JP4984488B2 - 半還元焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄鉱石、炭材、副原料等の原料を焼結してなり、高炉原料等として使用される半還元焼結鉱の製造方法に関する。

高炉製銑法の主原料である焼結鉱は、一般的には、以下のようにして製造される。まず、約８ｍｍ以下で、平均粒径２．０〜３．０ｍｍの粉鉄鉱石に、石灰石、生石灰、ドロマイト等のＣａＯを含んだＣａＯ系副原料（石灰系副原料とも称する）や、硅石、ニッケルスラグ等の含ＳｉＯ_２原料、製鉄所内で発生し回収された粉状リサイクル物、粒度が小さく再焼成を要する３〜５ｍｍより小さい焼結粉、およびコークス粉、無煙炭などの炭材を加え、さらに適量の水を加えて調湿し、これらを混合・造粒して平均粒径が３．０〜５．０ｍｍの擬似粒子とする。次いで、この擬似粒子を無端移動式焼結機のパレット上に４００〜６００ｍｍ程度の高さに充填し、充填ベッドの表層の炭材に点火し、下方に向けて空気を吸引しながら炭材を燃焼させて、その際の燃焼熱によって原料である擬似粒子を焼結する。焼結によって得られた焼結ケーキを破砕・整粒して３ないし５ｍｍ以上の成品焼結鉱とする。

このような焼結鉱は高炉に装入され、主にＣＯによりガス還元されて銑鉄となる。

通常、高炉製銑法は、ＣＯガスによる間接還元を主に利用するため、ガス還元平衡の制約を受け、多くの還元材を必要とすること、また、高炉内通気性の確保の面から強度の高い高品質の塊コークスが必要とされる。これに対して、近年、ＣＯ_２排出抑制による地球温暖化対策および老朽化が進んでいるコークス炉の炉命延長の観点から、製銑プロセスとして炭素（以下、Ｃと記す）による酸化鉄の直接還元を主に利用するプロセスが開発され実用化され始めている。この場合は、ガス還元平衡の制約を受けることがなくなるため、還元材の原単位を削減することができ、ＣＯ_２排出抑制およびコークス炉稼働率の低下を可能とする。

直接還元を利用する還元鉄製造方法としては、例えば溶融還元法、回転炉床法、およびロータリーキルン法が挙げられるが、いずれの方法も大規模な設備投資をともなうこと、生産性が著しく低い等の理由から、高炉法の補完プロセスとなっているのが現状である。

一方で、既存焼結機を利用し、焼結機上で塊成化と同時に還元反応も行わせ、金属Ｆｅまで還元された組織を一部含む焼結鉱を製造する方法が提案されている。

例えば、特許文献１では、粉鉱石に５〜２０ｗｔ％の粉コークス、無煙炭を造粒して内層とし、外層に粉鉱石、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２層擬似粒子を形成し、これを焼結原料の一部として混合・造粒した後、焼結過程でその原料の外層から生成する融液と内層の粉コークス・無煙炭中の直接還元により、焼結鉱の一部を還元することを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法が開示されている。この技術では、内部に粉コークス・無煙炭を閉じこめると、焼結工程において昇温過程前半では粉コークス・無煙炭が空気中の酸素と接触しないので反応せず、１１００℃の高温になって初めてＦｅＯ＋Ｃ＝Ｆｅ＋ＣＯ−３６３５０ｋｃａｌ／ｋｍｏｌの還元反応を起こし、焼結鉱の一部に金属Ｆｅを生成させる。そして、この反応は吸熱反応であるので、熱過剰になるのを防ぐことができるとしている。

また、特許文献２によれば、鉄鉱石に炭材を１５〜１８％加えて造粒した擬似粒子の表層部にＣａＯを被覆して、あるいは造粒した擬似粒子をＣａＯが溶解された溶液に浸漬して擬似粒子表面にＣａＯを添加することで、焼成後の再酸化が防止され、還元率の高い半還元焼結鉱を製造することができるとしている。

