JP4415690B2

JP4415690B2 - 焼結鉱の製造方法

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Publication number: JP4415690B2
Application number: JP2004028881A
Authority: JP
Inventors: 晃一主代
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2024-02-05
Also published as: JP2005220399A

Description

本発明は、焼結鉱の製造方法に係わり、詳しくは、高炉で溶銑を溶製する鉄源原料の一つであり、特に高炉スラグを形成する成分であるＳｉＯ₂及びＣａＯの含有量が少ないにもかかわらず、落下強度（シャッター強度（記号：ＳＩ）が高い特性を有する焼結鉱の製造技術に関する。

近年、良質の塊状鉄鉱石が枯渇する傾向にあるので、高炉へ装入する鉄源原料として、焼結鉱の利用比率が一層高まっている。この焼結鉱は、配合原料と称し、粉状鉄鉱石、硫酸滓、砂鉄、スケール、高炉ダスト及び転炉ダスト等の鉄源に、造滓材としての石灰石、返鉱及び焼成のための熱源としての炭材を混合したものを素材とする。通常は、その配合原料に適量の水分を添加、混合、造粒した後、パレット上に層状に充填し、空気を下向きに流通させながら前記炭材を燃焼し、該配合原料を溶融してから冷却、破砕することで製造している。つまり、焼結鉱は、粉状鉄鉱石等の鉄源がフラックスとしてのＣａＯやＳｉＯ₂等の造滓（スラグ）成分と反応、溶融させて塊状化する人工鉱石である。

しかしながら、現在高炉で利用している焼結鉱は、塊状鉄鉱石に比較してＳｉＯ₂、ＣａＯの含有量が多いので、高炉へ装入する鉄源原料のうちで該焼結鉱の占める比率が高くなるに伴い、高炉スラグの発生量が増加し、高炉の燃料比（溶銑１トンを溶製するに必要な燃料の量）及び発生した高炉スラグの処理費の増大を招く等の問題を起こしている。また、最近では、省資源・省エネルギーの観点からも、高炉の燃料比及びスラグ比（スラグ量／高炉原料量）の低減に対する要望が高まっている。

ところが、焼結鉱中のＳｉＯ₂、ＣａＯ含有量の減少は、該焼結鉱の強度低下をもたらす原因となるため、現状では、ＳｉＯ₂含有量の下限値は４．５ｍａｓｓ％程度、ＣａＯ含有量の下限値は９．０ｍａｓｓ％程度に抑えられている。例えば、ＣａＯが６〜９ｗｔ％の低スラグ焼結鉱の製造方法（特許文献１参照）、ＳｉＯ₂が平均５ｗｔ％以下で、ＣａＯ／ＳｉＯ₂が１．９０〜２．１０の焼結鉱の製造方法（特許文献２参照）、ＳｉＯ₂が４．２〜４．９ｍａｓｓ％，ＭｇＯが１．５〜３．０ｍａｓｓ％で，ＣａＯ／ＳｉＯ₂が１．８〜２．２の焼結鉱の製造方法（特許文献３参照）及びＳｉＯ₂が４．６％以下、ＣａＯ／ＳｉＯ₂が１．０〜３．０、ＭｇＯが０．５％超え程度の焼結鉱の製造方法（特許文献４参照）が提案されている。

しかしながら、それら従来の製造方法は、いずれもＳｉＯ₂、ＣａＯ含有量の低下に伴い、落下強度（ＳＩ）が８５％と低下しており、上記したように、焼結鉱中のＳｉＯ₂含有量は４．５ｍａｓｓ％程度、ＣａＯ含有量は９．０ｍａｓｓ％程度に留まっている。なお、現状のＳｉＯ₂を４．５ｍａｓｓ％以上、ＣａＯを９．０ｍａｓｓ％以上含有する焼結鉱では、落下強度（ＳＩ）は８９％程度である。また、含有させるＳｉＯ₂、ＣａＯ等の所謂「フラックス」の減少に対し、配合原料中の炭材含有量を増加させて現状の強度を維持する方法も考えられるが、その場合には、焼結鉱のミクロ組織が溶融時に生成したオリビン系融液に由来する結晶の多いものとなり、該焼結鉱の被還元性（ＲＩ）が劣化するという別の問題がある。
特開平１０−２７３７３８号公報特開平１１−８０８４５号公報特開平１１−１３１１５１号公報特開２０００−１７８６５９号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、高炉スラグを形成する成分の含有量が従来より少なくても、９０％以上の落下強度（ＳＩ）を維持可能な焼結鉱の製造方法を提案することを目的としている。

