JP7374870B2

JP7374870B2 - 鉄鉱石ペレット

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Publication number: JP7374870B2
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Authority: JP
Inventors: 人志豊田; 嗣憲加藤; 力造唯井
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Current assignee: Kobe Steel Ltd
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Filing date: 2020-09-03
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Description

本発明は、鉄鉱石ペレット及び鉄鉱石ペレットの製造方法に関する。

高炉操業として、高炉内に鉱石原料を含む第１層とコークスを含む第２層とを交互に積層し、羽口から補助燃料を高炉内へ吹込みつつ、その熱風を用いて上記鉱石原料を溶解して銑鉄を製造する方法が公知である。この銑鉄製造方法では、鉄鉱石ペレットとして供給される上記鉱石原料が還元されて銑鉄が製造される。このとき、上記コークスは主に通気性確保のスペーサーの役割を果たす。

この鉱石原料の還元性を高める技術として、直径１０μｍ以上の気孔の体積を０．０１ｃｍ^３／ｇ以上とした鉄鉱石ペレットが提案されている（特開昭６３－２１９５３４号公報参照）。この鉄鉱石ペレットでは、比較的大きな径の気孔量の制御によって、圧潰強度の低下を抑止するとともに気孔が閉塞されることを防止し、全体の気孔率を高めている。

特開昭６３－２１９５３４号公報

高炉操業においては、昨今のＣＯ_２削減の要求からコークスの使用量のさらなる削減が求められている。気孔を増やして鉱石原料の還元性を向上させる方法が考えられる。ところが、上記従来の鉄鉱石ペレットでは径が比較的大きい気孔により気孔率を制御しているため、気孔率を増加させても鉄鉱石ペレットの単位重量当たりの表面積は増加し難い。還元性を向上させるためには、直径１０μｍ以上の気孔の体積を大きく増加させる必要が生じる。この場合、鉄鉱石ペレットの圧潰強度が低下し易い。圧潰強度が低下すると、鉄鉱石ペレットが高炉内で粉化し易くなるため高炉内の通気抵抗が増大し、高炉の安定操業に支障をきたす可能性が高くなる。

つまり、上記従来の鉄鉱石ペレットではさらなる還元性の向上が難しく、コークスの使用量のさらなる削減のためには、新たな性状の鉄鉱石ペレットが求められている。

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、高炉操業において、コークスの使用量のさらなる削減を可能とする性状を有する鉄鉱石ペレットの提供を目的とする。

上述のように鉄鉱石ペレットの還元性を向上させるためには、圧潰強度の低下を抑止しつつ、鉄鉱石ペレットの単位重量当たりの表面積を増加させる必要がある。本発明者らが鋭意検討した結果、気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔の気孔率を制御すれば、還元性を向上させた鉄鉱石ペレットを製造し得ることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の一態様に係る鉄鉱石ペレットは、高炉操業に用いられる鉄鉱石ペレットであって、気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔の気孔率が２１％以上であり、圧潰強度が１８０ｋｇ／Ｐ以上である。

当該鉄鉱石ペレットは、気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔の気孔率を上記下限以上とする。鉄鉱石ペレットの表面積の増大に寄与するのは、ペレットの外部まで通じている開気孔のみであるので、この開気孔の気孔率を制御することで、実際に反応に寄与する鉄鉱石ペレットの単位重量当たりの表面積を直接的に大きくすることができる。また、当該鉄鉱石ペレットは、圧潰強度を上記下限以上とするので、高炉操業時に高炉内で粉化し難い。従って、当該鉄鉱石ペレットは、還元性が高く、高炉操業においてコークスの使用量のさらなる削減を可能とする。

ここで、「気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔の気孔率」とは、水銀圧入式ポロシメータ（例えば島津製作株式会社の「オートポアＩＩＩ９４００」）を用いて測定した鉄鉱石ペレットの開気孔率ε_０［％］、鉄鉱石ペレットの単位重量当たりの全細孔容積Ａ［ｃｍ^３／ｇ］、鉄鉱石ペレットの単位重量当たりの気孔径４μｍ以上の全細孔容積Ａ_＋４［ｃｍ^３／ｇ］とするとき、ε_０×Ａ_＋４／Ａ［％］で算出される量である。なお、開気孔率は鉄鉱石ペレットの見かけの体積に対する全開気孔の占める体積の割合を言う。

