JP2005264310A - 焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 粉鉱石を造粒・焼成して塊成化する焼結プロセスにおいて、強度に優れた焼結原料の擬似粒子化を実現し、焼結時の生産性および成品歩留を向上させ、品質に優れた焼結鉱を製造するための焼結原料の調製方法を提供する。
【解決手段】 主として鉄鉱石からなる鉄含有原料、副原料および炭材を混合し、水を添加して造粒した後、焼結機に装入し、焼結して焼結鉱を製造する方法において、粒径１ｍｍ未満の鉄含有原料に対するナトリウム型のモンモリロン石の質量割合が０．１〜５質量％未満となるように、上記鉄含有原料にモンモリロン石を配合し、混合する焼結鉱の製造方法。
【選択図】 図３

Description

本発明は、製鉄プロセスにおける高炉用焼結鉱の製造方法に関し、特に、粉鉱石を多く含む鉄含有原料を用いて擬似粒子のための造粒を行い、通気性、生産性および成品歩留を良好に維持して焼結を行い、高炉用原料鉱として品質に優れた焼結鉱を製造する方法に関する。

一般に、製鉄プロセスにおいて、高炉用原料鉱として使用される焼結鉱は、以下のようにして製造される。

図１に、焼結設備の一例を概略的に示す。

鉄鉱石等の鉄含有原料と、石灰石、ドロマイト、珪石、蛇紋岩等の副原料と、コークス粉、無煙炭等の炭材（以下、これらを焼結用原料ということもある。）を、それぞれ、貯鉱槽１から所定配合量切り出し、サージホッパー２を介してドラムミキサー４に供給し、ドラムミキサー４の回転による混合後、または、その混合と同時に、適量の水３を添加して造粒し擬似粒子とする。

この擬似粒子は、粒径１ｍｍ以上の鉄鉱石などの粗大粒子（これを核粒子という。）を中心核として、その周囲に、粒径１ｍｍ未満の粉鉱石等の鉄含有原料、副原料、炭材が付着した構造の造粒物であり、原料の焼結過程での通気性を良好に保ち、品質の優れた焼結鉱を製造するために所定の強度が要求される。

造粒された焼結用原料は、装入ホッパー・ドラムフィーダー５でドワイトロイド式焼結機などの焼結機のパレット台車に装入される。

原料装入側に配置された点火炉６を用いて、原料充填層の表層中の炭材に点火し、空気を、原料充填層の上方から下方に向けて、焼結機下部に配置された風箱７を通じてメインブロアー１２で吸引し、炭材の燃焼点を原料充填層の上層から下層に移動させながら、加熱、焼成して焼結鉱９として排出し、次いで破砕して、高炉用原料として適当な所定粒度の焼結鉱とする。

空気の吸引により焼結用原料から発生する粉塵は、メインダクト１０および集塵機１１で回収され、焼結用原料（以下、返鉱ということもある。）として、焼結機に装入されて再利用される。

焼結鉱の製造においては、生産性および成品歩留の向上とともに、高炉用原料鉱として、冷間強度（ＴＩ）、被還元性（ＲＩ）、耐還元粉化性（ＲＤＩ）などの所定品質が要求される。

焼結用原料の焼成（焼結）は、焼結機内で原料充填層中の炭材が、原料粒子間を流れる空気によって燃焼する際に発生する燃焼熱で、最高温度１３００℃程度まで昇温し、鉄含有原料中の酸化鉄と主に副原料中のＣａＯとで融液が生成し、その後、さらに、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等の脈石成分が溶融し、その後、粗粒鉱石粒子間の溶融部が、冷却、凝固して焼結される。

焼結鉱は、溶融・凝固組織中に粗粒鉱石などからなる未溶融部が残留した組織構造となり、焼結原料や加熱冷却条件等により、焼結の組織構造や鉱物特性は影響される。

特に、焼結機内で、焼結用原料充填層中の通気性（空気の流れ易さ）は、焼結過程での加熱・冷却速度、最高温度、融液成分組成などの焼結条件に大きな影響を与え、それにより、焼結鉱の品質、生産性および成品歩留が大きく左右される。

