JP2015206072A

JP2015206072A - 焼結原料配合方法

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Publication number: JP2015206072A
Application number: JP2014086767A
Authority: JP
Inventors: 裕二藤岡; Yuji Fujioka; 洋子寺川; Yoko Terakawa; 潤岡崎; Jun Okazaki; 隆折本; Takashi Orimoto
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-04-18
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2034-04-18
Also published as: JP6331639B2

Abstract

【課題】鉱山で採掘・選鉱する際に大量に発生する粉鉱石を多量に配合して混合、造粒し、その後、焼成して塊成化する焼結鉱の製造方法に関し、特に、造粒後の擬似粒子の強度を高めるとともに、焼成時の通気性を改善することにより、焼結鉱の生産性を向上させ、高炉で使用する際の耐還元粉化性等の品質に優れた焼結鉱を製造するための焼結鉱の製造方法を提供する。【解決手段】鉄鉱石など焼結配合原料が含有する水中でふるい分けを行った際に分離される粒径が２０μｍ以下の微粒子量のうち、固体燃料を除く成分が配合原料に対して質量比で１０％以上となるように配合することにより、造粒で得られる擬似粒子の強度を向上させ、焼結時の生産性および成品歩留を向上させる。【選択図】図１

Description

本発明は、鉱山で採掘・選鉱する際に大量に発生する粉鉱石を多量に配合して混合、造粒し、その後、焼成して塊成化する焼結鉱の製造方法に関し、特に、造粒後の擬似粒子の強度を高めるとともに、焼成時の通気性を改善することにより、焼結鉱の生産性および成品歩留を向上させ、高炉で使用する際の耐還元粉化性等の品質に優れた焼結鉱を製造するための焼結鉱の製造方法に関する。

高炉製鉄法の主原料として使用される焼結鉱は、鉱山で採掘・選鉱する際に大量に発生する粒径が約１０ｍｍ以下の粉鉱石（粗粒鉱粉；シンターフィード）を主原料に、製鉄プロセスで発生する製鉄ダスト、焼結反応に必要とされる副原料として、焼結鉱の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ含有量が目標とするレベルになるように添加する石灰石、珪石、ドロマイト、蛇紋岩等の副原料、および、燃料としてコークス粉、無煙炭等の炭材を配合して、適量の水分を加えて混合、造粒したものを焼結して製造されている。粉鉱石に副原料および炭材等を配合して、適量の水分を加えて混合・造粒したものは擬似粒子と呼ばれ、一般的に粒径約０．２ｍｍ以下の粉粒子が粒径１〜３ｍｍの核粒子に付着している粒子である。乾燥した擬似粒子の平均粒径は、２〜３ｍｍ程度である。

焼結工程は、この擬似粒子をドワイトロイド式焼結機に装入して、点火炉内でバーナーにより原料充填ベッド表層の炭材に点火し、下方に向けて空気を吸引することによって炭材の燃焼を促進させ、燃焼点を上方から下方に移動させながら擬似粒子を加熱焼成する工程である（非特許文献１、参照）。

焼結工程は、下方に向けて空気を吸引することから、原料充填ベッド内に微粉が多いと目詰まりを起こす等して通気が悪くなり、炭材の燃焼速度が遅くなって、焼結鉱の生産効率が低下するという問題がある。そこで、焼結原料に良好な造粒性を与え、原料充填ベッド内に微粉量を低減するために、焼結原料に粘結剤や分散剤を添加する方法が検討されている。良好な造粒性とは、粒径が小さい擬似粒子量が少ないことであり、例えば、擬似粒子の乾燥粒度で粒径が０．２５ｍｍ未満の擬似粒子の占める割合が配合原料全体に対して１０ｍａｓｓ％以下となることである。

焼結鉱の生産性、成品および品質の向上の点から、焼結用原料を造粒して得られる擬似粒子が具備すべき基本要件としては、以下の三つが挙げられる。
（１）核粒子に対する粉粒子の付着量が多いこと。
（２）焼結パレットに装入時に擬似粒子が崩壊しないこと。
（３）焼結過程、特に乾燥帯および湿潤帯においても粒子が崩壊せずに通気性を確保できること。

従来の焼結原料の造粒性を向上させる方法としては、焼結原料に粘結剤としてベントナイト、リグニン亜硫酸塩（廃パルプ液）、デンプン、コーンスターチ、ゼラチン、ショ糖、糖蜜、水ガラス、セメント、廃トナー等を添加して造粒する方法（特許文献１、２、参照）や分散剤を添加して造粒する方法等（特許文献３〜５、参照）が知られており、その際の擬似粒子化の改善等が検討されている。

特許文献１には、粘結剤として廃トナーを添加する方法が開示されているが、有機系高分子化合物を粘結剤として利用する方法は、製造コストが高くなるという問題があり、廃トナーを添加する方法では、顔料などの不要成分が含まれるなどの問題があった。

