WO2024047950A1 - 鉄鉱石ペレットの製造方法 - Google Patents

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pellets
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直人 中村
隆英 樋口
友司 岩見
健太 竹原
頌平 藤原
謙弥 堀田
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Ｊｆｅスチール株式会社
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
    • C22B1/14—Agglomerating; Briquetting; Binding; Granulating
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing iron ore pellets.
  • JP-A-04-099132 discloses a method for producing iron ore pellets containing a large amount of crystallization water.
  • raw iron ore containing a large amount of crystallization water is crushed and granulated, and then, after each step of drying, syneresis, and preheating, a firing step is added to produce fired pellets.
  • a firing step is added to produce fired pellets.
  • At least a part of the crystal water in the raw material iron ore is treated with syneresis in advance. This manufacturing method is said to reduce bursting and increase the crushing strength of the preheated pellets, thereby improving product yield.
  • the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to provide a method for producing iron ore pellets that achieves both the suppression of bursting and the strength of iron ore pellets.
  • the method for producing iron ore pellets according to the present disclosure to achieve the above object is as follows.
  • [1] Includes a decrystallization water treatment step to obtain dehydrated ore by removing crystallization water from iron ore with an iron content of 63% by mass or less,
  • the iron ore pellets are heated to a temperature of 100° C. or more and 800° C. or less and held for 5 minutes or more and 200 minutes or less.
  • the method for producing iron ore pellets according to the present disclosure may be further as follows.
  • the method for producing iron ore pellets of the present disclosure it is possible to provide a method for producing iron ore pellets that achieves both the suppression of bursting and the strength of iron ore pellets.
  • the iron ore pellets according to this embodiment are so-called green pellets (pre-fired pellets).
  • the method for producing iron ore pellets according to the present embodiment includes a decrystallization water treatment step in which crystallization water is removed from iron ore having an iron content of 63% by mass or less (so-called low-grade ore) to obtain dehydrated ore. .
  • iron ore with an iron content of 63% by mass or less is simply referred to as iron ore.
  • the iron ore is heated to a temperature of 100°C or more and 800°C or less and held for 5 minutes or more and 200 minutes or less.
  • the method for producing iron ore pellets may further include a pulverizing step of pulverizing the dehydrated ore to obtain ore powder.
  • the ore powder is preferably pulverized so that the proportion of particles with a particle size of 10 ⁇ m or less is 10% by mass or more and 70% by mass or less.
  • bursting is a phenomenon in which when iron ore pellets (green pellets) are heated, the water in the green pellets evaporates, causing the green pellets to explode or become powder.
  • the method for producing iron ore pellets according to the present embodiment includes, in addition to the above-mentioned decrystallization water treatment step and crushing step, a granulation step of granulating ore powder to obtain iron ore pellets (green pellets). may be included.
  • the green pellets may then be fired in a firing step to form fired pellets.
  • the iron ore pellets according to the present embodiment (the pellets before firing) may be referred to as green pellets, and the pellets after firing may be referred to as fired pellets.
  • Green pellets and calcined pellets may contain raw materials other than iron ore (eg, bentonite).
  • the type and composition (ore composition) of iron ore that is the raw material for green pellets are not particularly limited.
  • the raw material for green pellets may be made of a single iron ore, or may be a mixture of a plurality of ores in any combination.
  • the content of crystallization water in iron ore (before the decrystallization water process), which is the raw material for green pellets, is not particularly limited.
  • the content of crystal water can be measured as the amount of weight loss (LOI: Loss On Ignition) of iron ore when the iron ore is held at 1000° C. for 30 minutes.
  • LOI Loss On Ignition
  • the decrystallization water treatment step is a step of performing decrystallization water treatment to remove crystallization water from iron ore to obtain dehydrated ore.
  • iron ore is heated to remove crystallization water from the iron ore.
  • the iron ore is heated and held at a decrystallization water treatment temperature of 100° C. or more and 800° C. or less as the above-mentioned decrystallization water treatment.
  • the holding time for holding the iron ore at a temperature within the above temperature range (hereinafter referred to as decrystallization water time) is 5 minutes or more and 200 minutes or less.
  • the decrystallization water time is set to 5 minutes or more and 200 minutes or less.
  • the decrystallization water time is preferably 180 minutes or less. When the decrystallization water time is 180 minutes or less, a decrease in the strength of the green pellets can be appropriately avoided.
  • the decrystallization water treatment temperature and decrystallization water time are important factors for removing crystallization water.
  • the decrystallization water treatment temperature is less than 100°C, crystallization water cannot be sufficiently removed from the iron ore.
  • the decrystallization water treatment temperature is higher than 800° C., the crushability of the iron ore deteriorates and the strength of the green pellets becomes insufficient. Therefore, the decrystallization water treatment temperature is set at 100°C or higher and 800°C or lower. If the decrystallization water treatment temperature is within this range and the decrystallization water time is 5 minutes or more and 200 minutes or less as described above, it is possible to both suppress bursting and increase the strength of the green pellets.
  • the decrystallization water treatment temperature is preferably 200°C or higher and 500°C or lower.
  • the strength of the green pellets can be made sufficiently high. Furthermore, bursting can be better suppressed.
  • the content of crystal water in the dehydrated ore is also not particularly limited.
  • the content of water of crystallization in the dehydrated ore can also be measured as the LOI in the same way as the content of water of crystallization in the iron ore before the decrystallization water step.
