焼結鉱の製造方法
【課題】原料鉱石の種類に関わりなく高品質の焼結鉱を高い生産性と成品歩留りで製造する。
【解決手段】原料鉱石の少なくとも一部として、平均気孔量が０．０３〜０．０５ｃｃ／ｇの鉱石Ａ、平均気孔量が０．１０〜０．１２ｃｃ／ｇの鉱石Ｂ、平均気孔量が０．０７〜０．０９ｃｃ／ｇの鉱石Ｃ、平均気孔量が０．１８〜０．２０ｃｃ／ｇの鉱石Ｄの中から選ばれる２種以上の鉱石を配合した焼結原料から焼結鉱を製造するに際し、平均気孔量Ｘ＝0.04×[鉱石Ａ％]＋0.11×[鉱石Ｂ％]＋0.08×[鉱石Ｃ％]＋0.19×[鉱石Ｄ％]で定義される鉱石の平均気孔量Ｘが０．０９ｃｃ／ｇ以下となるように鉱石を配合する。
【解決手段】原料鉱石の少なくとも一部として、平均気孔量が０．０３〜０．０５ｃｃ／ｇの鉱石Ａ、平均気孔量が０．１０〜０．１２ｃｃ／ｇの鉱石Ｂ、平均気孔量が０．０７〜０．０９ｃｃ／ｇの鉱石Ｃ、平均気孔量が０．１８〜０．２０ｃｃ／ｇの鉱石Ｄの中から選ばれる２種以上の鉱石を配合した焼結原料から焼結鉱を製造するに際し、平均気孔量Ｘ＝0.04×[鉱石Ａ％]＋0.11×[鉱石Ｂ％]＋0.08×[鉱石Ｃ％]＋0.19×[鉱石Ｄ％]で定義される鉱石の平均気孔量Ｘが０．０９ｃｃ／ｇ以下となるように鉱石を配合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉等の主原料として用いられる焼結鉱の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉の主原料である焼結鉱は、一般に以下のようにして製造される。まず、粉鉄鉱石に、石灰粉等のＣａＯ含有副原料、珪石や蛇紋岩等のＳｉＯ２含有副原料及びコークス粉等の炭材を配合し、これに適量の水を加えて混合・造粒する。この造粒された配合原料（焼結原料）を、ドワイトロイド式焼結機のパレット上に所定の厚さに充填し、この充填ベッド表層部の炭材に着火後、下方に向けて空気を吸引しながら充填ベッド内部の炭材を燃焼させ、その燃焼熱により配合原料を焼結させて焼結ケーキとする。そして、この焼結ケーキを粉砕・整粒することにより、粒径が数ｍｍ以上の成品焼結鉱が得られる。
【０００３】
安定した高炉操業を行うためには、高品質の焼結鉱が求められる。一般に、焼結鉱の品質はシャッター強度（冷間強度）、還元粉化指数（ＲＤＩ）、被還元性（ＲＩ）などが指標とされるが、これらが指標となる成品焼結鉱の品質は、高炉操業における炉内荷下がり状態の安定性、炉内通気性や通液性、鉱石の還元効率、高温性状等に対して大きな影響を及ぼす。このため焼結鉱の製造プロセスでは厳しい品質管理が行なわれている。また、焼結鉱の製造コストを低減させるために焼結鉱の成品歩留まりの向上が求められ、さらに焼結鉱製造ラインの効率化と生産性の向上が求められる。
【０００４】
ところで、焼結鉱の原料鉄鉱石としては、従来、主としてヘマタイト鉱石（赤鉄鉱）やマグネタイト鉱石（磁鉄鉱）が用いられてきたが、最近このような良質な鉄鉱石の供給量が減少しつつあることに伴い、リモナイト鉱石やマラマンバ鉱石（いずれも豪州産鉄鉱石）などのような結晶水の含有量が高い鉄鉱石を用いる必要に迫られており、将来的にその使用量は益々増大するものと思われる。ここで、マラマンバ鉱石とは、豪州のマラマンバ鉱床から産出される鉄鉱石の総称であって、一般にはゲーサイト（Ｆｅ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ）とマータイト（マグネタイト構造を有するＦｅ２Ｏ３）を主要鉱物とし、かつ結晶水を５％前後の高い含有率で含む鉱石である。銘柄名では、ウェストアンジェラス鉱、ＭＡＣ鉱などが代表的な鉄鉱石である。また、リモナイト鉱石の代表例としては、ピソライト鉱石がある。このピソライト鉱石は、一般には、魚卵状のへマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）の隙間をゲーサイト（Ｆｅ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ）が埋めた内部構造を有し、かつ結晶水を８％前後の高い含有率で含む鉱石である。銘柄名では、ローブリバー鉱、ヤンディクージナ鉱などが代表的な鉄鉱石である。
【０００５】
また、最近では、ヤンディクージナ鉱と共通する鉱床からＬＣＩＤ鉱石と呼ばれる新たな種類の鉄鉱石が産出されはじめているが、このＬＣＩＤ鉱石は、従来産出されてきたリモナイト鉱石に較べて結晶水の含有率がさらに高い。
しかし、これら高結晶水鉱石を焼結原料として使用した場合、(1)焼結における結晶水離脱時の熱分解反応に対して熱補償が必要であるため、その分、配合する炭材（粉コークスなど）を増量する必要がある、(2)結晶水の離脱に起因して、溶融反応過程で生成する融液により局部的過溶融反応が引き起こされる結果、生産性や成品歩留まりが低下する、などの問題が指摘されている。
【０００６】
また、特にマラマンバ鉱石については、微粉分が多く造粒性が劣るため、焼結ベッド（焼結原料層）内の通気性の悪化に起因して成品強度が低下し、これに伴って生産率や成品歩留まりも低下する、などの問題が指摘されている。
従来、微粉分の多いマラマンバ鉱石を使用して焼結鉱を製造する際に、混合撹拌による造粒を強化することを狙いとして、マラマンバ鉱石が配合された焼結原料を高速撹拌して混合・造粒する技術が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平７−３３１３４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の技術は特別な撹拌手段を必要とするため、設備コストや処理コストが増大するという問題がある。また、本発明者らが検討したところによれば、特許文献１のようにマラマンバ鉱石を配合した焼結原料の造粒を強化したとしても、必ずしも生産性や成品歩留りは向上しないこと、また、特にマラマンバ鉱石を多量配合した場合には、冷間強度（シャッター強度）が非常に低い焼結鉱しか得られないことが判った。
【０００８】
したがって本発明の目的は、原料鉱石の種類に関わりなく高品質の焼結鉱を製造することができ、とりわけ、マラマンバ鉱石等を多量配合した場合でも冷間強度が高い高品質の焼結鉱を高い生産性と成品歩留りで製造することができる焼結鉱の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述したようにマラマンバ鉱石を焼結原料に多量配合した場合に、特許文献１に示されるような焼結原料の造粒を強化する方法では、成品焼結鉱の冷間強度や生産性、成品歩留まりの改善について必ずしも十分な効果が挙げられないということは、本質的な問題が原料の造粒性ではなく別の点にあることを示唆している。そこで本発明者らは、その点を解明すべく種々の実験と検討を行い、その結果、次のような事実を知見した。
【００１０】
（1）焼結原料となる鉄鉱石は、その種類を問わず元々の鉱石粒子内部に微細気孔（微細な空隙）を有しているが、マラマンバ鉱石はその微細気孔量が他の鉱石に較べて格段に多い。このため焼結過程で生成した融液が元々あった微細気孔に浸透してしまうため、鉱石粒子間を結合する融液が不足し、その結果、成品焼結鉱の冷間強度が大きく低下してしまう。また、ＬＣＩＤ鉱石はマラマンバ鉱石よりもさらに微細気孔量が多く、成品焼結鉱の冷間強度がより低下しやすい。
