JP2022158000A - 鉄鉱石ペレットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、被還元性に優れ、かつ圧潰強度の高い鉄鉱石ペレットの製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の一態様に係る鉄鉱石ペレットの製造方法は、高炉操業に用いられ、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上である鉄鉱石ペレットの製造方法であって、鉄鉱石原料及びドロマイトへの造粒水の添加により生ペレットを造粒する造粒工程と、上記生ペレットを焼成する焼成工程とを備え、上記ドロマイトが、上記生ペレット組織内で微細化されて存在するような性状を有する。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の一態様に係る鉄鉱石ペレットの製造方法は、高炉操業に用いられ、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上である鉄鉱石ペレットの製造方法であって、鉄鉱石原料及びドロマイトへの造粒水の添加により生ペレットを造粒する造粒工程と、上記生ペレットを焼成する焼成工程とを備え、上記ドロマイトが、上記生ペレット組織内で微細化されて存在するような性状を有する。
【選択図】図１
Description
本発明は、鉄鉱石ペレットの製造方法に関する。
高炉操業として、高炉内に鉱石原料を含む第１層とコークスを含む第２層とを交互に積層し、羽口から補助燃料を高炉内へ吹込みつつ、その熱風を用いて上記鉱石原料を溶解して銑鉄を製造する方法が公知である。この銑鉄製造方法では、鉄鉱石ペレットとして供給される上記鉱石原料が還元されて銑鉄が製造される。このとき、上記コークスは還元材として機能するとともに、通気性確保のスペーサーの役割を果たす。
上記鉄鉱石ペレットには、銑鉄の製造効率を向上させるため、高い被還元性が求められる。被還元性を高めた鉄鉱石ペレットとして、例えばドロマイトを添加してＣａＯ／ＳｉＯ２質量比を０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比を０．４以上とした鉄鉱石ペレットが公知である（特開平１－１３６９３６号公報参照）。上記公報には、さらに鉄鉱石ペレットの気孔率を高めることで、被還元性を向上できることが述べられている。
昨今の環境問題への意識の高まりから、高炉操業においても温室効果ガスであるＣＯ２の排出を低減することが求められており、具体的には低還元材比での操業が求められている。ここで、鉄鉱石ペレットが高炉内等で粉化すると、通気性の悪化につながり、通気性確保のスペーサーとしてのコークスを多く装入する必要がある。還元材でもあるコークスの装入量が増えると還元材比が増加するため、低還元材比での操業が困難となる。従って、低還元材比での操業を行うためには、鉄鉱石ペレットには粉化しないような高い圧潰強度が求められる。
ところが、ドロマイトを添加すると圧潰強度は低下する傾向となる。また、鉄鉱石ペレットの気孔率を高めると必然的に圧潰強度は低下する。
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、被還元性に優れ、かつ圧潰強度の高い鉄鉱石ペレットの製造方法の提供を目的とする。
本発明者らは、ドロマイトを添加して被還元性を高めた鉄鉱石ペレットについて鋭意検討した結果、焼成前にペレット組織内で微細化されて存在するような処理を施したドロマイトを添加することで圧潰強度を高められることを見出した。正確な理由は定かではないが、本発明者らは、ドロマイトに一定の処理を施すことで、鉄鉱石ペレットの内部でドロマイトに起因するＭｇＯが微細化されて存在し、焼成時に鉄鉱石ペレットのペレット組織の結合力が高まる働きが生じたと推察している。つまり、ＭｇＯが微細化されたことで、ＭｇＯの反応性が高まりマグネシオフェライト化合物が生成し易くなってペレット組織の結合に寄与し得ること、及び／又は結合力が弱くペレットの破壊起点となり得るＭｇＯが微細化され破壊起点となり難くなることにより、ペレット組織の結合力が向上すると考えられる。
すなわち、本発明の一態様に係る鉄鉱石ペレットの製造方法は、高炉操業に用いられ、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上である鉄鉱石ペレットの製造方法であって、鉄鉱石原料及びドロマイトへの造粒水の添加により生ペレットを造粒する造粒工程と、上記生ペレットを焼成する焼成工程とを備え、上記ドロマイトが、上記生ペレット組織内で微細化されて存在するような性状を有する。
