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特開2024-64028鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法、鉄鉱石ペレットの製造方法及び鉄鉱石ペレット
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024064028
(43)【公開日】2024-05-14
(54)【発明の名称】鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法、鉄鉱石ペレットの製造方法及び鉄鉱石ペレット
(51)【国際特許分類】
C22B 1/14 20060101AFI20240507BHJP
C21B 5/00 20060101ALI20240507BHJP
C22B 1/16 20060101ALI20240507BHJP
【ＦＩ】
C22B1/14
C21B5/00 301
C22B1/16 R
C21B5/00 302
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022172312
(22)【出願日】2022-10-27
(71)【出願人】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】100159499
【弁理士】
【氏名又は名称】池田 義典
(74)【代理人】
【識別番号】100120329
【弁理士】
【氏名又は名称】天野 一規
(74)【代理人】
【識別番号】100159581
【弁理士】
【氏名又は名称】藤本 勝誠
(74)【代理人】
【識別番号】100106264
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 耕治
(72)【発明者】
【氏名】森岡 耕一
(72)【発明者】
【氏名】梶山 雄貴
(72)【発明者】
【氏名】加藤 嗣憲
(72)【発明者】
【氏名】瀧口 裕太
【テーマコード（参考）】
4K001
4K012
【Ｆターム（参考）】
4K001AA10
4K001BA02
4K001CA22
4K001CA26
4K001DA10
4K001GA02
4K001HA01
4K001HA09
4K001KA02
4K001KA06
4K001KA07
4K012BA07
(57)【要約】 （修正有）
【課題】鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法及びこの判定方法を用いた鉄鉱石ペレットの製造方法を提供する。
【解決手段】高炉操業に用いる自溶性の鉄鉱石ペレットの製造方法であって、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上となるようにＣａＯ及びＭｇＯを含む副原料を鉱石原料に配合する工程と、混合原料から生ペレットを造粒する工程と、生ペレットに強度を付与する塊成化工程とを備え、式１で示される温度Ｔ１を１１００℃以上又は式２で示される温度Ｔ２を１３５０℃以上とする。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００・・・２
Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯはＦｅＯの割合［質量％］、Ｃ／ＳはＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／ＳはＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは総鉄分の割合［質量％］である。
【選択図】図１
【解決手段】高炉操業に用いる自溶性の鉄鉱石ペレットの製造方法であって、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上となるようにＣａＯ及びＭｇＯを含む副原料を鉱石原料に配合する工程と、混合原料から生ペレットを造粒する工程と、生ペレットに強度を付与する塊成化工程とを備え、式１で示される温度Ｔ１を１１００℃以上又は式２で示される温度Ｔ２を１３５０℃以上とする。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００・・・２
Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯはＦｅＯの割合［質量％］、Ｃ／ＳはＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／ＳはＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは総鉄分の割合［質量％］である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
高炉操業に用いられ、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上である自溶性の鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法であって、
融着開始温度Ｔ１としての下記式１又は急速収縮温度Ｔ２としての下記式２を用いる鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
融着開始温度Ｔ１としての下記式１又は急速収縮温度Ｔ２としての下記式２を用いる鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
【請求項2】
上記式１及び上記式２を共に用いる請求項１に記載の鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法。
【請求項3】
高炉操業に用いられる自溶性の鉄鉱石ペレットの製造方法であって、
ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上となるように、ＣａＯ及びＭｇＯを含む副原料を鉱石原料に配合する原料配合工程と、
上記原料配合工程で得られた混合原料から生ペレットを造粒する造粒工程と、
上記生ペレットに強度を付与する塊成化工程と
を備え、
下記式１で示される温度Ｔ１を１１００℃以上、又は下記式２で示される温度Ｔ２を１３５０℃以上とする鉄鉱石ペレットの製造方法。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上となるように、ＣａＯ及びＭｇＯを含む副原料を鉱石原料に配合する原料配合工程と、
上記原料配合工程で得られた混合原料から生ペレットを造粒する造粒工程と、
上記生ペレットに強度を付与する塊成化工程と
を備え、
下記式１で示される温度Ｔ１を１１００℃以上、又は下記式２で示される温度Ｔ２を１３５０℃以上とする鉄鉱石ペレットの製造方法。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
【請求項4】
上記温度Ｔ１を１１００℃以上とし、かつ上記温度Ｔ２を１３５０℃以上とする請求項３に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
【請求項5】
上記原料配合工程で、ＣａＯ量、ＭｇＯ量、ＳｉＯ２量及び鉄量を調整する請求項３又は請求項４に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
【請求項6】
上記塊成化工程での強度付与が、上記生ペレットの焼成によるものであり、
焼成温度によりＦｅＯ量を調整する請求項３又は請求項４に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
