説明

製鉄用炭材内装塊成鉱およびその製造方法

【課題】製鉄用原料として適当な大きさと十分な強度を有し、反応しやすい構造と低温還元が可能な炭材内装塊成鉱を得るための技術を提案することにある。
【解決手段】酸化鉄および内装状態で用いられる炭材とを含む炭材内装塊成鉱であって、中心部に小塊コークスである炭材核を有し、その炭材核のまわりが、低酸化度の酸化鉄からなる酸化鉄殻にて覆われている製鉄用炭材内装塊成鉱およびその製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高炉などで製鉄原料として使用される製鉄用炭材内装塊成鉱およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
高炉などでは、現在、主原料として鉄鉱石や焼結鉱などの鉄含有原料が用いられている。例えば、焼結鉱は、粒径が10mm以下の鉄鉱石の他、珪石、蛇紋岩、精錬ニッケルスラグなどからなるSiO含有原料や、石灰石などのCaO含有原料などからなる副原料および、粉コークスや無煙炭などの凝結材である固体燃料を、適量の水分を添加してドラムミキサーなどを用いて混合造粒した後、焼結機で焼成し、得られた焼結ケーキを破砕し整粒して、一定の粒径以上のものを成品焼結鉱として回収した塊成鉱の一種である。
【0003】
ところで、製鉄所というのは、文字通り、金属鉄を含有するダストやスラッジ等の酸化鉄が多量に発生する場所である。これらの金属鉄含有ダスト等の酸化鉄は有用な鉄資源であり、塊成鉱用原料として有望である。従来、このような酸化鉄を塊成鉱用原料として有効利用する方法として、特許文献1に開示されているような技術;即ち、製鉄原料用ペレットの製造方法がある。この製鉄原料用ペレットは、鉄含有ダスト等を原料とし、これに石炭やコークスなどの炭材およびバインダーとして澱粉などを加え、これらを混練し、造粒した後、焼成して塊成鉱としたものである。
【0004】
近年、製鉄所における原料処理の考え方について、鉄鉱石やダスト等の鉄資源とコークス等の炭材とを近接配置してなる塊成鉱が注目を浴びている。その理由は、例えば、鉄鉱石原料と炭材とを一つの塊成鉱の中で近接配置すると、鉄鉱石側の還元反応(発熱反応)と炭材側のガス化反応(吸熱反応)とが速い速度で繰り返されることから、製鉄効率が向上すると共に高炉などでの炉内温度を低下させることもできるからである。この点、前記特許文献1に記載されている技術は、単に鉄含有ダストをコークスの存在下で焼成して鉄含有率の高い製鉄用原料を製造する方法であって、製造時にペレット中の炭材が焼失してしまい、実際には鉄鉱石等の鉄含有原料と炭材とが近接配置されたものにはなっていない。また、近接配置を目的として、コークスや鉄鉱石の粒径を単に小さくしただけでは、熱を伝搬するガスの移動抵抗が大きくなりすぎて、却って反応速度の低下を招いて製鉄効率を低下させてしまう。
【0005】
これに対し、従来、鉄鉱石と炭材との近接配置を目的とした幾つかの技術が提案されている(特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5)。これらの技術は、基本的に、鉄含有原料(鉄鉱石等)と石炭とを混合したのち熱間成形して塊成化したもの、あるいは焼成せずに生粒子のまま高炉などにおいて製鉄用原料として使用する方法である。ただし、これらの技術は、均一混合物もしくは、多層化造粒物からなる非焼成塊成鉱であって、それ故に、これを高炉等で使用すると、脱水粉化や還元粉化を招いて、高炉の通気性を阻害するため、使用量が制限されてしまうという問題点がある。
【0006】
また、上記従来技術(特許文献2〜5)が抱えている上述した問題点のない解決方法の例として、特許文献6に開示のものでは、金属鉄および/または炭素を含有する鉄源原料を核とし、その核の外周に酸化鉄を被覆してなる多層構造の塊成鉱を、300〜1300℃の酸化性雰囲気中で焼成した高温焼成塊成鉱を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2001−348625号公報
