JP3656632B2 - 焼結用擬似粒子原料および焼結用擬似粒子原料の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下方吸引のドワイトロイド式焼結機を用いて高炉用焼結鉱を製造する際に用いる焼結用擬似粒子原料および焼結用擬似粒子原料の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉用原料として用いられる焼結鉱は、一般的に次のような焼結原料の処理方法を経て製造されている。図１６に示すように、まず、粒径が10mm以下の鉄鉱石、粒径が10mm以下の珪石、蛇紋岩または、ニッケルスラグなどからなるSiO2含有原料、粉状のCaO を含有する石灰石系粉原料および粉状のコークスまたは、無煙炭などの熱源となる固体燃料系粉原料をドラムミキサーを用いて、これに適当量の水分を添加して混合、造粒して擬似粒子と呼ばれる造粒物を形成する。
【０００３】
この造粒物からなる配合原料は、ドワイトロイド式焼結機のパレット上に適当な厚さ500 〜700mm になるように装入して表層部の固体燃料に着火し、着火後は下方に向けて空気を吸引しながら固体燃料を燃焼させ、その燃焼熱によって配合した焼結原料を焼結させて焼結ケーキとする。この焼結ケーキは破砕、整粒され、一定の粒径以上の焼結鉱を得る一方、それ未満の粒径を有するものは返鉱となり、焼結原料として再使用される。
【０００４】
このように製造された成品焼結鉱の被還元性は、従来から指摘されているように、とくに高炉の操業を大きく左右する因子となる。通常、焼結鉱の被還元性はJIS M8713(ＪＩＳ：Japanese Industrial Standard,以下ＪＩＳと称す)で定義されており、ここでは、焼結鉱の被還元性をJIS-RIと記す。図８に示すように、焼結鉱の被還元性（JIS-RI）と高炉でのガス利用率（ηco）との間には正の相関があり、また、図９に示すように、高炉でのガス利用率（ηco）と燃料比との間には負の相関がある。このため、焼結鉱の被還元性（JIS-RI）は、高炉でのガス利用率（ηco）を介して燃料比と良好な負の相関があり、焼結鉱の被還元性を向上させると、高炉での燃料比は低下する。なお、ここで、ガス利用率（ηco）と燃料比は、下記のとおり定義される。
【０００５】
ηco=CO2(%)/(CO(%)+CO2(%)) なお、CO2(%)、CO(%)は、いずれも高炉の炉頂ガス中の体積％である。
【０００６】
さらに、製造された成品焼結鉱の冷間強度も高炉での通気性を確保する上で重要な因子であり、各々の高炉では、冷間強度の下限基準を設けて、操業を行っている。したがって、高炉にとって望ましい焼結鉱とは、被還元性に優れ、冷間強度が高いものであると言える。表１に焼結鉱を形成する主要鉱物組織であるカルシウムフェライト(CF):nCaO・Fe2O3、ヘマタイト（He） : Fe2O3、FeOを含有するカルシウムシリケート(CS):CaO・ xFeO ・y SiO2 、マグネタイト(Mg):Fe3O4の４つの被還元性、引張強度を示す。
【０００７】
【表１】
【０００８】
表１に示すように、被還元性の高いものはヘマタイト（He） であり、引張強度の高いものはカルシウムフェライト(CF)である。なお、引張強度は、円盤形の鉱石試験片を作成し、圧裂引張試験方法（radial compression testまたは、Brazilian test）で規定された方法で測定した。 本発明者が目的とする、望ましい焼結組織とは、図５に示すように、塊表面に強度の高いカルシウムフェライト(CF)を、塊内部に向かっては被還元性の高いヘマタイト（He) を選択的に生成させたものであり、被還元性や強度が低いFeOを含有するカルシウムシリケート(CS)は可能な限り生成させないようにすべきである。しかし、従来は、ほとんどの焼結機において、前述のように、鉄鉱石、SiO2含有原料、石灰石系粉原料、固体燃料系粉原料を同時に混合しているため、図６に示すように、擬似粒子構造では粗粒の核鉱石の周囲に粉鉱石、石灰、コークスが混在しており、焼結により得られた焼結鉱構造ではヘマタイト（He) 、カルシウムフェライト(CF)、FeOを含有するカルシウムシリケート(CS)、マグネタイト(Mg)の４つの鉱物組織が混在することになる。
【０００９】
そこで、これまでにカルシウムフェライト(CF)とヘマタイト（He） を多く生成する方法が試みられてきた。例えば、FeOを含有するカルシウムシリケート(CS)は高温で焼結した場合に多く生成することから、特開平63-149331 号公報では粉状の鉄鉱石にバインダや石灰石を加えて造粒した後に、熱源である粉コークスを表面に被覆することでコークスの燃焼性を改善し、低温で焼結させて被還元性を向上する技術が提案されている。
【００１０】
しかしながら、前記特開平63-149331 号公報に提案された従来方法では、CaO と鉄系原料中のSiO2やSiO2系原料が近接しているため、どうしてもFeOを含有するカルシウムシリケート(CS)が多く生成してしまい、カルシウムフェライト(CF)とヘマタイト（He） を主体とする構造には必ずしもならない場合も多かった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来の問題点を解決するため、焼結鉱を製造するプロセスの事前処理として膨大な設備を必要とせず、鉄鉱石とSiO2含有原料を、石灰石系粉原料と固体燃料系原料から分離して段階的に擬似粒子にすることにより、塊表面には強度の高いカルシウムフェライト(CF)を、一方、塊内部に向かっては被還元性の高いヘマタイト（He） を選択的に生成させた構造の焼結鉱を製造し、冷間強度を向上させ、かつ、焼結鉱の被還元性を改善することができる焼結用擬似粒子原料および焼結用擬似粒子原料の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための第１の発明は、高炉用焼結鉱を製造する焼結用擬似粒子原料として、粗粒の鉄鉱石を核とする第一層を有し、その第一層の外表面を覆うように、石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を含まずかつ前記粗粒の鉄鉱石よりも細粒の鉄鉱石および SiO 2 含有原料を付着させた第二層を有するとともに、さらに第三層目以降として石灰石系粉原料および固体燃料系粉原料を付着させたことを特徴とする焼結用擬似粒子原料である。
【００１５】
また、第２の発明は、高炉用焼結鉱を製造する焼結用擬似粒子原料として、平均粒径が２ｍｍ以上の粗粒の鉄鉱石を核とする第一層を有し、その第一層の外表面を覆うように石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を含まない平均粒径が２ｍｍ未満の細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料を付着させた第二層を有するとともに、さらに第三層目以降として石灰石系粉原料および固体燃料系粉原料を付着させたことを特徴とする焼結用擬似粒子原料である。
【００１６】
また、第３の発明は、第２の発明において、前記第三層が石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料との混合層であることを特徴とする焼結用擬似粒子原料である。
【００１７】
また、第４の発明は、第２の発明において、前記第三層が石灰石系粉原料層であり、その石灰石系粉原料層の外層部に固体燃料系粉原料の付着層を備えることを特徴とする焼結用擬似粒子原料である。
【００１９】
