JP7260786B2 - 焼結原料の配合方法及び焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼結原料を配合する方法と、この配合方法によって得られた焼結原料を用いて焼結鉱を製造する方法に関する。

焼結鉱の原料として、ピソライト鉄鉱石が用いられている。特許文献１では、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が１．５質量％以下である低Ａｌ_２Ｏ_３含有ピソライト鉄鉱石を、ピソライト鉄鉱石中で５０質量％以上用いることが記載されている。また、特許文献２には、ピソライト鉱石として、アルミナ含有量が２．５ｍａｓｓ％以上のピソライト鉱石と、アルミナ含有量が１．５ｍａｓｓ％以下のピソライト鉱石を併用することが記載されている。

特開２００１－２７９３３４号公報 特開平１０－１２１１５４号公報

特許文献１，２によれば、ピソライト鉄鉱石を、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が低いものと、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が高いものとに区別している。一方、特許文献１，２では、鉄鉱石の粒度については着目していない。

本願発明者によれば、鉄鉱石のＡｌ_２Ｏ_３含有量及び粒度に関する座標系において、複数種類の鉄鉱石を分類し、所定の分類に属する鉄鉱石を所定の配合割合で配合することにより、焼結鉱の生産率を向上させることが分かり、本発明を完成するに至った。

本発明は、下記式（１），（２）の条件を満たすように複数種類の鉄鉱石を配合することを特徴とする焼結原料の配合方法である。
７４≦（Ｗｂ＋Ｗｃ） ・・・（１）
１００×Ｗｂ／（Ｗｂ＋Ｗｃ）≧５０ ・・・（２）

Ｗｂは、焼結原料に含まれるすべての鉄鉱石に対して、第１分類に属する鉄鉱石が占める質量の割合である。Ｗｃは、焼結原料に含まれるすべての鉄鉱石に対して、第２分類に属する鉄鉱石が占める質量の割合である。第１分類及び第２分類は、全鉄含有量に対するアルミナ含有量の質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅと、直径が０．２５ｍｍ以下である粒子の全粒子に対する質量比率Ｄ_{－０．２５}とを座標軸とした座標系において、下記条件によって区画される領域である。

＜第１分類の条件＞
ＣＢ２＿ＡＴ＜質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅ＜ＣＢ１＿ＡＴ 及び
質量比率Ｄ_{－０．２５}＜ＣＢ＿Ｄｒ

＜第２分類の条件＞
ＣＢ２＿ＡＴ＜質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅ＜ＣＢ１＿ＡＴ 及び
ＣＢ＿Ｄｒ＜質量比率Ｄ_{－０．２５}

ＣＢ１＿ＡＴ、ＣＢ２＿ＡＴ及びＣＢ＿Ｄｒのそれぞれは、下記範囲内の値である。
０．０３５＜ＣＢ１＿ＡＴ≦０．０４５
０．０２０＜ＣＢ２＿ＡＴ≦０．０２３
１０≦ＣＢ＿Ｄｒ≦２０

上記式（２）の代わりに、下記式（３）を用いることができる。
１００×Ｗｂ／（Ｗｂ＋Ｗｃ）≧７０ ・・・（３）

第１焼結機での焼結鉱の製造においては、上記式（１），（２）の条件を満たすように複数種類の鉄鉱石を配合することができる。一方、第１焼結機とは異なる第２焼結機での焼結鉱の製造においては、下記式（４），（５）の条件を満たすように複数種類の鉄鉱石を配合することができる。
（Ｗｂ＋Ｗｃ）＜１０ ・・・（４）
Ｗａ＜４３ ・・・（５）

Ｗａは、焼結原料に含まれるすべての鉄鉱石に対して、第３分類に属する鉄鉱石が占める質量の割合である。第３分類は、上述した座標系において、下記条件によって区画される領域である。

＜第３分類の条件＞
ＣＢ１＿ＡＴ＜質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅ 及び
質量比率Ｄ_{－０．２５}＜ＣＢ＿Ｄｒ

本発明の配合方法によって得られた焼結原料を用いて焼結鉱を製造することができる。ここで、上記式（１），（２）の条件を満たすように複数種類の鉄鉱石を配合したときには、第１焼結機において焼結鉱を製造することができる。一方、上記式（４），（５）の条件を満たすように複数種類の鉄鉱石を配合したときには、第１焼結機とは異なる第２焼結機において焼結鉱を製造することができる。

