JP2023157500A - 焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造された焼結鉱の強度や被還元性などの品質を簡便に評価できると共に、その評価結果に基づいて焼結機の操業条件に迅速、適正に反映させながら焼結鉱を有利に製造する方法を提案する。【解決手段】鉄鉱石、副原料、雑原料および固体燃料を含有する粉状物質を配合してなる焼結配合原料に水分を添加して混合造粒し、得られた造粒物である擬似粒子を焼結して焼結鉱を製造する方法において、製造された焼結鉱をハイパースペクトルカメラを用いて観察し、その観察結果を焼結機の操業に反映させて操業の条件を調整することを特徴とする焼結鉱の製造方法。【選択図】図６

Description

本発明は、焼結鉱の強度や被還元性等を適正かつ迅速に把握し、それを焼結機の操業に反映させることにより、より高品質の焼結鉱を製造する方法に関する。

焼結鉱は、複数銘柄の粉鉄鉱石に、石灰石や珪石、蛇紋岩等の副原料粉と、ダスト、スケール、返鉱等の雑原料と、粉コークス等の固体燃料とを適量ずつ配合した焼結配合原料に、水分を添加して混合・造粒し、得られた造粒原料をＤＬ焼結機などに装入して焼成することによって製造される。前記焼結配合原料は、造粒時に水分を含むことで互いに凝集して擬似粒子となり、その擬似粒子化した焼結用造粒原料を焼結機のパレット上に装入することにより、焼成時に良好な通気性を確保することに繋がり、円滑な焼結が進むようになる。

ところで、焼結配合原料である粉鉄鉱石は、近年、高品質鉄鉱石の枯渇による低品位化、即ちスラグ成分の増加や微粉化の傾向が顕著であり、焼結鉱の生産性を低下させる原因となっている。特に、低品位化に伴うアルミナ成分の増加は、高炉スラグ比を増大させて、還元材量の増大を招くという問題がある。なお、高炉で使用する焼結鉱としては、溶銑製造コストの低減やＣＯ_２発生量の低減という観点から低スラグ比、高被還元性、高強度のものが求められている。従って、鉄鉱石の低品位化による悪影響に対しては、何らかの対策が必要となってくる。

一般に、焼結鉱の製造に際して生産性を向上させるためには、（１）焼結鉱の歩留を改善すること、（２）焼結層の通気性を改善すること等が必要である。特に、焼結鉱は、成品歩留が高いと、高炉において余計な装入原料の追加装入等をする必要がなくなり、操業が安定する。また、焼結鉱の製造に当たり、パレット上の原料層の通気性は、焼成の速度に強く影響し、とくに通気性が高い場合には、焼成速度も速くなり、その結果、同じ時間でも多くの焼結鉱を製造することが可能である。

通常、粒径が５ｍｍ未満の細粒焼結鉱は、高炉に装入することができない。従って、焼結鉱の製造に当っては、焼結機の出側において細粒焼結鉱の比率を測定して、歩留管理の指標としている。また、焼結鉱の製造に当っては、タンブラー強度やシャッター強度といった、高炉炉内における耐粉化性指標を満足するように、粉コークスや無煙炭等の凝結材の量が調整される。

なお、焼結鉱の強度というのは、焼結工場の最終地点における高炉送り用のベルトコンベア上で焼結鉱の一部をサンプリングし、所定の落下試験を行って確認するのが普通である。その落下試験としては、ＪＩＳ Ｍ－８７１２に定められたタンブラー強度試験、あるいはＪＩＳ Ｍ－８７１１シャッター強度試験が採用されている。また、製造された焼結鉱については、日々の操業の中で一定時間ごとに抜き出し装置にてサンプリングし、オフライン分析装置に送り、操業担当者はその結果を見ながら、品質を満足させるために操業条件の変更、調整等の必要なアクションを行うのが普通である。焼結鉱強度の測定値は、焼結鉱中のＦｅＯ分析値（焼結鉱中のＦｅ_３Ｏ_４の含有量をＦｅＯ換算したもの）と比較することもある。なお、焼結鉱のマグネタイト組織は、燃焼溶融帯における還元雰囲気で生成して、焼結機上の急速冷却条件の下で再酸化せずに残存した組織であり、入熱量が多い時、焼結鉱中のＦｅＯ濃度も高くなる傾向があるため、入熱量の指標として用いられる。

