JP5126580B2

JP5126580B2 - 焼結鉱の製造方法

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Publication number: JP5126580B2
Application number: JP2007210030A
Authority: JP
Inventors: 応樹原; 尊三川口; 親司上城; 勝松村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2027-08-10
Also published as: JP2009041093A

Description

本発明は、高炉で使用する焼結鉱の製造方法に関し、詳しくは、結晶水含有量が高い褐鉄鉱の使用量が増加した場合でも、焼結機パレット上に装入された原料層の通気性を改善して生産性を向上させると共に、成品歩留を維持することができる焼結鉱の製造方法に関する。

高炉用の鉄源として使用される焼結鉱の製造方法について、以下に概説する。まず、焼結鉱の原料である粉鉄鉱石、副原料、炭材は銘柄毎にヤードに野積みされる。副原料とは、含ＳｉＯ₂原料、含ＣａＯ原料、含ＭｇＯ原料など、鉄鉱石、炭材および返鉱以外の原料のことであり、炭材とは、コークス、石炭、ダストなど炭素源を含む原料のことである。また、一部の粉鉄鉱石、一部の副原料、一部の炭材等は、混合され、ブレンディング粉として野積みされることもある。

野積みされたこれらの原料は、原料槽へと送られる。なお、焼結鉱は、篩分け工程を経て、通常、粒径が５ｍｍ超のもの（５ｍｍ篩で分級した篩上）は成品として高炉へ送られ、５ｍｍ以下のもの（同篩下）は返鉱として原料槽へ送られる。

これらの原料は、事前に計画された配合比に従って原料槽より切り出され、ドラムミキサーで混合、調湿および造粒され、粒径が０．２５ｍｍ篩の篩上から５ｍｍ程度にわたる粒度分布を持った各種原料の集合体、所謂擬似粒子となる。擬似粒子はサージホッパーに装入された後、サージホッパー下方からロールフィーダによって切り出され、スローピングシュートを介して焼結機のパレット上へと装入される。このように、焼結機へ装入された原料を焼結原料と称する。

焼結原料はパレット上で擬似粒子により構成される充填層を形成し、通常、５００〜７５０ｍｍ程度の一定の高さとなるように調整される。

こうして形成された焼結原料充填層（以下、単に「原料充填層」とも称する）は、その表面に点火炉で着火され、原料充填層表面に存在する擬似粒子中の炭材の燃焼が開始され、炭材燃焼部分は燃焼帯を形成する。

原料充填層は給鉱側から排鉱側へ移動する間、下方から吸引されているので、空気は原料充填層上部から下部に向かって流入する。したがって、燃焼帯は原料充填層の上部から下部に向かって移動する。なお、燃焼帯で発生する熱は、燃焼帯が上部から下部に移動するに従って蓄積されるが、一般的に上部は熱不足になり易く、下部は熱過剰になり易い。

この燃焼帯の移動に伴い、燃焼帯で発生する熱によって周囲の擬似粒子が昇温され、溶融・同化反応（擬似粒子が部分的に溶融し、この融液が擬似粒子間を架橋する現象をいう）を起こして焼結し、原料充填層は最終的に焼結ケーキ（焼結鉱の塊）となり、排鉱される。このように、原料充填層は、装入された段階から焼結ケーキとなるまでに、昇温、焼結反応の進行に伴って性状が変化するが、ここでは、呼称を統一して、「原料充填層」という。

ところで、近年、褐鉄鉱（ピソライト鉱石やマラマンバ鉱石）の使用量増加に伴い、原料充填層の通気性悪化や成品歩留の低下が問題視されている。これは、褐鉄鉱が赤鉄鉱に比べ結晶水含有量が高く（そのために、「高結晶水鉱石」とも称される）、昇温過程で結晶水が分解した後多孔質になるので、融液と同化し易く、その結果融液の粘度が高くなり、空隙が閉塞されて、原料充填層の通気性が悪化することによるものである。