本発明によれば、焼結鉱の生産率を向上させることができる。

複数種類の鉄鉱石の分類を説明する図である。 所定の鉄鉱石の配合割合の合計（Ｗｂ＋Ｗｃ）と、焼結鉱におけるＡｌ_２Ｏ_３の含有量との関係を示す図である。 所定の鉄鉱石の配合割合の合計（Ｗｂ＋Ｗｃ）と、直径が０．２５ｍｍ以下である粒子（鉄鉱石）の割合との関係を示す図である。 所定の鉄鉱石の配合割合の合計（Ｗｂ＋Ｗｃ）と、焼結鉱の生産率との関係を示す図である。 分類座標系において、各分類の領域と、各鉄鉱石の位置関係を示す図である。

本実施形態は、焼結鉱製造用の原料（以下、焼結原料という）のうち、鉄鉱石を配合する方法であり、以下に説明するように複数種類の鉄鉱石を分類し、所定の分類に属する鉄鉱石を所定の配合割合で配合するものである。このように配合された焼結原料を用いて焼結鉱を製造することにより、焼結鉱の生産率を向上させることができる。

（鉄鉱石の分類方法）
複数種類の鉄鉱石の分類方法について説明する。この分類方法では、鉄鉱石を分類するための座標系（以下、分類座標系という）を規定しており、分類座標系は、２つの座標軸によって表される。一方の座標軸は、鉄鉱石について、全鉄（Ｔ．Ｆｅ）の含有量に対するＡｌ_２Ｏ_３の含有量の質量比（以下、質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅという）［－］である。他方の座標軸は、鉄鉱石（粒子）について、直径が０．２５ｍｍ以下である粒子の全粒子に対する質量比率（以下、質量比率Ｄ_{－０．２５}という）［質量％］である。

質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅは、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量をＴ．Ｆｅの含有量で除算した値である。質量比率Ｄ_{－０．２５}は、直径が０．２５ｍｍ以下である粒子の質量を、鉄鉱石を構成するすべての粒子の質量で除算し、この除算値に１００を乗算した値である。

本実施形態では、上述したように質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅ及び質量比率Ｄ_{－０．２５}に着目している。この理由について、以下に説明する。

焼結鉱の品質を左右する鉄鉱石の化学成分としては、ＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３が挙げられる。ここで、ＳｉＯ_２は、鉄鉱石に含まれる成分だけでなく、珪石や橄欖岩などの副原料の添加によっても調整される。Ａｌ_２Ｏ_３については、焼成中に生成する融液の量と粘度、表面張力への影響度合いがＳｉＯ_２と同等であり、Ａｌ_２Ｏ_３は、鉄鉱石にのみ由来する。この点を考慮すると、鉄鉱石を分類する上では、ＳｉＯ_２ではなく、Ａｌ_２Ｏ_３に着目することが好ましい。

一方、鉄鉱石に含まれる結晶水は、焼成時の加熱によって取り除かれ、融液が生成する温度域では、結晶水が取り除かれた後の成分が支配的となる。この点を考慮すると、Ａｌ_２Ｏ_３だけに着目するのではなく、Ｔ．Ｆｅの含有量に対するＡｌ_２Ｏ_３の含有量の割合（すなわち、質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅ）に着目することが好ましい。

鉄鉱石の粒度は、焼成時の通気性に影響を与え、通気性が良好であるほど、焼成速度（すなわち、ＦＦＳ：Flame Front Speed）が高くなる。したがって、焼結鉱の生産率を向上させる上では、鉄鉱石の粒度が重要な因子となる。本実施形態において、鉄鉱石の粒度については、過去の操業実績を考慮して、直径が０．２５ｍｍ以下である粒子に着目している。

分類座標系では、質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅ及び質量比率Ｄ_{－０．２５}のそれぞれについて、分類のための境界（以下、分類境界という）が設定される。具体的には、質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅについては、２つの分類境界が設定され、質量比率Ｄ_{－０．２５}については、少なくとも１つの分類境界が設定される。

質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅに関する第１分類境界ＣＢ１＿ＡＴは、ローブリバー鉱及びヤンディクージナ鉱を区別するための分類境界（質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅ）であり、０．０３５［－］よりも高く、０．０４５［－］以下の範囲内の任意の値に設定される。例えば、第１分類境界ＣＢ１＿ＡＴを０．０４０［－］とすることができる。

質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅに関する第２分類境界ＣＢ２＿ＡＴは、豪州系鉄鉱石及び南米系鉄鉱石を区別するための分類境界（質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅ）であり、０．０２０［－］よりも高く、０．０２３［－］以下の範囲内の任意の値に設定される。第２分類境界ＣＢ２＿ＡＴは、第１分類境界ＣＢ１＿ＡＴよりも低く、例えば、第２分類境界ＣＢ２＿ＡＴを０．０２３とすることができる。