【特許文献2】特許第3502008号公報
【特許文献3】特許第2502011号公報
【特許文献4】特開2005−344181号公報
【特許文献5】特開2002−241853号公報
【特許文献6】特開平10−183262号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
製鉄用塊成鉱の製造に際し、特許文献1〜6に記載されているような前記各従来技術の場合、前述したように、強度が不足したり、粉化が激しく操業時に、通気性障害を招きやすいとか、高温焼成を必要とする点で生産性が悪くかつ低温還元をしにくい、という問題点があった。
【0009】
本発明は、従来技術が抱えている上述した問題点の克服を目指して鋭意研究して、開発した技術であり、その目的とするところは、製鉄原料として適当な大きさと十分な強度を有し、反応しやすい構造と低温還元が可能な鉄含有原料と炭材とが近接配置された炭材内装塊成鉱を得るための技術を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、上記課題を解決し、所期の目的を達成するために、酸化鉄および内装状態で用いられる炭材とを含む炭材内装塊成鉱であって、中心部に小塊コークスである炭材核を有し、その炭材核のまわりが、低酸化度の酸化鉄からなる酸化鉄殻にて覆われていることを特徴とする製鉄用炭材内装塊成鉱である。
【0011】
また、本発明は、酸化鉄および内装状態で用いられる炭材を含む炭材内装塊成鉱の製造に当たり、小塊コークスからなる炭材核のまわりに、造粒機を使って、金属鉄含有酸化鉄粉を被覆して低酸化度の酸化鉄殻を被覆形成することを特徴とする製鉄用炭材内装塊成鉱の製造方法を提案する。
【0012】
また、本発明における塊成鉱ならびにその製造方法においては、
(1)炭材核と酸化鉄殻との間に、鉄鉱石粉からなる中間層を有すること、
(2)前記低酸化度の酸化鉄は、少なくとも金属鉄を含有する酸化鉄であること、
(3)前記低酸化度の酸化鉄は、下式により算出される酸化度Ioにおいて、Io<0.92の酸化鉄原料と鉄鉱石とを混合することで、平均酸化度Io(ave)が0.92未満となったものであること、
Io=[(FeO%×0.223)+(全Fe%−金属製Fe%
−FeO%×0.777)×0.430]/(全Fe%×0.430)
(4)前記酸化鉄殻の外表面に、高酸化度の酸化鉄からなる硬質薄層を有すること、
(5)金属鉄を含有する低酸化度の酸化鉄が、主に製鉄所発生ダストまたはミルスケールで構成されていること、
(6)前記小塊コークスは、粒径が3〜15mmのコークス粒子であること、
(7)前記中間層は、炭材核表面への金属鉄含有酸化鉄粉の被覆形成に先立ち、造粒機を使って鉄鉱石粉を被覆することによって形成すること、
(8)炭材核を覆う前記酸化鉄殻の形成後は、これを大気中で200℃以上300℃未満の温度で、0.5〜5時間加熱する酸化処理をすることにより、該酸化鉄殻表面にのみ高酸化度の酸化鉄からなる硬質薄層を形成すること、
が、より好適な上記課題の解決手段となる。
【発明の効果】
【0013】
a.本発明に係る炭材内装塊成鉱ならびにその製造方法によれば、少なくとも金属鉄および/または劣質の鉄鉱石粉などを含有しているために低酸化度となっている酸化鉄であって、例えば、製鉄所で発生する各種のダストやミルスケールなどの低酸化度の酸化鉄粉を用い、さらには生塊成鉱を酸化処理して焼成することで、高炉等の原料として用いる上で十分な強度を有する上、酸化鉄と炭材とが近接配置された炭材内装塊成鉱を容易に得ることができる。その結果、こうした塊成鉱が製鉄原料として用いられた場合、反応効率の向上、炉内温度の低下、燃料比の低減をもたらし、製鉄コストの低減にも寄与する。
b.また、本発明によれば、常に外表面に位置して外層殻となる低酸化度の酸化鉄殻の厚さを1〜15mmとすることにより、炭材内装塊成鉱の大きさを20〜25mm程度に調整することができ、高炉などで使用される原料として最も好適な大きさのものが得られる。