（2）上記のような鉱石粒子内部の微細気孔と融液の挙動との関係から、成品焼結鉱の冷間強度は焼結原料中に配合される原料鉱石の平均気孔量に大きく依存しており、したがって、鉱石の種類に関わりなく、焼結原料に配合する原料鉱石の平均気孔量を所定の水準以下とすることにより、成品焼結鉱の冷間強度を効果的に高めることができる。
（3）したがって、マラマンバ鉱石やＬＣＩＤ鉱石を多量配合した場合でも、配合する他の鉄鉱石の種類やその配合率を適宜選択・調整することで、焼結原料に配合する原料鉱石の平均気孔量を所定の水準以下とすることにより、冷間強度が高い高品質の焼結鉱を高い生産性と成品歩留りで製造することができる。
【００１１】
本発明は、以上のような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下のとおりである。
［1］原料鉱石の少なくとも一部として、水銀圧入測定法によって測定される平均気孔量が０．０３〜０．０５ｃｍ３／ｇの鉄鉱石Ａ（但し、ペレットフィードを除く）、同じく平均気孔量が０．１０〜０．１２ｃｍ３／ｇの鉄鉱石Ｂ、同じく平均気孔量が０．０７〜０．０９ｃｍ３／ｇの鉄鉱石Ｃ、同じく平均気孔量が０．１８〜０．２０ｃｍ３／ｇの鉄鉱石Ｄの中から選ばれる２種以上の鉄鉱石を配合した焼結原料から焼結鉱を製造する方法であって、
下記(1)式で定義される鉄鉱石の平均気孔量Ｘが０．０９ｃｍ３／ｇ以下となるように、鉄鉱石を配合した焼結原料から焼結鉱を製造することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
平均気孔量Ｘ＝0.04×[Ａ％]＋0.11×[Ｂ％]＋0.08×[Ｃ％]＋0.19×[Ｄ％] … (1)
但し [Ａ％]：［鉄鉱石Ａ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
[Ｂ％]：［鉄鉱石Ｂ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
[Ｃ％]：［鉄鉱石Ｃ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
[Ｄ％]：［鉄鉱石Ｄ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
【００１２】
［2］上記［1］の製造方法において、焼結原料に鉄鉱石Ｂ及び／又は鉄鉱石Ｄが配合されることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
［3］上記［2］の製造方法において、焼結原料に鉄鉱石Ａ、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｃ及び鉄鉱石Ｄが配合されることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
［4］上記［2］又は［3］の製造方法において、 鉄鉱石Ａ、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｃ及び鉄鉱石Ｄの合計量（但し、鉄鉱石Ａ、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｃ及び鉄鉱石Ｄの中の１種以上が配合されない場合を含む）に対する鉄鉱石Ｂ及び鉄鉱石Ｄの割合（但し、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｄのいずれかが配合されない場合を含む）が２０mass％以上であることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
ここで、本発明が規定する鉄鉱石の平均気孔量は、粒径４〜７ｍｍの鉱石について、水銀圧入式細孔分布測定装置を用いた水銀圧入測定法（押込み圧力：０．００７〜４１２ＭＰａ）により測定した微細気孔量の平均値（Ｎ＝１０の平均値）である。なお、上記押込み圧力範囲は、細孔径０．０３５〜２００μｍの気孔量を測定可能な圧力であり、このような圧力範囲で測定することにより、一般的な水銀圧入式細孔分布測定装置を用いて、本発明が対象とする鉄鉱石Ａ〜Ｄの微細気孔量を正確に測定することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、焼結原料に配合される原料鉱石の平均気孔量を調整することにより、原料鉱石の種類に関わりなく高品質の焼結鉱を製造することができ、とりわけ、マラマンバ鉱石やＬＣＩＤ鉱石を多量配合する場合でも、冷間強度が高い高品質の焼結鉱を高い生産性と成品歩留りで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の詳細と好ましい実施形態を説明する。
まず、マラマンバ鉱石とへマタイト鉱石等を用いて行った試験について説明する。
図１は、実機による焼結鉱の製造試験において、原料鉱石中のマラマンバ鉱石の配合率を変化させ、焼結鉱の生産率と成品歩留まりを調べた結果を示している。この操業（全３日間）では、原料鉱石中でのマラマンバ鉱石と普通鉱石であるヘマタイト鉱石の配合比を、図２に示すように、(a)へマタイト鉱石：１００mass％、(b)へマタイト鉱石：約８０mass％，マラマンバ鉱石：約２０mass％、(c)へマタイト鉱石：約６０mass％，マラマンバ鉱石：約４０mass％、という３水準に変化させ、標準的な造粒方法及び造粒条件で焼結原料を擬似粒子に造粒し、これをドワイトロイド式焼結機に装入して焼成し、焼結鉱を製造した。マラマンバ鉱石としてはＭＡＣ鉱を、またへマタイト鉱石としてはマウントニューマン鉱をそれぞれ用いた。その他の製造・操業条件としては、新原料中の生石灰比率：２．０mass％、焼結機内原料装入厚：５８０ｍｍとし、また、焼結鉱の化学組成がＳｉＯ２：５．１mass％、ＣａＯ：１０．２mass％、ＭｇＯ：１．０mass％になるように、焼結原料中の石灰石、珪石、Ｎｉスラグ、ドロマイトの配合率を調整した。
図１によれば、原料鉱石中でのマラマンバ鉱石の配合率が増加するに従い、成品焼結鉱の生産率と歩留まりが低下している。この理由を調べた結果、マラマンバ鉱石の配合率が増加すると焼結鉱の冷間強度が低下し、その結果、成品歩留まりと生産率の低下を招くことが確認できた。
【００１５】
図３は、実機による焼結鉱の製造において、原料鉱石中の鉱石の配合を、(a)微粉のへマタイト鉱石：約１０mass％，その他鉱石（へマタイト鉱石主体の普通鉱石）：約９０mass％、(b)マラマンバ鉱石：約１０mass％，その他鉱石（へマタイト鉱石主体の普通鉱石）：約９０mass％、という２水準とした操業を行い、成品焼結鉱の冷間強度（タンブラー強度）や生産率等の変化を調べた結果を示している。この操業では、原料鉱石中の微粉鉱（ペレットフィード）の配合率が約１０mass％の焼結原料を、途中で原料鉱石中のマラマンバ鉱石の配合率が約１０mass％の焼結原料に切り替え、その影響を調査したものであり、原料の造粒性を強化した造粒法（所謂ＨＰＳ法）を適用して焼結原料の造粒を行い、焼結鉱を製造した。