質量比率Ｄ_{－０．２５}に関する分類境界ＣＢ＿Ｄｒは、ピソライト鉄鉱石と、ピソライト鉄鉱石以外の鉄鉱石とを区別するための分類境界（質量比率Ｄ_{－０．２５}）であり、１０［質量％］以上であって、２０［質量％］以下の範囲内の任意の値に設定される。例えば、分類境界ＣＢ＿Ｄｒを１５［質量％］とすることができる。

質量比率Ｄ_{－０．２５}に関する補足的な分類境界ＣＢ＿Ｄｓを設定することができる。分類境界ＣＢ＿Ｄｓは、選鉱が行われた鉄鉱石と、選鉱が行われていない鉄鉱石とを区別するための分類境界（質量比率Ｄ_{－０．２５}）であり、３０［質量％］以上であって、４０［質量％］以下の範囲内の任意の値に設定することができる。例えば、分類境界ＣＢ＿Ｄｓを３５［質量％］とすることができる。

本実施形態では、上述した質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅ及び質量比率Ｄ_{－０．２５}の分類境界に基づいて、分類ＣＬ１～ＣＬ５を規定する。具体的には、分類ＣＬ１～ＣＬ５は、下記条件（Ｉ）～（Ｖ）によってそれぞれ規定される。図１には、分類座標系において、分類ＣＬ１～ＣＬ５の位置関係を示す。なお、分類ＣＬ２は本発明の第１分類に相当し、分類ＣＬ３は本発明の第２分類に相当し、分類ＣＬ１は本発明の第３分類に相当する。

＜分類ＣＬ１の条件（Ｉ）＞
ＣＢ１＿ＡＴ＜質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅ 及び
質量比率Ｄ_{－０．２５}＜ＣＢ＿Ｄｒ
＜分類ＣＬ２の条件（ＩＩ）＞
ＣＢ２＿ＡＴ＜質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅ＜ＣＢ１＿ＡＴ 及び
質量比率Ｄ_{－０．２５}＜ＣＢ＿Ｄｒ
＜分類ＣＬ３の条件（ＩＩＩ）＞
ＣＢ２＿ＡＴ＜質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅ＜ＣＢ１＿ＡＴ 及び
ＣＢ＿Ｄｒ＜質量比率Ｄ_{－０．２５}
（又は、ＣＢ＿Ｄｒ＜質量比率Ｄ_{－０．２５}＜ＣＢ＿Ｄｓ）
＜分類ＣＬ４の条件（ＩＶ）＞
質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅ＜ＣＢ２＿ＡＴ 及び
ＣＢ＿Ｄｒ＜質量比率Ｄ_{－０．２５}＜ＣＢ＿Ｄｓ
＜分類ＣＬ５の条件（Ｖ）＞
質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅ＜ＣＢ２＿ＡＴ 及び
ＣＢ＿Ｄｓ＜質量比率Ｄ_{－０．２５}

鉄鉱石が分類ＣＬ１～ＣＬ５のいずれに属するかを決定するためには、鉄鉱石について、質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅ及び質量比率Ｄ_{－０．２５}を求め、上記条件（Ｉ）～（Ｖ）のいずれに該当するかを判断すればよい。質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅについては、鉄鉱石の化学分析（ＪＩＳ Ｍ８２０２）によって、Ｔ．Ｆｅ及びＡｌ_２Ｏ_３の含有量をそれぞれ測定すればよい。質量比率Ｄ_{－０．２５}については、直径が０．２５ｍｍ以下である粒子を篩い分けし（ＪＩＳ Ｍ８７０６）、篩い分け前の鉄鉱石（すべての粒子）の質量と、直径が０．２５ｍｍ以下である粒子の質量とを測定すればよい。

（鉄鉱石の配合条件）
次に、焼結鉱を製造するために、複数種類の鉄鉱石を配合するときの配合条件について説明する。ここで、分類ＣＬ１に属する鉄鉱石の配合割合をＷａ［質量％］、分類ＣＬ２に属する鉄鉱石の配合割合をＷｂ［質量％］、分類ＣＬ３に属する鉄鉱石の配合割合をＷｃ［質量％］とする。配合割合Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃのそれぞれは、配合されるすべての鉄鉱石の質量に対して、各分類に属する鉄鉱石の質量の割合である。

