JP2016176121A

JP2016176121A - 焼結鉱の製造方法

Info

Publication number: JP2016176121A
Application number: JP2015057898A
Authority: JP
Inventors: 一也宮川; Kazuya Miyagawa; 毅郎足立; Takero Adachi; 阿野　浩二; Koji Ano; 浩二阿野
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2016-10-06

Abstract

【課題】マグネタイト系微粉鉱石を含む微粉鉱石を用いたとしても生産性の低下しない焼結原料を製造することができるようにする。【解決手段】焼結鉱の製造方法では、粒径が１ｍｍを超え且つ３質量％以下の水分を含有する焼結返鉱と、マグネタイト系微粉鉱石を含む微粉鉱石とを造粒する。擬似粒子の被覆層は、７５質量％以上がマグネタイト系微粉鉱石、水及びバインダから構成され且つ水分が６．９６＋１０．８４／Ｄｆ以上で９．０６＋４０．１３／Ｄｆ以下とする。擬似粒子の粒径は、３ｍｍを超えて８ｍｍ以下とする。擬似粒子を装入原料の総量に対して１５質量％以上４４質量％以下で焼結機に装入することとし、焼結機において充填層の表面から８０％の位置から底面までの下層領域には、原料の総量に対して０質量％〜１２質量％の擬似粒子を装入する。【選択図】図１

Description

本発明は、マグネタイト系微粉鉱石を含む微粉鉱石を用いて焼結鉱を製造する方法に関する。

従来より、焼結鉱の製造方法等に関する技術として、特許文献１〜６に示すものが開示されている。特許文献１及び２は、微粉を含む鉄鉱石の原料に対応可能で通気性と酸化発熱性に優れた造粒物を製造することを目的としている。特許文献１及び２では、１ｍｍオーバーの粗粒及び１ｍｍ以下の微粉を含む２種以上の鉄鉱石を原料とし、核粒子となる粗粒に微粉を付着させた造粒物Ｓと、微粉を用いるペレットである造粒物Ｐとを用いて焼結原料を製造している。

特に、特許文献１では、０．５〜１０ｍｍの範囲の篩目で篩分けした篩下の鉱石を、５００μｍアンダーが９０質量％以上、且つ２２μｍアンダーが８０質量％を超え、更に水分の存在下で造粒することで造粒物Ｐを製造している。特許文献２では、造粒物Ｓの水分値を７質量％以上１０質量％以下とした後、該造粒物Ｓと乾燥処理後の造粒物Ｐを焼結機に供給するに際し、該造粒物Ｓと該造粒物Ｐを合わせた造粒物の平均水分値を、造粒物Ｓのみの水分値よりも０を超え３質量％以下低減させる造粒物Ｐを用いている。

特許文献３は、微粉のマグネタイトペレットフフィードを用いて、ＲＤＩを改善することを目的としている。特許文献３では、鉄分含有率が６０質量％以上で、ＦｅＯ含有率が１５質量％以上で２５０μｍ以下を８０質量％以上含むマグネタイトペレットフィードを他の焼結鉱原料とを分割造粒している。
特許文献４では、常温及び炉内低温域から溶融直前の高温域に至る広い温度範囲において粉化が抑えられることを目的としている。特許文献４では、製鉄用原料として、鉄鉱石の焼結プロセスで返鉱と呼ばれる焼結鉱粉であって、粒径が５ｍｍ未満のものを用いている。

特許文献５は、ピソライト鉱石などの高結晶水含有鉱石を原料鉱石として多量に使用した場合に、低コストでしかも困難性を伴わずに高生産性を維持することを目的としている。特許文献５では、高結晶水含有鉱石、含ＣａＯ副原料、造粒バインダおよび返鉱を主体とする内層原料を混合および造粒して擬似粒子を製造することとしている。具体的には、擬似粒子に難溶融性鉱石を８０重量％以上含有させることによって、２層構造の擬似粒子を製造している。

特許文献６は、合金用焼結鉱の製造において、高アルミナ鉱石を配合することで、歩留と品質の低下を防止することを目的としている。特許文献６では、２質量％以上のＡｌ_２Ｏ_３を含む高アルミナ鉱石を５．０〜７０．０重量％配合する際に、ＦｅＯを５．０〜３１．０重量％含むマグネタイト鉱石等を、焼結原料充填層の表層から２００ｍｍ以上下層かつ最下層より２００ｍｍ以上の位置に装入している。

特開２０１０−２４２２２６号公報特開２００９−０５２０８７号公報特開２０１３−２５３２８１号公報特開２００７−２７７６８３号公報特開平０９−３１６５５０号公報特開平０７−２７８６８４号公報

特許文献１〜３では、焼結原料として微粉を含む２種以上の鉄鉱石を用いることが開示されているものの、造粒物に含有する水分量、粒径等が示されていないため、これらの技術を用いて焼結鉱を製造したとしても生産性が低下するのが実情である。
特許文献４では、製鉄用原料として返鉱（焼結鉱粉）を使用することが開示されているものの、返鉱を焼結原料の製造に使用したとしても、生産性等が低下しないことは困難である。また、特許文献５では、擬似粒子を製造する場合の水分量が開示されているものの、焼結機で焼結する場合の擬似粒子の装入位置が示されていないため、生産性を低下させないことは困難であるのが実情である。特許文献６では、焼結機で焼結する場合の原料の装入位置が示されているものの、焼結原料に含まれる水分量、粒径等が示されていないため、生産性を低下させないことは困難であるのが実情である。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、マグネタイト系微粉鉱石を含む微粉鉱石を用いたとしても生産性を低下させないことができる焼結鉱の製造方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明の焼結鉱の製造方法は、核の粒径が１ｍｍを超え且つ３質量％以下の水分を含有する焼結返鉱と、マグネタイト系微粉鉱石を含む微粉鉱石とを造粒することで得られた擬似粒子を用いて焼結鉱原料を製造するに際して、前記擬似粒子は、７５質量％以上がマグネタイト系微粉鉱石、水及びバインダから構成され且つ水分が６．９６＋１０．８４／Ｄｆ以上で９．０６＋４０．１３／Ｄｆ以下である被覆層を有し、当該擬似粒子の粒径は、３ｍｍを超えて８ｍｍであって、前記擬似粒子を装入原料の総量に対して１５質量％以上４４質量％以下で焼結機に装入することとし、前記焼結機において充填層の表面から８０％の位置から底面までの下層領域には、前記原料の総量に対して０質量％〜１２質量％の擬似粒子を装入することを特徴とする。

本発明によれば、マグネタイト系微粉鉱石を含む微粉鉱石を用いたとしても生産性を低下させずに焼結鉱を製造することができる。

粉状鉄鉱石の粒度分布図である。微粉鉄鉱石の粒度分布図である。核の有無、核の水分、造粒水分及び回転強度試験粉率の関係を示す図である。被覆層中のマグネタイト系微粉鉱石の比率及び回転強度試験粉率の関係を示す図である。被覆層へのバインダ添加量及び乾燥強度試験粉率の関係を示す図である。マグネタイト系微粉鉱石の粒度分布の一例である。粒径と個数の関係を示す図である。被覆層水分及び回転強度試験粉率の第１の関係を示す図である。被覆層水分及び回転強度試験粉率の第２の関係を示す図である。個数平均径の逆数及び被覆層水分の下限値の関係を示す図である。面積平均径の逆数及び被覆層水分の下限値の関係を示す図である。体積平均径の逆数及び被覆層水分の下限値の関係を示す図である。調和平均径の逆数及び被覆層水分の下限値の関係を示す図である。個数平均径の逆数及び被覆層水分の上限値の関係を示す図である。面積平均径の逆数及び被覆層水分の上限値の関係を示す図である。体積平均径の逆数及び被覆層水分の上限値の関係を示す図である。調和平均径の逆数及び被覆層水分の上限値の関係を示す図である。鉱石Ｅにおける被覆層水分及び生産性の関係を示す図である。鉱石Ｆにおける被覆層水分及び生産性の関係を示す図である。鉱石Ｇにおける被覆層水分及び生産性の関係を示す図である。鉱石Ｈ篩下における被覆層水分及び生産性の関係を示す図である。鉱石Ｈにおける被覆層水分及び生産性の関係を示す図である。擬似粒子の変形の挙動を示す図である。鉱石Ｅにおける擬似粒子の粒度及び生産性の関係を示す図である。鉱石Ｆにおける擬似粒子の粒度及び生産性の関係を示す図である。鉱石Ｇにおける擬似粒子の粒度及び生産性の関係を示す図である。鉱石Ｈ篩下における擬似粒子の粒度及び生産性の関係を示す図である。鉱石Ｈにおける擬似粒子の粒度及び生産性の関係を示す図である。鉱石Ｅの配合率及び生産性の関係を示す図である。鉱石Ｆの配合率及び生産性の関係を示す図である。鉱石Ｇの配合率及び生産性の関係を示す図である。鉱石Ｈ篩下の配合率及び生産性の関係を示す図である。鉱石Ｈの配合率及び生産性の関係を示す図である。擬似粒子の装入量及び生産性の関係を示す図である。鉱石Ｅにおける擬似粒子の装入量及び生産性の関係を示す図である。鉱石Ｆにおける擬似粒子の装入量及び生産性の関係を示す図である。鉱石Ｇにおける擬似粒子の装入量及び生産性の関係を示す図である。鉱石Ｈ篩下における擬似粒子の装入量及び及び生産性の関係を示す図である。鉱石Ｈにおける擬似粒子の装入量及び生産性の関係を示す図である。下層領域の領域及び生産性の関係を示す図である。下層領域の装入量及び生産性の関係を示す図である。バッチ式の焼結試験装置を示す図である。スローピングシュート式の装入装置を示す図である。Ｉ型のドラム試験装置を示す図である。

