JP2017119910A - Reduction raw material, and method for producing reduction raw material - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the reduction powdering and ensure the strength of a reduction raw material by suppressing hydrogen-based reduction of iron oxide at a temperature range of 550-600°C, and proceeding reduction of iron oxide at 700°C or higher.SOLUTION: A reduction raw material having a porous body comprising FeO, and a coating layer which covers 70% or more of the entire surface of the porous body, is in an amount of 5.0 parts by mass or more and 50.0 parts by mass or less of the mass of the porous body, and comprises a calcium iron compound composed of CaFeO(1<y/x≤2; 1≤z), and a method for producing the reduction raw material are provided.SELECTED DRAWING: Figure 10

Description

本発明は、固体還元炉に用いる還元用原料と、当該還元用原料の製造方法に関する。   The present invention relates to a reducing material used in a solid reduction furnace and a method for producing the reducing material.

水素ベースの還元プロセスである固体還元炉は、鉄鉱石の微粉を主原料として製造された焼成ペレットを原料とし、これを溶融すること無く還元率約90%以上のFeに還元する。固体還元炉内部では、500〜600℃の温度領域を通過する間に、焼成ペレット中のヘマタイト相が還元されてマグネタイト相に変化するが、この相変化には体積膨張を伴い、また水素ベースのヘマタイトの還元が吸熱反応であることから、温度上昇が当該温度域に停滞し易い。このため焼成ペレットは、固体還元炉においては粉化現象を起こしやすい。また、発生した粉が還元して焼成ペレットを固める糊状に働き、ペレット同士が互いに溶着し、クラスタリングを生じたり、炉内のペレットが動かなくなって炉底部から取り出せなくなる棚吊が生じる。同様の還元粉化の問題は、COベースの還元を行う高炉においても発生し得るが、水素ベースの還元を行う固体還元炉においては、より還元粉化やクラスタリングの課題が大きくなる。   A solid reduction furnace, which is a hydrogen-based reduction process, uses calcined pellets manufactured using iron ore fine powder as a main raw material and reduces it to Fe with a reduction rate of about 90% or more without melting it. Inside the solid reduction furnace, the hematite phase in the calcined pellets is reduced to change into a magnetite phase while passing through a temperature range of 500 to 600 ° C. This phase change is accompanied by volume expansion, Since the reduction of hematite is an endothermic reaction, the temperature rise tends to stagnate in the temperature range. For this reason, the fired pellets are liable to cause a pulverization phenomenon in a solid reduction furnace. In addition, the generated powder is reduced to act as a paste that hardens the fired pellets, and the pellets are welded to each other, causing clustering, and a shelf hanging that prevents the pellets in the furnace from moving and cannot be removed from the bottom of the furnace. Similar reduction pulverization problems may also occur in a blast furnace that performs CO-based reduction, but in a solid reduction furnace that performs hydrogen-based reduction, the problems of reduced pulverization and clustering become even greater.

従来、高炉や固体還元炉での還元粉化を抑制するために、CaCl等の塩化物の水溶液を焼成ペレットに噴霧して乾燥し、表面に無水CaCl等の塩化物を付与することが行われてきていた。無水CaClの融点は772℃なので、当該塩化物は還元粉化が問題となる温度域では、焼結鉱や焼結ペレットの内部への還元ガスの拡散を妨いで、還元の進行を抑制して還元粉化を防ぎ、より高温においては融けてペレット表面から除去され、ペレットの還元の妨げにならなくなるように機能する。しかし、焼結鉱や焼成ペレットに、新たに塩化物を噴霧・乾燥して表面に付与する手間がかかると共に、添加した塩化物が高炉や固体還元炉などの還元設備に付着し、設備を腐食するなどの課題が有った。 Conventionally, in order to suppress reductive pulverization in a blast furnace or a solid reduction furnace, an aqueous solution of chloride such as CaCl 2 is sprayed on the fired pellets and dried to provide chloride such as anhydrous CaCl 2 on the surface. Has been done. Since anhydrous CaCl 2 has a melting point of 772 ° C., the chloride inhibits the progress of reduction by preventing the reduction gas from diffusing into the sintered ore and sintered pellets in the temperature range where reduction powdering is a problem. It functions to prevent reducing powdering and to melt at higher temperatures and be removed from the pellet surface without interfering with pellet reduction. However, it takes time and effort to spray and dry chloride on the sintered ore and fired pellets, and the added chloride adheres to reduction equipment such as blast furnaces and solid reduction furnaces, corroding the equipment. There was a problem such as doing.

安価劣質原料の利用拡大のため、CaCl等の塩化物を用いることなく、且つ前述の還元粉化を抑制し、ペレットのクラスタリングが起き難く、安定した炉の運転及び還元処理をするために、種々の焼結鉱及び焼結鉱の製造方法が提案されている。 In order to expand the use of inexpensive inferior raw materials, without using chlorides such as CaCl 2 and to suppress the above-mentioned reduction powdering, it is difficult for the clustering of pellets to occur, and to perform stable furnace operation and reduction treatment, Various sintered ores and methods for producing the sintered ores have been proposed.

例えば、特許文献1には、焼結時に固体のままで残留、あるいはカルシウムフェライト生成に寄与しない粗粒焼結原料と、焼結時に溶融させてカルシウムフェライトを生成する微粉焼結原料を用い、粗粒焼結原料の周りに微粉焼結原料を付着する造粒を行い、これを焼結することによって、上記粗粒焼結原料からの生成物をカルシウムフェライトで溶結する焼結鉱が開示されている。尚、粗粒或いは微粉原料からなる核と当該核の周囲に微粉を造粒した2層構造のペレットを「2層ペレット」ということがある。   For example, Patent Document 1 uses a coarse-grained sintering raw material that remains solid during sintering or does not contribute to the formation of calcium ferrite, and a fine-sintered raw material that is melted during sintering to generate calcium ferrite. There is disclosed a sintered ore that performs granulation by adhering a fine powder sintered raw material around a grain sintered raw material, and sintering the resulting product from the coarse grain sintered raw material with calcium ferrite. Yes. Note that a two-layered pellet obtained by granulating a core made of a raw material of coarse particles or fine powder and fine powder around the core is sometimes referred to as a “two-layer pellet”.

非特許文献1は、粗粒或いは微粉原料からなる核と当該核の周囲にCaO−Fe系の微粉を造粒した2層ペレットを開示しており、核の粗粒と付着層の比率は略50:50とし、付着層の原料のヘマタイト鉱石と石灰石の割合を変えた実験結果を報告している。 Non-Patent Document 1 discloses a two-layer pellet obtained by granulating a core made of raw material of coarse particles or fine powder and CaO-Fe 2 O 3 -based fine powder around the core. The ratio of about 50:50 is reported, and the experimental results are reported in which the ratio of hematite ore and limestone as the raw material for the adhesion layer is changed.

特許文献1及び非特許文献1では、被覆層を融解する温度で焼成して、カルシウムフェライト、もしくはカルシウムフェライトとヘマタイトの混合相からなる連結部を形成し、この連結部が複数の2層ペレット同士を結合し、機械的強度に優れる2層ペレットの連結体、即ち焼結鉱が作られる。しかしここでは連結部、あるいはカルシウムフェライトを含む層が融解して液相を生じ、流動してしまうために、その形状が制御されていないと共に、その融液が滴下してカルシウムフェライトの分布にむらが生じ、カルシウムフェライトを含む層の切れ目を生じて連続に形成されず、また、カルシウムフェライトが内部の酸化鉄造粒物部分に浸透してペレットの被還元性を損なう、などの問題を生じる。   In Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, firing is performed at a temperature at which the coating layer is melted to form a connecting portion made of calcium ferrite or a mixed phase of calcium ferrite and hematite, and this connecting portion is formed by a plurality of two-layer pellets. Are bonded to each other, and a two-layer pellet connected body having excellent mechanical strength, that is, a sintered ore is produced. However, since the connecting part or the layer containing calcium ferrite melts to form a liquid phase and flows here, the shape is not controlled, and the melt is dripped to cause uneven distribution of calcium ferrite. This causes a break in the layer containing calcium ferrite, resulting in a problem that the calcium ferrite permeates into the iron oxide granule portion inside and impairs the reducibility of the pellet.

特許文献2には、表面に粉粒状固体燃料被覆した3〜12φの生ペレットを焼成し、得られた焼成塊成鉱は、表層部が主にカルシウムフェライト相及びスラグ相の少なくとも一つにより互いに結合された、複数個の焼結ペレットの不規則形状の集合体が開示されている。しかし、特許文献2において、カルシウムフェライト相はペレットの結合に利用されるに過ぎず、カルシウムフェライト相の組成、分布形状の制御について開示も示唆もない。   In Patent Document 2, 3-12φ raw pellets coated with a particulate solid fuel are fired on the surface, and the obtained calcined agglomerated ore is composed of at least one of a calcium ferrite phase and a slag phase. A combined, irregularly shaped assembly of a plurality of sintered pellets is disclosed. However, in Patent Document 2, the calcium ferrite phase is only used for bonding pellets, and there is no disclosure or suggestion about the control of the composition and distribution shape of the calcium ferrite phase.

特許文献3には、CaO/SiOで示される塩基度が1.8〜2.4の高炉挿入用2層構造ペレットと、塩基度1.8〜2.0の芯部と塩基度1.2〜1.5の外周部からなる2層構造の高炉挿入用2層構造ペレットが開示されている。このように、塩基度の異なる2層ペレットとすることで、2CaO/SiOが生成して、高炉中でも1290℃までは融液とFeOからなる融体がペレット内部から表面に浸み出して外周部の金属鉄を焼結させることが抑制される。 Patent Document 3, CaO / a 2-layer structure pellets for blast furnace insertion of basicity 1.8-2.4 represented by SiO 2, core basicity from 1.8 to 2.0 and basicity 1. A two-layer pellet for blast furnace insertion having a two-layer structure consisting of 2 to 1.5 outer peripheral portions is disclosed. In this way, by forming a two-layer pellet with different basicity, 2CaO / SiO 2 is generated, and the melt consisting of the melt and FeO oozes from the inside of the pellet to the surface up to 1290 ° C. even in the blast furnace. Sintering of the part of metallic iron is suppressed.

特許文献3に開示された発明は、1270℃以上の焼成で緻密なカルシウムフェライトの組織が発達すると、高炉の低温領域での還元粉化が激しくなるので、むしろ1270℃以下で焼成して気孔が発達した緻密ではないカルシウムフェライトの組織を発生させ、還元粉化を防ぐことように構成されている。また本先行技術の2層ペレットは、外周部のCaOの割合が、芯部よりもむしろ低いことが特徴である。   In the invention disclosed in Patent Document 3, when a dense calcium ferrite structure is developed by firing at 1270 ° C. or higher, reducing powdering in the low temperature region of the blast furnace becomes intense. It is configured to generate a developed non-dense calcium ferrite structure to prevent reduced powdering. The prior art two-layer pellet is characterized in that the CaO ratio in the outer peripheral portion is lower than that in the core portion.

特許文献4は、酸化鉄粉の造粒物の表面をCaOとFeとのモル比が0.5〜2となるように配合した混合物で被覆した多層構造擬似粒子を形成して、これを焼成することによって、外周が融液を生じて擬似粒子同士を接合する連結部を形成し、焼結鉱の強度が維持された焼結鉱を開示している。 Patent Document 4, to form a multilayer structure pseudo particles the surface of the granules of iron oxide powder was coated with a mixture molar ratio was blended so that 0.5 to 2 of CaO and Fe 2 O 3, The sintered ore in which the outer periphery generates a melt to form a connecting portion that joins the pseudo particles to each other and the strength of the sintered ore is maintained is disclosed.

特許文献4では、被覆層を融解する温度で焼成して連結部を形成するので、連結部に生成するカルシウムフェライト相には酸化鉄造粒物から酸化鉄が供給され、CaOとFe比は当初の被覆層における組成からFeが増加するように変化して狙った組成に制御できない。この結果、特許文献4では、被覆層のカルシウムフェライト相の還元挙動を制御することはできない。また、特許文献4では、被覆層を融解するので、融液が滴下してカルシウムフェライトを含む層の形状を制御することができない。そのため、カルシウムフェライトの分布にむらが生じ、層の切れ目を生じて連続に形成されず、内部の酸化鉄造粒物部分に浸透してしまってペレットの被還元性を損なう、等の問題が生じる。 In Patent Document 4, since the connecting portion is formed by firing at a temperature at which the coating layer is melted, iron oxide is supplied from the iron oxide granule to the calcium ferrite phase generated in the connecting portion, and CaO and Fe 2 O 3. The ratio cannot be controlled to the targeted composition by changing from the composition in the initial coating layer so that Fe 2 O 3 increases. As a result, in Patent Document 4, the reduction behavior of the calcium ferrite phase of the coating layer cannot be controlled. Further, in Patent Document 4, since the coating layer is melted, the shape of the layer containing calcium ferrite cannot be controlled by dripping the melt. Therefore, the distribution of calcium ferrite is uneven, the cuts of the layers are not formed continuously, and problems such as impairing the reducibility of the pellets by penetrating into the inner iron oxide granule portion occur. .

特許文献5は、CaO源を含有する外層が溶融し、内層表面からFeOが供給されて結合相を形成する2層ペレットによる焼結鉱を開示している。しかし、特許文献5に開示された発明も被覆層を融解しつつ、酸化鉄成分を内層から供給することで形成されるカルシウムフェライト相を結合相に利用するものであり、特許文献4と同様に、生成するカルシウムフェライト相の組成、分布、密度を制御することができないという問題がある。   Patent Document 5 discloses a sintered ore by a two-layer pellet in which an outer layer containing a CaO source is melted and FeO is supplied from the inner layer surface to form a binder phase. However, the invention disclosed in Patent Document 5 also uses a calcium ferrite phase formed by supplying an iron oxide component from the inner layer as a binder phase while melting the coating layer. There is a problem that the composition, distribution and density of the calcium ferrite phase to be generated cannot be controlled.

特許文献6は、CaO及び/又はMgOを含有する気孔率が20体積%以上のポーラスな被覆層を備える還元用原料を開示する。前記還元用原料は、表面にCaO及び/又はMgOが存在することによりクラスタリングを防ぐと共に、被覆層が多孔体で通気性を有するので、ペレットの還元が被覆層の存在によって妨げられず均一になり、還元粉化し難いことを特徴とする。このように本先行技術の被覆層は、通気性が高く、酸化鉄の還元を妨げず、ガスバリアー性を発揮しないことを特徴とする。   Patent Document 6 discloses a reducing raw material including a porous coating layer containing CaO and / or MgO and having a porosity of 20% by volume or more. The raw material for reduction prevents clustering due to the presence of CaO and / or MgO on the surface, and since the coating layer is porous and air permeable, the reduction of pellets is not hindered by the presence of the coating layer and becomes uniform. It is characterized by being difficult to reduce powder. Thus, the coating layer of this prior art is characterized by high air permeability, does not hinder the reduction of iron oxide, and does not exhibit gas barrier properties.

