JP2016125125A - 焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子とその製造方法および焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄含有原料と炭材とが近接配置された炭材内装造粒粒子、ならびにその製造方法を提案するとともに、その炭材内装造粒物を用いた焼結鉱の製造方法を提案すること。
【解決手段】炭材核と、この炭材核の周りを被覆する外層とからなる擬似粒子であって、該外層が主として鉄鉱石粉とＭｇＯ含有粉とによって構成されている焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子およびそれの製造方法ならびにその炭材内装造粒粒子を用いて焼結鉱を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉などで製鉄原料として使用される焼結鉱の製造技術に関するものであり、具体的には、焼結鉱製造用原料である炭材内装造粒粒子とそれの製造方法ならびにその炭材内装造粒粒子を用いた焼結鉱の製造方法に関するものである。

高炉製鉄法では、現在、鉄源として、鉄鉱石や焼結鉱などの鉄含有原料を用いている。ここで、上記焼結鉱の製造に当たっては、まず、粒径が１０ｍｍ以下の鉄鉱石の他に、珪石や蛇紋岩、精錬ニッケルスラグなどからなるＳｉＯ_２含有原料や、石灰石、生石灰などのＣａＯ含有原料などからなる副原料、粉コークスや無煙炭などからなる凝結材である固体燃料（炭材）等から構成される造粒原料に適量の水を添加し、ドラムミキサーなどを用いて混合・造粒して擬似粒子である焼結配合原料の調整を行なう。その後、該焼結配合原料は、焼結機の循環移動するパレット上に装入される。そして、該焼結機では、上記焼結配合原料（擬似粒子）中に含まれる炭材を燃焼させることにより焼結反応を起こさせ、このようにして焼結ケーキとする。その後、該焼結ケーキを破砕し、整粒して、一定の粒径以上のものを焼結鉱である塊成鉱として回収している。

ところで、近年、上記塊成鉱（焼結鉱）として、鉄鉱石やダスト等の鉄源と、コークス等の炭材とを近接配置する技術が注目を浴びている。その理由は、例えば、鉄鉱石等の鉄源と炭材とを一つの塊成鉱の中において近接配置すると、鉄源側の還元反応（発熱反応）と炭材側のガス化反応（吸熱反応）とが速い速度で繰り返されることから、製鉄効率が向上するとともに、高炉などの炉内温度を低下させることもできるからである。

上記塊成鉱としては、例えば、特許文献１に開示の技術がある。この技術は、高炉・転炉ダスト、圧延スケール、スラッジ、鉄鉱石粉等の、いわゆる製鉄工程で発生する鉄含有粉をそれぞれ単独あるいは混合した原料に、石炭、コークス等の炭材、澱粉を加えて混合、混練し、さらに造粒機で澱粉溶液を供給して造粒したものである。しかし、この文献１に開示の塊成鉱は、焼結鉱製造時にペレット中の炭材が焼失してしまうため、実際には鉄鉱石等の鉄含有原料と炭材とが近接配置されたものとはなっていない。また、近接配置を目的として、鉄鉱石や炭材の粒径を単に小さくしただけでは、熱を伝搬するガスの移動抵抗が大きくなり過ぎてしまい、却って反応速度の低下を招いて、製鉄効率を低下させてしまう。

この点に関し、従来、鉄鉱石と炭材との近接配置を目的とした技術が幾つか提案されている（例えば、特許文献２〜５参照。）。これらに開示の技術は、基本的には、鉄鉱石等の鉄含有原料とコークス等の炭材とを混合したのち、熱間成形して塊成化したものを、あるいは焼成せずに生粒子のままで、高炉等において製鉄用原料として使用するものである。しかし、これらの塊成物は、均一混合物もしくは多層化造粒物からなる非焼成のものであるため、強度が不足して粉化が激しくなる。従って、このような塊成物を高炉内に装入すると、脱水粉化や還元粉化を招いて、高炉の通気性を阻害するようになるため、使用量が制限されてしまうという問題点がある。

