JPWO2013186950A1 - 焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Abstract

循環移動するパレット上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成し、その装入層内に燃焼下限濃度以下に希釈した気体燃料を導入し、装入層内において上記気体燃料と炭材を燃焼させて焼結鉱を製造する方法において、前記気体燃料を、前記気体燃料供給領域の前側１／２の部分で全供給気体燃料の５０％超え供給することにより、焼結原料装入層の最表層部においても、１２００℃以上１４００℃以下に保持される時間（高温域保持時間）を安定して確保し、もって、高強度かつ被還元性に優れる高品質の焼結鉱を高歩留りで製造する焼結鉱の製造方法を提案する。【選択図】図１３

Description

本発明は、下方吸引式のドワイトロイド焼結機を用いて、高強度で被還元性に優れる高品質の高炉原料用焼結鉱を製造する方法に関するものである。

高炉製銑法の主原料である焼結鉱は、一般に、図１に示すような工程を経て製造される。焼結鉱の原料は、鉄鉱石粉や焼結鉱篩下粉、製鉄所内で発生した回収粉、石灰石およびドロマイトなどの含ＣａＯ系副原料、生石灰等の造粒助剤、コークス粉や無煙炭などであり、これらの原料は、ホッパー１・・・の各々から、コンベヤ上に所定の割合で切り出される。切り出された原料は、ドラムミキサー２および３等によって適量の水が加えられ、混合、造粒されて、平均径が３〜６ｍｍの擬似粒子である焼結原料とされる。この焼結原料は、その後、焼結機上に配設されているサージホッパー４、５からドラムフィーダー６と切り出しシュート７を介して、無端移動式の焼結機パレット８上に４００〜８００ｍｍの厚さで装入され、焼結ベッドともいわれる装入層９を形成する。その後、装入層９の上方に設置された点火炉１０で装入層表層の炭材に点火するとともに、パレット８の直下に配設されたウインドボックス１１を介して装入層上方の空気を下方に吸引することにより、装入層内の炭材を順次燃焼させ、このときに発生する燃焼熱で前記焼結原料を溶融して焼結ケーキを得る。このようにして得た焼結ケーキは、その後、破砕、整粒され、約５ｍｍ以上の塊成物が、成品焼結鉱として回収され、高炉に供給される。

上記製造プロセスにおいて、点火炉１０によって点火された装入層内の炭材は、その後、装入層内を上層から下層に向かって吸引される空気によって燃焼を続け、厚さ方向に幅をもった燃焼・溶融帯（以降、単に「燃焼帯」ともいう。）を形成する。この燃焼帯の溶融部分は、上記吸引される空気の流れを阻害するため、焼結時間が延長して生産性が低下する要因となる。また、この燃焼帯は、パレット８が下流側に移動するのに伴って次第に装入層の上層から下層に移行し、燃焼帯が通過した後には、焼結反応が完了した焼結ケーキ層（以降、単に「焼結層」ともいう。）が生成される。また、燃焼帯が上層から下層に移行するのにともない、焼結原料中に含まれる水分は、炭材の燃焼熱で気化して、まだ温度が上昇していない下層の焼結原料中に濃縮し、湿潤帯を形成する。この水分濃度がある程度以上になると、吸引ガスの流路となる焼結原料の粒子間の空隙が水分で埋まり、溶融帯と同様、通気抵抗を増大させる要因となる。

ところで、焼結機の生産量（ｔ／ｈｒ）は、一般に、生産率（ｔ／ｈｒ・ｍ^２）×焼結機面積（ｍ^２）により決定される。即ち、焼結機の生産量は、焼結機の機幅や機長、原料装入層の厚さ、焼結原料の嵩密度、焼結（燃焼）時間、歩留りなどにより変化する。したがって、焼結鉱の生産量を増加するには、装入層の通気性（圧損）を改善して焼結時間を短縮する、あるいは、破砕前の焼結ケーキの冷間強度を高めて歩留りを向上することなどが有効であると考えられている。

