JP2016191122A

JP2016191122A - 焼結鉱の製造方法

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Publication number: JP2016191122A
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Inventors: 泰英山口; Yasuhide Yamaguchi; 松村　勝; Masaru Matsumura; 勝松村
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Priority date: 2015-03-31
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Publication date: 2016-11-10
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Abstract

【課題】微粉鉱石（ペレットフィード）を多量に配合する場合に、燒結鉱生産性と燒結鉱強度を向上することが可能な焼結鉱の製造方法を提供すること。【解決手段】焼結原料を、主焼結原料と副焼結原料とに分け、それぞれを混合・造粒する、主造粒工程と、副造粒工程とを並列で有し、前記主造粒工程と前記副造粒工程で製造したそれぞれの造粒物を合わせ、前記合わせた造粒物を焼成する焼結鉱の製造方法であって、前記副造粒工程は、前記副焼結原料の一部である微粉鉱石と粉鉱石の比が１．５/１以上３/１未満であり、バインダーが、生石灰と破砕鉱石であって、前記破砕鉱石は、前記副焼結原料に対し３質量％以上７質量％未満であることを特徴とする焼結鉱の製造方法。【選択図】図５

Description

本発明は、焼結鉱の製造方法に関する。

焼結プロセスは、粉状の鉄鉱石（以下、粉鉱石と記す。）に石灰石や炭材等の副原料を配合してミキサーで混合造粒し、焼結機に装入して焼成することで、塊成化した焼結鉱を製造する。製造された焼結鉱は、高炉に装入され、溶融還元反応を受け銑鉄となる。高炉は巨大な化学反応装置であり、焼結鉱の強度は高炉装入物として求められる重要な要素の一つである。
近年、鉄鉱石は、劣質化し鉄分の低下と脈石成分の増加が進行している。その為、比較的品位の低い鉄鉱石は、粉砕され、鉄分が高い粒子と脈石成分が高い粒子を分離する選鉱処理が施され、鉄分を高めた精鉱（コンセントレート）として出荷される。
精鉱は、選鉱処理工程に粉砕が含まれるため微粉であり、焼結プロセスにおいては慣例的に、単に微粉鉱石、コンク(コンセントレートの略称)、ペレットフィード（ＰＦ）等と呼称されている。
粉鉱石の劣質化を補い焼結鉱成分の悪化を抑制する為、近年は上記微粉鉱石を焼結原料として使用する量が増加している。

しかしながら前記微粉鉱石は、焼結機に装入した際に焼結充填層の空隙を閉塞させ、焼結生産性を悪化させる。そこで、微粉鉱石を多量に配合する場合においては、造粒処理を強化し、空隙を閉塞させる未造粒粉を極力低減させる必要がある。
微粉鉱石多配合に対する造粒強化技術として、下記の特許文献および非特許文献が開示されている。

付着粉よりも小さい微粒子(非特許文献２では１０μｍ以下と定義)が擬似粒子間空隙に入り込み造粒を改善することに関する知見が報告されている（非特許文献１、非特許文献２）。

ブラジル産ＰＦのメジアン径に対して粒径比が０．２３倍以下の比率が４５％以上（全量０．１０倍以下を除く）で、０．２３倍を超え２５０μｍ以下の比率が５５質量％未満に粒度調整した空隙充填用鉄鉱石を得る工程と、前記粒度調整した空隙充填用鉄鉱石を２０質量％以上３０質量％以下と、前記ブラジル産ペレットフィードを７０質量％以上８０質量％以下とを混合造粒して造粒物を得る工程と、前記混合造粒して得られた造粒物と、その他の原料を混合した後、焼結機に装入して焼結鉱を製造する工程を実施することを特徴とする微粉原料を用いた焼結鉱の製造方法が開示されている（特許文献１）。

