JP6870439B2 - 焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼結鉱の製造方法に関する。

例えば特許文献１、２に開示されるように、焼結鉱の製造方法として、いわゆる二段装入二段点火法が知られている。この方法では、焼結機内に配合原料造粒物を二段で装入する。具体的には、下段系の配合原料造粒物を焼結機内に装入することで、下段原料充填層を形成する。ついで、下段原料充填層上に上段系の配合原料造粒物を装入することで、上段原料充填層を形成する。ここで、配合原料造粒物は、配合原料の造粒物であり、配合原料は、焼結用原料を所定の配合比で配合したものである。焼結用原料は、主原料である鉄含有原料、焼結反応及び成分調整のために必要な副原料、熱源である炭材（固体燃料）、及び返鉱等で構成される。ついで、下段原料充填層の表面および上段原料充填層の表面をそれぞれ点火するとともに、下段原料充填層および上段原料充填層内を通して空気を下方に吸引する。これにより、各原料充填層が焼成される。ついで、焼結ケーキ（各原料充填層が焼成されることで生成されたもの）を解砕、整粒することで、焼結鉱を作製する。この方法によれば、１段の原料充填層を焼成する場合よりも単位時間あたりに処理できる配合原料を増大（単純計算で倍増）させることができるので、焼結鉱の生産性が向上しうる。さらに、上段原料充填層の焼成に使用された空気を下段原料充填層の焼成に使用することができるので、排ガス量の低減も期待できる。

特開昭４７−２６３０４号公報 特開昭６２−６０８２９号公報 特開２００３−１６０８１５号公報

ところで、上述したように、二段装入二段点火法では、上段原料充填層の焼成に使用された空気、つまり上段の排ガスが下段原料充填層の焼成に使用される。したがって、下段原料充填層の焼成は、低酸素分圧下での焼成となる。このため、下段原料充填層に含まれる炭材の燃焼速度が低下し、かつ、炭材の燃焼が阻害される。この結果、下段焼結鉱（下段原料充填層の焼成により生成される焼結鉱）の生産性が低下するという問題があった。

特許文献２には、このような問題を解決するための方法として、上段原料充填層中の炭材の配合比を下段原料充填層中の炭材の配合比よりも低くする技術が開示されている。しかしながら、この方法では、上段原料充填層の発熱量が低下し、上段焼結鉱（上段原料充填層の焼成により生成される焼結鉱）の冷間強度が低下するという別の問題を招く。このため、特許文献２に開示された技術では上述した問題を根本的に解決することができなかった。

一方、特許文献３には、一段装入一段点火法における配合原料の造粒方法が開示されている。この方法では、炭材以外の配合原料、すなわち主配合原料をドラムミキサーで造粒し、炭材をドラムミキサーの後半部分から主配合原料に投入する。特許文献３には、この方法によって焼結鉱の生産性が向上したことが開示されているが、特許文献３には、二段装入二段点火法に関して何ら言及されていない。したがって、特許文献３に開示された技術では、上述した問題を解決することができなかった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、上段焼結鉱の強度低下を抑制しつつ、下段焼結鉱の生産性を高めることが可能な、新規かつ改良された焼結鉱の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、炭材を含む全ての焼結用原料が所定の配合比で配合された上段系の配合原料を造粒機で造粒する上段系造粒工程と、下段系の配合原料のうち、炭材以外の主配合原料を造粒機で造粒する下段系造粒工程と、下段系造粒工程の後半から主配合原料の造粒物を焼結機の下段系サージホッパ内に装入する前までの間に下段系の主配合原料に炭材を投入する炭材投入工程と、下段系の主配合原料の造粒物および炭材を焼結機内に装入することで、下段原料充填層を形成する下段原料充填層形成工程と、下段原料充填層上に上段系造粒工程の配合原料造粒物を装入することで、上段原料充填層を形成する上段原料充填層形成工程と、下段原料充填層の表面および上段原料充填層の表面をそれぞれ点火するとともに、下段原料充填層および上段原料充填層中の空気を下方に吸引する焼成工程と、を含むことを特徴とする、焼結鉱の製造方法が提供される。

ここで、造粒機はドラムミキサーであってもよい。

また、炭材投入工程では、造粒機から排出された主配合原料の造粒物に、当該造粒物を下段系サージホッパ内に装入する前までに、炭材を投入してもよい。

以上説明したように本発明によれば、下段系において炭材の後添加を行う。この結果、後述する実施例に示される通り、下段焼結鉱の生産性が改善する。さらに、特許文献２に開示された技術と異なり、上段原料充填層中の炭材の配合比を低くする必要が無いので、上段焼結鉱の強度低下を抑制できる。