さらに、褐鉄鉱を多量に使用すると、特に熱過剰となる原料充填層下部において、粘度の高い融液が多量に発生し空隙を閉塞しやすいため、通気性の悪化に加え成品歩留の低下が起こると考えられている。また、褐鉄鉱によって原料充填層に持ち込まれる水分量の増加が、燃焼帯の下に形成される水分凝集層の肥大化や、その部分での擬似粒子の崩壊を助長することも、通気性悪化の原因になると考えられている。

そのため、従来、原料充填層の空隙構造制御を行い、焼成中の通気性を確保する様々な技術が検討されてきた。例えば、非特許文献１には、原料充填層の空隙構造を制御する方法が開示されている。すなわち、原料充填層内に粗大粒子を配置すると、粗大粒子の周囲に空隙率の高い部分が形成され、充填層中の空隙率の高い部分を優先的にガスが流れるので、原料充填層全体の通気性が改善されると報告されている。この通気性改善により炭材の燃焼速度が増加するので、燃焼帯の降下速度が増大し、焼結時間が短縮して焼結鉱の生産性が向上するという効果を奏する。

しかし、非特許文献１に記載される方法においては、原料充填層内に配合する粗大粒子の強度によってその効果が大きく異なる。すなわち、低強度の粗大粒子を配合した場合、焼結機に装入した段階での原料充填層の通気性は大きく改善されるが、点火後、原料充填層が昇温して焼結反応が進行する段階では、粗大粒子の同化反応と共に収縮が起こり、その結果、焼成時での通気性は僅かに改善されるだけであり、生産性も僅かしか改善されない。ところが、非特許文献１には、粗大粒子の製造方法や配合方法など製造プロセスの記載がなく、通気性を顕著に改善するための具体的な粗大粒子の製造方法や配合方法の研究開発が今後の課題であるとの提起にとどまっている。

また、特許文献１では、焼結原料中の２５質量％以上に、結晶水５．０質量％以上の高結晶水鉱石を用い、焼結鉱中のＳｉＯ₂成分が４．６質量％以下、ＣａＯ成分とＳｉＯ₂成分の質量比であるＣａＯ／ＳｉＯ₂が１．０以上３．０以下、ＭｇＯ成分が０．５質量％を超えるような焼結鉱を製造するに際して、含ＭｇＯ副原料としてマグネサイトおよび／またはブルーサイトを用い、蛇紋岩やドロマイトのようなＳｉＯ₂・ＭｇＯ系やＣａＯ・ＭｇＯ系副原料を用いずに高結晶水鉱石と配合して予備擬似粒子を調製し、これを残部原料と配合し、擬似粒子を調製し、これを焼結原料として焼成するという方法が開示されている。なお、このように、原料の一部を予備的に造粒した擬似粒子を、残部原料と同時に配合し、ドラムミキサーで再び調湿・混合、もしくは調湿・混合・造粒する方法を、以下、「予備造粒法」と記載し、原料の一部を予備的に造粒することを「予備造粒系統で造粒する」と記載する。

この特許文献１に記載される方法によれば、焼成過程における高結晶水鉱石の溶融・同化反応の進行を制御し、高粘度融液生成を制御できるので、原料充填層の通気性改善を図ることができ、焼結鉱の生産性が向上する。

しかし、特許文献１に記載される焼結鉱の製造方法によると、予備造粒系統で高結晶水鉱石と含ＭｇＯ副原料を造粒した予備擬似粒子と、残部原料または残部原料を造粒した擬似粒子とをドラムミキサーで調湿・混合し、造粒しており、非特許文献２に記載されるように、その過程で混合と同時に予備擬似粒子の崩壊も起こる。その結果、予備擬似粒子に配合した高結晶水鉱石と含ＭｇＯ副原料であるマグネサイトおよび／またはブルーサイトが残部原料の擬似粒子にも再配合してしまい、高結晶水鉱石の同化反応進行の制御効果が小さくなることに加え、予備擬似粒子の粒径が維持できないため、擬似粒子の粒径上昇による通気性の改善がおこらず、生産性は改善されない。

また、予備造粒系統に配合した原料をドラムミキサーで調湿・混合しており、高速撹拌ミキサーで調湿・混合した場合に比べ、予備造粒系統で造粒した擬似粒子の粒径は小さくなり、通気性改善効果がないか、もしくは小さい。さらに、予備擬似粒子自身の融液との同化反応も起こりやすくなり、生産性の大幅な改善には至らない。