特許文献２には、粘結剤としてスターチ、天然および合成ゴム、植物糖およびシロップ、デクストリン等のスターチゴム、糖蜜などの、精糖所からの副産物および廃棄物、動物性および植物性にかわ、ゼラチン、高分子電解質などの合成ポリマー、ポリエチレングリコール、ポリビニールアセテート、ポリビニルアルコールのような物質、ワックスのうちの１又は複数種を添加する方法が開示されているが、これらも製造コストが高くなるという問題があった。

特許文献３には特定濃度の分散剤および／または特定濃度の界面活性剤を含有する水を用いた焼結原料の前処理方法が記載されており、分散剤としてはマレイン酸系重合体、スチレンスルホン酸系重合体等が記載されている。

特許文献３には、分散剤として平均分子量２０００〜２００００のアクリル酸系重合体、マレイン酸系重合体、スチレンスルホン酸系重合体を含有する水を用いた焼結原料の前処理方法が記載されている。

特許文献４には、スルホン酸基（−ＳＯ₃Ｈ）、−ＳＯ₃Ｍで表わされる塩（Ｍはアルカリ金属、アルカリ土類金属）、硫酸エステル基（−ＯＳＯ₃Ｈ）、−ＯＳＯ₃Ｍで表わされる塩（Ｍはアルカリ金属、アルカリ土類金属）から選ばれる少なくとも１種を分子構造中に含む低分子界面活性剤であって分子量が３２０〜４５０のものを含有する水を用いた焼結原料の前処理方法が記載されている。

これらの分散剤（界面活性剤）は合成高分子であり、高価なことから、焼結原料の製造コストが高くなるという問題があった。また、これらの分散剤（界面活性剤）の効果は原料の粒度だけでなく、成分（鉱物相）の影響を受けるという問題があった。さらに、焼結工程では充填ベッド表層中の炭材に点火し、下方に向けて空気を吸引しながら焼結を行うため、原料造粒時に添加された水分は炭材が燃焼している燃焼帯の下部に凝縮し、湿潤帯が形成されるが、分散剤を使うと湿潤帯において分散剤が機能し、擬似粒子の強度が維持できないという問題があった。

特開２００３−１４７４４６号公報特表平５−９６０１号公報特開昭５９−５０１２９号公報特開２００４−０７６１３７号公報特開２０１３−１７０３０７号公報特開２０１０−９６５９２号公報

ふぇらむ，Ｖｏｌ．１（１９９６）Ｎｏ．１０，ｐｐ３４−４０粘土ハンドブック第二版，ｐ３，技報堂出版（１９９４）ＪＩＳＭ８７０６：鉄鉱石及び還元鉄−ふるい分けによる粒度分布の測定方法坂本登、他４名、「高炉用新塊成鉱の製造条件に関する基礎検討および品質の評価」、鉄と鋼、社団法人日本鉄鋼協会、第７３年（１９８７）第１１号、ｐ６２ＪＩＳＭ８２１２鉄鉱石中―全鉄定量方法ＪＩＳＭ８２１２鉄鉱石中の酸化第一鉄定量方法

