JP4529838B2

JP4529838B2 - 焼結鉱および高炉操業方法

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Publication number: JP4529838B2
Application number: JP2005229831A
Authority: JP
Inventors: 登坂本; 達郎有山; 英俊野田; 孝一市川; 友男鴨志田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-08-08
Filing date: 2005-08-08
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2018-12-25
Also published as: JP2006009156A

Description

本発明は、高炉原料として使用される焼結鉱および高炉操業方法に関する。

従来から高炉原料として、粉鉄鉱石、媒溶材、および粉コークス等を混合し、造粒した後、焼結することにより得られる焼結鉱が用いられている。

このような焼結鉱に関して、従来、原料配合や造粒工程を調整して通気性を改善することや、擬似粒子の表面に粉コークスを付着させて燃焼性を良好にすること、配合原料や擬似粒子の構造を調整して燃料効率を高めること等、種々の試みがなされている。

例えば、特許文献１には、高炉に直接装入できない粗粒の粉コークスを高炉燃料として使用するために、粗粒粉コークスを核として内在させた焼成塊成鉱の製造方法が開示されている。

この技術は、粉鉄鉱石に媒溶材と粉コークスを配合して混合・造粒して、粗粒粉コークスを核として内在させた生ペレットを作り、この生ペレットに粉コークスを被覆し、得られた生ペレットを無端移動グレート式焼結炉で焼成することにより焼成塊成鉱を製造する。生ペレットの核として内在させる粗粒粉コークスには塊コークス製造過程で発生する粉コークスのうち粒径が１〜３ｍｍの小粒コークスを使用する。生ペレットの焼成過程では、核の粗粒粉コークスは燃焼することなく残り、この塊成鉱を高炉に装入すると塊成鉱が高炉内で還元、溶融され、粗粒粉コークスが燃焼するので、その分に見合った塊コークス原単位を低減できる。すなわち、塊成鉱の原料に対する粗粒粉コークスの配合割合を１０ｗｔ．％とすれば、高炉の塊コークス原単位を約１０％低減することができる。

また、焼結鉱の性状は高炉操業に直接影響を及ぼすため、焼結鉱の性状を制御することにより高炉操業を制御することも試みられている。例えば、特許文献２には、粉鉱石に５〜２０ｗｔ．％の粉コークス・無煙炭を配合造粒して内層とし、また、粉鉱石、副原料および２〜５ｗｔ．％の粉コークス・無煙炭を混合コーティングして外層とし、このようにして２層構造の擬似粒子を形成し、この擬似粒子を焼結原料の一部として混合・造粒したのち焼結機で焼結して半還元焼結鉱を製造する方法が開示されている。この場合、焼結過程で擬似粒子の外層から生成する融液と内層の粉コークスや無煙炭中の固形炭素との直接還元により焼結鉱の一部が還元される。

また、特許文献２には、他の態様として粉コークス・無煙炭を予め擬似粒子化し、この擬似粒子にＡｌ_２Ｏ_３を２．０ｗｔ．％以上含む粉鉱石や副原料等でコーティングして２層擬似粒子とし、この２層擬似粒子をその他の主原料、副原料、スケール、粉コークス、無煙炭とともに１次ミキサー、２次ミキサーで混合・造粒して焼結機に装入する方法も開示されている。

いずれの擬似粒子形態であっても、焼結遇程で生成する融液が内層の粉コークス・無煙炭中の固形炭素により直接還元される際に吸熱反応が起こり、このため通常発生する焼結ベッド下層部の熱過剰が防止され、焼結ベッドの通気性が良くなるので焼結生産率や焼結鉱品質が改善される。一方、高炉で使用した場合には、高炉の燃料比、出銑比が改善される。

ところで、従来の高炉操業では、高炉発生ガスの発熱量（潜熱）は主に燃料比と相関があり、一般には燃料比が高ければ高炉発生ガスの発熱量も高く、また、燃料比が低ければ高炉発生ガスの発熱量も低くなる。しかし、高炉発生ガスを製鉄所内で加熱炉等の燃料として使用する場合、高炉の燃料比が変動しても高炉発生ガスの発熱量は変動しないことが望ましい。さらには、高炉の燃料比を一定に維持したまま高炉発生ガスの発熱量を高くする等、高炉の燃料比と無関係に高炉発生ガスの発熱量を制御できる技術があれば、さらに好ましい。

また最近、ＣＯ_２削滅が社会的ニーズであり、そのため、鉄鋼業においても高炉操業の燃料比の低減、すなわち高炉発生ガス量の低減が求められている。しかし、製鉄所内で高炉発生ガスを燃料として使用する観点からすれば、燃料比の低減は高炉発生ガスの発熱量低下に繋がるので好ましくない。したがって、この場合も高炉の燃料比と無関係に高炉発生ガスの発熱量を制御する技術が必要になる。