焼結機内での焼結用原料充填層中の通気性は、焼結用原料を擬似粒子とする際の造粒性および得られた擬似粒子の強度、焼結条件によって影響される。

特に、焼結原料の主要部分となる鉄鉱石の鉱物組成および結晶構造、含有する脈石成分の種類および含有量は、原料の造粒性および擬似粒子の強度を左右し、焼結時の通気性に大きな影響を与えると言われている。

図２に、焼結過程における焼結機内の原料充填層の断面状況を模式的に示す。

原料充填層表層中の炭材に点火された後、その燃焼点が原料充填層の上層から下層に移動にするとともに、か焼・燃焼帯１７、乾燥帯１６、湿潤帯１５、湿原料１４が形成される。

上記湿潤帯１５は、その上部のか焼・燃焼帯１７および乾燥帯１６を通って、原料中の水分を水蒸気として多量に含有した空気が冷却、結露した領域であり、湿潤帯１５では、水分が過剰なため擬似粒子は崩壊し、その後、燃焼点が近づくに従って、乾燥により微粉部が解離し、原料充填層全体の通気性の悪化、粉塵発生量の増加を招く原因となる。

また、通気性の悪化により、原料の加熱溶融状態が悪化し、この悪化は、焼結鉱の強度等の品質および歩留低下をもたらす原因となる。

そのため、焼結用原料を造粒して得られる擬似粒子には、以下の基本特性が要求されている。

（１）造粒時に核粒子となる粒径１ｍｍ以上の粗粒鉱石が、０．５ｍｍ以下の微粉粒子（鉱石、副原料、炭材）に対して、高い付着性（造粒性）を有する。

（２）原料装入時および焼結過程、特に、湿潤帯で崩壊しないための擬似粒子強度を有する。

従来から、焼結用原料の造粒性および擬似粒子強度を高め、通気性を向上させるための方法としては、種々提案されている。例えば、焼結用原料の造粒性は、その主原料である鉄鉱石の銘柄によって異なるから、配合する鉄鉱石の銘柄の選定および配合割合を考慮することにより改善が行なわれている。

しかし、比較的品位の高い、造粒性に優れ、微粉量が少ない高品位鉄鉱石には、資源的に限りがある。さらに、最近では、これらの高品位鉄鉱石に比べ安価で埋蔵量が多く安定供給できる渇鉄鉱などの、造粒性に劣り、微粉量が多い低品位鉄鉱石を多量に使用することが望まれている。

一方、焼結用原料の造粒性を向上するために造粒時に用いられる添加剤についても、種々提案されている。このような造粒用添加剤としては、例えば、セメント、澱粉、砂糖、糖蜜、ゼラチン、水ガラス、タール、リグニン酸塩、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミドなどがあるが、このうち、セメント、生石灰、セメントクリンカ粉などが、工業的に用いられている。

例えば、非特許文献１などで、焼結鉱の製造プロセスにおいて擬似粒子とするための造粒用添加剤として生石灰を用いる方法が開示されている。

これによると、焼結原料に生石灰を添加することにより、第１に、ミキサーで造粒する際に擬似粒子化の促進を図ることができ、第２に、擬似粒子化した焼結原料を焼結機内に充填し、充填層表層中の炭材に点火し、かつ、充填層厚み方向に空気を通じさせ、燃焼点の移動により焼結を進行させる過程において、原料擬似粒子の乾燥、加熱過程で擬似粒子が崩壊することを防止し、焼結層中に均一な空気の流れを保つことができる、とされている。

しかし、造粒用添加剤として生石灰などのカルシウム系の造粒用添加剤を用いる場合には、高炉用焼結鉱石としての塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）規制により、その使用量が制限されるため、充分な造粒効果を得ることが困難であった。

