JP2548647B2 - 高ゲーサイト鉄鉱石を原料とする製鉄用焼結鉱の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高ゲーサイト鉄鉱石を
原料として高炉製銑法に用いる焼結鉱を製造する方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉製銑法の主要原料である焼結鉱は、
以下のようにして製造されるのが一般的である。まず、
約１０ｍｍ以下の鉄鉱石粉に石灰石、ドロマイト、転炉
スラグなどの含ＣａＯ副原料（ＣａＯ系副原料と呼
ぶ）、蛇紋岩、珪石、かんらん岩などの含ＳｉＯ₂ 副原
料（ＳｉＯ₂ 系副原料と呼ぶ）、およびコークス粉、無
煙炭などの炭材、さらに適量の水分を加えて混合、造粒
する。こうして擬似粒化した配合原料（擬似粒子）を火
格子移動式の焼結機パレット上に５００ｍｍ前後の高さ
に充填し、この充填ベッド表層部の炭材に点火する。下
方に向けて空気を吸引しながら炭材を燃焼させ、そのと
きに発生する燃焼熱によって配合原料を焼結したのち、
得られた焼結ケーキを破砕、整粒して３ないし５ｍｍ以
上の粒子を成品焼結鉱として高炉に装入する。なお、高
炉装入原料として不適当な粉の焼結鉱は返鉱と呼ばれ、
焼結鉱の原料として戻される。

【０００３】高炉を安定かつ高効率で操業するには高品
質の焼結鉱が要求され、冷間強度、被還元性、耐還元粉
化性などの品質が厳しく管理されている。また、焼結鉱
の製造コストの面から、歩留（成品焼結鉱／焼結ケー
キ）の高いことが要望されている。

【０００４】焼結鉱の原料である鉄鉱石は、従来、磁鉄
鉱（マグネタイト：Ｆｅ₃ Ｏ₄ が主成分）と赤鉄鉱（ヘ
マタイト：Ｆｅ₂ Ｏ₃ が主成分）を主体としたものであ
ったが、今後は世界の鉄鉱石の賦存状態から、ゲーサイ
ト（Ｆｅ₂ Ｏ₃ ・Ｈ₂ Ｏ）を多く含む鉄鉱石（以下高ゲ
ーサイト鉄鉱石と呼ぶ）の使用比率が増大することは間
違いないと考えられる。

【０００５】一方、発明者らが既に特願平３−１４６４
８１号にて詳述しているように、高ゲーサイト鉄鉱石は
焼結ベッド内で脱水して多孔質化し、歩留、強度、還元
性状を低下させるという問題を引き起こすため、使用量
を増やせないのが現状である。先に述べた今後の資源状
況からみると、高ゲーサイト鉄鉱石の多量使用に対する
焼結技術開発の意義は大きい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、高ゲーサ
イト鉄鉱石の中でも特に重量比〔結合水／ＳｉＯ₂ 〕が
１．２以上のものは焼結過程で多孔質化してカルシウム
フェライト系融液との同化が速くなり、焼結鉱の品質、
歩留および生産性の低下を引き起こすことを基礎研究結
果から明らかにした。その対策として、当該高ゲーサイ
ト鉄鉱石にＳｉＯ₂ 系副原料を当該副原料に由来するＳ
ｉＯ₂ に対して、重量比〔ＳｉＯ₂ ／鉄鉱石〕が０．０
０８以上となるように添加し、かつ返鉱を除く配合原料
中の重量比〔ＣａＯ／ＳｉＯ₂ 〕が０．８以上１．２以
下となるようにＣａＯ系副原料を添加して混合、調整
し、火格子移動式焼結機に装入して焼結する方法を開発
し、先に特願平３−１４６４８１号として出願してい
る。

