JP4438477B2 - 高炉用焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、結晶水含有量が高くかつ微粉の割合が多い鉄鉱石が配合された焼結原料から、高炉用焼結鉱を製造するための方法に関するものである。

高炉の主原料である焼結鉱は、一般に以下のようにして製造される。まず、粉鉄鉱石に、石灰粉等のＣａＯ含有副原料、珪石や蛇紋岩等のＳｉＯ_２含有副原料及びコークス粉等の炭材を配合し、これに適量の水を加えて混合・造粒する。この造粒された配合原料（焼結原料）を、ドワイトロイド式焼結機のパレット上に所定の厚さに充填し、この充填ベッド表層部の炭材に着火後、下方に向けて空気を吸引しながら充填ベッド内部の炭材を燃焼させ、その燃焼熱により配合原料を焼結させて焼結ケーキとする。そして、この焼結ケーキを粉砕・整粒することにより、粒径が数ｍｍ以上の成品焼結鉱が得られる。

安定した高炉操業を行うためには、高品質の焼結鉱が求められる。一般に、焼結鉱の品質はシャッター強度（冷間強度）、還元粉化指数（ＲＤＩ）、被還元性（ＲＩ）などが指標とされるが、これらが指標となる成品焼結鉱の品質は、高炉操業における炉内荷下がり状態の安定性、炉内通気性や通液性、鉱石の還元効率、高温性状等に対して大きな影響を及ぼす。このため焼結鉱の製造プロセスでは厳しい品質管理が行なわれている。また、焼結鉱の製造コストを低減させるために焼結鉱の成品歩留まりの向上が求められ、さらに焼結鉱製造ラインの効率化と生産性の向上が求められる。

ところで、焼結鉱の原料鉄鉱石としては、従来、主としてヘマタイト鉱石（赤鉄鉱）やマグネタイト鉱石（磁鉄鉱）が用いられてきたが、最近このような良質な鉄鉱石の供給量が減少しつつあることに伴い、マラマンバ鉱石などのような結晶水の含有量が高い鉄鉱石を用いる必要に迫られており、将来的にその使用量は益々増大するものと思われる。ここで、マラマンバ鉱石とは、豪州のマラマンバ鉱床から産出される鉄鉱石の総称であって、一般にはゲーサイト（Ｆｅ_２Ｏ_３・Ｈ_２Ｏ）とマータイト（マグネタイト構造を有するＦｅ_２Ｏ_３）を主要鉱物とし、かつ結晶水を５mass％前後の高い含有率で含む鉱石である。銘柄名では、ウエストアンジェラス鉱、ＭＡＣ鉱などが代表的な鉄鉱石である。

しかし、高結晶水鉱石であるマラマンバ鉱石を焼結原料として使用した場合、(1)焼結における結晶水離脱時の熱分解反応に対して熱補償が必要であるため、その分、配合する炭材（コークス粉）を増量する必要がある、(2)マラマンバ鉱石は他の多くの鉄鉱石に比べて微粉の割合が多いため造粒性が悪く、焼結ベッド（焼結原料層）内の通気性の悪化に起因して成品強度が低下し、これに伴って生産率や成品歩留まりも低下する、などの問題点が従来から指摘されている。

このような問題に対し、特許文献１には、マラマンバ鉱石を多量に使用する際の造粒を強化するために、マラマンバ鉱石用に別ラインを設けて造粒を行い、その後、他の鉱石と混合・造粒する方法が開示されている。
また、特許文献２には微粉分の多い鉄鉱石を使用して焼結鉱を製造する際に、混合撹拌による造粒を強化することを狙いとして、焼結原料を高速撹拌して混合・造粒する方法が開示されている。
特開昭５２−４９９０５号公報 特開平７−３３１３４２号公報