図３の結果によれば、原料鉱石中に１０mass％の微粉鉱石（ペレットフィード）を配合した(a)の原料配合に対して、その微粉鉱石分をマラマンバ鉱石に置き換えた(b)の原料配合の場合には、成品焼結鉱の冷間強度（タンブラー強度）は大きく低下し、ほとんど管理限界に近づいている。
【００１６】
以上の図１及び図３の結果から、造粒方法や造粒条件の如何に関わりなく、或る程度の配合率でマラマンバ鉱石を配合した場合には、成品焼結鉱の冷間強度が低下してしまうことが確認できた。ここで、マラマンバ鉱石は、他の鉄鉱石に比べて鉱石粒子内部の微細気孔が非常に多いことが知られており、このような鉱石粒子内部に存在する微細気孔が、焼結過程で生成する融液の挙動に影響を及ぼし、成品焼結鉱の冷間強度に悪影響を与えていることが考えられた。そこで、試験鍋（φ１００ｍｍ×１００ｍｍ）とＸ線ＣＴ装置とを備えた図４に示すような試験装置を用い、表１に示す原料鉱石を配合した焼結原料を焼成し（焼結中風速：０．２９Ｎｍ／ｓ、コークス比：５．５％、混合原料中ＣａＯ比：９．０％、混合原料中ＳｉＯ２比：５．０％、原料粒度：−３ｍｍ）、焼結過程での原料鉱石及び焼結ケーキの気孔構造と融液流動状況の解析を行った。
【００１７】
【表１】
【００１８】
この試験では、表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．３の各原料鉱石を配合した焼結原料について、焼結開始から焼結が完了して一定時間経過後までの一連の過程における原料鉱石及び焼結ケーキのＸ線ＣＴ画像を得た。図５に、各焼結ケーキのＸ線ＣＴ画像の一例（焼成完了後のもの）を示す。これらのＸ線ＣＴ画像に基づき、以下のような手法で焼結中の各原料鉱石及び焼結ケーキの気孔構造の解析と融液流動状況の解析を行った。
気孔構造の解析では、図６に示すようにＸ線ＣＴ画像を固体部と気孔部に二値化し、これをさらに細線化処理し、この細線化処理画像からブランチ（気孔）の総面積Ａｐ（ｍｍ２）と総長さＬｂｔ（ｍｍ）を求め、ブランチ幅＝Ａｐ／Ｌｂｔによりブランチ幅を求めた。このブランチ幅は焼結ケーキ内部に存在する空洞の太さに相当するものである。
【００１９】
また、融液流動状況の解析では、図７に示すように時間間隔をおいた２つのＸ線ＣＴ画像（Ｘ線ＣＴ画像１＝ｔ1秒、Ｘ線ＣＴ画像２＝ｔ2秒）を固体部と気孔部に二値化し、この二値化画像に基づき、「t2−t1秒」間に固体部から気孔部に変化した面積Ｓ1と、同じく気孔部から固体部に変化した面積Ｓ2を求め、融液流動指数＝（Ｓ1＋Ｓ2）／（ｔ2−ｔ1）により融液流動指数を求めた。この融液流動指数は原料鉱石粒子間での融液の移動量（単位時間当たりの移動量）の指標となるものである。
【００２０】
図８は、焼結過程における原料鉱石及び焼結ケーキの気孔構造の解析結果を示すものである。これによれば、Ｎｏ．２（へマタイト鉱石：４０mass％，マラマンバ鉱石：６０mass％）やＮｏ．３（へマタイト鉱石：４０mass％，リモナイト鉱石：６０mass％）の試験例は、Ｎｏ．１（へマタイト鉱石：１００mass％）の試験例に比べてブランチ幅の成長速度と焼結ケーキのブランチ幅がかなり小さい。すなわち、これらＮｏ．２とＮｏ．３の場合には、Ｎｏ．１に比べて気孔の成長速度が遅く、かつ気孔そのものもの太くなり難いことを示している。また、Ｎｏ．２（へマタイト鉱石：４０mass％，マラマンバ鉱石：６０mass％）とＮｏ．３（へマタイト鉱石：４０mass％，リモナイト鉱石：６０mass％）を比べると、Ｎｏ．３の方がＮｏ．２よりも焼結ケーキのブランチ幅は大きくなっている。
【００２１】
焼結過程で生成する気孔は、主として鉱石粒子間での融液の移動により形成される（すなわち、融液が他所に移動した後の部分が気孔となる）ものであり、したがって、ブランチ幅の成長速度が大きくかつ焼結ケーキのブランチ幅が大きい（気孔が太い）ということは、鉱石粒子間での融液の移動量が大きいことを意味している。図９は、融液流動指数と図８の結果に基づくブランチ幅の成長速度との関係を示したものであるが、そのことが端的に示されている。
【００２２】
上記のように、配合する鉱石の種類とその配合率の違いによって鉱石粒子間での融液の移動量が大きく異なる理由について検討した結果、鉱石粒子間での融液の移動量が、鉱石粒子が元々有する微細気孔の多寡に大きく依存していることが判明した。これをマラマンバ鉱石とへマタイト鉱石を例に、図１０の模式図に基づいて説明すると、図１０（ａ）に示すマラマンバ鉱石の場合には、へマタイト鉱石に比べて鉱石粒子内部に微細気孔が非常に多く存在するため、鉱石粒子の周囲で生成した融液の相当量がその微細気孔内に吸収され、その結果、鉱石粒子間での融液の移動量が少なくなる。そして、焼結過程で生成した融液は鉱石粒子間を結合するボンドとなるため、融液の相当量が微細気孔内に吸収されてしまうと、鉱石粒子間を結合するボンド量が不足し、この結果として焼結鉱の冷間強度が低下してしまう。これに対して図１０（ｂ）に示すヘマタイト鉱石の場合には、鉱石粒子内部の微細気孔が少ないため、鉱石粒子の周囲で生成した融液の大部分が、微細気孔内に吸収されることなく鉱石粒子間に留まるため、鉱石粒子間での融液の移動量が多くなり、その結果として気孔も太くなる。そして、この鉱石粒子間に留まった多量の融液が鉱石粒子間を結合するボンドとなるため、高い冷間強度を有する焼結鉱が得られるものである。
【００２３】
また、ＬＣＩＤ鉱石についても同様の試験、検討を行った結果、ＬＣＩＤ鉱石はマラマンバ鉱石よりも微細気孔量がさらに多いため、微細気孔に起因する冷間強度の低下の度合いは、マラマンバ鉱石よりもさらに大きいことが判った。
以上の検討結果から、成品焼結鉱の冷間強度を高めるには、焼結原料中に配合される原料鉱石の平均気孔量を規制することが有効であり、これにより鉱石の種類に関わりなく、所定の水準以上の冷間強度を有する成品焼結鉱が得られることが判った。したがって、マラマンバ鉱石やＬＣＩＤ鉱石を多量配合した場合でも、配合される他の鉱石の種類やその配合率を適宜調整・選択することで、原料鉱石の平均気孔量を規制することにより、冷間強度が高い高品質の成品焼結鉱を得ることができる。
【００２４】
図１１は、水銀圧入測定法（水銀圧入式細孔分布測定装置を用い、押込み圧力：０．００７〜４１２ＭＰａで測定）で測定したヘマタイト鉱石、マラマンバ鉱石及びリモナイト鉱石（いずれも粒径４〜７ｍｍの鉱石）の気孔径分布の一例を示したものである。また、図１２は、同じ測定法により測定したＬＣＩＤ鉱石（粒径４〜７ｍｍ）の気孔径分布の一例を示したものである。同様の気孔径分布を各種の鉄鉱石について調査し、その気孔径分布に基づく加重平均気孔量を求めた結果、現在知られている焼結用鉄鉱石を融液の挙動に関係するような微細気孔量の多寡で分類すると、以下のような３種類に大別できることが判った。
鉄鉱石Ａ 平均気孔量：０．０３〜０．０５ｃｍ３／ｇ
鉄鉱石Ｂ 平均気孔量：０．１０〜０．１２ｃｍ３／ｇ
鉄鉱石Ｃ 平均気孔量：０．０７〜０．０９ｃｍ３／ｇ
鉄鉱石Ｄ 平均気孔量：０．１８〜０．２０ｃｍ３／ｇ
ここで、鉄鉱石Ａに含まれる主要な鉱石としてはへマタイト鉱石、マグネタイト鉱石等が挙げられ、また、鉄鉱石Ｂに含まれる主要な鉱石としてはマラマンバ鉱石等が挙げられ、鉄鉱石Ｃに含まれる主要な鉱石としてはピソライト鉱石に代表されるリモナイト鉱石等が挙げられ、鉄鉱石Ｄに含まれる主要な鉱石としてはＬＣＩＤ鉱石等が挙げられる。
【００２５】
