JP6996268B2 - 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、酸化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。

炭材内装鉱は、焼結鉱及びペレットに比べて被還元性に優れているが、炭材内装鉱が高炉用の製鉄原料として用いられる場合には、炭材内装鉱には還元粉化指数が低いことが要求される。

例えば、特許文献１には、高結晶水鉱石を含む鉄含有原料、粉状炭材、及びセメント等の水硬性バインダーを混合、成形して、気孔率を２０～３０％に制御することにより、還元粉化性に優れた含炭塊成鉱を製造する方法が開示されている。

また、特許文献２には、酸化鉄含有原料に含まれるヘマタイト量と、有機バインダー中のＣ、Ｈ量とを規定することによって、還元粉化性に優れた炭材内装鉱を製造する方法が開示されている。

さらに、特許文献３には、電気炉ダストの還元処理方法における成形工程において双ロール型ブリケットマシンが用いられ、その成形線圧が４４ｋＮ／ｃｍ以上に設定されることが開示されている。

国際公開第２０１１／０２１５６０号公報 特開２０１６－１０８５８０号公報 特開２００９－５２１４１号公報

上述したように、特許文献１及び２によって、還元粉化性に優れた炭材内装鉱の製造方法は提供されている。しかし、高炉操業において更に高強度かつ還元粉化性に優れた炭材内装鉱が求められている。

なお、特許文献３に記載の紛体塊成物は、高炉において使用されることを目的とするものではない。

従って本発明の課題は、高強度であり、還元粉化性に優れることによって、高炉においても製鉄原料として好適に使用可能な炭材内装鉱及びその製造方法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、ヘマタイト含有量の多い酸化鉄含有原料を使用した場合でも、炭材内装鉱を成形時の線圧を制御することによって、高強度であり、しかも還元粉化性に優れた炭材内装鉱を効果的に製造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の製造方法は、ヘマタイトの含有量が７５質量％以上である酸化鉄含有原料と、炭材と、バインダーとを混練し、得られた混練物を０．４ｋＮ／ｍｍ以上、２．０ｋＮ／ｍｍ以下の線圧でロール圧縮することを含むものである。

本発明の一態様に係る炭材内装鉱の製造方法において、炭材内装中の酸化鉄含有量原料の比率が７０質量％以上、９５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において、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、酸化鉄含有原料及び炭材の合計１００質量％に対して、１質量％以上、１０質量％以下使用することが好ましい。

また、本発明では、高強度であり、還元粉化性に優れた炭材内装鉱を提供する。

本発明の一態様に係る炭材内装鉱は、ヘマタイト量が７５質量％以上の酸化鉄含有原料と、炭材と、バインダーとを含有し、還元粉化指数が４０％以下である。

本発明の一態様に係る炭材内装鉱において、圧潰強度は１．０ｋＮ以上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、しかも還元粉化性に優れた炭材内装鉱であって、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。

試験例１及び試験例２それぞれの乾燥塊状物の還元粉化指数（ＲＤＩ）と線圧との関係を示す図である。 試験例１における乾燥後塊状物の、ＲＤＩ試験時の還元率と線圧との関係を示す図である。 試験例１における圧潰強度と線圧との関係を示す図である。

本実施形態一実施形態に係る炭材内装鉱の製造方法（以下、「本製造方法」という）は、ヘマタイトの含有量が７５質量％以上の酸化鉄含有原料と、炭材と、バインダーとを混練し、得られた混練物を０．４ｋＮ／ｍｍ以上、２．０ｋＮ／ｍｍ以下の線圧でロール圧縮成形することを含むものである。はじめに、本製造方法において用いる原料について説明する。

〔炭材内装鉱〕
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、詳しくは後述する酸化鉄含有炭材と、炭材とが密に混合してなる塊状物を意味する。

（酸化鉄含有原料）
本製造方法で使用する酸化鉄含有原料とは、酸化鉄として少なくともヘマタイト（Ｆｅ_２Ｏ_３）を含有する原料である。

酸化鉄含有原料に含まれるヘマタイトは既に周知の化合物である。酸化鉄含有原料中のヘマタイトの含有量は７５質量％以上であればよい。酸化鉄含有原料には、ヘマタイト以外に、酸化鉄（ＩＩ）、酸化カルシウム、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム等が１種または２種以上含まれていてもよい。

