JP5540806B2

JP5540806B2 - 製鉄用炭材内装塊成鉱およびその製造方法

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Description

本発明は、高炉などで製鉄原料として使用される製鉄用炭材内装塊成鉱およびその製造方法に関するものである。

高炉などでは、現在、主原料として鉄鉱石や焼結鉱などの鉄含有原料が用いられている。例えば、焼結鉱は、粒径が１０ｍｍ以下の鉄鉱石の他、珪石、蛇紋岩、精錬ニッケルスラグなどからなるＳｉＯ_２含有原料や、石灰石などのＣａＯ含有原料などからなる副原料および、粉コークスや無煙炭などの凝結材である固体燃料を、適量の水分を添加してドラムミキサーなどを用いて混合造粒した後、焼結機で焼成し、得られた焼結ケーキを破砕し整粒して、一定の粒径以上のものを成品焼結鉱として回収した塊成鉱の一種である。

ところで、製鉄所というのは、文字通り、金属鉄を含有するダストやスラッジ等の酸化鉄が多量に発生する場所である。これらの金属鉄含有ダスト等の酸化鉄は有用な鉄資源であり、塊成鉱用原料として有望である。従来、このような酸化鉄を塊成鉱用原料として有効利用する方法として、特許文献１に開示されているような技術；即ち、製鉄原料用ペレットの製造方法がある。この製鉄原料用ペレットは、鉄含有ダスト等を原料とし、これに石炭やコークスなどの炭材およびバインダーとして澱粉などを加え、これらを混練し、造粒した後、焼成して塊成鉱としたものである。

近年、製鉄所における原料処理の考え方について、鉄鉱石やダスト等の鉄資源とコークス等の炭材とを近接配置してなる塊成鉱が注目を浴びている。その理由は、例えば、鉄鉱石原料と炭材とを一つの塊成鉱の中で近接配置すると、鉄鉱石側の還元反応（発熱反応）と炭材側のガス化反応（吸熱反応）とが速い速度で繰り返されることから、製鉄効率が向上すると共に高炉などでの炉内温度を低下させることもできるからである。この点、前記特許文献１に記載されている技術は、単に鉄含有ダストをコークスの存在下で焼成して鉄含有率の高い製鉄用原料を製造する方法であって、製造時にペレット中の炭材が焼失してしまい、実際には鉄鉱石等の鉄含有原料と炭材とが近接配置されたものにはなっていない。また、近接配置を目的として、コークスや鉄鉱石の粒径を単に小さくしただけでは、熱を伝搬するガスの移動抵抗が大きくなりすぎて、却って反応速度の低下を招いて製鉄効率を低下させてしまう。

これに対し、従来、鉄鉱石と炭材との近接配置を目的とした幾つかの技術が提案されている（特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５）。これらの技術は、基本的に、鉄含有原料（鉄鉱石等）と石炭とを混合したのち熱間成形して塊成化したもの、あるいは焼成せずに生粒子のまま高炉などにおいて製鉄用原料として使用する方法である。ただし、これらの技術は、均一混合物もしくは、多層化造粒物からなる非焼成塊成鉱であって、それ故に、これを高炉等で使用すると、脱水粉化や還元粉化を招いて、高炉の通気性を阻害するため、使用量が制限されてしまうという問題点がある。

また、上記従来技術（特許文献２〜５）が抱えている上述した問題点のない解決方法の例として、特許文献６に開示のものでは、金属鉄および／または炭素を含有する鉄源原料を核とし、その核の外周に酸化鉄を被覆してなる多層構造の塊成鉱を、３００〜１３００℃の酸化性雰囲気中で焼成した高温焼成塊成鉱を提案している。

特開２００１−３４８６２５号公報特許第３５０２００８号公報特許第２５０２０１１号公報特開２００５−３４４１８１号公報特開２００２−２４１８５３号公報特開平１０−１８３２６２号公報

製鉄用塊成鉱の製造に際し、特許文献１〜６に記載されているような前記各従来技術の場合、前述したように、強度が不足したり、粉化が激しく操業時に、通気性障害を招きやすいとか、高温焼成を必要とする点で生産性が悪くかつ低温還元をしにくい、という問題点があった。

本発明は、従来技術が抱えている上述した問題点の克服を目指して鋭意研究して、開発した技術であり、その目的とするところは、製鉄原料として適当な大きさと十分な強度を有し、反応しやすい構造と低温還元が可能な鉄含有原料と炭材とが近接配置された炭材内装塊成鉱を得るための技術を提案することにある。