また、第５の発明は、下方吸引のドワイトロイド式焼結機を用いて高炉用焼結鉱を製造するプロセスの事前処理として、鉄鉱石、SiO2含有原料、石灰石系粉原料および固体燃料系粉原料からなる焼結原料を造粒するに際し、粗粒の鉄鉱石を核として、その周囲に、石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を含まずかつ前記粗粒の鉄鉱石よりも細粒の鉄鉱石およびSiO2含有原料を付着させて第二層目を造粒した後に、さらに第三層目以降として上に石灰石系粉原料と熱源となる固体燃料系紺原料を付着させて造粒し、三層以上の被覆の擬似粒子を形成することを特徴とする焼結用擬似粒子原料の製造方法である。
【００２０】
また、第６の発明は、下方吸引のドワイトロイド式焼結機を用いて高炉用焼結鉱を製造するプロセスの事前処理として、鉄鉱石、SiO2含有原料、石灰石系粉原料および固体燃料系粉原料からなる焼結原料を造粒するに際し、平均粒径が２ｍｍ以上の粗粒の鉄鉱石を核として、その周囲に石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を含まない平均粒径が２ｍｍ未満の細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料を付着させて第二層目を造粒した後に、さらに第三層目以降として上に石灰石系粉原料と熱源となる固体燃料系粉原料を付着させて造粒し三層以上の被覆の擬似粒子を形成することを特徴とする焼結用擬似粒子原料の製造方法である。
【００２１】
また、第７の発明は、第６の発明において、前記第三層目に石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料との混合粉を付着させて造粒し三層被覆の擬似粒子を形成することを特徴とする焼結用擬似粒子原料の製造方法である。
【００２２】
また、第８の発明は、第６の発明において、前記第三層目として石灰石系粉原料を付着した後、さらにその石灰石系粉原料層の外層部に固体燃料系粉原料を付着させて造粒し、四層被覆の擬似粒子を形成することを特徴とする焼結用擬似粒子原料の製造方法である。
【００２３】
また、第９の発明は、第６〜８の発明において、前記粗粒の鉄鉱石と前記細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料とを別途に設けた造粒機に装入し、該造粒機により粗粒の鉄鉱石を核として、その周囲に細粒の燒結原料を付着させて造粒した後に、これを石灰石系粉原料と熱源となる固体燃料系粉原料をミキサーに装入して造粒することを特徴とする焼結用擬似粒子原料の製造方法である。
【００２４】
また、第10の発明は、第６〜８の発明において、前記粗粒の鉄鉱石と前記細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料とをミキサーの先端部に装入し、前記粗粒の鉄鉱石を核として、その周囲に前記細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料を付着させて造粒しつつ、該ミキサーの後端部から石灰石系粉原料と熱源となる固体燃料系粉原料とを装入して造粒することを特徴とする焼結用擬似粒子原料の製造方法である。
【００２５】
また、第11の発明は、第６〜８の発明において、前記粗粒の鉄鉱石と前記細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料とを複数ミキサーの先端側ミキサーから装入し、前記粗粒の鉄鉱石を核として、その周囲に前記細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料を付着させて造粒しつつ、該複数ミキサーの最後尾のミキサーの先端部あるいは後端部から石灰石系粉原料と熱源となる固体燃料系粉原料とを装入して造粒することを特徴とする焼結用擬似粒子原料の製造方法である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を完成するに至った経緯および本発明の具体的な実施の態様を図面に基づき詳細に説明する。
【００２７】
本発明者らは、種々の検討を重ねた結果、図７に示すように、SiO2を多く含有する鉄鉱石やSiO2含有原料を、石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料から分離して擬似粒子を製造することでCaO とSiO2の反応を遅らせ、被還元性が悪く、冷間強度も低いFeOを含有するカルシウムシリケート(CS)の生成を抑制する。これにより燒結鉱表面に強度の高いカルシウムフェライト(CF)を、燒結鉱内部に向かっては被還元性の高いヘマタイト（He) を選択的に生成させた焼結鉱が形成されることを見出した。この場合、焼結鉱の冷間強度低下が懸念されたが、石灰石系粉原料と鉄鉱石の界面で生成したカルシウムフェライト(CF)系融液は粘度が低く、鉄鉱石の周囲を瞬時のうちに覆うため十分な冷間強度を有する。
【００２８】
上記条件を満たす高炉用焼結鉱を製造する焼結用擬似粒子原料としては、平均粒径が２ｍｍ以上の粗粒の鉄鉱石を核鉱石とする第一層を有し、その周囲に石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を除いた平均粒径が２ｍｍ未満の細粒の焼結原料系粉原料を付着させた第二層を有することで、CaO とSiO2の反応を遅らせ、被還元性が悪く、冷間強度も低いFeOを含有するカルシウムシリケート(CS)の生成を抑制する。すなわち、鉄鉱石やSiO2含有原料を、石灰石系粉原料から分離した、石灰石のない状態で焼結用擬似粒子原料を製造することで達成する。そして、第二層の外表面を覆う第三層である石灰石系粉原料層により、石灰石系粉原料と鉄鉱石の界面でカルシウムフェライト(CF)系融液を生成させ、鉄鉱石の周囲を覆うことにより、十分な冷間強度を発揮させるのである。この焼結用擬似粒子原料により、前記したごとく塊表面に強度の高いカルシウムフェライト(CF)を、塊内部に向かっては被還元性の高いヘマタイト（He) を選択的に生成させた焼結鉱が形成されることになる。
【００２９】
なお、前記第三層となる石灰石系粉原料層は、石灰石系粉原料層のみ、または石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料との混合層であってもかまわない。第三層中に含まれる石灰石分により、塊表面に強度の高いカルシウムフェライト(CF)が形成できることになるからである。なお、第三層が石灰石系粉原料層のみの場合は、第四層として固体燃料系粉原料層が必要である。本発明で使用する平均粒径は、顕微鏡観察による画像解析法により個々の粒子の投影面積円相当径（Heywood径）を求め、それを算術平均したものである。
【００３０】
次ぎに核となる粗粒の鉄鉱石の平均粒径の限定理由を以下に述べる。
【００３１】
本発明の特徴は、石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を含まない第一、第二層を有して、石灰石と反応しない未溶融の鉄鉱石（残留元鉱）の量を増加させることにある。
【００３２】
そこで、発明者等は、図１７のように、鉄鉱石のタフ゛レット（Tablet Fe2O3）の上に、石灰石（CaO）のタフ゛レット（Tablet CaO）を乗せ、所定温度で反応させた後、鉄鉱石のタフ゛レットが溶融した長さ（溶融深度）を測定した。
【００３３】
その結果、溶融深度（ｘ）は、（１）式のように表されることを見出した。
ｘ＝２φ・ΔＣａＯ・Ｄ 1/2・ｔ1/2/(π1/2・ρ)
ここで，Ｄ：Ｃａの拡散係数（cm2/s）
ρ：反応層の密度(mol/cm3)
ΔＣａＯ：ＣａＯ濃度勾配(mol/cm3)
ｔ：反応時間（ｓ）
図１８に、通常の鉄鉱石である気孔率１５％の鉄鉱石を用いた、溶融深度と反応時間との関係を示す。