特開昭57−200529号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-200529 特開昭62−37325号公報JP 62-37325 A 特開平2−82522号公報JP-A-2-82522 特開2004−225147号公報JP 2004-225147 A 特開2002−129247号公報JP 2002-129247 A 国際公開第2015/101614号International Publication No. 2015/101614

鉄と鋼 第70年(1984)第6号、第520頁〜第526頁、葛西栄輝他Iron and Steel 70th Year (1984) No. 6, pp. 520-526, Eiki Kasai et al.

前述の通り、固体還元炉では水素ベースの酸化鉄の還元が吸熱反応で進行するために、FeからFeへの反応域である550〜600℃の温度域で炉内温度の上昇が停滞しやすく、また、550〜600℃の温度域で炉内温度の上昇が停滞すると、前記反応に伴う体積膨張によって、焼成ペレットにクラックが発生して粉々になる還元粉化現象が起きやすい。還元粉化は、発熱反応であるCOによるFe還元よりも、水素還元でより起きやすい。還元粉化が起きると、炉内の通気性が低下したり、発生した粉が還元して焼成ペレットを固める糊状に働き、ペレットの塊を作ってしまうクラスタリングが発生したり、炉内のペレットが動かなくなって炉底部から取り出せなくなる棚吊が生じて固体還元炉を連続運転できなくなる等の問題を生じる。しかし、特許文献1〜6及び非特許文献1のいずれも、これらの課題に対する解決方法を開示も示唆もしない。 As described above, in the solid reduction furnace, since reduction of hydrogen-based iron oxide proceeds by an endothermic reaction, the furnace temperature is in a temperature range of 550 to 600 ° C., which is a reaction zone from Fe 2 O 3 to Fe 3 O 4 . When the rise in the furnace temperature is stagnant in the temperature range of 550 to 600 ° C., there is a reduction pulverization phenomenon that cracks are generated in the fired pellets due to the volume expansion accompanying the reaction. Easy to get up. Reduction powdering is more likely to occur with hydrogen reduction than Fe 2 O 3 reduction with CO, which is an exothermic reaction. When reduced pulverization occurs, the air permeability in the furnace is reduced, the generated powder is reduced to work like a paste that hardens the fired pellets, and clustering occurs that creates a lump of pellets, or pellets in the furnace This causes problems such as a suspended shelf that cannot be removed from the bottom of the furnace, and the solid reduction furnace cannot be operated continuously. However, none of Patent Documents 1 to 6 and Non-Patent Document 1 disclose or suggest a solution to these problems.

そこで、本発明の解決しようとする課題は、所望の厚さを有し且つ連続で緻密なガスバリアー性を有するコーティング層で酸化鉄の塊状体を被覆することによって、550〜600℃の温度域で水素ベースの酸化鉄の還元を抑制し、700℃以上では当該コーティング層はガスバリアー性を失い、速やかに酸化鉄の還元を進行させることによって、還元粉化を抑制し、焼成ペレットの強度を確保するという、従来技術では成しえない課題を解決することにある。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to cover a mass of iron oxide with a coating layer having a desired thickness and having a continuous and dense gas barrier property, so that a temperature range of 550 to 600 ° C. This suppresses the reduction of hydrogen-based iron oxide, and the coating layer loses the gas barrier property at 700 ° C. or higher, and the reduction of reduced iron powder is suppressed by promptly reducing the iron oxide, thereby reducing the strength of the calcined pellets. It is to solve the problem that cannot be achieved by the prior art.

Feの粉体からなる焼結体には、還元過程で多数のクラックが形成されている。このようなクラックから水素が前記焼結体内に侵入し、550℃〜600℃の温度域で当該焼結体の形成されたクラックに沿って当該焼結体の表面から内部に向かってFeへの反応が進行する。 A large number of cracks are formed in the sintered body made of Fe 2 O 3 powder during the reduction process. Hydrogen enters the sintered body from such a crack, and Fe 3 O from the surface of the sintered body to the inside along the crack formed in the sintered body at a temperature range of 550 ° C. to 600 ° C. Reaction to 4 proceeds.

図1は、Feからなる多孔質体を焼成ペレットとして、固体還元炉により還元反応を進めた場合における、当該焼成ペレットの還元反応の模式図である。下記の化学式に示すように、当初、前記焼成ペレットのFeの表面は水素雰囲気と接触することによってFeに変化し、当該Feが最表面(図1の界面II)にて更に水素雰囲気と接触することによってFe2+に還元される。
Fe+4H → 3Fe2++6e+4H
FIG. 1 is a schematic diagram of the reduction reaction of the fired pellet when the reduction reaction is advanced in a solid reduction furnace using a porous body made of Fe 2 O 3 as a fired pellet. As shown in the following chemical formula, initially, the surface of Fe 2 O 3 of the fired pellet is changed to Fe 3 O 4 by contacting with a hydrogen atmosphere, and the Fe 3 O 4 is the outermost surface (interface II in FIG. 1). ) And then reduced to Fe 2+ by contact with a hydrogen atmosphere.
Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe 2+ + 6e + 4H 2 O

一方、Feの結晶粒内では酸化物イオンの移動は遅く、下記の化学式に示すように、Feから還元されたFe2+イオンの一部がFeの結晶粒内を拡散してFeとの界面に供給されることによって、FeがFeへ変化する(図1の界面I)。
4Fe+Fe2++2e → 3Fe
On the other hand, Fe 3 O slow movement of oxide ions in 4 in the crystal grains, as shown in the following chemical formula, Fe 3 O 4 portion of reduced Fe 2+ ions from the Fe 3 O 4 in the crystal grains the diffused by being supplied to the interface between the Fe 2 O 3, Fe 2 O 3 is changed to Fe 3 O 4 (the interface I of Figure 1).
4Fe 2 O 3 + Fe 2+ + 2e → 3Fe 3 O 4

Feの比容積はFeの1.105倍であるため、Feの結晶粒とFeの結晶粒との界面では、体積膨張が生じ、亀裂が発生する。 For specific volume of the Fe 3 O 4 is 1.105 times the Fe 2 O 3, at the interface between the crystal grains and the Fe 3 O 4 crystal grains of the Fe 2 O 3, resulting volume expansion, a crack is generated .

固体還元炉において、Feが前述したように反応してFe2+に還元される際、焼成ペレットの表面のFeの結晶格子が消滅するため、焼成ペレットの最表面(図1の界面II)が多孔化して強度が低下する。FeからFeへの還元率と焼成ペレットの多孔化(還元による開気孔率の変化)との関係を図2(a)に示す。また、Feの焼成ペレットの還元に伴う当該焼成ペレットの嵩密度の変化を図2(b)に示す。図2(a)及び(b)のデータは、Hガスを3.6%含有するアルゴン−水素雰囲気中、550℃にて還元時間を10時間までの間で変えて還元反応させることによって行った。
図2(a)、(b)から、Feの焼成ペレットの還元に伴い、開気孔が増加し、嵩密度は低下することが分かる。
When Fe 3 O 4 reacts and is reduced to Fe 2+ in the solid reduction furnace as described above, the crystal lattice of Fe 3 O 4 on the surface of the fired pellet disappears, so that the outermost surface of the fired pellet (see FIG. 1 interface II) becomes porous and the strength decreases. FIG. 2A shows the relationship between the reduction rate of Fe 2 O 3 to Fe and the porosity of the fired pellets (change in open porosity due to reduction). Also, it is shown in FIG. 2 (b) the change in the bulk density of the fired pellets due to reduction of the fired pellets of Fe 2 O 3. The data shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) are obtained by performing a reduction reaction in an argon-hydrogen atmosphere containing 3.6% of H 2 gas at 550 ° C. while changing the reduction time up to 10 hours. It was.
2 (a) and 2 (b), it can be seen that the open pores increase and the bulk density decreases with the reduction of the Fe 2 O 3 fired pellets.

図3(a)及び(b)は、Feからなる多孔質体を焼成ペレットとして、水素含有ガスを流しつつ雰囲気焼成炉にて550℃にて熱処理して還元反応を進めた場合における、当該焼成ペレットの構成相と強度変化の一例を示した図である。尚、図3(a)及び(b)において、“H”で示されるグラフはFe相に対応しており、“M”で示されるグラフはFe相に対応する。また、”Fe”で示されるグラフはFe相に対応し、”FeO”で示されるグラフはFeO相に対応する。図3(a)が示すように、還元粉化の程度が小さい場合、550〜600℃においてFeからFeへの変化が完了する前に、Feへの還元が始まり、前記焼成ペレットの強度がある程度確保される。 3 (a) and 3 (b) show a case where a porous body made of Fe 2 O 3 is used as a fired pellet, and the reduction reaction proceeds by heat treatment at 550 ° C. in an atmosphere firing furnace while flowing a hydrogen-containing gas. It is the figure which showed an example of the structural phase and intensity | strength change of the said baking pellet. 3A and 3B, the graph indicated by “H” corresponds to the Fe 2 O 3 phase, and the graph indicated by “M” corresponds to the Fe 3 O 4 phase. The graph indicated by “Fe” corresponds to the Fe phase, and the graph indicated by “FeO” corresponds to the FeO phase. As shown in FIG. 3 (a), when the degree of reduction powdering is small, the reduction to Fe begins before the change from Fe 2 O 3 to Fe 3 O 4 is completed at 550 to 600 ° C. The strength of the fired pellet is ensured to some extent.

これに対し、図3(b)に示すように、還元粉化の程度が大きい場合、550〜600℃においてFeからFeへの変化が完了した後にFeへの還元が始まり、前記焼成ペレットの強度は弱くなり、低強度の状態の間に、還元に伴う亀裂生成と破壊の発生、即ち還元粉化が起きる。一方、このように550〜600℃で還元粉化の程度の大きいペレットであっても、550〜600℃においてFeからFeへの変化が抑制され、700℃程度の高温で還元されるならば、Feへの還元が速やかに進行して、ペレットの強度の低下が深刻になるような還元粉化は生じ難い。 On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the degree of reduction powdering is large, the reduction to Fe starts after the change from Fe 2 O 3 to Fe 3 O 4 is completed at 550 to 600 ° C. The strength of the fired pellets is weakened, and crack formation and destruction associated with reduction, that is, reduction powdering occurs during a low strength state. On the other hand, even in the case of pellets having a large degree of reduction powdering at 550 to 600 ° C., the change from Fe 2 O 3 to Fe 3 O 4 is suppressed at 550 to 600 ° C., and at a high temperature of about 700 ° C. If it is reduced, reduction to Fe is not likely to occur, and reduction to Fe proceeds rapidly, and the reduction in pellet strength becomes serious.

このように、焼成ペレットの強度を確保するために、550〜600℃におけるFeからFeへの変化を抑制することは、還元粉化を抑制する上で有効である。 Thus, in order to secure the strength of the fired pellets, suppressing the change from Fe 2 O 3 to Fe 3 O 4 at 550 to 600 ° C. is effective in suppressing reduction powdering.

ところで、固体還元炉での焼成ペレットのコーティングは、スティッキング或いはクラスタリング防止を目的に、セメント或いはMg(OH)が実用化されている。そこで、本発明者らは、カルシウムフェライト系の酸化物を用いて焼成ペレットをコーティングすることにより、焼成ペレットの被還元性や還元粉化特性を制御することを鋭意研究した。 Incidentally, cement or Mg (OH) 2 has been put into practical use for firing pellet coating in a solid reduction furnace for the purpose of preventing sticking or clustering. Therefore, the present inventors have intensively studied to control the reducibility and reduced powdering characteristics of the fired pellets by coating the fired pellets with a calcium ferrite-based oxide.

図4は、異なる還元温度下にてHガスを3.6%含有するアルゴン−水素雰囲気中にてCaFe(以下、「CF2」ということがある)を還元反応させた場合のx線回折パターンを示す。CF2を550℃、5時間の還元反応することによって得られた試料のx線回折パターンは、当該還元前のCF2のx線回折パターンに対して殆ど変化が無い。しかし、CF2を700℃、5時間の還元反応後、そのx線回折パターンのピーク強度が低下し、CaFeO2.5(以下、「CF1」ということがある)の回折ピークが観察できる。このことから、CF2は、700℃において以下のように還元反応が進むと考えられる。
2CaFe →CaFeO2.5 + CaFe +1/4O
CaFe →CaFeO2.5 +2Fe+5/4O
FIG. 4 shows the case where CaFe 2 O 4 (hereinafter sometimes referred to as “CF2”) is subjected to a reduction reaction in an argon-hydrogen atmosphere containing 3.6% of H 2 gas at different reduction temperatures. A line diffraction pattern is shown. The x-ray diffraction pattern of the sample obtained by reducing the CF2 at 550 ° C. for 5 hours has almost no change from the x-ray diffraction pattern of CF2 before the reduction. However, after the reduction reaction of CF2 at 700 ° C. for 5 hours, the peak intensity of the x-ray diffraction pattern decreases, and a diffraction peak of CaFeO 2.5 (hereinafter sometimes referred to as “CF1”) can be observed. From this, it is considered that CF2 undergoes a reduction reaction at 700 ° C. as follows.
2CaFe 2 O 4 → CaFeO 2.5 + CaFe 3 O 5 + 1 / 4O 2
CaFe 3 O 5 → CaFeO 2.5 + 2Fe + 5 / 4O 2

このようにCF2等のカルシウムフェライト相は、550℃では変化しないものの、700℃では還元が進行することが明らかとなった。即ちこの材料は、焼成ペレットのコーティング層として好適な被還元特性を有するとの着想が得られた。即ち本発明のポイントの一つは、カルシウムフェライト相を、従来技術である2層ペレット焼結鉱のようなペレット同士の結合層として用いるのではなく、その水素雰囲気中での被還元性に着目し、還元粉化抑制のためのバリアー層として用いる点である。   Thus, it was revealed that the calcium ferrite phase such as CF2 does not change at 550 ° C., but the reduction proceeds at 700 ° C. That is, the idea that this material has a reducible property suitable as a coating layer of a fired pellet was obtained. That is, one of the points of the present invention is that the calcium ferrite phase is not used as a bonding layer between pellets such as the conventional two-layer pellet sintered ore, but pays attention to the reducibility in a hydrogen atmosphere. And is used as a barrier layer for reducing powder reduction.

CF1からなる焼成ペレット及びCF2からなる焼成ペレットと、Feの還元率、開気孔率及び嵩密度を比較した結果を、図5(a)及び図5(b)に示す。図5(a)、(b)における「モデルペレット1200℃焼成」のグラフは、図2(a)、(b)のFeの焼成ペレットのグラフに対応する。 FIG. 5A and FIG. 5B show the results of comparing the reduction rate, open porosity, and bulk density of Fe 2 O 3 with the fired pellets made of CF1 and CF2. The graph of “model pellet 1200 ° C. firing” in FIGS. 5A and 5B corresponds to the graph of the Fe 2 O 3 fired pellet in FIGS. 2A and 2B.

