JPH05339653A - 焼結鉱原料の前処理法および製鉄用焼結鉱原料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゲーサイト系鉱石の様に結晶水を多量含有す
る鉄鉱石を原料として、高炉操業などに適した高強度の
焼結鉱を生産性良く得るための前処理法および製鉄用焼
結鉱原料を提供すること。 【構成】 結晶水含量の高い鉄鉱石を予め石灰石粉と混
合してから造粒しておき、焼結時におけるカルシウムフ
ェライト融液の生成促進することによって、同等熱量で
も焼結反応を効率よく進行させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ゲーサイト系鉱石の如
く結晶水含有量の高い鉄鉱石（以下、高結晶水鉱石とい
う）を原料として、高炉操業等に適した焼結鉱を得るた
めの前処理法および製鉄用焼結鉱原料に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】高炉原料として用いられる焼結鉱は、一
般に次の様な方法で製造されている。まず１０mm程度以
下の粉鉱石に石灰石などのＣａＯ含有副原料、珪石、蛇
紋岩などのＳｉＯ₂ 含有副原料およびコークスなどの固
体燃料を混合し、これに適量の水分を加えて造粒する。
この造粒物をドワイトロイド式焼結機のパレット上に適
当な厚さとなる様に供給して表層部の固体燃料に着火
し、着火後は下方に向けて空気を吸引しながら固体燃料
を燃焼させ、その燃焼熱により配合原料を焼結させて燃
焼ケーキとし、この焼結ケーキを破砕した後粒度調整
し、粒径３mm程度以上の焼結鉱を得る。

【０００３】ところで製鉄原料として使用される焼結鉱
の品質は、例えば高炉操業時における荷下り状況の安定
性や通気性、還元効率等に重要な影響を与えるので、焼
結鉱の強度、被還元性、耐還元粉化性などは厳しく管理
されている。また焼結鉱の製造コストを下げるため、製
品の歩留および生産性も重要な管理項目となっている。

【０００４】焼結鉱の原料としては主に赤鉄鉱（Ｆｅ₂
Ｏ₃ ：ヘマタイト）や磁鉄鉱（Ｆｅ₃ Ｏ₄ ：マグネタイ
ト）などが使用されてきた。しかし近年、良質鉱石の産
出量が減少するにつれて、ゲーサイト（Ｆｅ₂ Ｏ₃ ・Ｈ
₂ Ｏ）を多量含有する褐鉄鉱系鉱石の使用量が次第に増
加する傾向にある。この鉱石は、多量（通常４重量％程
度以上）の結晶水を含んでいるのが特徴であり、焼結鉱
製造用の原料として多量に使用すると、結晶水を除去す
るための消費熱量が増大するだけでなく、焼成時に水分
の放出によって粗大気孔や亀裂が発生し、製品焼結鉱の
強度や耐還元粉化性が低下するほか製品歩留りや生産性
が低下する。

【０００５】こうした問題が生じる理由は次の様に考え
ることができる。すなわち高結晶水鉱石中の結晶水は、
約３００℃以上に加熱すると分解・脱水を起こし、それ
に伴って鉱石に亀裂が生じて多孔質組織になる。その後
さらに昇温して約１２００℃になると、ＣａＯとヘマタ
イトが反応してカルシウムフェライト系融液が生成し、
この融液は生成後直ちに鉱石中の気孔や亀裂の中に侵入
していく。

【０００６】この結果、鉄鉱石粒子同士の結合に必要な
量が不足することになって粒子間の結合が不十分とな
り、焼結鉱の強度が低下する。しかも粒子と融液の接触
面積が大きくなるため、ヘマタイト粒子の一部が融液中
に高速度で溶け込んで同化反応を起こし、その結果、冷
却後の組織は多量の粒状ヘマタイトにカルシウムフェラ
イトとスラグからなる結合層と多量の粗大気孔が混在し
た組織になり、この粗大気孔によって製品焼結鉱の強度
が低下すると共に、焼結時に粉化が進んで製品歩留も悪
くなる。

【０００７】上記の様に高結晶水鉱石を焼結鉱原料とし
てそのまま使用すると様々の問題が生じてくる。こうし
た状況の下で高結晶水鉱石を有効利用すべく様々な技術
が提案されているが、いずれも前述した問題点を解消し
得るものではない。例えば特開昭５９−１９７５２８号
公報には、ゲーサイトを多量に含有するリモナイト質鉱
石を使用する際に、元鉱として残留し易い粒径３mm以上
の粗粒物を粉砕してその量比を減少させると共に、粒径
０．５mm以下の微粒物の配合割合を２０〜３０重量％に
管理することによって融液の生成を促進し、脆弱な鉱石
が残留元鉱となるのを防止する方法が開示されている。

