒径よりも大きな粒径をもつ擬似粒子を形成し、その擬似粒子を乾燥して、乾燥後の水分を前記適正水分近傍にまで低下させる擬似粒子の製造方法、およびこの擬似粒子を用いて焼結鉱を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドワイトロイド式焼結機によって焼結鉱を製造する際に、高強度の焼結鉱を高い生産性を維持したまま製造しようとするときに有利に用いられる焼結鉱製造用擬似粒子の製造方法、この擬似粒子を用いる焼結鉱の製造方法に関する。

近年の製鉄業は、多量に排出する炭酸ガス（ＣＯ２）に起因する地球温暖化への影響が問題視されており、ＣＯ２排出量の削減という重い課題を抱えている。このような課題に対し、最近の高炉操業については、低還元材比の操業が望まれている。一般に、還元材比とは、溶銑１トンを製造するために使用される、羽口から吹き込まれる還元材と炉頂から装入されるコークスとの合計量のことであり、以下、還元材比を「ＲＡＲ（Reducing Agent Ratio）」と言う。高炉において低ＲＡＲ操業を行なうためには、下記の方法が有効であると考えられている。
（ａ）高炉に装入される鉄含有原料の粒径を小さくして、着熱効率や還元ガスとの反応界面積を増加させること。
（ｂ）高炉に装入される鉄含有原料の被還元性を向上させること。
（ｃ）高炉操業時、周辺ガス流を抑制してガス利用率の向上を図ること。
（ｄ）高炉炉体からの抜熱量を低減させること。

しかし、低ＲＡＲ操業時には、装入させる鉄含有原料とコークスとの比率が大きくなって、炉上部での通気性の悪化、融着帯の変形や肥大化による炉下部での通気性の悪化を招き、安定した高炉操業が困難になることがある。それゆえに、安定した低ＲＡＲ操業を実現するためには、鉄含有原料の約７割を占める焼結鉱の性状が非常に重要となる。

高炉用原料として用いられる焼結鉱は、一般に、以下に説明するような処理を経て製造される。
（１）まず、粒径が１０ｍｍ以下の鉄鉱石粉、返鉱の他、珪石、蛇紋岩、各種製錬スラグなどからなるＳｉＯ_２含有原料や石灰石などのＣａＯ含有原料からなる副原料、および粉コークスまたは無煙炭などの熱源となる固体燃料粉を、適量の水分を添加して、ドラムミキサーにて混合し、造粒して焼結鉱製造用擬似粒子を製造する。

（２）次に、前記擬似粒子を、ドワイトロイド式（ＤＬ）焼結機のパレット上、例えば５００〜７００ｍｍ程度の厚さになるように装入し、その装入によってパレット上に堆積する擬似粒子の充填層（以下、「原料充填層」という）表層部の固体燃料に着火し、下方に吸引する空気を利用して原料充填層内の固体燃料を燃焼させ、その燃焼熱によって擬似粒子を焼結して焼結ケーキとする。その後、その焼結ケーキを破砕し、整粒することにより、一定粒径以上のものを成品焼結鉱としている。なお、整粒後の粒径の小さいものは返鉱として、焼結原料として再利用される。

一般に、高炉の操業を左右する因子の１つとして、前記成品焼結鉱（以下、単に「焼結鉱」という）の被還元性がある。焼結鉱の被還元性は、高炉でのガス利用率と関連すると共に、前記ＲＡＲとは良好な負の相関があり、焼結鉱の被還元性を向上させると、高炉でのＲＡＲは低下する。また、焼結鉱の冷間強度も、高炉での通気性を確保する上で重要な因子であり、高炉操業に当たってはこの冷間強度に下限基準を設けている。

しかし、近年、高炉の高出銑比操業により、焼結鉱の使用量が増加する傾向にあること、あるいは原料品位の低下（高結晶水鉱石の増加、鉱石中のＡｌ_２Ｏ_３の増加、微粉鉱石の増加など）により、焼結機のパレット上に堆積させた原料充填層の良好な通気性の確保や、十分な焼結時間の確保が困難な状況となりつつあり、これに起因する焼結生産性の低下や歩留まりの低下、焼結鉱の冷間強度の低下などが懸念されている。