本発明は、上記課題を解決し、所期の目的を達成するために、酸化鉄および内装状態で用いられる炭材とを含む炭材内装塊成鉱であって、中心部に小塊コークスである炭材核を有し、その炭材核のまわりが、下記式により算出される酸化度Ｉｏにおいて、Ｉｏ＜０．９２の酸化鉄原料と鉄鉱石とを混合することで、平均酸化度Ｉｏ（ａｖｅ）が０．９２未満となった低酸化度の酸化鉄からなる酸化鉄殻にて覆われていることを特徴とする製鉄用炭材内装塊成鉱である。
記
Ｉｏ＝[（ＦｅＯ％×０．２２３）＋（全Ｆｅ％−金属製Ｆｅ％
−ＦｅＯ％×０．７７７）×０．４３０]／（全Ｆｅ％×０．４３０）

また、本発明は、酸化鉄および内装状態で用いられる炭材を含む炭材内装塊成鉱の製造に当たり、小塊コークスからなる炭材核のまわりに、造粒機を使って、金属鉄含有酸化鉄粉を被覆して、下記式により算出される酸化度Ｉｏにおいて、Ｉｏ＜０．９２の酸化鉄原料と鉄鉱石とを混合することで、平均酸化度Ｉｏ（ａｖｅ）が０．９２未満となった低酸化度の酸化鉄殻を被覆形成することを特徴とする製鉄用炭材内装塊成鉱の製造方法を提案する。
記
Ｉｏ＝[（ＦｅＯ％×０．２２３）＋（全Ｆｅ％−金属製Ｆｅ％
−ＦｅＯ％×０．７７７）×０．４３０]／（全Ｆｅ％×０．４３０）

また、本発明における塊成鉱ならびにその製造方法においては、
（１）炭材核と酸化鉄殻との間に、鉄鉱石粉からなる中間層を有すること、
（２）前記低酸化度の酸化鉄は、少なくとも金属鉄を含有する酸化鉄であること、
（３）前記酸化鉄殻の外表面に、高酸化度の酸化鉄からなる硬質薄層を有すること、
（４）金属鉄を含有する低酸化度の酸化鉄が、主に製鉄所発生ダストまたはミルスケールで構成されていること、
（５）前記小塊コークスは、粒径が３〜１５ｍｍのコークス粒子であること、
（６）前記中間層は、炭材核表面への金属鉄含有酸化鉄粉の被覆形成に先立ち、造粒機を使って鉄鉱石粉を被覆することによって形成すること、
（７）炭材核を覆う前記酸化鉄殻の形成後は、これを大気中で２００℃以上３００℃未満の温度で、０．５〜５時間加熱する酸化処理をすることにより、該酸化鉄殻表面にのみ高酸化度の酸化鉄からなる硬質薄層を形成すること、
が、より好適な上記課題の解決手段となる。

ａ．本発明に係る炭材内装塊成鉱ならびにその製造方法によれば、少なくとも金属鉄および／または劣質の鉄鉱石粉などを含有しているために低酸化度となっている酸化鉄であって、例えば、製鉄所で発生する各種のダストやミルスケールなどの低酸化度の酸化鉄粉を用い、さらには生塊成鉱を酸化処理して焼成することで、高炉等の原料として用いる上で十分な強度を有する上、酸化鉄と炭材とが近接配置された炭材内装塊成鉱を容易に得ることができる。その結果、こうした塊成鉱が製鉄原料として用いられた場合、反応効率の向上、炉内温度の低下、燃料比の低減をもたらし、製鉄コストの低減にも寄与する。
ｂ．また、本発明によれば、常に外表面に位置して外層殻となる低酸化度の酸化鉄殻の厚さを１〜１５ｍｍとすることにより、炭材内装塊成鉱の大きさを２０〜２５ｍｍ程度に調整することができ、高炉などで使用される原料として最も好適な大きさのものが得られる。
ｃ．さらに、本発明によれば、酸化鉄殻の最外層部には酸化処理によって、薄く硬質の高酸化度の酸化鉄からなる薄層を有するものになるので、高強度でハンドリング中に割れたり、粉化することのない塊成鉱が得られる。