【０００８】しかしこの方法では、配合原料中の微粒物
の比率が増大することによって充填層の通気性が悪くな
り、焼結不良及び生産性の低下につながる。

【０００９】一方特開平３−１００２７号公報には、ゲ
ーサイトを多量に含む高結晶水鉱石を１２００℃以上の
温度で一定時間加熱処理することによって緻密化し、粗
大な気孔や亀裂に起因する歩留や強度、生産性の低下を
防止する方法が開示されている。しかしこの方法では、
原料を予め高温で加熱処理しなければならなので、消費
熱量の増大により製造コストが高くなるという問題があ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な事
情に着目してなされたものであって、その目的は、高結
晶水鉱石を使用した場合であっても、消費熱量の増大や
生産性の低下といった問題を生じることなく高強度の焼
結鉱を生産性よく得ることのできる前処理法および焼結
鉱原料を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る前処理法の構成は、高結晶水含有
鉱石を焼結鉱原料として使用するに当たり、該鉱石を石
灰石粉（好ましくはその全部もしくは一部を粒径１２５
μｍ以下に粉砕したもの）と混合して造粒するところに
要旨を有するものであり、得られる造粒物をＳｉＯ₂ 含
有副原料やコークス等の固体燃料などと混合すると、目
的にかなった焼結鉱原料を得ることができる。

【００１２】

【作用】以下、実験の経緯を追って本発明の構成および
作用効果を詳細に説明する。先ず本発明者等は、高結晶
水鉱石を単味で使用した時の焼結時における組織変化お
よび温度変化を把握するため、結晶水が３重量％以下で
ある通常のヘマタイト系鉱石とゲーサイト系の高結晶水
鉱石を焼結鍋中に層状に充填して焼結を行ない、各焼結
物の組織および焼結時の温度変化を調べた。但し各鉱石
層へのコークスおよび石灰石の各配合量は一定（鉱石：
コークス：石灰石＝８２：４：１４重量比）とした。

【００１３】図１は、ヘマタイト系鉱石または高結晶水
鉱石を用いた焼結体の組織を示したものであり、この図
からも明らかである様に、高結晶水鉱石を用いた焼結体
［図１（ａ）］には、ヘマタイト系鉱石を用いた焼結体
［図１（ａ）］には見られない１０〜１００μｍ程度の
大きさの粗大気孔が多量に存在しているが、従来から指
摘されている亀裂の発生は見られない。これは、石灰石
を配合することにより焼結工程で多量の融液が生成し、
これが亀裂内に侵入して充満されたためであると考えら
れる。

【００１４】また図２はヘマタイト系鉱石を用いた焼結
原料と高結晶水鉱石を用いた焼結原料を層状に充填して
焼結した時の温度変化を示したものであり、高結晶水鉱
石を単味で用いた場合の最高到達温度はヘマタイト系鉱
石を用いた場合よりも明らかに低くなっており、カルシ
ウムフェライト系融液が生成して焼結反応に寄与する１
１９２℃以上の温度領域が極めて小さくなっている。

【００１５】これらは、高結晶水鉱石を使用すると、急
速な昇温と冷却の下で行われる焼結工程で結晶水の分解
・脱水に多くの熱量が消費され、その結果焼結反応に直
接寄与する熱量が不足したためと思われる。

【００１６】焼結時の熱量不足を解消する方法として
は、固体燃料の配合量を増加することによって結晶水の
分解・脱水に要する余分の熱量を補う方法が考えられ
る。しかしこの方法では、固体燃料の使用量を増加した
分だけ製造コストが上昇する。従って固体燃料を増加さ
せずに製品焼結鉱の強度や生産性を改善するには、固体
燃料の燃焼熱を如何に効率よく活用するかということが
重要なポイントとなる。

【００１７】本発明はこうした実験事実を基にして更に
研究を進めた結果なされたものであって、高結晶水鉱石
と微粉石灰石を予め混合、造粒しておき、高結晶水鉱石
と石灰石の接触面積を大きくすることにより焼結工程で
の融液生成反応を促進し、それにより通常の粒度の石灰
石を単に混合して焼成を行なった場合に比べて多量の融
液を生成せしめ、その融液により、焼結工程で高結晶水
鉱石中に生成する粗大気孔や亀裂を充満せしめ、その結
果として固体燃料の配合量を増大することなく製品焼結
鉱の強度および生産性を高めることに成功したものであ
る。

【００１８】この場合、石灰石を高結晶水鉱石と予め混
合して造粒するのは、前述の如く両者の接触面積を大き
くして焼結時における融液生成反応を促進させるためで
あり、その効果をより有効に発揮させるには、石灰石を
微粉砕して高結晶水鉱石と混合・造粒するのが良く、好
ましくは石灰石の一部もしくは全部を１２５μｍ程度以
下に微粉砕して混合・造粒することが望まれる。

【００１９】そしてこの造粒物をＳｉＯ₂ 成分などの副
原料と混合すると共に、焼結用の熱源となる固体燃料
（コークス等）を配合して均一に混合すれば、従来の赤
鉄鉱や磁鉄鉱などを鉄源として用いたものと同等もしく
はそれらを上回る焼結性を持った焼結鉱原料を得ること
ができる。