  • the content of crystallization water in the dehydrated ore is preferably reduced by 10% by mass or more from the content of crystallization water in the iron ore before the decrystallization water step.
  • the crushing process is a process of crushing dehydrated ore to obtain ore powder.
  • the method of crushing the dehydrated ore in the crushing process and the crushing time required for crushing are not particularly limited.
  • the crushing time is preferably 15 minutes or more and 75 minutes or less.
  • the shape of the ore powder is not particularly limited. It is preferable that the particle size of the ore powder is, for example, 95% by mass or more of particles of 300 ⁇ m or less.
  • the particle size distribution of the ore powder is preferably such that the proportion of particles with a particle diameter of 10 ⁇ m or less is 10% by mass or more and 70% by mass or less.
  • the particle size or particle size distribution of ore powder is an important factor that affects the strength of green pellets. Note that ore powder can be obtained by crushing iron ore. The method of crushing iron ore is not particularly limited.
  • the proportion of fine powder with a particle size of 10 ⁇ m or less has a particularly large effect on the strength of green pellets.
  • the proportion of fine powder with a particle size of 10 ⁇ m or less is less than 10% by mass, green pellets with sufficient strength may not be obtained.
  • the proportion of fine powder with a particle size of 10 ⁇ m or less is preferably 20% by mass or more and 60% by mass or less. Thereby, bursting can be suppressed while obtaining appropriate green pellet strength.
  • the granulation process is a process of granulating ore powder to obtain iron ore pellets (green pellets).
  • the granulation method in the granulation step is not limited.
  • the ore powder may be granulated using a pelletizer.
  • a pelletizer for example, a pan-type granulator (so-called pan pelletizer) may be used.
  • the shape and size (for example, particle size and average particle size) of the iron ore pellets are not particularly limited, and may be set to any value.
  • the size of the green pellet may be determined by, for example, measuring the major axis diameter and the minor axis diameter using a caliper, and evaluating the average value as the particle size of the green pellet.
  • the particle size of the green pellets is preferably 16 mm from 9 mm, which is commonly used in this technical field.
  • the green pellets are then subjected to a firing process and fired to produce fired pellets.
  • the firing temperature in the firing step is, for example, 1200°C to 1350°C.
  • the strength generally required in this technical field (for example, 1.0 kg/pellet or more) ).
  • the strength of the green pellets is preferably 1.0 kg/pellet or more.
  • the particle size distribution of the ore powder used as a raw material is a predetermined distribution, that is, the proportion of particles having a diameter of 10 ⁇ m or less is 10% by mass or more and 70% by mass or less. In this case, the strength of green pellets tends to be higher. Note that the strength of the green pellets can be measured by the method described in Examples described later.
  • bursting can be suppressed if the decrystallization water treatment temperature and decrystallization water time are within the above ranges.
  • bursting can be better suppressed when the particle size distribution of the ore powder used as a raw material is the above-mentioned predetermined distribution.
  • bursting is a phenomenon in which when the green pellets are heated, the moisture in the green pellets evaporates, causing the green pellets to explode or turn into powder.
  • the likelihood of bursting is evaluated based on the percentage of pellets of 5 mm or less that are formed after heat-treating the green pellets at a predetermined temperature (e.g., 300°C) or after firing the green pellets. can do.
  • a predetermined temperature e.g. 300°C
  • the amount of pellet pieces generated in the firing process etc. is 3.0% by mass or less, preferably 1.5% by mass or less, and more preferably 1.0% by mass or less, a decrease in the yield of fired pellets can be suppressed. can. Therefore, if the amount of pellet pieces generated during the firing process or the like is 1.0% by mass or less, it can be evaluated that the green pellets are of good quality with suppressed bursting.
  • Green pellets were produced according to the following procedure and their bursting properties were evaluated.
  • iron ore serving as a raw material for green pellets
  • ores (Ore A, Ore B) having the chemical composition shown in Table 1 were used.
  • "LOI” in Table 1 is shown as the content of crystallization water (mass %) as described above.
  • T.Fe represents the mass % of the iron content (total Fe content) in the iron ore. Note that “T.Fe” is a value determined based on the total iron determination method of iron ore specified in JIS M 8212:2022.
  • Ore A and Ore B used as raw materials for green pellets are both T. It is iron ore (so-called low-grade ore) containing 63% by mass or less of Fe.
  • Table 2 shows information on the ore used for the green pellets (ore properties), and the conditions or evaluation results of the decrystallization water treatment process, crushing process, granulation process, and firing process.
  • the ore composition shown in Table 2 was used, and the experiment No. 1 to 16 green pellets were obtained.
  • Each raw material ore blended in the ore proportion shown in Table 2 was subjected to decrystallization water treatment at the decrystallization water treatment temperature and decrystallization water time shown in Table 2 to obtain dehydrated ore (dehydration step).
  • the decrystallization water treatment was performed in the atmosphere.
  • the LOI of the dehydrated ore is shown in Table 2 as the crystallization water content of the dehydrated ore.
  • the dehydrated ore was crushed in a ball mill for the crushing time shown in Table 2 (batch processing) to obtain ore powder (pulverization step). Then, the proportion of fine powder with a particle size of 10 ⁇ m or less in the ore powder was measured as the proportion (mass %) passing through a sieve with an opening of 10 ⁇ m. Table 2 shows the proportion of fine powder with a particle size of 10 ⁇ m or less in the ore powder as the "-10 ⁇ m proportion" in the pulverization process.
