JP2015014015A

JP2015014015A - 焼結鉱の製造方法

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Publication number: JP2015014015A
Application number: JP2013139578A
Authority: JP
Inventors: 松村　勝; Masaru Matsumura; 勝松村; 泰英山口; Yasuhide Yamaguchi; 応樹原; Masaki Hara; 洋一成田; Yoichi Narita
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2015-01-22
Anticipated expiration: 2033-07-03
Also published as: JP6075231B2

Abstract

【課題】マグネタイトＰＦの酸化を促進することが可能な、新規かつ改良された焼結鉱の製造方法を提供する。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、鉄鉱石と、副原料と、マグネタイトＰＦを含むマグネタイトＰＦ含有造粒物と、粉コークスおよび無煙炭の群から選ばれた一種または二種から成る第１の凝結材と、第１の凝結材よりも燃焼開始温度が低く、かつ燃焼速度が高い第２の凝結材とを含む配合原料の充填層を焼結機パレット内に形成する際に、マグネタイトＰＦ含有造粒物及び第２の凝結材を下層に偏析させることを特徴とする、焼結鉱の製造方法が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、焼結鉱の製造方法に関する。

製銑プロセスで原料となる鉄鉱石のうち、粒度が１０ｍｍ以下となる粉鉱石は粒度が小さいので、そのまま高炉に投入されると、高炉内の目詰まりの原因となる可能性がある。そこで、粉鉱石は、そのまま高炉に投入されるのではなく、その他の焼結用原料と共に焼き固められた焼結鉱として高炉に投入される。ここに、焼結用原料は、粉鉱石、ペレットフィード、塊鉱石やペレットの篩下粉、凝結材（粉コークス、無煙炭等の炭材）、副原料（石灰石、橄欖岩、蛇紋岩、珪石等の焼結鉱のＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＭｇＯ成分を調整するための原料）、造粒剤（生石灰、消石灰、有機系バインダー等）及び雑原料（スケール、雑鉱等）を含む。また、前記焼結用原料と焼結機内で循環している返鉱を所定比率で混合した原料を配合原料と呼ぶ。

ところで、近年、高品位の粉鉱石（ヘマタイト（Ｆｅ_２Ｏ_３）を多く含む粉鉱石）の供給量が低減してきたこと等に鑑み、ペレットフィード（ＰＦ）を焼結用原料として使用することが期待されている。ペレットフィードは、元来鉄分の含有量が少ない原鉱を粒度が０．１ｍｍ以下になるまで粉砕し、粉砕した原料を選鉱して鉄分を高めることで製造される精鉱である。このような精鉱の一部は焼結用原料として流通している。

特許文献１及び非特許文献１〜３には、焼結鉱の製造方法が開示されている。非特許文献１〜３に開示された焼結鉱の製造方法では、鉄鉱石の造粒物を粗大粒子とし、このような造粒物を含む焼結用原料を用いて充填層を形成する。この充填層内では、造粒物周囲の空隙率が高められるので、充填層の通気性が向上する。したがって、焼結過程（充填層を焼結する過程）において、充填層内を空気（流通ガス）が通りやすくなるので、焼結鉱の生産性等が向上することが期待される。このような焼結鉱の製造方法は、ＭＥＢＩＯＳ法とも称される。なお、非特許文献１では、ゲーサイト系鉱石であるマラマンバ鉱の造粒物を粗大粒子としている。非特許文献２、３では、ピソライト鉱（ＨＩヤンディ鉱）及びＰＦの造粒物を粗大粒子としている。造粒物中のＰＦは、ピソライト鉱の表面に存在（賦存）する。

特許文献１に開示された焼結鉱の製造方法では、このようなＭＥＢＩＯＳ法において、鉄鉱石のみならず、凝結材も粗大粒子としている。ＭＥＢＩＯＳ法では、造粒物の粒度が大きいので、造粒物全体に熱が伝わるのに時間がかかる。特許文献１は、造粒物全体により確実に熱を伝えることを目的とし、この目的を達成するために、凝結材（無煙炭）を粗大粒子とする。特許文献１に開示された焼結鉱の製造方法では、凝結材は粗大粒子となっているので、緩慢燃焼する（すなわち、時間をかけて燃焼する）。したがって、特許文献１に開示された焼結鉱の製造方法では、高温保持時間が長くなる。これにより、造粒物全体に熱をより確実に伝えることが期待される。

特開２００９−２４２４８号公報

粗大粒子を配置した焼結原料層の焼結化挙動（川口ら、鉄と鋼、Ｖｏｌ．９２（２００６）、ｐ７７９〜７８７）鉄鉱石微粒子バインダー添加造粒における鉱石特性が焼結生産性に与える影響（上城ら、材料とプロセス、２５（２０１２）、ｐ８５８）和歌山Ｎｏ．５焼結機における微粒子バインダー添加テスト（山口ら、材料とプロセス、２５（２０１２）、ｐ８５９）

とこで、従来、ペレットフィードとして、ヘマタイト系のもの（ヘマタイトＰＦ）が主流として流通していた。近年、マグネタイト系のもの（マグネタイトＰＦ）も開発されつつあり、今後、広く流通する見込みである。

マグネタイトＰＦは、マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）を主たる構成鉱物として含む。マグネタイトは焼結過程でヘマタイトへ酸化し、発熱する作用がある。焼結用原料にマグネタイトＰＦを含めることにより、マグネタイトＰＦが熱源となるので、凝結材原単位の低減が期待される。このように、今後はマグネタイトＰＦが流通することが予想され、かつ、マグネタイトＰＦによって凝結材原単位の低減が期待されることから、なるべく多くのマグネタイトＰＦを使用して焼結鉱を作製したいという要望が強くなってきている。