２．０ｍｍ以上の粒状物および０．２５ｍｍ以下の粉状物を含む鉄鉱石原料と、前記粒状物の周囲に前記粉状物をまたは前記粉状物同士を結合させる炭酸カルシウムとを、第１の造粒装置へ供給して擬似造粒物を製造した後、該擬似造粒物と前記鉄鉱石原料の残りまたは別の鉄鉱石原料とを第２の造粒装置へ供給して造粒物を製造する焼結原料の造粒方法であって、前記粒状物と前記粉状物との質量比（粉状物／粒状物）を０．７以上１．６未満とし、かつ前記粒状物中の多孔質物質を前記鉄鉱石原料の３０質量％以上９０質量％以下とし、前記第１の造粒装置へ供給される前記炭酸カルシウム量を、該第１の造粒装置へ供給される前記鉄鉱石原料中の０．１２５ｍｍ以下の微粉物の５．０質量％以上１０質量％以下とするとともに、前記第１の造粒装置へ供給される前記鉄鉱石原料量を、前記造粒物の１０質量％以上５０質量％以下とし、更に、前記第１の造粒装置へ、該第１の造粒装置へ供給される前記鉄鉱石原料量の０．０１質量％以上０．１質量％以下の分散剤と、予め測定した前記第１の造粒装置へ供給される前記鉄鉱石原料に吸収される含水等量に、更に該含水等量の２．５質量％以上４．０質量％以下の量を加えた水を供給することを特徴とする焼結原料の造粒方法が示されている（特許文献２）。

本発明者等は、鉄鉱石、炭材、副原料および返鉱からなる焼結原料に、粒子径２５０μｍ以下の比率が８０質量％以上であってＴ．Ｆｅ（全鉄）を６０質量％以上含有する特定銘柄の微粉鉄鉱石を全焼結原料中の１３．２０質量％よりも高く２０．００質量％以下で含み、前記焼結原料を２分して別々の造粒系統で混合、調湿および造粒処理し、別々に造粒された焼結原料を合流して焼成するに際して、前記微粉鉄鉱石の５０％以上を有する方の造粒系統（造粒系統B）の焼結原料に、鉄鉱石を湿式粉砕してなる鉄鉱石スラリーが含まれ、前記鉄鉱石スラリーは、回転駆動する鉛直中心軸にスクリュー翼を備えた円筒容器からなる粉砕部と、重力および遠心力の作用により分級する分級部と、分級部で分級したアンダーフローを粉砕部の円筒容器に循環させる循環部と、を有する竪型粉砕機を用いて製造される、ことを特徴とする焼結原料の造粒方法を示した（特許文献３）。

特開２０１３−３２５６８号公報特許第５０６３９７８号公報国際公開第２０１３/０５４４７１号

岡田ら：鉄と鋼 Vol.92(2006),735 河内ら：鉄と鋼 Vol.94(2008), No.11, p475

上記に開示されている特許文献においては、それぞれ以下の様な問題点が残っている。
特許文献１において、ペレットフィードと粒度調整した空隙充填用鉄鉱石を造粒した擬似粒子は、後述するＰ型擬似粒子である。Ｐ型擬似粒子は、Ｃ型擬似粒子に比べ、粒子強度に劣っており、造粒後のハンドリング過程での崩壊を招きやすいという問題がある。

特許文献２において、０．２５ｍｍ以下の粉状物と２ｍｍ以上の粒状物との質量比（粉状物／粒状物）を、０．７以上１．６未満と規定しているが、粉鉱石は通常０．２５ｍｍ以下も含む広い粒度分布を有しており、粉状物/粒状物比は低いもので０．１５程度、高いものでは０．７程度となるものも存在する。一方、粉砕工程を経る選鉱処理微粉鉱石は０．２５ｍｍ以下の粒子を多量に含んでいる一方で２ｍｍ以上は一切含んでいない。
以上を鑑みるに、粉状物／粒状物が０．７以上１．６未満の範囲では、粉鉱石にも０．２５ｍｍ以下が多く含まれているため、微粉鉱石（０．２５ｍｍ以下）の使用量の制限を受け、微粉鉱石／粉鉱石の比率にすると１：１程度しか配合できず、微粉鉱石多配合という目的においては１．６より大きい範囲でも造粒性を維持改善可能な方法が求められる。

特許文献３の方法では、破砕鉱石は、特定の湿式装置を前提としていると共に、その添加量に関しては、ペレットフィード１％に対し破砕鉱石０．０１％と記載はされているにすぎず、粒子強度の高い擬似粒子の形成のためには、改善の余地がある。
更に、上記の特許文献１〜特許文献３では、微粉鉱石を使用した場合における焼結鉱生産性の低下に対する手段としてはそれぞれ上記の如く方法が示されているものの、背景で述べた様に焼結における重要な要素の一つである焼結鉱強度に対しては、いずれにおいても言及されていない。