CF1及びCF2は、550℃の還元では、ほとんど還元が進行しない。このため、CF1からなる焼成ペレットとCF2からなる焼成ペレットのそれぞれを、Hガスを3.6%含有するアルゴン−水素雰囲気中、550℃にて5時間の還元反応を行った際の測定結果と、これらのペレットのそれぞれを前記雰囲気中、700℃にて5時間の還元反応を行った際の測定結果とを合わせて、図5(a)及び図5(b)に示す。 CF1 and CF2 undergo little reduction when reduced at 550 ° C. Therefore, each of the fired pellets composed of fired pellets and CF2 consisting CF1, argon containing H 2 gas 3.6% - hydrogen atmosphere, the measurement results of performing the reduction reaction for 5 hours at 550 ° C. FIG. 5 (a) and FIG. 5 (b) together show the measurement results when each of these pellets was subjected to a reduction reaction at 700 ° C. for 5 hours in the above atmosphere.

図5(a)は、CF1からなる焼成ペレット(図中、「CF1」)と、CF2からなる焼成ペレット(図中、「CF2」)と、図2(a)、(b)のFeの焼成ペレットの還元率と開気孔率の変化を比較するグラフである。また、図5(b)は、上記各焼成ペレットの還元率と嵩密度の変化を比較するグラフである。 FIG. 5A shows a calcined pellet made of CF1 (“CF1” in the figure), a calcined pellet made of CF2 (“CF2” in the figure), and the Fe 2 O of FIGS. 2A and 2B. 3 is a graph comparing changes in the reduction rate and open porosity of fired pellets of No. 3 . Moreover, FIG.5 (b) is a graph which compares the reduction rate of each said baking pellet, and the change of a bulk density.

図5(a)及び(b)によれば、CF1及びCF2いずれも還元に伴う開気孔の生成は少なく、また、嵩密度の低下も小さいことが分かる。また、CF2は後述する通り、550℃においては還元し難いのに対し、700℃では前述した還元反応により、自ら還元され、当初は緻密でガスバリアー性を有していても、700℃での還元過程でガスバリアー性を失う。これに対してCF1は、いずれの還元条件でも還元は進行し難く、ガスバリアー性にも変化は生じない。   According to FIGS. 5A and 5B, it can be seen that both CF1 and CF2 generate less open pores due to reduction, and the decrease in bulk density is also small. Further, CF2 is difficult to reduce at 550 ° C. as will be described later, but at 700 ° C., it is reduced by itself through the above-described reduction reaction. Even though it is initially dense and has gas barrier properties, Loss gas barrier properties during the reduction process. In contrast, CF1 does not easily proceed under any reduction condition, and there is no change in gas barrier properties.

本発明者らは、これらの知見を元に、球状に成形された酸化鉄ペレットの表面に、CF2等のカルシウムフェライト相のコーティング層を有する構造の焼成ペレットとすることによって、前記酸化鉄ペレットの還元挙動を制御し、還元反応後も強度が落ち難くできることを見出した。   Based on these findings, the inventors of the present invention made a sintered pellet having a structure having a coating layer of a calcium ferrite phase such as CF2 on the surface of a spherically shaped iron oxide pellet. It has been found that the reduction behavior can be controlled and the strength can hardly be lowered after the reduction reaction.

また、本発明者らは、CF2等のカルシウムフェライト相の組成、コーティング層の量或いは厚さ、コーティング層の付与方法、下地の酸化鉄ペレット及びコーティング層の焼成条件を適切な範囲とすることによって、下地の酸化鉄ペレットとコーティング層との反応を抑制でき、尚且つガスバリアー性に優れた緻密性を有するように形成できることを見出した。   In addition, the present inventors set the composition of the calcium ferrite phase such as CF2 and the like, the amount or thickness of the coating layer, the method of applying the coating layer, the iron oxide pellets of the base and the firing conditions of the coating layer as appropriate ranges. The present inventors have found that the reaction between the iron oxide pellets as a base and the coating layer can be suppressed, and that the film can be formed so as to have a denseness excellent in gas barrier properties.

また、本発明者らは、コーティング層の緻密度の向上に関して更なる検討をした結果、1200℃近傍で液相になるCaFe3.23と、1440℃超で液相になるCaFeOとをそれぞれ23:77の重量比で混合した混合粉末をコーティング層の原料粉末に使用すると、CaFe1.25が生成し、コーティング層が流れ落ちる等の問題が発生せず、健全なコーティング層が形成されることを見出した。また、前記混合粉末を反応させて形成されたコーティング層は、前記反応後の生成物であるCaFe1.25をFe23の下地の酸化鉄ペレットにコーティングして焼成して形成されたコーティング層よりも、焼結性が促進されており、より緻密でガスバリアー性が高いことを、本発明者らは見出した。 In addition, as a result of further studies on the improvement of the density of the coating layer, the present inventors obtained CaFe 3.23 O z that becomes a liquid phase near 1200 ° C. and CaFeO z that becomes a liquid phase above 1440 ° C., respectively. When mixed powder mixed at a weight ratio of 23:77 is used as the raw material powder for the coating layer, CaFe 1.25 O z is generated, and the coating layer does not flow down and a healthy coating layer is formed. I found. Further, the coating layer formed by reacting the mixed powder, said CaFe 1.25 O z is a product after the reaction is formed by firing the coated iron oxide pellets of the underlying Fe 2 O 3 coating The present inventors have found that the sinterability is promoted more than the layer, and is denser and has a higher gas barrier property.

これは、次のように考えられる。すなわち、構成粒子のマクロ的な融解による液相(以下、「マクロ的な液相」という。)の場合、コーティング層が流動して溶け落ちてしまうので、コーティング層が緻密に連続で均一に形成できない。これに対して、コーティング層の溶融レベルが前述したようにミクロ的であれば、溶融した構成粒子の近傍に存在する他の溶融していない構成粒子と反応して固相のカルシウムフェライト相が生成すると考えられる。   This is considered as follows. That is, in the case of a liquid phase due to macro melting of the constituent particles (hereinafter referred to as “macro liquid phase”), the coating layer flows and melts away, so the coating layer is formed densely and continuously. Can not. On the other hand, if the melting level of the coating layer is microscopic as described above, it reacts with other unmelted constituent particles existing in the vicinity of the molten constituent particles to form a solid calcium ferrite phase. I think that.

このように、本発明者らは、液相を生成し易いカルシウムフェライト相と液相を生成し難いカルシウムフェライト相とをFe/Ca比が適切になるように調整した混合物を焼成することによって、目的とするコーティング層の形成が促進されることを見出した。また、液相を生成し難いカルシウムフェライト相、CaO及びCaCO3のうちの少なくとも1種を用いて、Fe/Ca比が適切になるように、液相を生成し易いカルシウムフェライト相と混合し、焼成することによって、目的とするコーティング層の形成が促進されることを、本発明者らは見出した。 As described above, the present inventors baked a mixture prepared by adjusting the Fe / Ca ratio so that the calcium ferrite phase that easily generates the liquid phase and the calcium ferrite phase that is difficult to generate the liquid phase are appropriate. It has been found that the formation of the target coating layer is promoted. Further, using at least one of a calcium ferrite phase, CaO and CaCO 3 that hardly generates a liquid phase, and mixing with a calcium ferrite phase that easily generates a liquid phase so that the Fe / Ca ratio is appropriate, The present inventors have found that the formation of the target coating layer is promoted by firing.

従って、本発明のさらなるポイントは、前述した従来技術の2層ペレットのような融液を発生させるカルシウムフェライト相の形成プロセスでは、コーティング層の形成を制御して、還元粉化抑制効果が得られる好適なコーティング層を付与することは不可能であるのに対し、固相焼結或いは構成粒子の局所的な溶融によって組成、目付量、緻密性、連続性などを制御しつつカルシウムフェライト相のコーティング層形成を可能としたことである。   Therefore, a further point of the present invention is that the formation process of the coating layer is controlled in the formation process of the calcium ferrite phase that generates a melt like the above-described two-layer pellet of the prior art, and the effect of suppressing the reduction powdering can be obtained. While it is impossible to provide a suitable coating layer, it is possible to coat the calcium ferrite phase while controlling the composition, basis weight, denseness, continuity, etc. by solid phase sintering or local melting of the constituent particles. It is possible to form a layer.

本発明における固相焼結とは、前述したマクロ的な液相での移動・拡散ではなく、前記マクロ的な液相を発生させず、構成粒子の接点を介しての固相での物質移動・拡散によって緻密度を向上させるプロセスを指す。   The solid-phase sintering in the present invention is not the above-described movement / diffusion in the macroscopic liquid phase, but does not generate the macroscopic liquid phase, and the mass transfer in the solid phase through the contact points of the constituent particles. -Refers to the process of improving the density by diffusion.

本発明において、「構成粒子の局所的な溶融」とは、一部の構成粒子を構成粒子レベルで溶融して局所的な液相(以下、「ミクロレベルな液相」という。)を発生させるプロセスをいう。   In the present invention, “local melting of constituent particles” means melting a part of constituent particles at the constituent particle level to generate a local liquid phase (hereinafter referred to as “micro level liquid phase”). A process.

本発明は、上記知見を基に成されたものであり、その要旨とするところは以下のとおりである。   The present invention has been made on the basis of the above findings, and the gist thereof is as follows.

(1)Feを含む多孔質体と、
前記多孔質体の全表面の70%以上を被覆し、前記多孔質体の質量の5.0質量部以上50.0質量部以下であり、CaFe(1<y/x≦2;1≦z)からなるカルシウム鉄化合物を含有するコーティング層とを有することを特徴とする還元用原料。
(2)前記多孔質体は、当該多孔質体のFeの含有量に対して0.1質量部以上10.0質量部以下でベントナイトを含有することを特徴とする(1)に記載の還元用原料。
(3)前記コーティング層は、Ca化合物及びFe化合物と、当該Ca化合物及びFe化合物の合計に対して0.1質量部以上10.0質量部以下でベントナイトを含有することを特徴とする(1)又は(2)に記載の還元用原料。
(4)Feを含む粉体を造粒して造粒体を製造し、
CaFe(1<y/x≦2;1≦z)からなるカルシウム鉄化合物を用いて、前記造粒体の全表面の70%以上を、当該造粒体の質量の5.0質量部以上50.0質量部以下で被覆してコーティング層を形成し、
前記コーティング層が形成された前記造粒体を1150℃以上1200℃以下で大気中にて焼成することを特徴とする還元用原料の製造方法。
(5)Caの含有量に対するFeの含有量がモル比で1.0超2.0以下になるように、CaO及びCaCOのうち少なくともいずれかと、Feとを混合し、
次いで、800℃〜1000℃で大気中にて焼成して前記カルシウム鉄化合物を得ることを特徴とする(4)記載の還元用原料の製造方法。
(6)Feを含む粉体を造粒して造粒体を製造し、
Cax2Fey2z2(1≦y2/x2≦1.5;1≦z2)からなるカルシウム鉄化合物、CaO及びCaCO3のうちの少なくとも1種と、Cax1Fey1z1(2<y1/x1≦4;1≦z1)からなるカルシウム鉄化合物とを用いて、Fe及びCaのモル比が1<Fe/Ca≦1.5を満たす混合物を調製し、
前記混合体を用いて、前記造粒体の全表面の70%以上を、当該造粒体の質量の5.0質量部以上50.0質量部以下で被覆してコーティング層を形成し、
前記コーティング層が形成された前記造粒体を1150℃以上1200℃以下で大気中にて焼成することを特徴とする還元用原料の製造方法。
(7)Cax2Fey2z2(1≦y2/x2≦1.5;1≦z2)からなるカルシウム鉄化合物と、Cax1Fey1z1(2<y1/x1≦3.23;1≦z1)からなるカルシウム鉄化合物とを用いて、Fe及びCaのモル比が1<Fe/Ca≦1.5を満たす混合物を調製することを特徴とする(6)に記載の還元用原料の製造方法。
(8)Caの含有量に対するFeの含有量がモル比で1.0以上1.5以下になるように、CaO及びCaCOのうち少なくともいずれかと、Feとを混合し、次いで、800℃〜1000℃で大気中にて焼成してCax2Fey2z2(1≦y2/x2≦1.5;1≦z2)からなるカルシウム鉄化合物を得ることを特徴とする(6)又は(7)に記載の還元用原料の製造方法。
(9)Caの含有量に対するFeの含有量がモル比で2.0超4.0以下になるように、CaO及びCaCOのうち少なくともいずれかと、Feとを混合し、次いで、800℃〜1000℃で大気中にて焼成してCax1Fey1z1(2<y1/x1≦4;1≦z1)からなるカルシウム鉄化合物を得ることを特徴とする(6)又は(7)に記載の還元用原料の製造方法。
(10)Feを含む粉体と、前記粉体の質量に対して0.1質量部以上10.0質量部以下でベントナイトを混合し、
前記Feを含む粉体と前記ベントナイトを含有する混合物を平均粒径が直径5mm以上20mm以下の大きさに造粒して造粒体を形成し、
次いで、前記造粒体を100℃以上600℃以下で大気中にて乾燥して前記Feを含む造粒体を製造することを特徴とする(4)〜(9)のうちいずれかに記載の還元用原料の製造方法。
(11)前記コーティング層は、当該コーティング層に含有されるCa化合物及びFe化合物に対して0.1質量部以上10.0質量部以下でベントナイトを含有することを特徴とする(4)〜(10)のうちいずれかに記載の還元用原料の製造方法。
(1) a porous body containing Fe 2 O 3 ;
70% or more of the entire surface of the porous body is covered, and is 5.0 parts by mass or more and 50.0 parts by mass or less of the mass of the porous body, and Ca x Fe y O z (1 <y / x ≦ And a coating layer containing a calcium iron compound consisting of 1 ≦ z).
(2) The porous body contains bentonite in an amount of 0.1 parts by mass or more and 10.0 parts by mass or less with respect to the content of Fe 2 O 3 of the porous body. The raw material for reduction as described.
(3) The coating layer contains bentonite in an amount of 0.1 parts by mass or more and 10.0 parts by mass or less based on the total of the Ca compound and the Fe compound and the Ca compound and the Fe compound (1 ) Or the raw material for reduction according to (2).
(4) Granulating a powder containing Fe 2 O 3 to produce a granulated body,
Using a calcium iron compound composed of Ca x Fe y O z (1 <y / x ≦ 2; 1 ≦ z), 70% or more of the entire surface of the granulated body is accounted for by 5% of the mass of the granulated body. A coating layer is formed by coating with 0 to 50.0 parts by mass,
A method for producing a reducing raw material, characterized in that the granulated body on which the coating layer is formed is fired in the air at 1150 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower.
(5) Fe 2 O 3 is mixed with at least one of CaO and CaCO 3 so that the Fe content with respect to the Ca content is more than 1.0 and less than 2.0 in terms of molar ratio,
Subsequently, the said calcium iron compound is obtained by baking at 800 degreeC-1000 degreeC in air | atmosphere, The manufacturing method of the raw material for reduction | restoration as described in (4) characterized by the above-mentioned.
(6) Granulate a powder containing Fe 2 O 3 to produce a granulated body,
Ca x2 Fe y2 O z2 (1 ≦ y2 / x2 ≦ 1.5; 1 ≦ z2), at least one of calcium iron compound, CaO and CaCO 3 , and Ca x1 Fe y1 O z1 (2 <y1 / a mixture satisfying a molar ratio of Fe and Ca of 1 <Fe / Ca ≦ 1.5 using a calcium iron compound consisting of x1 ≦ 4; 1 ≦ z1)
Using the mixture, 70% or more of the entire surface of the granulated body is coated with 5.0 to 50.0 parts by mass of the mass of the granulated body to form a coating layer,
A method for producing a reducing raw material, characterized in that the granulated body on which the coating layer is formed is fired in the air at 1150 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower.
(7) Calcium iron compound composed of Ca x2 Fe y2 O z2 (1 ≦ y2 / x2 ≦ 1.5; 1 ≦ z2) and Ca x1 Fe y1 O z1 (2 <y1 / x1 ≦ 3.23; 1 ≦ Preparation of a reducing raw material according to (6), wherein a mixture satisfying a molar ratio of Fe and Ca of 1 <Fe / Ca ≦ 1.5 is prepared using a calcium iron compound comprising z1) Method.
(8) At least one of CaO and CaCO 3 and Fe 2 O 3 are mixed so that the Fe content with respect to the Ca content is 1.0 to 1.5 in terms of molar ratio, Calcining in the atmosphere at 800 ° C. to 1000 ° C. to obtain a calcium iron compound composed of Ca x2 Fe y2 O z2 (1 ≦ y2 / x2 ≦ 1.5; 1 ≦ z2) (6) or The manufacturing method of the raw material for reduction | restoration as described in (7).
(9) At least one of CaO and CaCO 3 and Fe 2 O 3 are mixed so that the Fe content with respect to the Ca content is more than 2.0 and 4.0 or less in terms of molar ratio, (6) or (7) characterized by obtaining a calcium iron compound comprising Ca x1 Fe y1 O z1 (2 <y1 / x1 ≦ 4; 1 ≦ z1) by firing in the air at 800 ° C. to 1000 ° C. The manufacturing method of the raw material for reduction | restoration as described in).
(10) Mixing the powder containing Fe 2 O 3 with bentonite at 0.1 parts by mass or more and 10.0 parts by mass or less with respect to the mass of the powder,
The mixture containing the powder containing Fe 2 O 3 and the bentonite is granulated to an average particle diameter of 5 mm to 20 mm in diameter to form a granulated body,
Next, the granulated body is dried in the air at 100 ° C. or higher and 600 ° C. or lower to produce a granulated body containing the Fe 2 O 3. (4) to (9), The manufacturing method of the raw material for a reduction | restoration as described in 2.
(11) The coating layer contains bentonite in an amount of 0.1 parts by mass or more and 10.0 parts by mass or less with respect to the Ca compound and the Fe compound contained in the coating layer. The method for producing a reducing raw material according to any one of 10).

