JP3952988B2

JP3952988B2 - 低ＳｉＯ２焼結鉱の製造方法

Info

Publication number: JP3952988B2
Application number: JP2003113403A
Authority: JP
Inventors: 勝松村; 雅彦星
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: JP2004315918A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドワイト−ロイド（以下、「ＤＬ」と記す）式焼結機を使用した焼結鉱製造方法において、成品歩留、ならびに冷間強度、還元粉化性および被還元性といった焼結鉱品質を向上させる焼結鉱製造方法に関し、さらに詳しくは、結晶水含有率の高い鉄鉱石（以降、「高結晶水鉱石」と記す）を使用した焼結鉱製造において、ＳｉＯ₂含有率の低下による還元粉化性、成品歩留りおよび冷間強度の悪化を防止できる焼結鉱の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
焼結原料は、複数種類の鉄鉱石、ＣａＯ源としての石灰石、ＳｉＯ₂およびＭｇＯ源としての副原料、さらに燃料としての粉コークスおよび返鉱などから構成されている。通常、これらの原料は、その銘柄毎に原料槽に貯蔵されて、配合に応じて定量切り出しされている。切り出された各原料および燃料は、原料搬送用のベルトコンベアー上で合流し、造粒機まで搬送される。造粒機内では、前記の原料に水分が添加されて造粒が行われる。
【０００３】
さらに、造粒後の原料は、ＤＬ焼結機に供給され、原料充填層の最上部に点火される。点火された原料充填層内では、充填層の上方から下方に向かって充填層を通して大気が「下方吸引」されることによって、充填層の上層から下層に向かって焼結反応が進行する。下層部まで焼結原料が焼結された塊状物（以下、「焼結ケーキ」と称する）は、焼結機排鉱部において粗破砕された後に、クーラーで冷却されて焼結鉱成品となる。
【０００４】
さて、焼結反応においては、Ｆｅ₂Ｏ₃とＣａＯとが１２００℃近傍で液相を生じ、その融液がボンドとなって塊成化が進行する。
【０００５】
しかしながら、近年では高炉内の通気性改善や高炉スラグ処理問題などによって、焼結鉱中スラグ成分の低下が求められている。ところが、ＳｉＯ₂量の低下は、還元粉化性の悪化を招くので、その対策が必要となる。
【０００６】
この還元粉化性を向上する方法として、例えば非特許文献１には、焼結鉱中のＭｇＯ含有率の上昇が有効であることが開示されている。しかしながら、還元粉化性改善に有効なＭｇＯ量の定量的な配合基準については明確な知見が示されていない。
【０００７】
一方、還元粉化性改善以外の高炉内におけるＭｇＯ成分の機能としては、脱硫、炉内通気抵抗の低下などが挙げられる。
【０００８】
例えば、特許文献１には、焼結鉱中のＭｇＯ含有率を２〜４質量％（以下、単に「％」と記す）、ＳｉＯ₂含有率を５〜６．５％とすることにより、焼結鉱の熱間性状を改善する方法が開示されている。この方法は、焼結鉱の高温荷重軟化特性の向上、すなわち高炉内での融着開始温度を上昇させることによって、高炉内通気抵抗の低減を図るものである。
【０００９】
また、特許文献２には、ＳｉＯ₂を４．２〜４．９％、ＭｇＯを１．５〜３．０％含有する焼結鉱の製造方法において、ドロマイトを配合した新原料に、コークスを配合して焼結し、焼結鉱中のＦｅＯ含有率を７．０〜９．０％に調整する方法が開示されている。ここで開示された方法では、焼結鉱の強度や歩留を維持しつつ、高温性状や被還元性の改善が可能な成分設計を行ない、高炉における微粉炭吹込み量１５０ｋｇ／ｐｔを達成できたとされている。
【００１０】
しかしながら、実施例に記載された低ＳｉＯ₂化は、ＳｉＯ₂含有率を５．５％から４．５〜４．８％に低下させることに伴う還元粉化性の悪化を抑制したものであって、なおＳｉＯ₂含有率が比較的高い範囲における還元粉化性の悪化防止技術である。
【００１１】
一方、焼結鉱中のＭｇＯ含有率の上昇は、焼結過程での融点上昇に伴う溶融率の低下によって、冷間強度や成品歩留の低下を招く。前記の特許文献２では、熱量調整により焼結成品中ＦｅＯ含有率を７．０〜９．０％に調整することにより、冷間強度および成品歩留の低下を抑制している。さらに、ＳｉＯ₂含有率を４．５％以下にまで低下させる低ＳｉＯ₂化の場合には、従来の焼結技術によれば、さらに熱量を上昇させた焼結方法が考えられる。しかし、焼結過程での発生熱量を上昇させると、焼結成品中の気孔率が減少し、被還元性（ガス還元性）の悪化が問題となる。
【００１２】