【０００７】しかし、特願平３−１４６４８１号の方法
では、添加するＳｉＯ₂ 系副原料が多いほど効果が大き
いが、その添加量を増加させるとＳｉＯ₂ 系副原料の他
にＣａＯ系副原料も増やす必要があり、コストの上昇に
つながる。今後の鉱石事情を考えると高ゲーサイト鉄鉱
石の安価な焼結法の確立は極めて重要であり、本発明は
それにかなった高ゲーサイト鉄鉱石の焼結法を提供する
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、重量比〔結合
水／ＳｉＯ₂ 〕が１．２以上の高ゲーサイト鉄鉱石に、
ＳｉＯ₂ 系副原料を、当該副原料中の１ｍｍ以下の微粉
に由来するＳｉＯ₂ に対して、重量比〔ＳｉＯ₂ ／（１
ｍｍ以下の鉄鉱石）〕が０．００６以上となるように添
加し、かつ、返鉱を除く配合原料中の１ｍｍ以下の微粉
に対して、重量比〔ＣａＯ／ＳｉＯ₂ 〕が０．８以上
１．４以下となるように１ｍｍ以下のＣａＯ系副原料を
添加して、炭材と混合、造粒し、得られた造粒物を火格
子移動式焼結機のベッド全体に充填、あるいは他の配合
原料と混合しないようにベッド内に局所的に偏在させて
焼結させることを特徴とする高ゲーサイト鉄鉱石を原料
とする製鉄用焼結鉱の製造法である。

【０００９】

【作用】以下に、作用とともに本発明に至った経過につ
いて詳しく説明する。

【００１０】まず、重量比〔結合水／ＳｉＯ₂ 〕が１．
２以上の高ゲーサイト鉄鉱石を対象としたのは、特願平
３−１４６４８１号に従った。

【００１１】次に、副原料の低減には、融液の生成に関
与する粒度のものだけを配合することが最も効果的と考
え、通常の焼結鉱用の原料を使って副原料の粒度を変え
た焼結鍋実験を行い、融液生成に有効な粒度を求めるた
めに、焼結鉱の断面を研磨して副原料粒子の残留個数を
調査した。その結果、ＳｉＯ₂ 系副原料の融液化はさほ
ど速くなかった。最も遅い蛇紋岩では、１ｍｍ以下のと
きには未融液化の粒子は観察されなかったが、それを越
える粒度ではマグネタイトとシリケートに囲まれた蛇紋
岩粒子が観察された。勿論、粒度が荒いほどよく残って
いた。ＣａＯ系副原料はいずれもＳｉＯ₂ 系副原料より
も融液化が速く、２ｍｍ以下であれば未融液化の粒子は
見当らなかった。また、確認のために、高ゲーサイト鉄
鉱石の代表例である豪州産高ゲーサイト鉄鉱石Ａ（表１
参照）の単銘柄焼結実験で副原料の粒度を変えてみたと
ころ、やはり同様の結果を得た。これらのことから、最
も融液化の遅い場合の粒度を副原料の限界粒度とした。
その値は１ｍｍである。

【００１２】

【表１】

【００１３】続いて、初期融液生成部となる１ｍｍ以下
の微粉の適正組成およびＳｉＯ₂ 系副原料の必要添加量
を解明するために、上述の高ゲーサイト鉄鉱石Ａの単銘
柄焼結鍋試験を実施し、高ゲーサイト鉱石Ａを１５〜２
０％配合した今日のごく一般的な配合原料（表１の配合
条件による）の焼結結果と比較した。まず、新たにＳｉ
Ｏ₂ 系副原料を添加せずに、塩基度（ＣａＯ／Ｓｉ
Ｏ₂ ）を最近の一般的焼結鉱の塩基度である２から低下
させていくと、融液の流動性の低下のほかに融液量の減
少が起こって歩留が低下した（図１参照）。そこで、Ｓ
ｉＯ₂ 系副原料として蛇紋岩あるいは珪石を添加して検
討した。

【００１４】ここで、以下の実験を含む各原料は焼結工
場で現在使用中のものを用い、鉄鉱石については５ｍｍ
以下の粒度に統一した。なお、該鉄鉱石中の１ｍｍ以下
の割合は４６％であった。ＣａＯ系副原料は石灰石を用
いた。前述のＳｉＯ₂ 系副原料を含むこれら副原料は全
て１ｍｍ以下に粉砕して配合した。一方、炭材としては
コークス粉を使用し、その平均粒度は１．２ｍｍであっ
た。また、炭材の配合量は重量比〔炭材／他の原料〕
（乾燥基準）で０．０４一定とした。水分は６〜７％の
範囲に調整した。