特許文献１，２のように、微粉分の多いマラマンバ鉱石の造粒を強化することはそれなりに有効であると考えられるが、それらの方法を実施するためには特別な造粒ラインや撹拌手段が必要であるため、設備コストや処理コストが増大し、低コストのマラマンバ鉱石を使用する意味が実質的になくなってしまう。
したがって本発明の目的は、マラマンバ鉱石などのような結晶水含有量が高くかつ微粉分の割合が多い鉄鉱石を多量配合した場合でも、従来技術のような特別な事前処理を行うことなく、高品質の焼結鉱を高い生産性と成品歩留りで製造することができる焼結鉱の製造方法を提供することにある。

図２に、へマタイト鉱石を主体とした原料鉱石にマラマンバ鉱石を配合した焼結原料を用いて焼結鉱を製造した場合において、マラマンバ鉱石の配合量と焼結鉱の生産率、成品歩留まり及び冷間強度（タンブラー強度）との関係を調べた結果を示す。これによれば、原料鉱石中でのマラマンバ鉱石の配合量が１０mass％以上になると、焼結鉱の生産率、成品歩留まり及び冷間強度が大きく低下している。
焼結鉱製造プロセスでは、造粒された焼結原料を、原料装入装置によって焼結機パレット上に装入して原料充填層を形成した後、点火炉において原料充填層の表層部に含まれる炭材（コークス粉など）に点火するとともに、パレットの下方からブロアで空気を吸引し、原料充填層内の炭材を燃焼させながら、上層から下層に向けて鉄鉱石を焼成していく。このような焼成プロセスでは、原料充填層内での良好な通気性が確保されることが、成品焼結鉱の品質や歩留まり、さらには生産率を確保する上で重要な要素となる。

原料充填層の通気性を良好にするには、原料充填層内での原料の粒度分布を制御すること、具体的には、上層側ほど粒度の細かい原料が堆積するような状態に原料を装入することが有効であり、このための装置として、焼結原料の粒度偏析装入装置が用いられている。この原料装入装置には種々のタイプのものがあるが、例えば、ロールフィーダ等の原料供給機構の下方に、反パレット移動方向に対して下向きに傾斜した粒度偏析装入用のスクリーン状シュートを設けたものが知られている。このスクリーン状シュートは、パレット幅方向と平行な多数のスクリーン構成部材（ロッド又は索状体）を間隔をおいて並列させ、且つこれらスクリーン構成部材の間隔をシュート上部側ほど狭めた構造を有している。このような粒度偏析装入装置によれば、原料供給機構から払い出されてスクリーン状シュート上を滑り落ちる原料は、スクリーン状シュートを構成するスクリーン構成部材間の間隔がシュート上部側ほど小さいため、スクリーン構成部材間の間隙を通じてパレット上に落下する際に粒度に応じて篩い分け（分級）され、粒度の大きい原料ほどパレットの原料装入始端側に装入される。この結果、装入後の原料充填層は上層側ほど原料粒度が細かい粒度偏析した状態となる。

近年、多くの焼結機において、上記のような粒度偏析装入装置が用いられている。本発明者らは、原料鉱石の一部としてマラマンバ鉱石を配合した焼結原料を上記のような粒度偏析装入装置を備えた焼結機で焼成した場合について、原料充填層内での原料粒子の偏析状態と、得られる焼結鉱の品質や成品歩留まり等について検討を行った。その結果、マラマンバ鉱石の微粉分の相当量が、微粉状態のままで原料充填層の上層部に多く偏析していることが判った。先に述べたようにマラマンバ鉱石は結晶水を多く含むため、ヘマタイト鉱石に比べ結晶水の分解熱量を余分に必要とし、このためヘマタイト鉱石と同程度の供給熱量では焼結性が非常に悪くなる。一方、原料充填層の上層部は焼成の際の高温保持時間が短いため、焼成が不十分となりやすく、元々焼結鉱の成品歩留まりや品質が悪くなりやすい領域ある。したがって、このような領域に焼結性の悪いマラマンバ鉱石の微粉分が多く偏析するために、さらに焼結鉱の歩留まりや品質が悪化する、という問題を生じていることが判った。