【００３４】
これより、実機焼結プロセスにおいて、想定される焼結過程の加熱条件である1250℃に３６０秒程度保持される条件で考えた場合、鉄鉱石の平均粒径が少なくとも２ｍｍ以上、最高温度条件である1300℃では、好ましくは３ｍｍ以上は無いと、鉄鉱石の未溶融部分が残らないことが分かる。
【００３５】
したがって、本発明では核となる粗粒の鉄鉱石の平均粒径は、２ｍｍ以上とするものである。そして、この核となる鉱石の外層には第二層が形成されて粒径は大きくなり、第一、第二層により、未溶融の鉄鉱石（残留元鉱）の量が確保される。これにより、前記したごとく、CaO とSiO2の反応を遅らせ、被還元性が悪く、冷間強度も低いFeOを含有するカルシウムシリケート(CS)の生成を抑制する。
また、図１９に、高結晶水鉱石である気孔率３５％の鉄鉱石を用いた、溶融深度と反応時間との関係を示す。高結晶水鉱石を核鉱石として使用する場合は平均粒径４ｍｍ以上の鉄鉱石粒径とすることにより、本発明が実施できる。
【００３６】
なお、核となる鉱石の平均粒径を２ｍｍ以上とするため、擬似粒子化による第二層は核鉱石よりも小さな平均粒径である２ｍｍ未満の細粒で石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を除いた焼結原料系粉原料で構成する。
【００３７】
図１は本発明の望ましい擬似粒子構造を製造するための造粒フロー例（方法Ａ）を示す。本発明の（方法Ａ）では、例えばSiO2を0.5 〜5.0%程度含有し平均粒径が２mm以上である粗粒の鉄鉱石１と、SiO2を0.5 〜5.0 % 程度含有し平均粒径が２mm未満、例えば0.1 〜1.0 mm程度である細粒のSiO2含有原料２（鉄鉱石、珪石、蛇紋岩、Niスラグ等）とを別途の造粒機６により、粗粒の鉄鉱石１を核としてその周囲に細粒のSiO2含有原料２を付着させて予備造粒する。その後、さらに石灰石系粉原料３、または石灰石系粉原料３と熱源となる固体燃料系粉原料４（コークス、無煙炭等）を添加してドラムミキサー５で混合、造粒する。
【００３８】
また、図２は、別の本発明の望ましい擬似粒子構造を製造するための造粒フロー例（方法Ｂ）を示す。本発明の（方法Ｂ）では、粗粒の鉄鉱石１と細粒のSiO2含有原料２（細粒の鉄鉱石、珪石、蛇紋岩、Niスラグ等）とをドラムミキサー５の先端部から添加して擬似粒子を形成しつつ、ドラムミキサー５の後端部から石灰石系粉原料３、または石灰石系粉原料３と固体燃料系粉原料４（コークス、無煙炭など）とを添加して混合、造粒する。 また、図３は、別の本発明の望ましい擬似粒子構造を製造するための造粒フロー例（方法Ｃ）を示す。本発明の（方法Ｃ）では、ドラミミキサーを複数の構成（本例では２組）として、粗粒の鉄鉱石１と細粒の鉄鉱石およびSiO2含有原料２（細粒の珪石、蛇紋岩、Niスラグ等）とを先端側のドラムミキサー５の先端部から添加して擬似粒子を形成しつつ、最尾端側のドラムミキサー５‘の破線で示す先端部から、あるいは実線で示すように後端部から石灰石系粉原料３、または石灰石系粉原料３と固体燃料系粉原料４（コークス、無煙炭など）とを添加して混合、造粒する。 石灰石系粉原料３のみを添加した場合は、その後、固体燃料系粉原料４（コークス、無煙炭等）を添加して混合し、第四層を造粒すればよい。石灰石系粉原料３および固体燃料系粉原料４は、平均粒径が０．５ｍｍ以下、好ましくは０．２５ｍｍ以下とすることにより第二層に付着しやすくなり、その外表面を覆うことができる。
【００３９】
本発明の（方法Ａ）（方法Ｂ）または（方法Ｃ）によれば、粗粒の鉄鉱石１を核として、その周囲に細粒の鉄鉱石やSiO2含有原料２が付着し、さらにその周囲に石灰石系粉原料３と熱源である固体燃料系粉原料４（粉コークス）を付着させることができ、三層以上に被覆造粒された擬似粒子となる。これにより、擬似粒子からなる焼結原料の焼結過程でCaO とSiO2の反応が遅れ、冷間強度の低いカルシウムシリケート(CS)の生成が抑制され、塊表面に強度の高いカルシウムフェライト(CF)を、塊内部に向かっては被還元性の高いヘマタイト（He) が選択的に生成され、微細気孔が多く、被還元性に優れ冷間強度の高い焼結鉱が安定して製造可能になる。
【００４０】
また、本発明者らは、焼結原料全体への本発明の焼結用擬似粒子原料の含有割合を変化させた場合の焼結鉱製造実験を行ない、その実験で得られた焼結鉱の被還元性を測定した。その結果の一例を図２０に示す。
【００４１】
これより、本発明の焼結用擬似粒子原料が焼結原料全体の20％以上を占めることになれば、従来焼結鉱より被還元性を向上させる効果を発揮することが分かる。
【００４２】
したがって、焼結操業において焼結原料の中に本発明の擬似粒子原料の存在を20％以上確保して焼結鉱の製造を行うことが被還元性向上に必要で、被還元性７０％とする場合は、全焼結原料中の本発明になる焼結用擬似粒子原料の含有割合を好ましくは50％以上確保して焼結鉱を製造すれは良い。
【００４３】
この本発明になる焼結用擬似粒子原料の含有割合は、以下のようにして調整できる。
【００４４】
（１）従来の造粒法による焼結原料中に別途製造した本発明の焼結用擬似粒子原料を必要な含有割合になるように添加すること。
【００４５】
（２）ドラムミキサーによる焼結用擬似粒子原料の製造では、石灰石系原料の添加時期を調整することにより必要な含有割合に調整することができる。
【００４６】
たとえば、ドラムミキサーでの添加時期を早めれば本発明の焼結用擬似粒子原料の含有割合は低くなり、石灰石系原料の添加時期をドラムミキサーによる造粒末期にすれば本発明の焼結用擬似粒子原料の含有割合を高くすることができる。
【００４７】
これにより、所望の被還元性を持ち反応性のより優れた焼結鉱を得ることができる。
【００４８】
【実施例】
表２に示す配合割合の焼結原料を用いて、本発明の図１に示す（方法Ａ）にて造粒した擬似粒子をドワイトロイド焼結機に輸送し、パレット上に装入した。比較のため鉄鉱石、SiO2含有原料、石灰石系粉原料、コークス粉を同時に混合する処理方法にて造粒した擬似粒子をドワイトロイド焼結機に輸送し、パレット上に装入する操業を行った。
【００４９】
その後、パレット上で焼結を行い、鉱物組成、比表面積、被還元性を測定した。本発明法、従来法での結果を表３に示した。
【００５０】
【表２】
【００５１】
【表３】
【００５２】
表３に示すように、本発明の図１に示す（方法Ａ）を採用することで、鉱物組織では被還元性の高いヘマタイト（He）が増加し、被還元性の低いカルシウムシリケート(CS)が減少し、また、ヘマタイト（He）に由来する微細気孔の増加によって比表面積も増加し、従来法に比べて被還元性は15％向上した。なお、ここで、比表面積は、
Ｂｅｔ法で、被還元性は、JIS M 8713に準拠して測定した。
【００５３】
また、本発明の図２に示す（方法Ｂ）を用いて製造した擬似粒子を同様に、ドワイトロイド焼結機に輸送し、パレット上に装入した。その後、焼結を行い、生産率、シャッター強度（冷間強度、ＪＩＳ Ｍ８７１１に準拠して測定）、被還元性を測定した。その結果、図４に示すように、本発明の図２に示す（方法Ｂ）では、従来法に比較して被還元性JIS-RIで約８％の増加と生産率で約 0.19t/hr ・m2の向上が得られ、シャッター強度は0.4 ％と増加が見られた。
【００５４】
また、表２に示す配合割合の焼結原料を用いて、本発明の３に示す（方法Ｃ）にて造粒した擬似粒子をドワイトロイド焼結機に輸送し、パレット上に装入した。比較のため鉄系原料、SiO2含有原料、石灰石系粉原料、コークス粉を同時に混合する処理方法にて造粒した擬似粒子をドワイトロイド焼結機に輸送し、パレット上に装入する操業を行った。
【００５５】