本発明は、上記従来技術の現状を鑑みて、鉄鉱石など焼結配合原料が含有する水中でふるい分けを行った際に分離される粒径が２０μｍ以下の微粒子を焼結原料の造粒時に有効に利用するための鉄鉱石の配合を行うことにより、造粒で得られる擬似粒子の強度を向上させ、焼結時の生産性および成品歩留を向上させると共に品質に優れた焼結鉱を製造するための焼結鉱の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
（１）鉄含有主原料と、焼結反応に必要とされる副原料と、熱源として固体燃料を混合した焼結配合原料に水を加えて混練・造粒する焼結原料の事前処理方法において、前記焼結配合原料を水中でふるい分けを行った際に分離される粒径が２０μｍ以下の微粒子量のうち、固体燃料以外の成分量が前記焼結配合原料に対して質量比で１０％以上となるように配合することを特徴とする焼結原料の配合方法。
（２）前記焼結配合原料のうち前記鉄含有主原料と前記副原料を水中でふるい分けを行った際に分離される粒径が２０μｍ以下の微粒子の総質量に対するゲーサイト｛ＦｅＯ(ＯＨ)｝の量が質量比で２０％以上となるように配合原料および配合質量比を選択することを特徴とする（１）に記載の焼結原料の配合方法。
（３）前記鉄含有主原料と前記副原料を水中でふるい分けを行った際に分離される２０μｍ以下の微粒子の化学分析を行ってＡｌ含有量（Ｔ．Ａｌ）を求め、さらに熱重量測定を行って１１０℃±５℃から３８０℃±１０℃の温度範囲において観測される質量減少率と、３８０℃±１０℃から５９０℃±１０℃の温度範囲において観測される質量減少率を測定し、３８０℃±１０℃から５９０℃±１０℃の温度範囲において観測される質量減少率をカオリン｛Ａｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₅ (ＯＨ)₄｝の脱水による質量減少率として、脱水量からカオリン量Ｗ_KAOを算出し、元素分析から求められたＴ．Ａｌから前記カオリンを構成するＡｌ量を減じた残りのＡｌ量をギブサイト｛Ａｌ(ＯＨ)₃｝を構成するＡｌとしてギブサイト量Ｗ_GIBを算出し、熱重量測定における１１０℃±５℃から３８０℃±１０℃の温度範囲において観測される質量減少率から、前記ギブサイトの脱水による質量減少率を減じた質量減少率をゲーサイト｛ＦｅＯ(ＯＨ)｝の脱水による質量減少率としてゲーサイト量Ｗ_GOEを算出し、前記ゲーサイト量Ｗ_GOEに基づいて、前記鉄含有主原料の配合質量比を決定することを特徴とする（２）に記載の焼結原料の配合方法。
（４）前記Ｗ_KAO（ｍａｓｓ％）、Ｗ_GIB（ｍａｓｓ％）、Ｗ_GOE（ｍａｓｓ％）は、下記（１）式、（２）式および（３）式に基づいて算出することを特徴とする（３）に記載の焼結原料の配合方法。
Ｗ_KAO＝ΔＴＧ_380-590／ｋ₁ ・・・（１）
Ｗ_GIB＝｛Ｔ．Ａｌ−（Ｗ_KAO×ｋ₂）｝×ｋ₃ ・・・（２）
Ｗ_GOE＝｛ΔＴＧ_110-380−（Ｗ_GIB×ｋ₄）｝／ｋ₅ ・・・（３）
ただし、上記ΔＴＧ_380-590およびΔＴＧ_110-380は、熱重量測定における３８０℃±１０℃から５９０℃±１０℃、および１１０℃±５℃から３８０℃±１０℃の各温度範囲において観測される質量減少率（ｍａｓｓ％）、Ｔ．Ａｌは、元素分析によって予め測定しておいたＡｌ含有率（ｍａｓｓ％）を示す。
なお、上記（１）〜（３）式に用いたｋ₁からｋ₅の係数は、以下の式量の計算から求められる。
ｋ₁：２Ｈ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₅ (ＯＨ)₄≒０．１３９５７
ｋ₂：２Ａｌ／Ａｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₅ (ＯＨ)₄≒０．２０９０３
ｋ₃：Ａｌ(ＯＨ)₃／Ａｌ≒２．８９１
ｋ₄：３Ｈ₂Ｏ／２Ａｌ(ＯＨ)₃≒０．１１５４８
ｋ₅：Ｈ₂Ｏ／２ＦｅＯ(ＯＨ)≒０．１０１３８

本発明によれば、
１）粘結剤を使用せずに核粒子に対する粉粒子の付着量を増加させ、粒径が０．２５ｍｍ未満の擬似粒子量を１０ｍａｓｓ％以下に低減できる。
２）分散剤を使用しないため、湿潤帯における擬似粒子の強度を維持できる。

以上により、焼結ベッド内の微粉量を減少し、湿潤帯における擬似粒子の強度を維持することによって、焼成時の通気性を改善し、焼結鉱の生産性を向上することは、工業的に非常に有用である。

擬似粒子の構造を模式的に示した図である。（ａ）は配合原料に水を添加して造粒した擬似粒子の乾燥粒度分布である。（ｂ）は（ａ）の配合原料の１６ｍａｓｓ％を占める粉鉱石Ａを予め粉砕して配合し、水を添加して造粒した擬似粒子の乾燥粒度分布である。

以下に本発明の詳細を説明する。

鉄鉱石等の鉱物は、粒径によって水を保持する能力が異なる。国際土壌学会では、土壌を構成する鉱物の粒径が２μｍ以下を粘土、２〜２０μｍをシルト、２０〜２００μｍを細砂、２００〜２０００μｍ（０．２〜２ｍｍ）を粗砂、２ｍｍ以上を礫に分類している（非特許文献２、参照）。ここで言う粒径は、湿式ふるい分け（非特許文献３、参照）等、水中で測定した粒径（真粒度）である。

水との相互作用については、礫は水をほとんど保持せず、粗砂と細砂は毛管力によって孔隙内に水を保持し、シルトは水を含むと凝集して土塊を形成するとされている。粘土はコロイド的性格、すなわち水の中に分散する性質があり、適度な水分で粘性や可塑性を示す。礫同士は水を介しても付かないが、粗砂と細砂は、粒子間に水があると粒子同士が付き、ある程度形が維持される。ただし、乾燥して粒子間の水が無くなると、粒子はバラバラになる。一方、シルトは乾燥してもある程度凝集した形が維持され、粘土の場合は、湿った状態の形が乾燥してもそのまま残る。すなわち、粒径が２０μｍ以上の粒子だけでは粒子の凝集構造を維持できないが、粒子間の空隙を２０μｍ以下の微粒子が埋めると、乾燥しても凝集構造を維持できる強度が発現する。本発明は、このような２０μｍ以下の微粒子の凝集作用を利用することに着想したものである。