また、上記特許文献２〜５の技術の問題点を解決する技術として、例えば、特許文献６には、金属鉄を５ｍａｓｓ％以上および／または炭素を５ｍａｓｓ％以上含有する原料で核を形成し、金属鉄を１０ｍａｓｓ％以上および炭素を５ｍａｓｓ％以下含有した原料で前記核を内包した一層以上の外周層を形成し、その後、３００〜１３００℃の酸化雰囲気で焼成して塊成化した製鉄用塊成鉱を製造する方法が提案されている。しかし、特許文献６に開示の塊成鉱は、原料に金属鉄を使用することが必須であり、使用する原料に量的な制約があるため、製鉄用塊成鉱として製造できる量に限界があるという問題がある。

さらに、上記特許文献１〜６が抱える上記問題点を克服する技術として、炭材内装塊成鉱の技術が提案されている。例えば、特許文献７には、小塊コークスからなる炭材核のまわりに、造粒機を使って製鉄ダストやミルスケール等の金属鉄含有酸化鉄粉を被覆して低酸化度の酸化鉄殻を形成し、その後、大気中で２００℃以上３００℃未満の温度で０．５〜５時間加熱することにより、該酸化鉄殻表面が高酸化度の硬質薄層からなる炭材内装塊成鉱が開示されている。また、特許文献８には、製鉄ダストやミルスケール等の酸化鉄粉もしくは鉄鉱石粉と炭材とを、造粒機を使って混合造粒し、次いで、その造粒物の外表面に金属鉄含有酸化鉄粉を被覆して低酸化度の酸化鉄殻を被覆形成することで、酸化鉄粉もしくは鉄鉱石粉の中に、３ｍｍ以下の大きさのコークス粉を分散状態で含む塊成鉱を得る技術が開示されている。また、非特許文献１には、グリーンボールに無煙炭を外装して無煙炭でペレットフィードを被覆したグリーンボールを作製し、これを鍋試験装置の床敷鉱の上に装入し、その上に焼結原料を装入して焼結を行った炭材内包焼結鉱について、高炉内雰囲気で反応性を評価した結果が報告されている。

特開２００１−３４８６２５号公報 特許第３５０２００８号公報 特許第３５０２０１１号公報 特開２００５−３４４１８１号公報 特開２００２−２４１８５３号公報 特開平１０−１８３２６２号公報 特開２０１１−１９５９４３号公報 特開２０１１−２２５９２６号公報

ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ ｖｏｌ．２４（２０１１），１９４

上記特許文献７および８に開示の技術によれば、製鉄原料として適当な大きさと十分な強度を有し、しかも、鉄含有原料と炭材とが近接配置されていて、低温還元が可能な構造の炭材内装塊成鉱を得ることができる。しかしながら、この技術は、炭材との濡れ性が悪い金属鉄が多くなるため、炭材核表面への金属鉄含有酸化鉄粉の被覆形成が難しくなる。従って、低酸化度の酸化鉄殻の形成が必要となるため、造粒後に、酸化処理が必要になる。そのため、この技術は、コストが嵩むという問題の他、発生量の少ない製鉄ダストやミルスケール等の金属鉄含有酸化鉄粉を利用することから、生産量に制限があるという問題がある。また、上記非特許文献１に開示の技術では、グリーンボールの周囲に無煙炭を外装しているが、周囲に焼結原料が存在しないため、無煙炭を被覆したペレットフィード層が溶融して内部の無煙炭が露出し、燃焼・消失してしまうという問題がある。

本発明の目的は、鉄含有原料と炭材とが近接配置された炭材内装造粒粒子、ならびにそれの製造方法を提案するとともに、その炭材内装造粒物を用いて焼結鉱を製造する方法を提案することにある。

発明者らは、従来技術が抱えている前記問題点の解決に向けて鋭意検討を重ねた。その結果、焼結鉱製造用原料である炭材内装造粒物としては、中心部に配置する炭材核として小塊コークスを用いるとともに、その炭材核のまわりに配置する外層の原料として、ＭｇＯ含有粉の他、粒径が２５０μｍ以下の鉄鉱石粉（ペレットフィード（ＰＦ）など）を用いて造粒して得られる擬似粒子（炭材内装造粒粒子）とすることが有効であることが判った。また、この炭材内装造粒粒子を安価に製造すること、及びこの造粒粒子を焼結配合原料の一部として焼結機に装入して焼結鉱（塊成鉱）を製造することも有効であることが判った。