選鉱処理で発生する微粉鉱石（主としてＰＦ）の多量使用が望まれる。微粉鉱石を多量に使用する焼結鉱の製造においては、粉鉱石に、微粉鉱石を混合し、バインダーを用いて強度の高い擬似粒子を造粒し、鉱石充填層の空隙率を確保して、焼結機の通気性を維持しなければならない。微粉鉱石を多量に配合する場合に、強度の高い擬似粒子を造粒するためには、粉鉱石と微粉鉱石配合割合、バインダーとしての生石灰と破砕鉱石の使用割合を適正化することが重要である。
本発明の目的は、微粉鉱石を多量に配合する場合に、粒子強度の高い擬似粒子を形成し、燒結鉱生産性と燒結鉱強度を向上することが可能な焼結鉱の製造方法を提供することである。

本発明の要旨とするところは、以下である。
（１）焼結原料を、主焼結原料と副焼結原料とに分け、それぞれを混合・造粒する、主造粒工程と、副造粒工程とを並列で有し、
前記主造粒工程と前記副造粒工程で製造したそれぞれの造粒物を合わせ、前記合わせた造粒物を焼成する焼結鉱の製造方法であって、
前記副造粒工程は、
前記副焼結原料の一部である微粉鉱石と粉鉱石の比が１．５/１以上３/１未満であり、バインダーが、生石灰と破砕鉱石であって、前記破砕鉱石は、前記副焼結原料に対し３質量％以上７質量％未満であることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
（２）（１）に記載の焼結鉱の製造方法において、
前記副造粒工程に用いられる前記生石灰が１．７質量％以上３．５質量％以下であることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
（３）（１）又は（２）に記載の焼結鉱の製造方法において、
前記破砕鉱石は、４質量％以上の結晶水を含有する鉱石を湿式破砕したものであり、粒度は、１０μｍ以下の割合が６０質量％以上であることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
（４）（１）乃至（３）のいずれかに記載の焼結鉱の製造方法において、
前記破砕鉱石は、回転駆動する鉛直中心軸にスクリュー翼を備えた円筒容器からなる粉砕部と、重力および遠心力の作用により分級する分級部と、分級部で分級したアンダーフローを粉砕部の円筒容器に循環させる循環部と、を有する竪型粉砕機を用いて破砕された湿式破砕鉱石であることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
（５）（１）乃至（３）のいずれかに記載の焼結鉱の製造方法において、
前記微粉鉱石は、鉄鉱石の選鉱処理工程で発生する選鉱処理微粉鉱石であることを特徴とする焼結鉱の製造方法。

微粉鉱石を多量に配合する場合に、燒結鉱生産性と燒結鉱強度を向上することが可能な焼結鉱の製造方法を提供することができる。

造粒処理系統のフローを示す図。粉鉱石と微粉鉱石の粒度分布を示す図。Ｃ型の擬似粒子とＰ型の擬似粒子の構造を模式的に示す図。微粉鉱石／粉鉱石の比率を変えた場合の、擬似粒子構造変化を示す図。副造粒工程の破砕鉱石（質量％）と擬似粒子径（ｍｍ）の関係を示す図。副造粒工程の破砕鉱石（質量％）と原料層冷間通気性（ＪＰＵ）の関係を示す図。副造粒工程の破砕鉱石（質量％）とＦＦＳ（ｍｍ/ｍｉｎ）の関係を示す図。副造粒工程の破砕鉱石（質量％）と焼結鉱強度ＴＩ（％）の関係を示す図。副造粒工程の破砕鉱石（質量％）と焼結成品歩留り（＋５ｍｍ％）の関係を示す図。副造粒工程の破砕鉱石（質量％）と焼結生産性（ｔ/ｄ/ｍ^２）を示す図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に本実施形態における造粒処理系統のフローを示す。いわゆる分割造粒法である。
図１に示すように、焼結原料を主焼結原料群と、副焼結原料群とに分け、それぞれを混合・造粒する。主焼結原料群を造粒する主造粒工程と、副焼結原料群を造粒する副造粒工程とを並列に有し、主造粒工程と副造粒工程で製造したそれぞれの造粒物を合わせ、合わせた造粒物を焼成するものである。

主造粒工程では、主焼結原料群である鉄含有原料、副原料、返鉱、ダスト及び炭材をミキサーで混合・造粒することによって擬似粒子の造粒物を製造する。尚、一つのドラムミキサーによる混合・造粒でもよい。
副造粒工程では、微粉鉱石、粉鉱石、破砕鉱石及び生石灰を混合・造粒して擬似粒子の造粒物を製造する。
副造粒工程は、例えば、高速撹拌ミキサーと皿型ペレタイザーから成るが、これに限らない。
本願発明の分割造粒は、主造粒工程と副造粒工程のそれぞれで造粒した造粒物を混合するのみで、更に造粒することなく充填層に装入する。造粒による擬似粒子の崩壊を防止するためである。この点で、副造粒工程で製造した造粒物を、他の原料と共に主造粒工程で造粒する特許文献２に記載の発明とは相違する。
以下、副造粒工程について詳細に記述する。

