JP2018127715A - 焼結ペレットの製造方法、還元鉄の製造方法、および焼結ペレット - Google Patents

Abstract

【課題】還元炉の良好な運転を維持できる程度に粉体の発生を低減することができる焼結ペレットを製造するための方法、還元鉄の製造方法、および焼結ペレットが、提供される。【解決手段】提供される焼結ペレットの製造方法は、酸化鉄および酸化アルミニウムを含む鉄鉱石と石灰とを混合することによりペレット粒を生成する混合および造粒工程と、ペレット粒を焼成することにより焼結ペレットを生成する焼成工程と、を備える。混合及び造粒工程は、焼成工程において生成される焼結ペレットにおける重量比ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３が０．５以上となるように、前記鉄鉱石の酸化アルミニウムの重量含有率に基いて前記石灰の添加量を決定することを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、焼結ペレットの製造方法、還元鉄の製造方法、および焼結ペレットに関するものである。

従来、鉄鉱石ペレット粒を焼成することによって焼結ペレットを生成し、当該焼結ペレットを還元炉に投入して還元することにより、当該焼結ペレットから還元鉄を生成する方法が知られている。例えば、特許文献１には、還元炉による酸化金属の還元方法が記載されている。特許文献１の酸化金属の還元方法では、まず、酸化金属および炭素を含む粉体の混合物に対して、酸化カルシウムおよび酸化アルミニウムを含む添加物を加えた成形体を生成する。次に、前記成形体を焼成することにより、当該成形体中の水分を０．１〜２質量％にする。そして、前記成形体を還元炉内に供給する。これにより、還元炉内において前記成形体が加熱され、当該成形体に含まれる酸化金属が還元されて還元金属が生成される。

特開２００７−１９７７８３号公報

特許文献１に記載の還元炉による酸化金属の還元方法では、還元炉に供給された複数の成形体が還元される際に当該還元炉内に粉体が発生し、これにより還元炉の良好な運転が阻害される虞がある。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、還元炉の良好な運転を維持できる程度に粉体の発生を低減することができる焼結ペレットの製造方法、還元鉄の製造方法、および焼結ペレットを提供することにある。

本発明者らは、前記のように還元炉内における粉体の発生を低減するという目的を達成するための指標として、製造される焼結ペレットにおける重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３に着目し、当該重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が０．５以上となるように、原料である鉄鉱石に石灰を混合することにより、還元炉の良好な運転を維持できる程度に粉体の発生を低減することができることをつきとめた。具体的には、以下の観点に基いて本発明を完成するに至った。

（１）鉄鉱石に含まれる酸化アルミニウムの弊害及びその対策について
まず、本発明者らは、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を含む鉄鉱石を原料として製造された焼結ペレットが還元される際、当該酸化アルミニウムが要因となって粉体が発生することをつきとめた。次に、本発明者らは、焼結ペレットの還元時における粉体の発生を抑止するには、焼結ペレットを製造する際に石灰を混合することにより石灰融液を生成させ、これに酸化アルミニウムを溶かし込むことが有効であることをつきとめた。つまり、焼結ペレットは、酸化アルミニウムを十分に溶かし込むことができる程度の石灰融液を含んでいれば粉体の発生を低減することができる。そして、本発明者らは、後に詳述するように、焼結ペレットの重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３を０．５以上とすることにより、還元炉の良好な運転を維持することが可能であることを突き止めた。

（２）石灰の添加による弊害について
前記のように、焼結ペレットの還元時における粉体の発生の抑止には石灰の添加が有効であるが、その一方、当該石灰の過度の添加は焼結ペレットの圧潰強度の低下、ペレット同士の固着や炉壁への融着による操業トラブルを引き起こす。従って、適切な石灰石配合が実際の操業においては重要であり、鉄鉱石における二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）の重量含有率に基いて重量比ＣａＯ／ＳｉＯ_２が１．５以下となるように石灰を添加していることが通例である。

