JP2003027150A

JP2003027150A - 耐粉化特性に優れた非焼成塊成鉱の製造方法および非焼成塊成鉱

Info

Publication number: JP2003027150A
Application number: JP2001209047A
Authority: JP
Inventors: Masanori Nakano; 正則中野; Noriaki Jitou; 法明時藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2003-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】非焼成塊成鉱の高炉での粉化を防止して、高
炉操業の安定化と生産性向上を図る。【解決手段】鉄含有原料に水和反応により硬化するバ
インダーと水を添加・混合して塊成化後、養生する非焼
成塊成鉱の製造方法において、養生後から高炉投入まで
の間に、前記非焼成塊成鉱を乾燥することにより、該非
焼成塊成鉱中の自由水分の含有量を２質量％以下、好ま
しくは１質量％以下に低減することを特徴とする耐粉化
特性に優れた非焼成塊成鉱の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非焼成塊成鉱の製
造方法および非焼成塊成鉱に関し、特に高炉で使用する
際の粉化を抑制できる耐粉化特性に優れた非焼成塊成鉱
の製造方法および非焼成塊成鉱に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、製鉄プロセスにおける高炉用原
料として主に使用されている焼結鉱ないし焼成ペレット
は、使用量の多い鉄鉱石粉等の鉄含有原料に副原料およ
び炭材を配合してドワイトロイド式焼結機ないしトラベ
リンググレート式焼成機を用いて加熱焼成することによ
り大量生産されている。

【０００３】一方、製鉄プロセスにおいて発生する焼結
篩下粉や転炉ダスト等の含鉄ダストは、鉄鉱石等の鉄含
有原料に比べてその使用量が比較的少量であるために、
比較的製造コストが安価な塊成化処理として、加熱焼成
せずにバインダを用いて冷間で塊成化する方法（非焼成
塊成法）が一般に用いられている。

【０００４】通常、非焼成塊成法は、微粉鉄鉱石または
転炉ダスト等の含鉄ダスト等の微粉鉄含有原料にバイン
ダーとして用途に応じてポルトランドセメント、高炉ス
ラグ粉末、ベントナイトまたは糖蜜などを添加・混合
し、皿形造粒機による造粒（ペレット法）またはブリケ
ットマシン等による圧縮・成型（ブリケット法）の後
に、ヤード堆積等で養生・硬化させることにより高炉用
原料の所要強度をもつ非焼成塊成鉱を製造するものであ
る（鉄と鋼，７０（１９８４），ｐ３７）。

【０００５】しかしながら、一般にこのような非焼成塊
成鉱は、焼結鉱ないし焼成ペレットに比べて強度が低
く、高炉用原料として使用する際に高炉内で粉化しやす
いため高炉の安定操業を維持するうえでその使用量が制
限（通常、５質量％以下）されていた。

【０００６】従来、非焼成塊成鉱の強度向上法として、
バインダーの種類およびその添加条件、養生方法および
その条件または硬化促進剤の添加などが検討されてきた
が、これらの方法で高炉用原料の所要強度を得るために
は、バインダー添加量の増加、養生時間の延長または大
型特殊養生装置の適用などが必要であり、バインダー起
因の高炉スラグ比の増加、塊成鉱の生産性低下および製
造コストの増大などの問題が生じる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】非焼成塊成鉱は、焼結
鉱や焼成ペレットに比較して製造に要するエネルギー消
費量や製造コストが格段に低いことから、非焼成塊成鉱
の高炉での使用比率を大幅に増大できれば、製鉄プロセ
スにおけるトータルエネルギー消費量およびコストを大
幅に削減することが可能となる。