(副焼結原料群)
副焼結原料群は、造粒を強化する対象の微粉原料、造粒の核となる粉鉱石、並びにバインダーとしての生石灰等および破砕用鉱石を含む。また、微粉原料の造粒を阻害しない範囲で適時種々の焼結原料を含めることができる。
副焼結原料群の中の微粉原料としては、例えば、カナダ産やブラジル産の精鉱（ペレットフィード）が挙げられる。副造粒工程において微粉原料を使用するのは、主造粒工程で造粒機として用いられるドラムミキサーが、微粉原料の造粒に不向きなためである。
副焼結原料群の中の粉鉱石としては、通常焼結鉱の製造で使用されるシンターフィード（以下、ＳＦと記す。）、具体的にはピソライト系鉱石などが挙げられる。

(微粉鉱石を多量に配合する場合の擬似粒子の形成について)
図２に粉鉱石Ａ，Ｂ，Ｃと微粉鉱石Ａの粒度分布を示す。粉鉱石は、１０μｍ以下〜１００００μｍ（１０ｍｍ）程度の幅広い粒度分布を有するのに対し、微粉鉱石は、９５質量％以上は、１ｍｍ以下であり、かつ、１０μｍ（０．０１０ｍｍ）の極微粉はほとんどない。

粉鉱石と微粉鉱石を混合し、生石灰等のバインダーを用いて造粒すると、粉鉱石と微粉鉱石の配合割合により、Ｃ型の擬似粒子又はＰ型の擬似粒子が形成される。
図３に、Ｃ型擬似粒子とＰ型擬似粒子の形態を模式的に示す。
Ｃ型擬似粒子（composite型）は、比較的粗大な粒子を核として、周囲に核粒子よりも小さい微粉が付着して形成された形態である。焼結原料の造粒においては、一般的に、１ｍｍ以上程度の粒子が核、それより小さい粒子が付着粉となる。尚、０．２５ｍｍ以下程度の微粉粒子が特に付着粉となり易く、０．２５ｍｍより大きく１ｍｍより小さい粒子は、中間粒子と呼ばれ、核と付着粉のいずれにもなり難い粒子である。また、焼結原料の造粒においては、Ｃ型の造粒物形態が主である。

Ｐ型擬似粒子（Pellet型）は、核を持たず、１ｍｍ以下の粒子のみが集合した形態である。微粉鉱石は上述した様にほぼ全量が１ｍｍ以下の粒子で構成されることから、当該微粉鉱石を多量使用すると、Ｐ型擬似粒子形態の造粒物が生成される。
選鉱処理により発生する微粉鉱石を多量に使用するという目的に鑑みれば、Ｐ型擬似粒子の造粒物を作成することが有効であると見える。しかし、以下に述べるように、擬似粒子の圧潰強度が小さいという問題がある。

本発明において、破砕鉱石とは、粉鉱石を極微粉の１０μｍ以下に粉砕した鉱石であり、
微粉鉱石の間に形成される隙間を埋め、生石灰と共にバインダーとして機能する。即ち、微粉鉱石は、１ｍｍ以下であるが、１０μｍ以下の極微粉が少ないので、微粉鉱石の粒子間を埋める鉱石が少なく、造粒性が劣る。そこで、微粉鉱石の粒子間を埋める鉱石として、１０μｍ以下の破砕鉱石（極微粉）が微粉鉱石間の隙間を埋めるとともに、バインダーとしても機能する。

（Ｃ型擬似粒子とＰ型擬似粒子の強度について）
造粒で形成された擬似粒子は、造粒機から排出された後、ベルトコンベアの乗り継ぎ、サージホッパーへの供給、サージホッパー内での荷下がり、焼結機内への装入時等において、落下衝撃力や粒子同士の圧縮・剪断力を受ける。さらに、焼成中においても、焼き締まりや湿潤帯・乾燥帯・燃焼帯形成に伴う圧縮・剪断力を受ける。その結果、擬似粒子は、破損される恐れがある。したがって、擬似粒子は、一定の強度が必要である。