また、ＤＬ型焼結機を用いた焼結鉱の製造においては、焼結配合原料の擬似粒子化の状況が焼成時における充填層の通気性に影響し、焼結鉱の生産性を大きく左右することが知られている。そこで、製造された焼結鉱の通気性に関しては、通気度（ＪＰＵ）という指標を用いて操業中の通気性を監視しており、排ガス風量が大きいほど、また排ガス吸引圧が大きいほど、あるいは原料層厚が低いほど上記ＪＰＵ値は高い値となることが知られている。なお、焼結配合原料の造粒に際しては、水分が該焼結配合原料中の微粉を粗粒に付着させるバインダーとして重要であることから、擬似粒子化を適正に行なわせるためには、この水分量を適正に制御することもまた重要である。

上述した通気性については、前記ＪＰＵ値を監視することの他、ウインドボックス下の温度を監視して、排鉱部近傍に到達するパレットの火落ち状況を監視したり、ＢＴＰ（Ｂｕｒｎ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｐｏｉｎｔ）と呼ばれる指標などにより、パレット速度を調整することも有効である。

なお、上述した焼結鉱の歩留については、焼結鉱自体の強度とも関連している。したがって、焼結鉱の生産性を最大化するためには、焼結鉱の強度管理が重要となる。

その焼結鉱の強度に関しては、下記の先行文献（非特許文献）（１）に開示されているような焼結鉱歩留の推定式が知られている。この文献の記載によると、タブレット試験により得られた焼結鉱の基質強度や空隙率を用いて歩留の推定を行うことが可能である。また、先行文献（非特許文献）（２）には、基質毎の被還元性や強度の測定例が報告されている。これらによると、焼結鉱の主要鉱物組織であるヘマタイトやカルシウムフェライトは、スラグ組織に比べて高強度かつ高被還元性であることが明らかである。

一般に、鉱物組織の定量化については、粉末Ｘ線回折による定量分析や光学顕微鏡観察による定量化が知られており、また空隙率の評価については、光学顕微鏡観察やマイクロフィーカスＸ線ＣＴ像による評価法などがよく知られている。

特許第５０２０４４６号（特開２００３－４９２２７号公報） 特開２０１４－１７３９５７号公報

大山ら：鉄と鋼, 82(1996), p719. D.A.Kissin: STAL', 5(1960), p318. Ramanaidou, E.R., Wells, M.A., 2011a. Hyperspectral imaging of iron ores. In: Broekmans, M. (Ed.), 10th International Congress for Applied Mineralogy (ICAM), Trondheim.

しかしながら、焼結鉱の製造に当って採用されている上述した従来技術は次のような課題があった。例えば、焼結鉱強度の予測のためには、実際に焼成された焼結鉱のサンプルが必要であり、そのサンプルを樹脂などで埋め込んだのち、研磨処理などを施して光学顕微鏡観察を行わねばならない。しかも、従来の光学顕微鏡観察では、測定するサンプルの条件によって画質に差異が生じるため、測定の度ごとにコントラストや明るさなどの補正が必要である。また、焼結鉱中の代表的な鉱物組織の判別には鉱物学的な知識と観察眼が必要であり、ある程度の熟練もまた必要である。

例えば、特許文献１では、焼結鉱の製造に当たり、鉄鉱石原料毎のカオリン（粘土鉱物）含有量を赤外吸収スペクトル分光法を用いて測定し、その含有量に基づき鉄鉱石の配合を行っている。この方法によると、カオリン含有量の増加にともない造粒性が向上すると共に生産性も向上することから、そのカオリンの配合量を制御することで焼結鉱の生産性を向上させることができると述べている。しかし、実操業においては、鉄鉱石の配合率や成分にはバラつきが存在するため、焼結鉱の性状を安定化させるためには、原料性状のバラつきを補填するための、造粒性の制御（水分調整）や入熱制御（粉コークス調整）が必要不可欠となる。したがって、この文献に記載されているような、単に使用原料を評価するだけでは、焼結生産性を確実に向上させることにはつながらないという課題がある。

