JP2005163098A

JP2005163098A - 低ＳｉＯ２高強度焼結鉱の製造方法

Info

Publication number: JP2005163098A
Application number: JP2003403033A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nushishiro; 晃一主代
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】落下強度（ＳＩ）が高くかつ、還元粉化特性（ＲＤＩ）の低い、低SiＯ₂高強度焼結鉱の製造方法を提案すること。
【解決手段】 SiＯ₂が4.5 wt％未満である焼結鉱の製造に当たり、配合原料中の鉄鉱石原料として、50 wt％以上が見掛け密度4.2ｇ／cm³以上の鉄鉱石を用い、焼結時における焼結鉱の冷却は、冷却速度を２〜3.8℃／秒程度とする低SiＯ₂高強度焼結鉱の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は高炉用原料の一つである焼結鉱の製造方法に関し、特にSiＯ₂含有量を抑えた上で、落下強度（ＳＩ）が高くかつ還元粉化率（ＲＤＩ）の低い低SiＯ₂高強度焼結鉱を製造する方法を提案する。

近年、良質の塊鉄鉱石の枯渇傾向に伴い、高炉装入原料としての焼結鉱の使用比率が一段と高くなっている。焼結鉱は、通常、粉鉱石や硫酸滓、砂鉄、スケール、高炉ダスト及び転炉ダストなどの雑原科に石灰石、返鉱および炭材を混合してなる配合原料に、適量の水分を添加して造粒した後、その配合原料中に含まれている炭材を燃焼させて溶融し、焼結させることにより製造されている。すなわち、焼結鉱は、鉄鉱石がフラックス、即ちCaＯやSiＯ₂などのスラグ成分とを反応させ乍ら溶融し、その後冷却して塊状化したものである。

しかしながら、現在、使用されている焼結鉱は、塊鉄鉱石に比較するとSi０₂含有量が多く、そのため、高炉装入原料に占める焼結鉱の使用比率が高くなるのに従い、高炉スラグの発生量が増加し、高炉燃料比およびスラグ処理費の増大を招くなどの問題があった。とくに最近では、省資源・省エネルギーの観点からも、高炉燃料比およびスラグ比低減に対する要望が高まっている。しかしながら、焼結鉱中のSiＯ₂含有量を減少させることは、フラックス成分の減少に伴う焼結鉱強度の低下および還元粉化特性の悪化をもたらす原因となる。そのため、現状では焼結鉱中のSiＯ₂含有量下限値を4.5 mass％程度にするのが普通となっている。

このような背景のもとで、従来、MgＯ量の高いドロマイトを使用する方法（特許文献１）、焼結機への原料堆積方法を調整して低SiＯ₂焼結鉱を得る方法（特許文献２）、ドロマイトを配合した原料にコークスを加えて焼結する方法（特許文献３）やマグネサイトやブルースタイトを用いる方法（特許文献４）などにより、低SiＯ₂、低スラグ焼結鉱を製造する方法の提案がなされている。

特開平１０−２７３７３８号公報特開平１１−８０８４５号公報特開平１１−１３１１５１号公報特開２０００−１７８６５９号公報

しかしながら、上記従来技術のいずれの方法についても、実際には、SiＯ₂含有量の低下に伴い、落下強度（ＳＩ）および還元粉化率（ＲＤＩ）が悪化することから、焼結鉱中のSiＯ₂含有量を4.5 mass％程度の低下に留めているのが実情である。なお、従来のSiＯ₂含有量が4.5 mass％以上の焼結鉱においては、落下強度（ＳＩ）が89％程度、還元粉化率（ＲＤＩ）が39％程度となっている。一般に、焼結鉱においては、落下強度（ＳＩ）の向上に伴い、還元粉化率（ＲＤＩ）も改善される傾向にあること知られている。

本発明の目的は、従来技術の抱える上記問題点を解決し、高炉装入原料として利用される焼結鉱に関し、特に焼結鉱中のSiＯ₂含有量を4.5 mass％未満にしたものについて、それの落下強度（ＳＩ）を90％以上とし、還元粉化率（ＲＤＩ）を38％以下としたものとすることにより、ともに優れた特性を示す低SiＯ₂高強度焼結鉱を製造する有利な方法を提案することにある。

発明者らは、従来技術が抱えている上述した課題について鋭意検討し、上記目的の実現に向けた研究の中で、下記要旨構成にかかる焼結鉱の製造方法に想到した。
即ち、本発明は、SiＯ₂が4.5 wt％未満である焼結鉱の製造に当たり、配合原料中の鉄鉱石原料として、50 wt％以上が見掛け密度4.2ｇ／cm³以上の鉄鉱石を用い、焼結時における焼結鉱の冷却は、冷却速度を２〜3.8℃／秒とすることを特徴とする低SiＯ₂高強度焼結鉱の製造方法である。