粒径４．７μｍ以下の微粉の含有量としては、８質量％以上が好ましい。粒径４．７μｍ以下の微粉の含有量を上記下限以上とすることで、気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔の気孔率を向上させつつ、圧潰強度を高められる。

当該鉄鉱石ペレットが微粉の凝集構造を有するとよい。このように微粉の凝集構造を有することで、気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔の気孔率を向上させつつ、圧潰強度を高められる。ここで、「凝集構造」とは、分散している微粉が複数個集合し、二次粒子を形成している状態を言い、具体的には５個以上、好ましくは１０個以上の微粉が接触している状態を言う。

本発明の別の一態様に係る鉄鉱石ペレットの製造方法は、鉄鉱石原料への造粒水の添加により生ペレットを造粒する工程と、上記生ペレットを焼成する工程とを備え、上記造粒水の粘度が１５ｍＰａ・ｓ以上である。

当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、生ペレットを造粒する際の造粒水の粘度を上記下限以上とするので、気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔の気孔率が２１％以上であり、圧潰強度が１８０ｋｇ／Ｐ以上である鉄鉱石ペレットを容易に製造することができる。

ここで、「粘度」とは、回転式粘度計を用いてＪＩＳ－Ｚ８８０３：２０１１に準拠して測定される値を指す。

上記造粒水が有機バインダを含み、上記生ペレットにおける上記有機バインダの含有量が０．０１質量％以上１．０質量％以下であるとよい。このように上記範囲内の含有量の有機バインダを造粒水に含めることで、製造される鉄鉱石ペレットに微粉の凝集構造を形成できる。これにより上記鉄鉱石ペレットの気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔の気孔率を向上させつつ、圧潰強度を高められる。

以上説明したように、本発明の鉄鉱石ペレットは、高炉操業においてコークスの使用量のさらなる削減を可能とする性状を有する。また、本発明の鉄鉱石ペレットの製造方法を用いて製造された鉄鉱石ペレットを用いて高炉操業を行うことで、コークスの使用量をさらに削減できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る鉄鉱石ペレットを示す模式的平面図及び部分的拡大断面図である。図２は、本発明の一実施形態に係る鉄鉱石ペレットの製造方法を示すフロー図である。図３は、図２の鉄鉱石ペレットの製造方法で使用する製造装置の構成を示す模式図である。図４は、実施例における気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔の気孔率と圧潰強度との関係を示すグラフである。図５は、実施例において還元率を調査した大型荷重還元実験炉の構成を示す模式的断面図である。図６は、実施例において還元率を調査した際の試料充填層を加熱する温度プロファイルを示すグラフである。図７は、試料充填層の温度と供給するガス流量との関係を示すグラフである。図８は、実施例における気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔の気孔率と還元率との関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係る鉄鉱石ペレット及び鉄鉱石ペレットの製造方法について説明する。

〔鉄鉱石ペレット〕
図１に示す鉄鉱石ペレット１は、高炉操業に用いられる鉄鉱石ペレットである。鉄鉱石ペレットとは、ペレットフィードと、鉄鉱石微粉と、必要に応じて副原料とを用い、高炉用に適した性状（例えばサイズ、強度、還元性など）に、品質を向上させて作り込んだものである。

鉄鉱石ペレット１は、図１に示すように、主としてペレットフィードである粗粒１１と、鉄鉱石の粉砕原料である微粉１２とから構成され、内部には多数の気孔１３が形成されている。上述のように鉄鉱石ペレット１は、副原料を含んでもよい。このような副原料としては、石灰石、ドロマイトなどを挙げることができる。