Ｃ型造粒物とＰ型造粒物は、その形態の相違により、強度が相違すると考えられる。そこで、擬似粒子の強度の比較試験を行った。微粉鉱石２.３と粉鉱石１の比で生石灰４％により造粒したＣ型造粒物と、粉鉱石を配合せずにバインダーとして生石灰４％と破砕鉱石５％を用いて造粒したＰ型造粒物の圧潰強度を比較した。Ｃ型造粒物と、Ｐ型造粒物のそれぞれを、乾燥機で水分０％まで乾燥し、一軸圧縮試験機を用いて圧潰強度を測定した。結果を表１に示す。Ｃ型造粒物は、バインダーとなる破砕鉱石の添加量が少ないにもかかわらず、Ｐ型造粒物の約５倍の圧潰強度を示した。

Ｃ型造粒物の場合は中心に核が存在する為、核に到達したところで大きな抵抗力が働き造粒物の崩壊が抑制されると考えられる。これに対し、核が存在しないＰ型造粒物は、Ｃ型と比較すると強度に劣る。
即ち、Ｃ型造粒物は、造粒物が崩壊してしまう様な大きな力を受けた場合においてもＰ型造粒物に対して有利であると考えられる。Ｃ型造粒物は、大きな圧縮力や剪断力を受けた場合、核に到達したところで大きな抵抗力が働く為、付着粉層の一部分のみが削げ落ちる様な、部分的な造粒物破壊形態になると考えられる。

これに対し、Ｐ型造粒物は、核が存在しない為、圧縮力、剪断力のいずれでも、一定以上の力を受けてある限界点を超えると、粒子全体が崩壊する様な造粒物破壊形態になると考えられる。
以上より、Ｐ型造粒物は搬送中に造粒物が受ける力に耐え得る十分な強度を有さない為に途中で崩壊してしまい、焼結機の充填層内において空隙を閉塞させ、焼結生産性を低下させることが懸念される。また、焼結機の充填層内における通気性の悪化は、全体的な生産性の低下に加えて、充填層内の一部のみに通風が偏り焼成不良部分が発生する、いわゆるムラ焼け現象を引き起こすことが懸念される。焼成不良部分の存在は、成品歩留や焼結鉱強度の低下に繋がると考えられる。
上記の様に、焼結プロセスにおける微粉鉱石多量使用においては、造粒物形態の制御、より詳細にはＰ型造粒物の作成を極力抑制しつつ微粉鉱石を多量使用することが重要であると考えられる。

（擬似粒子の造粒試験について）
擬似粒子は、微粉鉱石と粉鉱石の配合比率により、Ｃ型擬似粒子又はＰ型擬似粒子の形成形態が異なると考えられる．そこで、微粉鉱石の割合を変更し、擬似粒子の形態を調査する試験を実施した。模型皿型ペレタイザーにより造粒し、作成した擬似粒子の構造解析を行った。
表２に試験に用いた鉱石を示す。微粉鉱石／粉鉱石の比を変更した配合条件で３ｋｇとなる様に原料を準備した。微粉鉱石は、北米産微粉鉱石と南米産微粉鉱石の２つを用いた。粉鉱石は、豪州産粉鉱石を用いた。
混練機で１分間混合した後に水を加えてさらに２分間混練し、６００ｍｍ径、角度５０°の皿型ペレタイザーで１２ｒｐｍにて５分間造粒した。

各条件で作成した擬似粒子について、２ｍｍ以上の擬似粒子を回収し、水洗して付着粉層を洗い流して核粒子と付着粉それぞれの重量を測定し、Ｃ型擬似粒子とＰ型擬似粒子の比率を算出した。
図４に、微粉鉱石／粉鉱石の比を変えた場合の、擬似粒子の構造変化を示す。
北米産、南米産微粉鉱石のいずれにおいても、微粉鉱石/粉鉱石＝３/１以上になると、Ｃ型擬似粒子の生成だけで消費されなかった微粉鉱石が集合し、核を持たないＰ型擬似粒子が生成され始めるのが確認された。

前述のように、Ｐ型擬似粒子の圧潰強度は小さい
擬似粒子の強度が低いと、造粒後、焼結機への搬送中の乗り継ぎベルト又は焼結機への装入時の衝撃により、擬似粒子が崩壊する恐れがある。
そこで、微粉鉱石と粉鉱石の比は、図４より、微粉鉱石/粉鉱石で、３/１未満が望まれる。
一方、微粉鉱石/粉鉱石で、１．５/１未満では、Ｃ型擬似粒子の作成は容易であるものの微粉鉱石多配合の目的に合致しない。
したがって、微粉鉱石と粉鉱石の割合は、微粉鉱石/粉鉱石で、１．５/１以上３/１未満が好ましい。