  • Table 3 shows the volume-based cumulative 10% diameter (D10), cumulative 50% diameter (D50: median diameter), and cumulative 90% diameter (D90) as the particle size distribution of ore powder. These cumulative 10% diameter, cumulative 50% diameter, and cumulative 90% diameter were derived based on the volume-based particle size distribution in ore powder, which was measured using laser diffraction particle size measurement (Mastersizer 3000, manufactured by Malvern). Note that the dispersion medium used in measuring the particle size distribution was water. In Table 3, for convenience of viewing, the same "-10 ⁇ m ratio" as shown in Table 2 is listed again.
  • a mixed powder 1.0% by mass of bentonite was added to the ore powder to obtain a mixed powder.
  • bentonite was added as a binder during granulation, it is not essential in this embodiment.
  • This mixed powder was granulated using a pan-type granulator (pelletizer) to obtain green pellets (granulation step).
  • the mixed powder was rolled while adding water so that the granulation water content (amount of water added) was 10% by mass to 10.5% by mass of the weight of the green pellets.
  • the granulation moisture content can be determined by measuring the weight change before and after holding the green pellets at 105° C. for 24 hours. For example, if the weight change rate after holding the green pellets at 105° C. for 24 hours is -10% by weight, the granulation moisture is 10%.
  • the major axis diameter and minor axis diameter were measured using a caliper, and the average value (arithmetic mean) was used.
  • each experiment No. For each green pellet, the particle size of 10 pellets was measured, and the average value (arithmetic mean) was calculated for that experiment No. was adopted as the particle size of green pellets.
  • the strength of the green pellets was measured using an autograph.
  • the strength of the green pellet was measured by deforming the green pellet at a displacement rate of 1 mm/min and obtaining a load-displacement curve.
  • the load corresponding to the first displacement peak position in the load-displacement curve was adopted.
  • Each experiment no. For each green pellet, the intensity of 10 pellets was measured, and the average value (arithmetic mean) was calculated for that experiment No. This was adopted as the strength of green pellets.
  • Bursting property was evaluated by the amount of pellet pieces generated after the firing process. Specifically, the bursting property was evaluated as follows. First, 500 g of green pellets were charged into a vertical furnace (cylindrical shape with a diameter of 60 mm), and air at 300°C was blown upward from below the layer of green pellets at a wind speed of 1.0 m/sec (however, 300 °C/1 atm) for 10 minutes. Next, the green pellets exposed to air at 300°C were heated to 1250°C in an electric furnace different from the above-mentioned furnace, and fired at this temperature for 25 minutes (firing step).
  • the green pellets were taken out from the furnace and sieved through a sieve with an opening of 5 mm, and the proportion (mass %) of the pellet pieces that passed through the sieve was measured to evaluate the bursting property.
  • the passing rate of pellet pieces is shown as "-5 mm rate.”
  • experiment no. 1 to 5, 10 to 14, 17 and 18, and experiment no When comparing green pellets Nos. 8 and 9, it can be seen that the strength of the green pellets tends to be high when D90 is 50 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • Green pellets No. 15 and 16 have a green pellet strength of less than 1.0 kg/pellet or a pellet piece passing rate (-5 mm rate) of more than 1.0 mass%. That is, experiment no. Green pellets Nos. 6, 7, 15, and 16 do not have both green pellet strength and bursting properties.
  • Figure 1 shows experiment no. The relationship between the strength of green pellets Nos. 1 to 5, 8 to 14, 17 and 18 and the ratio of particle diameters of 10 ⁇ m or less in ore powder (-10 ⁇ m ratio) is shown. Moreover, in FIG. 2, experiment No. It shows the relationship between the passing ratio of pellet pieces of green pellets 1 to 5, 8 to 14, 17 and 18 (-5 mm ratio) and the ratio of particle diameters of 10 ⁇ m or less in ore powder (-10 ⁇ m ratio).
  • the strength of the green pellets is 1.0 kg/pellet or more.
  • the strength of the green pellets becomes higher when the proportion of particles having a particle size of 10 ⁇ m or less in the ore powder is 25% by mass or more and 60% by mass or less.
  • the strength of the green pellet generally becomes convex upward as the proportion of particles with a particle size of 10 ⁇ m or less in the ore powder moves from a small side to a large side.
  • the present disclosure can be applied to a method for producing iron ore pellets.