当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、焼成前の生ペレット組織内で微細化されて存在し、鉄鉱石ペレットのペレット組織の結合力が高まる働きを生じさせるようなドロマイトを添加することにより、製造される鉄鉱石ペレットの圧潰強度を高めることができる。また、当該鉄鉱石ペレットの製造方法により製造される鉄鉱石ペレットは、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上であるので、被還元性が高い。
上記ドロマイトを準備する準備工程をさらに備え、上記準備工程で、ブレーン比表面積が４０００ｃｍ２／ｇ以上となるように上記ドロマイトを粉砕するとよい。このようにドロマイトのブレーン比表面積を上記下限以上とすることで、ドロマイトが微細化され、ペレット組織に取り込まれる。これによりドロマイトの反応性を高められるとともに、製造される鉄鉱石ペレットでＭｇＯが破壊起点となることを抑止することができる。従って、上記鉄鉱石ペレットのペレット組織の結合力が高められ、鉄鉱石ペレットの圧潰強度を高めることができる。ここで、「ブレーン比表面積」とは、ＪＩＳ－Ｒ－５２０１：２０１５に準拠して測定される値を意味し、対象物が複数の粉体で構成される場合にあっては、個々粉体の中での最小値を指す。
上記ドロマイトを準備する準備工程をさらに備え、上記準備工程で、９００℃以上の温度で上記ドロマイトをか焼するとよい。「か焼」とは鉱石などの固体を加熱して、熱分解や相転移を起こさせたり、揮発成分を除去したりする熱処理プロセスを言う。ドロマイトは炭酸塩鉱物であり、ＣａＭｇ（ＣＯ３）２で表される。ドロマイトにか焼を行うと、
ＣａＣＯ３→ＣａＯ＋ＣＯ２、ＭｇＣＯ３→ＭｇＯ＋ＣＯ２
の反応を起こし、熱分解する。このか焼によって生成したＭｇＯは造粒工程の段階で加水を受け、Ｍｇ（ＯＨ）２に変化すると同時に微細化（粒径の大きいドロマイトが減少）する。これによりドロマイトの反応性を高められるとともに、焼成工程で生成され、製造される鉄鉱石ペレットで破壊起点となり得るＭｇＯを微細化することができる。従って、製造される鉄鉱石ペレットのペレット組織の結合力が高められ、鉄鉱石ペレットの圧潰強度を高めることができる。
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の反応を起こし、熱分解する。このか焼によって生成したＭｇＯは造粒工程の段階で加水を受け、Ｍｇ（ＯＨ）２に変化すると同時に微細化（粒径の大きいドロマイトが減少）する。これによりドロマイトの反応性を高められるとともに、焼成工程で生成され、製造される鉄鉱石ペレットで破壊起点となり得るＭｇＯを微細化することができる。従って、製造される鉄鉱石ペレットのペレット組織の結合力が高められ、鉄鉱石ペレットの圧潰強度を高めることができる。
上記焼成工程での焼成温度としては、１２５０℃以上が好ましい。このように上記焼成工程での焼成温度を上記下限以上とすることで、圧潰強度をさらに高めることができる。
以上説明したように、本発明の鉄鉱石ペレットの製造方法を用いることで、被還元性に優れ、かつ圧潰強度が高い鉄鉱石ペレットを製造することができる。
以下、本発明の各実施形態に係る銑鉄製造方法について説明する。
［第１実施形態］
図１に示す鉄鉱石ペレットの製造方法は、準備工程Ｓ１と、造粒工程Ｓ２と、焼成工程Ｓ３と、冷却工程Ｓ４とを備える。例えば図２に示すように、当該鉄鉱石ペレットの製造方法は、高炉操業に用いられ、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上、ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上である鉄鉱石ペレット１を、グレートキルン方式の製造装置（以下、単に「製造装置２」ともいう）を用いて製造することができる。製造装置２は、パンペレタイザ３と、グレート炉４と、キルン５と、アニュラクーラ６とを備える。
図１に示す鉄鉱石ペレットの製造方法は、準備工程Ｓ１と、造粒工程Ｓ２と、焼成工程Ｓ３と、冷却工程Ｓ４とを備える。例えば図２に示すように、当該鉄鉱石ペレットの製造方法は、高炉操業に用いられ、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上、ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上である鉄鉱石ペレット１を、グレートキルン方式の製造装置（以下、単に「製造装置２」ともいう）を用いて製造することができる。製造装置２は、パンペレタイザ３と、グレート炉４と、キルン５と、アニュラクーラ６とを備える。
＜鉄鉱石ペレット＞