よって、特許文献１で開示された技術では、高結晶水鉱石の同化反応の進行を制御する効果が小さく、高粘度融液生成の制御効果も小さくなることに加え、予備擬似粒子の崩壊により粒径が低下し、また予備擬似粒子自身の粒径が小さいこともあって、通気性改善ができても僅かであり、焼結鉱の生産性の大幅改善には至らない。

特開２００１−３４８６２２号公報川口尊三、上城親司、松村勝：鉄と鋼、Ｖｏｌ．９２（２００６）ｐ．７７９−７８７大山伸幸、井川勝利、武田幹治、有山達郎、神野哲也：鉄と鋼、Ｖｏｌ．９０（２００４）ｐ．５４６−５５３

本発明は、赤鉄鉱に比べて結晶水含有量が高い褐鉄鉱（ピソライト鉱石やマラマンバ鉱石）の使用量が増加するに伴い、昇温の過程で原料充填層の通気性が悪化し、成品歩留が低下するという上記問題に鑑みなされたものであり、原料充填層の通気性改善により焼成時間を短縮し、生産性を向上させると共に、成品歩留を良好に維持することができる焼結鉱の製造方法を提供することを目的とする。

前掲の非特許文献１に記載されるように、原料充填層内に粗大粒子を配置することにより、原料充填層の空隙率が上昇し、通気性が改善されることは知られているが、粗大粒子として融液と同化しやすいものを用いると、焼結過程において、粗大粒子自身の同化も起こり、融液生成帯の空隙が急激に閉塞され、通気性が悪化する。

また、粗大粒子として低強度のものを用いると、焼結過程で粗大粒子自身の圧壊・崩壊が起こり、原料充填層内の空隙が低下し、通気性が悪化する。その結果、コークスなど炭材の燃焼遅れが発生し、焼結鉱の生産性が低下する。

したがって、焼結過程において通気性を確保するためには、粗大粒子の外形をできる限り維持する必要があり、粗大粒子は粉体層で生成した融液との同化反応が起こりにくく、さらに粗大粒子自身の強度を上昇させることが望ましい。

そこで、本発明者らは、粗大粒子には、融液との同化反応抑制効果がある含ＭｇＯ副原料を配合し、さらに強度を誘発するバインダーのような役割を担う副原料を配合することが望ましいと考えた。

粗大粒子を得るには、これまでの経験から推して、高速撹拌ミキサーで調湿し、ドラムミキサーでなくパンペレタイザーで造粒することが有効であると考えられる。しかしながら、作製した粗大粒子と、残りの原料を造粒した（粗大粒子以外の残部原料を造粒することを、ここでは「本造粒系統で造粒する」という）擬似粒子とを、ドラムミキサーなどの造粒機で混合すると、非特許文献２に記載されるように、造粒と同時に粗大粒子の崩壊・再混合も起こる。そのため、粗大粒子の粒径が低下し、高結晶水鉱石の同化反応の進行制御効果が低下することは充分予想される。

そこで、粗大粒子を崩壊させることなくサージホッパーに搬送するためには、粗大粒子と、粗大粒子以外の残部原料を造粒して得られた擬似粒子（すなわち、本造粒系統で造粒した擬似粒子）とを、ドラムミキサーなどの造粒機を介さずに混合し、サージホッパーに搬送する方法（これを、ここでは「分割造粒法」という）を実施することが有効であると考えた。

さらに、本発明者らは、融液との同化反応抑制効果がある含ＭｇＯ副原料を配合する粗大粒子の平均粒径を変化させて焼結鍋試験を行った結果、粗大粒子の平均粒径を３〜２０ｍｍとすることにより、焼結過程において、粉体原料から生成した融液と粗大粒子との反応を抑制し、粗大粒子の外形を長時間維持できることが判明した。なお、前記の「粉体原料」とは、粗大粒子の周りに存在する擬似粒子群や、粗大粒子を用いない従来の焼結鉱製造プロセス（従来法）において、充填層を形成している擬似粒子群をいう。