このように、高炉の燃料比と無関係に高炉発生ガスの発熱量を制御するためには、焼結鉱の性状を制御することが考えられるが、このようなことを考慮した技術は未だ提案されていない。すなわち、上記特許文献１に開示された技術では、単に高炉の塊コークスの原単位を低減するにすぎず、また、特許文献２に開示された技術は、高炉の燃料比を低減させて高炉出銑比を向上させるものにすぎない。
特公平０８−９７３９号公報特開平０４−２１０４３２号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、高炉の燃料比に依存せずに高炉発生ガスの発熱量を制御することができる焼結鉱、および高炉操業方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、高炉の燃料比に依存せずに高炉発生ガスの発熱量を制御するために、総括物質熱収支を基にしたリスト線図を種々検討した結果、高炉へ装入する焼結鉱の還元率を変化させることにより、高炉の燃料比に依存せずに高炉発生ガスの発熱量を制御することができることを見出した。

この総括物質熱収支を基にしたリスト線図の検討の結果、例えば、高炉へ装入する焼結鉱の還元率を２０％以上３０％未満（酸化鉄の還元前の状態をＦｅ_２Ｏ_３とした時のＦｅＯまでの予備還元状態）とすれば、高炉の燃料比を一定にしたまま高炉発生ガスの発熱量を焼結鉱の還元率にほぼ比例して変化させることが可能であり、また、高炉へ装入する焼結鉱の還元率を３０％以上９０％未満とすれば、高炉発生ガスの発熱量を一定に維持したまま燃料比を変化させることが可能であると推定された。

このように、高炉の燃料比に依存せずに高炉発生ガスの発熱量を制御するためには、焼結鉱の還元率を２０％から９０％未満の広範囲で自由にコントロール可能な製造方法が必要である。

しかしながら、上記特許文献２に開示された技術の半還元焼結鉱の製造方法には以下の問題点があって、焼結鉱の還元率を２０％から９０％未満の広範囲で自由にコントロールすることができない。すなわち、この特許文献２に記載された半還元焼結鉱の製造方法では、擬似粒子が２層構造であって内層に直接還元用の粉コークス・無煙炭を配置するものの、外層に燃料用の粉コークス・無煙炭を配合する際に、燃料の粉コークス・無煙炭が粉鉱石や副原料と混合した状態で配合されるため、燃焼性が悪く、その結果還元率のコントロール性も悪い。また、還元率を２０％以上９０％未満の広い範囲で制御するには、目標還元率に応じた粉コークス・無煙炭の量を定める必要があるが、この技術には粉コークス・無煙炭の量と達成還元率の関係が明示されていないため、還元率の制御性を有するとは言えない。

また、還元率が２０％以上３０％未満では焼結鉱中の酸化鉄はＦｅＯの状態まで還元されるが、粉鉱石中のＳｉＯ_２含有量が高いと（１）式の反応が生じて低融点・難還元性のファイヤライトが生成し易くなるため、高炉での被還元性が悪化し、リスト線図で規定されるシャフト効率（ＦｅＯ〜Ｆｅ還元平衡への到達度）が悪化する。その結果、炉頂ガス潜熱は上昇するものの燃料比も上昇するといった問題を引き起こす。
２ＦｅＯ＋ＳｉＯ_２（脈石）→２ＦｅＯ・ＳｉＯ_２（ファイヤライト）…（１）

また、上記特許文献１に記載されている焼成塊成鉱の製造方法は、粗粒コークスを核として内在させた生ペレットを作り、この生ペレットに粉コークスを被覆し、得られた生ペレットを無端移動グレート式焼結炉で焼成する製造方法であるが、成品焼結鉱の内部に未燃焼の粗粒粉コークスを残し、この未燃焼のコークスを高炉内で燃焼させることにより高炉での塊コークスの量を減らすことを期待している。したがって、成品焼結鉱中に粉コークスが多量に残るため、成品焼結鉱の強度が低下したり、焼結機後段にある破砕・冷却工程で発火してコンベアを焼損する等の問題がある。また、結果として成品焼結鉱が予備還元されているとしても粗粒コークスの粒径や量および生ペレットを被覆するための粉コークスの粒径や量といった還元率の制御方法および達成し得る還元率が不明である。

このようなことから、本発明者らは、焼結鉱の還元率を２０％から９０％の広範囲で自由にコントロール可能な製造方法を検討した結果、核、内層、最外層の３層構造からなる擬似粒子において、燃料である微粉コークスを最外層に配合することで粉コークスの燃焼効率を高め、核として配合される粗粒粉コークスとの量比を適切に定めることにより到達還元率が制御され、さらに、これにより到達還元率の制御性が格段に高まることを見出した。