その後、焼結を行い、生産率、シャッター強度（冷間強度、ＪＩＳ Ｍ８７１１に準拠して測定）、被還元性を測定した。その結果、図１５に示すように、本発明の図３に示す（方法Ｃ）で尾端側のドラムミキサーの後端部から石灰石系粉原料３と熱源となる固体燃料系粉原料４（コークス、無煙炭等）を添加した時、従来法に比較して被還元性JIS-RIで約１０％の増加と生産率で約 0.19t/hr ・m2の向上が得られ、シャッター強度は0.８ ％と増加が見られた。また、図１４に、本発明法により製造された焼結鉱の気孔径分布を従来法と比較して示す。気孔径分布は、水銀ポロシメーターによる水銀圧入方式で求めた。本発明法により製造された焼結鉱は、還元ガスの流路となる１μｍ以下の微細気孔部分が増加しており、被還元性の改善に適した気孔構造になっている。
【００５６】
図１０に粗粒の鉄鉱石を核鉱石として、その周囲に細粒のSiO2含有原料を付着させ、さらにその外側に石灰石と熱源である粉コークスを付着させる三層被覆の本発明法による擬似粒子と石灰石を擬似粒子内で均一に混合した従来法による擬似粒子の構造を比較して示した。
【００５７】
これにより、本発明法による擬似粒子は、石灰石を外装化しているため、従来法よりも表面が赤白くなっていた。本発明法による擬似粒子が、表面に石灰石が付着しているかどうかを確認するために、擬似粒子を切断した断面を電子線マイクロアナライザー（EPMA) にてCaとFeの分布を調査した結果を図１１に示す。これにより、本発明法による擬似粒子は、表面に石灰石が確実にコーテングされていることが確認できた。
【００５８】
本発明法および従来法による擬似粒子の焼結体の断面をEPMAにより測定した結果を図１２に示す。本発明法により石灰石を外装化することで、前記図５に示すような塊表面に強度の高いカルシウムフェライト(CF)を、塊内部に向かっては被還元性の高いヘマタイト（He) を選択的に生成させた焼結構造が得られることが確認できた。図１３にその焼結体の外観を示す。これにより従来法では焼結体が団子状になるのに対し、本発明の特徴は、焼結体がブドウの房状に接合することが分かった。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の焼結原料の処理方法によれば、焼結原料をミキサーで混合して造粒するに際し、粗粒の鉄鉱石を核鉱石として、その周囲に石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を含まない細粒の鉄鉱石やSiO2含有原料を付着させた後に、石灰石系粉原料と熱源である固体燃料系粉原料を付着させる。このため、ドワイトロイド焼結機による焼結過程で、冷間強度の低いカルシウムシリケート(CS)の生成が抑制され、塊表面に強度の高いカルシウムフェライト(CF)を、塊内部に向かっては被還元性の高いヘマタイト（He） が選択的に生成され、微細気孔が多く、被還元性に優れ冷間強度の高い焼結鉱が生産性よく製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例に係る焼結原料の混合、造粒処理を行うフロー図（方法Ａ）である。
【図２】本発明例に係る他の焼結原料の混合、造粒処理を行うフロー図（方法Ｂ）である。
【図３】本発明例に係る他の焼結原料の混合、造粒処理を行うフロー図（方法Ｃ）である。
【図４】本発明法と従来法とにより焼結原料を処理した場合における焼結鉱の被還元性JIS-RI（％）、生産率(t/hr ・m2) 、シャッター強度（％）を比較して示すグラフである。
【図５】本発明での望ましい焼結鉱構造を示す模式図である。
【図６】従来例に係る擬似粒子構造および焼結鉱構造を示す模式図である。
【図７】本発明での望ましい擬似粒子構造を示す模式図である。
【図８】高炉における焼結鉱の被還元性JIS-RI（％）とガス利用率ηco（％）との関係を示すグラフである。
【図９】高炉におけるガス利用率ηco（％）と燃料比(kg/ｔ-pig) との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明法および従来法により処理した擬似粒子の構造を示す写真である。
【図１１】本発明法により処理した擬似粒子を切断した断面を電子線マイクロアナライザーにて測定したCaとFeの分布を示す写真である。
【図１２】本発明法および従来法による擬似粒子の焼結体の断面を電子線マイクロアナライザーにて測定したCaとFeの分布を示す写真である。
【図１３】本発明法および従来法による擬似粒子の焼結体の外観を示す写真である。
【図１４】本発明法および従来法による擬似粒子を焼結した焼結体の気孔径（μｍ）と気孔量（ｃｃ／ｇ）との関係を比較して示すグラフである。
【図１５】本発明法（方法Ｃ）および従来法により処理した擬似粒子を焼結した場合における焼結鉱の被還元性JIS-RI（％）、生産率(t/hr ・m2) 、シャッター強度（％）を比較して示すグラフである。
【図１６】従来例に係る焼結原料の混合、造粒処理を行うフロー図である。
【図１７】溶融深度の測定方法を示した図である。
【図１８】気孔率１５％の通常の鉄鉱石を用いた時の溶融深度と反応時間の関係を示した図である。
【図１９】気孔率３５％の鉄鉱石を用いた時の溶融深度と反応時間の関係を示した図である。
【図２０】本発明の焼結用擬似粒子原料の含有割合と焼結鉱の被還元性の関係を示した図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、下方吸引のドワイトロイド式焼結機を用いて高炉用焼結鉱を製造する際に用いる焼結用擬似粒子原料および焼結用擬似粒子原料の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉用原料として用いられる焼結鉱は、一般的に次のような焼結原料の処理方法を経て製造されている。図１６に示すように、まず、粒径が10mm以下の鉄鉱石、粒径が10mm以下の珪石、蛇紋岩または、ニッケルスラグなどからなるSiO2含有原料、粉状のCaO を含有する石灰石系粉原料および粉状のコークスまたは、無煙炭などの熱源となる固体燃料系粉原料をドラムミキサーを用いて、これに適当量の水分を添加して混合、造粒して擬似粒子と呼ばれる造粒物を形成する。
【０００３】
この造粒物からなる配合原料は、ドワイトロイド式焼結機のパレット上に適当な厚さ500 〜700mm になるように装入して表層部の固体燃料に着火し、着火後は下方に向けて空気を吸引しながら固体燃料を燃焼させ、その燃焼熱によって配合した焼結原料を焼結させて焼結ケーキとする。この焼結ケーキは破砕、整粒され、一定の粒径以上の焼結鉱を得る一方、それ未満の粒径を有するものは返鉱となり、焼結原料として再使用される。
【０００４】
このように製造された成品焼結鉱の被還元性は、従来から指摘されているように、とくに高炉の操業を大きく左右する因子となる。通常、焼結鉱の被還元性はJIS M8713(ＪＩＳ：Japanese Industrial Standard,以下ＪＩＳと称す)で定義されており、ここでは、焼結鉱の被還元性をJIS-RIと記す。図８に示すように、焼結鉱の被還元性（JIS-RI）と高炉でのガス利用率（ηco）との間には正の相関があり、また、図９に示すように、高炉でのガス利用率（ηco）と燃料比との間には負の相関がある。このため、焼結鉱の被還元性（JIS-RI）は、高炉でのガス利用率（ηco）を介して燃料比と良好な負の相関があり、焼結鉱の被還元性を向上させると、高炉での燃料比は低下する。なお、ここで、ガス利用率（ηco）と燃料比は、下記のとおり定義される。
【０００５】
ηco=CO2(%)/(CO(%)+CO2(%)) なお、CO2(%)、CO(%)は、いずれも高炉の炉頂ガス中の体積％である。
【０００６】
【０００７】
【表１】