酸化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。

（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。

（バインダー）
本製造方法で使用するバインダーは、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、例えば有機バインダー、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有機バインダーに加えてもよい。

本製造方法において、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使用することが好ましい。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、重量比（パルプ廃液／糖蜜）で１～１０、好ましくは２～４である。

（本製造方法）
次に、本製造方法の具体的な工程について説明する。

本製造方法は、上述した酸化鉄含有原料と、炭材と、バインダーとを混練し、得られた混練物を０．４ｋＮ／ｍｍ以上、２．０ｋＮ／ｍｍ以下の線圧でロール圧縮することを含む。

本製造方法において、炭材の添加量は、特に限定されるものではないが、酸化鉄含有原料及び炭材の合計１００質量％に対して、５質量％以上、３０質量％以下であることが好ましい。

本製造方法において、炭材内装鉱中の酸化鉄含有原料の比率は、７０質量％以上、９５質量％であることが好ましい。

また、バインダーの添加量は、特に限定されるものではないが、酸化鉄含有原料及び炭材の合計１００質量％に対して１質量％以上、１０質量％以下添加することが好ましい。

酸化鉄含有原料と、炭材と、バインダーとの混練は、例えば酸化鉄含有原料と、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。

得られた混練物は、０．４ｋＮ／ｍｍ以上、２．０ｋＮ／ｍｍ以下の線圧でロール圧縮によって成形し、塊状物を得る。

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、線圧とは、ロールの幅方向の単位長さ当たりに加えられる荷重を意味する。

混練物のロール圧縮は、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、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。

本製造方法では、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１００℃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が、好ましくは２時間以上である。

本製造方法によって得られる炭材内装鉱は、ヘマタイト量が７５質量％以上の酸化鉄含有原料と、炭材と、バインダーとを含有し、この炭材内装鉱の還元粉化指数は４０％以下である。また、本製造方法によって得られ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、１．５ｋＮ以上であることがさらに好ましい。

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。また、還元粉化試験は、 ＪＩＳ Ｍ８７２０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、高強度であり、還元粉化性にも優れている。したがって、本実施形態に係る炭材内装鉱は、高炉の５００～６００℃の粉化が起こりやすい温度域においても粉化しづらく、製鉄原料として好適に用いることができる。

本発明の効果を確認するために、以下の試験を実施した。

〔検討試験〕
表１に示す成分を含む鉄源と、炭材としての焼結用の粉状のコークスと、表２に示す成分（単位：質量％）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。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、ブリケットマシンでロール圧縮して成形し、塊状物を得た。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。

（装置）
ブリケットマシン：新東工業株式会社製、型番：ＢＧＳ－１Ｖ
ロールのポケットサイズ：２８ｍｍ×２６ｍｍ×６．５ｍｍ
ロール速度：５ｒｐｍ
ロールギャップ：０．７ｍｍ
スクリュー速度：２５～９０ｒｐｍ
〔圧縮強度測定〕
圧縮強度測定は、ＪＩＳ Ｍ ８７１８に基づいて行った。

〔還元粉化性試験〕
還元粉化性試験は、ＪＩＳ Ｍ ８７２０に基づいて行った。

結果を図１～図３に示す。図１は、試験例１及び試験例２それぞれの乾燥塊状物の還元粉化指数（ＲＤＩ）と線圧との関係を示す。図２は、試験例１における乾燥後塊状物の、ＲＤＩ試験時の還元率と線圧との関係を示す。図３は、試験例１における圧潰強度と線圧との関係示す。

図１に示すように、鉄源としてヘマタイト含有量が少ない製鉄所ダストを用いた場合には、線圧によらずＲＤＩは２０％以下と非常に小さく、ＲＤＩに及ぼす線圧の影響は小さかった。

このことは、還元粉化はヘマタイトからマグネタイトへの還元時に起こる体積膨張に起因すると考えらえる。すなわち、製鉄所ダストに含まれるヘマタイト量は４０質量％程度と低く、還元粉化の原因となるヘマタイトからマグネタイトへの還元量が少ないため、線圧によらずＲＤＩは非常に低くなったと考えられる。