焼成温度によりＦｅＯ量を調整する請求項３又は請求項４に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
【請求項7】
上記焼成温度を１２００℃以上１３００℃以下とする請求項６に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
【請求項8】
上記副原料が、カルシウムフェライト系鉱物、マグネシウムフェライト系鉱物、及び結合剤を含み、
上記原料配合工程で、ＦｅＯ量を調整する請求項３に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
上記原料配合工程で、ＦｅＯ量を調整する請求項３に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
【請求項9】
高炉操業に用いられる自溶性の鉄鉱石ペレットであって、
ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上であり、
下記式１で示される温度Ｔ１が１１００℃以上、又は下記式２で示される温度Ｔ２が１３５０℃以上である鉄鉱石ペレット。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上であり、
下記式１で示される温度Ｔ１が１１００℃以上、又は下記式２で示される温度Ｔ２が１３５０℃以上である鉄鉱石ペレット。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
【請求項10】
上記温度Ｔ１が１１００℃以上であり、かつ上記温度Ｔ２が１３５０℃以上である請求項９に記載の鉄鉱石ペレット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法、鉄鉱石ペレットの製造方法及び鉄鉱石ペレットに関する。
【背景技術】
【0002】
高炉操業として、高炉の上部から酸化鉄類を含む鉄鉱石や焼成鉱及び炭素源のコークスを装入し、下部の羽口から空気や酸素を送風して炉内にて一酸化炭素の発生や酸化鉄から酸素を除去する還元反応を進行させ炉下部から銑鉄を取り出す方法が公知である。
【0003】
その連続操業を円滑に進行させるためには、送風を円滑に行うことが重要である。そのためには送風圧力が低く安定していること、つまり通気性が良いことが望ましい。この送風圧力は、装入物の性状に依存する。装入物の中でも鉄鉱石、焼結鉱、鉄鉱石ペレット類は、高温かつ還元雰囲気に晒されて還元反応を受けて金属鉄と酸化物の混合体となる。同時に高炉内の荷重を受けて軟化し変形する。この軟化変形により装入物粒子間の空隙を埋めて炉内の通気性が妨げられる。この現象が主たる原因となる事象を炉下部圧損と呼び、これを低減することが志向されている。
【0004】
この炉下部圧損を低減できる鉄鉱石ペレットとして、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上、ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上であって、所定の粒径分布を有する自溶性ペレットが公知である（特開２００８－２８０５５６号公報参照）。
【0005】
上記鉄鉱石ペレットでは、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比を０．８以上、ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比を０．４以上とすることで高温における被還元性を高め、粒径分布を制御することで通気性を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２００８－２８０５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
高炉操業は、高温で行われ多量のエネルギーを必要とするため、低エネルギー化が求められている。高炉操業を低エネルギー化するためには、炉壁から外界に伝わり、炉内反応に関係しない熱（炉壁熱損）を減らすことが重要である。高炉の熱損は、炉壁が高温であるほど大きくなる。炉壁の温度は、壁付近の炉内ガスが高温であり流量が多い場合に高温となるから、炉壁付近のガスの流量を減らすことが重要である。
【0008】
高炉内の通気は、高温軟化により鉱石類が形成する融着帯を境に大きく異なる。融着帯より低温側、つまり炉の上部の領域では、固体の鉱石類などの装入物が存在し、装入物制御により炉壁付近に通気性の低い装入物を配置することで、炉壁付近のガスの流量を減らせることが知られている。
【0009】
一方、融着帯よりも高温側、つまり炉の下部の領域では、液体の鉄及びスラグと固体のコークスが存在するのみで、ガスの流路を制御することは難しい。従って、高炉操業の低エネルギー化には、融着帯を下方に位置させ、装入物により炉壁付近のガスの流量を減らせる領域を拡大することが有効である。
【0010】
ＣａＯ及びＭｇＯを含む鉄鉱石ペレットでは、ＣａＯ－ＦｅＯ系化合物が溶融することにより軟化変形して融着帯が形成され始める。この融着帯を形成し始める温度は、荷重還元試験において１０％の収縮率を示す融着開始温度で代表できる。さらに高温になると、固体として存在していたＭｇＯ－ＦｅＯ系化合物も溶融して急速に収縮し、融着帯の形成は終了する。この急速に収縮する温度を急速収縮温度という。
【0011】
融着帯の形成が終了すると、炉壁付近のガスの流量を減らす手段がなくなり、壁の温度が高くなるから、高炉操業の低エネルギー化を図るには、融着開始温度又は急速収縮温度が高温であるとよいと考えられる。しかし、鉄鉱石ペレットの融着開始温度又は急速収縮温度を高温化する技術は確立されているとは言えない。
【0012】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、融着開始温度又は急速収縮温度が高温であることを判断可能な鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法、この高温性状判定方法を用いた鉄鉱石ペレットの製造方法及び鉄鉱石ペレットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の一態様に係る鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法は、高炉操業に用いられ、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上である自溶性の鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法であって、融着開始温度Ｔ１としての下記式１又は急速収縮温度Ｔ２としての下記式２を用いる。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
【0014】
本発明の別の一態様に係る鉄鉱石ペレットの製造方法は、高炉操業に用いられる自溶性の鉄鉱石ペレットの製造方法であって、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上となるように、ＣａＯ及びＭｇＯを含む副原料を鉱石原料に配合する原料配合工程と、上記原料配合工程で得られた混合原料から生ペレットを造粒する造粒工程と、上記生ペレットに強度を付与する塊成化工程とを備え、下記式１で示される温度Ｔ１を１１００℃以上、又は下記式２で示される温度Ｔ２を１３５０℃以上とする。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
【0015】
本発明のさらに別の一態様に係る鉄鉱石ペレットは、高炉操業に用いられる自溶性の鉄鉱石ペレットであって、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上であり、下記式１で示される温度Ｔ１が１１００℃以上、又は下記式２で示される温度Ｔ２が１３５０℃以上である。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