焼結鉱製造の鉄含有主原料である粉鉱石、および石灰石、ドロマイト、珪石、蛇紋岩等の焼結反応に必要とされる副原料は、各々粒度分布を持っており、粒子の表面に細かい微粉がまぶり付いている。粒径が２０μｍ以下の微粒子は、通常凝集しやすいために見掛けの粒径は２０μｍ以上となり、乾式でふるい分けても２０μｍはほとんどふるい分けられない。しかし、湿式でふるい分けると、２０μｍ以下の微粒子も大量にある水の中に分散するため、ふるい分けることができる。このような２０μｍ以下の微粒子の凝集性を利用すれば、焼結用配合原料の造粒性を良好にすることができる。

図１（ａ）は、２０μｍ以下の微粒子量が配合原料の２０ｍａｓｓ％の時の擬似粒子、図１（ｂ）は、微粒子量が配合原料の５ｍａｓｓ％の時の擬似粒子を模式的に示したものである。微粒子量が配合原料の２０ｍａｓｓ％の時は、図１（ａ）に示すように、微粒子４の凝集作用によって、核粒子１の回りに粒径が細砂に相当する粉粒子３が取り込まれ、厚い付着粉層２が形成される。一方、微粒子量が５ｍａｓｓ％と少ないと、図１（ｂ）に示すように、核粒子１のまわりの付着粉層２に取り込まれる粉粒子３の量が少なくなり、また、核粒子に取り込まれなかった粉粒子が、粒径が小さい擬似粒子５のようになり、擬似粒子の平均粒径を小さくし、通気を低下させる。

図２（ａ）は、水中でふるい分けを行った際に分離される粒径が２０μｍ以下の微粒子量が１９ｍａｓｓ％である粉鉱石Ａを、粉鉱石Ａの割合が１６ｍａｓｓ％となるように配合した原料に、水を添加して造粒した擬似粒子の乾燥粒度分布を示す。この配合原料全体を水中でふるい分けを行った際に分離される粒径が２０μｍ以下の固体燃料以外の微粒子量は８．５ｍａｓｓ％であった。図２（ｂ）は、粉鉱石Ａを予め粉砕して配合し、水を添加して造粒した擬似粒子の乾燥粒度分布である。ここで、粉砕後の粉鉱石Ａは、水中でふるい分けを行った際に分離される粒径が２０μｍ以下の微粒子量が４３ｍａｓｓ％で、配合原料全体の２０μｍ以下の固体燃料以外の微粒子量は１２．４ｍａｓｓ％あった。配合原料をそのまま造粒した図２（ａ）の平均粒径は２．６ｍｍ、０．２５ｍｍ以下の微粉量は１３ｍａｓｓ％であるが、粉鉱石Ａを予め粉砕して同じく１６ｍａｓｓ％配合した図２（ｂ）の平均粒径は３．０ｍｍ、０．２５ｍｍ以下の微粉量は７ｍａｓｓ％である。配合原料中の微粒子量が増加すると、明らかに擬似粒子の付着粉層が厚くなり、擬似粒子乾燥粒度の０．２５ｍｍ以下の微粉量を１０ｍａｓｓ％以下にすることができる。

表１に各種鉄鉱石を湿式でふるい分けて２０μｍ以下と２０〜６３μｍに整粒し、直径１ｃｍのペレットに成形したものの圧潰強度を示す。ペレットは、湿式で整粒した鉄鉱石を一旦乾燥し、改めて適度な水を加えてペレットに成形した。成形したペレットは、１０５℃で１２時間乾燥した後に室温まで冷却し、圧潰強度を測定した。また、整粒して乾燥した鉄鉱石の一部は、化学分析と熱分析を行って、ゲーサイト量とヘマタイト量を算出した。ゲーサイト量は後述の（１）〜（３）式に基づいて算出した。ヘマタイト量は、ＪＩＳＭ８２１２（非特許文献５、参照）およびＪＩＳＭ８２１３（非特許文献６、参照）によって鉄鉱石中の全鉄量（Ｔ．Ｆｅ）と酸化第一鉄量（ＦｅＯ）を分析し、ＦｅＯをマグネタイトに換算して、Ｔ．Ｆｅからマグネタイトとゲーサイトを構成するＦｅを減算し、残りのＦｅをヘマタイトを構成するＦｅとしてヘマタイト量を算出した。

表１からわかるように、何れの鉄鉱石においても、２０〜６３μｍは適度な水を加えるとペレットに成形できるが、１０５℃で１２時間乾燥するとペレット形状が維持できなくなり、圧潰強度を測定することができなかった。２０μｍ以下の微粒子だけで成形したものは、乾燥後もペレット形状が維持でき、圧潰強度を測定できた。２０μｍ以下の微粒子ペレットの圧潰強度は、微粒子中のゲーサイト量が２０ｍａｓｓ％以下では変わらないが、２０ｍａｓｓ％を超えると、ゲーサイト量が増えるに従って強くなった。ゲーサイトは、水酸基（‐ＯＨ）を持つことから水との親和性が高く、水を含んだ時の粘性がヘマタイトより強いために、同じ微粒子でもヘマタイトより乾燥後の圧潰強度が強くなるものと思われる。