本発明の実施形態に係る焼結鉱製造システムの概略構成を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．焼結鉱製造システムの全体構成＞
まず、図１に基づいて、本実施形態に係る焼結鉱製造システム１の全体構成について説明する。

焼結鉱製造システム１は、所謂二段装入二段点火法により焼結鉱を作製するシステムである。焼結鉱製造システム１は、下段系造粒ライン１０と、上段系造粒ライン２０と、焼結機３０とを備える。したがって、本実施形態では、造粒を二系統に分けて行う。つまり、二系統造粒を行う。

下段系造粒ライン１０は、下段系原料供給用ホッパ群１０ａと、ベルトコンベア１０ｂと、ドラムミキサー１０ｃと、炭材供給用ホッパ１０ｄと、ベルトコンベア１０ｅとを備える。下段系原料供給用ホッパ群１０ａは、複数のホッパで構成される。そして、下段系原料供給用ホッパ群１０ａを構成する各ホッパは、下段系の焼結用原料のうち、炭材以外の焼結用原料をベルトコンベア１０ｂに供給する。

ここで、焼結用原料は、主原料である鉄含有原料、焼結反応及び成分調整のために必要な副原料、熱源である炭材（固体燃料）、及び返鉱等で構成される。ここで、鉄含有原料は、例えば粒度約１０ｍｍ以下の鉄鉱石（粉鉱石）および製鉄ダスト（製鉄ダスト、製鋼ダスト、スケール等）等である。副原料は、生石灰（ＣａＯ）、石灰石、ドロマイト、転炉スラグ、蛇紋岩、珪石および橄欖岩等である。炭材は、例えばコークス粉および無煙炭等である。

そして、各ホッパからベルトコンベア１０ｂに供給される焼結用原料の配合比は予め設定されている。つまり、下段系原料供給用ホッパ群１０ａは、炭材以外の焼結用原料が所定の配合比で配合された主配合原料をベルトコンベア１０ｂに供給する。ベルトコンベア１０ｂは、主配合原料をドラムミキサー１０ｃに供給する。

ドラムミキサー１０ｃは、主配合原料を造粒する造粒機の一例である。ドラムミキサー１０ｃは１段であっても、多段であってもよい。なお、本実施形態では、主配合原料を造粒する造粒機をドラムミキサー１０ｃとしたが、造粒機はドラムミキサー１０ｃに限られず、主配合原料を造粒できるものであればどのようなものであってもよい。例えば、造粒機はパンペレタイザーであってもよい。

ドラムミキサー１０ｃは、主配合原料を造粒することで、主配合原料の造粒物（以下、「下段系造粒物」とも称する）を作製する。ベルトコンベア１０ｅは、ドラムミキサー１０ｃから排出された下段系造粒物を焼結機３０の下段系サージホッパ３１ａに向けて搬送する。このように、本実施形態では、炭材以外の主配合原料だけを選択的に造粒する。ここで、炭材は、他の焼結用原料に比べて造粒性（言い換えれば、他の粒子との付着性）が悪い。このため、主配合原料の造粒が強化される。具体的には、下段系造粒物の粒度が大きくなる。

炭材供給用ホッパ１０ｄは、ベルトコンベア１０ｅ上で搬送されている下段系造粒物に炭材を投入する。これにより、ベルトコンベア１０ｅ上で下段系造粒物と炭材とが混合される。つまり、本実施形態では、下段系において炭材の後添加を行う。

ベルトコンベア１０ｅは、下段系造粒物と炭材との混合物Ａを下段系サージホッパ３１ａに供給する。ここで、混合物Ａにおいては、多くの炭材が造粒物の表面に偏在するようになる。つまり、混合物Ａにおいては、下段系造粒物の粒度が大きく、かつ、このような造粒物の表面に炭材が偏在している。

上段系造粒ライン２０は、上段系原料供給用ホッパ群２０ａと、ベルトコンベア２０ｂと、ドラムミキサー２０ｃと、ベルトコンベア２０ｄとを備える。上段系原料供給用ホッパ群２０ａは、複数のホッパで構成される。そして、上段系原料供給用ホッパ群２０ａを構成する各ホッパは、上段系の焼結用原料をベルトコンベア１０ｂに供給する。ここで、上段系原料供給用ホッパ群２０ａは、炭材を含む全ての焼結用原料をベルトコンベア１０ｂに供給する。詳細は実施例で説明するが、上段系でも下段系と同様に炭材の後添加を行った場合、成品歩留りがかえって低下する。つまり、下段系のみで炭材の後添加を行うことで、焼結鉱全体の成品歩留りを維持しつつ、下段焼結鉱の生産性を向上させることができる。

