JP6520632B2

JP6520632B2 - 回転炉床炉用原料の爆裂性評価方法

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Description

本発明は、回転炉床炉用原料の爆裂性評価方法に関する。

近年、製鉄所・製錬所等で発生するダスト、スケール、スラッジ等の酸化鉄原料をリサイクルする装置として、特許文献１〜２に開示されている回転炉床炉が注目されてきている。回転炉床炉は、リング状の炉である。回転炉床炉は、回転炉床炉の周方向に移動可能な炉床と、炉内に設けられるバーナーとを備える。回転炉床炉は、酸化鉄原料を炉内で還元することで、還元鉄を作製する。

ここで、回転炉床炉を用いて還元鉄を製造する方法は概略以下の通りである。まず、回転炉床炉用原料を混練及び成型する（すなわち、塊成化する）ことで回転炉床炉用原料の塊成物（以下、単に「回転炉床炉用塊成物」とも称する）を作製する。ここで、回転炉床炉用原料には、酸化鉄原料、還元材、及びバインダが含まれる。還元材は、例えば石炭、コークス等である。また、塊成物は、例えば、ペレット、ブリケット、押出成形物等である。バインダは、例えば水、タールなどである。ついで、回転炉床炉内に回転炉床炉用塊成物を装入する。ついで、炉内で回転炉床炉用塊成物を移動させながら回転炉床炉用塊成物を加熱する。回転炉床炉用塊成物は、バーナーからの輻射熱によって加熱される。回転炉床炉用塊成物の還元材は、加熱されることで酸化鉄原料を還元する。これにより、還元鉄が作製される。

ところで、還元鉄には、高い金属化率が要求されることが多い。ここで、金属化率は、還元鉄に含まれる全鉄（ＴＦｅ）分の総質量に対する金属鉄の質量％である。そして、金属化率を下げる要因の一つとして、回転炉床炉用塊成物の爆裂が知られている。ここで、回転炉床炉用塊成物の爆裂とは、回転炉床炉内で回転炉床炉用塊成物が崩壊することを意味する。

回転炉床炉用塊成物の爆裂は、回転炉床炉用塊成物に含まれる揮発成分によって引き起こされると考えられている。すなわち、回転炉床炉用塊成物に含まれる揮発成分は、回転炉床炉内で回転炉床炉用塊成物の昇温及び還元反応が進む過程において、急激に揮発する。この結果、回転炉床炉用塊成物が爆裂する。この結果、回転炉床炉用塊成物が粉状体になる。そして、回転炉床炉用原料の粉状体は、塊成物よりも原料密度が低下している。このため、バーナーから粉状体への伝熱が抑制され、粉状体の昇温速度が低減する。この結果、酸化鉄原料と還元材との反応速度が低下し、ひいては、還元鉄の金属化率が低減する。

さらに、回転炉床炉用原料の塊成物が粉状体になることで、以下の問題も生じる。すなわち、回転炉床炉用原料の粉状体は、炉床に堆積し、炉床に固着する場合がある。粉状体が炉床に固着した場合、操業が不安定になる。このため、炉床から粉状体の固着物を除去する必要が生じるが、固着物を炉床から除去するためには、操業を停止せざるを得ない。したがって、生産性が低下する。さらに、これらの固着物は加熱炉外へ排出されたとしても、次工程の高炉や電気炉で使用することは困難である。

このように、回転炉床炉用塊成物の崩壊は、還元鉄の金属化率の低下の他、様々な問題を引き起こす原因となる。このため、例えば特許文献１〜２に開示されるように、回転炉床炉用塊成物の崩壊を抑制することを目的とした様々な技術が提案されている。

例えば、特許文献１に開示された技術では、回転炉床炉用塊成物を作製する。そして、回転炉床炉を模擬した電気炉に回転炉床炉用塊成物を装入し、回転炉床炉用塊成物を加熱する。そして、回転炉床炉用塊成物の爆裂の有無を目視で確認する。一方、回転炉床炉用塊成物に含まれる塩素原子のモル数とＫ_２Ｏ及びＮａ_２Ｏの総モル数との比、すなわちモル比等を測定する。そして、測定されたモル比と爆裂の有無とを関連付ける。