（３）鉄鉱石における酸化アルミニウムの含有率について
前記のように、酸化アルミニウムが還元時の粉体発生の原因となることから、本発明者らは、原料である鉄鉱石における酸化アルミニウムの含有率に着目した。酸化アルミニウム含有率が低い場合には、これが原因となって粉体が発生することは少ないことに加え、通常行われている石灰などのＣａＯ源の添加が小量であっても、結果的にＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が０．５以上となり粉化の問題が回避されてきた。しかし、例えばインドにおいて採取される鉄鉱石のように酸化アルミニウム含有率が２％以上と高い鉄鉱石を用いる場合には、通常行われている程度の石灰の添加量では、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が０．５以上確保できないことがおこり、粉化の問題が発生する。このように、特に酸化アルミニウム含有率が２％以上と高い鉄鉱石において、その重量含有率に対応して適切な石灰の添加量を決定することにより、前記粉体の発生による問題を回避することが可能な焼結ペレットを製造することが可能である。

本発明は、前記の観点からなされたものである。本発明により提供されるのは、還元炉内で還元されることにより還元鉄となる焼結ペレットを製造するための方法であって、酸化鉄および酸化アルミニウムを含む鉄鉱石に石灰を含む添加物を添加して混合することによりペレット粒を生成する混合および造粒工程と、前記ペレット粒を焼成することにより前記焼結ペレットを生成する焼成工程と、を備える。前記混合および造粒工程は、前記焼成工程において生成される前記焼結ペレットにおける重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が０．５以上となるように、前記鉄鉱石における前記酸化アルミニウムの含有率に基いて前記石灰の添加量を決定することを含む。

この方法によれば、前記鉄鉱石における前記酸化アルミニウムの含有率に基いて前記石灰の添加量を決定することが、製品である焼結ペレットにおける重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３を適正な値にして当該焼結ペレットの粉化を有効に抑止することを可能にする。具体的に、前記焼結ペレットにおける重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が０．５以上であることが、当該焼結ペレットの粉化を有効に抑止することを可能にする。

一方、（２）項で述べたような石灰の添加による弊害を低減するため一般的に前記混合および造粒工程において前記鉄鉱石における二酸化ケイ素の重量含有率に基いて、重量比ＣａＯ／ＳｉＯ_２が１．５以下となるように、前記石灰を添加している事が通例であり、酸化アルミニウムによる還元粉化防止のために石灰を添加する場合でも、この上限を適用し石灰添加量を決定することが好ましい。

また、後に詳述するように、前記重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が１．４を超える範囲では粉化の抑止の効果が収束しており、それ以上当該重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３を増やしても前記粉化抑止効果の顕著な増加は望めない。従って、当該重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３を１．４以下にすることが、前記粉化を有効に抑止する効果を得るための石灰の過剰な添加を防ぐことをより確実にする。

前記の方法は、前記混合及び造粒工程において用いられる鉄鉱石中の酸化アルミニウムの含有率が２％以上である場合に特に有効である。本来的に前記鉄鉱石における酸化アルミニウムの含有率が低い場合は、石灰の添加量が少なくても、あるいは石灰の特別な添加を行わずに、焼結ペレットの粉化による問題を回避することが可能であるが、当該酸化アルミニウムの含有率が高い場合、特に２％以上の場合、前記鉄鉱石への石灰の添加及びその添加の量の決定は非常に重要となる。つまり、前記方法によれば、前記鉄鉱石における酸化アルミニウムの含有率が高い場合でも石灰の過剰な添加を防ぎながら製品である焼結ペレットの還元炉内での粉化を十分に抑止することが可能になる。

換言すれば、本発明は、還元炉に投入されることにより還元されて還元鉄となる焼結ペレットであって、酸化鉄、酸化アルミニウム、および酸化カルシウムを含み、かつ、当該酸化アルミニウムの重量含有率が２％以上であるにもかかわらず重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が０．５以上であるもの、つまり、前記の還元工程において当該焼結ペレットからの粉体の発生が抑止可能であるもの、を提供することができる。

また、提供されるのは、還元鉄を製造するための方法であって、当該方法は、前記の焼結ペレットの製造方法によって複数の焼結ペレットを製造する焼結ペレット製造工程と、前記複数の焼結ペレットを還元炉内に供給して還元することにより還元鉄を生成する還元工程と、を含む。