表１に示すように、被還元性の高いものはヘマタイト（He） であり、引張強度の高いものはカルシウムフェライト(CF)である。なお、引張強度は、円盤形の鉱石試験片を作成し、圧裂引張試験方法（radial compression testまたは、Brazilian test）で規定された方法で測定した。 本発明者が目的とする、望ましい焼結組織とは、図５に示すように、塊表面に強度の高いカルシウムフェライト(CF)を、塊内部に向かっては被還元性の高いヘマタイト（He) を選択的に生成させたものであり、被還元性や強度が低いFeOを含有するカルシウムシリケート(CS)は可能な限り生成させないようにすべきである。しかし、従来は、ほとんどの焼結機において、前述のように、鉄鉱石、SiO2含有原料、石灰石系粉原料、固体燃料系粉原料を同時に混合しているため、図６に示すように、擬似粒子構造では粗粒の核鉱石の周囲に粉鉱石、石灰、コークスが混在しており、焼結により得られた焼結鉱構造ではヘマタイト（He) 、カルシウムフェライト(CF)、FeOを含有するカルシウムシリケート(CS)、マグネタイト(Mg)の４つの鉱物組織が混在することになる。
【０００９】
そこで、これまでにカルシウムフェライト(CF)とヘマタイト（He） を多く生成する方法が試みられてきた。例えば、FeOを含有するカルシウムシリケート(CS)は高温で焼結した場合に多く生成することから、特開平63-149331 号公報では粉状の鉄鉱石にバインダや石灰石を加えて造粒した後に、熱源である粉コークスを表面に被覆することでコークスの燃焼性を改善し、低温で焼結させて被還元性を向上する技術が提案されている。
【００１０】
しかしながら、前記特開平63-149331 号公報に提案された従来方法では、CaO と鉄系原料中のSiO2やSiO2系原料が近接しているため、どうしてもFeOを含有するカルシウムシリケート(CS)が多く生成してしまい、カルシウムフェライト(CF)とヘマタイト（He） を主体とする構造には必ずしもならない場合も多かった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来の問題点を解決するため、焼結鉱を製造するプロセスの事前処理として膨大な設備を必要とせず、鉄鉱石とSiO2含有原料を、石灰石系粉原料と固体燃料系原料から分離して段階的に擬似粒子にすることにより、塊表面には強度の高いカルシウムフェライト(CF)を、一方、塊内部に向かっては被還元性の高いヘマタイト（He） を選択的に生成させた構造の焼結鉱を製造し、冷間強度を向上させ、かつ、焼結鉱の被還元性を改善することができる焼結用擬似粒子原料および焼結用擬似粒子原料の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための第１の発明は、高炉用焼結鉱を製造する焼結用擬似粒子原料として、粗粒の鉄鉱石を核とする第一層を有し、その第一層の外表面を覆うように、石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を含まずかつ前記粗粒の鉄鉱石よりも細粒の鉄鉱石および SiO 2 含有原料を付着させた第二層を有するとともに、さらに第三層目以降として石灰石系粉原料および固体燃料系粉原料を付着させたことを特徴とする焼結用擬似粒子原料である。
【００１５】
また、第２の発明は、高炉用焼結鉱を製造する焼結用擬似粒子原料として、平均粒径が２ｍｍ以上の粗粒の鉄鉱石を核とする第一層を有し、その第一層の外表面を覆うように石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を含まない平均粒径が２ｍｍ未満の細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料を付着させた第二層を有するとともに、さらに第三層目以降として石灰石系粉原料および固体燃料系粉原料を付着させたことを特徴とする焼結用擬似粒子原料である。
【００１６】
また、第３の発明は、第２の発明において、前記第三層が石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料との混合層であることを特徴とする焼結用擬似粒子原料である。
【００１７】
また、第４の発明は、第２の発明において、前記第三層が石灰石系粉原料層であり、その石灰石系粉原料層の外層部に固体燃料系粉原料の付着層を備えることを特徴とする焼結用擬似粒子原料である。
【００１９】
また、第５の発明は、下方吸引のドワイトロイド式焼結機を用いて高炉用焼結鉱を製造するプロセスの事前処理として、鉄鉱石、SiO2含有原料、石灰石系粉原料および固体燃料系粉原料からなる焼結原料を造粒するに際し、粗粒の鉄鉱石を核として、その周囲に、石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を含まずかつ前記粗粒の鉄鉱石よりも細粒の鉄鉱石およびSiO2含有原料を付着させて第二層目を造粒した後に、さらに第三層目以降として上に石灰石系粉原料と熱源となる固体燃料系紺原料を付着させて造粒し、三層以上の被覆の擬似粒子を形成することを特徴とする焼結用擬似粒子原料の製造方法である。
【００２０】
また、第６の発明は、下方吸引のドワイトロイド式焼結機を用いて高炉用焼結鉱を製造するプロセスの事前処理として、鉄鉱石、SiO2含有原料、石灰石系粉原料および固体燃料系粉原料からなる焼結原料を造粒するに際し、平均粒径が２ｍｍ以上の粗粒の鉄鉱石を核として、その周囲に石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を含まない平均粒径が２ｍｍ未満の細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料を付着させて第二層目を造粒した後に、さらに第三層目以降として上に石灰石系粉原料と熱源となる固体燃料系粉原料を付着させて造粒し三層以上の被覆の擬似粒子を形成することを特徴とする焼結用擬似粒子原料の製造方法である。
【００２１】
また、第７の発明は、第６の発明において、前記第三層目に石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料との混合粉を付着させて造粒し三層被覆の擬似粒子を形成することを特徴とする焼結用擬似粒子原料の製造方法である。
【００２２】
また、第８の発明は、第６の発明において、前記第三層目として石灰石系粉原料を付着した後、さらにその石灰石系粉原料層の外層部に固体燃料系粉原料を付着させて造粒し、四層被覆の擬似粒子を形成することを特徴とする焼結用擬似粒子原料の製造方法である。
【００２３】
また、第９の発明は、第６〜８の発明において、前記粗粒の鉄鉱石と前記細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料とを別途に設けた造粒機に装入し、該造粒機により粗粒の鉄鉱石を核として、その周囲に細粒の燒結原料を付着させて造粒した後に、これを石灰石系粉原料と熱源となる固体燃料系粉原料をミキサーに装入して造粒することを特徴とする焼結用擬似粒子原料の製造方法である。
【００２４】
また、第10の発明は、第６〜８の発明において、前記粗粒の鉄鉱石と前記細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料とをミキサーの先端部に装入し、前記粗粒の鉄鉱石を核として、その周囲に前記細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料を付着させて造粒しつつ、該ミキサーの後端部から石灰石系粉原料と熱源となる固体燃料系粉原料とを装入して造粒することを特徴とする焼結用擬似粒子原料の製造方法である。