特許文献２に開示された技術では、回転炉床炉用塊成物を作製する。そして、回転炉床炉を模擬した電気炉に回転炉床炉用塊成物を装入し、回転炉床炉用塊成物を加熱する。そして、回転炉床炉用塊成物の爆裂の有無を目視で確認する。一方、回転炉床炉用塊成物に含まれるＺｎＯの質量％等で定義される指標Ｒを算出する。そして、指標Ｒと爆裂の有無とを関連付ける。

特開２０１５−１４０４２号公報特開２０１０−２４８６２２号公報

しかし、特許文献１、２に開示された技術は、評価の精度が十分でないという問題があった。具体的には、特許文献１、２に開示された技術では、電気炉を用いて爆裂の有無を評価しているが、この評価結果と、実機での結果（すなわち、回転炉床炉用塊成物を実際に回転炉床炉に装入した際の爆裂の有無）とが一致しない場合があった。例えば、特許文献１、２に開示された技術では、回転炉床炉内で爆裂する回転炉床炉用塊成物を爆裂しないと評価する場合があった。また、特許文献１、２に開示された技術では、回転炉床炉内で爆裂しない回転炉床炉用塊成物を爆裂すると評価する場合もあった。この原因の一つとして、特許文献１、２が特定の化学成分にしか着目していないことが挙げられる。すなわち、回転炉床炉用塊成物の爆裂に寄与する化学成分（すなわち、揮発成分）は、他にも多様に存在するが、特許文献１、２では、特定の化学成分にしか着目していない。このため、特許文献１、２の評価結果と、実機での結果とが一致しないと考えられる。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、回転炉床炉用原料の爆裂性をより正確に評価することが可能な、新規かつ改良された回転炉床炉用原料の爆裂性評価方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、回転炉床炉に投入される回転炉床炉用原料の昇温過程における質量減少開始温度及び質量減少速度を測定する測定工程と、質量減少開始温度及び質量減少速度に基づいて、回転炉床炉用原料の爆裂性を評価する評価工程と、を含むことを特徴とする、回転炉床炉用原料の爆裂性評価方法が提供される。

ここで、測定工程では、質量減少速度に基づいて、質量減少速度の代表値を算出し、評価工程では、質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度に基づいて、回転炉床炉用原料の爆裂性を評価してもよい。

また、評価工程では、質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度が以下の数式（１）の条件を満たす場合に、回転炉床炉用原料の塊成物が爆裂しないと判定し、質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度が数式（１）の条件を満たさない場合に、回転炉床炉用原料の塊成物が爆裂すると判定してもよい。
ｋａ≦３．０×１０^−６×Ｔｓ−１．８×１０^−３（１）
数式（１）において、ｋａは質量減少速度の代表値であり、Ｔｓは質量減少開始温度である。

また、測定工程では、質量減少速度が最初に０．０００４となった時、または０．０００４を越えた時の回転炉床炉用原料の温度を質量減少開始温度に決定し、かつ、質量減少開始温度以上の温度に対する質量減少速度の算術平均値を質量減少速度の代表値としてもよい。

以上説明したように本発明によれば、質量減少開始温度及び質量減少速度に基づいて、回転炉床炉用原料の爆裂性を評価するので、回転炉床炉用原料の爆裂性をより正確に評価することができる。

実施例で使用される水準２、１０の温度と質量減少速度との対応関係を示すグラフである。回転炉床炉用原料の爆裂性を評価するための基準線となるグラフ等を示す説明図である。回転炉床炉の一例を示す展開図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．本発明者による検討＞
本発明者は、回転炉床炉用原料の爆裂性に影響を与えるパラメータについて鋭意検討し、この結果、本実施形態に係る爆裂性評価方法に想到した。そこで、まず、本発明者による検討について説明する。