近年の鉄鉱石配合の動向の一つに、高結晶水鉱石の配合率増加がある。この高結晶水鉱石は、焼結過程において結晶水が分解することによって亀裂を発生する。この亀裂によって、カルシウムフェライト（ＣａＯ−Ｆｅ₂Ｏ₃）系融液と高結晶水鉱石との反応界面積が増加し、反応速度が上昇する。その結果、融体組成中の（ＣａＯ含有率／Ｆｅ₂Ｏ₃含有率）の比が低下し、融体の流動性が低下する。この融体の流動性の低下によって、原料構成粒子と融体との濡れが悪化し、粒子同士の結合強度が低下して、焼結鉱の歩留りが低下する。なお、高結晶水鉱石としては、例えば、ピソライト鉱石、マラマンバ鉱石などが該当する。
【００１３】
したがって、上述のように、高結晶水鉱石多配合条件下では、ＭｇＯ含有率の上昇により、冷間強度または歩留りの低下に一段と拍車がかかることとなる。
【特許文献１】
特開昭５３−３０４０３号公報（特許請求の範囲および２頁左上欄）
【特許文献２】
特開平１１−１３１１５１号公報（特許請求の範囲、段落〔００３８〕〜〔００４０〕および表１）
【非特許文献１】
松村勝、星雅彦、川口尊三：CAMP-ISIJ Vol.13(2000) p718〜721
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、高結晶水鉱石を多配合した場合においても、焼結鉱の冷間強度および成品歩留りを維持しつつ、しかも被還元性および還元粉化性を改善できる低ＳｉＯ₂含有率焼結鉱の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記の（１）および（２）に示す低ＳｉＯ₂焼結鉱の製造方法にある。
（１）ＳｉＯ₂含有率が３．８〜４．５％の低ＳｉＯ₂焼結鉱の製造方法であって、結晶水含有率が４％以上の高結晶水鉱石を全鉄鉱石配合量に対して３０％以上配合し、粒径１．０ｍｍ以下の比率が８〜７０質量％（以下、単に「−１ｍｍの比率が８〜７０％」と記す）のドロマイトを使用し、焼結鉱中のＦｅＯ含有率を９％超１１％以下に、ＭｇＯ含有率を１．５〜４．０％に、塩基度（ＣａＯ含有率／ＳｉＯ ₂ 含有率）を１．９以上に調整する低ＳｉＯ₂焼結鉱の製造方法。
【００１６】
（２）焼結原料層の進行方向に通気孔を形成する前記（１）に記載の低ＳｉＯ₂焼結鉱の製造方法。
【００１７】
本発明は、下記の調査および検討により得られた知見に基づき完成された。前記の従来技術において述べたとおり、ＭｇＯ含有率の上昇は、還元粉化性改善の手段として有効であるが、ＳｉＯ₂含有率が低い場合には、冷間強度や成品歩留が低下するため、これを維持する必要がある。ＭｇＯ含有率の上昇は、焼結過程におけるＦｅ₂Ｏ₃−ＣａＯ−ＳｉＯ₂系における融液組成の下では、融点の上昇を招くとされている。コークス配合率などの上昇による反応系の温度上昇は、直接的な対策ではあるが、同時に液相比率を上昇させ気孔を閉塞させるので、成品焼結鉱の被還元性確保のためには得策ではない。
【００１８】
本発明者らは、かかる課題を解決するために、種々の検討を行い、ＭｇＯ含有率の上昇によりヘマタイト（Ｆｅ₂Ｏ₃）からマグネタイト（ＦｅＯ・Ｆｅ₂Ｏ₃：以降、便宜上「ＦｅＯ」と記す）ヘの還元を促進することにより、液相領域の拡大を図りつつ気孔を残留させることが可能であることを知見した。詳細は、下記の（ａ）〜（ｄ）に示されるとおりである。
【００１９】
（ａ）焼結過程で生成するＦｅＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ₂系融液は、Ｆｅ₂Ｏ₃−ＣａＯ−ＳｉＯ₂系融液に比較して、１３００℃における液相領域の組成範囲が広い。
【００２０】
（ｂ）融液の組成範囲を広げるために、焼結原料中のＦｅ₂Ｏ₃をＦｅＯに還元するためには、ＭｇＯの含有率を上昇させることが効果的である。
【００２１】
焼結原料中のＦｅ₂Ｏ₃のＦｅＯへの還元、すなわちＦｅ³⁺からＦｅ²⁺への還元は、燃料としてのコークス配合率を増配することにより反応温度を上昇させることによっても可能であるが、反応温度の上昇によるＦｅ³⁺からＦｅ²⁺への還元は、１３５０℃以上の温度領域において生起する現象である。この温度領域では、液相領域はすでに広範囲の組成範囲にわたっており、液相領域の組成範囲をそれ以上拡大する効果は大きくない。
【００２２】
これに対して、１３５０℃以下の温度領域においては、ＭｇＯ含有率を上昇させる方法が効果的である。これは、この温度領域においては、ＭｇＯがヘマタイトからマグネタイトへの還元温度を低下させる作用を有し、この作用によってＦｅ²⁺の増加が図られることによる。
（ｃ）ＭｇＯ源として適切な粒度範囲のドロマイト（理想化学組成：ＣａＭｇ（ＣＯ₃）₂）を配合することにより、ＦｅＯとＳｉＯ₂との反応を回避でき、被還元性を向上できる。
【００２３】