含ＭｇＯ副原料としては、炭酸カルシウムＣａＣＯ₃と炭酸マグネシウムＭｇＣＯ₃を主成分とするドロマイト、Ｍｇ₃Ｓｉ₂Ｏ₅（ＯＨ）₄を主成分とする蛇紋岩、水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）₂を主成分とするブルーサイト、炭酸マグネシウムＭｇＣＯ₃を主成分とするマグネサイトなどがある。しかし、これらのうち、蛇紋岩はＭｇＯと同時にＳｉＯ₂も焼結鉱に混入させてしまうので、焼結鉱の低スラグ化の観点から望ましくない。なお、原料は天然物であるので多くの化合物を含有するが、「〜を主成分とする」とは、それが焼結過程において着目する成分を多く供給する化合物であることを意味する。例えば、ドロマイトには炭酸カルシウムＣａＣＯ₃と炭酸マグネシウムＭｇＣＯ₃とが同時に多く存在し、炭酸カルシウムＣａＣＯ₃からＣａＯを、炭酸マグネシウムＭｇＣＯ₃からＭｇＯを同時に供給することができるので、主成分は炭酸カルシウムＣａＣＯ₃と炭酸マグネシウムＭｇＣＯ₃となる。

そこで、含ＭｇＯ副原料として、ドロマイト鉱石とブルーサイト鉱石を取り上げて、焼結鉱生産性へ与える含ＭｇＯ副原料の影響を調査した結果、後述する実施例および参考例に示すように、原料充填層の通気性を改善し、生産性を向上させ得ることが判明した。

本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その要旨は、下記の焼結鉱の製造方法にある。

すなわち、鉄鉱石、炭材、副原料および返鉱を用い、２系統に原料を分割して造粒物を製造処理して焼結鉱を製造する方法において、含ＭｇＯ副原料として水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ） ₂ を主成分とする鉱石を配合した原料を高速撹拌ミキサーで調湿・混合し、パンペレタイザーで平均粒径３〜２０ｍｍの粗大粒子に造粒し、残りの原料を造粒して製造した擬似粒子と前記粗大粒子とを焼結機に装入することを特徴とする焼結鉱の製造方法である。

前記の「含ＭｇＯ副原料」とは、本発明で期待される効果が得られる程度にＭｇＯ含有量の高い（ＭｇＯ含有量で、２０質量％程度以上）副原料をいう。例えば、前記のドロマイト、蛇紋岩、ブルーサイト、マグネサイトなどが挙げられる。

また、前記の「平均粒径」とは、算術平均径をいう。

この方法において、前記含ＭｇＯ副原料として、水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）₂を主成分とする鉱石（例えば、ブルーサイト）の他、炭酸マグネシウムＭｇＣＯ₃を主成分とする鉱石（例えば、ドロマイト、マグネサイト）であれば、ＭｇＯ含有率が高く、本発明の効果が得られやすい。

本発明の焼結鉱の製造方法を適用することにより、焼結過程において、粉体原料から生成した融液と粗大粒子との反応を抑制し、粗大粒子の外形を長時間維持して、原料充填層の通気性を改善することができる。これにより、焼成時間を短縮し、生産性を向上させると共に、成品歩留りを良好に維持することが可能となる。

本発明の焼結鉱の製造方法は、上記のとおり、原料を２系統に分割して焼結鉱を製造する方法において、含ＭｇＯ副原料を配合した原料を高速撹拌ミキサーで調湿・混合し、パンペレタイザーで平均粒径３〜２０ｍｍの粗大粒子に造粒し、残りの原料を造粒して製造した擬似粒子と前記粗大粒子とを焼結機に装入することを特徴とする焼結鉱の製造方法である。

図１は、本発明の焼結鉱の製造方法を実施することができる製造工程を例示する概略フロー図である。図１において、分割造粒系統では、含ＭｇＯ副原料を配合した原料を高速撹拌ミキサー１で調湿・混合し、パンペレタイザー２で平均粒径３〜２０ｍｍの粗大粒子に造粒する。一方、本造粒系統では、残りの、含ＭｇＯ副原料を配合した原料以外の原料を一次造粒機３ａ、さらに二次造粒機３ｂ（この例では、いずれもドラムミキサーを使用）で造粒して、擬似粒子とする。