鉄鉱石ペレット１の大きさは、使用される高炉等に応じて適宜決定されるが、例えば粒径１０ｍｍ以上２５ｍｍ以下とできる。

粗粒１１としては、例えば１又は複数銘柄の細粒のペレットフィードを配合したものを用いることができる。粗粒１１は、粒径が４５μｍ以上の粒を指し、粒径０．５ｍｍ以下の粗粒が粗粒１１全体の９０質量％以上を占めることが好ましい。粗粒１１として、粒径０．５ｍｍ以下の粗粒の割合が上記下限未満となると、表面積が不足し、高炉操業時の還元性が低下するおそれがある。

微粉１２には、例えば粗粒１１として使用するペレットフィードを粉砕機で粉砕したものを用いることができる。微粉１２は、粒径が４５μｍ未満の粒を指すが、そのうち粒径４．７μｍ以下の微粉１２の含有量の下限としては、８質量％が好ましく、１０質量％がより好ましく、２０質量％がさらに好ましい。粒径４．７μｍ以下の微粉１２の含有量を上記下限以上とすることで、気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔の気孔率を向上させつつ、圧潰強度を高められる。一方、粒径４．７μｍ以下の微粉１２の含有量の上限は、特に限定されないが、例えば５０質量％とできる。

当該鉄鉱石ペレット１が、微粉１２の凝集構造１２ａを有するとよい。図１に示すように、当該鉄鉱石ペレット１では、複数の微粉１２が集合し、互いに接触して二次粒子を形成している。つまり、当該鉄鉱石ペレット１内に微粉１２の密度が他よりも高い領域が存在している。このように微粉１２が凝集構造１２ａを有すると、この凝集した部分について強度が増すため、当該鉄鉱石ペレット１の圧潰強度が向上する。一方、凝集することで微粉１２が偏在することとなり、微粉１２が存在しない領域も偏在することとなるから、後述する１つの気孔１３の体積が増加し易い。このため、気孔径の大きい開気孔１３ａの数が増える。従って、このように微粉１２の凝集構造１２ａを有することで、気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔の気孔率を向上させつつ、圧潰強度を高められる。

気孔１３は、当該鉄鉱石ペレット１の外部にまで通じている開気孔１３ａと、ペレットの内部で閉じている閉気孔１３ｂとがある。つまり、図１の拡大断面図に示すように、開気孔１３ａは、その一部が当該鉄鉱石ペレット１の表面に接しているのに対し、閉気孔１３ｂは、粗粒１１及び微粉１２により取り囲まれている。一般に開気孔１３ａと閉気孔１３ｂとを合わせた全気孔１３の体積比率で気孔率が決定されるが、当該鉄鉱石ペレット１の気孔１３のうち、高炉内の還元ガスと接触するのは開気孔１３ａのみであるから、鉱石原料の還元性を向上させるためには、開気孔１３ａの気孔率が重要である。

また、気孔率が一定である場合、開気孔１３ａの気孔径が小さいほど当該鉄鉱石ペレット１の表面積は大きくなる。しかし、開気孔１３ａの気孔径が小さいと、開気孔１３ａ内部に還元ガスが拡散し難くなる。このため、開気孔１３ａには、ある一定以上の気孔径が必要であると考えられる。一方、気孔率が大きくなると、当該鉄鉱石ペレット１の圧潰強度が低下し、高炉内で粉化し易くなるという不都合が生じる。

本発明者らが、鋭意検討した結果、気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔１３ａの気孔率を制御すれば、当該鉄鉱石ペレット１の還元性を向上できることを見出した。つまり、気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔１３ａの気孔率の下限としては２１％であり、２３％がより好ましく、２５％がさらに好ましい。上記開気孔１３ａの気孔率が上記下限未満であると、当該鉄鉱石ペレット１の還元性の向上が不十分となり、高炉操業においてコークスの使用量の削減が十分に行えないおそれがある。

一方、気孔率を高くすると圧潰強度は低下するため、上記開気孔１３ａの気孔率の上限は、圧壊強度が一定値未満とならない範囲とされる。この圧潰強度の下限としては、１８０ｋｇ／Ｐであり、１９０ｋｇ／Ｐがより好ましく、２００ｋｇ／Ｐがさらに好ましい。圧潰強度が上記下限未満であると、当該鉄鉱石ペレット１が高炉内で粉化し易くなり、高炉操業が困難となるおそれがある。