しかし、マグネタイトＰＦと他の焼結用原料とを単純に混合し、焼結鉱を製造しただけでは、マグネタイトＰＦが十分に酸化せず、結果として焼結鉱内のマグネタイト成分が増加してしまうことがわかった。本発明者は、流通ガス中に多量のＣＯが含まれているために、マグネタイトＰＦが十分に酸化しなかったと考えた。

すなわち、従来の焼結鉱の製造方法で使用される凝結材は、１０００℃以上の高温場でも炭素成分が残留しているため、この炭素成分が二酸化炭素と反応して一酸化炭素を生成する（Ｃ＋ＣＯ_２→２ＣＯ）。このような反応はソリューション・ロス反応と呼ばれている。したがって、従来の焼結鉱の製造方法では、流通ガス中に大量の一酸化炭素が含まれている。そして、焼結過程においてはマグネタイトの酸化よりも一酸化炭素の２次燃焼（ＣＯ＋Ｏ_２→ＣＯ_２）が優先される。したがって、マグネタイトの酸化が抑制される。

このように、マグネタイトＰＦと他の焼結用原料とを単純に混合し、焼結鉱を製造しただけでは、マグネタイトＰＦが十分に酸化しなかった。このため、凝結材の原単位低減の効果を十分に得ることができなかった。さらに、焼結鉱内のマグネタイト成分が増加してしまうため、焼結鉱の被還元性も悪化してしまっていた。すなわち、高炉内で焼結鉱を還元するのに必要なエネルギーが増加してしまっていた。したがって、焼結過程でマグネタイトＰＦの酸化を促進させることができる技術が求められていた。

これに対し、特許文献１及び非特許文献１〜３に開示された技術では、マグネタイトＰＦの使用を何ら想定していなかった。したがって、これらの技術では、マグネタイトＰＦの酸化を何ら促進することができなかった。また、特許文献１に開示された技術では、凝結材を緩慢燃焼させるので、焼結時間が延長され、ひいては生産性が低下することが懸念される。

なお、非特許文献２、３に開示されたＰＦをマグネタイトＰＦに置き換えて造粒物を作製した場合、造粒物中のマグネタイトＰＦはピソライト鉱の表面に偏在（賦存）することとなる。したがって、焼結過程においてマグネタイトＰＦと酸素を含む流通ガスとの接触が良好となるので、マグネタイトＰＦの酸化促進が期待される。

しかしながら、上述したように、従来の焼結鉱の製造方法では、流通ガス中に大量のＣＯが含まれている。したがって、マグネタイトＰＦと流通ガスとの接触が良好であったとしても、依然としてマグネタイトの酸化が抑制される。このように、単に非特許文献２、３に開示されたＰＦをマグネタイトＰＦに置き換えただけでは、マグネタイトＰＦの酸化は促進されない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、マグネタイトＰＦの酸化を促進することが可能な、新規かつ改良された焼結鉱の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、マグネタイトＰＦを造粒物とし、燃焼速度の速い炭材をこの造粒物に近接配置してＣＯガス濃度の比較的低い環境でそれを加熱・酸化させることによって、マグネタイトの酸化を促進させる。具体的には、鉄鉱石と、副原料と、マグネタイトＰＦを含むマグネタイトＰＦ含有造粒物と、粉コークスおよび無煙炭の群から選ばれた一種または二種から成る第１の凝結材と、第１の凝結材よりも燃焼開始温度が低く、かつ燃焼速度が高い第２の凝結材とを含む配合原料の充填層を焼結機パレット内に形成する際に、マグネタイトＰＦ含有造粒物に第２の凝結材を第１の凝結材より近接して配置することを特徴とする、焼結鉱の製造方法が提供される。

前記マグネタイトＰＦ含有造粒物と第２の凝結材とが近接した部位は、前記充填層の下層部であってもよい。
ここで、マグネタイトＰＦ含有造粒物及び第２の凝結材の粒度は５ｍｍ以上であれば、前記近接部位が下層部に形成される。

また、マグネタイトＰＦ含有造粒物は、ピソライト系粉鉱石と、ピソライト系粉鉱石の表面に付着したマグネタイトＰＦとを含んでいてもよい。

以上説明したように本発明によれば、充填層の下層ではマグネタイトＰＦ含有造粒物及び第２の凝結材が近接した充填層を形成するので、焼結過程でマグネタイトＰＦの酸化を促進させることができる。

本実施形態に係る焼結鉱の製造方法を実現するための焼結鉱製造システムである。焼結機パレット内に形成される充填層の一例を示す模式図である。充填層を構成する各分割層の組成と相対高さとの対応関係を示すグラフである。各分割層に含まれるフリーカーボンの存在比と相対高さとの対応関係を材料毎に示すグラフである。点火開始時刻からの時間と流通ガスの成分比との対応関係を示すグラフである。フリーカーボンの存在比と相対高さとの対応関係を造粒物（グリーンボール）の平均粒径毎に示すグラフである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．マグネタイトＰＦの酸化を促進する技術の検討＞
本発明者は、マグネタイトＰＦの酸化を促進する技術について鋭意検討し、この結果、本実施形態に係る焼結鉱の製造方法に想到した。そこで、まず、本発明者が行った検討について説明する。