この製造方法では、還元炉に供給される焼結ペレットの重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が０．５以上であるために、当該焼結ペレットの粉化による還元炉内での粉体の発生が有効に抑止され、当該還元炉の良好な運転を維持することが可能である。一方、前記重量比ＣａＯ／ＳｉＯ_２が例えば１．５以下となるように二酸化ケイ素の重量含有率に基いて前記焼結ペレットにおける石灰の添加量が規制されること（より好ましくは前記重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が１．４以下となるように前記酸化アルミニウムの重量含有率に基いて前記焼結ペレットにおける石灰の添加量が規制されること）、により、上述した石灰の過剰な添加に伴う焼結ペレットの圧潰強度の低下、ペレット同士の固着や炉壁への融着による操業トラブルいった不都合も回避することが可能である。

前記還元鉄の製造方法は、前記還元工程が、前記還元炉内に供給した前記複数の焼結ペレット間を通過するように当該還元炉内に還元ガスを流すことによって前記複数の焼結ペレットと前記還元ガスとを反応させ、これにより前記複数の焼結ペレットを前記還元鉄に還元させることを含むものである場合に特に有効である。このような還元工程では、前記複数の焼結ペレットから発生する粉体が還元ガスの流路抵抗を増大させて前記還元炉の良好な運転に著しい影響を及ぼす可能性が高いため、前記のような焼結ペレットの重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３の調整による還元炉内での粉体の発生の低減は、当該還元炉の良好な運転を維持するために極めて有効である。

以上説明したように、本発明によれば、原料である鉄鉱石における酸化アルミニウムの含有率にかかわらず、還元炉の良好な運転を維持できる程度に粉体の発生を低減することができる焼結ペレットの製造方法、還元鉄の製造方法、および焼結ペレットが提供される。

本発明の実施形態に係る還元鉄の製造方法を実施するために用いられる設備を示す概略図である。 本発明の実施例及び比較例について実施されたＩ型ドラム試験のためのＩ型ドラムを示す概略図である。 本発明の実施例及び比較例に係る焼結ペレットの試験体について行われた試験結果を示すグラフであって当該試験体における重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３と当該試験体からの粉体の発生率との関係を表すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、以下で参照する図１は、説明の便宜上、本実施形態に係る還元鉄の製造方法における主要工程のみを簡略化して示したものである。したがって、本実施形態に係る還元鉄の製造方法は、本明細書が参照する図１に示されていない任意の工程も含み得る。

前記実施形態に係る製造方法は、図１に示すペレット製造装置Ｘ１（以下、製造装置Ｘ１と称する）において所定の重量比で酸化アルミニウム、酸化カルシウム、二酸化ケイ素、および酸化鉄を含む複数の焼結ペレットを製造する焼結ペレット製造工程と、当該工程において製造された前記複数の焼結ペレットを還元炉Ｙ１内に供給して当該焼結ペレットを還元することにより還元鉄を生成する還元工程と、を含む。

まず、図１を参照しながら、前記ペレット製造装置Ｘ１および還元炉Ｙ１について説明する。

前記ペレット製造装置Ｘ１は、副原料ホッパ１０と、鉄鉱石ホッパ２０と、ペレタイザ３０と、予熱部４０と、ロータリーキルン５０と、クーラー６０と、を備える。

前記副原料ホッパ１０は、焼結ペレットの原料のうちの副原料、つまり主原料である鉄鉱石に添加されるべき添加物、を貯留するとともに、当該副原料ホッパ１０の底から副原料を流出させる。当該副原料には、ベントナイト、ドロマイト、石炭、及び後述のように石灰石を含む。

前記鉄鉱石ホッパ２０は、焼結ペレットの原料のうちの主原料である鉄鉱石を貯留するとともに、当該鉄鉱石ホッパ２０の底から鉄鉱石を流出させる。

前記ペレタイザ３０は、鉄鉱石と副原料とが混合されたペレット粒を生成する。具体的に、当該ペレタイザ３０は、鉄鉱石ホッパ２０から投入された鉄鉱石と副原料ホッパ１０から投入された副原料とを収容しながら回転することにより前記鉄鉱石と前記副原料とを混合して当該鉄鉱石および当該副原料を含むペレット粒を生成する。

前記予熱部４０は、前記ペレタイザ３０で生成されたペレット粒を加熱することにより、当該ペレット粒を乾燥させるとともに焼成の前段階における当該ペレット粒の固さを調整する。当該予熱部４０において加熱された後のペレット粒はロータリーキルン５０に送られる。