【００１５】５０ｋｇ焼結鍋による実験結果を図１およ
び図２に示す。蛇紋岩と珪石とでは、ＳｉＯ₂ 系副原料
中の１ｍｍ以下の微粉に由来するＳｉＯ₂ に対して、重
量比〔ＳｉＯ₂ ／（１ｍｍ以下の鉄鉱石）〕（以後、Ｒ
ｓｉｏ₂ と呼ぶ）で整理すると結果に大きな違いがなか
った。

【００１６】まず、図１の高ゲーサイト鉄鉱石単銘柄焼
結試験結果から、ＳｉＯ₂ 系副原料を添加していくと、
歩留、生産率、落下強度指数（ＳＩ）はある塩基度（Ｃ
ａＯ／ＳｉＯ₂ ）で最大値を示し、ＪＩＳ被還元性（Ｒ
Ｉ）は高塩基度ほど、また還元粉化指数（ＲＤＩ）は低
塩基度ほど改善されることが分かる。これらの焼結評価
指標の値が基準原料での焼結試験の場合（同図中の２重
丸の値）以上に優れている塩基度条件を求めると、図１
に示したように０．８〜１．４の範囲となった。なお、
ここでいう塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ）とは、返鉱を除
く配合原料中の１ｍｍ以下の微粉に対する重量比〔Ｃａ
Ｏ／ＳｉＯ₂ 〕である（以下同様）。

【００１７】ＳｉＯ₂ 系副原料の必要添加量について調
べた結果が図２である。この図より、基準原料の場合と
同じ焼結結果を得るにはＲｓｉｏ₂ を少なくとも０．０
０６以上にする必要があることが判明した。

【００１８】また、上記の配合原料に返鉱を全原料中の
１０、２０、３０％となるように加えた試験も行った。
勿論焼結ケーキと同一組成の返鉱であれば図１及び図２
の関係は容易に得られる。また、通常原料時の成分値が
ＳｉＯ₂ ＝５．６％、ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ＝１．８６の返
鉱でも実験したが、返鉱は殆ど再溶解することがなく、
返鉱を除く配合原料について図１及び図２のごとくＲｓ
ｉｏ₂ およびＣａＯ／ＳｉＯ₂ で整理すると、それぞれ
図１および図２と同じ関係が得られることを確認した。

【００１９】なお、副原料の粒度は添加量低減の面から
全量１ｍｍ以下が望ましい。しかし、１ｍｍ以下の割合
が７０％以上であれば、その１ｍｍ以下の部分で評価し
たとき、全量１ｍｍ以下の副原料添加時に得られる結果
と同じになった。

【００２０】次に、上記の配合原料（以後、高ゲーサイ
ト鉄鉱石配合原料と呼ぶ）を焼結パレット上に他の焼結
用原料と混合しないように局所的に偏在させて装入し、
これを焼結することについて説明する。

【００２１】現実には、鉄鉱石の全量を〔結合水／Ｓｉ
Ｏ₂ 〕≧１．２の高ゲーサイト鉱石のみにすることは資
源的制約、価格の安定などから難しい。そこで、本発明
者らが先に特願平３−１４６４８１号で明らかにした、
図３に示すような、焼結ベッドの一部に高ゲーサイト鉄
鉱石配合原料を偏在させる焼結操業法の適用を検討し
た。本方法では、高ゲーサイト鉄鉱石配合原料のＣａＯ
／ＳｉＯ₂ は０．８〜１．４と、通常の焼結鉱のＣａＯ
／ＳｉＯ₂の１．６〜２．２に比較して低いので、高ゲ
ーサイト鉄鉱石配合原料以外の配合原料のＣａＯ／Ｓｉ
Ｏ₂ は通常の焼結鉱の塩基度よりも大きくすることにな
り、当該高ゲーサイト鉄鉱石配合原料以外の原料部の歩
留、生産性、品質も向上するという２次的効果も享受で
きる。なお、図３に示すような偏析状態の造り込みの手
段については、既に本発明者らが特開平１−３１６４２
７号公報で説明している。勿論、最近のスリットバー
式、整粒分散式などの大きな偏析度が可能な装入装置を
使用し、かつ高ゲーサイト鉄鉱石配合原料の擬似粒子を
大きく調製することによっても図３（ａ−２）の偏析状
態の造り込みは可能である。なお、図３においては、１
が高ゲーサイト鉄鉱石配合原料、２が他の配合原料を示
す。