炭材−鉄含有原料間の距離と反応速度との関係を示す説明図である。従来高炉内現象と発明例との炭材−鉄含有原料間の還元反応とガス化反応を対比する説明図である。炭材内装塊成鉱における還元反応とガス化反応の説明図である。炭材と酸化鉄とを近接配置したときの炉内温度推移のグラフである。本発明に係る炭材内装塊成鉱の一部切欠き模式図である。本発明製造方法の一例を示す工程図である。酸化処理前後における塊成鉱の断面を示す顕微鏡写真等である。本発明の炭材内装塊成鉱の一実施形態における焼成温度およびＣＯ、ＣＯ_２の推移を示すグラフである。炭材内装塊成鉱と焼結鉱の圧壊強度の対比図である。

以下に、本発明に係る炭材内装塊生鉱の一実施形態について説明する。図１、図２は、本発明に係る炭材内装塊生鉱を開発する契機となった考え方、即ち、炭材と鉄鉱石や焼結鉱などの鉄含有原料との距離と、鉄含有原料の還元反応速度との関係を説明するための図である。一般に、コークスなどの炭材と鉄含有原料との距離は小さいほど、反応速度は速くなる。例えば、高炉の炉頂から原料を装入する場合、鉄鉱石や焼結鉱などの鉄含有原料とコークスなどの炭材とは、それぞれ２０〜４０ｍｍ程度の大きさのものを、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、層状に分別装入するのが普通である。この場合において、焼結鉱等の鉄含有原料層と炭材層とをそれぞれ薄層化すれば、炭材と焼結鉱等との距離は小さくなり、反応速度が速くなると考えられる。

この点、こうした両者の接触による反応速度を飛躍的に速くするためには、鉄含有原料と炭材との混合装入が有効であると考えられる。ただし、前述したように、単に、鉄含有原料と炭材とを混合装入するだけでは、伝熱手段であるガスの移動抵抗が大きすぎて、却って反応速度が遅くなる。

そこで、近年、反応速度を向上させる方法として考えられてきたのが、図１の概念図に示すような、フェロコークスや炭材内装塊成鉱、炭材の超微細化などの技術である。フェロコークスは、炭材と鉄鉱石を混合し、焼き固めたものであり、炭材内装塊成鉱は、鉄含有原料中に炭材を充填内装してなるものであり、そして、超微細化は、主として炭材を微細化して使用する方法である。

反応速度を向上させるという、これらの考え方は、図２（ｂ）に示すような理論に基づいたものである。即ち、図２は、鉄鉱石と炭材とが近接しているときの熱の交換と反応の関係を示している。鉄鉱石側では、Ｆｅ_２Ｏ_３とＣＯが反応して、ＦｅとＣＯ_２となる還元反応が起き、このときの反応は発熱反応である。一方、炭材側では、ＣＯ_２とＣとが反応してＣＯを発生する、ブドワール反応と呼ばれるガス化反応（ガス改質反応）が起き、この反応は吸熱反応である。従って、鉄鉱石等と炭材とが近接していると、発熱反応である還元反応と吸熱反応であるガス化反応とが速い速度で繰り返される結果、製鉄効率が向上すると共に、外部から必要とする熱供給も少なくてすむことから炉内温度の低下も期待できる。

従って、鉄含有原料と炭材とが互いに近くにあること、即ち、近接配置することが有効であることがわかる。このような考え方の下では、予め鉄含有原料と炭材とを混合すると共に、その炭材を鉄含有原料中に埋設してなる炭材内装塊成鉱というものが、究極の炭材−鉄含有原料の近接配置の形態となり得る。

このように、炭材−鉄含有原料を近接配置したものにおいては、ガス化反応に必要な熱が該炭材内装塊成鉱の内部に及ぶと、図３に示すように、そのガス化反応で発生したＣＯとＦｅ_ｎＯ_ｍが還元反応を起こし、その還元反応で発生したＣＯ_２がガス化反応を導くといったように、塊成鉱の内部から外部に向って反応が連鎖的に起こり、内部のＦｅ_ｎＯ_ｍが順次に自己還元されてＦｅ（金属鉄）が生じさせるものと考えられる。従って、この場合、塊成鉱内部で反応が進むことから外部からの熱供給は少なくて済み、その分だけ、炉内温度を低下させることができるようになるのである。

