JPH0711349A - 高炉用焼結鉱強度の推定方法及び管理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 焼結鉱強度を直接支配する要因を把握しかつ
関係付け、焼結鉱強度の高精度の予測・制御を可能とす
る高炉用焼結鉱強度の推定方法の提供。 【構成】 焼結鉱のシャッター強度指数（ＳＩ）求める
に際し、まず焼結鉱構成鉱物であるカルシュウムフェラ
イト含有率、スラグ含有率から焼結鉱の基質強度を求
め、さらに気孔径分布指数から強度に対する気孔率の寄
与指数を求め、これらと焼結鉱の気孔率より焼結鉱の引
張強度（σ_s ) を算出し、さらにシャッター強度指数
（ＳＩ）を算出する高炉用焼結鉱強度の推定方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は、焼結機で鉄鉱石を焼
結して製造する際の高炉用焼結鉱強度の推定方法及び管
理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】焼結操業における歩留向上は、焼結鉱強
度と高い相関があるが、製造コストを低減する上で重要
である。そこで焼結鉱強度を定量化し、それを管理する
ことは高炉の安定操業の点からも必要である。従って焼
結鉱製造分野において焼結鉱の強度管理が重要な業務に
なっている。

【０００３】焼結鉱強度の評価方法の代表的なものの中
にシャッター強度試験があり、ＪＩＳにも規定されてい
る。該指数は実操業における強度管理指標として採用さ
れている。従来の焼結鉱の強度管理方法は、製造された
焼結鉱の一部を用いて強度試験を実施し、得られた結果
が予め設定した目標範囲内に収まるように焼結機の操作
要因を調節してきた。これは、焼結操業面での数多くの
操作要因と焼結鉱強度との間で、焼結鉱が形成される途
中過程を無視し、要因と結果を統計処理して簡単な強度
予測を行うものであり、焼結鉱強度を直接支配する要因
が把握されかつ関係付けられていないので、高精度の予
測・制御が出来なかった。

【０００４】ところで、焼結鉱の強度は、焼結鉱の基質
部と気孔部の因子によって表されることは周知の通りで
ある。しかし、従来の焼結鉱強度推定方法、例えば「鉄
と鋼」第73年第 8号ｐ48〜55（鉄鉱石焼結鉱強度支配要
因と強度予測モデル）や特公昭 63-4612号公報に示され
ている方法では、基質強度を焼結鉱構成鉱物の強度の加
重平均で求めており、また、気孔部の因子についても気
孔率しか考慮しておらず、高い精度でシャッター強度を
推定することは出来なかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、これ
らの問題点を解決し、焼結鉱強度を直接支配する要因を
把握しかつ関係付け、焼結鉱強度の高精度の予測・制御
を可能とする高炉用焼結鉱強度の推定方法及び管理方法
を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、焼結鉱のシャ
ッター強度指数（ＳＩ）もしくは製品歩留（ＹＩ）を求
めるに際し、まず焼結鉱構成鉱物であるカルシュウムフ
ェライト含有率（ｍ）、スラグ含有率（Ｑ）から焼結鉱
の基質強度（σ_b ) を（１）式から求め、さらに気孔径
分布指数（β）から強度に対する気孔率の寄与指数
（ｃ）を（２）式から求め、これらと焼結鉱の気孔率
（Ｐ）より（３）式を用いて焼結鉱の引張強度（σ_s )
を算出し、さらに（４）式によりシャッター強度指数
（ＳＩ）を、もしくは（５）式により製品歩留（ＹＩ）
を算出することを特徴とする高炉用焼結鉱強度の推定方
法である。

【０００７】 （σ_b ) ＝Ｓ・ｍ^T ・ｅｘｐ（−Ｕ・Ｑ） （１） ｃ＝ｈ₁ ・β＋ｈ₂ （２） σ_s ＝σ_b ・ｅｘｐ（−ｃ・Ｐ） （３） ＳＩ＝Ｋ・σ_s ⁿ （４） ＹＩ＝Ｋ^' ・σ_s ⁿ （５） 但し、気孔径分布指数（β）は、高炉用焼結鉱から求め
た気孔径（Ｄ）と気孔径（Ｄ）以上の度数割合（Ｒ）を
両対数でプロットした時の回帰線の勾配であり、Ｓ、
Ｔ，Ｕ，ｈ₁ 、ｈ₂ 、Ｋ、Ｋ^' 、ｎは定数である。

【０００８】また、本発明は、上記の推定方法で算出さ
れた焼結鉱のシャッター強度指数（ＳＩ）もしくは製品
歩留（ＹＩ）が所定の目標管理値内に入るように焼結パ
レット上層部の粉コークス配合比率、焼結機のパレット
速度、焼成風量のうち一つ以上の因子を調整することを
特徴とする高炉用焼結鉱強度の管理方法である。