本発明の焼結鉱の製造方法について説明する。
焼結鉱の製造方法では、粉状の原料（粉状原料）を焼結機に直接装入すると、空隙率低下に伴って通気性が悪化し、生産性が大きく減少する虞がある。そのため、焼結鉱を製造するにあたっては、まず、鉄鉱石、石灰石およびコークス等の粉状原料を造粒した擬似粒子を焼結鉱原料として用いている。焼結鉱原料として用いられるものとして、シンターフィードと呼ばれる粉状の鉄鉱石と、ペレットフィードと呼ばれる微粉状の鉄鉱石とがある。シンターフィードは、粒径が１ｍｍ未満のものを４０〜５０質量％含有している。シンターフィードの一例として、表１に示す鉱石Ａ〜鉱石Ｄがある。図１は、鉱石Ａ〜鉱石Ｄにおけるシンターフィードの粒径を示している。

一方、ペレットフィードは、一般的に粒径がシンターフィードより小さく、粉砕および選鉱処理によって脈石を除去、鉄品位を高めたものである。ペレットフィードは、ペレットを製造するために用いられてきた。ペレットフィードの一例として、表２に示す鉱石Ｅ〜鉱石Ｌがある。

ペレットフィードは、粒径が２５０μｍ以下のものを７０〜８０質量％含有している。図２は、鉱石Ｅ〜鉱石Ｌにおけるペレットフィードの粒径を示している。鉱石Ｅ〜鉱石ＨはＦｅ_３Ｏ_４を主成分とするマグネタイト系微粉鉱石であり、鉱石Ｉ〜鉱石ＬはＦｅ_２Ｏ_３を主成分とするヘマタイト系鉱石である。
なお、「粉体工学便覧（粉体工学会編，日刊工業新聞社，初版、昭和６１年２月２８日），Ｐ．１）」では、「粉体は、色々な大きさを持つ多くの粒子からなるが、この構成粒子群の平均的な大きさの概念を粒度と呼び、個々の粒子の大きさの代表寸法を粒子径と呼ぶ。実際の粒子は複雑な形状を有するために、球や直方体などの単純なものに還元した代表寸法が用いられる。」と記載されている。このことから、本発明で示す粒径は、代表寸法（粒子径）である。

さて、擬似粒子とは、造粒物と呼ばれるものであり、「葛西ら：鉄と鋼，７０（１９８４）、Ｐ．５２０」に示されているように、核を有するＳ型、核を有しないＰ型に大別される。核とは、粒径１ｍｍ以上の粒子である。従来では、シンターフィード等で構成される１ｍｍ以上の鉱石粒子を核とし、「肥田ら：鉄と鋼，６８（８２），２１６６」に示されているように、核の周囲に１ｍｍ未満の微粉鉱石を付着させることで、Ｓ型の擬似粒子を造粒している。

上述したように、微粉鉱石を焼結鉱原料として用いることによって、鉄鉱石資源の劣質化への対応が図ることができる。その一方で、焼結鉱原料としての微粉鉱石を用いた場合、造粒されなかった未造粒粉による空隙率低下に伴う通気悪化が発生し、生産性低下の虞がある。そこで、原料を造粒するにあたっては、微粉鉱石を選別して、選択的に造粒するミニペレット法等の「選択造粒」の技術がある。なお、造粒機の能力によっては、複数の造粒機で分割処理することもあるが、原料は同じ配合であるから、この場合は「一括造粒」に分類される。

選択造粒として、特開２０１３−２５３８１号公報の技術がある。この技術では、マグネタイト系微粉鉱石をとその他の焼結鉱原料を分けて造粒し、２種類の擬似粒子を所定割合で混合している。また、選択造粒として、特願２０１３−１９６９６０号がある。この技術では、マグネタイト系微粉鉱石を粒径を１〜５ｍｍのＰ型の擬似粒子を造粒している。

ここで、核のない擬似粒子（Ｐ型の擬似粒子）は、焼結機への装入する過程や焼成過程で一部崩壊し、選択造粒による通気改善効果を期待できない。そこで、本発明では、マグネタイト系微粉鉱石の擬似粒子の強度改善を図る手段として、核のあるＳ型の擬似粒子を一括造粒ではなく選択造粒で造粒する方法を採用している。本発明では、擬似粒子を造粒するにあたって、後述するように、粒径が１ｍｍ以上の焼結返鉱を用いることでＳ型の擬似粒子を造粒することとしている。

なお、一括造粒におけるＳ型の擬似粒子と、選択造粒によるＳ型の擬似粒子との差は、微粉付着層の厚みと組成である。一括造粒では、転動時の５ｍｍ以上の大径鉱石との衝突により付着層が剥離し易いため、付着層厚が薄く、多くの未造粒粉が残存する。これに対して、選択造粒の場合は、大径鉱石を除外した造粒のため、厚い付着層が形成することができる。

図３は、擬似粒子において核有り（Ｓ型）、核無し（Ｐ型）、核の水分（横軸の括弧内の値）、回転強度試験粉率との関係を実験によりまとめた図である。具体的には、ヘマタイト鉱石或いは焼結返鉱からなる核（核粒子）に水を加え、マグネタイト系微粉鉱石で被覆した擬似粒子を製作し、製作した擬似粒子の回転強度試験粉率を図３にまとめた。
図３に示すＡ１、Ａ２、Ａ３は、鉱石Ａのヘマタイト鉱石で核を形成した場合を示している。鉱石Ａの粒径は１ｍｍを超えて５ｍｍ以下である。図３に示すＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４は、粒径が１ｍｍ以上の焼結返鉱で核を形成した場合を示している。焼結返鉱とは、高炉装入前の整粒工程の篩下の焼結鉱であり、一般に粒径は５ｍｍ以下である。焼結鉱は表面の凹凸が多く、マグネタイト系微粉鉱石が付着し易く、Ｓ型の擬似粒子の核とするに適している。核に使用した鉱石の粒径は、篩分け法による測定値であり、篩の目開き寸法で定義される。目開き１ｍｍの篩を通過するものは１ｍｍ以下、通過できないものは１ｍｍを超える粒径と分類した。

擬似粒子を焼結機等に装入した場合、ベルトコンベア乗り継ぎ、ホッパー投入時の落下衝撃、ホッパー内降下時のせん断による磨耗などの機械的作用によって、擬似粒子が崩壊する。擬似粒子の崩壊を評価する指標として、回転強度試験粉率を用いた。回転強度試験粉率の他に、強度の指標としては、焼結鉱のハンドリング過程での崩壊を考慮した成品回転強度が「ＪＩＳＭ８７１２２０００」に規格化されている。しかしながら、焼結鉱になる前の擬似粒子の強度指標は未だ規格がない。そこで、擬似粒子の表面の破壊・剥離を評価することができるＩ型のドラム試験装置による回転強度試験を適用した。回転強度試験の条件として、「朝田ら：日本エネルギー学会誌，７３（１９９４），Ｐ．１０６０」、「ＪＩＳＫ２１５１２００４」が示されているが、これらはコークスに対する条件である。脆弱な擬似粒子に対して、はるかに強固なコークスの条件を適用しても、適正な評価が行えないため、擬似粒子の回転強度試験では実験を繰り返して適正と思われる条件を選定した。