本発明の還元用原料のコーティング層は、還元粉化が問題となる550℃近傍の温度領域では、焼成ペレットの酸化鉄の部分の還元が抑制され、還元粉化が起き難く、その一方で、還元粉化が起き難くなる700℃以上での温度域では、コート層自身が還元されてガスバリアー性を失い、酸化鉄の還元を妨げる事が無く、速やかな還元進行を可能とする。また、還元の過程においても、コーティング層は粗大な気孔を内部に生成することなく、高い強度を保つ組織のまま還元されていくので、コーティング層の剥離や欠けの問題を生じず、還元後に表面に均等にCaOが残留する。このため本発明の還元用原料のコーティング層は、還元された後でも、固体還元炉内でのペレット同士の融着と、それによるクラスタリングの発生を抑制する。   In the temperature range near 550 ° C., where reduction powdering is a problem, the coating layer of the raw material for reduction according to the present invention suppresses reduction of the iron oxide portion of the fired pellet, and reduction powdering hardly occurs. In the temperature range of 700 ° C. or higher at which reduced powdering does not easily occur, the coating layer itself is reduced and loses its gas barrier properties, and does not hinder the reduction of iron oxide, allowing rapid reduction progress. Also, during the reduction process, the coating layer does not generate coarse pores inside and is reduced while maintaining a structure that maintains high strength, so there is no problem of peeling or chipping of the coating layer. CaO remains evenly. For this reason, the coating layer of the raw material for reduction of the present invention suppresses the fusion of pellets in the solid reduction furnace and the occurrence of clustering due to the reduction even after the reduction.

従って、本発明に依れば、水素ベースの還元プロセスである、固体還元炉において発生し易い還元粉化を抑制し、ペレットのクラスタリングが起き難く、安定した炉の運転・還元処理が可能となる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress the reduction pulverization that is likely to occur in the solid-state reduction furnace, which is a hydrogen-based reduction process, and the clustering of pellets hardly occurs, and stable furnace operation / reduction treatment becomes possible. .

また、本発明の提供する還元用原料の製造方法は、従来のCaCl等の塩化物をペレット表面に付与する方法のように、焼成ペレットに、新たに塩化物を噴霧・乾燥して表面に付与する工程が不要であり、また固体還元炉などの設備を腐食するなどの課題が発生しない。 In addition, the method for producing a reducing raw material provided by the present invention is the same as the conventional method of applying chloride such as CaCl 2 to the pellet surface, and spraying and drying chloride on the fired pellet newly to the surface. There is no need for the step of applying, and problems such as corrosion of equipment such as a solid reduction furnace do not occur.

Feからなる焼成ペレットを固体還元炉により還元反応を進めた場合における、当該焼成ペレットの還元反応の模式図である。It is a schematic diagram of the reduction reaction of the baked pellets when the reduction reaction of the baked pellets made of Fe 2 O 3 is advanced by a solid reduction furnace. (a)はFeからFeへの還元率と焼成ペレットの還元による開気孔率の変化との関係を示すグラフであり、(b)はFeの焼成ペレットの還元に伴う当該焼成ペレットの嵩密度の変化を示すグラフである。(A) is a graph showing the relationship between the change in the reduction rate and the open porosity by reduction of fired pellets to Fe from Fe 2 O 3, (b) is the accompanying reduction of fired pellets of Fe 2 O 3 It is a graph which shows the change of the bulk density of a baking pellet. (a)及び(b)は、Feからなる多孔質体を焼成ペレットとして、水素含有ガスにより還元反応を進めた場合における、当該焼成ペレットの構成相と強度変化を示したグラフであり、(a)は還元粉化が小さい場合の結果であり、(b)は還元粉化が大きい場合の結果である。(A) and (b), as fired pellets a porous body consisting of Fe 2 O 3, in the case of advanced reduction by hydrogen-containing gas, be a graph illustrating the construction phase and intensity change of the fired pellets (A) is a result when reduction powdering is small, (b) is a result when reduction powdering is large. 異なる還元温度下にてアルゴン−水素雰囲気中にてCF2を還元反応させた場合のx線回折パターンである。It is an x-ray diffraction pattern when CF2 is subjected to a reduction reaction in an argon-hydrogen atmosphere under different reduction temperatures. (a)は、組成を変えて製造した焼成ペレットをアルゴン−水素雰囲気中にて還元反応させたときの還元率と開気孔率の変化を比較するグラフであり、(b)は、組成を変えて製造した焼成ペレットをアルゴン−水素雰囲気中にて還元反応させたときの還元率と嵩密度の変化を比較するグラフである。(A) is a graph comparing changes in reduction rate and open porosity when fired pellets manufactured with different compositions are subjected to a reduction reaction in an argon-hydrogen atmosphere, and (b) is a change in composition. It is a graph which compares the change of a reduction rate and a bulk density when carrying out the reduction reaction in the argon-hydrogen atmosphere. (a)は、組成を変えて製造した焼成ペレットの焼成温度と相対密度との関係を示すグラフであり、(b)は、組成を変えて製造した焼成ペレットの焼成温度と圧潰強度との関係を示すグラフである。(A) is a graph which shows the relationship between the calcination temperature and relative density of the baked pellet manufactured by changing a composition, (b) is the relationship between the calcination temperature and crush strength of the baked pellet manufactured by changing a composition. It is a graph which shows. CF1及びCF2の焼成ペレットの還元温度と圧潰強度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the reduction temperature and crushing strength of the firing pellet of CF1 and CF2. CF1及びCF2の焼成ペレットの還元前及び還元後の表面近傍の断面組織の状態を示す拡大写真である。It is an enlarged photograph which shows the state of the cross-sectional structure | tissue of the surface vicinity before the reduction | restoration of the baking pellet of CF1 and CF2, and after reduction | restoration. Fe−CaO相図である。A Fe 2 O 3 -CaO phase diagram. (a)は本発明の製造方法によって得られたCF2相のコーティング層の断面の電子顕微鏡写真であり、(b)はFe粉末を造粒後に1250℃で焼成して製造したペレットの表面上に、1200℃にて焼成してCF2相のコーティング層を形成したときの当該コーティング層の断面の電子顕微鏡写真である。(A) is an electron micrograph of a section of CF2 phase coating layer obtained by the production method of the present invention, (b) the pellets produced by firing at 1250 ° C. The Fe 2 O 3 powder after granulation It is the electron micrograph of the cross section of the said coating layer when baking at 1200 degreeC on the surface and forming the coating layer of CF2 phase. (a)は、Fe/Ca比が1から2のカルシウムフェライト相単独で焼成ペレットとした場合の、Fe/Ca比による嵩密度と焼成温度(℃)との関係を示すグラフであり、(b)は、Fe/Ca比による嵩密度/見かけ密度と焼成温度との関係を示すグラフである。(A) is a graph which shows the relationship between the bulk density by Fe / Ca ratio, and a calcination temperature (degreeC) at the time of making a calcium pellet phase with the Fe / Ca ratio of 1 to 2 into a baking pellet, (b ) Is a graph showing the relationship between the bulk density / apparent density according to the Fe / Ca ratio and the firing temperature. Fe/Ca比が1.25のカルシウムフェライト相単相の原料粉末から形成されたコーティング層の嵩密度と、Fe/Ca比が3.23のカルシウム鉄化合物とFe/Ca比が1.0のカルシウム鉄化合物とをFe/Ca比が1.25になるように調製した混合粉末を用いて形成されたコーティング層の相対嵩密度を比較するグラフである。The bulk density of a coating layer formed from a raw material powder of a calcium ferrite phase having a Fe / Ca ratio of 1.25, a calcium iron compound having a Fe / Ca ratio of 3.23, and a Fe / Ca ratio of 1.0 It is a graph which compares the relative bulk density of the coating layer formed using the mixed powder which prepared the calcium iron compound so that Fe / Ca ratio might be 1.25.

以下、本発明について詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

[還元用原料の構造及び組成]
本発明の還元用原料は、球形或いは回転楕円体等のバルク状に造粒されたFe原料からなる多孔質体の表面に、水素に対して550℃近傍の温度領域でガスバリアー性を有し、700℃以上での温度域でガスバリアー性を失うコーティング層が被覆された構造である。
[Structure and composition of raw material for reduction]
The raw material for reduction of the present invention has a gas barrier property in a temperature range near 550 ° C. with respect to hydrogen on the surface of a porous body made of Fe 2 O 3 raw material granulated in a bulk shape such as a sphere or a spheroid. And a coating layer that loses gas barrier properties in a temperature range of 700 ° C. or higher is covered.

前述したFe原料からなる多孔質体は主にFe粉末を含有し、Fe原料に賦形性を与えるための成形助剤を含有しても良い。前記成形助剤として、ベントナイトが好ましく、イオン交換されたベントナイトを用いても良い。固体還元炉から得られる還元鉄の純度を高める観点から、前記成形助剤の含有量は、前記Fe粉末に対して0.1質量部以上10.0質量部以下とすることが好ましい。尚、前記多孔質体は、1.0g〜4.0gとし、平均粒径が直径5mm以上20mm以下の大きさであることが好ましい。 The porous body made of the Fe 2 O 3 raw material described above mainly contains Fe 2 O 3 powder, and may contain a molding aid for imparting formability to the Fe 2 O 3 raw material. As the molding aid, bentonite is preferable, and ion-exchanged bentonite may be used. From the viewpoint of increasing the purity of the reduced iron obtained from the solid reduction furnace, the content of the molding aid is preferably 0.1 parts by mass or more and 10.0 parts by mass or less with respect to the Fe 2 O 3 powder. . In addition, it is preferable that the said porous body shall be 1.0 g-4.0 g, and an average particle diameter is a magnitude | size of diameter 5 mm or more and 20 mm or less.

前記多孔質体を被覆するコーティング層は、主にCaFe(1<y/x≦2;1≦z)からなるカルシウム鉄化合物を含有する。また、前記カルシウム鉄化合物は、還元後に、還元鉄の表面にCaOとして残存するので、固体還元炉内でのペレット同士の融着と、それによるクラスタリングが発生し難くなる。尚、カルシウム鉄化合物等のカルシウムフェライト相は、元々、製銑分野の焼結鉱に含有されていることが多い物質である。当該物質を、組成制御しつつ、Fe原料からなる多孔質体の表面に付与し、その還元された生成物を還元鉄の含有物として高炉に導入したとしても、高炉には元々原料の焼結鉱に由来して導入されてきているものであり、新たな異物とはならず、従来の高炉の運転の妨げになったり、高炉の設備を損傷する問題が発生し難い。 The coating layer covering the porous body contains a calcium iron compound mainly composed of Ca x Fe y O z (1 <y / x ≦ 2; 1 ≦ z). In addition, since the calcium iron compound remains as CaO on the surface of the reduced iron after reduction, fusion between pellets in the solid reduction furnace and clustering due thereto are less likely to occur. Incidentally, the calcium ferrite phase such as calcium iron compound is originally a substance often contained in sintered ore in the field of ironmaking. Even if the substance is applied to the surface of the porous body made of the Fe 2 O 3 raw material while controlling the composition, and the reduced product is introduced into the blast furnace as a reduced iron content, It has been introduced from this sinter, and does not become a new foreign material, and it is difficult to cause problems that hinder the operation of the conventional blast furnace or damage the equipment of the blast furnace.