このような既存焼結機において粉鉄鉱石に対してその還元に必要な炭材を加え、直接還元反応を利用して半還元焼結鉱を製造する方法は、新規の大規模な設備投資を伴うことなく大量に半還元焼結鉱を製造する方法として実現可能性の高い方法である。そして、このように既存焼結機で得られる半還元焼結鉱は、焼結鉱に含まれる金属Ｆｅの比率が低くても、大量に高炉で使用するものであり、かつ還元鉱製造に使われる炭材はＣをある程度含有していれば品質に対しての制約が殆どなく、集塵ダスト等も利用できるため、高炉還元材比低減やコークス炉への負荷軽減といったトータルでの効果は大きい。

しかしながら、上記特許文献１および２に示された技術では、通常焼結鉱プロセスの２〜４倍程度の炭材を燃焼させることが必要となるため、上記還元反応が吸熱反応であっても熱過剰になりやすく、原料の粉鉱石がＦｅ_２Ｏ_３やＦｅ_３Ｏ_４から高温でＦｅＯに還元された段階で、鉱石中の脈石や添加したフラックスと反応して大量の融液を発生させる。この融液は、副原料として添加されるＣａＯ系副原料と鉱石との反応により発生するカルシウムフェライト融液および還元により生成したＦｅＯと鉱石中の脈石ＳｉＯ_２との反応によって発生するオリビン系融液である。このようにして大量に発生した融液は、その周囲の粒子同士を急速に融着させると同時に、擬似粒子の外部から内部に向かって溶融を進行させる。原料充填層である焼結ベッド内には擬似粒子の溶融・収縮によって巨大な空隙が形成され、焼結機における吸引ガスは、その部分のみを通過するようになる。その結果として、通常４００〜６００ｍｍある原料充填層の上層から下層に徐々に燃焼帯が移動すべき焼結反応は妨げられ、焼結ベッドの下層部に未焼部が大量に残り、還元反応の進行が阻止されるとともに生産性が極度に低下するといった問題がある。

このため、既存の焼結機を用いて高炉の主原料として少なくとも日産数千トンの規模で大量に一部が還元された焼結鉱を製造するには問題がある。
特開平４−２１０４３２号公報 特開２０００−１９２１５４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、現状の焼結機の操業を悪化させることなく焼成反応を安定化し、高い還元率および高い金属鉄含有率を達成することが可能な半還元焼結鉱の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、焼結原料として鉄鉱石と炭材と副原料とを用い、焼結原料のうち鉄鉱石の一部および炭材の一部、または焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を予め圧縮成形して圧縮成形粒子とし、焼結原料の残部を造粒物とし、これらを混合して焼成し、鉄鉱石の一部を炭材により還元してなる半還元焼結鉱を製造するにあたり、
前記圧縮成形粒子において、最も薄い部分の厚さの範囲を６ｍｍ以上１６ｍｍ以下とし、かつその体積を６ｃｍ^３以下とし、前記圧縮成形粒子の混合割合を焼結原料全体の４０〜７０ｍａｓｓ％とすることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法を提供する。

本発明において、前記圧縮成形粒子に含有される炭材の量を２０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。また、前記圧縮成形粒子に含有される炭材が、４５〜１２５μｍの粒径のものが５０〜７０ｍａｓｓ％とすることが好ましい。さらに、前記圧縮成形粒子を焼結機に装入するに際し、原料層下部９／１０以下の領域に装入することが好ましい。