次に、鉄鉱石ＡとＩの２０μｍ以下と２０〜６３μｍの粒子を混合してペレットを成形し、圧潰強度を測定した。このペレットは、図１の付着粉層２に相当する。

ペレットの成形方法および圧潰強度の測定方法は、表１に示した各鉱石の２０μｍ以下と２０〜６３μｍの粒子のペレット成形方法、圧潰強度の測定方法と同じである。

表２に圧潰強度測定結果を示す。表１に示したように、粒径が２０μｍ以下の微粒子量が０ｍａｓｓ％の時は圧潰強度が測定できないが、微粒子量が５ｍａｓｓ％でも０．１Ｎ／個程度で非常に弱い。微粒子量が１０ｍａｓｓ％以上になると、圧潰強度は１Ｎ／個を超え、強度が発現する。また、ゲーサイト含有量が多い鉄鉱石Ａの微粒子を使った方が、圧潰強度が高い。

本発明の焼結原料配合方法は、以上の実験結果に基づいて見出されたものである。即ち、本発明は第１に、鉄含有主原料と、焼結反応に必要とされる副原料と、熱源としての固体燃料を混合した焼結配合原料に水を加えて混練・造粒する焼結原料の事前処理方法において、前記焼結配合原料を水中でふるい分けを行った際に分離される粒径が２０μｍ以下の微粒子量のうち、固体燃料以外の成分量が前記焼結配合原料に対して質量比で１０％以上となるように配合することを特徴とする。

焼結配合原料を水中でふるい分けを行った際に分離される粒径が２０μｍ以下の微粒子量のうち、固体燃料以外の成分が配合原料に対して質量比で１０％以上となるように配合するには、予め配合原料各々の湿式粒度分布を測定し、粒径が２０μｍ以下の量（ｍａｓｓ％）を求め、粒径が２０μｍ以下の微粒子量のうち、固体燃料以外の成分が配合原料に対して質量比で１０％以上となるように配合原料を選択し、配合比率を決定すれば良い。あるいは、配合原料の主たる成分である鉄鉱石の一部を粉砕し、粒径が２０μｍ以下の微粒子量を増加させて、固体燃料以外の微粒子量が配合原料に対して質量比で１０％以上となるようにしても良い。固体燃料には無煙炭や粉コークスが用いられるが、これらは炭素質であり、疎水性であるために、粒径が２０μｍ以下であっても造粒性には寄与しない。また、擬似粒子が焼結するメカニズムは、付着粉層中のヘマタイトが、石灰石が熱分解して生成するＣａＯと反応して低融点のカルシウムフェライト融液を生成し、このカルシウムフェライトが核粒子を同化して焼結する（非特許文献４、参照）。従って、付着粉層を形成する微粒子は、鉄鉱石の微粒子であることが好ましい。

前述のとおり、表１において２０μｍ以下の微粒子だけで成形した微粒子ペレットの圧潰強度は、微粒子中のゲーサイト量が２０ｍａｓｓ％以下では変わらないが、２０ｍａｓｓ％を超えると、ゲーサイト量が増えるに従って強くなった。ゲーサイトは、水酸基（‐ＯＨ）を持つことから水との親和性が高く、水を含んだ時の粘性がヘマタイトより強いために、同じ微粒子でもヘマタイトより乾燥後の圧潰強度が強くなるものと思われる。

そこで本発明は第２に、焼結配合原料のうち前記鉄含有主原料と前記副原料を水中でふるい分けを行った際に分離される粒径が２０μｍ以下の微粒子の総質量に対するゲーサイト｛ＦｅＯ(ＯＨ)｝の量が質量比で２０％以上となるように配合原料および配合質量比を選択することを特徴とする。具体的には、焼結配合原料のうち前記鉄含有主原料と前記副原料を水中でふるい分けを行った際に分離される粒径が２０μｍ以下の微粒子について、当該微粒子中に含まれるゲーサイト量を、当該微粒子の総質量で除して１００倍した値が質量比で２０％以上となるように配合原料および配合質量比を選択する。

２０μｍ以下の微粒子中のゲーサイト量を２０％以上とすることによる効果は、後述の表４を用いた実施例においても説明する。

尚、鉄鉱石等の鉄含有主原料の配合比率は、配合前の各鉄含有主原料を水中で篩分け、粒径が２０μｍ以下の量（焼結配合原料総質量に対するｍａｓｓ％）を求め、さらに化学分析と熱分析を行って、鉄含有主原料と副原料の粒径が２０μｍ以下の微粒子に含まれるゲーサイト量（２０μｍ以下の微粒子総質量に対するｍａｓｓ％）を求め、これらの量に基づいて決定することができる（特許文献６参照）。以下、特許文献６に記載されたゲーサイト量の算出方法について具体的に説明する。