鉄鉱石ペレット１は、微粉鉱石を造粒し、焼成して強度の高い塊成鉱としたものである。鉄鉱石ペレット１の製造において、鉄鉱石原料に石灰石などのＣａＯ含有化合物を添加し、鉄鉱石ペレット１のＣａＯ／ＳｉＯ２質量比を高めると、鉄鉱石ペレット１の被還元性が向上することが知られている（特許文献１参照）。この知見に基づき、当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上の鉄鉱石ペレット１を製造する。
鉄鉱石ペレット１は、微粉鉱石を造粒し、焼成して強度の高い塊成鉱としたものである。鉄鉱石ペレット１の製造において、鉄鉱石原料に石灰石などのＣａＯ含有化合物を添加し、鉄鉱石ペレット１のＣａＯ／ＳｉＯ２質量比を高めると、鉄鉱石ペレット１の被還元性が向上することが知られている（特許文献１参照）。この知見に基づき、当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上の鉄鉱石ペレット１を製造する。
原料が鉄鉱石（酸化鉄）と石灰石（ＣａＯ含有化合物）である場合、焼成過程において、熱分解によって生成したＣａＯと酸化鉄との固相反応によって、カルシウムフェライト系化合物が生成され、同時にその接点で固相拡散接合によって結合していく。この結合は局所的なものであり、焼成前に存在していた微細気孔が焼成後も維持され、鉄鉱石ペレット１は、微細気孔が比較的均一に存在する多孔質体となる。
高炉操業時には、この微細気孔に還元ガスが拡散侵入していくことで、鉄鉱石ペレット１の外表面から内部へと還元反応が進行していく。還元反応により酸化鉄から酸素が除去されることによって、既存の微細気孔の拡大と新規微細気孔の生成が進行すると同時に金属鉄が生成する。この金属鉄の凝集によって鉄鉱石ペレット１の外形が収縮していく過程において微細気孔は減少に転じる。その結果、鉄鉱石ペレット１の内部への還元ガスの拡散が抑制され、還元が停滞し易くなる。
この還元停滞を抑制するには、金属鉄の凝集過程で微細気孔消失を抑制する高融点成分の添加が有効である。特に高融点成分であるＭｇＯ源としてドロマイトを添加し、鉄鉱石ペレット１のＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比を高めると、高い還元停滞抑制効果が得られることが知られている（特許文献１参照）。この知見に基づき、当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上の鉄鉱石ペレット１を製造する。
製造される鉄鉱石ペレット１は、自溶性であるとよい。このように鉄鉱石ペレット１を自溶性とすることで、還元された鉄の溶け落ちが促進され易い。なお、鉄鉱石ペレット１の自溶性は、副原料等により決まる。
＜準備工程＞
準備工程Ｓ１では、ドロマイトを準備する。当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、ドロマイトが、後述する造粒工程Ｓ２で造粒される生ペレットＰの組織内で微細化されて存在するような性状を有する。準備工程Ｓ１では、ドロマイトにこの性状を付与する。具体的には、準備工程Ｓ１で、ブレーン比表面積が所定値以上となるように上記ドロマイトを粉砕する。なお、粉砕は公知の粉砕機を用いて行うことができる。
準備工程Ｓ１では、ドロマイトを準備する。当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、ドロマイトが、後述する造粒工程Ｓ２で造粒される生ペレットＰの組織内で微細化されて存在するような性状を有する。準備工程Ｓ１では、ドロマイトにこの性状を付与する。具体的には、準備工程Ｓ１で、ブレーン比表面積が所定値以上となるように上記ドロマイトを粉砕する。なお、粉砕は公知の粉砕機を用いて行うことができる。
上記所定値としては、４０００ｃｍ２／ｇが好ましく、６０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。比表面積を大きくするということは、実質的にドロマイトが微細化されていることと同等と考えられる。この微細化により、ドロマイトの反応性を高められるとともに、製造される鉄鉱石ペレット１でＭｇＯが破壊起点となることを抑止することができる。従って、製造される鉄鉱石ペレット１のペレット組織の結合力が高められ、鉄鉱石ペレット１の圧潰強度を高めることができる。なお、粉砕後のドロマイトのブレーン比表面積の上限は、特に限定されないが、製造コスト等を勘案すると、粉砕後のドロマイトのブレーン比表面積は１００００ｃｍ２／ｇ以下とされる。