本発明によれば、鉄鉱石および炭材等を成形して還元鉄製造用粒子または圧縮して圧縮成形粒子とし、これを原料層の一部として装入することにより、鉄鉱石と炭材との接触が強固になるとともにこれらの接触面積が大きくなり、かつ直接還元反応が部分的にのみ生じるため大量の融液を発生させず、さらに、金属Ｆｅの酸化を抑制して、金属Ｆｅ含有率を高めることができる。また、圧縮成形粒子において、最も薄い部分の厚さの範囲を６ｍｍ以上１６ｍｍ以下とし、かつその体積を６ｃｍ^３以下として、圧縮成形粒子を微細化することにより通気性過剰になることを抑制して、圧縮成形粒子の混合割合を高めることを許容し、その量を焼結原料全体の４０〜７０ｍａｓｓ％と高い値としたので、極めて高い還元率および金属化率を得ることができる。このため、現状の焼結機の操業を悪化させることなく直接還元を進行させて、鉄鉱石の一部が還元され、かつ金属Ｆｅを含有した半還元焼結鉱を大量に製造することができる。したがって、この半還元焼結鉱を高炉で使用することにより、製造プロセス全体としての還元材使用量を削減することができ、ひいては製造プロセスからのＣＯ_２排出量も削減することができる。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明では、基本的に、焼結原料として鉄鉱石と炭材と副原料とを用い、これらを焼結機に装入して原料層を構成し、焼成して半還元焼結鉱を製造する。
この際に、焼結原料のうち鉄鉱石の一部および炭材の一部、または焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を予め圧縮成形して圧縮成形粒子とし、焼結原料の残部を造粒物とし、圧縮成形粒子において、最も薄い部分の厚さの範囲を６ｍｍ以上１６ｍｍ以下とし、かつその体積を６ｃｍ^３以下とし、圧縮成形粒子の混合割合を焼結原料全体の４０〜７０ｍａｓｓ％とする。これにより、鉄鉱石の一部が主に直接還元により還元され、金属Ｆｅを含有した半還元焼結鉱が得られる。
このような構成は、本発明者らの以下の知見に基づいている。
（１）Ｃによる鉄鉱石の直接還元反応を効果的に進行させるためのポイントは、Ｃ源である炭材と被還元物質である鉄鉱石との接触状態であり、これらが強固に接触し、かつ接触面積が大きいことが重要であること。
（２）このような成形粒子は還元反応を進めるための炭材が多量に存在しており過剰に溶融するおそれがあるが、その部分が過剰に溶融しても成形粒子は焼結原料の一部であるから、大量の融液を発生させるおそれは少なく、焼結ベッド全体の通気へは実質的に影響を与えずに、焼結鉱の生産性はほとんど低下しないこと。
（３）還元された粒子は、吸引ガス中の酸素により再酸化されるおそれがあるが、鉄鉱石および炭材等を成形した粒子は、これらが強固に密着しているため、還元後もその形態を保ち、表面は酸化されても内部は酸化され難く、良好な還元状態を保っていること。
（４）圧縮成形粒子において、最も薄い部分の厚さの範囲を６ｍｍ以上１６ｍｍ以下とし、かつその体積を６ｃｍ^３以下として圧縮成形粒子を微細化することにより通気過剰になることを抑制することによって、圧縮成形粒子の混合割合を焼結原料全体の４０〜７０ｍａｓｓ％と高い値にできること。

以下、本発明について具体的に説明する。
鉄鉱石の還元反応は、高炉内と同様に、（１）式で示されるコークス等の炭材中の炭素との反応（直接還元）と、（２）式で示されるＣＯガスとの反応（間接還元）により進行する。間接還元で発生したＣＯ_２ガスはソリューション・ロス反応と呼ばれる（３）式で示される反応によりＣＯガスとなる。
Ｆｅ_２Ｏ_３＋３／２Ｃ＝２Ｆｅ＋３／２ＣＯ_２ （１）
Ｆｅ_２Ｏ_３＋３ＣＯ＝２Ｆｅ＋３ＣＯ_２ （２）
ＣＯ_２＋Ｃ＝２ＣＯ （３）

これらの還元反応は、温度が９００〜１１００℃では間接還元が支配的であり、１２００℃以上では直接還元が支配的である。本発明では、半還元焼結鉱の製造に際し、原料層温度を１４００℃程度に到達させ、１２００℃以上の滞留時間を長くして直接還元を進行させることを指向する。

この場合に、圧縮成形粒子は、被還元物質である鉄鉱石と還元剤である炭材とが強固に接触し、かつ接触面積が大きいので、還元鉄製造用粒子において鉄鉱石の直接還元反応を効果的に進行させることができる。また、還元鉄製造用粒子は原料層の一部として装入するので、上記反応は局部的に生じ、過剰に溶融するのは還元鉄製造用粒子の部分のみであり大量の融液を発生させるおそれが少ない。さらに、還元鉄製造用粒子は鉄鉱石および炭材とが強固に密着しており、還元後もその形態を保っているため、吸引ガス中の酸素によっても内部の再酸化が妨げられ、良好な還元状態を保っている。このため、現状の焼結機の操業を悪化させることなく直接還元を進行させることができ、鉄鉱石の一部が還元され、金属Ｆｅを含有した半還元焼結鉱を大量に製造することができる。