【００２２】これらの検討結果から、後述の実施例に示
すように、いずれの偏析状態でも、すなわち高ゲーサイ
ト鉄鉱石配合原料を局所的に偏在させれば、高ゲーサイ
ト鉄鉱石配合原料だけで操業したときと同等以上の成績
が得られることを確認した。

【００２３】具体的には、まず現在使用されている原料
の中から、〔結合水／ＳｉＯ₂ 〕≧１．２の高ゲーサイ
ト鉱石、返鉱（無くてもよい）、ＣａＯ系副原料、Ｓｉ
Ｏ₂ 系副原料、並びに炭材を切り出すが、ＳｉＯ₂ 系副
原料は返鉱を除く配合原料についてＲｓｉｏ₂ が０．０
０６以上になるように、またＣａＯ系副原料は返鉱を除
く配合原料についてＣａＯ／ＳｉＯ₂ の重量比が０．８
以上１．４以下となるように調整する。水の添加、造粒
は通常の方法でよい。こうして得られた擬似粒子を特開
平１−３１６４２７号公報に示す各種の方法、あるいは
スリットバー式、整粒分散式などの装入装置によって焼
結機に装入して図３の偏析状態を形成する。その後の焼
成などは通常と同じ方法でよい。組成の異なる２種の焼
結鉱粒子が混合されて高炉に送られることになるが、既
存の焼結機が使用出来、かつ設備増強は少なくて大きな
効果が得られる利点がある。

【００２４】

【実施例】以下に実施例を示して本発明の効果を説明す
る。

【００２５】実施例１ 表２は、表１の基準原料でコークスのみを３．４％と
し、原料の配合比率は変えずに実機で焼結したときの成
績であり、表３、表４は高ゲーサイト鉄鉱石単銘柄（操
業１、操業２）、２種混合（操業３）並びに３種混合か
つ返鉱配合（操業４）の場合の焼結結果の例である。

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】

【表４】

【００２９】これらの結果、高ゲーサイト鉄鉱石だけで
も通常の歩留、生産性、品質と同一あるいはそれ以上の
良好な結果が得られた。なお、数銘柄の高ゲーサイト鉄
鉱石を混合してもよいことは言うまでもない。

【００３０】また、ＣａＯ系副原料として生石灰、ドロ
マイト粉あるいは転炉スラグなども使用したが、石灰石
の場合と同じ効果が認められ、ＳｉＯ₂ 系副原料として
Ｎｉ電気スラグを配合しても効果は変わらなかった。

【００３１】実施例２ 表５、表６は、図３（ａ−２）の偏析を２段装入装置に
よって実現させた場合の結果である。同表には偏析させ
ない従来法による通常操業の場合の結果を併記した。本
発明法が効果の大きいことは明瞭である。なお、上層と
下層を入れ替えて図３（ａ−１）の偏析も試験した。品
質は変わらず、図３（ａ−２）に対して歩留が０．６％
低下したが、通常操業よりはるかに優れていた。

【００３２】

【表５】

【００３３】

【表６】

【００３４】実施例３ 図３（ｂ−１）および（ｂ−２）の偏析を焼結機装入ホ
ッパー内に仕切板を入れて実現した。結果の一例を表７
に示す。原料は表２に焼結結果を示した基準原料（表１
の配合でコークスのみ３．４％）と同一である。この基
準原料から豪州産高ゲーサイト鉄鉱石Ａと蛇紋岩、石灰
石、コークスを取り出して偏析させたのが操業１であ
り、鉄鉱石Ａだけでなくブラジル産高ゲーサイト鉄鉱石
Ｄも取りだして偏析させたのが操業２である。焼結操業
結果は表２の基準の結果に比較して向上している。

【００３５】

【表７】

【００３６】実施例４ 高ゲーサイト鉄鉱石配合原料を造粒後、搬送ベルト上で
他の配合原料の擬似粒子層の上に乗せ、図３の（ｃ）の
偏析状態を実現させた。原料は実施例２の表５の操業１
と同じである。結果を表８に示す。歩留、生産性、品質
の改善効果は実施例２の表５に比較すれば劣るが、表２
よりも優れており、効果は明瞭に現れている。