このような課題に対し、従来、前記原料充填層の通気性を改善するために、焼結原料の造粒方法が検討されてきた。例えば、特許文献１では、粗粒および微粉を含有する焼結原料の１種または２種以上の配合物に水分を添加しながら転動することにより擬似粒子化して焼結原料を製造する方法において、前記水分の添加前に、前記焼結原料の水分濃度の分布を、前記焼結原料の持込水分濃度を用いて添加後水分濃度の関数として算出し、算出した前記水分濃度分布と前記焼結原料の粒度分布とにより擬似粒子粒度分布を算出し、当該擬似粒子粒度分布が、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の粒径の前記擬似粒子の量が最大である粒度分布となるように、前記添加後水分濃度を決定し、当該添加後水分濃度を目標として、前記水分の添加量を制御する方法を開示している。

また、特許文献２は、複数基の焼結原料槽に個別に収容された複数種の焼結原料それぞれの飽和吸水率および造粒前粒度分布から前記焼結原料が付着力を有する水分濃度の下限値である臨界水分濃度を前記焼結原料毎に算出しておき、複数基の前記焼結原料槽にそれぞれ収容された前記焼結原料のうちで、少なくとも、前記飽和吸水率が大きな前記焼結原料に水分を添加して前記飽和吸水率以上の水分濃度とした後、複数種の前記焼結原料を配合して、前記臨界水分濃度以上の水分濃度となるように水分を添加しながら、転動することにより擬似粒子にする方法を開示している。

しかしながら、上記特許文献１で提案している目標水分濃度、特許文献２で開示している飽和吸水率に相当する量の水分を添加するこれらの方法については、水分の分散性に起因して水分が微粉に十分に行き渡らず、微粉の付着力も十分ではなく、造粒効果が小さいという問題があった。

また、特許文献３には、水分を質量％で７．５％以上９．０％以下に調整した焼結用原料を造粒し、造粒後原料の水分を、造粒機から焼結機給鉱部出側の間で高温ガスを使用して減少させ、焼結原料として使用することを特徴とする焼結原料の造粒方法が開示されている。

しかしながら、その乾燥処理の過程で焼結原料が付着力を有する水分を下回った場合、付着力がなくなって粉化してしまうため、大きな擬似粒子径のものを製造することができないと共に、乾燥処理の過程で焼結原料が付着力を有する水分濃度を上回った場合、擬似粒子間の空隙を過剰な水分が埋めるため、原料充填層を通過する空気の流れが妨げられるという問題が生じる。

さらに、非特許文献１には、図２に、添加水分量と原料充填層の通気性、及び擬似粒子の粒径との関係を開示している。この非特許文献１の開示内容によると、水分が７．５ｍａｓｓ％までは、擬似粒子内への水分の吸収が徐々に飽和してゆき、粒子表面を濡らした水分によるバインダー効果が生じ、造粒粒子の擬似粒子径が増大して通気性が改善されると報告している。

しかしながら、水分が７．５ｍａｓｓ％を超えると、該擬似粒子の径は継続して増大する傾向にあるにも拘らず、当該擬似粒子間の空隙を過剰な水分が埋めるため、原料充填層を通過する空気の流れが妨げられるという問題が生じる。

特開平１１−６１２８１ 特開２０００―１７２５ 特開２００６−３３６０６４ 「鉄と鋼」日本鉄鋼協会６８（１９８２年）、p．２１７４

前記各文献に開示されている技術は、主として、擬似粒子を製造する前に適正な水分量を予測し、焼結原料品位の変動に対処するための方法である。しかしながら、焼結原料の造粒に際して適正水分を設定するだけでは、生産性を大幅に改善することはできない。

本発明の目的は、従来技術が抱えている上述した課題を解決し、焼結機の操業に際しての原料充填層の通気性を改善することで、強度や歩留の低下を招くことなく、焼結鉱生産率の向上を図る上で有効となる、焼結鉱製造のために用いられる擬似粒子の製造方法および焼結鉱の製造方法を提案することにある。

本発明は、焼結原料粉に適正水分よりも過剰な水分を添加して造粒することにより、該適正水分の下で形成される粒径よりも大きな粒径を有する擬似粒子を形成し、その後擬似粒子を乾燥して、乾燥後の水分を前記適正水分近傍にまで低下させることを特徴とする焼結鉱製造用擬似粒子の製造方法である。

また、本発明は、前記焼結原料粉に適正水分よりも過剰な水分を添加して造粒することにより、該適正水分の下で形成される粒径よりも大きな粒径を有する擬似粒子を形成し、形成された擬似粒子を乾燥して、乾燥後の水分を前記適正水分近傍にまで低下させ、適正水分近傍まで水分が低下した擬似粒子を、焼結機に装入して焼結する、ことを特徴とする焼結鉱の製造方法である。