本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、第１発明は、無端移動グレート式焼結機で焼成して得られる焼結鉱であって、配合原料中のＳｉＯ _２含有量を６ｗｔ．％以下に調整し、混合・造粒過程で核として機能する１ｍｍ以上１０ｍｍ未満の粗粒粉コークスと、焼成に必要な熱量を供給するための燃料である擬似粒子表層部を被覆する微粉コークスを用い、混合原料中の粉コークスの割合を４．５ｗｔ．％から８．５ｗｔ．％の範囲で変化させて、混合原料中の粗粒粉コークス量と外装（被覆）用微粉コークス量の割合（内外装比率＝内装量／外装量）を０．８以上２．５以下として予備還元率と混合原料中の粉コークスの割合との相関を求め、その相関に基づいて焼成過程でのＦｅＯ還元段階までの予備還元率が２０％以上３０％未満の範囲にされていることを特徴とする焼結鉱を提供する。

第２発明は、無端移動グレート式焼結機で焼成して得られる焼結鉱であって、配合原料中のＳｉＯ _２含有量を６ｗｔ．％以下に調整し、混合・造粒過程で核として機能する１ｍｍ以上１０ｍｍ未満の粗粒粉コークスと、焼成に必要な熱量を供給するための燃料である擬似粒子表層部を被覆する微粉コークスを用い、混合原料中の粉コークスの割合を８．５ｗｔ．％から３０ｗｔ．％の範囲で変化させて、混合原料中の粗粒粉コークス量と外装（被覆）用微粉コークス量の割合（内外装比率＝内装量／外装量）を０．８以上２．５以下として、予備還元率と混合原料中の粉コークスの割合との相関を求め、その相関に基づいて焼成過程でＦｅＯ還元段階までの予備還元率が３０％以上９０％未満の範囲にされていることを特徴とする焼結鉱を提供する。還元率のより好ましい範囲は７０％以下である。

第３発明は、無端移動グレート式焼結機で焼成して得られる第１発明又は第２発明の焼結鉱を高炉に装入して高炉操業を行う高炉操業方法であって、装入する焼結鉱の焼成過程でのＦｅＯ還元段階までの予備還元率を２０％以上３０％未満の範囲で、高炉ガスの発熱量を向上させ、３０％以上９０％未満の間で制御して、高炉の燃料比を制御することを特徴とする高炉操業方法を提供する。

無端移動グレート式焼結機で焼成して上記焼結鉱を製造するにあたり、少なくとも、配合原料中のＳｉＯ_２含有量を６ｗｔ．％以下に調整する工程と、前記配合原料に粒子径が１ｍｍ〜１０ｍｍに調整された固体燃料（Ａ）を所定量混合して造粒物とする１次造粒工程と、前記造粒物に粒子径が５ｍｍ以下に調整された固体燃料（Ｂ）の所定量を混合して造粒し、固体燃料（Ｂ）により被覆された擬似粒子とする２次造粒工程とを備えた焼結鉱の製造方法を採用することができる。

この場合に、混合原料１ｔに対する固体燃料（Ａ）と固体燃料（Ｂ）の重量の和の割合が４．５ｗｔ．％〜３０．０ｗｔ．％で、かつ、固体燃料（Ａ）と固体燃料（Ｂ）の重量の比（Ａ）／（Ｂ）の値を０．８以上とすることが好ましい。

また、成品焼結鉱１ｔに対する固体燃料（Ａ）と固体燃料（Ｂ）の重量の和が５０ｋｇ／ｔ以上で、かつ、固体燃料（Ａ）と固体燃料（Ｂ）の重量の比（Ａ）／（Ｂ）の値を０．８以上となるように固体燃料の配合量を調整することが好ましい。

なお、既存の還元塊成鉱は主に電気炉原料であって、還元率は９５％以上と高く、電気炉では溶解だけが行われて還元はされない。その製造プロセスは例えばシャフト炉タイプではミドレックスプロセス、Ｈｙｌ−IIIプロセス、またロータリーキルンタイプではＳＬ／ＲＮプロセス等である。しかし、これらのプロセスの生産量は焼結プロセス等に比べると相対的に低いうえ、成品塊成鉱の強度等も低いものであって高炉原料には適さない。

本発明では、高炉の高炉発生ガスの発熱量を燃料比と無関係に制御することを目的としており、高炉装入原料の予備還元率を変化させようとする場合には、通常の焼結鉱或いはペレット並みの生産率、成品強度、粒度、被還元性等の物理的、冶金的性状が維持されることが必要である。しかし、高炉で最終還元が行われるので予備還元率も９５％以上である必要はない。

本発明によれば、焼結鉱の予備還元率を２０％以上３０％未満とすることにより、高炉の燃料比を一定に維持したまま高炉発生ガスの発熱量を変化させ得る。また、焼結鉱の予備還元率を３０％以上９０％未満とすることにより、高炉発生ガスの発熱量を一定に維持したまま燃料比を変化させ得る。したがって、高炉の燃料比に依存せず、高炉発生ガスの発熱量を制御することができる。また、本発明によれば、予備還元率の制御性に優れた焼結鉱の製造方法が得られる。本発明の製造方法によって得られた予備還元焼結鉱は還元率が２０％〜３０％の範囲でも、焼結過程でファイヤライトの生成が抑制されるので、焼結性の悪化、および、高炉での被還元性の悪化がない。また、成品焼結鉱中に未燃焼の粉コークスが残らず、成品焼結鉱の強度低下および破砕・冷却工程での発火によるコンベヤ焼損という問題もない。