このような４種類の鉄鉱石Ａ〜Ｄを用いて焼結試験を繰り返し、それらの微細気孔量と成品焼結鉱の冷間強度との関係について整理した結果、焼結原料に配合される鉄鉱石において、融液の挙動と関係する鉄鉱石の平均気孔量は下記(1)式で定義することができ、かつこの平均気孔量Ｘを０．０９ｃｍ３／ｇ以下とすることにより、成品焼結鉱の冷間強度を効果的に高めることができることが判明した。なお、上記平均気孔量は、粒径４〜７ｍｍの鉱石について、水銀圧入式細孔分布測定装置を用いた水銀圧入測定法（押込み圧力：０．００７〜４１２ＭＰａ）により測定した微細気孔量の平均値（Ｎ＝１０の平均値）である。
平均気孔量Ｘ＝0.04×[Ａ％]＋0.11×[Ｂ％]＋0.08×[Ｃ％]＋0.19×[Ｄ％] … (1)
但し [Ａ％]：［鉄鉱石Ａ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
[Ｂ％]：［鉄鉱石Ｂ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
[Ｃ％]：［鉄鉱石Ｃ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
[Ｄ％]：［鉄鉱石Ｄ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
なお、微粉鉱石であるペレットフィードが焼結用の原料鉱石の一部として用いられており、このペレットフィードは鉱物組成上はへマタイト鉱石及びマグネタイト鉱石に属するが、ペレットフィードは微粉であるために、その微細気孔は融液の挙動に大きな影響を与えないことが判った。このため本発明では、ペレットフィードは鉄鉱石Ａの対象から除外する。
【００２６】
図１３は、上述した試験の結果を整理したもので、焼結原料に配合される鉄鉱石の平均気孔量Ｘ（上記(1)式で定義される平均気孔量Ｘ）と成品焼結鉱の冷間強度（シャッター強度）との関係を示している。同図に示されるように、焼結原料に配合される鉄鉱石の平均気孔量Ｘを０．０９ｃｍ３／ｇ以下とすることにより、成品焼結鉱の冷間強度（シャッター強度）を管理値である８９．５％以上の水準にできることが判る。
したがって、本発明では、原料鉱石の少なくとも一部として、上記鉄鉱石Ａ〜Ｄの中から選ばれる２種以上の鉄鉱石を配合した焼結原料から焼結鉱を製造する際に、焼結原料中に上記(1)式で定義される鉄鉱石の平均気孔量Ｘが０．０９ｃｃ／ｇ以下となるように鉄鉱石を配合し、この焼結原料から焼結鉱を製造するものである。
【００２７】
このような本発明の焼結鉱の製造方法は、マラマンバ鉱石が属する鉄鉱石Ｂ及び／又はＬＣＩＤ鉱石が属する鉄鉱石Ｄを多量配合する場合に特に有用であり、例えば、鉄鉱石Ａ、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｃ及び鉄鉱石Ｄの合計量（但し、鉄鉱石Ａ〜Ｄの中の１種以上が配合されない場合を含む）に対する鉄鉱石Ｂ及び鉄鉱石Ｄの配合割合（但し、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｄのいずれかが配合されない場合を含む）が２０mass％以上であるような高配合の場合でも、冷間強度が高い高品質の焼結鉱を高い成品歩留まりと生産率で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】原料鉱石中のマラマンバ鉱石の配合率と成品焼結鉱の生産率及び歩留まりとの関係を示すグラフ
【図２】図１の試験における原料鉱石の配合率を示す説明図
【図３】焼結原料中に微粉鉱石＋普通鉱石を配合した操業例と、マラマンバ鉱石＋普通鉱石を配合した操業例について、コークス比及び焼結鉱の冷間強度の推移を示すグラフ
【図４】焼成中の原料鉱石及び焼結ケーキの気孔構造と融液流動状況の解析を行うために用いた試験装置を示す説明図
【図５】図４の試験装置で得られた焼結ケーキのＸ線ＣＴ画像の一例を示す図面
【図６】焼成中の原料鉱石及び焼結ケーキの気孔構造の解析を行うために採られた手法を示す説明図
【図７】焼結中の原料鉱石及び焼結ケーキの融液流動状況の解析を行うために採られた手法を示す説明図
【図８】焼成中の原料鉱石及び焼結ケーキのブランチ（気孔）幅の推移を示すグラフ
【図９】図８で得られたブランチ幅の成長速度と融液流動指数との関係を示すグラフ
【図１０】焼結過程で生成する融液の挙動をマラマンバ鉱石とへマタイト鉱石を例に示した説明図
【図１１】水銀圧入法で測定したヘマタイト鉱石、マラマンバ鉱石及びリモナイト鉱石の気孔径分布の一例を示すグラフ
【図１２】水銀圧入法で測定したＬＣＩＤ鉱石の気孔径分布の一例を示すグラフ
【図１３】焼結原料に配合される鉄鉱石の平均気孔量Ｘと成品焼結鉱の冷間強度（シャッター強度）との関係を示すグラフ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉等の主原料として用いられる焼結鉱の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉の主原料である焼結鉱は、一般に以下のようにして製造される。まず、粉鉄鉱石に、石灰粉等のＣａＯ含有副原料、珪石や蛇紋岩等のＳｉＯ２含有副原料及びコークス粉等の炭材を配合し、これに適量の水を加えて混合・造粒する。この造粒された配合原料（焼結原料）を、ドワイトロイド式焼結機のパレット上に所定の厚さに充填し、この充填ベッド表層部の炭材に着火後、下方に向けて空気を吸引しながら充填ベッド内部の炭材を燃焼させ、その燃焼熱により配合原料を焼結させて焼結ケーキとする。そして、この焼結ケーキを粉砕・整粒することにより、粒径が数ｍｍ以上の成品焼結鉱が得られる。
【０００３】
安定した高炉操業を行うためには、高品質の焼結鉱が求められる。一般に、焼結鉱の品質はシャッター強度（冷間強度）、還元粉化指数（ＲＤＩ）、被還元性（ＲＩ）などが指標とされるが、これらが指標となる成品焼結鉱の品質は、高炉操業における炉内荷下がり状態の安定性、炉内通気性や通液性、鉱石の還元効率、高温性状等に対して大きな影響を及ぼす。このため焼結鉱の製造プロセスでは厳しい品質管理が行なわれている。また、焼結鉱の製造コストを低減させるために焼結鉱の成品歩留まりの向上が求められ、さらに焼結鉱製造ラインの効率化と生産性の向上が求められる。
【０００４】
ところで、焼結鉱の原料鉄鉱石としては、従来、主としてヘマタイト鉱石（赤鉄鉱）やマグネタイト鉱石（磁鉄鉱）が用いられてきたが、最近このような良質な鉄鉱石の供給量が減少しつつあることに伴い、リモナイト鉱石やマラマンバ鉱石（いずれも豪州産鉄鉱石）などのような結晶水の含有量が高い鉄鉱石を用いる必要に迫られており、将来的にその使用量は益々増大するものと思われる。ここで、マラマンバ鉱石とは、豪州のマラマンバ鉱床から産出される鉄鉱石の総称であって、一般にはゲーサイト（Ｆｅ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ）とマータイト（マグネタイト構造を有するＦｅ２Ｏ３）を主要鉱物とし、かつ結晶水を５％前後の高い含有率で含む鉱石である。銘柄名では、ウェストアンジェラス鉱、ＭＡＣ鉱などが代表的な鉄鉱石である。また、リモナイト鉱石の代表例としては、ピソライト鉱石がある。このピソライト鉱石は、一般には、魚卵状のへマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）の隙間をゲーサイト（Ｆｅ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ）が埋めた内部構造を有し、かつ結晶水を８％前後の高い含有率で含む鉱石である。銘柄名では、ローブリバー鉱、ヤンディクージナ鉱などが代表的な鉄鉱石である。