上述したように、今後はマグネタイトＰＦが流通することが予想されており、さらに、マグネタイトＰＦの酸化発熱を利用することで凝結材原単位の低減も期待される。これらの事情により、なるべく多くのマグネタイトＰＦを使用して焼結鉱を作製したいという要望が強くなってきている。その一方で、マグネタイトＰＦと他の焼結用原料とを単純に混合し、焼結鉱を製造しただけでは、マグネタイトＰＦが十分に酸化しなかった。本発明者は、流通ガス中に多量の一酸化炭素が含まれているために、マグネタイトＰＦが十分に酸化しなかったと考えた。

そこで、本発明者は、流通ガス中の一酸化炭素濃度を低減する技術について鋭意検討し、この結果、従来の凝結材よりも低温で燃焼を開始し、かつ燃焼速度が速い凝結材（第２の凝結材）を使用することを見出した。このような凝結材は、高温場では炭素成分がほとんど残留していないので、上述したソリューション・ロス反応は殆ど起こらない。したがって、流通ガス中の一酸化炭素濃度が低減される。すなわち、マグネタイトＰＦと第２の凝結材を近接させることで、マグネタイトＰＦの酸化を促進できる。この時、マグネタイトＰＦと第２の凝結材とが造粒物を形成すると第２の凝結材の燃焼が阻害される。それを避けるために、マグネタイトＰＦは予め造粒物（炭材以外の原料を含んでもよい）としておく必要がある。

マグネタイトＰＦを含む造粒物と第２の凝結材とが近接した部位は、原料充填層の下層部であることが好ましい。上層部に比較して下層部は、高温保持時間が長いため、マグネタイトＰＦ造粒物が酸化する時間を長く取れるためである。

マグネタイトＰＦ造粒物と第２の凝結材とが近接した層を下層に形成する方法には、たとえば二段装入法が利用できる。さらに簡易にこれを実現するには、マグネタイトＰＦを含む造粒物および第２の凝結材の直径を５ｍｍ以上とするとよい。粗大粒子は原料装入時に原料充填層の下方に偏析するので、通常の（すなわち、二段装入を行わない）原料装入装置を使用しても、マグネタイトＰＦを含む造粒物に凝結材が近接した層を下層部に形成できる。

なお、特許文献１に開示された技術でも凝結材を粗大粒子としているが、特許文献１に開示された技術と本実施形態とでは、凝結材の燃焼特性が異なる。すなわち、本実施形態に係る凝結材は、特許文献１に開示された凝結材（すなわち従来の凝結材）よりも低温で燃焼を開始し、かつ、従来の凝結材よりも燃焼速度が高い。したがって、本実施形態では、特許文献１に開示された技術で懸念される生産性の低下はほとんど生じない。

さらに、本実施形態と特許文献１に開示された技術とでは、凝結材を大径化する目的も異なる。すなわち、本実施形態では、大径化した造粒物と凝結材とを近接させるために凝結材を大径化するのに対し、特許文献１に開示された技術では、凝結材を緩慢燃焼させるために、凝結材を大径化する。

本発明者は、これらの知見の下、本実施形態に係る焼結鉱の製造方法に想到した。以下、本実施形態に係る焼結鉱の製造方法について説明する。

＜２．焼結鉱製造システム＞
以下に、マグネタイトＰＦを含む造粒物および第２の凝結材の直径を５ｍｍ以上とした実施形態を説明する。まず、図１及び図２にもとづいて、焼結鉱製造システム１０の構成について説明する。焼結鉱製造システム１０は、本実施形態に係る焼結鉱の製造方法を実現するためのシステムであり、Ｅ−Ｐライン１０Ａと、Ｄ−Ｄライン１０Ｂと、凝結材供給ホッパ３０と、焼結機５０とを備える。Ｅ−Ｐライン１０Ａは、撹拌ミキサ２１と、パンペレタイザ２２と、混合物供給ライン２３と、グリーンボール供給ライン２４とを備える。Ｄ−Ｄライン１０Ｂは、ドラムミキサ４１と、配合原料供給ライン４２とを備える。

撹拌ミキサ２１は、マグネタイトＰＦ含有原料２０を混合することでマグネタイトＰＦ含有混合物を作製する。ここで、マグネタイトＰＦ含有原料２０は、マグネタイトＰＦ、大径粉鉱石、及びバインダを含む焼結用原料である。大径粉鉱石は、大径の粒子（例えば粒度が２ｍｍより大きい粒子）を含む粉鉱石である。大径粉鉱石としては、ヘマタイト系の粉鉱石、及びゲーサイト系の粉鉱石等が挙げられる。大径粉鉱石としては、より具体的にはマラマンバ鉱、及びピソライト鉱（ＨＩヤンディ鉱）等が挙げられる。これらのうち、ピソライト鉱が特に好ましい。ピソライト鉱はマラマンバ鉱等よりも大径の粒子を多数含むからである。

ここで、本実施形態での粒度は、例えば目開きの大きさが異なる篩を用いて測定される。例えば、目開きが２ｍｍの篩を用意し、測定対象の粉鉱石をこの篩にかける。この篩に残留した粉鉱石は、粒度が２ｍｍより大きく、篩から落ちた粉鉱石は粒度２ｍｍ以下となる。後述する実施例及び比較例では、目開きの大きさが異なる篩を用いて粒度を測定した。

マグネタイトＰＦは、マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）を主たる構成鉱物として含むＰＦである。マグネタイトＰＦの種類は特に限定されない。バインダも、焼結用原料のバインダとして使用されるものであれば特に制限されない。このようなバインダとしては、例えば生石灰及び消石灰が挙げられる。マグネタイトＰＦ含有原料２０の原料全体（マグネタイトＰＦ含有原料２０、後述する第２の凝結材７０及び汎用原料４０の全体）に対する含有比は例えば１〜２割程度であればよい。もちろん、含有比はこの値に限定されない。