また、本出願人は、特許文献１にて、粘土鉱物の一種であるカオリン（化学式：Ａｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₅（ＯＨ）₄）を焼結原料の造粒性向上のために利用し、鉄鉱石などの焼結原料中に粘度鉱物として含有されるカオリン含有量を原料配合により調整するか、または、造粒用添加剤としてカオリンを別添加する方法を提案した。

鉄鉱石などの原料中に存在するカオリン量を原料配合により調整することにより焼結原料の造粒性を向上できるので、上記方法は、生石灰などの造粒剤を用いる方法に比べ、経済性に優れた方法である。しかし、原料装入後、焼結過程、特に水分が過剰な状態にある湿潤帯においてカオリンは保水力が弱いことに起因し、原料擬似粒子の崩壊を抑制できず、原料充填層全体の通気性を十分に向上させることができないことが判明した。
特開２００３−４９２２７号公報 製鉄研究第２８８号（１９７６）、ｐ９

本発明は、上記従来技術の実状に鑑みて、高炉用焼結鉱の製造方法において、安価で埋蔵量が多いものの、造粒性に劣り、微粉量が多い鉄鉱石を焼結用原料として多量に配合する場合であっても、焼結用原料の造粒性および擬似粒子の強度を向上させることができ、焼結時の通気性、生産性および成品歩留を良好に維持し、高炉用原料鉱として品質に優れた焼結鉱を製造するための焼結鉱の製造方法を提供するものである。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、焼結用原料の造粒性の向上において、粘土鉱物の中でモンモリロン石群（スメクタイト）に分類される鉱物が重要な役割を果たしていることを突き止め、これを、焼結用原料の造粒用添加剤として適用し、造粒性向上のために最適な添加量の範囲を見出し、この知見をもとに、本発明を完成した。

本発明の要旨とするところは、以下の通りである。

（１）主として鉄鉱石からなる鉄含有原料、副原料および炭材を混合し、水を添加して造粒した後、焼結機に装入し、焼結して焼結鉱を製造する方法において、粒径１ｍｍ未満の鉄含有原料に対するナトリウム型のモンモリロン石の質量割合が０．１〜５質量％未満となるように、上記鉄含有原料にモンモリロン石を配合し、混合することを特徴とする焼結鉱の製造方法。

（２）前記モンモリロン石がナトリウム型のモンモリロン石を主成分とするナトリウムベントナイトであることを特徴とする前記（１）に記載の焼結鉱の製造方法。

（３）前記モンモリロン石がカルシウム型のモンモリロン石を主成分とするカルシウムベントナイトであることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の焼結鉱の製造方法。

本発明によれば、高炉用焼結鉱の製造方法において、安価で埋蔵量が多いものの、造粒性に劣り、微粉部が多い鉄鉱石を焼結用原料として多量に配合する場合であっても、焼結用原料の造粒性および擬似粒子の強度を向上させることができる。

これにより、焼結時の通気性、生産性および成品歩留を良好に維持し、高炉用原料鉱として品質に優れた焼結鉱を製造することが可能となる。

以下に、本発明の詳細を説明する。

本出願人は、特許文献１にて提案した、粘土鉱物の一種であるカオリンを造粒剤として用いる焼結原料の造粒方法の技術的課題である“焼結原料の焼結過程における通気性”を向上させるための方法について、鋭意検討した。

その結果、カオリンと粘土鉱物である点で同じあるが、以下に説明するように、鉱物組織構造上、カオリンに比べて高い保水性を有するナトリウム型のモンモリロン石、または、これを含有するベイナイトを造粒剤として用いることにより、焼結原料の焼結過程で、特に、水分が過剰な状態となる湿潤帯においても、擬似粒子は崩壊せずに、十分に通気性を向上できることが判明した。

