JP7440768B2

JP7440768B2 - 高炉用焼成ペレット及び高炉用焼成ペレットの製造方法

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Publication number: JP7440768B2
Application number: JP2020137894A
Authority: JP
Inventors: 岳之藤坂
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2020-08-18
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2024-02-29
Anticipated expiration: 2040-08-18
Also published as: JP2022034210A

Description

この発明は、高炉用焼成ペレット及び高炉用焼成ペレットの製造方法に関し、詳しくは、高炉内での融着開始温度が高く、かつ被還元性に優れた高炉用焼成ペレット及びその製造方法に関する。

高炉用焼成ペレット（以下、「焼成ペレット」又は「ペレット」という場合がある）は、選鉱処理により高品位化された鉄鉱石を原料として製造されるため、焼結鉱と比較して鉄分が高く、高炉スラグ低減に有効な高炉装入物である。

ところが、焼成ペレットは、一般に焼結鉱と比較して融着開始温度（高炉内融着帯上面の温度に相当）が低く、高温領域での被還元性に劣る。そのため、高炉でペレット使用量を増やすと高炉内に形成される融着帯が肥大し、炉内通気性が悪化して、炉況変動を招いてしまう。また、それに伴って通気を確保しようとすると、結果的にコークス比の増加をもたらしてしまう。

ペレットが高炉内で還元される際には、ペレットの外周部から還元が進み、還元過程で緻密な金属鉄殻が形成されて、還元ガスのペレット内部への拡散が阻害されることから、特に、還元後半（高温領域）において還元速度が著しく低下すると考えられる。

このようなペレットの被還元性については、ペレット粒径を小さくすることで向上させることもできる（非特許文献１参照）。ところが、ペレットの粒径を小さくすると炉内充填層の通気性が低下してしまうことから（非特許文献２参照）、融着帯での通気性も悪化してしまい、これがペレットの融着開始温度を低下させてしまうおそれがある。

そこで、ペレットを成分の異なる芯部とこれを覆う外周部とで構成される二層構造にして、芯部では鉄鉱石粉に加えてＭｇＯを含有させて鉄の固相焼結を抑制し、また、外周部ではＣａＯ／ＳｉＯ_２（塩基度）が所定の値以上になるようにしてスラグの融点を高めて、金属鉄粒子間にスラグ粒子が入り込むようにして鉄の焼結を防止して、ペレットの被還元性を高める方法が知られている（特許文献１参照）。

また、還元過程でペレット内に亀裂が生成して、発生した粉が高炉の生産性を悪化させる還元粉化を防止するのを目的とするものであるが、上記と同様に、ペレットを成分の異なる芯部と外周部との二層構造にして、芯部に比べて外周部の塩基度（CaO/SiO₂）をある程度低くして、還元粉化に対して強い塩基度組成によりペレットの外周部を構成する方法が知られている（特許文献２参照）。

一方で、結晶粒子径が２０μｍ以下のような微細な鉄鉱石粉（カラジャス鉄鉱石）を用いて、これを含んだ混合原料粉末を焼成することで、気孔率が２０％以上の気孔連通組織からなる表層部と、気孔率が２０％未満の気孔閉塞組織からなる中心部とを備えた二層構造のペレットを得ることが開示されている（特許文献３参照）。このようなペレットは、高い気孔率を有する表層部の存在により被還元性が向上すると共に、中心部の存在により圧潰強度を高めて経時劣化を抑えることができる。

上記の特許文献３において、表層部に気孔が偏在するペレットが形成される理由は、原料鉱石が２０μｍ以下の微細なヘマタイト結晶粒の集合組織で構成されるからであり、加熱された鉱石組織が軟化融着する際に、それぞれの粒界で個々に分断され、分断された結晶粒が再結合するときに生じた空隙が多数の微細気孔となってペレット内部に残存し、更に昇温が進むと、温度がより高い表層部から融液が生じ始めて、表面張力によりその融液がペレット内部に入り込むためとしている。つまり、融液部分が抜けた表層部は海綿状組織となるのに対して、中心部は緻密な構造を有するペレットが得られるようになる。