なお、本発明においては、焼結鉱の冷却速度を制御する方法として、250 ℃以上の熱風、好ましくは250〜350℃の熱風を用いること、そして、冷却制御を行う範囲を焼結ベッド表面から200 mm下の範囲内にすることが好ましい。また、本発明においては、焼結機上でのシンターケーキの上面から200 mm下までの焼結層の冷却速度を２〜3.8℃／秒にすることが好ましい。

本発明によると、焼結鉱中のSiＯ₂含有量を4.5 wt％未満に抑制しても、落下強度（ＳＩ）が90％以上で、還元粉化率（ＲＤＩ）が38％以下の、焼結鉱特性に優れた製品を簡易に製造することができる。

以下、本発明に係る焼結鉱の製造方法ついて説明する。
焼結鉱の強度は、配合原料の粒度や配合比率（塩基度）など、様々な因子が影響を及ぼしていることは周知である。特に低SiＯ₂含有焼結鉱については、CaＯやSi０₂などのフラックス成分の減少に伴う落下強度（ＳＩ）の低下や還元粉化率（ＲＤＩ）の悪化が顕著となることが知られている。そして、焼結鉱の強度は、多孔質であることから、構成する単位粒子自体の強度すなわち基質強度と、各粒子とをつなぐ接合強度の両方の影響を受けることも知られている。

そこで、本発明では、まず、基質強度を向上させる方法として、焼結鉱の配合原料に着目し、この配合原料中の鉄鉱石とくにそれの緻密度の指標である見掛け密度について着目して研究した。即ち、配合原料中の鉄鉱石の種類やその配合比率などを変えることにより、種々の見掛け密度の焼結鉱を製造し、その焼結鉱の強度についての評価試験を行った。

その結果、配合原料中に占める鉄鉱石のうちの50 mass％以上が、見掛け密度が4.3ｇ／cm³以上の鉄鉱石を使用することが有効であることがわかった。このような高見掛け密度鉄鉱石、即ち、4.3ｇ／cm³以上の鉄鉱石を用いると、焼結鉱の破壊の起点となる気孔を少なくすることができる。そのために落下速度（ＳＩ）の向上に寄与することになり、鉄鉱石原料中の高見掛け密度鉄鉱石の比率を50 mass％以上とし、落下速度（ＳＩ）の向上のためには、その比率は高くするほど好ましい。高見掛け密度鉄鉱石の比率が50 mass％未満では、落下強度（ＳＩ）を90％以上にすることができないからである。なお、こうした高見掛け密度鉄鉱石の例としては、南米産へマタイト鉱石、南米産磁鉄鉱および北米産磁鉄鉱などが挙げられる。

なお、焼結鉱の落下強度（ＳＩ）を向上させる方法としては、焼結鉱の冷却時に生じる内部熱応力を軽減することにより、クラックの発生を抑制する方法が知られている。そこで、発明者らは、高見掛け密度鉄鉱石を用いて破壊の起点となる気孔の少ない配合原料を用い、落下強度（ＳＩ）の高い焼結鉱を製造する原料とすることだけでなく、さらに強度の高い焼結鉱を得る方法についても検討した。即ち、焼結原料の他に検討した内容は、焼結時の焼結鉱の冷却速度である。それは、焼結鉱の落下強度（ＳＩ）に影響するクラックの発生には前記冷却速度の影響が大きいからである。すなわち、落下強度（ＳＩ）の高い焼結鉱を得るためには、高見掛け密度鉄鉱石を用いることの他、前記焼結鉱製造時の冷却によるクラック発生による落下強度（ＳＩ）への影響を考慮すべきである。

そこで、発明者らは、焼結鉱の冷却速度が焼結鉱の強度に及ぼす影響について実験を行った。ここで冷却速度とは、焼結時において、焼結機上にある焼結鉱が1250 ℃から冷却過程されるときに、最も大きな速度となる最大冷却速度のことである。図１に示すように、冷却速度が遅いほど内部応力が減少してクラックの発生が少なくなり、焼結鉱の落下強度（ＳＩ）向上には望ましい結果となる。しかしながら、この冷却速度が遅いケースでは、同時に生産性の低下を招くため、速度低下にも限界があり、実用的には冷却速度を２℃／秒以上とすることが望ましい。一方、冷却速度が約3.8℃／秒を超えるときは、クラックの発生が多くなり、落下強度（ＳＩ）の低下を生じる。すなわち、焼結鉱の冷却速度を２〜3.8℃／秒とすることが、生産性低下を防止して、落下強度（ＳＩ）を向上させるために有効であることがわかった。

本発明において、前記冷却速度を制御する手段としては、冷却速度を低下させるため焼結べツドの上方から所定温度の熱風を吸引する冷却方法が有効である。この熱風の温度は、図２に示すところから明らかなように、冷却速度を3.8℃／秒以下にするためには、250 ℃程度以上とすることが望ましい。なお、図２において冷却速度を３℃／秒とすることにより落下強度（ＳＩ）は、90.6以上となる。熱風温度が250 ℃未満になると焼結鉱の冷却速度が3.8℃／秒を超えるようになるため、焼結鉱強度の向上効果が小さくなる。