図２は、厚さが６００ｍｍの装入層中を移動する燃焼帯が、装入層内のパレット上約４００ｍｍの位置（装入層表面から２００ｍｍ下）にあるときの、装入層内の圧損と温度の分布を示したものであり、このときの圧損分布は、湿潤帯におけるものが約６０％、燃焼帯におけるものが約４０％であることを示している。

図３は、焼結鉱の生産性が高い時と低い時、即ち、焼結機のパレット移動速度が速い時と遅い時の装入層内のある点における温度と時間の推移を示したものである。焼結原料の粒子が溶融し始める１２００℃以上の温度に保持される時間は、生産性が低い場合はＴ_１、生産性が高い場合はＴ_２で表されている。生産性が高い時はパレットの移動速度が速いため、高温域保持時間Ｔ_２が、生産性が低い時のＴ_１と比べて短くなる。しかし、１２００℃以上の高温での保持時間が短くなると焼成不足となり、焼結鉱の冷間強度が低下し、歩留りが低下してしまう。したがって、高強度の焼結鉱を、短時間でかつ高歩留りで、生産性よく製造するためには、何らかの手段を講じて、１２００℃以上の高温で保持される時間を延長し、焼結鉱の冷間強度を高めてやる必要がある。

図４は、点火炉で点火された装入層表層の炭材が、吸引される空気によって燃焼を続けて燃焼帯を形成し、これが装入層の上層から下層に順次移動し、焼結ケーキが形成されていく過程を模式的に示した図である。また、図５（ａ）は、上記燃焼帯が、図４に示した太枠内に示した装入層の上層部、中層部および下層部の各層内に存在しているときの温度分布を模式的に示したものである。焼結鉱の強度は、１２００℃以上の温度に保持される温度と時間の積に影響され、その値が大きいほど焼結鉱の強度は高くなる。そのため、装入層内の中層部および下層部は、装入層上層部の炭材の燃焼熱が吸引される空気によって運ばれて予熱されるため、高温度に長時間にわたって保持されるのに対して、装入層上層部は、予熱されない分、燃焼熱が不足し、焼結に必要な燃焼溶融反応（焼結反応）が不十分となりやすい。その結果、装入層の幅方向断面内における焼結鉱の歩留り分布は、図５（ｂ）に示したように、装入層上層部ほど歩留りが低くなる。また、パレット両幅端部も、パレット側壁からの放熱や、通過する空気量が多いことによる過冷却によって、焼結に必要な高温域での保持時間が十分に確保できず、やはり歩留りが低くなる。

これらの問題に対して、従来は、焼結原料中に添加している炭材（粉コークス）量を増量することが行われてきた。しかし、コークスの添加量を増やすことによって、図６に示したように、焼結層内の温度を高め、１２００℃以上に保持される時間を延長することができるものの、それと同時に、焼結時の最高到達温度が１４００℃を超えるようになり、以下に説明する理由によって、焼結鉱の被還元性や冷間強度の低下を招くことになる。

非特許文献１には、焼結過程で焼結鉱中に生成する各種鉱物の引張強度（冷間強度）と被還元性について、表１のように示されている。そして、焼結過程では、図７に示したように、１２００℃で融液が生成し始め、焼結鉱の構成鉱物の中で最も高強度で、被還元性も比較的高いカルシウムフェライトが生成する。これが、焼結温度として１２００℃以上を必要とする理由である。しかし、さらに昇温が進んで１４００℃を超え、正確には１３８０℃を超えるようになると、カルシウムフェライトは、冷間強度と被還元性が最も低い非晶質珪酸塩（カルシウムシリケート）と、還元粉化しやすい骸晶状二次ヘマタイトとに分解し始める。また、焼結鉱の還元粉化の起点となる二次ヘマタイトは、鉱物合成試験の結果から、図８の状態図に示したように、Ｍａｇ．ｓｓ＋Ｌｉｑ．域まで昇温し、冷却したときに析出するので、状態図上に示した（１）の経路でなく、（２）の経路を介して焼結鉱を製造することが、還元粉化を抑制する上で重要であるとしている。