【発明の効果】
【0016】
本発明の鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法は、融着開始温度又は急速収縮温度が高温であることを判断可能である。この鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法を利用する本発明の鉄鉱石ペレットの製造方法は、融着開始温度又は急速収縮温度が高温である鉄鉱石ペレットを製造できる。また、本発明の鉄鉱石ペレットは、融着開始温度又は急速収縮温度が高温である。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様に係る鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法は、高炉操業に用いられ、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上である自溶性の鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法であって、融着開始温度Ｔ１としての下記式１又は急速収縮温度Ｔ２としての下記式２を用いる。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
本発明の一態様に係る鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法は、高炉操業に用いられ、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上である自溶性の鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法であって、融着開始温度Ｔ１としての下記式１又は急速収縮温度Ｔ２としての下記式２を用いる。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
【0019】
本発明者らが、融着開始温度Ｔ１について、鋭意検討したところ、融着開始温度Ｔ１は、気孔率及びＦｅＯの割合を用いて近似できることを知得した。すなわち、上記式１を用いることで、融着開始温度Ｔ１を精度よく推定することが可能である。また、急速収縮温度Ｔ２について、鋭意検討したところ、急速収縮温度Ｔ２は、Ｃ／Ｓ、Ｍ／Ｓ及びＴＦｅを用いて近似できることを知得した。すなわち、上記式２を用いることで、急速収縮温度Ｔ２を精度よく推定することが可能である。従って、上記式１又は上記式２を用いることで、高炉操業における融着帯の形成温度を容易に判定することができる。
【0020】
上記式１及び上記式２を共に用いるとよい。このように上記式１及び上記式２を共に用いることで、融着帯の形成温度をさらに精度よく判定することができる。
【0021】
本発明の別の一態様に係る鉄鉱石ペレットの製造方法は、高炉操業に用いられる自溶性の鉄鉱石ペレットの製造方法であって、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上となるように、ＣａＯ及びＭｇＯを含む副原料を鉱石原料に配合する原料配合工程と、上記原料配合工程で得られた混合原料から生ペレットを造粒する造粒工程と、上記生ペレットに強度を付与する塊成化工程とを備え、下記式１で示される温度Ｔ１を１１００℃以上、又は下記式２で示される温度Ｔ２を１３５０℃以上とする。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
【0022】
当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、上記式１で示される温度Ｔ１又は上記式２で示される温度Ｔ２を上記下限以上とする。上記式１で求められるＴ１は、融着開始温度を精度よく近似するので、上記Ｔ１を上記下限以上とすることで、製造される鉄鉱石ペレットの融着開始温度を容易に高温化することができる。また、上記式２で求められるＴ２は、急速収縮温度を精度よく近似するので、上記Ｔ２を上記下限以上とすることで、製造される鉄鉱石ペレットの急速収縮温度を容易に高温化することができる。このため、上記Ｔ１又は上記Ｔ２のいずれかを所定温度以上とする当該鉄鉱石ペレットの製造方法を用いることで、低エネルギーの高炉操業を可能とする鉄鉱石ペレットを製造することができる。
【0023】
上記温度Ｔ１を１１００℃以上とし、かつ上記温度Ｔ２を１３５０℃以上とするとよい。このように上記温度Ｔ１を１１００℃以上とし、かつ上記温度Ｔ２を１３５０℃以上とすることで、さらに低エネルギーの高炉操業を可能とする鉄鉱石ペレットを製造することができる。
【0024】
上記原料配合工程で、ＣａＯ量、ＭｇＯ量、ＳｉＯ２量及び鉄量を調整するとよい。このように上記原料配合工程で、ＣａＯ量、ＭｇＯ量、ＳｉＯ２量及び鉄量を調整することで、Ｔ２の値を制御することができる。
【0025】
上記塊成化工程での強度付与が、上記生ペレットの焼成によるものであり、焼成温度によりＦｅＯ量を調整するとよい。焼成温度を高くすると、ＦｅＯ量が増加するので、Ｔ１の値を制御することができる。また、鉄鉱石ペレットに占める酸素の割合が低減し、鉄分（ＴＦｅ）が増加するので、Ｔ２の値を制御することもできる。
【0026】
上記焼成温度を１２００℃以上１３００℃以下とするとよい。このように焼成温度を上記範囲内とすることで、高温焼成により鉄鉱石ペレットの表面張力が強化される焼き締め効果で気孔率を低減することができる。これによりＴ１の値を高めることができる。
【0027】
上記副原料が、カルシウムフェライト系鉱物、マグネシウムフェライト系鉱物、及び結合剤を含み、上記原料配合工程で、ＦｅＯ量を調整するとよい。このように上記副原料がカルシウムフェライト系鉱物及びマグネシウムフェライト系鉱物、及び結合剤を含む場合、上記原料配合工程で、カルシウムフェライト系鉱物及びマグネシウムフェライト系鉱物の量により直接的にＦｅＯ量を調整できるので、Ｔ１の制御性が高い。
【0028】
本発明のさらに別の一態様に係る鉄鉱石ペレットは、高炉操業に用いられる自溶性の鉄鉱石ペレットであって、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上であり、下記式１で示される温度Ｔ１が１１００℃以上、又は下記式２で示される温度Ｔ２が１３５０℃以上である。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
【0029】
当該鉄鉱石ペレットは、自溶性でＣａＯ／ＳｉＯ２質量比を０．８以上とし、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比を０．４以上とするので、被還元性が高い。上記式１で求められるＴ１は、融着開始温度を精度よく近似するので、上記Ｔ１が上記下限以上であることは、鉄鉱石ペレットの融着開始温度が高いことを意味する。また、上記式２で求められるＴ２は、急速収縮温度を精度よく近似するので、上記Ｔ２が上記下限以上であることは、当該鉄鉱石ペレットの急速収縮温度が高いことを意味する。このため、上記Ｔ１又は上記Ｔ２のいずれかを所定温度以上である当該鉄鉱石ペレットを用いることで、低エネルギーの高炉操業を可能とする。
【0030】
上記温度Ｔ１が１１００℃以上であり、かつ上記温度Ｔ２が１３５０℃以上であるとよい。このように上記温度Ｔ１が１１００℃以上であり、かつ上記温度Ｔ２が１３５０℃以上である当該鉄鉱石ペレットを用いることで、さらに低エネルギーの高炉操業を可能とする。
【0031】
なお、本発明における鉄鉱石ペレットの形状は、球状に限定されるものではなく、任意の立体形状を採用することができる。