本発明は、さらに以下のような構成にすることで、より好ましい実施の形態になる。
（１）前記適正水分は、擬似粒子が充填された原料充填層の通気性が最大となる水分であること、
（２）前記過剰な水分は、適正水分の１.１〜１.５倍の水分であること、
（３）前記過剰な水分は、適正水分の１.２５〜１.５倍の水分であること、
（４）前記過剰な水分は、適正水分の１.３〜１.４５倍の水分であること、
（５）前記適正水分の下で形成される粒径よりも大きな粒径を有する擬似粒子は、その外側に水分と凝集した微粉とからなる含水微粉層を有すること、
（６）前記乾燥は、乾燥後の擬似粒子の水分を、（適正水分−１）ｍａｓｓ％〜（適正水分＋１）ｍａｓｓ％の水分とする乾燥処理であること、
（７）前記乾燥は、乾燥後の擬似粒子の水分を、適正水分ｍａｓｓ％〜（適正水分＋０．５）ｍａｓｓ％の水分とする乾燥処理であること。

前記のような構成を有する本発明によれば、一旦、適正水分よりも過剰に水分を添加して微粉へ十分に水分が行き渡る状態で造粒することにより、適正水分の下で形成される粒径よりも大きな粒径を有する擬似粒子とし、次に、この擬似粒子を造粒後に間を置くことなく、または間を置いたとしても擬似粒子が壊れることがないように適正な水分近傍まで乾燥処理することで、大きな粒径となるのに寄与した過剰に加えた水分が除去されるので、過剰に水分を添加した場合に予想される原料充填層の通気性の悪化を招くことなく、擬似粒子の粒径の拡大効果を享受することができる。

そして、このような構成にすることにより、本発明では、原料充填層の通気性が改善され、ひいては焼結時間を短縮することができるので、成品焼結鉱の冷間強度や歩留の低下を招くことなく、焼結鉱の生産率を向上させることができる。

従来法に従う焼結試験プロセスの概要を示す図である。 造粒水分と通気性との関係を示す図である。 本発明に従う焼結試験プロセスの概要を示す図である。 乾燥前と乾燥後の水分と擬似粒子の算術平均径との関係を示す図である。 造粒水分と乾燥後擬似粒子の重量割合との関係を示す図である。 適正水分＋３．０ｍａｓｓ％で造粒し、乾燥した擬似粒子の断面写真、およびそれの模式図である。 適正水分＋５．０ｍａｓｓ％で造粒し、乾燥した擬似粒子の断面写真、およびそれの模式図である。 乾燥前と乾燥後の水分と焼結時間の関係を示す図である。 乾燥前と乾燥後の水分と生産率の関係を示す図である。 乾燥前と乾燥後の水分と歩留の関係を示す図である。 実施例において使用した焼結試験プロセスの説明図である。 実施例の効果を説明する擬似粒子の水分と擬似粒子の算術平均径の関係示す図である。 実施例の効果を説明する擬似粒子の水分と擬似粒子の算術平均径の関係示す図である。 実施例の効果を説明する擬似粒子の水分と擬似粒子の算術平均径の関係示す図である。

発明者らは、まず、水分を微粉へ十分に行き渡らせることにより、微粉に対し十分な付着力を与えることを考えた。そこで、ＤＬ焼結機に装入する造粒した擬似粒子を製造する際、まず、擬似粒子が堆積して形成される原料充填層の通気性が最大となる擬似粒子の適正水分よりも、高い水分となるように水分を添加する。これにより大きな粒径を有する擬似粒子が得られる。その後、擬似粒子間の空隙が過剰な水分で埋まらないようにするための乾燥条件について種々検討した。その際、前記適正な水分近傍にまで乾燥することにより、擬似粒子外側に水分と凝集した微粉とからなる含水微粉層を有し、大きな粒径を有する擬似粒子となることを発見し、本発明を開発するに至った。即ち、本発明は、ＤＬ焼結機に装入する造粒した擬似粒子を製造する際、まず適正水分よりも多い水分となるように、即ち、適正な水分よりも過剰な量の水分を添加して大きな粒径のままの擬似粒子としたのち、再び適正水分近傍まで乾燥する方法である。

そのために、本発明においては、特に、適正水分よりも過剰に水分を添加して造粒し、養生などを行なうことなく直ちに、適正水分近傍になるまで加熱乾燥する。その結果、擬似粒子は外側に微粉が凝集した含水微粉層を有するため、適正水分で形成される擬似粒子径まで縮径することなく大きな粒径のままの擬似粒子になる。