ヘマタイトがドロマイト中のＭｇＯの作用によりマグネタイトに還元された際に、ドロマイト中にはＳｉＯ₂が存在しないため、マグネタイトとＳｉＯ₂との二次的な反応による珪酸塩スラグ（ＦｅＯ−ＳｉＯ₂系スラグ）の形成は起こりにくい。高炉内反応において、珪酸塩スラグが存在する場合には、ＦｅＯの還元速度は極めて遅くなることから、この珪酸塩スラグ（ＦｅＯ−ＳｉＯ₂系スラグ）の形成抑制は、被還元性の改善にとって有効である。
【００２４】
ここで、ドロマイトの粒径は、反応促進の観点から細粒が好ましい。しかし、細粒すぎると、焼結原料充填層の通気性低下を招き、焼成後の焼結鉱の冷却速度が低下してマグネタイトの再酸化が進み、還元粉化性が悪化する。したがって、ドロマイトには適正な粒度範囲が存在する。また、このマグネタイトの再酸化を抑制する手段として、原料充填層への通気棒挿入などによる充填層の通気性向上が有効である。
（ｄ）融液の粘性は、カルシウムフェライト系融液の方が、シリケート系融液よりも小さく、カルシウムフェライト系融液を多く生成させるためには、塩基度（ＣａＯ含有率／ＳｉＯ₂含有率を意味し、以降、「ＣａＯ／ＳｉＯ₂」とも記す）を１．９以上に調整することが必要である。
【００２５】
Ｆｅ₂Ｏ₃−ＣａＯ−ＳｉＯ₂系融体は、その組成によって、シリケート系融体とカルシウムフェライト系融体のいずれに属するかが決まる。融体中の液相の粘性は、シリケート系融体よりもカルシウムフェライト系融体の方が小さい。融体の流動性は、第一には液相と固相の比、第二には液相の粘性に支配される。よって、焼結過程において生成する融体が、シリケート系融体に属するよりも、カルシウムフェライト系融体に属する方が融体の流動性は大きくなる。
【００２６】
また、高結晶水鉱石は、反応性が良好で未反応のまま残存する残留元鉱が殆ど存在しないので、高結晶水鉱石と融体との反応は、ほぼ均一反応であると解釈される。均一反応の場合には、試薬を調合した試料用いる焼結反応の試験により、焼結反応の評価が可能である。そこで、試薬調合試料を用いた電気炉焼成試験により焼結反応の調査および検討を行った。
【００２７】
その結果、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）を１．９とすることにより、カルシウムフェライトが形成されることを知見した。よって、高結晶水鉱石を用いた場合にカルシウムフェライト系融体を多く形成させるには、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）を１．９以上に設計することが好ましいことが判明した。
【００２８】
本発明は、上述の知見に基づき完成されたものである。なお、本発明において、「焼結鉱中のＦｅＯ含有率」とは、２価の鉄の含有率をＦｅＯ含有率に換算した値を意味し、例えばＪＩＳＭ８２１３に規定された分析方法により求めることができる。
【００２９】
また、「高結晶水鉱石」とは、結晶水含有率の高い鉄鉱石をいい、結晶水含有率が４％以上の高結晶水鉱石としては、例えば、ピソライト鉱石、マラマンバ鉱石などが該当する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明は、結晶水含有率が４％以上の高結晶水鉱石を多配合した場合においても、適正粒径のドロマイトを配合することによって、焼結鉱中のＦｅＯおよびＭｇＯ含有率をそれぞれ、９％超１１％以下および１．５〜４．０％に調整するとともに、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ ₂ ）を１．９以上に調整し、焼結鉱の冷間強度および成品歩留りを維持しつつ、しかも被還元性および還元粉化性を改善できる低ＳｉＯ₂含有率焼結鉱の製造方法である。
【００３１】
以下に、本発明で規定した範囲の限定理由を説明する。
【００３２】
ａ）ドロマイト粒度：−１ｍｍの比率が８〜７０％：
ドロマイト粒子中の−１ｍｍの比率が８％未満では、ドロマイトの粒子数が少ないため、ドロマイト由来のＣａＯ成分およぴＭｇＯ成分の偏在によってフラックスが不均一配置となり、焼結原料中の未焼成部分が増加して歩留りが悪化する。また、−１ｍｍの比率が７０％を超えると、焼結原料の充填層通気性が低下し、焼成された焼結鉱の冷却速度が低下する。その結果、マグネタイトからヘマタイトヘの酸化量が増加して還元粉化性が悪化する。
【００３３】
そこで、ドロマイトの粒度は、−１ｍｍの比率が８〜７０％のものを使用することとした。なお、還元粉化性、成品歩留りおよび冷間強度の観点から好ましい範囲は、１０〜４０％である。
【００３４】
ｂ）結晶水含有率４％以上の高結晶水鉱石の配合率：３０％以上：