先ず、本発明で造粒剤として用いる、ナトリウム型のモンモリロン石の鉱物組織構造の特徴について説明する。

一般に、粘土鉱物は、水の存在下で粘性を帯びる性質を有し、その組織は、結晶質と非晶質に分離され、大部分が２μｍ以下の微細な層状ケイ酸塩からなる。

粘土鉱物の組織構造は、Ｓｉ⁴⁺（一部はＡｌ³⁺）イオンが酸化物イオン（Ｏ^2-）に対して４配位をとる４面体の層と、Ａｌ³⁺、Ｆｅ²⁺、Ｆｅ³⁺、Ｍｇ²⁺などのイオンがＯ^2-および水酸化物イオン（ＯＨ^-）に対して６配位をとる８面体の層とが、１：１あるいは２：１で結合し、さらに、それらが積み重なった層状構造で構成される。

この４面体の層と８面体の層の１：１型格子構造として、カオリン族が知られ（特許文献１、参照）、２：１型格子構造として、本発明のモンモリロン石群や、イライト群などが存在することが知られている。

モンモリロン石（モンモリロナイトともいう。）は、モンモリロン石群と総称される三層構造を有する一鉱物群に属し、膨潤する層状格子を持つ。

その化学組成の一般式は、Ｒ_0.33Ａｌ₄（Ｓｉ_7.33Ａｌ_0.67）Ｏ₂₀（ＯＨ）₄・ｎＨ₂Ｏで示される。なお、Ｒは、Ｎａ⁺、Ｋ⁺、Ｍｇ²⁺、Ｃａ²⁺を示す。

図３に、ナトリウム型のモンモリロン石（上記化学組成式のＲがＮａ⁺の場合）の結晶構造における層序を、模式的に示す。

ナトリウム型のモンモリロン石は、中心にＳｉ⁴⁺イオンが配位したＳｉＯ₄４面体構造からなるＳｉ−Ｏ層と、中心にＡｌ³⁺イオンが配位したＡｌＯ₆８面体構造からなるＡｌ−ＯＨ層とからなり、２つのＳｉ−Ｏ層間にＡｌ−ＯＨ層が存在する３層構造である。

このようなナトリウム型のモンモリロン石の結晶構造において、Ｓｉ−Ｏ層をなすＳｉＯ₄４面体の一部が、その中心に配位するＳｉがＡｌに置換（図中のＳｉ−Ｏ層、参照）されて、ＡｌＯ₄４面体に変換されやすい。

さらに、Ａｌ−ＯＨ層をなすＡｌＯ₆８面体の中心に配位するＡｌの一部がＭｇで置換され、ＭｇＯ₆８面体に変換する場合もある（図示せず）。

これらの場合には、Ｓｉ−Ｏ層、または、Ａｌ−ＯＨ層を構成する結晶格子内に負（−）電荷が生じ、その結晶格子の間隙に、Ｎａ⁺イオンやＣａ²⁺イオンが割り込み、電荷的中性を保つようになり、さらに、この間隙に、水を保有することになる。このような結晶構造により、モンモリロン石は、高い保水性をもつと考えられる。

図４に、カオリンの結晶構造における層序を模式的に示す。

一方、カオリンの結晶構造は、ＳｉＯ₄４面体からなるＳｉ−Ｏ層とＡｌＯ₆８面体からなるＡｌ（ＯＨ）₃層からなり、ＳｉＯ₄４面体の３頂点を共有し、二次元的に連結した２層構造である。このような結晶構造を有するカオリンの各層の上端はＯ−Ｈのみで占められ、このＯ−Ｈによる水素結合が強いため、カオリンでは、結晶格子間に水を保有する力が弱い。

本出願人が特許文献１で提案したカオリンを造粒剤として用いた焼結原料の造粒方法の課題である、焼結原料の焼結過程の通気性が不十分である原因は、過剰な水分状態にある湿潤帯においてカオリンの保水性が弱いことに起因して、擬似粒子が崩壊したことによると考えられる。