以下、本発明について具体的に説明する。
まず、本発明者らが物質総括熱収支を基にしたリスト線図から理論的に得た推察、すなわち、高炉装入原料の予備還元率を変化させることにより、高炉の燃料比と無関係に高炉発生ガスの発熱量を制御し得るとの推察について、図面に基づいて説明する。図１は高炉内部のガス温度分布を示すグラフ、図２は酸化鉄の還元平衡と実際の炉内ガス組成と酸化鉄酸化度の関係を示すグラフである。

図１では、高炉内部のガス温度は炉頂部で約１５０〜２００℃、羽口先で２０００〜２４００℃である。また、シャフト部にはいわゆる熱保存帯と称するほぼ１０００℃一定の温度領域が存在する。この熱保存帯では酸化鉄はＦｅＯ〜Ｆｅ還元平衡から僅かにずれたガス組成および還元段階で存在する。

図２において、上段の横軸は高炉のガスの酸化度（換言すれば、炭素原子に対する酸素原子比Ｏ／Ｃ）である。ガスの酸化度は高炉下部でガス組成がＣＯのみの場合は１であり、ガスが酸化鉄を還元しながら上部に移行して最終的に全量ＣＯ_２（＋Ｎ_２）となった場合は２である。この結果はガス中にＨ_２およびＨ_２Ｏが含有されても還元平衡図に多少の変化が現れる以外は基本的な考え方は同じである。一方、縦軸は鉄原子に対する酸素原子比（Ｏ／Ｆｅ）を示す。最も酸化度の高いＦｅ_２Ｏ_３の酸化度は１．５であり、Ｆｅ_３Ｏ_４では１．３３、ＦｅＯでは１．０５である。

図２の下段は酸化鉄のＣＯによる還元平衡図である。横軸は上述と同様ガスの酸化度を表し、縦軸は還元平衡温度を表す。図１より熱保存帯の温度を１０００℃とした場合、図２の下段よりこの温度におけるＦｅ〜ＦｅＯ還元平衡時のガス酸化度（Ｏ／Ｃ）が求められる。鉱石（ＦｅＯ）の酸化度が１．０５であるから図２の上段のＷ点が求まる。

一方、酸化度１．５の鉱石を炉頂より装入した場合、直線Ｐ_Ｔ−Ｐ_Ｂ（以下操作線と称す）に沿って鉱石の酸化度およびガスの酸化度が変化する。高炉の燃料比はこの直線の勾配（Ｃ／Ｆｅ）で決定される。高炉の操業が理想的に行われ、還元平衡に到達している場合には、この直線はＷ点に接しており燃料比は最小値をとるが、実際の高炉では酸化鉄の還元は平衡よりずれるため操作線はＷ点を通らず、例えばＰ_１点を通る。ここで直線Ｐ_０−Ｗと直線Ｐ_０−Ｐ_１の長さの比（Ｐ_０−Ｗ）／（Ｐ_０−Ｐ_１）は高炉の還元平衡到達度を表し、シャフト効率と称されるものである。通常、高炉のシャフト効率は０．９０〜０．９５程度である。

高炉原料として本発明の予備還元焼結鉱を使用した場合、高炉装入時の酸化鉄の酸化度は１．５より低いから、図２のＰ_Ｔに代わってＰ_Ｔ”になる。これにより、ガス組成（酸化度）も低下し、その結果Ｂガス発熱量が上昇する。ただし、この場合は直線Ｐ_Ｔ−Ｐ_Ｂの勾配は変化しないので燃料比は原則的には変化しない。

また、予備還元率が３０％を超える場合は、Ｗ点の縦座標は１．０５より低いＷ’点に移行する。シャフト効率一定と仮定すると、操作線はシャフト効率（Ｐ_０−Ｐ_１／Ｐ_０−Ｗ’）が一定となるＰ_１’点を通ることになり、その結果操作線の勾配は小さくなり燃料比は低下する。ただし、この場合はガスの酸化度の低下はないので高炉発生ガス発熱量は変化しないと推察される。

すなわち、予備還元率が３０％未満（ＦｅＯ還元段階まで）ではその予備還元率に応じて高炉発生ガスの酸化度が低下し、その結果高炉発生ガスの発熱量が向上する。ただし、高炉の燃料比低減、その結果としての炭酸ガス発生量の削減はできない。しかし、高炉発生ガスを製鉄所内で加熱炉等の燃料として使用する場合、高炉発生ガスの発熱量が向上するため製鉄所の総エネルギー消費量を削減することが可能となる。なお予備還元率が２０％未満では高炉発生ガス発熱量の上昇効果が少ない。