このような鉄鉱石の一部が還元され、かつ金属Ｆｅを含有した半還元焼結鉱を高炉で使用することにより、製銑プロセス全体としての還元材使用量（還元材比）を削減することができ、ひいては製銑プロセスからのＣＯ_２排出量も削減することができる。特に、金属Ｆｅを優先的に析出させることにより、製銑プロセスからのＣＯ_２排出量削減効果を大きくすることができる。

この点について、さらに詳細に説明する。
図１は、横軸に焼結鉱の還元率をとり、縦軸に高炉還元材比をとって、これらの関係を示す図であり、微粉炭吹き込み量を１３１ｋｇ／ｔｈｍ（溶銑１トンあたり１３１ｋｇ）とした場合を示す。この図に示すように、焼結鉱の還元率が上昇することにより、高炉の還元材比が低下し、還元率が３０％を超えることによりその低下率が急激になる。通常の焼結鉱は還元率が２％程度であるから、本実施形態に従って還元率が３０％以上の半還元焼結鉱を得ることにより、高炉の還元材比を大幅に低下させることができる。

高炉の還元材比はこのように焼結鉱の還元率を上げることにより低下させることができるが、上述したように、ＣＯ_２排出量をより効果的に低減する観点からは、焼結鉱全体の還元率を一様に上げるより、金属Ｆｅを析出させるほうが好ましい。このことを図２を参照して説明する。図２は、横軸に焼結鉱の高炉装入時の平均部分還元率をとり、縦軸に製銑工程からのＣ排出量をとって、均一に部分還元した焼結鉱と金属Ｆｅが優先的に発生した焼結鉱とでＣ排出量を比較して示す図である。ライン（ａ）は均一に部分還元した焼結鉱の場合であり、ライン（ｂ）はメタルが優先的に発生した焼結鉱の場合であって、実際の半還元焼結鉱は、ライン（ａ）とライン（ｂ）の間に存在することになる。なお、図中の「ベース」は部分還元していない焼結鉱を使用した場合のＣ排出量を示す。この図から明らかなように、均一に部分還元するよりも、金属Ｆｅを多く含有させたほうがＣ排出量、すなわちＣＯ_２排出量をより低減することができることがわかる。また、均一に部分還元した半還元焼結鉱の場合には、還元率が３０％まではむしろＣ排出量が増加しており、ある程度金属Ｆｅが存在していても同様の傾向があると考えられることから、ＣＯ_２排出量を削減するためには、還元率が３０％以上であることが好ましいことがわかる。

半還元焼結鉱に含有する金属Ｆｅの量は、全体の平均値として３ｍａｓｓ％以上であることが好ましい。これにより、高炉における還元材比削減、製銑工程全体でのＣＯ_２排出量の低減や、コークス炉への負荷軽減の効果を有効に発揮することができる。

本発明では、焼結原料として鉄鉱石と炭材と副原料とを焼結機に装入して焼成し、鉄鉱石の一部を炭材により還元してなる半還元焼結鉱を製造するにあたり、焼結原料のうち鉄鉱石の一部および炭材の一部、または焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を、予め圧縮成形して圧縮成形粒子とし、焼結原料の残部を造粒物とし、これらを混合して焼成する。

このように、焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を圧縮成形することにより、鉄鉱石と炭材とが圧密されてこれらの接触面積が大きくなるので、このような圧縮成形粒子を原料の一部として焼結機に装入することにより焼結鉱の還元を促進させることができる。

すなわち、焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を圧縮成形した圧縮成形粒子を焼結原料の造粒物とともに焼結機に投入して半還元焼結鉱を製造することにより、高い還元率および高い金属Ｆｅ含有率が実現される。このような焼結鉱を高炉で使用することにより、製造プロセス全体としての還元材使用量（還元材比）をより削減することができ、ひいては製造プロセスからのＣＯ_２排出量もより削減することができる。

ここで、圧縮成形粒子とはロール成形機における圧縮成形手段により所定形状に成形されたブリケット、またはロール成形機で板状、シート状、もしくは棒状に成形した後に所定の大きさに粉砕したもので、単一粒子の圧潰強度が３９．２Ｎ以上とされたものをいう。

このような圧縮成形された圧縮成形粒子は、通常の焼結原料で造粒した造粒物に比べて高密度であり、造粒物よりも焼結した際の還元率が高く、かつ焼結後の金属Ｆｅの含有率が高くなる。