粉砕後のドロマイトにおいて、粒径２０μｍ以下の粒子割合の下限としては、３５体積％が好ましく、４５体積％がより好ましく、５５体積％がさらに好ましい。粒径２０μｍ以下の粒子割合を上記下限以上とすると、鉄鉱石ペレット１の圧潰強度を高め易い。なお、「粒径２０μｍ以下の粒子割合」は、粒子径分布測定装置（マイクロトラック）で測定した粒子径分布から求めた値をさす。
粉砕後のドロマイトのＤ５０粒径の上限としては、５０μｍが好ましく、２０μｍがより好ましい。ドロマイトのＤ５０粒径を上記上限以下とすると、鉄鉱石ペレット１の圧潰強度を高め易い。なお、「Ｄ５０粒径」は、粒子径分布測定装置（マイクロトラック）で測定した粒子径分布から求めた値をさす。
＜造粒工程＞
造粒工程Ｓ２では、鉄鉱石原料及び上記ドロマイトへの造粒水の添加により生ペレットＰを造粒する。上述のようにＣａＯ／ＳｉＯ２質量比０．８以上とするために石灰石等の副原料を加えてもよい。ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比は、主としてドロマイトにより調整することができる。
造粒工程Ｓ２では、鉄鉱石原料及び上記ドロマイトへの造粒水の添加により生ペレットＰを造粒する。上述のようにＣａＯ／ＳｉＯ２質量比０．８以上とするために石灰石等の副原料を加えてもよい。ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比は、主としてドロマイトにより調整することができる。
具体的には、造粒工程Ｓ２では、鉄鉱石原料及びドロマイトに造粒水を添加した後、この造粒水含有混合物（造粒水を含有した鉄鉱石原料及びドロマイト）を造粒機であるパンペレタイザ３に投入及び転動させて、泥団子状の生ペレットＰを製造する。
上記鉄鉱石原料は、鉄鉱石ペレット１の主原料であり、鉄鉱石の粉体（例えば全体の９０質量％以上が粒径０．５ｍｍ以下の粉体）から構成される。鉄鉱石は、採掘地域、粉砕・運搬方法により表面性状が大きく異なるが、当該鉄鉱石ペレットの製造方法において鉄鉱石の表面性状は特に限定されない。
上記造粒水は、上記鉄鉱石原料の粒子間に水による架橋を構成する。造粒工程Ｓ２で造粒される生ペレットＰは、この架橋により、粒子同士に付着力が働くことによって強度が保たれている。つまり、粒子間の結合は、粒子間に存在する水の表面張力により発現され、この表面張力に粒子間の接点数を乗じた値によって粒子間の付着力が担保されている。
＜焼成工程＞
焼成工程Ｓ３では、生ペレットＰを焼成する。焼成工程Ｓ３では、グレート炉４及びキルン５が用いられる。
焼成工程Ｓ３では、生ペレットＰを焼成する。焼成工程Ｓ３では、グレート炉４及びキルン５が用いられる。
（グレート炉）
グレート炉４は、図２に示すように、トラベリンググレート４１と、乾燥室４２と、離水室４３と、予熱室４４とを備える。
グレート炉４は、図２に示すように、トラベリンググレート４１と、乾燥室４２と、離水室４３と、予熱室４４とを備える。
トラベリンググレート４１は、無端状に構成され、このトラベリンググレート４１上に載置された生ペレットＰを、乾燥室４２、離水室４３及び予熱室４４の順に移動させることができる。
乾燥室４２、離水室４３及び予熱室４４では、加熱用ガスＧ１によって生ペレットＰを乾燥、離水及び予熱し、キルン５での転動に耐えうる強度を生ペレットＰに付与した予熱ペレットＨを得る。
具体的には以下の手順による。まず、乾燥室４２で、生ペレットＰを２５０℃程度の雰囲気温度で乾燥させる。次に、離水室４３で、乾燥後の生ペレットＰを４５０℃程度に昇温し、主に鉄鉱石中の結晶水を分解除去する。さらに、予熱室４４で、生ペレットＰを１１００℃程度まで昇温し、石灰石、ドロマイト等に含まれる炭酸塩を分解し二酸化炭素を除去するとともに、鉄鉱石中のマグネタイトを酸化させる。これにより予熱ペレットＨが得られる。
図２に示すように、乾燥室４２の加熱用ガスＧ１としては、離水室４３で使用された加熱用ガスＧ１が流用される。同様に離水室４３の加熱用ガスＧ１には予熱室４４の加熱用ガスＧ１が流用され、予熱室４４の加熱用ガスＧ１には、キルン５で使用された燃焼排ガスＧ２が流用される。このように下流側の高温の加熱用ガスＧ１又は燃焼排ガスＧ２を流用することで、加熱用ガスＧ１の加熱コストを削減できる。なお、各室にはバーナ４５を設け、加熱用ガスＧ１の温度を制御してもよい。図２では、離水室４３及び予熱室４４にバーナ４５が設けられている。また、乾燥室４２で使用された加熱用ガスＧ１は、最終的には煙突Ｃから排出される。
（キルン）
キルン５は、グレート炉４に直結されており、勾配をつけた円筒状の回転炉である。キルン５は、グレート炉４の予熱室４４から排出される予熱ペレットＨを焼成する。具体的には出口側に配設されたキルンバーナ（不図示）による燃焼により予熱ペレットＨを焼成する。これにより高温の鉄鉱石ペレット１が得られる。