このような考え方に基づいて、鉄鉱石や焼結鉱などの鉄含有原料と炭材との高温混練物（炭材内装塊成鉱）を用いて高炉シミュレータで還元速度（還元率）を求めると、図４（出展：鉄と鋼ｖｏｌ．８９（２００３）Ｎｏ．１２、ｐ１２１２）に示すように、炭材内装塊成鉱は、炭材を含んでいない焼結鉱に比べると、高炉内での炉内温度を低くすることができると考えられる。こうした高炉の炉内温度の低下は、単に炭材や羽ロからの送風の原単位の低減だけでなく、炉体の長寿命化を始め、二酸化炭素の発生量を相対的に抑制できる等のメリットもある。

図５は、本発明に係る炭材内装塊成鉱の実施形態を示す模式図である。図５（ａ）に示す例は、中心部に、核粒子として、３〜１５ｍｍの粒径をもつ小塊コークスを有し、その核粒子のまわり（外周囲）には、金属鉄を含有する原料、例えば、各種製鉄ダストやミルスケール粉等の酸化鉄粉を、５〜２０ｍｍ程度の層厚で被覆形成してなる、いわゆる外層である酸化鉄殻２との、２０〜２５ｍｍφの大きさの２層構造からなる炭材内装塊成鉱の例である。

また、図５（ｂ）に示す例は、中心部に位置する核粒子が３〜１５ｍｍの粒径をもつ小塊コークスの炭材核１からなり、その炭材核１のまわり（外周囲）に、まず、中間層３として、鉄鉱石粉、好ましくはロメラル鉄鉱石やウクライナ鉄鉱石、キャロルレイク鉄鉱石などのような劣質の鉄鉱石粉を５〜１０ｍｍ程度の層厚で被覆形成し、そして、その中間層３のさらにその外層部分に、製鉄ダストやミルスケール粉等の低酸化度の酸化鉄粉を５〜１５ｍｍ程度の層厚で被覆してなる、いわゆる外層である酸化鉄殻２との、全体の粒径が２０〜２５ｍｍφとなる３層構造の塊成鉱の例である。

これらの塊成鉱は、小塊のコークス粒子からなる炭材核１が中心部に位置していることから、完全な炭材内装構造となっている。それ故に、図２（ａ）に示す従来技術のように、反応域内を流れるガスを介して反応熱やＣＯ、ＣＯ_２を炉内で移動させるものではなく、本発明にあっては、図２（ｂ）に示すように、塊成鉱内部において互いが接近して存在している酸化鉄粉とコークス粒子との間で起る還元反応とコークスのガス化反応が同時に進行するようになるので、反応が高速度・高効率にかつ低温で進行するようになる。

図６は、本発明の炭材内装塊成鉱の製造方法を例示したものである。３〜１５ｍｍφの核粒子となるコークス粒子と製鉄ダストや直接還元炉発生粉、ミルスケール粉等の酸化鉄粉とバインダー（澱粉水溶液３％）を介して、ペレタイザーを介して混合し、２０〜２５ｍｍφの大きさの造粒粒子とする。この時、必要に応じ（３層構造の造粒粒子とする場合）、前記酸化鉄粉の混合の前にまず、鉄鉱石粉を混合して造粒し、次いで、その造粒粒子のまわりに酸化鉄粉を供給して酸化鉄殻を形成してなる３層構造の塊成鉱とすることができる。

なお、本発明に係る炭材内装塊成鉱において特徴的な事項は、炭材核１と酸化鉄殻２、場合によっては、さらに中間層３を形成してなる２層もしくは３層の造粒粒子を、以下に説明するように、低酸化度の酸化鉄殻２にて構成されている塊成鉱を大気雰囲気下の中低温域（３００℃程度未満）の温度で２〜５時間の中低での温酸化処理を施して、最外層部分にのみ薄くて硬い高酸化度の硬質薄層４（図７参照）が形成する点の構成にある。

かかる酸化処理のため、前記生塊成鉱を、電気炉等の加熱炉内に装入し、２００℃以上３００℃未満の中低温域での焼成、即ち、大気雰囲気中で２〜５時間程度の酸化処理を行い、前記低酸化度酸化鉄殻２の最外層部分に薄い高酸化度の膜、高酸化度の酸化鉄からなる硬質薄層を生成させて、製鉄用炭材内装塊成鉱とする。