また、特許文献２では、焼結体の顕微鏡写真を下に強度スペクトルと波数のデータを取得してフーリエ変換し、焼結体の焼結度合を評価する方法が示されている。この方法では、焼結の度合によって焼結体表面の凹凸が変化するため、凹凸度合を指標化することで、焼結度合を制御できることになる。しかし、焼結プロセスでは、複数の鉄鉱石をブレンドしたものを原料として用いており、焼結度合はそれぞれの鉱石原料の影響を受けることから、焼結鉱成品の焼成不良がどのような鉱石原料の影響によるものなのかを判断できなければ、有効なアクションにつなげることはできないという課題がある。

さらに、非特許文献３では、鉱物組織毎のハイパースペクトル画像を元に、鉱床面の鉱物賦存状態を評価する方法が開示されている。そのハイパースペクトル画像を取得するためには、反射光を分光素子で波長分解し、各波長の光強度を算出しなければならない。この方法では、肉眼では色の判別が難しくても、もし波長スペクトルが異なっていれば異なる鉱物として識別できることから、不純物である脈石や剥土が多く含まれる鉱床を効率的に見つけることができ、鉄分の高い鉄鉱石を効率的に採掘できるとしている。しかし、この方法は、焼結鉱の強度や被還元性を観察する方法を提案するものではない。

そこで、本発明の目的は、製造された焼結鉱の強度や被還元性などを簡便に評価できると共に、その評価結果に基づいて焼結機の操業条件に迅速、適正に反映させながら焼結鉱を有利に製造するための方法を提案することにある。

そこで、本発明では、従来技術が抱えている前述の課題を解決し、上記目的を達成するためには、迅速でより客観的な指標により鉱物組織の判別を行い、これを焼結機の操業にフィードバックしつつ焼結することが有効であるとの結論に達し、本発明を開発するに到った。即ち、発明者らは、鉱物組織すなわち焼結鉱品質判定の客観性を高めるための手段として、鉱物組織である焼結鉱ごとに異なる分光スペクトルがあることに着目してこれを利用することにした。

上記のような知見の下で開発した本発明は、鉄鉱石、副原料、雑原料および固体燃料を含有する粉状物質を配合してなる焼結配合原料に水分を添加して混合造粒し、得られた造粒物である擬似粒子を焼結して焼結鉱を製造する方法において、製造された焼結鉱をハイパースペクトルカメラを用いて観察し、その観察結果を焼結機の操業に反映させて操業条件を調整することを特徴とする焼結鉱の製造方法である。

また、本発明は、上記の構成に加えて下記の構成；
（１）ハイパースペクトルカメラを用いた焼結鉱の観察は、製造された焼結鉱の強度ならびに被還元性のいずれかまたは両方であること、
（２）ハイパースペクトルカメラを用いた焼結鉱の観察において、鉱物組織毎に予め準備しておく分光情報、強度および被還元性に基づき、製造された焼結鉱の強度と被還元性のいずれかまたは両方を予測し、その予測結果に基づき焼結機の操業条件を調整すること、
（３）前記焼結鉱の観察は、製造された焼結鉱を採取し、研磨サンプルを作製した上で、そのサンプルをハイパースペクトルカメラを用いて観察すること、
（４）前記ハイパースペクトルカメラを用いた焼結鉱の観察は、ヘマタイト、マグネタイト、カルシウムフェライト、スラグ、空隙のうちの１つ以上の面積率の測定であること、
（５）前記操業条件の調整は、粉コークス配合率、石灰源配合率、粉コークスの粒度、造粒原料中の粉コークス添加位置、都市ガス吹込み量および、酸素吹込み量のいずれか１以上の変更であること、
のいずれか１以上を採用することが、より好ましい実施の形態である。

前述した構成に係る本発明方法では、従来技術が抱えている問題点、すなわち、焼結鉱の強度や被還元性のバラつきや低下に対して、その原因を迅速かつ十分に見極めることができずに、対症療法的に強度や被還元性（品質）向上のためのアクションをとらざるを得ず、焼結鉱強度のオーバースペックにより凝結材のコスト増加を招いたり、強度変動の増加を招いていたりしたのに比べて、迅速かつ適正な焼結鉱製造のための必要なアクションが取れる。

即ち、本発明方法の採用により、焼結鉱の組織を迅速かつ適正に評価することができるので、焼結鉱の強度や被還元性の変化の原因を迅速に把握することが容易となり、適切なアクションを適時に取ることが可能になる。その結果、焼結鉱の成品強度や被還元性のバラつきが小さくなって焼結鉱の品質が向上し、ひいては焼結鉱の製造コストの低減や生産性の向上をも図ることが可能となる。

