JP2014214370A - 焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に耐還元粉化性を向上できる焼結鉱の製造方法を提供する。【解決手段】鉄鉱石、副原料および固体燃料を配合し焼成する焼結鉱の製造方法である。副原料は、ＭｇＯの含有量が２５質量％以上でありかつ９００℃加熱後の気孔率が１０％以下であるＭｇＯ系副原料を含有する。このＭｇＯ系副原料の粒度を０．２５ｍｍ以下の粉率が５質量％以上４５質量％以下となるように調整する。通常であれば焼成の際における反応性の低い９００℃加熱後の気孔率が１０％以下であるＭｇＯ系副原料を用いても、このＭｇＯ系副原料を微粒化して粒度を調整することにより、焼成の際におけるＭｇＯ系副原料の反応性を向上できる。したがって、事前処理や原料の配合の規制などをすることなく、ＭｇＯ系副原料の粒度を調整するだけで容易に耐還元粉化性を向上できる。【選択図】なし

Description

本発明は、鉄鉱石、副原料および固体燃料を配合して焼成する焼結鉱の製造方法に関する。

高炉の装入原料である焼結鉱は、主原料である粉状の鉄鉱石に、石灰石などのＣａＯ源、珪石やドロマイトなどのＳｉＯ_２源、およびＭｇＯ源を副原料として加え、さらに粉コークスなどの凝結材を配合し、混合造粒した後、焼結機で焼成して製造する。

このように製造された焼結鉱は、高炉に装入されると、高炉シャフト部の４００〜６００℃の比較的低い温度域で著しい粉化現象が起き、高炉内のガス通気性を阻害することが知られている。

そこで、焼結鉱の粉化を防止して高炉操業を安定化させるため、焼結鉱の製造する際には、高炉シャフト部における焼結鉱の粉化状態を評価する指標である還元粉化指数（ＲＤＩ）が活用されて、焼結鉱の耐還元粉化性が管理されている。

高炉操業の安定化のために耐還元粉化性を向上する技術としては、ＣａＯ濃度が１５％以上になるように配合された高ＣａＯ原料と、ＣａＯ濃度が４％以下に配合された低ＣａＯ原料とを別々に造粒して、これら造粒物を混合して焼結する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、蛇紋岩などの結合水を含有するＳｉＯ_２系造滓剤を事前に加熱処理して結合水を除去した後、さらに粒度３ｍｍ以下に粉砕することにより、分散性や反応性を向上して、耐還元粉化性を向上させる方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

さらに、主原料として、高アルミナ鉄鉱石と、粒度が０．２５ｍｍ以下で鉄分を６７％以上含有する他の鉄鉱石とを用い、全鉄鉱石における他の鉄鉱石の含有量が１５〜２５％となるように主原料を配合して、微粉部のＡｌ_２Ｏ_３／Ｔ・Ｆｅ質量比率を０．０２３〜０．０２７にすることにより、高アルミナ鉄鉱石を多量に配合した場合でも焼結鉱の耐還元粉化性が良好である方法が知られている（例えば、特許文献３参照。）。

特開平６−２７１９４９号公報 特開平７−１８８７８７号公報 特開平８−１７６６８６号公報

しかしながら、上述の特許文献１の構成では、高ＣａＯ原料と低ＣａＯ原料とを別々に造粒するという事前処理が必要であるため、作業工程が煩雑になり、容易に実施できない問題が考えられる。また、事前処理を実施するために、造粒プロセスの大幅な改造が必要となり、コストの増加に繋がってしまう。

特許文献２の構成では、ＳｉＯ_２系造滓剤の加熱処理および粉砕処理などの事前処理が必要であるため、作業工程が煩雑になり、容易に実施できない問題が考えられる。また、事前処理を実施することによってコストの増加に繋がってしまう。

特許文献３の構成は、鉄分の含有量が多い高品位の鉄鉱石を全鉄鉱石中の１５〜２５％と多量に配合するもので、主原料である鉄鉱石を所定の比率で配合する必要があるため、容易に実施できない問題が考えられる。また、主原料の配合に高品位の鉄鉱石を用いるためコストの増加に繋がってしまう。