【００２０】また本発明では、上記の様に高結晶水鉱石
を予め石灰石粉と混合・造粒して使用するところに特徴
を有するものであるから、鉄鉱石原料の全てを該造粒物
として使用す得る他、該造粒物を従来の赤鉄鉱や磁鉄鉱
などと任意の比率で混合してて鉄源として使用すること
も勿論可能である。

【００２１】また高結晶水鉱石と混合・造粒される石灰
石粉あるいはＳｉＯ₂ 成分などの副原料の量は、使用す
る鉱石中の脈石成分含量などに応じてその都度決定すれ
ば良く、また固体燃料の配合量についても常法に準じて
決めればよい。

【００２２】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明の構成および作
用効果をより具体的に説明するが、本発明はもとより下
記実施例によって制限を受けるものではなく、前後記の
趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施するこ
とはいずれも本発明の技術的範囲に属するものである。

【００２３】下記化学組成の高結晶水鉱石を使用し、図
３に略示する設備を用いて焼結鉱原料を調製した。尚図
３において１は高結晶水鉱石、２は微粉石灰石、３は造
粒機、４はドラムミキサー、５はその他の配合原料（副
原料および固体燃料などを含む）を夫々示している。 （高結晶水鉱石の化学組成：重量％） Ｔ・Ｆｅ ： ５６．２％ ＳｉＯ₂ ： ６．１％ Ａｌ₂ Ｏ₃ ： ３．１％ 結晶水 ： ９．４％

【００２４】高結晶水鉱石１と微粉石灰石２（粒径：１
２５μｍ以下）を造粒機３によって予め混合・造粒し、
その後ドラムミキサー４を用いて他の配合原料（赤鉄
鉱、他の副原料、固体燃料等）５と混合して焼結鉱原料
とした（高結晶水鉱石：赤鉄鉱：ＣａＣＯ₃ ：コークス
＝３０：５２：１４：４重量比）。得られた焼結鉱原料
と、通常の方法で混合した焼結鉱原料（石灰石と混合・
造粒することなく、全配合原料を単に混合しただけのも
の）を、それぞれ直径１００mm、高さ３５０mmの焼結鍋
に充填し、充填層の頂面に着火して吸引圧３６０mmＨ₂
Ｏで空気を吸引しながら焼成を行なった。得られた各焼
結鉱について、下記の方法で落下強度を測定すると共に
生産率を求めた。

【００２５】＜落下強度＞製品焼結鉱を２ｍの高さから
鉄製台上に一度に落下させる。この操作を４回繰り返し
た後、全量を４．８mmの篩でふるい分けし、次式により
落下強度を算出する。 落下強度（％）＝（篩上の重量／落下試験前の重量）×
１００ ＜生産率＞製品焼結鉱の焼結鍋単位面積当たり、および
単位時間あたりの生産性を示すものであり、次式より算
出される。但し焼結時間は排ガス中のＣＯ₂ 濃度が０．
１％以下になった時点を終了時とした。また歩留には落
下強度の値を用いた。 生産性＝（焼結物重量×歩留）／（焼結鍋面積×焼結時
間）

【００２６】

【表１】

【００２７】表１からも明らかである様に、本発明の前
処理法を採用すれば、高結晶水鉱石を使用した場合でも
固体燃料の増大あるいは生産性の低下といった問題を生
じることなく落下強度の優れた焼結鉱を得ることができ
る。

【００２８】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、高
炉装入用の鉄源として用いることに問題のあった高結晶
水鉱石を有効に利用し、生産性や固体燃焼の増大といっ
た問題を生じることなく、高品質の焼結鉱を製造し得る
ことになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】高結晶水鉱石またはヘマタイト系鉱石を鉄源と
して用いた焼結体の組織を示す図である。

【図２】高結晶水鉱石およびヘマタイト系鉱石を鉄源と
して用いた場合の焼結時の温度変化を示す図である。

【図３】実施例で採用した焼結原料製造設備を示す概略
説明図である。

【符号の説明】

１ 高結晶水鉱石 ２ 微粉石灰石 ３ 造粒機 ４ ドラムミキサー ５ 他の配合原料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 城内 章治 加古川市尾上町池田2222−１ 株式会社神 戸製鋼所加古川製鉄所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶水含有量の高い鉄鉱石を焼結鉱原料
   として使用するに当たり、該鉄鉱石を石灰石粉と混合し
   て造粒することを特徴とする焼結鉱原料の前処理法。
2. 【請求項２】 石灰石の一部もしくは全部を、粒径１２
   ５μｍ以下に粉砕して使用する請求項１記載の前処理
   法。
3. 【請求項３】 請求項１または２で得た造粒物を、他の
   副原料および固体燃料と混合したものである製鉄用焼結
   鉱原料。