(破砕用鉱石)
破砕用鉱石は、上記生石灰等とともに、造粒時のバインダーとして作用する。
破砕用鉱石は、ゲーサイトを多く含む高結晶水鉱石が好ましく、なかでもピソライト系鉱石がより好ましい。これは、ヘマタイト鉱石等と比較して、ゲーサイト鉱石の硬度は小さいので破砕が容易であること、造粒時にバインダーとしての水中分散性が高いこと、及び、付着力が高いため強固な疑似粒子が製造可能なことによる。
破砕鉱石の粒度は、−１０μｍが６０質量％以上が好ましい。６０質量％未満では、バインダーとしての効果が小さくなるからである。

(副造粒工程における破砕鉱石の使用割合について)
副造粒工程において、破砕鉱石の使用割合は、後述する実施例において詳述するが、副焼結原料の全体に対し３質量％以上７質量％未満であることが好ましい。３質量％未満では効果が小さく、７質量％以上になると、粒子が過剰に粗大化し、焼成時に十分に溶融同化が進行せず、焼成後に崩壊し易く、焼結鉱生産性向上に寄与しないと共に強度も低下するからである。
特許文献３では、副造粒工程において、ペレットフィード１％に対し破砕鉱石０．０１％と記載されている。しかし、本発明は、圧潰強度の高いＣ型擬似粒子の形成を目指すものであり、核となる粉鉱石を含めた副焼結原料の全体を考慮する必要がある。そこで、本発明では、微粉鉱石/粉鉱石で１．５/１以上３/１未満であり、微粉鉱石を副焼結原料の全体に対し３質量％以上７質量％未満であることが好ましいと考えた。

(湿式粉砕機)
破砕用鉱石は、湿式破砕され、湿式粉砕機としては、湿式ボールミルが挙げられる。湿式ボールミルは、ミル内部に破砕媒体である鉄球が充填された構成である。湿式破砕は、前記破砕用鉱石を生石灰等と共に破砕する湿式混合破砕でもよい。
上記構成の湿式ボールミルを用いた粉砕では、先ず、ミル内部へ水とともに原料（破砕用鉱石又は破砕用鉱石と生石灰等）を投入する。そして、ミルを回転させることによって、ミル内でボールと原料とを移動させる。これにより、原料同士或いは原料と鉄球との間に剪断力や圧縮力が作用することで、原料が微粉砕される。

本発明における湿式ボールミルとしては、縦型ボールミル、より具体的にはタワーミルが好ましい。
タワーミルは、回転駆動する鉛直中心軸にスクリュー翼を備えた円筒容器からなる粉砕部と、重力及び遠心力の作用により分級する分級部と、分級部で分級したアンダーフローを粉砕部の円筒容器に循環させる循環部を備える。また、円筒容器内には粉砕媒体として鉄球が装入されている。
上記構成のタワーミルによる微粉砕では、先ず、円筒容器内へ水とともに原料（破砕用鉱石又は破砕用鉱石と生石灰等）を投入する。投入された原料は、スクリュー翼によって持ち上げられて上方に巻き上げられ、また、侍従によって下方に落下する運動を繰り返す。これらの複合的な運動により、原料同士或いは原料と鉄球との間に剪断力や圧縮力が作用することで、原料が微粉砕される。微粉砕された原料は、水と懸濁してスラリーを形成する。微粉砕された原料を含むスラリーは分級部へと移動され、ここで、粗分級される。分級された粗粒の原料を含むスラリーは、循環部により、粉砕部へと送られ、そこで再度粉砕される。なお、投入した原料のうち、微粉砕によって粒径が低下した原料は、原料層の上方へと徐々に移動するので、粗粒状態の原料が鉄球近傍に位置することになる。このため、湿式ボールミルでは、粗粒状態の原料が選択的に破砕されるので、結果として効率的な作業が行われる。