続いて、この擬似粒子と前記粗大粒子とを、それぞれサージホッパー４に搬送し、投入する。または、擬似粒子と前記粗大粒子とを、サージホッパー４に搬送過程のベルトコンベアーで合流させた後、サージホッパー４に投入する。すなわち、本発明の焼結鉱の製造方法では、擬似粒子と前記粗大粒子とを新たな混合・造粒機を介さずに焼結機に装入するのである。投入された擬似粒子と粗大粒子は、サージホッパー４の下方からロールフィーダ５によって切り出され、スローピングシュート（図示せず）を介して焼結機６のパレット６ａ上に装入される。なお、擬似粒子と前記粗大粒子は、サージホッパー４への投入、ロールフィーダ５による切り出しおよびパレット６ａ上への装入、等の工程を経る間に混合される。

装入され、前述したように、パレット６ａ上で原料充填層を形成した焼結原料（擬似粒子および前記粗大粒子）は、その表面に点火炉７で着火され、燃焼帯が形成される。空気は原料充填層上部から下部に向かって流入するので、燃焼帯は原料充填層の上部から下部に向かって移動し、燃焼帯で発生する熱によって原料充填層は最終的に焼結ケーキとなり、焼結機６の端部（図１に示した焼結機６の右端）から排鉱される。

排鉱された焼結ケーキは、クラッシャー８で破砕され、円形クーラー９で冷却された後、篩１０で分級され、篩上は高炉原料として使用される。篩下は返鉱として焼結原料の一部に加えられる。

本発明の焼結鉱の製造方法において、焼結原料の一部に粗大粒子を使用するのは、原料充填層内に粗大粒子を配置することにより、原料充填層の空隙率が上昇し、通気性が改善されるからである。また、その際に、含ＭｇＯ副原料を配合した原料を用いるのは、融液との同化反応抑制効果がある含ＭｇＯ副原料を配合することにより、焼結過程において、粗大粒子自身が融液と同化して、融液生成帯の空隙が急激に閉塞され、通気性が悪化するのを防ぐためである。

粗大粒子を得るには、高速撹拌ミキサーで調湿し、ドラムミキサーでなくパンペレタイザーで造粒することが有効である。粗大粒子の粒径は、後述する実施例に示すように、平均粒径で３〜２０ｍｍの範囲内とする。成品歩留を低下させず生産性向上させるという観点からは、粗大粒子の平均粒径を５〜１５ｍｍとするのがより望ましい。

本発明の焼結鉱の製造方法では、このようにして作製した粗大粒子（図１の分割造粒系統参照）を、残りの原料を造粒して製造した擬似粒子（同図の本造粒系統参照）と共に、新たな混合・造粒機を介さずに、それぞれサージホッパーに投入し、下方から切り出して焼結機に装入する。すなわち、前述の「分割造粒法」を実施する。これによって、粗大粒子を崩壊させることなくサージホッパーに搬送し、焼結機のパレット上に装入することが可能となる。

含ＭｇＯ副原料としては、従来、一般的にドロマイトや蛇紋岩が使用されている。ドロマイトは、ＣａＯ含有率とＭｇＯ含有率が高く、炭酸カルシウムＣａＣＯ₃と炭酸マグネシウムＭｇＣＯ₃を主成分とする鉱石であり、ＣａＯ・ＭｇＯ系副原料と呼ばれることもある。蛇紋岩は、ＳｉＯ₂含有率とＭｇＯ含有率が高く、Ｍｇ₃Ｓｉ₂Ｏ₅（ＯＨ）₄を主成分とする鉱石であり、ＳｉＯ₂・ＭｇＯ系副原料と呼ばれることもある。ただし、焼結鉱の低スラグ化の観点から、蛇紋岩の使用はＭｇＯと同時にＳｉＯ₂も焼結鉱に混入させてしまうので好ましくない。