特開平２－８０５２１号公報特開平２－８０５２２号公報特開２０１２-１２６９４７号公報

嶋村ら、鉄と鋼，Ｖｏｌ．５６（1970）ｐ１５９４小野田ら、鉄と鋼，Ｖｏｌ．６２（1976）Ｓ２

焼成ペレットの使用にあたっては、高炉の高効率安定操業を維持するために、ペレットの融着開始温度をできるだけ高くすると共に、その被還元性を向上させることが求められている。上述したように、高炉内でのペレットの還元は、その外周部から進むことから、なかでも先の特許文献３のように、ペレットの外周部の気孔率を高くして、中心部の気孔率を低くすることは、ペレットの被還元性を向上させる点で効果的であると言える。

しかしながら、ペレットの融着開始温度と被還元性の面で両立を図るためには、ペレットの外周部と中心部の大きさ（厚み）のバランスであったり、それぞれの気孔率を調整することが必要であるところ、特許文献３に係るペレットの製造方法では、これに十分に対応するのが難しい。

そこで、本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、粒度の異なる鉄鉱石粉を用いながら、二段階に亘る造粒工程を経て生ペレットを得ることで、焼成後のペレットの外周部と中心部の大きさを容易に制御することができると共に、それらの気孔率の制御が可能になることを見出した。そして、外周部と中心部の大きさやそれぞれの気孔率の最適化を図ることで、融着開始温度を高めながら、被還元性の向上したペレットが得られるようになることから、本発明を完成させた。

したがって、本発明の目的は、ペレットの融着開始温度がより高く、しかも被還元性に優れた高炉用焼成ペレットを提供することにある。

また、本発明の別の目的は、中心部と外周部の二層構造を有するペレットの外周部と中心部の大きさや、それらの気孔率の制御が可能であって、融着開始温度を高めながら、被還元性の向上したペレットを得ることができる高炉用焼成ペレットの製造方法を提供することにある。

すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）鉄鉱石粉を含んだ混合原料粉末を焼成して得た高炉用焼成ペレットであって、中心部と外周部との二層構造を有しており、前記中心部の外径が８～１１ｍｍであり、前記外周部の外径が前記中心部を含めて１１～１３ｍｍであり、前記中心部の気孔率が２０～２５％であり、前記外周部の気孔率が３０～３５％であることを特徴とする高炉用焼成ペレット。
（２）前記中心部の化学成分と前記外周部の化学成分とが実質的に同じものからなる、（１）に記載の高炉用焼成ペレット。
（３）鉄鉱石粉を含んだ混合原料粉末を焼成して高炉用焼成ペレットを製造する方法であって、ブレーン指数が２０００～３０００ｃｍ^２／ｇの鉄鉱石粉を含んだ混合原料粉末を、転動造粒型の造粒機を用いて造粒する１次造粒工程と、ブレーン指数が５００～１５００ｃｍ^２／ｇの鉄鉱石粉を含んだ混合原料粉末を、転動造粒型の造粒機を用いて造粒する２次造粒工程とを有して生ペレットを成形し、得られた生ペレットを焼成することを特徴とする高炉用焼成ペレットの製造方法。
（４）前記１次造粒工程で用いる混合原料粉末の化学成分と前記２次造粒工程で用いる混合原料粉末の化学成分とが同じである、（３）に記載の高炉用焼成ペレットの製造方法。

本発明によれば、中心部と外周部との二層構造を有した焼成ペレットの外周部と中心部の大きさやそれぞれの気孔率の制御を容易に行うことができて、融着開始温度を高めながら、被還元性の向上したペレットが得られるようになる。このような焼成ペレットであれば、その使用量を増やしたとしても高効率で安定な高炉操業の維持が可能になる。

図１は、本発明の高炉用焼成ペレットを説明するための模式図である。図２は、二段階に亘る本発明の造粒工程について説明するための模式図である。図３は、実験例で使用した鉄鉱石粉Ａ、Ｂの粒度分布を示すものである。