キルン５は、グレート炉４に直結されており、勾配をつけた円筒状の回転炉である。キルン５は、グレート炉４の予熱室４４から排出される予熱ペレットＨを焼成する。具体的には出口側に配設されたキルンバーナ（不図示）による燃焼により予熱ペレットＨを焼成する。これにより高温の鉄鉱石ペレット１が得られる。
予熱ペレットＨを焼成する焼成温度の下限としては、１２５０℃が好ましく、１３００℃がより好ましい。このように焼成温度を上記下限以上とすることで、圧潰強度をさらに高めることができる。一方、焼成温度の上限は、特に限定されないが、例えば１５００℃とできる。焼成温度が上記上限を超えると、圧潰強度の向上効果が飽和傾向となり、製造コストの上昇に対して効果が不十分となるおそれがある。また、高温化に伴う鉄鉱石ペレット１の融着量の低減の観点から、上記上限は１４００℃とすることが、より好ましい。
キルン５では、燃焼用空気としては、アニュラクーラ６で使用された冷却ガスＧ３である大気が用いられる。また、予熱ペレットＨの焼成用に使用された高温の燃焼排ガスＧ２は、加熱用ガスＧ１として予熱室４４へ送り込まれる。
＜冷却工程＞
冷却工程Ｓ４では、焼成工程Ｓ３で得られる高温の鉄鉱石ペレット１を冷却する。冷却工程Ｓ４では、アニュラクーラ６が用いられる。冷却工程Ｓ４で冷却された鉄鉱石ペレット１は集積され、高炉操業に用いられる。
冷却工程Ｓ４では、焼成工程Ｓ３で得られる高温の鉄鉱石ペレット１を冷却する。冷却工程Ｓ４では、アニュラクーラ６が用いられる。冷却工程Ｓ４で冷却された鉄鉱石ペレット１は集積され、高炉操業に用いられる。
アニュラクーラ６では、キルン５から排出された高温の鉄鉱石ペレット１を移動させながら、冷却ガスＧ３である大気を通風装置６１により通風することで鉄鉱石ペレット１を冷却することができる。
なお、アニュラクーラ６で使用され温度が上昇した冷却ガスＧ３は、キルン５へ送り込まれ、燃焼用空気として使用される。
＜利点＞
当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、鉄鉱石ペレット１のペレット組織内で微細化されて存在し、鉄鉱石ペレット１のペレット組織の結合力が高まる働きを生じさせるようなドロマイトを添加する。具体的には、ドロマイトのブレーン比表面積を４０００ｃｍ２／ｇ以上とすることで、ドロマイトが微細化され、ペレット組織に取り込まれる。これによりドロマイトの反応性を高められるとともに、製造される鉄鉱石ペレット１でＭｇＯが破壊起点となることを抑止することができる。従って、鉄鉱石ペレット１のペレット組織の結合力が高められ、鉄鉱石ペレット１の圧潰強度を高めることができる。また、当該鉄鉱石ペレットの製造方法により製造される鉄鉱石ペレット１は、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上、ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上であるので、被還元性が高い。
当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、鉄鉱石ペレット１のペレット組織内で微細化されて存在し、鉄鉱石ペレット１のペレット組織の結合力が高まる働きを生じさせるようなドロマイトを添加する。具体的には、ドロマイトのブレーン比表面積を４０００ｃｍ２／ｇ以上とすることで、ドロマイトが微細化され、ペレット組織に取り込まれる。これによりドロマイトの反応性を高められるとともに、製造される鉄鉱石ペレット１でＭｇＯが破壊起点となることを抑止することができる。従って、鉄鉱石ペレット１のペレット組織の結合力が高められ、鉄鉱石ペレット１の圧潰強度を高めることができる。また、当該鉄鉱石ペレットの製造方法により製造される鉄鉱石ペレット１は、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上、ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上であるので、被還元性が高い。
［第２実施形態］
本発明の別の実施形態に係る鉄鉱石ペレットの製造方法は、高炉操業に用いられ、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上である鉄鉱石ペレットの製造方法であり、図１に示すように、ドロマイトを準備する準備工程Ｓ１と、鉄鉱石原料及び上記ドロマイトへの造粒水の添加により生ペレットを造粒する造粒工程Ｓ２と、上記生ペレットを焼成する焼成工程Ｓ３と、焼成工程Ｓ３で得られる高温の鉄鉱石ペレットを冷却する冷却工程Ｓ４とを備える。また、上記ドロマイトは、上記生ペレット組織内で微細化されて存在するような性状を有する。