【0032】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の一実施形態に係る鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法、鉄鉱石ペレットの製造方法及び鉄鉱石ペレットについて、適宜図面を参照しつつ説明する。
以下、本発明の一実施形態に係る鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法、鉄鉱石ペレットの製造方法及び鉄鉱石ペレットについて、適宜図面を参照しつつ説明する。
【0033】
〔鉄鉱石ペレットの製造方法〕
［第１実施形態］
図１に示す鉄鉱石ペレットの製造方法は、原料配合工程Ｓ１と、造粒工程Ｓ２と、塊成化工程Ｓ３と、冷却工程Ｓ４とを備える。当該鉄鉱石ペレットの製造方法において、塊成化工程Ｓ３での強度付与は、生ペレットの焼成によるものであり、製造されるペレットはいわゆる焼成ペレットである。
［第１実施形態］
図１に示す鉄鉱石ペレットの製造方法は、原料配合工程Ｓ１と、造粒工程Ｓ２と、塊成化工程Ｓ３と、冷却工程Ｓ４とを備える。当該鉄鉱石ペレットの製造方法において、塊成化工程Ｓ３での強度付与は、生ペレットの焼成によるものであり、製造されるペレットはいわゆる焼成ペレットである。
【0034】
当該鉄鉱石ペレットの製造方法は、高炉操業に用いられる自溶性の鉄鉱石ペレット１を、グレートキルン方式の製造装置（以下、単に「製造装置２」ともいう）を用いて製造することができる。製造装置２は、パンペレタイザ３と、グレート炉４と、キルン５と、アニュラクーラ６とを備える。
【0035】
＜原料配合工程＞
原料配合工程Ｓ１では、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上となるように、ＣａＯ及びＭｇＯを含む副原料を鉱石原料に配合する。
原料配合工程Ｓ１では、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上となるように、ＣａＯ及びＭｇＯを含む副原料を鉱石原料に配合する。
【0036】
塊成化工程Ｓ３での強度付与が生ペレットの焼成によるものである場合、上記副原料としてＣａＯ源となる石灰石と、ＭｇＯ源となるドロマイトとを配合する。
【0037】
上記鉱石原料及び上記副原料は、必要に応じて、事前に又は配合後にボールミル等で粉砕して、上記鉱石原料及び上記副原料が混合された混合原料の粒度を調整するとよい。
【0038】
このとき、原料粒度指数を適切に制御すれば、生ペレットＰの気孔率が制御される。ここで、「原料粒度指数」は、以下の方法により特定できる。まず、混合原料の粒度分布を測定する。この測定には、ＪＩＳ－Ａ－１２０４：２０１０、ＪＩＳ－Ａ－８８１５：１９９４、ＪＩＳ－Ｚ－８８２５：２０２２のうちの１つを用いることができる。次に、各粒度範囲Ｐｉ（代表値）における質量比率もしくは体積比率ｍｉを用い、３μｍから１０００μｍの範囲までの総和Σ３／Ｐｉ・ｍｉを計算し、これを原料粒度指数とする。
【0039】
この原料粒度指数と生ペレットＰの気孔率との関係は、同一銘柄の鉄鉱石と副原料とを同一比率で配合した混合原料において成立するが、例えば鉄鉱石の銘柄が異なると、表面形状や濡れ性等の影響により、その比例係数は変化し得る。従って、原料粒度指数の好適値は以下の方法により特定できる。まず、特定の混合比率の混合原料において少なくとも２種類の原料粒度指数の原料を準備し、生ペレットＰを作製し気孔率を測定する。この結果から、原料粒度指数と気孔率との関係を算出できる。そうすると、鉄鉱石ペレット１に必要な気孔率となる原料粒度指数を決定することができるから、この原料粒度指数となるように原料の粒度を調整する。なお、粒度の調整には、そのような粒度を有する原料を購入することも含まれる。
【0040】
あるいは、原料粒度の指標としてブレーン指数による比表面積を用いることもできる。上記比表面積の下限としては、１０００ｃｍ２／ｇが好ましく、２０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。一方、上記比表面積の上限としては、５０００ｃｍ２／ｇが好ましく、４０００ｃｍ２／ｇがより好ましい。上記比表面積が上記下限未満であると、後述する急速収縮温度の指標であるＴ２を１３５０℃以上とすることが困難となるおそれがある。逆に、上記比表面積が上記上限を超えると、塊成化工程Ｓ３においてバースティング現象を引き起こすおそれがある。ここで、「比表面積」とは、ＪＩＳ－Ｒ５２０１（２０１５）に準拠して測定される値を意味する。
【0041】
上記混合原料には、製造工程内の搬送で必要な生ペレットＰの強度を得るために適宜ベンナイト等のバインダーを配合してもよい。
【0042】
＜造粒工程＞
造粒工程Ｓ２では、原料配合工程Ｓ１で得られた混合原料から生ペレットＰを造粒する。生ペレットＰの造粒には、転動造粒機が用いることができる。上記転動造粒機としては、図２に示すパンペレタイザ３やドラムペレタイザ、ディスクペレタイザなどを用いることができる。
造粒工程Ｓ２では、原料配合工程Ｓ１で得られた混合原料から生ペレットＰを造粒する。生ペレットＰの造粒には、転動造粒機が用いることができる。上記転動造粒機としては、図２に示すパンペレタイザ３やドラムペレタイザ、ディスクペレタイザなどを用いることができる。
【0043】
具体的には、造粒工程Ｓ２では、上記混合原料に水分（造粒水）を添加した後、この造粒水含有混合物（造粒水を含有した上記混合原料）をパンペレタイザ３に投入及び転動させて、泥団子状の生ペレットＰを製造する。
【0044】
生ペレットＰの気孔率の下限としては、１５％が好ましく、１７％がより好ましい。一方、上記気孔率の上限としては、２５％が好ましく、２０％がより好ましい。上記気孔率が上記下限未満であると、塊成化工程Ｓ３においてバースティング現象を引き起こすおそれがある。逆に、上記気孔率が上記上限を超えると、後述する融着開始温度の指標であるＴ１を１１００℃以上とすることが困難となるおそれがある。
【0045】
上記気孔率は、原料配合工程Ｓ１における原料粒度及び造粒工程Ｓ２における転動時間により制御するとよい。このように気孔率を制御することで、気孔率を所望の値に制御し易く、より確実にＴ１を１１００℃以上とすることができる。なお、細孔径分布における２０μｍ以下の容積割合を好ましくは８０％以上、より好ましくは８５％以上とすることで、さらに確実にＴ１を１１００℃以上とすることができる。ここで、「細孔径分布における２０μｍ以下の容積割合」は、ＪＩＳ－Ｒ－１６５５：２００３により測定することができる。
【0046】
また、塊成化工程Ｓ３後の粒径が４ｍｍ以上２０ｍｍ以下、より好ましくは６ｍｍ以上１５ｍｍ以下となるように、造粒工程Ｓ２で生ペレットＰの粒度範囲を調整するとよい。このように塊成化工程Ｓ３後の粒径を上記範囲内とすることで、高温における被還元性を維持しつつ、高炉の上部通気抵抗が低下することを抑止できる。
【0047】
生ペレットＰの粒度範囲の調整に、予め決められた篩目に調整されたオーバーサイズスクリーン（上限篩）及びシードスクリーン（下限篩）を有する篩群による分級を用いるとよい。このように生ペレットＰの粒度範囲の調整を分級により行うことで、容易かつ確実に塊成化工程Ｓ３後の粒径を調整できる。なお、分級操作において外れた規格外品は解砕されて再度、混合原料として用いられることが好ましい。
【0048】
＜塊成化工程＞
塊成化工程Ｓ３では、生ペレットＰに強度を付与する。当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、塊成化工程Ｓ３で、生ペレットＰを焼成する。図２に示す製造装置２では、塊成化工程Ｓ３に、グレート炉４及びキルン５が用いられている。