本発明において、鉄鉱石としては、反応性を良好に維持する観点から、粒径８ｍｍ以下の粉鉄鉱石が好ましく、炭材としては、粒径５ｍｍ以下の粉コークス、さらには粒径３ｍｍ以下の粉コークスが好ましい。また、副原料としてはＣａＯ系副原料、例えば石灰石、生石灰が用いられる。

本発明においては、最適な通気性を得る観点および反応性の観点から、圧縮成形粒子において、最も薄い部分の厚さの範囲を６ｍｍ以上１６ｍｍ以下とし、かつ圧縮成形粒子の体積を６ｃｍ^３以下とする。これにより通気性を適度に制御することができ、圧縮成形粒子の割合が増加しても通気性が過剰になることが防止される。このため、圧縮成形粒子の混合割合を増加させることができる。

このため、本発明では、圧縮成形粒子の混合割合を焼結原料全体の４０〜７０ｍａｓｓ％と高く設定することができ、鉄鉱石の高還元率化および高金属率化を著しく促進することができる。

本発明において、圧縮成形粒子としては、炭材の量が２０ｍａｓｓ％以下のものが好適である。上限を設定することにより焼成のさらなる安定化を図ることができる。ここで、圧縮成形粒子に含有される炭材の量を２０ｍａｓｓ％以下としたのは、この範囲であれば、造粒物の鉄鉱石を有効に還元することができ、しかも未反応のコークスが残存し難いからである。

圧縮成形粒子に含有される炭材は、４５μｍ以上１２５μｍ以下の粒径のものが５０〜７０ｍａｓｓ％となるようにすることが好ましい。このように炭材を微細化することにより、鉄鉱石との間の還元反応の反応性が高まり、鉄鉱石の還元率をより高くすることができる。

焼結原料の残部として用いる造粒物としては、鉄鉱石と炭材とＣａＯ系副原料を主体とする焼結原料を、ドラムミキサーやディスクペレタイザー等により転動造粒して成形したものを用いる。この場合に、鉄鉱石としては通常の粉鉄鉱石を用い、炭材としては粉コークスを用い、ＣａＯ系副原料としては石灰石または生石灰を用いる。配合割合は、鉄鉱石およびＣａＯ系副原料を１００ｍａｓｓ％とした場合に炭材を外数で２〜６ｍａｓｓ％とすることが好ましい。また、ＣａＯ系副原料は、鉄鉱石およびＣａＯ系副原料の合計量の内数で４〜１０ｍａｓｓ％程度が好ましい。

焼結機としては、下方吸引式無端移動型焼結機を用いることが好ましい。具体的には、その無端移動式の移動グレート上に、焼結原料を造粒した造粒物および圧縮成形粒子を供給し、原料層を形成し、移動グレートの移動経路に設けられた点火炉により、原料層が点火されて焼結が行われる。移動グレートの直下には、複数の風箱が配列されており、焼結の際に各風箱を介して原料層上方のガスが下方に吸引される。

焼結機への焼結原料の装入は、圧縮成形粒子と造粒物とを混合してから行ってもよいし、両方別々に装入して原料層を形成する際に混合するようにしてもよい。

圧縮成形粒子を焼結機に装入するに際しては、焼結機の原料層下部９／１０以下の領域に装入することが好ましい。原料層の表面に近い領域では、焼結時の温度が比較的低く、高温の保持時間も短い。また、原料層の表面に近い領域へ圧縮成形粒子を装入することにより通気性が上がるため、この傾向はさらに顕著となる。その結果、圧縮成形粒子の還元反応が充填層の下層と比べ不十分な状態で終了してしまう。

次に、本実施形態に係る半還元焼結鉱の製造方法の具体例について説明する。
図３は、本実施形態に係る半還元焼結鉱を製造する設備の一例を示す模式図である。この設備は、成形粒子製造設備１００と、造粒物製造設備２００と、下方吸引式無端移動型焼結機３００とを備えている。