【００３７】

【表８】

【００３８】実施例５ 平均粒度３．１ｍｍの豪州産高ゲーサイト鉄鉱石Ａを使
用し、整粒分散式装入装置で図３（ａ−２）のように偏
析させた場合の結果を表９に示す。原料配合は表２の結
果を得た基準原料（表１でコークスのみ３．４％）であ
る。歩留、生産性、およびＲＤＩ改善効果が大きい。

【００３９】

【表９】

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、これま
で焼結鉱の歩留、生産性、品質が低下するために問題と
されてきた高ゲーサイト鉱石を多量に使用して、従来と
同様あるいはそれ以上の成績を得ることが可能になる。
また、鉄鉱石中に占める高ゲーサイト鉱石の割合が山元
での事情、配船状況などによって変わっても十分対応で
き、その割合は数％から１００％までの広い範囲で高品
質の焼結鉱が製造できる。さらに、副原料をすべて融液
化できるため、その使用量を少なくできる経済的効果も
ある。今後は、従来の良質なヘマタイト鉱石は枯渇し、
高ゲーサイト鉱石に移行していくことは自明であり、本
発明によればその資源の劣質化に低コストで対応が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】高ゲーサイト鉄鉱石単銘柄の焼結鍋実験結果
で、１ｍｍ以下の副原料を使用したときの返鉱を除く配
合原料中の１ｍｍ以下の微粉における重量比〔ＣａＯ／
ＳｉＯ₂ 〕と焼結鉱の歩留、生産率、品質との関係図で
ある。

【図２】高ゲーサイト鉄鉱石単銘柄の焼結鍋実験結果
で、１ｍｍ以下の副原料を使用したときのＳｉＯ₂ 系副
原料に由来するＳｉＯ₂ による重量比〔ＳｉＯ₂ ／（１
ｍｍ以下の鉄鉱石）〕と焼結鉱の歩留、生産率、品質と
の関係図である。

【図３】焼結ベッド断面における高ゲーサイト鉄鉱石配
合原料の偏析状態を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１ 高ゲーサイト鉄鉱石配合原料 ２ 他の配合原料

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量比〔結合水／ＳｉＯ₂ 〕が１．２以
   上の高ゲーサイト鉄鉱石に、ＳｉＯ₂ 系副原料を、当該
   副原料中の１ｍｍ以下の微粉に由来するＳｉＯ₂ に対し
   て、重量比〔ＳｉＯ₂ ／（１ｍｍ以下の鉄鉱石）〕が
   ０．００６以上となるように添加し、かつ、返鉱を除く
   配合原料中の１ｍｍ以下の微粉に対して、重量比〔Ｃａ
   Ｏ／ＳｉＯ₂ 〕が０．８以上１．４以下となるように１
   ｍｍ以下のＣａＯ系副原料を添加して、炭材と混合、造
   粒し、得られた造粒物を火格子移動式焼結機のベッド全
   体に充填装入して焼結させることを特徴とする高ゲーサ
   イト鉄鉱石を原料とする製鉄用焼結鉱の製造法。
2. 【請求項２】 重量比〔結合水／ＳｉＯ₂ 〕が１．２以
   上の高ゲーサイト鉄鉱石に、ＳｉＯ₂ 系副原料を、当該
   副原料中の１ｍｍ以下の微粉に由来するＳｉＯ₂ に対し
   て、重量比〔ＳｉＯ₂ ／（１ｍｍ以下の鉄鉱石）〕が
   ０．００６以上となるように添加し、かつ、返鉱を除く
   配合原料中の１ｍｍ以下の微粉に対して、重量比〔Ｃａ
   Ｏ／ＳｉＯ₂ 〕が０．８以上１．４以下となるように１
   ｍｍ以下のＣａＯ系副原料を添加して、炭材と混合、造
   粒し、得られた造粒物を他の配合原料と混合しないよう
   に火格子移動式焼結機のベッド内に局所的に偏在装入し
   て焼結させることを特徴とする高ゲーサイト鉄鉱石を原
   料とする製鉄用焼結鉱の製造法。