c.さらに、本発明によれば、酸化鉄殻の最外層部には酸化処理によって、薄く硬質の高酸化度の酸化鉄からなる薄層を有するものになるので、高強度でハンドリング中に割れたり、粉化することのない塊成鉱が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】炭材−鉄含有原料間の距離と反応速度との関係を示す説明図である。
【図2】従来高炉内現象と発明例との炭材−鉄含有原料間の還元反応とガス化反応を対比する説明図である。
【図3】炭材内装塊成鉱における還元反応とガス化反応の説明図である。
【図4】炭材と酸化鉄とを近接配置したときの炉内温度推移のグラフである。
【図5】本発明に係る炭材内装塊成鉱の一部切欠き模式図である。
【図6】本発明製造方法の一例を示す工程図である。
【図7】酸化処理前後における塊成鉱の断面を示す顕微鏡写真等である。
【図8】本発明の炭材内装塊成鉱の一実施形態における焼成温度およびCO、COの推移を示すグラフである。
【図9】炭材内装塊成鉱と焼結鉱の圧壊強度の対比図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下に、本発明に係る炭材内装塊生鉱の一実施形態について説明する。図1、図2は、本発明に係る炭材内装塊生鉱を開発する契機となった考え方、即ち、炭材と鉄鉱石や焼結鉱などの鉄含有原料との距離と、鉄含有原料の還元反応速度との関係を説明するための図である。一般に、コークスなどの炭材と鉄含有原料との距離は小さいほど、反応速度は速くなる。例えば、高炉の炉頂から原料を装入する場合、鉄鉱石や焼結鉱などの鉄含有原料とコークスなどの炭材とは、それぞれ20〜40mm程度の大きさのものを、図2(a)、(b)に示すように、層状に分別装入するのが普通である。この場合において、焼結鉱等の鉄含有原料層と炭材層とをそれぞれ薄層化すれば、炭材と焼結鉱等との距離は小さくなり、反応速度が速くなると考えられる。
【0016】
この点、こうした両者の接触による反応速度を飛躍的に速くするためには、鉄含有原料と炭材との混合装入が有効であると考えられる。ただし、前述したように、単に、鉄含有原料と炭材とを混合装入するだけでは、伝熱手段であるガスの移動抵抗が大きすぎて、却って反応速度が遅くなる。
【0017】
そこで、近年、反応速度を向上させる方法として考えられてきたのが、図1の概念図に示すような、フェロコークスや炭材内装塊成鉱、炭材の超微細化などの技術である。フェロコークスは、炭材と鉄鉱石を混合し、焼き固めたものであり、炭材内装塊成鉱は、鉄含有原料中に炭材を充填内装してなるものであり、そして、超微細化は、主として炭材を微細化して使用する方法である。
【0018】
反応速度を向上させるという、これらの考え方は、図2(b)に示すような理論に基づいたものである。即ち、図2は、鉄鉱石と炭材とが近接しているときの熱の交換と反応の関係を示している。鉄鉱石側では、FeとCOが反応して、FeとCOとなる還元反応が起き、このときの反応は発熱反応である。一方、炭材側では、COとCとが反応してCOを発生する、ブドワール反応と呼ばれるガス化反応(ガス改質反応)が起き、この反応は吸熱反応である。従って、鉄鉱石等と炭材とが近接していると、発熱反応である還元反応と吸熱反応であるガス化反応とが速い速度で繰り返される結果、製鉄効率が向上すると共に、外部から必要とする熱供給も少なくてすむことから炉内温度の低下も期待できる。
【0019】
従って、鉄含有原料と炭材とが互いに近くにあること、即ち、近接配置することが有効であることがわかる。このような考え方の下では、予め鉄含有原料と炭材とを混合すると共に、その炭材を鉄含有原料中に埋設してなる炭材内装塊成鉱というものが、究極の炭材−鉄含有原料の近接配置の形態となり得る。
【0020】