前記カルシウム鉄化合物のCaに対するFeのモル比が1超であるのは、図6(a)及び(b)に示されるように、当該比が1のCF1(CaFeO2.5)では、1300℃以上の焼成を行えば緻密化し、ヘマタイトと同等の強度を示す。しかし、CF1を1200℃で焼成してもコーティング層が十分に緻密にならない。また、CF1は、図7に示すように700℃においても還元率は2.47%にとどまっていてガスバリアー性が残存しており、図8に示すように還元反応が進行し難い。そのため、コーティング層を構成するカルシウム鉄化合物のCaに対するFeのモル比は、1超に調整する必要がある。 The molar ratio of Fe to Ca in the calcium iron compound is more than 1, as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), when CF1 (CaFeO 2.5 ) with the ratio of 1 is 1300 ° C. If the above baking is performed, it densifies and shows the same strength as hematite. However, even if CF1 is baked at 1200 ° C., the coating layer does not become sufficiently dense. Further, CF1 has a reduction rate of only 2.47% even at 700 ° C. as shown in FIG. 7 and gas barrier properties remain, and the reduction reaction hardly proceeds as shown in FIG. Therefore, the molar ratio of Fe to Ca of the calcium iron compound constituting the coating layer needs to be adjusted to more than 1.

一方、これに対して、CF2(CaFe)を含有するコーティング層は、図6(a)及び(b)に示されるように、1200℃の焼成によって相対密度が80%超〜90%程度で緻密であり、2000Nの圧潰強度を有する。また、図7に示すように700℃において、CF2を含有するコーティング層は12.9%の還元率まで還元されて、図8に示すように還元反応が進行する。しかし、図7に示されるように、この状態においてもCF2の圧潰強度は1000N以上を保っており、還元過程でのはく離などの問題は生じ難い。CF2のコーティング層を有する被還元組織には粗大化した気孔は生成せず、前記被還元組織は還元後も高強度を保つ。 On the other hand, the coating layer containing CF2 (CaFe 2 O 4 ) has a relative density of more than 80% to 90% by firing at 1200 ° C. as shown in FIGS. 6 (a) and (b). It is dense to the extent and has a crushing strength of 2000N. Further, as shown in FIG. 7, at 700 ° C., the coating layer containing CF 2 is reduced to a reduction rate of 12.9%, and the reduction reaction proceeds as shown in FIG. However, as shown in FIG. 7, even in this state, the crushing strength of CF2 is maintained at 1000 N or more, and problems such as peeling during the reduction process hardly occur. The reduced tissue having a CF2 coating layer does not generate coarse pores, and the reduced tissue maintains high strength even after reduction.

但し、前記モル比y/x値が2を超えると、図9のFe−CaO相図に示すように、液相生成温度が10℃以上低下してしまい、このため1200℃程度の焼成においても、液相を生じて焼成過程で溶融されてしまい、健全なコーティング層を形成することが困難になる。また、コーティング層が還元された後に生成するCaOの割合が低下して、固体還元炉内でのペレット同士の融着と、それによる固体還元炉内でのペレット同士の融着と、それによるクラスタリングが生じやすくなる。 However, when the molar ratio y / x value exceeds 2, as shown in the Fe 2 O 3 —CaO phase diagram of FIG. 9, the liquid phase generation temperature is lowered by 10 ° C. or more, and therefore, about 1200 ° C. Also in firing, a liquid phase is generated and melted in the firing process, making it difficult to form a healthy coating layer. In addition, the proportion of CaO produced after the coating layer is reduced is reduced, so that the pellets are fused in the solid reduction furnace, and the pellets are fused in the solid reduction furnace, thereby clustering. Is likely to occur.

一方、図9からは、y/x値が2以下に制御されれば、コーティング層を付与するプロセスで、当該層が流動する程度の溶融状態、すなわち、前述したマクロ的な融解による液相が生成することを防ぎ、固相焼結によって緻密な層を形成させることが可能であることが示唆される。図10は、Fe粉末を造粒後に1250℃で焼成して製造したペレットの表面上に1200℃にて焼成してCF2相のコーティング層を形成したもの(図10(b))と、本発明の製造方法によって得られたCF2相のコーティング層(図10(a))を比較する電子顕微鏡写真である。尚、図10(a)の発明例は、Fe粉末を造粒して得られたペレットにCF2相をコーティングして1200℃で焼成することによって得られた。図10にて示されるように、固相焼結によって、溶融すること無く緻密な層を形成できることが確認できた。 On the other hand, from FIG. 9, if the y / x value is controlled to 2 or less, in the process of applying the coating layer, the molten state to the extent that the layer flows, that is, the liquid phase due to the macro melting described above is obtained. It is suggested that it is possible to prevent the formation and form a dense layer by solid phase sintering. FIG. 10 shows a structure in which Fe 2 O 3 powder is granulated and then fired at 1,250 ° C. on the surface of pellets produced by firing at 1,250 ° C. to form a CF2 phase coating layer (FIG. 10B). It is an electron micrograph which compares the coating layer (FIG. 10 (a)) of CF2 phase obtained by the manufacturing method of this invention. Incidentally, invention example of FIG. 10 (a) was obtained by baking at coating the obtained pellet CF2 phase by granulating the Fe 2 O 3 powder 1200 ° C.. As shown in FIG. 10, it was confirmed that a dense layer could be formed without melting by solid phase sintering.

また、前記コーティング層は、当該コーティング層に賦形性を与えるとともに前記多孔質体に対する粘着性を与えるための成形助剤を含有しても良い。前記成形助剤として、ベントナイトが好ましく、イオン交換されたベントナイトを用いても良い。固体還元炉から得られる還元鉄の純度を高める観点から、前記成形助剤の含有量は、前記カルシウム鉄化合物に対して0.1質量部以上10.0質量部以下とすることが好ましい。尚、コーティング層の形成温度を精密に制御するために、コーティング層の成分或いはコーティング層を形性するための出発物質には、コークス粉等の可燃性のある材料を含有させないことが好ましい。   The coating layer may contain a molding aid for imparting formability to the coating layer and for imparting adhesiveness to the porous body. As the molding aid, bentonite is preferable, and ion-exchanged bentonite may be used. From the viewpoint of increasing the purity of the reduced iron obtained from the solid reduction furnace, the content of the molding aid is preferably 0.1 parts by mass or more and 10.0 parts by mass or less with respect to the calcium iron compound. In order to precisely control the formation temperature of the coating layer, it is preferable not to include a combustible material such as coke powder in the components of the coating layer or the starting material for shaping the coating layer.

コーティング層は、前記多孔質体の全表面の70%以上を被覆する。コーティング層の被覆率が70%を下回ると、コーティング層によるガスバリアー性が低下する。このため500〜600℃の水素雰囲気での還元において、ペレットの還元が進行するようになり、コーティング層がない場合と同じような被還元性を示し、還元粉化の問題が生じるようになる。コーティング層が前記多孔質体の全表面を被覆する割合は、好ましくは85%以上である。尚、前記多孔体の全表面の90%超にコーティングされている場合、還元特性上の問題は生じないものの、歩留まりや生産性を損なうので、90%程度まで被覆すれば良い。尚、コーティング層の被覆率或いは気孔率は、光学顕微鏡で還元用原料の断面組織観察を行い、組織写真の画像処理によって測定することが可能である。特に被覆率は、断面組織観察において、多孔質体の表面に対し、コーティング層が気孔や亀裂等を介さず、直接固相同士で接着している部分の長さの割合として求める事が出来る。   The coating layer covers 70% or more of the entire surface of the porous body. When the coverage of the coating layer is less than 70%, the gas barrier property due to the coating layer is lowered. For this reason, in the reduction in a hydrogen atmosphere at 500 to 600 ° C., the reduction of the pellets proceeds, exhibits the same reducibility as in the case where there is no coating layer, and the problem of reduced powdering occurs. The ratio of the coating layer covering the entire surface of the porous body is preferably 85% or more. If over 90% of the entire surface of the porous body is coated, there is no problem in reducing characteristics, but the yield and productivity are impaired. Therefore, it is sufficient to cover up to about 90%. Note that the coverage or porosity of the coating layer can be measured by observing the cross-sectional structure of the reducing raw material with an optical microscope and performing image processing on the structure photograph. In particular, in the cross-sectional structure observation, the coverage can be obtained as a ratio of the length of the portion where the coating layer is directly bonded to the solid phase without interposing pores or cracks on the surface of the porous body.

また、前記コーティング層は、前記多孔質体の質量の5.0質量部以上50.0質量部以下である。前記コーティング層が前記多孔質体の質量の5.0質量部未満の場合、還元粉化の抑制効果が不十分となり、前記多孔質体の質量の50.0質量部を超えると、酸化鉄原料の割合が少なくなり、生産性が損なわれる。例えば、前記多孔質体の質量が2.0gの場合、前記コーティング層の質量は、1個の多孔質体に対し、0.1g以上1g以下である。また、前記コーティング層は、前記多孔質体の5質量部以上20質量部とすることが好ましい。   Moreover, the said coating layer is 5.0 mass parts or more and 50.0 mass parts or less of the mass of the said porous body. When the coating layer is less than 5.0 parts by mass of the porous body, the effect of reducing powder reduction is insufficient, and when it exceeds 50.0 parts by mass of the porous body, the iron oxide raw material The ratio is reduced and productivity is impaired. For example, when the mass of the porous body is 2.0 g, the mass of the coating layer is 0.1 g or more and 1 g or less with respect to one porous body. Moreover, it is preferable that the said coating layer shall be 5 to 20 mass parts of the said porous body.

本発明において、前記コーティング層をFe原料からなる多孔質体に形性することによって、前記コーティング層と前記多孔質体との反応が抑制され、かつ水素ガスに対するガスバリアー性を発揮できる緻密性を確保することができる。 In the present invention, by forming the coating layer into a porous body made of Fe 2 O 3 raw material, the reaction between the coating layer and the porous body is suppressed, and gas barrier properties against hydrogen gas can be exhibited. Denseness can be ensured.

[還元用原料の製造方法]
還元用原料の核となる多孔質体は、Fe粉末をバルク状に造粒することによって製造される。還元用原料のFeの粒度調整のために原料粉末をあらかじめ粉砕、あるいは1000℃程度の温度で焼成後、バルク状に造粒しても良い。Fe粉末に、必要に応じて水等の溶媒とベントナイト等の成形助剤を添加し、バルク状に造粒する。造粒方法は特に限定されないが、1.0g〜4.0gとし、平均粒径が5mm以上20mm以下の大きさに造粒することが望ましい。造粒体は、100℃〜600℃の範囲内で乾燥される。造粒は原料粉末を型に詰めてプレス成型する方法を用いても良いが、コストが低くて大量製造に適し、最も好適なのは、パン型造粒器に原料を投入し、転動させながら適切な大きさの球状に成長させる方法である。
[Production method of raw material for reduction]
The porous body serving as the core of the raw material for reduction is manufactured by granulating Fe 2 O 3 powder in bulk. In order to adjust the particle size of the reducing raw material Fe 2 O 3 , the raw material powder may be pulverized in advance, or calcined at a temperature of about 1000 ° C., and then granulated in bulk. If necessary, a solvent such as water and a molding aid such as bentonite are added to the Fe 2 O 3 powder and granulated in bulk. The granulation method is not particularly limited, but it is desirable that the granulation is performed to 1.0 g to 4.0 g and the average particle size is 5 mm or more and 20 mm or less. The granulated body is dried within a range of 100 ° C to 600 ° C. For granulation, a method in which raw powder is packed into a mold and press-molded may be used, but it is suitable for mass production at low cost, and most suitable is that raw material is put into a bread granulator and rolled while rolling It is a method of growing into a spherical shape of a large size.

前記コーティング層を構成するカルシウム鉄化合物は、Caの含有量に対するFeの含有量がモル比で1.0超2.0以下になるように、CaO及びCaCOのうち少なくともいずれかと、Feとを混合し、次いで、800℃〜1000℃で大気中にて焼成することによって製造することができる。前記混合粉末を、そのままコーティングに用いることも可能ではあるが、このように、事前に所望のCa/Feモル比を有するカルシウム鉄化合物を形成して、これを前記造粒体に被覆することによって、コーティング層の均一性が図られ、コーティング層の固相焼結性を制御し易くなり、コーティング層のガスバリアー性を確実に実現できるようになるため、より望ましい。 The calcium iron compound constituting the coating layer includes Fe 2 O and at least one of CaO and CaCO 3 so that the Fe content with respect to the Ca content is more than 1.0 and less than 2.0 in terms of molar ratio. 3 and then calcining in the air at 800 ° C. to 1000 ° C. for production. Although it is possible to use the mixed powder for coating as it is, in this way, by forming a calcium iron compound having a desired Ca / Fe molar ratio in advance and coating the granulated body with the calcium iron compound. It is more desirable because the uniformity of the coating layer can be achieved, the solid phase sinterability of the coating layer can be easily controlled, and the gas barrier property of the coating layer can be reliably realized.

尚、当該コーティング層は、ベントナイトを含有させることが好ましい。コーティング層を構成する材料は、前記カルシウム鉄化合物に対して0.1質量部以上10.0質量部以下でベントナイトを混合して製造することができる。このようにして得られたコーティング層の材料を用いて、前記造粒体の表面上に当該造粒体の5.0質量部以上50.0質量部以下で被覆してコーティング層を形成する。   The coating layer preferably contains bentonite. The material constituting the coating layer can be produced by mixing bentonite at 0.1 parts by mass or more and 10.0 parts by mass or less with respect to the calcium iron compound. Using the coating layer material thus obtained, the surface of the granule is coated with 5.0 to 50.0 parts by mass of the granule to form a coating layer.

コーティング層は、事前に球状に造粒した酸化鉄ペレットと、当該コーティング層を構成する材料或いは出発物質(以下、「コーティング層の材料等」という。)をパン型造粒器内に投入して前記パン型造粒器を転動し、前記酸化鉄ペレット等の造粒体に付着させることによって形成することが好ましい。より好ましくは、コーティング層の材料等を貯留した容器内に前記酸化鉄ペレット等の造粒体を浸漬して、前記コーティング層の材料等を当該造粒体の表面に付着させた後、前記造粒体を前記容器から取り出し、前記造粒体を皿状の容器内で転動させて、前記コーティング層の材料等を所望量に調整することである。コーティング層を形成するための後述の更に好ましい方法によれば、水等の溶媒を用いることなく、酸化鉄造粒体の表面から剥離し難いコーティング層を容易に形成することができる。   The coating layer is prepared by putting iron oxide pellets granulated in advance into a spherical shape and a material or starting material (hereinafter referred to as “coating layer material”) constituting the coating layer into a bread granulator. It is preferably formed by rolling the bread granulator and adhering it to a granulated body such as the iron oxide pellets. More preferably, the granulated body such as the iron oxide pellets is immersed in a container storing the material of the coating layer and the like, and after the material of the coating layer is adhered to the surface of the granulated body, the The granular body is taken out from the container, and the granulated body is rolled in a dish-shaped container to adjust the material or the like of the coating layer to a desired amount. According to a more preferable method described later for forming the coating layer, it is possible to easily form a coating layer that is difficult to peel off from the surface of the iron oxide granule without using a solvent such as water.

