JP6939667B2 - 炭材内装鉱及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉等で製鉄原料として使用される炭材内装鉱及びその製造方法に関する。

近年、高炉操業において還元材比を低減するために、鉄含有原料と炭材とを混合及び成型して得られる炭材内装鉱を使用することが提案されている。

高炉用原料として使用する炭材内装鉱は、搬送及び高炉投入時の粉化を防止するために、できるだけ高強度であることが要求される。

例えば、特許文献１には、含鉄原料、含炭原料、及びバインダーを混合、混練し、混練物を成形して成形体を得て、次いで前記成形体を養生して製造され、炭素含有量（Ｔ．Ｃ）が１８〜２５質量％、かつ気孔率が２０〜３０％である、冷間圧潰強度及び熱間強度に優れた高炉用の非焼成含炭塊成鉱が開示されている。

国際公開第２０１１／０２１５６０号公報

しかしながら、特許文献１の方法ではセメントなどの水硬性バインダーを用いており、有機バインダーを用いた場合でも同様の効果が得られるかは明らかでない。

従って本発明の課題は、有機バインダーを用いた場合でも、高炉においても製鉄原料として好適に使用可能な高強度の炭材内装鉱を提供することである。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく、炭材内装鉱について鋭意検討を行ったところ、アルキメデス法で測定される気孔率ではなく、水銀圧入法で測定される孔径０．５μｍ以上の細孔を対象として算出される気孔率が圧潰強度に影響を与え、且つ、当該孔径０．５μｍ以上の細孔を対象として算出される気孔率を１０％以下にすることによって高強度を実現できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち本発明の一態様に係る炭材内装鉱は、鉄含有原料と炭材とバインダーとを含有する炭材内装鉱であって、水銀圧入法で測定される、当該炭材内装鉱における孔径０．５μｍ以上の細孔を対象として算出される気孔率が１０％以下である。

本発明の一態様に係る炭材内装鉱は、前記鉄含有原料の鉄含有量（Ｔ．Ｆｅ）が、３０質量％以上、７０質量％以下であることが好ましい。

本発明の一態様に係る炭材内装鉱は、前記鉄含有原料と前記炭材との合計を１００質量％とした場合の前記炭材の量が、３質量％以上、２５質量％以下であることが好ましい。

また、本発明の一態様に係る炭材内装鉱の製造方法は、鉄含有原料と炭材とバインダーとを含有する炭材内装鉱の製造方法であって、ブリケットマシンで成形する際のロール径Ａ（ｍｍ）、ロール速度Ｂ（ｒｐｍ）、ロールギャップＣ（ｍｍ）が下記式を満足し、
Ａ／Ｂ＋１５×Ｃ＞６０
かつ、成形時の線圧が０．４ｋＮ／ｍｍ以上である。

本発明の一態様に係る炭材内装鉱の製造方法は、前記鉄含有原料の鉄含有量（Ｔ．Ｆｅ）が、３０質量％以上、７０質量％以下であることが好ましい。

本発明の一態様に係る炭材内装鉱の製造方法は、前記鉄含有原料と前記炭材との合計を１００質量％とした場合の前記炭材の量が、３質量％以上、２５質量％以下であることが好ましい。

本発明の一態様によれば、高強度であり、高炉用の製鉄原料としても好適に使用可能な炭材内装鉱を提供することができる。

水銀圧入法で求めた孔径０．５μｍ以上の細孔を対象として算出される気孔率と圧潰強度との関係を示す図である。 アルキメデス法で求めた全体の気孔率と圧潰強度との関係を示す図である。

本実施形態に係る炭材内装鉱は、鉄含有原料と炭材とバインダーとを含有し、水銀圧入法で測定される、当該炭材内装鉱における孔径０．５μｍ以上の細孔を対象として算出される気孔率が１０％以下である。

本明細書において、炭材内装鉱とは、高炉において使用される製鉄原料であって、詳しくは後述する鉄含有原料と炭材とが密に混合してなる塊状物を意味する。

（鉄含有原料）
鉄含有原料としては、例えば、ペレット用や焼結鉱用の鉄鉱石、製鉄所で発生するダストやスケール、地金、及びそれらの混合粉等が挙げられる。

鉄含有原料の形状としては、例えば粉末状、粒径０〜１０ｍｍの粒子状が挙げられる。

鉄含有原料における鉄含有量（Ｔ．Ｆｅ）は、特に限定されないが、３０質量％以上であることが好ましく、３５質量％以上であることがより好ましい。また、７０質量％以下であることが好ましい。このような範囲では、本実施形態の効果が特に顕著である。

