JP2017075348A - 焼結鉱の製造方法および焼結鉱 - Google Patents

Abstract

【課題】被還元性に優れた焼結鉱を容易かつ経済的に製造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バインダーを添加して造粒した後に、その造粒物を焼結する焼結鉱の製造方法において、造粒する際に、バインダーとしてＨを３質量％以上含有する有機バインダーを用いる。このようにＨを３質量％以上含有する有機バインダーを用いることで、焼結鉱の微細気孔率を増加させる。具体的には、全気孔率に対する微細気孔率の割合が０．４２以上である組織を有する焼結鉱とする。そして、Ｈを３質量％以上含有する有機バインダーを用いることによって、原料の配合等が制約されることなく、かつ、設備の改造や別の設備の設置が不要で、焼結鉱の微細気孔率を増加でき、その結果、焼結鉱の強度を低下させることなく、被還元性を向上できる。【選択図】なし

Description

本発明は、被還元性に優れた焼結鉱の製造方法および焼結鉱に関する。

高炉の装入原料である焼結鉱の品質を表す指標としては、落下強度（ＳＩ）、耐還元粉化性（ＲＤＩ）および被還元性（ＲＩ）が一般的に用いられる。また、これらの指標の中でも、被還元性は高炉の還元材比と相関があり、被還元性が良好なほど還元材比が低下する傾向にあるため、近年、被還元性に優れた焼結鉱が求められている。

焼結鉱の被還元性を向上させる技術としては、特許文献１ないし３の方法が知られている。

特許文献１では、ＳｉＯ_２を０．０１〜１．０ｗｔ％含有した高品位鉄鉱石を２０〜４０ｗｔ％配合してＳｉＯ_２を偏在させることで、被還元性に優れたヘマタイト量を確保して、焼結鉱の被還元性を向上させている。

特許文献２では、ＭｇＯ源用の副原料の５０ｗｔ％以上について、その粒径を１〜１０ｍｍに粗粒化することで、マグネタイトの生成を抑制して、焼結鉱の被還元性を向上させている。

特許文献３では、焼成後の冷却工程において、冷却ガスを還元雰囲気に調整し、ヘマタイトおよびマグネタイトの組織分率や気孔率を制御することで、焼結鉱の被還元性および耐還元粉化性を向上させている。

特開平８−１０４９２７号公報 特開昭６３−２８２２１６号公報 特開平１０−２６５８５８号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、高品位鉄鉱石の枯渇が懸念されている現状において、ＳｉＯ_２成分が０．０１〜１．０ｗｔ％である低ＳｉＯ_２の希少な高品位鉄鉱石を比較的多量に原料として用いる技術は、工業的には現実的ではない。

特許文献２の方法では、ＭｇＯ源用副原料の粒度調整を行う必要があるため、副原料のための事前処理を行う必要があり作業が煩雑になるとともに、その事前処理において別途ふるい等の設備を用意する必要がありコストが増加してしまう問題が考えられる。

特許文献３の方法では、焼成後の冷却工程において大幅な設備の改造や調整等が必要であるため、コストが増加してしまう問題が考えられる。

したがって、原料や設備の観点からも、被還元性に優れた焼結鉱を容易かつ経済的に製造できる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、被還元性に優れた焼結鉱を容易かつ経済的に製造できる焼結鉱の製造方法および焼結鉱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バインダーを添加して造粒した後、その造粒物を焼結する焼結鉱の製造方法であって、Ｈを３質量％以上含有する有機バインダーを用い、焼結鉱は、全気孔率に対する気孔径が１００μｍ以下である微細気孔率の割合が０．４２以上の組織を有するものである。

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、有機バインダーの添加量は、固形分換算で０．０１質量％以上１．５質量％以下であるものである。

請求項３に記載された焼結鉱の製造方法は、請求項１または２記載の焼結鉱の製造方法において、有機バインダーは、リグニンスルホン酸塩を含有するものである。

請求項４に記載された焼結鉱は、全気孔率に対する気孔径が１００μｍ以下である微細気孔率の割合が０．４２以上の組織を有するものである。

本発明によれば、造粒する際にＨを３質量％以上含有する有機バインダーを添加することにより、気孔径が１００μｍ以下の比較的微細な気孔の割合を増加できるため、強度を低下させずに被還元性を向上でき、被還元性に優れた焼結鉱を容易かつ経済的に製造できる。