一方、予備還元率が３０％以上（ＦｅＯと一部金属鉄が存在する還元段階）では予備還元率に応じ高炉の燃料比の低減、およびその結果として炭酸ガス発生量の削減が可能となる。すなわち、一貫製鉄所のエネルギー多消費部門である高炉のエネルギー消費量を削減し、以て炭酸ガス発生量を抑制する効果が期待される。但しこの場合は高炉発生ガスの酸化度低下（発熱量の上昇）は期待できない。したがって、本発明では、焼結過程での予備還元率を２０％以上３０％未満、または３０％以上９０％未満としている。本発明では焼結鉱の予備還元率を９０％未満とするが、その理由は、通常の焼結機では予備還元率を９０％以上とするのは困難であり、また達成されたとしてもヤードで保管する際に再酸化するなどの問題があるためである。なお、固体燃料の割合を適度なものとする観点からは、予備還元率が７０％以下が好ましい。

本発明は、このように、焼結鉱の焼結過程において予備還元率２０％以上９０％未満の間で制御し、高炉に装入することにより、高炉の燃料比にかかわらず、高炉ガスの発熱量を制御可能にするものである。このような焼結鉱は、具体的には、核、内層、最外層の３層構造からなる擬似粒子を用い、核として配合された粗粒粉コークスが、焼結過程で内層から生成する融液を還元することにより予備還元される。また、燃料である微粉コークスを最外層に配合することで粉コークスの燃焼効率を高め、核として配合される粗粒粉コークスとの量比を適切に定めることにより到達還元率が制御され、さらに、これにより到達還元率の制御性が格段に高まる。

以下、このような焼結鉱の製造方法について説明する。図３は本発明を実施するためのプロセスフローを示す工程図である。図３において、１は通常の焼結原料ホッパ、２は返鉱ホッパ、３は媒溶剤ホッパ、４は粗粒粉コークスホッパである。５は１次ドラムミキサ、６はディスクペレタイザ、７は微粉コークスホッパ、１０はシャトルコンベア、１１は無端移動グレート式焼成炉、１２は点火炉である。

以上の設備において、各ホッパから焼結原料、媒溶剤および粗粒粉コークスを所定量切り出しドラムミキサ５に供給し、水を添加しながら混合する。つづいて、前記混合原料をディスクペレタイザ６に供給し、水を添加しながら造粒する。この時、粗粒粉コークスを核とした生ペレットが形成される。次に、ディスクペレタイザ６で造粒した生ペレットを２次ドラムミキサ８に供給し、水および粉コークスホッパ７から切り出した粉コークスを添加しながら混合する。この混合により、表面に粉コークスが被覆された粒径が２〜２０ｍｍの擬似粒子ができる。粉コークス被覆の擬似粒子をシャトルコンベア１０を介して焼成炉１１に装入し、点火炉１２で装入原料層表面に点火、下向きに空気を吸引して焼成する。なお、原料条件に応じ１次ドラムミキサ５で造粒が充分行われる場合は、ディスクペレタイザー６による造粒工程を省略しても良い。

図４は、本発明の製造遇程で得られる３層構造の擬似粒子の断面図である。１３は擬似粒子の核を形成する粗粒粉コークス、１４は粉鉱石、返鉱、媒溶剤の混合物から形成される内層、１５は微粉コークスからなる最外層である。なお、一般には複数銘柄の粉鉱石と雑鉄源と副原料との混合物を新原料と呼び、新原料に返鉱を加えたものを配合原料と呼ぶ。副原料には媒溶剤および生石灰等のバインダーが含まれる。また、配合原料に固体燃料を加えたものを混合原料と呼ぶ。

本発明では、配合原料中のＳｉＯ_２含有量を６ｗｔ．％以下に調整する。これは、配合原料中に６ｗｔ．％を超えるＳｉＯ_２が含有されていると焼成過程で上記（１）式に示す反応により多量のファイヤライトが生成するが、このファイヤライトは高炉内で１０００℃以下の塊伏帯では難還元性を示して還元停滞を引き起こし、また、１０００℃以上の軟化・溶融帯では多量の低融点スラグを発生して軟化・溶融帯の溶け落ち性伏を悪化させ、高炉燃料比低減の障害となるからである。