詳しくは、回転強度試験では、まず、造粒後の擬似粒子（試料）を湿潤状態のまま３〜８ｍｍに篩い分けて、図２８に示すＩ型のドラム試験装置３０のＩ型ドラム３１に５００ｇの試料を装入し、２０ｒｐｍの一定速度で２分間回転させた後、試料を回収する。回収した試料を篩目１ｍｍの篩いで分級し、分級後の篩下重量比率（質量％）を回転強度試験粉率とした。なお、擬似粒子の粒子径の影響を調査する場合においては、対象とする粒径に篩い分けた擬似粒子を用いた。Ｉ型ドラム３１は、長さが５００ｍｍ、内径はφ１１０ｍｍである。

図３に示すように、ヘマタイト鉱石で核を形成した場合に比べて、焼結返鉱で核を形成した場合、回転強度試験粉率が小さく、焼結返鉱で核を形成することによって、崩壊の抑制が認められた。核に含まれる水分が３質量％以下では、回転強度試験粉率を低く抑えることができるものの、３質量％を超えると回転強度試験粉率は急増し、被覆層の剥離が助長されている。

焼結鉱原料は、吸水性が低く、核粒子の表面に添加された水が残留し易い。核粒子（核）の水分が３質量％を超えると、核粒子の表面の残留水の層厚が過大となり、被覆層の剥離の起点となるため回転強度試験粉率が高くなったと考えられる。
したがって、本発明では、核の粒径が１ｍｍを超え且つ３質量％以下の水分を含有する焼結返鉱と、マグネタイト系微粉鉱石を含む微粉鉱石とによって擬似粒子を造粒している。

なお、核の水分が３質量％以下且つ１質量％以上では、水分が０質量％に比べて、回転強度試験粉率が低いといったより望ましい結果が得られた。３質量％以下且つ１質量％以上では、核粒子の表面の残留する水が核粒子と被覆層の接着を高めたためと推定される。したがって、核の水分は、１質量％以上３質量％以下がより望ましい。
擬似粒子を造粒する場合、水の界面張力によって、微粉鉱石は焼結返鉱の周囲に付着、凝集し、被覆層を形成してＳ型の擬似粒子になると考えられる。そのため、擬似粒子に被覆層を形成するにあたっては、水及びバインダが必要であって、被覆層には適正な水分及びバインダが含まれている必要がある。

図４は、被覆層を構成する微粉鉱石中のマグネタイト系微粉鉱石の比率と、擬似粒子の回転強度試験粉率の関係を示した図である。被覆層を構成する鉱石として、マグネタイト系微粉鉱石である鉱石Ｆと、へマタイト系微粉鉱石である鉱石Ｉを用いた。鉱石Ｆと鉱石Ｉは、粒度分布が非常に近く、体積平均径も３６．３μｍと３６．８μｍとほぼ同じである。

擬似粒子を造粒するにあたって、マグネタイト系微粉鉱石の割合を７５質量％未満にすると、図４に示すように、回転強度試験粉率が上昇し、剥離・崩壊が助長されることが認められる。ヘマタイト系微粉鉱石は、マグネタイト系微粉鉱石に比べて吸水性が高いため、被覆層の水分が一定の場合、粒子表面に存在する水量は減少する。その結果、水の界面張力による粒子間結合が減少し、回転強度試験粉率が上昇したと考えられる。

被覆層のバインダとしては、「消石灰」、「生石灰」および「鉄鉱石およびその脈石を含む微粉の固体等」が利用できる。なお、微粉の固体としては、例えば、鉱石を置くヤードにおいて回収した回収物を用いることができる。
焼結原料の造粒においては、「河内ら、鉄と鋼、９４（０８）、４７５」に示されているように、１０μｍ以下の微粒子が微粉鉱石間に固体架橋を形成して擬似粒子の乾燥後強度を高める作用を持つことが知られれている。生石灰は、例えば、「相藤ら、ＩｎｏｒｇａｎｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ、１（９４）、３９１」に示されているように、消化反応で消石灰となるときに１０μｍ以下の微粒子を生成する。焼結原料の造粒強化に対して生石灰の添加が有効である。

図５は、１０μｍ以下の消石灰、１ｍｍ以下の生石灰、「鉄鉱石およびその脈石を含む微粉の固体」、擬似粒子の乾燥強度試験粉率を乾燥強度試験によりまとめた図である。乾燥強度試験（実験）に用いた消石灰は１０μｍ以下を用いた。
乾燥強度試験粉率は、「河内らの処理法（鉄と鋼，９４（２００８），Ｐ．４７５）」に準じて求めた。具体的には、造粒後の擬似粒子を湿潤状態のまま３〜８ｍｍに篩い分け、篩い分け後の試料を１０５℃雰囲気で完全乾燥後、さらに、３００秒間、ロータップ処理した後、２５０μｍ以下の重量比率（質量％）を求める。

図５の実験において、「鉄鉱石およびその脈石を含む微粉の固体」は、原料ヤード等の排水の沈降処理において回収したものであり、１０μｍ以下の微粒子も含んでおり、バインダ効果を有している。複数のバインダを使用する場合、各バインダの効果が等しい添加量に基づいて、各バインダ０の換算量を求めればよい。
図５に示すように、被覆層を形成するバインダとして、添加率が消石灰では０．２質量％以上、生石灰では１．０質量％以上、「鉄鉱石およびその脈石を含む微粉の固体」では４．０質量％以上であることが望ましい。ここで、添加率は、「添加率（質量％）＝バインダ質量／（バインダ質量＋微粉鉱石の質量）×１００」で求めることができる。なお、バインダおよび微粉鉱石の質量は乾燥状態である。

実験では、所定添加率のバインダを添加した微粉鉱石と、核となる焼結返鉱を乾燥状態換算で、質量比率を８２：１８として混合した。水分７．４質量％、粒径３ｍｍを超えて８ｍｍ以下に造粒した擬似粒子を用いた。焼結返鉱の粒径は１ｍｍを超えて５ｍｍ以下、核の水分は２質量％とした。なお、生石灰の場合は、水と反応して消石灰に転換した状態での乾燥質量比率を８２とした。

このようなことから、乾燥強度試験粉率が２０質量％において、消石灰０．２質量％と等しい効果を示す添加量は、生石灰では１．０質量％、「鉄鉱石およびその脈石を含む微粉の固体」では２．８質量％である。生石灰は２０質量％、「鉄鉱石およびその脈石を含む微粉の固体」は７質量％の１０μｍ以下の微粒子を含有していると考えられる。また、生石灰と「鉄鉱石およびその脈石を含む微粉の固体」の消石灰への換算量は各々１／５と１／１４である。したがって、消石灰換算添加量＝消石灰＋生石灰／５＋鉄鉱石・・・固体／１４≧０．２質量％であれば、十分な効果が得られる。

なお、同様の作用が期待できる微粒子からなる粘土質やベントナイトもバインダとして用いることができる。
したがって、本発明の擬似粒子の被覆層は、７５質量％以上がマグネタイト系微粉鉱石、水及びバインダから構成されている必要がある。
さて、被覆層の結合力は、水（水分）の界面張力による影響が大きく、擬似粒子間の空隙に存在する水分量に比例する。被覆層の水分が不足した状態では結合が弱く、被覆層が剥離し易いと考えられる。一方、擬似粒子間の空隙を全て水が占める飽和状態以上の水分量では、擬似粒子が水中を移動するようになり、荷重に対する変形が大きくなる。

被覆層の剥離と擬似粒子の変形は、焼結機に装入した場合、原料充填層の空隙率減少を介して通気性を悪化させ、生産性を低下させる。この点からも被覆層の水分には剥離の点で下限、変形の点で上限の適正範囲が存在すると考えられる。
図１９は、擬似粒子の実験の結果である。図１９に示すように、マグネタイト系微粉鉱石を用いて擬似粒子を造粒した場合は、ヘマタイト系微粉鉱石を用いて擬似粒子を造粒した場合に比べて変形が大きい。なお、上述した実験では、マグネタイト系微粉鉱石として鉱石Ｆを用い、ヘマタイト系微粉鉱石として鉱石Ａの２００μ以下の篩下を体積平均径が約３６μｍと鉱石Ｆ同等となるように粒度調整した。また。微粉鉱石と生石灰を質量比＝８０：２で混合したものに水を加えて水分８質量％に調整したものを粒径約５ｍｍの焼結返鉱の周囲に被覆して直径約８ｍｍの球形の擬似粒子とした。そして、焼結機の充填層で擬似粒子に作用する加重を想定し、１００ｇ／ｃｍ^２となるように５０ｇの分銅で加重を加えた状態で擬似粒子に向かって水を噴霧して、変形量を測定した。このように、被覆層に含有する水分も上限値があると考えられる。

様々な実験の結果、被覆層に含有される水分は、６．９６＋１０．８４／Ｄｆ以上で９．０６＋４０．１３／Ｄｆ以下である。Ｄｆは、被覆層の微粉鉱石の体積平均径である。以下、被覆層の水分の範囲の導出について詳しく説明する。
まず、擬似粒子の質量と水分等の関係を考えると、式（１）及び式（２）の関係が成り立つ。