成形粒子製造設備１００は、鉄鉱石、媒溶材、還元剤およびバインダー等が供給可能な原料ホッパー群１０１と、原料とバインダー（例えば、デンプン、タール、糖蜜）を混合する混合機１０２と、混合物から圧縮成形粒子を得るための圧縮成形機１０３とを有し、原料ホッパー群１０１からの原料は混合機１０２に搬送され、混合機１０２で混合された混合物は圧縮成形機１０３に搬送され、圧縮成形機１０３で製造された圧縮成形粒子は造粒機２０２に搬送される。

造粒物製造設備２００は、鉄鉱石混合物、固体燃料および媒溶剤等が供給可能な原料ホッパー群２０１と、これらを混合し、原料を造粒するための造粒機２０２とを有し、原料ホッパー群２０１からの原料は、混合・調湿されて造粒機２０２に搬送され、造粒機２０２で製造された造粒物と、圧縮成形機１０３で製造された圧縮成形粒子は造粒機２０２で混合され、焼結機３００に搬送される。

下方吸引式無端移動型焼結機３００は、無端移動式の移動グレート３０１を有しており、その移動グレート３０１上に、適宜の装入システムにより造粒物と圧縮成形粒子との混合物が供給され、原料層３０３が形成されるようになっている。

移動グレート３０１の移動経路には点火炉３０２が設けられており、移動グレート３０１上の造粒物がその点火炉３０２を通過する際に点火されて原料層３０３の焼結が開始され、焼結ケーキ３０３ａが形成される。移動グレート３０１の出口側には、図示しない破砕機が設けられており、この破砕機により移動グレート３０１から落下した焼結鉱が粉砕されてコンベア３０４に供給され、高炉へ供給される。

移動グレート３０１の直下には、移動グレート３０１の進行方向に沿って、複数の風箱３０５が配列されており、各風箱３０５には垂直ダクト３０６が接続されている。これにより、原料層３０３の上方のガスが風箱３０５および垂直ダクト３０６により原料層３０３を通過して吸引されるようになっている。

上記垂直ダクト３０６は、水平に配置された主排ガスダクト３０７に接続され、ガスが主排ガスダクト３０７を経て排出されるようになっている。主排ガスダクト３０７には、電気集塵機３０８、メインブロア３０９が接続されており、メインブロア３０９により原料層３０３の上方のガスを吸引し、風箱３０５、垂直ダクト３０６、主排ガスダクト３０７、電気集塵機３０８等を経て煙突３１０から排出される。

なお、原料層３０３上方の点火炉３０２の下流側部分にガス供給フードを設け、垂直ダクト３０６からこのフードに繋がる排ガス循環ダクトを設けて排ガス循環を行うようにしてもよい。このような排ガス循環方式を採用することによって原料層３０３中の雰囲気（酸素濃度）を適正に制御することが容易となり、金属Ｆｅの生成および再酸化防止に更に効果的である。

このように構成される設備においては、成形粒子製造設備１００により圧縮成形粒子を製造し、造粒物製造設備２００により造粒物を製造し、これを適宜の手段により混合し、この混合物を下方吸引式無端移動型焼結機３００の移動グレート３０１上に供給して原料層３０３を形成する。このとき、原料層３０３は、造粒物のマトリックス中に圧縮成形粒子が分散した状態となっている。

そして、点火炉３０２により原料層３０３表面に点火して、風箱３０５を介して下向きにガスを吸引しながら焼成し、原料層３０３を構成する造粒物を焼結させ、焼結鉱とする。このようにして焼結して得られた焼結鉱は、移動グレート３０１から落下し、出口側の破砕機により落下した焼結鉱が粉砕されてコンベア３０４に供給され、さらに高炉へ供給される。この場合に、上述したように、原料層３０３の圧縮成形粒子中では、鉄鉱石と炭材とで直接還元が生じ、鉄鉱石が部分的に還元され、一部金属Ｆｅとなった半還元焼結鉱が製造される。

また、焼結機３００への焼結原料の装入は、圧縮成形粒子と造粒物とを両方別々に装入し、原料層３０３を形成する際に混合するようにしてもよい。このように装入するためには、例えば、図４に示すように、造粒物４０１を搬送手段、例えばベルトコンベア４０９により上方から供給するとともに、原料層４０２の適宜の位置に圧縮成形粒子用ホッパー４０７から装入位置を調整可能なシュート４０３を介して圧縮成形粒子４０４を供給するようにすればよい。なお、符号４０５は床敷鉱、４０６は焼結パレット、４０８は圧縮成形粒子用定量切出装置、４１０は偏析装入装置である。このような装置構成にすることにより、圧縮成形粒子の分布を任意に変えることができ、例えば、上述のように、焼結機の原料層下部９／１０以下の領域に装入することが可能となる。