以上の知見を基に、本発明において、焼結原料の造粒剤として、粘土鉱物の中でも、特に保水性に優れるナトリウム型のモンモリロン石を用いるという発想に至った。

ナトリウム型のモンモリロン石は、水の存在下で、水を吸収して膨潤し、大量の水を含むとゲル状となる特徴を有する。このため、ナトリウム型のモンモリロン石を造粒剤として造粒した焼結原料の焼結時の湿潤帯においても、過剰の水分を保水し、擬似粒子の崩壊を防ぐことができる。

また、ナトリウム型のモンモリロン石を多く含有する鉱物として、ベントナイトが知られている。ベントナイトは、モンモリロン石を主成分とする白色の粘土状岩石である。

ベントナイトは、モンモリロン石（一般化学式：Ｒ_0.33Ａｌ₄(Ｓｉ_7.33Ａｌ_0.67)Ｏ₂₀(ＯＨ)₄・ｎＨ₂Ｏ）の化学式上のＲがＮａ⁺であるナトリウム型のモンモリロン石を主要成分とするナトリウム型のベントナイトを主体とする。

しかし、ベントナイトが表土近くの浅いところに埋蔵しているものは、長期の間に雨水の作用を受けて、Ｎａ⁺が流出して、Ｃａ²⁺が残り、モンモリロン石の化学式上のＲが、Ｃａ²⁺であるカルシウム型のモンモリロン石を主要成分とするカルシウム型のベントナイトとなる。

さらに風化が進むと、Ｃａ²⁺も流出して、水分子の水素（Ｈ⁺）が残り、酸性白土となる。通常、ベントナイトは、これらの総称として用いられる。

本発明は、モンモリロン石の特徴である高い保水性を利用し、焼結過程での擬似粒子の崩壊を抑制し、通気性を向上させるものであるが、モンモリロン石の中でも、特に、上記化学式中のＲがＮａ⁺のＮａ型のモンモリロン石が保水性および膨潤性に優れるので好ましい。また、同じ理由から、Ｎａ型のモンモリロン石を多く含有するナトリウムベントナイトが好ましい。

モンモリロン石を主成分とするベントナイトは、一般に、土木建築時、あるいは、廃棄物処理場などの止水剤、鋳物用金型の成型剤、液体の増粘剤、医療用、化粧用の造粒剤、ダストや軽量骨材のペレタイジングなどに利用されている。

これら用途で工業的に利用されているモンモリロン石を主成分とするベントナイトを、本発明で利用できる。

そして、本発明は、主として鉄鉱石からなる鉄含有原料、副原料および炭材を混合し、水を添加して造粒した後、焼結機に装入し、焼結して焼結鉱を製造する方法において、粒径１ｍｍ未満の鉄含有原料に対するモンモリロン石の質量割合が０．１〜５質量％未満となるように、上記鉄含有原料にモンモリロン石を配合し、混合することを特徴とする。

焼結原料の造粒により得られる擬似粒子は、粒径１ｍｍ以上の核粒子に粒径１ｍｍ未満（平均０．２ｍｍ程度）の粉鉱石、副原料および炭材が付着したものである。焼結時の崩壊を抑制するためには、１ｍｍ以上の核粒子に付着する微粉部の接着性を高め、擬似粒子強度を十分に向上させる必要があるため、１ｍｍ未満の微粉部に、鉄含有原料に対する質量割合でモンモリロン石の含有量が、０．１〜５質量％未満となるように添加する。

粒径１ｍｍ未満の鉄含有原料に対する質量割合で、モンモリロン石の含有量が０．１質量％未満では、造粒性を改善し、擬似粒子強度を向上せしめる効果、および、焼結時、特に水分過剰状態の湿潤体帯での擬似粒子崩壊を十分に抑制し、通気性を改善する効果が十分に得られないため、モンモリロン石の上記含有量の下限を０．１質量とする。