【０００８】本発明は、従来技術の問題点に鑑みて、生
産性や製造コストを悪化させることなく、高炉内での耐
粉化特性に優れた非焼成塊成鉱の製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、非焼成塊成鉱
中に含有する自由水の含有量と高炉内での非焼成塊成鉱
の粉化発生率との関係を基に、その自由水の含有量を所
定量以下まで低減することにより、非焼成塊成鉱の耐粉
化特性を向上させるものであり、その発明の要旨とする
ところは以下の通りである。（１）鉄含有原料に水和反応により硬化するバインダー
と水を添加・混合して塊成化後、養生する非焼成塊成鉱
の製造方法において、養生後から高炉投入までの間に、
前記非焼成塊成鉱を乾燥することにより、該非焼成塊成
鉱中の自由水分の含有量を２質量％以下に低減すること
を特徴とする耐粉化特性に優れた非焼成塊成鉱の製造方
法。（２）鉄含有原料と、水和反応により硬化したバインダ
ーとが混合し塊成化してなる非焼成塊成鉱において、該
非焼成塊成鉱中の自由水分の含有量が２質量％以下であ
ることを特徴とする耐粉化特性に優れた非焼成塊成鉱。

【００１０】ここで、非焼成塊成鉱中の自由水の含有量
（質量％）とは、非焼成塊成鉱を１０５℃の温度で乾燥
した際の質量減少量から算出したものであり、鉄鉱石等
に含有する結晶水やセメント等のバインダーの水和物
（例えば、Ｃａ（ＯＨ）₂、Ｃａ（ＯＨ）など）の形成
時（固化時）の結合水を除いた水分含有量（質量％）で
ある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の詳細を説明する。
本発明の非焼成塊成鉱の製造方法は、鉄含有原料に水和
反応により硬化するバインダーと水を添加・混合して塊
成化後、養生する非焼成塊成鉱の製造方法において、養
生後から高炉投入までの間に、前記非焼成塊成鉱を乾燥
することにより、該非焼成塊成鉱中の自由水分の含有量
を２質量％以下、好ましくは１質量％以下に低減するこ
とを特徴とする耐粉化特性に優れた非焼成塊成鉱の製造
方法である。

【００１２】また本発明の非焼成塊成鉱は、鉄含有原料
と、水和反応により硬化したバインダーとが混合し塊成
化してなる非焼成塊成鉱において、該非焼成塊成鉱中の
自由水分の含有量が２質量％以下、好ましくは１質量％
以下であることを特徴とする耐粉化特性に優れた非焼成
塊成鉱である。

【００１３】鉄含有原料としては、特に限定する必要は
なく、通常の非焼成塊成鉱用に用いられる鉄含有原料が
用いられ、例えば、微粉鉄鉱石、焼結プロセスで発生す
る返鉱や高炉プロセスで発生する焼結篩下粉、高炉や転
炉プロセス等で発生する含鉄ダスト、または圧延プロセ
スで発生するスケール粉などが用いられる。

【００１４】本発明で用いられるバインダーは、水分と
共に鉄含有原料粉に添加・混合し塊成化する際の生塊成
鉱の養生において主として水和反応（例えば、ＣａＯ＋
Ｈ₂Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）₂）を利用してバインダを硬化さ
せ、鉄含有原料粉同士の結合力を高めることにより塊成
鉱の強度を発現する作用を有する。このように主として
水和反応を利用してバインダを硬化させ得るバインダー
としては、例えば、セメント、高炉スラグまたは製鋼ス
ラグ等が挙げられる。

【００１５】これら主に水和反応を利用するバインダー
を用いて塊成化後、ヤード堆積などの通常の養生を行う
場合には、例えば、バインダー中のＣａＯと水分との水
和反応（ＣａＯ＋Ｈ₂Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）₂）の他に、バイ
ンダー中のＣａＯが水分中に溶出してＣａ（ＯＨ）とな
り、それが大気中のＣＯ₂と反応してＣａＣＯ₃を生成す
る炭酸塩化反応によっても塊成鉱の強度発現作用は生じ
る。しかしながら、生塊成化物中に強制的に高温蒸気と
炭酸ガスを吹き込むことが可能な養生装置を用いず、ヤ
ード堆積などの通常の養生を行う場合には、このような
炭酸塩化反応は、水和反応に比べて起こり難い。