尚、Fe造粒物を嵩密度70%程度以上まで事前に焼成した前記造粒体では、その表面上に緻密なコーティング層を形成することができない。図10(b)から分かるように、前記造粒体の焼成後にコーティング層を形成した場合では、本発明の緻密なコーティング層が形成できない。 In the Fe 2 O 3 granules of the granulated material was fired in advance than about bulk density of 70%, it is impossible to form a dense coating layer on its surface. As can be seen from FIG. 10 (b), when the coating layer is formed after the granulated body is fired, the dense coating layer of the present invention cannot be formed.

コーティング層が形成された造粒体は、1150℃以上1200℃以下で大気中にて焼成される。焼成温度が1200℃を超えると、図9に示すようにコーティング層と酸化鉄との反応が始まり、前述したマクロ的な液相も生じてしまう問題を生じる。焼成の段階で固相焼結ではなく、液相が生成してしまうと、コーティング層の成分が焼成の最中に流れ落ち、或いは内部の酸化鉄造粒体部分に浸透して反応する等して、望ましい均一なガスバリアー性が発揮できなくなる。前記酸化鉄造粒体部分との反応による組成変化により、コーティング層の被還元性が変化し、また、流れ落ちの発生によりコーティング層が減少し、これに伴うコーティング層の不連続化等の問題が生じる。一方、1150℃を下回ると、焼成して得られた還元用原料の強度が不足する。   The granulated body on which the coating layer is formed is fired in the air at 1150 ° C. or more and 1200 ° C. or less. When the firing temperature exceeds 1200 ° C., the reaction between the coating layer and iron oxide starts as shown in FIG. 9, and the above-described macroscopic liquid phase is generated. If a liquid phase is generated instead of solid phase sintering at the firing stage, the components of the coating layer flow down during firing or permeate and react inside the iron oxide granule part. The desired uniform gas barrier property cannot be exhibited. Due to the composition change due to the reaction with the iron oxide granule part, the reducibility of the coating layer is changed, and the coating layer is reduced due to the occurrence of flow-down, resulting in problems such as discontinuity of the coating layer. Arise. On the other hand, when the temperature is lower than 1150 ° C., the strength of the reducing raw material obtained by firing is insufficient.

図11(a)及び(b)は、コーティング層の主成分であるカルシウム鉄化合物のCaとFeのモル比(以下、「Fe/Ca比」ともいう。)と、嵩密度(g/cm)と、嵩密度/見かけ密度と、焼成温度(℃)との関係を示す。図11(b)に示されるように、Fe/Ca比が1.25〜2のカルシウム鉄化合物は、1200℃で焼成後、「嵩密度/見かけ密度」の値が90%以上に達している。また、図11(a)に示されるように、Fe/Ca比が1.25〜2のカルシウム鉄化合物の嵩密度は、1200℃で焼成後、Fe/Ca比が1のカルシウム鉄化合物の嵩密度よりも約20%高い。このように、Fe/Ca比が1超のカルシウム鉄化合物からなるコーティング層は緻密性が良好であり、コーティング層が形成された造粒体は、1200℃で焼成することが望ましい。 11A and 11B show the molar ratio of Ca to Fe (hereinafter also referred to as “Fe / Ca ratio”) of the calcium iron compound that is the main component of the coating layer, and the bulk density (g / cm 3 ). ), Bulk density / apparent density, and firing temperature (° C.). As shown in FIG. 11 (b), the calcium iron compound having an Fe / Ca ratio of 1.25 to 2 has a value of “bulk density / apparent density” of 90% or more after firing at 1200 ° C. . Further, as shown in FIG. 11A, the bulk density of the calcium iron compound having an Fe / Ca ratio of 1.25 to 2 is the bulk density of the calcium iron compound having an Fe / Ca ratio of 1 after firing at 1200 ° C. About 20% higher than the density. Thus, the coating layer made of a calcium iron compound having an Fe / Ca ratio of more than 1 has good denseness, and the granulated body on which the coating layer is formed is desirably fired at 1200 ° C.

このように、酸化鉄材料とコーティング層が一体的に焼成されることで、コーティング層に亀裂等の欠陥を生じさせず、コーティング層の剥離も無く、緻密で健全にペレット表面に形成可能となる。また、上記のように制御されたコーティング層の付与によって、前記焼成ペレットを水素雰囲気で還元した時に、還元粉化が問題となる550℃近傍の温度領域では、コーティング層の下の酸化鉄の部分の還元が抑制され、還元粉化が起き難くなる。一方、還元粉化が起き難くなる700℃以上での温度域では、コーティング層自身が還元されてガスバリアー性を失い、酸化鉄の還元を妨げる事が無く、速やかに還元が進行する。   In this way, the iron oxide material and the coating layer are integrally fired, so that defects such as cracks do not occur in the coating layer, and there is no peeling of the coating layer, so that it can be densely and soundly formed on the pellet surface. . In addition, when the fired pellets are reduced in a hydrogen atmosphere by the application of the coating layer controlled as described above, the portion of iron oxide under the coating layer is in a temperature region near 550 ° C. where reduction powdering becomes a problem. Is reduced, and reduced powdering is less likely to occur. On the other hand, in a temperature range of 700 ° C. or higher at which reduced powdering does not easily occur, the coating layer itself is reduced and loses its gas barrier property, and the reduction proceeds promptly without impeding the reduction of iron oxide.

また、液相を生成し易いカルシウムフェライト相と、液相を生成し難いカルシウムフェライト相とをFe/Caのモル比が1<Fe/Ca≦1.5を満たすように調整した混合粉末を用いて、コーティング層を形成しても良い。   In addition, a mixed powder prepared by adjusting a calcium ferrite phase that easily generates a liquid phase and a calcium ferrite phase that hardly generates a liquid phase so that the Fe / Ca molar ratio satisfies 1 <Fe / Ca ≦ 1.5 is used. A coating layer may be formed.

液相を生成し易いカルシウムフェライト相として、Cax1Fey1z1(2<y1/x1≦4;1≦z1)からなるカルシウム鉄化合物が好ましく、特に、Cax1Fey1z1(y1/x1=3.23;1≦z1)(以下、「CaFe3.23z」と記載する。)からなるカルシウム鉄化合物を用いることが好ましい。何故なら、Fe23−CaOの相図において、液相の融点が最も低い組成位置は、FeO3:80wt%近傍であり、この位置に対応する組成が「CaFe3.23z」であって、コーティング層の緻密化促進の効果を最も得られるからである。 As the calcium ferrite phase that easily forms a liquid phase, a calcium iron compound composed of Ca x1 Fe y1 O z1 (2 <y1 / x1 ≦ 4; 1 ≦ z1) is preferable, and in particular, Ca x1 Fe y1 O z1 (y1 / x1) = 3.23; 1 ≦ z1) (hereinafter referred to as “CaFe 3.23 O z ”) is preferably used. This is because in the phase diagram of Fe 2 O 3 —CaO, the composition position where the melting point of the liquid phase is the lowest is near F 2 eO 3 : 80 wt%, and the composition corresponding to this position is “CaFe 3.23 O z ”. This is because the effect of promoting the densification of the coating layer can be obtained most.

液相を生成し難いカルシウムフェライト相として、Cax2Fey2z2(1≦y2/x2≦1.5;1≦z2)からなるカルシウム鉄化合物が好ましい。また、液相を生成し難いカルシウムフェライト相とともに、或いは液相を生成し難いカルシウムフェライト相の代用として、CaO及びCaCO3のうちの少なくとも1種を用いても良い。しかし、同じFe/Caのモル比(1<Fe/Ca≦1.5)のカルシウムフェライト相を生成させる場合、CaO及びCaCO3よりも、Cax2Fey2z2(1≦y2/x2≦1.5;1≦z2)からなるカルシウム鉄化合物を用いることが好ましい。これは、Fe/Caのモル比の低いカルシウムフェライト相の粉末を用いた方が、CaO及びCaCO3の粉末よりも使用量を増加できるので、液相を生成し易いカルシウムフェライト相によるミクロレベルな液相の分布を均一にできるためである。 As the calcium ferrite phase that hardly forms a liquid phase, a calcium iron compound composed of Ca x2 Fe y2 O z2 (1 ≦ y2 / x2 ≦ 1.5; 1 ≦ z2) is preferable. Further, the product is hard calcium ferrite phase liquid phase, or as a substitute for generating hard calcium ferrite phase of the liquid phase may be used at least one of CaO and CaCO 3. However, when a calcium ferrite phase having the same Fe / Ca molar ratio (1 <Fe / Ca ≦ 1.5) is generated, Ca x2 Fe y2 O z2 (1 ≦ y2 / x2 ≦ 1) rather than CaO and CaCO 3. 5; 1 ≦ z 2) is preferably used. This is because when the calcium ferrite phase powder having a low Fe / Ca molar ratio is used, the amount of use can be increased as compared with the CaO and CaCO 3 powders. This is because the liquid phase distribution can be made uniform.

液相を生成し易いカルシウムフェライト相としてCaFe3.23zを用いる場合、液相を生成し難いカルシウムフェライト相として、Cax2Fey2z2(y2/x2=1.0;1≦z2)(以下、「CaFeOz’」と記載する。)を用い、重量比でCaFe3.23z:CaFeOz’=1:99〜40:60の範囲、より好ましくは9:91〜40:60の範囲になるように混合することが好ましい。この範囲内において、Cax2Fey2z2よりもCaFeOz’の方がコーティング層原料粉末中での割合が多く、ミクロ的な液相の周囲に充分に多量の反応相手のCaFeOz’が存在し、安定してコーティング層を形成できる。しかし、CaFe3.23zの割合が前記範囲より低いと、ミクロ的な液相の生成が不十分になり、コーティング層の緻密化促進の効果が得られ難くなる。一方、CaFe3.23zの割合が前記範囲より高いと、ミクロ的な液相の周囲の反応相手のCaFeOz’が不足するため、初めから単一組成のカルシウムフェライト相の粉末を用いてコーティング層を形成した場合と比較して、コーティング層の緻密化促進の効果が得られ難くなる。 When CaFe 3.23 O z is used as the calcium ferrite phase that easily generates the liquid phase, Ca x2 Fe y2 O z2 (y 2 / x 2 = 1.0; 1 ≦ z 2) (hereinafter referred to as “calcium ferrite phase that is difficult to generate the liquid phase”) "CaFeO z '" is described as) using, CaFe 3.23 O z in a weight ratio of:. CaFeO z' = 1: 99~40: 60 range, more preferably 9: 91-40: in the range of 60 It is preferable to mix as described above. Within this range, the proportion of CaFeO z 'in the coating layer raw material powder is larger than that of Ca x2 Fe y2 O z2 , and a sufficiently large amount of reaction partner CaFeO z' exists around the microscopic liquid phase. In addition, the coating layer can be formed stably. However, if the ratio of CaFe 3.23 O z is lower than the above range, the formation of a microscopic liquid phase becomes insufficient, and it becomes difficult to obtain the effect of promoting the densification of the coating layer. On the other hand, when the proportion of CaFe 3.23 O z is higher than the above range, the reaction partner CaFeO z ′ around the microscopic liquid phase is insufficient, so that a coating layer using a calcium ferrite phase powder of a single composition from the beginning. Compared with the case of forming, it becomes difficult to obtain the effect of promoting the densification of the coating layer.

尚、液相を生成し易いカルシウムフェライト相の粉末と、液相を生成し難いカルシウムフェライト相の粉末は、平均粒径が投影面積円相当で0.5μm〜500μmの範囲内であることが好ましい。液相を生成し易いカルシウムフェライト相の粉末の平均粒径が0.5μm未満であると、ミクロ的な液相の生成が不十分になり、コーティング層の緻密化促進の効果が得られ難くなる。また、液相を生成し易いカルシウムフェライト相の粉末の平均粒径が500μmを超えると、液相を生成し易いカルシウムフェライト相の反応相手が局所的に足りなくなり、コーティング層の緻密化促進の効果が得られ難くなる。   In addition, it is preferable that the powder of the calcium ferrite phase which is easy to produce | generate a liquid phase, and the powder of the calcium ferrite phase which is hard to produce | generate a liquid phase are within the range of 0.5 micrometer-500 micrometers in terms of a projected area circle. . If the average particle size of the calcium ferrite phase powder that is liable to form a liquid phase is less than 0.5 μm, the formation of a microscopic liquid phase becomes insufficient, and the effect of promoting the densification of the coating layer is difficult to obtain. . In addition, when the average particle diameter of the calcium ferrite phase powder that easily generates the liquid phase exceeds 500 μm, the reaction partner of the calcium ferrite phase that easily generates the liquid phase is locally insufficient, and the effect of promoting the densification of the coating layer Is difficult to obtain.

前述した組成の混合粉末を用いることによって、前述したマクロ的な液相生成に起因する問題を引き起こすこと無く、健全なコーティング層を形成することができる。図12に、Fe/Ca比が1.25のカルシウムフェライト相単相の原料粉末から形成されたコーティング層の相対嵩密度(図中、「CF1.25」)と、Fe/Ca比が3.23のカルシウム鉄化合物とFe/Ca比が1.0のカルシウム鉄化合物とをFe/Ca比が1.25になるように調製した混合粉末を用いて形成されたコーティング層の嵩密度(図中、「CF1.25 by (CF3.23+CF)」を示す。図12から、前述した組成の混合粉末を用いて形成されたコーティング層は、単一組成のカルシウムフェライト相からなる粉末を用いて形成されたコーティング層よりも緻密性が高く、ガスバリアー性に優れることが分かる。また、この効果は、コーティング層形成時の焼成温度が高く、1200℃に近づく程、その傾向が高くなることが分かる。   By using the mixed powder having the above-described composition, it is possible to form a healthy coating layer without causing the problems caused by the above-described macroscopic liquid phase generation. FIG. 12 shows the relative bulk density (“CF1.25” in the figure) of the coating layer formed from a raw material powder of a calcium ferrite phase having a Fe / Ca ratio of 1.25 and an Fe / Ca ratio of 3. The bulk density of the coating layer formed by using a mixed powder prepared by adjusting the Fe / Ca ratio to 1.25 with a calcium iron compound having a Fe / Ca ratio of 1.0 and a calcium iron compound having a Fe / Ca ratio of 1.0 (in the figure) 12 shows that “CF1.25 by (CF3.23 + CF).” From FIG. 12, the coating layer formed by using the mixed powder having the composition described above uses a powder composed of a calcium ferrite phase having a single composition. It can be seen that the resulting coating layer is denser and has better gas barrier properties, and the effect of this effect is higher as the firing temperature at the time of forming the coating layer is higher and approaches 1200 ° C. I understand.