上述したように、回転炉床炉用塊成物の爆裂は、回転炉床炉用塊成物に含まれる揮発成分によって引き起こされると考えられている。ここで、回転炉床炉用塊成物には、様々な揮発成分が含まれる。例えば、バインダ及び還元材中の揮発分（水、炭化水素、水素等）は、揮発成分の一種である。また、酸化鉄原料には水酸化鉄（ＦｅＯＯＨ）が含まれる場合がある。水酸化鉄は、昇温された際に脱水する。水酸化鉄から脱水した水分は、回転炉床炉内で加熱されて水蒸気になる。したがって、水酸化鉄から脱水した水分も揮発成分の一種である。また、酸化鉄原料として使用されるダストには、ＣａまたはＭｇの炭酸塩（ＣａＣＯ_３、ＭｇＣＯ_３）が含まれる場合がある。これらの炭酸塩は、回転炉床炉内で回転炉床炉用塊成物の昇温と還元反応が進む過程において二酸化炭素を発生する。このような二酸化炭素も揮発成分の一種である。

本発明者は、これらの揮発成分がどのように回転炉床炉用塊成物の爆裂に寄与しているのかについて詳細に検討した。回転炉床炉内に装入された回転炉床炉用塊成物は、バーナーからの輻射熱によって８５０℃程度まで急速に昇温するが、その後は比較的緩やかに昇温する。したがって、比較的高温で（すなわち、８５０℃近傍、あるいはそれ以上の温度で）揮発する揮発成分は、その種類にかかわらず、回転炉床炉用塊成物の爆裂にそれほど寄与していないと考えられる。また、比較的低温で（すなわち、８５０℃未満の温度で）揮発し、かつ、揮発速度が遅い揮発成分も、その種類にかかわらず、回転炉床炉用塊成物の爆裂にそれほど寄与していないと考えられる。

その一方で、比較的低温で揮発し、かつ、揮発速度が速い揮発成分は、その種類にかかわらず、回転炉床炉用塊成物の爆裂に大きく寄与していると考えられる。このような揮発成分は、回転炉床炉用塊成物が急速に昇温する際に急速に揮発し、回転炉床炉用塊成物の内圧を高めるからである。そして、回転炉床炉用塊成物は、内圧の上昇に耐えられなくなった際に、爆裂する。したがって、揮発成分が揮発を開始した温度、及び揮発成分の揮発速度が回転炉床炉用原料の爆裂性に大きな影響を与えていると考えられる。そして、揮発成分の揮発速度は、回転炉床炉用原料を加熱した際の質量減少速度として測定することができる。また、揮発成分が揮発を開始する温度は、回転炉床炉用原料の質量が減少を開始した温度、すなわち質量減少開始温度として測定することができる。

このように、本発明者は、回転炉床炉用原料の爆裂性に影響を与えるパラメータとして、質量減少開始温度及び質量減少速度に着目した。そして、本発明者は、このような知見の下で、本実施形態に係る爆裂性評価方法に想到した。以下、本実施形態について説明する。

＜２．回転炉床炉の概要＞
次に、図３に基づいて、回転炉床炉２１の構成を説明する。なお、図３は、回転炉床炉２１を、その周方向に垂直な平面で切断し、展開した図である。また、図３に示す回転炉床炉２１は回転炉床炉の一例である。

回転炉床炉２１は、リング状の炉であり、塊成物装入口２５と、炉床２７と、熱間レベラー２９と、バーナー３１と、排気口３２と、ディスチャージャ３３とを備える。塊成物装入口２５には、回転炉床炉用塊成物Ｂが装入される。塊成物装入口２５に装入された回転炉床炉用塊成物Ｂは、炉床２７上に積載される。炉床２７は、回転炉床炉２１の周方向（図３中右方向）に移動可能となっており、炉床２７上の回転炉床炉用塊成物Ｂを回転炉床炉２１の周方向に搬送する。熱間レベラー２９は、炉床２７上の回転炉床炉用塊成物Ｂを平坦にならすものである。バーナー３１は、回転炉床炉２１の周方向に沿って回転炉床炉２１内に複数設けられる。バーナー３１は、回転炉床炉２１内の温度を所望の温度まで上昇させるとともに、輻射熱により回転炉床炉用塊成物Ｂを加熱する。これにより、回転炉床炉用塊成物Ｂ中の酸化鉄原料が還元される。具体的には、酸化鉄原料中の酸素原子は、還元材中の炭素原子と結合してＣＯガスとなり、酸化鉄原料から除去される。したがって、酸化鉄原料は、還元材によって直接還元される。これにより、還元鉄が作製される。ＣＯガスは、炉内で燃焼し、ＣＯ_２ガス（排気ガス）となる。ＣＯガスは、燃焼時に熱を発生するので、熱源としての役割も有する。排気口３２は、回転炉床炉２１内で発生した排気ガスを回転炉床炉２１の外部に排出する。ディスチャージャ３３は、還元鉄を外部に排出する（すなわち、払い出す）。