ロータリーキルン５０は、ペレット粒を収容した状態で回転するキルン本体と、当該キルン本体内に配置されたキルンバーナーと、を有し、当該キルンバーナーから噴射される火炎によって前記ペレット粒が焼成され、これにより焼結ペレットが生成される。前記キルン本体は、前記予熱部４０に繋がる流入口と前記クーラー６０に繋がる流出口とを両端にもつ筒状をなし、当該流入口から流出口に向けて下方に傾斜するように配置されている。

前記クーラー６０は、前記流出口を通じてロータリーキルン５０から流出した焼結ペレットを所定の温度まで冷却する。

還元炉Ｙ１は、還元ガスと焼結ペレットとを反応させることにより当該焼結ペレットを還元鉄に還元する。還元炉Ｙ１は、還元炉本体７１を有している。還元炉本体７１は、水平面に対して交差する方向、例えば図１に示されるような垂直方向、に延びる中空状の筒体である。還元炉本体７１は、当該還元炉本体７１の上端から下端に向けて、当該還元炉本体７１の内部空間が狭くなる形状を有する。

還元炉本体７１は、供給口７１ａと、導出口７１ｂと、ガス流入口７１ｃと、を有している。前記供給口７１ａは、前記還元炉本体７１の上端に位置し、当該供給口７１ａを通じて還元炉本体７１の外部空間から内部空間へ焼結ペレットを供給することを可能にするように、当該外部空間と内部空間とを連通する。前記導出口７１ｂは、前記還元炉本体７１の下端に位置し、当該導出口７１ｂを通じて還元炉本体７１の内部空間から外部空間へ還元鉄を導出することを可能にするように、当該内部空間と外部空間と内部空間とを連通する。前記ガス流入口７１ｃは、前記還元炉本体７１の中間部分に設けられ、当該ガス流入口７１ｃを通じて還元炉本体７１の外部空間から内部空間へ還元ガスが流入するのを許容するように、当該外部空間と内部空間とを連通する。前記還元ガスは、前記供給口７１ａを通じて当該内部空間に供給された複数の焼結ペレットの間を通って上方へ流れる。

次に、前記ペレット製造装置Ｘ１および還元炉Ｙ１を用いた還元鉄の製造方法について、図１を参照しながら説明する。前記のように本実施形態に係る還元鉄の製造方法は焼結ペレット製造工程と還元工程と、を含み、前記焼結ペレット製造工程は、下記の混合及び造粒工程と、予熱工程と、焼成工程と、冷却工程と、を含む。以下、各工程について説明する。

１）混合および造粒工程
まず、鉄鉱石ホッパ２０に酸化鉄および酸化アルミニウムを含む鉄鉱石が投入され、副原料ホッパ１０に石灰石を含む副原料が投入される。前記鉄鉱石ホッパ２０内の鉄鉱石が当該鉄鉱石ホッパ２０の底を通じてペレタイザ３０の収容部材内に流入し、副原料ホッパ１０内の副原料であって石灰石を含むものが当該副原料ホッパ１０の底を通じてペレタイザ３０内に流入する。当該ペレタイザ３０は、前記鉄鉱石及び前記副原料を収容しながら回転することにより当該鉄鉱石と当該副原料とを混合し、これにより複数のペレット粒を生成する。

２）予熱工程
前記複数のペレット粒が図略のシードスクリーンによってスクリーニングされ、予め設定された許容範囲内に収まる外径を有するペレット粒のみが予熱部４０に投入される。当該予熱部４０は投入された複数のペレット粒を加熱して当該複数のペレット粒に含まれる水分を蒸発させ、かつ、当該複数のペレット粒を所定の固さに調整する。

３）焼成工程
前記予熱部４０により加熱された複数のペレット粒がロータリーキルン５０のキルン本体に投入される。当該キルン本体は、当該複数のペレット粒を収容しながら回転することにより当該複数のペレット粒を当該キルン本体の内壁面上で転動させる。前記ロータリーキルン５０のキルンバーナーは、例えば前記キルン本体の回転軸に沿って火炎を噴射することにより、前記のように転動する前記複数のペレット粒に熱を与えて当該複数のペレット粒を焼成する。このようにして複数の焼結ペレットが生成される。

４）冷却工程
前記ロータリーキルン５０において生成された複数の焼結ペレットがクーラー６０に供給される。当該クーラー６０は、前記複数の焼結ペレットを所定温度まで冷却する。これにより、製造装置Ｘ１を用いた焼結ペレットの製造が完了する。