その他の含ＭｇＯ副原料として、ブルーサイトやマグネサイトという鉱石も知られている。これらブルーサイトやマグネサイトは高ＭｇＯ鉱石であり、通常、ＭｇＯ含有率が４０質量％以上である。ブルーサイトは、ドロマイトよりＣａＯ含有率が低く、かつ蛇紋岩よりＳｉＯ₂含有率が低く、ＭｇＯ含有率がドロマイトや蛇紋岩より高い、水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）₂を主成分とする鉱石である。また、マグネサイトは、炭酸マグネシウムＭｇＣＯ₃を主成分とする鉱石であり、ブルーサイトと同様に、ドロマイトよりＣａＯ含有率が低く、かつ蛇紋岩よりＳｉＯ₂含有率が低く、ＭｇＯ含有率がドロマイトや蛇紋岩よりも高い。

本発明の焼結鉱の製造方法では、含ＭｇＯ副原料として、水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）₂を主成分とする鉱石（例えば、ブルーサイト）および／または炭酸マグネシウムＭｇＣＯ₃を主成分とする鉱石（例えば、ドロマイト、マグネサイト）を用いるのが望ましい。ＭｇＯ含有率が高いので本発明の効果が得られやすく、また、蛇紋岩に比べてＳｉＯ₂含有率が各段に低いからである。

また、粗大粒子には、鉄鉱石、含ＭｇＯ副原料に加え、成品歩留維持の観点から炭材を配合することが望ましい。ただし、粗大粒子の平均粒径が３〜５ｍｍのように比較的小さい場合には、鉄鉱石、含ＭｇＯ副原料のみの配合でも良いと考えられる。これは、粗大粒子の粒径が比較的小さい場合、粗大粒子中に炭材を配合しなくても、粗大粒子の周囲から、粗大粒子に熱が伝わると考えられるからである。

以上述べたように、含ＭｇＯ副原料を配合した原料を平均粒径３〜２０ｍｍの粗大粒子に造粒し、焼結原料へ配合することにより、焼結過程において、粉体原料から生成した融液と粗大粒子との反応を抑制し、粗大粒子の外形を長時間維持して、原料充填層の通気性を改善することができる。これにより、焼成時間を短縮し、生産性を向上させると共に、成品歩留りを良好に維持することが可能となる。

本発明の焼結鉱の製造方法で実施する分割造粒法により、分割造粒系統に配合する副原料を変更しながら、粗大粒子を作製し、焼結鍋試験を行って、粗大粒子の配合変更が熱間通気性および生産率に及ぼす影響を調査した。なお、この試験では、粗大粒子の配合変更を行った以外、焼結原料の成分を一定とした。

鍋試験には、内径が３００ｍｍ、高さが５００ｍｍの、６０ｋｇ規模のバッチ式円筒型焼結鍋試験装置を用い、配合条件および造粒条件を種々変更した原料を装入して、焼成を行った。焼結鍋試験における吸引風量は１．３Ｎｍ³／ｍｉｎで一定とした。

表１に、使用した原料の化学成分を示す。

表１において、「Ｌ．Ｏ．Ｉ．」は、Ｌｏｓｓｏｆｉｇｎｉｔｉｏｎの略であり、強熱減量を示す。また、「Ｔ−Ｆｅ」は全鉄含有量であり、「Ｆ−Ｃ」は遊離（フリー）カーボンを意味する。

表２に、鍋試験で用いた焼結原料の配合を示す。

表２において、「粉体原料配合［質量％］」は、前記図１に示した本造粒系統に、「粗大粒子［質量％］」は分割造粒系統に該当する。「粗大粒子［質量％］」の欄における、例えば「ブルーサイト（−１ｍｍ）」とは、ブルーサイトの粒度が、１ｍｍ篩の篩下に相当するものであることを意味する。表２に示したように、粗大粒子の配合変更を行った以外、焼結鉱の成分は一定である。なお、粉コークスの配合比率は外数である。また、粗大粒子を用いない従来法において充填層を形成している擬似粒子群および本発明において粗大粒子の周りに存在する擬似粒子群を、前記のとおり粉体原料と称す。