（生石灰等）
生石灰は、造粒時のバインダーとして作用する。焼結原料に対し、通常、生石灰の使用
量は、２％程度であるが、生石灰は高価であり、極力、生石灰を、バインダー機能を有する破砕鉱石に置換するのが好ましい。
生石灰は、副造粒工程で用いられることが好ましいが、後述する図５〜図１０より、１．８質量％以上３．５質量％以下が特に好ましい。
また、本実施形態では、生石灰の代替えとして消石灰も使用できる。消石灰を使用する場合、生石灰の使用量とＣａ分が同量になる量を使用する。例えば、生石灰を１５質量％配合するとき、Ｃａ分で、１５質量％の生石灰に相当する消石灰は、１．３２倍（７４／５６）の２０質量％になる。
また、生石灰又は消石灰に代えて、製鋼スラグを使用してもよい。本実施形態において、製鋼スラグは、製鋼の脱硅、脱硫、脱炭の各工程において生成するスラグである。このうち、脱硫スラグは、ＦｅＯとＣａＯの含有率が高く、これを湿式破砕することで、破砕された鉱石成分と生石灰成分とが混合状態のスラリーを得ることが可能となるため、特に好ましい。

(高速撹拌混練機)
副造粒工程の混合・造粒で使用される高速撹拌混練機としては、アイリッヒミキサー型、レディゲミキサー型、ダウミキサー等を用いることができる。
レディゲミキサーは、円筒内に設けられた１軸シャフトに鋤状ショベルを有し、かつ円筒内面に複数のチョッパーを有する構造であり、回転する鋤状ショベルと、複数のチョッパーによって原料を混練するように構成されたものである。ダウミキサーは、混練用翼を有するシャフトを２本備え、これらのシャフトの回転速度を不等速にすることで、原料を混練するように構成されたものである。

図１の造粒処理において、副造粒工程の破砕鉱石の使用割合が、焼結鉱生産性と燒結鉱強度に及ぼす影響を焼結鍋試験で調査した。
（原料配合）
表３に、主造粒工程と副造粒工程の原料配合を示す。また、表４には副造粒工程のみの内訳を示す。主造粒工程の原料配合をほぼ一定とし、副造粒工程の生石灰を１．８質量％、２．７質量％、３．５質量％とし、それぞれのレベルで、破砕鉱石を０質量％、３．０質量％、５．０質量％、７．０質量％に変更する試験を行った。

主造粒工程は、主焼結原料、返鉱および粉コークスを、６００ｍｍ長、５００ｍｍ径のドラム型ミキサーに投入し、２分間転動して各原料を混合した後、水分量が７．０％になるように、ミキサー内に所定量の水を注水しながら２５ｒｐｍで３分４５秒間転動し、造粒を行った。
副造粒工程は、副焼結原料を容量１０リットルの高速攪拌ミキサーに投入し、水を添加して１分間混合攪拌した後に、５８０ｍｍ径のパンペレタイザーに投入し、傾斜角４９度、回転数３１ｒｐｍの条件で１ｗｅｔ−ｋｇで原料を投入していき、排出された造粒物を順次回収した。
主造粒工程と副造粒工程のそれぞれで製造した造粒物を、１５秒間軽混合し、合わせた造粒物とした。

(焼結鍋試験)
前記造粒工程で製造した合わせた造粒物を直径３００ｍｍ、高さ５００ｍｍの円筒容器に焼結原料を装入して、原料充填層を形成した。次に円筒容器下部から負圧９．８ｋＰａ（１０００ｍｍＨ_２Ｏ）で下方吸引を開始し、計測された風量から充填層の焼成前の冷間通気性をＪＰＵ（ＪａｐａｎＰｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙＵｎｉｔ）で求めた。そして、負圧９．８ｋＰａでの下方吸引を継続しながらバーナーで原料層の表面を１分間点火することにより焼成を行った。
なお、円筒容器には一定の層高毎に熱電対を挿入し、その温度変化測定値から、燃焼前線降下速度（ＦＦＳ：ＦｌａｍｅＦｒｏｎｔＳｐｅｅｄ）を算出した。また、風箱にも熱電対を配置し、排ガス温度が最大値を示した時間の３分後を焼成終了時間とした。
焼成終了後に得られた焼結ケーキは、高さ２ｍから４回落下させた後、直径５ｍｍの角型の篩で分級し、その篩上を成品焼結鉱として、＋５ｍｍの成品歩留を評価した。また、焼成終了時間と成品歩留から、生産率を算出した。更に、成品歩留評価後の成品焼結鉱について回転強度（ＴＩ）を測定した。