以下、本発明の実施例について比較例と比較しつつ説明する。
ここでは、焼結原料としての鉄鉱石混合物、微粉鉱石、石灰石、生石灰および粉コークスは表１に示す化学成分を有するものを使用した。これら焼結原料を用い、表２に示す配合で造粒粒子を作製し、表３に示す配合で圧縮成形粒子を作製した。圧縮成形粒子のサイズとしては表４に示すＡ〜Ｄのものを用いた。

これら造粒物および圧縮成形粒子を用いて表５の比較例１〜３、実施例１〜１２に示すように圧縮成形粒子およびその添加割合を調整して焼結鍋試験を行った。なお、比較例１〜３は本発明の範囲外の条件、実施例１〜１２は本発明の範囲内の条件である。焼結鍋試験では原料の事前処理は同一の混合、造粒条件で行い、原料充填層は直径２７０ｍｍ×高さ３００ｍｍとし、吸引負圧６ｋＰａにて実施した。その試験結果を表５に併記する。
なお、比較例１〜３、実施例１〜１２のいずれにおいても凝結材として装入原料の３ｍａｓｓ％の粉コークスを造粒物に被覆した。

表５のうち比較例１は圧縮成形粒子中のコークス含有量を１２．５ｍａｓｓ％、圧縮成形粒子に含有したコークスの粒径４５〜１２５μｍの割合を４０ｍａｓｓ％、圧縮成形粒子のサイズを表４のＡに示すように寸法を３６ｍｍ×２６ｍｍ×２０ｍｍ、体積を本発明から外れる範囲１０ｃｍ^３とし、圧縮成形粒子を焼結機装入原料として本発明の範囲より低い３０ｍａｓｓ％添加し、焼結原料充填層内の全体に装入して焼成した場合である。焼成は良好に行われ、圧縮成形粒子部分の還元率は４８％であった。

比較例２は、比較例１に対して、圧縮成形粒子の添加量を増加させて４０ｍａｓｓ％添加した場合である。生産率は１．２６Ｔ／ｍ^２／ｈｒで比較例１の１．２０Ｔ／ｍ^２／ｈｒに比べ上昇するが、還元率は３５％であり、比較例１の４８％に比べ圧縮成形粒子の添加量の増加により、還元率は大幅に低下した。

比較例３は、比較例２に対して、圧縮成形粒子の添加量をさらに増加させ７０ｍａｓｓ％添加した場合である。生産率は比較例１に比べ上昇するが、還元率は１８％であり、比較例１の４８％に比べ圧縮成形粒子の添加量の増加により、大幅に低下した。比較例２に比べても還元率はさらに低下した。

実施例１は、比較例２に対して、圧縮成形粒子のサイズを縮小し表４のＢとした場合である。生産率は比較例２に比べわずかに低下したが、比較例１よりは高かった。還元率は５５％であり、比較例１の４８％および比較例２の３５％に比べて著しく向上した。

実施例２は、比較例３に対して、圧縮成形粒子のサイズを縮小し表４のＢとした場合である。生産率は比較例３に比べわずかに低下したが、比較例１よりは高かった。還元率は４６％であり、比較例１の４８％より低いが比較例３の１８％よりも著しく向上した。

実施例３は、実施例１に対して、圧縮成形粒子のサイズをさらに縮小し表４のＣとした場合である。生産率は実施例１に比べほぼ同等であったが、還元率は５８％であり、実施例１の５５％に比べさらに向上した。

実施例４は、実施例２に対して、圧縮成形粒子のサイズをさらに縮小し表４のＣとした場合である。生産率は実施例２とほぼ同等であったが、還元率は４８％であり実施例２の４６％に比べ向上した。

実施例５は、実施例１および実施例３に対して、圧縮成形粒子のサイズをさらに縮小し表４のＤとした場合である。生産率は実施例１及び実施例３に比べて低下したが、還元率は６０％であり実施例１の５５％及び実施例３の５８％に比べて向上した。なお、焼成も良好に行われた。