【０００５】
また、最近では、ヤンディクージナ鉱と共通する鉱床からＬＣＩＤ鉱石と呼ばれる新たな種類の鉄鉱石が産出されはじめているが、このＬＣＩＤ鉱石は、従来産出されてきたリモナイト鉱石に較べて結晶水の含有率がさらに高い。
しかし、これら高結晶水鉱石を焼結原料として使用した場合、(1)焼結における結晶水離脱時の熱分解反応に対して熱補償が必要であるため、その分、配合する炭材（粉コークスなど）を増量する必要がある、(2)結晶水の離脱に起因して、溶融反応過程で生成する融液により局部的過溶融反応が引き起こされる結果、生産性や成品歩留まりが低下する、などの問題が指摘されている。
【０００６】
また、特にマラマンバ鉱石については、微粉分が多く造粒性が劣るため、焼結ベッド（焼結原料層）内の通気性の悪化に起因して成品強度が低下し、これに伴って生産率や成品歩留まりも低下する、などの問題が指摘されている。
従来、微粉分の多いマラマンバ鉱石を使用して焼結鉱を製造する際に、混合撹拌による造粒を強化することを狙いとして、マラマンバ鉱石が配合された焼結原料を高速撹拌して混合・造粒する技術が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平７−３３１３４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の技術は特別な撹拌手段を必要とするため、設備コストや処理コストが増大するという問題がある。また、本発明者らが検討したところによれば、特許文献１のようにマラマンバ鉱石を配合した焼結原料の造粒を強化したとしても、必ずしも生産性や成品歩留りは向上しないこと、また、特にマラマンバ鉱石を多量配合した場合には、冷間強度（シャッター強度）が非常に低い焼結鉱しか得られないことが判った。
【０００８】
したがって本発明の目的は、原料鉱石の種類に関わりなく高品質の焼結鉱を製造することができ、とりわけ、マラマンバ鉱石等を多量配合した場合でも冷間強度が高い高品質の焼結鉱を高い生産性と成品歩留りで製造することができる焼結鉱の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述したようにマラマンバ鉱石を焼結原料に多量配合した場合に、特許文献１に示されるような焼結原料の造粒を強化する方法では、成品焼結鉱の冷間強度や生産性、成品歩留まりの改善について必ずしも十分な効果が挙げられないということは、本質的な問題が原料の造粒性ではなく別の点にあることを示唆している。そこで本発明者らは、その点を解明すべく種々の実験と検討を行い、その結果、次のような事実を知見した。
【００１０】
（1）焼結原料となる鉄鉱石は、その種類を問わず元々の鉱石粒子内部に微細気孔（微細な空隙）を有しているが、マラマンバ鉱石はその微細気孔量が他の鉱石に較べて格段に多い。このため焼結過程で生成した融液が元々あった微細気孔に浸透してしまうため、鉱石粒子間を結合する融液が不足し、その結果、成品焼結鉱の冷間強度が大きく低下してしまう。また、ＬＣＩＤ鉱石はマラマンバ鉱石よりもさらに微細気孔量が多く、成品焼結鉱の冷間強度がより低下しやすい。
（2）上記のような鉱石粒子内部の微細気孔と融液の挙動との関係から、成品焼結鉱の冷間強度は焼結原料中に配合される原料鉱石の平均気孔量に大きく依存しており、したがって、鉱石の種類に関わりなく、焼結原料に配合する原料鉱石の平均気孔量を所定の水準以下とすることにより、成品焼結鉱の冷間強度を効果的に高めることができる。
（3）したがって、マラマンバ鉱石やＬＣＩＤ鉱石を多量配合した場合でも、配合する他の鉄鉱石の種類やその配合率を適宜選択・調整することで、焼結原料に配合する原料鉱石の平均気孔量を所定の水準以下とすることにより、冷間強度が高い高品質の焼結鉱を高い生産性と成品歩留りで製造することができる。
【００１１】
本発明は、以上のような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下のとおりである。
［1］原料鉱石の少なくとも一部として、水銀圧入測定法によって測定される平均気孔量が０．０３〜０．０５ｃｍ３／ｇの鉄鉱石Ａ（但し、ペレットフィードを除く）、同じく平均気孔量が０．１０〜０．１２ｃｍ３／ｇの鉄鉱石Ｂ、同じく平均気孔量が０．０７〜０．０９ｃｍ３／ｇの鉄鉱石Ｃ、同じく平均気孔量が０．１８〜０．２０ｃｍ３／ｇの鉄鉱石Ｄの中から選ばれる２種以上の鉄鉱石を配合した焼結原料から焼結鉱を製造する方法であって、
下記(1)式で定義される鉄鉱石の平均気孔量Ｘが０．０９ｃｍ３／ｇ以下となるように、鉄鉱石を配合した焼結原料から焼結鉱を製造することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
平均気孔量Ｘ＝0.04×[Ａ％]＋0.11×[Ｂ％]＋0.08×[Ｃ％]＋0.19×[Ｄ％] … (1)
但し [Ａ％]：［鉄鉱石Ａ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
[Ｂ％]：［鉄鉱石Ｂ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
[Ｃ％]：［鉄鉱石Ｃ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
[Ｄ％]：［鉄鉱石Ｄ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
【００１２】
［2］上記［1］の製造方法において、焼結原料に鉄鉱石Ｂ及び／又は鉄鉱石Ｄが配合されることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
［3］上記［2］の製造方法において、焼結原料に鉄鉱石Ａ、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｃ及び鉄鉱石Ｄが配合されることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
［4］上記［2］又は［3］の製造方法において、 鉄鉱石Ａ、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｃ及び鉄鉱石Ｄの合計量（但し、鉄鉱石Ａ、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｃ及び鉄鉱石Ｄの中の１種以上が配合されない場合を含む）に対する鉄鉱石Ｂ及び鉄鉱石Ｄの割合（但し、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｄのいずれかが配合されない場合を含む）が２０mass％以上であることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