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Abstract

バースティングの抑制と鉄鉱石ペレットの強度とを両立する鉄鉱石ペレットの製造方法を提供する。鉄鉱石ペレットの製造方法は、鉄分含有率が６３質量％以下の鉄鉱石から結晶水を脱離させて脱水鉱石を得る脱結晶水処理工程を含み、脱結晶水処理工程では、１００℃以上８００℃以下に鉄鉱石を加熱した状態で５分以上２００分以下保持する。

Description

鉄鉱石ペレットの製造方法
　本発明は、鉄鉱石ペレットの製造方法に関する。
　直接還元製鉄法として現在主流のシャフト炉方式の還元では、装入原料として塊鉱石やペレットが使用される。ペレットは、鉱石を粉砕、混合、造粒及び焼成する各工程を経て製造される。この製造過程において、焼成前の鉄鉱石ペレット（いわゆるグリーンペレット）には、造粒工程から焼成工程に供するまでの搬送などの取り扱いによる崩壊や粉化を抑制する程度の強度が求められる。
　グリーンペレットの強度の制御には、粉砕後の鉱石粉の粒度制御が重要であり、微粉の割合が増加するとグリーンペレットの強度が増加することが知られている。また、焼成工程においては、グリーンペレット中の水分が蒸発することにより、グリーンペレットが爆裂や粉化するバースティングという現象が生じ、歩留まりが低下することが知られている。
　例えば、特開平０４－０９９１３２号公報（特許文献１）には、結晶水を多く含む鉄鉱石のペレット製造方法が開示されている。この製造方法では、結晶水を多く含む原料鉄鉱石を粉砕及び造粒し、続いて乾燥、離水及び予熱の各工程後、更に、焼成工程を追加してなる焼成ペレットの製造に際して、原料鉄鉱石の一部又は全部を粉砕する前に、予め原料鉄鉱石中の結晶水の少なくとも一部を離水処理しておく。この製造方法では、これにより、バースティングの減少と予熱ペレットの圧潰強度増加による製品歩留りの向上とが実現されるとされている。
特開平０４－０９９１３２号公報
　現在、ペレットの原料鉱石（鉄鉱石）には、結晶水の少ない高品位鉱石が一般的に使用されている。しかし、今後は高品位鉱石の需要増加に伴い、高品位鉱石の安定確保が難しくなることが予測されている。そのため、豪州やインド等で産出される鉄分含有率（全Ｆｅ分）が６３質量％以下のような低品位鉱石の活用が検討されている。鉄鉱石ペレット（グリーンペレット）中の結晶水が増加すると、上述のようにバースティングしやすくなるため、バースティングを抑制するペレットの製造方法の改善が望まれる。
　特許文献１のペレット製造方法では、適切な処理温度及び時間で鉱石を離水処理しなければ結晶水を適切に低減させることがでないと考えられる。しかし、特許文献１のペレット製造方法では、そのような適切な処理温度や時間が考慮されていなかった。更に、過度な脱結晶水処理は鉱石の粉砕性を悪化させ、粉砕工程で適切な粒度に制御することが困難になり、鉄鉱石ペレットの強度確保が困難になる場合がある。そのため、バースティングの抑制と鉄鉱石ペレットの強度とを両立することができる鉄鉱石ペレットの製造方法の提供が望まれる。
　本開示は、かかる実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、バースティングの抑制と鉄鉱石ペレットの強度とを両立する鉄鉱石ペレットの製造方法を提供することにある。
　上記目的を達成するための本開示に係る鉄鉱石ペレットの製造方法は、以下のとおりである。
［１］　鉄分含有率が６３質量％以下の鉄鉱石から結晶水を脱離させて脱水鉱石を得る脱結晶水処理工程を含み、
　前記脱結晶水処理工程では、１００℃以上８００℃以下に前記鉄鉱石を加熱した状態で５分以上２００分以下保持する鉄鉱石ペレットの製造方法。
　本開示に係る鉄鉱石ペレットの製造方法は、更に以下のようであってよい。
［２］　前記脱水鉱石を粉砕して鉱石粉を得る粉砕工程を更に含み、
　前記鉱石粉は、篩分けによる粒子径１０μｍ以下の割合が１０質量％以上７０質量％以下である上記［１］に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
［３］　前記粒子径１０μｍ以下の割合が２５質量％以上６０質量％以下である上記［２］に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
［４］　前記粒子径１０μｍ以下の割合が２５質量％以上６０質量％以下である上記［２］又は［３］に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
［５］　前記鉄鉱石の結晶水の含有量は、３．０質量％以上である上記［１］から［４］のいずれか一つに記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
　本開示の鉄鉱石ペレットの製造方法によれば、バースティングの抑制と鉄鉱石ペレットの強度とを両立する鉄鉱石ペレットの製造方法を提供することができる。
グリーンペレットの強度と鉱石粉における粒子径１０μｍ以下の割合との関係を示すグラフである。 グリーンペレットのペレット片の通過割合と鉱石粉における粒子径１０μｍ以下の割合との関係を示すグラフである。
　本開示の実施形態に係る鉄鉱石ペレットの製造方法について説明する。