以下、本発明について詳しく説明する。
本発明の高炉用焼成ペレットは、鉄鉱石粉を含んだ混合原料粉末を焼成して得たものであり、中心部と外周部との二層構造を有して、中心部の外径は８～１１ｍｍであり、外周部の外径は中心部を含めた大きさで１１～１３ｍｍである。また、中心部の気孔率は２０～２５％であり、外周部の気孔率は３０～３５％である。

図１には、本発明の高炉用焼成ペレットの模式図が示されている。このうち、中心部と外周部の大きさについて、中心部は、その外径（粒径）が８～１１ｍｍ、好ましくは９～１０ｍｍである。後述する実施例の結果からも分かるように、中心部の外径が８ｍｍ未満であると焼成ペレットを得た際の融着開始温度の向上効果が十分に得られないおそれがあり、反対に中心部の外径が１１ｍｍを超えると、融着開始温度は上昇する一方で、被還元性は低下してしまう。

また、外周部については、中心部を含めた大きさで、その外径（粒径）が１１～１３ｍｍ、好ましくは１１．５～１２．５ｍｍである。外周部の外径が１１ｍｍ未満であると、焼成ペレットして高炉内に充填したときの通気性が悪化してしまう。反対に、外周部の外径が１３ｍｍを超えると被還元性が低下してしまうことに加えて、融着開始温度の低い外周部の領域が相対的に増えることで、焼成ペレットとしての融着開始温度が低下してしまうおそれがある。なお、従来公知の焼成ペレットは、その外径（粒径）が１０～１５ｍｍ程度であるのが一般的である。

これらの外径（粒径）は篩分け法で計測することができ、篩分けで求めた質量基準の積算分布の中央値、すなわち累積５０％径（メジアン径）を表す。このうち、中心部については、下記の製造方法において述べるように、１次造粒工程でサンプリングした造粒物（１次造粒物）について、生ペレットを焼成して焼成ペレットを得る際の条件と同じ焼成条件（本焼成条件）で焼成して得たものを篩分け法で計測した値である。また、外周部については、２次造粒工程でサンプリングした造粒物（２次造粒物、すなわち生ペレット）を本焼成条件で焼成して得たもの（すなわち焼成ペレット）を上記と同様に篩分け法で計測した値である。

一方の気孔率について、中心部は気孔率が２０～２５％、好ましくは２１～２３％である。中心部の気孔率が２０％未満であると、生ペレットを焼成して焼成ペレットにする際の焼結に伴う収縮が大きくなり、中心部と外周部の間に亀裂が生じて、焼成ペレットとしての強度が低下するおそれがある。反対に中心部の気孔率が２５％を超えると、中心部での気孔率が高くなり過ぎて、融着開始温度の向上効果が十分に得られないおそれがある。

また、外周部の気孔率は３０～３５％、好ましくは３２～３４％である。外周部の気孔率が３０％未満であると被還元性の向上効果が十分に得られないおそれがある。反対に外周部の気孔率が３５％を超えると、焼成ペレットしての強度が低下してしまうおそれがある。

これらの気孔率（気孔率Ｐ）は、焼成ペレットの真密度ρ_０と見掛密度ρ_１を計測して、以下の式（１）から算出することができる。
Ｐ＝（１－ρ_１／ρ_０）×１００・・・（１）
このうち、見掛密度ρ_１は水浸漬法により測定することができる。詳しくはＪＩＳＫ２１５１：２００４（コークス類-試験方法）に規定される「７．２見掛け密度試験方法」により求められる。また、真密度ρ_０については、測定対象のペレットを４５μｍ以下に粉砕後、エタノールピクノメーター法又はヘリウムガス置換法により測定することができる。詳しくは、ＪＩＳＭ８７１７：２０１７（鉄鉱石-密度試験方法）の規定に従う。なお、中心部の気孔率は、１次造粒工程でサンプリングした造粒物（１次造粒物）を本焼成条件で焼成したものを用いて測定する。また、外周部の気孔率を求める際には、２次造粒工程で使用する原料（混合原料粉末）のみを用いて２次造粒工程で造粒する生ペレットサイズに造粒したものを本焼成条件で焼成して測定する。