５）還元工程
前記ペレット製造装置Ｘ１において製造された前記複数の焼結ペレットは、還元炉本体７１の供給口７１ａを通じて当該還元炉本体７１の内部空間に供給される。このように供給された複数の焼結ペレットは、その自重によって導出口７１ｂに向けて流下する。一方、ガス流入口７１ｃを通じて還元炉本体７１の内部空間に還元ガスが供給され、当該還元ガスは当該内部空間において複数の焼結ペレットの流れ方向とは反対方向に流れる。つまり、当該還元ガスは前記複数の焼結ペレットの間を通って供給口７１ａへ流れる。この際に、当該複数の焼結ペレットと当該還元ガスとが反応することにより当該複数の焼結ペレットが還元されて複数の還元鉄となり、導出口７１ｂを通じて還元炉本体７１の外部空間に導出される。このようにして還元鉄の製造が行われる。

この実施の形態に係る製造方法の特徴として、前記混合及び造粒工程において、前記副原料ホッパ１０から前記ペレタイザ３０に供給される石灰の量すなわち石灰の添加量は、前記鉄鉱石における酸化アルミニウムの重量含有率に基づき、前記ロータリーキルン５０における前記ペレット粒の焼成により生成される焼結ペレットにおける重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が前記重量含有率にかかわらず０．５以上となるように、決定される。一方、当該石灰の添加量は、前記鉄鉱石における二酸化ケイ素の重量含有率に基づき、重量比ＣａＯ／ＳｉＯ_２が１．５以下となるように、決定される。当該石灰の添加量は、さらに好ましくは、前記鉄鉱石における酸化アルミニウムの重量含有率に基づき、重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が１．４以下となるように決定される。以上のことは、下記のように、石灰の添加による不都合の発生を有効に抑止しながら、還元炉Ｙ１内での焼結ペレットの還元の際に前記ペレット粒の粉化によって発生する粉体を低減し、当該還元炉Ｙ１の良好な運転を維持することを可能にする。

本発明者らは、酸化アルミニウムを含む鉄鉱石を原料として製造された焼結ペレットが還元される際、当該酸化アルミニウムが要因となって粉体が発生することをつきとめ、この見解に基づき、焼結ペレットを製造する際に石灰を混合することにより石灰融液を生成させてこれに酸化アルミニウムを溶かし込むことにより前記粉体の発生を抑止することに想到した。具体的に、本発明者らは、前記焼結ペレットにおける重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３に着目し、当該重量比が０．５以上であることが前記粉体の発生を抑止して還元炉の良好な運転を維持できることを発見した。

その一方、前記石灰の添加は、既に詳述したように、ペレット圧潰強度の低下、ペレット同士の固着や炉壁への融着による操業トラブルといった不都合を伴う。従って、当該石灰の添加は極力抑えられることが好ましい。

このような事情から、本発明者らは、原料である鉄鉱石における酸化アルミニウムの含有率に着目した。つまり、当該含有率が本来的に高い場合、例えばインドで採取される鉄鉱石のように酸化アルミニウムの含有率が２％以上であるような鉄鉱石を用いる場合には、前記重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３を０．５以上にするために多くの石灰を添加する必要がある一方、前記含有率が低ければ、特に石灰を添加しなくても、あるいは少量の添加によって、前記重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３を０．５以上にすることが可能である。すなわち、酸化アルミニウムの含有率に係らず、前記酸化アルミニウムの含有率に基いて前記混合及び造粒工程における石灰の添加量を決定することが、当該石灰の過不足のない添加を可能にし、当該石灰の添加に伴う前記の不都合を抑えながら前記粉体の発生を有効に抑止することを可能にする。具体的には、焼結ペレットの重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が０．５以上となるように前記石灰の添加量を決定することにより、前記粉体の発生を有効に抑止することが可能である。そして、その範囲で当該石灰の添加量を抑えること、例えば、前記鉄鉱石における二酸化ケイ素の重量含有率に基いて重量比ＣａＯ／ＳｉＯ_２が１．５以下となるように当該石灰の添加量を決定すること（より好ましくは前記酸化アルミニウムの含有率に基いて前記重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が１．４以下となるように当該石灰の添加量を決定すること）、が石灰の添加に伴う前記の不都合の有効な抑止を可能にする。