焼結鉱の落下強度とバインダー添加量との関係を示すグラフである。 焼結鉱の被還元性とバインダー添加量との関係を示すグラフである。 焼結鉱の気孔率とバインダー添加量との関係を示すグラフである。 バインダーを１質量％添加した場合とバインダー無添加の場合との焼結鉱の微細気孔の気孔径分布を示すグラフである。 （ａ）はバインダー無添加の場合の焼結鉱の組織を示す写真であり、（ｂ）はバインダーを１質量％添加した場合の焼結鉱の組織を示す写真である。 排ガス中の酸素濃度とバインダー添加量との関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施の形態の構成について図面を参照しながら詳細に説明する。

焼結鉱を製造する際には、まず、主原料である鉄鉱石と、石灰石および珪石等の副原料と、粉コークス等の固体燃料とを所定の割合で配合する。

なお、主原料となる鉄鉱石は、複数銘柄を組み合わせて用いる。すなわち、鉄鉱石は、採掘される地域等によって成分が異なるため、主原料として特性やコスト等を考慮して複数銘柄の鉄鉱石の配合を調整して用いる。

このように各原料を配合しバインダーとして有機バインダーを添加して、ドラムミキサーやディスクペレタイザー等の造粒機で造粒する。

また、その造粒物を焼結機で焼結し、その後、冷却して焼結鉱を製造する。

このように製造する焼結鉱の被還元性には、ヘマタイトやマグネタイト等の組織とともに、還元ガスの経路となる気孔構造が大きく影響する。

一般的に焼結鉱は、気孔率が高いほど被還元性が向上するが、気孔率の増加は強度の低下を招くため、強度低下の抑制と被還元性の向上とを両立させるには、気孔構造を制御する必要がある。

ここで、焼結鉱の強度や被還元性に及ぼすバインダー（有機バインダー）の影響について、焼結鍋試験の結果に基づいて説明する。

まず、バインダーおよび粉コークスは、表１に示す化学成分および発熱量のものを用いた。なお、表１の成分は、全て無水ベースの値である。また、バインダーは、パルプ廃液由来の有機バインダーで水分を約５０質量％含有する液体バインダーである。

表１に示すように、バインダーは、Ｃ（炭素）を約４０質量％含有し、Ｈ（水素）を６．５質量％含有しており、発熱量が粉コークスの半分程度である。

また、これらバインダーおよび粉コークスを用い、表２に示す割合で各原料を配合し、各焼結鉱の強度や被還元性に及ぼすバインダーの影響を調査するために焼結鍋試験を行った。

焼結鍋試験は、３００ｍｍ（直径）×４００ｍｍ（高さ）の鍋を用いて、鍋下圧力が５ｋＰａ一定の条件で行った。なお、バインダーを添加した条件２、条件３および条件４では、条件１に対して粉コークス量を低減し、バインダーおよび粉コークスの熱量が略一定となるようにした。焼結後の焼結鉱の化学成分を表３に示す。

表３に示すように、バインダーの有無やバインダーの添加量によらず、各条件ともに焼結後の成分は同程度である。

図１には、これら各条件で形成した焼結鉱の落下強度（ＳＩ）とバインダー添加量との関係を示す。この図１に示すように、バインダー添加量の増加にともないＳＩが向上する傾向にある。

また、図２には、各条件で形成した焼結鉱の被還元性（ＲＩ）とバインダー添加量との関係を示す。この図２に示すように、バインダーの添加によりＲＩが５％程度向上する。

これら図１および図２に示すように、バインダーを添加することにより、強度を低下させずに被還元性を向上できる。

図３には、各条件で形成した焼結鉱の気孔率とバインダー添加量との関係を示す。なお、気孔率は、真密度および見掛け密度からＪＩＳＭ８７１７に準拠し算出した全気孔率、および、水銀圧入式ポロシメータで測定した焼結鉱における気孔径が１００μｍ以下の微細気孔の割合を示す微細気孔率の２種類を測定した。

真密度は試料を４５μｍ以下に粉砕したＨｅガス置換法で測定した。また、見掛け密度は、試料の表面をパラフィンでコーティングして試料内部への液体の浸透を防止し、アルキメデス法で測定した。

図３に示すように、全気孔率は、バインダー添加量を変えても一定であるが、焼結鉱において気孔径が１００μｍ以下である微細気孔の割合を示す微細気孔率は、バインダー添加量の増加にともない上昇する。