なお、マグネタイトＰＦ含有原料２０には大径粉鉱石が含まれていなくてもよい。この場合、パンペレタイザ２２は、マグネタイトＰＦ及びバインダを含有するグリーンボールを作製することとなる。ただし、グリーンボール６０は大径粉鉱石を含むことが好ましい。この場合、マグネタイトＰＦはグリーンボール６０の表面に偏在するので、マグネタイトＰＦと流通ガスとの接触が良好となり、ひいては、マグネタイトＰＦの酸化がより促されるからである。また、マグネタイトＰＦ含有原料２０には、上記以外の焼結用原料、例えば副原料、雑原料、及び返鉱のいずれかを含めてもよい。撹拌ミキサ２１は、マグネタイトＰＦ含有混合物を混合物供給ライン２３に供給する。

混合物供給ライン２３は、マグネタイトＰＦ含有混合物に水を添加した後、マグネタイトＰＦ含有混合物をパンペレタイザ２２に供給する。パンペレタイザ２２は、マグネタイトＰＦ含有混合物を造粒することで、マグネタイトＰＦ含有造粒物（図２に示すグリーンボール６０）を作製する。グリーンボール６０は、大径粉鉱石、マグネタイトＰＦ、及びバインダを含む造粒物である。グリーンボール６０中のマグネタイトＰＦは、大径粉鉱石の表面に付着している。すなわち、マグネタイトＰＦは、グリーンボール６０の表面に偏在している。これにより、焼結過程においてマグネタイトＰＦと酸素を含む流通ガスとの接触が良好となる。

グリーンボール６０の平均粒径（粒度）は５ｍｍ以上が好ましく、１０ｍｍ以上がより好ましい。グリーンボール６０の平均粒径が５ｍｍ以上であれば、グリーンボール６０を含む配合原料を焼結機５０に装入するだけで、グリーンボール６０が充填層の下層に偏析されるからである。グリーンボール６０の平均粒径の上限値は特に制限はないが、例えば１５ｍｍ程度であればよい。ここで、平均粒径は、グリーンボールの粒度の算術平均値である。

なお、グリーンボール６０は大径であるので、その全体に熱が伝わるのに時間がかかる。しかし、グリーンボール６０はその表面に偏在するマグネタイトＰＦの酸化によって発熱する。すなわち、グリーンボール６０は、マグネタイトの酸化により熱補填される。したがって、グリーンボール６０を加熱するために高温ガス場からの熱伝達はほとんど必要ない。パンペレタイザ２２は、グリーンボール６０をグリーンボール供給ライン２４に供給する。グリーンボール供給ライン２４は、グリーンボール６０及び後述する第２の凝結材７０（図２参照）を配合原料供給ライン４２に供給する。

凝結材供給ホッパ３０は、図２に示す第２の凝結材７０をＥ−Ｐライン上のグリーンボール６０に投入する。具体的には、凝結材供給ホッパ３０は、グリーンボール供給ライン２４に第２の凝結材７０を供給する。第２の凝結材７０は、後述する第１の凝結材よりも低温（例えば４００〜４５０℃）で燃焼を開始し、かつ、第１の凝結材よりも燃焼速度が高い。第２の凝結材７０としては、例えばバイオマス（木材）のチャー、及び石炭のチャー等が挙げられる。第２の凝結材７０としては、より具体的には、ＰＫＳ炭等が挙げられる。また、第２の凝結材７０は、大径の凝結材であり、その粒度はグリーンボール６０と同程度であればよい。すなわち、第２の凝結材７０の粒度（平均粒径）は５ｍｍ以上であることが好ましく、１０ｍｍ以上であることがより好ましい。これにより、第２の凝結材７０は図２に示す充填層１００中でグリーンボール６０に近接する。なお、第２の凝結材７０は、後述する汎用原料と共にドラムミキサ４１に投入されてもよい。ただし、グリーンボール６０と第２の凝結材７０とを近接させるという観点からは、第２の凝結材７０は、Ｅ−Ｐライン上のグリーンボール６０に投入されることが好ましい。

ドラムミキサ４１は、２つのドラムミキサ（１次ミキサ、２次ミキサ）が連結された構造となっている。ドラムミキサ４１は、汎用原料４０に水を添加し、これらを造粒することで、図２に示す汎用原料造粒物８０を作製する。汎用原料４０は、焼結鉱の作製に汎用される焼結用原料、例えば鉄鉱石（粉鉱石）、副原料、第１の凝結材、雑原料、及び返鉱を含む。ここで、第１の凝結材は、従来から焼結鉱の作製に汎用される凝結材である。第１の凝結材としては、例えば粉コークス及び無煙炭等が挙げられる。第１の凝結材は、第２の凝結材７０よりも高温（例えば６５０℃）で燃焼を開始し、かつ、第２の凝結材７０よりも燃焼速度が低い。ドラムミキサ４１は、汎用原料造粒物８０を配合原料供給ライン４２に供給する。配合原料供給ライン４２は、グリーンボール６０、第２の凝結材７０、及び汎用原料造粒物８０からなる配合原料を焼結機５０に供給する。