このように、適正水分近傍になるまでの乾燥によって水分を除去するので、従来のように焼結操業時に、擬似粒子間の空隙を過剰な水分が埋めることによって原料充填層を通過する空気の流れを妨害するようなことがなく、つまり通気性の悪化を招くことなく、一方で、微粉が凝集した含水微粉層を有するため粒径の拡大効果は享受できるようになる。しかも、このことによって、成品焼結鉱は冷間強度や歩留まりの低下を招くことなく、焼結鉱の生産性を改善することができる。

このような考え方の下に開発された本発明は、以下に説明するような試験を通じて知見したものである。即ち、発明者らは、前記擬似粒子を焼結機のパレット上に装入して形成される原料充填層の通気性や焼結鉱の生産率が向上するメカニズムを解明するため、一般的な焼結鉱製造プロセスを模擬した図１に示すような試験機にて造粒と焼結の試験を行なった。この試験においては、粗粒鉄鉱石（８ｍｍ以下）および微粉鉄鉱石（０.１２５ｍｍ〜０.０６３ｍｍ）、返鉱を含む鉄鉱石類原料に、塩基度調整用の珪石や生石灰、石灰石などからなる副原料および熱源となる粉コークスを配合し、得られた焼結原料粉１をディスク形ミキサー２で混合し、次に、混合後の焼結原料粉をドラムミキサー３に移し、水分添加を行いながらドラムミキサー３を回転させて造粒し、擬似粒子を得た。

次に、発明者らは、焼結機での原料充填層の通気性が最大となる適正水分を見積るため、表１に示すように、鉱石種とそれの配合率が異なる２水準の焼結原料配合について、造粒水分と通気性（ＪＰＵ指数）との関係を測定した。図２は、測定した造粒水分と通気性（ＪＰＵ指数）との関係を示すものである。この図に見られるように、原料充填層の通気性は、使用する焼結原料粉の配合率によって大きく異なり、水準１では７.６ｍａｓｓ％、水準２では５.５ｍａｓｓ％において、その通気性は最大となることがわかった。なお、通気性は、通気性（ＪＰＵ指数）＝（風量／吸引面積）×（層厚／吸引負圧）０．６で求めることができ、ＪＰＵ指数が大きいほど通気性が良いことを意味する。

一般に、適正水分は、焼結原料粉の種類（鉱石の性状や配合率によって決まる）によって異なり、３．５〜１０．０ｍａｓｓ％の範囲にある。

さらに、本発明の優位性を調査するため、適正水分よりも過剰な水分を加えて造粒した後、直ちに乾燥するという擬似粒子製造試験を行なった。この試験では、配合後に主要な成分組成が表２に示すような焼結原料粉を用いた。図３に示すドラムミキサー３に添加する水分の量を、上述した適正水分に該当する適正水分Ｔ１：７.６ｍａｓｓ％を基準とし、これに対し、水分を過剰に加えた例である、Ｔ２：８.６ｍａｓｓ％（適正水分＋１ｍａｓｓ％）、Ｔ３：９.６ｍａｓｓ％（適正水分＋２ｍａｓｓ％）、Ｔ４：１０.６ｍａｓｓ％（適正水分＋３ｍａｓｓ％）、Ｔ５：１１.６ｍａｓｓ％（適正水分＋４ｍａｓｓ％）、Ｔ６：１２.６ｍａｓｓ％（適正水分＋５ｍａｓｓ％）の６水準で試験した。

通常の焼結操業では、ドラムミキサー３で造粒した直後の擬似粒子を、図１に示すように、そのまま焼結機のパレット上に装入している。しかし、前記擬似粒子製造試験では、図３に示すように、造粒して得られる擬似粒子をバット４に入れ、直ちに２００℃に設定した乾燥機５内に入れて所定時間（５〜２０分）乾燥した。ただし、必要以上に、例えば、完全に乾燥させると、擬似粒子の壊裂を招くので好ましくない。望ましい乾燥の時間は、水分蒸発量の経時変化を予め測定しておき、乾燥後の擬似粒子の含有水分が、当初の適正水分±１ｍａｓｓ％程度（約７.６ｍａｓｓ％に戻る近傍の値）にまで戻るように調節される。過剰な水分で造粒し適性水分近傍まで乾燥された上記の擬似粒子は、微粉鉱石が擬似粒子を形成する上で必要な水分を保たれているため、崩壊することなく、焼結機の原料充填層の通気性を確保することに適した粒径を維持できる。また、この適正水分±１ｍａｓｓ％の値は、乾燥しても、適正水分よりも過剰に水分を添加することにより粒子径が増大した擬似粒子の崩壊が起きない程度にまで乾燥できる範囲である。なお、適正水分±０．５ｍａｓｓ％）にまで戻るように調節することが好ましい。