本発明の別の実施形態に係る鉄鉱石ペレットの製造方法は、高炉操業に用いられ、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上である鉄鉱石ペレットの製造方法であり、図１に示すように、ドロマイトを準備する準備工程Ｓ１と、鉄鉱石原料及び上記ドロマイトへの造粒水の添加により生ペレットを造粒する造粒工程Ｓ２と、上記生ペレットを焼成する焼成工程Ｓ３と、焼成工程Ｓ３で得られる高温の鉄鉱石ペレットを冷却する冷却工程Ｓ４とを備える。また、上記ドロマイトは、上記生ペレット組織内で微細化されて存在するような性状を有する。
当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、準備工程Ｓ１を除く各工程は、第１実施形態の鉄鉱石ペレットの製造方法で対応する各工程と同様である。以下、準備工程Ｓ１を説明し、他の工程の説明を省略する。
＜準備工程＞
当該鉄鉱石ペレットの製造方法の準備工程Ｓ１では、所定値以上の温度でドロマイトをか焼する。本発明者らは、この処理により、上記ドロマイトに、生ペレット組織内で微細化されて存在するような性状が付与され、製造される鉄鉱石ペレットの圧潰強度を高めることができることを見出している。
当該鉄鉱石ペレットの製造方法の準備工程Ｓ１では、所定値以上の温度でドロマイトをか焼する。本発明者らは、この処理により、上記ドロマイトに、生ペレット組織内で微細化されて存在するような性状が付与され、製造される鉄鉱石ペレットの圧潰強度を高めることができることを見出している。
上記所定値としては、９００℃が好ましく、１１００℃がより好ましい。なお、か焼温度の上限は、特に限定されないが、製造コスト等を勘案すると、か焼温度は１５００℃以下とされる。
か焼により製造される鉄鉱石ペレットの圧潰強度を高められる効果について考察する。ドロマイトは炭酸塩鉱物であり、ＣａＭｇ（ＣＯ３）２で表される。ドロマイトにか焼を行うと、
ＣａＣＯ３→ＣａＯ＋ＣＯ２、ＭｇＣＯ３→ＭｇＯ＋ＣＯ２
の反応を起こし、熱分解する。このか焼によって生成したＭｇＯは造粒工程Ｓ３の段階で加水を受け、
ＭｇＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）２
の水和反応を起こし、水酸化マグネシウムとなる。
ＣａＣＯ３→ＣａＯ＋ＣＯ２、ＭｇＣＯ３→ＭｇＯ＋ＣＯ２
の反応を起こし、熱分解する。このか焼によって生成したＭｇＯは造粒工程Ｓ３の段階で加水を受け、
ＭｇＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）２
の水和反応を起こし、水酸化マグネシウムとなる。
本発明者らは、か焼したドロマイトではこの水和反応によりドロマイトの微細化が進行することを知得した。図３に、か焼後のドロマイトについて水和反応前後でマイクロトラックにより粒子径分布を測定した結果を示す。図３に示すように、水和反応前では、か焼後の粒子径分布は、か焼を行わない水和反応後のドロマイトと大きな粒度変化は認められないが、水和反応により結晶構造が変化することに起因すると思われる粒度変化が生じ、例えば粒径が２０μｍを超えるような粒子径の大きい粒子の減少、つまり微細化が進行していることが分かる。この微細化によりドロマイトの反応性を高められるとともに、焼成工程で生成され、製造される鉄鉱石ペレットで破壊起点となり得るＭｇＯを微細化することができる。従って、製造される鉄鉱石ペレットのペレット組織の結合力が高められ、鉄鉱石ペレットの圧潰強度を高めることができる。
か焼の処理時間の下限としては、２０分間が好ましく、５０分間がより好ましく、１００分間がさらに好ましい。一方、か焼の処理時間の上限としては、２００分間が好ましく、１５０分間がより好ましい。か焼の処理時間が上記下限未満であると、熱分解が十分に進行せず、鉄鉱石ペレットの圧潰強度の向上が不十分となるおそれがある。逆に、か焼の処理時間が上記上限を超えると、圧潰強度の向上効果が飽和傾向となり、製造コストの上昇に対して効果が不十分となるおそれがある。
水和反応後の（造粒工程Ｓ３後の）ドロマイトにおいて、粒径２０μｍ以下の粒子割合の下限としては、４５体積％が好ましく、５５体積％がより好ましい。粒径２０μｍ以下の粒子割合を上記下限以上とすると、鉄鉱石ペレットの圧潰強度を高め易い。
＜利点＞