1/(100/Wa-1)=(Xc/100)/(100/Wc-1)+(Xb/100)/(100/Wb-1) ・・・(1)
Xb+Xc=100 ・・・(2)
ただし、
Xb：擬似粒子の乾燥質量１に対する被覆層の質量比率（質量％）
Xc：核の質量比率（質量％）
Wa：造粒水分（質量％）
Wb：被覆層水分（質量％）
Wc：核水分（質量％）
である。

造粒水分Waは、造粒水分Wa＝造粒水／（１＋造粒水）×１００で求めることができる。核含有水＝１／（１００／Ｗｃ−１）、被覆層含有水＝１／（１００／Ｗｂ−１）でとなる。
図６は、マグネタイト系微粉鉱石の粒度分布の一例である。粒度分布の測定は、レーザー回折・散乱式粒子径・粒度分布測定装置（日機装株式会社ＭｉｃｒｏｔｒａｃＦＲＡ）を用いた。粒子に照射された光のミー散乱の回折光強度分布と粒径の関係から、粒子を球とした粒径毎の体積比率を求める。粒子密度が一定である場合、体積比率は質量比率に等しく、質量分率の粒度分布を得ることができる。なお、鉄鉱石は粒度に因らず密度一定であるので、レーザー回折・散乱式粒子径・粒度分布測定結果は質量比率とみなることができる。

図６に示すように、鉱石Ｈは、鉱石Ｅ及び鉱石Ｇに比べ、粗い粒子が多い。２００μｍ以下の篩で鉱石Ｈを篩に掛けることにより、鉱石Ｈと鉱石Ｇとを同等の粒度分布にすることが可能である。即ち、鉱石Ｈに関しては、篩下を２００μｍ以下にすることが望ましい。
微粉鉱石は、選鉱処理を受けており、基本的に粉砕物に共通するロジンラムラー分布を呈しており、同じ定義の代表粒径で特性を表現できると考えられる。マグネタイト系微粉鉱石の鉱石Ｅ〜鉱石Ｈ及び鉱石Ｈ篩下の代表粒径として、各種定義式に基づく平均粒径（個数平均径、面積平均径、体積平均径、調和平均径）を求めると表３となる。

粉体工学では、粒度分布を個数基準で定義し、ヒストグラムで表現することが多い。この個数基準の粒度分布をもとに定義された各種平均径の定義式は、式（ａ）〜式（ｄ）で表すことができる。式（ａ）は個数平均径、式（ｂ）は面積平均径、式（ｃ）は体積平均径、式（ｅ）は調和平均径である。
微粉鉱石において、図７に示す粒度分布を考えたとき、粒径ｄｉ〜ｄｉ＋１の区間ｉに存在する粒子個数をｎｉとすると、代表粒径はｄｉ＝（ｄｉ＋ｄｉ＋１）／２で表すことができる。

Ｄ１＝Σ（ｎｉ・ｄｉ）／Σｎｉ・・・（ａ）
Ｄ３＝Σ（ｎｉ・ｄｉ^３）／Σ（ｎｉ・ｄｉ^２）・・・（ｂ）
Ｄ４＝Σ（ｎｉ・ｄｉ^４）／Σ（ｎｉ・ｄｉ^３）・・・（ｃ）
Ｄｈ＝Σ（ｎｉ）／Σ（ｎｉ／ｄｉ）・・・（ｄ）
ここで、粒子密度ρに対して、区間ｉの粒子質量は、「粒子質量＝πρｎｉ×ｄｉ^３／６」、全粒子質量は、「全粒子質量＝πρ［Σ（ｎｉ・ｄｉ^３）］／６」、質量比率は、「質量比率ｆｉ＝ｎｉ・ｄ^３／Σ（ｎｉ・ｄ^３）」である。なお、Σｆｉ＝１であるから、全粒子質量＝１ｋｇの下では粒子質量比率から粒子個数比率は、式（ｅ）で表わされる。

ｎｉ＝６・ｆｉ／（πρ・ｄ^３）・・・（ｅ）
このような換算式を用いて、粒度分布から各種平均粒径（個数平均径、面積平均径、体積平均径、調和平均径）を計算することができる。
図８及び表４は、被覆層の水分（被覆層水分）と擬似粒子の回転強度試験粉率との関係をまとめた図である。図８に示すように、被覆層水分の増加に伴って回転強度試験粉率は減少する。被覆層水分が７．０付近を超えると急激に回転強度試験粉率が減少するクニック点が存在する。

そこで、被覆層水分が６．５〜７．５質量％を境界として、低水分側において被覆層水分と回転強度試験粉率とのプロット点を最小二乗法等で近似した近似直線を求めた。また、高水分側において被覆層水分と回転強度試験粉率とのプロット点を最小二乗法等で近似した近似直線を求める。各鉱石における近似直線は、図９及び表５に示す結果となった。

クニック点より低水分側の回転強度試験粉率は高水分側よりも大きい。これは、低水分側では増えた分の水が擬似粒子間の接点での結合に有効に作用できるが、全ての接点に水が分配された以降は、増えた分の水は結合に寄与できないためと考えられる。
なお、初期において、低水分であるときは、水は擬似粒子間の接点に分配されることで少量で両者を結合させ、強度アップ作用が大きい。しかし、擬似粒子の接点全てに分配された後は、擬似粒子の接点から離れた位置に分配され、両者を結合するにはより多くの水が必要となり、水分増加による強度上昇作用は小さくなっていくと考えられる。

低水分側の近似直線と高水分側の近似直線との交点（クニック点）を、被覆層の水分の下限値とすると、各鉱石の下限値は表６に示す結果となる。

水が結合作用を持つには粒子の表面に存在することが必要なため、造粒に必要な水は粒子表面積に比例して増加する。粒子表面積は粒径の２乗に比例、粒子数は粒径の３乗に反比例するので、全表面積は粒径に反比例する。したがって、必要な水分は粒径の逆数に比例する。そこで、被覆層の水分の下限値と、各種平均径の逆数との関係について整理する。図１０は、個数平均径の逆数と被覆層の水分の下限値との関係を示し、図１１は、面積平均径の逆数と被覆層の水分の下限値との関係を示し、図１２は、体積平均径の逆数と被覆層の水分の下限値との関係を示し、図１３は、調和平均径の逆数と被覆層の水分の下限値との関係を示している。図１０〜図１３に示した近似直線と、被覆層の水分の下限値との相関関係をまとめると、表７に示す結果となった。

表７に示すように、被覆層の水分の下限値と体積平均径との相関関係が最も高いことから、被覆層の水分の下限値を体積平均径Df(μm)で表すと、Wbmin＝6.96+10.84／Dfとなる。
造粒に必要な水分は、粒子表面積に依存することから面積平均径の相関が高くなるはずであるが、体積平均径の相関が高い結果となった。水は、自らの界面張力によって数十μｍの水滴を形成する。数μｍ微粉が集まった凝集体の隙間は粒径に等しく数μｍと水滴よりも小さく、凝集体内部に水滴は浸入できない。マグネタイト系微粉鉱石は磁性を有しており、微粉はその磁性によって凝集体を形成しており、水滴より大きな粒子と凝集体や凝集体同志の結合に対して水は作用していると推定される。凝集体の表面積と体積と凝集体を形成する微粉の表面積と体積の総和を考えれば、差は体積の方が小さいので、体積平均径に対する相関がより高くなったと考えられる。

さて、擬似粒子の剥離が完全に抑制された状態から、更に水分が増えると被覆層の空隙が水で飽和し、微粉鉱石が水の中を自由に移動できるようになり、擬似粒子が大きく変形する可能性がある。したがって、変形抑制の観点から定まる被覆水分の上限値は、図８において回転強度試験粉率が０質量％となる水分値と考えられる。即ち、高水分側の近似直線と図９のＸ軸（被覆層水分を表す軸）とが交差したときの値が、被覆層の水分の上限値であると考えられる。各鉱石の上限値は表８に示す結果となる。

ここで、被覆層の水分の下限値と同様に、被覆層の水分の上限値と、各種平均径の逆数との関係について整理する。図１４は、個数平均径の逆数と被覆層の水分の上限値との関係を示し、図１５は、面積平均径の逆数と被覆層の水分の上限値との関係を示し、図１６は、体積平均径の逆数と被覆層の水分の上限値との関係を示し、図１７は、調和平均径の逆数と被覆層の水分の上限値との関係を示している。図１４〜図１７に示した近似直線と、被覆層の水分の上限値との相関関係をまとめると、表９に示す結果となった。