焼結鉱組織観察方法の模式図である。 本発明方法に適合する鉱物組織毎の波長スペクトルデータを示す図である。 本発明方法に従って測定された鉱物組織毎の物性データを示す図である。 従来法に従う焼結鉱の評価フローを示す説明図である。 比較法に従う焼結鉱の評価フローを示す説明図である。 発明法に従う焼結鉱の評価フローを示す説明図である。 強度のバラつきに関する従来法と発明法との比較グラフである。 被還元性のバラつきに関する従来法と発明法との比較グラフである。 実施例２での強度のバラつきに関する従来法と発明法の比較グラフである。

本発明の開発に当り、発明者らは、まずハイパースペクトルカメラに着目し、これを用いて焼結鉱の組織について観察した。その結果、焼結鉱中の主要組織である、ヘマタイト、マグネタイト、種々の形態のカルシウムフェライト系組織、シリケートスラグ組織や空隙については、それぞれ固有の分光スペクトルをもっていることがわかり、しかも簡便に分類ができることを知見した。

図１は、鉱物（焼結鉱）組織についての一般的な観察方法の模式図を示す。この図に示すように、焼結鉱断面の組織を観察する際には、まず実機で焼結鉱の一部を採取し、これをプラスチック製の容器にセットして樹脂中に埋め込んだ状態のサンプルを作製する。次いで、所定の断面が出るまで研磨して研磨サンプルを作製し、その後、光学顕微鏡で焼結鉱組織を観察することにより、種々の鉱物組織を特定する。例えば、色調によって複数の種類からなる鉱物組織（たとえば、Ａ１～Ａ５）、気孔（図中Ｐ）と、樹脂の観測ができるのである。
ここで、焼結プロセスで発生する返鉱のように粒度が小さい原料に関しては、ベルトコンベア上などで平坦に敷設されていれば、樹脂埋め、研磨などをすることなく、そのまま測定することもできる。

図１に示すように、鉱物組織Ａ１～Ａ５は、単一組織として存在するだけではなく、他の組織と混ざり合って存在するものもあり、色味は複雑である。色調にグラデーションが入ると組織判別の困難さが格段に顕著となった。即ち、ヘマタイトは、光学顕微鏡観察下では明瞭な白色、マグネタイトは白色～ピンク、カルシウムフェライトは白色～灰色、スラグは濃灰色や透明などの色合いを示すことが知られているが、色味は光学顕微鏡の光量やコントラストによって大きく変化する。したがって、異なる日に作成されたサンプル同士を比べる場合や、観察者が異なる場合には、ヘマタイトとマグネタイトの区別や、カルシウムフェライトとスラグ、スラグの樹脂の区別が曖昧となり、必ずしも一定の結果が出ない可能性がある。なお、光学顕微鏡観察において、見づらい組織を判別するためには倍率を上げてミクロ組織の形状をもとに判断したり、偏光を変えるなどの方法により総合的に判定することが可能であるが、観測者の経験によるところも多く、客観的な手法ではない。

これに対し、本発明に従う方法は、光学顕微鏡にハイパースペクトルカメラを接続し、例えば視野中に存在する鉱物組織を４点選択し、分光スペクトルを測定する。図２は、鉱物組織の例であるヘマタイト、マグネタイト、カルシウムフェライト、スラグの分光スペクトルを示すものである。この図に示すとおり、ヘマタイトは、他の鉱物に比べて４００～８００ｎｍの可視光反射スペクトルの強度が高く、６８０ｎｍ近傍にピークがある。また、マグネタイトは、４００～８００ｎｍにおいて波長が大きくなるにつれて強度が低下している。さらに、カルシウムフェライトは、ヘマタイトに比べて５５０～６５０ｎｍ近傍で反射スペクトル強度が大きく低下している。スラグは最も色が暗く、スペクトルも全波長において低強度である。このように、本発明法に従う鉱物組織の観察では、それぞれの組織には固有の反射スペクトルが存在しており、また波長全体の形や特定の波長の強度を比較することで、焼結鉱組織の正確な分類が可能であることがわかった。