＜３．回転炉床炉用原料の爆裂性評価方法＞
次に、本実施形態に係る回転炉床炉用原料の爆裂性評価方法について説明する。本実施形態に係る爆裂性評価方法は、測定工程と評価工程とに大別される。

（３−１．測定工程）
測定工程では、回転炉床炉用原料の昇温過程における質量減少開始温度及び質量減少速度を測定する。具体的には、まず、熱分析装置に回転炉床炉用原料の試料を装入する。ここで、熱分析装置は、試料を加熱し、かつ、試料の温度及び質量変化を測定する装置である。熱分析装置は、このような機能を有するものであればどのようなものであってもよい。熱分析装置の例としては、実施例で使用されるような示差熱天秤等が挙げられる。

熱分析装置には、回転炉床炉用原料の試料として、酸化鉄原料、還元材、及びバインダを装入する。これらの成分の種類及び質量比は、実機に装入される回転炉床炉用塊成物を模擬したものとされることが好ましい。すなわち、試料の成分及び各成分の質量比は、回転炉床炉用塊成物の成分及び各成分の質量比に略一致する。

また、本実施形態に係る爆裂性評価方法は、回転炉床炉用原料の種類によらず、爆裂性を評価することができる。したがって、熱分析装置に装入される試料は、回転炉床炉用原料として使用されるものであればどのようなものであってもよい。酸化物原料としては、例えば、ダスト、スケール、スラッジ等が挙げられる。還元材としては、例えば石炭、コークス等が挙げられる。バインダとしては、例えば水、タール等が挙げられる。

また、熱分析装置に装入される試料はごく少量であれば良い。すなわち、回転炉床炉用原料の試料は、熱分析装置が分析可能な程度の質量だけ熱分析装置に装入すればよい。したがって、本実施形態によれば、爆裂性の評価に必要な試料を少なくすることができる。さらに、本実施形態によれば、爆裂性評価のために塊成物を作製しなくてもよい。したがって、本実施形態によれば、爆裂性評価に掛かる手間を大幅に低減することができる。

また、試料を構成する各成分の粒径は特に制限されないが、回転炉床炉に装入される回転炉床炉用塊成物を模擬したもの（すなわち、回転炉床炉用塊成物を構成する各成分の粒径と同程度）であることが好ましい。試料の各成分の粒径は、例えば目開きの異なる複数種類の篩によって調整可能である。例えば、試料を目開きＸ（μｍ）の篩に掛けた場合、篩に残った試料の粒径はＸ（μｍ）より大きく、篩から落ちた試料の粒径はＸ（μｍ）以下になる。

ついで、回転炉床炉用原料を不活性雰囲気下（例えば、窒素雰囲気下）で昇温させる。ここで、昇温速度は、回転炉床炉内での昇温速度（具体的には、８５０℃までの昇温速度）を模擬した速度であることが好ましい。具体的には、昇温速度は、５０〜３００℃／ｍｉｎであることが好ましい。