気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔１３ａの累計開気孔体積の下限としては、０．０６ｃｍ^３／ｇが好ましく、０．０７ｃｍ^３／ｇがより好ましい。上記累計開気孔体積を上記下限以上とすることで、当該鉄鉱石ペレット１の還元性を高めることができる。

また、開気孔体積の変化率が最大となる開気孔径は、７μｍ以上であることが好ましく、８μｍ以上であることがより好ましい。上記開気孔径を上記下限以上とすることで、当該鉄鉱石ペレット１の還元性を高めることができる。

＜利点＞
当該鉄鉱石ペレット１は、気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔１３ａの気孔率を２１％以上とする。当該鉄鉱石ペレット１の表面積の増大に寄与するのは、ペレットの外部まで通じている開気孔１３ａのみであるので、この開気孔１３ａの気孔率を制御することで、実際に反応に寄与する鉄鉱石ペレット１の単位重量当たりの表面積を直接的に大きくすることができる。また、当該鉄鉱石ペレット１は、圧潰強度を１８０ｋｇ／Ｐ以上とするので、高炉操業時に高炉内で粉化し難い。従って、当該鉄鉱石ペレット１は、還元性が高く、高炉操業においてコークスの使用量のさらなる削減を可能とする。

〔鉄鉱石ペレットの製造方法〕
図２に示す鉄鉱石ペレットの製造方法は、造粒工程Ｓ１と、焼成工程Ｓ２と、冷却工程Ｓ３とを備え、図１に示す本発明の鉄鉱石ペレット１を製造することができる。当該鉄鉱石ペレットの製造方法は、例えば図３に示すグレートキルン方式の製造装置（以下、単に「製造装置２」ともいう）を用いて行うことができる。製造装置２は、パンペレタイザ３と、グレート炉４と、キルン５と、アニュラクーラ６とを備える。

＜造粒工程＞
造粒工程Ｓ１では、鉄鉱石原料への造粒水の添加により生ペレットＰを造粒する。具体的には、鉄鉱石に造粒水を添加した後、この造粒水含有鉄鉱石を造粒機であるパンペレタイザ３に投入及び転動させて、泥団子状の生ペレットＰを製造する。

上記鉄鉱石は、当該鉄鉱石ペレット１を構成する粗粒１１及び微粉１２から構成される。鉄鉱石は、採掘地域、粉砕・運搬方法により表面性状が大きく異なるが、当該鉄鉱石ペレットの製造方法において鉄鉱石の表面性状は特に限定されない。

上記造粒水は、上記鉄鉱石の粒子間に水による架橋を構成する。造粒工程Ｓ１で造粒される生ペレットＰは、この架橋により、粒子同士に付着力が働くことによって強度が保たれている。つまり、粒子間の結合は、粒子間に存在する水の表面張力により発現され、この表面張力に粒子間の接点数を乗じた値によって粒子間の付着力が担保されている。

当該鉄鉱石ペレットの製造方法においては、上記造粒水の粘度の下限としては、１５ｍＰａ・ｓであり、３０ｍＰａ・ｓがより好ましく、１００ｍＰａ・ｓがさらに好ましい。上記造粒水の粘度が上記下限未満であると、製造される鉄鉱石ペレット１の圧潰強度が不足するおそれがある。一方、上記造粒水の粘度の上限としては、特に限定されないが、例えば１００００ｍＰａ・ｓとできる。

上記造粒水が有機バインダを含むとよい。上記有機バインダとしては、好ましくは分子量１０^４以上１０^８以下のもの、より好ましくは分子量１０^４以上１０^６以下のものが用いられ、具体的には、コーンスターチ、タピオカ、ジャガイモ、グァー豆等を挙げることができる。