塊成化工程Ｓ３では、生ペレットＰに強度を付与する。当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、塊成化工程Ｓ３で、生ペレットＰを焼成する。図２に示す製造装置２では、塊成化工程Ｓ３に、グレート炉４及びキルン５が用いられている。
【0049】
（グレート炉）
グレート炉４は、図２に示すように、トラベリンググレート４１と、乾燥室４２と、離水室４３と、予熱室４４とを備える。
グレート炉４は、図２に示すように、トラベリンググレート４１と、乾燥室４２と、離水室４３と、予熱室４４とを備える。
【0050】
トラベリンググレート４１は、無端状に構成され、このトラベリンググレート４１上に載置された生ペレットＰを、乾燥室４２、離水室４３及び予熱室４４の順に移動させることができる。
【0051】
乾燥室４２、離水室４３及び予熱室４４では、加熱用ガスＧ１によって生ペレットＰを乾燥、離水及び予熱し、キルン５での転動に耐えうる強度を生ペレットＰに付与した予熱ペレットＨを得る。
【0052】
具体的には以下の手順による。まず、乾燥室４２で、生ペレットＰを２５０℃程度の雰囲気温度で乾燥させる。次に、離水室４３で、乾燥後の生ペレットＰを４５０℃程度に昇温し、主に鉄鉱石中の結晶水を分解除去する。さらに、予熱室４４で、生ペレットＰを１１００℃程度まで昇温し、石灰石、ドロマイト等に含まれる炭酸塩を分解し二酸化炭素を除去するとともに、鉄鉱石中のマグネタイトを酸化させる。これにより予熱ペレットＨが得られる。
【0053】
図２に示すように、乾燥室４２の加熱用ガスＧ１としては、離水室４３で使用された加熱用ガスＧ１が流用される。同様に離水室４３の加熱用ガスＧ１には予熱室４４の加熱用ガスＧ１が流用され、予熱室４４の加熱用ガスＧ１には、キルン５で使用された燃焼排ガスＧ２が流用される。このように下流側の高温の加熱用ガスＧ１又は燃焼排ガスＧ２を流用することで、加熱用ガスＧ１の加熱コストを削減できる。なお、各室にはバーナ４５を設け、加熱用ガスＧ１の温度を制御してもよい。図２では、離水室４３及び予熱室４４にバーナ４５が設けられている。また、乾燥室４２で使用された加熱用ガスＧ１は、最終的には煙突Ｃから排出される。
【0054】
（キルン）
キルン５は、グレート炉４に直結されており、勾配をつけた円筒状の回転炉である。キルン５は、グレート炉４の予熱室４４から排出される予熱ペレットＨを焼成する。具体的には出口側に配設されたキルンバーナ（不図示）による燃焼により予熱ペレットＨを焼成する。これにより高温の鉄鉱石ペレット１が得られる。
キルン５は、グレート炉４に直結されており、勾配をつけた円筒状の回転炉である。キルン５は、グレート炉４の予熱室４４から排出される予熱ペレットＨを焼成する。具体的には出口側に配設されたキルンバーナ（不図示）による燃焼により予熱ペレットＨを焼成する。これにより高温の鉄鉱石ペレット１が得られる。
【0055】
予熱ペレットＨを焼成する焼成温度の下限としては、１２００℃が好ましく、１２２０℃がより好ましい。一方、上記焼成温度の上限としては、１３００℃が好ましく、１２８０℃がより好ましい。上記焼成温度が上記下限未満であると、ペレットが焼き締まらないため、また上記焼成温度が上記上限を超えると、粗大結晶粒が生成し易くなるため、鉄鉱石ペレット１の気孔が大きくなるおそれがある。逆に、焼成温度を上記範囲内とすることで、高温焼成により鉄鉱石ペレット１の表面張力が強化される焼き締め効果で気孔率を低減することができる。これによりＴ１の値を高めることができる。
【0056】
キルン５では、燃焼用空気としては、アニュラクーラ６で使用された冷却ガスＧ３である大気が用いられる。また、予熱ペレットＨの焼成用に使用された高温の燃焼排ガスＧ２は、加熱用ガスＧ１として予熱室４４へ送り込まれる。
【0057】
＜冷却工程＞
冷却工程Ｓ４では、塊成化工程Ｓ３で得られる高温の鉄鉱石ペレット１を冷却する。冷却工程Ｓ４では、アニュラクーラ６が用いられる。冷却工程Ｓ４で冷却された鉄鉱石ペレット１は集積され、高炉操業に用いられる。
冷却工程Ｓ４では、塊成化工程Ｓ３で得られる高温の鉄鉱石ペレット１を冷却する。冷却工程Ｓ４では、アニュラクーラ６が用いられる。冷却工程Ｓ４で冷却された鉄鉱石ペレット１は集積され、高炉操業に用いられる。
【0058】
アニュラクーラ６では、キルン５から排出された高温の鉄鉱石ペレット１を移動させながら、冷却ガスＧ３である大気を通風装置６１により通風することで鉄鉱石ペレット１を冷却することができる。
【0059】
なお、アニュラクーラ６で使用され温度が上昇した冷却ガスＧ３は、キルン５へ送り込まれ、燃焼用空気として使用される。
【0060】
＜急速収縮温度及び融着開始温度＞
当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、下記式１で示される温度Ｔ１を１１００℃以上とし、かつ下記式２で示される温度Ｔ２を１３５０℃以上とする。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、下記式１で示される温度Ｔ１を１１００℃以上とし、かつ下記式２で示される温度Ｔ２を１３５０℃以上とする。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
【0061】
上記式１は、融着開始温度を推定する推定式であり、上記式２は、急速収縮温度を推定する推定式である。これらの推定式を用いることで、鉄鉱石ペレットの高温性状判定することができ、それ自体が本発明の一実施形態である。以下、これらの推定式を用いる鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法について説明する。
【0062】
本発明の一態様に係る鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法は、高炉操業に用いられ、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上である自溶性の鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法であって、融着開始温度Ｔ１としての下記式１及び急速収縮温度Ｔ２としての下記式２を用いる。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
【0063】
（融着開始温度）
本発明者らが、融着開始温度Ｔ１について、鋭意検討したところ、融着開始温度Ｔ１は、気孔率及びＦｅＯを用いて近似できることを知得した。図３に融着開始温度と、上記式１により推定した融着開始温度Ｔ１との相関を示す。図３に示すように、両者はよく一致している。すなわち、上記式１を用いることで、融着開始温度Ｔ１を精度よく推定することが可能であり、高炉操業における融着帯の形成温度を容易に判定することができる。
本発明者らが、融着開始温度Ｔ１について、鋭意検討したところ、融着開始温度Ｔ１は、気孔率及びＦｅＯを用いて近似できることを知得した。図３に融着開始温度と、上記式１により推定した融着開始温度Ｔ１との相関を示す。図３に示すように、両者はよく一致している。すなわち、上記式１を用いることで、融着開始温度Ｔ１を精度よく推定することが可能であり、高炉操業における融着帯の形成温度を容易に判定することができる。
【0064】
本発明者らは、融着開始温度Ｔ１が上記式１で近似できるのは、１１００℃付近における鉄鉱石ペレット１の組織の緻密性で理解できると考えている。つまり、ＣａＯ－ＦｅＯ系化合物が溶融する１１００℃付近で、緻密な金属鉄殻が維持されている場合、鉄鉱石ペレット１の強度が維持され、融着開始温度Ｔ１が上昇する。緻密な金属鉄殻が維持されるには、還元反応における金属鉄の生成速度が遅いとよい。気孔率が小さい場合、還元ガスの拡散が停滞し、金属鉄の生成速度を遅くすることができる。また、ＦｅＯを含むペレット基地組織はガラス質であり気孔を含まない。従って、Ｔ１は気孔率Ｐｏが大きいと下がり、ＦｅＯが大きいと上がる傾向となる。