即ち、本発明の第１は、炭材核と、この炭材核の周りに被覆された焼結配合原料によって構成される外層とからなる擬似粒子であって、該外層には少なくとも鉄鉱石粉と過溶融抑制用ＭｇＯ含有粉を含むことを特徴とする焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子を提案する。

なお、本発明に係る前記炭材内装造粒粒子おいては、
（１）前記鉄鉱石粉は、粒径が１０〜１０００μｍであること、
（２）前記鉄鉱石粉は、粒径が２５０μｍ以下のペレットフィードであること、
（３）前記ＭｇＯ含有粉は、ドロマイト、軽焼ドロマイト、マグネサイト、ブルーサイト、蛇紋岩、ニッケルスラグおよびカンラン石のうちから選ばれるいずれか１種以上であること、
（４）前記炭材核となる炭材は、粒径が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下のコークス粒子であること、
（５）前記外層は、ＭｇＯを０．５〜５．０ｍａｓｓ％含有すること、
（６）上記外層の厚みは、２ｍｍ以上の厚みを有すること、
（７）前記外層は７ｍｍ以下の厚みを有すること、
（８）上記造粒粒子は、粒径が６ｍｍ以上であること、
が、より有効な解決手段を提供できると考えられる。

また、本発明の第２は、炭材核と、この炭材核の周りを被覆（包囲）される外層との擬似粒子からなる炭材内装造粒粒子を製造する方法であって、炭材核と、外層を形造るための少なくとも鉄鉱石粉と過溶融抑制用ＭｇＯ含有粉とを含む焼結配合原料とを混合してペレターザーにて造粒することにより、該炭材核のまわりに鉄鉱石粉とＭｇＯ含有原料粉を含む外層を被覆−形成して擬似粒子とすることを特徴とする焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子の製造方法を提案する。

さらに、本発明の第３は、前記の炭材内装造粒粒子と一般造粒粒子とを混合してなる焼結原料を、焼結機のパレット上に装入して焼結原料装入層を形成し、上記の一般造粒粒子中に含まれる炭材の燃焼熱を利用して焼結させることを特徴とする炭材内装焼結鉱の製造方法を提案する。

なお、本発明に係る炭材内装焼結鉱の製造方法においては、
（１）前記炭材内装造粒粒子を、焼結原料装入層の下層側に多く装入して堆積させること、
（２）前記の一般造粒粒子は、ドラムミキサーで造粒した、粒径が炭材内装造粒粒子より小さいものであること、
が、より有効な解決手段を提供できると考えられる。

前記のような構成を有する本発明によれば、炭材内装造粒粒子の外層殻の部分に、ＣａＯに代えて過溶融抑制剤として作用するＭｇＯ含有粉を用いたので、外層の過度な溶融を抑制できるので、気孔の合体や閉塞を防止することができ、中心核の小塊コークスの燃焼消滅を効果的に防止することができる。
また、本発明によれば、前記外層殻中に、製鉄所で発生する各種製鉄ダストやミルスケール等、発生量に限りがある低酸化度の酸化鉄粉に代えて、安価な高純度鉄鉱石粉（ペレットフィード（ＰＦ））を使用するので、生産量が制限されることなく、焼結鉱製造原料となる炭材内装造粒粒子を製造することができる。

さらに、本発明の上記炭材内装造粒粒子は、事前に酸化処理することなく通常の焼結機に用いることができるので、結果的に焼結鉱を大量かつ安価に製造することができる。

さらにまた、本発明によれば、高炉等の原料として用いる上で十分な強度を有する焼結鉱を得ることができると共に、鉄含有原料と炭材とが近接配置された構造を有するものになるので、製鉄反応の反応効率の向上、炉内温度の低下、燃料比の低減をもたらし、銑鉄製造コストの低減にも寄与する。