発明者らは、上記目的の実現に向けた研究の中で、従来技術の抱える上述した問題点について鋭意検討し、その成果を本発明に具現化した。

すなわち、本発明は、粉鉄鉱石と、その他の鉄源原料、ＣａＯを含有する副原料及び炭材とを混合し、水分を添加して造粒した後に焼結機へ供給し、前記炭材を燃焼させて溶融、冷却し、ＳｉＯ₂：４．０〜５．０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：７〜９ｍａｓｓ％含有する焼結鉱を製造するに際して、まず、ＳｉＯ₂含有量が３．６ｍａｓｓ％以下の粉鉄鉱石及び炭材を予じめ混合、造粒して造粒物を形成し、引き続き、該造粒物と残りの原料とを再度混合、造粒してから焼結機へ供給することを特徴とする焼結鉱の製造方法である。

この場合、前記予備造粒物の造粒に際して、粉鉄鉱石及び炭材に加え、ＣａＯを含有する副原料を添加して、ＣａＯ含有量が４ｍａｓｓ％以下（０ｍａｓｓ％を除く）の造粒物を形成しても良い。また、これらの本発明では、前記予備造粒物の炭材含有量を６ｍａｓｓ％以上としたり、あるいは前記予備造粒物へ混合する炭材の粒度分布を１ｍｍ以下が９０ｍａｓｓ％とするのが好ましい。

本発明では、焼結用配合原料の一部を予備造粒してから残りの原料と合わせて再造粒した後に焼結を行い、ウスタイト及びマグネタイト系融液を主体にした強度の大きい芯を有する焼結鉱とする。その結果、高炉スラグを形成する成分の含有量が従来より少なくても、９０％以上の落下強度（ＳＩ）を有する焼結鉱が製造できるようになった。

以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態について説明する。

焼結鉱は、粉鉄鉱石を所謂「フラックス」、つまりＣａＯやＳｉＯ₂等のスラグ成分と反応溶融させた後、冷却して塊成化したものである。そのため、該焼結鉱の強度には、配合原料の粒度や配合比率（塩基度）等、様々な因子が影響を及ぼしていることは周知の通りである。特に、ＳｉＯ₂含有量が４．０〜５．０ｍａｓｓ％、ＣａＯ含有量が７〜９ｍａｓｓ％程度の低スラグ焼結鉱では、ＣａＯやＳｉＯ₂等のフラックス成分の減少に伴い、融液量が不足して、製品たる焼結鉱の落下強度（ＳＩ）の低下が顕著となる。

そこで、発明者らは、添加フラックス成分に依存しない融液生成を種々試みたところ、ＳｉＯ₂含有量が３．６ｍａｓｓ％以下である粉鉄鉱石と炭材との造粒物を予め形成し（予備造粒という）、その上を残りの原料（配合原料のうち、上記予備造粒に使用しなかった原料）で覆うように二層構造に再度造粒してから焼結すると、比較的被還元性が高く、高強度な焼結体が得らることを見出し、その知見に基づき本発明を完成させた。つまり、現在製造している焼結鉱においても、炭材燃焼時の還元雰囲気下でＦｅ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂とに由来するオリビン系融液が生成するが、先に述べたように、この融液に由来するミクロ組織を有する焼結鉱は被還元性が低くなる。ところが、前記造粒物の形成に、ＳｉＯ₂含有量が３．６ｍａｓｓ％以下の粉鉄鉱石を使用すると、オリビン系融液の生成量が少なくなり、ウスタイト及びマグネタイト系融液由来のミクロ組織が多くなって、高強度と高被還元性を両立する焼結体が得られたのである。なお、現在製造している焼結鉱の製造では、配合原料においてすべての粉鉄鉱石をＳｉＯ₂含有量が３．６ｍａｓｓ％以下とすることはない。

また、本発明では、前記予備造粒に際して、図１に示すように、粉鉄鉱石及び炭材に加えて、ＣａＯ含有する副原料（例えば、石灰石、焼石灰等）を添加し、予めＣａＯの添加量が４ｍａｓｓ％以下と比較的少ない造粒物を形成させても良い。芯となる部分にＣａＯが４ｍａｓｓ％程度含まれていても、焼結鉱の強度や被還元性をさほど低下させなかったからである。

次いで、発明者は、上記した焼結鉱にさらなる改良を加えるため、予備造粒物中への炭材添加量の好適範囲を検討した。その結果、炭材添加（含有）量が６ｍａｓｓ％未満では、融液生成量が不足し、所望の強度が得られない場合があったので、６ｍａｓｓ％を下限とするのが好ましい。なお、この炭材添加量の上限は特に設ける必要がなく、製造上の経済性により決定すれば良い。