分類ＣＬ２に属する鉄鉱石と、分類ＣＬ３に属する鉄鉱石については、下記の式（１）及び式（２）の条件を満足するように配合する。
７４≦（Ｗｂ＋Ｗｃ） ・・・（１）
１００×Ｗｂ／（Ｗｂ＋Ｗｃ）≧５０ ・・・（２）

上記式（１），（２）に関して、配合割合Ｗｃは０［質量％］であってもよく、分類ＣＬ３に属する鉄鉱石を省略することもできる。上記式（１），（２）の条件を満足するように、分類ＣＬ２及び分類ＣＬ３に属する鉄鉱石を配合することにより、焼結鉱の生産率を向上させることができる。この理由について、以下に説明する。

図２には、焼結鉱におけるＡｌ_２Ｏ_３の含有量［質量％］と、「Ｗｂ＋Ｗｃ」との関係を示す。なお、図２に示す黒丸は、通常の操業条件に相当する値であり、本実施形態では、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量の基準とする。ここで、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が低いほど、焼結鉱の歩留が向上しやすくなる。

図２において、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が７４［質量％］以上であるとき、配合割合Ｗｂ，Ｗｃの大小関係に応じて、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量の挙動が変化する。配合割合Ｗｂ，Ｗｃが互いに等しかったり、配合割合Ｗｂが配合割合Ｗｃよりも低かったりするとき、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が変化しても、焼結鉱のＡｌ_２Ｏ_３の含有量はほぼ変わらない。一方、配合割合Ｗｂが配合割合Ｗｃよりも高いとき、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が７４［質量％］から増加するほど、焼結鉱のＡｌ_２Ｏ_３の含有量が低下する。

図３には、質量比率Ｄ_{－０．２５}及び「Ｗｂ＋Ｗｃ」の関係を示す。なお、図３に示す黒丸は、通常の操業条件に相当する値であり、本実施形態では、質量比率Ｄ_{－０．２５}の基準とする。ここで、質量比率Ｄ_{－０．２５}が低いほど、焼成時における通気性が向上しやすくなる。

図３において、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が７４［質量％］以上であるとき、配合割合Ｗｂ，Ｗｃの大小関係に応じて、質量比率Ｄ_{－０．２５}の挙動が変化する。配合割合Ｗｂが配合割合Ｗｃよりも低いとき、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が７４［質量％］から増加するほど、質量比率Ｄ_{－０．２５}が上昇する。配合割合Ｗｂ，Ｗｃが互いに等しかったり、配合割合Ｗｂが配合割合Ｗｃよりも高かったりするとき、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が７４［質量％］から増加するほど、質量比率Ｄ_{－０．２５}が低下する。

図４には、焼結鉱の生産率及び「Ｗｂ＋Ｗｃ」の関係を示す。なお、図４に示す黒丸は、通常の操業条件に相当する値であり、本実施形態では、生産率の基準とする。ここで、焼結鉱の生産率は、上述した歩留及び通気性に依存する。具体的には、歩留及び通気性の相互作用によって、焼結鉱の生産率が決定される。例えば、歩留及び通気性が共に向上すれば、焼結鉱の生産率が向上し、歩留及び通気性が共に悪化すれば、焼結鉱の生産率が低下する。

図４において、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が７４［質量％］以上であるとき、配合割合Ｗｂ，Ｗｃの大小関係に応じて、生産率の挙動が変化する。以下、配合割合Ｗｂ，Ｗｃの大小関係について、場合分けをして説明する。

図４に示すように、配合割合Ｗｂが配合割合Ｗｃよりも低いとき、言い換えれば、「１００×Ｗｂ／（Ｗｂ＋Ｗｃ）」が５０未満であるとき、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が７４［質量％］から増加するほど、生産率が低下する。配合割合Ｗｂが配合割合Ｗｃよりも低いとき、図２に示すようにＡｌ_２Ｏ_３の含有量（言い換えれば、焼結鉱の歩留）が変化しにくいとともに、図３に示すように質量比率Ｄ_{－０．２５}が上昇して通気性が悪化しやすくなる。ここで、通気性の悪化効果が顕著になるため、歩留及び通気性の相互作用の結果として、図４に示すように、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が７４［質量％］から増加するほど、生産率が低下することになる。