すなわち、非特許文献１には、焼結鉱の品質を確保する上で、燃焼時の最高到達温度や高温域保持時間などの制御が非常に重要な管理項目であり、これらの制御如何によって焼結鉱の品質がほぼ決定されることが開示されている。したがって、還元粉化性（ＲＤＩ）に優れかつ高強度で被還元性に優れる焼結鉱を得るためには、１２００℃以上の温度で生成したカルシウムフェライトを、カルシウムシリケートと二次ヘマタイトとに分解させないことが重要であり、そのためには、焼結時における装入層内の最高到達温度を１４００℃超え、好ましくは１３８０℃超えとすることなく、装入層内の温度を１２００℃（カルシウムフェライトの固相線温度）以上に長時間保持することが必要となる。以降、本発明では、上記１２００℃以上１４００℃以下の温度域に保持される時間を、「高温域保持時間」と称することとする。

なお、従来から、装入層上層部を長時間にわたって高温に保持することを目的とした技術が幾つか提案されている。例えば、特許文献１には、装入層に点火後、装入層上に気体燃料を噴射する技術が、特許文献２には、装入層に点火後、装入層に吸引される空気中に可燃性ガスを添加する技術が、また、特許文献３には、焼結原料の装入層内を高温にするため、装入層の上にフードを配設し、そのフードから空気やコークス炉ガスとの混合ガスを点火炉直後の位置で吹き込む技術が、さらに、特許文献４には、低融点溶剤と炭材や可燃性ガスを同時に点火炉直後の位置で吹き込む技術が提案されている。

しかし、これらの技術は、高濃度の気体燃料を使用し、しかも燃料ガスの吹き込みに際して炭材量を削減していないため、装入層内の焼結時の最高到達温度が操業管理上の上限温度である1４００℃を超える高温となり、焼結過程で生成したカルシウムフェライトが分解して、被還元性や冷間強度の低い焼結鉱が生成して歩留改善効果が得られなかったり、気体燃料の燃焼による温度上昇と熱膨張によって通気性が悪化し、生産性が低下したりし、さらには、気体燃料の使用によって焼結ベッド（装入層）上部空間で火災を起こす危険性があったりするため、いずれも実用化には至っていない。

そこで、発明者らは、上記問題点を解決する技術として、焼結原料中の炭材添加量を削減した上で、焼結機の点火炉の下流かつ焼結機の機長の前半部分において、燃焼下限濃度以下に希釈した各種気体燃料を、パレット上方から装入層内に導入し、装入層内で燃焼させることにより、装入層内の最高到達温度および高温域保持時間の両方を適正範囲に制御する技術を特許文献５〜７等に提案している。

下方吸引式焼結機を用いた焼結鉱の製造方法に、上記特許文献５〜８の技術を適用し、焼結原料中への炭材添加量を削減した上で、燃焼下限濃度以下に希釈した気体燃料を装入層内に導入し、気体燃料を装入層内で燃焼させた場合には、図９に示したように、上記気体燃料は、炭材が燃焼した後の装入層内（焼結層内）で燃焼するので、燃焼・溶融帯の最高到達温度を１４００℃超えとすることなく、燃焼・溶融帯の幅を厚さ方向に拡大させることができ、効果的に高温域保持時間の延長を図ることができる。

特開昭４８−０１８１０２号公報 特公昭４６−０２７１２６号公報 特開昭５５−０１８５８５号公報 特開平０５−３１１２５７号公報 ＷＯ２００７／０５２７７６号公報 特開２０１０−０４７８０１号公報 特開２００８−２９１３５４号公報 特開２０１０−１０６３４２号公報