表２には、この試験で使用した焼結原料粉の配合後の代表的な化学組成、表３には、造粒時添加水分の割合と焼結試験直前に測定した乾燥（適正水分±１ｍａｓｓ％までの乾燥）後の擬似粒子の含有水分をそれぞれ示した。

図４は、ドラムミキサー３で造粒した後の乾燥後に篩を用いて測定し算出した擬似粒子（図中には造粒時の水分と乾燥後の水分を表示）の算術平均径を示す。この図４に示すように、造粒時の水分が８．６〜１１．６ｍａｓｓ％のものについては、粒子の算術平均径が造粒水分の増加に応じて増大している。この理由は、水分を過剰に加えた場合、擬似粒子内への水分吸収が飽和したときに、その過剰水分が粒子表面に滞留して水膜を形成し、その水分がバインダー作用を発揮して、その水膜部分に微粉が凝集して、含水微粉層を形造って造粒された擬似粒子の粒径が増大するものと考えられる。

図５には、本来の適正造粒水分：７．６ｍａｓｓ％に対し、１０．６ｍａｓｓ％や１２．６ｍａｓｓ％という適正水分よりも水分を過剰に加えて造粒して得た擬似粒子の篩分けによる粒度分布を示す。図５に示すところから明らかなように、造粒水分７．６ｍａｓｓ％、１０．６ｍａｓｓ％、１２．６ｍａｓｓ％の各粒径分布を比較すると、造粒時の水分が増加すると、造粒水分１０．６ｍａｓｓ％の場合、８．０〜１．０ｍｍの粗粒割合が増大し、−１ｍｍの微粉の割合は減少している。

一方、図４を見る限り、造粒水分が＋１２．６ｍａｓｓ％の領域については、造粒水分の増加に従い、擬似粒子の算術平均径が低下している。即ち、図４、図５に示す結果からわかることは、適正水分７．６ｍａｓｓ％に対し、＋５ｍａｓｓ％過剰となる１２．６ｍａｓｓ％という水分添加では却って核粒子部分の崩壊を招き、むしろ、凝集しない微粉割合が増加することがわかる。

従って、本発明の場合、過剰に加える水分としては、適正水分の１．１倍（造粒水分８．４ｍａｓｓ％）〜１．５倍（造粒水分１１．４ｍａｓｓ％）の範囲とすることが好ましい。より好ましい過剰な水分は、適正水分よりも１．２５倍〜１．５倍、さらに好ましくは１．３０倍〜１．４５倍である。

図６は、適正水分＋３．０ｍａｓｓ％の水分で造粒し、乾燥した擬似粒子の断面写真、およびそれの模式図である。
図６（ａ）は、半球状核粒子と微粉粒子を適正水分よりも過剰な水分を加えて水分１０.６ｍａｓｓ％として造粒し、プレパラート上に載せた状態の状況を示す該擬似粒子の断面写真とその説明図である。
図６（ｂ）は、適正水分相当（７．５ｍａｓｓ％）まで乾燥する途中の状態の状況を示す該擬似粒子の断面写真とその説明図である。
図６（ｃ）は、適正水分相当（７．５ｍａｓｓ％）まで乾燥させた状態の状況を示す該擬似粒子の断面写真とその説明図である。

図６（ａ）の写真は、本発明範囲内の過剰な水分を添加して造粒した状態であり、微粉に水分が十分に行き渡り、過剰な水分と微粉とにより大きな粒径を有する擬似粒子が得られている。図６（ｂ）の写真は、適正水分相当（７．５ｍａｓｓ％）まで乾燥する途中の状態であり、周辺に存在する微粉が水分の減少に伴って発生する対流に乗って擬似粒子表面に凝集・付着し、擬似粒子外側に水分と凝集した微粉とからなる含水微粉層を有し、未凝集微粉がわずかであることが観察できる。その結果、図６（ｂ）の写真および右側の模式図に示すとおり、過剰な水分を含まない大きな粒径の擬似粒子となっている。

一方、図６（ｃ）の図は、本発明の範囲内の過剰な水分を添加して造粒し、それを適正水分相当（７．５ｍａｓｓ％）となる約３ｍａｓｓ％の水分を除去する乾燥処理した後の状態を示したものである。なお、未凝集・未付着となって残る微粉はわずかで、擬似粒子表面に凝集して付着し、擬似粒子粒径を増大する現象が適正水分相当（７．５ｍａｓｓ％）まで乾燥させた後も維持されていることが観察できる。