鉄含有原料と炭材間との距離が反応速度に及ぼす影響を説明する図である。 鉄含有原料と炭材との間で起る製鉄反応（還元反応、ガス化反応）について、従来型焼結鉱を用いたときの高炉内反応と本発明に係る炭材内装造粒粒子を用いたときの高炉内反応とを対比して説明する図である。 炭材内装造粒粒子における還元反応とガス化反応を説明する図である。 炭材内装造粒粒子の焼結時における外層内の反応を説明する図である。 ドロマイト（ＣａＯ・ＭｇＯ）と石灰（ＣａＯ）とについて、焼成時間と圧壊強度の関係を示す図である。 ドロマイト（ＣａＯ・ＭｇＯ）と石灰（ＣａＯ）とについて、焼成時間と被還元性の関係を示す図である。 ドロマイト（ＣａＯ・ＭｇＯ）と石灰（ＣａＯ）を配合したときの、焼成後の粒子断面の顕微鏡写真である。 ドロマイト配合造粒粒子のＭｇＯ配合量とＪＩＳ−ＲＩおよびＪＩＳ−ＲＤＩとの関係を示すグラフである。 ドロマイト配合造粒粒子のＭｇＯ配合量と圧壊強度との関係を示すグラフである。 本発明の炭材内装造粒粒子と炭材内装造粒粒子を用いて焼結鉱を製造する方法の一例を示す図である。 実施例に用いた焼結試験鍋の説明図である。 実施例の焼結実験で得られた焼結鉱（塊成鉱）の外観写真である。 本発明の炭材内装造粒粒子を用いて製造した焼結鉱の被還元性指数ＲＩと還元粉化性指数ＲＤＩを、通常の焼結鉱と対比して示す図である。

一般に、高炉製鉄法では、鉄鉱石や焼結鉱などの鉄含有原料を、コークスなどの炭材を高炉送風下の燃焼熱で高温に加熱すると同時に、還元して銑鉄を製造している。このとき、高炉の炉頂からは、２０〜４０ｍｍ程度の大きさに整粒した鉄含有原料と炭材とを分別して層状に装入するのが普通である。この場合、鉄含有原料層と炭材層の層厚を薄くすれば、鉄含有原料と炭材との間の距離が小さくなるため、上記還元反応速度を高めることができると考えられる。しかし、前述したように、単に、鉄含有原料と炭材とを混合して装入するだけでは、伝熱手段であるガスの移動抵抗が大きくなり、却って、反応速度が遅くなる。

そこで、近年、反応速度を高める方法として検討されているのが、図１に示した概念図のような、フェロコークスや炭材内装塊成鉱、超微細化等の技術である。ここで、上記フェロコークスとは、炭材と鉄鉱石（鉄含有原料）とを混合し、焼き固めた製鉄原料である。また、上記炭材内装塊成鉱とは、鉄鉱石中に炭材を内装した塊成鉱のことである。さらに、上記超微細化は、主として炭材を微細化して使用する技術のことである。

これらの技術の考え方は、図２に示す理論に基づくものである。この図２は、鉄鉱石と炭材とが近接しているときの、熱交換と鉄鉱石の還元反応と炭材（コークス）のガス化反応の関係を示したものである。鉄鉱石側では、Ｆｅ_２Ｏ_３とＣＯとが反応して、ＦｅとＣＯ_２となる還元反応が起きる。この反応は発熱反応である。一方、炭材側では、ＣＯ_２とＣとが反応してＣＯを発生する「ブドワール反応」と呼ばれるガス化反応（ガス改質反応）が起きる。この反応は吸熱反応である（以降、両反応を「製鉄反応」ともいう）。

ここで、図２（ａ）に示したように、高炉内に鉄含有原料と炭材とが層状に装入されている場合には、発熱反応である還元反応と吸熱反応であるガス化反応とが別々の場所でおこるため、上記反応に必要な熱伝達やＣＯ，ＣＯ_２の供給にはガスの移動が必要となる。これに対して、図２（ｂ）に示したように、鉄鉱石と炭材とが近接して場合には、発熱反応である還元反応と吸熱反応であるガス化反応とが速い速度で繰り返されるので、製鉄反応効率が向上する。