【００１６】本発明で塊成化後に実施する養生の方法
は、特に限定する必要はないが、上記の生塊成化物中に
強制的に高温蒸気と炭酸ガスを吹き込むことが可能な養
生装置の利用は、設備コストおよび製造コストの増大の
点から好ましくないため使用しない。

【００１７】本発明で塊成化方法も特に限定する必要は
なく、通常の非焼成塊成鉱の製造において用いられる方
法、例えば、ペレタイザー等の皿形造粒機による造粒
（ペレット法）またはブリケットマシン等による圧縮・
成型（ブリケット法）による方法が用いられる。

【００１８】本発明において、養生後の乾燥条件は特に
重要な要件であり、従来の非焼成塊成鉱の製造では、特
に養生後の乾燥は実施せず、養生後に得られた塊成鉱を
高炉用原料としてそのまま高炉に装入していた点で大き
く異なる。

【００１９】本発明では、塊成鉱を養生後から高炉投入
までの間に乾燥することにより、塊成鉱中の自由水分の
含有量を２質量％以下、好ましくは１質量％以下に低減
することを要件とする。

【００２０】以下に本発明の非焼成塊成鉱中の自由水分
の含有量の限定根拠を説明する。従来、高炉内の原料装
入レベルでの非焼成塊成鉱の粉化原因は明確にされてお
らず、高炉内での温度上昇によるバインダーの結合力の
低下が主な原因であると考えられてきた。

【００２１】本発明者らの実験によれば、非焼成塊成鉱
の高炉内での粉化は、温度上昇に伴うバインダーの結合
力低下だけでは整理できず、非焼成塊成鉱中に存在する
自由水分の含有量が大きな影響を与えることが判った。

【００２２】発明者らは、非焼成塊成鉱中に存在する自
由水分の含有量と高炉内での粉化発生率との関係を調べ
るための基礎実験として、箱型電気炉に予め自由水分の
含有量を調整して製造した非焼成塊成鉱を投入して、こ
れらの非焼成塊成鉱を３００〜９００℃の範囲で加熱・
保持して非焼成塊成鉱の爆裂（粉化）の有無を調べた。
なお、ここで、非焼成塊成鉱中の自由水の含有量（質量
％）とは、非焼成塊成鉱を１０５℃の温度で乾燥した際
の質量減少量から算出したものであり、鉄鉱石等に含有
する結晶水やセメント等のバインダーの水和物（例え
ば、Ｃａ（ＯＨ） ₂、Ｃａ（ＯＨ）など）の形成時（固
化時）の結合水を除いた水分含有量（質量％）である。

【００２３】実験は、ｎ＝１０〜２０個の非焼成塊成鉱
を同一条件で繰り返し行い、爆裂（粉化）した非焼成塊
成鉱の個数の割合（％）を「爆裂比率」として、異なる
条件でそれぞれ求めた。

【００２４】その実験結果の一例として、図２に非焼成
塊成鉱の加熱温度と自由水分含有量を０〜４％に調整し
た種々の非焼成塊成鉱における爆裂（粉化）比率（％）
との関係を示す。

【００２５】図２から非焼成塊成鉱の加熱温度の上昇お
よび非焼成塊成鉱中の自由水分含有量の増加とともに非
焼成塊成鉱の爆裂比率は増加するが、自由水分含有量の
低下につれて爆裂（粉化）比率（％）は減少することが
判る。

【００２６】高炉内の原料堆積上部高さでの温度は、炉
半径方向で温度分布を持ち、炉壁周辺で１００〜２００
℃、炉中心部で４００〜６００℃程度であることが知ら
れている。また、非焼成塊成鉱は、焼結鉱に比べて安息
角が小さいものが多く、高炉装入時に炉中心側に流れ込
み易く、炉中心部近傍に偏在し易いことも知られている
ため、最も加熱温度条件が厳しい炉中心部近傍の加熱温
度に相当する６００℃においても非焼成塊成鉱の爆裂
（粉化）を大幅に抑制できることが望ましい。

