鉄原料の塊成方法およびその塊成設備
【課題】塊成化に必要な設備の導入コストおよび塊成化時の投入エネルギーを抑えるとともに、塊成化の処理に要する時間を短縮した鉄原料の塊成方法およびその塊成設備を提供する。
【解決手段】粉粒状の還元鉄および／または酸化鉄からなる鉄原料と、粉粒状の炭材とを混練して得られた混練物を成形して塊成化物７とし、その後、塊成化物７にマイクロ波を照射することにより加熱して、塊成化物７の強度を向上させることを特徴とする鉄原料の塊成方法である。また、炭材の一部または全部をトナー（トナー廃材を含む）とすれば、得られる塊成化鉱の強度をより向上させることができる。さらに、混練物に粉粒状の結合材を混練すれば、得られる塊成化鉱の強度をさらに向上させることができる。
【解決手段】粉粒状の還元鉄および／または酸化鉄からなる鉄原料と、粉粒状の炭材とを混練して得られた混練物を成形して塊成化物７とし、その後、塊成化物７にマイクロ波を照射することにより加熱して、塊成化物７の強度を向上させることを特徴とする鉄原料の塊成方法である。また、炭材の一部または全部をトナー（トナー廃材を含む）とすれば、得られる塊成化鉱の強度をより向上させることができる。さらに、混練物に粉粒状の結合材を混練すれば、得られる塊成化鉱の強度をさらに向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元鉄や酸化鉄を含有する粉粒状の鉄原料の塊成方法およびその塊成設備に関し、さらに詳しくは、還元鉄や酸化鉄を含有する粉粒状の鉄原料を、溶鉱炉、転炉または電気炉等に直接使用することができる粒度および強度を有する塊成化物にする鉄原料の塊成方法およびその塊成設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所では、各製造工程において鉄分を含有する粉粒状のダストやスラッジ（以下、「ダスト類」と称する）が副生する。資源を有効活用するため、鋼板の酸洗時に酸洗液に含まれるダスト類、鉄鉱石搬送や焼結工程で発生するダスト類、および粉粒状の鉄鉱石は、酸化鉄を含む鉄原料として利用される。また、ダスト類の一部は、回転キルン炉や回転炉床炉等により、含有する酸化鉄が還元されるとともに、不純物が除去されて、還元鉄を含む鉄原料として利用される。
【０００３】
溶鉱炉、転炉または電気炉等（以下、まとめて「溶鉱炉等」という）に直接使用する鉄原料は、一定以上の粒度および強度が必要である。鉄原料の粒度が小さいと、鉄原料を炉内に投入した際に、給排気される雰囲気により鉄原料が吹き飛ばされるので、投入した鉄原料が炉内の反応に消費されないばかりか、炉内の通気性を悪化させる要因となる。また、鉄原料の強度が低いと、鉄原料の搬送時や炉内に投入時の衝撃により、鉄原料が粉化し、粒度の小さい鉄原料が発生するからである。
【０００４】
そのため、粒度の小さい粉粒状のダスト類は、成形することにより一定の粒度以上の塊成化物にし、その後、強度を確保するために、塊成化物を焼成や焼結して塊成化鉱とし、溶鉱炉等の鉄原料として利用される。
【０００５】
粉粒状の鉄原料の塊成化について、特許文献１では、粉粒状の酸化鉄を含む鉄原料と、コークス粉といった固定炭素比率の高い炭材とを混合して混合物とした後、混合物を成形して塊成化物とし、その後、塊成化物を回転炉床炉で加熱することにより酸化鉄を還元し、さらに塊成化物を回転炉床炉で加熱することにより、還元鉄と酸化物を焼結させて塊成化物の強度を確保する方法が提案されている。
【０００６】
特許文献１で提案されている方法では、塊成化物を還元および焼結する際に１２００℃〜１４００℃の雰囲気で加熱するので、回転炉床炉等の高価な設備が必要となり、設備コストおよび投入エネルギーが問題となる。
【０００７】
特許文献２では、酸化鉄を含有する鉄原料と、炭材と、セメント類の結合材とを混合して得た混合物を造粒して核部分となる一次造粒物とした後、一次造粒物の外側に鉄原料と結合材を混合した混合物を一次造粒物に被覆して塊成化物とし、その後、塊成化物にマイクロ波を照射して加熱することにより、被覆層を緻密化して高強度化するとともに、炭材を加熱して核部分の酸化鉄を予備還元する鉄原料の塊成方法が提案されている。これにより、得られる塊成化物は、高強度になるとともに、核部分でも高い被還元性を有するとしている。
【０００８】
特許文献２で提案されている方法では、混合物を成形して一次造粒物とした後に、異なる配合をした混合物を一次造粒物に被覆させて二次造粒物とするので、製造に用いる設備が大規模となる。また、結合材としてセメント類を用いているため、一次造粒物および二次造粒物は、一定の時間養生して凝固させる必要があるので、塊成化物を得るのに時間を要する。
【０００９】
特許文献３では、粉粒状の鉄原料と、トナー廃材とを、４０℃〜８５℃に調整して混練することにより、溶融したトナー廃材により鉄原料の粒子と粒子が融着して擬似粒子化し、搬送工程等において粉化を防ぐことができる粉粒状の鉄原料の処理方法が提案されている。特許文献３に記載の方法では、擬似粒子化した鉄原料を成形して塊成化物とし、その後、加熱して塊成化物の粒子を焼結させることにより、一定の強度を有する塊成化物を得ることができる。
【００１０】
特許文献３で提案されている方法では、搬送工程等において粉化を防ぐことはできるが、溶鉱炉等に直接使用するには、加熱して塊成化物の粒子を焼結させる必要がある。焼結する場合、設備コストおよび投入エネルギーが問題となる。
【００１１】
前記特許文献１〜３に提案されている方法では、一定の粒度および強度を有する鉄原料の塊成化物を得ることはできるが、設備コスト、投入エネルギーまたは処理時間のいずれか一つ以上が問題となる。したがって、従来の鉄原料の塊成方法で、鉄原料を塊成化して、溶鉱等に直接使用するのは困難であった。
【００１２】
一方、近年、鉄鋼業において、二酸化炭素を排出する量を削減する必要性があることから、鉄鉱石に炭素を内装した炭材内装鉱が注目されている。炭材内装鉱を溶鉱炉に投入すれば、従来よりも低温で鉄鉱石に含まれる酸化鉄の還元反応を完結させることができるので、溶鉱炉の操業において、投入エネルギーおよび二酸化炭素の排出量を削減できることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−８４６８８号公報
【特許文献２】特開２００８−２１４７１５号公報
【特許文献３】特開２００３−１４７４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前述の通り、従来の鉄原料の塊成方法では、設備コスト、投入エネルギーまたは処理時間の問題をすべて解決することはできないので、鉄原料を塊成化して、溶鉱炉等に直接使用するのは困難であった。
【００１５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、塊成化に必要な設備の導入コストおよび塊成化時の投入エネルギーを抑えるとともに、塊成化の処理に要する時間を短縮した鉄原料の塊成方法およびその塊成設備を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記問題を解決するため、種々の試験を行い、鋭意検討を重ねた結果、酸化鉄および／または還元鉄を含む鉄原料と炭材とを混練して得られた混練物を成形して塊成化物とし、その後、塊成化物にマイクロ波を照射して加熱することにより、得られる塊成化鉱が成形だけでは発揮しない強度を発現することを知見した。