図３は、単体の鉱物組織毎の物性データのイメージを示すものである。この図に示すとおり、鉱物組織には、それぞれ別の単体強度（基質強度ＭＰａ）および被還元性（％）が与えられていることがわかる。なお、鉱物組織としての前記焼結鉱は、組織全体としての強度や被還元性が、単体鉱物の存在比率や空隙率、空隙構造によって異なる。例えば、Ａ_１組織やＡ_２組織の存在比率が強度σに大きく影響を及ぼす場合には、全体強度σをＡ_１とＡ_２存在比率の関数で表すことができる。下記（１）式において、Ｘ_１，Ｘ_２は、Ａ_１，Ａ_２の存在比率である。

また、Ａ_３組織…Ａ_ｎ組織の存在比率が被還元性rに大きく影響を及ぼす場合には、被還元性rを、下記式（２）に示すようなＡ_３とＡ_ｎ存在比率の関数で表すことができる。ここで、Ｘ_３，Ｘ_ｎはＡ_３，Ａ_ｎの存在比率である。

このように、単体の鉱物組織毎の物性データと、焼結鉱としての強度や被還元性の関係を事前にリスト化しておくことで、焼結鉱組織の存在比率に応じて、強度や被還元性を定量的に迅速に予測することができるようになる。

前述した定式化の方法は、任意の方法でもよく、例えば、重回帰分析により全ての鉱石組織（Ａ_１～Ａ_５）の影響を含めてもよいし、関係性の大きい変数を選択して定式化してもよい。また、鉱物組織以外にも、気孔量や気孔径分布指数といった情報を変数としたり、鉱物組織以外の操業影響を考慮して定式化してもよい。

さらに、鉱物組織の生成には、種々の原料条件、操業条件が関係しており、例えばヘマタイト組織に関しては、高温条件下では存在割合が低下することが知られている。これは、高温焼成過程でヘマタイトの一部がマグネタイトに変化したり、ＣａＯ源と反応してカルシウムフェライトに変化するためである。

また、マグネタイトについては、焼成温度が上がることでその存在比率が増加する。また、カルシウムフェライトについては、生成に適した温度が１２００～１３５０℃の範囲と云われており、この温度よりも高温条件下では二次ヘマタイトとシリケートスラグに分解する。したがって、カルシウムフェライトの存在比率は温度条件によって異なる。

さらに、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）については、その大小によって、生成するカルシウムフェライトライトの量が異なる。主要なＣａＯ源は石灰石、ＳｉＯ_２源は鉄鉱石であるが、混合状態が不良の場合、すなわち粉体同士がミクロ的に接触していない場合には、鉄鉱石の周囲は局所的に低塩基度となり、カルシウムフェライトの生成量が低下する。逆に、石灰石の周辺では高塩基度となり融液が生成しやすい条件となる。これらのことから、焼結鉱組織中のカルシウムフェライトが著しく低下している場合には、ＣａＯ源の偏析が疑われ、ドラムミキサーにおける混合状態の監視強化や、石灰石の水分管理強化といった操業アクション（石灰配合量の変更）となる。このようなアクションを、焼結鉱の化学分析値を元に実施するためには、多大なＮ数の分析を行う必要があり、現実的には難しい。しかし、鉱物組織を本発明のようにハイパースペクトルカメラを使うなどして直接観察することができれば、ミクロ的な成分のバラつきを簡便に検知することが可能となる。

以上説明したような本発明に係る方法によって、鉱物組織と温度条件、原料条件の関係を予め整理しておくことで、例えば、焼結鉱強度を低下させる原因となる組織が増加する場合には、熱量を低下させるために粉コークス配合量を低下させるなどの操業アクションを取ることが有効であることがわかる。逆に、品質を向上させる鉱物組織を選択的に増加させることを志向したアクションをとることも可能である。