なお、この有機バインダの配合について、上記鉄鉱石が十分に保水している場合は、その保水量に合わせて有機バインダのみを添加すればよい。逆に、上記鉄鉱石が保水していない場合は、水に有機バインダを配合して所望の粘度とした造粒水を添加すればよい。その中間にあるときは、上記鉄鉱石の保水量を加味し、添加した造粒水の粘度が所望の粘度となるように有機バインダ配合量を決定する。この場合、有機バインダの配合は、鉄鉱石の保有する水分に対して行ってもよい。つまり、鉄鉱石への水の添加と、有機バインダの配合とは同時に行ってもよい。

生ペレットＰにおける上記有機バインダの含有量の下限としては、０．０１質量％が好ましく、０．１質量％がより好ましい。一方、上記有機バインダの含有量の上限としては、１．０質量％が好ましく、０．２質量％がより好ましい。上記有機バインダの含有量が上記下限未満であると、製造される鉄鉱石ペレット１に微粉１２の凝集構造１２ａが十分に形成されず圧潰強度が不足するおそれがある。逆に、上記有機バインダの含有量が上記上限を超えると、鉄鉱石ペレット１の気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔の気孔率の向上が飽和傾向となり原料コストの上昇に対して効果が不十分となるおそれがある。

生ペレットＰにおける水分の含有量の下限としては、７．０質量％が好ましく、８．０質量％がより好ましい。一方、上記水分の含有量の上限としては、１１．０質量％が好ましく、１０．０質量％がより好ましい。上記水分の含有量が上記下限未満であると、上記鉄鉱石の粒子間の水による架橋構造が不足し、圧潰強度が不足するおそれがある。逆に、上記水分の含有量が上記上限を超えると、鉄鉱石ペレット１の気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔の気孔率が十分に向上しないおそれがある。

＜焼成工程＞
焼成工程Ｓ２では、生ペレットＰを焼成する。焼成工程Ｓ２では、グレート炉４及びキルン５が用いられる。

（グレート炉）
グレート炉４は、図３に示すように、トラベリンググレート４１と、乾燥室４２と、離水室４３と、予熱室４４とを備える。

トラベリンググレート４１は、無端状に構成され、このトラベリンググレート４１上に載置された生ペレットＰを、乾燥室４２、離水室４３及び予熱室４４の順に移動させることができる。

乾燥室４２、離水室４３及び予熱室４４では、加熱用ガスＧ１の下向き通風によって生ペレットＰを乾燥、離水及び予熱し、キルン５での転動に耐えうる強度を生ペレットＰに付与した予熱ペレットＨを得る。

具体的には以下の手順による。まず、乾燥室４２で、生ペレットＰを２５０℃程度の雰囲気温度で乾燥させる。次に、離水室４３で、乾燥後の生ペレットＰを４５０℃程度に昇温し、主に鉄鉱石中の結晶水を分解除去する。さらに、予熱室４４で、生ペレットＰを１１００℃程度まで昇温し、石灰石、ドロマイト等に含まれる炭酸塩を分解し二酸化炭素を除去するとともに、鉄鉱石中のマグネタイトを酸化させる。これにより予熱ペレットＨが得られる。

図３に示すように、乾燥室４２の加熱用ガスＧ１としては、離水室４３で使用された加熱用ガスＧ１が流用される。同様に離水室４３の加熱用ガスＧ１には予熱室４４の加熱用ガスＧ１が流用され、予熱室４４の加熱用ガスＧ１には、キルン５で使用された燃焼排ガスＧ２が流用される。このように下流側の高温の加熱用ガスＧ１又は燃焼排ガスＧ２を流用することで、加熱用ガスＧ１の加熱コストを削減できる。なお、各室にはバーナ４５を設け、加熱用ガスＧ１の温度を制御してもよい。図３では、離水室４３及び予熱室４４にバーナ４５が設けられている。また、乾燥室４２で使用された加熱用ガスＧ１は、最終的には煙突Ｃから排出される。

（キルン）
キルン５は、グレート炉４に直結されており、勾配をつけた円筒状の回転炉である。キルン５は、グレート炉４の予熱室４４から排出される予熱ペレットＨを焼成する。具体的には出口側に配設されたキルンバーナ（不図示）による燃焼により予熱ペレットＨを１２００℃程度の温度で焼成する。これにより高温の鉄鉱石ペレット１が得られる。