従って、鉄含有原料と炭材とが互いに近くにあること、即ち、鉄含有原料と炭材を近接配置することが製鉄反応を高める上で有効であると考えられる。このような考えの下では、予め鉄含有原料と炭材とが近接した状態とするとともに、特に、該炭材が鉄含有原料中に埋設された状態の炭材内装型造粒粒子（塊成鉱）とすることが好ましいと云える。即ち、該炭材内装造粒粒子と通常の造粒粒子とを比較すると、通常の造粒粒子の場合は凝結材（炭材）と鉄との濡れ性が悪く造粒粒子の強度が低いが、炭材内装造粒粒子の方は、強度の向上が可能となるという点で優れている。

またこのことは、このような炭材と鉄含有原料とを近接配置した炭材内装造粒粒子においては、上述したガス化反応に必要な熱が、該炭材内装造粒粒子の内部に及ぶと、図３に示すように、そのガス化反応で発生したＣＯによってＦｅ_ｎＯ_ｍが還元される還元反応が起こり、その還元反応で発生したＣＯ_２が次のガス化反応を引き起こすというように、該炭材内装造粒粒子の場合、内部から外部に向って反応が連鎖的になる。このように、本発明に係る炭材内装造粒粒子は、還元反応とガス化反応が粒子の内部で進行することから、外部からの熱供給は少なくて済み、その分だけ、炉内温度を低下させることができる。

上述した考え方は、炭材内装焼結鉱を安定して製造することを目的としている。一般的に、焼結鉱を製造するとき、造粒粒子（擬似粒子）内に含まれるコークスは、焼結する過程で燃焼して消失してしまうことから、この問題を解決しないと、焼結鉱を安定して製造するができない。

そこで、本発明では、中心部に炭材核としての小塊コークスを配し、その炭材核の外周囲（核表面）を鉄鉱石粉やミルスケール、製鉄ダスト等の鉄含有原料粉、石灰石、ドロマイト等の副原料粉などにて被覆してなる炭材内装塊成鉱、即ち、焼結鉱製造用原料である炭材内装造粒粒子を提案している。

例えば、該炭材内装造粒粒子としては、造粒粒子（擬似粒子）の中心部の炭材核として小塊コークスを使用し、そして、該炭材核の外周囲を鉄鉱石粉等で被覆すると共に、ドロマイトのようなＭｇＯ含有粉をも被覆したものである。このような構成にすることによって、本発明に係る炭材内装造粒粒子は、焼結時における外層の過度な溶融を抑制することができ、気孔の合体及び閉塞を防止できるのである。

ここで、上記鉄鉱石粉としては、好ましくは粒径が１０〜１０００μｍのシンターフィードの他、とりわけ２５０μｍ以下のペレットフィードを用いることが望ましい。このペレットフィードは、微粉鉄鉱石で、高品位（高Ｆｅ、低脈石）のヘマタイトやマグネタイトを主成分とし、かつ、容易（大量、安価）に入手できる点で優れている。なお、本発明に用いる微粉鉄鉱石としては、粒径が上記範囲内であれば、上記ペレットフィードの他に、ミルスケール、転炉排ガス回収ダスト（ＯＧダスト）、選鉱時に発生したテーリング鉱等でもよく、また、これらとペレットフィードとの混合物でもよい。

ただし、上記ヘマタイト、特に高品位のヘマタイトは、融点が１５８０℃程度と高く、高品質の焼結鉱を得るための好適な焼結温度と比較してそれよりも遥かに高いので、通常の焼結温度では溶融しない、即ち、焼結反応が起こらないことを意味している。

このように、上記炭材内装造粒粒子は、主として鉄鉱石粉等にドロマイト（ＣａＯ・ＭｇＯ）のような過溶融抑制剤（融点上昇、融液粘度増）として作用するＭｇＯ含有粉を添加することによって、外層中に過剰な融液が生成することを抑制するようにしたものである。要するに、このＭｇＯ含有粉を用いると、焼結時の温度（１２００℃以上）にて融着層を形成し、該融着層を酸素遮断層として作用させることにより、炭材内装造粒粒子内に内装されている炭材核の燃焼・消失を防止し、これによって、炭材核を残存させつつ、外層中の気孔の合体・閉塞を抑制して、高強度かつ高被還元性を実現させるのに有効である。