高結晶水鉱石の結晶水含有率を４％以上と限定したのは、結晶水含有率が４％未満では、鉱石とフラックスとの反応速度の上昇により融体の流動性が低下するという高結晶水鉱石に特有の問題となる現象が起こらないからである。
【００３５】
また、高結晶水鉱石の配合率を全鉄鉱石配合量に対して３０％以上としたのは、前記配合率が３０％未満では、融体の流動性低下という高結晶水鉱石に特有の現象が高結晶水鉱石粒子の近傍に止まるからである。これに対して、配合率が３０％以上では、高結晶水鉱石粒子同士が近接するので、この高結晶水鉱石に特有の現象が焼結層全体に波及し、その結果、焼結後のバルク、すなわち焼結ケーキの強度低下を引き起こす。したがって、配合率が３０％未満では、焼結鉱の冷間強度や歩留りが悪化することがなく、本発明による焼結鉱の成品歩留り向上および焼結鉱の冷間強度改善対策を講じる必要がないからである。なお、高結晶水鉱石の好ましい配合率の範囲は、４０〜９０％である。
【００３６】
ｃ）焼結鉱中ＳｉＯ₂含有率：３．８〜４．５％：
焼結鉱中ＳｉＯ₂含有率を３．８％以上としたのは、現在使用されている鉄鉱石、副原料を配合使用する限り、焼結鉱中のＳｉＯ₂含有率を３．８％未満とすることは困難だからである。また、前記含有率が４．５％を超えると、焼結鉱の還元粉化は悪化しないので、本発明による還元粉化の改善対策を講じる必要がなくなる。そこで、焼結鉱中のＳｉＯ₂含有率を３．８〜４．５％とした。
ｄ）焼結鉱中ＦｅＯ含有率：９％超１１％以下：
ＦｅＯ含有率が９％以下では、焼結鉱中のヘマタイト量が増加しすぎて還元粉化が悪化する。一方、ＦｅＯ含有率が１１％を超えるまでに高めるためには、コークスなどの燃料配合率を必要以上に高めたり、スケールなどの酸化物質を多量に配合することが必要となり、これらの増配による焼成熱量の上昇によって、焼結鉱中の気孔が閉塞し、焼結鉱の被還元性低下を招く。
【００３７】
そこで、還元粉化性と被還元性を両立させるための焼結鉱中のＦｅＯ含有率を９％超１１％以下とした。
ｅ）焼結鉱中ＭｇＯ含有率：１．５〜４．０％：
ＭｇＯ含有率が１．５％未満では、前記のとおり、珪酸塩スラグが形成され、ＦｅＯの還元速度が低下するため、焼結鉱の被還元性が悪化する。また、ＭｇＯ含有率が４．０％を超えて高くなると、珪酸塩スラグの形成が殆ど無くなり、ＭｇＯ含有率の増加に対するＦｅＯ含有率の上昇割合も鈍るので、ＭｇＯ源の配合による被還元性および還元粉化性改善効果は飽和してくる。また、逆に、融体の融点が上昇して融体の流動性の低下を招き、焼結鉱の冷間強度や歩留を悪化させる。
【００３８】
そこで、焼結鉱中のＭｇＯ含有率を１．５〜４．０％とした。なお、還元粉化性、被還元性、成品歩留りおよび冷間強度にとってさらに好ましいＭｇＯ含有率の範囲は、１．５〜３．５％である。
【００３９】
なお、前述のとおり、本発明では、焼結鉱中のＭｇＯ含有率を増加させることにより、ＦｅＯ含有率を上昇させることを基本とするが、発熱量の過多による焼結鉱中の気孔率低下による被還元性の阻害を起こさない範囲であれば、コークスや無煙炭などの炭材配合率やスケールなどの酸化発熱物質の配合率を増加させることにより、ＦｅＯ含有率を増加させても構わない。
【００４０】
ｆ）焼結鉱の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）：１．９以上：
焼結鉱の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）を１．９以上とすることにより、カルシウムフェライト系融体が形成され、融体の流動性の向上によって焼結鉱の成品歩留りが一層改善される。
【００４１】
したがって、塩基度を１．９以上とすることが必要である。しかし、塩基度が２．２を超えて高くなると、焼結鉱の高温通気抵抗の上昇による高炉内の圧損上昇を招くので、塩基度は２．２以下であることが好ましい。次に、本発明の好ましい態様について説明する。
焼結原料層への通気孔形成
焼結原料層に通気孔を形成することによって、焼結原料層の通気性を向上させ、焼成後の焼結鉱の冷却速度を上昇させることが好ましい。これによって、焼成によって生成したマグネタイトが再酸化されてヘマタイトに変化するのを抑制し、還元粉化性をさらに一段と改善できる。
【００４２】
通気孔の位置は特に限定されないが、焼結原料充填層の下層部におけるヒートパターンは前記上層部におけるヒートパターンと比較してパレット進行方向にブロードとなるので、通気孔は下層部に設けた方がＦｅＯ（マグネタイト）含有率の上昇効果が大きい。
【００４３】
また、通気孔の形状および大きさなどは特に限定しないが、焼結原料層厚、吸引風量、焼結原料粒度などの焼結操業条件を考慮し、通気性を上昇させつつ焼結原料充填層を保持できる形状および大きさに設計すればよい。通気孔の形成は、例えば、棒材、条材、管材、鎖状材、板状材などの通気孔形成材を焼結原料層の進行方向に設置して、溝状またはトンネル状の通気孔を形成する方法によればよい。