このように、炭材−鉄含有原料を近接配置したものにおいては、ガス化反応に必要な熱が該炭材内装塊成鉱の内部に及ぶと、図3に示すように、そのガス化反応で発生したCOとFeが還元反応を起こし、その還元反応で発生したCOがガス化反応を導くといったように、塊成鉱の内部から外部に向って反応が連鎖的に起こり、内部のFeが順次に自己還元されてFe(金属鉄)が生じさせるものと考えられる。従って、この場合、塊成鉱内部で反応が進むことから外部からの熱供給は少なくて済み、その分だけ、炉内温度を低下させることができるようになるのである。
【0021】
このような考え方に基づいて、鉄鉱石や焼結鉱などの鉄含有原料と炭材との高温混練物(炭材内装塊成鉱)を用いて高炉シミュレータで還元速度(還元率)を求めると、図4(出展:鉄と鋼 vol.89(2003)No.12、p1212)に示すように、炭材内装塊成鉱は、炭材を含んでいない焼結鉱に比べると、高炉内での炉内温度を低くすることができると考えられる。こうした高炉の炉内温度の低下は、単に炭材や羽ロからの送風の原単位の低減だけでなく、炉体の長寿命化を始め、二酸化炭素の発生量を相対的に抑制できる等のメリットもある。
【0022】
図5は、本発明に係る炭材内装塊成鉱の実施形態を示す模式図である。図5(a)に示す例は、中心部に、核粒子として、3〜15mmの粒径をもつ小塊コークスを有し、その核粒子のまわり(外周囲)には、金属鉄を含有する原料、例えば、各種製鉄ダストやミルスケール粉等の酸化鉄粉を、5〜20mm程度の層厚で被覆形成してなる、いわゆる外層である酸化鉄殻2との、20〜25mmφの大きさの2層構造からなる炭材内装塊成鉱の例である。
【0023】
また、図5(b)に示す例は、中心部に位置する核粒子が3〜15mmの粒径をもつ小塊コークスの炭材核1からなり、その炭材核1のまわり(外周囲)に、まず、中間層3として、鉄鉱石粉、好ましくはロメラル鉄鉱石やウクライナ鉄鉱石、キャロルレイク鉄鉱石などのような劣質の鉄鉱石粉を〜10mm程度の層厚で被覆形成し、そして、その中間層3のさらにその外層部分に、製鉄ダストやミルスケール粉等の低酸化度の酸化鉄粉を5〜15mm程度の層厚で被覆してなる、いわゆる外層である酸化鉄殻2との、全体の粒径が20〜25mmφとなる3層構造の塊成鉱の例である。
【0024】
これらの塊成鉱は、小塊のコークス粒子からなる炭材核1が中心部に位置していることから、完全な炭材内装構造となっている。それ故に、図2(a)に示す従来技術のように、反応域内を流れるガスを介して反応熱やCO、COを炉内で移動させるものではなく、本発明にあっては、図2(b)に示すように、塊成鉱内部において互いが接近して存在している酸化鉄粉とコークス粒子との間で起る還元反応とコークスのガス化反応が同時に進行するようになるので、反応が高速度・高効率にかつ低温で進行するようになる。
【0025】
図6は、本発明の炭材内装塊成鉱の製造方法を例示したものである。3〜15mmφの核粒子となるコークス粒子と製鉄ダストや直接還元炉発生粉、ミルスケール粉等の酸化鉄粉とバインダー(澱粉水溶液3%)を介して、ペレタイザーを介して混合し、20〜25mmφの大きさの造粒粒子とする。この時、必要に応じ(3層構造の造粒粒子とする場合)、前記酸化鉄粉の混合の前にまず、鉄鉱石粉を混合して造粒し、次いで、その造粒粒子のまわりに酸化鉄粉を供給して酸化鉄殻を形成してなる3層構造の塊成鉱とすることができる。
【0026】
なお、本発明に係る炭材内装塊成鉱において特徴的な事項は、炭材核1と酸化鉄殻2、場合によっては、さらに中間層3を形成してなる2層もしくは3層の造粒粒子を、以下に説明するように、低酸化度の酸化鉄殻2にて構成されている塊成鉱を大気雰囲気下の中低温域(300℃程度未満)の温度で2〜5時間の中低での温酸化処理を施して、最外層部分にのみ薄くて硬い高酸化度の硬質薄層4(図7参照)が形成する点の構成にある。
【0027】
かかる酸化処理のため、前記生塊成鉱を、電気炉等の加熱炉内に装入し、200℃以上300℃未満の中低温域での焼成、即ち、大気雰囲気中で2〜5時間程度の酸化処理を行い、前記低酸化度酸化鉄殻2の最外層部分に薄い高酸化度の膜、高酸化度の酸化鉄からなる硬質薄層を生成させて、製鉄用炭材内装塊成鉱とする。