また、前記のような粒子構造とすることにより、本発明の炭材内装造粒粒子の場合、焼結鉱焼成時の空気侵入があったとしても、内装炭材核を残存させることができる。その理由は、図４に示すように、炭材内装造粒粒子（擬似粒子）の中心核（炭材）の周りに形成された外層による酸素遮断効果によって、中心核を形成しているＣと内部Ｏ_２との反応により、閉鎖空間である外層内は実質的にＣＯガスが充満した還元性雰囲気保持されることになるので、炭材の残留が可能になると考えられる。

なお、本発明の炭材内装造粒粒子は、焼結時における炭材核の燃焼、消失を阻止するという観点から、上記炭材核の大きさを２ｍｍ以上とすること、また、該炭材核の周囲に形成する外層の厚みは２ｍｍ以上の擬似粒子とすること、また、粒径を適正範囲に制御することが好ましい。ここで、上記炭材の大きさとは、炭材の長径のことをいう。

即ち、本発明に係る炭材内装造粒粒子は、炭材核として、小塊コークスおよび／またはホンゲイ炭等（無煙炭）のような揮発分の少ない炭材を適用することが好ましい。特に、小塊コークスは、加熱してもガスを発生しないために、好適である。また、上記炭材核となる炭材の粒径は、焼結過程での炭材核の燃焼、消失を防止するため、上述したように、２ｍｍ以上の粒子を用いるが、より好ましくは３ｍｍ以上、さらに好ましくは４ｍｍ以上である。

一方、前記炭材核の外周囲を覆う外層の厚さは、２ｍｍ以上７ｍｍ以下の厚みとするのが好ましい。その理由は、２ｍｍ未満では、焼結時に溶融して緻密な外層を形成しても、酸素遮断層として十分に機能しないおそれがある他、炭材核は凹凸が多いため、該炭材核を完全に被覆ができないおそれがあるからである。一方、７ｍｍ超の厚みになると、内部まで十分に熱供給がされなくなる。なお、該炭材内装造粒粒子は外部から加熱されるため、加熱時において中心側ほど昇温し難い。従って、該外層の厚さはより好ましくは３〜７ｍｍである。

また、炭材を中心核とする本発明の炭材内装造粒粒子（擬似粒子）の粒径は、最小の炭材核と最小の外層厚とした場合で６ｍｍ程度である。である。最大粒径は、２０ｍｍ程度である。

前記炭材内装造粒粒子は、後述する焼結機への装入時にパーコレーション作用を利用して焼結原料装入層の下層側により多く堆積させるという観点から、通常の焼結配合原料よりも粒径は大きいものを用いることが好ましい。ここで、通常焼結配合原料（一般造粒粒子）とは、鉄鉱石粉と炭材とＣａＯ原料等の副原料とを混合し、これをドラムミキサーやペレタイザー等によって、２〜４ｍｍ（算術平均径）の粒径に造粒した擬似粒子のことをいう。

上述したように、本発明に係る炭材内装造粒粒子の特徴の１つは、外層部分の構成成分として、上述した過溶融抑制剤としての作用を発揮するＭｇＯ含有粉を用いること、特にドロマイトなどのようなＭｇＯ含有粉を用いることにある。

発明者らは、焼結装入層（焼結原料の堆積層）間における高温域（１２００〜１４００℃）に保持した時間の影響を調べるために、電気炉焼成試験（１３００℃）を実施した。このときに、融点調整剤（融点低下、融液生成促進）としての作用があるＣａＯ含有原料を用いる場合と、過溶融抑制作用のあるＭｇＯ含有原料を用いたときの圧壊強度の比較を図５に示す。この図５に示すように、石灰（ＣａＯ）を用いるのに比べて、ドロマイト（ＣａＯ・ＭｇＯ）を使う方が、とくに焼成時間が１．５分以上になると、圧壊強度（ＭＰａ）が明らかに大きくなることが判る。