図４には、バインダーを１質量％添加した場合とバインダー無添加の場合とにおいて、水銀圧入式ポロシメータで測定した微細気孔の気孔径分布を示し、図５には、バインダーを１質量％添加した場合とバインダー無添加の場合とにおける焼結鉱組織（写真）の一例を示す。

図４に示すように、バインダーを添加した焼結鉱は、バインダー無添加の焼結鉱に比べて、１００μｍ以下、特に１０〜５０μｍの気孔が多く存在しており、図５の写真においても、バインダーを添加した方が微細な気孔を多く確認できる。

このようにバインダーを添加して微細な気孔が増加させて、焼結鉱が、全気孔率に対する１００μｍ以下の微細気孔の微細気孔率の割合（焼結鉱における気孔径が１００μｍ以下の微細気孔率／全気孔率）を示す微細気孔比率が０．４２以上の組織を有することにより、落下強度（ＳＩ）を低下させずに、被還元性（ＲＩ）を向上できる。

なお、バインダーの添加量の増加にともなって微細気孔が増加する原因は明らかではないが、高温で生成する融液が関係していると考えられる。

図６には、排ガス中の酸素濃度とバインダー添加量との関係を示す。この図６に示すように、排ガス中の酸素濃度は、バインダーの添加量の増加にともなって低下しており、バインダーの添加により焼結層内の酸素分圧は低下する。

また、焼結層内で生成する融液は、カルシウムフェライト融液およびシリケートスラグ融液の２種類であるが、酸素分圧が低下すると、シリケートスラグ融液の生成量が増加し、カルシウムフェライト融液の生成が抑制される。

そして、シリケートスラグ融液は、カルシウムフェライト融液よりも粘度が高く、気孔に浸透しにくい。その結果、バインダーを添加すると、融液により気孔が閉塞されにくくなり、１０〜５０μｍ程度の気孔が多数存在する状態となると考えられる。

したがって、造粒する際には、Ｈ（水素）を含有する有機バインダーを用いることで、焼結鉱の全気孔率は一定のまま、気孔径が１００μｍ以下の比較的微細な気孔が多く分散した状態とする。

また、有機バインダーにおけるＨの含有量が３質量％未満であると、酸素分圧の低下が不十分で微細気孔を十分に増加できない可能性があるため、有機バインダーにおけるＨの含有量は、固形分中（無水ベース）で３質量％以上とする。なお、有機バインダーは、液体状および粉末状のどちらを使用してもよい。

また、焼結鉱を製造する際の有機バインダーの添加量は、固形分換算で０．０１質量％より少ないと、微細気孔を十分に増加できない可能性があり、一方、多すぎると微細気孔の増加による被還元性の向上効果が飽和してコストの増加を招いてしまう。そこで、有機バインダーの添加量は、全原料に対して固形分換算で０．０１質量％以上１．５質量％以下が好ましい。

さらに、有機バインダーとしては、例えばパルプ廃液、糖蜜および澱粉等を使用できるが、パルプ廃液等のようにリグニンスルホン酸塩を含有するものが好ましい。

また、造粒する際には、有機バインダーだけでなく、必要に応じて、有機バインダーに加えて生石灰やベントナイト等の無機バインダーを更に添加してもよい。

次に、上記一実施の形態の作用および効果を説明する。

造粒する際にＨを３質量％以上含有する有機バインダーを添加することにより、焼結鉱の全気孔率が一定のまま、気孔径が１００μｍ以下の比較的微細な気孔の割合を増加でき、焼結鉱を、全気孔率に対する焼結鉱における１００μｍ以下の微細気孔率の割合（焼結鉱における気孔径が１００μｍ以下の微細気孔率／全気孔率）が０．４２以上の組織にできるため、強度を低下させずに被還元性を向上できる。また、比較的に希少な原料の確保や別の設備の設置や既存の設備の改造等が不要であるため、被還元性に優れた焼結鉱を容易かつ経済的に製造できる。

なお、通常の焼結操業では、複数銘柄の鉄鉱石を組み合わせて焼結鉱を製造するため、鉄鉱石の配合が日々異なるが、上述のＨを含有する有機バインダーによる被還元性向上効果は、鉄鉱石の配合に影響されることなく、どのような鉄鉱石配合でも奏することができる。