【0028】
このような酸化処理を行って得られる炭材内装塊成鉱は、この処理にもかかわらず、内部の単一のコークス粒子である炭材核1は、中心部にほぼ初期のままの大きさと核粒子として残留したものになる。そして、この炭材内装塊成鉱は、表1ならびに図7に示すように、FeOならびに金属鉄(M.Fe)の量は減る一方で、Feの量と見掛比重は増加したものになる。しかも、前記酸化鉄殻2の最外層の部分は、酸化と緻密化が一層進行し、それ故に焼結鉱並みの冷間強度を有すると共に、焼結鉱よりも優れた被還元性を有するものになる。
【0029】
【表1】

【0030】
本発明において、炭材内装塊成鉱の酸化鉄殻2を構成する鉄含有原料としては、基本的に、製鉄所で多量に発生する各種製鉄ダストやミルスケールの如き酸化鉄粉、即ち、金属鉄含有原料が好適に用いられる。一方、中心部に位置する核粒子である炭材核1としては、粒径が3〜15mm(篩目寸法)、好ましくは10〜15mmの小塊コークスを用いる。
【0031】
前記酸化鉄の1つである製鉄ダストは、代表的な金属鉄含有量が20〜50mass%、T.Feが60mass%以上だと、炭材内装塊成鉱の酸化鉄殻2として十分なものと言える。一方、粒径が3〜15mm、好ましくは10〜15mmの小塊コークスは、前述したように、高炉に用いられるコークスが20〜40mmの大きさであることを考えると、高炉用原料としてはそのままでは使用に適しないものを有効利用するになるから、コスト的に有利である。
【0032】
なお、本発明において、外層殻の成分として製鉄ダストやミルスケールの酸化鉄に着目した理由は、これらは、金属鉄分を多く含み、Fe、FeO、Feを主成分とする低酸化度のものだからである。このことは、この酸化鉄については、中低温域の大気中では酸化しやすく、それは、この酸化処理により、前記酸化鉄殻2の外層にある鉄が該酸化処理により高酸化度の酸化鉄に変化しやすいこと、即ち、酸化鉄殻2部分の最外層の部分が、酸化によって硬化して、より高酸化度の薄い膜状の硬質薄層2aを生成して強化できることを意味している。
【0033】
本発明において、かかる低酸化度の酸化鉄としては、前記低酸化度の酸化鉄は、下式により算出される酸化度Ioにおいて、Io<0.92の酸化鉄原料と鉄鉱石とを混合し、平均酸化度Io(ave)が0.92未満としたものを用いることが好ましい。なお、下記式は、含有するFe分が全てFeとなったときの酸素量に対する対象酸化鉄中のFeと結合した酸素量の割合を示すものである。即ち、Fe分が全てFeになったとき、Io=1.0である。
Io=[(FeO%×0.223)+(全Fe%−金属製Fe%
−FeO%×0.777)×0.430]/(全Fe%×0.430)
【0034】
次に、本発明に係る炭材内装塊成鉱の製造方法の具体例を説明する。この例では、図6に示すように、酸化鉄含有原料として、製鉄ダスト(OGダスト)を64μm以下に粉砕し、これに3〜15mmの小塊コークスと3mass%の澱粉水溶液を添加混練し、次いで、前記小塊コークス(3〜15mm)をコアとして、400mmφパン型ペレタイザーで20〜25mmφの大きさに造粒した。前記ダストと小塊コークスとの体積比は、約65:35であった。その後、得られた造粒物を、電気炉に装入し、大気雰囲気中、300℃で3時間加熱して酸化処理した。送風量は15 l/minとし、温度は送風量で調整した。
【0035】
その結果、前記製鉄ダスト、造粒後(焼成前)の炭材内装塊成鉱(生造粒物)、造粒後酸化処理した炭材内装塊成鉱ならびに硬質薄層部分の平均的成分組成例を表2に示す。なお、図8は、焼成(酸化処理)中の炉内温度、試料(外皮)温度、CO、CO濃度を示す。この図に示すように、前記焼成中、COの発生はほとんど見られなかった。また、炉内温度が290℃であるのに対し、COの発生と、M.Fe、FeOの酸化発熱が起こり、試料(外皮)温度は450℃まで到達した。その結果、表層酸化が進んで、外殻部分(硬質薄層4)が硬化し緻密化した様子が観察された。また、酸化反応により、M.FeとFeOが減少する一方、Feは増加し、フリーCも減少しており発熱による反応促進が起っていると考えられる。