当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、準備工程Ｓ１で所定値以上の温度で上記ドロマイトをか焼することにより、上記ドロマイトが焼成前のペレット組織内で微細化されて存在し、鉄鉱石ペレットのペレット組織の結合力が高まる働きを生じさせる。これにより製造される鉄鉱石ペレットの圧潰強度を高めることができる。また、当該鉄鉱石ペレットの製造方法により製造される鉄鉱石ペレットは、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上、ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上であるので、被還元性が高い。
当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、準備工程Ｓ１で所定値以上の温度で上記ドロマイトをか焼することにより、上記ドロマイトが焼成前のペレット組織内で微細化されて存在し、鉄鉱石ペレットのペレット組織の結合力が高まる働きを生じさせる。これにより製造される鉄鉱石ペレットの圧潰強度を高めることができる。また、当該鉄鉱石ペレットの製造方法により製造される鉄鉱石ペレットは、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上、ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上であるので、被還元性が高い。
［その他の実施形態］
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
上記第１実施形態では、準備工程でブレーン比表面積が所定値以上となるようにドロマイトを粉砕する方法のみを説明し、上記第２実施形態では、準備工程で所定値以上の温度でドロマイトをか焼する方法のみを説明したが、これらの方法は併用することもできる。
上記第１実施形態では、準備工程でドロマイトを粉砕する方法を説明したが、予めブレーン比表面積が所定値以上となるドロマイトを準備してもよい。同様に、上記第２実施形態において、か焼処理済みのドロマイトを準備してもよい。この場合、準備工程は省略可能である。
また、上述のようにドロマイトが焼成前に生ペレット組織内で微細化されて存在することで製造される鉄鉱石ペレットの圧潰強度を高めることができると考えられる。従って、準備工程の処理は、上記実施形態に限定されず、焼成前にペレット組織内で微細化されて存在するような他の処理を施してもよい。
上記実施形態では、鉄鉱石ペレットをグレートキルン方式の製造装置を用いて製造する方法を説明したが、ストレートグレート方式の製造装置を用いて製造することもできる。ストレートグレート方式の製造装置では、グレート炉は、トラベリンググレートと、乾燥室と、離水室と、予熱室と、焼成室とを備え、グレート炉のみで焼成工程が完了する。具体的には、乾燥室、離水室及び予熱室で、加熱用ガスによって生ペレットを乾燥、離水及び予熱し、焼成室で最後の焼成に至る。
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［実験１］
ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が１．４、ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８である鉄鉱石ペレットを、図１に示す手順で製造した。準備工程では、ドロマイトの粉砕によりブレーン比表面積を変化させた。なお、焼成温度としては、１２３０℃又は１２５０℃とした。
ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が１．４、ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８である鉄鉱石ペレットを、図１に示す手順で製造した。準備工程では、ドロマイトの粉砕によりブレーン比表面積を変化させた。なお、焼成温度としては、１２３０℃又は１２５０℃とした。
製造した各鉄鉱石ペレットについて、圧潰強度を測定した。結果を図４に示す。
図４のグラフから、ドロマイトのブレーン比表面積を４０００ｃｍ２／ｇ以上とすることで、圧潰強度を高められることが分かる。特に、焼成温度が１２５０℃である場合にあっては、ドロマイトのブレーン比表面積を４０００ｃｍ２／ｇ以上とすることで２７０ｋｇ／Ｐ以上の高い圧潰強度を有する鉄鉱石ペレットが製造できると言える。
なお、この実験では、鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比を１．４、ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比を０．８としているが、例えばＣａＯ／ＳｉＯ２質量比を０．８、ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比を０．４とすると圧潰強度は上昇することから、焼成温度が１２３０℃である場合にあっても、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比及び／又はＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比を下げることで、ドロマイトのブレーン比表面積が４０００ｃｍ２／ｇ以上で２７０ｋｇ／Ｐ以上の圧潰強度が得られるものと推察される。