（焼結試験結果）
試験結果を図５〜図１０に示す。
図５で、副造粒工程のいずれの生石灰の使用割合においても、破砕鉱石の使用割合の増加に従い、擬似粒子径（ｍｍ）は増大する傾向にある。これは、微粒子である破砕鉱石の増加により、核粒子を取り巻く微粒子層の増加によると考えられる。
図６で、副造粒工程のいずれの生石灰の使用割合においても、破砕鉱石の使用割合の増加に従い、原料層冷間通気性（ＪＰＵ）は増加する傾向である。これは、擬似粒子径（ｍｍ）の増大によると考えられる。
図７で、副造粒工程のいずれの生石灰の使用割合においても、破砕鉱石の使用割合の増加に従い、燃焼前線降下速度（ＦＦＳ（ｍｍ/ｍｉｎ））は、増加する傾向である。これは、擬似粒子径（ｍｍ）の増大による原料層冷間通気性（ＪＰＵ）の増加によると考えられる。

図８で、副造粒工程のいずれの生石灰の使用割合においても、破砕鉱石の使用割合の増加に従い、焼結強度（ＴＩ（％））は増大する傾向にあるが、破砕鉱石の使用割合が７質量％になると、焼結強度（ＴＩ（％））は低下する。これは、擬似粒子径（ｍｍ）が粗大化し（図５）、原料層冷間通気性（ＪＰＵ）は増加し（図６）、燃焼前線降下速度（ＦＦＳ（ｍｍ/ｍｉｎ））は増加するが、粒子が過剰に粗大化したため焼成時に十分に溶融同化が進行せず、焼成後に崩壊し易く、強度が低下したと考えられる。
図９で、副造粒工程のいずれの生石灰の使用割合においても、破砕鉱石の使用割合が７質量％になると、焼結成品歩留（＋５ｍｍ％）は低下する。これは、破砕鉱石の使用割合が７質量％になると、焼結強度（ＴＩ（％））が低下するからと考えられる（図８）。
図１０で、いずれの生石灰の使用割合においても、破砕鉱石の使用割合が５質量％までは、焼結生産率（ｔ/ｄ/ｍ^２）は増加するが、破砕鉱石の使用割合が７質量％になると、焼結生産率（ｔ/ｄ/ｍ^２）は低下する、これは、破砕鉱石の使用割合が７質量％になると焼結鉱強度が低下し（図８）、焼結歩留が低下（図９）することによると考えられる。

以上より、副造粒工程に用いられる微粉鉱石と粉鉱石の比が１．５/１以上３/１未満であり、副造粒工程の破砕鉱石の使用割合が３質量％以上７質量％未満であれば、焼結生産率（ｔ/ｄ/ｍ^２）が高く、焼結強度（ＴＩ（％））も高い焼結鉱を製造することができる。
この場合、副造粒工程に生石灰を用いることが好ましいが、１．８質量％以上３．５質量％以下が特に好ましい。

微粉鉱石を多量に配合する場合に、粒子強度の高い擬似粒子を形成し、燒結鉱生産性と燒結鉱強度の向上を可能とする焼結鉱の製造方法に利用することができる。

Claims

焼結原料を、主焼結原料と副焼結原料とに分け、それぞれを混合・造粒する、主造粒工程と、副造粒工程とを並列で有し、
前記主造粒工程と前記副造粒工程で製造したそれぞれの造粒物を合わせ、前記合わせた造粒物を焼成する焼結鉱の製造方法であって、
前記副造粒工程は、
前記副焼結原料の一部である微粉鉱石と粉鉱石の比が１．５/１以上３/１未満であり、バインダーが、生石灰と破砕鉱石であって、前記破砕鉱石は、前記副焼結原料に対し３質量％以上７質量％未満であることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
請求項１に記載の焼結鉱の製造方法において、
前記副造粒工程に用いられる前記生石灰が１．７質量％以上３．５質量％以下であることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
請求項１又は請求項２に記載の焼結鉱の製造方法において、
前記破砕鉱石は、４質量％以上の結晶水を含有する鉱石を湿式破砕したものであり、粒度は、１０μｍ以下の割合が６０質量％以上であることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の焼結鉱の製造方法において、
前記破砕鉱石は、回転駆動する鉛直中心軸にスクリュー翼を備えた円筒容器からなる粉砕部と、重力および遠心力の作用により分級する分級部と、分級部で分級したアンダーフローを粉砕部の円筒容器に循環させる循環部と、を有する竪型粉砕機を用いて破砕された湿式破砕鉱石であることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の焼結鉱の製造方法において、
前記微粉鉱石は、鉄鉱石の選鉱処理工程で発生する選鉱処理微粉鉱石であることを特徴とする焼結鉱の製造方法。