ところで、一般に炭材粒度が大きい場合、炭材の燃焼速度が遅くなり、焼結反応時の酸素分圧は高くなると考えられている。従って、今回の予備造粒物のように、比較的多量の炭材を燃焼させ、酸素分圧を低下してウスタイト及びマグネタイト系融液を出易くさせるには、炭材粒度はより細かいほうが望ましいと考えられる。そこで、本発明に係る予備造粒物についても炭材の最適な粒度分布について検討した。その結果、現在通常の焼結鉱製造においては１ｍｍ以下の粒度のものが４０〜６０ｍａｓｓ％を占めるが、これに対して１ｍｍ以下の粒度のものを９０ｍａｓｓ％有する炭材を添加すると、焼結鉱の強度がさらに向上することを知り、その要件を加えた本発明も創案した。

以下に、本発明に係る焼結鉱の製造方法を具体的な実施例で説明すると共に、本発明の要件から外れる比較例をも記載し、本発明の効果を確認する。なお、それらの焼結鉱を製造するに際しては、９銘柄の粉鉄鉱石を使用し、表１に示す鉱石配合割合とした。また、新原料及び副原料の内訳を表２に示す。

（実施例１）
配合原料としては、成品焼結鉱のＳｉＯ₂含有量が４．０％ｍａｓｓとなるように珪石を、成品焼結鉱のＣａＯ含有量が７．０％ｍａｓｓとなるように石灰石を配合した。また、返鉱（一度焼結鉱になったののを破砕した原料）を新原料（返鉱以外の新たに配合する原料）に対し２０ｍａｓｓ％となるように配合した。

まず、鉱石銘柄Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｇの粉鉄鉱石に対して炭材を６ｍａｓｓ％となるように配合し、これらを混合後、水分を添加しながらパンペレタイザで予備造粒した。従って、表１の鉱石銘柄のうち，上記以外のものは、予備造粒されない残りの原料となる。この造粒物を残りの原料（配合計算で予め定めることができる）と共にドラムミキサに投入し、水分を添加しながら再度混合、造粒した。配合した全炭材量は、新原料に対し５．０ｍａｓｓ％とした。これらの製造条件を整理して表３に示す。

上記の再造粒物は焼結機に装入され、通常の空気吸引下で焼結した。得られた焼結鉱の品質を表４に示す。焼結鉱の評価は、日本工業規格ＪＩＳＭ８７１１規定された方法により落下強度（シャッターインデックス（ＳＩ））を、また日本工業規格ＪＩＳＭ８７１３に規定された方法で被還元性指数（ＲＩ）を求めて行った。ここで得られた焼結鉱は、ＳｉＯ₂含有量が４．０ｍａｓｓ％、ＣａＯ含有量が７．０ｍａｓｓ％であり、ＳＩが９０、ＲＩが６７と，高強度で被還元性が良好な焼結鉱であった。

（実施例２）
予め鉱石銘柄Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｇの粉鉄鉱石、炭材及びＣａＯを含有する副原料を混合、造粒し、造粒物中へのＣａＯ添加量が４ｍａｓｓ％となるようにした。これは、炭材を６ｍａｓｓ％となるように配合し、これらを混合後、水分を添加しながらパンペレタイザで造粒した以外は、実施例１と同様の方法である。得られた焼結鉱は、ＳｉＯ₂含有量が４．０ｍａｓｓ％、ＣａＯ含有量が７．０％であり、ＳＩが９１、ＲＩが６８と，高強度で被還元性が良好な焼結鉱であった。

（実施例３）
予め鉱石銘柄Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｇに対して炭材を８ｍａｓｓ％となるように配合し、さらに造粒物のこれらを混合後、水分を添加しながらパンペレタイザで造粒した。配合した全炭材量は、新原料に対し７．０ｍａｓｓ％とした以外は、実施例１と同様の方法である。得られた焼結鉱は、ＳｉＯ₂含有量が４．０ｍａｓｓ％、ＣａＯ含有量が７．０ｍａｓｓ％であり、ＳＩが９２、ＲＩが６６と，高強度で被還元性が良好な焼結鉱であった。

（実施例４）
予め鉱石銘柄Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｇに対して粒度分布が１ｍｍ以下９０ｍａｓｓ％であるような炭材を６ｍａｓｓ％となるように配合し、これらを混合後、水分を添加しながらパンペレタイザで造粒した以外は、実施例１と同様の方法である。得られた焼結鉱は、ＳｉＯ₂含有量が４．０ｍａｓｓ％、ＣａＯ含有量が７．０ｍａｓｓ％であり、ＳＩが９３、ＲＩが６７と，高強度で被還元性が良好な焼結鉱であった。

（実施例５）
成品焼結鉱のＳｉＯ₂含有量が５．０％ｍａｓｓとなるように珪石を、成品焼結鉱のＣａＯ含有量が９．０％ｍａｓｓとなるように石灰石を配合した以外は、実施例１と同様の方法である。得られた焼結鉱は、ＳｉＯ₂含有量が５．０ｍａｓｓ％、ＣａＯ含有量が９．０ｍａｓｓ％であり、ＳＩが９５、ＲＩが６７と，高強度で被還元性が良好な焼結鉱であった。