【００４４】
【実施例】
本発明の効果を確認するため、下記の焼結鉱製造試験を実施し、成品焼結鉱の品質および歩留りを評価した。
【００４５】
１．試験方法
はじめに、ベース配合試験として、高結晶水鉱石配合率を２８．１％とし、かつ焼結鉱ＳｉＯ₂含有率が４．６％となるように焼結鉱を製造した。
【００４６】
さらに、比較例として、ベース配合条件で、全鉄鉱石配合量に対する高結晶水鉱石配合率を２８．１％とし、ドロマイト粒度は−１ｍｍの比率を５５％として、かつ焼結鉱ＳｉＯ₂含有率が４．３％となる条件で焼結鉱を製造し、還元粉化性、被還元性、冷間強度、気孔率などの焼結鉱品質および成品歩留りを調査した。
【００４７】
両者を比較することにより、焼結鉱ＳｉＯ₂含有率が低下すれば、還元粉化性および成品歩留りが悪化することを確認した。
【００４８】
次いで、全体の試験方法につき説明する。実験室規模の小型焼結試験機に焼結原料を装入した後、バッチ方式で試験焼成を実施した。焼結層の大きさは、幅：４００ｍｍ、層高：４５０ｍｍ、機長方向長さ：２４００ｍｍとした。
【００４９】
焼成試験は、下記の試験群１から試験群５までの５群とし、試験群１では焼結鉱ＦｅＯ含有率の変更試験、試験群２では焼結鉱ＭｇＯ含有率の変更試験、試験群３ではドロマイト粒度の変更試験、試験群４では焼結鉱塩基度の変更試験、そして試験群５では焼結原料充填層の通気孔形成試験を、それぞれ実施した。
【００５０】
なお、本発明例中で、試験番号Ｈ−１−１を基準となる本発明例と定めた。同試験番号の試験条件は、焼結鉱ＳｉＯ₂含有率：４．３％、ＦｅＯ含有率：８．５％、ＭｇＯ含有率：１．６％、ドロマイト粒度は−１ｍｍの比率が５５％、焼結鉱塩基度：１．９５、および通気孔の形成はなしとした。
【００５１】
試験群１：ＭｇＯ含有率を一定として、ＦｅＯ含有率を変更。
【００５２】
熱源原料の配合率を変更することによりＦｅＯ含有率を変更。
【００５３】
試験群２：ＭｇＯ含有率を変更。
【００５４】
ＭｇＯ含有率はドロマイトの配合率を変更することにより変更。
【００５５】
熱源原料の配合率を調整することにより、ＦｅＯ含有率を一定に保持。
【００５６】
試験群３：ドロマイト粒度を変更。
【００５７】
ＭｇＯ含有率および熱源原料配合率は一定のため、ＦｅＯ含有率はドロマイト粒度（ＭｇＯの反応量）に応じて変化。
【００５８】
試験群４：塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）を変更。
【００５９】
ＳｉＯ₂含有率を一定としてＣａＯ含有率を変更。ＭｇＯ含有率が一定のため、ＦｅＯ含有率はほぼ一定。
試験群５：焼結充填層通気孔の形成有無。
【００６０】
幅１０ｍｍ、高さ１００ｍｍの直方体プレートを焼結充填層の幅方向中央部に機長方向にわたって予め設置し、そこに焼結原料を装入することにより、通気孔を形成。
【００６１】
なお、本発明例の効果は、前記のベース配合試験の結果との比較を行うことにより評価した。
表１に、各試験における焼結鉱成分、ドロマイト粒度、通気孔形成の有無、および試験結果を示した。
【００６２】
【表１】

【００６３】
表１において、試験番号Ｂ−１はベース配合試験を、試験番号Ｃ−１−１、Ｃ−１−２、Ｒ−１−１、Ｈ−１−２、Ｈ−１−３およびＣ−１−３は、前記試験群１の試験を、試験番号Ｃ−２−１、Ｒ−１−１、Ｈ−２−４、Ｈ−２−５およびＣ−２−２は、試験群２の試験を、試験番号Ｃ−３−１、Ｒ−３−１、Ｒ−３−２、Ｒ−１−１、Ｒ−３−４およびＣ−３−２は、試験群３の試験を、試験番号Ｒ−４−１〜Ｒ−４−３、Ｒ−１−１およびＲ−４−５は、試験群４の試験を、そして試験番号Ｒ−１−１およびＲ−５−２は、試験群５の試験を、それぞれ表す。
【００６４】
同表中の＊印の項目は、請求項１で規定する範囲を外れることを示す。試験番号欄の頭文字Ｂの表示はベース配合試験を、Ｈの表示は本発明例を、Ｃの表示は比較例を、Ｒの表示は参考例を、それぞれ示す。
【００６５】
２．試験条件
（１）配合方法
本試験に使用した焼結原料の化学成分組成を表２に、配合条件を表３および表４に、それぞれ示す。
【００６６】
【表２】

【００６７】
【表３】

【００６８】
【表４】

高結晶水鉱石の配合率は、ベース配合条件では２８．１％、それ以外の試験では全試験を通じて７８．４％で一定とした。
【００６９】