【００１７】
炭材の一部または全部をトナー（トナー廃材を含む）として、鉄原料と炭材とを混練して得られた混練物を成形して塊成化物とした後、塊成化物にマイクロ波を照射して加熱すれば、塊成化物の強度をより向上させることができることを知見した。マイクロ波の照射による加熱により塊成化物に含まれるトナーが溶融し、その後、マイクロ波の照射を止めることにより塊成化物に含まれるトナーが冷却され、凝固することにより、得られる塊成化鉱の粒子が強固に結合するからである。
【００１８】
さらに、混練物に結合材を混練すれば、混練物を成形した塊成化物にマイクロ波を照射して加熱することにより、塊成化物に含まれる結合材が凝固するので、塊成化物の強度をより向上させることができることを知見した。
【００１９】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記（１）〜（４）の鉄原料の塊成方法、および下記（５）の鉄原料の塊成設備を要旨としている。
【００２０】
（１）粉粒状の還元鉄および／または酸化鉄からなる鉄原料と、粉粒状の炭材とを混練して得られた混練物を成形して塊成化物とし、その後、前記塊成化物にマイクロ波を照射することにより加熱して、前記塊成化物の強度を向上させることを特徴とする鉄原料の塊成方法である。
【００２１】
（２）上記（１）に記載の鉄原料の塊成方法において、前記炭材の一部または全部をトナーとするのが好ましい。
【００２２】
（３）上記（１）または（２）に記載の鉄原料の塊成方法では、さらに、前記混練物に粉粒状の結合材を混練することができる。
【００２３】
（４）上記（１）〜（３）に記載の鉄原料の塊成方法では、前記混練物の炭素含有率が８質量％以上とすることができる。
【００２４】
（５）粉粒状の還元鉄および／または酸化鉄からなる鉄原料と、粉粒状の炭材とを混練して混練物にする混練機と、前記混練物を成形して塊成化物にする成形機と、前記塊成化物にマイクロ波を照射して加熱するマイクロ波照射機とを備えることを特徴とする鉄原料の塊成設備である。
【００２５】
本発明において、「粉粒状」とは、粒径が３ｍｍ以下の粉体、粒体またはそれらの混合状態を意味する。
【００２６】
「塊成化」とは、粒度調整や品質改善を目的として、粉鉱石、ダスト等を、ブリケットやタブレットやペレット等の塊状にすることを意味する。
【００２７】
「結合材」とは、主としてスラグ成分からなるものをいい、主として炭素からなる場合は炭材とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の鉄原料の塊成方法によれば、塊成化物にマイクロ波を照射することにより加熱して、得られる塊成化鉱の強度を向上させる。マイクロ波による加熱では、塊成化物を直接加熱するので、回転炉床炉等により塊成化物を焼成する場合に比べ、投入エネルギーを抑えることができる。また、本発明の鉄原料の塊成方法では、混練物を成形した後、養生することなく、マイクロ波を照射して加熱することができるので、処理時間を短縮することができる。
【００２９】
本発明の鉄原料の塊成設備は、回転炉床炉等の塊成化物を高温に加熱するための設備が不要であり、設備を簡便化できるので、設備コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の鉄原料の塊成設備の構成例、およびその設備を用いた塊成化鉱の製造プロセスフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に、本発明の鉄原料の塊成設備の構成例を示し、その設備を用いた鉄原料の塊成について図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１は、本発明の鉄原料の塊成設備の構成例、およびその設備を用いた塊成化鉱の製造プロセスフローを示す図である。図１に示す塊成設備は、鉄原料を貯蔵および供給する鉄原料ホッパー１と、炭材を貯蔵および供給する炭材ホッパー２と、結合材を貯蔵および供給する結合材ホッパー３と、ホッパーから供給される鉄原料、炭材および結合材を計量する計量器４と、鉄原料、炭材および結合材を混練する混練機５と、得られた混練物を成形して塊成化物７にする成形機６と、塊成化物７を搬送するコンベア８と、塊成化物７を収容する容器９と、塊成化物７にマイクロ波を照射するマイクロ波照射機１０とを備える。
【００３３】
本発明の塊成設備は、粉粒状の還元鉄および／または酸化鉄からなる鉄原料と、粉粒状の炭材とを混練して混練物にする混練機５と、混練物を成形して塊成化物７にする成形機６と、塊成化物７にマイクロ波を照射して加熱するマイクロ波照射機１０とを備える必要がある。混練機５を備えるのは、混練することにより、その後の成形で得られる塊成化物の組成を均一にできるからである。また、成形機６を備えるのは、成形機６を用いて一定の粒度を超える塊成化物に成形することにより、溶解炉等への直接使用を可能にするためである。
【００３４】
マイクロ波照射機１０を備えるのは、マイクロ波を照射することにより塊成化物７を加熱し、溶解炉等への直接使用が可能な強度を塊成化物７に発現させるためである。
【００３５】
本発明の鉄原料の塊成設備は、上述の通り、マイクロ波照射機１０により塊成化物７を加熱し、塊成化物７に強度を発現させるので、回転炉床炉等の塊成化物を高温に加熱するための設備が不要となり、設備を簡便化できるので、設備コストを抑えることができる。
【００３６】
この様な構成の塊成設備を用いた鉄原料の塊成方法を前記図１を参照しながら説明する。
【００３７】
本発明の塊成方法では、鉄原料は、還元鉄および／または酸化鉄を用いる必要がある。還元鉄としては、溶鉱炉等に直接投入することができない鉄を含有する粉粒状のものを用いることができる。還元鉄は、例えば、ダスト類を回転キルン炉や回転炉床炉等で還元して得た還元鉄を用いることができる。酸化鉄としては、溶鉱炉等に直接投入することができない酸化鉄を含有する粉粒状のものを用いることができる。酸化鉄は、例えば、鋼板の酸洗液に含まれるダスト類、鉄鉱石輸送や焼結過程で発生するダスト類、または粉粒状の鉄鉱石を用いることができる。
【００３８】
本発明の塊成方法では、炭材は、炭素を含むものを意味する。炭材として、例えば、トナー（トナー廃材を含む）、溶融した銑鉄から析出する黒鉛であるキッシュカーボン、木材粉、コークス粉、または加炭材もしくはこの粉砕物を用いることができる。
【００３９】
本発明の塊成方法では、粉粒状の鉄原料および炭材を対象としている。粒度が小さい粉粒状の鉄原料と炭材は、溶鉱炉等に直接使用することができないからである。したがって、鉄原料および炭材は篩により分級し、分級点以下のものを用いるのが好ましい。
【００４０】
本発明の塊成方法では、粉粒状の鉄原料と、炭材とを混練する必要がある。鉄原料と炭材とを混練することにより、その後の成形で得られる塊成化物の組成を均一にできるからである。混練する際の温度、時間および装置に制限はなく、一般的な混練方法により、混練することができる。
【００４１】
本発明の塊成方法では、得られた混練物を成形して塊成化物７にする。成形することにより、溶解炉等に直接使用できる粒度の塊成化物にする必要がある。成形する際の装置に制限はなく、例えば、ダブルロール型ブリケット成形機を用いて成形することができる。塊成化物７の形状についても制限はないが、塊成化物の粒径を３ｍｍ以上とするのが好ましい。塊成化物の粒径が３ｍｍ未満であると、粒度が小さいので、溶鉱炉等に直接使用する際に、吹き飛ばされるからである。