このように、比較的低いながらも所定の気孔率を有する中心部の存在により収縮変形を抑制することができ、比較的高い気孔率を有する外周部の存在により被還元性の向上が可能となって、従来のものより融着開始温度が高く、かつ被還元性に優れた高炉用焼成ペレットとすることができる。この融着開始温度が高くなる理由については、中心部の気孔率を低くすることで物理的な強度が高くなり、ペレット粒子全体として収縮変形しにくくなるためと考えられる。

本発明の高炉用焼成ペレットについて、これを得る方法は特に制限されないが、好適には、以下の方法により製造することができる。
先ず、一般に、高炉用焼成ペレットを得るにあたっては、鉄鉱石粉を含んだ混合原料粉末を所定の割合に配合する原料配合工程と、混合原料粉末を粉砕する原料粉砕工程と、混合原料粉末を所定の形状の生ペレットに造粒する造粒工程と、生ペレットを焼成して焼成ペレットを得る焼成工程とに大別することができる。このうち、混合原料粉末を構成する原料を粉砕した後に、これらを所定の割合に配合するようにして、原料粉砕工程に次いで原料配合工程を行うようにしてもよい。本発明では、後述する点を除いて、これらと同様にすることができる。

本発明では、鉄鉱石粉を含んだ混合原料粉末を所定の形状の生ペレットに造粒する造粒工程について、ブレーン指数が２０００～３０００ｃｍ^２／ｇ、好ましくは２３００～２８００ｃｍ^２／ｇの鉄鉱石粉を含んだ混合原料粉末を用いて、転動造粒型の造粒機で造粒する１次造粒工程と、ブレーン指数が５００～１５００ｃｍ^２／ｇ、好ましくは７００～１２００ｃｍ^２／ｇの鉄鉱石粉を含んだ混合原料粉末を用いて、転動造粒型の造粒機で造粒する２次造粒工程とを有するようにする。すなわち、比較的ブレーン指数が大きい（粒径が小さい）鉄鉱石粉を混合原料粉末に配合して１次造粒工程を行い、次いで、比較的ブレーン指数が小さい（粒径が大きい）鉄鉱石粉を混合原料粉末に配合して２次造粒工程を行うようにして、二段階に亘る造粒工程を経ることで生ペレットを得るようにする。

このうち、１次造粒工程で用いる鉄鉱石粉のブレーン指数が２０００ｃｍ^２／ｇ未満であると、鉱石粒子間に充填される微粉量が少なくなり、１次造粒物に対応する焼成ペレット中心部の気孔率が高くなり過ぎてしまう。反対に、１次造粒工程で用いる鉄鉱石粉のブレーン指数が３０００ｃｍ^２／ｇを超えると、微粉が多くなりすぎ、焼成時の焼結に伴う収縮が大きくなるため、中心部と外周部との間に亀裂が生じ、強度が低下してしまう。一方で、２次造粒工程で用いる鉄鉱石粉のブレーン指数が５００ｃｍ^２／ｇ未満であると、鉱石粒度が粗すぎて造粒が困難になってしまう。反対に、２次造粒工程で用いる鉄鉱石粉の１５００ｃｍ^２／ｇを超えると、鉱石粒子間に充填される微粉量が増えて、２次造粒物（すなわち生ペレット）に対応する焼成ペレット外周部の気孔率が低下してしまう。なお、ブレーン指数とはＪＩＳＲ５２０１；２０１５に規定のブレーン空気透過装置で測定されるものであって、粉体の比表面積を表す。ペレット製造プロセスにおいて、ブレーン指数は鉱石粒度の管理指標として用いられており、この値が高いほどより微粉になっていることを意味する。