媒溶剤としては、通常生石灰が望ましいが、消石灰、ベントナイトの他、微粉末スラグ、ポルトランドセメント等でも良い。

固体燃料としては、粗粒および微粒の粉コークスのほか無煙炭、石炭、チャー、石油コークス等でも代替が可能である。ここでは、便宜上粉コークスを例として説明する。

粗粒の粉コークスは、１次ミキサーによる混合・造粒過程で核として機能し、粗粒粉コークスの周りに原料の粉鉱石や媒溶剤が付着し造粒される。また、焼結過程では擬似粒子の内部より還元を起こさせ、かつ還元組織の再酸化を抑制する。そのため、粗粒粉コークス粒径は１ｍｍ以上１０ｍｍ未満、望ましくは３〜８ｍｍが効果的である。粒径が１ｍｍ以下では造粒工程で核として機能せず、粗粒粉コークスを核としてその周囲に焼結原料が付着した造粒物が形成されにくい。したがって、本発明が意図するような擬似粒子内部からの還元も不十分になる。また、１０ｍｍ以上では焼結後の成品塊成鉱中に炭材が多量に残りグレートの後の破砕、冷却工程で発火しコンベヤーの焼損や、成品塊成鉱強度の低下等を引き起こす。

被覆用の微粉コークスは焼成に必要な熱量を供給するための燃料である。燃焼効率を高めるために擬似粒子表層部に微粉コークスを被覆する。その際に擬似粒子表層部に均一かつ強固な被覆層を形成することが重要である。また、微粉コークス量の変化が発熱量に直接反映されるため熱量コントロール性に優れる。粉コークス粒径は小さい程良く、上限は５ｍｍ、望ましくは１ｍｍ以下とすることが望ましい。

また、目標とする予備還元率を達成するためには、混合原料中の粉コークスの割合を所定の値に設定する必要がある。予備還元率と混合原料中の粉コークスの割合との相関は、製造所毎の諸条件によって異なるので、それぞれの製造所毎で求めればよい。例えば、予備還元率の目標値を２０％以上３０％未満の範囲に設定する場合、混合原料中の粉コークスの割合を４．５ｗｔ．％から８．５ｗｔ．％の範囲で変化させて予備還元率と混合原料中の粉コークスの割合との相関を求め、その相関に基づいて混合原料中の粉コークスの割合を決定する。

なお、混合原料中の粉コークスの割合が４．５ｗｔ．％未満では成品焼結鉱中のＦｅＯ含有量が１０〜１５ｗｔ．％程度にしかならず、高炉発生ガス発熱量の向上には殆ど効果がない。一方、粉コークス量が８．５ｗｔ．％超では高炉発生ガス発熱量は飽和してしまう。

同様に、予備還元率を３０％以上９０％未満の範囲に設定する場合は、混合原料中の固体燃料の割合を８．５ｗｔ．％から３０ｗｔ．％の範囲で変化させて相関を求めればよい。粉コークスの割合が３０．０ｗｔ．％を超えると粉コークスの燃焼時間が著しく長くなるため焼結鉱の生産率が悪化したり、焼結ベッドヘの供給熱量が過剰になってベッド内での融体生成量が著しく増える結果、ベッドの通気性が悪化する。

添加する粉コークス量は、前述のように、混合原料に対する割合であるコークス比で表してもよく、また、焼結生産量１トン当たりのコークス原単位で表してもよい。以下の関係式を利用して、コークス比とコークス原単位の間で換算が可能である。
コークス原単位（ｋｇ／ｔ）＝｛コークス比（％）×（新原料使用量（ｋｇ／ｔ）＋返鉱使用量（ｋｇ／ｔ））｝／（新原料使用量（ｋｇ／ｔ）×焼結歩留（％））×１０００

一般的な焼結機の焼結歩留は約９１．０％、新原料使用量は１１１０ｋｇ／ｔ、返鉱使用量は２００ｋｇ／ｔであるので、コークス比４．５％はコークス原単位５８ｋｇ／ｔに換算される。

したがって、同様に上記の範囲でコークス原単位を変化させて予備還元率とコークス原単位の相関を求め、目標とする予備還元率に対するコークス原単位を定めることができる。

また、予備還元率の範囲がいずれであっても、固体燃料中の内装（核）用粗粒粉コークス量と外装（被覆）用微粉コークス量の割合（内外装比率＝内装量／外装量）を０．８以上とすることが好ましい。固体燃料の内外装比率が０．８以下では擬似粒子内部から還元する還元能力が不足する。また、核として配合する粉コークスが少なくなる分、外装比率が高くなるため前記の場合と同様に燃焼熱が過剰となり生産率が低下する。

以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
本発明を実施するに際し、図３に示した造粒工程にしたがって擬似粒子を製造し、この擬似粒子を試験鍋で焼成する方法で、本発明の予備還元率到達度および予備還元率の制御性を確認した。なお、説明の便宜上、予備還元率が３０％未満（ＦｅＯまでの還元）の焼結鉱をＬ型焼結鉱、また、予備還元率が３０％以上９０％未満の焼結鉱をＨ型焼結鉱とに区別し、この実施例１ではＬ型焼結鉱について、また、後述する実施例２ではＨ型焼結鉱について説明する。