　まず、本実施形態に係る鉄鉱石ペレットの製造方法の概要を説明する。本実施形態に係る鉄鉱石ペレットは、いわゆる、グリーンペレット（焼成前のペレット）である。本実施形態に係る鉄鉱石ペレットの製造方法は、鉄分含有率が６３質量％以下の鉄鉱石（いわゆる、低品位鉱石）から結晶水を脱離させて脱水鉱石を得る脱結晶水処理工程を含む。以下の説明では、鉄分含有率が６３質量％以下の鉄鉱石のことを、単に鉄鉱石と称する。
　脱結晶水処理工程では、１００℃以上８００℃以下に鉄鉱石を加熱した状態で５分以上２００分以下保持する。
　鉄鉱石ペレットの製造方法は、更に、脱水鉱石を粉砕して鉱石粉を得る粉砕工程を含んでよい。粉砕工程では、鉱石粉は、粒子径１０μｍ以下の割合が１０質量％以上７０質量％以下となるように粉砕されるとよい。
　本実施形態に係る鉄鉱石ペレットの製造方法によれば、バースティングの抑制と鉄鉱石ペレットの強度との両立を実現することができる。
　なお、バースティングとは、鉄鉱石ペレット（グリーンペレット）を加熱した際に、グリーンペレット中の水分が蒸発することにより、グリーンペレットが爆裂や粉化する現象のことである。
　以下、本実施形態に係る鉄鉱石ペレットの製造方法について詳述する。
　本実施形態に係る鉄鉱石ペレットの製造方法は、上述の脱結晶水処理工程と粉砕工程とに加えて、更に、鉱石粉を造粒して鉄鉱石ペレット（グリーンペレット）を得る造粒工程を含み得る。グリーンペレットは、その後、焼成工程で焼成されて焼成ペレットとされてよい。以下の説明では、焼成前後のペレットの区別のため、本実施形態に係る鉄鉱石ペレット（焼成前のペレット）を、グリーンペレットと称し、焼成後のペレットを、焼成ペレットと称する場合がある。グリーンペレット及び焼成ペレットは、鉄鉱石以外の原料（例えば、ベントナイト）を含み得る。
　グリーンペレットの原料となる鉄鉱石の種類や配合（鉱石配合）は特に限定されない。グリーンペレットの原料は、単一の鉄鉱石からなるものであってもよいし、複数の鉱石を任意の配合で混合したものであってもよい。
　グリーンペレットの原料となる鉄鉱石（脱結晶水工程前）の結晶水の含有量は、特に限定されない。なお、結晶水の含有量は、鉄鉱石を１０００℃で３０分間保持した際の、鉄鉱石の重量減少量（ＬＯＩ：Ｌｏｓｓ　Ｏｎ　Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）として測定することができる。
　脱結晶水処理工程は、鉄鉱石から結晶水を脱離させて脱水鉱石を得る脱結晶水処理を行う工程である。脱結晶水処理工程では、脱結晶水処理として、鉄鉱石から結晶水を脱離させるために鉄鉱石を加熱する。
　脱結晶水処理工程では、上記の脱結晶水処理として、１００℃以上８００℃以下の脱結晶水処理温度に鉄鉱石を加熱して保持する。この脱結晶水処理において、鉄鉱石を上記温度範囲の温度で保持する保持時間（以下、脱結晶水時間と称する）は、５分以上２００分以下である。脱結晶水時間が５分未満の場合は、鉄鉱石から結晶水を十分に脱離させることができない場合がある。また、脱結晶水時間が２００分より長い場合、鉄鉱石の粉砕性が悪化する場合がある。これらの場合、グリーンペレットの強度が低下する場合がある。そのため、脱結晶水時間は５分以上、２００分以下とする。
　脱結晶水時間は好ましくは１８０分以下である。脱結晶水時間が１８０分以下であると、グリーンペレットの強度低下を適切に回避することができる。
　脱結晶水処理工程において、脱結晶水処理温度及び脱結晶水時間は、結晶水を脱離させるために重要な因子である。脱結晶水処理温度が１００℃未満の場合は、鉄鉱石から結晶水を十分に脱離させることができない。また、脱結晶水処理温度が８００℃より高い場合、鉄鉱石の粉砕性が悪化し、グリーンペレットの強度が不足する。そのため、脱結晶水処理温度は１００℃以上、８００℃以下とする。脱結晶水処理温度がこの範囲であり、且つ、脱結晶水時間が上記のごとく５分以上２００分以下であれば、バースティングの抑制とグリーンペレットの強度とを両立することができる。
　脱結晶水処理温度は、２００℃以上、５００℃以下とすることが好ましい。脱結晶水処理温度がこの範囲であると、グリーンペレットの強度を十分高くすることができる。また、バースティングをより良く抑制することができる。
　脱水鉱石の結晶水の含有量も、特に限定されない。脱水鉱石の結晶水の含有量も、脱結晶水工程前の鉄鉱石の結晶水の含有量の場合と同様に、ＬＯＩとして測定することができる。脱水鉱石の結晶水の含有量は、脱結晶水工程前の鉄鉱石の結晶水の含有量から１０質量％以上減少していることが好ましい。
　粉砕工程は、脱水鉱石を粉砕して鉱石粉を得る工程である。本実施形態において、粉砕工程における脱水鉱石の粉砕方法や粉砕に要する粉砕時間は特に限定されない。バッチ処理で脱水鉱石を粉砕する場合、粉砕時間は、好ましくは、１５分以上７５分以下である。
　鉱石粉の形状は特に限定されない。鉱石粉の粒子径は、例えば３００μｍ以下の割合が９５質量％以上であることが好ましい。
　鉱石粉の粒度分布は、粒子径１０μｍ以下の割合が１０質量％以上７０質量％以下であるとよい。鉱石粉の粒子径又は粒度分布は、グリーンペレットの強度に影響を与える重要な因子である。なお、鉱石粉は、鉄鉱石を粉砕して得ることができる。鉄鉱石の粉砕方法は特に限定されない。
　鉱石粉の粒度分布において、特に粒子径１０μｍ以下の微粉の割合が、グリーンペレットの強度に与える影響が大きい。鉱石粉の粒度分布において、粒子径１０μｍ以下の微粉の割合が１０質量％未満の場合、十分な強度のグリーンペレット得ることができない場合がある。