【００２５】
また、第11の発明は、第６〜８の発明において、前記粗粒の鉄鉱石と前記細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料とを複数ミキサーの先端側ミキサーから装入し、前記粗粒の鉄鉱石を核として、その周囲に前記細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料を付着させて造粒しつつ、該複数ミキサーの最後尾のミキサーの先端部あるいは後端部から石灰石系粉原料と熱源となる固体燃料系粉原料とを装入して造粒することを特徴とする焼結用擬似粒子原料の製造方法である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を完成するに至った経緯および本発明の具体的な実施の態様を図面に基づき詳細に説明する。
【００２７】
本発明者らは、種々の検討を重ねた結果、図７に示すように、SiO2を多く含有する鉄鉱石やSiO2含有原料を、石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料から分離して擬似粒子を製造することでCaO とSiO2の反応を遅らせ、被還元性が悪く、冷間強度も低いFeOを含有するカルシウムシリケート(CS)の生成を抑制する。これにより燒結鉱表面に強度の高いカルシウムフェライト(CF)を、燒結鉱内部に向かっては被還元性の高いヘマタイト（He) を選択的に生成させた焼結鉱が形成されることを見出した。この場合、焼結鉱の冷間強度低下が懸念されたが、石灰石系粉原料と鉄鉱石の界面で生成したカルシウムフェライト(CF)系融液は粘度が低く、鉄鉱石の周囲を瞬時のうちに覆うため十分な冷間強度を有する。
【００２８】
上記条件を満たす高炉用焼結鉱を製造する焼結用擬似粒子原料としては、平均粒径が２ｍｍ以上の粗粒の鉄鉱石を核鉱石とする第一層を有し、その周囲に石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を除いた平均粒径が２ｍｍ未満の細粒の焼結原料系粉原料を付着させた第二層を有することで、CaO とSiO2の反応を遅らせ、被還元性が悪く、冷間強度も低いFeOを含有するカルシウムシリケート(CS)の生成を抑制する。すなわち、鉄鉱石やSiO2含有原料を、石灰石系粉原料から分離した、石灰石のない状態で焼結用擬似粒子原料を製造することで達成する。そして、第二層の外表面を覆う第三層である石灰石系粉原料層により、石灰石系粉原料と鉄鉱石の界面でカルシウムフェライト(CF)系融液を生成させ、鉄鉱石の周囲を覆うことにより、十分な冷間強度を発揮させるのである。この焼結用擬似粒子原料により、前記したごとく塊表面に強度の高いカルシウムフェライト(CF)を、塊内部に向かっては被還元性の高いヘマタイト（He) を選択的に生成させた焼結鉱が形成されることになる。
【００２９】
なお、前記第三層となる石灰石系粉原料層は、石灰石系粉原料層のみ、または石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料との混合層であってもかまわない。第三層中に含まれる石灰石分により、塊表面に強度の高いカルシウムフェライト(CF)が形成できることになるからである。なお、第三層が石灰石系粉原料層のみの場合は、第四層として固体燃料系粉原料層が必要である。本発明で使用する平均粒径は、顕微鏡観察による画像解析法により個々の粒子の投影面積円相当径（Heywood径）を求め、それを算術平均したものである。
【００３０】
次ぎに核となる粗粒の鉄鉱石の平均粒径の限定理由を以下に述べる。
【００３１】
本発明の特徴は、石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を含まない第一、第二層を有して、石灰石と反応しない未溶融の鉄鉱石（残留元鉱）の量を増加させることにある。
【００３２】
そこで、発明者等は、図１７のように、鉄鉱石のタフ゛レット（Tablet Fe2O3）の上に、石灰石（CaO）のタフ゛レット（Tablet CaO）を乗せ、所定温度で反応させた後、鉄鉱石のタフ゛レットが溶融した長さ（溶融深度）を測定した。
【００３３】
その結果、溶融深度（ｘ）は、（１）式のように表されることを見出した。
ｘ＝２φ・ΔＣａＯ・Ｄ 1/2・ｔ1/2/(π1/2・ρ)
ここで，Ｄ：Ｃａの拡散係数（cm2/s）
ρ：反応層の密度(mol/cm3)
ΔＣａＯ：ＣａＯ濃度勾配(mol/cm3)
ｔ：反応時間（ｓ）
図１８に、通常の鉄鉱石である気孔率１５％の鉄鉱石を用いた、溶融深度と反応時間との関係を示す。
【００３４】
これより、実機焼結プロセスにおいて、想定される焼結過程の加熱条件である1250℃に３６０秒程度保持される条件で考えた場合、鉄鉱石の平均粒径が少なくとも２ｍｍ以上、最高温度条件である1300℃では、好ましくは３ｍｍ以上は無いと、鉄鉱石の未溶融部分が残らないことが分かる。
【００３５】
したがって、本発明では核となる粗粒の鉄鉱石の平均粒径は、２ｍｍ以上とするものである。そして、この核となる鉱石の外層には第二層が形成されて粒径は大きくなり、第一、第二層により、未溶融の鉄鉱石（残留元鉱）の量が確保される。これにより、前記したごとく、CaO とSiO2の反応を遅らせ、被還元性が悪く、冷間強度も低いFeOを含有するカルシウムシリケート(CS)の生成を抑制する。
また、図１９に、高結晶水鉱石である気孔率３５％の鉄鉱石を用いた、溶融深度と反応時間との関係を示す。高結晶水鉱石を核鉱石として使用する場合は平均粒径４ｍｍ以上の鉄鉱石粒径とすることにより、本発明が実施できる。
【００３６】
なお、核となる鉱石の平均粒径を２ｍｍ以上とするため、擬似粒子化による第二層は核鉱石よりも小さな平均粒径である２ｍｍ未満の細粒で石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を除いた焼結原料系粉原料で構成する。
【００３７】
図１は本発明の望ましい擬似粒子構造を製造するための造粒フロー例（方法Ａ）を示す。本発明の（方法Ａ）では、例えばSiO2を0.5 〜5.0%程度含有し平均粒径が２mm以上である粗粒の鉄鉱石１と、SiO2を0.5 〜5.0 % 程度含有し平均粒径が２mm未満、例えば0.1 〜1.0 mm程度である細粒のSiO2含有原料２（鉄鉱石、珪石、蛇紋岩、Niスラグ等）とを別途の造粒機６により、粗粒の鉄鉱石１を核としてその周囲に細粒のSiO2含有原料２を付着させて予備造粒する。その後、さらに石灰石系粉原料３、または石灰石系粉原料３と熱源となる固体燃料系粉原料４（コークス、無煙炭等）を添加してドラムミキサー５で混合、造粒する。
【００３８】
また、図２は、別の本発明の望ましい擬似粒子構造を製造するための造粒フロー例（方法Ｂ）を示す。本発明の（方法Ｂ）では、粗粒の鉄鉱石１と細粒のSiO2含有原料２（細粒の鉄鉱石、珪石、蛇紋岩、Niスラグ等）とをドラムミキサー５の先端部から添加して擬似粒子を形成しつつ、ドラムミキサー５の後端部から石灰石系粉原料３、または石灰石系粉原料３と固体燃料系粉原料４（コークス、無煙炭など）とを添加して混合、造粒する。 また、図３は、別の本発明の望ましい擬似粒子構造を製造するための造粒フロー例（方法Ｃ）を示す。本発明の（方法Ｃ）では、ドラミミキサーを複数の構成（本例では２組）として、粗粒の鉄鉱石１と細粒の鉄鉱石およびSiO2含有原料２（細粒の珪石、蛇紋岩、Niスラグ等）とを先端側のドラムミキサー５の先端部から添加して擬似粒子を形成しつつ、最尾端側のドラムミキサー５‘の破線で示す先端部から、あるいは実線で示すように後端部から石灰石系粉原料３、または石灰石系粉原料３と固体燃料系粉原料４（コークス、無煙炭など）とを添加して混合、造粒する。 石灰石系粉原料３のみを添加した場合は、その後、固体燃料系粉原料４（コークス、無煙炭等）を添加して混合し、第四層を造粒すればよい。石灰石系粉原料３および固体燃料系粉原料４は、平均粒径が０．５ｍｍ以下、好ましくは０．２５ｍｍ以下とすることにより第二層に付着しやすくなり、その外表面を覆うことができる。