そこで、以下に本発明の好ましい実施形態について説明する。
図４は、従来法に基づく焼結鉱の評価フローの図である。焼結機から排出された焼結鉱は、クラッシャーで粗粉砕された後、焼結機クーラーに導入され冷却される。その後、種々の篩目のスクリーンで整粒された後、高炉に送られる。ここで、一般的には、整粒後の焼結鉱の一部を採取できるよう、ベルト乗継部にサンプラーが設置されており、そのサンプラーで採取された焼結鉱は整粒され、落下および回転強度試験や、被還元性試験、還元粉化試験に廻されたのである。通常の操業では、焼結鉱強度は１～２時間に１回の頻度で測定されており、強度の基準を満たしていない場合には、熱量増加のアクションが取られる。ただし、このような従来法では、焼結鉱強度の変化に対して、その原因を早期に突き止めることには限界があった。即ち、従来方法の下では、投入熱量が適正かどうかを判断するために、焼結鉱中のＦｅＯ割合や排鉱部における焼結鉱の赤熱状態、主排ガス温度などの種々の操業パラメーターを総合的に判断する必要があったからである。

これに対し、図６は、本発明法に従って焼結鉱の品質を評価する場合のフローを示す。焼結機から排出された焼結鉱は、クラッシャーで粗粉砕した後にクーラーに導入して冷却される。これまでの基本的な処理方法は前記従来法と同じであるが、サンプラーで採取された焼結鉱の一部（サンプル）を、図１に示すように研磨して水平面を出した後は、ハイパースペクトルカメラで断面観察をする点において大きく異なる。

上述したような本発明方法に従って必要な操業アクションを施すに先立って、実機においてサンプル（焼結鉱）を採取するには、専用の箱型のサンプラーで採取する場合に限らず、手動で柄杓などを使ってベルトコンベア上から採取したものであってもよく、ベルトコンベア上を流れている焼結鉱を何らかの手段で採取する方法であってもよい。例えば、ロボットアームを用いて、ベルト上を流れる焼結鉱の一部を連続的に採取してもよいし、強度測定用に粒度選別された試料容器の中から、アームを使って連続的に選別採取してもよい。さらに、オペレーターの手で試料容器の中から採取し、それを定期的、連続的に実施する方法であってもよい。

実機焼結機における、従来法、比較法および発明法（本発明方法）を採用したときの効果を比較検討する。
（１）従来法については、図４に示すように、サンプラーで１時間毎に採取される焼結鉱のタンブラー強度値をもとにオペレーターが熱の大小を判断し、粉コークス配合率の添加アクションを行った。即ち、目標とするシャッター強度（以後、「目標値」と云う）に対して、採取された焼結鉱のタンブラー強度（以後、「測定値」と云う）の値が低い場合には、入熱量制御として、粉コークス配合率を増加させ、採取焼結鉱の強度が目標よりも高い場合には、粉コークス配合率を低下させるアクションをとった。粉コークス配合率のアクション幅は、０．５ｋｇ／ｔ－ｓずつ実施した。また、ＲＩ測定には時間がかかるため、採取した焼結鉱を保存しておき、オフラインで測定をした。

（２）また、比較法については、図５に示すように、サンプラーで採取された焼結鉱のタンブラー強度を測定したものと同じロットの焼結鉱を個別に採取し、水平断面のサンプルを作製したのち、ＣＣＤカメラを用いて断面観察を行った。

（３）次に、発明法については、図６に示す焼結鉱の評価フローに従い、サンプラーで採取された焼結鉱のタンブラー強度を測定したものと同じロットの焼結鉱を個別に採取し、水平断面のサンプルを作製したのち、ハイパースペクトルカメラを用いて断面観察を行った。その観察結果に基づき、以下のようなアクションを行った。

即ち、測定値が目標値よりも大きく、前記断面観察の結果、二次ヘマタイト量が増加し、さらに空隙率が低下していると判断された場合には、熱量過剰と判断し、粉コークス配合率を低下させた。一方、二次ヘマタイト量の増加、または空隙率が低下しているような、どちらかの一方の影響の場合には、アクションを一旦保留した。そして、二次ヘマタイト量も空隙率も変化がない場合には、１回分の操業アクションを見送った。この例では二次ヘマタイト量を観測したが、熱量の指標としてマグネタイト量を用いていもよい。

一方、測定値が目標値よりも小さく、前記断面観察の結果、カルシウムフェライト比率が低下し、さらに微細気孔が多い場合には熱量不足と判断し、粉コークス配合率を増加させた。なお、鉱石に含まれる結晶水は２５０～３００℃程度で脱水して多孔質化し、高温環境下では生成したカルシウムフェライト系融液との溶融同化反応により緻密な気孔は粗大な気孔へと統合されていた。このことから、微細気孔または粗大気孔の量は、焼結反応の進展度と関係があることがわかった。