したがって、上記特許文献１ないし特許文献３などの従来の焼結鉱の製造方法では、耐還元粉化性を向上するには事前処理や主原料の特定の配合を行う必要があり、容易に耐還元粉化性を向上できる焼結鉱の製造方法が求められていた。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、容易に耐還元粉化性を向上できる焼結鉱の製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載された焼結鉱の製造方法は、鉄鉱石、副原料および固体燃料を配合して焼成する焼結鉱の製造方法であって、副原料は、ＭｇＯの含有量が２５質量％以上でかつ９００℃加熱後の気孔率が１０％以下であるＭｇＯ系副原料を含有し、このＭｇＯ系副原料は、０．２５ｍｍ以下の粉率が５質量％以上４５質量％以下となるように粒度を調整して用いるものである。

請求項２に記載された焼結鉱の製造方法は、請求項１記載の焼結鉱の製造方法において、焼結鉱の原料におけるＭｇＯ系副原料の含有量は、０．２質量％以上であり、ＭｇＯ系副原料としてＮｉスラグを用いるものである。

本発明によれば、ＭｇＯ系副原料の粒度を０．２５ｍｍ以下の粉率が５質量％以上４５質量％以下となるように調整するだけでＭｇＯ系副原料の反応性を向上できるため、容易に耐還元粉化性の低下を防止できる。

ＭｇＯ系副原料として、蛇紋岩、マグドロおよびＮｉスラグを用いた場合の焼結鉱のＲＤＩを示すグラフである。 ＭｇＯ系副原料として、蛇紋岩、マグドロおよびＮｉスラグを用いた場合の焼結鉱中の骸晶状ヘマタイトの面積率を示すグラフである。 蛇紋岩、マグドロおよびＮｉスラグと融液との反応性を示すグラフである。 ＭｇＯ系副原料の９００℃加熱後の気孔率と反応性との関係を示すグラフである。 （ａ）は粒度が０．２５〜０．５ｍｍであるＮｉスラグを用いて焼成実験を行った場合の組織写真であり、（ｂ）は粒度が１〜２ｍｍであるＮｉスラグを用いて焼成実験を行った場合の組織写真である。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。

焼結鉱を製造する際には、まず、粉状の鉄鉱石である主原料と、副原料と、粉コークスなどの凝結材とを所定の割合で配合する。

なお、主原料である鉄鉱石は、採掘される地域などによって成分が異なるため、主原料としての特徴やコストなどを考慮して複数種類の鉄鉱石を適宜配合して使用する。また、原料として、焼結鉱の製造過程で排出された返鉱を添加してもよい。

このように配合した原料に、造粒助剤であるバインダおよび水分などを必要に応じて添加し、造粒機にて混合造粒する。

そして、造粒物を焼結機にて焼成して焼結ケーキを作製し、この焼結ケーキを所定の大きさに粉砕することにより、焼結鉱が得られる。

副原料は、焼成の際にＣａＯ源として作用する石灰石などのＣａＯ系副原料と、焼成の際にＳｉＯ_２源として作用する珪石やドロマイトなどのＳｉＯ_２系副原料と、焼成の際にＭｇＯ源として作用するＭｇＯ系副原料とを含有する。

ＭｇＯ系副原料は、例えば、蛇紋岩、ドロマイトとマグネサイトとの混合物であるマグドロおよびＮｉスラグなどが用いられ、焼結鉱の耐還元粉化性が悪化しにくいように調整されている。

ここで、ＭｇＯ系副原料による焼結鉱の還元粉化指数（ＲＤＩ）への影響を説明する。

「鉄と鋼（焼結鉱の性状に及ぼす添加ＭｇＯ源の影響）」、１９７８年、Ｓ４８８、第３４頁には、焼結鉱中のＭｇＯはＲＤＩに影響を及ぼす旨が記載されているものの、ＭｇＯ系副原料の違いによるＲＤＩへの影響の違いは記載されていない。

そこでまず、異なるＭｇＯ系副原料を用いて製造した焼結鉱について、ＲＤＩの違いを確認した。

図１には、蛇紋岩、マグドロおよびＮｉスラグをＭｇＯ系副原料として用いて製造した焼結鉱のそれぞれのＲＤＩを示す。

図１に示すように、ＭｇＯ系副原料としてＮｉスラグを用いると、蛇紋岩やマグドロを用いた場合よりも、焼結鉱の耐還元粉化性が大きく悪化する。

すなわち、使用するＭｇＯ系副原料の種類の違いによって、ＭｇＯによる焼結鉱のＲＤＩの変化の程度が異なる。

なお、耐還元粉化性などの機能面を考慮すると、ＭｇＯ系副原料として蛇紋岩を用いることが好ましいが、蛇紋岩はアスベストを含有しており使用が規制されるため、Ｎｉスラグなどの代用材を使用する必要がある。