次に、図７（ａ）〜（ｃ）は、本発明の範囲外の例であり、過剰な水分として、適正水分に過剰水分５．０ｍａｓｓ％分を加えて添加してから造粒し、その後、乾燥させたときの例である。この例では、適正水分相当まで乾燥する途中の状態である図７（ｂ）の写真ならびに模式図に示すように、水分が多いために擬似粒子と周囲に存在する微粉との間隔が大きくなり、凝集乾燥過程で水分減少に伴って発生する水分の対流によっても微粉が凝集しきらず、残存した微粉として観察され、図６（ｂ）に示すような、水膜と凝集微粉とからなる含水微粉層に入りきらない微粉が発生している。従って、この例の微粉は、擬似粒子粒径の拡大に寄与しないことがわかる。それは、図７（ｃ）の写真、模式図に示すように、乾燥したときに、より明解にあらわれ、未凝集・未付着となって残る微粉が多く観察され、本発明の作用効果が生じなくなることがわかる。

次に、図８、図９は、本発明法に適合する方法を実施したときの擬似粒子の乾燥前後の水分と焼結時間および生産率との関係をそれぞれ示したものである。これらの図に示すように、造粒のための適正水分：７．６ｍａｓｓ％に対し、造粒水分（乾燥前水分）が１０．６ｍａｓｓ％および１１．６ｍａｓｓ％と過剰に添加したものでは、焼結時間が短縮し、生産率も向上することがわかる。一方、この水分が１１．６ｍａｓｓ％超から１２．６ｍａｓｓ％まで、即ち、過剰に加える水分が適正水分の１．５倍を超えると、通気性が悪化し、焼結時間が増加して生産率も低下している。

図１０は、前記の焼結試験後に調査した＋１０ｍｍの焼結鉱成品歩留への影響を示すものである。この図に見られるように、少なくとも本発明法に従って実施した過剰に加える水分量が適正水分の約１．１倍（適正水分＋１ｍａｓｓ％）〜約１．５倍（適正水分＋４ｍａｓｓ％）の範囲については、歩留まりの低下は観測されなかったが、１．５倍超（１２．６ｍａｓｓ％）では歩留が低下していた。

以上説明したように、本発明によれば、焼結機に装入する擬似粒子をドラムミキサーにて水を添加しながら造粒して製造する際に、造粒するために必要とされる本来の適正水分よりも、過剰な水分を添加して擬似粒子を造粒することで、大きな粒径の擬似粒子を形成し、次いで、その擬似粒子を望ましくは直ちに、乾燥処理し、次いで、本来の適正水分相当の水分にまで乾燥した擬似粒子とする。このことにより、焼結機での操業時には、パレット上での原料充填層の通気性が改善され、焼結鉱の冷間強度や歩留の低下を招くことなく、焼結鉱の生産性を改善することが可能になる。

（実施例１）
図１１は、実験室規模の本発明に適合する方式の下にある造粒−焼結試験装置のフロー図である。この実施例では、乾燥した各種の焼結原料粉を、ミキサーにて混合し、次いで、ドラムミキサーに装入すると共に、水分を添加して３６０秒間造粒した。その後、造粒粒子の一部をサンプリングし、擬似粒子の水分と粒度分布を測定した。これを乾燥前擬似粒子粒径とした。残りの擬似粒子は、後段のドラムミキサーに装入し、熱風発生器にて３００℃の熱風を導入しながら造粒を行なった。ドラムミキサーの回転数は一定とし、造粒時間を調節することにより、乾燥度合いを調節した。乾燥後の擬似粒子の一部をサンプリングし、擬似粒子の水分と粒度分布を測定した。これを、乾燥後擬似粒子粒径とした。これら擬似粒子を、図１に示すのと同じ焼結試験装置に導入し、焼結試験を行なった。