被覆層の水分の上限値においても、体積平均径との相関関係が最も高い。被覆層の水分の上限値を体積平均径Df(μm)で表すと、Wbmax＝9.06+40.13／Dfとなる。
さて、焼成過程での生産性と、被覆層水分との関係を焼結鍋試験を用いた焼成実験で調査した。焼成実験における原料配合は、表１０に示す配合とした。

擬似粒子の造粒は、まず、マグネタイト系微粉鉱石、焼結返鉱及び生石灰の質量比率を８０：１８：１．５とし、水分を加えて造粒した。造粒では、生石灰が消石灰に転化する。ここで、生石灰が消石灰に変化した割合は、「1.5×[Ca(OH)2/CaO]=1.5×(74.08/56.08)=2.0」となるため、マグネタイト系微粉鉱石、焼結返鉱と消石灰を質量比は、８０：１８：２となる。

焼結返鉱には、粒径が１ｍｍを超え、５ｍｍ以下もので、２質量％の水分が含まれるものを使用した。残りの原料は、混合し、所定量の水分を加えて造粒し、水分７．２質量％の擬似粒子とした。表１０に示すように、マグネタイト系微粉鉱石を用いて造粒した擬似粒子と、ヘマタイト系微粉鉱石を用いて造粒した擬似粒子とを混合し、ホッパーに装入し、焼結機の装入装置を模擬したスローピングシュート式の装入装置を用いて焼結鍋に充填し、焼成試験を行った。

スローピングシュート式装入装置を用いた焼成試験では、実機である焼結機と同様に擬似粒子に機械的負荷を掛けることができ、実機と同等の充填構造となり、精度の高い生産性評価が可能となる。
上述したように、従来法では、焼結鉱原料にマグネタイト系微粉鉱石を使用すると生産性が低下する。一方、本発明では焼結鉱原料にマグネタイト系微粉鉱石を用いたとしても生産性の低下を抑制することができる。ここで、マグネタイト系微粉鉱石の配合が３０質量％において、本発明の効果が顕著であったので、まずは、マグネタイト系微粉鉱石の配合を３０質量％に固定して、生産性への被覆層水分の影響を評価した。図１８Ａ〜図１８Ｅは、マグネタイト系微粉鉱石を用いて造粒した擬似粒子を３０％で配合して焼成した場合における被覆層水分と生産性との関係をまとめたものである。

図１８Ａ〜図１８Ｅに示すように、被覆層水分が下限値未満になったり、上限値を超えた場合では生産性が低下した。このように被覆層水分を適正に設定することにより、被覆層の剥離および擬似粒子変形の観点からの擬似粒子の強度を向上させただけでなく、擬似粒子を使用した焼成試験においても、生産性の改善に有効である。
被覆層水分が下限値未満による生産性低下は、擬似粒子の装入過程において当該擬似粒子が崩壊したことに伴う通気の悪化によるものと考えられる。被覆層水分が上限値を超えたことよる生産性低下は、焼成過程において擬似粒子が大きく変形したことに伴う通気の悪化によるものと考えられる。

したがって、擬似粒子の被覆層に含有される水分は、６．９６＋１０．８４／Ｄｆ以上で９．０６＋４０．１３／Ｄｆ以下であることが望ましい。
上述したように、擬似粒子の被覆層における水分を適正にすることによって生産性を向上させることができる。発明者は、これに加えて、擬似粒子の粒径と生産性との検証を行った。その結果、擬似粒子の粒径は、３ｍｍを超えて８ｍｍ以下にすることが望ましい。

図２０Ａ〜図２０Ｅは、マグネタイト系微粉鉱石を用いて造粒した擬似粒子の粒径と生産性との実験結果をまとめたものである。擬似粒子は、篩目１、３、５、８、１２ｍｍで篩い分け、１ｍｍを超えて３ｍｍ以下、３ｍｍを超えて５ｍｍ以下、５ｍｍを超えて８ｍｍ以下、８ｍｍを超えて１２ｍｍ以下の粒径の擬似粒子で比較した。この擬似粒子は、１ｍｍ以上の焼結返鉱を核としてマグネタイト系微粉鉱石で被覆したものであり、１ｍｍ以下のものは核が存在しないため、対象外である。また、焼結原料に対する擬似粒子の配合率は３０％にした。

擬似粒子の粒径と生産性との評価は、マグネタイト系微粉鉱石の配合率０質量％で操業を行った場合における生産性１．５０ｔ／ｍ^２／ｈを基準とした。即ち、マグネタイト系微粉鉱石を用いずに焼結を行った場合における有用な生産性である１．５０ｔ／ｍ^２／ｈを基準とした。
図２０Ａ〜図２０Ｅに示すように、マグネタイト系微粉鉱石を一括造粒により造粒した場合（図中の一括造粒）の生産性は、大きく低下する。粒径が1ｍｍ以上の焼結返鉱を核とする擬似粒子を選択造粒によって造粒して、当該擬似粒子を焼結した場合において、粒径が３ｍｍ未満の場合は、生産性は、大きく低下した。擬似粒子の粒径が３ｍｍを超え５ｍｍ未満の場合は、生産性は１．５０ｔ／ｍ^２／ｈ以上となった。したがって、擬似粒子の粒径は３ｍｍ以上にする必要がある。擬似粒子の粒径が３ｍｍ未満の場合、粒径が小さいため他の擬似粒子の間に入り込み、空隙率を減少させて通気性が低下するため、生産性が劣ったと考えられる。

なお、配合条件が異なってもマグネタイト系微粉鉱石以外の従来から一般的に利用されてきたシンターフィードと呼ばれる粉状鉄鉱石や石灰石等副原料を造粒した擬似粒子の平均径（質量平均径）は４〜６ｍｍである。したがって、マグネタイト系微粉鉱石を造粒した擬似粒子が３ｍｍ以下では、原料配合条件が変化しても同様の結果となる。
また、擬似粒子の粒径が８ｍｍを超える粗大粒では、周囲から浸潤してくるカルシウムフェライト融液による液相焼結が擬似粒子の内部まで進行せずに、組織が脆弱なため歩留が低下し、その結果、生産性が低下すると考えられる。焼結返鉱を核にマグネタイト系微粉鉱石で被覆・造粒した擬似粒子は、ＣａＯ含有量が小さく、カルシウムフェライト融液の生成が非常に少ない。カルシウムフェライト融液の生成が非常に少ないことから擬似粒子から生成するカルシウムフェライト融液が表面から浸潤していくことになり、擬似粒子が大きくなると内部まで入り込み難くなり生産性が低下する。

被覆処理における、ある時点の擬似粒子に対する微粉鉱石の付着速度は、擬似粒子の表面積に比例する。粒径の成長速度は付着速度を擬似粒子の表面積で割った値に比例する。即ち、成長速度は粒径に依存しない一定値となる。１ｍｍを超えて５ｍｍ以下の焼結返鉱を核に被覆した上で３ｍｍを超えて８ｍｍ以下のものを選別すると、基本的に３ｍｍの擬似粒子の核は１ｍｍ、８ｍｍの擬似粒子の核は５ｍｍとなる。したがって、被覆層の厚みは１ｍｍ程度となり、十分な酸化特性を有するものと推定され、マグネタイト系微粉鉱石の酸化熱が有効に利用できる。また、擬似粒子の酸化反応と共に進行する固相焼結によって、擬似粒子内部に未反応脆弱層が残留することを防止し、歩留改善効果も得られる。

上述した実施形態では、全原料に対する擬似粒子の配合率を３０％に固定して、擬似粒子の被覆層による生産性、擬似粒子の粒径による生産性の影響を検証したが、配合率による生産性について検証する。
図２１Ａ〜図２１Ｅは、マグネタイト系微粉鉱石を用いて造粒した擬似粒子の配合率と生産性との実験結果をまとめたものである。

原料の配合条件は上述した表１０と同じである。マグネタイト系微粉鉱石を使用しない[配合１]を基準として生産性について検証を行った。生産性の評価は、一括造粒と、ミニペレット法と、本発明との３つ方法に対して行った。一括造粒では、全ての原料を混合、所定量の水を加えて、水分７．２質量％の擬似粒子を造粒し、造粒した擬似粒子をスローピングシュート式装入装置を用いて焼結鍋に充填し、焼成試験を行った。

ミニペレット法では、マグネタイト系微粉鉱石及び生石灰の質量比率を９８：２とし、水を加え、水分７．４質量％で粒径３〜５ｍｍの擬似粒子を造粒した。残りの原料は、混合、所定量の水を加えて造粒し、水分７．２質量％の擬似粒子とした。そして、２種類の擬似粒子を混合、ホッパーに装入し、スローピングシュート式装入装置を用いて焼結鍋に充填し、焼成試験を行った。ミニペレット法における擬似粒子の粒径は、３ｍｍを越えて５ｍｍ以下とした。