　鉱石粉の粒度分布において、粒子径１０μｍ以下の微粉の割合が７０質量％より多い場合にバースティングを抑制できない場合がある理由は明らかではない。しかし、例えば以下の理由が予測される。すなわち、鉱石粉の粒度分布において微粉の割合が過剰であるとグリーンペレットの構造が緻密になる。そのため、焼成時の加熱によって脱離した結晶水の拡散パス（グリーンペレットの内部からペレット外部へ通じる流路）が少なくなる。これにより、グリーンペレットの内部で気化した水によってグリーンペレットの内部の圧力が高まりやすくなる。そのため、鉱石粉の粒度分布において、粒子径１０μｍ以下の微粉の割合が７０質量％より多い場合に、バースティングを抑制できない場合が生じると考えられる。
　鉱石粉の粒度分布において、粒子径１０μｍ以下の微粉の割合は２０質量％以上６０質量％以下であることが好ましい。これにより、適切なグリーンペレットの強度を得つつ、バースティングを抑制することができる。
　造粒工程は、鉱石粉を造粒して鉄鉱石ペレット（グリーンペレット）を得る工程である。造粒工程における造粒方法は限定されない。造粒工程では、例えば、ペレタイザーを用いて鉱石粉を造粒してもよい。ペレタイザーとしては、例えばパン型造粒機（いわゆる、パンペレタイザー）を用いてよい。
　本実施形態において、鉄鉱石ペレットの形状や大きさ（例えば、粒径や平均粒径）は特に限定されず、任意の値としてよい。グリーンペレットの大きさは、例えば、ノギスを用いて長軸径と短軸径とを測定し、その平均値をグリーンペレットの粒径として評価してよい。グリーンペレットの粒径は、本技術分野において通常用いられる９ｍｍから１６ｍｍにすることが好ましい。
　グリーンペレットは、その後、焼成工程に供されて焼成され、焼成ペレットとされる。焼成工程における焼成温度は、例えば１２００℃から１３５０℃である。
　本実施形態に係る鉄鉱石ペレットの製造方法では、脱結晶水処理温度及び脱結晶水時間が上述の範囲である場合、本技術分野において一般的に求められる強度（例えば、１．０ｋｇ／ｐｅｌｌｅｔ以上）を備える。グリーンペレットの強度は、好ましくは１．０ｋｇ／ｐｅｌｌｅｔ以上であるとよい。本実施形態に係る鉄鉱石ペレットの製造方法では、更に、原料とする鉱石粉の粒度分布が所定の分布である場合、すなわち、粒子径１０μｍ以下の割合が１０質量％以上７０質量％以下である場合、グリーンペレットの強度がより高まる傾向にある。なお、グリーンペレットの強度は後述する実施例に記載した方法で測定することができる。
　また、本実施形態に係る鉄鉱石ペレットの製造方法では、脱結晶水処理温度及び脱結晶水時間が上述の範囲であれば、バースティングを抑制することができる。本実施形態に係る鉄鉱石ペレットの製造方法では、更に原料とする鉱石粉の粒度分布が上記所定の分布である場合、より良くバースティングを抑制することができる。
　さて、バースティングとは、上述のごとく、グリーンペレットを加熱した際に、グリーンペレット中の水分が蒸発することにより、グリーンペレットが爆裂や粉化する現象のことである。バースティングの起こりやすさ、すなわちバースティング性は、例えば、所定の温度（例えば、３００℃）でグリーンペレットを加熱処理した後又はグリーンペレットの焼成後に生じた５ｍｍ以下のペレットの割合に基づいて評価することができる。詳述すると、焼成工程又は所定の温度でグリーンペレットを加熱処理した際（以下、焼成工程等と記載する）においてバースティングが生じた場合、グリーンペレットが爆裂又は粉化して、細かな（例えば５ｍｍ以下の）ペレット片が生じる。そのため、焼成工程等におけるペレット片の発生量が多ければバースティングが起こりすく（バースティング性が高く）、バースティングの抑制の観点からは良好ではないと評価することができる。逆に、焼成工程等におけるペレット片の発生量が少なければ、バースティングが起こりにくく（バースティング性が低く）、バースティングの抑制の観点からは良好であると評価することができる。
　焼成工程等におけるペレット片の発生量は、３．０質量％以下、好ましくは１．５質量％以下、更に好ましくは１．０質量％以下であれば焼成ペレットの歩留低下を抑制することができる。したがって、焼成工程等におけるペレット片の発生量が１．０質量％以下であれば、バースティングの抑制された良質なグリーンペレットであると評価することができる。
　以下の手順でグリーンペレットを製造し、バースティング性を評価した。
　グリーンペレットの原料となる鉄鉱石（原料鉱石）として、表１に示す化学組成の鉱石（Ｏｒｅ　Ａ、Ｏｒｅ　Ｂ）を用いた。なお、表１中の「ＬＯＩ」は、上述のごとく、結晶水の含有量（質量％）として示している。また、表１中、「Ｔ．Ｆｅ」は、鉄鉱石中の鉄分含有率（全Ｆｅ分）の質量％を表す。なお、「Ｔ．Ｆｅ」は、ＪＩＳ　Ｍ　８２１２：２０２２に規定される鉄鉱石の全鉄定量方法に基づいて定量された値である。表１に示すように、グリーンペレットの原料とするＯｒｅ　Ａ及びＯｒｅ　Ｂはいずれも、Ｔ．Ｆｅが６３質量％以下の鉄鉱石（いわゆる、低品位鉱石）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表２には、グリーンペレットに用いた鉱石に係る情報（鉱石性状）や、脱結晶水処理工程、粉砕工程、造粒工程及び焼成工程の条件又は評価結果を示している。以下では、表２に示す鉱石の配合とし、後述する脱結晶水処理工程、粉砕工程、造粒工程及び焼成工程を経て、実験Ｎｏ．１から１６のグリーンペレットを得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示す鉱石配合の割合で配合された各原料鉱石に、表２に示す脱結晶水処理温度及び脱結晶水時間で脱結晶水処理をして脱水鉱石を得た（脱水工程）。脱結晶水処理は、大気中で行った。脱水鉱石の結晶水含有量として、脱水鉱石のＬＯＩを表２に示している。