【0065】
（急速収縮温度）
本発明者らが、急速収縮温度Ｔ２について、鋭意検討したところ、急速収縮温度Ｔ２は、Ｃ／Ｓ、Ｍ／Ｓ及びＴＦｅを用いて近似できることを知得した。図４に急速収縮温度と、上記式１により推定した急速収縮温度Ｔ２との相関を示す。図４に示すように、両者はよく一致している。すなわち、上記式２を用いることで、急速収縮温度Ｔ２を精度よく推定することが可能であり、高炉操業における融着帯の形成終了温度を容易に判定することができる。
本発明者らが、急速収縮温度Ｔ２について、鋭意検討したところ、急速収縮温度Ｔ２は、Ｃ／Ｓ、Ｍ／Ｓ及びＴＦｅを用いて近似できることを知得した。図４に急速収縮温度と、上記式１により推定した急速収縮温度Ｔ２との相関を示す。図４に示すように、両者はよく一致している。すなわち、上記式２を用いることで、急速収縮温度Ｔ２を精度よく推定することが可能であり、高炉操業における融着帯の形成終了温度を容易に判定することができる。
【0066】
本発明者らは、急速収縮温度Ｔ２が上記式２で近似できるのは、熱力学的な状態で理解できると考えている。つまり、ＣａＯ及びＭｇＯの量は、ＳｉＯ２との比率で効果が示され、酸化物の融点を近似している。ＣａＯ／ＳｉＯ２、ＭｇＯ／ＳｉＯ２が大きいほど高融点になる。また、ＴＦｅは鉄分が多いほど、ＣａＯ及びＭｇＯの効果が小さくなることを示し、還元途中のＦｅＯがＣａＯ及びＭｇＯの酸化物融点に及ぼす影響を近似している。詳説すると、ＣａＯが不足すると金属鉄への還元性が低下し、未還元酸化物であるＦｅＯが多く残存する。ＭｇＯは、残存ＦｅＯと高融点のＭｇＯ－ＦｅＯ系化合物を形成し、急速収縮温度Ｔ２を上昇させるが、ＭｇＯが不足するとＭｇＯ－ＦｅＯ系化合物を形成しない自由なＦｅＯが残存する。さらに、鉄鉱石ペレットにおいてＦｅＯが多いと総鉄分ＴＦｅは多くなる関係となる。ここで、ＣａＯ、ＭｇＯの量自体の効果は、Ｃ／Ｓ及びＭ／Ｓの係数として反映されるから、急速収縮温度Ｔ２にＴＦｅの項を加えるとＦｅＯの効果が表され、ＦｅＯが大きいほど、つまりＴＦｅが大きいほど低融点となる。
【0067】
上記Ｔ１、Ｔ２の推定式は、マグネタイト及びウスタイトの融点である１５９７℃まで有効であると考えられる。鉄鉱石ペレット中のＴＦｅが５５質量％以上である範囲で精度が高く、細孔径分布における２０μｍ以下の容積割合が８０％以上である鉄鉱石ペレットで、特に精度が高い。
【0068】
当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、上記式１で示される温度Ｔ１を１１００℃以上とする。例えばＣａＯ－ＦｅＯ及びＡｌ２Ｏ３－ＣａＯ－ＦｅＯの化合物の融点が約１１００℃である。また、当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、上記式２で示される温度Ｔ２を１３５０℃以上とする。例えばＡｌ２Ｏ３－ＣａＯ－ＳｉＯ２系の化合物の一部の融点が約１３５０℃である。上記式１及び上記式２を所定温度以上とする制御は、このような融点を有する化合物の生成を抑制していると考えることもできる。この点、鉄鉱石ペレット１に含まれるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が一定量以下であることが好ましく、その含有量としては、３．０質量％以下が好ましい。
【0069】
（Ｔ１及びＴ２の制御）
Ｔ１及びＴ２の値は、種々の方法で調整することができる。
Ｔ１及びＴ２の値は、種々の方法で調整することができる。
【0070】
Ｔ１に含まれる気孔率Ｐｏは、上記原料配合工程で、微粉もしくは粗粉原料を使用すると、気孔率Ｐｏを低減できる。逆に、炭酸塩や水和物等を加えると焼成中に揮発し気孔率Ｐｏは増加する傾向となる。また、上述したように高温焼成により鉄鉱石ペレット１の表面張力が強化される焼き締め効果で気孔率Ｐｏは低減する。Ｐｏを低減するとＴ１は上昇し、Ｐｏを増加するとＴ１は低下する。
【0071】
Ｔ１に含まれるＦｅＯは、ＦｅＯを含む原料であるマグネタイト鉱石や酸化鉄スケールの増減に合わせて変動するほか、高温焼成による鉄鉱石ペレット１の大気中還元と急冷によってＦｅＯが残存することでも増加する。ＦｅＯが増加するとＴ１は上昇し、ＦｅＯが減少するとＴ１は低下する。
【0072】
原料配合工程Ｓ１で、ＣａＯ量、ＭｇＯ量、ＳｉＯ２量及び鉄量を調整すると、その増減に応じてＴ２の値を制御することができる。
【0073】
ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２は、これらを含む原料の選定により量を調整することができる。例えばドロマイトには、ＣａＯ、ＭｇＯの炭酸塩が含まれ、マグネサイトにはＭｇＯ、ＳｉＯ２が含まれる。石灰石にはＣａＯの炭酸塩が含まれ、珪石にはＳｉＯ２が含まれる。これらの配合比率を調整することで、Ｃ／ＳやＭ／Ｓの値を調整することができる。Ｃ／Ｓ又はＭ／Ｓが増加するとＴ２は上昇し、Ｃ／Ｓ又はＭ／Ｓが減少するとＴ２は低下する。
【0074】
ＴＦｅは、鉄鉱石選定と配合比率により量を調整することができる。例えばヘマタイトは高鉄分であり、脈石成分の多くは低鉄分である。また、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＳｉＯ２の合計量を増減させても、ＴＦｅの量は変動する。上記合計量を増加させると、ＴＦｅの量は減少する。あるいは、焼成温度を高くしてＦｅＯ量を増加させると、鉄鉱石ペレット１に占める酸素の割合が低減し、ＴＦｅが増加する。ＴＦｅが増加するとＴ２は低下し、ＴＦｅが減少するとＴ２は上昇する。
【0075】
＜利点＞
当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、上記式１で示される温度Ｔ１を１１００℃以上、及び上記式２で示される温度Ｔ２を１３５０℃以上とする。上記式１で求められるＴ１は、融着開始温度を精度よく近似するので、上記Ｔ１を上記下限以上とすることで、製造される鉄鉱石ペレットの融着開始温度を容易に高温化することができる。また、上記式２で求められるＴ２は、急速収縮温度を精度よく近似するので、上記Ｔ２を上記下限以上とすることで、製造される鉄鉱石ペレットの急速収縮温度を容易に高温化することができる。このため、上記Ｔ１及び上記Ｔ２を所定温度以上とする当該鉄鉱石ペレットの製造方法を用いることで、低エネルギーの高炉操業を可能とする鉄鉱石ペレットを製造することができる。
当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、上記式１で示される温度Ｔ１を１１００℃以上、及び上記式２で示される温度Ｔ２を１３５０℃以上とする。上記式１で求められるＴ１は、融着開始温度を精度よく近似するので、上記Ｔ１を上記下限以上とすることで、製造される鉄鉱石ペレットの融着開始温度を容易に高温化することができる。また、上記式２で求められるＴ２は、急速収縮温度を精度よく近似するので、上記Ｔ２を上記下限以上とすることで、製造される鉄鉱石ペレットの急速収縮温度を容易に高温化することができる。このため、上記Ｔ１及び上記Ｔ２を所定温度以上とする当該鉄鉱石ペレットの製造方法を用いることで、低エネルギーの高炉操業を可能とする鉄鉱石ペレットを製造することができる。
【0076】
また、上記温度Ｔ１を１１００℃以上とし、かつ上記温度Ｔ２を１３５０℃以上とすることで、さらに低エネルギーの高炉操業を可能とする鉄鉱石ペレットを製造することができる。
【0077】
［第２実施形態］
図５に示す鉄鉱石ペレットの製造方法は、原料配合工程Ｓ１１と、造粒工程Ｓ１２と、塊成化工程Ｓ１３とを備える。当該鉄鉱石ペレットの製造方法において、塊成化工程Ｓ３での強度付与は、結合剤によるものであり、製造されるペレットはいわゆる非焼成ペレットである。