このような二段階に亘る造粒工程について、図２を用いながら説明すると次のとおりである。
先ず、１次造粒工程では、ブレーン指数が２０００～３０００ｃｍ^２／ｇの鉄鉱石粉を含んだ１次造粒用の混合原料粉末３を用いて、転動造粒型の１次造粒機４で焼成ペレットの中心部となる１次造粒物を製造する。その際、１次造粒機４で得られた造粒物は１次スクリーン装置５で篩分けされ、焼成工程での収縮を考慮して、所定の大きさを満たす造粒物（篩上）を１次造粒物6aとして２次造粒機８へ送られる。一方、所定の大きさに満たない造粒物6b（篩下）は１次造粒機４に戻して、１次造粒物6aに成長するまで循環させる。

次に、２次造粒工程では、ブレーン指数が５００～１５００ｃｍ^２／ｇの鉄鉱石粉を含んだ２次造粒用の混合原料粉末７を用いて、転動造粒型の２次造粒機８で造粒するが、この２次造粒機８には、１次造粒機４で製造された１次造粒物6aが併せて供給される。つまり、１次造粒物6aが焼成ペレットの中心部を形成し、２次造粒用混合原料粉末７が焼成ペレットの外周部を形成して、２層構造を有する２次造粒物（すなわち生ペレット）を得るようにする。その際、１次造粒工程と同様、２次造粒機８で得られた造粒物は２次スクリーン装置９で篩分けされ、焼成工程での収縮を考慮して、所定の大きさを満たす造粒物（篩上）を２次造粒物10a（すなわち生ペレット）として、焼成工程における焼成炉へと送られる。一方で、所定の大きさに満たない造粒物10b（篩下）は２次造粒機８に戻して、２次造粒物10aに成長するまで循環させる。

これらの造粒工程で製造する各造粒物の粒径については、焼成工程による収縮の程度が混合原料粉末の配合や焼成条件等によっても変わるため一概に特定するのは難しいが、例えば、焼成により粒径が２％程度収縮するとすれば、１次造粒物としての粒径は８．２～１１．２ｍｍ程度を目途にすればよい。また、２次造粒物（すなわち生ペレット）としての粒径は１１．２～１３．２ｍｍ程度を目途とすればよい。焼成後のペレットの粒径を確認しながら、適宜、各造粒物の粒径を調整することもできる。

また、これらの造粒工程で用いる造粒機としては、圧縮造粒機や押出造粒機では二層構造のペレットの製造が困難であること、また、それぞれ所定のブレーン指数を有した鉄鉱石粉を用いることで所望の気孔率を得ることができることなどから、１次、２次ともに転動造粒型の造粒機を用いる。このような転動造粒型の造粒機としては特に制限はなく、例えば、パンペレタイザーやドラムペレタイザー等を使用することができる。

これらの造粒工程で使用する混合原料粉末については、１次造粒用、２次造粒用ともに、それぞれ所定のブレーン指数を有した鉄鉱石粉を含んだものであればよい。このうち、鉄鉱石粉については、例えば粒度分布の異なるものを使用するなどして、ブレーン指数を制御すればよく、それぞれ同一銘柄の鉄鉱石粉を用いてもよく、別銘柄のものを用いるようにしてもよい。

また、各造粒工程で使用する混合原料粉末には、所定の鉄鉱石粉のほか、石灰石やドロマイトのような副原料やベントナイトのようなバインダー等を含めることができる。これらの副原料等については、それぞれ９０％以上が１００μｍ以下となるように、各原料ごとに又は副原料でまとめて、ボールミル等で粉砕したものを用いるようにしてもよい。なお、各造粒工程で用いる混合原料粉末は、それぞれ造粒に適した水分量となるように調湿することができる。

本発明においては、各造粒工程で用いる鉄鉱石粉のブレーン指数の制御により、二層構造を有する焼成ペレットの中心部と外周部の大きさ（厚み）やその気孔率を調整することから、各造粒工程における混合原料粉末は、鉄鉱石粉の粒径が異なる点を除いて、それぞれが同じ成分となるようにすることができる。
これには、一の原料配合工程で製造された混合原料粉末を一次造粒用および二次造粒用に分割し、それぞれを所望の粒度に粉砕する原料粉砕工程を設けることで実現できる。あるいは、混合原料粉末を構成する原料を粉砕する原料粉砕工程の後に、これらを所定の割合に配合する原料配合工程を設けてもよい。前者では、中心部と外周部とで成分調整を分ける必要がなく工程管理が簡素化されるので好ましい。これらにより、得られる焼成ペレットは、中心部の化学成分と外周部の化学成分とが原料配合に際する操業変動誤差の範囲で実質的に同じものになる。