【0036】
【表2】

【0037】
次いで、焼成後の炭材内装塊成鉱を押圧して圧壊強度を調べたところ、図9に示すように、この炭材内装塊成鉱の圧壊強度は90kgf以上で、平均値も115kgfであり、高炉操業に供している焼結鉱と同程度である。例えば、圧壊強度が低いと、高炉内に充填されたとき、自重で粉化するおそれがあり、粉化した場合、粒径が小さくなって目詰まりを起こし、炉内反応ガスの流動を妨げて製鉄効率が低下する。この点、高炉操業に供している焼結鉱と同程度の圧壊強度があれば、高炉内で粉砕するようなことがなく、製鉄(製銑)効率の低下を招くことはない。しかも、前述したように、炭材と鉄鉱石とが互いに近接した位置にあると、構造的に反応しやすいものになると共に、低い炉内温度で効果的に反応させることができるようなものになる。
【0038】
なお、本発明に係る炭材内装塊成鉱を、高炉装入原料の一部として使用する場合、10mass%未満、あるいは20mass%未満の使用量であれば、高炉装入までの輸送に耐えられる程度の圧壊強度があれば十分である。例えば、必要な圧壊強度としては50kgf以上、好ましくは焼結鉱と同程度の90kgfもあれば十分で、使用上の制約はない。また、小塊コークスは3〜15mmの小塊をそのまま使用する他、1mm以下の細粒コークスを一旦造粒し、粒径3〜15mmの小塊コークスとして使用してもよい。1mm以下の細粒コークスであれば造粒は容易であり、篩下の1mm以下の細粒コークスが使用できる他、3mm未満の細粒コークスを1mm以下に粉砕して用いることもできる。
【0039】
さらに、3〜15mmの小塊コークスを用い、該小塊コークスからなる炭材殻(中心殻粒子)1の表面に被覆形成されるミルスケールなどの製鉄ダストからなる酸化鉄殻2の厚さを3〜10mmとして炭材内装塊成鉱を製造すれば、装入原料として十分な粒径を示すことになり、焼結鉱代替品としてそのまま利用できる。
【0040】
このように本発明に係る炭材内装塊成鉱では、酸化鉄殻2の最外層部分が酸化処理によって酸化が進み、その表面層にのみ高酸化度酸化鉄からなる硬化薄膜4を有する酸化鉄殻2で被われた状態になるため、圧壊強度90kgf以上の炭材内装塊成鉱が得られる。従って、これを高炉などの製鉄炉の塊成鉱として用いると、高炉炉内温度の低下をもたらすと共に、製鉄効率の向上を図ることができると共に、コストの低い小塊コークスやリサイクルダストを用いて製造できるので塊成鉱そのもののコストも低廉化する。
【0041】
なお、前記中間層3に用いられる鉄鉱石としては、ロメラル鉄鉱石やウクライナ鉄鉱石、キャロルレイク鉄鉱石など、好ましくはマグネタイト系硬質鉱石粉を5〜10mm程度の厚みで炭材核1の表面に被覆し、また、この中間層3の表面に形成する酸化鉄殻2としては、OGダストなどの各種製鉄ダスト、回転炉床炉等の直接還元炉発生粉(RHF粉)、あるいはミルスケールなどの酸化鉄が好適に用いられる。前記各原料粉の成分組成、熱量を下記の表3に示す。
【0042】
【表3】

【実施例】
【0043】
内容積3000m級の大型高炉に、焼結鉱を用いる通常操業時の配合に対し、その一部(10mass%)を本発明に係る図5(a)に示す炭材内装塊成鉱(表4に化学成分を示す)で代替した高炉操業を行ったところ、該炭材内装塊成鉱自体の被還元性が上昇(焼結鉱6.05%→塊成鉱95.8%)することに伴い、高炉内ガス利用率が改善され、還元剤炉は合計で10kg/t低減し、ボッシュガス量の低下の影響等により、出銑比は2%(2.25→2.29t/D/m)上昇し、本発明に係る塊成鉱を高炉操業に用いることの有効性が確められた。なお、下記の表5に高炉の操業条件、操業結果について示す。
【0044】
なお、この高炉操業で用いた炭材内装塊成鉱は、焼結鉱と比べて、還元性の解析から有効拡散係数(De)は、焼結鉱:0.20×10−4/sに対し、2.0×10−4/sと10倍も高く、還元粉化特性(JIS RD)も、焼結鉱:20.2%に対し、31.6%と高いものであり、これらの差が上記高炉操業に反映されたものと考えられる。