焼結機５０は公知の焼結機であり、概略的には、配合原料供給ホッパ５１と、焼結ベッド５２と、点火炉５３と、ブロア５４と、破砕部５５と、成品篩５７とを備える。配合原料供給ホッパ５１は、配合原料を焼結ベッド５２上に装入することで、図２に示す充填層１００を焼結ベッド５２上に形成する。ここで、配合原料供給ホッパ５１と焼結ベッド５２との間には焼結ベッド５２側に傾斜した運搬板が設けられており、配合原料供給ホッパ５１から排出された配合原料は、この運搬板上を転がって焼結ベッド５２上に落下する。これにより、充填層１００が焼結ベッド５２上に形成される。また、充填層１００には傾斜面が形成されており、運搬板から落下した配合原料は、この斜面上に落下する。そして、配合原料は、斜面上を転がり、その粒度に応じた位置に留まる。すなわち、粒度の大きい配合原料、すなわちグリーンボール６０及び第２の凝結材７０は充填層１００の下層１２０まで転がるが、粒度の小さい汎用原料造粒物８０は充填層１００の上層１１０にとどまる。すなわち、充填層１００は、その厚さ方向で粒度偏析が生じている。

ここで、図２に基づいて、充填層１００の構成について説明する。充填層１００は、上層１１０と下層１２０とに区分される。上層１１０には、粒度が小さい原料、すなわち汎用原料造粒物８０が偏析する。一方、下層１２０には、粒度が大きい原料、すなわちグリーンボール６０、及び第２の凝結材７０が偏析する。なお、下層１２０には汎用原料造粒物８０も含まれる。上層１１０と下層１２０との厚さの比は特に制限されないが、例えば８：２となる。なお、上層１１０は、充填層１００の表面（上端面）を含む層であり、下層１２０は充填層１００の底面（下端面）を含む層である。

点火炉５３は、充填層１００の表面を点火し、ブロア５４は充填層１００内の空気（流通ガス）を下方に吸引する。これにより、充填層１００が焼結し、焼結ケーキが作製される。ここで、グリーンボール６０及び第２の凝結材７０は粗大粒子なので、下層１２０の通気性は上層１１０よりも良好となっている。さらに、マグネタイトＰＦはグリーンボール６０の表面に偏在する。したがって、マグネタイトＰＦと流通ガスとの接触は非常に良好となる。

さらに、グリーンボール６０に隣接している第２の凝結材７０は、低温で燃焼を開始し、かつ燃焼速度が高いので、下層１２０が高温となる際（下層１２０が焼結する際）にはほぼ完全に燃焼している（炭素成分がほとんど残っていない）。したがって、下層１２０が高温となる際には、流通ガス中の一酸化炭素濃度（ＣＯ／ＣＯ_２比）は非常に低くなっており、ソリューション・ロス反応は殆ど起こらない。さらに、下層１２０は上層１１０よりも高温保持時間が長い。以上により、本実施形態では、焼結過程でマグネタイトＰＦの酸化が促進される。破砕部５５は、焼結ケーキを破砕することで、焼結鉱を作製する。成品篩５７は、破砕部５５が作製した焼結鉱を成品と返鉱とに分類する。成品は高炉に供給され、返鉱は汎用原料４０の一部として再利用される。

＜３．焼結鉱の製造方法＞
次に、上述した焼結鉱製造システム１０を用いた焼結鉱の製造方法について説明する。まず、撹拌ミキサ２１は、マグネタイトＰＦ含有原料２０を混合することで、マグネタイトＰＦ含有混合物を作製する。混合物供給ライン２３は、マグネタイトＰＦ含有混合物に水を添加し、水が添加されたマグネタイトＰＦ含有混合物をパンペレタイザ２２に供給する。パンペレタイザ２２は、マグネタイトＰＦ含有混合物及び水を造粒することで、グリーンボール６０を作製する。パンペレタイザ２２は、グリーンボール６０をグリーンボール供給ライン２４に供給する。一方、凝結材供給ホッパ３０は、第２の凝結材をグリーンボール供給ライン２４に供給する。グリーンボール供給ライン２４は、グリーンボール６０及び第２の凝結材７０を配合原料供給ライン４２に供給する。

一方、ドラムミキサ４１は、汎用原料４０及び水を造粒することで汎用原料造粒物８０を作製し、配合原料供給ライン４２に供給する。配合原料供給ライン４２は、グリーンボール６０、第２の凝結材７０、及び汎用原料造粒物８０からなる配合原料を焼結機５０に供給する。配合原料供給ホッパ５１は、配合原料を焼結ベッド５２上に装入することで焼結ベッド上に充填層１００を形成する。ここで、グリーンボール６０及び第２の凝結材７０はいずれも粒度が大きいので、充填層１００の下層に偏析する。すなわち、第２の凝結材７０はグリーンボール６０に近接する。点火炉５３は、充填層１００の表面を点火する。一方、ブロア５４は充填層１００の下方から充填層１００内の空気を吸引する。これにより、充填層１００が焼結され、焼結ベッドが作製される。ここで、マグネタイトＰＦと流通ガスとの接触は良好である。さらに、下層１２０が高温となる際には、流通ガス中の一酸化炭素濃度が非常に低くなっている。さらに、下層１２０は上層１１０よりも高温保持時間が長い。したがって、焼結過程でマグネタイトＰＦの酸化が促進される。焼結ベッドは破砕部５５により破砕されることで焼結鉱となる。成品篩５７は焼結鉱を成品及び返鉱に分類し、成品は高炉に供給される。

（実施例１）
（配合原料の作製）
実施例１では、以下の処理により配合原料を作製した。マグネタイトＰＦを含むグリーンボール用原料の配合を表１に示す。まず、表１の原料を撹拌ミキサに投入し、３分間混合した。これにより、マグネタイトＰＦ含有混合物を作製した。

