JP4772290B2 - 焼結鉱の製造方法及び焼結鉱 - Google Patents

Description

焼結鉱の製造方法及びその製造から得られる焼結鉱に関する。

銅精錬においては、まず、銅精鉱を自溶炉などで酸化熔融することで銅が濃縮したマットを生成する。次に、このマットを転炉にてさらに酸化することで、鉄・硫黄分を除去し銅品位をさらに高める。最後に、精製炉にて銅湯中の酸素・硫黄濃度を微調整して粗銅（銅品位約９９％）を得る。この粗銅をさらに電解精製することにより電気銅を得るのが一般的である。これらの精錬工程において（転炉にて鉄を除去する造かん期において）生じる転炉スラグには銅が多く含まれるため（５〜１０質量％程度）、選鉱工程において銅品位の高い銅精鉱と銅を除去した鉄精鉱とに浮遊選鉱により分離し、このうち銅の含有量の高い銅精鉱を再度銅精錬の原料として使用する。

この転炉スラグの選鉱工程において銅精鉱とともに回収される鉄精鉱は、従来よりセメント材料として再利用されているにとどまっており（特許文献１及び２参照）、残りは産業廃棄物として廃棄される。
特開２００３−２６４５７号公報 特開２００３−２３９０２６号公報

しかしながら、鉄精鉱を廃棄する処分場を確保するのは難しく、運搬等の処分コストも高いのが現状である。一方で、転炉スラグを選鉱して得る鉄精鉱は鉄を約５４〜５５質量％も含有することから、さらに有効な利用方法が望まれている。
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、銅精錬より発生する鉄精鉱を再利用するための焼結鉱の製造方法及び焼結鉱を提供する。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１による焼結鉱の製造方法は、鉄精鉱を焼結原料中に当該焼結原料の一部として装入して焼結することで焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、焼結原料の原料ベッドへの積み付けに際し、鉄精鉱を一銘柄扱いとして、銘柄別に順次に積み付け、前記焼結原料への前記鉄精鉱の装入に際し、当該焼結原料中のＣｕ，Ｎｉ，Ｃｏ含有量を計算し、各含有量が、Ｃｕ≦０．０２質量％、Ｎｉ≦０．０２質量％及びＣｏ≦０．００３質量％となる範囲に前記鉄精鉱の装入量を調整して前記焼結鉱を製造することを特徴とする。
ここで、鉄精鉱は、銅の精錬工程で生じる転炉スラグから銅精鉱を回収した残りの尾鉱である。
上述のように転炉スラグから得られる鉄精鉱はＦｅを５０質量％以上も含む一方で、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｂ，Ｃｏ，Ｐｂ等も含有しており、これらの中にはそのままの含有量では鉄鋼製品の品質に悪影響を与える成分も含まれる。しかし、本発明のように、鉄精鉱を他の焼結原料中に装入して用いれば、特別な精製工程等を付加しなくても鉄精鉱が含有する鉄以外の成分を問題のない含有量まで希釈することができるので、高炉で溶銑となり、転炉で精錬されて溶鋼となった際にも、問題のない成分範囲の焼結鉱を製造することができる。

また、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｏは、焼結や高炉反応の条件設定、溶銑予備処理等によって成分調整を行うことができず、鋼の性質にも影響を及ぼすものである。例えば、焼結材料中のＣｕが０．０２質量％を超えると鋼が熱間時における脆性（Ｃｕ脆性）を生じ、Ｃｏが０．００３質量％を超えると鋼の焼入性が減少し、Ｎｉが０．０２質量％を超えると製鋼工程で所定含有量への調整が困難となる。そこで、本発明では、少なくともこれらの３成分が焼結原料中で本発明の規定する範囲内となるように鉄精鉱の装入量を調節するので、鋼になっても、Ｃｕ脆性や焼入れ性の減少等を生じることなく、大部分の鋼種において求められる品質を満足することができる。

本発明の請求項２による焼結鉱の製造方法は、請求項１において、前記鉄精鉱は、Ｆｅを５０質量％以上含有する鉄精鉱であることを特徴とする。
焼結原料中のＦｅが５０質量％未満であると不純物が多く有害成分の除去を行う必要が生じる。この点、転炉スラグを選鉱して得られる鉄精鉱は、Ｆｅを５０質量％以上含有することから、焼結原料に装入して用いることができる。