また、図６は、前記電気炉焼成試験での被還元性（ＪＩＳ−ＲＩ）を調査したものである。この図６に示すように、焼成時間が２分以上になると、被還元性（ＪＩＳ−ＲＩ）は、ドロマイト（ＣａＯ・ＭｇＯ）添加の方が明らかにＣａＯよりも良い結果となっている。従って、この試験結果から、１．５分以上、好ましくは２分以上の焼成時間の場合、外層成分としては石灰よりもドロマイトを用いる方が有利であることが判る。

なお、図７は、前記試験において、外層成分として石灰もしくはドロマイトを添加した炭材内装造粒粒子について断面観察写真を示すものである。この図に示すように、ＣａＯ含有量が同じ５ｍａｓｓ％であったとしても、ＭｇＯ含有原料のうちに含まれている方が過溶融を抑制するのにより効果があり、その結果、気孔の合体・閉塞が抑制され（微細気孔が保持される）被還元性（ＲＩ）も圧壊強度（σ）も優れていることがわかる。

また、図８（ａ）、（ｂ）は、各々ＪＩＳ−ＲＩとＭｇＯ含有量、ＪＩＳ−ＲＤＩとＭｇＯ含有量の関係を示す図である。この図に示すとおり、ＭｇＯの含有量が１〜３ｍａｓｓ％の範囲内で、ＪＩＳ−ＲＩ、ＪＩＳ−ＲＤＩともに優れた値になっている。

なお、図９は、ＭｇＯ含有量と圧壊強度との関係を示す図であるが、この図に示すとおり、ＭｇＯ含有量が１〜４ｍａｓｓ％の範囲で高い圧壊強度を示している。

次に、本発明の炭材内装造粒粒子と通常造粒粒子を焼結原料の１つとして用いて焼結鉱を製造する方法について説明する。
図１０は、焼結配合原料として本発明に係る炭材内装造粒粒子を用いて焼結鉱の製造する方法の一例を示したものである。使用した炭材内装造粒粒子は、核粒子となる２ｍｍ以上のコークス粒子と、２５０μｍ以下の鉄鉱石粉であるペレットフィード（ＰＦ）と、軽焼ドロマイト（ＣａＯ・ＭｇＯ）をペレタイザーに装入して混合し、これを造粒して６ｍｍ以上の大きさの炭材内装造粒粒子（擬似粒子）とした。配合したこれらの原料は、粒径の大きなコークス粒子が核となって造粒が行われるため、同時に添加しても所期した粒子の形成は可能である。また、コークス粒子とＰＦの配合比率は、核粒子となるコークス粒子に対して外層のＰＦ層の厚みが２ｍｍ以上になるように決定する。

次いで、上記のようにして得た炭材内装造粒粒子は、原料をドラムミキサー等で攪拌し、造粒することで得られる従来の一般造粒粒子と合流させて両造粒粒子を混在させた状態にして焼結機のサージホッパー内に搬入し、該サージホッパーから焼結機のパレット上に装入する。なお、炭材内装造粒粒子（算術平均径：６ｍｍ〜２０ｍｍ）は、一般造粒粒子（算術平均径：２ｍｍ〜４ｍｍ）より粒子径が大きいため、装入時のパーコレーション作用によって、焼結時の温度が上層側よりも高くなり易い中層以下、とくに下層側に多く堆積する。

炭材内装造粒粒子を用いて焼結鉱を製造するに当たっては、該炭材内装造粒粒子（Ａ）と共に、通常の前記造粒粒子（Ｂ）とは、（Ａ）＋（Ｂ）＝１００ｍａｓｓ％とした場合、（Ａ）を６０ｍａｓｓ％以下にすることが好ましい。その理由は、炭材内装造粒粒子（Ａ）は下層側に偏析するため、凝結材を有する造粒粒子（Ｂ）が少ないと十分な熱量を均一に供給することが困難となるからである。

前述したようにして得られる本発明に係る焼結鉱は、現在の実用焼結機をそのまま利用して生産できるため、安価にかつ大量生産することができる。また、外層の主原料となるペレットフィード（ＰＦ）も大量に入手できるので、生産上の制約は存在しない。