「鉱物工学」；今井秀喜、武内寿久禰，藤木良規編、（１９７６）、ｐ．１７５、朝倉書店

ところで、高強度でかつ被還元性に優れる高品質の焼結鉱を高歩留りで製造するためには、１２００℃以上１４００℃以下の高温域に保持する時間（高温域保持時間）を少なくとも所定の時間以上確保する必要がある一方、所定値より過度に延長してもその効果は飽和する。そのため、上記高温域保持時間は、図１０に一点鎖線で示したように、装入層の厚さ方向の全域で、高温域保持時間が所定値以上でかつ均一となることが望ましい。しかし、上記特許文献５〜７の技術では、図１０に示したように、焼結原料装入層表層からある程度内部に入った以降の領域では、高温域保持時間の均一化に効果はあるが、原料装入層表面から層厚の３０％程度までの領域は、気体燃料供給操業時には炭材を削減していることに加えて、装入層内に導入される空気によって冷却されるため、高温域保持時間を所定値以上確保することは難しい。そのため、原料装入層の表層部分の歩留りは、気体燃料の供給によって多少は改善されるものの、その効果は限定的であった。そこで発明者らは、特許文献８の技術において、気体燃料供給操業時、供給する希釈気体燃料の濃度を供給領域の下流側よりも上流側を高くして供給することを提案しているが、原料装入層表面から層厚の３０％程度までの領域は、点火後、装入層内に導入される空気によって冷却されるため、高温域保持時間を十分に取ることができず、特許文献５〜７と同様、原料装入層表層領域での気体燃料供給効果は限定的なものでしかなかった。

そこで、出願人は、この問題点を改善するため、炭材のみの燃焼熱で焼結するときに１２００℃以上の高温域に保持される時間（高温域保持時間）が１５０秒未満となる原料装入層の領域に対して集中して気体燃料を供給する技術を開発し、その結果を特願２０１０−０５４５１３として出願した。しかし、上記技術においては、気体燃料の供給長さ（供給位置）を変動させてはいるが、供給する気体燃料の濃度は一定のまま、あるいは特許文献８のごとく気体燃料の濃度を供給領域の下流側よりも上流側を高くする程度では、原料装入層の表面から１００ｍｍ以内の最表層部は、相変わらず、焼結時の最高到達温度が１２００℃まで到達しないか、例え到達していたとしても高温域保持時間を長時間確保することは難しいのが実情であった。

本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、焼結原料装入層の最表層部においても高温域に保持される時間を安定して確保し、もって、高強度かつ被還元性に優れる高品質の焼結鉱を高歩留りで製造することができる焼結鉱の製造方法を提案することにある。

発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を重ねた。その結果、焼結原料装入層の最表層部における熱量不足を解消するためには、同じ発熱量の気体燃料を供給するのであれば、気体燃料の濃度を一定として所定時間供給するのではなく、最表層部の焼結反応時に高濃度の気体燃料を重点的に供給してやることが有効であることを見出し、本発明を開発するに至った。

すなわち、本発明は、循環移動するパレット上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成し、その装入層表面の炭材に点火すると共に、燃焼下限濃度以下に希釈した気体燃料を含む装入層上方の空気をパレット下に配設されたウインドボックスで吸引して装入層内に導入し、装入層内において前記気体燃料と炭材を燃焼させて焼結鉱を製造する方法において、前記気体燃料を供給する領域の前側１／２の部分で全供給気体燃料の５０％超えを供給することを特徴とする焼結鉱の製造方法である。

本発明の焼結鉱の製造方法は、上記気体燃料を供給する領域の前側１／２の部分で全供給気体燃料の６５％超えを供給することを特徴とする。

また、本発明の焼結鉱の製造方法は、上記気体燃料を供給する領域の前側１／３の部分で全供給気体燃料の４０％超えを供給することを特徴とする。

また、本発明の焼結鉱の製造方法は、上記気体燃料を供給する領域の前側１／３の部分で全供給気体燃料の５０％超えを供給する。

また、本発明の焼結鉱の製造方法は、上記気体燃料を供給する領域を、炭材のみの燃焼熱で焼結するときに１２００℃以上１３８０℃以下に保持される高温域保持時間が１５０秒未満となる領域とすることを特徴とする。

また、本発明の焼結鉱の製造方法は、上記気体燃料を供給する領域を、点火炉から排鉱部までの機長の４０％以下とすることを特徴とする。

また、本発明の焼結鉱の製造方法は、前記装入層内に導入する空気に含まれる気体燃料の濃度を燃焼下限濃度以下とすることを特徴とする。

本発明によれば、装入層内のほぼ全ての領域において、焼結時における最高到達温度を高温域に長時間保持することが可能となるので、高強度かつ被還元性に優れる、高品質の焼結鉱を高歩留りで製造することが可能となる。また、本発明によれば、焼結原料中に添加する炭材量を削減することができるので、二酸化炭素の排出量の削減にも寄与することができる。