このような酸化処理を行って得られる炭材内装塊成鉱は、この処理にもかかわらず、内部の単一のコークス粒子である炭材核１は、中心部にほぼ初期のままの大きさと核粒子として残留したものになる。そして、この炭材内装塊成鉱は、表１ならびに図７に示すように、ＦｅＯならびに金属鉄（Ｍ．Ｆｅ）の量は減る一方で、Ｆｅ_２Ｏ_３の量と見掛比重は増加したものになる。しかも、前記酸化鉄殻２の最外層の部分は、酸化と緻密化が一層進行し、それ故に焼結鉱並みの冷間強度を有すると共に、焼結鉱よりも優れた被還元性を有するものになる。

本発明において、炭材内装塊成鉱の酸化鉄殻２を構成する鉄含有原料としては、基本的に、製鉄所で多量に発生する各種製鉄ダストやミルスケールの如き酸化鉄粉、即ち、金属鉄含有原料が好適に用いられる。一方、中心部に位置する核粒子である炭材核１としては、粒径が３〜１５ｍｍ（篩目寸法）、好ましくは１０〜１５ｍｍの小塊コークスを用いる。

前記酸化鉄の１つである製鉄ダストは、代表的な金属鉄含有量が２０〜５０ｍａｓｓ％、Ｔ．Ｆｅが６０ｍａｓｓ％以上だと、炭材内装塊成鉱の酸化鉄殻２として十分なものと言える。一方、粒径が３〜１５ｍｍ、好ましくは１０〜１５ｍｍの小塊コークスは、前述したように、高炉に用いられるコークスが２０〜４０ｍｍの大きさであることを考えると、高炉用原料としてはそのままでは使用に適しないものを有効利用するになるから、コスト的に有利である。

なお、本発明において、外層殻の成分として製鉄ダストやミルスケールの酸化鉄に着目した理由は、これらは、金属鉄分を多く含み、Ｆｅ、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３を主成分とする低酸化度のものだからである。このことは、この酸化鉄については、中低温域の大気中では酸化しやすく、それは、この酸化処理により、前記酸化鉄殻２の外層にある鉄が該酸化処理により高酸化度の酸化鉄に変化しやすいこと、即ち、酸化鉄殻２部分の最外層の部分が、酸化によって硬化して、より高酸化度の薄い膜状の硬質薄層２ａを生成して強化できることを意味している。

本発明において、かかる低酸化度の酸化鉄としては、前記低酸化度の酸化鉄は、下式により算出される酸化度Ｉｏにおいて、Ｉｏ＜０．９２の酸化鉄原料と鉄鉱石とを混合し、平均酸化度Ｉｏ（ａｖｅ）が０．９２未満としたものを用いることが好ましい。なお、下記式は、含有するＦｅ分が全てＦｅ_２Ｏ_３となったときの酸素量に対する対象酸化鉄中のＦｅと結合した酸素量の割合を示すものである。即ち、Ｆｅ分が全てＦｅ_２Ｏ_３になったとき、Ｉｏ＝１．０である。
Ｉｏ＝[（ＦｅＯ％×０．２２３）＋（全Ｆｅ％−金属製Ｆｅ％
−ＦｅＯ％×０．７７７）×０．４３０]／（全Ｆｅ％×０．４３０）

次に、本発明に係る炭材内装塊成鉱の製造方法の具体例を説明する。この例では、図６に示すように、酸化鉄含有原料として、製鉄ダスト（ＯＧダスト）を６４μｍ以下に粉砕し、これに３〜１５ｍｍの小塊コークスと３ｍａｓｓ％の澱粉水溶液を添加混練し、次いで、前記小塊コークス（３〜１５ｍｍ）をコアとして、４００ｍｍφパン型ペレタイザーで２０〜２５ｍｍφの大きさに造粒した。前記ダストと小塊コークスとの体積比は、約６５：３５であった。その後、得られた造粒物を、電気炉に装入し、大気雰囲気中、３００℃で３時間加熱して酸化処理した。送風量は１５ｌ／ｍｉｎとし、温度は送風量で調整した。