前記の表３および表４に示された配合の合計量に対して、さらに返鉱を２０％の配合率（対新原料）で添加し、焼成用の配合原料とした。また、粉コークスは、べ一ス配合条件では配合率を３．６％、試験番号Ｈ−１−１では４．１％とし、試験群１については配合率の変更によってＦｅＯ含有率を変化させた。なお、試験群２ではＭｇＯ含有率変更にともなってＦｅＯ含有率が変化することを考慮して、粉コークス配合率を調整した。また、試験群３および試験群４では、粉コークス配合率は４．１％で一定とした。
【００７０】
（２）造粒方法
造粒機にはドラムミキサー（直径：６００ｍｍ、長さ：１０００ｍｍ）を用い、水を添加した後に回転数３０ｒｐｍにて４分間回転させて混合した。なお、水分含有率は７．５％に調整した。
【００７１】
（３）試験評価項目
試験結果は、還元粉化性（ＲＤＩ）、被還元性（ＲＩ）、冷間強度（ＴＩ）、成品歩留り、および焼結鉱気孔率を測定し、評価した。
【００７２】
焼結成品の焼結ケーキをクラッシヤーにより破砕後、ＳＩ試験機を用いて２ｍの高さから４回落下させた後、粒径５ｍｍ以上の焼結鉱を＋５ｍｍ産物と定義し、焼結ケーキから床敷きを除いた質量に対する＋５ｍｍ産物の質量比率（％）を成品歩留りとした。また、−５ｍｍ産物を返鉱と定義した。
【００７３】
前記の還元粉化性は、製銑部会法として規定された還元後の粉化率を示す指数ＲＤＩ（−３ｍｍ％）により評価した。本指数は、数値が小さいほど良好であることを意味する。
【００７４】
被還元性としては、ＪＩＳＭ８７１３に規定された還元率ＲＩ（％）を用い、冷間強度としては、ＪＩＳＭ８７１２に規定された焼結鉱の冷間における回転強度ＴＩ（＋５ｍｍ％）を用いた。
【００７５】
焼結鉱気孔率については、粒径１５〜１９ｍｍの焼結鉱を対象として、ＪＩＳＭ８７１６に基づいて同８７１７に規定された方法に準拠して求めた真密度と水浸法による見掛密度から算出した。
また、焼結鉱中のＦｅＯ含有率の化学分析は、粒径１９〜２１ｍｍの焼結鉱を用い、ＪＩＳＭ８２１３に規定された分析方法に準拠して行った。
【００７６】
３．試験結果
（１）焼結鉱ＦｅＯ含有率の影響
図１は、焼結鉱中ＦｅＯ含有率と焼結鉱品質との関係を示す図であり、同図（ａ）は、ＦｅＯ含有率と還元粉化性との関係を、同図（ｂ）は、ＦｅＯ含有率と被還元性との関係を、同図（ｃ）は、ＦｅＯ含有率と成品歩留りおよび冷間強度との関係を、そして同図（ｄ）は、ＦｅＯ含有率と気孔率との関係をそれぞれ表す。
【００７７】
還元粉化性：本発明例の試験番号Ｈ−１−２およびＨ−１−３は、ＦｅＯ含有率が本発明の範囲内の９％超１１％以下であって、ＦｅＯ含有率が低い比較例の試験番号Ｃ−１−１、Ｃ−１−２およびベース配合の試験番号Ｂ−１に比較して、還元粉化性が改善されている。両者はＦｅＯ含有率が１０％を超えているので、改善が著しい。本結果は、ＳｉＯ２含有率が４．３％と低い場合であっても、ＳｉＯ₂含有率が４．６％のベース配合よりも良好な結果となり、還元粉化性の改善効果が大きいことを示している。
【００７８】
被還元性および気孔率：ＦｅＯ含有率が１１％以下の本発明例である試験番号Ｈ−１−２およびＨ−１−３では、ＦｅＯ含有率が１１％を超える比較例の試験番号Ｃ−１−３に比較して被還元性が改善されており、ベース配合の試験番号Ｂ−１と比較しても大幅に改善されている。また、この被還元性の改善は、気孔率の上昇とも良好に対応している。
【００７９】
成品歩留りおよび冷間強度：ＦｅＯ含有率が９％超の試験番号Ｈ−１−２およびＨ−１−３において、成品歩留りおよび冷間強度が改善されている。これらの値は、高結晶水鉱石配合率の少ないベース配合の試験番号Ｂ−１と同等またはそれ以上のレベルであった。
【００８０】
以上の結果より、ＦｅＯ含有率の適正範囲は９％超１１％以下であることが確認された。また、ベース配合に比較して、参考例の試験番号Ｒ−１−１では粉コークス配合率が０．５％高い。ＦｅＯ含有率は、ベース配合では７．５％であり、試験番号Ｒ−１−１では８．５％であった。
【００８１】
別試験にて、試験番号Ｒ−１−１と粉コークス配合率以外の配合条件を同一とし、粉コークス配合率をベース配合と同一とした場合には、ＦｅＯ含有率は８．０％であるとの結果を得た。
【００８２】
したがって、上記のＦｅＯ含有率の変化より、ベース配合に対する試験番号Ｒ−１−１のＦｅＯ含有率の上昇量（８．５％−７．５％＝１．０％）の内訳は、粉コークス配合率の上昇による効果が０．５％であり、ＭｇＯ含有率の上昇による２価の鉄の安定化による効果が０．５％であると評価される。
【００８３】
従来は、粉コークス配合率を上昇させることにより気孔率が低下していた。これに対して、参考例の試験番号Ｒ−１−１では、ベース配合に比較して粉コークス配合率が０．５％高いにもかかわらず、気孔率は上昇しており、これは、ＭｇＯ含有率を上昇させることによりＦｅＯ含有率を上昇させる本発明に特有の気孔率上昇効果と判断される。
【００８４】