本発明の請求項３による焼結鉱の製造方法は、請求項１又は２において、前記鉄精鉱は、平均粒径１ｍｍ以下となっていることを特徴とする。
このようにすれば、他の焼結原料への装入時に鉄精鉱の偏析がなくなり、またスラグの不要な付着成分が減少するため、高炉での成分調整等による溶銑製造コストの増加もないなどの効果もある。
本発明の請求項４による焼結鉱は、鉄精鉱を焼結原料中に当該焼結原料の一部として装入して焼結することで製造される焼結鉱であって、焼結原料の原料ベッドへの積み付けに際し、鉄精鉱を一銘柄扱いとして、銘柄別に順次に積み付け、前記焼結原料への前記鉄精鉱の装入に際し、当該焼結原料中のＣｕ，Ｎｉ，Ｃｏ含有量を計算し、各含有量が、Ｃｕ≦０．０２質量％、Ｎｉ≦０．０２質量％及びＣｏ≦０．００３質量％となる範囲に前記鉄精鉱の装入量が調整された当該焼結原料を用いて製造され、焼結鉱中、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｏの組成が、０＜Ｃｕ≦０．０２質量％、０＜Ｎｉ≦０．０２質量％及び０＜Ｃｏ≦０．００３質量％であることを特徴とする。
本発明の請求項５による焼結鉱は、請求項４に記載の焼結鉱において、前記焼結鉱中の、Ｓｎ，Ｍｎの組成が、０＜Ｓｎ≦０．００２質量％、及び０＜Ｍｎ≦０．４２質量％であることを特徴とする。
本発明の請求項６による焼結鉱は、請求項５に記載の焼結鉱において、前記焼結鉱中の、Ｐｂ，Ｂ，Ｃｒの組成が、０＜Ｐｂ≦０．００１質量％、０＜Ｂ≦０．０００１質量％、及び０＜Ｃｒ≦０．０５質量％であることを特徴とする。

本発明によれば、銅精錬において排出される転炉スラグから得た鉄精鉱を、鋼の製造に用いることができる。このため、廃棄物量を削減し、鋼資源として有効利用することができる。

本実施形態の焼結鉱の製造方法及び焼結鉱について説明する。
本実施形態の焼結鉱は、鉄精鉱を焼結原料中に装入し、焼結機で焼結することにより製造されるものである。焼結後の焼結鉱は、高炉に導入されて溶銑となり、さらに転炉や平炉で精錬されて溶鋼となり、以後の２次精錬等の製鋼工程に供されて鉄鋼製品となる。
鉄精鉱の焼結原料への装入は、例えば以下の（１）〜（３）に示すいずれかの方法を用いて行われる。
（１）焼結原料の原料ベッドへの積み付けに際し、鉄精鉱を一銘柄扱いとして、銘柄別に順次に積み付けることにより、偏析発生を防止する。
（２）焼結原料のミキサーによる混合・造粒時に鉄精鉱を添加して、焼結原料中に均一に分散させる。
（３）焼結機への装入時に添加して焼結原料中に混在させる。

前記鉄精鉱は、銅精鉱（鉱石）を原材料とした銅精錬の際に、銅精鉱を縦型炉（自溶炉）で熔融し、これにより得られるマットを転炉で溶錬する時に分離排出される転炉スラグを選鉱することにより得る。この選鉱工程においては、転炉で生じた転炉スラグを一旦冷却し、破砕・磁選機にかけて含銅部分と含鉄部分とに分離することにより、このＦｅを５０質量％以上含有する含鉄部分を鉄精鉱として得る。なお、含銅部分は、再び銅精錬の材料として用いる。

また、この選鉱工程を経た鉄精鉱は、細粒であるためそのまま焼結原料中に装入しても良いが、平均粒径が１ｍｍを超える場合には破砕して平均粒径１ｍｍ以下に整粒することが好ましい。これにより、スラグの不要な付着成分が減少するため、鉄精鉱を装入した焼結鉱を用いる高炉での成分調整等による溶銑製造コストの増加もない。さらに他の焼結原料への装入時に、鉄精鉱の偏析がなくなるなどの効果もある。
この鉄精鉱の組成の例を表１に示す。

鉄精鉱の装入は、鉄以外の成分が鉄鋼製品に与える影響を基に焼結原料の成分条件を定めて、鉄精鉱を原料の一部として装入した焼結原料の組成が、表２に示す成分条件を満たすように決定する。焼結後の焼結鉱の成分も表２を満足する。

この表２に示す成分条件で焼結された焼結鉱を使用すれば、通常の鉄鋼製品において品質上の問題を生じず、焼結原料として鉄精鉱を最大限に利用することができる。
表２の条件において、鉄精鉱を装入した際の焼結原料中の各成分の含有量を計算して、その値が表２の値に達する量を上限として装入量を決定する。この時、鉄精鉱の含有する成分の中でも、前述したように特にＣｕ，Ｎｉ，Ｃｏの含有量が問題となることから、この３成分を中心として、少なくともこの３成分が表２の値を超えない範囲で決定する。すなわち、焼結鉱の組成がＣｕ≦０．０２質量％、Ｎｉ≦０．０２質量％及びＣｏ≦０．００３質量％となるような鉄精鉱の装入量を決定する。

なお、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｏの含有量が表２の値を超えない範囲で、どの程度の含有量とするかは、例えば次のような観点に基づいて決定する。Ｃｕの含有量は、薄板製品用途では、熱間脆性による表面傷防止や加工性低下抑止の観点から、また特殊な電磁鋼板用途では、表面欠陥防止及び鋼板表面の酸化被膜の密着性劣化防止等の観点から定められる他、需要に応じて決定する。Ｎｉの含有量は、薄板製品では加工性低下抑止、電磁鋼板では磁性劣化防止などに着目して定められる他、需要に応じて決定する。Ｃｏの含有量も、電磁鋼板において析出物が磁性に与える影響を考慮して定められる他、需要に応じて決定する。