Cax1Fey1z1(2<y1/x1≦4;1≦z1)からなるカルシウム鉄化合物及びCax2Fey2z2(1≦y2/x2≦1.5;1≦z2)からなるカルシウム鉄化合物は、Caの含有量に対するFeの含有量がそれぞれ所望のモル比になるように、CaO及びCaCOのうち少なくともいずれかと、Feとを混合し、次いで、800℃〜1000℃で大気中にて焼成することによって製造することができる。 Calcium iron compound composed of Ca x1 Fe y1 O z1 (2 <y1 / x1 ≦ 4; 1 ≦ z1) and calcium iron composed of Ca x2 Fe y2 O z2 (1 ≦ y2 / x2 ≦ 1.5; 1 ≦ z2) The compound is prepared by mixing at least one of CaO and CaCO 3 with Fe 2 O 3 so that the Fe content is in a desired molar ratio with respect to the Ca content, and then at 800 ° C. to 1000 ° C. It can manufacture by baking in air | atmosphere.

また、Cax1Fey1z1(2<y1/x1≦4;1≦z1)からなるカルシウム鉄化合物と、Cax2Fey2z2(1≦y2/x2≦1.5;1≦z2)からなるカルシウム鉄化合物とを1<Fe/Ca≦1.5を満たすように調整するとともに、ベントナイトを混合した粉末を用いて、コーティング層を形成しても良い。コーティング層を構成する材料は、前記2種類のカルシウム鉄化合物全量に対して0.1質量部以上10.0質量部以下でベントナイトを混合して製造することができる。ベントナイトは添加量が多いと、液相を生成し易いカルシウムフェライト相の粉末と、液相を生成し難いカルシウムフェライト相の粉末との反応を阻害する場合があり得る。このため混合粉末をコーティングする方法においては、ベントナイトの添加量は、より好ましくは2質量部以下である。このようにして得られたコーティング層の材料を用いて、前記造粒体の表面上に当該造粒体の5.0質量部以上50.0質量部以下で被覆してコーティング層を形成する。 Further, from a calcium iron compound made of Ca x1 Fe y1 O z1 (2 <y1 / x1 ≦ 4; 1 ≦ z1) and Ca x2 Fe y2 O z2 (1 ≦ y2 / x2 ≦ 1.5; 1 ≦ z2) While adjusting so that it may satisfy | fill 1 <Fe / Ca <= 1.5, you may form a coating layer using the powder which mixed the bentonite. The material which comprises a coating layer can mix and manufacture a bentonite by 0.1 to 10.0 mass parts with respect to said 2 types of calcium iron compound whole quantity. If the bentonite is added in a large amount, the reaction between the calcium ferrite phase powder that easily forms the liquid phase and the calcium ferrite phase powder that hardly forms the liquid phase may be inhibited. For this reason, in the method of coating the mixed powder, the amount of bentonite added is more preferably 2 parts by mass or less. Using the coating layer material thus obtained, the surface of the granule is coated with 5.0 to 50.0 parts by mass of the granule to form a coating layer.

(コーティング層の形成試験1)
Feとベントナイトとの質量比が20:1になるように、Fe粉末及びベントナイトを秤量して混合し、次いで、1個当たりの質量が2gになるように、Fe及びベントナイトからなる酸化鉄ペレットをパン型造粒器により成形した。
(Coating layer formation test 1)
Fe 2 O 3 and the mass ratio of the bentonite 20: to be 1, were weighed and mixed with Fe 2 O 3 powder and bentonite, then, as the mass per becomes 2 g, Fe 2 O 3 and iron oxide pellets consisting of bentonite were formed with a bread granulator.

一方、CaCO及びFeとを、CaとFeのモル比が1:1.5になるようにCaCO粉末及びFe粉末を秤量して混合し、900℃で焼成することによって、CaFe1.5Oの焼成体を製造した。次いで、前記CaFe1.5Oの焼成体を破砕し、CaFe1.5Oとベントナイトとの質量比が20:1になるようにベントナイトを秤量し、CaFe1.5O粉体とベントナイトとを均一に混合して、コーティング層の材料を調製した。 Meanwhile, CaCO 3 and Fe 2 O 3 are weighed and mixed with CaCO 3 powder and Fe 2 O 3 powder so that the molar ratio of Ca to Fe is 1: 1.5, and calcined at 900 ° C. Thus, a sintered body of CaFe 1.5 O was manufactured. Next, the fired body of CaFe 1.5 O is crushed, the bentonite is weighed so that the mass ratio of CaFe 1.5 O and bentonite is 20: 1, and CaFe 1.5 O powder and bentonite are mixed. The material of the coating layer was prepared by mixing uniformly.

前記酸化鉄ペレットを、前記CaFe1.5O粉体とベントナイトとの混合粉末が貯留された容器内に浸漬して、前記コーティング層の材料を前記酸化鉄ペレットの表面に付着させた後、前記容器から取り出し、前記酸化鉄ペレットを皿状の容器内で転動させて、前記コーティング層の材料の付着量を所望量に調整した。 The iron oxide pellet is immersed in a container in which a mixed powder of the CaFe 1.5 O powder and bentonite is stored, and the coating layer material is attached to the surface of the iron oxide pellet. The iron oxide pellets were removed from the container and rolled in a dish-shaped container to adjust the amount of the coating layer material to a desired amount.

前記コーティング層の材料が付着した造粒体を大気中1200℃で焼成し、比較例1〜6及び実施例1〜6の還元用原料を得た。比較例1〜6及び実施例1〜6のコーティング層に含有されるカルシウム鉄化合物のCa元素に対するFe元素のモル比(y/x)と、前記酸化鉄ペレットに対するコーティング層の質量%(質量部)をそれぞれ表1に示す。   The granulated body to which the material of the coating layer was adhered was fired at 1200 ° C. in the atmosphere to obtain the reducing raw materials of Comparative Examples 1 to 6 and Examples 1 to 6. The molar ratio (y / x) of the Fe element to the Ca element of the calcium iron compound contained in the coating layers of Comparative Examples 1 to 6 and Examples 1 to 6, and the mass% (parts by mass) of the coating layer with respect to the iron oxide pellets ) Are shown in Table 1.

実施例1〜6及び比較例1〜6を雰囲気熱処理炉にて還元反応した場合における、還元用原料の還元率及び圧壊強度をそれぞれ測定した。固体還元炉内でのペレット同士の接触による破損を防止するとともに、還元粉化やクラスタリングを防止するため、還元用原料は以下の要件(i)及び(ii)の両方を満たすものを合格とし、要件(i)及び(ii)の少なくともいずれかを満たさないものを不合格と判定した。この測定結果を表1に示す。
(i)550℃における還元反応:5時間経過後の還元率が5%以下、圧壊強度が1000N以上。
(ii)700℃における還元反応:5時間経過後の還元率が15%以上、圧壊強度500N以上。
When Examples 1-6 and Comparative Examples 1-6 were subjected to a reduction reaction in an atmospheric heat treatment furnace, the reduction rate and crushing strength of the reducing raw material were measured. In order to prevent damage due to contact between the pellets in the solid reduction furnace, and to prevent reducing powdering and clustering, the raw material for reduction shall pass that satisfies both the following requirements (i) and (ii), Those that did not satisfy at least one of the requirements (i) and (ii) were judged as rejected. The measurement results are shown in Table 1.
(i) Reduction reaction at 550 ° C .: The reduction rate after 5 hours is 5% or less and the crushing strength is 1000 N or more.
(ii) Reduction reaction at 700 ° C .: Reduction rate after 5 hours is 15% or more and crushing strength is 500 N or more.

尚、還元反応は、雰囲気熱処理炉内で3.6%H含有Ar気流中、550℃及び700℃にて各試料を5時間加熱することにより行った。なお、いずれの場合においても還元原料のコーティング前の重量は、1個当たり2gである。 The reduction reaction was performed by heating each sample for 5 hours at 550 ° C. and 700 ° C. in an Ar air flow containing 3.6% H 2 in an atmosphere heat treatment furnace. In any case, the weight of the reducing material before coating is 2 g per piece.

CaとFeのモル比が同一のコーティング層を有する実施例1〜4から分かるように、還元用原料1個当たりのコーティング層の質量の増加に伴って550℃での還元試験における還元率が低下するが、700℃ではコーティング層の質量によって還元率が影響され難いことが分かる。このことから、コーティング層によって550℃での還元反応の進行が抑制されて、還元粉化が問題となる温度域では、焼成ペレットが高い圧潰強度を保ち、このため還元粉化が発生し難くなることが分かる。一方、コーティング層は還元粉化が問題となり難い高温域の700℃では、還元反応の進行に影響を与えないことが分かる。即ち本発明によって、550〜600℃の温度域で水素ベースの酸化鉄の還元を抑制し、700℃以上で酸化鉄の還元を進行させることによって、還元粉化を抑制し、焼成ペレットの強度を確保するのが可能である事が明らかとなった。   As can be seen from Examples 1 to 4 having coating layers having the same molar ratio of Ca and Fe, the reduction rate in the reduction test at 550 ° C. decreases as the mass of the coating layer per reducing material increases. However, at 700 ° C., the reduction rate is hardly affected by the mass of the coating layer. From this, the progress of the reduction reaction at 550 ° C. is suppressed by the coating layer, and in the temperature range where reduction powdering becomes a problem, the fired pellets maintain high crushing strength, and therefore reduction powdering is difficult to occur. I understand that. On the other hand, it can be seen that the coating layer does not affect the progress of the reduction reaction at 700 ° C. in the high temperature range where reduction powdering is not a problem. That is, according to the present invention, the reduction of hydrogen-based iron oxide is suppressed in the temperature range of 550 to 600 ° C., and the reduction of iron oxide is advanced at 700 ° C. or higher, thereby suppressing reduction powdering and increasing the strength of the calcined pellets. It became clear that it was possible to secure.

また、550℃における還元反応試験における還元率に関して、実施例1及び比較例3の結果を比較すると、コーティング層の被覆率が70%あれば、550℃の還元において、ガスバリアー効果は担保されるが、コーティング層の被覆率が70%を下回ると、ガスバリアー性が不足し、本発明の効果が得られない事が分かる。ガスバリアー性が不足すると、焼成ペレットの被還元挙動は、コーティングの無いペレットとほぼ同じになる。一方、実施例2〜6の目付量は10質量部以上であり、被覆率が85%以上の好ましい被覆率となる。当該被覆率では、550℃でのガスバリアー性が、よりばらつきが小さく安定して発揮される。比較例4の焼成ペレットは、コーティング層が多孔質体の60質量部であり、もちろん550℃でのガスバリアー性は発揮されるが、当該焼成ペレットにおける多孔質体部の酸化鉄の割合は2/3を下回るようになり、焼成ペレットの製造に多量のコーティング層を用意する必要が生じ、また還元によって生産される還元鉄の量も低下して、ペレットの製造と、還元鉄の製造の両方の工程における生産性に課題を生じる。   Further, regarding the reduction rate in the reduction reaction test at 550 ° C., when the results of Example 1 and Comparative Example 3 are compared, if the coverage of the coating layer is 70%, the gas barrier effect is ensured in the reduction at 550 ° C. However, it can be seen that when the coverage of the coating layer is less than 70%, the gas barrier properties are insufficient and the effects of the present invention cannot be obtained. If the gas barrier property is insufficient, the reduced behavior of the fired pellets is almost the same as the pellets without coating. On the other hand, the basis weight of Examples 2 to 6 is 10 parts by mass or more, and the coverage is a preferable coverage of 85% or more. With this coverage, the gas barrier properties at 550 ° C. are stably exhibited with less variation. In the fired pellet of Comparative Example 4, the coating layer is 60 parts by mass of the porous body, and of course the gas barrier property at 550 ° C. is exhibited, but the ratio of iron oxide in the porous body part in the fired pellet is 2 / 3, it becomes necessary to prepare a large amount of coating layer for the production of fired pellets, and the amount of reduced iron produced by reduction is also reduced, both the production of pellets and the production of reduced iron This causes problems in productivity in the process.

また、比較例5のコーティング層に含有されるカルシウム鉄化合物のCa元素とFe元素のモル比(y/x)が1以下であるために、比較例5は、実施例5に比べて、700℃における還元反応試験における還元率が低い。また、比較例6は、前記モル比(y/x)が2を超えており、健全なコーティング層を形成することができなかった。   Moreover, since the molar ratio (y / x) of Ca element and Fe element of the calcium iron compound contained in the coating layer of Comparative Example 5 is 1 or less, Comparative Example 5 is 700 compared to Example 5. Low reduction rate in reduction reaction test at ° C. In Comparative Example 6, the molar ratio (y / x) exceeded 2 and a healthy coating layer could not be formed.

(コーティング層の形成試験2)
液相を生成し易いカルシウムフェライト相と、液相を生成し難いカルシウムフェライト相とをFe/Caのモル比が1<Fe/Ca≦1.5を満たすように調整した混合粉末を用いて形成されたコーティング層を有する還元用原料について、還元率及び圧壊強度をそれぞれ測定した。
(Coating layer formation test 2)
Formed by using a mixed powder in which a calcium ferrite phase that easily generates a liquid phase and a calcium ferrite phase that does not easily generate a liquid phase are adjusted so that the molar ratio of Fe / Ca satisfies 1 <Fe / Ca ≦ 1.5. The reduction rate and crushing strength of the reducing raw material having the coating layer were measured.

コーティング層の形成試験2において、コーティング層の材料が表2の条件に基づいて調製されたことを除き、コーティング層形成後の造粒体の焼成条件、還元反応条件、圧壊強度の判定条件等の他の全ての条件は、前述したコーティング層の形成試験1と同一とした。   In the coating layer formation test 2, except that the material of the coating layer was prepared based on the conditions in Table 2, the firing conditions of the granulated body after formation of the coating layer, the reduction reaction conditions, the judgment conditions of the crushing strength, etc. All other conditions were the same as in the coating layer formation test 1 described above.

実施例7〜11のコーティング層の材料は、下記のように調製した。
まず、Caに対するFeのモル比が表2の欄「CaFe化合物1」の「y1/x1」内の数値になるようにCaCO粉末及びFe粉末を秤量して混合し、900℃で焼成することによって、カルシウム鉄化合物1の焼成体を調製した。また、前記カルシウム鉄化合物1と反応させるカルシウム鉄化合物2として、Caに対するFeのモル比が表2の欄「CaFe化合物2」の「y2/x2」内の数値になるようにCaO粉末或いはCaCO粉末と、Fe粉末とを秤量して混合し、900℃で焼成することによって調製した。但し、実施例7のCaFe化合物2としてCaOを用いた。また実施例8のCaFe化合物2としてCaCOを用いた。
The materials of the coating layers of Examples 7 to 11 were prepared as follows.
First, the CaCO 3 powder and the Fe 2 O 3 powder are weighed and mixed so that the molar ratio of Fe to Ca becomes the value in “y1 / x1” of the column “CaFe Compound 1” in Table 2, A calcined body of calcium iron compound 1 was prepared by calcining. Further, as the calcium iron compound 2 to be reacted with the calcium iron compound 1, the CaO powder or the CaCO 3 is adjusted so that the molar ratio of Fe to Ca becomes a numerical value in “y2 / x2” of the column “CaFe compound 2” in Table 2. The powder and Fe 2 O 3 powder were weighed and mixed and prepared by firing at 900 ° C. However, CaO was used as the CaFe compound 2 of Example 7. Further, CaCO 3 was used as the CaFe compound 2 of Example 8.