そして、各ホッパからベルトコンベア１０ｂに供給される焼結用原料の配合比は予め設定されている。つまり、上段系原料供給用ホッパ群２０ａは、焼結用原料が所定の配合比で配合された配合原料、つまり上段系の配合原料をベルトコンベア２０ｂに供給する。ベルトコンベア２０ｂは、上段系の配合原料をドラムミキサー１０ｃに供給する。

ドラムミキサー２０ｃは、上段系の主配合原料を造粒する造粒機の一例である。ドラムミキサー２０ｃは１段であっても、多段であってもよい。なお、本実施形態では、上段系の配合原料を造粒する造粒機をドラムミキサー２０ｃとしたが、造粒機はドラムミキサー２０ｃに限られず、上段系の配合原料を造粒できるものであればどのようなものであってもよい。例えば、造粒機はパンペレタイザーであってもよい。

ドラムミキサー２０ｃは、上段系の配合原料を造粒することで、上段系の配合原料造粒物（以下、「上段系造粒物」とも称する）を作製する。ベルトコンベア２０ｄは、ドラムミキサー２０ｃから排出された上段系造粒物を焼結機３０の上段系サージホッパ３２ａに向けて搬送する。

焼結機３０は、下段系焼結ユニット３１および上段系焼結ユニット３２と、パレット３３と、図示しないブロワとを備える。下段系焼結ユニット３１は、下段系サージホッパ３１ａと、下段系ドラムフィーダ３１ｂと、下段系シュート３１ｃと、下段系点火炉３１ｄとを備える。下段系サージホッパ３１ａは、混合物Ａを下段系ドラムフィーダ３１ｂに供給する。下段系ドラムフィーダ３１ｂは、下段系サージホッパ３１ａから供給された混合物Ａを切り出して下段系シュート３１ｃに供給する。混合物Ａは、下段系シュート３１ｃ上で滑り落ち、焼結機３０内のパレット３３上に積層される。すなわち、混合物Ａが焼結機３０内に装入される。これにより、下段原料充填層Ａ１がパレット３３内に形成される。パレット３３は、下段原料充填層Ａ１を矢印Ｃ方向に搬送する。図示しないブロワは、パレット３３の下方に配置されている風箱を介して、下段原料充填層Ａ１および後述する上段原料充填層Ｂ１内を通して空気を下方に吸引する。

下段系点火炉３１ｄは、下段原料充填層Ａ１の表面に向けて火炎３１ｅを噴出することで、下段原料充填層Ａ１の表面を点火する。これにより、下段原料充填層Ａ１の表面が溶融帯（焼結反応が行われる部分）Ａ２となる。その一方で、上述したように、ブロワは下段原料充填層Ａ１内を通して空気を下方に吸引する。これにより、溶融帯Ａ２は、下段原料充填層Ａ１の搬送に伴って下方に移動する。つまり、下段原料充填層Ａ１の焼成が進行する。また、焼結反応に必要な空気は、下段原料充填層Ａ１内に順次導入される。ここで、上段原料充填層Ｂ１の焼成が開始された後には、上段原料充填層Ｂ１の焼成に使用された空気が下段原料充填層Ａ１内に導入される。つまり、酸素濃度が低い空気が下段原料充填層Ａ１内に導入される。一方、上段原料充填層Ｂ１の焼成が開始される前は、酸素濃度の高い空気が下段原料充填層Ａ１内に導入される。以上の工程により、下段原料充填層Ａ１が焼成される。焼成後の下段原料充填層Ａ１は下段焼結ケーキＡ３となる。

上段系焼結ユニット３２は、下段系焼結ユニット３１に対して矢印Ｃ方向（すなわち、原料充填層の搬送方向）奥側に配置される。上段系焼結ユニット３２は、上段系サージホッパ３２ａと、上段系ドラムフィーダ３２ｂと、上段系シュート３２ｃと、上段系点火炉３２ｄとを備える。上段系サージホッパ３２ａは、上段系造粒物を上段系ドラムフィーダ３２ｂに供給する。上段系ドラムフィーダ３２ｂは、上段系サージホッパ３２ａから供給された上段系造粒物Ｂを切り出して上段系シュート３２ｃに供給する。上段系造粒物Ｂは、上段系シュート３２ｃ上で滑り落ち、下段原料充填層Ａ１上に積層される。すなわち、上段系造粒物Ｂが焼結機３０のパレット３３内に装入される。これにより、下段原料充填層Ａ１上に上段原料充填層Ｂ１が形成される。上段原料充填層Ｂ１は、下段原料充填層Ａ１とともに矢印Ｃ方向に搬送される。また、上段原料充填層Ｂ１および下段原料充填層Ａ１内を通して、空気は、図示しないブロワによって下方に吸引される。