本実施例では、Ｌ型焼結鉱を試験鍋で焼成するに当たり、使用した配合原料の化学組成および粒度を表１に示した。配合原料中のＳｉＯ_２含有量は４．６３ｗｔ．％とした。なお、この配合原料には返鉱が１５ｗｔ．％とバインダーとして生石灰が２．５ｗｔ．％配合されている。また、固体燃料は、内装（核）用に粒径３〜５ｍｍの粗粒粉コークスと外装（被覆）用に粒径３ｍｍ以下に調整した微粉コークスを使用した。

まず、配合原料と所定量の粗粒粉コークスとに適当量の水分を添加しながら１次ドラムミキサ（内径４．４ｍ、有効長さ１５ｍ）で混合・造粒した。つづいて、１次ドラムミキサの造粒物を２次ドラムミキサ（内径５．０ｍ、有効長さ１８ｍ）に供給し、必要に応じて加えるべき残りの水分と、また、所定量の微粉コークスとを添加して混合し造粒した。これよりコークス添加量が４．５ｗｔ．％未満では予備還元率に改善が見られないこと、内外装比率が０．８未満では同一粉コークス添加量でも予備還元率の改善効果が少ないことが明らかである。

擬似粒子は表２に示したように、固体燃料を配合原料の４．５ｗｔ．％〜８．５ｗｔ．％の範囲で変化させてＬ１〜Ｌ５の５種類製造した。なお、固体燃料中の内装（核）用粗粒粉コークスと外装（被覆）用微粉コークスの割合（内外装比率＝内装量／外装量）は、０．８以上１．４以下の範囲で適宜変化させた。

また、比較例として固体燃料を配合原料の４．５ｗｔ．％以下としたＬ６および固体燃料の内外装比率を０．８未満としたＬ７も併せて製造した。

製造した擬似粒子Ｌ１〜Ｌ７は、いずれも２次ドラムミキサ出口の粒径が２〜２０ｍｍで中心に粗粒粉コークスの核を有し、最外層が微粉コークスである３層構造の擬似粒子であった。なお、表１に示した粒度の焼結原料は微粉原料が少ないので１次ドラムミキサだけで造粒が充分可能であるため、ディスクペレタイザによる造粒工程を省略した。

次に、擬似粒子Ｌ１〜Ｌ７を試験鍋にて焼成し、それぞれＪＩＳ法で予備還元率を測定した。予備還元率の測定結果は表２に示したとおりである。なお、試験鍋による焼成条件は、ポット径が３００ｍｍφ、原料深さが４５０ｍｍ、吸引負圧が１０００ｍｍＡｑ、点火時間が９０秒であった。

図５は、Ｌ１〜Ｌ７の予備還元率測定結果を固体燃料の量（コークス添加量）に対してプロットしたグラフである。図５から、Ｌ型焼結鉱では粉コークス添加量が４．５ｗｔ．％〜８．５ｗｔ．％の範囲で予備還元率は、ほぼ２０％〜３０％となり粉コークス添加量と予備還元率が概略比例関係にあることが確認された。また、固体燃料の内外装比率が０．８以上であれば固体燃料の量と予備還元率の相関性が向上する、すなわち、予備還元率の制御性が向上することも確認された。

（実施例２）
本実施例ではＨ型焼結鉱について説明する。使用した配合原料の化学組成および粒度を表３に示した。配合原料中のＳｉＯ_２含有量は３．９３ｗｔ．％とした。なお、この配合原料には返鉱が１５ｗｔ．％とバインダーとして生石灰が２．５ｗｔ．％配合されている。また、固体燃料は、内装（核）用に粒径５〜８ｍｍの粗粒コークスと外装（被覆）用に粒径１ｍｍ以下に調整した微粉コークスを使用した。

まず、配合原料と粗粒粉コークスとに適当量の水分を添加しながら１次ドラムミキサ（内径４．４ｍ、有効長さ１５ｍ）で混合・造粒した。さらに、１次ドラムミキサの造粒物をディスクペレタイザ（直径７．５ｍ、深さ０．５ｍ）で造粒した。これは、表３に示した粒度の配合原料は微粉原料が多く、１次ドラムミキサだけでは造粒が不十分であるので、ディスクペレタイザによる造粒工程を加えたためである。

ディスクペレタイザーの造粒物を２次ドラムミキサ（内径５．０ｍ、有効長さ１８ｍ）に供給し、必要に応じて加えるべき残りの水分と、粒径１ｍｍ以下に調整された微粉コークスとを添加して混合し造粒した。

擬似粒子は表４に示したように、固体燃料を配合原料の８．５ｗｔ．％〜３０．０ｗｔ．％の範囲で変化させてＨ１〜Ｈ６の６種類製造した。なお、固体燃料中の内装（核）用粗粒粉コークスと外装（被覆）用微粉コークスの割合（内外装比率＝内装量／外装量）は、１．０以上２．５以下の範囲で適宜変化させた。