【0045】
【表4】

【0046】
【表5】

【産業上の利用可能性】
【0047】
本発明の技術は、例示した高炉操業用原料だけに限らず、他の製鉄用冶金炉の原料としても有効であり、その製造方法は、他の塊成鉱を製造する技術として応用が可能である。
【符号の説明】
【0048】
1 炭材核
2 酸化鉄殻
3 中間層
4 硬質薄層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
酸化鉄および内装状態で用いられる炭材とを含む炭材内装塊成鉱であって、中心部に小塊コークスである炭材核を有し、その炭材核のまわりが、低酸化度の酸化鉄からなる酸化鉄殻にて覆われていることを特徴とする製鉄用炭材内装塊成鉱。
【請求項2】
炭材核と酸化鉄殻との間に、鉄鉱石粉からなる中間層を有することを特徴とする請求項1に記載の製鉄用炭材内装塊成鉱。
【請求項3】
前記低酸化度の酸化鉄は、少なくとも金属鉄を含有する酸化鉄であることを特徴とする請求項1または2に記載の製鉄用炭材内装塊成鉱。
【請求項4】
前記低酸化度の酸化鉄は、下式により算出される酸化度Ioにおいて、Io<0.92の酸化鉄原料と鉄鉱石とを混合することで、平均酸化度Io(ave)が0.92未満となったものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の製鉄用炭材内装塊成鉱。
Io=[(FeO%×0.223)+(全Fe%−金属製Fe%
−FeO%×0.777)×0.430]/(全Fe%×0.430)
【請求項5】
前記酸化鉄殻の外表面に、高酸化度の酸化鉄からなる硬質薄層を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1に記載の製鉄用炭材内装塊成鉱。
【請求項6】
金属鉄を含有する低酸化度の酸化鉄が、主に製鉄所発生ダストまたはミルスケールで構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1に記載の製鉄用炭材内装塊成鉱。
【請求項7】
前記小塊コークスは、粒径が3〜15mmのコークス粒子であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1に記載の製鉄用炭材内装塊成鉱。
【請求項8】
酸化鉄および内装状態で用いられる炭材を含む炭材内装塊成鉱の製造に当たり、小塊コークスからなる炭材核のまわりに、造粒機を使って、金属鉄含有酸化鉄粉を被覆して低酸化度の酸化鉄殻を被覆形成することを特徴とする製鉄用炭材内装塊成鉱の製造方法。
【請求項9】
前記中間層は、炭材核表面への金属鉄含有酸化鉄粉の被覆形成に先立ち、造粒機を使って鉄鉱石粉を被覆することによって中間層を形成することを特徴とする請求項8に記載の製鉄用炭材内装塊成鉱の製造方法。
【請求項10】
炭材核を覆う前記酸化鉄殻の形成後は、これを大気中で200℃以上300℃未満の温度で、0.5〜5時間加熱する酸化処理をすることにより、該酸化鉄殻表面にのみ高酸化度の酸化鉄からなる硬質薄層を形成することを特徴とする請求項8または9に記載の製鉄用炭材内装塊成鉱の製造方法。
【請求項11】
前記低酸化度の酸化鉄は、下式により算出される酸化度Ioにおいて、Io<0.92の酸化鉄原料と鉄鉱石とを混合することで、平均酸化度Io(ave)が0.92未満となったものであることを特徴とする請求項8〜10のいずれかに記載の製鉄用炭材内装塊成鉱の製造方法。
Io=[(FeO%×0.223)+(全Fe%−金属製Fe%
−FeO%×0.777)×0.430]/(全Fe%×0.430)

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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