焼結プロセスを説明する概要図である。 焼結時における装入層内の圧損分布を説明するグラフである。 高生産時と低生産時の装入層内の温度分布を説明するグラフである。 焼結の進行に伴う装入層内の変化を説明する模式図である。 燃焼帯が装入層の上層部、中層部および下層部の各位置に存在しているときの温度分布と、装入層の幅方向断面内における焼結鉱の歩留り分布を説明する図である。 炭材量の変化（増量）による装入層内の温度変化を説明する図である。 焼結反応について説明する図である 骸晶状二次ヘマタイトが生成する過程を説明する状態図である。 気体燃料供給が高温域保持時間に及ぼす効果を説明する模式図である。 気体燃料供給が装入層厚さ方向の高温域保持時間の分布に及ぼす影響を示すグラフである。 気体燃料の供給の仕方による装入層表面から５０ｍｍ深さ位置の温度履歴をシミュレートした結果を示すグラフである。 実機焼結機を模擬した焼結実験条件を説明する図である。 図１２の条件で焼結実験したときの原料装入層の表面から５０ｍｍ、１００ｍｍおよび３００ｍｍ深さの位置における温度履歴を示すグラフである。 図１２の条件で焼結実験したときの実験結果（焼結時間、シャッター強度、生産率）を示すグラフである。

発明者らは、同じ発熱量の気体燃料を供給する場合において、焼結原料装入層の最表層部における焼結時の温度上昇に最も効果的な気体燃料の供給方法について検討するため、以下の検討および実験を行った。
まず、焼結機のパレット上に、５．０ｍａｓｓ％の炭材（粉コークス）を添加した焼結原料を４００ｍｍの厚さに堆積し、点火炉で表層部に点火し後、パレット下方のウインドボックスで１０００ｍｍＨ_２Ｏの負圧で空気を吸引しつつ焼結を行う際、気体燃料として天然ガス（ＬＮＧ）を、点火３０秒後から６分間（全焼結時間の約３５％に相当）して焼結を行うことを想定し、装入層の表面から５０ｍｍ深さの位置における焼結時の温度変化を、焼結１次元モデルを用いてシミュレートした。

なお、上記シミュレーションは、図１１（ａ）に示したように、トータルの気体燃料の供給量は同一とし、上記気体燃料供給時間（６分）の間、気体燃料の供給濃度を０．２５ｖｏｌ％一定とする条件（条件Ａ）と、上記気体燃料供給時間（６分）の間、気体燃料の供給濃度を上流側から下流側に向けて０．３１ｖｏｌ％、０．２５ｖｏｌ％、０．１９ｖｏｌ％と順次減少させる条件（条件Ｂ）と、原料装入層の最表層部の焼結反応が進行している最初の２分を高濃度（０．４ｖｏｌ％）として集中的に供給し、その後の４分を、低濃度（０．１８ｖｏｌ％）とする条件（条件Ｃ）の３条件について行った。

図１１（ｂ）は、気体燃料を均一濃度で供給する条件Ａと、上流側に集中的に供給する条件Ｃのシミュレーション結果を示したものである。この図から、上流側に集中的に供給する条件Ｃの場合には、最高到達温度が条件Ａの１２７５℃よりも２１℃高い１２９６℃に達しているとともに、１２００℃以上に保持される時間（高温域保持時間）も８５秒から１０５秒に延長されていることがわかる。なお、気体燃料の供給濃度を漸減させる条件Ｂは、上記条件Ａより最高到達温度が上昇し、高温域保持時間も延長されていたが、両者の間に大差が無かった。これらの結果から、原料装入層の最表層部の焼結温度上昇には、同じ気体燃料の供給量（発熱量）であれば、気体燃料供給領域の中でも、特に前半の部分（上流側部分）において重点的に気体燃料を供給することが有効であると推定された。