ここで、本発明が規定する鉄鉱石の平均気孔量は、粒径４〜７ｍｍの鉱石について、水銀圧入式細孔分布測定装置を用いた水銀圧入測定法（押込み圧力：０．００７〜４１２ＭＰａ）により測定した微細気孔量の平均値（Ｎ＝１０の平均値）である。なお、上記押込み圧力範囲は、細孔径０．０３５〜２００μｍの気孔量を測定可能な圧力であり、このような圧力範囲で測定することにより、一般的な水銀圧入式細孔分布測定装置を用いて、本発明が対象とする鉄鉱石Ａ〜Ｄの微細気孔量を正確に測定することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、焼結原料に配合される原料鉱石の平均気孔量を調整することにより、原料鉱石の種類に関わりなく高品質の焼結鉱を製造することができ、とりわけ、マラマンバ鉱石やＬＣＩＤ鉱石を多量配合する場合でも、冷間強度が高い高品質の焼結鉱を高い生産性と成品歩留りで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の詳細と好ましい実施形態を説明する。
まず、マラマンバ鉱石とへマタイト鉱石等を用いて行った試験について説明する。
図１は、実機による焼結鉱の製造試験において、原料鉱石中のマラマンバ鉱石の配合率を変化させ、焼結鉱の生産率と成品歩留まりを調べた結果を示している。この操業（全３日間）では、原料鉱石中でのマラマンバ鉱石と普通鉱石であるヘマタイト鉱石の配合比を、図２に示すように、(a)へマタイト鉱石：１００mass％、(b)へマタイト鉱石：約８０mass％，マラマンバ鉱石：約２０mass％、(c)へマタイト鉱石：約６０mass％，マラマンバ鉱石：約４０mass％、という３水準に変化させ、標準的な造粒方法及び造粒条件で焼結原料を擬似粒子に造粒し、これをドワイトロイド式焼結機に装入して焼成し、焼結鉱を製造した。マラマンバ鉱石としてはＭＡＣ鉱を、またへマタイト鉱石としてはマウントニューマン鉱をそれぞれ用いた。その他の製造・操業条件としては、新原料中の生石灰比率：２．０mass％、焼結機内原料装入厚：５８０ｍｍとし、また、焼結鉱の化学組成がＳｉＯ２：５．１mass％、ＣａＯ：１０．２mass％、ＭｇＯ：１．０mass％になるように、焼結原料中の石灰石、珪石、Ｎｉスラグ、ドロマイトの配合率を調整した。
図１によれば、原料鉱石中でのマラマンバ鉱石の配合率が増加するに従い、成品焼結鉱の生産率と歩留まりが低下している。この理由を調べた結果、マラマンバ鉱石の配合率が増加すると焼結鉱の冷間強度が低下し、その結果、成品歩留まりと生産率の低下を招くことが確認できた。
【００１５】
図３は、実機による焼結鉱の製造において、原料鉱石中の鉱石の配合を、(a)微粉のへマタイト鉱石：約１０mass％，その他鉱石（へマタイト鉱石主体の普通鉱石）：約９０mass％、(b)マラマンバ鉱石：約１０mass％，その他鉱石（へマタイト鉱石主体の普通鉱石）：約９０mass％、という２水準とした操業を行い、成品焼結鉱の冷間強度（タンブラー強度）や生産率等の変化を調べた結果を示している。この操業では、原料鉱石中の微粉鉱（ペレットフィード）の配合率が約１０mass％の焼結原料を、途中で原料鉱石中のマラマンバ鉱石の配合率が約１０mass％の焼結原料に切り替え、その影響を調査したものであり、原料の造粒性を強化した造粒法（所謂ＨＰＳ法）を適用して焼結原料の造粒を行い、焼結鉱を製造した。
図３の結果によれば、原料鉱石中に１０mass％の微粉鉱石（ペレットフィード）を配合した(a)の原料配合に対して、その微粉鉱石分をマラマンバ鉱石に置き換えた(b)の原料配合の場合には、成品焼結鉱の冷間強度（タンブラー強度）は大きく低下し、ほとんど管理限界に近づいている。
【００１６】
以上の図１及び図３の結果から、造粒方法や造粒条件の如何に関わりなく、或る程度の配合率でマラマンバ鉱石を配合した場合には、成品焼結鉱の冷間強度が低下してしまうことが確認できた。ここで、マラマンバ鉱石は、他の鉄鉱石に比べて鉱石粒子内部の微細気孔が非常に多いことが知られており、このような鉱石粒子内部に存在する微細気孔が、焼結過程で生成する融液の挙動に影響を及ぼし、成品焼結鉱の冷間強度に悪影響を与えていることが考えられた。そこで、試験鍋（φ１００ｍｍ×１００ｍｍ）とＸ線ＣＴ装置とを備えた図４に示すような試験装置を用い、表１に示す原料鉱石を配合した焼結原料を焼成し（焼結中風速：０．２９Ｎｍ／ｓ、コークス比：５．５％、混合原料中ＣａＯ比：９．０％、混合原料中ＳｉＯ２比：５．０％、原料粒度：−３ｍｍ）、焼結過程での原料鉱石及び焼結ケーキの気孔構造と融液流動状況の解析を行った。
【００１７】
【表１】
【００１８】
この試験では、表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．３の各原料鉱石を配合した焼結原料について、焼結開始から焼結が完了して一定時間経過後までの一連の過程における原料鉱石及び焼結ケーキのＸ線ＣＴ画像を得た。図５に、各焼結ケーキのＸ線ＣＴ画像の一例（焼成完了後のもの）を示す。これらのＸ線ＣＴ画像に基づき、以下のような手法で焼結中の各原料鉱石及び焼結ケーキの気孔構造の解析と融液流動状況の解析を行った。
気孔構造の解析では、図６に示すようにＸ線ＣＴ画像を固体部と気孔部に二値化し、これをさらに細線化処理し、この細線化処理画像からブランチ（気孔）の総面積Ａｐ（ｍｍ２）と総長さＬｂｔ（ｍｍ）を求め、ブランチ幅＝Ａｐ／Ｌｂｔによりブランチ幅を求めた。このブランチ幅は焼結ケーキ内部に存在する空洞の太さに相当するものである。
【００１９】
また、融液流動状況の解析では、図７に示すように時間間隔をおいた２つのＸ線ＣＴ画像（Ｘ線ＣＴ画像１＝ｔ1秒、Ｘ線ＣＴ画像２＝ｔ2秒）を固体部と気孔部に二値化し、この二値化画像に基づき、「t2−t1秒」間に固体部から気孔部に変化した面積Ｓ1と、同じく気孔部から固体部に変化した面積Ｓ2を求め、融液流動指数＝（Ｓ1＋Ｓ2）／（ｔ2−ｔ1）により融液流動指数を求めた。この融液流動指数は原料鉱石粒子間での融液の移動量（単位時間当たりの移動量）の指標となるものである。
【００２０】
図８は、焼結過程における原料鉱石及び焼結ケーキの気孔構造の解析結果を示すものである。これによれば、Ｎｏ．２（へマタイト鉱石：４０mass％，マラマンバ鉱石：６０mass％）やＮｏ．３（へマタイト鉱石：４０mass％，リモナイト鉱石：６０mass％）の試験例は、Ｎｏ．１（へマタイト鉱石：１００mass％）の試験例に比べてブランチ幅の成長速度と焼結ケーキのブランチ幅がかなり小さい。すなわち、これらＮｏ．２とＮｏ．３の場合には、Ｎｏ．１に比べて気孔の成長速度が遅く、かつ気孔そのものもの太くなり難いことを示している。また、Ｎｏ．２（へマタイト鉱石：４０mass％，マラマンバ鉱石：６０mass％）とＮｏ．３（へマタイト鉱石：４０mass％，リモナイト鉱石：６０mass％）を比べると、Ｎｏ．３の方がＮｏ．２よりも焼結ケーキのブランチ幅は大きくなっている。
【００２１】
焼結過程で生成する気孔は、主として鉱石粒子間での融液の移動により形成される（すなわち、融液が他所に移動した後の部分が気孔となる）ものであり、したがって、ブランチ幅の成長速度が大きくかつ焼結ケーキのブランチ幅が大きい（気孔が太い）ということは、鉱石粒子間での融液の移動量が大きいことを意味している。図９は、融液流動指数と図８の結果に基づくブランチ幅の成長速度との関係を示したものであるが、そのことが端的に示されている。