有機バインダーの添加量を固形分換算で０．０１質量％以上１．５質量％とすることにより、経済的に被還元性を向上できる。

リグニンスルホン酸塩を含有する有機バインダーを用いることにより、被還元性を向上でき、特にパルプ廃液を用いることにより、経済的に被還元性を向上できる。

Ｈを含有する有機バインダーによる被還元性向上効果を確認するため、焼結鍋試験装置を用いて以下の試験を実施した。

主原料としては表４に示す成分の各鉄鉱石を用いた。

この表４に示す各鉄鉱石と各原料とを、表５に示す割合で配合した。バインダーとしては、リグニンスルホン酸が主成分でパルプ廃液由来の液状の有機バインダーを用いた。表５に示すバインダーの添加量は固形分換算の値である。

なお、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２およびＮｏ．３は、主原料と副原料とを同じ割合で配合し、バインダーの添加量に応じて固体燃料である粉コークスの添加量を調整した。

Ｎｏ．４およびＮｏ．５は、主原料と副原料とを同じ割合で配合し、バインダーの添加量に応じて固体燃料である粉コークスの添加量を調整した。

Ｎｏ．６およびＮｏ．７は、主原料と副原料とを同じ割合で配合し、バインダーの添加量に応じて固体燃料である粉コークスの添加量を調整した。

表５に示す配合の各種原料をドラムミキサーで水分を添加しながら造粒した後、造粒物を直径３００ｍｍで高さ４００ｍｍの焼結鍋に充填し、吸引圧５ｋＰａ一定で焼結を行い、その際の歩留、落下強度（ＳＩ）、耐還元粉化性（ＲＤＩ）および被還元性（ＲＩ）を測定した。歩留は、焼結後のシンターケーキを２ｍの高さから４回落下させた際の粒径５ｍｍ以上の割合で評価した。ＳＩ、ＲＤＩおよびＲＩはＪＩＳに準拠した方法で測定した。また、焼結鉱における１００μｍ以下の微細気孔の割合を示す焼結鉱中の微細気孔率を水銀圧入式ポロシメータで測定した。さらに、真密度および見掛け密度から全気孔率を算出した。また、これら焼結鉱中の微細気孔率および全気孔率に基づいて、全気孔率に対する気孔径が１００μｍ以下の微細気孔率の割合（焼結鉱における気孔径が１００μｍ以下の微細気孔率／全気孔率）を示す微細気孔比率を求めた。これらの結果を表６に示す。

表６に示すように、比較例であるバインダーなし（Ｎｏ．１、Ｎｏ．４およびＮｏ．６）に比べ、バインダーを添加した本実施例（Ｎｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．５およびＮｏ．７）は、強度（ＳＩ）や耐還元粉化性（ＲＤＩ）が同等以上で、被還元性（ＲＩ）が４％以上向上していた。

すなわち、比較例であるＮｏ．１に対して本実施例であるＮｏ．２およびＮｏ．３のＳＩおよびＲＤＩが同等以上で、かつ、ＲＩが向上していた。また、比較例であるＮｏ．４に対して本実施例であるＮｏ．５のＳＩおよびＲＤＩが同等以上で、かつ、ＲＩが向上していた。さらに、比較例であるＮｏ．６に対して本実施例であるＮｏ．７のＳＩおよびＲＤＩが同等以上で、かつ、ＲＩが向上していた。

このような作用効果は、バインダーの添加により焼結鉱における１００μｍ以下の微細気孔率が増加したためと考えられる。

以上の結果により、バインダーとしてＨを３質量％以上含有する有機バインダーを用いることにより、原料の配合等が制約されることなく、かつ、別の設備の設置や設備の改造が不要で、焼結鉱の強度を低下させることなく、被還元性を向上できることを確認できた。

Claims (4)

1. 鉄鉱石、副原料および固体燃料を配合しバインダーを添加して造粒した後、その造粒物を焼結する焼結鉱の製造方法であって、
   Ｈを３質量％以上含有する有機バインダーを用い、
   焼結鉱は、全気孔率に対する気孔径が１００μｍ以下である微細気孔率の割合が０．４２以上の組織を有する
   ことを特徴とする焼結鉱の製造方法。
2. 有機バインダーの添加量は、固形分換算で０．０１質量％以上１．５質量％以下である
   ことを特徴とする請求項１記載の焼結鉱の製造方法。
3. 有機バインダーは、リグニンスルホン酸塩を含有する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の焼結鉱の製造方法。
4. 全気孔率に対する気孔径が１００μｍ以下である微細気孔率の割合が０．４２以上の組織を有する
   ことを特徴とする焼結鉱。