　次に、脱水鉱石をボールミルにて表２に示す粉砕時間で粉砕（バッチ処理）し、鉱石粉を得た（粉砕工程）。そして、鉱石粉における粒子径１０μｍ以下の微粉の割合を、篩分けによる目開き１０μｍの篩の通過割合（質量％）として測定した。表２には、鉱石粉における粒子径１０μｍ以下の微粉の割合を、粉砕工程における「－１０μｍ割合」として示している。
　表３には、鉱石粉の粒度分布として、体積基準の累積１０％径（Ｄ１０）、累積５０％径（Ｄ５０：メジアン径）及び累積９０％径（Ｄ９０）を示している。これら累積１０％径、累積５０％径及び累積９０％径は、レーザー回折式粒度測定（Ｍａｌｖｅｒｎ社製、Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ　３０００）を用いて測定した、鉱石粉における体積基準の粒度分布に基づいて導いた。なお、粒度分布の測定時の分散媒は水である。表３には、閲覧の便宜のため、表２に示したのと同じ、「－１０μｍ割合」を再掲している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　次に、鉱石粉にベントナイトを１．０質量％添加して混合粉を得た。なお、ベントナイトは、造粒時のバインダとして添加したが、本実施形態において必須ではない。この混合粉をパン型造粒機（ペレタイザー）にて造粒し、グリーンペレットを得た（造粒工程）。造粒時には、造粒水分（加水量）がグリーンペレットの重量の１０質量％から１０．５質量％となるように混合粉に加水しながらこれを転動させた。なお、造粒水分は、グリーンペレットを１０５℃で２４時間保持した前後の重量変化を測定して求めることができる。例えば、グリーンペレットを１０５℃で２４時間保持した後の重量変化割合がマイナス１０重量％である場合、造粒水分は１０％である。
　グリーンペレットの粒径は、ノギスを用いて長軸径と短軸径とを測定し、その平均値（相加平均）を用いた。なお、各実験Ｎｏ．のグリーンペレットごとに、それぞれ１０個のペレットの粒径を計測し、それらの平均値（相加平均）をその実験Ｎｏ．のグリーンペレットの粒径として採用した。
　グリーンペレットの強度は、オートグラフを用いて測定した。グリーンペレットの強度の測定は、変位速度を１ｍｍ／ｍｉｎとしてグリーンペレットを変形させて荷重‐変位曲線を求めて行った。グリーンペレットの強度としては、荷重‐変位曲線における１つ目の変位のピーク位置に対応する荷重を採用した。各実験Ｎｏ．のグリーンペレットごとに、それぞれ１０個のペレットの強度を計測し、それらの平均値（相加平均）をその実験Ｎｏ．のグリーンペレットの強度として採用した。
　バースティング性は、焼成工程後のペレット片の発生量によって評価した。具体的には、以下のようにしてバースティング性を評価した。まず、縦型の炉（直径６０ｍｍの円筒形状）に５００ｇのグリーンペレットを装入し、３００℃の空気を、グリーンペレットの層の下から上方に向けて風速１．０ｍ／ｓｅｃ(ただし、３００℃／１気圧換算)で１０分間通気させた。次に、この３００℃の空気に曝した後のグリーンペレットを、上記の炉とは別の電気炉で１２５０℃に加熱し、この温度で２５分間焼成した（焼成工程）。その後、炉からグリーンペレットを取り出して目開き５ｍｍの篩で篩い、その篩を通過したペレット片の通過割合（質量％）を測定してバースティング性の評価とした。表２では、ペレット片の通過割合を「－５ｍｍ割合」として示している。
　表２に示されるように、脱結晶水処理温度が１００℃以上８００℃以下、且つ、脱結晶水時間が５分以上２００分以下である実験Ｎｏ．１から５、８から１４、１７及び１８のグリーンペレットは、その強度が１．０ｋｇ／ｐｅｌｌｅｔ以上であった。また、これら実験Ｎｏ．のグリーンペレットは、バースティング性の指標であるペレット片の通過割合（－５ｍｍ割合）がいずれも３．０質量％以下、具体的には１．５質量％以下であった。すなわち、本実施形態に係るこれら実験Ｎｏ．のグリーンペレットは、グリーンペレットの強度とバースティング性とを両立している。
　なお、これら実験Ｎｏ．１から５、８から１４、１７及び１８のグリーンペレットの製造過程では、脱結晶水処理工程において、脱水鉱石の結晶水の含有量（脱水鉱石のＬＯＩ）が、脱結晶水工程前の鉄鉱石（原料鉱石）の結晶水の含有量（原料鉱石のＬＯＩ）から１４質量％以上減少している。グリーンペレットの強度とバースティング性とを両立していない実験Ｎｏ．６や１５と比較すると、脱水鉱石の結晶水の含有量は、脱結晶水工程前の鉄鉱石の結晶水の含有量から１０質量％以上減少していることが好ましいと考えられる。
　これら実験Ｎｏ．１から５、８から１４、１７及び１８のグリーンペレットで示されるように、脱結晶水工程前の鉄鉱石の結晶水の含有量が４．９質量％以上であってもグリーンペレットの強度とバースティング性とを両立が可能であることから、脱結晶水工程前の鉄鉱石の結晶水の含有量が４．９質量％よりも少ない場合、例えば３．０質量％以上であっても、脱結晶水処理温度が１００℃以上８００℃以下、且つ、脱結晶水時間が５分以上２００分以下であれば、当然にグリーンペレットの強度とバースティング性とを両立が可能であると考えられる。なお、従来直接還元製鉄法で使用されていた高品位鉱石では、結晶水の含有量は１．０質量％前後又はこれ以下である場合がほとんどである。また、高炉向けの鉄鉱石ペレットでは、多くても（最大でも）結晶水の含有量が３．０質量％弱の鉄鉱石が用いられているに過ぎない。