本発明に係る還元工程での具体的な還元手法は限定されない。当該還元工程は、例えば、還元炉内に焼結ペレットとコークス等の還元材料とを投入することと、当該還元炉内に加熱空気を供給して前記還元材料を燃焼させることにより前記焼結ペレットを還元して還元鉄にすることと、を含むものでもよい。しかし、例えば図１に示される設備で行われる方法のように、還元炉Ｙ１内において複数の焼結ペレット間を還元ガスが通過することにより当該複数の焼結ペレットの還元が行われる方法では、当該複数の焼結ペレットから発生する粉体が前記還元ガスの流路抵抗を増大させて還元炉Ｙ１の良好な運転に著しい影響を及ぼす可能性が高いため、前記還元炉Ｙ１内における粉体の発生の低減は当該還元炉Ｙ１の良好な運転を維持するために極めて有効である。

また、本発明に係る焼成工程において用いられる設備も、前記ロータリーキルン５０に限定されない。つまり、当該ロータリーキルン５０以外の焼成炉を用いてペレット粒が焼成されてもよい。この場合、当該焼成炉の前後の設備も、当該焼成炉で行われる焼成工程の内容に応じて適宜変更され得る。

本発明者らは、還元炉Ｙ１の良好な運転を維持できる程度に粉体の発生を低減することが可能な焼結ペレットの適切な重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３を調査するため、Ｉ型ドラムを用いた粉体発生試験を行い、粉体発生率の評価を行った。具体的には以下のとおりである。

まず、ＩＳＯ１１２５７の規格に従ったリンダー炉と同じ構成を有する試験装置を用いて、表１に示すサンプルＮо．１〜１１の焼結ペレットの還元が行われた。つまり、リンダー試験が行われた。当該還元のための各種条件は、全て、実機における代表的な炉内条件を模擬して決定された。具体的に、Ｎо．１〜１１の焼結ペレットは、鉄鉱石と石灰を含む副原料とを混合して直径１１〜１６ｍｍの複数のペレット粒を造粒することと、当該複数のペレット粒を焼成することと、により生成された。さらに、このようにして生成された焼結ペレットを５００ｇだけ前記試験装置のバレル（リンダーバレル）に投入し、当該バレルを１０ｒｐｍで回転させながら、実機を模擬した代表的な滞留時間に従って実機を模擬した代表的なガス組成およびガス温度の還元ガスを試験装置内に流すことにより、前記焼結ペレットの還元についての模擬試験が行われた。

表１は、Ｎо．１〜１１の焼結ペレットの生成に用いられた鉄鉱石の種別と、Ｎо．１〜１１の焼結ペレットのそれぞれの成分（ｗｔ％）と、ペレットＮо．１〜１１の焼結ペレットにおける重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３（ｗｔ％／ｗｔ％）と、を示している。

表１に示すように、Ｎо．１〜５の焼結ペレットの生成には種別Ａの鉄鉱石が用いられ、Ｎо．６の焼結ペレットの生成には種別Ｂの鉄鉱石が用いられ、Ｎо．７の焼結ペレットの生成には種別Ｃの鉄鉱石が用いられ、Ｎｏ．８，９の焼結ペレットの生成には種別Ｄの鉄鉱石が用いられ、Ｎｏ．１０の焼結ペレットの生成には種別Ｅの鉄鉱石が用いられ、Ｎｏ．１１の焼結ペレットの生成には種別Ｆの鉄鉱石が用いられた。それぞれの種別Ａ〜Ｆの鉄鉱石は互いに異なる成分を有している。そのうち種別Ａ，Ｄ，Ｅ及びＦの鉄鉱石の成分を表２に示す。