（２）焼結鉱ＭｇＯ含有率の影響
図２は、焼結鉱中ＭｇＯ含有率と焼結鉱品質との関係を示す図であり、同図（ａ）は、ＭｇＯ含有率と還元粉化性との関係を、同図（ｂ）は、ＭｇＯ含有率と被還元性との関係を、同図（ｃ）は、ＭｇＯ含有率と成品歩留りおよび冷間強度との関係を、そして同図（ｄ）は、ＭｇＯ含有率と気孔率との関係をそれぞれ表す。
【００８５】
還元粉化性：本発明例の試験番号Ｈ−２−４およびＨ−２−５は、ＭｇＯ含有率が本発明の範囲内の１．５〜４．０％であって、ＭｇＯ含有率が低い比較例の試験番号Ｃ−２−１およびベース配合の試験番号Ｂ−１に比較して、還元粉化性が改善されている。本結果は、ＳｉＯ₂含有率が４．３％と低い場合であっても、ＳｉＯ₂含有率が４．６％のベース配合よりも良好な結果となり、還元粉化性の改善効果が大きいことを示している。
【００８６】
被還元性および気孔率：ＭｇＯ含有率が１．５％以上の本発明例である試験番号Ｈ−２−４およびＨ−２−５では、ＭｇＯ含有率が１．５％未満である比較例の試験番号Ｃ−２−１に比較して被還元性が改善されており、ベース配合の試験番号Ｂ−１と比較しても大幅に改善されている。また、この被還元性の改善が気孔率の上昇と良好に対応しているのは、ＦｅＯ含有率が変化した場合の関係と同様である。
【００８７】
成品歩留りおよび冷間強度：ＭｇＯ含有率が４％以下の本発明例である試験番号Ｈ−２−４およびＨ−２−５では、ＭｇＯ含有率が４％を超える比較例の試験番号Ｃ−２−２に比較して、成品歩留および冷間強度が改善されている。高結晶水鉱石配合率の少ないベース配合の試験と比較しても大幅に改善されている。以上の結果より、ＭｇＯ含有率の適正範囲は１．５〜４．０％であることが実証された。
【００８８】
（３）ドロマイト粒度の影響
図３は、ドロマイト粒度（−１ｍｍの比率）と焼結鉱品質との関係を表す図であり、同図（ａ）は、ドロマイト粒度と還元粉化性との関係を、同図（ｂ）は、ドロマイト粒度と被還元性との関係を、同図（ｃ）は、ドロマイト粒度と成品歩留りおよび冷間強度との関係を、そして同図（ｄ）は、ドロマイト粒度と気孔率との関係をそれぞれ示す。
【００８９】
還元粉化性：試験番号Ｒ−３−１、Ｒ−３−２、Ｒ−１−１およびＲ−３−４は、−１ｍｍの比率が本発明の範囲内の８〜７０％の範囲にあって、−１ｍｍの比率が高い比較例の試験番号Ｃ−３−２およびベース配合の試験番号Ｂ−１に比較して、還元粉化性が改善されている。この結果は、ＳｉＯ₂含有率が４．３％と低い場合であっても、ＳｉＯ₂含有率が４．６％のベース配合の場合よりも良好な結果が得られ、還元粉化性の改善効果が大きいことを示している。
【００９０】
被還元性および気孔率：ベース配合の場合に比して被還元性はいずれの場合も大幅に改善されている。また、気孔率もベース配合の場合に比して高くなっている。
【００９１】
成品歩留りおよび冷間強度：ドロマイト中の−１ｍｍの比率が８〜７０％の範囲内である試験番号Ｒ−３−１、Ｒ−３−２、Ｒ−１−１およびＲ−３−４は、−１ｍｍの比率が低い試験番号Ｃ−３−１および−１ｍｍの比率が高い試験番号Ｃ−３−２に比して、成品歩留りおよび冷間強度が高くなっている。また、高結晶水鉱石配合率の少ないベース配合と同等またはそれ以上のレベルであった。以上より、ドロマイト粒度の適正範囲は、−１ｍｍの比率が８〜７０％であることが確認された。
【００９２】
（４）焼結鉱塩基度の影響
図４は、焼結鉱の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）と焼結鉱品質との関係を示す図であり、同図（ａ）は、焼結鉱塩基度と還元粉化性との関係を、同図（ｂ）は、焼結鉱塩基度と被還元性との関係を、同図（ｃ）は、焼結鉱塩基度と成品歩留りおよび冷間強度との関係を、そして同図（ｄ）は、焼結鉱塩基度と気孔率との関係をそれぞれ示す。
【００９３】
還元粉化性：試験番号Ｒ−４−１〜Ｒ−４−３、Ｒ−１−１およびＲ−４−５の全試験で還元粉化性は改善されており、特に、塩基度が１．９以上の試験番号Ｒ−４−３、Ｒ−１−１およびＲ−４−５では、大幅に改善されている。本結果は、ＳｉＯ₂含有率が４．３％と低い場合であっても、ＳｉＯ₂含有率が４．６％のベース配合よりも良好な還元粉化性を示しており、改善効果が大きいことを示している。
【００９４】
被還元性および気孔率：試験群４の全試験において改善されており、ベース配合の場合と比較しても大幅に改善された。
【００９５】
製品歩留りおよび冷間強度：試験群４のほぼ全試験において改善されており、成品歩留りについては、特に高結晶水鉱石の配合率が少ないベース配合の場合以上に改善された。塩基度が１．９未満の試験番号Ｒ−４−１およびＲ−４−２においてもベース配合とほぼ同等の結果であった。