【００３９】
本発明の（方法Ａ）（方法Ｂ）または（方法Ｃ）によれば、粗粒の鉄鉱石１を核として、その周囲に細粒の鉄鉱石やSiO2含有原料２が付着し、さらにその周囲に石灰石系粉原料３と熱源である固体燃料系粉原料４（粉コークス）を付着させることができ、三層以上に被覆造粒された擬似粒子となる。これにより、擬似粒子からなる焼結原料の焼結過程でCaO とSiO2の反応が遅れ、冷間強度の低いカルシウムシリケート(CS)の生成が抑制され、塊表面に強度の高いカルシウムフェライト(CF)を、塊内部に向かっては被還元性の高いヘマタイト（He) が選択的に生成され、微細気孔が多く、被還元性に優れ冷間強度の高い焼結鉱が安定して製造可能になる。
【００４０】
また、本発明者らは、焼結原料全体への本発明の焼結用擬似粒子原料の含有割合を変化させた場合の焼結鉱製造実験を行ない、その実験で得られた焼結鉱の被還元性を測定した。その結果の一例を図２０に示す。
【００４１】
これより、本発明の焼結用擬似粒子原料が焼結原料全体の20％以上を占めることになれば、従来焼結鉱より被還元性を向上させる効果を発揮することが分かる。
【００４２】
したがって、焼結操業において焼結原料の中に本発明の擬似粒子原料の存在を20％以上確保して焼結鉱の製造を行うことが被還元性向上に必要で、被還元性７０％とする場合は、全焼結原料中の本発明になる焼結用擬似粒子原料の含有割合を好ましくは50％以上確保して焼結鉱を製造すれは良い。
【００４３】
この本発明になる焼結用擬似粒子原料の含有割合は、以下のようにして調整できる。
【００４４】
（１）従来の造粒法による焼結原料中に別途製造した本発明の焼結用擬似粒子原料を必要な含有割合になるように添加すること。
【００４５】
（２）ドラムミキサーによる焼結用擬似粒子原料の製造では、石灰石系原料の添加時期を調整することにより必要な含有割合に調整することができる。
【００４６】
たとえば、ドラムミキサーでの添加時期を早めれば本発明の焼結用擬似粒子原料の含有割合は低くなり、石灰石系原料の添加時期をドラムミキサーによる造粒末期にすれば本発明の焼結用擬似粒子原料の含有割合を高くすることができる。
【００４７】
これにより、所望の被還元性を持ち反応性のより優れた焼結鉱を得ることができる。
【００４８】
【実施例】
表２に示す配合割合の焼結原料を用いて、本発明の図１に示す（方法Ａ）にて造粒した擬似粒子をドワイトロイド焼結機に輸送し、パレット上に装入した。比較のため鉄鉱石、SiO2含有原料、石灰石系粉原料、コークス粉を同時に混合する処理方法にて造粒した擬似粒子をドワイトロイド焼結機に輸送し、パレット上に装入する操業を行った。
【００４９】
その後、パレット上で焼結を行い、鉱物組成、比表面積、被還元性を測定した。本発明法、従来法での結果を表３に示した。
【００５０】
【表２】
【表３】
表３に示すように、本発明の図１に示す（方法Ａ）を採用することで、鉱物組織では被還元性の高いヘマタイト（He）が増加し、被還元性の低いカルシウムシリケート(CS)が減少し、また、ヘマタイト（He）に由来する微細気孔の増加によって比表面積も増加し、従来法に比べて被還元性は15％向上した。なお、ここで、比表面積は、
Ｂｅｔ法で、被還元性は、JIS M 8713に準拠して測定した。
【００５３】
また、本発明の図２に示す（方法Ｂ）を用いて製造した擬似粒子を同様に、ドワイトロイド焼結機に輸送し、パレット上に装入した。その後、焼結を行い、生産率、シャッター強度（冷間強度、ＪＩＳ Ｍ８７１１に準拠して測定）、被還元性を測定した。その結果、図４に示すように、本発明の図２に示す（方法Ｂ）では、従来法に比較して被還元性JIS-RIで約８％の増加と生産率で約 0.19t/hr ・m2の向上が得られ、シャッター強度は0.4 ％と増加が見られた。
【００５４】
また、表２に示す配合割合の焼結原料を用いて、本発明の３に示す（方法Ｃ）にて造粒した擬似粒子をドワイトロイド焼結機に輸送し、パレット上に装入した。比較のため鉄系原料、SiO2含有原料、石灰石系粉原料、コークス粉を同時に混合する処理方法にて造粒した擬似粒子をドワイトロイド焼結機に輸送し、パレット上に装入する操業を行った。
【００５５】
その後、焼結を行い、生産率、シャッター強度（冷間強度、ＪＩＳ Ｍ８７１１に準拠して測定）、被還元性を測定した。その結果、図１５に示すように、本発明の図３に示す（方法Ｃ）で尾端側のドラムミキサーの後端部から石灰石系粉原料３と熱源となる固体燃料系粉原料４（コークス、無煙炭等）を添加した時、従来法に比較して被還元性JIS-RIで約１０％の増加と生産率で約 0.19t/hr ・m2の向上が得られ、シャッター強度は0.８ ％と増加が見られた。また、図１４に、本発明法により製造された焼結鉱の気孔径分布を従来法と比較して示す。気孔径分布は、水銀ポロシメーターによる水銀圧入方式で求めた。本発明法により製造された焼結鉱は、還元ガスの流路となる１μｍ以下の微細気孔部分が増加しており、被還元性の改善に適した気孔構造になっている。
【００５６】
図１０に粗粒の鉄鉱石を核鉱石として、その周囲に細粒のSiO2含有原料を付着させ、さらにその外側に石灰石と熱源である粉コークスを付着させる三層被覆の本発明法による擬似粒子と石灰石を擬似粒子内で均一に混合した従来法による擬似粒子の構造を比較して示した。
【００５７】
これにより、本発明法による擬似粒子は、石灰石を外装化しているため、従来法よりも表面が赤白くなっていた。本発明法による擬似粒子が、表面に石灰石が付着しているかどうかを確認するために、擬似粒子を切断した断面を電子線マイクロアナライザー（EPMA) にてCaとFeの分布を調査した結果を図１１に示す。これにより、本発明法による擬似粒子は、表面に石灰石が確実にコーテングされていることが確認できた。
【００５８】
本発明法および従来法による擬似粒子の焼結体の断面をEPMAにより測定した結果を図１２に示す。本発明法により石灰石を外装化することで、前記図５に示すような塊表面に強度の高いカルシウムフェライト(CF)を、塊内部に向かっては被還元性の高いヘマタイト（He) を選択的に生成させた焼結構造が得られることが確認できた。図１３にその焼結体の外観を示す。これにより従来法では焼結体が団子状になるのに対し、本発明の特徴は、焼結体がブドウの房状に接合することが分かった。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の焼結原料の処理方法によれば、焼結原料をミキサーで混合して造粒するに際し、粗粒の鉄鉱石を核鉱石として、その周囲に石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を含まない細粒の鉄鉱石やSiO2含有原料を付着させた後に、石灰石系粉原料と熱源である固体燃料系粉原料を付着させる。このため、ドワイトロイド焼結機による焼結過程で、冷間強度の低いカルシウムシリケート(CS)の生成が抑制され、塊表面に強度の高いカルシウムフェライト(CF)を、塊内部に向かっては被還元性の高いヘマタイト（He） が選択的に生成され、微細気孔が多く、被還元性に優れ冷間強度の高い焼結鉱が生産性よく製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例に係る焼結原料の混合、造粒処理を行うフロー図（方法Ａ）である。
【図２】本発明例に係る他の焼結原料の混合、造粒処理を行うフロー図（方法Ｂ）である。