次いで、発明者らは、上記シミュレーションの結果を確認するべく、図１２（ｂ）に示した、内径３００ｍｍφ×高さ４００ｍｍの試験鍋に、焼結原料を層厚３８０ｍｍまで充填して装入層を形成した後、点火バーナーで上記装入層の表面に点火し、試験鍋の下方に設置された図示されていないブロアで空気を−７００ｍｍＨ_２Ｏの負圧で吸引して焼結を行う焼結実験を行った。

この際、装入層の上方に設置されたノズルからの気体燃料（ＬＮＧ）の供給は、実機焼結機に設置された３基の気体燃料供給装置から気体燃料を供給することを想定して、図１２（ａ）に示したように、点火から３０秒後に、０．２５ｖｏｌ％のＬＮＧを各基で２分間ずつ（合計６分間）供給する条件Ａと、ＬＮＧを０．３１ｖｏｌ％、０．２５ｖｏｌ％、０．１９ｖｏｌ％と、各基ごとに順次減少させて供給する条件Ｂと、最初の１基で高濃度（０．４ｖｏｌ％）のＬＮＧを供給し、残りの２基で低濃度（０．１８ｖｏｌ％）のＬＮＧを供給する条件Ｃの３条件で行った。

なお、上記焼結実験では、原料装入層の最表面から５０ｍｍ、１００ｍｍおよび３００ｍｍの位置に熱電対を挿入しておき、焼結中における各位置の温度履歴を測定した。また、上記焼結実験では、焼結に要した時間を測定するとともに、得られた焼結鉱について、ＪＩＳ Ｍ８７１１に準拠してシャッター強度ＳＩ（落下試験後、篩い分けしたときの粒径が１０ｍｍ以上の粒子の質量％）を測定し、これらの値から焼結鉱の生産率を求めた。

図１３に、原料装入層の最表面から５０ｍｍ、１００ｍｍおよび３００ｍｍの各位置における上記条件Ａと条件Ｃの温度測定結果を示した。なお、条件Ｂの結果は、条件Ａより優れていたが、条件Ａと大差がなかった。この図から、均一濃度で気体燃料を供給する条件Ａの場合、および、気体燃料の供給濃度を上流側から下流側に向けて順次減少させる条件Ｂの場合では、表面から５０ｍｍ位置における最高到達温度は１２００℃にも満たない（高温域保持時間＝０）が、上流側で集中して気体燃料を供給する条件Ｃでは、最高到達温度が１２６５℃に達し、かつ、高温域保持時間も約１分（５０秒）近く確保されていることがわかる。さらに、条件Ｃでは、表面から１００ｍｍ位置における最高到達温度も上昇し、高温域保持時間の延長も図れている。

また、図１４は、上記Ａおよび条件Ｃのそれぞれの条件について、焼結時間、シャッター強度および生産率の結果を示したものである。なお、条件Ｂの結果については、条件Ａより優れていたが、条件Ａと大差がなかった。図１４から、上流側に集中して気体燃料を供給する条件Ｃでは、気体燃料を均一濃度で供給する条件Ａや、濃度の順次減少させる条件Ｂよりも焼結時間が若干長くなるものの、焼結鉱の強度（シャッター強度）が向上したことにより、生産率が約３％強向上していることがわかる。これらの結果から、同じ気体燃料の供給量（発熱量）であれば、気体燃料供給領域の前半部分（上流側）に集中的に気体燃料を供給することで、高品質の焼結鉱を生産性よく製造できることがわかった。

ここで、本発明における上記気体燃料を供給する領域は、焼結原料中に添加される炭材のみの燃焼熱のみでは、原料層内における焼結時の最高到達温度が１２００℃以上となる時間を１５０秒以上確保できない領域、すなわち、高温域保持時間が１５０秒未満である領域において行う必要がある。この領域の長さは、焼結機の仕様や焼結操業条件によっても変化するが、概ね、点火炉から排鉱部までの機長（有効機長）の前側（上流側）３０％程度である。