このように二段階に亘る造粒工程を経て得られた生ペレットは、トラベリンググレート式やグレートキルン式等の焼成炉を用いて、１２００℃～１３５０℃で焼成することができる。得られた焼成ペレットは、比較的気孔率の低い中心部によって収縮変形が抑制され、比較的気孔率の高い外周部によって被還元性の向上が可能となり、従来より融着開始温度が高く、被還元性に優れた焼成ペレットにすることができる。

以下、実施例に基づき本発明を説明する。なお、本発明はこれらの内容に制限されるものではない。

（実験例）
鉱石原料である鉄鉱石粉としてブラジル産ヘマタイト鉄鉱石を使用し、副原料として石灰石及びドロマイトを使用し、バインダーとしてベントナイトを使用して、表１に示す成分となる高炉用焼成ペレットの製造実験を行った。

この製造実験では、鉱石原料である上記の鉄鉱石粉を事前にボールミルで粉砕して、ブレーン指数が２３３０ｃｍ^２／ｇである鉄鉱石粉Ａとブレーン指数が７７０ｃｍ^２／ｇである鉄鉱石粉Ｂとを用意し、これらを用いて混合原料粉末Ａ、Ｂを準備した。混合原料粉末Ａは、鉱石原料としての鉄鉱石粉Ａを９２．０質量％、石灰石を１．８質量％、ドロマイトを５．５質量％、及びベントナイトを０．７質量％配合したものである。混合原料粉末Ｂは、鉱石原料として鉄鉱石粉Ｂを９２．０質量％配合した以外は混合原料粉末Ａと全く同じである。つまり、混合原料粉末ＡとＢでは、その成分にばらつきが生じないようにした。

ここで、鉄鉱石粉のブレーン指数は、ＪＩＳＲ５２０１：２０１５に規定のブレーン空気透過装置で測定したものである。また、図３には、鉄鉱石粉Ａ、Ｂについて、それぞれレーザー回折散乱法により測定した粒度分布が示されている。ブレーン指数が２３３０ｃｍ^２／ｇの鉄鉱石粉Ａはメジアン径（体積基準の累積頻度が50％になる粒子径D50）が１３．０μｍであり、ブレーン指数が７７０ｃｍ^２／ｇの鉄鉱石粉Ｂはメジアン径（同粒子径D50）が３３．４μｍであって、鉄鉱石粉Ａは鉄鉱石粉Ｂに比べて微粉が多く、より幅の広い粒度分布を有している。なお、石灰石、ドロマイト、及びベントナイトは、いずれも粒度が１００μｍ以下のものを使用した。

この製造実験では、生ペレットを製造するにあたり、先の図２で説明したように、１次と２次の二段階に亘る造粒工程を原則とし、１次造粒工程では、１次造粒機としてパンペレタイザーを使用し、混合原料粉末を適宜加水しながら造粒して、所定の粒径の１次造粒物を得た。また、２次造粒工程でも同様に、２次造粒機としてパンペレタイザーを使用し、混合原料粉末を適宜加水しながら造粒して、所定の粒径の２次造粒物（生ペレット）を得るようにした。

詳しくは、表２の各実験Ｎｏ．で示したとおりであり、１次、２次の造粒工程で使用する混合原料粉末をＡとＢで使い分けした。また、各造粒工程で得られる１次、２次の造粒物の外径については、１次、２次のスクリーン装置の篩目を変えて、いくつか変化させた。ここで、表２に示した各造粒物の外径（粒径）は篩分け法で計測したものであり、篩分けで求めた質量基準の積算分布の中央値、すなわち累積５０％径（メジアン径）を表す。また、得られた２次造粒物（生ペレット）の水分量は、いずれも７～８質量％となるようにした。なお、実験Ｎｏ．１及び２では、それぞれ１種類の混合原料粉末を使用して１度の造粒（１次造粒工程のみ）により、生ペレットを得るようにした。