次いで、前記カルシウム鉄化合物1及び2の焼成体をそれぞれ破砕して、表2の欄「原料粉末における重量比率」内の数値の比率にて、前記カルシウム鉄化合物1及び2の粉末を均一に混合し、さらに該混合粉末とベントナイトの質量比が99:1になるようにベントナイトを秤量し、該混合粉末とベントナイトとを均一に混合して、実施例7〜11のコーティング層の原料粉末を調製した。実施例7〜11のコーティング層のコーティング層の原料粉末に含有されるCa元素及びFe元素について、Caに対するFeのモル比を表2の欄「原料粉末全体でのFe/Ca比」に示す。   Next, the calcined bodies of the calcium iron compounds 1 and 2 were crushed, and the powders of the calcium iron compounds 1 and 2 were uniformly mixed at a numerical ratio in the column “weight ratio in raw material powder” in Table 2. Further, the bentonite is weighed so that the mass ratio of the mixed powder and bentonite is 99: 1, and the mixed powder and bentonite are uniformly mixed to prepare the raw material powders for the coating layers of Examples 7 to 11. did. Regarding the Ca element and the Fe element contained in the raw material powders of the coating layers of Examples 7 to 11, the molar ratio of Fe to Ca is shown in the column “Fe / Ca ratio in the whole raw material powder” in Table 2.

実施例7と8は、表1の実施例3と同様のコーティング層を、液相を生成し易いカルシウムフェライト相(カルシウム鉄化合物1)と、CaO又はCaCO3とを反応させることにより形成した例である。実施例3の還元用原料は、550℃での還元の進行が抑制されて、還元後の圧潰強度が高く、700℃では還元が進行し、かつ還元後の圧潰強度も適度に保持されている。実施例7と8の還元用原料も、実施例3と同等以上に550℃還元でのバリアー効果が発揮され、かつ、700℃では還元が進行する、優れた還元原料が得られている。 Examples 7 and 8 are examples in which the same coating layer as in Example 3 of Table 1 was formed by reacting a calcium ferrite phase (calcium iron compound 1) that easily generates a liquid phase with CaO or CaCO 3. It is. In the raw material for reduction of Example 3, the progress of reduction at 550 ° C. is suppressed, the crushing strength after reduction is high, the reduction proceeds at 700 ° C., and the crushing strength after reduction is also appropriately maintained. . The reducing raw materials of Examples 7 and 8 are also excellent reducing raw materials that exhibit a barrier effect at 550 ° C. reduction equivalent to or higher than that of Example 3 and that the reduction proceeds at 700 ° C.

実施例9は、表1の実施例5と同様のコーティング層を、液相を生成し易いカルシウムフェライト相(カルシウム鉄化合物1)と、液相を生成し難いカルシウムフェライト相(カルシウム鉄化合物2)とを反応させて形成した例である。表1の実施例5も同じy/x=1.2のコーティング層を付与した還元用原料であるが、実施例9においては、550℃における還元での還元率が実施例5よりもさらに抑制されてより強いバリアー効果が発揮され、よりコーティング層が緻密で健全に形成されている事が示唆される。   In Example 9, a coating layer similar to that in Example 5 in Table 1 is formed by using a calcium ferrite phase (calcium iron compound 1) that easily generates a liquid phase and a calcium ferrite phase (calcium iron compound 2) that is difficult to generate a liquid phase. It is an example formed by reacting. Example 5 in Table 1 is also a reducing raw material provided with the same y / x = 1.2 coating layer. However, in Example 9, the reduction rate in reduction at 550 ° C. was further suppressed as compared with Example 5. A stronger barrier effect is exhibited, suggesting that the coating layer is more dense and sound.

実施例10は、実施例9よりもさらにy/xが1.0に近い、y/x=1.1のコーティング層を、液相を生成し易いカルシウムフェライト相(カルシウム鉄化合物1)と、液相を生成し難いカルシウムフェライト相(カルシウム鉄化合物2)とを反応させて形成した例である。実施例9同様、550℃において優れたバリアー効果が発揮される、還元用原料が得られている事が分かる。   In Example 10, a coating layer of y / x = 1.1, where y / x is closer to 1.0 than in Example 9, and a calcium ferrite phase (calcium iron compound 1) that easily generates a liquid phase and a liquid phase are generated. This is an example formed by reacting a difficult calcium ferrite phase (calcium iron compound 2). As in Example 9, it can be seen that a reducing raw material that exhibits an excellent barrier effect at 550 ° C. is obtained.

実施例11は、コーティングの原料粉末に混合粉末を用いているが、y/x=2.0であって、前述した好ましい範囲外のコーティング層を付与した例である。実施例11は、表1の実施例6に対応する。実施例11で得られている還元用原料は、550℃における還元率が実施例6とほぼ同等であり、優れた還元用原料であることには変わりないが、実施例9、10と異なり、2種類のカルシウムフェライト相の混合粉末を用いる事によって、更に健全なコーティング層が形成されやすくなる効果が示されていない。   In Example 11, mixed powder was used as the raw material powder for coating, but y / x = 2.0, and a coating layer outside the above-described preferred range was applied. Example 11 corresponds to Example 6 in Table 1. The raw material for reduction obtained in Example 11 has a reduction rate at 550 ° C. that is almost the same as that of Example 6 and is an excellent raw material for reduction, but unlike Examples 9 and 10, By using the mixed powder of two kinds of calcium ferrite phases, an effect that a more healthy coating layer is easily formed is not shown.

実施例9〜11の結果から、前述した組成の混合粉末を用いて形成されたコーティング層は、単一組成のカルシウムフェライト相からなる粉末を用いて形成されたコーティング層よりも緻密性が高く、ガスバリアー性に優れることが分かる。   From the results of Examples 9 to 11, the coating layer formed using the mixed powder having the above-described composition has higher density than the coating layer formed using the powder composed of the calcium ferrite phase having a single composition, It turns out that it is excellent in gas barrier property.

本発明は、固体還元炉の原料として用いる酸化鉄の焼成ペレット等の還元用原料に好適に用いることができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used as a reducing raw material such as iron oxide fired pellets used as a raw material for a solid reduction furnace.

Claims (11)

Feを含む多孔質体と、
前記多孔質体の全表面の70%以上を被覆し、前記多孔質体の質量の5.0質量部以上50.0質量部以下であり、CaFe(1<y/x≦2;1≦z)からなるカルシウム鉄化合物を含有するコーティング層とを有することを特徴とする還元用原料。
A porous body containing Fe 2 O 3 ;
70% or more of the entire surface of the porous body is covered, and is 5.0 parts by mass or more and 50.0 parts by mass or less of the mass of the porous body, and Ca x Fe y O z (1 <y / x ≦ And a coating layer containing a calcium iron compound consisting of 1 ≦ z).
前記多孔質体は、当該多孔質体のFeの含有量に対して0.1質量部以上10.0質量部以下でベントナイトを含有することを特徴とする請求項1に記載の還元用原料。 The reduction according to claim 1, wherein the porous body contains bentonite in an amount of 0.1 parts by mass or more and 10.0 parts by mass or less with respect to the content of Fe 2 O 3 of the porous body. Raw material. 前記コーティング層は、Ca化合物及びFe化合物と、当該Ca化合物及びFe化合物の合計に対して0.1質量部以上10.0質量部以下でベントナイトを含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の還元用原料。   The said coating layer contains bentonite in 0.1 mass part or more and 10.0 mass parts or less with respect to the sum total of the Ca compound and Fe compound, and the said Ca compound and Fe compound. Raw materials for reduction as described in 1. Feを含む粉体を造粒して造粒体を製造し、
CaFe(1<y/x≦2;1≦z)からなるカルシウム鉄化合物を用いて、前記造粒体の全表面の70%以上を、当該造粒体の質量の5.0質量部以上50.0質量部以下で被覆してコーティング層を形成し、
前記コーティング層が形成された前記造粒体を1150℃以上1200℃以下で大気中にて焼成することを特徴とする還元用原料の製造方法。
Granulating a powder containing Fe 2 O 3 to produce a granulated body,
Using a calcium iron compound composed of Ca x Fe y O z (1 <y / x ≦ 2; 1 ≦ z), 70% or more of the entire surface of the granulated body is accounted for by 5% of the mass of the granulated body. A coating layer is formed by coating with 0 to 50.0 parts by mass,
A method for producing a reducing raw material, characterized in that the granulated body on which the coating layer is formed is fired in the air at 1150 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower.
Caの含有量に対するFeの含有量がモル比で1.0超2.0以下になるように、CaO及びCaCOのうち少なくともいずれかと、Feとを混合し、
次いで、800℃〜1000℃で大気中にて焼成して前記カルシウム鉄化合物を得ることを特徴とする請求項4に記載の還元用原料の製造方法。
Fe 2 O 3 is mixed with at least one of CaO and CaCO 3 so that the Fe content with respect to the Ca content is more than 1.0 and not more than 2.0 in molar ratio,
Subsequently, the said calcium iron compound is obtained by baking in air | atmosphere at 800 to 1000 degreeC, The manufacturing method of the raw material for a reduction | restoration of Claim 4 characterized by the above-mentioned.
Feを含む粉体を造粒して造粒体を製造し、
Cax2Fey2z2(1≦y2/x2≦1.5;1≦z2)からなるカルシウム鉄化合物、CaO及びCaCO3のうちの少なくとも1種と、Cax1Fey1z1(2<y1/x1≦4;1≦z1)からなるカルシウム鉄化合物とを用いて、Fe及びCaのモル比が1<Fe/Ca≦1.5を満たす混合物を調製し、
前記混合体を用いて、前記造粒体の全表面の70%以上を、当該造粒体の質量の5.0質量部以上50.0質量部以下で被覆してコーティング層を形成し、
前記コーティング層が形成された前記造粒体を1150℃以上1200℃以下で大気中にて焼成することを特徴とする還元用原料の製造方法。
Granulating a powder containing Fe 2 O 3 to produce a granulated body,
Ca x2 Fe y2 O z2 (1 ≦ y2 / x2 ≦ 1.5; 1 ≦ z2), at least one of calcium iron compound, CaO and CaCO 3 , and Ca x1 Fe y1 O z1 (2 <y1 / a mixture satisfying a molar ratio of Fe and Ca of 1 <Fe / Ca ≦ 1.5 using a calcium iron compound consisting of x1 ≦ 4; 1 ≦ z1)
Using the mixture, 70% or more of the entire surface of the granulated body is coated with 5.0 to 50.0 parts by mass of the mass of the granulated body to form a coating layer,
A method for producing a reducing raw material, characterized in that the granulated body on which the coating layer is formed is fired in the air at 1150 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower.
Cax2Fey2z2(1≦y2/x2≦1.5;1≦z2)からなるカルシウム鉄化合物と、Cax1Fey1z1(2<y1/x1≦3.23;1≦z1)からなるカルシウム鉄化合物とを用いて、Fe及びCaのモル比が1<Fe/Ca≦1.5を満たす混合物を調製することを特徴とする請求項6に記載の還元用原料の製造方法。 From a calcium iron compound composed of Ca x2 Fe y2 O z2 (1 ≦ y2 / x2 ≦ 1.5; 1 ≦ z2) and Ca x1 Fe y1 O z1 (2 <y1 / x1 ≦ 3.23; 1 ≦ z1) The manufacturing method of the raw material for reduction | restoration of Claim 6 characterized by preparing the mixture with which the molar ratio of Fe and Ca satisfy | fills 1 <Fe / Ca <= 1.5 using the calcium iron compound which becomes. Caの含有量に対するFeの含有量がモル比で1.0以上1.5以下になるように、CaO及びCaCOのうち少なくともいずれかと、Feとを混合し、次いで、800℃〜1000℃で大気中にて焼成してCax2Fey2z2(1≦y2/x2≦1.5;1≦z2)からなるカルシウム鉄化合物を得ることを特徴とする請求項6又は7に記載の還元用原料の製造方法。 At least one of CaO and CaCO 3 is mixed with Fe 2 O 3 so that the Fe content with respect to the Ca content is 1.0 to 1.5 in terms of molar ratio, and then 800 ° C to 8. A calcium iron compound comprising Ca x2 Fe y2 O z2 (1 ≦ y2 / x2 ≦ 1.5; 1 ≦ z2) is obtained by firing at 1000 ° C. in the air. Of manufacturing raw materials for reduction. Caの含有量に対するFeの含有量がモル比で2.0超4.0以下になるように、CaO及びCaCOのうち少なくともいずれかと、Feとを混合し、次いで、800℃〜1000℃で大気中にて焼成してCax1Fey1z1(2<y1/x1≦4;1≦z1)からなるカルシウム鉄化合物を得ることを特徴とする請求項6又は7に記載の還元用原料の製造方法。 At least one of CaO and CaCO 3 and Fe 2 O 3 are mixed so that the Fe content with respect to the Ca content is more than 2.0 and 4.0 or less in terms of molar ratio, and then 800 ° C to The reduction according to claim 6 or 7, characterized in that a calcium iron compound composed of Ca x1 Fe y1 O z1 (2 <y1 / x1≤4; 1≤z1) is obtained by firing in the atmosphere at 1000 ° C. For manufacturing raw materials. Feを含む粉体と、前記粉体の質量に対して0.1質量部以上10.0質量部以下でベントナイトを混合し、
前記Feを含む粉体と前記ベントナイトを含有する混合物を平均粒径が5mm以上20mm以下の大きさに造粒して造粒体を形成し、
次いで、前記造粒体を100℃以上600℃以下で大気中にて乾燥して前記Feを含む造粒体を製造することを特徴とする請求項4〜9のうちいずれか1項に記載の還元用原料の製造方法。
Bentonite is mixed in a powder containing Fe 2 O 3 and 0.1 to 10.0 parts by mass with respect to the mass of the powder,
A mixture containing the powder containing Fe 2 O 3 and the bentonite is granulated to an average particle size of 5 mm or more and 20 mm or less to form a granulated body;
Then, any one of claims 4-9, characterized in that said dried over granular material to the atmosphere at 100 ° C. or higher 600 ° C. or less to produce a granular material containing the Fe 2 O 3 The manufacturing method of the raw material for a reduction | restoration as described in 2.
前記コーティング層は、当該コーティング層に含有されるCa化合物及びFe化合物に対して0.1質量部以上10.0質量部以下でベントナイトを含有することを特徴とする請求項4〜10のうちいずれか1項に記載の還元用原料の製造方法。   The said coating layer contains bentonite at 0.1 mass part or more and 10.0 mass parts or less with respect to Ca compound and Fe compound which are contained in the said coating layer, Any one of Claims 4-10 characterized by the above-mentioned. A method for producing the reducing raw material according to claim 1.
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