キルン５では、燃焼用空気としては、アニュラクーラ６で使用された冷却ガスＧ３である大気が用いられる。また、予熱ペレットＨの焼成用に使用された高温の燃焼排ガスＧ２は、加熱用ガスＧ１として予熱室４４へ送り込まれる。

＜冷却工程＞
冷却工程Ｓ３では、焼成工程Ｓ２で得られる高温の鉄鉱石ペレット１を冷却する。冷却工程Ｓ３では、アニュラクーラ６が用いられる。冷却工程Ｓ３で冷却された鉄鉱石ペレット１は集積され、高炉操業に用いられる。

アニュラクーラ６では、キルン５から排出された高温の鉄鉱石ペレット１を移動させながら、冷却ガスＧ３である大気を通風装置６１により通風することで鉄鉱石ペレット１を冷却することができる。

なお、アニュラクーラ６で使用され温度が上昇した冷却ガスＧ３は、キルン５へ送り込まれ、燃焼用空気として使用される。

＜利点＞
当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、生ペレットＰを造粒する際の造粒水の粘度を１５ｍＰａ・ｓ以上とするので、気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔の気孔率が２１％以上であり、圧潰強度が１８０ｋｇ／Ｐ以上である本発明の鉄鉱石ペレット１を容易に製造することができる。

［その他の実施形態］
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、鉄鉱石ペレットが粗粒と微粉とから構成される場合を説明したが、粗粒のみ、あるいは微粉のみで構成される鉄鉱石ペレットも本発明の意図するところである。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［実施例１、実施例２、比較例１］
図２に示す鉄鉱石ペレットの製造方法に従って、実施例１、実施例２及び比較例１の鉄鉱石ペレットを製造した。

（造粒工程）
造粒水としては、実施例１及び実施例２では有機バインダを含むものとし、有機バインダの含有量を、実施例１では０．１質量％とし、実施例２では０．２質量％とした。その結果、造粒水の粘度は、実施例１で１７．４ｍＰａ・ｓ、実施例２で３１．７ｍＰａ・ｓとなった。使用した有機バインダは、デンプン系の有機バインダ（コーンスターチ６０質量％、タピオカ３０質量％、馬鈴薯１０質量％を混合した原料にベンナイトを外数で１０質量％加えたもの）である。また、粘度の測定は、回転式粘度計を用いてＪＩＳ－Ｚ８８０３：２０１１に準拠して行った。

一方、比較例１の造粒水は、有機バインダを含まないものとした。造粒水の粘度は、１ｍＰａ・ｓであった。

鉄鉱石原料へ上記造粒水を加え混合した後、φ４０ｃｍ、パン角度：４８°、回転数：３０ｒｐｍ、リム高さ：９５ｍｍのパンペレタイザに投入及び転動させて、泥団子状の生ペレットを製造した。

（焼成工程）
上記生ペレットを炉へ装入し、温度１２１０℃で１５分間の焼成を行った。なお、雰囲気には、空気３ＬにＮ_２ガス１Ｌを混合したものを用いた。また、昇温時間及び冷却時間はともに１０分間とした。

実施例１、実施例２及び比較例１の鉄鉱石ペレットについて、気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔の気孔率と、圧潰強度とを測定した。上記粗大開気孔率は、水銀圧入式ポロシメータ（島津製作株式会社の「オートポアＩＩＩ９４００」）を用いて測定した鉄鉱石ペレットの開気孔率ε_０［％］、鉄鉱石ペレットの単位重量当たりの全細孔容積Ａ［ｃｍ^３／ｇ］、鉄鉱石ペレットの単位重量当たりの気孔径４μｍ以上の全細孔容積Ａ_＋４［ｃｍ^３／ｇ］として、ε_０×Ａ_＋４／Ａ［％］で算出した。圧潰強度は、試料を乗せるターンテーブル、駆動装置及びロードセルからなる公知の圧潰強度試験機を用いて測定した。結果を図４に示す。