図４に示すように、配合割合Ｗｂ，Ｗｃが互いに等しいとき、言い換えれば、「１００×Ｗｂ／（Ｗｂ＋Ｗｃ）」が５０であるとき、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が７４［質量％］から増加するほど、生産率が向上する。配合割合Ｗｂ，Ｗｃが互いに等しいとき、図２に示すようにＡｌ_２Ｏ_３の含有量（言い換えれば、焼結鉱の歩留）が変化しにくいとともに、図３に示すように質量比率Ｄ_{－０．２５}が低下して通気性が向上しやすくなる。ここで、通気性の向上効果が顕著になるため、歩留及び通気性の相互作用の結果として、図４に示すように、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が７４［質量％］から増加するほど、生産率が向上することになる。

図４に示すように、配合割合Ｗｂが配合割合Ｗｃよりも高いとき、言い換えれば、「１００×Ｗｂ／（Ｗｂ＋Ｗｃ）」が５０よりも高いとき、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が７４［質量％］から増加するほど、生産率が向上する。配合割合Ｗｂが配合割合Ｗｃよりも高いとき、図２に示すようにＡｌ_２Ｏ_３の含有量が低下して焼結鉱の歩留が向上しやすくなるとともに、図３に示すように質量比率Ｄ_{－０．２５}が低下して通気性が向上しやすくなる。ここで、歩留及び通気性が共に向上するため、歩留及び通気性の相互作用の結果として、図４に示すように、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が７４［質量％］から増加するほど、生産率が向上することになる。ここで、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が同一の値であるとき、配合割合Ｗｂが配合割合Ｗｃよりも高いときの生産率は、配合割合Ｗｂ，Ｗｃが互いに等しいときの生産率よりも高くなる。

上述した理由により、上記式（１），（２）の条件を満足するように、分類ＣＬ２及び分類ＣＬ３に属する鉄鉱石を配合すれば、焼結鉱の生産率を向上させることができる。

一方、上記式（２）の条件に関しては、下記式（３）の条件とすることが好ましい。
１００×Ｗｂ／（Ｗｂ＋Ｗｃ）≧７０ ・・・（３）

上記式（１）及び上記式（３）の条件を満足するように鉄鉱石を配合することにより、焼結鉱におけるリンの含有量を低減することができる。リンの含有量を低減すれば、製鋼における脱リン処理の負荷を低減することができる。

次に、上記式（１）に示すように、「Ｗｂ＋Ｗｃ」を７４［質量％］以上としたときには、分類ＣＬ２，ＣＬ３に属する鉄鉱石が積極的に用いられ、他の分類ＣＬ１，ＣＬ４，ＣＬ５に属する鉄鉱石が余りやすくなってしまう。そこで、上記式（１），（２）の条件を満足するように鉄鉱石を配合する一方で、下記式（４），（５）の条件を満足するように鉄鉱石を配合することができる。また、焼結原料となる複数種類の鉄鉱石が、上記式（１），（２）の条件を満足していないとともに、下記式（４），（５）の条件を満足していなくても、これらの鉄鉱石を、上記式（１），（２）の条件を満足する複数種類の鉄鉱石と、下記式（４），（５）の条件を満足する複数種類の鉄鉱石とに振り分けることができる。

（Ｗｂ＋Ｗｃ）＜１０ ・・・（４）
Ｗａ＜４３ ・・・（５）

上記式（５）について、配合割合Ｗａは０［質量％］であってもよく、分類ＣＬ１に属する鉄鉱石を省略することもできる。上記式（４），（５）の条件を満足するように、分類ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３に属する鉄鉱石を配合することにより、焼結鉱の生産率を向上させることができる。以下、この理由について説明する。

図２において、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が１０［質量％］未満であるとき、配合割合Ｗａに応じて、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量の挙動が変化する。配合割合Ｗａが４３［質量％］であったり、配合割合Ｗａが４３［質量％］よりも低かったりするとき、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が１０［質量％］から減少するほど、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が低下する。一方、配合割合Ｗａが４３［質量％］よりも高いとき、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が１０［質量％］から減少するほど、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が上昇する。

図３において、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が１０［質量％］未満であるとき、配合割合Ｗａに応じて、質量比率Ｄ_{－０．２５}の挙動が変化する。配合割合Ｗａが４３［質量％］であったり、配合割合Ｗａが４３［質量％］よりも低かったりするとき、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が１０［質量％］から減少するほど、質量比率Ｄ_{－０．２５}が上昇する。一方、配合割合Ｗａが４３［質量％］よりも高いとき、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が１０［質量％］から減少するほど、質量比率Ｄ_{－０．２５}が低下する。

図４において、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が１０［質量％］未満であるとき、配合割合Ｗａに応じて、生産率の挙動が変化する。以下、配合割合Ｗａについて、場合分けをして説明する。