【図３】本発明例に係る他の焼結原料の混合、造粒処理を行うフロー図（方法Ｃ）である。
【図４】本発明法と従来法とにより焼結原料を処理した場合における焼結鉱の被還元性JIS-RI（％）、生産率(t/hr ・m2) 、シャッター強度（％）を比較して示すグラフである。
【図５】本発明での望ましい焼結鉱構造を示す模式図である。
【図６】従来例に係る擬似粒子構造および焼結鉱構造を示す模式図である。
【図７】本発明での望ましい擬似粒子構造を示す模式図である。
【図８】高炉における焼結鉱の被還元性JIS-RI（％）とガス利用率ηco（％）との関係を示すグラフである。
【図９】高炉におけるガス利用率ηco（％）と燃料比(kg/ｔ-pig) との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明法および従来法により処理した擬似粒子の構造を示す写真である。
【図１１】本発明法により処理した擬似粒子を切断した断面を電子線マイクロアナライザーにて測定したCaとFeの分布を示す写真である。
【図１２】本発明法および従来法による擬似粒子の焼結体の断面を電子線マイクロアナライザーにて測定したCaとFeの分布を示す写真である。
【図１３】本発明法および従来法による擬似粒子の焼結体の外観を示す写真である。
【図１４】本発明法および従来法による擬似粒子を焼結した焼結体の気孔径（μｍ）と気孔量（ｃｃ／ｇ）との関係を比較して示すグラフである。
【図１５】本発明法（方法Ｃ）および従来法により処理した擬似粒子を焼結した場合における焼結鉱の被還元性JIS-RI（％）、生産率(t/hr ・m2) 、シャッター強度（％）を比較して示すグラフである。
【図１６】従来例に係る焼結原料の混合、造粒処理を行うフロー図である。
【図１７】溶融深度の測定方法を示した図である。
【図１８】気孔率１５％の通常の鉄鉱石を用いた時の溶融深度と反応時間の関係を示した図である。
【図１９】気孔率３５％の鉄鉱石を用いた時の溶融深度と反応時間の関係を示した図である。
【図２０】本発明の焼結用擬似粒子原料の含有割合と焼結鉱の被還元性の関係を示した図である。
Claims (11)
- 高炉用焼結鉱を製造する焼結用擬似粒子原料として、粗粒の鉄鉱石を核とする第一層を有し、その第一層の外表面を覆うように、石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を含まずかつ前記粗粒の鉄鉱石よりも細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料を付着させた第二層を有するとともに、さらに第三層目以降として石灰石系粉原料および固体燃料系粉原料を付着させたことを特徴とする焼結用擬似粒子原料。
- 高炉用焼結鉱を製造する焼結用擬似粒子原料として、平均粒径が２ｍｍ以上の粗粒の鉄鉱石を核とする第一層を有し、その第一層の外表面を覆うように石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を含まない平均粒径が２ｍｍ未満の細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料を付着させた第二層を有するとともに、さらに第三層目以降として石灰石系粉原料および固体燃料系粉原料を付着させたことを特徴とする焼結用擬似粒子原料。
- 前記第三層が石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料との混合層であることを特徴とする請求項２記載の焼結用擬似粒子原料。
- 前記第三層が石灰石系粉原料層であり、その石灰石系粉原料層の外層部に固体燃料系粉原料の付着層を備えることを特徴とする請求項２記載の焼結用擬似粒子原料。
- 下方吸引のドワイトロイド式焼結機を用いて高炉用焼結鉱を製造するプロセスの事前処理として、鉄鉱石、SiO2含有原料、石灰石系粉原料および固体燃料系粉原料からなる焼結原料を造粒するに際し、粗粒の鉄鉱石を核として、その周囲に、石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を含まずかつ前記粗粒の鉄鉱石よりも細粒の鉄鉱石およびSiO2含有原料を付着させて第二層目を造粒した後に、さらに第三層目以降として上に石灰石系粉原料と熱源となる固体燃料系粉原料を付着させて造粒し、三層以上の被覆の擬似粒子を形成することを特徴とする焼結用擬似粒子原料の製造方法。
- 下方吸引のドワイトロイド式焼結機を用いて高炉用焼結鉱を製造するプロセスの事前処理として、鉄鉱石、SiO2含有原料、石灰石系粉原料および固体燃料系粉原料からなる焼結原料を造粒するに際し、平均粒径が２ｍｍ以上の粗粒の鉄鉱石を核として、その周囲に石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料を含まない平均粒径が２ｍｍ未満の細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料を付着させて第二層目を造粒した後に、さらに第三層目以降として上に石灰石系粉原料と熱源となる固体燃料系粉原料を付着させて造粒し三層以上の被覆の擬似粒子を形成することを特徴とする焼結用擬似粒子原料の製造方法。
- 前記第三層目に石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料との混合粉を付着させて造粒し三層被覆の擬似粒子を形成することを特徴とする請求項６記載の焼結用擬似粒子原料の製造方法。
- 前記第三層目として石灰石系粉原料を付着した後、さらにその石灰石系粉原料層の外層部に固体燃料系粉原料を付着させて造粒し、四層被覆の擬似粒子を形成することを特徴とする請求項６記載の焼結用擬似粒子原料の製造方法。
- 前記粗粒の鉄鉱石と前記細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料とを別途に設けた造粒機に装入し、該造粒機により粗粒の鉄鉱石を核として、その周囲に細粒の燒結原料を付着させて造粒した後に、これを石灰石系粉原料と熱源となる固体燃料系粉原料をミキサーに装入して造粒することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の焼結用擬似粒子原料の製造方法。
- 前記粗粒の鉄鉱石と前記細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料とをミキサーの先端部に装入し、前記粗粒の鉄鉱石を核として、その周囲に前記細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料を付着させて造粒しつつ、該ミキサーの後端部から石灰石系粉原料と熱源となる固体燃料系粉原料とを装入して造粒することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の焼結用擬似粒子原料の製造方法。
- 前記粗粒の鉄鉱石と前記細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料とを複数ミキサーの先端側ミキサーから装入し、前記粗粒の鉄鉱石を核として、その周囲に前記細粒の鉄鉱石および、SiO2含有原料を付着させて造粒しつつ、該複数ミキサーの最後尾のミキサーの先端部あるいは後端部から石灰石系粉原料と熱源となる固体燃料系粉原料とを装入して造粒することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の焼結用擬似粒子原料の製造方法。
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