その結果、前記製鉄ダスト、造粒後（焼成前）の炭材内装塊成鉱（生造粒物）、造粒後酸化処理した炭材内装塊成鉱ならびに硬質薄層部分の平均的成分組成例を表２に示す。なお、図８は、焼成（酸化処理）中の炉内温度、試料（外皮）温度、ＣＯ、ＣＯ_２濃度を示す。この図に示すように、前記焼成中、ＣＯの発生はほとんど見られなかった。また、炉内温度が２９０℃であるのに対し、ＣＯ_２の発生と、Ｍ．Ｆｅ、ＦｅＯの酸化発熱が起こり、試料（外皮）温度は４５０℃まで到達した。その結果、表層酸化が進んで、外殻部分（硬質薄層４）が硬化し緻密化した様子が観察された。また、酸化反応により、Ｍ．ＦｅとＦｅＯが減少する一方、Ｆｅ_２Ｏ_３は増加し、フリーＣも減少しており発熱による反応促進が起っていると考えられる。

次いで、焼成後の炭材内装塊成鉱を押圧して圧壊強度を調べたところ、図９に示すように、この炭材内装塊成鉱の圧壊強度は９０ｋｇｆ以上で、平均値も１１５ｋｇｆであり、高炉操業に供している焼結鉱と同程度である。例えば、圧壊強度が低いと、高炉内に充填されたとき、自重で粉化するおそれがあり、粉化した場合、粒径が小さくなって目詰まりを起こし、炉内反応ガスの流動を妨げて製鉄効率が低下する。この点、高炉操業に供している焼結鉱と同程度の圧壊強度があれば、高炉内で粉砕するようなことがなく、製鉄（製銑）効率の低下を招くことはない。しかも、前述したように、炭材と鉄鉱石とが互いに近接した位置にあると、構造的に反応しやすいものになると共に、低い炉内温度で効果的に反応させることができるようなものになる。

なお、本発明に係る炭材内装塊成鉱を、高炉装入原料の一部として使用する場合、１０ｍａｓｓ％未満、あるいは２０ｍａｓｓ％未満の使用量であれば、高炉装入までの輸送に耐えられる程度の圧壊強度があれば十分である。例えば、必要な圧壊強度としては５０ｋｇｆ以上、好ましくは焼結鉱と同程度の９０ｋｇｆもあれば十分で、使用上の制約はない。また、小塊コークスは３〜１５ｍｍの小塊をそのまま使用する他、１ｍｍ以下の細粒コークスを一旦造粒し、粒径３〜１５ｍｍの小塊コークスとして使用してもよい。１ｍｍ以下の細粒コークスであれば造粒は容易であり、篩下の１ｍｍ以下の細粒コークスが使用できる他、３ｍｍ未満の細粒コークスを１ｍｍ以下に粉砕して用いることもできる。

さらに、３〜１５ｍｍの小塊コークスを用い、該小塊コークスからなる炭材殻（中心殻粒子）１の表面に被覆形成されるミルスケールなどの製鉄ダストからなる酸化鉄殻２の厚さを３〜１０ｍｍとして炭材内装塊成鉱を製造すれば、装入原料として十分な粒径を示すことになり、焼結鉱代替品としてそのまま利用できる。

このように本発明に係る炭材内装塊成鉱では、酸化鉄殻２の最外層部分が酸化処理によって酸化が進み、その表面層にのみ高酸化度酸化鉄からなる硬化薄膜４を有する酸化鉄殻２で被われた状態になるため、圧壊強度９０ｋｇｆ以上の炭材内装塊成鉱が得られる。従って、これを高炉などの製鉄炉の塊成鉱として用いると、高炉炉内温度の低下をもたらすと共に、製鉄効率の向上を図ることができると共に、コストの低い小塊コークスやリサイクルダストを用いて製造できるので塊成鉱そのもののコストも低廉化する。

なお、前記中間層３に用いられる鉄鉱石としては、ロメラル鉄鉱石やウクライナ鉄鉱石、キャロルレイク鉄鉱石など、好ましくはマグネタイト系硬質鉱石粉を５〜１０ｍｍ程度の厚みで炭材核１の表面に被覆し、また、この中間層３の表面に形成する酸化鉄殻２としては、ＯＧダストなどの各種製鉄ダスト、回転炉床炉等の直接還元炉発生粉（ＲＨＦ粉）、あるいはミルスケールなどの酸化鉄が好適に用いられる。前記各原料粉の成分組成、熱量を下記の表３に示す。