【００２２】
上記のように、配合する鉱石の種類とその配合率の違いによって鉱石粒子間での融液の移動量が大きく異なる理由について検討した結果、鉱石粒子間での融液の移動量が、鉱石粒子が元々有する微細気孔の多寡に大きく依存していることが判明した。これをマラマンバ鉱石とへマタイト鉱石を例に、図１０の模式図に基づいて説明すると、図１０（ａ）に示すマラマンバ鉱石の場合には、へマタイト鉱石に比べて鉱石粒子内部に微細気孔が非常に多く存在するため、鉱石粒子の周囲で生成した融液の相当量がその微細気孔内に吸収され、その結果、鉱石粒子間での融液の移動量が少なくなる。そして、焼結過程で生成した融液は鉱石粒子間を結合するボンドとなるため、融液の相当量が微細気孔内に吸収されてしまうと、鉱石粒子間を結合するボンド量が不足し、この結果として焼結鉱の冷間強度が低下してしまう。これに対して図１０（ｂ）に示すヘマタイト鉱石の場合には、鉱石粒子内部の微細気孔が少ないため、鉱石粒子の周囲で生成した融液の大部分が、微細気孔内に吸収されることなく鉱石粒子間に留まるため、鉱石粒子間での融液の移動量が多くなり、その結果として気孔も太くなる。そして、この鉱石粒子間に留まった多量の融液が鉱石粒子間を結合するボンドとなるため、高い冷間強度を有する焼結鉱が得られるものである。
【００２３】
また、ＬＣＩＤ鉱石についても同様の試験、検討を行った結果、ＬＣＩＤ鉱石はマラマンバ鉱石よりも微細気孔量がさらに多いため、微細気孔に起因する冷間強度の低下の度合いは、マラマンバ鉱石よりもさらに大きいことが判った。
以上の検討結果から、成品焼結鉱の冷間強度を高めるには、焼結原料中に配合される原料鉱石の平均気孔量を規制することが有効であり、これにより鉱石の種類に関わりなく、所定の水準以上の冷間強度を有する成品焼結鉱が得られることが判った。したがって、マラマンバ鉱石やＬＣＩＤ鉱石を多量配合した場合でも、配合される他の鉱石の種類やその配合率を適宜調整・選択することで、原料鉱石の平均気孔量を規制することにより、冷間強度が高い高品質の成品焼結鉱を得ることができる。
【００２４】
図１１は、水銀圧入測定法（水銀圧入式細孔分布測定装置を用い、押込み圧力：０．００７〜４１２ＭＰａで測定）で測定したヘマタイト鉱石、マラマンバ鉱石及びリモナイト鉱石（いずれも粒径４〜７ｍｍの鉱石）の気孔径分布の一例を示したものである。また、図１２は、同じ測定法により測定したＬＣＩＤ鉱石（粒径４〜７ｍｍ）の気孔径分布の一例を示したものである。同様の気孔径分布を各種の鉄鉱石について調査し、その気孔径分布に基づく加重平均気孔量を求めた結果、現在知られている焼結用鉄鉱石を融液の挙動に関係するような微細気孔量の多寡で分類すると、以下のような３種類に大別できることが判った。
鉄鉱石Ａ 平均気孔量：０．０３〜０．０５ｃｍ３／ｇ
鉄鉱石Ｂ 平均気孔量：０．１０〜０．１２ｃｍ３／ｇ
鉄鉱石Ｃ 平均気孔量：０．０７〜０．０９ｃｍ３／ｇ
鉄鉱石Ｄ 平均気孔量：０．１８〜０．２０ｃｍ３／ｇ
ここで、鉄鉱石Ａに含まれる主要な鉱石としてはへマタイト鉱石、マグネタイト鉱石等が挙げられ、また、鉄鉱石Ｂに含まれる主要な鉱石としてはマラマンバ鉱石等が挙げられ、鉄鉱石Ｃに含まれる主要な鉱石としてはピソライト鉱石に代表されるリモナイト鉱石等が挙げられ、鉄鉱石Ｄに含まれる主要な鉱石としてはＬＣＩＤ鉱石等が挙げられる。
【００２５】
このような４種類の鉄鉱石Ａ〜Ｄを用いて焼結試験を繰り返し、それらの微細気孔量と成品焼結鉱の冷間強度との関係について整理した結果、焼結原料に配合される鉄鉱石において、融液の挙動と関係する鉄鉱石の平均気孔量は下記(1)式で定義することができ、かつこの平均気孔量Ｘを０．０９ｃｍ３／ｇ以下とすることにより、成品焼結鉱の冷間強度を効果的に高めることができることが判明した。なお、上記平均気孔量は、粒径４〜７ｍｍの鉱石について、水銀圧入式細孔分布測定装置を用いた水銀圧入測定法（押込み圧力：０．００７〜４１２ＭＰａ）により測定した微細気孔量の平均値（Ｎ＝１０の平均値）である。
平均気孔量Ｘ＝0.04×[Ａ％]＋0.11×[Ｂ％]＋0.08×[Ｃ％]＋0.19×[Ｄ％] … (1)
但し [Ａ％]：［鉄鉱石Ａ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
[Ｂ％]：［鉄鉱石Ｂ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
[Ｃ％]：［鉄鉱石Ｃ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
[Ｄ％]：［鉄鉱石Ｄ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
なお、微粉鉱石であるペレットフィードが焼結用の原料鉱石の一部として用いられており、このペレットフィードは鉱物組成上はへマタイト鉱石及びマグネタイト鉱石に属するが、ペレットフィードは微粉であるために、その微細気孔は融液の挙動に大きな影響を与えないことが判った。このため本発明では、ペレットフィードは鉄鉱石Ａの対象から除外する。
【００２６】
図１３は、上述した試験の結果を整理したもので、焼結原料に配合される鉄鉱石の平均気孔量Ｘ（上記(1)式で定義される平均気孔量Ｘ）と成品焼結鉱の冷間強度（シャッター強度）との関係を示している。同図に示されるように、焼結原料に配合される鉄鉱石の平均気孔量Ｘを０．０９ｃｍ３／ｇ以下とすることにより、成品焼結鉱の冷間強度（シャッター強度）を管理値である８９．５％以上の水準にできることが判る。
したがって、本発明では、原料鉱石の少なくとも一部として、上記鉄鉱石Ａ〜Ｄの中から選ばれる２種以上の鉄鉱石を配合した焼結原料から焼結鉱を製造する際に、焼結原料中に上記(1)式で定義される鉄鉱石の平均気孔量Ｘが０．０９ｃｃ／ｇ以下となるように鉄鉱石を配合し、この焼結原料から焼結鉱を製造するものである。
【００２７】
このような本発明の焼結鉱の製造方法は、マラマンバ鉱石が属する鉄鉱石Ｂ及び／又はＬＣＩＤ鉱石が属する鉄鉱石Ｄを多量配合する場合に特に有用であり、例えば、鉄鉱石Ａ、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｃ及び鉄鉱石Ｄの合計量（但し、鉄鉱石Ａ〜Ｄの中の１種以上が配合されない場合を含む）に対する鉄鉱石Ｂ及び鉄鉱石Ｄの配合割合（但し、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｄのいずれかが配合されない場合を含む）が２０mass％以上であるような高配合の場合でも、冷間強度が高い高品質の焼結鉱を高い成品歩留まりと生産率で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】原料鉱石中のマラマンバ鉱石の配合率と成品焼結鉱の生産率及び歩留まりとの関係を示すグラフ
【図２】図１の試験における原料鉱石の配合率を示す説明図
【図３】焼結原料中に微粉鉱石＋普通鉱石を配合した操業例と、マラマンバ鉱石＋普通鉱石を配合した操業例について、コークス比及び焼結鉱の冷間強度の推移を示すグラフ