各実験Ｎｏ．において得られた生ペレットは、焼成炉を用いて１２５０℃で３０分焼成する本焼成条件の焼成により、焼成ペレットとした。得られた焼成ペレットは、先の図１で示したように、中心部１と外周部２とを備えた二層構造を有しており、それぞれの大きさ（厚み）と気孔率は以下のようにして求めた。

先ず、中心部１の大きさについては、１次造粒工程でサンプリングした１次造粒物を上記と同じ本焼成条件により焼成して、先の１次造粒物の外径（粒径）の場合と同様に篩分け法で計測して質量基準の累積５０％径（メジアン径）を求めた。また、外周部２の大きさは、２次造粒工程でサンプリングした２次造粒物（生ペレット）を上記と同じ本焼成条件で焼成して、やはり篩分け法で計測して質量基準の累積５０％径（メジアン径）を求めた。なお、外周部の外径は中心部を含めた値である。

一方、気孔率は、先の式（１）で表される気孔率Ｐを示し、焼成ペレットの真密度ρ_０と見掛密度ρ_１を計測して求めたものである。このうち、見掛密度ρ_１は、ＪＩＳＫ２１５１：２００４（コークス類-試験方法）に規定される「７．２見掛け密度試験方法」に従って水浸漬法により測定した。また、真密度ρ_０については、ＪＩＳＭ８７１７：２０１７（鉄鉱石-密度試験方法）の規定に従い、測定対象のペレットを４５μｍ以下に粉砕した後、エタノールピクノメーター法により測定した。ここで、中心部１の気孔率は、１次造粒工程でサンプリングした１次造粒物を先に述べた本焼成条件により焼成した上で、上記のとおりに測定した。また、外周部の気孔率については、２次造粒工程で使用する混合原料粉末のみを用いて２次造粒工程で造粒する生ペレットサイズにしたものを本焼成条件で焼成して（例えば実験No.3では混合原料粉末Ｂを用いて粒径13.2ｍｍの生ペレットを得て本焼成条件で焼成して）測定した。

更には、得られた焼成ペレットの融着開始温度と被還元性について評価した。これらの評価にあたっては、参考文献１〔細谷ら、鉄と鋼，Vol.83（1997）pp.97-102〕に記載された荷重軟化試験装置を用いて行った。この試験装置はタンマン電気炉を上下２段に配置してそれらをフランジで連結したものであり、下部炉をガス予熱に使用して、高温に予熱されたガスを上部還元炉に導入できるようにしている。そこで、各実験Ｎｏ．で得られた焼成ペレットを荷重軟化試験装置の上部還元炉（内径85mm）に層厚７０ｍｍとなるように装入して、さらにその焼成ペレットの上部と下部にコークスを層厚２０ｍｍで装入して、荷重軟化試験を実施した。還元ガス組成、昇温速度、荷重は参考文献１と同じ実験条件とした。すなわち、ガスは８００℃まではＮ_２ガス（100vol％）、８００℃以降は還元ガス（CO 29.4vol％－H_２ 3.6vol％－N_２ 67.0vol％）を流量３４ＮＬ／ｍｉｎ一定で流通させた。昇温速度は１０００℃までは１０℃／ｍｉｎ、１０００℃以降は５℃／ｍｉｎとした。荷重は８００℃以降で９０ｋＰａ一定とした。ここで、試験中にペレット充填層が収縮し、還元ガスの通気性が悪化して、圧力損失が１．９６ｋＰａに到達した時点の温度を融着開始温度とした。また、この融着開始温度に到達した時点の還元率（融着時還元率）は、排ガスの濃度分析値から還元反応により減少した酸素量を算出し、還元率を求めて、この融着時還元率をもとに被還元性を評価した。結果を表２に示す。