図４の結果から、有機バインダを加えて造粒水の粘度を１５ｍＰａ・ｓ以上とした当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔の気孔率が２１％以上であり、圧潰強度が１８０ｋｇ／Ｐ以上である鉄鉱石ペレットを容易に製造することができることが分かる。これに対し、造粒水の粘度が１５ｍＰａ・ｓ未満である比較例１の鉄鉱石ペレットでは、気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔の気孔率及び圧潰強度がともに低いことが分かる。

＜還元率＞
実施例１、実施例２及び比較例１の鉄鉱石ペレットを用いて、高炉周辺部を模擬した大型荷重還元実験を行って、還元率を調査した。

図５に、この実験に用いた大型荷重還元実験炉７を示す。試料を充填する黒鉛坩堝７１の内径はφ８５ｍｍとした。試料充填層７２は、上から上部コークス層７２ａ（高さ２０ｍｍ）、鉱石層７２ｂ（高さ１５０ｍｍ）及び下部コークス層７２ｃ（高さ４０ｍｍ）により構成した。鉱石層７２ｂは、焼結鉱（粒径１６～１９ｍｍ）、上記鉄鉱石ペレット（粒径１１．２～１３．２ｍｍ）及び塊鉱石（粒径１６～１９ｍｍ）の混合物とした。

この試料充填層７２に対して、電気炉７３を用いて図６に示す温度プロファイルで加熱しつつ、図７に示す組成のガス（還元ガス）を供給した。上記ガスは、大型荷重還元実験炉７の下部に設けられているガス供給管７４から供給し、上部に設けられているガス排出管７５から排出した。上記ガスの総供給量は５１．３ＮＬ／ｍｉｎであり、温度管理は２つの熱電対７６により行った。また、試料充填層７２に加える荷重は１ｋｇｆ／ｃｍ^２とした。この荷重は、荷重棒７７を介して錘７８の重さを加えることで付加した。

上述の条件で試料充填層７２の温度が１２５０℃となった時点で昇温を終了するとともにガスの供給を停止し、試料充填層７２の還元前重量と還元後重量との差分から還元率を算出した。

還元率の測定は、２回行った。結果を図８に示す。図８のグラフでは、２回の施行の各結果をバーで、その平均値をドットで示している。図８の結果から、本発明の鉄鉱石ペレットを用いることで、還元性が高められており、高炉操業においてコークスの使用量のさらなる削減ができることが分かる。

本発明の鉄鉱石ペレットは、高炉操業においてコークスの使用量のさらなる削減を可能とする性状を有する。また、本発明の鉄鉱石ペレットの製造方法を用いて製造された鉄鉱石ペレットを用いて高炉操業を行うことで、コークスの使用量をさらに削減できる。

１鉄鉱石ペレット
１１粗粒
１２微粉
１２ａ凝集構造
１３気孔
１３ａ開気孔
１３ｂ閉気孔
２製造装置
３パンペレタイザ
４グレート炉
４１トラベリンググレート
４２乾燥室
４３離水室
４４予熱室
４５バーナ
５キルン
６アニュラクーラ
６１通風装置
７大型荷重還元実験炉
７１黒鉛坩堝
７２試料充填層
７２ａ上部コークス層
７２ｂ鉱石層
７２ｃ下部コークス層
７３電気炉
７４ガス供給管
７５ガス排出管
７６熱電対
７７荷重棒
７８錘
Ｐ生ペレット
Ｈ予熱ペレット
Ｇ１加熱用ガス
Ｇ２燃焼排ガス
Ｇ３冷却ガス
Ｃ煙突

Claims

高炉操業に用いられる鉄鉱石ペレットであって、
気孔径が４μｍ以上の粗大開気孔の気孔率が２１％以上であり、
圧潰強度が１８０ｋｇ／Ｐ以上である鉄鉱石ペレット。
粒径４．７μｍ以下の微粉の含有量が８質量％以上である請求項１に記載の鉄鉱石ペレット。
粒径４．７μｍ以下の微粉を含み、
分散している微粉が複数個集合し、二次粒子を形成している状態である微粉の凝集構造を有する請求項１又は請求項２に記載の鉄鉱石ペレット。