上段系点火炉３２ｄは、上段原料充填層Ｂ１の表面に向けて火炎３２ｅを噴出することで、上段原料充填層Ｂ１の表面を点火する。これにより、上段原料充填層Ｂ１の表面が溶融帯（焼結反応が行われる部分）Ｂ２となる。その一方で、上述したように、ブロワは上段原料充填層Ｂ１を通して空気を下方に吸引する。これにより、溶融帯Ｂ２は、上段原料充填層Ｂ１の搬送に伴って下方に移動する。つまり、上段原料充填層Ｂ１の焼成が進行する。また、焼結反応に必要な空気は、上段原料充填層Ｂ１内に順次導入される。これにより、上段原料充填層Ｂ１が焼成される。焼成後の上段原料充填層Ｂ１は上段焼結ケーキＢ３となる。また、上段原料充填層Ｂ１の焼成に使用された空気は、下段原料充填層Ａ１の焼成に使用される。

その後、下段焼結ケーキＡ３および上段焼結ケーキＢ３は、解砕、整粒される。これにより、焼結鉱が作製される。以下、下段焼結ケーキＡ３の解砕、整流により作製された焼結鉱を下段焼結鉱とも称する。また、上段焼結ケーキＢ３の解砕、整流により作製された焼結鉱を上段焼結鉱とも称する。また、これらを総称して、単に「焼結鉱」とも称する。

このように、本実施形態では、いわゆる二段装入二段点火法により焼結鉱を作成する。したがって、上段原料充填層Ｂ１の焼成に使用されたガス（空気）が下段原料充填層Ａ１の焼成に使用される。したがって、下段原料充填層Ａ１の焼成は、低酸素分圧下での焼成となる。このため、従来の二段装入二段点火法では、下段焼結鉱の生産性が低下するという問題があった。

これに対し、本実施形態では、下段系において炭材の後添加を行う。この結果、後述する実施例に示される通り、下段焼結鉱の生産性が改善する。本発明者は、この理由を以下のように考えている。すなわち、下段系では、炭材以外の主配合原料だけを選択的に造粒するので、下段系造粒物の粒度が大きくなる。したがって、下段原料充填層Ａ１の通気性が向上する。さらに、炭材が下段系造粒物の表面に偏在しているので、ガスと炭材との接触が促進される。このため、ガス中の酸素分圧が低くても、炭材の燃焼が促進される。すなわち、炭材の燃焼速度が向上し、炭材の燃焼が阻害されにくくなる。このため、焼結燃焼進行速度（ＦＦＳ）が向上し、焼結時間が短縮される。すなわち、下段焼結鉱の生産性が向上する。

ここで、上段系だけで炭材の後添加を行った場合、後述する実施例に示される通り、焼結鉱全体の成品歩留が低下する。また、生産性も十分に向上しない。本発明者は、この理由を以下のように考えている。すなわち、上段系では、上段系造粒物の粒度が大きくなり、炭材が上段系造粒物の表面に偏在することになる。このため、上段原料充填層Ｂ１の通気性が向上し、炭材とガスとの接触が促進される。したがって、上段原料充填層Ｂ１の焼結燃焼進行速度が向上する。ただし、上段原料充填層Ｂ１には、酸素分圧の高いガスが流通する。このため、焼結燃焼進行速度が過剰に大きくなってしまう。この結果、溶融帯Ｂ２において融液と固体粒子とが十分に親和せず、固体粒子の再配列が十分に行われなくなる。したがって、上段焼結鉱の強度が低下し、成品歩留りが著しく低下する。また、生産性も低下する。さらに、上段原料充填層Ｂ１において炭材の燃焼が促進されることから、下段原料充填層Ａ１に供給されるガスの酸素分圧がさらに低下する。このため、下段焼結鉱の成品歩留も低下し、焼結燃焼進行速度（すなわち、生産性）も低下する。このように、上段および下段共に歩留が低下するため、全体の歩留が著しく低下する。ここで、上段系において炭材の後添加を行う条件では、下段系において炭材の後添加を行っても、下段焼結鉱の成品歩留および生産性は十分に向上しない。