本発明では、マグネタイト系微粉鉱石、焼結返鉱及び生石灰の質量比率を８０：１８：１．５とし、水を加えて造粒し、水分７．４質量％で粒径３〜８ｍｍの擬似粒子とした。被覆層水分は８．６質量％とした。焼結返鉱は粒径１〜５ｍｍのものに２％加水したものを使用した。そして、擬似粒子及び他の焼結原料をスローピングシュート式装入装置を用いて焼結鍋に充填し、焼成試験を行った。本発明の擬似粒子の粒径は３ｍｍを超えて８ｍｍ以下とした。

また、マグネタイト系微粉鉱石を配合するにあたっては、鉱石Ａ〜鉱石Ｄの互いの配合比は略一定としたうえで、マグネタイト系微粉鉱石の配合率を変化させた。マグネタイト系微粉鉱石の酸化による発熱を考慮してコークス配合を調整した。
図２１Ａ〜図２１Ｅに示すように、マグネタイト系微粉鉱石を単に配合した場合（一括造粒）の生産性は、配合率がどのような値であっても、他の条件で行った場合（ミニペレット法、選択造粒）に比べて大きく低下する。ペレット法を用いることによって、生産性の低下は抑制されるものの、基準値まで回復していない。スロープシュート式装入装置に焼結原料を装入した過程において、ミニペレットの一部が崩壊するとともに偏析したことと推定される。即ち、ミニペレットの崩壊によって発生した粉が充填層の空隙率を下げ、通気性を悪化させたことが考えられる。

選択造粒では、マグネタイト系微粉鉱石の配合率が４０質量％までは、基準値以上の生産量を確保することができた。
なお、生産性を評価する焼成試験は、出願人が先に出願している「特願２０１３−１９６９６０号」（先行発明という）の条件と異なる。先行発明の焼成試験では、丸型焼結鍋を用いて生産性を評価したが、焼結鍋への擬似粒子の装入は単純な混合装入であり、実機における装入過程での擬似粒子の崩壊や偏析現象は模擬していない。本出願は、装入過程における擬似粒子の崩壊および偏析の影響も含めて評価するために、スローピングシュート式装入装置を用いて擬似粒子を装入した。また、スローピングシュート式装入装置を用いるために角型焼結鍋を用いた。また、原料配合についても、マグネタイト系微粉鉱石の配合による生産性の量的変化に着目するために、組成バラつきが大きいミルスケールを除外した。これらの条件の差異により、マグネタイト系微粉鉱石を配合した場合の生産性は、絶対値は異なるが、基本的に図２１Ａ〜２１Ｅに示すようにミニペレット法より、本発明が高くなった。

先行発明の焼結原料の配合条件を表１１に示す。表１１における焼結返鉱石の配合率を内数から外数に単純に換算した場合は、表１２の通りとなる。

先行発明における焼成試験結果をまとめると、表１３に示す通りとなる。

表１３に示したＮｏ.1は、マグネタイト系微粉鉱石の配合を０質量％とした焼成試験である。Ｎｏ１に用いた擬似粒子は一括造粒で製造した。Ｎｏ２は、マグネタイト系微粉鉱石を配合した場合の先行発明で示した比較例である。Ｎｏ２では、一括造粒で擬似粒子を造粒して焼成試験を行った結果である。
Ｎｏ３は、先行発明で示した実施例であって、選択造粒で粒径が１〜３ｍｍのミニペレットと、残る原料を造粒した擬似粒子とを混合して焼成試験を行った結果である。

Ｎｏ４は、先行発明で示した実施例であって、選択造粒で粒径が３〜５ｍｍのミニペレットと、残る原料を造粒した擬似粒子とを混合して焼成試験を行った結果である。
Ｎｏ５は、先行発明で示した比較例であって、選択造粒で粒径が５〜８ｍｍのミニペレットと、残る原料を造粒した擬似粒子とを混合して焼成試験を行った結果である。
Ｎｏ６は、先行発明で示した比較例であって、選択造粒で粒径が８〜１１ｍｍのミニペレットと、残る原料を造粒した擬似粒子とを混合して焼成試験を行った結果である。

Ｎｏ２〜６は、返鉱を除いた新原料に対するマグネタイト系微粉鉱石の配合率が２６．３質量％である。また、Ｎｏ２〜６は、マグネタイト系微粉鉱石の配合率は、２６．７質量％である。
Ｎｏ７は、先行発明と同じ試験条件で実施した本発明の結果である。先行発明での焼成試験は、内径３００ｍｍの丸型焼結鍋を用いて、床敷き厚み４０ｍｍ、原料充填高さ５１０ｍｍで実施したものである。Ｎｏ７は、選択造粒で、焼結返鉱を核とする粒径が３〜８ｍｍの擬似粒子を造粒し、残る原料を造粒した擬似粒子とを混合して焼成試験を行った結果である。また、Ｎｏ７は、マグネタイト系微粉鉱石の配合率は、２６．７質量％である。Ｎｏ７では、鉱石Ｆ、焼結返鉱石及び生石灰の質量比率を８０：１８：２として、水を加えて、水分７．４質量％で粒径３〜８ｍｍの擬似粒子とした。焼結返鉱は、粒径１〜５ｍｍのものを使用した。

先行発明において、Ｎｏ２は、Ｎｏ１に対して生産性が１．４７ｔ／ｍ^２／ｈから１．３９ｔ／ｍ^２／ｈに低下する。そこで、Ｎｏ４のように、ミニペレットにすると生産性は１．６０９ｔ／ｍ^２／ｈに改善する。しかし、粒径が５ｍｍを超えるミニペレットに造粒して使用すると、Ｎｏ５、６のように生産性は、さらに改善するものの、製品品質の製品中３−１０ｍｍ比率とＩＳＯ−ＴＩが基準条件より悪化する。

製品品質の指標である「製品中３−１０ｍｍ比率（質量％）」とは、製品焼結鉱中の粒径が３ｍｍを超えて１０ｍｍ以下である質量比率（質量％）と定義される。製品中３−１０ｍｍ比率が大きいほど、焼結鉱を使用する高炉での通気性が低下し、高炉操業を悪化させる可能性が高く、好ましくない。
焼結鍋試験（焼成試験）による生産性評価においては、成品量は落下強度試験装置（ＪＩＳＭ８７１１１９９３）を用いて、床敷きを除いた焼成物全量を２ｍの高さから４回落下させたものの中から１０ｍｍを超えるものを回収量と定義した。品質指標においては、更に３ｍｍを超えて１０ｍｍ以下ものも回収、回収量を測定した。３ｍｍを超えるものの、全回収量に対する３ｍｍを超えて１０ｍｍ以下の回収量の質量比率を「製品中３−１０ｍｍ比率（質量％）」と定義した。

製品品質の指標である「ＩＳＯ−ＴＩ（質量％）」とは、タンブラー試験（ＩＳＯ３２７１準拠）により測定した粒径６．３ｍｍ以上の質量比率である。ＩＳＯ−ＴＩ（質量％）が大きいほどタンブラー試験での崩壊が少なく、高強度で高炉での通気性が良く、好ましい。
本発明であるＮｏ７では、基準であるＮｏ１、先行発明の実施例であるＮｏ３〜４、Ｎｏ．２、５〜６と比較しても、生産性は最も高い値を示している。以上のことから、同一条件のもとでは、本発明は、生産性と製品品質のともに先行発明より効果が高いことが分かる。

以上によれば、擬似粒子の粒径は、３ｍｍを超えて８ｍｍ以下であって、当該擬似粒子の被覆層は、７５質量％以上がマグネタイト系微粉鉱石、水及びバインダから構成され且つ水分が６．９６＋１０．８４／Ｄｆ以上で９．０６＋４０．１３／Ｄｆ以下であることが望ましい。
上述したように、マグネタイト系微粉鉱石を本発明で規定した擬似粒子に造粒して用いると、一括造粒法やペレット法よりも高い生産性を得ることができる。ここで、焼結機に装入する擬似粒子の装入量について検証する。