図１２は、擬似粒子の水分と算術平均径との関係を示すものである。ベース条件の算術平均径：３.６ｍｍに対して、ベース条件よりも過剰な水分を添加して造粒した乾燥前の水分８.６〜９.３ｍａｓｓ％の擬似粒子は乾燥後における算術平均径は４.２〜４.６ｍｍである。そして、過剰な水分を添加して造粒した乾燥前擬似粒子の水分１０.３〜１１.６ｍａｓｓ％のものは、乾燥後の算術平均径が４.９〜５.２ｍｍとなった。一般に、添加水分が適正水分以上になると、キャピラリー領域を超えて水が存在するために、粒子同士の毛細管力の影響が損なわれ、粒子強度が低下する。そのため、その後の搬送工程を考慮すると好ましくない。しかし、ドラムミキサーの出側においては、搬送衝撃を受ける前のため、大きな粒径の状態が保たれている。一方、乾燥前の擬似粒子の水分が１０.３〜１１.６ｍａｓｓ％になると、粒子強度が低下するため、ドラムミキサーの出側に到達するまでに、ミキサー内部での破壊される機会が大きくなり、擬似粒子の成長直線の傾きは小さくなる。

過剰に水分を添加して得たこれらの擬似粒子を、適正水分にまで乾燥すると、ベース条件に比べて、擬似粒子の粒径は増大する。即ち、乾燥前擬似粒子の水分８.６〜９.３ｍａｓｓ％の擬似粒子は、７.６ｍａｓｓ％程度まで乾燥した後は、算術平均径が４.２〜４.６ｍｍとなり、また、乾燥前擬似粒子の水分１０.３〜１１.６ｍａｓｓ％の擬似粒子は、乾燥後の算術平均径は４.９〜５.２ｍｍとなっている。要するに、乾燥後の擬似粒子の粒径が乾燥前に比べて低下するのは、ミキサー内で乾燥ムラが不可避的に発生するために、一部の擬似粒子では適正水分未満まで乾燥され、粒子表面から微粉が剥離するためと考えられる。

（実施例２）
この実施例は、南米鉱石主体の原料を使用したときの、本発明の効果について説明するものである。図１３は、適正造粒水分６.０ｍａｓｓ％に対して、適正水分よりも１．２３倍の過剰な水分である、７.４ｍａｓｓ％の水分にて造粒し、その後、６.０ｍａｓｓ％まで乾燥させたときの、擬似粒子の算術平均粒径の変化を示したものである。南米鉱石原料は、鉱石内部に気孔が少ないため、適正造粒水分が小さい。さらに、細粒同士の付着性が悪いために大幅に過剰な水分を添加すると、擬似粒子の粒径はもはや増大せず、擬似粒子の粒径は低下する。したがって、この原料においては、７.４ｍａｓｓ％程度の水分添加が、擬似粒子粒径の増大のためには限界であった。また、熱風による乾燥工程後では、擬似粒子の粒径は増大し、本発明の効果が確認された。

（実施例３）
豪州鉱石に対して、ペレットフィード鉱石(-６４μｍが８０％以上)を配合した原料における、本発明の効果について説明する。図１４は、適正造粒水分８.５ｍａｓｓ％に対して、過剰な水分を加えて水分１０．３ｍａｓｓ％、１１．３ｍａｓｓ％としたときの結果を示す。ペレットフィード配合時には、微粉が多いために、適正造粒水分が増加する。熱風による乾燥工程後では、擬似粒子の粒径が増大し、本発明の効果が確認された。

（実施例４）
有効火格子面積：４１０ｍ^２、生産率：１．５ｔ／ｈ・ｍ^２の下方吸引式ＤＬ焼結機の操業において、本発明に従う焼結鉱の製造方法について試験した。この試験では、ドラムミキサーを２基用い、１次ドラムミキサーに過剰な水分に当たる１０．６ｍａｓｓ％（適正水分：７．６ｍａｓｓ％に対し１．４倍）を添加して造粒し、適正水分の下で得られる擬似粒子の算術平均径：３．２ｍｍを、３．４ｍｍ超えまで拡大させて大きな粒径の擬似粒子をつくり、次に、２次ドラムミキサーにおいて３００℃の熱風を吹き込み、該擬似粒子を乾燥させて適正水分相当の７．９ｍａｓｓ％の水分にまで乾燥した。このとき、該擬似粒子の平均粒径は約１５％向上し、焼結充填層の通気性が向上して、焼結生産率は約６％向上した。このことから、本発明に適合する焼結鉱の製造方法を採用すれば、焼結機のパレット上での原料充填層の通気性が改善され、焼結鉱の冷間強度や歩留の低下を招くことなく、焼結鉱の生産性を改善することが可能になることがわかった。

本発明の技術は、例示したドラムミキサーによる擬似粒子の製造だけでなく、ペレタイザーなど他の造粒機を使って造粒する場合にも適用できると共に、焼結原料以外のペレタイジングのような塊成化技術への適用も可能である。