さらに、発明者らは、焼結鉱を冷却する冷却制御範囲についても検討した。その結果、焼結ベッドにおいて焼結鉱が表面（上方）から内部（下部）へと次第に進行していく過程において、焼結鉱の冷却速度は、焼結ベッド上部で大きく、下部では比較的小さくなる。即ち、図３に示すように、焼結ケーキの上面から200 mm下までは冷却速度を制御する効果が認められるが、それより下部ではその効果が小さいことがわかった。

以下で述べる説明は、上述した知見に基づき、原料鉄鉱石の見掛け密度や焼結時の冷却速度、冷却制御範囲と焼結鉱強度との関係を調べるために、焼結鉱の製造実験を行ったので、その結果について説明する。

（実施例１Ａ）
この焼結鉱製造実験において行った見掛け密度の測定はＪＩＳＭ８７１６に従って行った。また、焼結鉱の品質を評価するものとして行った焼結鉱落下強度試験は、ＪＩＳＭ８７１１に規定された落下強度（ＳＩ）で示し、また還元粉化率（ＲＤＩ）はＪＩＳＭ８７２０に基づく還元粉化試験により求めたものである。
表１に示す鉄鉱石（Ａ〜Ｅ）と、ニッケルスラグ、ドロマイトおよび石灰石を、表２の配合比率で混合し、焼結燃料として炭材を加えて配合原料を調整し、さらに水を加えてドラムミキサーにて混合造粒した。この混合原料を、焼結機に装入し、SiＯ₂：4.4 mass％、CaＯ：8.9 mass％およびMgＯ：1.4 mass％からなる製品焼結鉱を製造した。また、配合原料に含まれる見掛け密度が4.2ｇ／cm³以上の鉄鉱石（以下、高見掛け密度鉄鉱石と称す）の比率（mass％：（鉱石Ａ＋Ｂ）／（鉱石Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ））をあわせて表２に示す。なお、炭材は、主原料に対し4.0 mass％の割合で添加した。同じく表１中に落下強度（ＳＩ）と還元粉化率（ＲＤＩ）の結果を示す。
表１に示す結果より、高見掛け密度鉄鉱石の比率が50 mass％以上の実施例１の焼結鉱については、落下強度（ＳＩ）が90％以上および還元粉化率（ＲＤＩ）が38％以下になることが確認できた。

（実施例１Ｂ）
実施例１Ｂは実施例１Ａと同じ配合原料を用い、冷却制御のみ変更を加えたものである。落下強度（ＳＩ）、還元粉化率（ＲＤＩ）は冷却制御を加えなかった例に対し、表２に示すように向上した。

（実施例２）
実施例１と同様の配合条件の原料を用い、焼結するとき、焼結がベッド上面より100 mm進行する間のベッド上に熱風供給用フードを設けて、250℃の熱風をそのベッド上面に供給し、焼結鉱の最大冷却速度を2.7℃／秒とした。表１に示す結果より、実施例２の焼結鉱において、落下強度（ＳＩ）が90％以上および還元粉化率（ＲＤＩ）が38％以下となることが確認できた。

（実施例３）
実施例１と同様の配合条件の原料を用い、焼結する際、焼結がベッド上面より200 mm進行する間のベッド上に熱風供給用フードを設けて、350 ℃の熱風をそのベッド上面に供給し、焼結鉱の最大冷却速度を1.9 ℃／sとした。表１の結果より実施例３の焼結鉱において、落下強度（ＳＩ）が90％以上および還元粉化率（ＲＤＩ）が38％以下となることが確認できた。

本発明に係る技術は、高炉用装入原料である焼結鉱製造の分野において適用でき、とくに低SiＯ₂含有の高強度焼結鉱を得るのに好適に用いられる。

冷却速度と落下強度（ＳＩ）の関係を示すグラフである。熱風温度と落下強度（ＳＩ）の関係を示すグラフである。ベッド上面からの距離と落下強度（ＳＩ）の関係を示すグラフである。

Claims

SiＯ₂が4.5 wt％未満である焼結鉱の製造に当たり、配合原料中の鉄鉱石原料として、50 wt％以上が見掛け密度4.2ｇ／cm³以上の鉄鉱石を用い、焼結時における焼結鉱の冷却は、冷却速度を２〜3.8℃／秒とすることを特徴とする低SiＯ₂高強度焼結鉱の製造方法。
焼結鉱の冷却速度を制御するための熱源として、250℃以上の熱風を用いると共に、その冷却制御の範囲を焼結ベッド表面から200 mmの範囲内にすることを特徴とする請求項１記載の低SiＯ₂高強度焼結鉱の製造方法。
焼結機上でのシンターケーキの上面から200 mm下までの焼結層の冷却速度を２〜3.8℃／秒とすることを特徴とする請求項1記載の低SiＯ₂高強度焼結鉱の製造方法。