（比較例１）
成品焼結鉱のＳｉＯ₂含有量が４．０％ｍａｓｓとなるように珪石を、成品焼結鉱のＣａＯ含有量が７．０％ｍａｓｓとなるように石灰石を配合した。また、前記返鉱は、前記新原料に対し２０ｍａｓｓ％となるように配合した。

すべての配合原料をドラムミキサに投入し、水分を添加しながら混合、造粒した。配合した全炭材量は、新原料に対し５．０ｍａｓｓ％とした。これらの製造条件を整理して表５に示す。

上記造粒物を焼結機に装入し、焼結後に得られた焼結鉱の品質を表６に示す。ここで得られた焼結鉱は、ＳｉＯ₂含有量が４．０ｍａｓｓ％、ＣａＯ含有量が７．０ｍａｓｓ％であり、ＳＩが７５、ＲＩが７３と，落下強度が低かった。

（比較例２）
予め鉱石銘柄Ｃ、Ｅ、Ｆ、Ｈ、Ｉの粉鉄鉱石、炭材及びＣａＯを含有する副原料を混合、造粒する際に、造粒物中へのＣａＯ添加量が４ｍａｓｓ％となるようにすると共に、炭材を６ｍａｓｓ％となるように配合した。これらの配合原料を混合後、水分を添加しながらパンペレタイザで造粒した以外は、実施例１と同様の方法である。得られた焼結鉱は、ＳｉＯ₂含有量が４．０ｍａｓｓ％、ＣａＯ含有量が７．０ｍａｓｓ％であり、ＳＩが８５、ＲＩが５０と，落下強度が低く、被還元性も低い焼結鉱であった。

（比較例３）
予め鉱石銘柄Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｇの粉鉄鉱石、炭材及びＣａＯを含有する副原料を混合、造粒する際、造粒物中へのＣａＯ添加量が７ｍａｓｓ％となるようにすると共に、炭材を６ｍａｓｓ％となるように配合した。これらの配合原料を混合後、水分を添加しながらパンペレタイザで造粒した以外は、実施例１と同様の方法である。得られた焼結鉱は、ＳｉＯ₂含有量が４．０ｍａｓｓ％、ＣａＯ含有量が７．０ｍａｓｓ％であり、ＳＩが７９、ＲＩが６６と，落下強度が低かった。

（比較例４）
予め鉱石銘柄Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｇの粉鉄鉱石に対し炭材を４ｍａｓｓ％となるように配合し、さらに造粒物のこれらを混合後、水分を添加しながらパンペレタイザで造粒した。配合した全炭材量を新原料に対し７．０ｍａｓｓ％とした以外は、実施例１と同様の方法である。得られた焼結鉱は、ＳｉＯ₂含有量が４．０ｍａｓｓ％であり、ＣａＯ含有量が７．０ｍａｓｓ％であり、ＳＩが８６、ＲＩが６７と，落下強度が低かった。

（比較例５）
成品焼結鉱のＳｉＯ₂含有量は５．０％ｍａｓｓとなるように珪石を、成品焼結鉱のＣａＯ含有量は９．０％ｍａｓｓとなるように石灰石を配合した以外は、比較例１と同様の方法である。得られた焼結鉱は、ＳｉＯ₂含有量が５．０ｍａｓｓ％であり、ＣａＯ含有量が９．０ｍａｓｓ％であり、ＳＩが８５、ＲＩが６６と，落下強度が低かった。

本発明に係る焼結鉱の製造方法の工程例を説明するフロー図である。

Claims

粉鉄鉱石と、その他の鉄源原料、ＣａＯを含有する副原料及び炭材とを混合し、水分を添加して造粒した後に焼結機へ供給し、前記炭材を燃焼させて溶融、冷却し、ＳｉＯ_２：４．０〜５．０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：７〜９ｍａｓｓ％含有する焼結鉱を製造するに際して、
まず、ＳｉＯ_２含有量が３．６ｍａｓｓ％以下の粉鉄鉱石及び炭材を予じめ混合、造粒して予備造粒物を形成し、引き続き、該予備造粒物と残りの原料とを再度混合、造粒してから焼結機へ供給することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
前記予備造粒物の造粒に際して、粉鉄鉱石及び炭材に加え、ＣａＯを含有する副原料を添加して、ＣａＯ含有量が４ｍａｓｓ％以下（０ｍａｓｓ％を除く）の造粒物を形成することを特徴とする請求項１記載の焼結鉱の製造方法。
前記予備造粒物の炭材含有量を６ｍａｓｓ％以上とすることを特徴とする請求項１又は２記載の焼結鉱の製造方法。
前記予備造粒物へ混合する炭材の粒度分布を１ｍｍ以下が９０ｍａｓｓ％とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の焼結鉱の製造方法。