一方、粒径１ｍｍ未満の鉄含有原料に対する質量割合で、モンモリロン石の含有量が５質量％以上の場合は、モンモリロン石中に多く含有するＡｌ成分に起因し、焼結反応で生成する融液の性状が悪化し、焼結鉱の強度などの品質特性が悪化するので、モンモリロン石の上記含有量の上限を５質量％未満とする。

従来、鉄鉱石中の粘土鉱物は、Ｘ線回折、光学顕微鏡による組織観察、電子顕微鏡観察などによって調べられてきているが、最近では、赤外吸収スペクトル、核磁気共鳴スペクトル、加熱時における脱水温度と脱水量からカオリン量を定量評価することも行われており、粘土鉱物として、鉄鉱石中には、特に、カオリン族が多く含まれていることが明らかになってきている。

表１に、モンモリロン石、ナトリウムベントナイト（Ｎａ−ベントナイト）、および、カルシウムベントナイト（Ｃａ−ベントナイト）の成分組成を示し、表２に、各種原料鉱石の成分組成を示す。また、表３には、表２に示す各種原料鉱石の粗粒鉱石（＋１ｍｍ）と微粉鉱石（−１ｍｍ）を組合せて配合する３つの配合パターンを示す。

なお、表１のＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などの成分元素は、ＪＩＳＭ８２０５「鉄鉱石の蛍光Ｘ線分析方法」に準じて測定し、付着水と鉱物中の結晶水（Ｃ．Ｗ．）は、ＪＩＳＭ８２１１「鉄鉱石中の化合水定量方法」に準じて測定した。

また、表２のＴ．Ｆｅは、ＪＩＳＭ８２１２「鉄鉱石中の全鉄定量方法」に、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などの成分元素は、ＪＩＳＭ８２０５「鉄鉱石の蛍光Ｘ線分析方法」に、鉱物中の結晶水（Ｃ．Ｗ．）は、ＪＩＳＭ８２１１「鉄鉱石中の化合水定量方法」に従って、それぞれ測定した。

次に、表３に示す配合パターンで配合した配合原料に、表４に示す各種造粒剤を、同表に示す添加量で添加し、造粒し、擬似粒子とし、その後、焼結鍋試験により焼結鉱を製造した。本試験では、原料の造粒性と焼結性の二つに分けて評価した。前記原料の造粒性は、擬似粒化指数（ＧＩ_0.25、ＧＩ_0.5）と、焼結鍋試験での点火前の充填層の通気性（ＪＰＵ）で評価した。

原料の擬似粒化指数：ＧＩ_0.25、ＧＩ_0.5（％）は、次式により求めた。
ＧＩ_0.25＝｛（Ａ−Ｂ）／Ａ｝×１００
Ａ：０．２５ｍｍ以下の真粒子の配合割合
Ｂ：０．２５ｍｍ以下の擬似粒子の配合割合

ＧＩ_0.5の場合は、Ａ：０．５ｍｍ以下の真粒子の配合割合、Ｂ：０．５ｍｍ以下の擬似粒子の配合割合である。

上記ＧＩ_0.25、ＧＩ_0.5の擬似粒化指数が高いほど、原料の擬似粒子強度が高いことを意味する。

また、焼結鍋試験での点火前の充填層の通気性：ＪＰＵは、次式により求めた。
ＪＰＵ＝（Ｆ／Ａ）（ｈ／ｓ）^0.6
Ｆ：流量（Ｎｍ³／ｍｉｎ）
Ａ：吸引面積（ｍ²）
ｈ：装入層厚（ｍ）
ｓ：負圧（ｍＨ₂Ｏ）

上記ＪＰＵ値が大きいほど、原料充填層の通気性が良好であることを意味する。

また、本実施例では、焼結性評価として、焼結鍋試験での生産率、歩留、焼結時間に加え、焼結鉱の品質特性として、耐還元粉化性（ＲＤＩ）、還元率（ＲＩ）、タンブラー強度（ＴＩ）を評価した。