特許文献６では、鉄鉱石の主要鉱物をＦｅ₃Ｏ₄、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＦｅＯ（ＯＨ）とカオリン、カオリン以外のＡｌ鉱物、カオリン以外のＳｉ鉱物とし、カオリン以外のＡｌ鉱物をギブサイト、カオリン以外のＳｉ鉱物を石英と仮定して、熱重量測定結果（ＴＧ曲線）を用いてこれらの鉱物含有量を定量する方法を検討している。

１１０から３８０℃で観測される質量減少は、主にゲーサイト（ＦｅＯ（ＯＨ））の脱水と考えられるが、ギブサイトが共存すると、同じ領域で質量減少を示す。カオリンを定量し、カオリン以外のＡｌ鉱物をギブサイトとしてＴＧの１１０から３８０℃の質量減少からギブサイトの関与を除き、ゲーサイト量を求める。そして、３８０から５９０℃で観測される質量減少は、主にカオリンの脱水による質量減少と考えられる。以上の考え方に基づいて、ゲーサイト量Ｗ_GOEを以下の手順で算出することができる。以下、評価対象は、鉄含有主原料と副原料を水中でふるい分けを行った際に分離される粒径が２０μｍ以下の微粒子である。

鉄含有主原料と副原料を水中でふるい分けを行った際に分離される２０μｍ以下の微粒子の化学分析を行ってＡｌ含有量（Ｔ．Ａｌ）を求める。次に、同じ２０μｍ以下の微粒子について熱重量測定を行って１１０℃±５℃から３８０℃±１０℃の温度範囲において観測される質量減少率（ΔＴＧ_110-380）と、３８０℃±１０℃から５９０℃±１０℃の温度範囲において観測される質量減少率（ΔＴＧ_380-590）を測定する。質量減少率ΔＴＧ_380-590をカオリン｛Ａｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₅(ＯＨ)₄｝の脱水による質量減少率（脱水量）とする。この脱水量からカオリン量Ｗ_KAOを算出する。

元素分析から求められたＴ．Ａｌから、前記カオリンを構成するＡｌ量を減じた残りのＡｌ量を、ギブサイト｛Ａｌ(ＯＨ)₃｝を構成するＡｌとする。これから、ギブサイト量Ｗ_GIBを算出する。熱重量測定における１１０℃±５℃から３８０℃±１０℃の温度範囲において観測される質量減少率（ΔＴＧ_110-380）から、前記ギブサイトの脱水による質量減少率を減じた質量減少率が、ゲーサイト｛ＦｅＯ(ＯＨ)｝の脱水による質量減少率であると考えられる。以上から、ゲーサイト量Ｗ_GOEを算出することができる。

こうして算出した２０μｍ以下の微粒子中のゲーサイト量Ｗ_GOEが、２０μｍ以下の微粒子総質量に対して質量比で２０％以上になるように鉄含有主原料の配合質量比を決定すれば、乾燥後の圧潰強度が強くなる。

具体的には、Ｗ_KAO（ｍａｓｓ％）、Ｗ_GIB（ｍａｓｓ％）、Ｗ_GOE（ｍａｓｓ％）は、下記（１）式、（２）式および（３）式に基づいて算出することができる。ここでｍａｓｓ％は、鉄含有主原料と副原料を水中でふるい分けを行った際に分離される粒径が２０μｍ以下の微粒子の総質量に対する質量比である。

鉄鉱石中のカオリン量Ｗ_KAOは、熱重量測定法（ＴＧ）によって、３８０℃±１０℃から５９０℃±１０℃間の質量減少率（ΔＴＧ_380-590）（ｍａｓｓ％）から以下の式（１）によって求められる。ｋ₁は２Ｈ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₅(ＯＨ)₄から求めた係数である。
Ｗ_KAO＝ΔＴＧ_380-590／ｋ₁ ・・・（１）

鉄鉱石中のＡｌ鉱物は、カオリンとそれ以外の鉱物に分けられ、本発明ではカオリン以外のＡｌ鉱物をギブサイトと仮定している。ギブサイトの量Ｗ_GIBは、Ｔ．Ａｌから前記カオリンを構成するＡｌ量を減じた残りのＡｌをギブサイト｛Ａｌ(ＯＨ)₃｝を構成するＡｌとして、下記（２）式からギブサイト量Ｗ_GIBを算出する。ここで、ｋ₃はＡｌ(ＯＨ)₃／Ａｌから求めた係数である。ただし、Ｔ．Ａｌは、元素分析によって予め測定しておいたＡｌ含有率（ｍａｓｓ％）を示す。
Ｗ_GIB＝｛Ｔ．Ａｌ−（Ｗ_KAO×ｋ₂）｝×ｋ₃ ・・・（２）