図５に示す鉄鉱石ペレットの製造方法は、原料配合工程Ｓ１１と、造粒工程Ｓ１２と、塊成化工程Ｓ１３とを備える。当該鉄鉱石ペレットの製造方法において、塊成化工程Ｓ３での強度付与は、結合剤によるものであり、製造されるペレットはいわゆる非焼成ペレットである。
【0078】
当該鉄鉱石ペレットの製造方法は、高炉操業に用いられる自溶性の鉄鉱石ペレットを製造することができる。
【0079】
＜原料配合工程＞
原料配合工程Ｓ１１では、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上となるように、ＣａＯ及びＭｇＯを含む副原料を鉱石原料に配合する。
原料配合工程Ｓ１１では、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比が０．８以上で、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比が０．４以上となるように、ＣａＯ及びＭｇＯを含む副原料を鉱石原料に配合する。
【0080】
原料配合工程Ｓ１１では、上記副原料は、ＣａＯ及びＭｇＯに加え、カルシウムフェライト系鉱物（ＣａＯ・ＦｅｘＯ）、マグネシウムフェライト系鉱物（ＭｇＯ・ＦｅｘＯ）、及び結合剤を含む（ここで０．６６７≦ｘ≦１．０）。上記副原料は、上記鉱石原料である鉄鉱石（ペレットフィード）の鉄品位に応じて配合される。なお、副原料にフェライト系鉱物が含まれる場合、ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比を定めるＣａＯには、単体のＣａＯに加えＣａＯ・ＦｅｘＯに含まれるＣａＯも加味され、ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比を定めるＭｇＯには、単体のＭｇＯに加えＭｇＯ・ＦｅｘＯに含まれるＭｇＯが加味される。
【0081】
上記カルシウムフェライト系鉱物及びマグネシウムフェライト系鉱物は、すでに合成されたものを用いる。カルシウムフェライト系鉱物及びマグネシウムフェライト系鉱物の合成は、電気炉や焼結炉等で、酸化鉄、石灰石、ドロマイト、マグネサイトを高温で焼成、又は溶融させて反応させた後に冷却し解砕する方法で行うことができる。このときの温度履歴により酸化鉄の価数が異なり、ｘの値は０．６６７以上１．０以下の範囲で変化する。このｘの値は、ＦｅＯ濃度を表すことになる。ｘ＝０．６６７であれば全ての鉄がＦｅ３＋イオンで占められていることを示し、ｘ＝１であれば全ての鉄がＦｅ２＋イオンで占められていることを示す。ｘがその中間値である場合は、両者のイオンが混在しており、ｘ＝０．６６７に近いほどＦｅ３＋イオンの割合が高く、ｘ＝１に近いほどＦｅ２＋イオンの割合が高い。
【0082】
また、上記結合剤としては、セメント、珪酸ナトリウム、デンプン、合成高分子剤などを挙げることができる。なお、上記合成高分子材としては、アクリル樹脂系、ウレタン樹脂系、エーテル系セルロース（カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ））などを挙げることができる。
【0083】
なお、第１実施形態の原料配合工程Ｓ１１と同様に、必要に応じて、粉砕により上記混合原料の粒度を調整するとよい。
【0084】
＜造粒工程＞
造粒工程Ｓ１２では、原料配合工程Ｓ１１で得られた混合原料から生ペレットを造粒する。
造粒工程Ｓ１２では、原料配合工程Ｓ１１で得られた混合原料から生ペレットを造粒する。
【0085】
生ペレットの造粒方法としては、第１実施形態の造粒工程Ｓ２と同様にパンペレタイザやドラムペレタイザ、ディスクペレタイザなどを用いた転動造粒法を用いることができるほか、金型等の型に上記混合原料を入れて圧密する圧接法、押出機に上記混合原料を入れて押出型から圧出し、適宜切断して成型する成型法などがある。なお、非焼成ペレットの場合、転動造粒法では、第１実施形態の場合と同様に原料粒度指数及び転動時間を適切に制御すれば、生ペレットの気孔率が制御される。圧接法及び成形法では、圧密又は成型する際の圧力条件により生ペレットの気孔率が制御される。
【0086】
いずれの方法においても、生ペレットの気孔率及び粒度範囲は、第１実施形態の場合と同様の範囲とすることが好ましい。
【0087】
＜塊成化工程＞
塊成化工程Ｓ１３では、生ペレットＰに強度を付与する。
塊成化工程Ｓ１３では、生ペレットＰに強度を付与する。
【0088】
当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、塊成化工程Ｓ１３で、結合剤の種類に応じて大気養生法、蒸気養生法などが選択される。大気養生法は、所定の強度となるまで大気中に生ペレットを静置する方法であり、例えば結合剤がセメントである場合に用いることができる。蒸気養生法は、所定の強度となるまで高温蒸気中に生ペレットを静置する方法であり、例えば結合剤が珪酸ナトリウムやセメントである場合に用いることができる。
【0089】
塊成化工程Ｓ１３は、造粒工程Ｓ１２と同時に行われる場合もある。例えば結合剤の種類によっては造粒とともに十分な強度が付与される。この場合、造粒工程Ｓ１２に改めて塊成化工程Ｓ１３を行う必要はなく、造粒工程Ｓ１２の間に塊成化工程Ｓ１３を完了することができる。
【0090】
＜急速収縮温度及び融着開始温度＞
当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、下記式１で示される温度Ｔ１を１１００℃以上とし、かつ下記式２で示される温度Ｔ２を１３５０℃以上とする。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
当該鉄鉱石ペレットの製造方法では、下記式１で示される温度Ｔ１を１１００℃以上とし、かつ下記式２で示される温度Ｔ２を１３５０℃以上とする。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・１
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・２
上記式１において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
上記式２において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
【0091】
当該鉄鉱石ペレットの製造方法においても、上記式１で示される温度Ｔ１を１１００℃以上とし、かつ上記式２で示される温度Ｔ２を１３５０℃以上とすることで、第１実施形態で説明したと同様の効果が得られる。このため詳細説明は省略する。
【0092】
（Ｔ１及びＴ２の制御）
Ｔ１及びＴ２の値は、種々の方法で調整することができる。
Ｔ１及びＴ２の値は、種々の方法で調整することができる。
【0093】
Ｔ１に含まれる気孔率Ｐｏは、上記原料配合工程で、微粉もしくは粗粉原料を使用すると、気孔率Ｐｏを低減できる。Ｐｏを低減するとＴ１は上昇し、Ｐｏを増加するとＴ１は低下する。
【0094】
Ｔ１に含まれるＦｅＯは、ＦｅＯを含む原料であるカルシウムフェライト系鉱物及びマグネシウムフェライト系鉱物に合わせて変動する。ＦｅＯが増加するとＴ１は上昇し、ＦｅＯが減少するとＴ１は低下する。カルシウムフェライト系鉱物及びマグネシウムフェライト系鉱物の量により直接的にＦｅＯ量を調整できるので、Ｔ１の制御性が高い。
【0095】
また、原料配合工程Ｓ１１で、ＣａＯ量、ＭｇＯ量、ＳｉＯ２量及び鉄量を調整すると、その増減に応じてＴ２の値を制御することができる。
【0096】