【０００９】

【作用】本発明は、焼結鉱強度を直接的に支配している
基礎物性を見出すことにより、これらの基礎物性と焼結
鉱強度との間に存在する因果関係を明らかにし、その知
見に基づいて定量的に焼結鉱強度を推定できる高精度の
演算式を開発することによって、この強度推定値が予め
設定した強度目標範囲内に収まるように、例えば、焼結
パレットの粉コークス配合比率を調整するようにしたも
のである。

【００１０】また、焼結鉱の製品歩留は、焼結鉱強度と
高い相関があり、強度から製品歩留を推定することが出
来る。従って、本発明による強度推定値から製品歩留を
も推定し、この製品歩留が予め設定した目標値に維持さ
れるように、例えば、焼結パレット上層部の粉コークス
配合比率を調整することによって、製品歩留を制御する
ことも可能である。

【００１１】焼結鉱の引張強度を求める方法として、ま
ず焼結機から取り出した焼結ケーキから50mm角のサンプ
ルを切り出し、圧潰試験機により圧縮強度を求め、焼結
鉱の引張強度は圧縮強度の８分の１とみなして求めた。
そして、この引張強度の対数値（log σ_s ) とシャッタ
ー強度指数（ＳＩ）との間には図１に示すように相関が
ある。

【００１２】まず、焼結鉱の引張強度に直接関与する焼
結鉱の基礎物性について説明する。通常製造されている
焼結鉱の主要鉱物として、ヘマタイト、マグネタイト、
カルシウムフェライト及びスラグ類の４種が知られてお
り、前三者の含有率については粉末Ｘ線回折法を用いて
定量することが可能である。スラグ類の含有率は前三者
の合計の残りとして求められる。ここで、焼結鉱基質部
の中で焼結ボンドの役割を果たしていると考えられるカ
ルシュウムフェライト含有率（ｍ）と構造欠陥と見なさ
れるスラグ含有率（Ｑ）から次の計算式（１）で焼結鉱
の基質強度（σ _b ) は与えられることを発見した。

【００１３】 （σ_b ) ＝Ｓ・ｍ^T ・ｅｘｐ（−Ｕ・Ｑ） （１） 但し、（１）式でＳ、Ｔ及びＵはそれぞれ定数である。
従来の推定式では基質強度をヘマタイト、マグネタイ
ト、カルシウムフェライト及びスラグ類の４種の組成の
加重平均から求めているため、高精度の強度推定は出来
なかった。次に、焼結鉱の気孔率（Ｐ）は、公知の見か
け比重測定法と真比重測定法とによって測定された焼結
鉱の見かけ比重ρ₂ 及び真比重ρ₁ の値を用いて以下の
（６）式より計算される。

【００１４】 Ｐ＝（ρ₁ −ρ₂ ）／ρ₁ （６） 基質強度（σ_b ) と気孔率（Ｐ）を用いて、焼結鉱の引
張強度（σ_s ) を以下の（３）式を用いて表現できるこ
とは一般的に知られている。 σ_s ＝σ_b ・ｅｘｐ（−ｃ・Ｐ） （３） ここで、（３）式中の定数ｃは焼結鉱の引張強度
（σ_s ) に対する気孔率（Ｐ）の寄与の度合いを表して
おり、図２における直線の勾配である。この値は気孔径
分布指数として定義したβによって（２）式を用いて表
されることを発見した。

【００１５】 ｃ＝ｈ₁ ・β＋ｈ₂ （２） ここで、気孔径分布指数βは、図３にしめすように、横
軸に気孔径（Ｄ）と縦軸に気孔径（Ｄ）以上の度数割合
（Ｒ）を両対数でプロットした時の回帰線の勾配であ
り、各焼結鉱固有の値である。そこで、焼結鉱の気孔径
分布指数βと焼結機の操業条件である粉コークス配合比
率との関係を図４に示すように事前に調査しておくこと
により、シャッター強度指数（ＳＩ）の変動を高い精度
で予測・管理、さらに成品歩留をも予め設定した目標値
に維持されるように制御できることが判明した。

【００１６】また、シャッター強度指数（ＳＩ）もしく
は製品歩留（ＹＩ）の制御因子として、パレット速度と
焼成風量がある。（５）式から求めた製品歩留（ＹＩ）
が、目標範囲以上であれば、パレット速度をあげて生産
量を稼ぐことが可能である。（５）式から求めた製品歩
留（ＹＩ）が、目標範囲以下であれば、パレット速度を
下げて焼成時間を増やすことにより、製品歩留（ＹＩ）
が、目標範囲内に入るように設定する。