【００４２】
本発明の塊成方法では、塊成化物７にマイクロ波を照射することにより加熱して、塊成化物７の強度を向上させる必要がある。塊成化物に含まれる炭材が、マイクロ波を吸収することにより加熱され、鉄原料と炭材が焼結し、塊成化物の強度が向上する。
【００４３】
本発明の塊成方法では、上述の通り、粉粒状の還元鉄および／または酸化鉄からなる鉄原料と、粉粒状の炭材とを混練して得られた混練物を成形して塊成化物７とし、その後、塊成化物７にマイクロ波を照射することにより加熱して、塊成化物７の強度を向上させるので、塊成化に必要な設備の導入コストおよび塊成化時の投入エネルギーを抑えるとともに、塊成化の処理に要する時間を短縮することができる。
【００４４】
本発明の塊成方法では、炭材の一部または全部をトナーとするのが好ましい。トナーは、レーザープリンタや複写機に用いられ、トナーのみで構成される１成分系と、キャリアとトナーとで構成される２成分系があるが、本発明の塊成方法では、トナーとして、１成分系と２成分系のいずれも用いることができる。また、トナーとして、レーザープリンタ等で使用済みのトナー廃材を用いることができる。さらに、トナーとして、黒色トナーまたはカラートナーのいずれも用いることができる。
【００４５】
トナーは、炭素を含んでいるのでマイクロ波を吸収し易い特性、および７５℃〜８５℃で溶融する特性を有している。これにより、炭材としてトナーを用いた塊成化物にマイクロ波を照射して加熱すると、塊成化物に含まれるトナーが溶融する。その後、塊成化物へのマイクロ波の照射を止めて放置すると、塊成化物に含まれるトナーが冷却されて凝固するので、塊成化物の強度をより向上させることができる。
【００４６】
本発明の塊成方法では、さらに、混練物に粉粒状の結合材を混練することができる。結合材を含む混練物を成形した塊成化物にマイクロ波を照射して加熱することにより、塊成化物に含まれる結合材が凝固するので、塊成化物の強度をより向上させることができるからである。本発明の塊成方法では、結合材として、例えば、ポルトランドセメント等のセメント類、植物系デンプンを用いることができる。
【００４７】
本発明の塊成方法では、混練物の炭素含有率は、５質量％以上にするのが好ましく、より好ましくは８質量％以上であり、さらに好ましくは２５質量％〜３５質量％である。炭素含有率が５質量％未満であると、マイクロ波の照射による加熱を行っても塊成化物の強度が十分に向上しないので、塊成化物が運搬や投入時に発生する衝撃で破損するおそれがあり、溶鉱炉等への直接使用が困難となるからである。
【００４８】
一方、混練物の炭素含有率を８質量％以上にすれば、得られる塊成化鉱の炭素含有率を向上させることができる。高濃度で炭素を含有する塊成化鉱を溶鉱炉に投入すれば、従来よりも低温で塊成化鉱に含まれる酸化鉄の還元反応が完結できるので、溶鉱炉の操業において投入エネルギーおよび二酸化炭素の排出量を削減することが可能である。
【００４９】
従来、溶鉱炉に投入される鉄原料である鉄鉱石と、炭材であるコークスとの割合は、質量比で５：２である。このことから、得られる塊成化鉱の炭素含有率を２５質量％〜３５質量％とすれば、溶鉱炉に得られた塊成化鉱を投入する際に、コークスを投入する必要がなくなる。これにより、溶鉱炉内において、さらに低温で塊成化鉱に含まれる酸化鉄の還元反応が完結することができ、溶鉱炉の操業における投入エネルギーおよび二酸化炭素の排出量をより削減することができるからである。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明の効果を確認するため、本発明の鉄原料の塊成方法および塊成設備を用いて、塊成化鉱を製作し、本発明の有効性を検証した。
【００５１】
１．試験方法
前記図１に示す構成の本発明の鉄原料の塊成設備を用いて、塊成化鉱を製作した。鉄原料として、製鉄所のダスト類を回転キルン炉で還元した還元鉄、および鋼板の酸洗液に含まれるダスト類を乾燥させた酸化鉄を用いた。炭材としてトナー廃材、キッシュカーボンおよびコークス粉を用いた。結合材（スラグ）として転炉滓を用いた。
【００５２】
鉄原料、炭材、結合材をそれぞれ３ｍｍ篩により分級し、篩下のものを所定の比率になるように配合し、混練機（新東工業株式会社製 ＭＳＧ０Ｌ）により混練物とした。混練物を造粒機（新東工業社株式会社製 ＢＧＳ１）により、２８ｍｍ×１８ｍｍ×１０ｍｍのブリケット状に成形して塊成化物とした。
【００５３】
塊成化物にマイクロ波を２分間または４分間照射して、塊成化鉱を製作した。マイクロ波は周波数２．４５ＧＨｚ、出力２００Ｗの条件で照射した。試料に徐々に荷重をかけて、試料が圧壊した時点の荷重を測定することができる木屋式硬度計を用いて、塊成化鉱の圧壊強度を測定した。圧壊強度の測定は、成形直後、マイクロ波を２分間照射後、およびマイクロ波を４分間照射後に、それぞれ行った。
【００５４】
比較例１および比較例２では、還元鉄または酸化鉄のみを混練し塊成化鉱を製作した。比較例３および比較例４では、還元鉄または酸化鉄とスラグとを混練し塊成化鉱を製作した。表１に本発明例および比較例の鉄原料等の配合条件を示す。試料番号１〜４が比較例、試料番号５〜１８が本発明例である。
【００５５】
２．試験結果
表１に、鉄原料等の配合比（質量％）と、配合比で配合した混練物の炭素含有率（質量％）と、圧壊強度（ｋｇ／ｃｍ2）とを示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
還元鉄または酸化鉄のみを混練した比較例１および比較例２では、成形直後の圧壊強度は６ｋｇ／ｃｍ2〜１８ｋｇ／ｃｍ2であった。これらの場合、マイクロ波を２分間または４分間照射して加熱した後の圧壊強度は、６ｋｇ／ｃｍ2〜１６ｋｇ／ｃｍ2であり、マイクロ波を照射しても塊成化鉱の強度は向上しなかった。
【００５８】
還元鉄と炭材とを混練した本発明例５、本発明例６および本発明例８では、成形直後の圧壊強度は３４ｋｇ／ｃｍ2〜３６ｋｇ／ｃｍ2であった。これらの場合、マイクロ波を２分間照射して加熱した後の圧壊強度は、１０４ｋｇ／ｃｍ2〜１３０ｋｇ／ｃｍ2であって、マイクロ波を４分間照射して加熱した後の圧壊強度は、１５８ｋｇ／ｃｍ2〜２０２ｋｇ／ｃｍ2であった。ここで、溶鉱炉等に直接使用するのに必要な必要圧壊強度は５０ｋｇ／ｃｍ2以上であるので、還元鉄と炭材とを混練し、マイクロ波を照射して加熱することにより、溶鉱炉等に直接使用できる粒度および強度を確保できることが確認できた。
【００５９】
還元鉄と炭材とからなる混練物に、さらに、結合材を混練した本発明例７では、成形直後の圧壊強度は４０ｋｇ／ｃｍ2であった。この場合、マイクロ波を２分間照射して加熱した後の圧壊強度は、１３４ｋｇ／ｃｍ2であって、マイクロ波を４分間照射して加熱した後の圧壊強度は、２３０ｋｇ／ｃｍ2であった。必要圧壊強度は５０ｋｇ／ｃｍ2程度であるから、還元鉄と炭材と結合材とを混練し、マイクロ波を照射して加熱することにより、溶鉱炉等に直接使用できる粒度および強度を確保できることが確認できた。
【００６０】