【００２７】図３には加熱温度６００℃（高炉の炉中心
部近傍の加熱温度に相当）における非焼成塊成鉱中の自
由水分含有量とその爆裂（粉化）比率（％）との関係を
示す。

【００２８】通常の非焼成塊成鉱の製造では、養生後に
乾燥することは行わず、養生後の塊成鉱には自由水分が
４％以上含まれる。

【００２９】図２から通常の養生後に４％以上含有する
自由水分を自然乾燥することにより通常時に比べて高炉
内での爆裂（粉化）は低減させることが可能であるが、
屋外ヤードでの堆積により自然乾燥する場合には、天候
が良好で湿度の低い風通しの良好な状態で数週間以上、
屋外ヤードに堆積・放置しなければ、自由水分の含有量
を２％以下に低減することは困難であり、その長期間原
料ヤードを占有することとなる。

【００３０】したがって、本発明では、養生後から高炉
投入までの間に原料ヤードの占有問題が生じない短い期
間で非焼成塊成鉱中の自由水分の含有量を２質量％以下
にする方法として、少なくとも室内またはある程度気密
性を確保できるシートカバー内に室温または加熱した高
温状態の空気または不活性ガスを強制的に通気させた
り、乾燥装置を用いて積極的に養生後の非焼成塊成鉱を
乾燥する方法を用いる必要がある。

【００３１】本発明では、養生後の非焼成塊成鉱中の自
由水分の含有量を２質量％以下に乾燥することにより、
図２に示す通り通常の非焼成塊成鉱（自由水分の含有量
≧４％）に比べて高炉内での非焼成塊成鉱の爆裂（粉
化）を５０％以下に低減することが可能となり、高炉で
の非焼成塊成鉱の使用量を従来の２倍以上に増加するこ
とが期待できる。

【００３２】また、高炉内での非焼成塊成鉱の爆裂（粉
化）を１０％以下に低減させ、その使用量を１０倍以上
に大幅に増加させるためには、好ましくは、乾燥能力を
もつ乾燥機を用いて養生後の非焼成塊成鉱中の自由水分
の含有量を１質量％以下に低減することが必要である。

【００３３】なお、非焼成塊成鉱中の自由水分の増加に
よる高炉内での爆裂（粉化）発生率の低減のメカニズム
は、次のように考えられる。

【００３４】従来、高炉内での非焼成塊成鉱の爆裂（粉
化）は、高炉内の特に炉内中心部近傍の４００〜６００
℃程度の高温領域において、非焼成塊成鉱の温度上昇に
よりバインダーの結合力が劣化することにより起きるも
のと考えられてきた。しかしながら、図２を見て明らか
なように、高炉の炉壁周辺の温度に相当する１００〜２
００℃の温度においても、非焼成塊成鉱の爆裂（粉化）
は発生しており、図２および図３のように非焼成塊成鉱
の爆裂（粉化）はその中の自由水分の含有量に依存して
いる。

【００３５】これらから、高炉内での非焼成塊成鉱の爆
裂（粉化）は、非焼成塊成鉱を高炉に投入する際に、非
焼成塊成鉱中の自由水分が蒸発し、その蒸気圧が内圧と
して作用することにより非焼成塊成鉱が膨張し亀裂また
は爆裂が起こるためであると考えられる。