さらに加えて、Ｍｏ、Ｓｎ等他の元素についても次のような観点に基づいて表２又は別の所定範囲内となるように、装入量を決定しても良い。例えば、Ｍｏの含有量は、条鋼製品では焼入性のばらつき防止、薄板製品では加工性低下抑止等の観点から、Ｓｎの含有量は、厚板製品では脆化抑止等の観点から決定する。鉄鋼製品を製造する製鉄所においては、各品種毎に成分元素の上限値を求め、表２のような表を作成して管理すれば良い。

なお、例えばニッケル鋼を製造するときなど鋼種によっては、Ｃｕ、Ｎｉ及びＣｏが上記に規定する範囲を超えるものであっても良い。また、高純度鉄鋼製品の製造においては鉄以外の成分はさらに低量であることが要求されるので、鉄精鉱を装入した焼結鉱は、通常の鉄鋼製品の製造に用いることが好ましい。
このようにして得られた焼結鉱は、鉄精鉱が有する鉄以外の成分が他の焼結原料によって希釈されるので、高炉で溶銑となり、転炉にて精錬されて溶鋼となった際にも、問題のない成分範囲であり、焼結鉱製品として製鋼工程に供すことができ、銅精錬において回収された鉄精鉱を廃棄することなく有効利用できる。
また、本実施形態の焼結鉱は、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｏが所定範囲内であるので、鋼になっても、Ｃｕ脆性や焼入れ性の減少等を生じることなく、大部分の鋼種において求められる品質を満足することができる。

焼結原料ベッドに、当該焼結原料の一部として鉄精鉱を５００ｔ装入して焼結原料の総量を１０万ｔとした。鉄精鉱の平均粒径は０．０６ｍｍであった。また、鉄精鉱の焼結原料への装入は実施形態において記述した（１）の方法を用い、鉄精鉱を一銘柄扱いとして、他の焼結原料とともに銘柄別に順次に散布して焼結原料ベッドに積み付けた。１０００万ｔ級製鉄所においては、このような焼結原料ベッドを１０ベッド／月積み付けており、従って鉄精鉱の使用量は５０００ｔ／月となった。

この焼結鉱を使用した高炉操業から得られる予想溶銑成分は、Ｃｕが０．０２質量％、Ｎｉ０．０１４質量％、Ｃｏが０．００２３質量％と本発明で規定する範囲内であった。
この原料を使用した焼結鉱製造は、水分４〜６％、石灰石１０％、炭材５％の添加で行い、製造中に問題は発生しなかった。また、この製造された焼結鉱を高炉で溶銑とする際も還元材比（コークス／溶銑）４９０ｋｇ／ｔで操業を行うことができ、また異常値になる溶銑成分はなかった。さらに、転炉での精錬時にも溶鋼成分に異常値は見られなかった。

Claims (6)

1. 鉄精鉱を焼結原料中に当該焼結原料の一部として装入して焼結することで焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、焼結原料の原料ベッドへの積み付けに際し、鉄精鉱を一銘柄扱いとして、銘柄別に順次に積み付け、前記焼結原料への前記鉄精鉱の装入に際し、当該焼結原料中のＣｕ，Ｎｉ，Ｃｏ含有量を計算し、各含有量が、Ｃｕ≦０．０２質量％、Ｎｉ≦０．０２質量％及びＣｏ≦０．００３質量％となる範囲に前記鉄精鉱の装入量を調整して前記焼結鉱を製造することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
2. 前記鉄精鉱は、Ｆｅを５０質量％以上含有する鉄精鉱であることを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
3. 前記鉄精鉱は、平均粒径１ｍｍ以下となっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の焼結鉱の製造方法。
4. 鉄精鉱を焼結原料中に当該焼結原料の一部として装入して焼結することで製造される焼結鉱であって、焼結原料の原料ベッドへの積み付けに際し、鉄精鉱を一銘柄扱いとして、銘柄別に順次に積み付け、前記焼結原料への前記鉄精鉱の装入に際し、当該焼結原料中のＣｕ，Ｎｉ，Ｃｏ含有量を計算し、各含有量が、Ｃｕ≦０．０２質量％、Ｎｉ≦０．０２質量％及びＣｏ≦０．００３質量％となる範囲に前記鉄精鉱の装入量が調整された当該焼結原料を用いて製造され、焼結鉱中、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｏの組成が、０＜Ｃｕ≦０．０２質量％、０＜Ｎｉ≦０．０２質量％及び０＜Ｃｏ≦０．００３質量％であることを特徴とする焼結鉱。
5. 前記焼結鉱中の、Ｓｎ，Ｍｎの組成が、０＜Ｓｎ≦０．００２質量％、及び０＜Ｍｎ≦０．４２質量％であることを特徴とする請求項４に記載の焼結鉱。
6. 前記焼結鉱中の、Ｐｂ，Ｂ，Ｃｒの組成が、０＜Ｐｂ≦０．００１質量％、０＜Ｂ≦０．０００１質量％、及び０＜Ｃｒ≦０．０５質量％であることを特徴とする請求項４又は５に記載の焼結鉱。