本発明例９、本発明例１０および本発明例１２では、鉄原料として還元鉄に代えて酸化鉄を用いた。酸化鉄と炭材とを混練した本発明例９、本発明例１０および本発明例１２では、成形直後の圧壊強度は２４ｋｇ／ｃｍ2〜３６ｋｇ／ｃｍ2であった。これらの場合、マイクロ波を２分間照射して加熱した後の圧壊強度は、１００ｋｇ／ｃｍ2〜１２０ｋｇ／ｃｍ2であって、マイクロ波を４分間照射して加熱した後の圧壊強度は、１４２ｋｇ／ｃｍ2〜１６２ｋｇ／ｃｍ2であった。必要圧壊強度は５０ｋｇ／ｃｍ2以上であるから、酸化鉄と炭材とを混練し、マイクロ波を照射して加熱することにより、溶鉱炉等に直接使用できる粒度および強度を確保できることが確認できた。
【００６１】
酸化鉄と炭材からなる混練物に、さらに、結合材を混練した本発明例１１では、成形直後の圧壊強度は３４ｋｇ／ｃｍ2であった。この場合、マイクロ波を２分間照射して加熱した後の圧壊強度は、１５８ｋｇ／ｃｍ2であって、マイクロ波を４分間照射して加熱した後の圧壊強度は、１７６ｋｇ／ｃｍ2であった。必要圧壊強度は５０ｋｇ／ｃｍ2程度であるから、酸化鉄と炭材と結合材とを混練し、マイクロ波を照射して加熱することにより、溶鉱炉等に直接使用できる粒度および強度を確保できることが確認できた。
【００６２】
本発明例１３〜本発明例１６では、炭材としてトナー廃材とコークス粉を配合して塊成化鉱を製作し、コークス粉を配合した場合に必要圧壊強度を確保できるか確認した。コークス粉を配合した本発明例１３〜本発明例１６のマイクロ波を照射して４分間加熱後の圧壊強度は１０４ｋｇ／ｃｍ2〜１４６ｋｇ／ｃｍ2であった。必要圧壊強度は５０ｋｇ／ｃｍ2程度であるから、炭材としてコークス粉を配合した場合でも、溶鉱炉等に直接使用できる粒度および強度を確保できることが確認できた。
【００６３】
酸化鉄にトナーを１０質量％で配合した本発明例９のマイクロ波を照射して４分間加熱後の圧壊強度が１５２ｋｇ／ｃｍ2であって、酸化鉄にトナーを１０質量％と、コークス粉を１０質量％で配合した本発明例１３のマイクロ波を照射して４分間加熱後の圧壊強度が１２４ｋｇ／ｃｍ2であった。また、酸化鉄にトナーを１０質量％と、コークス粉を２０質量％で配合した本発明例１５のマイクロ波を照射して４分間加熱後の圧壊強度が１０４ｋｇ／ｃｍ2であった。これらより、コークス粉を配合すると塊成化鉱の圧壊強度が低下することが確認できた。
【００６４】
コークス粉を１０質量％で配合した本発明例１３に、さらに、結合材を５質量％配合した本発明例１４では、マイクロ波を照射して４分間加熱後の圧壊強度が１４６ｋｇ／ｃｍ2となった。結合材を配合しない本発明例１３では、マイクロ波を照射して４分間加熱後の圧壊強度が１２４ｋｇ／ｃｍ2であった。
【００６５】
コークス粉を２０質量％で配合した本発明例１５に、さらに、結合材を５質量％配合した本発明例１６では、マイクロ波を照射して４分間加熱後の圧壊強度が１４２ｋｇ／ｃｍ2となった。結合材を配合しない本発明例１５では、マイクロ波を照射して４分間加熱後の圧壊強度が１０４ｋｇ／ｃｍ2であった。これらより、コークス粉を配合しても、結合材を配合することにより、強度を向上させることができることが確認できた。
【００６６】
本発明例１７および本発明例１８では、鉄原料として、還元鉄と酸化鉄とを配合し、塊成化鉱を製作し、還元鉄と酸化鉄とを配合して鉄原料とした場合に必要圧壊強度を確保できるか確認した。本発明例１７および本発明例１８では、成形直後の圧壊強度は１４ｋｇ／ｃｍ2〜４０ｋｇ／ｃｍ2であった。この場合、マイクロ波を２分間照射して加熱した後の圧壊強度は、１１０ｋｇ／ｃｍ2〜１３８ｋｇ／ｃｍ2であって、マイクロ波を４分間照射して加熱した後の圧壊強度は、１４０ｋｇ／ｃｍ2〜１６４ｋｇ／ｃｍ2であった。必要圧壊強度は５０ｋｇ／ｃｍ2程度であるから、還元鉄と酸化鉄とを配合して鉄原料とした場合でも、溶鉱炉等に直接使用できる粒度および強度を確保できることが確認できた。
【００６７】
本発明例５、本発明例６、本発明例８〜本発明例１０および本発明例１２〜本発明例１８では、混練物の炭素含有率（質量％）は８．０％以上であり、マイクロ波を４分間照射して加熱した後の圧壊強度は１０４ｋｇ／ｃｍ2〜２０２ｋｇ／ｃｍ2であった。必要圧壊強度は５０ｋｇ／ｃｍ2程度であるから、本発明の塊成方法および塊成設備では、混練物の炭素含有率が８質量％以上である場合でも、溶鉱炉等に直接使用できる粒度および強度を確保できることが確認できた。
【００６８】
本発明例１５〜本発明例１７では、混練物の炭素含有率（質量％）は２５％〜３５％の範囲内であり、マイクロ波を４分間照射して加熱した後の圧壊強度は１０４ｋｇ／ｃｍ2〜１４２ｋｇ／ｃｍ2であった。必要圧壊強度は５０ｋｇ／ｃｍ2程度であるから、本発明の塊成方法および塊成設備では、溶鉱炉に投入される原料鉄鉱石やコークスと同程度の炭素含有率（質量％）である２５％〜３５％の範囲内にした場合でも、溶鉱炉等に直接使用できる粒度および強度を確保できることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の鉄原料の塊成方法によれば、塊成化物にマイクロ波を照射することにより加熱して、得られる塊成化鉱の強度を向上させる。マイクロ波による加熱では、塊成化物を直接加熱するので、回転炉床炉等により塊成化物を焼成する場合に比べ、投入エネルギーを抑えることができる。また、本発明の鉄原料の塊成方法では、混練物を成形した後、養生することなく、マイクロ波を照射して加熱することができるので、処理時間を短縮することができる。
【００７０】
本発明の鉄原料の塊成設備は、回転炉床炉等の塊成化物を高温に加熱するための設備が不要であり、設備を簡便化できるので、設備コストを抑えることができる。
【００７１】
このため、本発明の鉄原料の塊成方法およびその塊成設備を、鉄分を含有する粉粒状のダスト類の利用に適用すれば、設備コストおよび投入エネルギーを抑制するとともに、処理時間を短縮して塊成化鉱を生産することができる。また、本発明の鉄原料の塊成方法およびその塊成設備によれば、炭材を内装した塊成化鉱を得ることができる。得られた炭材を内装した塊成化鉱を溶鉱炉に投入すれば、従来より低温で塊成化鉱に含まれる酸化鉄の還元反応が完結するので、溶鉱炉の操業において投入エネルギーおよび二酸化炭素の排出量を削減することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１：鉄原料ホッパー、 ２：炭材ホッパー、 ３：結合材ホッパー、 ４：計量器、
５：混練機、 ６：成形機、 ７：塊成化物、 ８：コンベア、 ９：容器、
１０：マイクロ波照射機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元鉄や酸化鉄を含有する粉粒状の鉄原料の塊成方法およびその塊成設備に関し、さらに詳しくは、還元鉄や酸化鉄を含有する粉粒状の鉄原料を、溶鉱炉、転炉または電気炉等に直接使用することができる粒度および強度を有する塊成化物にする鉄原料の塊成方法およびその塊成設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所では、各製造工程において鉄分を含有する粉粒状のダストやスラッジ（以下、「ダスト類」と称する）が副生する。資源を有効活用するため、鋼板の酸洗時に酸洗液に含まれるダスト類、鉄鉱石搬送や焼結工程で発生するダスト類、および粉粒状の鉄鉱石は、酸化鉄を含む鉄原料として利用される。また、ダスト類の一部は、回転キルン炉や回転炉床炉等により、含有する酸化鉄が還元されるとともに、不純物が除去されて、還元鉄を含む鉄原料として利用される。