また、カルシウムフェライトの低下または微細気孔量が増加しているような、どちらか一方の影響を受ける場合には、アクションを一旦保留した。なお、カルシウムフェライト量も微細気孔量も変化が無い場合については、１回分の操業アクションを見送った。

次に、図７は、従来法、比較法、発明法、それぞれの焼結鉱強度測定値のバラつきを示す。従来法では、シャッター強度のバラつきは１．４％程度であったのに対して、比較法では０．９６％、発明法では０．４５％程度となった。
なお、比較法については、シャッター強度だけではなく焼結鉱組織も同時に評価することで、過剰なアクションを抑え、強度値の安定化を図ることが可能となった。しかし、この方法では、カルシウムフェライトや二次ヘマタイトの判別に関しては、埋め込みサンプルの表面状態の違いなどにより定量性に欠けるところがあり、粉コークス配合率のアクションが過剰または過小となる場合があった。
これに対して、ハイパースペクトルカメラを用いた発明法にかかる方法では、組織の判別性は良好であり、焼結鉱毎のカルシウムフェライトや、二次ヘマタイト量のバラつきを精度よく判定することが可能であった。その結果、強度のバラつきを大きく低下させることができた。

次に、図８は、従来法、比較法、発明法それぞれの被還元性のバラつきについて示した。従来法では、被還元性のバラつきは３．０％程度であるのに対して、比較法では２．４％、発明法では１．５％程度となった。従来法については、ＲＩ分析値がその場ではわからないことに加え、焼結鉱組織の形態もわからないため、ＲＩに関する事前情報はない状態で操業した。結果として、バラつきが比較的大きくなった。また、比較法では、ＲＩ分析がその場ではわからないものの、光学顕微鏡観察を元に、二次ヘマタイト量、空隙率、カルシウムフェライトの量にしたがって、粉コークス配合率を調整した。このようなアクションは被還元性の極端な増加や低下を抑制するアクションでもある。

この実施例では、原料条件の変更に関して説明する。
焼結原料として、鉄鉱石ブレンディング粉に２ｍａｓｓ％の製鋼系スラグをヤードにて配合して実験を行った。該スラグ中にはＣａＯ化合物（ライムアルミネートと未滓化のＣａＯの混合物）が含まれるため、２時間おきに採取した焼結鉱の成分分析結果をもとに、塩基度が一定になるように、石灰石配合率を調整する操業を従来法とした。
これに対して、図６に示す本発明に従う方法については、１時間毎の焼結鉱中のカルシウムフェライト比率を測定し、カルシウムフェライト比率が少ない場合には、塩基度設定を超えない範囲で石灰石配合率を増加させ、カルシムフェライト比率が多くかつ塩基度も高い場合には、塩基度設定を下回らない範囲で石灰石配合率を低下させる操業を行った。

図９は、強度のバラつきに関する従来法と発明法との比較結果を示す。従来法では１．５％程度のバラつきに対して、発明法では０．６％程度のバラつきとなった。とくに従来法では、２時間毎の化学分析値をもとにＣａＯ濃度が一定となるようにアクションをっているため、カルシウムフェライトの量が変動していた。カルシウムフェライト量が低い場合には、得られる焼結鉱強度も低下し、カルシウムフェライト量が多い場合には、強度も向上したが、強度のバラつきが増加した。一方、発明法では、通常の２時間毎のアクションに対して、鉱物組織観察結果を元にした判断を１時間毎に行うことで、成分バラつき評価を迅速化でき、強度のバラつきの低下が得られた。

また、強度のバラツキについては、上述したヘマタイト、カルシウムフェライト、空隙以外の指標として、スラグやマグネタイトの組織量を用いてもよい。それは、焼結プロセスにおいて、粉コークス量を増加させると、ヘマタイト組織が減少し、マグネタイトが増加する。したがって、マグネタイト量を定量化することで、熱の大小を判断することができるからである。従来、マグネタイトの指標としてＦｅＯ濃度が用いられているが、ハイパースペクトルカメラによる方法では、より迅速にマグネタイト組織を定量化できる。また、カルシウムフェライト組織は、高温環境下ではスラグに分解する。したがって、スラグ量を定量化することで、熱の大小を判断することができる。さらに、スラグの生成は鉱石中の脈石賦存状態に影響されることから、原料中の脈石添加状態の良し悪しを判断することができる。