なお、下段系において炭材を後添加した場合、上述したように焼結燃焼進行速度が向上するが、低酸素分圧下での焼成が行われるので、焼結燃焼進行速度は過剰に大きくはならない。つまり、低酸素分圧によって低下した焼結燃焼進行速度が炭材の後添加によって回復することになる。したがって、融液と固体粒子とが親和するための時間は十分に確保されるので、上段系で炭材を後添加した場合のデメリットはほとんど生じない。したがって、下段焼結鉱の成品歩留はほとんど低下しない。さらに、特許文献２に開示された技術と異なり、上段原料充填層Ｂ１中の炭材の配合比を低くする必要が無いので、上段焼結鉱の強度も確保できる。つまり、上段焼結鉱の成品歩留も維持される。

このように、下段系においてのみ選択的に炭材の後添加を行うことで、焼結鉱全体の成品歩留を維持しつつ、下段焼結鉱の生産性を向上させることができる。

＜２．焼結鉱の製造方法＞
次に、上述した焼結鉱製造システム１を用いた焼結鉱の製造方法について説明する。まず、下段系原料供給用ホッパ群１０ａは、炭材以外の焼結用原料が所定の配合比で配合された主配合原料をベルトコンベア１０ｂに供給する。ベルトコンベア１０ｂは、主配合原料をドラムミキサー１０ｃに供給する。

ついで、ドラムミキサー１０ｃは、主配合原料を造粒することで、主配合原料の造粒物すなわち下段系造粒物を作製する（下段系造粒工程）。ベルトコンベア１０ｅは、ドラムミキサー１０ｃから排出された下段系造粒物を焼結機３０の下段系サージホッパ３１ａに向けて搬送する。

ついで、炭材供給用ホッパ１０ｄは、ベルトコンベア１０ｅ上で搬送されている下段系造粒物に炭材を投入する（炭材投入工程）。これにより、ベルトコンベア１０ｅ上で下段系造粒物と炭材とが混合される。つまり、本実施形態では、下段系において炭材の後添加を行う。

ベルトコンベア１０ｅは、下段系造粒物と炭材との混合物Ａを下段系サージホッパ３１ａに供給する。ここで、混合物Ａにおいては、多くの炭材が造粒物の表面に偏在するようになる。つまり、混合物Ａにおいては、下段系造粒物の粒度が大きく、かつ、このような造粒物の表面に炭材が偏在している。

一方、上段系原料供給用ホッパ群２０ａは、炭材を含む全ての焼結用原料が所定の配合比で配合された配合原料、つまり上段系の配合原料をベルトコンベア２０ｂに供給する。ベルトコンベア２０ｂは、上段系の配合原料をドラムミキサー１０ｃに供給する。

ついで、ドラムミキサー２０ｃは、上段系の配合原料を造粒することで、上段系の配合原料造粒物、すなわち上段系造粒物Ｂを作製する。ベルトコンベア２０ｄは、ドラムミキサー２０ｃから排出された上段系造粒物Ｂを焼結機３０の上段系サージホッパ３２ａに向けて搬送する。

ついで、下段系ドラムフィーダ３１ｂにより混合物Ａを焼結機３０に装入する。具体的には、混合物Ａをパレット３３内に積層する。これにより、下段原料充填層Ａ１がパレット３３内に形成される（下段原料充填層形成工程）。ついで、下段原料充填層Ａ１を矢印Ｃ方向に搬送し、下段系点火炉３１ｄから火炎３１ｅを下段原料充填層Ａ１の表面に噴射する。これにより、下段原料充填層Ａ１の表面を点火する。これにより、下段原料充填層Ａ１の表面が溶融帯Ａ２となる。その一方で、ブロワが下段原料充填層Ａ１内を通して空気を下方に吸引する。これにより、溶融帯Ａ２は、下段原料充填層Ａ１の搬送に伴って下方に移動する。つまり、下段原料充填層Ａ１の焼成が進行する。焼成後の下段原料充填層Ａ１は下段焼結ケーキＡ３となる。