【０００３】
溶鉱炉、転炉または電気炉等（以下、まとめて「溶鉱炉等」という）に直接使用する鉄原料は、一定以上の粒度および強度が必要である。鉄原料の粒度が小さいと、鉄原料を炉内に投入した際に、給排気される雰囲気により鉄原料が吹き飛ばされるので、投入した鉄原料が炉内の反応に消費されないばかりか、炉内の通気性を悪化させる要因となる。また、鉄原料の強度が低いと、鉄原料の搬送時や炉内に投入時の衝撃により、鉄原料が粉化し、粒度の小さい鉄原料が発生するからである。
【０００４】
そのため、粒度の小さい粉粒状のダスト類は、成形することにより一定の粒度以上の塊成化物にし、その後、強度を確保するために、塊成化物を焼成や焼結して塊成化鉱とし、溶鉱炉等の鉄原料として利用される。
【０００５】
粉粒状の鉄原料の塊成化について、特許文献１では、粉粒状の酸化鉄を含む鉄原料と、コークス粉といった固定炭素比率の高い炭材とを混合して混合物とした後、混合物を成形して塊成化物とし、その後、塊成化物を回転炉床炉で加熱することにより酸化鉄を還元し、さらに塊成化物を回転炉床炉で加熱することにより、還元鉄と酸化物を焼結させて塊成化物の強度を確保する方法が提案されている。
【０００６】
特許文献１で提案されている方法では、塊成化物を還元および焼結する際に１２００℃〜１４００℃の雰囲気で加熱するので、回転炉床炉等の高価な設備が必要となり、設備コストおよび投入エネルギーが問題となる。
【０００７】
特許文献２では、酸化鉄を含有する鉄原料と、炭材と、セメント類の結合材とを混合して得た混合物を造粒して核部分となる一次造粒物とした後、一次造粒物の外側に鉄原料と結合材を混合した混合物を一次造粒物に被覆して塊成化物とし、その後、塊成化物にマイクロ波を照射して加熱することにより、被覆層を緻密化して高強度化するとともに、炭材を加熱して核部分の酸化鉄を予備還元する鉄原料の塊成方法が提案されている。これにより、得られる塊成化物は、高強度になるとともに、核部分でも高い被還元性を有するとしている。
【０００８】
特許文献２で提案されている方法では、混合物を成形して一次造粒物とした後に、異なる配合をした混合物を一次造粒物に被覆させて二次造粒物とするので、製造に用いる設備が大規模となる。また、結合材としてセメント類を用いているため、一次造粒物および二次造粒物は、一定の時間養生して凝固させる必要があるので、塊成化物を得るのに時間を要する。
【０００９】
特許文献３では、粉粒状の鉄原料と、トナー廃材とを、４０℃〜８５℃に調整して混練することにより、溶融したトナー廃材により鉄原料の粒子と粒子が融着して擬似粒子化し、搬送工程等において粉化を防ぐことができる粉粒状の鉄原料の処理方法が提案されている。特許文献３に記載の方法では、擬似粒子化した鉄原料を成形して塊成化物とし、その後、加熱して塊成化物の粒子を焼結させることにより、一定の強度を有する塊成化物を得ることができる。
【００１０】
特許文献３で提案されている方法では、搬送工程等において粉化を防ぐことはできるが、溶鉱炉等に直接使用するには、加熱して塊成化物の粒子を焼結させる必要がある。焼結する場合、設備コストおよび投入エネルギーが問題となる。
【００１１】
前記特許文献１〜３に提案されている方法では、一定の粒度および強度を有する鉄原料の塊成化物を得ることはできるが、設備コスト、投入エネルギーまたは処理時間のいずれか一つ以上が問題となる。したがって、従来の鉄原料の塊成方法で、鉄原料を塊成化して、溶鉱等に直接使用するのは困難であった。
【００１２】
一方、近年、鉄鋼業において、二酸化炭素を排出する量を削減する必要性があることから、鉄鉱石に炭素を内装した炭材内装鉱が注目されている。炭材内装鉱を溶鉱炉に投入すれば、従来よりも低温で鉄鉱石に含まれる酸化鉄の還元反応を完結させることができるので、溶鉱炉の操業において、投入エネルギーおよび二酸化炭素の排出量を削減できることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−８４６８８号公報
【特許文献２】特開２００８−２１４７１５号公報
【特許文献３】特開２００３−１４７４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前述の通り、従来の鉄原料の塊成方法では、設備コスト、投入エネルギーまたは処理時間の問題をすべて解決することはできないので、鉄原料を塊成化して、溶鉱炉等に直接使用するのは困難であった。
【００１５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、塊成化に必要な設備の導入コストおよび塊成化時の投入エネルギーを抑えるとともに、塊成化の処理に要する時間を短縮した鉄原料の塊成方法およびその塊成設備を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記問題を解決するため、種々の試験を行い、鋭意検討を重ねた結果、酸化鉄および／または還元鉄を含む鉄原料と炭材とを混練して得られた混練物を成形して塊成化物とし、その後、塊成化物にマイクロ波を照射して加熱することにより、得られる塊成化鉱が成形だけでは発揮しない強度を発現することを知見した。
【００１７】
炭材の一部または全部をトナー（トナー廃材を含む）として、鉄原料と炭材とを混練して得られた混練物を成形して塊成化物とした後、塊成化物にマイクロ波を照射して加熱すれば、塊成化物の強度をより向上させることができることを知見した。マイクロ波の照射による加熱により塊成化物に含まれるトナーが溶融し、その後、マイクロ波の照射を止めることにより塊成化物に含まれるトナーが冷却され、凝固することにより、得られる塊成化鉱の粒子が強固に結合するからである。
【００１８】
さらに、混練物に結合材を混練すれば、混練物を成形した塊成化物にマイクロ波を照射して加熱することにより、塊成化物に含まれる結合材が凝固するので、塊成化物の強度をより向上させることができることを知見した。
【００１９】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記（１）〜（４）の鉄原料の塊成方法、および下記（５）の鉄原料の塊成設備を要旨としている。
【００２０】
（１）粉粒状の還元鉄および／または酸化鉄からなる鉄原料と、粉粒状の炭材とを混練して得られた混練物を成形して塊成化物とし、その後、前記塊成化物にマイクロ波を照射することにより加熱して、前記塊成化物の強度を向上させることを特徴とする鉄原料の塊成方法である。
【００２１】
（２）上記（１）に記載の鉄原料の塊成方法において、前記炭材の一部または全部をトナーとするのが好ましい。
【００２２】
（３）上記（１）または（２）に記載の鉄原料の塊成方法では、さらに、前記混練物に粉粒状の結合材を混練することができる。
【００２３】
（４）上記（１）〜（３）に記載の鉄原料の塊成方法では、前記混練物の炭素含有率が８質量％以上とすることができる。
【００２４】
（５）粉粒状の還元鉄および／または酸化鉄からなる鉄原料と、粉粒状の炭材とを混練して混練物にする混練機と、前記混練物を成形して塊成化物にする成形機と、前記塊成化物にマイクロ波を照射して加熱するマイクロ波照射機とを備えることを特徴とする鉄原料の塊成設備である。
【００２５】
本発明において、「粉粒状」とは、粒径が３ｍｍ以下の粉体、粒体またはそれらの混合状態を意味する。