図４に示すように、配合割合Ｗａが４３［質量％］よりも高いとき、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が１０［質量％］から減少するほど、生産率が低下する。配合割合Ｗａが４３［質量％］よりも高いとき、図２に示すようにＡｌ_２Ｏ_３の含有量が上昇して焼結鉱の歩留が低下しやすくなる一方で、図３に示すように質量比率Ｄ_{－０．２５}が低下して通気性が向上しやすくなる。ここで、歩留の低下効果が通気性の向上効果よりも高くなるため、歩留及び通気性の相互作用の結果として、図４に示すように、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が１０［質量％］から減少するほど、生産率が低下することになる。

図４に示すように、配合割合Ｗａが４３［質量％］であるとき、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が変化しても、生産率は変化しにくい。配合割合Ｗａが４３［質量％］であるとき、図２に示すようにＡｌ_２Ｏ_３の含有量が低下して焼結鉱の歩留が向上しやすくなる一方で、図３に示すように質量比率Ｄ_{－０．２５}が上昇して通気性が悪化しやすくなる。ここで、歩留の向上効果と通気性の悪化効果が相殺されるため、歩留及び通気性の相互作用の結果として、図４に示すように、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が変化しても、生産率が変化しにくくなる。

図４に示すように、配合割合Ｗａが４３［質量％］よりも低いとき、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が１０［質量％］から減少するほど、生産率が向上する。配合割合Ｗａが４３［質量％］よりも低いとき、図２に示すようにＡｌ_２Ｏ_３の含有量が低下して焼結鉱の歩留が向上しやすくなる一方で、図３に示すように質量比率Ｄ_{－０．２５}が上昇して通気性が悪化しやすくなる。ここで、歩留の向上効果が通気性の悪化効果よりも高くなるため、歩留及び通気性の相互作用の結果として、図４に示すように、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が１０［質量％］から減少するほど、生産率が向上することになる。

上述した理由により、上記式（４），（５）の条件を満足するように、分類ＣＬ１～ＣＬ３に属する鉄鉱石を配合すれば、焼結鉱の生産率を向上させることができる。

複数種類の鉄鉱石Ａ～Ｌを用意した。各鉄鉱石Ａ～Ｌの化学成分及び粒度分布を下記表１に示す。

鉄鉱石Ａ～Ｌの化学成分に関して、Ｔ．Ｆｅ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣＷ及びＰは、ＪＩＳ Ｍ８２０２の規定に従って測定した。質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅは、Ｔ．Ｆｅ及びＡｌ_２Ｏ_３の測定結果から算出した。

粒度分布については、直径が１ｍｍ以下である粒子の全粒子に対する質量比率Ｄ_－１と、直径が０．２５ｍｍ以下である粒子の全粒子に対する質量比率Ｄ_{－０．２５}とを測定した。直径が１ｍｍ以下である粒子の質量や、直径が０．２５ｍｍ以下である粒子の質量は、ＪＩＳ Ｍ８７０６の規定に従って測定した。

各鉄鉱石Ａ～Ｌについて、質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅ及び質量比率Ｄ_{－０．２５}を求めることにより、上記条件（Ｉ）～（Ｖ）に基づいて、各鉄鉱石Ａ～Ｌが属する分類を決めた。上記表１には、各鉄鉱石Ａ～Ｌが属する分類も示している。また、図５には、分類座標系において、分類ＣＬ１～ＣＬ５の領域と、各鉄鉱石Ａ～Ｌの位置関係を示している。本実施例では、第１分類境界ＣＢ１＿ＡＴを０．０４０［－］とし、第２分類境界ＣＢ２＿ＡＴを０．０２３［－］とし、分類境界ＣＢ＿Ｄｒを１５［質量％］とし、分類境界ＣＢ＿Ｄｓを３５［質量％］とした。

下記表２には、焼結原料（鉄鉱石、石灰石及び橄欖岩）と、この焼結原料の配合割合を示す。実施例１～３、比較例１～４および参考例１～２では、鉄鉱石Ａ～Ｌの配合割合が異なっており、石灰石及び橄欖岩の配合割合は同一としている。なお、下記表２に示す焼結原料に加えて、１５［質量％］（外数）の返鉱と、４．５［質量％］（外数）の炭材を配合した。