新原料を基準として質量単位を100した場合、「装入原料総量(Wtotal)=新原料(=100)+焼結返鉱配合率(Wret) +コークス配合率(Wcoke)」である。
ここで、擬似粒子に関して、「X_B+X_C+X_d=100」が成り立つため、被覆層を形成する微粉鉱石の質量比率X_Bは、式（３）で示すことができる。
X_B=100-X_C-X_d ・・・・(3)
ただし、X_C：擬似粒子の乾燥質量１に対する核の質量比率（質量％）、X_B：被覆層を形成する微粉鉱石の質量比率（質量％）、X_d：被覆層に添加されたバインダの質量比率（質量％）、X_B＝Xb−X_d
乾燥質量1中のマグネタイト系微粉鉱石は、「1×(X_B/100)×(Cb/100)」である。Cbは、被覆層を形成する微粉鉱石中のマグネタイト系微粉鉱石の質量比率（質量％）である。擬似粒子の量は、Wmag/(XB/100)/(Cb/100)=(10000・Wmag)/(XB・Cb)である。Wmagは、新原料中のマグネタイト系微粉鉱石の配合率（質量％）である。装入原料総量に対する質量比率Wmag,p (質量%)は、式（４）で求めることができる。

Wmag,p = (10000・Wmag)/(XB・Cb)/Wtotal x100
= (1000000・Wmag)/(XB・Cb)/(100+Wret+Wcoke)
= (1000000・Wmag)/((100-Xc-Xd)・Cb)/(100+Wret+Wcoke)
・・・・(4)
ただし、Wret：焼結返鉱配合率（外数，質量％）、Wcoke：コークス配合率（外数，質量％）である。式（５）に示すように、被覆層の質量比率が下がると擬似粒子比率は上昇し、マグネタイト系微粉鉱石の配合率が増加しても擬似粒子比率は上昇する。

図２２は、擬似粒子の装入量と生産性の関係を示す。図２２に示すように、装入量が１０質量％未満では生産性は基準よりも若干低いものの、装入量が１０質量％を超えると基準以上となる。また、擬似粒子の装入量の増加につれて生産性も増加し、３０質量％付近でピークを示す。擬似粒子の装入量を３０質量％よりも更に増やすと生産性は低下し、４５質量％（内挿点）を超えると基準以下となる。４４質量以下では基準以上の生産性を得ることができる。擬似粒子の装入量が過大となると、融液の浸潤不足が発生し、組織が脆弱となって歩留が低下するためと推定される。なお、図２２に示す結果は、擬似粒子の乾燥質量１に対する核の質量比率が１８質量％（被覆層は８２質量％）の擬似粒子用いた結果である。その他の擬似粒子の条件は、上述した規定を満たしている。ここで、核と擬似粒子の粒径を各粒径範囲の平均値として単純化すると、各々３．０ｍｍと５．５ｍｍとなる。擬似粒子を核と被覆層からなる２層構造の球体と考えると、擬似粒子に対する核と被覆層の体積比率は、核体積比率＝（３．０／５．５）^３ｘ１００＝１６体積％、被覆層体積比率＝１００−１６＝８４体積％となる。核と被覆層の見かけ密度はほぼ等しいため、体積比率は質量比率と等しく、擬似粒子の核質量比率１８質量％は本発明で規定する平均的なものであることが分かる。

本発明の擬似粒子は、粒径（粒子径）が３〜８ｍｍであり、核の粒径が１〜５ｍｍであるため、単純化して粒径比から擬似粒子の被覆層比率「被覆層比率(質量%)=体積比率(体積%)=100×(1-(核の粒径/擬似粒子の粒径)³」を求めると、各々７６〜９６質量％となる。ここで、各々の粒径範囲の中間値（擬似粒子の粒径＝５．５ｍｍ、核の粒径＝３．０ｍｍ）を代表粒径とすると、被覆層比率は８４質量％となる。ここで、マグネタイト系微粉鉱石を１０質量％使用する場合の擬似粒子比率は、以下の(i)〜(iii)となる。

(i)粒子径3mm：10/{(96/100)x(1-2/100)x(100/100)}=10.6質量％、
(ii)粒子径5.5mm：10/{(84/100)x(1-2/100)x(100/100)=12.1質量％
(iii)粒子径8mm：10/{(76/100)x(1-2/100)x(100/100)=13.4質量％
したがって、装入原料総量に対して１５質量%以上の比率で擬似粒子を配合すると、マグネタイト系微粉鉱石の配合率が１０質量%以上となり、一括造粒による操業に比して生産性が著しく改善され、基準値以上の生産性を得ることができる。

マグネタイト系微粉鉱石の配合率を４０％にした場合の擬似粒子比率は、40/{(82/100)×(1-2/100)×(100/100)}=49.8質量%である。ここで、生産性が基準値となるマグネタイト系微粉鉱石の配合率を内挿点として求めると、４５〜４６質量％となる。ここで、マグネタイト系微粉鉱石を４５質量％使用する場合の擬似粒子比率は、以下の(iv)〜(vi)となる。

(iv)粒子径3mm：45/{(96/100)×(1-2/100)×(100/100)}=47.8質量%
(v)粒子径5.5mm：45/{(84/100)×(1-2/100)×(100/100)}=54.7質量% (代表粒径ケース)
(vi) 粒子径8mm：45/{(76/100)×(1-2/100)×(100/100)}=60.4質量%
したがって、マグネタイト系微粉鉱石の配合率４５質量%に相当する擬似粒子の配合上限は、代表粒径で５４．７質量%であるから、擬似粒子比率を５０質量％以下にすることにより、基準値以上の生産性が得ることができる。

装入原料全体の塩基度一定の条件において、擬似粒子塩基度が低いことがある。擬似粒子比率を４４質量％以上にした場合、通常、擬似粒子の石灰配合率が過大となる。石灰石は水との親和性が鉄鉱石よりも低く、粒成長が遅いため、造粒物の成長が遅れ、粒径が低下する。その結果、造粒物全体の粒径が低下するため、生産性低下抑制効果は減少する。これらの作用によって、マグネタイト系微粉鉱石の配合率が３０質量％以上の場合は、生産性ｆが低下したものと推定される。また、擬似粒子から生成する融液の塩基度が上昇して流動性が低下するため、液相焼結が減少し、歩留が低下して生産性の低下抑制効果が減少することが考えられる。

以上のことから、擬似粒子を装入原料の総量（装入原料総量）に対して１５質量％以上４４質量％以下で焼結機に装入することが好ましい。
さて、一般に、焼結機の焼成終了は、粉コークス等の燃焼が終了した時点で排ガス温度が低下することから、排ガス温度で判定される。焼結機の操業においては、焼成終了点が焼結機終端となるようにパレット速度が制御される。下層領域のマグネタイト系微粉鉱石の存在が多いと、Ｆｅ_３Ｏ_４酸化熱で排ガス温度の低下が遅れ、パレット速度を減少させることとなり、焼成時間が増大し、生産性が低下する。下層領域では、Ｆｅ_３Ｏ_４の酸化に必要な時間が十分に確保できないため、擬似粒子のＦｅ_３Ｏ_４の未酸化残留量が増加する。未酸化残留量が多いと酸化発熱が利用できないため、下層領域の焼成・焼結が進まず、組織が脆弱となって歩留が低下する。十分に酸化させようとすると焼成時間の延長が必要となり、いずれも生産性が低下する。したがって、下層領域に装入する擬似粒子は制限することが望ましい。

そこで、焼結原料を焼結機等に装入した場合、焼結原料の表面から焼結原料の底までの充填層について考慮する。ここで、図２６に示すように、焼結原料の表面を０％、底面を１００％と定義し、表面０％から深さ方向に８０％までを上層領域、深さが８０％から底面（１００％）までを下層領域とする。図２４は、下層領域の領域における擬似粒子の存在率と生産性の関係をまとめた図である。擬似粒子の存在率を検討する実験では、マグネタイト系の微粉鉱石の配合率を３０質量％とし、擬似粒子の存在率を所定値に制御するためにスローピングシュート式装入装置を用いずに手で装入した。マグネタイト系微粉鉱石、焼結返鉱と生石灰を質量比８０：１８：２で配合し、被覆層水分が８．６質量％である擬似粒子（本発明擬似粒子）と、マグネタイト鉱石を用いずに水分が７．２質量％の擬似粒子（従来擬似粒子）とを用意した。そのうえで、それぞれの擬似粒子を焼結鍋への装入し、本発明擬似粒子と従来擬似粒子を所定比率でその量の和が装入原料総量の２０質量％となるように量り取り、均一に混合して下層領域に装入する。その上に残りの装入原料を均一に混合した上で装入した。図２４に示すように、下層領域における本発明擬似粒子の存在率が６０質量％を超えると、生産が大きく減少する結果が得られた。装入原料量は、焼結機（焼結鍋）の高さに比例するため、下層領域の装入原料量と本発明擬似粒子の存在率の積から、下層領域への本発明擬似粒子の装入量を求めることができる。