次に、マグネタイトＰＦ含有混合物を、マグネタイトＰＦ含有混合物の総質量に対して８．９質量％の水分を添加して、パンペレタイザに載せ、７分間造粒して、グリーンボールを作製した。このグリーンボールは、粒度１０ｍｍ超過１２．５ｍｍ以下の粒子をグリーンボール総質量の８５質量％含んでいた。

一方、汎用原料として粉鉱石、石灰石（副原料）、粉コークス、雑原料、及び返鉱をドラムミキサに投入し、これらを４分間混合した。ついで、ドラムミキサに水を添加し（添加量は汎用原料の総質量に対して６．８質量％）、さらにこれらを４分間混合した。これにより汎用原料造粒物を作製した。
ついで、前記汎用原料造粒物、前記グリーンボール、及びＰＫＳ炭（第２の凝結材。粒度５ｍｍ超過１０ｍｍ以下）をドラムミキサに投入し、これらを１５秒間混合した。これにより、配合原料を作製した。なお、この処理は図１に示す配合原料供給ライン４２が配合原料を焼結機５０に供給する（移送する）処理に相当する。すなわち、焼結鉱製造システム１０は、配合原料を積極的に混合していないが、配合原料は配合原料供給ライン４２を移送される際に自然に混合される。実施例１では、配合原料の自然な混合をドラムミキサによる短時間の撹拌（１５秒の撹拌）により再現した。表２に配合原料の組成を示す。

表２中、「鉄鉱石、石灰石他」は、粉鉱石、石灰石、雑原料、及び返鉱を意味する。また、配合原料の水の含有比は配合原料（汎用原料造粒物、グリーンボール、及びＰＫＳ炭）の総質量に対して７．３質量％であった。

ついで、焼結機５０の配合原料供給ホッパ５１から焼結ベッド５２までの構造を再現した装入装置を用意し、この装入装置に配合原料を投入した。これにより、焼結機５０内で形成される充填層を再現した。ついで、この充填層を厚さ方向に等間隔で５分割して各分割層から配合原料を取り出した。取り出した配合原料は、層厚５００ｍｍ、総量が６５ｋｇとなるように、各層を順に鍋に装入した。尚、各層の残試料から分析用の試料を採取した。

（配合原料の分析）
ついで、分割層から採取した配合原料を用いて、各分割層の配合原料の構成を分析した。具体的には、各分割層の配合原料からＰＫＳ炭、グリーンボールを分類した。分類は目視によった。これらの配合原料は粒形に特徴があるので、目視による分類が可能である。その結果を図３に示す。

図３中、横軸は各分割層の構成の存在率を各分割層の配合原料の総質量に対する質量％で示す。縦軸は各分割層の相対高さを示す。相対高さは、充填層の下端面から各分割層の厚さ方向の中心面までの距離を充填層の総厚さで除算した値である。図３からも明らかな通り、ＰＫＳ炭及びグリーンボール（ＧＢ）は下層に偏析した。すなわち、相対高さ０．６未満の領域からこれらの存在率が上昇し、０．５未満の領域でこれらの存在率が特に高くなった。最下層の分割層では、グリーンボール：汎用原料は大凡４０：６０（質量％）となる。反対に、その他の配合原料（汎用原料）は充填層の上層に偏析した。

また、各分割層に含まれる炭材の構成（ＰＫＳ由来と粉コークス由来）も調査した。具体的には、ＰＫＳ炭に含まれるフリーカーボンの質量％（ＰＫＳ炭の総質量に対する質量％）と、粉コークスに含まれるフリーカーボンの質量％（粉コークスの総質量に対する質量％）とを燃焼法により測定した。ついで、これらの測定値と、各分割層におけるＰＫＳ炭の質量比率（図３に示した数値）及び各分割層における全フリーカーボンの分析値から、各分割層における粉コークス由来のフリーカーボンの存在率を推定した。

調査結果を図４に示す。図４の横軸は各分割層におけるＰＫＳ炭由来、粉コークス由来および全フリーカーボンの存在率（分割層の配合原料の総質量に対する重量％）を示し、縦軸は各分割層の相対高さを示す。全フリーカーボンの存在率は、ＰＫＳ炭由来のフリーカーボンの存在率と粉コークス由来のフリーカーボンの存在率との合計になる。図４からも明らかな通り、ＰＫＳ炭由来のフリーカーボンは相対高さ０．８未満の領域で存在率が上昇した。そして、相対高さ０．５未満の領域では、ＰＫＳ炭由来のフリーカーボンの存在率と粉コークス由来のフリーカーボンの存在率とが逆転した。

また、最表層の配合原料の総質量に対するＦｅＯ質量％（滴定法により測定した二価鉄のＦｅＯ換算値）と、最下層の配合原料の総質量に対するＦｅＯ質量％とを測定した結果を表３に示す。

（鍋試験）
次いで、５０ｋｇ鍋試験装置の試験鍋（内径３００ｍｍ、高さ６６０ｍｍ）に床敷鉱を投入した。床敷鉱の高さは２０ｍｍとした。次いで、分割層の配合原料を、最下層を構成する分割層から１層ずつ順次試験鍋に投入した。これにより、試験鍋中に充填層を再現した。充填層の高さは４８５ｍｍであった。

次いで、充填層の表面を１．５分点火した。その後、吸引負圧１３ｋＰａで焼成を行った。これにより、焼結ケーキを作製した。また、焼結中に試験鍋下方から排出された流通ガスの成分を分析した。ＣＯ，ＣＯ_２の分析には赤外線分析計を、酸素の分析には磁気式分析計を用いた。