実施例１～３、比較例１～４および参考例１～２について、焼結鍋試験を行った。焼結鍋試験では、まず、任意の直径及び高さを有する円筒形状の焼結鍋に焼結原料を充填した。ここで、焼結鉱（２．０ｋｇ）を床敷として焼結鍋にセットした後、床敷上に焼結原料を充填した。そして、焼結鍋内の焼結原料層の表面を点火するとともに、焼結鍋の下部に設置された風箱からブロワによって空気を吸引した。これにより、焼結原料層での焼結プロセスをシミュレートすることができる。

本実施例では、直径が３００ｍｍであり、高さが５００ｍｍである焼結鍋を用いた。９．８ｋＰａの負圧で空気を吸引しながら、焼結鍋内の焼結原料層の表面をバーナによって１分間点火することにより、焼結を開始した。風箱に設置した温度センサによって排ガスの温度を測定し続け、排ガスの温度が最大値に到達したタイミングから３分が経過したときに焼結を終了した。焼結鉱を製造した後、焼結鉱に含まれる化学成分（ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｐ）を測定するとともに、焼結鉱の生産率、歩留及びＦＦＳを求めた。

焼結鉱の生産率は、成品である焼結鉱の重量を焼結時間で除算し、この除算値を焼結鍋の鍋底面積で除算した値である。ここで、焼結時間は、焼結原料層の表面の点火を開始した時刻から、排ガスの温度が最大値に到達した時刻までの時間とした。

焼結鉱の歩留については、以下のように算出した。焼結後のケーキを、２．０ｍの高さから４回落下させた後、落下物を篩（直径５ｍｍ）で分級し、篩上の重量から床敷の重量（２．０ｋｇ）を減算した値を焼結鉱の重量とした。この焼結鉱の重量を、ケーキの重量から床敷の重量（２．０ｋｇ）を減算した値で除算した値を歩留とした。

ＦＦＳは、焼結鍋に焼結原料を充填したときの焼結原料層の層厚（焼結鍋の高さ方向のサイズ）を、焼結時間で除算した値である。

下記表３には、実施例１～３、比較例１～４および参考例１～２について、焼結鉱中の化学成分（ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｐ）、焼結鉱の生産率、歩留及びＦＦＳを示す。また、下記表３には、上記式（１）～（３）における「Ｗｂ＋Ｗｃ」、「１００×Ｗｂ／（Ｗｂ＋Ｗｃ）」及びＷａを示すとともに、質量比率Ｄ_{－０．２５}を示す。

上記表３に示す結果によれば、実施例１～３については、比較例１～４よりも生産率が向上した。

比較例１，２について、「Ｗｂ＋Ｗｃ」を４７．６［質量％］から６８．３［質量％］に増加させると、焼結鉱中のＡｌ_２Ｏ_３が上昇して歩留が低下した。一方、比較例１，２では、質量比率Ｄ_{－０．２５}が２１．３［質量％］から１７．５［質量％］に低下することによりＦＦＳが上昇した。ここで、ＦＦＳの影響よりも歩留の影響が大きかったため、比較例２の生産率は、比較例１の生産率よりも低下した。

上述したように、「Ｗｂ＋Ｗｃ」を４７．６［質量％］から６８．３［質量％］に増加させると、焼結鉱中のＡｌ_２Ｏ_３が上昇するが、比較例３及び実施例１～３によれば、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が７４［質量％］以上になると、焼結鉱中のＡｌ_２Ｏ_３が減少に転じることが分かった。特に、「Ｗｂ＋Ｗｃ」が９０［質量％］以上になると、比較例３及び実施例２，３から分かるように、焼結鉱中のＡｌ_２Ｏ_３が低下しやすくなり、歩留が改善された。

「Ｗｂ＋Ｗｃ」が７４［質量％］以上であっても、「１００×Ｗｂ／（Ｗｂ＋Ｗｃ）」が５０以上であるか否かに応じて、生産率が変化する。比較例３では、上記式（１）の条件を満たすが、上記式（２）の条件を満たしていなく、生産率が２８．１［ｔ／ｄ／ｍ^２］であった。実施例２，３では、上記式（１），（２）の両方の条件を満たしており、生産率が３０．５［ｔ／ｄ／ｍ^２］となり、比較例３よりも生産率が大幅に上昇した。比較例４では、上記式（１），（２）の両方の条件を満たしていなく、生産率が２２．６［ｔ／ｄ／ｍ^２］となり、最も生産率が低くなった。

実施例１，２は、上記式（１），（２）の両方の条件を満たすが、実施例３は、上記条件（１），（３）の両方の条件を満たす。実施例３によれば、「１００×Ｗｂ／（Ｗｂ＋Ｗｃ）」を７０以上とすることにより、実施例１，２と比べて、焼結鉱に含まれるリンを低減することができた。これにより、製鋼における脱リン処理の負荷を低減することができる。