【００３６】

【実施例】以下に本発明の効果を実施例を用いて説明す
る。図１に本発明の実施形態の一例として、セメントボ
ンド非焼成ペレットの製造プロセスの模式図を示めす。

【００３７】製鉄プロセスで発生した鉄鉱石粉・非鉄鉱
石粉および鉄・非鉄金属酸化物ダストなどの鉄含有原料
粉、コークス粉および石炭粉などの還元剤と、セメント
（バインダー）がそれぞれ貯蔵された原料貯蔵槽１から
それぞれ所定配合割合分だけ切り出し、コンベアー２に
て造粒機（ディスクペレタイザー等）３まで搬送する。
造粒機３では、配合原料に水を混合しつつ造粒し、直径
１０〜１５ｍｍ程度の球状に成型された生ペレットを製
造する。次ぎに、生ペレットを屋外ヤード堆積して約２
週間の養生を行ってセメントを固化することによりぺレ
ット強度を発現させる。この時点で、造粒時に９％程度
あった自由水分は、その一部がセメントの水和物（例え
ば、Ｃａ（ＯＨ）₂、Ｃａ（ＯＨ））を形成する際の結
合水へ取り込まれたり、養生時の蒸発により失われ、養
生後は４〜５％前後に低下している。従来、この状態で
高炉６へ投入され、高炉用原料として使用されていた
が、本発明では、高炉６への移送・装入に先立ち、乾燥
機５にて保有水分２％、好ましくは１％以下まで強制的
に乾燥する。

【００３８】表１には、図１のプロセスで非焼成ペレッ
トを製造する際に、特に養生後から高炉装入までの間
に、乾燥機を用いて非焼成ペレット中の自由水を本発明
の範囲である２％以下に低減した例（発明例）と本発明
の範囲から外れる従来の比較例において、高炉での爆裂
（粉化）の発生について評価した。

【００３９】

【表１】

【００４０】高炉での非焼成ペレットの爆裂（粉化）の
発生の評価は、同じ装入量の非焼成塊成鉱を装入した場
合の高炉炉頂ガス中の粉塵量（kg/t-pig）を測定するこ
とにより行った。

【００４１】また、非焼成ペレットの中の自由水の含有
量は、サンプルを１０５℃の温度で乾燥した際の質量減
少量から算出したものであり、鉄鉱石中の結晶水やセメ
ントの水和物形成時の結合水は除かれたものである。

【００４２】表１から非焼成ペレット中の自由水含有量
を２％以下まで低減した本発明例は、その自由水含有量
が２％を超える比較例に比べて高炉内での爆裂（粉化）
の発生率に依存する高炉炉頂ガス中の粉塵量が大幅に低
減でき、高炉の安定操業にとって重要な高炉内の通気性
が向上するとともに、従来に比べて多くの非焼成塊成鉱
を使用することが可能となる。

【００４３】

【発明の効果】本発明の適用により、高炉内の通気性を
良好に維持しつつ、焼結鉱や焼成ペレットに比較してエ
ネルギー消費量や製造コストが格段に低い非焼成塊成鉱
の高炉での使用比率を大幅に増大でき、製鉄プロセスに
おけるトータルエネルギー消費量およびコストを大幅に
削減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の一例としての非焼成ペレッ
トの製造プロセス示す模式図。

【図２】自由水分含有量の異なる非焼成塊成鉱の加熱温
度とその爆裂（粉化）比率（％）との関係を示すグラ
フ。

【図３】加熱温度６００℃における非焼成塊成鉱中の自
由水分含有量とその爆裂（粉化）比率（％）との関係を
示すグラフ。

【符号の説明】

１：原料貯蔵槽２：コンベア３：造粒機４：ヤード（養生）５：乾燥装置６：高炉

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄含有原料に水和反応により硬化するバ
インダーと水を添加・混合して塊成化後、養生する非焼
成塊成鉱の製造方法において、養生後から高炉投入まで
の間に、前記非焼成塊成鉱を乾燥することにより、該非
焼成塊成鉱中の自由水分の含有量を２質量％以下に低減
することを特徴とする耐粉化特性に優れた非焼成塊成鉱
の製造方法。
【請求項２】鉄含有原料と、水和反応により硬化した
バインダーとが混合し塊成化してなる非焼成塊成鉱にお
いて、該非焼成塊成鉱中の自由水分の含有量が２質量％
以下であることを特徴とする耐粉化特性に優れた非焼成
塊成鉱。