また、高温域保持時間が１５０秒未満である領域内の中でも、前側（上流側）ほど高温域保持時間は小さくなる傾向がある。したがって、気体燃料を供給する場合には、高温域保持時間の短い領域に集中的に熱量を補填してやる観点から、上記気体燃料供給領域の前側１／２の領域において供給する全気体燃料の５０％超えを供給してやる必要があり、好ましくは６５％以上を供給してやるのが望ましい。

また、気体燃料を上流側で集中的に供給する場合、その効果をより高めるためには、高濃度の気体燃料を供給する領域は、上記気体燃料供給領域の前側１／２の領域とするよりも、前側１／３の領域において行うことが好ましく、また、このときには、上記領域で全気体燃料の４０％超えを供給するのがより好ましい。

また、気体燃料の供給は、点火炉の出側から３ｍ以上（点火後、約７５秒以上）下流側で開始するのが好ましい。点火炉に近接し過ぎると、装入層の最表面に火種がある状態で気体燃料が供給されるため、原料装入層内に導入される前に燃焼を起こすおそれがあるからである。

また、本発明において用いる気体燃料としては、上記に説明したＬＮＧ（天然ガス）に限定されるものではなく、例えば、高炉ガス（Ｂガス）、コークス炉ガス（Ｃガス）、高炉ガスとコークス炉ガスとの混合ガス（Ｍガス）等の製鉄所副生ガスの他、都市ガス、メタンガス、エタンガス、プロパンガス等の可燃性ガスおよびこれらの混合ガスも好適に用いることができる。さらに、頁岩（シェール）層から採取される、従来の天然ガスとは異なる非在来型の天然ガス（シェールガス）もＬＮＧと同様に用いることができる。

また、装入層内に導入する空気中に含まれる気体燃料は、その気体燃料の燃焼下限濃度以下のものであることが必要である。希釈気体燃料の濃度が燃焼下限濃度より高いと、装入層上方で燃焼してしまい、気体燃料を供給する効果が失われてしまったり、爆発を起こしたりするおそれがある。また、希釈気体燃料が高濃度であると、低温度域で燃焼してしまうため、高温域保持時間の延長に有効に寄与し得ないおそれがあるからである。好ましくは、希釈した気体燃料の濃度は、大気中の常温における燃焼下限濃度の３／４以下、より好ましくは燃焼下限濃度の１／５以下、さらに好ましくは燃焼下限濃度の１／１０以下である。ただし、希釈気体燃料の濃度が、燃焼下限濃度の１／１００未満では、燃焼による発熱量が不足し、焼結鉱の強度向上と歩留りの改善効果が得られないため、下限は燃焼下限濃度の１／１００とする。これを、天然ガス（ＬＮＧ）についてみると、ＬＮＧの室温における燃焼下限濃度は４．８ｖｏｌ％であるから、希釈気体燃料の濃度は０．０５〜３．６ｖｏｌ％の範囲が好ましく、０．０５〜１．０ｖｏｌ％の範囲がより好ましく、０．０５〜０．５ｖｏｌ％の範囲がさらに好ましいことになる。なお、希釈した気体燃料を供給する方法は、予め気体燃料を燃焼下限濃度以下に希釈した空気を供給する方法、高濃度の気体燃料を高速で空気中に噴出させて瞬時に燃焼下限濃度以下に希釈させる方法のいずれでもよい。

また、還元粉化性（ＲＤＩ）に優れ、かつ、高強度で被還元性に優れる焼結鉱を得るためには、１２００℃以上の温度で生成したカルシウムフェライトを、カルシウムシリケートと二次ヘマタイトとに分解させないことが重要であり、そのためには、焼結時における装入層内の最高到達温度を１４００℃超え、好ましくは１３８０℃超えとすることなく、装入層内の温度を１２００℃（カルシウムフェライトの固相線温度）以上の温度に長時間保持することが重要となる。したがって、本発明の焼結鉱の製造方法は、気体燃料を供給する領域を、炭材のみの燃焼熱で焼結するときに１２００℃以上１３８０℃以下に保持される高温域保持時間が１５０秒未満となる領域に適用し、高温域保持時間の延長を図ることが好ましい。