図２に、粗大粒子の圧壊強度を示す。なお、圧壊強度は、粒径７〜９ｍｍの粗大粒子を用い、荷重圧縮試験機にて粗大粒子が圧壊する荷重を測定し、粗大粒子の断面積（＝π×半径²）で除して求めた。

図２に示したように、石灰石（石灰粉）を加えず、ドロマイトのみを配合した場合（参考例１）、またはブルーサイトのみを配合した場合（本発明例１）に比べ、ドロマイトと石灰粉を配合すると（参考例２、３または４）、粗大粒子の圧壊強度が低下する。この理由は、石灰粉のような微粒子表面の微細形状に凹凸が少ない副原料を配合すると、微粒子間の結合力が低下し、粗大粒子自身の強度が低下することによるものと推測される。

この結果から、粗大粒子には、石灰石（石灰粉）を配合せず、含ＭｇＯ副原料のみを配合することによって、より高強度な粗大粒子の作製が可能であると考えられる。

次に、表２に示した各配合の焼結原料を用いて鍋試験を実施し、熱間通気性および生産率を求めた結果を図３に示す。熱間通気性は、下記の（１）式により求めた。

熱間通気度Ｐ＝Ｆ／Ａ×（ｈ／Ｓ）^0.6 ・・・（１）
ここでＦ：通風量［ｍ³／ｍｉｎ］
Ａ：原料断面積［ｍ³］
ｈ：装入層厚［ｍ］
Ｓ：吸引圧力［ｍｍＨ₂Ｏ］
また、生産率は、焼成速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、充填密度（ｇ／ｃｍ³）、成品歩留り等を勘案してそれぞれの配合条件で生産率を求め、従来法での生産率を１００とした「相対生産率」で表した。

図３から明らかなように、含ＭｇＯ副原料を含む粗大粒子を配合することにより（参考例１〜４および本発明例１）、生産率が２０％以上上昇した。この生産率の上昇は、粗大粒子を混合することにより、層内の通気性が向上し、焼成速度が上昇したことによるものと考えられる。

特に、石灰粉を加えず、ドロマイト鉱石のみを配合して粗大粒子とした場合（参考例１）は、生産率が３２％増加し、ＣａＯ含有量がドロマイトに比べて著しく低いブルーサイト鉱石を配合した場合（本発明例１）では、生産率が４２％増加した。すなわち、粗大粒子に含ＭｇＯ副原料のみを配合した場合、生産率が大幅に増加した。これは、粗大粒子に含ＭｇＯ副原料を配合すると、粗大粒子自身の強度が高くなると同時に、融液との同化反応の進行が抑制され、焼成中に粗大粒子の外形が長時間維持される結果、粗大粒子の周囲の空隙が長時間維持され、層内の通気性がより一層向上したことによるものと考えられる。

この結果から、層内の通気性をより高く確保するためには、含ＭｇＯ副原料を含む高強度の粗大粒子を配合することが不可欠であることが明確になった。

図４は、粗大粒子の平均粒径と生産率および成品歩留の関係を示す図である。この図は、別途作製した粗大粒子の配合において、平均粒径が、３〜５ｍｍ、５〜８ｍｍ、８〜１０ｍｍ、１０〜１５ｍｍまたは１５〜２０ｍｍ、の範囲内になるように調整したそれぞれの場合について鍋試験を行い、生産率および成品歩留を求めた結果である。生産率、成品歩留はいずれも、従来法での生産率、成品歩留を１００とした「相対生産率」、「相対成品歩留」で表した。

生産率は、粗大粒子の平均粒径が５〜８ｍｍで極大を示し、それ以上の平均粒径でもほぼ一定であった。

一方、成品歩留は、粗大粒子の平均粒径が５〜１５ｍｍで９９％以上になり、粗大粒子の平均粒径が３〜５ｍｍと１５〜２０ｍｍでは成品歩留が９６％まで低下した。この低下の理由は、粗大粒子の平均粒径が１５〜２０ｍｍの場合は、通気性の向上によって焼成速度が上昇し、１０００℃以上に保持される時間が短くなったため、十分焼結する前に排出されたことによるものと思われる。また、粗大粒子の平均粒径が３〜５ｍｍで成品歩留が９６％以下に低下したのは、この粒径範囲の粗大粒子が、周囲の擬似粒子とのサイズの兼ね合いから、逆に空隙率を下げるように作用したため、焼成が阻害されて成品歩留が低下したものと推測される。