そこで、本発明者らは、原料充填層の上層部に偏析した結晶水の多い微粉（以下、「高結晶水微粉鉱石」という）の焼結性を高める方策について検討し、まず、造粒されることなく上層部に偏析した高結晶水微粉鉱石と同じように、炭材についても、その微粉分が造粒されることなく上層部に偏析するような状態を実現できれば、上層部に偏析した高結晶水微粉鉱石の焼結性を高められるのではないかという着想を得た。そして、このような着想に基づき、実験と検討を行った結果、焼結機に装入される焼結原料中に微粉炭材が非造粒物として特定の割合で含まれるようにすることより、焼結鉱の生産率、成品歩留まり及び冷間強度を大きく改善できることを見出した。

本発明は以上のような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下のとおりである。
[1] 原料鉱石の少なくとも一部として、結晶水含有量が５mass％以上、粒径０．２５ｍｍ以下の鉱石の割合が２０mass％以上である鉄鉱石が配合された焼結原料を、粒度偏析装入装置により焼結機に装入し、焼結原料を焼成して焼結鉱を製造する方法において、
焼結機への装入直前における焼結原料のなかで、−０．２５ｍｍ篩下として分級され得る原料中の炭材の割合が１５〜２５mass％となるような焼結原料を用いて焼結鉱を製造することを特徴とする高炉用焼結鉱の製造方法。
[2] 上記[1]の製造方法において、炭材の一部を除く焼結原料を混合・造粒した後、前記炭材を添加し、焼結機に装入することを特徴とする高炉用焼結鉱の製造方法。
[3] 上記[1]又は[2]の製造方法において、結晶水含有量が５mass％以上、粒径０．２５ｍｍ以下の鉱石の割合が２０mass％以上である鉄鉱石を、原料鉱石中の割合で１０mass％以上配合した焼結原料を用いて焼結鉱を製造することを特徴とする高炉用焼結鉱の製造方法。
ここで、本発明において「焼結機への装入直前における焼結原料」とは、造粒工程を含めた一連の事前調整・処理工程を経た後、焼結機パレットに装入されるまでの間の焼結原料を指す。

本発明によれば、マラマンバ鉱石などのような結晶水含有量が高くかつ微粉の割合の多い鉄鉱石が配合された焼結原料を、粒度偏析装入装置を用いて焼結機に装入して焼結鉱を製造する際に、原料充填層の上層部に偏析した高結晶水微粉鉱石の焼結性が、同じく原料充填層の上層部に偏析した微粉炭材の熱量補償により効果的に改善されるので、原料充填層の上層部を十分な熱量で適切に焼成することができ、その結果、従来に比べて焼結鉱の生産率、成品歩留まり及び冷間強度を大きく改善することができる。

本発明の焼結鉱の製造方法は、原料鉱石の少なくとも一部として、結晶水含有量が５mass％以上、粒径０．２５ｍｍ以下の鉱石の割合が２０mass％以上である鉄鉱石が配合された焼結原料を、粒度偏析装入装置により焼結機に装入し、焼結原料を焼成して焼結鉱を製造する方法である。
ここで、結晶水含有量が５mass％以上、粒径０．２５ｍｍ以下の鉱石の割合が２０mass％以上である鉄鉱石は、一般に用いられているヘマタイト鉱石に比べて、結晶水含有量及び微粉分の割合がかなり高い鉄鉱石であり、マラマンバ鉱石が代表例として挙げられる。図３に、マラマンバ鉱石とヘマタイト鉱石の粒度分布を示す。
また、焼結原料の粒度偏析装入装置とは、原料供給機構の下方に、反パレット移動方向に対して下向きに傾斜して設けられた装入シュートが有する分級機能により、粒度の大きい原料ほどパレットの原料装入始端側に装入されるようにした原料装入装置のことであり、これにより装入後の原料充填層は上層側ほど原料粒度が細かい粒度偏析した状態となる。この粒度偏析装入装置としては、先に挙げたようなスクリーン状シュートを備えたもの他にも、種々のタイプのものがある。