さらに、本発明法を用いた操業アクションの他の方法としては、粉コークス粒度の変更が挙げられる。焼結鉱組織中のカルシウムフェライトが少なく、スラグ量が多い場合、熱過剰になっている可能性が考えられる。このような場合には、焼結ベッド中で粗粒の粉コークスが焼結ベッド下層部に偏析し、粗大かつ緻密な焼結鉱が生成する場合がある。このような場合には、粉コークス粒度を低下させて、焼結ベッド上層部への偏析を促進させることが有効となる。

本発明方法を用いた操業アクションのさらに他の方法としては、粉コークス添加位置（内装造粒、外装造粒）の変更が挙げられる。粉コークスは鉱石原料と同様に貯鉱槽からドラムミキサーに切出され、均一造粒される場合（内装造粒）や、ドラムミキサーの後端から粒子の成長が進んだ場所に投射装入される場合（外装造粒）がある。前者のプロセスでは、コークスは擬似粒子の核になり付着粉層を有する擬似粒子となるか、擬似粒子中に埋没する。後者のプロセスでは、コークスは単体で存在するか、擬似粒子の付着粉層として存在する。焼結鉱中のカルシウムフェライト量が低下する場合には、熱過剰となっている場合があり、このような場合にはコークスを外装造粒することで、酸素との接触効率を高めて燃焼効率を改善し、低熱量での焼結が可能となる。

本発明法を用いた操業アクションのさらに他の方法としては、都市ガス吹込み量、酸素吹込み量の変更が挙げられる。焼結鉱中の１次ヘマタイトを残存させ、カルシウムフェライト量を最大化するためには、ヒートパターン（温度履歴）を制御することが重要となる。カルシウムフェライトの生成を促進させるためには、１２００℃～１３５０℃程度で適正時間保持するのがよく、粉コークス配合量を低減し、焼結機上方からの都市ガスおよび酸素吹込み量を制御することで、低温焼成が可能となる。ヒートパターンについては、粒度や水分や組成などの原料条件や操業条件によって異なるため、製造される焼結鉱組織をハイパースペクトルカメラで観察して、組織を定量化することは有効であり、より適正な操業アクションに寄与することができる。

本発明に従う前述のハイパースペクトルカメラを利用する技術は、鉱物組織、とくに焼結鉱組織の観察と、その観察結果に基づく情報を焼結機の操業に反映させながら焼結鉱を製造する方法だけに限らず、他の鉱物組織の観察やその結果に基づく製品の製造方法への応用が可能である。

Claims (6)

1. 鉄鉱石、副原料、雑原料および固体燃料を含有する粉状物質を配合してなる焼結配合原料に水分を添加して混合造粒し、得られた造粒物である擬似粒子を焼結して焼結鉱を製造する方法において、
   製造された焼結鉱をハイパースペクトルカメラを用いて観察し、その観察結果を焼結機の操業に反映させて操業条件を調整することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
2. 前記ハイパースペクトルカメラを用いた焼結鉱の観察は、製造された焼結鉱の強度ならびに被還元性のいずれかまたは両方であることを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
3. 前記ハイパースペクトルカメラを用いた焼結鉱の観察において、鉱物組織毎に予め準備しておく分光情報、強度および被還元性に基づき、製造された焼結鉱の強度と被還元性のいずれかまたは両方を予測し、その予測結果に基づき焼結機の操業条件を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の焼結鉱の製造方法。
4. 前記焼結鉱の観察は、製造された焼結鉱を採取し、研磨サンプルを作製した上で、そのサンプルをハイパースペクトルカメラを用いて観察することを特徴とする請求項１～３のいずれか１に記載の焼結鉱の製造方法。
5. 前記ハイパースペクトルカメラを用いた焼結鉱の観察は、ヘマタイト、マグネタイト、カルシウムフェライト、スラグ、空隙のうちの１つ以上の面積率の測定であることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１に記載の焼結鉱の製造方法。
6. 前記操業条件の調整は、粉コークス配合率、石灰源配合率、粉コークスの粒度、造粒原料中の粉コークス添加位置、都市ガス吹込み量および、酸素吹込み量のいずれか１以上の変更であることを特徴とする、請求項１～５のいずれか１に記載の焼結鉱の製造方法。

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