【００２６】
「塊成化」とは、粒度調整や品質改善を目的として、粉鉱石、ダスト等を、ブリケットやタブレットやペレット等の塊状にすることを意味する。
【００２７】
「結合材」とは、主としてスラグ成分からなるものをいい、主として炭素からなる場合は炭材とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の鉄原料の塊成方法によれば、塊成化物にマイクロ波を照射することにより加熱して、得られる塊成化鉱の強度を向上させる。マイクロ波による加熱では、塊成化物を直接加熱するので、回転炉床炉等により塊成化物を焼成する場合に比べ、投入エネルギーを抑えることができる。また、本発明の鉄原料の塊成方法では、混練物を成形した後、養生することなく、マイクロ波を照射して加熱することができるので、処理時間を短縮することができる。
【００２９】
本発明の鉄原料の塊成設備は、回転炉床炉等の塊成化物を高温に加熱するための設備が不要であり、設備を簡便化できるので、設備コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の鉄原料の塊成設備の構成例、およびその設備を用いた塊成化鉱の製造プロセスフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に、本発明の鉄原料の塊成設備の構成例を示し、その設備を用いた鉄原料の塊成について図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１は、本発明の鉄原料の塊成設備の構成例、およびその設備を用いた塊成化鉱の製造プロセスフローを示す図である。図１に示す塊成設備は、鉄原料を貯蔵および供給する鉄原料ホッパー１と、炭材を貯蔵および供給する炭材ホッパー２と、結合材を貯蔵および供給する結合材ホッパー３と、ホッパーから供給される鉄原料、炭材および結合材を計量する計量器４と、鉄原料、炭材および結合材を混練する混練機５と、得られた混練物を成形して塊成化物７にする成形機６と、塊成化物７を搬送するコンベア８と、塊成化物７を収容する容器９と、塊成化物７にマイクロ波を照射するマイクロ波照射機１０とを備える。
【００３３】
本発明の塊成設備は、粉粒状の還元鉄および／または酸化鉄からなる鉄原料と、粉粒状の炭材とを混練して混練物にする混練機５と、混練物を成形して塊成化物７にする成形機６と、塊成化物７にマイクロ波を照射して加熱するマイクロ波照射機１０とを備える必要がある。混練機５を備えるのは、混練することにより、その後の成形で得られる塊成化物の組成を均一にできるからである。また、成形機６を備えるのは、成形機６を用いて一定の粒度を超える塊成化物に成形することにより、溶解炉等への直接使用を可能にするためである。
【００３４】
マイクロ波照射機１０を備えるのは、マイクロ波を照射することにより塊成化物７を加熱し、溶解炉等への直接使用が可能な強度を塊成化物７に発現させるためである。
【００３５】
本発明の鉄原料の塊成設備は、上述の通り、マイクロ波照射機１０により塊成化物７を加熱し、塊成化物７に強度を発現させるので、回転炉床炉等の塊成化物を高温に加熱するための設備が不要となり、設備を簡便化できるので、設備コストを抑えることができる。
【００３６】
この様な構成の塊成設備を用いた鉄原料の塊成方法を前記図１を参照しながら説明する。
【００３７】
本発明の塊成方法では、鉄原料は、還元鉄および／または酸化鉄を用いる必要がある。還元鉄としては、溶鉱炉等に直接投入することができない鉄を含有する粉粒状のものを用いることができる。還元鉄は、例えば、ダスト類を回転キルン炉や回転炉床炉等で還元して得た還元鉄を用いることができる。酸化鉄としては、溶鉱炉等に直接投入することができない酸化鉄を含有する粉粒状のものを用いることができる。酸化鉄は、例えば、鋼板の酸洗液に含まれるダスト類、鉄鉱石輸送や焼結過程で発生するダスト類、または粉粒状の鉄鉱石を用いることができる。
【００３８】
本発明の塊成方法では、炭材は、炭素を含むものを意味する。炭材として、例えば、トナー（トナー廃材を含む）、溶融した銑鉄から析出する黒鉛であるキッシュカーボン、木材粉、コークス粉、または加炭材もしくはこの粉砕物を用いることができる。
【００３９】
本発明の塊成方法では、粉粒状の鉄原料および炭材を対象としている。粒度が小さい粉粒状の鉄原料と炭材は、溶鉱炉等に直接使用することができないからである。したがって、鉄原料および炭材は篩により分級し、分級点以下のものを用いるのが好ましい。
【００４０】
本発明の塊成方法では、粉粒状の鉄原料と、炭材とを混練する必要がある。鉄原料と炭材とを混練することにより、その後の成形で得られる塊成化物の組成を均一にできるからである。混練する際の温度、時間および装置に制限はなく、一般的な混練方法により、混練することができる。
【００４１】
本発明の塊成方法では、得られた混練物を成形して塊成化物７にする。成形することにより、溶解炉等に直接使用できる粒度の塊成化物にする必要がある。成形する際の装置に制限はなく、例えば、ダブルロール型ブリケット成形機を用いて成形することができる。塊成化物７の形状についても制限はないが、塊成化物の粒径を３ｍｍ以上とするのが好ましい。塊成化物の粒径が３ｍｍ未満であると、粒度が小さいので、溶鉱炉等に直接使用する際に、吹き飛ばされるからである。
【００４２】
本発明の塊成方法では、塊成化物７にマイクロ波を照射することにより加熱して、塊成化物７の強度を向上させる必要がある。塊成化物に含まれる炭材が、マイクロ波を吸収することにより加熱され、鉄原料と炭材が焼結し、塊成化物の強度が向上する。
【００４３】
本発明の塊成方法では、上述の通り、粉粒状の還元鉄および／または酸化鉄からなる鉄原料と、粉粒状の炭材とを混練して得られた混練物を成形して塊成化物７とし、その後、塊成化物７にマイクロ波を照射することにより加熱して、塊成化物７の強度を向上させるので、塊成化に必要な設備の導入コストおよび塊成化時の投入エネルギーを抑えるとともに、塊成化の処理に要する時間を短縮することができる。
【００４４】
本発明の塊成方法では、炭材の一部または全部をトナーとするのが好ましい。トナーは、レーザープリンタや複写機に用いられ、トナーのみで構成される１成分系と、キャリアとトナーとで構成される２成分系があるが、本発明の塊成方法では、トナーとして、１成分系と２成分系のいずれも用いることができる。また、トナーとして、レーザープリンタ等で使用済みのトナー廃材を用いることができる。さらに、トナーとして、黒色トナーまたはカラートナーのいずれも用いることができる。
【００４５】
トナーは、炭素を含んでいるのでマイクロ波を吸収し易い特性、および７５℃〜８５℃で溶融する特性を有している。これにより、炭材としてトナーを用いた塊成化物にマイクロ波を照射して加熱すると、塊成化物に含まれるトナーが溶融する。その後、塊成化物へのマイクロ波の照射を止めて放置すると、塊成化物に含まれるトナーが冷却されて凝固するので、塊成化物の強度をより向上させることができる。
【００４６】
本発明の塊成方法では、さらに、混練物に粉粒状の結合材を混練することができる。結合材を含む混練物を成形した塊成化物にマイクロ波を照射して加熱することにより、塊成化物に含まれる結合材が凝固するので、塊成化物の強度をより向上させることができるからである。本発明の塊成方法では、結合材として、例えば、ポルトランドセメント等のセメント類、植物系デンプンを用いることができる。