耐還元粉化性（ＲＤＩ）は、焼結鉱の高炉内の比較的低温領域での還元の際の粉化性を推定する根拠となるもので、試料を、３０％ＣＯ、７０％Ｎ₂の還元性雰囲気中で、５５０℃で３０分間還元した後に、所定の回転試験機に装入して、規定の回転数を回転させ、所定のふるいでふるい分け、各区分ごとの質量％により評価する。次式に、計算式を示す。

ＲＤＩ（％）＝（ｗ₃／ｗ₂）×１００
ｗ₂：回転試験機に装入した試料の質量（ｇ）
ｗ₃：ふるい分け後の３ｍｍ以下の試料質量（ｇ）

還元率（ＲＩ）は、ＪＩＳ Ｍ８７１３に基づき、次式により計算した。
ＲＩ（％）＝［（ｍ₁−ｍ₂）／｛ｍ₀（０．４３０ｗ₂−０．１１１ｗ₁）｝］×１０⁴
ｍ₀：はかり取った試料質量（ｇ）
ｍ₁：還元開始直前の試料質量（ｇ）
ｍ₂：還元開始３時間後の試料質量（ｇ）
ｗ₁：還元前試料の酸化鉄（ＩＩ）の質量％で、鉄（ＩＩ）の質量％に酸化物
換算係数１．２８６を乗じて算出
ｗ₂：還元前試料の全鉄質量％で、ＩＳＯ２５９７によって測定

タンブラー強度：ＴＩは、ＪＩＳＭ８７１２に基づき、試料を回転ドラム内で回転させ、６．３ｍｍのふるいでふるい分け、試験に供された試料質量ｍ₀（ｇ）と、試験後の＋６．３ｍｍの試料質量ｍ₁（ｇ）から、次式により求めたものである。
ＴＩ＝（ｍ₁／ｍ₀）×１００
タンブラー強度：ＴＩは、鉄鉱石（焼結鉱）の衝撃による粉化・崩壊に対する抵抗を表す強度であり、値が大きいほど、粉化・崩壊に対する抵抗が強いことを意味する。

粉塵発生量の評価は、カオリンを造粒剤として添加、造粒して焼結鍋試験時に発生する粉塵量（多い）を基準として評価した。

表４および図５〜７に、擬似粒子強度（ＧＩ_0.25、ＧＩ_0.5）、原料充填層の通気性（ＪＰＵ）、表５に、操業性（生産率、製品歩留、焼結時間）、焼結鉱品質特性（ＲＩ、ＲＤＩ、ＴＩ）、および、粉塵発生量の評価結果を示す。

発明例１〜１５は、本発明で規定する造粒剤としてモンモリロン石を本発明の範囲内で添加した例であり、いずれの場合も、擬似粒化指数は、ＧＩ_0.25値で７７以上、ＧＩ_0.5値で５６以上、通気性はＪＰＵで３０以上であり、良好な結果であった。また、焼結鉱品質特性（還元率：ＲＩ、耐還元粉化性：ＲＤＩ、タンブラー強度：ＴＩ）、および、粉塵発生量の評価結果も良好であった。

発明例１〜１５の中で、同じ条件で比較すると、特に、ナトリウム型のモンモリロン石を用いた場合に、擬似粒化指数（ＧＩ_0.25値、ＧＩ_0.5値）および通気性（ＪＰＵ）は、より改善され、カルシウム型のベントナイトの場合は、ナトリウム型のベントナイトの場合に比べてその効果は少なかった。

これは、Ｎａ−ベントナイトは、Ｎａ−モンモリロン石を主成分に、他に、石英やクリストバル石を含んでおり、擬似粒化指数および通気性には、主成分のＮａ−モンモリロン石が効果を発揮しているからである。また、Ｃａ−ベントナイトは、Ｃａ−モンモリロン石を主成分とするが、Ｎａ−モンモリロン石も含有するため効果が小さいものの、添加量を増やすことによって造粒性の効果が得られるからである。