測定結果を図５に示す。横軸は点火開始時刻からの時間を示し、縦軸は各成分の体積％（流通ガスの総体積に対する体積％）を示す。図５によれば、点火開始から１０分程度経過した時点から一酸化炭素濃度が低下した。一方、燃焼前面（燃焼帯（溶融帯）の下端面）が試験鍋の下端面に到達するまでに２０分かかった。燃焼前面の降下速度が一定であると仮定すると、点火開始から１０分程度経過した時点は、燃焼前面が相対高さ０．５％に到達した時点である。相対高さ０．５％では、ＰＫＳ炭由来のフリーカーボンの存在率が粉コークス由来のフリーカーボンの存在率よりも高くなる。したがって、点火開始から１０分程度経過した時点からＰＫＳ炭の燃焼による影響が顕著となり、結果として、一酸化炭素濃度が低下したと推測される。

ついで、焼結ケーキを２ｍの高さから５回落下させた後、粒度が５ｍｍ以上の焼結鉱を成品として篩分けした。また、成品からグリーンボール由来の焼結鉱と、汎用原料由来の焼結鉱を採取した。具体的には、最表層の分割層から得られた焼結鉱を汎用原料由来の焼結鉱とし、最下層の分割層から得られた焼結鉱をＧＢ由来の焼結鉱とした。そして、これらの焼結鉱に含まれるＦｅＯを滴定法により測定した。なお、汎用原料由来の焼結鉱については粒度が１９ｍｍ超過２１ｍｍ以下の粒子を測定対象とした。測定結果を表３に示す。

表３中、「焼成後ＦｅＯ」は焼結鉱中の二価鉄の質量％（焼結鉱の総質量に対する質量％）を示し、「焼成前ＦｅＯ」は配合原料中の二価鉄の質量％（配合原料の総質量に対する質量％）を示す。表３からも明らかな通り、ＧＢ由来の焼結鉱は、元の配合原料に対して二価鉄の質量％が大きく低減している。したがって、ＧＢを含有する分割層では、マグネタイトＰＦの酸化が促進されたことがわかった。一方、汎用原料由来の焼結鉱は、元の配合原料よりも二価鉄の質量％がかえって増加している。一般の焼結過程では、この程度のＦｅＯの上昇が通常認められ、この理由としては、ヘマタイトが焼結過程でマグネタイトに変態したことが考えられている。

また、焼結ケーキ全体に関して、成品中の二価鉄の質量％、被還元性ＲＩ、還元粉化指数ＲＤＩ、及びタンブラー強度ＴＩを測定した。成品中の二価鉄の質量％は、ＦｅＯ換算値であり、焼結ケーキ全体に対する成品中の二価鉄の質量％を示す。

被還元性ＲＩは、ＪＩＳＭ８７１３に準じて測定された。具体的には、１９．０ｍｍ超過２２．４ｍｍ以下にふるい分けられた５００ｇの成品を、９００℃のもとで還元ガス（ＣＯ：３０体積％、Ｎ２：７０体積％）により１８０分間還元した。そして、還元前の被還元酸素量に対する還元酸素量の割合を測定し、これを被還元性とした。

また、耐還元粉化指数ＲＤＩは、ＪＩＳＭ８７２０に準じて測定された。具体的には、１６．０ｍｍ超過２０ｍｍ以下にふるい分けられた５００ｇの成品を、５５０℃のもとで還元ガス（ＣＯ：３０体積％、Ｎ２：７０体積％）により３０分間還元した。そして、還元後の成品を回転ドラムに充填し、９００回転させた後、２．８３ｍｍ以下の粒度を有する焼結鉱と他の焼結鉱とにふるい分けた。そして、２．８３ｍｍ以下の粒度を有する焼結鉱の総質量（５００ｇ）に対する割合を耐還元粉化指数とした。

タンブラー強度ＴＩは、ＪＩＳＭ８７１２に準拠し、成品を回転ドラム内で回転させて、目開き６．３ｍｍの篩で篩い分け、試験に供された成品の総質量と、試験後の＋６．３ｍｍ（６．３ｍｍ超過）の成品の総質量の比から求めた。測定結果を表４に示す。表４の評価については後述する。

（実施例２）
実施例２では、「Ｕ−Ｔａｃｃｏｎｃ．」及び生石灰のみでグリーンボールを作製し、「ＨＩヤンディ」は汎用原料と共にドラムミキサに投入した。これら以外の処理は実施例１と同様とした。すなわち、実施例２では、グリーンボールを構成する鉄鉱石を全てマグネタイトＰＦとした。この結果を表４に示す。

（比較例）
比較例では、表１、２に示すすべての配合原料のうち、ＰＫＳ炭を除く配合原料を一括してドラムミキサに投入した。そして、これらの配合原料を４分間混合し、水を添加した後さらに４分混合することで、比較例造粒物を作製した。水の添加量は配合原料の総質量に対して７．３質量％とした。それ以外の処理は実施例１と同様の処理を行った。この結果を表４に示す。

表４によれば、実施例１、２では、比較例と同等のＲＤＩが維持されており、かつ、成品中の二価鉄が比較例よりも明らかに減少している。さらに、実施例１、２では、ＲＩも向上している。したがって、実施例１、２では、焼結過程でマグネタイトＰＦの酸化が促進されていることが明らかとなった。さらに、実施例１、２では、ＴＩも向上している。この理由として、焼結過程でマグネタイトＰＦの酸化が促進された結果、より多くの熱量によって配合原料が焼き固められたことが考えられる。したがって、実施例１、２では、この点においても、焼結過程でマグネタイトＰＦの酸化が促進されていることが明らかとなった。また、グリーンボールを大径粉鉱石及びマグネタイトＰＦで作製した場合、グリーンボールをマグネタイトＰＦで作製した場合のいずれにおいても、マグネタイトＰＦの酸化が促進されることもわかった。また、実施例１は実施例２よりも良好な結果が得られていることから、グリーンボールは大径粉鉱石及びマグネタイトＰＦで作製することが好ましいこともわかった。