次に、Ｎо．１〜１１の焼結ペレットを前記リンダー試験によって還元した後の還元鉄を図２に示す試験用のＩ型ドラム１００に投入することによる粉体発生率の評価試験が行われた。当該Ｉ型ドラム１００は、特定方向に延びる中空円筒状のドラム本体１１０と、当該ドラム本体１１０の一方の端部に設けられる投入部１２０と、当該ドラム本体１１０の長手方向に直交する回転軸１３０と、を有している。前記Ｎｏ．１〜１１の焼結ペレットは前記Ｉ型投入部１２０を通じて前記ドラム本体１１０内に準じ投入され、当該ドラム本体１１０が前記焼結ペレットを収容しながら前記回転軸１３０を中心に回転することにより、実機の還元炉Ｙ１内において焼結ペレットの還元の際に加えられる衝撃を模擬した力が前記焼結ペレットに加えられる。本試験では、Ｎо．１〜１１の焼結ペレットが前記リンダー試験において還元された後、そのうち６．７ｍｍ以上の直径を有するもののみが前記Ｉ型ドラム１００に投入され、当該Ｉ型ドラム１００が１０分間に３００回の回転速度で回転駆動されることにより、実機の炉壁において加わる衝撃を模擬した力がＮｏ．１〜１１の各ペレットＮо．１〜７に加えられた。

その試験結果を図３及び表３に示す。図３は、Ｎо．１〜１１の焼結ペレットにおける重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３と、当該焼結ペレットが前記Ｉ型ドラム１００による粉体発生試験に供された後の粉体発生率と、の関係を示している。図３において、当該焼結ペレットのうち酸化アルミニウムの重量含有率が０．７％未満のもののデータは●で表示され、２．２％のものは▲で表示され、２．７〜３．４％のものは◆で表示され、４．１〜４．２％のものは■で表示されている。一方、表３は、Ｎо．１〜１１の焼結ペレットにおける酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の重量含有率と前記が粉体発生率との関係を示す。図３及び表３のいずれにおいても、「粉体発生率」は、還元鉄の全量に対する直径６．７ｍｍ以下（−６．７ｍｍ）の粉体の重量割合（％）に相当する。

図３に示される試験結果は、用いられる鉄鉱石の種別（種別Ａ〜Ｅ）にかかわらず、各焼結ペレットについて得られる測定点が図３において破線で示される近似曲線４０に沿う傾向、つまり、各焼結ペレットにおける重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が大きいほど粉体発生率が低いという傾向、にあることを明確に教示している。さらに、当該近似曲線４０は、前記重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が０．５未満の範囲では当該重量比の減少に伴う粉体発生率の増大が顕著である。従って、前記重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が０．５以上になるように混合及び焼成工程での石灰の添加量を調整することが、粉体発生率を効果的に低減させることを可能にする。

具体的に、前記重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が０．５未満であるＮо．１，２，８〜１１の焼成ペレットでは、Ｉ型ドラム１００による粉体発生試験によってペレットの全量に対して３０％以上の粉体が発生している。これは、明らかに粉体が多く発生していると認識できるレベルである。実際にＮｏ．２の焼結ペレットは実機の代表的な還元炉Ｙ１にて還元した際に当該還元炉Ｙ１で６．７ｍｍ以下の直径をもつ粉体が多く発生して操業を阻害したことが確認されている。その一方、前記重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が０．５以上であるペレットＮо．３〜７の焼結ペレットでの粉体発生率はいずれも３０％未満（実データによれば１０％台）と低く、さらに、Ｎｏ．６の焼結ペレットについては、実機の代表的な還元炉Ｙ１にて還元した際に当該還元炉Ｙ１の良好な運転を維持できる程度の粉体しか発生しなかったことが確認されている。このことは、Ｉ型ドラム１００による粉体発生試験が実機の代表的な還元炉Ｙ１の炉壁における粉体の発生を模擬できるものであることを示しており、前記重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が０．５以上の焼結ペレットは前記粉体発生率を有効に低減して還元炉Ｙ１の良好な運転を保証することが可能なものであること、示している。

さらに着目すべきは、前記のように重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３の調整を行えば、使用される鉄鉱石に本来含まれている酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の重量含有率に関係なく、前記粉体発生率の抑制効果が得られるということである。具体的に、酸化アルミニウムの含有率が低い鉄鉱石（例えばサンプルＮｏ．６，７のように当該含有率が２％未満の鉄鉱石）を用いる場合には、本来的に前記重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３の分母が小さいため、特別に石灰を添加することなく、あるいは小量の添加でも、０．５以上の重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が得られる。一方、酸化アルミニウムの含有率が高い鉄鉱石（例えばサンプル３〜５のように当該含有率が２％を超える鉄鉱石）を用いる場合であっても、その含有率に基いて石灰の添加量を決定することにより前記重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３を０．５以上にすることが可能であり、これによって前記粉体発生率を有効に低減して還元炉Ｙ１の良好な運転を保証することができる。換言すれば、本発明は、鉄鉱石の種別に制限を受けることなく、例えば２％以上の酸化アルミニウムの重量含有率を有しながらも還元工程での粉体の発生を抑制することが可能な焼結ペレットを提供することを可能にするものである。