先に述べたように、マラマンバ鉱石などのような結晶水含有量が高くかつ微粉分の割合が多い鉄鉱石を焼結原料に配合し、この焼結原料を造粒工程を経て粒度偏析装入装置により焼結機パレット上に装入した場合、原料充填層の上層部に高結晶水微粉鉱石が偏析し、原料充填層の上層部での焼結性の悪化を招く。
このような問題に対して本発明法では、造粒されることなく上層部に偏析した上記高結晶水微粉鉱石と同じように、炭材についても、その微粉分が造粒されることなく上層部に偏析するような状態を実現するものである。以下、炭材としてコークス粉を用いる場合を例に説明する。
本発明者らが調査した結果、粒度偏析装入装置により焼結機に装入した場合に原料充填層の上層部に特に偏析しやすい高結晶水微粉鉱石や微粉コークスは、粒径０．２５ｍｍ以下のものが主体であり、このため焼結機への装入直前における焼結原料のなかで、−０．２５ｍｍ篩下として分級され得る原料中のコークス粉（微粉コークス）の割合を十分に高めれば、微粉コークスを原料充填層の上層部に効率的に偏析させることができ、これによって原料充填層の上層部に偏析する高結晶水微粉鉱石の焼結性を高められることが判った。

図１は、へマタイト鉱石を主体とし、これに結晶水含有量６．２mass％、粒径０．２５ｍｍ以下の鉱石の割合が３０mass％の鉄鉱石（マラマンバ鉱石）を配合した原料鉱石を用いて焼結鉱を製造した際に、焼結機への装入直前における焼結原料のなかで、−０．２５ｍｍ篩下として分級され得る原料中のコークス粉の割合を種々変化させ、焼結鉱の生産率、成品歩留まり及び冷間強度を調べた結果を示している。この操業試験では、通常の方法で焼結原料の全量を混合・造粒した後、粒度偏析装入装置で焼結機パレットに装入したが、焼結原料に配合するコークス粉として粒度分布が異なるコークス粉を用いることにより、−０．２５ｍｍ篩下として分級される装入前原料中のコークス粉（微粉コークス）の割合を変化させた。また、この試験では、粒度偏析装入装置に供給される直前の焼結原料からサンプルを採取し、−０．２５ｍｍ篩下として分級される原料中のコークス粉の割合を調べた。
これによれば、焼結機への装入直前における焼結原料のなかで、−０．２５ｍｍ篩下として分級され得る原料中のコークス粉（微粉コークス）の割合が１５〜２５mass％の範囲において、焼結鉱の生産率、成品歩留まり及び冷間強度がいずれも大きく改善されている。

焼結機への装入直前における焼結原料のなかで、−０．２５ｍｍ篩下として分級され得る原料中の微粉コークスの割合が１５mass％未満では、原料充填層の上層部に偏析する微粉コークスの量が不十分であるため、同じく原料充填層の上層部に偏析する高結晶水微粉鉱石の焼結性を十分に改善することができない。このため原料充填層の上層部の焼成が不十分となり、焼結鉱の生産率、成品歩留まり及び冷間強度を十分に高めることができない。一方、微粉コークスの割合が２５mass％を超えると、相対的に原料充填層の下層部に含まれるコークス量が減少することになるため、下層部が熱量不足になって焼成が不十分となり、焼結鉱の生産率、製品歩留まりおよび冷間強度を十分高めることができない。
以上の理由から、本発明では、焼結機への装入直前における焼結原料のなかで、−０．２５ｍｍ篩下として分級され得る原料中のコークス粉の割合が１５〜２５mass％となるように調整された焼結原料を用いて焼結鉱を製造するものである。