ついで、所定の測定間隔（例えば、１ｓ。測定間隔は任意に設定されれば良い）毎に試料の温度（℃）及び試料の質量（ｇ）を測定する。ついで、各測定時点での質量減少量を算出する。ここで、各測定時点での質量減少量は、各測定時点での試料の質量から試料の初期質量を減じることで得られる。質量減少は、主に、揮発成分の揮発、あるいは、還元材による酸化鉄原料の還元反応によって生じる。さらに、各測定時点での反応率（Ｘ）を算出する。ここで、各測定時点での反応率は、各測定時点での質量減少量を試料の初期質量で除算することで得られる。ついで、各測定時点での質量減少速度（ｄＸ／ｄｔ）を算出する。具体的には、今回の測定時点の反応率から１回前の測定時点の反応率を減じることで、反応率の変化量（△Ｘ）を算出する。ついで、反応率の変化量を測定間隔で除算することで、今回の測定時点における質量減少速度（ｇ／ｍｉｎ）を算出する。この処理を各測定時点で行うことで、各測定時点での質量減少速度を算出する。すなわち、本実施形態では、質量減少速度を測定することで、揮発成分の揮発速度を測定することとしている。

ついで、質量減少速度が最初に０．０００４となった時点、または０．０００４を越えた時点を測定時点として特定する。そして、この測定時点での試料の温度を質量減少開始温度に決定する。さらに、質量減少開始温度以上の温度に対する質量減少速度の算術平均値を算出する。そして、質量減少速度の算術平均値を質量減少速度の代表値とする。質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度は、回転炉床炉用塊成物が爆裂するか否かの判定に使用される。なお、質量減少速度の代表値の算出方法はこの方法に限定されない。例えば、質量減少速度が最初に０．０００４となった時点、または０．０００４を越えた時点の試料の温度を質量減少開始温度とする。そして、質量減少開始温度以上に試料を加熱した後、試料の質量減少速度が最初に０．０００４となった時点、または０．０００４未満となった時点の温度を質量減少終了温度とする。さらに、質量減少開始温度と質量減少終了温度との間の質量減少速度の算術平均値を算出する。そして、その算術平均値を質量減少速度の代表値としてもよい。

上記の処理を行う理由は以下の通りである。すなわち、上述したように、比較的低温で揮発し、かつ、揮発速度が遅い揮発成分（以下、このような揮発成分を「爆裂低関与揮発成分」とも称する）は、回転炉床炉用塊成物の爆裂にそれほど寄与しない。その一方で、比較的低温で爆裂し、かつ、揮発速度が速い揮発成分（以下、このような揮発成分を「爆裂高関与揮発成分」とも称する）は、回転炉床炉用塊成物の爆裂に大きく寄与する。

したがって、爆裂の有無を正確に評価するためには、これらの揮発成分を区別する閾値を設定することが好ましい。そこで、本発明者は、このような閾値について鋭意検討した。具体的には、閾値を様々に変更して質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度を算出し、これらの値に基づいて後述する評価工程を行った。この結果、閾値が０．０００４となる場合に、評価工程による評価結果（すなわち、爆裂の有無の評価）が、実機での結果（すなわち、回転炉床炉内に装入された回転炉床炉用塊成物の爆裂の有無）に最も近くなった。すなわち、閾値が０．０００４よりも小さい場合、本来であれば回転炉床炉用塊成物の爆裂にそれほど寄与しない揮発成分を考慮して爆裂の有無を判定することになってしまう。一方、閾値が０．０００４よりも大きい場合、本来であれば回転炉床炉用塊成物の爆裂に寄与する揮発成分を考慮せずに爆裂の有無を判定することになってしまう。そこで、本発明者は、爆裂低関与揮発成分と爆裂高関与揮発成分とを区別する閾値を０．０００４に設定した。