【００４７】
本発明の塊成方法では、混練物の炭素含有率は、５質量％以上にするのが好ましく、より好ましくは８質量％以上であり、さらに好ましくは２５質量％〜３５質量％である。炭素含有率が５質量％未満であると、マイクロ波の照射による加熱を行っても塊成化物の強度が十分に向上しないので、塊成化物が運搬や投入時に発生する衝撃で破損するおそれがあり、溶鉱炉等への直接使用が困難となるからである。
【００４８】
一方、混練物の炭素含有率を８質量％以上にすれば、得られる塊成化鉱の炭素含有率を向上させることができる。高濃度で炭素を含有する塊成化鉱を溶鉱炉に投入すれば、従来よりも低温で塊成化鉱に含まれる酸化鉄の還元反応が完結できるので、溶鉱炉の操業において投入エネルギーおよび二酸化炭素の排出量を削減することが可能である。
【００４９】
従来、溶鉱炉に投入される鉄原料である鉄鉱石と、炭材であるコークスとの割合は、質量比で５：２である。このことから、得られる塊成化鉱の炭素含有率を２５質量％〜３５質量％とすれば、溶鉱炉に得られた塊成化鉱を投入する際に、コークスを投入する必要がなくなる。これにより、溶鉱炉内において、さらに低温で塊成化鉱に含まれる酸化鉄の還元反応が完結することができ、溶鉱炉の操業における投入エネルギーおよび二酸化炭素の排出量をより削減することができるからである。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明の効果を確認するため、本発明の鉄原料の塊成方法および塊成設備を用いて、塊成化鉱を製作し、本発明の有効性を検証した。
【００５１】
１．試験方法
前記図１に示す構成の本発明の鉄原料の塊成設備を用いて、塊成化鉱を製作した。鉄原料として、製鉄所のダスト類を回転キルン炉で還元した還元鉄、および鋼板の酸洗液に含まれるダスト類を乾燥させた酸化鉄を用いた。炭材としてトナー廃材、キッシュカーボンおよびコークス粉を用いた。結合材（スラグ）として転炉滓を用いた。
【００５２】
鉄原料、炭材、結合材をそれぞれ３ｍｍ篩により分級し、篩下のものを所定の比率になるように配合し、混練機（新東工業株式会社製 ＭＳＧ０Ｌ）により混練物とした。混練物を造粒機（新東工業社株式会社製 ＢＧＳ１）により、２８ｍｍ×１８ｍｍ×１０ｍｍのブリケット状に成形して塊成化物とした。
【００５３】
塊成化物にマイクロ波を２分間または４分間照射して、塊成化鉱を製作した。マイクロ波は周波数２．４５ＧＨｚ、出力２００Ｗの条件で照射した。試料に徐々に荷重をかけて、試料が圧壊した時点の荷重を測定することができる木屋式硬度計を用いて、塊成化鉱の圧壊強度を測定した。圧壊強度の測定は、成形直後、マイクロ波を２分間照射後、およびマイクロ波を４分間照射後に、それぞれ行った。
【００５４】
比較例１および比較例２では、還元鉄または酸化鉄のみを混練し塊成化鉱を製作した。比較例３および比較例４では、還元鉄または酸化鉄とスラグとを混練し塊成化鉱を製作した。表１に本発明例および比較例の鉄原料等の配合条件を示す。試料番号１〜４が比較例、試料番号５〜１８が本発明例である。
【００５５】
２．試験結果
表１に、鉄原料等の配合比（質量％）と、配合比で配合した混練物の炭素含有率（質量％）と、圧壊強度（ｋｇ／ｃｍ2）とを示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
還元鉄または酸化鉄のみを混練した比較例１および比較例２では、成形直後の圧壊強度は６ｋｇ／ｃｍ2〜１８ｋｇ／ｃｍ2であった。これらの場合、マイクロ波を２分間または４分間照射して加熱した後の圧壊強度は、６ｋｇ／ｃｍ2〜１６ｋｇ／ｃｍ2であり、マイクロ波を照射しても塊成化鉱の強度は向上しなかった。
【００５８】
還元鉄と炭材とを混練した本発明例５、本発明例６および本発明例８では、成形直後の圧壊強度は３４ｋｇ／ｃｍ2〜３６ｋｇ／ｃｍ2であった。これらの場合、マイクロ波を２分間照射して加熱した後の圧壊強度は、１０４ｋｇ／ｃｍ2〜１３０ｋｇ／ｃｍ2であって、マイクロ波を４分間照射して加熱した後の圧壊強度は、１５８ｋｇ／ｃｍ2〜２０２ｋｇ／ｃｍ2であった。ここで、溶鉱炉等に直接使用するのに必要な必要圧壊強度は５０ｋｇ／ｃｍ2以上であるので、還元鉄と炭材とを混練し、マイクロ波を照射して加熱することにより、溶鉱炉等に直接使用できる粒度および強度を確保できることが確認できた。
【００５９】
還元鉄と炭材とからなる混練物に、さらに、結合材を混練した本発明例７では、成形直後の圧壊強度は４０ｋｇ／ｃｍ2であった。この場合、マイクロ波を２分間照射して加熱した後の圧壊強度は、１３４ｋｇ／ｃｍ2であって、マイクロ波を４分間照射して加熱した後の圧壊強度は、２３０ｋｇ／ｃｍ2であった。必要圧壊強度は５０ｋｇ／ｃｍ2程度であるから、還元鉄と炭材と結合材とを混練し、マイクロ波を照射して加熱することにより、溶鉱炉等に直接使用できる粒度および強度を確保できることが確認できた。
【００６０】
本発明例９、本発明例１０および本発明例１２では、鉄原料として還元鉄に代えて酸化鉄を用いた。酸化鉄と炭材とを混練した本発明例９、本発明例１０および本発明例１２では、成形直後の圧壊強度は２４ｋｇ／ｃｍ2〜３６ｋｇ／ｃｍ2であった。これらの場合、マイクロ波を２分間照射して加熱した後の圧壊強度は、１００ｋｇ／ｃｍ2〜１２０ｋｇ／ｃｍ2であって、マイクロ波を４分間照射して加熱した後の圧壊強度は、１４２ｋｇ／ｃｍ2〜１６２ｋｇ／ｃｍ2であった。必要圧壊強度は５０ｋｇ／ｃｍ2以上であるから、酸化鉄と炭材とを混練し、マイクロ波を照射して加熱することにより、溶鉱炉等に直接使用できる粒度および強度を確保できることが確認できた。
【００６１】
酸化鉄と炭材からなる混練物に、さらに、結合材を混練した本発明例１１では、成形直後の圧壊強度は３４ｋｇ／ｃｍ2であった。この場合、マイクロ波を２分間照射して加熱した後の圧壊強度は、１５８ｋｇ／ｃｍ2であって、マイクロ波を４分間照射して加熱した後の圧壊強度は、１７６ｋｇ／ｃｍ2であった。必要圧壊強度は５０ｋｇ／ｃｍ2程度であるから、酸化鉄と炭材と結合材とを混練し、マイクロ波を照射して加熱することにより、溶鉱炉等に直接使用できる粒度および強度を確保できることが確認できた。
【００６２】
本発明例１３〜本発明例１６では、炭材としてトナー廃材とコークス粉を配合して塊成化鉱を製作し、コークス粉を配合した場合に必要圧壊強度を確保できるか確認した。コークス粉を配合した本発明例１３〜本発明例１６のマイクロ波を照射して４分間加熱後の圧壊強度は１０４ｋｇ／ｃｍ2〜１４６ｋｇ／ｃｍ2であった。必要圧壊強度は５０ｋｇ／ｃｍ2程度であるから、炭材としてコークス粉を配合した場合でも、溶鉱炉等に直接使用できる粒度および強度を確保できることが確認できた。
【００６３】
酸化鉄にトナーを１０質量％で配合した本発明例９のマイクロ波を照射して４分間加熱後の圧壊強度が１５２ｋｇ／ｃｍ2であって、酸化鉄にトナーを１０質量％と、コークス粉を１０質量％で配合した本発明例１３のマイクロ波を照射して４分間加熱後の圧壊強度が１２４ｋｇ／ｃｍ2であった。また、酸化鉄にトナーを１０質量％と、コークス粉を２０質量％で配合した本発明例１５のマイクロ波を照射して４分間加熱後の圧壊強度が１０４ｋｇ／ｃｍ2であった。これらより、コークス粉を配合すると塊成化鉱の圧壊強度が低下することが確認できた。
【００６４】