図１１に示した焼結試験鍋を用いて、塊コークスをペレットフィード（ＰＦ）で被覆してなる本発明に適合する炭材内装造粒粒子と通常造粒粒子を焼結配合原料とした下記の焼結実験を行なった。
使用した焼結原料の、通常造粒粒子（擬似粒子）については、鉄鉱石粉と、副原料としてＣａＯが１０ｍａｓｓ％となる量の石灰石と、さらに、炭材として５ｍａｓｓ％となる量のコークス粉をドラムミキサーに装入し、撹拌・混合することによって、算術平均径で２．９ｍｍの粒径に造粒したものを用いた。
一方、炭材内装造粒粒子（擬似粒子）については、炭材核として粒径が５ｍｍ、の小塊コークス、外層原料（鉄鉱石粉）として粒径が２５０μｍ以下のＰＦおよび、副原料としてＭｇＯ含有原料（軽焼ドロマイト）をペレターザーに装入して混合し、外層の厚みが５ｍｍかつ粒径が１５ｍｍとなるように造粒して、表１に示したＴ１、Ｔ２の擬似粒子としたものを用いた。

この焼結実験では、図１２に示すように、本発明に係る炭材内装造粒粒子と通常の造粒粒子とを用いて製造した焼結鉱と、通常の造粒粒子とが焼結して一体化した塊成物が得られることが判った。また、図１３は、ＪＩＳ−ＲＩの測定条件に基づき、この実験時における被還元性指数（還元率）と還元時間との関係を示したものであるが、本発明に適合する方法で製造した炭材内装焼結鉱は、通常の方法で製造した焼結鉱と比較すると、前者の方が還元率が高くなっていた。即ち、本発明に適合する方法で製造した炭材内装焼結鉱の方が還元速度が速いことがわかった。

本発明の前述した技術は、上記した例に限定されるものではなく、例えば、焼結熱源として、焼結原料中に添加した炭材に加えて、気体燃料を供給する焼結技術や、さらに、酸素を富化して供給する焼結技術にも適用することができる。

Claims (13)

1. 炭材核と、この炭材核の周りに被覆された焼結配合原料によって構成される外層とからなる擬似粒子であって、該外層には少なくとも鉄鉱石粉と過溶融抑制用ＭｇＯ含有粉とを含むことを特徴とする焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子。
2. 前記鉄鉱石粉は、粒径が１０〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子。
3. 前記鉄鉱石粉は、粒径が２５０μｍ以下のペレットフィードであることを特徴とする請求項１または２に記載の焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子。
4. 前記ＭｇＯ含有粉は、ドロマイト、軽焼ドロマイト、マグネサイト、ブルーサイト、蛇紋岩、ニッケルスラグおよびカンラン石のうちから選ばれるいずれか１種以上であることを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子。
5. 前記炭材核となる炭材は、粒径が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下のコークス粒子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子。
6. 前記外層は、ＭｇＯを０．５〜５．０ｍａｓｓ％含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子。
7. 前記外層の厚みは、２ｍｍ以上の厚みを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子。
8. 前記外層は７ｍｍ以下の厚みを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子。
9. 前記造粒粒子は、粒径が６ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の炭材内装造粒粒子を製造する方法であって、炭材核と、外層を形造るための少なくとも鉄鉱石粉と過溶融抑制用ＭｇＯ含有原料粉とを含む焼結配合原料とを混合してペレターザーにて造粒することにより、該炭材核のまわりに鉄鉱石粉とＭｇＯ含有原料粉を含む外層を被覆−形成して擬似粒子とすることを特徴とする焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子の製造方法。
11. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の炭材内装造粒粒子を、一般造粒粒子とを混合してなる焼結原料を焼結機のパレット上に装入して焼結原料装入層を形成し、上記の一般造粒粒子中に含まれる炭材の燃焼熱で焼結することを特徴とする炭材内装焼結鉱の製造方法。
12. 前記炭材内装造粒粒子を、焼結原料装入層の下層側に多く装入して堆積させることを特徴とする請求項１１に記載の炭材内装焼結鉱の製造方法。
13. 前記の一般造粒粒子は、ドラムミキサーで造粒した、粒径が炭材内装造粒粒子より小さいものであることを特徴とする請求項１１または１２に記載の炭材内装焼結鉱の製造方法。