【図４】焼成中の原料鉱石及び焼結ケーキの気孔構造と融液流動状況の解析を行うために用いた試験装置を示す説明図
【図５】図４の試験装置で得られた焼結ケーキのＸ線ＣＴ画像の一例を示す図面
【図６】焼成中の原料鉱石及び焼結ケーキの気孔構造の解析を行うために採られた手法を示す説明図
【図７】焼結中の原料鉱石及び焼結ケーキの融液流動状況の解析を行うために採られた手法を示す説明図
【図８】焼成中の原料鉱石及び焼結ケーキのブランチ（気孔）幅の推移を示すグラフ
【図９】図８で得られたブランチ幅の成長速度と融液流動指数との関係を示すグラフ
【図１０】焼結過程で生成する融液の挙動をマラマンバ鉱石とへマタイト鉱石を例に示した説明図
【図１１】水銀圧入法で測定したヘマタイト鉱石、マラマンバ鉱石及びリモナイト鉱石の気孔径分布の一例を示すグラフ
【図１２】水銀圧入法で測定したＬＣＩＤ鉱石の気孔径分布の一例を示すグラフ
【図１３】焼結原料に配合される鉄鉱石の平均気孔量Ｘと成品焼結鉱の冷間強度（シャッター強度）との関係を示すグラフ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料鉱石の少なくとも一部として、水銀圧入測定法によって測定される平均気孔量が０．０３〜０．０５ｃｍ３／ｇの鉄鉱石Ａ（但し、ペレットフィードを除く）、同じく平均気孔量が０．１０〜０．１２ｃｍ３／ｇの鉄鉱石Ｂ、同じく平均気孔量が０．０７〜０．０９ｃｍ３／ｇの鉄鉱石Ｃ、同じく平均気孔量が０．１８〜０．２０ｃｍ３／ｇの鉄鉱石Ｄの中から選ばれる２種以上の鉄鉱石を配合した焼結原料から焼結鉱を製造する方法であって、
下記(1)式で定義される鉄鉱石の平均気孔量Ｘが０．０９ｃｍ３／ｇ以下となるように、鉄鉱石を配合した焼結原料から焼結鉱を製造することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
平均気孔量Ｘ＝0.04×[Ａ％]＋0.11×[Ｂ％]＋0.08×[Ｃ％]＋0.19×[Ｄ％] … (1)
但し [Ａ％]：［鉄鉱石Ａ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
[Ｂ％]：［鉄鉱石Ｂ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
[Ｃ％]：［鉄鉱石Ｃ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
[Ｄ％]：［鉄鉱石Ｄ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
【請求項２】
焼結原料に鉄鉱石Ｂ及び／又は鉄鉱石Ｄが配合され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。
【請求項３】
焼結原料に鉄鉱石Ａ、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｃ及び鉄鉱石Ｄが配合されることを特徴とする請求項２に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項４】
鉄鉱石Ａ、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｃ及び鉄鉱石Ｄの合計量（但し、鉄鉱石Ａ、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｃ及び鉄鉱石Ｄの中の１種以上が配合されない場合を含む）に対する鉄鉱石Ｂ及び鉄鉱石Ｄの割合（但し、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｄのいずれかが配合されない場合を含む）が２０mass％以上であることを特徴とする請求項２又は３に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項１】
原料鉱石の少なくとも一部として、水銀圧入測定法によって測定される平均気孔量が０．０３〜０．０５ｃｍ３／ｇの鉄鉱石Ａ（但し、ペレットフィードを除く）、同じく平均気孔量が０．１０〜０．１２ｃｍ３／ｇの鉄鉱石Ｂ、同じく平均気孔量が０．０７〜０．０９ｃｍ３／ｇの鉄鉱石Ｃ、同じく平均気孔量が０．１８〜０．２０ｃｍ３／ｇの鉄鉱石Ｄの中から選ばれる２種以上の鉄鉱石を配合した焼結原料から焼結鉱を製造する方法であって、
下記(1)式で定義される鉄鉱石の平均気孔量Ｘが０．０９ｃｍ３／ｇ以下となるように、鉄鉱石を配合した焼結原料から焼結鉱を製造することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
平均気孔量Ｘ＝0.04×[Ａ％]＋0.11×[Ｂ％]＋0.08×[Ｃ％]＋0.19×[Ｄ％] … (1)
但し [Ａ％]：［鉄鉱石Ａ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
[Ｂ％]：［鉄鉱石Ｂ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
[Ｃ％]：［鉄鉱石Ｃ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
[Ｄ％]：［鉄鉱石Ｄ量］／［鉄鉱石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの合計量］
【請求項２】
焼結原料に鉄鉱石Ｂ及び／又は鉄鉱石Ｄが配合され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。
【請求項３】
焼結原料に鉄鉱石Ａ、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｃ及び鉄鉱石Ｄが配合されることを特徴とする請求項２に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項４】
鉄鉱石Ａ、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｃ及び鉄鉱石Ｄの合計量（但し、鉄鉱石Ａ、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｃ及び鉄鉱石Ｄの中の１種以上が配合されない場合を含む）に対する鉄鉱石Ｂ及び鉄鉱石Ｄの割合（但し、鉄鉱石Ｂ、鉄鉱石Ｄのいずれかが配合されない場合を含む）が２０mass％以上であることを特徴とする請求項２又は３に記載の焼結鉱の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−１００１５０（Ｐ２００７−１００１５０Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８９７５７（Ｐ２００５−２８９７５７）
【出願日】平成１７年１０月３日（２００５．１０．３）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月３日（２００５．１０．３）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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