一方、鉄源としてヘマタイト含有量が比較的多い南米産鉄鉱石を用いた場合には、ロール圧縮の際の線圧が低いほどＲＤＩは悪化した。そして線圧が０．４ｋＮ／ｍｍ未満ではＲＤＩが４５％を上回った。この結果から、線圧が０．４ｋＮ／ｍｍ未満では、得られた乾燥後塊状物を高炉用の製鉄原料として用いる場合には、高炉内の通気性が悪化される虞がある。

また、鉄源として南米産鉄鉱石を用いた場合には、図２に示すように、線圧の低下に伴いＲＤＩ試験時の還元率は低下した。線圧の低下に伴いヘマタイトからマグネタイトへの還元量は増加している。つまり、南米産鉄鉱石を鉄源とした場合、線圧の低下に伴いＲＤＩが悪化したのは、ヘマタイトからマグネタイトへの還元量が増加したためだと考えられる。

以上の結果よりヘマタイト含有量が多い含有量を鉄源として用いた場合でも、線圧を０．４ｋＮ／ｍｍ以上とすることで、還元粉化性の良好な炭材内装鉱が製造できると言える。

また、鉄源として南米産鉄鉱石を用いた場合には、図３に示すように、線圧の増加に伴い、緩やかではあるが圧潰強度は低下する傾向にあった。また、線圧が２ｋＮ／ｍｍを超えると塊状物の端部に割れ目及び欠陥が多く認められた。そのため、圧潰強度の観点から、炭材内装鉱を製造する際は、線圧を２．０ｋＮ／ｍｍ以下とすることが望ましいと言える。

〔実施例１～５〕
表４に示した成分の組成に従い、上述の試験例と同様の手順で乾燥塊状物を得た。そして得られた乾燥塊状物について、上述の試験例と同様の手順で、線圧、圧潰強度及びＲＤＩを測定した。これらの結果を表４に示す。

〔比較例１～５〕
表４に示した成分の組成に従い、上述の試験例と同様の手順で乾燥塊状物を得た。そして得られた乾燥塊状物について、上述の試験例と同様の手順で、線圧、圧潰強度及びＲＤＩを測定した。これらの結果を表４に示す。

表４に示した結果から、ロール圧縮を行ったときの線圧が０．４ｋＮ／ｍｍ以上、２．０ｋＮ／ｍｍ以下の範囲内では、試験用試料の圧潰強度は高く、かつ、試料のＲＤＩは４０％未満であり、圧潰強度と還元粉化性の両方が良好であった。

これに対して、線圧が０．４ｋＮ／ｍｍ未満である比較例１及び２は、圧潰強度は１ｋＮ／ｍｍ以上と良好であったものの、ＲＤＩが４０％を大きく上回っており、還元粉化性が劣っていた。また線圧が１．８ｋＮ／ｍｍ以上の比較例３においてＲＤＩは４０％未満で良好であったものの、圧潰強度が１ｋＮ未満と低く、さらには試験試料に多数の欠陥が認められた。

Claims (4)

1. ヘマタイトの含有量が７５質量％以上である酸化鉄含有原料と、炭材と、バインダーとを混練し、得られた混練物を０．４ｋＮ／ｍｍ以上、２．０ｋＮ／ｍｍ以下の線圧でロール圧縮することを含む、炭材内装鉱の製造方法。
2. 前記炭材内装鉱中の前記酸化鉄含有原料の質量比率が、前記炭材内装鉱中の酸化鉄含有原料と前記炭材との合計質量を１００としたときに、７０以上、９５以下である、請求項１に記載の炭材内装鉱の製造方法。
3. 前記バインダーとして、パルプ廃液及び糖蜜の少なくともいずれかを、前記炭材内装鉱中の酸化鉄含有原料と前記炭材との合計質量を１００としたときに、１以上、１０以下となる質量分添加する、請求項１又は２に記載の炭材内装鉱の製造方法。
4. ヘマタイト量が７５質量％以上の酸化鉄含有原料と、炭材と、バインダーとを含有し、還元粉化指数が４０％以下であり、
   圧潰強度が１.０ｋＮ以上である、炭材内装鉱。

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