また、比較例として固体燃料を配合原料の３０．０ｗｔ．％以上としたＨ７および固体燃料の内外装比率を０．８未満としたＨ８も併せて製造した。製造された擬似粒子は、Ｌ型の場合と同様に、いずれも３層構造の擬似粒子であった。

次に、擬似粒子Ｈ１〜Ｈ８を試験鍋で焼成し、予備還元率をＪＩＳ法で測定した。その結果を表４に示した。なお、試験鍋による焼成条件はＬ型の場合と同じである。

図６は、焼結鉱Ｈ１〜Ｈ８の予備還元率測定結果を固体燃料の量（コークス添加量）に対してプロットしたグラフである。図６から、Ｈ型焼結鉱では粉コークス添加量が８．５ｗｔ．％〜３０．０ｗｔ．％の範囲で予備還元率は、ほぼ３０％〜９０％となり粉コークス添加量と予備還元率が概略比例関係にあることが確認された。

また、Ｈ型焼結鉱の場合にも、固体燃料の内外装比率が０．８以上であれば予備還元率の制御性が向上することも確認された。

なお、上記実施例１および実施例２では試験鍋による焼成であるため、固体燃料の割合を配合原料に対して４．５ｗｔ．％〜８．５ｗｔ．％および８．５ｗｔ．％〜３０．０ｗｔ．％としたが、実際の焼結機で焼成した場合の固体燃料原単位を前述した方法で求めると、概略それぞれ５６〜１０６ｋｇ／ｔ成品焼結、および１０６〜３７３ｋｇ／ｔ成品焼結となる。ただし、固体燃料の割合が３０．０ｗｔ．％は実際の焼結鉱製造プロセスを考慮すると高すぎるため、還元率が３０％以上９０％未満の範囲内では、還元率７０％以下が好ましい。

また、記載しなかったが実施例１および実施例２では、その他高炉原料として焼結鉱が維持すべき条件についても満足できるものであった。

高炉内のガス温度分布の図。酸化鉄の還元平衡と高炉内ガス酸化度と酸化鉄酸化度の関係を示す図。本発明の焼結鉱の製造方法におけるプロセスフローを示す工程図。本発明によって得られた３層構造の擬似粒子の断面図。本発明の実施例１における固体燃料割合（コークス添加量）と予備還元率との関係を示すグラフ。本発明の実施例２における固体燃料割合（コークス添加量）と予備還元率との関係を示すグラフ。

符号の説明

１……焼結原料ホッパ
２……返鉱ホッパ
３……媒溶剤ホッパ
４……粗粒粉コークスホッパ
５……１次ドラムミキサ
６……ディスクペレタイザ
７……微粉コークスホッパ
１０……シャトルコンベア
１１……無端移動グレート式焼成炉
１２……点火炉

Claims

無端移動グレート式焼結機で焼成して得られる焼結鉱であって、配合原料中のＳｉＯ _２含有量を６ｗｔ．％以下に調整し、混合・造粒過程で核として機能する１ｍｍ以上１０ｍｍ未満の粗粒粉コークスと、焼成に必要な熱量を供給するための燃料である擬似粒子表層部を被覆する微粉コークスを用い、混合原料中の粉コークスの割合を４．５ｗｔ．％から８．５ｗｔ．％の範囲で変化させて、混合原料中の粗粒粉コークス量と外装（被覆）用微粉コークス量の割合（内外装比率＝内装量／外装量）を０．８以上２．５以下として予備還元率と混合原料中の粉コークスの割合との相関を求め、その相関に基づいて焼成過程でＦｅＯ還元段階までの予備還元率が２０％以上３０％未満の範囲にされていることを特徴とする焼結鉱。
無端移動グレート式焼結機で焼成して得られる焼結鉱であって、配合原料中のＳｉＯ _２含有量を６ｗｔ．％以下に調整し、混合・造粒過程で核として機能する１ｍｍ以上１０ｍｍ未満の粗粒粉コークスと、焼成に必要な熱量を供給するための燃料である擬似粒子表層部を被覆する微粉コークスを用い、混合原料中の粉コークスの割合を８．５ｗｔ．％から３０ｗｔ．％の範囲で変化させて、混合原料中の粗粒粉コークス量と外装（被覆）用微粉コークス量の割合（内外装比率＝内装量／外装量）を０．８以上２．５以下として、予備還元率と混合原料中の粉コークスの割合との相関を求め、その相関に基づいて焼成過程でＦｅＯ還元段階までの予備還元率が３０％以上９０％未満の範囲にされていることを特徴とする焼結鉱。
無端移動グレート式焼結機で焼成して得られる請求項１又は請求項２に記載の焼結鉱を高炉に装入して高炉操業を行う高炉操業方法であって、装入する焼結鉱の焼成過程でのＦｅＯ還元段階までの予備還元率を２０％以上３０％未満の範囲で、高炉ガスの発熱量を向上させ、３０％以上９０％未満の間で高炉の燃料比を制御することを特徴とする高炉操業方法。