しかしながら、図１に示すようにＭｇＯ系副原料としてＮｉスラグを用いると、耐還元粉化性が悪化してしまう。

図２には、図１に示した３種類の焼結鉱中の骸晶状ヘマタイトの面積率を示す。骸晶状ヘマタイトはマグネタイトが再酸化して生成する結晶形態が菱形のヘマタイトであり、生成量が多いと焼結鉱の耐還元粉化性が悪化する。

図２に示すように、図１にてＲＤＩが最も低かったＮｉスラグを用いた焼結鉱は、ＭｇＯ系副原料として蛇紋岩やマグドロを用いた焼結鉱より、骸晶状ヘマタイトの面積率が高くなっている。

したがって、Ｎｉスラグを使用することにより耐還元粉化性が悪化するのは、骸晶状ヘマタイトの生成量が多いためと考えられる。

表１には、上記図１に示す３種類の焼結鉱のＭｇＯ系副原料として用いた蛇紋岩、マグドロまたはＮｉスラグについて、それぞれの化学成分（質量％）および０．２５ｍｍ以下の粉率を示す。

表１に示すように、いずれのＭｇＯ系副原料もＭｇＯを３０質量％以上含有し、そのＭｇＯ含有量に大きな差がないことから、耐還元粉化性の違いの原因は、ＭｇＯ含有量以外の要因によるものと考えられる。

各ＭｇＯ系副原料の粒度は、大きく異なり、Ｎｉスラグの０．２５ｍｍ以下の粉率が約２％で最も低く、マグドロの０．２５ｍｍ以下の粉率が約１７％で最も高かった。

そこで、耐還元粉化性に及ぼすＭｇＯ系副原料の影響を明確にするため、各ＭｇＯ系副原料の粒度を統一してそれぞれ焼成実験を行い、溶融状態の原料である融液との反応性を確認した。

焼成実験では、粒径０．２５ｍｍ以下の鉄鉱石と石灰石とを質量比で４：１の比率で混合して融液生成原料とした。

また、ＭｇＯ系副原料の粒度を統一するため、蛇紋岩、マグドロおよびＮｉスラグの粒径を１〜２ｍｍに統一して、それぞれＭｇＯ系副原料として用いた。

溶融生成原料とＭｇＯ系副原料とを質量比で２：１の比率で混合し、１３２０℃で焼成した。

そして、焼成後の試料の断面観察を行い、融液と反応していないＭｇＯ系副原料の残存面積を測定した。

なお、残存ＭｇＯ副原料の面積が大きいほど、ＭｇＯ系副原料と融液とが反応しにくく、ＭｇＯ系副原料の融液に対する反応性が低いといえる。

図３には、焼成の際における各ＭｇＯ系副原料と融液との反応性すなわち同化性の測定結果を示す。

図３に示すように、Ｎｉスラグは、蛇紋岩やマグドロに比べて、残存ＭｇＯ系副原料の面積が多く、融液との反応性が低いことが分かる。

なお、焼成の際にＭｇＯ系副原料が融液に溶け込むと、融液中のＭｇＯ濃度が増加し、マグネタイトの生成が促進されるとともに、マグネタイトが安定化する。また、マグネタイトが安定化すると、マグネタイトの再酸化による骸晶状ヘマタイトの生成が抑制される。

すなわち、Ｎｉスラグは、蛇紋岩やマグドロに比べて融液との反応性が低く融液に溶け込みにくいため、マグネタイト中のＭｇＯ濃度が低くなる。

その結果、マグネタイトの再酸化により骸晶状ヘマタイトが生成されて、焼結鉱の耐還元粉化性が悪化すると考えられる。

ＭｇＯ系副原料の種類により融液との反応性の違いが生じる要因を明らかにするため、ＭｇＯ系副原料の９００℃加熱後の気孔率を測定した。なお、気孔率は、９００℃に加熱した後のＭｇＯ系副原料における１２０μｍ以下の開気孔の体積を水銀圧入式ポロシメータを用いて測定し、ＭｇＯ系副原料に対する開気孔の体積を算出した。