　また、これら実験Ｎｏ．１から５、８から１４、１７及び１８のグリーンペレットのうち、特に鉱石粉における粒子径１０μｍ以下の割合（－１０μｍ割合）が１０質量％以上７０質量％以下である実験Ｎｏ．１から５、１０から１４、１７及び１８のグリーンペレットは、バースティング性の指標であるペレット片の通過割合（－５ｍｍ割合）がいずれも１．０質量％以下であり、特に良好であった。また、また、これら実験Ｎｏ．のグリーンペレットは鉱石粉における粒子径１０μｍ以下の割合（－１０μｍ割合）が１０質量％以上７０質量％以下ではない実験Ｎｏ．８、９のグリーンペレットと比べて、グリーンペレットの強度が高い点でも良好である。
　また、実験Ｎｏ．１から５、１０から１４、１７及び１８のグリーンペレットと、実験Ｎｏ．８、９のグリーンペレットとを比べた場合、Ｄ９０が５０μｍ以上２００μｍ以下であれば、グリーンペレットの強度が高くなりやすいことがわかる。
　なお、脱結晶水処理温度が１００℃以上８００℃以下ではない実験Ｎｏ．６、７や、脱結晶水時間が５分以上２００分以下ではない実験Ｎｏ．１５、１６のグリーンペレットは、グリーンペレットの強度が１．０ｋｇ／ｐｅｌｌｅｔ未満又はペレット片の通過割合（－５ｍｍ割合）が１．０質量％超である。すなわち、実験Ｎｏ．６、７、１５及び１６のグリーンペレットでは、グリーンペレットの強度とバースティング性とを両立していない。
　図１には、実験Ｎｏ．１から５、８から１４、１７及び１８のグリーンペレットの強度と鉱石粉における粒子径１０μｍ以下の割合（－１０μｍ割合）との関係を示している。また、図２には、実験Ｎｏ．１から５、８から１４、１７及び１８のグリーンペレットのペレット片の通過割合（－５ｍｍ割合）と鉱石粉における粒子径１０μｍ以下の割合（－１０μｍ割合）との関係を示している。
　図１に示すグラフによれば、鉱石粉における粒子径１０μｍ以下の割合（－１０μｍ割合）が１０質量％以上７０質量％以下であると、グリーンペレットの強度が１．０ｋｇ／ｐｅｌｌｅｔ以上であることがわかる。特に鉱石粉における粒子径１０μｍ以下の割合が２５質量％以上６０質量％以下であると、特にグリーンペレットの強度がより高くなることがわかる。図１中において実線で示すように、鉱石粉における粒子径１０μｍ以下の割合が小さい側から大きい側に移るにつれて、グリーンペレットの強度は概ね上に凸になる。
　図２に示すグラフによれば、鉱石粉における粒子径１０μｍ以下の割合（－１０μｍ割合）が１０質量％以上７０質量％以下であると、ペレット片の通過割合（－５ｍｍ割合）が１質量％以下であることがわかる。図２中において破線で示すように、鉱石粉における粒子径１０μｍ以下の割合が小さい側から大きい側に移るにつれて、ペレット片の通過割合は概ね下に凸になる。
　図１、図２のグラフを対比して考察すると、全体的には、鉱石粉における粒子径１０μｍ以下の割合（－１０μｍ割合）が２５質量％以上６０質量％以下である場合に、ペレットの強度が特に高く、且つ、ペレット片の通過割合も安定して低くなってバースティング性が良く抑制されていることから、特に好ましいといえる。
　以上のようにして、鉄鉱石ペレットの製造方法を提供することができる。
　なお、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本開示の実施形態はこれに限定されず、本開示の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
　本開示は、鉄鉱石ペレットの製造方法に適用できる。

Claims (5)

  1. 　鉄分含有率が６３質量％以下の鉄鉱石から結晶水を脱離させて脱水鉱石を得る脱結晶水処理工程を含み、
    　前記脱結晶水処理工程では、１００℃以上８００℃以下に前記鉄鉱石を加熱した状態で５分以上２００分以下保持する鉄鉱石ペレットの製造方法。
  2. 　前記脱水鉱石を粉砕して鉱石粉を得る粉砕工程を更に含み、
    　前記鉱石粉は、篩分けによる粒子径１０μｍ以下の割合が１０質量％以上７０質量％以下である請求項１に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
  3. 　前記粒子径１０μｍ以下の割合が２５質量％以上６０質量％以下である請求項２に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
  4. 　前記鉱石粉は、体積基準の粒度分布における累積９０％径が５０μｍ以上２００μｍ以下である請求項２又は３に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
  5. 　前記鉄鉱石の結晶水の含有量は、３．０質量％以上である請求項１から４の何れか一項に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
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JPH0499132A (ja) * 1990-08-07 1992-03-31 Kobe Steel Ltd 結晶水を多く含む鉄鉱石のペレット製造方法
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