また、発明例１〜１５の操業性（生産率、製品歩留、焼結時間）および焼結鉱品質特性（ＲＩ、ＲＤＩ、ＴＩ）を見て明らかなように、造粒性および通気性が改善されたことにより焼結時間が短縮され、成品歩留、焼結鉱のＲＩおよび強度等の品質特性も改善された。これは、高温保持時間が短縮され、焼結鉱中の２次ヘマタイトが減少したためと考えられる。さらに、焼結時の粉塵発生においては、湿潤帯での粒子の崩壊を抑える効果により、粉塵の発生が少なかった。

一方、比較例１〜６は、造粒剤を添加しない、または、本発明のモンモリロン石およびその添加量が、本発明の範囲から外れた例を示す。

比較例１〜３は、造粒剤を添加しない例、比較例４は、造粒剤としてＮａ−ベントナイトを０．０５％添加した例であるが、モンモリロン石を添加しないか、その含有量が本発明の範囲より低いため、擬似粒化指数は、ＧＩ_0.25値で７６％以下、ＧＩ_0.5値で５８％以下と低くなり、通気性：ＪＰＵは２７以下と低い結果であった。

また、比較例５は、Ｎａ−ベントナイトを、本発明の範囲より高い添加率８％で造粒した例であり、擬似粒化指数（ＧＩ_0.25値、ＧＩ_0.5値）および通気性は良好であった。しかし、モンモリロン石に多く含有するＡｌ成分の増加により、焼結時に生成する融液の性状が悪化し、焼結鉱のタンブラー強度（ＴＩ）および耐還元粉化性（ＲＤＩ）が大きく低下した。

比較例６は、造粒剤としてカオリンを添加した例であり、擬似粒化指数（ＧＩ_0.25値、ＧＩ_0.5値）は良好であった。しかし、カオリンは保水性が十分に大きくないため、焼結時の湿潤帯での擬似粒子の強度が維持されず、崩壊による粉化に伴う通気性の低下および焼結時の粉塵発生量が多い結果であった。

本発明によれば、前述したように、高炉用原料鉱として品質に優れた焼結鉱を製造することが可能となる。したがって、本発明は、鉄鋼産業上、利用可能性の高いものである。

焼結設備の一例を概略的に示す図である。 パレット上装入原料の焼結断面状況を模式的に示す図である。 Ｎａ型モンモリロン石の結晶構造における層序を模式的に示す図である。 カオリンの結晶構造における層序を模式的に示す図である。 実施例および比較例のＧＩ_0.25を示す図である。 実施例および比較例のＧＩ_0.5を示す図である。 実施例および比較例のＪＰＵを示す図である。 実施例および比較例の生産率、成品歩留、焼結時間を示す図である。 実施例および比較例のＲＩ、ＲＤＩ、ＴＩを示す図である。

符号の説明

１…貯鉱槽
２…サージホッパー
３…水
４…ドラムミキサー
５…装入ホッパー・ドラムフィーダー
６…点火炉
７…風箱
８…焼結帯
９…焼結鉱
１０…メインダクト
１１…集塵機
１２…メインブロアー
１３…煙突
１４…湿原料
１５…湿潤帯
１６…乾燥帯
１７…か焼・燃焼帯

Claims (3)

1. 主として鉄鉱石からなる鉄含有原料、副原料および炭材を混合し、水を添加して造粒した後、焼結機に装入し、焼結して焼結鉱を製造する方法において、粒径１ｍｍ未満の鉄含有原料に対するナトリウム型のモンモリロン石の質量割合が０．１〜５質量％未満となるように、上記鉄含有原料にモンモリロン石を配合し、混合することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
2. 前記モンモリロン石がナトリウム型のモンモリロン石を主成分とするナトリウムベントナイトであることを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
3. 前記モンモリロン石がカルシウム型のモンモリロン石を主成分とするカルシウムベントナイトであることを特徴とする請求項１または２に記載の焼結鉱の製造方法。

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