（炭材）
本明細書において、炭材とは、炭素源を含む原料を意味する。炭材としては、例えば、粉コークス、一般炭、無煙炭、コークスダスト、製鉄工程で発生するダストの一種である高炉１次灰等を挙げることができる。

炭材の形状としては、例えば粉末状、粒径０〜１０ｍｍの粒子状が挙げられる。

鉄含有原料と炭材との合計を１００質量％とした場合、炭材の量は、特に限定されないが、３質量％以上であることが好ましく、５質量％以上であることがより好ましい。また、２５質量％以下であることが好ましく、２０質量％以下であることがより好ましい。このような範囲では、本実施形態の効果が特に顕著である。

（バインダー）
バインダーは、酸化鉄含有原料と炭材とを結合させる結合剤としての機能を有するものであればよい。そのようなバインダーとしては、例えば有機バインダー、及び無機バインダー等を挙げることができる。

有機バインダーとしては、例えば、パルプ廃液（例えば、リグニン亜硫酸塩等）、糖蜜、澱粉等の各種ポリマー、及びカルボキシメチルセルロースからなる群から選択される１種又は２種以上を適宜組み合わせて使用することができる。

また、必要に応じて、例えば生石灰及びベントナイト等の無機バインダーを、炭材内装鉱のスラグ量が高炉操業に悪影響を及ぼさない範囲で含んでいてもよい。

バインダーとして、パルプ廃液及び糖蜜の少なくともいずれかを含んでいることが好ましい。バインダーがパルプ廃液と糖蜜との混合物からなる場合には、その混合比は、固形分換算の重量比（パルプ廃液／糖蜜）で１〜１０であることが好ましく、２〜４であることがより好ましい。このような範囲では、より少ないバインダー量で高強度が得られるという利点がある。

バインダーの量は、特に限定されないが、鉄含有原料及び炭材の合計１００質量％に対して、固形分換算で１質量％以上であることが好ましく、５質量％以上であることが好ましい。また、１５質量％以下であることが好ましく、１０質量％以下であることが好ましい。このような範囲では、コスト面で有利であるという利点がある。

（気孔率）
本実施形態に係る炭材内装鉱は、水銀圧入法で測定される、当該炭材内装鉱における孔径０．５μｍ以上の細孔を対象として算出される気孔率が、１０％以下である。本明細書において、孔径０．５μｍ以上の細孔を対象として算出される気孔率とは、水銀圧入法で測定されるものであって、炭材内装鉱全体の容積に対する、当該孔径が０．５μｍ以上である細孔の全容積を意味する。水銀圧入法による具体的な測定及び算出方法は、後述の実施例に記載のとおりである。当該気孔率は、強度の観点からは小さいほど良いが、被還元性の観点からは高い方が好ましく、５％以上であることが好ましい。

（強度）
本実施形態に係る炭材内装鉱は、水銀圧入法で測定される孔径０．５μｍ以上の細孔を対象として算出される気孔率が１０％より高い場合と比較して、強度（特には圧潰強度）が向上している。本実施形態に係る炭材内装鉱の圧潰強度は、１.０ｋＮ以上であることが好ましく、１．３ｋＮ以上であることがより好ましい。なお、本実施形態において、圧潰強度の測定は、ＪＩＳ Ｍ８７１８に基づいて行われるものとする。

このように、本実施形態に係る炭材内装鉱は高強度である。したがって、本実施形態に係る炭材内装鉱は、高炉までの搬送過程及び高炉への投入過程において粉化しづらく、製鉄原料として好適に用いることができる。

（製造方法の一例）
次に、本実施形態に係る炭材内装鉱の製造方法の一例について以下に説明する。なお、本実施形態に係る炭材内装鉱は、以下の製造方法で製造されたものに限定されない。

本実施形態に係る炭材内装鉱は、一例において、上述した鉄含有原料と炭材とバインダーとを混練し、得られた混練物をロール圧縮成形することを含む方法によって製造される。

各原料の配合量は上述のとおりである。

鉄含有原料と炭材とバインダーとの混練は、例えば鉄含有原料と炭材とバインダーとを含む混合物に、適宜水等を加えることによって行えばよい。

混練物のロール圧縮は、ブリケットマシン、例えばロール型ブリケットマシン等（他にロール圧縮はない）の公知の装置を用いればよい。なお、本明細書において、ロール圧縮とは、回転する一対のロール間で試料を圧縮することを意味する。また、ロール型ブリケットマシンとは造粒機の一種であって、回転する一対のロールの表面には複数のポケットが設けられている。そしてポケットを調整することによって、例えばピロー形、アーモンド形、球形等の所望の形状の塊状物を得ることができる。