（実施例３）
実施例１のグリーンボール作製処理において、水の添加量及び撹拌時間を調整することで、粒度３ｍｍ超過５ｍｍ以下のグリーンボールがグリーンボール総質量の８５質量％を占めるグリーンボールを作製した。同様に、粒度５ｍｍ超過１０ｍｍ以下のグリーンボールがグリーンボール総質量の８５質量％を占めるグリーンボールを作製した。そして、これらのグリーンボールを含む配合原料を実施例１と同様の処理により作製し、配合原料の分析を行った。その結果を図６に示す。

図６中、「ＧＢ平均粒径３ｍｍ」は粒度３ｍｍ超過５ｍｍ以下のグリーンボールがグリーンボール総質量８５質量％を占めるグリーンボールを示す。「ＧＢ平均粒径５ｍｍ」は粒度５ｍｍ超過１０ｍｍ以下のグリーンボールがグリーンボール総質量の８５質量％を占めるグリーンボールを示す。「ＧＢ平均粒径１１ｍｍ」は実施例１のグリーンボールを示す。図６によれば、グリーンボールの平均粒径が５ｍｍ以上となる場合に、グリーンボールが下層に偏析することがわかった。なお、平均粒径が５ｍｍ未満となる場合、例えばグリーンボール及び第２の凝結材を焼結機５０の焼結ベッド５２上に充填し、ついで、汎用原料をグリーンボール及び第２の凝結材の上方に充填すればよい。すなわち、いわゆる２段階装入を行えばよい。

以上により、本実施形態によれば、グリーンボール６０及び第２の凝結材７０が下層に偏析された充填層１００を形成することができるので、焼結過程でマグネタイトＰＦの酸化を促進させることができる。

さらに、本実施形態では、グリーンボール６０の粒度（平均粒径）が５ｍｍ以上となるので、グリーンボール６０が自然に下層に偏析する。

さらに、本実施形態では、グリーンボール６０は、ピソライト系粉鉱石と、ピソライト系粉鉱石の表面に付着したマグネタイトＰＦとを含むので、マグネタイトＰＦの酸化をさらに促進させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、マグネタイトＰＦ含有造粒物を粗大粒子（粒度５ｍｍ以上の粒子）としたが、マグネタイトＰＦ含有造粒物は粒度５ｍｍ未満の小径粒子であってもよい。ただし、この場合、マグネタイトＰＦ含有造粒物を含む配合原料を焼結機５０に投入しただけではマグネタイトＰＦ造粒物は充填層の下層に偏析されない。そこで、この場合には、マグネタイトＰＦ含有造粒物及び第２の凝結材を焼結機５０の焼結ベッド５２上に充填し、ついで、汎用原料をマグネタイトＰＦ含有造粒物及び第２の凝結材の上方に充填すればよい。すなわち、いわゆる２段階装入を行えばよい。また、マグネタイトＰＦ含有造粒物が粒度５ｍｍ未満となる場合、第２の凝結材を大径化させる必要はない。すなわち、マグネタイトＰＦ含有造粒物は粒度５ｍｍ未満となる場合、第２の凝結材の粒度も５ｍｍ未満としてよい。

また、上述したように、マグネタイトＰＦ含有造粒物及び第２の凝結材は充填層の下層に偏析されることが好ましいが、上層に偏析されてもよい。マグネタイトＰＦ含有造粒物及び第２の凝結材を上層に偏析させる方法は、例えば２段階装入法が挙げられる。すなわち、まず、汎用原料を焼結機５０の焼結ベッド５２上に形成し、その上方にマグネタイトＰＦ含有造粒物及び第２の凝結材を充填すればよい。この方法によれば、マグネタイトＰＦ含有造粒物及び第２の凝結材の粒度によらず、マグネタイトＰＦ含有造粒物及び第２の凝結材を充填層の上層に偏析させることができる。

１０焼結鉱製造システム
１０ＡＥ−Ｐライン
１０ＢＤ−Ｄライン
２０マグネタイトＰＦ含有原料
２１撹拌ミキサ
２２パンペレタイザ
２３混合物供給ライン
２４グリーンボール供給ライン
３０凝結材供給ホッパ
４０汎用原料
４１ドラムミキサ
４２配合原料供給ライン
５０焼結機

Claims

鉄鉱石と、副原料と、マグネタイトＰＦを含むマグネタイトＰＦ含有造粒物と、粉コークスおよび無煙炭の群から選ばれた一種または二種から成る第１の凝結材と、前記第１の凝結材よりも燃焼開始温度が低く、かつ燃焼速度が高い第２の凝結材とを含む配合原料の充填層を焼結機パレット内に形成する際に、前記マグネタイトＰＦ含有造粒物に前記第２の凝結材を前記第１の凝結材より近接して配置することを特徴とする、焼結鉱の製造方法。
前記マグネタイトＰＦ含有造粒物に前記第２の凝結材を前記第１の凝結材より近接して配置する部位が、前記充填層の下層部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。
前記マグネタイトＰＦ含有造粒物及び前記第２の凝結材の粒度は５ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項２記載の焼結鉱の製造方法。
前記マグネタイトＰＦ含有造粒物は、ピソライト系粉鉱石と、前記ピソライト系粉鉱石の表面に付着したマグネタイトＰＦとを含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の焼結鉱の製造方法。