一方、上段系ドラムフィーダ３２ｂにより上段系造粒物Ｂを焼結機３０のパレット３３内に装入する。具体的には、上段系造粒物Ｂを下段原料充填層Ａ１上に積層する。これにより、上段原料充填層Ｂ１が下段原料充填層Ａ１上に形成される（上段原料充填層形成工程）。ついで、上段原料充填層Ｂ１を下段原料充填層Ａ１とともに矢印Ｃ方向に搬送し、上段系点火炉３２ｄから火炎３２ｅを上段原料充填層Ｂ１の表面に噴射する。これにより、上段原料充填層Ｂ１の表面を点火する。これにより、上段原料充填層Ｂ１の表面が溶融帯Ｂ２となる。その一方で、上述したように、ブロワは上段原料充填層Ｂ１および下段原料充填層Ａ１内を通して空気を下方に吸引する。これにより、溶融帯Ｂ２は、上段原料充填層Ｂ１の搬送に伴って下方に移動する。つまり、上段原料充填層Ｂ１の焼成が進行する（焼成工程）。焼成後の上段原料充填層Ｂ１は上段焼結ケーキＢ３となる。上段原料充填層Ｂ１の焼成に使用された空気は下段原料充填層Ａ１の焼成に使用される。以上の工程により、下段焼結ケーキＡ３および上段焼結ケーキＢ３が作製される。下段焼結ケーキＡ３および上段焼結ケーキＢ３は、解砕、整粒される。これにより、焼結鉱が作製される。

＜３．変形例＞
次に、本実施形態の変形例を説明する。上述した例では、下段系造粒物が焼結機３０のサージホッパ３１ａに装入される前に炭材を下段系造粒物に投入した。しかしながら、炭材は、下段系造粒工程の後半に主配合原料に投入されても良い。例えば、造粒機がドラムミキサーである場合は、ドラムミキサー１０ｃの後半部分（より詳細には、主配合原料の流動方向の後半部分）で炭材を主配合原料に投入しても良い。つまり、炭材は、下段系造粒工程の後半から主配合原料の造粒物を焼結機サージホッパ内に装入する前までの間に主配合原料に投入されればよい。この変形例においても上述した効果と同様の効果が得られる。

＜１．配合原料の準備＞
上述した実施形態による効果を検証するために、以下に説明する実施例を行った。まず、表１に、本実施例で使用した配合原料の組成（配合条件）を示す。表１中の数値は質量％を示す。赤鉄鉱Ａ〜石灰石の質量％は、赤鉄鉱Ａ〜石灰石の総質量（上段下段を合わせた総質量）に対する質量％を示す。「小計」は、各段における赤鉄鉱Ａ〜石灰石の質量％の合計であり、「総計」は、上段下段の赤鉄鉱Ａ〜石灰石の質量％の合計である。粉コークスの質量％は外数であり、赤鉄鉱Ａ〜石灰石の総質量（上段下段を合わせた総質量）に対する質量％を示す。「粉コークス総計」は上段下段の粉コークスの質量％の合計である。目標水分は外数であり、各段における赤鉄鉱Ａ〜石灰石の総質量に対する質量％を示す。

（１−１．実施例１）
実施例１では、二系統造粒を行い、二段装入二段点火法による焼成を行った。具体的には、下段系の主配合原料（炭材以外の配合原料）をドラムミキサー１０ｃに装入し、４分間混合した。ここで、ドラムミキサー１０ｃは、直径６００ｍｍ、回転速度２５ｒｐｍのドラムミキサーを使用した。ついで、ドラムミキサー１０ｃに水分をさらに添加し、主配合原料をさらに４分間混合した。ついで、炭材をドラムミキサー１０ｃに投入し、さらに１５秒間混合した。これにより、下段系造粒物と炭材との混合物Ａを作成した。

さらに、上段系の配合原料をドラムミキサー２０ｃに装入し、４分間混合した。ここで、ドラムミキサー２０ｃは、ドラムミキサー１０ｃと同様のものを使用し、駆動条件もドラムミキサー１０ｃと同様とした。ついで、ドラムミキサー２０ｃに水分をさらに添加し、配合原料をさらに混合した。これにより、上段系造粒物Ｂを作成した。

ついで、二段装入二段点火法を鍋試験により再現した。具体的には、直径３００ｍｍ、層高３００ｍｍの試験鍋を２つ用意した。そして、これらの試験鍋に混合物Ａおよび上段系造粒物Ｂをそれぞれ装入した。ついで、混合物Ａを装入した試験鍋（下段系鍋）をまず試験装置にセットし、表面を１１００℃の火炎で１分間点火し、ブロワにより吸引負圧１０００ｍｍＡｑで下段系鍋内を通して空気を吸引した。点火終了後、上段系造粒物Ｂを装入した試験鍋（上段系鍋）を直ちに下段系鍋の上に乗せ、１１００℃の火炎で１分間点火し、ブロワにより吸引負圧１０００ｍｍＡｑで上段系鍋および下段系鍋内を通して空気を吸引した。そして、引き続き吸引負圧１０００ｍｍＡｑで上段系鍋および下段系鍋内を通して空気を吸引しつつ、吸引ガスの温度をモニタした。次いで、下段系鍋の点火開始時点から吸引ガス温度が最大となった時点までの時間を焼結時間（ｍｉｎ）とした。