【００１７】通常操業において、焼成風量は焼結層厚を
上げたり下げたりすることで制御している。焼結層厚を
上げると焼成風量は低下し、ゆっくりと焼結反応が進行
することになり歩留は上がる。逆に、焼結層厚を下げる
と、焼成風量は上昇し、焼結反応が速やかに進行するこ
とになり、生産量は稼げるが、充分な焼結反応が進行し
ていないものも発生し、歩留は低下する。このように
（５）式から求められる製品歩留（ＹＩ）と焼成風量と
は関連する。

【００１８】

【実施例】まず、本発明による焼結鉱のシャッター強度
指数推定法の有効性について、実操業の結果得られた実
測値と計算結果とを図５に示す。図示するように、シャ
ッター強度指数の実測値と推定値との対応は極めて良好
であることが確認された。次いで、本発明による焼結操
業への効果を試験するために、原料の配合構成が比較的
安定している期間を選んで、従来法による操業オペレー
ターが品質試験結果を判断して、修正アクションを採っ
た場合と、本発明の推定演算式を用いて予めコークス配
合量を設定して操業した場合との粉コークス原単位と焼
結鉱品質に及ぼす影響を図６に比較して示す。

【００１９】この結果、本発明の実施によって、シャッ
ター強度指数が向上するとともにその変動も少なくな
り、さらに粉コークス原単位の低減という形で操業上の
無駄が抑えられていることが分かる。このように、従来
法に比べて本発明法の効果は顕著であり、焼結鉱強度の
安定化と操業諸原単位の改善が達せられる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、焼結鉱強
度を直接支配する要因を把握しかつ関係付け、焼結鉱強
度の高精度の予測・制御を可能としたので、シャッター
強度指数が向上するとともにその変動も少なくなり、さ
らに粉コークス原単位の低減という形で操業上の無駄が
抑えられ、その工業的価値は大変大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】引張強度の対数(logσ_s ) とシャッター強度指
数（ＳＩ）との相関図。

【図２】気孔率と引張強度の対数との相関図。

【図３】気孔径の対数とある気孔径以上の累積度数割合
の対数との相関図。

【図４】粉コークス配合率と気孔径分布指数βとの相関
図。

【図５】シャッター強度指数（ＳＩ）の実測値と本発明
による推定値との比較を示すグラフ。

【図６】実機焼結機での本発明の効果を示す図。

フロントページの続き (72)発明者 井川 勝利 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 田口 整司 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼結鉱のシャッター強度指数（ＳＩ）も
   しくは製品歩留（ＹＩ）を求めるに際し、まず焼結鉱構
   成鉱物であるカルシュウムフェライト含有率（ｍ）、ス
   ラグ含有率（Ｑ）から焼結鉱の基質強度（σ_b ) を
   （１）式から求め、さらに気孔径分布指数（β）から強
   度に対する気孔率の寄与指数（ｃ）を（２）式から求
   め、これらと焼結鉱の気孔率（Ｐ）より（３）式を用い
   て焼結鉱の引張強度（σ_s ) を算出し、さらに（４）式
   によりシャッター強度指数（ＳＩ）を、もしくは（５）
   式により製品歩留（ＹＩ）を算出することを特徴とする
   高炉用焼結鉱強度の推定方法。 （σ_b ) ＝Ｓ・ｍ^T ・ｅｘｐ（−Ｕ・Ｑ） （１） ｃ＝ｈ₁ ・β＋ｈ₂ （２） σ_s ＝σ_b ・ｅｘｐ（−ｃ・Ｐ） （３） ＳＩ＝Ｋ・σ_s ⁿ （４） ＹＩ＝Ｋ^' ・σ_s ⁿ （５） 但し、気孔径分布指数（β）は、高炉用焼結鉱から求め
   た気孔径（Ｄ）と気孔径（Ｄ）以上の度数割合（Ｒ）を
   両対数でプロットした時の回帰線の勾配であり、Ｓ、
   Ｔ、Ｕ、ｈ₁ 、ｈ₂ 、Ｋ、Ｋ^' 、ｎは定数である。
2. 【請求項２】 請求項１記載の高炉用焼結鉱強度の推定
   方法で算出された焼結鉱のシャッター強度指数（ＳＩ）
   もしくは製品歩留（ＹＩ）が所定の目標管理値内に入る
   ように焼結パレット上層部の粉コークス配合比率、焼結
   機のパレット速度、焼成風量のうち一つ以上の因子を調
   整することを特徴とする高炉用焼結鉱強度の管理方法。