コークス粉を１０質量％で配合した本発明例１３に、さらに、結合材を５質量％配合した本発明例１４では、マイクロ波を照射して４分間加熱後の圧壊強度が１４６ｋｇ／ｃｍ2となった。結合材を配合しない本発明例１３では、マイクロ波を照射して４分間加熱後の圧壊強度が１２４ｋｇ／ｃｍ2であった。
【００６５】
コークス粉を２０質量％で配合した本発明例１５に、さらに、結合材を５質量％配合した本発明例１６では、マイクロ波を照射して４分間加熱後の圧壊強度が１４２ｋｇ／ｃｍ2となった。結合材を配合しない本発明例１５では、マイクロ波を照射して４分間加熱後の圧壊強度が１０４ｋｇ／ｃｍ2であった。これらより、コークス粉を配合しても、結合材を配合することにより、強度を向上させることができることが確認できた。
【００６６】
本発明例１７および本発明例１８では、鉄原料として、還元鉄と酸化鉄とを配合し、塊成化鉱を製作し、還元鉄と酸化鉄とを配合して鉄原料とした場合に必要圧壊強度を確保できるか確認した。本発明例１７および本発明例１８では、成形直後の圧壊強度は１４ｋｇ／ｃｍ2〜４０ｋｇ／ｃｍ2であった。この場合、マイクロ波を２分間照射して加熱した後の圧壊強度は、１１０ｋｇ／ｃｍ2〜１３８ｋｇ／ｃｍ2であって、マイクロ波を４分間照射して加熱した後の圧壊強度は、１４０ｋｇ／ｃｍ2〜１６４ｋｇ／ｃｍ2であった。必要圧壊強度は５０ｋｇ／ｃｍ2程度であるから、還元鉄と酸化鉄とを配合して鉄原料とした場合でも、溶鉱炉等に直接使用できる粒度および強度を確保できることが確認できた。
【００６７】
本発明例５、本発明例６、本発明例８〜本発明例１０および本発明例１２〜本発明例１８では、混練物の炭素含有率（質量％）は８．０％以上であり、マイクロ波を４分間照射して加熱した後の圧壊強度は１０４ｋｇ／ｃｍ2〜２０２ｋｇ／ｃｍ2であった。必要圧壊強度は５０ｋｇ／ｃｍ2程度であるから、本発明の塊成方法および塊成設備では、混練物の炭素含有率が８質量％以上である場合でも、溶鉱炉等に直接使用できる粒度および強度を確保できることが確認できた。
【００６８】
本発明例１５〜本発明例１７では、混練物の炭素含有率（質量％）は２５％〜３５％の範囲内であり、マイクロ波を４分間照射して加熱した後の圧壊強度は１０４ｋｇ／ｃｍ2〜１４２ｋｇ／ｃｍ2であった。必要圧壊強度は５０ｋｇ／ｃｍ2程度であるから、本発明の塊成方法および塊成設備では、溶鉱炉に投入される原料鉄鉱石やコークスと同程度の炭素含有率（質量％）である２５％〜３５％の範囲内にした場合でも、溶鉱炉等に直接使用できる粒度および強度を確保できることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の鉄原料の塊成方法によれば、塊成化物にマイクロ波を照射することにより加熱して、得られる塊成化鉱の強度を向上させる。マイクロ波による加熱では、塊成化物を直接加熱するので、回転炉床炉等により塊成化物を焼成する場合に比べ、投入エネルギーを抑えることができる。また、本発明の鉄原料の塊成方法では、混練物を成形した後、養生することなく、マイクロ波を照射して加熱することができるので、処理時間を短縮することができる。
【００７０】
本発明の鉄原料の塊成設備は、回転炉床炉等の塊成化物を高温に加熱するための設備が不要であり、設備を簡便化できるので、設備コストを抑えることができる。
【００７１】
このため、本発明の鉄原料の塊成方法およびその塊成設備を、鉄分を含有する粉粒状のダスト類の利用に適用すれば、設備コストおよび投入エネルギーを抑制するとともに、処理時間を短縮して塊成化鉱を生産することができる。また、本発明の鉄原料の塊成方法およびその塊成設備によれば、炭材を内装した塊成化鉱を得ることができる。得られた炭材を内装した塊成化鉱を溶鉱炉に投入すれば、従来より低温で塊成化鉱に含まれる酸化鉄の還元反応が完結するので、溶鉱炉の操業において投入エネルギーおよび二酸化炭素の排出量を削減することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１：鉄原料ホッパー、 ２：炭材ホッパー、 ３：結合材ホッパー、 ４：計量器、
５：混練機、 ６：成形機、 ７：塊成化物、 ８：コンベア、 ９：容器、
１０：マイクロ波照射機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉粒状の還元鉄および／または酸化鉄からなる鉄原料と、粉粒状の炭材とを混練して得られた混練物を成形して塊成化物とし、その後、前記塊成化物にマイクロ波を照射することにより加熱して、前記塊成化物の強度を向上させることを特徴とする鉄原料の塊成方法。
【請求項２】
前記炭材の一部または全部がトナーであることを特徴とする請求項１に記載の鉄原料の塊成方法。
【請求項３】
さらに、前記混練物に粉粒状の結合材を混練することを特徴とする請求項１または２に記載の鉄原料の塊成方法。
【請求項４】
前記混練物の炭素含有率が８質量％以上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鉄原料の塊成方法。
【請求項５】
粉粒状の還元鉄および／または酸化鉄からなる鉄原料と、粉粒状の炭材とを混練して混練物にする混練機と、
前記混練物を成形して塊成化物にする成形機と、
前記塊成化物にマイクロ波を照射して加熱するマイクロ波照射機とを備えることを特徴とする鉄原料の塊成設備。
【請求項１】
粉粒状の還元鉄および／または酸化鉄からなる鉄原料と、粉粒状の炭材とを混練して得られた混練物を成形して塊成化物とし、その後、前記塊成化物にマイクロ波を照射することにより加熱して、前記塊成化物の強度を向上させることを特徴とする鉄原料の塊成方法。
【請求項２】
前記炭材の一部または全部がトナーであることを特徴とする請求項１に記載の鉄原料の塊成方法。
【請求項３】
さらに、前記混練物に粉粒状の結合材を混練することを特徴とする請求項１または２に記載の鉄原料の塊成方法。
【請求項４】
前記混練物の炭素含有率が８質量％以上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鉄原料の塊成方法。
【請求項５】
粉粒状の還元鉄および／または酸化鉄からなる鉄原料と、粉粒状の炭材とを混練して混練物にする混練機と、
前記混練物を成形して塊成化物にする成形機と、
前記塊成化物にマイクロ波を照射して加熱するマイクロ波照射機とを備えることを特徴とする鉄原料の塊成設備。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−１０５９７５（Ｐ２０１１−１０５９７５Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６０２１４（Ｐ２００９−２６０２１４）
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（５９１０５９８２５）鹿島選鉱株式会社 (8)
【出願人】（０００１９１００９）新東工業株式会社 (474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（５９１０５９８２５）鹿島選鉱株式会社 (8)
【出願人】（０００１９１００９）新東工業株式会社 (474)
【Ｆターム（参考）】
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