一例を図１に基づいて説明する。図１の横軸は試料の温度（℃）を示し、縦軸は試料の質量減少速度（ｇ／ｍｉｎ）を示す。また、グラフＬ２は、後述する水準２の温度と質量減少速度との対応関係を示し、グラフＬ１０は、後述する水準１０の温度と質量減少速度との対応関係を示す。グラフＬ２は、２つのピークＡ，Ｂを有する一方で、グラフＬ３は、概ね１つのピークＣを有する。ピークＢ、Ｃは、かなり大きなピークなので、酸化鉄原料の還元反応及び揮発成分の揮発の両者に起因するピークであると考えられる。一方、ピークＡはピークＢ、Ｃよりも低温で観測されており、かつ、その高さもある程度高い（すなわち、ピーク値が０．０００４以上となっている）。したがって、ピークＡは、爆裂高関与揮発成分の揮発に起因するピークであると考えられる。本実施形態では、閾値を０．０００４としているので、ピークＡが観測された温度（より詳細には、質量減少速度が０．０００４となった温度）を質量減少開始温度とすることができる。さらに、質量減少開始温度以上の温度に対する質量減少速度の算術平均値を質量減少速度の代表値とする。したがって、爆裂高関与揮発成分の揮発が酸化鉄原料の還元反応よりも低温で開始された場合であっても、当該爆裂高関与揮発成分の揮発も考慮して、爆裂の有無を評価することができる。

なお、本実施形態では、爆裂低関与揮発成分と爆裂高関与揮発成分とを区別する閾値を０．０００４としたが、この値は回転炉床炉の操業条件等によって変動する可能性がある。たとえば、閾値は、回転炉床炉用原料を構成する成分の種類、組成比（特に、還元材の原単位）、炉内環境（例えば、バーナーの設定温度、回転炉床炉の炉内温度）等によって変動しうる。ここで、還元材の原単位は、単位質量分（例えば、１ｔ）の還元鉄を作製するために必要な還元材の質量である。したがって、操業条件毎に閾値を調整してもよい。具体的には、回転炉床炉用原料を構成する成分の種類、組成比を模擬した試料を用意する。そして、閾値を変更しながら測定工程及び評価工程を行い、適切な閾値を見つければ良い。また、炉内環境によって回転炉床炉用塊成物の昇温速度が異なるので、これに応じて熱分析装置の昇温速度を設定する。そして、閾値を変更しながら測定工程及び評価工程を行い、適切な閾値を見つければ良い。

（３−２．評価工程）
ついで、評価工程を行う。評価工程は、質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度に基づいて、回転炉床炉用原料の爆裂性を評価する工程である。具体的には、以下の処理を行う。

すなわち、評価工程では、質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度が以下の数式（１）の条件を満たすか否かを判定する。
ｋａ≦３．０×１０^−６×Ｔｓ−１．８×１０^−３（１）
数式（１）において、ｋａは質量減少速度の代表値であり、Ｔｓは質量減少開始温度である。

そして、質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度が数式（１）の条件を満たす場合に、回転炉床炉用塊成物が爆裂しないと判定し、質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度が数式（１）の条件を満たさない場合に、回転炉床炉用塊成物が爆裂すると判定する。以上の工程により、回転炉床炉用原料の爆裂性を評価する。

このような判定が可能な理由を図２に基づいて説明する。図２の横軸は質量減少開始温度（℃）を示し、縦軸は質量減少速度の代表値（ｇ／ｍｉｎ）を示す。本発明者は、質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度が異なる様々な回転炉床炉用塊成物を作製した。そして、これらの回転炉床炉用塊成物を回転炉床炉に装入し、爆裂の有無を確認した。この結果、質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度によって爆裂の有無が異なることが確認できた。具体的には、図１の点Ｐ１が示す値を有する回転炉床炉用塊成物は、回転炉床炉内で爆裂した。一方、図１の点Ｐ２が示す値を有する回転炉床炉用塊成物は、回転炉床炉内で爆裂しなかった。この結果、本発明者は、これらの回転炉床炉用塊成物を、境界線Ｌ１０で区分できることを見出した。境界線Ｌ１０は、上述した数式（１）に相当するグラフである。このように、本発明者は、質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度によって爆裂の有無を評価できることを見出した。さらに、質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度が満たす関係式（すなわち、数式（１））によって、爆裂の有無を区分できることも見出した。したがって、上記のような判定が可能となる。