ゲーサイト量Ｗ_GOEは、熱重量測定における１１０℃±５℃から３８０℃±１０℃の温度範囲において観測される質量減少率（ΔＴＧ_110-380）（ｍａｓｓ％）から、前記ギブサイトの脱水による質量減少を減じた質量減少をゲーサイト｛ＦｅＯ(ＯＨ)｝の脱水による質量減少として、下記（３）式から算出する。ここで、ｋ₄は３Ｈ₂Ｏ／２Ａｌ（ＯＨ）₃、ｋ₅はＨ₂Ｏ／２ＦｅＯ(ＯＨ)から求めた係数である。
Ｗ_GOE＝｛ΔＴＧ_110-380−（Ｗ_GIB×ｋ₄）｝／ｋ₅ ・・・（３）

なお、上記（１）〜（３）式に用いたｋ₁からｋ₅の係数は、以下の式量（化学式の中に含まれている原子の原子量の総和）の計算から求められる。
ｋ₁：２Ｈ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₅(ＯＨ)₄≒０．１３９５７
ｋ₂：２Ａｌ／Ａｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₅(ＯＨ)₄≒０．２０９０３
ｋ₃：Ａｌ(ＯＨ)₃／Ａｌ≒２．８９１
ｋ₄：３Ｈ₂Ｏ／２Ａｌ(ＯＨ)₃≒０．１１５４８
ｋ₅：Ｈ₂Ｏ／２ＦｅＯ(ＯＨ)≒０．１０１３８

以下に、本発明の効果を実施例により説明する。なお、本発明は、以下に示した実施例のみに限定されず、上述した本発明の目的および技術思想に反しない限り、以下の条件以外においても効果が得られるものであることは、言うまでもない。

本発明における効果は、表３に示す配合割合で調製した焼結原料の焼結鍋試験をすることによって焼結速度、歩留を求め、生産率から評価した。表３に示す配合原料中の粒径２０μｍ以下の微粒子量は、湿式のふるい分けで測定した微粒子量（焼結配合原料総質量に対する質量比）である。また、粒径２０μｍ以下微粒子中ゲーサイト量（粒径２０μｍ以下の微粒子総質量に対する質量比）は、化学分析と熱分析から前記（１）〜（３）式に基づいてもとめた。

具体的には、表３に示す配合原料７０ｋｇをドラムミキサーに投入し、回転速度２４ｍｉｎ^-1で１分間予備撹拌した後に、所定の水分を添加してさらに同回転速度で５分間回転して造粒物（擬似粒子）を得る。造粒した配合原料のうち、１ｋｇを１０５℃で１２時間乾燥した後に室温まで冷却して得られた乾燥擬似粒子のなかで、粒径が０．２５ｍｍ以下の量を測定した。

残りの擬似粒子は、５０ｋｇスケールの鍋試験にて焼結を行い、焼結鉱を得た。該試験の条件は、焼結鍋は直径３００ｍｍ、高さ６００ｍｍ、層厚５５０ｍｍとし、吸引負圧を９．８ｋＰａ（一定）とした。得られた焼結鉱のうち５０ｋｇを２ｍの高さから鉄板上に５回落下させたときの粒径５ｍｍ以上の粒度を有する粒子の割合を測定することにより成品歩留を評価した。

生産率は、以下の式
生産率（ｔ／ｄａｙ／ｍ²）＝成品歩留評価後の粒径５ｍｍ以上の粒度を有する粒子の総質量（ｔ）／焼結時間（ｄａｙ）／焼結鍋の表面積（ｍ²；一定）
より算出した。成品歩留評価後の粒径５ｍｍ以上の粒度を有する粒子の総質量は、成品歩留（ｍａｓｓ％）と鍋試験焼結鉱量（ｋｇ）をｔ（トン）に換算し、焼結時間は鍋試験の焼結時間（ｍｉｎ）をｄａｙに換算して用いた。

評価結果を表４に示す。表４からわかるように、本発明の実施例１〜７によれば焼結時の通気が改善され、焼結鉱の生産率に優れた効果を発揮することがわかる。成品歩留は焼結鉱の強度を指標とするものであり、焼結鉱の強度は、Ａｌ₂Ｏ₃等配合原料の成分の影響を受ける。一方、焼結時間は通気の影響を受け、粒径の細かい粒子が擬似粒子の付着粉層に取り込まれないと通気が悪化し、焼結時間が長くなる。生産率は、成品歩留に比例し、焼結時間に反比例する。表３において、配合原料の化学成分はほぼ一定なために成品歩留にほとんど差異はない。しかしながら、同じ配合原料でも、固体燃料以外の配合原料中の粒径２０μｍ以下微粒子量が１０ｍａｓｓ％を超える本発明は、細かい粒子が擬似粒子の付着粉層に取り込まれ、通気が改善されて焼結時間が短くなり、生産率が向上する。

また、固体燃料以外の配合原料中の粒径２０μｍ以下微粒子量が１０ｍａｓｓ％を超えると通気が改善されるが、微粒子中のゲーサイト量が２０ｍａｓｓ％以上になると、さらに通気が良くなって、生産率が高くなる。固体燃料以外の配合原料中の粒径２０μｍ以下微粒子量が１０ｍａｓｓ％以下の比較例１〜５は、実施例１〜６に比べて焼結時間が１ｍｉｎ以上長くなり、生産率が低下するが、微粒子中のゲーサイト量が２０ｍａｓｓ％以下（比較例１、４、５）では、さらに焼結時間が長くなる。表４において、２０μｍ以下微粒子中ゲーサイト量が２０ｍａｓｓ％以下の実施例３、４、５に比べて２０ｍａｓｓ％以上の実施例１、２、６、７は、明らかに乾燥擬似粒子０．２５ｍｍ以下量が少なく、焼結時間も短くなっているため、生産率も高い。