図４には、ＭｇＯ系副原料を９００℃で３０分加熱した後の気孔率と、ＭｇＯ系副原料の残存面積との関係を示す。

図４に示すように、９００℃加熱後の気孔率の増加に伴い、残存するＭｇＯ系副原料の面積は減少しており、ＭｇＯ系副原料と融液との反応性が向上している。

焼成反応において、融液は、ＭｇＯ系副原料中の気孔を介して原料中に浸透するため、９００℃加熱後の気孔率が高いほど、融液が浸透しやすく融液に対するＭｇＯ系副原料の反応性が向上すると考えられる。

また、ＬＯＩ（強熱減量）が高いほど、加熱時の脱水・脱酸反応が増加するため、９００℃加熱後の気孔率は高くなる。

この結果から、ＭｇＯ系副原料は、９００℃加熱後の気孔率が低く例えば１０％以下であると、融液との反応性が低下し焼結鉱の耐還元粉化性が悪化する。

したがって、９００℃加熱後の気孔率が１０％より高いＭｇＯ系副原料は、融液との反応性が良好であり粒度を調整しなくても焼結鉱の耐還元粉化性が悪化しにくいため、９００℃加熱後の気孔率が１０％以下のＭｇＯ系副原料を用いる場合に、融液との反応性を向上させることが重要である。

そこで、９００℃加熱後の気孔率が低いＮｉスラグをＭｇＯ系副原料として用いて、ＭｇＯ系副原料の粒度の細粒化による反応性向上効果を確認した。

図５（ａ）は、粒度が０．２５〜０．５ｍｍであるＮｉスラグを用いて焼成実験を行った場合のミクロ組織を示し、図５（ｂ）は、粒度が１〜２ｍｍであるＮｉスラグを用いて焼成実験を行った場合のミクロ組織を示す。

図５（ａ）に示すように、粒度０．２５〜０．５ｍｍのＮｉスラグを用いた場合には、未反応（未同化）のＮｉスラグは確認されず、マグネタイトおよびシリケートスラグが主体として構成された組織であり、骸晶状ヘマタイトは生成されていない。

一方、図５（ｂ）に示すように、粒度１〜２ｍｍのＮｉスラグを用いた場合には、粒度０．２５〜０．５ｍｍのＮｉスラグを用いた場合と比べて、マグネタイトの生成量が少なく、骸晶状ヘマタイトが多数生成されている。

すなわち、Ｎｉスラグの粒度を細粒化して微粉比率を増加させることにより、マグネタイトが安定化し骸晶状ヘマタイトの生成が抑制されるため、焼結鉱の耐還元粉化性が向上する。

したがって、９００℃加熱後の気孔率が１０％以下のＭｇＯ系副原料を用いるには、そのＭｇＯ系副原料の粒度を調整することが重要である。

具体的には、ＭｇＯ系副原料は、０．２５ｍｍ以下の粉率が５質量％以上４５質量％以下となるように粒度を調整して用いることが重要である。

なお、０．２５ｍｍ以下の粉率が５質量％未満だと細粒化による反応性向上効果が十分に得られない可能性がある。また、０．２５ｍｍ以下の粉率が４５質量％より高いと細粒化による反応性向上効果は得られるが、強度や歩留や被還元性が悪化してしまう可能性がある。

また、ＭｇＯ系副原料は、ＭｇＯの含有量が２５質量％未満であると、融液と反応させてマグネタイトを安定化させるという焼成におけるＭｇＯ源としての作用を十分に確保できない可能性があるため、ＭｇＯの含有量は２５質量％以上とする。

そして、上記焼結鉱の製造方法によれば、ＭｇＯ系副原料の粒度を０．２５ｍｍ以下の粉率が５質量％以上４５質量％以下となるように調整することにより、９００℃加熱後の気孔率が１０％以下で通常であれば融液との反応性の低いＭｇＯ系副原料を用いても、粒度の細粒化による反応性向上効果にてＭｇＯ系副原料の融液に対する反応性を向上できる。そのため、焼成の際にマグネタイトが安定化して骸晶状ヘマタイトの生成を抑制できる。

したがって、事前処理や原料の配合などが不要で、製造設備の改造や原料配合に伴う原料の制限などをすることなく、ＭｇＯ系副原料の粒度を調整するだけで、強度や歩留や被還元性を維持したまま容易に焼結鉱の耐還元粉化性を向上できる。

また、上述のようにＭｇＯ系副原料の粒度を調整することにより、ＭｇＯ系副原料の反応性を向上できるため、ＭｇＯ系副原料としてＮｉスラグを用い、焼結鉱を製造する原料中のＭｇＯ系副原料（Ｎｉスラグ）の含有量を０．２質量％以上とする場合でも耐還元粉化性を向上でき、原料として産業廃棄物であるＮｉスラグを有効利用できる。