前記石灰の添加量の上限については、例えば、前記鉄鉱石における二酸化ケイ素の重量含有率に基いて、各焼結ペレットにおける重量比ＣａＯ／ＳｉＯ_２が１．５以下となるように当該焼結ペレットにおける石灰の添加量を決定すること、つまり当該石灰の添加量を制限すること、が好ましい。これにより、上述した石灰の添加による不都合、すなわち、焼結ペレットの圧潰強度の低下、ペレット同士の固着や炉壁への融着による操業トラブルいった不都合、も有効に抑止することができる。

さらに、図３のグラフは、当該重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が１．４以上の範囲では粉体発生率がほぼ収束していてそれ以上前記重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３を増やしても粉体発生率の著しい減少は期待できないことを示している。従って、前記石灰の添加量は前記重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が１．４以下となるように制限されることが、より好ましい。このことは、前記石灰の無駄な添加をより確実に規制して当該添加による前記不都合の抑止をより有効にすることを可能にする。

Ｘ１ ペレット製造装置
Ｙ１ 還元炉
５０ ロータリーキルン
７１ 還元炉本体
７１ａ 供給口
７１ｂ 導出口
７１ｃ ガス流入口

Claims (8)

1. 還元炉内で還元されることにより還元鉄となる焼結ペレットを製造するための方法であって、
   酸化鉄および酸化アルミニウムを含む鉄鉱石に石灰を含む添加物を添加して混合することによりペレット粒を生成する混合および造粒工程と、
   前記ペレット粒を焼成することにより前記焼結ペレットを生成する焼成工程と、を備え、
   前記混合および造粒工程は、前記焼成工程において生成される前記焼結ペレットにおける重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が０．５以上となるように、前記鉄鉱石における前記酸化アルミニウムの含有率に基いて前記石灰の添加量を決定することを含む、焼結ペレットの製造方法。
2. 請求項１記載の焼結ペレットの製造方法であって、前記混合および造粒工程は、前記焼成工程において生成される前記焼結ペレットにおける重量比ＣａＯ／ＳｉＯ_２が１．５以下となるように、前記鉄鉱石における前記二酸化ケイ素の含有率に基いて前記石灰の添加量を決定することを含む、焼結ペレットの製造方法。
3. 請求項２記載の焼結ペレットの製造方法であって、前記混合および造粒工程は、前記焼成工程において生成される前記焼結ペレットにおける重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が１．４以下となるように、前記鉄鉱石における前記酸化アルミニウムの含有率に基いて前記石灰の添加量を決定することを含む、焼結ペレットの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の焼結ペレットの製造方法であって、前記混合及び造粒工程において用いられる鉄鉱石中の酸化アルミニウムの含有率が２％以上である、焼結ペレットの製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の焼結ペレットの製造方法によって複数の焼結ペレットを製造する焼結ペレット製造工程と、
   前記複数の焼結ペレットを還元炉内に供給することにより当該複数の焼結ペレットを還元鉄に還元する還元工程と、を備える還元鉄の製造方法。
6. 請求項５記載の還元鉄の製造方法であって、前記還元工程は、前記還元炉内に供給した前記複数の焼結ペレット間を通過するように当該還元炉内に還元ガスを流すことによって前記複数の焼結ペレットと前記還元ガスとを反応させ、これにより前記複数の焼結ペレットを前記還元鉄に還元させることを含む、還元鉄の製造方法。
7. 還元炉に投入されることにより還元されて還元鉄となる焼結ペレットであって、
   酸化鉄、酸化アルミニウム、および酸化カルシウムを含んでいて当該酸化アルミニウムの重量含有率が２％以上であり、重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が０．５以上でかつ重量比ＣａＯ／ＳｉＯ_２が１．５以下である、焼結ペレット。
8. 請求項７記載の焼結ペレットであって、前記重量比ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３が１．４以下である、焼結ペレット。

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