この鍋試験の結果から、本発明の効果が発現される粗大粒子の平均粒径は３〜２０ｍｍであることがわかる。また、成品歩留を低下させずに生産性を向上させるという観点から、粗大粒子の平均粒径を５〜１５ｍｍとするのが望ましいと言える。

図５は、粗大粒子の配合比率と相対生産率および相対歩留の関係を示す図である。この図は、別途作製した粗大粒子において、配合比率が、２１．０質量％、２８．６質量％、３６．０質量％、の範囲内になるように調整したそれぞれの場合について鍋試験を行い、生産率および成品歩留を求めた結果である。生産率、成品歩留はいずれも、従来法での生産率、成品歩留を１００とした「相対生産率」、「相対成品歩留」で表した。

生産率は、粗大粒子の配合比率が２８．６質量％で極大を示し、それ以上の配合比率では、生産率が低下した。この理由として、粗大粒子の配合比率の増加で、熱間通気性は上昇するものの、成品歩留が著しく低下するため、生産率が低下に転じたと考えられる。ただし、粗大粒子の配合比率が３６．０質量％でも、生産率は従来法に比べ上昇した。

焼結原料への前記粗大粒子の配合比率の上限は、歩留低下と熱間通気性上昇の関係から決定され、３６．０質量％程度までなら生産率上昇効果が得られると考えられる。また、焼結原料への前記粗大粒子の配合比率の下限は、僅かでも配合されていれば、その分、原料充填層の通気性改善効果が発現すると思われる。焼結鉱の歩留を維持し、かつ生産率の大幅上昇の観点から、２１．０質量％〜２８．６質量％の配合比率で操業することが望ましい。

本発明の焼結鉱の製造方法は、含ＭｇＯ副原料を配合した原料を高速撹拌ミキサーで調湿・混合し、パンペレタイザーで平均粒径３〜２０ｍｍの粗大粒子に造粒し、この粗大粒子と残りの原料を造粒して製造した擬似粒子とを焼結機に装入する方法である。この製造方法によれば、赤鉄鉱に比べて結晶水含有量が高い褐鉄鉱（ピソライト鉱石やマラマンバ鉱石）の使用量が増加した場合であっても、焼結過程において、粉体原料から生成した融液と粗大粒子との反応が抑制され、原料充填層の通気性を改善することができる。これにより、焼成時間を短縮し、生産性を向上させると共に、成品歩留りを良好に維持することが可能となる。

したがって、本発明の焼結鉱の製造方法は、高炉で使用する焼結鉱の製造に有効に利用することができる。

本発明の焼結鉱の製造方法を実施することができる製造工程を例示する概略フロー図である。粗大粒子の圧壊強度を示す図である。鍋試験の結果で、粗大粒子の配合と相対熱間通気性および相対生産率の関係を示す図である。粗大粒子の平均粒径と相対生産率および相対成品歩留の関係を示す図である。粗大粒子の配合比率と相対生産率および相対成品歩留の関係を示す図である。

符号の説明

１：高速攪拌ミキサー
２：パンペレタイザー
３ａ：一次造粒機、３ｂ：二次造粒機
４：サージホッパー
５：ロールフィーダー
６：焼結機、６ａ：パレット
７：点火炉
８：クラッシャー
９：円形クーラー
１０：篩

Claims

鉄鉱石、炭材、副原料および返鉱を用い、２系統に原料を分割して造粒物を製造処理して焼結鉱を製造する方法において、含ＭｇＯ副原料として水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ） ₂ を主成分とする鉱石を配合した原料を高速撹拌ミキサーで調湿・混合し、パンペレタイザーで平均粒径３〜２０ｍｍの粗大粒子に造粒し、残りの原料を造粒して製造した擬似粒子と前記粗大粒子とを焼結機に装入することを特徴とする焼結鉱の製造方法。