［実験２］
ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が１．４０、ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８３である鉄鉱石ペレットを、図１に示す手順で製造した。準備工程では、温度９００℃～１１００℃、処理時間８０分間～２００分間の範囲でか焼条件を変化させてドロマイトをか焼した。なお、焼成温度としては、１２３０℃又は１２５０℃とした。
ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が１．４０、ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８３である鉄鉱石ペレットを、図１に示す手順で製造した。準備工程では、温度９００℃～１１００℃、処理時間８０分間～２００分間の範囲でか焼条件を変化させてドロマイトをか焼した。なお、焼成温度としては、１２３０℃又は１２５０℃とした。
製造した各鉄鉱石ペレットについて、造粒工程での水和反応後のドロマイトの粒径２０μｍ以下の粒子割合と、圧潰強度とを測定した。結果を図５に示す。
図５のグラフから、か焼を９００℃以上で行うことで圧潰強度を高められることが分かる。特に焼成温度が１２５０℃である場合には、水和反応後のドロマイトの粒径２０μｍ以下の粒子割合を４５体積％以上とすることで、２７０ｋｇ／Ｐ以上の高い圧潰強度を有する鉄鉱石ペレットが製造できると言える。また、焼成温度が１２３０℃である場合にあっても、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比及び／又はＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比を下げることで、粒径２０μｍ以下の粒子割合が４５体積％以上で、２７０ｋｇ／Ｐ以上の圧潰強度が得られるものと推察される。
本発明の鉄鉱石ペレットの製造方法を用いることで、被還元性に優れ、かつ圧潰強度が高い鉄鉱石ペレットを製造することができる。従って、当該鉄鉱石ペレットの製造方法により製造された鉄鉱石ペレットは、低還元材操業を行う高炉に好適に用いることができる。
１ 鉄鉱石ペレット
２ 製造装置
３ パンペレタイザ
４ グレート炉
４１ トラベリンググレート
４２ 乾燥室
４３ 離水室
４４ 予熱室
４５ バーナ
５ キルン
６ アニュラクーラ
６１ 通風装置
Ｐ 生ペレット
Ｈ 予熱ペレット
Ｇ１ 加熱用ガス
Ｇ２ 燃焼排ガス
Ｇ３ 冷却ガス
Ｃ 煙突
２ 製造装置
３ パンペレタイザ
４ グレート炉
４１ トラベリンググレート
４２ 乾燥室
４３ 離水室
４４ 予熱室
４５ バーナ
５ キルン
６ アニュラクーラ
６１ 通風装置
Ｐ 生ペレット
Ｈ 予熱ペレット
Ｇ１ 加熱用ガス
Ｇ２ 燃焼排ガス
Ｇ３ 冷却ガス
Ｃ 煙突
Claims (4)
- 高炉操業に用いられ、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上である鉄鉱石ペレットの製造方法であって、
鉄鉱石原料及びドロマイトへの造粒水の添加により生ペレットを造粒する造粒工程と、
上記生ペレットを焼成する焼成工程と
を備え、
上記ドロマイトが、上記生ペレット組織内で微細化されて存在するような性状を有する鉄鉱石ペレットの製造方法。 - 上記ドロマイトを準備する準備工程をさらに備え、
上記準備工程で、ブレーン比表面積が４０００ｃｍ２／ｇ以上となるように上記ドロマイトを粉砕する請求項１に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。 - 上記ドロマイトを準備する準備工程をさらに備え、
上記準備工程で、９００℃以上の温度で上記ドロマイトをか焼する請求項１又は請求項２に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。 - 上記焼成工程での焼成温度が１２５０℃以上である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
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