なお、数式（１）は、回転炉床炉用塊成物の密度及びサイズ等によって変動しうる。ちなみに、回転炉床炉用塊成物の密度及びサイズは、回転炉床炉用塊成物の成形装置の仕様、駆動条件等によって変動しうる。しかし、質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度によって爆裂の有無を評価できることに変わりはない。したがって、回転炉床炉用塊成物の密度及びサイズ毎に数式（１）に相当する数式を求めれば良い。すなわち、回転炉床炉用塊成物の密度及びサイズ毎に以下の工程を行えばよい。まず、質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度が異なる様々な回転炉床炉用塊成物を作製する。そして、これらの回転炉床炉用塊成物を回転炉床炉に装入し、爆裂の有無を確認する。そして、図２と同様のｘｙ平面上にこれらの塊成物が示す値をプロットする。ここで、爆裂の有無によってプロットの種類を変える。そして、爆裂した塊成物が示す点と爆裂しなかった塊成物が示す点とを切り分ける境界線をｘｙ平面上に引く。そして、この境界線が示す数式を求める。この数式が、上述した数式（１）に相当する。なお、回転炉床炉用塊成物の密度及びサイズが大きくなるほど、数式（１）の切片及び傾きが小さくなる傾向にある。

以上により、本実施形態によれば、回転炉床炉用原料の質量減少開始温度及び質量減少速度に基づいて、回転炉床炉用原料の爆裂性を評価するので、回転炉床炉用原料の爆裂性をより正確に評価することができる。

（実施例）
本実施形態による効果を検証するために、以下の実施例及び比較例を行った。実施例では、以下の処理を行った。まず、回転炉床炉用原料の試料として、表１に示す水準１〜１６の試料を用意した。各試料の粒径は２５０μｍ以下に調整した。そして、水準毎に質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度を測定した。具体的には、１０ｍｇの試料を示差熱天秤（リガク社ＴＧ８１２０）に装入した。ついで、窒素雰囲気下で試料を１００℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温させた。この昇温過程において、以下の工程により質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度を測定した。すなわち、１ｓ毎に試料の温度（℃）及び試料の質量（ｇ）を測定した。ついで、各測定時点での質量減少量を算出した。さらに、各測定時点での反応率（Ｘ）を算出した。ついで、各測定時点での質量減少速度（ｄＸ／ｄｔ）を算出した。ついで、反応率の変化量を測定間隔（ここでは、１ｓ）で除算することで、今回の測定時点における質量減少速度（ｇ／ｍｉｎ）を算出した。この処理を各測定時点で行うことで、各測定時点での質量減少速度を算出した。試料の温度及び質量減少速度の対応関係の例を図１に示す。図１のグラフＬ２は、水準２の温度及び質量減少速度の対応関係を示し、グラフＬ３は、水準１０の温度及び質量減少速度の対応関係を示す。

ついで、質量減少速度が最初に０．０００４を超えた測定時点を特定した。そして、この測定時点での試料の温度を質量減少開始温度に決定した。さらに、質量減少開始温度以上の温度に対する質量減少速度の算術平均値を算出した。そして、質量減少速度の算術平均値を質量減少速度の代表値とした。

ついで、水準１〜１６、すなわち回転炉床炉用原料の爆裂性を評価した。具体的には、質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度が数式（１）の条件を満たすか否かを判定した。そして、質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度が数式（１）の条件を満たす場合に、回転炉床炉用塊成物が爆裂しないと判定し、質量減少速度の代表値及び質量減少開始温度が数式（１）の条件を満たさない場合に、回転炉床炉用塊成物が爆裂すると判定した。

ついで、水準１〜１６を用いて回転炉床炉用塊成物を作製した。そして、回転炉床炉用塊成物を回転炉床炉に装入し、還元鉄を作製した。ここで、炉内温度１２５０℃になるようにバーナーの温度を制御した。そして、還元鉄の粉率（実機粉率）を算出した。具体的には、成品還元鉄を目開き２．８ｍｍの篩で篩分け、（２．８ｍｍ篩下質量）／（成品還元鉄質量）を実機粉率とした。ここで、還元鉄の粉率は、爆裂した回転炉床炉用塊成物の数が多いほど大きくなる。すなわち、還元鉄の粉率は、回転炉床炉用塊成物の爆裂の有無と相関がある。したがって、回転炉床炉用原料の爆裂性の評価結果と還元鉄の粉率とを対比することで、評価結果の正確性（言い換えれば、信頼性）を評価することができる。表１に実施例の結果をまとめて示す。表１において、○は「爆裂する」旨の評価結果を示し、×は「爆裂しない」旨の評価結果を示す。