以下、本実施例および比較例について説明する。

各焼結原料を表２に示す比率にてそれぞれ配合した。なお、配合Ａは、ＭｇＯ系副原料として反応性の高いマグドロと反応性の低いＮｉスラグの微粒化物と混合して用い、配合Ｂは、ＭｇＯ系副原料として反応性の高いマグドロのみを用いた。

これら表２に示す各焼結原料をドラムミキサで造粒した後、これら造粒物を、直径３００ｍｍで高さ４００ｍｍの焼結鍋に充填した。

そして、吸引圧を５ｋＰａで一定に設定して焼結を行い、歩留、強度（ＳＩ）、還元粉化指数（ＲＤＩ）および被還元性（ＲＩ）を測定した。これらの測定結果を表３に示す。

歩留は、焼結試験後のシンターケーキを２ｍの高さから４回落下させた後の粒径５ｍｍ以上の焼結鉱の割合で評価した。

強度は、ＪＩＳ Ｍ ８７１１に準拠し、所定の大きさの焼結鉱を２ｍｍの高さから４回落下させた後における所定の粒度である試料の質量を測定して算出した。すなわち、ＳＩは、試験前の測定試料に対する試験後の測定試料の質量分率である。

還元性粉化性は、ＪＩＳ Ｍ ８７２０に準拠し、焼結鉱を固定層において静置状態で一酸化炭素および窒素の混合ガスを還元ガスとして用いて５５０℃で３０分間等温還元し、測定試料を１００℃以下の温度に冷却し、回転ドラムを用いて転動させた後に所定粒度の試料の質量を測定して算出した。すなわち、ＲＤＩは、試験前の測定試料に対する試験後の所定粒度の測定試料の質量分率である。

被還元性は、ＪＩＳ Ｍ ８７１３に準拠し、容器に収容して天秤に吊るした測定試料を、一酸化炭素および窒素の混合ガスを用いて９００℃で１８０分間等温還元して測定試料の質量を測定して算出した。すなわち、ＲＩは、還元前に鉄と結合していた酸素の質量に対する還元によって除去された酸素の質量の比率である。

表３に示すように、Ｎｉスラグの粒度を微粒化して０．２５ｍｍ以下の粉率が５質量％以上の本実施例であるＮｏ．１〜４は、比較例であり反応性が良好なマグドロのみを用いたＮｏ．７と比べて、ＳＩ、ＲＤＩおよびＲＩが同程度であり、歩留および生産率が向上していた。

一方、Ｎｉスラグの粒度を微粒化して０．２５ｍｍ以下の粉率が２．５質量％の比較例であるＮｏ．５は、本実施例であるＮｏ．１〜４、および、マグドロのみを用いた比較例であるＮｏ．７と比べて、歩留、生産率、ＳＩおよびＲＩは同程度であるが、ＲＤＩが４〜５％悪化していた。

また、Ｎｉスラグの粒度を微粒化して０．２５ｍｍ以下の粉率が４７．２質量％の比較例であるＮｏ．６は、本実施例であるＮｏ．１〜４およびマグドロのみを用いた比較例であるＮｏ．７と比べて、ＲＤＩおよびＲＩは同程度であるが、歩留、生産率およびＳＩが大きく低下していた。

したがって、通常であれば反応性が低いＮｉスラグのようなＭｇＯ系副原料を用いたとしても、ＭｇＯ系副原料の粒度を０．２５ｍｍ以下の粉率が５％以上４５質量％以下となるように調整することにより、歩留、生産性、強度および被還元性を低下させることなく、反応性を向上させて耐還元粉化性を向上できる。

Claims (2)

1. 鉄鉱石、副原料および固体燃料を配合して焼成する焼結鉱の製造方法であって、
   副原料は、ＭｇＯの含有量が２５質量％以上でかつ９００℃加熱後の気孔率が１０％以下であるＭｇＯ系副原料を含有し、
   このＭｇＯ系副原料は、０．２５ｍｍ以下の粉率が５質量％以上４５質量％以下となるように粒度を調整して用いる
   ことを特徴とする焼結鉱の製造方法。
2. 焼結鉱の原料におけるＭｇＯ系副原料の含有量は、０．２質量％以上であり、
   ＭｇＯ系副原料としてＮｉスラグを用いる
   ことを特徴とする請求項１記載の焼結鉱の製造方法。