１ 焼結原料
２ ミキサー
３ ドラムミキサー
４ バット
５ 焼結機

近年の製鉄業は、多量に排出する炭酸ガス（ＣＯ _２ ）に起因する地球温暖化への影響が問題視されており、ＣＯ _２ 排出量の削減という重い課題を抱えている。このような課題に対し、最近の高炉操業については、低還元材比の操業が望まれている。一般に、還元材比とは、溶銑１トンを製造するために使用される、羽口から吹き込まれる還元材と炉頂から装入されるコークスとの合計量のことであり、以下、還元材比を「ＲＡＲ（Reducing Agent Ratio）」と言う。高炉において低ＲＡＲ操業を行なうためには、下記の方法が有効であると考えられている。
（ａ）高炉に装入される鉄含有原料の粒径を小さくして、着熱効率や還元ガスとの反応界面積を増加させること。
（ｂ）高炉に装入される鉄含有原料の被還元性を向上させること。
（ｃ）高炉操業時、周辺ガス流を抑制してガス利用率の向上を図ること。
（ｄ）高炉炉体からの抜熱量を低減させること。

Claims (16)

1. 焼結原料粉に適正水分よりも過剰な水分を添加して造粒することにより、該適正水分の下で形成される粒径よりも大きな粒径を有する擬似粒子を形成し、その後擬似粒子を乾燥して、乾燥後の水分を前記適正水分近傍にまで低下させることを特徴とする焼結鉱製造用擬似粒子の製造方法。
2. 前記適正水分は、擬似粒子が充填された原料充填層の通気性が最大となる水分である請求項１に記載の焼結鉱製造用擬似粒子の製造方法。
3. 前記過剰な水分は、適正水分の１.１〜１.５倍の水分である請求項１に記載の焼結鉱製造用擬似粒子の製造方法。
4. 前記過剰な水分は、適正水分の１.２５〜１.５倍の水分である請求項３に記載の焼結鉱製造用擬似粒子の製造方法。
5. 前記過剰な水分は、適正水分の１.３〜１.４５倍の水分である請求項４に記載の焼結鉱製造用擬似粒子の製造方法。
6. 前記適正水分の下で形成される粒径よりも大きな粒径を有する擬似粒子は、その外側に水分と凝集した微粉とからなる含水微粉層を有することを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱製造用擬似粒子の製造方法。
7. 前記乾燥は、乾燥後の擬似粒子の水分を、（適正水分−１）ｍａｓｓ％〜（適正水分＋１）ｍａｓｓ％の水分とする乾燥処理である請求項１に記載の焼結鉱製造用擬似粒子の製造方法。
8. 前記乾燥は、乾燥後の擬似粒子の水分を、適正水分ｍａｓｓ％〜（適正水分＋０．５）ｍａｓｓ％の水分とする乾燥処理である請求項７に記載の焼結鉱製造用擬似粒子の製造方法。
9. 前記焼結原料粉に適正水分よりも過剰な水分を添加して造粒することにより、該適正水分の下で形成される粒径よりも大きな粒径を有する擬似粒子を形成し、
   形成された擬似粒子を乾燥して、乾燥後の水分を前記適正水分近傍にまで低下させ、
   適正水分近傍まで水分が低下した擬似粒子を、焼結機に装入して焼結する、
   ことを特徴とする焼結鉱の製造方法。
10. 前記適正水分は、擬似粒子が充填された原料充填層の通気性が最大となる水分である請求項９に記載の焼結鉱の製造方法。
11. 前記過剰な水分は、適正水分の１.１〜１.５倍の水分である請求項９に記載の焼結鉱の製造方法。
12. 前記過剰な水分は、適正水分の１.２５〜１.５倍の水分である請求項１１に記載の焼結鉱の製造方法。
13. 前記過剰な水分は、適正水分の１.３〜１.４５倍の水分である請求項１２に記載の焼結鉱の製造方法。
14. 前記適正水分の下で形成される粒径よりも大きな粒径を有する擬似粒子は、その外側に水分と凝集した微粉とからなる含水微粉層を有することを特徴とする請求項９に記載の焼結鉱の製造方法。
15. 前記乾燥は、乾燥後の擬似粒子の水分を、（適正水分−１）ｍａｓｓ％〜（適正水分＋１）ｍａｓｓ％の水分とする乾燥処理である請求項９に記載の焼結鉱の製造方法。
16. 前記乾燥は、乾燥後の擬似粒子の水分を、適正水分ｍａｓｓ％〜（適正水分＋０．５）ｍａｓｓ％の水分とする乾燥処理である請求項１５に記載の焼結鉱の製造方法。