実施例と比較例の生産率は２ｔ／ｄａｙ／ｍ²程度の差であるが、率では約５％に相当し、向上効果は大きい。なお、本発明では特殊な薬剤などを使用しないため、焼結の品質は通常の焼結鉱と同等であり、高炉での使用において全く問題は無い。

１：核粒子
２：付着粉層
３：粉粒子
４：微粒子
５：粒径が小さい擬似粒子

Claims

鉄含有主原料と、焼結反応に必要とされる副原料と、熱源としての固体燃料を混合した焼結配合原料に水を加えて混練・造粒する焼結原料の事前処理方法において、前記焼結配合原料を水中でふるい分けを行った際に分離される粒径が２０μｍ以下の微粒子量のうち、固体燃料以外の成分量が前記焼結配合原料に対して質量比で１０％以上となるように配合することを特徴とする焼結原料の配合方法。
前記焼結配合原料のうち前記鉄含有主原料と前記副原料を水中でふるい分けを行った際に分離される粒径が２０μｍ以下の微粒子の総質量に対するゲーサイト｛ＦｅＯ(ＯＨ)｝の量が質量比で２０％以上となるように配合原料および配合質量比を選択することを特徴とする請求項１に記載の焼結原料の配合方法。
前記鉄含有主原料と前記副原料を水中でふるい分けを行った際に分離される２０μｍ以下の微粒子の化学分析を行ってＡｌ含有量（Ｔ．Ａｌ）を求め、さらに熱重量測定を行って１１０℃±５℃から３８０℃±１０℃の温度範囲において観測される質量減少率と、３８０℃±１０℃から５９０℃±１０℃の温度範囲において観測される質量減少率を測定し、３８０℃±１０℃から５９０℃±１０℃の温度範囲において観測される質量減少率をカオリン｛Ａｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₅(ＯＨ)₄｝の脱水による質量減少率として、脱水量からカオリン量Ｗ_KAOを算出し、元素分析から求められたＴ．Ａｌから前記カオリンを構成するＡｌ量を減じた残りのＡｌ量をギブサイト｛Ａｌ(ＯＨ)₃｝を構成するＡｌとしてギブサイト量Ｗ_GIBを算出し、熱重量測定における１１０℃±５℃から３８０℃±１０℃の温度範囲において観測される質量減少率から、前記ギブサイトの脱水による質量減少率を減じた質量減少率をゲーサイト｛ＦｅＯ(ＯＨ)｝の脱水による質量減少率としてゲーサイト量Ｗ_GOEを算出し、前記ゲーサイト量Ｗ_GOEに基づいて、前記鉄含有主原料の配合質量比を決定することを特徴とする請求項２に記載の焼結原料の配合方法。
前記Ｗ_KAO（ｍａｓｓ％）、Ｗ_GIB（ｍａｓｓ％）、Ｗ_GOE（ｍａｓｓ％）は、下記（１）式、（２）式および（３）式に基づいて算出することを特徴とする請求項３に記載の焼結原料の配合方法。
Ｗ_KAO＝ΔＴＧ_380-590／ｋ₁ ・・・（１）
Ｗ_GIB＝｛Ｔ．Ａｌ−（Ｗ_KAO×ｋ₂）｝×ｋ₃ ・・・（２）
Ｗ_GOE＝｛ΔＴＧ_110-380−（Ｗ_GIB×ｋ₄）｝／ｋ₅ ・・・（３）
ただし、上記ΔＴＧ_380-590およびΔＴＧ_110-380は、熱重量測定における３８０℃±１０℃から５９０℃±１０℃、および１１０℃±５℃から３８０℃±１０℃の各温度範囲において観測される質量減少率（ｍａｓｓ％）、Ｔ．Ａｌは、元素分析によって予め測定しておいたＡｌ含有率（ｍａｓｓ％）を示す。
なお、上記（１）〜（３）式に用いたｋ₁からｋ₅の係数は、以下の式量の計算から求められる。
ｋ₁：２Ｈ₂Ｏ／Ａｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₅(ＯＨ)₄≒０．１３９５７
ｋ₂：２Ａｌ／Ａｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₅(ＯＨ)₄≒０．２０９０３
ｋ₃：Ａｌ(ＯＨ)₃／Ａｌ≒２．８９１
ｋ₄：３Ｈ₂Ｏ／２Ａｌ(ＯＨ)₃≒０．１１５４８
ｋ₅：Ｈ₂Ｏ／２ＦｅＯ(ＯＨ)≒０．１０１３８