本発明の製造方法を具体的に実施するための方法としては、例えば、焼結原料中に配合するコークス粉について、その粒度分布を調整することにより微粉コークスの割合を高める方法がある。この場合には、焼結原料を通常の方法で混合・造粒した場合でも、造粒されない微粉コークスの割合が高まるため、原料充填層の上層部に微粉コークスを多く偏析させることができる。
また、他の方法としては、焼結原料の造粒工程を含む事前処理工程を工夫することであり、例えば、コークス粉の一部を除く焼結原料を混合・造粒した後、残りのコークス粉を添加し、焼結機に装入する方法がある。この方法によれば、焼結原料の全量を一括して混合・造粒する場合と同じ粒度と量のコークス粉を用いても、造粒物内に取り込まれる微粉コークスの割合が相対的に少なくなるため、原料充填層の上層部に偏析する微粉コークスの割合を高めることができる。また、この方法において、焼結原料を混合・造粒した後に添加するコークス粉として微粉コークスの割合が多いものを用いれば、より効果が高まる。なお、以上の方法において、混合・造粒した焼結原料にコークス粉を添加した後は、混合することなくそのまま焼結機に装入してもよいし、或る程度混合した後、焼結機に装入してもよい。
図４に製造フローの一例を示す。この場合には、上記残りのコークス粉を２次ミキサーに入れる方法と、２次ミキサーから出た混合原料にコークス粉を添加する方法とが示されている。

図２に示すように、結晶水含有量が５mass％以上、粒径０．２５ｍｍ以下の鉱石の割合が２０mass％以上である鉄鉱石を使用した場合の焼結鉱の生産率、成品歩留まり及び冷間強度の低下は、特に原料鉱石中での当該鉄鉱石の配合量が１０mass％以上の場合に顕著になることから、本発明法は、特に、結晶水含有量が５mass％以上、粒径０．２５ｍｍ以下の鉱石の割合が２０mass％以上である鉄鉱石を、原料鉱石中の割合で１０mass％以上配合した焼結原料から焼結鉱を製造する場合に有用である。

表１に示す原料配合の焼結原料をドワイトロイド式焼結機で焼成し、高炉用焼結鉱を製造した。
混合・造粒工程では、ドラムミキサーを用いて焼結原料の全量を一括して混合・造粒したが、その際、配合するコークス粉の粒度を変えることで、焼結機への装入直前における焼結原料のなかで、−０．２５ｍｍ篩下として分級され得る原料中のコークス粉の割合を調整した。
製造された焼結鉱の生産率、成品歩留まり及び冷間強度（タンブラー強度）を、焼結鉱の製造条件とともに表１に示す。なお、タンブラー強度（ＴＩ＋１０）を求めるための冷間強度試験は、ＪＩＳ Ｍ ８７１２に基づく回転強度試験により行った。

マラマンバ鉱石を配合した原料鉱石を用いて焼結鉱を製造した際に、焼結機への装入直前における焼結原料のなかで、−０．２５ｍｍ篩下として分級され得る原料中のコークス粉の割合と、焼結鉱の生産率、成品歩留まり及び冷間強度との関係を示すグラフ へマタイト鉱石を主体とした原料鉱石にマラマンバ鉱石を配合した焼結原料で焼結鉱を製造した場合において、マラマンバ鉱石の配合量と焼結鉱の生産率、成品歩留まり及び冷間強度との関係を示すグラフ マラマンバ鉱石とヘマタイト鉱石の粒度分布を示すグラフ 本発明の製造フローの一例を示す説明図

Claims (3)

1. 原料鉱石の少なくとも一部として、結晶水含有量が５mass％以上、粒径０．２５ｍｍ以下の鉱石の割合が２０mass％以上である鉄鉱石が配合された焼結原料を、粒度偏析装入装置により焼結機に装入し、焼結原料を焼成して焼結鉱を製造する方法において、
   焼結機への装入直前における焼結原料のなかで、−０．２５ｍｍ篩下として分級され得る原料中の炭材の割合が１５〜２５mass％となるような焼結原料を用いて焼結鉱を製造することを特徴とする高炉用焼結鉱の製造方法。
2. 炭材の一部を除く焼結原料を混合・造粒した後、前記炭材を添加し、焼結機に装入することを特徴とする請求項１に記載の高炉用焼結鉱の製造方法。
3. 結晶水含有量が５mass％以上、粒径０．２５ｍｍ以下の鉱石の割合が２０mass％以上である鉄鉱石を、原料鉱石中の割合で１０mass％以上配合した焼結原料を用いて焼結鉱を製造することを特徴とする請求項１又は２に記載の高炉用焼結鉱の製造方法。

Images