実験Ｎｏ．１～５は焼成ペレット外周部の外径（粒径）を一定にして中心部の外径を変化させたものである。
このうち、実験Ｎｏ．１及び２は従来の典型的な製造条件に基づいて、造粒工程を１段階のみで生ペレットを製造したものである。これらは二層構造を有するものではないが、実験Ｎｏ．２では、実験Ｎｏ．１に比べて混合原料粉末中の鉄鉱石粉のブレーン指数が小さく、ペレット全体で気孔率が上昇している。その結果、実験Ｎｏ．２では、実験Ｎｏ．１と比較して融着開始温度が大きく低下し、また、それにより融着時還元率も低下している。

実験Ｎｏ．３は、造粒工程を１次造粒と２次造粒の２段階としているが、焼成ペレット中心部の外径が８ｍｍ未満である。その結果、実験Ｎｏ．１と比べて融着時還元率はほぼ同等であったが、融着開始温度はかえって低い値を示した。
それに対して、実験Ｎｏ．４及び５は焼成ペレット中心部の外径がそれぞれ８．０ｍｍ、１１．０ｍｍであり、実験Ｎｏ．１と比べて融着開始温度、融着時還元率がともに向上した。

また、実験Ｎｏ．６～８は焼成ペレット中心部の外径（粒径）を一定にして外周部の外径を変化させたものである。
このうち、実験Ｎｏ．６は焼成ペレット外周部の外径が１１ｍｍ未満であり、実験Ｎｏ．８は焼成ペレット外周部の外径が１３ｍｍを超えるものであり、いずれも実験Ｎｏ．１と比較して融着開始温度が低下している。
それに対して、実験Ｎｏ．７は焼成ペレット外周部の外径が１１．０ｍｍであり、実験Ｎｏ．１と比べて融着開始温度、融着時還元率がともに向上した。

以上の結果から分かるように、本発明によれば、中心部と外周部との二層構造を有した焼成ペレットの外周部と中心部の大きさやそれぞれの気孔率の制御を容易に行うことができるようになる。そして、これらの外周部や中心部の大きさや気孔率の最適化を図ることで、融着開始温度を高めながら、被還元性の向上した焼成ペレットを得ることができるようになる。

１：中心部、２：外周部、３：１次造粒用混合原料粉末、４：１次造粒機、５：１次スクリーン装置、6a：１次造粒物、6b：篩下造粒物、７：２次造粒用混合原料粉末、８：２次造粒機、９：２次スクリーン装置、10a：２次造粒物（生ペレット）、10b：篩下造粒物。

Claims

鉄鉱石粉を含んだ混合原料粉末を焼成して得た高炉用焼成ペレットであって、中心部と外周部との二層構造を有しており、前記中心部の外径が８～１１ｍｍであり、前記外周部の外径が前記中心部を含めて１１～１３ｍｍであり、前記中心部の気孔率が２０～２５％であり、前記外周部の気孔率が３０～３５％であることを特徴とする高炉用焼成ペレット。
前記中心部の化学成分と前記外周部の化学成分とが実質的に同じものからなる、請求項１に記載の高炉用焼成ペレット。
鉄鉱石粉を含んだ混合原料粉末を焼成して高炉用焼成ペレットを製造する方法であって、ブレーン指数が２０００～３０００ｃｍ^２／ｇの鉄鉱石粉を含んだ混合原料粉末を、転動造粒型の造粒機を用いて造粒する１次造粒工程と、ブレーン指数が５００～１５００ｃｍ^２／ｇの鉄鉱石粉を含んだ混合原料粉末を、転動造粒型の造粒機を用いて造粒する２次造粒工程とを有して生ペレットを成形し、得られた生ペレットを焼成することを特徴とする高炉用焼成ペレットの製造方法。
前記１次造粒工程で用いる混合原料粉末の化学成分と前記２次造粒工程で用いる混合原料粉末の化学成分とが同じである、請求項３に記載の高炉用焼成ペレットの製造方法。