【００９６】
以上より、ベース配合の場合に比較して、試験群４の全試験において改善されていることが確認された。特に、塩基度が１．９以上の場合においては、ベース配合の場合に比較して、さらに一層、還元粉化性、成品歩留りおよび冷間強度の改善効果が見られた。
【００９７】
（５）通気孔形成の影響
図５は、焼結原料層への通気孔の形成の有無と焼結鉱品質との関係を示す図であり、同図（ａ）は、通気孔の形成の有無と還元粉化性との関係を、同図（ｂ）は、通気孔の形成の有無と冷間強度、成品歩留りおよび被還元性との関係を、そして同図（ｃ）は、通気孔の形成の有無と気孔率との関係をそれぞれ表す。
【００９８】
通気孔を形成させた試験番号Ｒ−５−２では、試験番号Ｒ−１−１よりもさらに還元粉化性が改善されている。これは、通気度の上昇による焼成後の冷却速度の上昇により、焼結鉱中ＦｅＯ含有率の増加にみられるように、冷却過程におけるマグネタイトの再酸化が抑制されたことによる。
【００９９】
また、冷却速度の上昇により、焼結充填層の高温保持時間が短縮されて溶融が抑制され、気孔率が上昇した結果、ＦｅＯ含有率の上昇にもかかわらず被還元性は高く維持されている。
【０１００】
さらに、成品歩留りおよび冷間強度についても高い値が維持された。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、高結晶水鉱石を多配合した場合においても、適正粒度のドロマイトを配合することにより焼結鉱中ＭｇＯ含有率およびＦｅＯ含有率を上昇させ、還元粉化性、被還元性、冷間強度などの焼結鉱品質、および成品歩留りを向上させた低ＳｉＯ₂含有率焼結鉱を製造することができる。
さらに、塩基度を所定範囲に調整することにより、成品歩留りなどが一段と改善される。また、焼結原料充填層に通気孔を形成して充填層内の通気性を改善することにより、マグネタイトの再酸化によるヘマタイト形成を抑制するとともに、気孔率を上昇させることができ、被還元性を維持しつつ還元粉化性を改善する上で好ましい。
【０１０２】
以上のように、本発明の方法は、難焼結性の高結晶水鉱石多配合下における低ＳｉＯ₂焼結鉱の製造課題を解決して、高炉の安定操業に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】焼結鉱中ＦｅＯ含有率と焼結鉱品質との関係を示す図であり、図１（ａ）は、ＦｅＯ含有率と還元粉化性との関係を、図１（ｂ）は、ＦｅＯ含有率と被還元性との関係を、図１（ｃ）は、ＦｅＯ含有率と成品歩留りおよび冷間強度との関係を、そして図１（ｄ）は、ＦｅＯ含有率と気孔率との関係をそれぞれ表す。
【図２】焼結鉱中ＭｇＯ含有率と焼結鉱品質との関係を示す図であり、図２（ａ）は、ＭｇＯ含有率と還元粉化性との関係を、図２（ｂ）は、ＭｇＯ含有率と被還元性との関係を、図２（ｃ）は、ＭｇＯ含有率と成品歩留りおよび冷間強度との関係を、そして図２（ｄ）は、ＭｇＯ含有率と気孔率との関係をそれぞれ表す。
【図３】ドロマイト粒度（粒径１ｍｍ以下の占める比率）と焼結鉱品質との関係を示す図であり、図３（ａ）は、ドロマイト粒度と還元粉化性との関係を、図３（ｂ）は、ドロマイト粒度と被還元性との関係を、図３（ｃ）は、ドロマイト粒度と成品歩留りおよび冷間強度との関係を、そして図３（ｄ）は、ドロマイト粒度と気孔率との関係をそれぞれ表す。
【図４】焼結鉱の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）と焼結鉱品質との関係を示す図であり、図４（ａ）は、焼結鉱塩基度と還元粉化性との関係を、図４（ｂ）は、焼結鉱塩基度と被還元性との関係を、図４（ｃ）は、焼結鉱塩基度と成品歩留りおよび冷間強度との関係を、そして図４（ｄ）は、焼結鉱塩基度と気孔率との関係をそれぞれ表す。
【図５】焼結原料層への通気孔の形成の有無と焼結鉱品質との関係を示す図であり、図５（ａ）は、通気孔の形成の有無と還元粉化性との関係を、図５（ｂ）は、通気孔の形成の有無と冷間強度、成品歩留りおよび被還元性との関係を、そして図５（ｃ）は、通気孔の形成の有無と気孔率との関係をそれぞれ表す。

Claims

ＳｉＯ₂含有率が３．８〜４．５質量％の低ＳｉＯ₂焼結鉱の製造方法であって、結晶水含有率が４質量％以上の高結晶水鉱石を全鉄鉱石配合量に対して３０質量％以上配合し、粒径１．０ｍｍ以下の比率が８〜７０質量％のドロマイトを使用し、焼結鉱中のＦｅＯ含有率を９質量％超１１質量％以下に、ＭｇＯ含有率を１．５〜４．０質量％に、塩基度（ＣａＯ含有率／ＳｉＯ ₂ 含有率）を１．９以上に調整することを特徴とする低ＳｉＯ₂焼結鉱の製造方法。
焼結原料層の進行方向に通気孔を形成することを特徴とする請求項１に記載の低ＳｉＯ₂焼結鉱の製造方法。