ついで、全ての焼結ケーキを２ｍの高さから５回落下させた後、粒度が５ｍｍ以上の焼結鉱を成品として篩分けし、秤量した。すなわち、目開きが５ｍｍの篩を用いて焼結鉱を篩分けし、篩に残った焼結鉱を成品とした。そして、成品の質量および鍋試験の条件に基づいて、成品歩留り（％）および生産性（ｔ／ｄ／ｍ^２）を算出した。また、生産性に関しては、後述する比較例１の生産性に対する増加率も算出した。また、被還元性の評価値として、ＪＩＳ−ＲＩ（％）をＪＩＳ Ｍ８７１３に準拠して測定した。また、還元粉化の評価値として、ＪＩＳ−ＲＤＩ（％）をＪＩＳ ８７２０に準拠して測定した。結果を表２にまとめて示す。

（１−２．比較例１）
下段系の全ての焼結用原料をドラムミキサー１０ｃに投入して一括造粒を行った（つまり、下段系において粉コークスを後添加しなかった）ことを除いて実施例１と同様の処理を行った。結果を表２にまとめて示す。

（１−３．比較例２）
比較例２では、上段系において炭材の後添加を行い、下段系において一括造粒を行った他は実施例１と同様の処理を行った。つまり、上段系の主配合原料（炭材以外の配合原料）をドラムミキサー２０ｃに装入し、４分間混合した。ドラムミキサー２０ｃの駆動条件は実施例１のドラムミキサー２０ｃと同様とした。ついで、ドラムミキサー２０ｃに水分をさらに添加し、上段系の主配合原料をさらに４分間混合した。ついで、炭材をドラムミキサー２０ｃに投入し、さらに１５秒間混合した。これにより、上段系造粒物と炭材との混合物を作成した。

さらに、下段系の配合原料（炭材含む）をドラムミキサー１０ｃに装入し、４分間混合した。ここで、ドラムミキサー１０ｃの駆動条件は実施例１のドラムミキサー１０ｃと同様とした。ついで、ドラムミキサー１０ｃに水分をさらに添加し、配合原料をさらに混合した。これにより、下段系造粒物を作成した。その後、実施例１と同様の鍋試験を行った。結果を表２にまとめて示す。

（１−４．比較例３）
比較例３では、上段系および下段系において炭材の後添加を行った他は実施例１と同様の処理を行った。具体的には、上段系では比較例２と同様の工程により上段系造粒物と炭材との混合物を作製し、下段系では実施例１と同様の工程により下段系造粒物と炭材との混合物を作製した。その後、実施例１と同様の鍋試験を行った。結果を表２にまとめて示す。

＜２．評価＞
実施例では、比較例１に比べて焼結時間が短縮され、生産性が８％向上した。実施例では、下段系の炭材を後添加しているので、下段原料充填層の通気性が向上し、ガスと炭材との接触が促進される。このため、ガス中の酸素分圧が低くても、炭材の燃焼が促進される。すなわち、炭材の燃焼速度が向上し、炭材の燃焼が阻害されにくくなる。このため、焼結燃焼進行速度（ＦＦＳ）が向上し、焼結時間が短縮され、下段焼結鉱の生産性が向上したと考えられる。

一方で、実施例では、成品歩留りが維持された。下段系では、低酸素分圧下での焼成が行われるので、焼結燃焼進行速度は過剰に大きくはならない。つまり、低酸素分圧によって低下した焼結燃焼進行速度が炭材の後添加によって回復することになる。したがって、融液と固体粒子とが親和するための時間は十分に確保される。したがって、下段焼結鉱の成品歩留りはほとんど低下しなかったと考えられる。さらに、上段原料充填層中の炭材の配合比を比較例１と同様としたので、上段焼結鉱の成品歩留りも維持された。

比較例１では、上段、下段ともに炭材の後添加を行わなかったので、焼結鉱の生産性が低下した。特に、下段焼結鉱の生産性が低下したと考えられる。比較例２では、上段系のみ炭材の後添加を行った。この結果、比較例２では、比較例１に比べて焼結時間が短縮されたものの、実施例に比べて成品歩留りが著しく低下した。そのため、生産性の増加率は５％にとどまった。