内容積３０００ｍ^３級の大型高炉に、焼結鉱を用いる通常操業時の配合に対し、その一部（１０ｍａｓｓ％）を本発明に係る図５（ａ）に示す炭材内装塊成鉱（表４に化学成分を示す）で代替した高炉操業を行ったところ、該炭材内装塊成鉱自体の被還元性が上昇（焼結鉱６．０５％→塊成鉱９５．８％）することに伴い、高炉内ガス利用率が改善され、還元剤炉は合計で１０ｋｇ／ｔ低減し、ボッシュガス量の低下の影響等により、出銑比は２％（２．２５→２．２９ｔ／Ｄ／ｍ^３）上昇し、本発明に係る塊成鉱を高炉操業に用いることの有効性が確められた。なお、下記の表５に高炉の操業条件、操業結果について示す。

なお、この高炉操業で用いた炭材内装塊成鉱は、焼結鉱と比べて、還元性の解析から有効拡散係数（Ｄｅ）は、焼結鉱：０．２０×１０^−４ｍ^２／ｓに対し、２．０×１０^−４ｍ^２／ｓと１０倍も高く、還元粉化特性（ＪＩＳＲＤ）も、焼結鉱：２０．２％に対し、３１．６％と高いものであり、これらの差が上記高炉操業に反映されたものと考えられる。

本発明の技術は、例示した高炉操業用原料だけに限らず、他の製鉄用冶金炉の原料としても有効であり、その製造方法は、他の塊成鉱を製造する技術として応用が可能である。

１炭材核
２酸化鉄殻
３中間層
４硬質薄層

Claims

酸化鉄および内装状態で用いられる炭材とを含む炭材内装塊成鉱であって、中心部に小塊コークスである炭材核を有し、その炭材核のまわりが、下記式により算出される酸化度Ｉｏにおいて、Ｉｏ＜０．９２の酸化鉄原料と鉄鉱石とを混合することで、平均酸化度Ｉｏ（ａｖｅ）が０．９２未満となった低酸化度の酸化鉄からなる酸化鉄殻にて覆われていることを特徴とする製鉄用炭材内装塊成鉱。
記
Ｉｏ＝[（ＦｅＯ％×０．２２３）＋（全Ｆｅ％−金属製Ｆｅ％
−ＦｅＯ％×０．７７７）×０．４３０]／（全Ｆｅ％×０．４３０）
炭材核と酸化鉄殻との間に、鉄鉱石粉からなる中間層を有することを特徴とする請求項１に記載の製鉄用炭材内装塊成鉱。
前記低酸化度の酸化鉄は、少なくとも金属鉄を含有する酸化鉄であることを特徴とする請求項１または２に記載の製鉄用炭材内装塊成鉱。
前記酸化鉄殻の外表面に、高酸化度の酸化鉄からなる硬質薄層を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の製鉄用炭材内装塊成鉱。
金属鉄を含有する低酸化度の酸化鉄が、主に製鉄所発生ダストまたはミルスケールで構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の製鉄用炭材内装塊成鉱。
前記小塊コークスは、粒径が３〜１５ｍｍのコークス粒子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の製鉄用炭材内装塊成鉱。
酸化鉄および内装状態で用いられる炭材を含む炭材内装塊成鉱の製造に当たり、小塊コークスからなる炭材核のまわりに、造粒機を使って、金属鉄含有酸化鉄粉を被覆して、下記式により算出される酸化度Ｉｏにおいて、Ｉｏ＜０．９２の酸化鉄原料と鉄鉱石とを混合することで、平均酸化度Ｉｏ（ａｖｅ）が０．９２未満となった低酸化度の酸化鉄殻を被覆形成することを特徴とする製鉄用炭材内装塊成鉱の製造方法。
記
Ｉｏ＝[（ＦｅＯ％×０．２２３）＋（全Ｆｅ％−金属製Ｆｅ％
−ＦｅＯ％×０．７７７）×０．４３０]／（全Ｆｅ％×０．４３０）
前記中間層は、炭材核表面への金属鉄含有酸化鉄粉の被覆形成に先立ち、造粒機を使って鉄鉱石粉を被覆することによって中間層を形成することを特徴とする請求項７に記載の製鉄用炭材内装塊成鉱の製造方法。
炭材核を覆う前記酸化鉄殻の形成後は、これを大気中で２００℃以上３００℃未満の温度で、０．５〜５時間加熱する酸化処理をすることにより、該酸化鉄殻表面にのみ高酸化度の酸化鉄からなる硬質薄層を形成することを特徴とする請求項７または８に記載の製鉄用炭材内装塊成鉱の製造方法。