（比較例）
比較例では、特許文献２に開示された評価方法に基づいて、水準１〜１６の爆裂の有無を評価した。表１に比較例の結果をまとめて示す。表１において、○は「爆裂する」旨の評価結果を示し、×は「爆裂しない」旨の評価結果を示す。

表１によれば、実施例の評価結果と実機粉率とは高い相関があると言える。すなわち、本実施例によって「爆裂する」と評価された回転炉床炉用塊成物では、実機粉率が１０％を超える。さらに、本実施例によって「爆裂しない」と評価された回転炉床炉用塊成物では、実機粉率が１０％以下となる。なお、回転炉床炉用塊成物の密度及びサイズを変えて図２と同様の境界線の作製を試みたところ、境界線を示す数式（１）の切片及び傾きに変動が見られた。しかし、変動後の数式（１）に基づいて上記実施例と同様の処理を行ったところ、上記実施例と同様の評価結果が得られた。

その一方で、比較例の評価結果と実機粉率とを比較すると、一部の水準でこれらの相関が低くなっていることがわかった。具体的には、比較例では、水準５を「爆裂しない」と評価しているが、実機粉率は１０％を超えている。したがって、実際には、回転炉床炉用塊成物は回転炉床炉内で爆裂していることになる。さらに、比較例では、水準７〜９を「爆裂する」と評価しているが、実機粉率は１０％以下となっている。したがって、実際には、回転炉床炉用塊成物は回転炉床炉内でほとんど爆裂していないことになる。

以上の結果により、本実施形態による評価方法は、回転炉床炉用原料の爆裂性をより正確に評価できることが明らかになった。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

２１回転炉床炉
２５塊成物装入口
２７炉床
２９熱間レベラー
３１バーナー
３２排気口
３３ディスチャージャ
Ｂ回転炉床炉用塊成物

Claims

回転炉床炉に投入される回転炉床炉用原料の昇温過程における質量減少開始温度及び質量減少速度を測定する測定工程と、
前記質量減少開始温度及び前記質量減少速度に基づいて、前記回転炉床炉用原料の爆裂性を評価する評価工程と、を含むことを特徴とする、回転炉床炉用原料の爆裂性評価方法。
前記測定工程では、前記質量減少速度に基づいて、前記質量減少速度の代表値を算出し、
前記評価工程では、前記質量減少速度の代表値及び前記質量減少開始温度に基づいて、前記回転炉床炉用原料の爆裂性を評価する、請求項１記載の回転炉床炉用原料の爆裂性評価方法。
前記評価工程では、前記質量減少速度の代表値及び前記質量減少開始温度が以下の数式（１）の条件を満たす場合に、前記回転炉床炉用原料の塊成物が爆裂しないと判定し、前記質量減少速度の代表値及び前記質量減少開始温度が前記数式（１）の条件を満たさない場合に、前記回転炉床炉用原料の塊成物が爆裂すると判定することを特徴とする、請求項２記載の回転炉床炉用原料の爆裂性評価方法。
ｋａ≦３．０×１０^−６×Ｔｓ−１．８×１０^−３（１）
前記数式（１）において、ｋａは前記質量減少速度の代表値であり、Ｔｓは前記質量減少開始温度である。
前記測定工程では、前記質量減少速度が最初に０．０００４となった時、または０．０００４を越えた時の前記回転炉床炉用原料の温度を前記質量減少開始温度に決定し、かつ、前記質量減少開始温度以上の温度に対する前記質量減少速度の算術平均値を前記質量減少速度の代表値とすることを特徴とする、請求項２または３記載の回転炉床炉用原料の爆裂性評価方法。