ブリケッティング条件は、炭材内装鉱の強度に大きく影響する。ブリケットマシンで成形する際のロール径Ａ（ｍｍ）、ロール速度Ｂ（ｒｐｍ）、ロールギャップＣ（ｍｍ）が下記式を満足し、かつ、成形時の線圧が０．４ｋＮ／ｍｍ以上である場合に、１．０ｋＮ以上の高い圧潰強度が得られる。

Ａ／Ｂ＋１５×Ｃ＞６０
最後に、塊状物を乾燥させて炭材内装鉱を得る。塊状物の乾燥方法は特に限定されるものではなく、例えば加熱乾燥、自然乾燥等が挙げられる。

塊状物を加熱乾燥する場合、加熱温度は特に限定されないが、好ましくは２００℃以下である。また、このときの加熱時間は特に限定されない。

以下に実施例を示し、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。さらに、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された文献の全てが参考として援用される。

（炭材内装鉱の作製）
表１に示す成分を含む製鉄所ダスト（鉄含有原料）と、焼結用の粉状のコークス（炭材）と、表２に示す成分を含むバインダーとを原料として用いた。その際、原料配合を表３に示す割合とした。バインダーの量は、鉄含有原料及び炭材の合計１００質量％に対する固形分換算での量である。そして、水を加えながら原料を混練し、混練物を得た。

得られた混練物を、ブリケットマシン（新東工業株式会社製、型番：ＢＧＳ−１Ｖ）でロール圧縮して成形し、塊状物を得た。その際のロール径（Ａ）、ロール速度（Ｂ）、及びロールギャップ（Ｃ）は、表４に示すとおりである。ロールのポケットサイズは、２８ｍｍ×２６ｍｍ×６．５ｍｍである。スクリュー速度は、所望の線圧が得られるよう適宜調整した。

さらに、得られた塊状物を１０５℃で２時間以上乾燥させて、乾燥塊状物を得て、それを試験用試料とした。

（圧縮強度測定）
圧縮強度測定は、ＪＩＳ Ｍ８７１８に基づいて行った。

（孔径０．５μｍ以上の細孔を対象として算出される気孔率の測定）
水銀圧入式ポロシメータ（島津製作所製 マイクロメリテック オートポアIV９５００）を用いて気孔径及びその気孔率を測定した。

（アルキメデス法による気孔率の測定）
水置換法により見掛け密度を求める方法（ＪＩＳ Ｋ２１５１）により気孔率を算出した。

（結果）
各試料についての測定結果を表５に示す。また、水銀圧入法で求めた孔径０．５μｍ以上の細孔を対象として算出される気孔率と圧潰強度との関係を図１に示す。アルキメデス法で求めた全体の気孔率と圧潰強度との関係を図２に示す。

一般的に、空隙が多くなると強度が低下する。しかしながら、驚くべくことに、図２から、アルキメデス法で求めた全体の気孔率は圧潰強度に影響していないことがわかった。一方、図１から、孔径０．５μｍ以上の細孔を対象として算出される気孔率が１０％以下の場合には、１０％より高い場合と比較して、圧潰強度が大きく向上することがわかった。このように、全体の気孔率ではなく、水銀圧入法で求めた孔径０．５μｍ以上の細孔を対象として算出される気孔率が強度に影響を与えることがわかった。

Claims (6)

1. 鉄含有原料と炭材とバインダーとを含有する炭材内装鉱であって、
   水銀圧入法で測定される、当該炭材内装鉱における孔径０．５μｍ以上の細孔を対象として算出される気孔率が１０％以下である、炭材内装鉱。
2. 前記鉄含有原料の鉄含有量（Ｔ．Ｆｅ）が、３０質量％以上、７０質量％以下である、請求項１に記載の炭材内装鉱。
3. 前記鉄含有原料と前記炭材との合計を１００質量％とした場合の前記炭材の量が、３質量％以上、２５質量％以下である、請求項１又は２に記載の炭材内装鉱。
4. 鉄含有原料と炭材とバインダーとを含有する炭材内装鉱の製造方法であって、
   ブリケットマシンで成形する際のロール径Ａ（ｍｍ）、ロール速度Ｂ（ｒｐｍ）、ロールギャップＣ（ｍｍ）が下記式を満足し、
   Ａ／Ｂ＋１５×Ｃ＞６０
   かつ、成形時の線圧が０．４ｋＮ／ｍｍ以上である、炭材内装鉱の製造方法。
5. 前記鉄含有原料の鉄含有量（Ｔ．Ｆｅ）が、３０質量％以上、７０質量％以下である、請求項４に記載の炭材内装鉱の製造方法。
6. 前記鉄含有原料と前記炭材との合計を１００質量％とした場合の前記炭材の量が、３質量％以上、２５質量％以下である、請求項４又は５に記載の炭材内装鉱の製造方法。

Images