「Ｗｂ＋Ｗｃ」が１０［質量％］未満であるとき、Ｗａが４３［質量％］未満であるか否かに応じて、生産率が変化する。参考例２では、上記式（４）の条件を満たすが、上記式（５）の条件を満たしていなく、生産率が２６．５［ｔ／ｄ／ｍ^２］であった。参考例１では、上記式（４），（５）の両方の条件を満たしており、生産率が２８．９［ｔ／ｄ／ｍ^２］となり、参考例２よりも生産率が大幅に上昇した。

以上の結果より、２機の焼結機を有する製鉄所において、その原料構成が上記式（１）及び上記式（２）の条件を満たさないとともに、上記式（４）及び上記式（５）の条件を満たさない場合であっても、第１焼結機で上記式（１），（２）、又は、上記式（１），（３）の条件を満たすように複数種類の鉄鉱石を配合する一方、第１焼結機とは異なる第２焼結機で上記式（４），（５）の条件を満たすように複数種類の鉄鉱石を配合することで、２機の焼結機で使用される焼結原料をともに同じ原料構成とする場合に比較して、生産性が向上することが明らかである。

Claims (5)

1. 下記式（１），（２）の条件を満たすように複数種類の鉄鉱石を配合することを特徴とする焼結原料の配合方法。
   ７４≦（Ｗｂ＋Ｗｃ） ・・・（１）
   １００×Ｗｂ／（Ｗｂ＋Ｗｃ）≧５０ ・・・（２）
   Ｗｂは、焼結原料に含まれるすべての鉄鉱石に対して、第１分類に属する鉄鉱石が占める質量の割合であり、
   Ｗｃは、焼結原料に含まれるすべての鉄鉱石に対して、第２分類に属する鉄鉱石が占める質量の割合であり、
   前記第１分類及び前記第２分類は、全鉄含有量に対するアルミナ含有量の質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅと、直径が０．２５ｍｍ以下である粒子の全粒子に対する質量比率Ｄ_{－０．２５}とを座標軸とした座標系において、下記条件によって区画される領域である。
   ＜第１分類の条件＞
   ＣＢ２＿ＡＴ＜質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅ＜ＣＢ１＿ＡＴ 及び
   質量比率Ｄ_{－０．２５}＜ＣＢ＿Ｄｒ
   ＜第２分類の条件＞
   ＣＢ２＿ＡＴ＜質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅ＜ＣＢ１＿ＡＴ 及び
   ＣＢ＿Ｄｒ＜質量比率Ｄ_{－０．２５}
   ＣＢ１＿ＡＴ、ＣＢ２＿ＡＴ及びＣＢ＿Ｄｒのそれぞれは、下記範囲内の値である。
   ０．０３５＜ＣＢ１＿ＡＴ≦０．０４５
   ０．０２０＜ＣＢ２＿ＡＴ≦０．０２３
   １０≦ＣＢ＿Ｄｒ≦２０
2. 下記式（３）の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の焼結原料の配合方法。
   １００×Ｗｂ／（Ｗｂ＋Ｗｃ）≧７０ ・・・（３）
3. 第１焼結機での焼結鉱の製造においては、前記式（１），（２）の条件を満たすように複数種類の鉄鉱石を配合し、
   前記第１焼結機とは異なる第２焼結機での焼結鉱の製造においては、下記式（４），（５）の条件を満たすように複数種類の鉄鉱石を配合することを特徴とする請求項１又は２に記載の焼結原料の配合方法。
   （Ｗｂ＋Ｗｃ）＜１０ ・・・（４）
   Ｗａ＜４３ ・・・（５）
   Ｗａは、焼結原料に含まれるすべての鉄鉱石に対して、第３分類に属する鉄鉱石が占める質量の割合であり、
   前記第３分類は、前記座標系において、下記条件によって区画される領域である。
   ＜第３分類の条件＞
   ＣＢ１＿ＡＴ＜質量比Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔ．Ｆｅ 及び
   質量比率Ｄ_{－０．２５}＜ＣＢ＿Ｄｒ
4. 請求項１又は２に記載の配合方法によって得られた焼結原料を用いて焼結鉱を製造することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
5. 請求項３に記載の配合方法によって得られた焼結原料を用いて、前記第１焼結機及び前記第２焼結機のそれぞれにおいて焼結鉱を製造することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
   

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