比較例２では、上段系造粒物の粒度が大きくなり、炭材が上段系造粒物の表面に偏在することになる。このため、上段原料充填層の通気性が向上し、炭材とガスとの接触が促進される。したがって、上段原料充填層の焼結燃焼進行速度が向上する。ただし、上段原料充填層には、酸素分圧の高いガスが流通する。このため、焼結燃焼進行速度が過剰に大きくなってしまうと考えられる。この結果、溶融帯において融液と固体粒子とが十分に親和せず、固体粒子の再配列が十分に行われなくなると考えられる。したがって、上段焼結鉱の強度が低下し、成品歩留りが著しく低下すると考えられる。さらに、上段原料充填層において炭材の燃焼が促進されることから、下段原料充填層に供給されるガスの酸素分圧がさらに低下する。このため、下段焼結鉱の成品歩留りが低下し、下段原料充填層の焼結燃焼進行速度も低下すると考えられる。なお、焼結時間は実施例と同程度となったが、比較例では、下段の焼結燃焼進行速度が低下したために、全体として焼結時間が実施例と同程度となったと考えられる。

比較例３では、上段、下段ともに炭材の後添加を行ったが、生産性は実施例＋比較例２の１３％よりも低い１１％となった。また、成品歩留りは比較例２より若干向上したものの、実施例よりも低くなった。比較例３では、上段系でも炭材の後添加を行っているので、下段系の酸素分圧はさらに低下する。このような低酸素分圧による悪影響は、下段系において炭材の後添加を行っても十分に解消しなかったと考えられる。

このように、下段系においてのみ選択的に炭材の後添加を行うことで、焼結鉱全体の成品歩留りを維持しつつ、下段焼結鉱の生産性を向上させることができることが明らかとなった。なお、実施例のＲＩおよびＲＤＩは比較例１と同程度となり、高炉用原料として問題なく使用できるレベルであった。

なお、生産性に関しては、比較例３の生産性が最も高くなる。しかし、比較例３の生産性はそれほど高くはならず、成品歩留りはかえって実施例よりも低下する。したがって、実施例の方が焼結鉱の製造コスト（言い換えれば、炭材の原単位）が低くなる。さらに、比較例３では、上段、下段の両方で炭材の後添加用の設備を用意する必要がある。このため、実施例の方法（つまり、下段においてのみ炭材の後添加を行う方法）がもっとも効率的であると言える。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１ 焼結鉱製造システム
１０ 下段系造粒ライン
２０ 上段系造粒ライン
１０ａ 下段系原料供給用ホッパ群
２０ａ 上段系原料供給用ホッパ群
１０ｃ、２０ｃ ドラムミキサー
１０ｄ 炭材供給用ホッパ
３０ 焼結機
３１ 下段系焼結ユニット
３１ａ 下段系サージホッパ
３１ｂ 下段系ドラムフィーダ
３１ｃ 下段系シュート
３１ｄ 下段系点火炉
３２ 上段系焼結ユニット
３２ａ 上段系サージホッパ
３２ｂ 上段系ドラムフィーダ
３２ｃ 上段系シュート
３２ｄ 上段系点火炉
３３ パレット

Claims (3)

1. 炭材を含む全ての焼結用原料が所定の配合比で配合された上段系の配合原料を造粒機で造粒する上段系造粒工程と、
   下段系の配合原料のうち、炭材以外の主配合原料を造粒機で造粒する下段系造粒工程と、
   前記下段系造粒工程の後半から前記主配合原料の造粒物を焼結機の下段系サージホッパ内に装入する前までの間に前記下段系の主配合原料に炭材を投入する炭材投入工程と、
   前記下段系の主配合原料の造粒物および前記炭材を前記焼結機内に装入することで、下段原料充填層を形成する下段原料充填層形成工程と、
   前記下段原料充填層上に前記上段系造粒工程の配合原料造粒物を装入することで、上段原料充填層を形成する上段原料充填層形成工程と、
   前記下段原料充填層の表面および前記上段原料充填層の表面をそれぞれ点火するとともに、前記下段原料充填層および前記上段原料充填層中の空気を下方に吸引する焼成工程と、を含むことを特徴とする、焼結鉱の製造方法。
2. 前記造粒機はドラムミキサーであることを特徴とする、請求項１記載の焼結鉱の製造方法。
3. 前記炭材投入工程では、前記造粒機から排出された前記主配合原料の造粒物に、当該造粒物を前記下段系サージホッパ内に装入する前までに、前記炭材を投入す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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