実施例６は、実施例２および実施例４に対して、圧縮成形粒子のサイズをさらに縮小し表４のＤとした場合である。生産率は実施例２および実施例４に比べて低下したが、還元率は５４％であり実施例２の４６％及び実施例４の４８％に比べて向上した。なお、焼成も良好に行われた。

実施例７は、実施例１に対して、圧縮成形粒子中のコークスの含有量を増加して２０．０ｍａｓｓ％とした場合である。生産率は実施例１とはほぼ同等の結果となり、還元率も５４％であり実施例１の５５％とほぼ同等であった。なお、焼成も良好に行われた。

実施例８は、実施例２に対して、圧縮成形粒子中のコークスの含有量を増加して２０．０ｍａｓｓ％とした場合である。生産率は実施例２とほぼ同等の結果となり、還元率も４７％であり実施例２の４６％とほぼ同等であった。なお、焼成も良好に行われた。

実施例９は、実施例１に対して、圧縮成形粒子中のコークスの４５〜１２５μｍの割合を増加して５０ｍａｓｓ％とした場合である。実施例１に比べ生産率は低下するが、還元率は５９％であり実施例１の５５％に比べて向上した。なお、焼成も良好に行われた。

実施例１０は、実施例２に対して、圧縮成形粒子中のコークスの４５〜１２５μｍの割合を大幅に増加して７０ｍａｓｓ％とした場合である。実施例２に比べ生産率は低下するが、還元率は５５％であり実施例２の４６％に比べて大幅に向上した。なお、焼成も良好に行われた。

実施例１１は、実施例１に対して、圧縮成形粒子を焼結機原料充填層内の原料層下部９／１０以下の領域に装入して焼成した場合である。実施例１に比べ生産率は向上し、還元率も５８％であり実施例１の５５％に比べて向上した。なお、焼成も良好に行われた。

実施例１２は、実施例２に対して、圧縮成形粒子を焼結機原料充填層内の原料層下部９／１０以下の領域に装入して焼成した場合である。実施例２に比べ生産率は向上し、還元率も４９％であり実施例２の４６％に比べて向上した。なお、焼成も良好に行われた。

焼結鉱の還元率と高炉還元材比との関係を示す図。 焼結鉱の高炉装入時の平均部分還元率と製銑工程からのＣ排出量との関係を、均一に部分還元した焼結鉱と金属Ｆｅが優先的に発生した焼結鉱とで比較して示す図。 本発明の実施形態に係る半還元焼結鉱の製造方法を実施するための設備の一例を示す模式図。 本発明の実施形態に係る半還元焼結鉱の製造方法における焼結原料の装入方法の一例を説明するための図。

符号の説明

１００ 成形粒子製造設備
２００ 造粒物製造設備
３００ 下方吸引式無端移動型焼結機
４０１ 造粒物
４０２ 原料層
４０３ シュート
４０４ 圧縮成形粒子
４０５ 床敷鉱
４０６ 焼結パレット
４０７ 圧縮成形粒子用ホッパー
４０８ 圧縮成形粒子用定量切出装置
４０９ ベルトコンベア

Claims (4)

1. 焼結原料として鉄鉱石と炭材と副原料とを用い、焼結原料のうち鉄鉱石の一部および炭材の一部、または焼結原料のうち鉄鉱石の一部、炭材の一部および副原料の一部を予め圧縮成形して圧縮成形粒子とし、焼結原料の残部を造粒物とし、これらを混合して焼成し、鉄鉱石の一部を炭材により還元してなる半還元焼結鉱を製造するにあたり、
   前記圧縮成形粒子において、最も薄い部分の厚さの範囲を６ｍｍ以上１６ｍｍ以下とし、かつその体積を６ｃｍ^３以下とし、前記圧縮成形粒子の混合割合を焼結原料全体の４０〜７０ｍａｓｓ％とすることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法。
2. 前記圧縮成形粒子に含有される炭材の量を２０ｍａｓｓ％以下とすることを特徴とする請求項１に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
3. 前記圧縮成形粒子に含有される炭材が、４５〜１２５μｍの粒径のものが５０〜７０ｍａｓｓ％となるようにすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
4. 前記圧縮成形粒子を焼結機に装入するに際し、原料層下部９／１０以下の領域に装入することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半還元焼結鉱の製造方法。

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