パレット幅が５ｍで、点火炉〜排鉱部までの長さ（有効機長）が８２ｍで、点火炉の下流約４ｍの位置に、長さ７．５ｍの気体燃料供給装置を直列に３基設置（有効機長の約３０％）した実記焼結機を用い、上記気体燃料供給装置から気体燃料としてＬＮＧを燃焼下限濃度以下の濃度にして装入層内に供給して燃焼させる焼結実験を行った。
なお、上記ＬＮＧの濃度は、表２に示したように変化させた。ここで、Ｔ１は、炭材の燃焼熱のみで焼結を行う従来の焼結条件（比較例１）、Ｔ２は、上記３基すべての気体燃料供給装置からＬＮＧを燃焼下限濃度以下の０．２５ｖｏｌ％として供給する条件（比較例２）、Ｔ３は、ＬＮＧを最上流の気体燃料供給装置から０．４０ｖｏｌ％として、残りの２基の気体燃料供給装置から０．１７５ｖｏｌ％として供給する条件（発明例１）、Ｔ４は、ＬＮＧを最上流の気体燃料供給装置から０．５０ｖｏｌ％として、次の気体燃料供給装置から０．１５ｖｏｌ％として、最下流の気体燃料供給装置から０．１０ｖｏｌ％として供給する条件（発明例２）、Ｔ５は、ＬＮＧを最上流の気体燃料供給装置から０．６０ｖｏｌ％として、次の気体燃料供給装置から０．０７５ｖｏｌ％として、最下流の気体燃料供給装置から０．０７５ｖｏｌ％として供給する条件（発明例３）である。なお、従来の焼結条件（比較例）では、焼結原料中への炭材量は５．０ｍａｓｓ％とし、希釈気体燃料を供給する場合は、最高到達温度が１４００℃超えとなるのを防止するため、上記炭材量を４．７ｍａｓｓ％に削減した。

なお、上記焼結実験では、焼結に要した時間を測定するとともに、得られた焼結鉱についてＪＩＳ Ｍ８７１１に準拠してシャッター強度ＳＩ（落下試験後、篩い分けしたときの粒径が１０ｍｍ以上の粒子の質量％）、成品焼結鉱の歩留りおよび返鉱の発生率を求め、その結果を表２中に併記した。この結果から、実機焼結機においても、上流側で集中して気体燃料を供給する条件では、結鉱の強度（シャッター強度）が向上し、歩留まりが向上することが確認された。

本発明の焼結技術は、製鉄用、特に高炉用原料として使用される焼結鉱の製造技術として有用であるばかりでなく、その他の鉱石塊成化技術としても利用することができる。

１：原料ホッパー
２、３：ドラムミキサー
４：床敷鉱ホッパー
５：サージホッパー
６：ドラムフィーダー
７：切り出しシュート
８：パレット
９：装入層
１０：点火炉
１１：ウインドボックス（風箱）
１２：カットオフプレート

Claims (7)

1. 循環移動するパレット上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成し、その装入層表面の炭材に点火すると共に、燃焼下限濃度以下に希釈した気体燃料を含む装入層上方の空気をパレット下に配設されたウインドボックスで吸引して装入層内に導入し、装入層内において前記気体燃料と炭材を燃焼させて焼結鉱を製造する方法において、
   前記気体燃料を供給する領域の前側１／２の部分で全供給気体燃料の５０％超えを供給することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
2. 前記気体燃料を供給する領域の前側１／２の部分で全供給気体燃料の６５％超えを供給することを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
3. 前記気体燃料を供給する領域の前側１／３の部分で全供給気体燃料の４０％超えを供給することを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
4. 前記気体燃料を供給する領域の前側１／３の部分で全供給気体燃料の５０％超えを供給することを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
5. 前記気体燃料を供給する領域を、炭材のみの燃焼熱で焼結するときに１２００℃以上１３８０℃以下に保持される高温域保持時間が１５０秒未満となる領域とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の焼結鉱の製造方法。
6. 前記気体燃料を供給する領域を、点火炉から排鉱部までの機長の４０％以下とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の焼結鉱の製造方法。
7. 前記装入層内に導入する空気に含まれる気体燃料の濃度を燃焼下限濃度以下とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の焼結鉱の製造方法。

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