図２５は、本発明擬似粒子装入量と生産性の関係を示している。図２５に示すように、マグネタイト系微粉鉱石によって構成した擬似粒子（本発明擬似粒子）が１２％を超えると大きく生産性が低下する結果となった。このことから、焼結機において充填層の表面から８０％の位置から底面までの下層領域には、原料の総量に対して０質量％〜１２質量％の擬似粒子を装入することが望ましい。

表１４〜表２１は、本発明の焼結鉱の製造方法で焼結原料を製造して焼結原料に対して焼結を行った実施例と、本発明とは異なる焼結鉱の製造方法で焼結原料を製造して焼結原料に対して焼結を行った比較例とをまとめたものである。

焼結原料の焼結は、図２６を示すバッチ式の焼結試験装置を用いて焼結を行った。図２６に示すように、焼結試験装置１は、焼結原料２が装入される焼結鍋３と、焼結鍋３の底部に設けられた風箱４とを有している。風箱４には、配管５等を介して吸引機（排風機）６が接続されており、配管５には除塵器７も接続されている。
実施例及び比較例では、直径が２８０ｍｍ、高さが６００ｍｍの円筒状の焼結鍋３に、まず、パレットの保護用床敷きとして粒径１０〜２０ｍｍの焼結鉱を装入する。焼結鉱の上部に鉄鉱石、石灰石等の副原料、凝固剤としてコークス、それぞれを混合、造粒した原料（焼結原料）を装入した。

焼結鉱原料の装入は、図２７に示すスローピングシュート式の装入装置１０を用いて装入を行った。装入装置１０は、焼結鉱原料等の原料を収容するホッパー１１と、原料を所定量切り出すドラムフィーダ１２と、原料を移動台車１３に向けて案内するシュート１４とを有している。移動台車１３に焼結鍋３を入れて移動台車１３をシュート１４の下部に移動させることにより、焼結鉱原料等を焼結鍋３に装入することができる。

焼結鍋３に原料（焼結原料）を装入後、点火バーナーで原料の充填層表面に着火した後、風箱４に接続された吸引機（排風機）６で吸引圧１５．７ｋＰａの一定で空気を吸引して原料中のコークスを燃焼させ、焼成した。擬似粒子に対しては、回転強度試験及び乾燥強度試験を行った。回転強度試験及び乾燥強度試験の条件は、上述した条件と同じである。なお、回転強度試験及び乾燥強度試験において、擬似粒子の粒子径の影響を調査する場合においては、対象とする粒径に篩い分けた擬似粒子を用いた。

焼成後の焼結鉱においては、「ＪＩＳＭ８７１１：１９９３」に準拠した落下強度試験を行った。落下強度試験では、床敷きを除いた焼成物（焼結鉱）の全量を２ｍの高さから４回落下させ、回収されたうち、粒径が１０ｍｍを超える焼結鉱を成品とした。そして、成品の量（成品量）を用いて、生産性を求めた。この実施形態では、生産性は、「生産性（ｔ／ｍ^２・ｈ）＝｛成品量（ｋｇ）／焼成時間（ｈ）／充填層断面積（ｍ^２）｝／１０００」で求めた。充填層断面積は、焼結鍋の水平断面積、即ち、２８０ｍｍの正方形の面積（０．０７８４ｍ^２）とした。焼成時間は、点火バーナーによる着火を焼成開始、排ガスのＣＯ_２濃度が０．２ｖｏｌ％以下になる時間を焼成終了とした。排ガス分析には、０．２ポイントの精度を有する赤外線ガス分析計（富士電機株式会社型式２ＲＪＦ２Ｃ１５）を用いた。

比較例１〜７等に示すように、一括造粒にて焼結鉱原料を製造した場合、造粒物の粒径や水分値等がどのような値であっても、生産性を基準（１．５００ｔ／ｍ^２・ｈ）よりも大きくすることができなかった（生産性の欄、相対値１０３未満）。
比較例８〜１６等に示すように、選択造粒であっても核が無い場合（選択核無し）、造粒物の粒径や水分値等がどのような値であっても、生産性を基準よりも大きくすることができなかった。

比較例１７〜２５に示すように、選択造粒であっても擬似粒子の核がヘマタイト鉱石から形成されていて焼結返鉱でない場合（核粒子種の欄）、造粒物の粒径や水分値等がどのような値であっても、生産性を基準よりも大きくすることができなかった。なお、擬似粒子の核に用いる原料の粒径は、１ｍｍ以上５ｍｍ未満とした（核粒径の欄）。
比較例２６〜２９に示すように、擬似粒子の核が焼結返鉱であっても、核の水分（焼結返鉱の水分）が３質量％を超えた場合、生産性を基準よりも大きくすることができなかった。

比較例３０〜３４に示すように、消石灰や生石灰などを含むバインダを、被覆層が含んでいない場合（バインダの欄）、生産性を基準よりも大きくすることができなかった。なお、バインダの欄でスラリーは鉱石及脈石を含む微粉固体のことである。
比較例３５、３６、１１１に示すように、被覆層の水分（被覆層の水分の質量％の欄）が６．９６＋１０．８４／Ｄｆ未満（被覆層の下限値の欄）である場合、生産性を基準よりも大きくすることができなかった。

比較例３７、８５、１１５、１４１、１４６等に示すように、被覆層の水分が９．０６＋４０．１３／Ｄｆ（被覆層の上限値の欄）を超えている場合、生産性を基準よりも大きくすることができなかった。
比較例３８、３９、８７、９０等に示すように、擬似粒子の粒径が３ｍｍ以下、或いは、８ｍｍを超えている場合（粒径の欄）、生産性を基準よりも大きくすることができなかった。

比較例４２、１０５、１３５、１６５等に示すように、擬似粒子が装入原料の総量に対して１５質量％未満或いは４４質量％を超えている場合（装入量の欄）は、生産性を基準よりも大きくすることができなかった。
比較例４０、１１０、２００に示すように、焼結機において充填層の表面から８０％の位置から底面までの下層領域には、原料の総量に対して１２質量％を超えた擬似粒子を装入している場合（下部領域装入量の欄）、生産性を基準よりも大きくすることができなかった。

一方、実施例では、マグネタイト系微粉鉱石（鉱石Ｅ、鉱石Ｆ、鉱石Ｇ、鉱石Ｈ）を用いて、選択造粒で且つ核有りで擬似粒子を造粒している。また、擬似粒子の核は、焼結返鉱で当該焼結返鉱の粒径は、１ｍｍ以上５ｍｍ未満（核粒径の欄）、核の水分は３質量％以下（核水分の欄）にしている。また、擬似粒子の被覆層はバインダを含み（バインダの欄）、被覆層の水分（被覆層の水分の質量％の欄）は、６．９６＋１０．８４／Ｄｆ以上（被覆層の下限値の欄）、９．０６＋４０．１３／Ｄｆ（被覆層の上限値の欄）以下としている。また、擬似粒子の粒径は、３ｍｍを超えて８ｍｍ以下（粒径の欄）である。

さらに、実施例では、擬似粒子が装入原料の総量に対して１５質量％以上４４質量％以下（装入量の欄）であって、焼結機において充填層の表面から８０％の位置から底面までの下層領域には、原料の総量に対して０質量％〜１２質量％の擬似粒子を装入している。それゆえ、生産性を基準（１．５００ｔ／ｍ^２・ｈ）よりも大きくすることができた（生産性の欄、相対値１０３以上）。

以上のように、焼結鉱の製造方法では、マグネタイト系微粉鉱石を含む微粉鉱石を用いたとしても生産性の低下しない焼結鉱を製造することができた。
なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する領域を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。

１バッチ式の焼結試験装置
２焼結原料
３焼結鍋
４風箱
５配管
６吸引機
７除塵器
１０スローピングシュート式の装入装置
１１ホッパー
１２ドラムフィーダ
１３原料を移動台車
１４シュート
３０Ｉ型のドラム試験装置
３１Ｉ型ドラム

Claims

粒径が１ｍｍを超え且つ３質量％以下の水分を含有する焼結返鉱と、マグネタイト系微粉鉱石を含む微粉鉱石とを造粒することで得られた擬似粒子を用いて焼結鉱原料を製造するに際して、
前記擬似粒子は、７５質量％以上がマグネタイト系微粉鉱石、水及びバインダから構成され且つ水分が６．９６＋１０．８４／Ｄｆ以上で９．０６＋４０．１３／Ｄｆ以下である被覆層を有し、当該擬似粒子の粒径は、３ｍｍを超えて８ｍｍ以下であって、
前記擬似粒子を装入原料の総量に対して１５質量％以上４４質量％以下で焼結機に装入することとし、前記焼結機において充填層の表面から８０％の位置から底面までの下層領域には、前記原料の総量に対して０質量％〜１２質量％の擬似粒子を装入することを特徴とする焼結鉱の製造方法。