ＴＦｅは、鉄鉱石選定と配合比率により量を調整することができる。例えばヘマタイトは高鉄分であり、脈石成分の多くは低鉄分である。また、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＳｉＯ２の合計量を増減させても、ＴＦｅの量は変動する。上記合計量を増加させると、ＴＦｅの量は減少する。あるいは、カルシウムフェライト系鉱物及びマグネシウムフェライト系鉱物の配合量を高くしてＦｅＯ量を増加させると、鉄鉱石ペレット１に占める酸素の割合が低減し、ＴＦｅが増加する。ＴＦｅが増加するとＴ２は低下し、ＴＦｅが減少するとＴ２は上昇する。
【0097】
＜利点＞
第１実施形態と同様、上記Ｔ１及び上記Ｔ２を所定温度以上とする当該鉄鉱石ペレットの製造方法を用いることで、低エネルギーの高炉操業を可能とする鉄鉱石ペレットを製造することができる。
第１実施形態と同様、上記Ｔ１及び上記Ｔ２を所定温度以上とする当該鉄鉱石ペレットの製造方法を用いることで、低エネルギーの高炉操業を可能とする鉄鉱石ペレットを製造することができる。
【0098】
〔鉄鉱石ペレット〕
本発明のさらに別の一態様に係る鉄鉱石ペレットは、高炉操業に用いられる自溶性の鉄鉱石ペレットである。当該鉄鉱石ペレット１は、微粉鉱石を造粒し、焼成して、あるいは結合剤を添加して強度の高い塊成鉱としたものであり、例えば上述の鉄鉱石ペレットの製造方法により製造することができる。
本発明のさらに別の一態様に係る鉄鉱石ペレットは、高炉操業に用いられる自溶性の鉄鉱石ペレットである。当該鉄鉱石ペレット１は、微粉鉱石を造粒し、焼成して、あるいは結合剤を添加して強度の高い塊成鉱としたものであり、例えば上述の鉄鉱石ペレットの製造方法により製造することができる。
【0099】
鉄鉱石ペレット１の製造において、鉱石原料に石灰石などのＣａＯ含有化合物を添加し、鉄鉱石ペレット１のＣａＯ／ＳｉＯ２質量比を高めると、鉄鉱石ペレット１の被還元性が向上することが知られている。この知見に基づき、当該鉄鉱石ペレット１のＣａＯ／ＳｉＯ２質量比は０．８以上である。
【0100】
原料が鉄鉱石（酸化鉄）と石灰石（ＣａＯ含有化合物）である場合、焼成過程において、熱分解によって生成したＣａＯと酸化鉄との固相反応によって、カルシウムフェライト系化合物が生成され、同時にその接点で固相拡散接合によって結合していく。この結合は局所的なものであり、焼成前に存在していた微細気孔が焼成後も維持され、鉄鉱石ペレット１は、微細気孔が比較的均一に存在する多孔質体となる。
【0101】
高炉操業時には、この微細気孔に還元ガスが拡散侵入していくことで、鉄鉱石ペレット１の外表面から内部へと還元反応が進行していく。還元反応により酸化鉄から酸素が除去されることによって、既存の微細気孔の拡大と新規微細気孔の生成が進行すると同時に金属鉄が生成する。この金属鉄の凝集によって鉄鉱石ペレット１の外形が収縮していく過程において微細気孔は減少に転じる。その結果、鉄鉱石ペレット１の内部への還元ガスの拡散が抑制され、還元が停滞し易くなる。
【0102】
この還元停滞を抑制するには、金属鉄の凝集過程で微細気孔消失を抑制する高融点成分の添加が有効である。特に高融点成分であるＭｇＯ源としてドロマイトを添加し、鉄鉱石ペレット１のＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比を高めると、高い還元停滞抑制効果が得られることが知られている。この知見に基づき、当該鉄鉱石ペレット１のＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比は０．４以上である。
【0103】
当該鉄鉱石ペレット１は、自溶性である。このように当該鉄鉱石ペレット１を自溶性とすることで、還元された鉄の溶け落ちが促進され易い。なお、鉄鉱石ペレット１の自溶性は、副原料等により決まる。
【0104】
当該鉄鉱石ペレット１は、下記式１で示される温度Ｔ２が１３５０℃以上である。
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・１
上記式１において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
Ｔ２＝２２０×Ｃ／Ｓ＋１３．１×Ｍ／Ｓ－２３．１３×ＴＦｅ＋２６００ ・・・１
上記式１において、Ｃ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＣａＯ／ＳｉＯ２質量比、Ｍ／Ｓは鉄鉱石ペレットのＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比、ＴＦｅは鉄鉱石ペレットに対する総鉄分の割合［質量％］である。
【0105】
また、当該鉄鉱石ペレット１は、下記式２で示される温度Ｔ１が１１００℃以上である。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・２
上記式２において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
Ｔ１＝１１５５－０．０９５×Ｐｏ２＋１５×ＦｅＯ０．５ ・・・２
上記式２において、Ｐｏは鉄鉱石ペレットの気孔率［％］、ＦｅＯは鉄鉱石ペレットに対するＦｅＯの割合［質量％］である。
【0106】
＜利点＞
当該鉄鉱石ペレット１は、自溶性でＣａＯ／ＳｉＯ２質量比を０．８以上とし、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比を０．４以上とするので、被還元性が高い。上記式１で求められるＴ１は、融着開始温度を精度よく近似するので、上記Ｔ１が上記下限以上であることは、鉄鉱石ペレットの融着開始温度が高いことを意味する。また、上記式２で求められるＴ２は、急速収縮温度を精度よく近似するので、上記Ｔ２が上記下限以上であることは、当該鉄鉱石ペレットの急速収縮温度が高いことを意味する。このため、上記Ｔ１又は上記Ｔ２のいずれかを所定温度以上である当該鉄鉱石ペレットを用いることで、低エネルギーの高炉操業を可能とする。
当該鉄鉱石ペレット１は、自溶性でＣａＯ／ＳｉＯ２質量比を０．８以上とし、かつＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比を０．４以上とするので、被還元性が高い。上記式１で求められるＴ１は、融着開始温度を精度よく近似するので、上記Ｔ１が上記下限以上であることは、鉄鉱石ペレットの融着開始温度が高いことを意味する。また、上記式２で求められるＴ２は、急速収縮温度を精度よく近似するので、上記Ｔ２が上記下限以上であることは、当該鉄鉱石ペレットの急速収縮温度が高いことを意味する。このため、上記Ｔ１又は上記Ｔ２のいずれかを所定温度以上である当該鉄鉱石ペレットを用いることで、低エネルギーの高炉操業を可能とする。
【0107】
さらに、上記温度Ｔ１が１１００℃以上であり、かつ上記温度Ｔ２が１３５０℃以上である当該鉄鉱石ペレットを用いることで、さらに低エネルギーの高炉操業を可能とする。
【0108】
［その他の実施形態］
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
【0109】
上記鉄鉱石ペレットの製造方法の第１実施形態では、鉄鉱石ペレットをグレートキルン方式の製造装置を用いて製造する方法を説明したが、ストレートグレート方式の製造装置を用いて製造することもできる。ストレートグレート方式の製造装置では、グレート炉は、トラベリンググレートと、乾燥室と、離水室と、予熱室と、焼成室とを備え、グレート炉のみで塊成化工程が完了する。具体的には、乾燥室、離水室及び予熱室で、加熱用ガスによって生ペレットを乾燥、離水及び予熱し、焼成室で最後の焼成に至る。
【0110】
上記実施形態では、鉄鉱石ペレットの製造方法においてＴ１を１１００℃以上とし、かつＴ２を１３５０℃以上とする場合を説明したが、Ｔ１及びＴ２の両者を所定温度以上とすることは必須の構成要件ではない。Ｔ１を１１００℃以上とするのみ、あるいはＴ２を１３５０℃以上とするのみでも、高炉操業の低エネルギー化を図ることができる。
【0111】
同様に、上記実施形態で説明した鉄鉱石ペレットについても、Ｔ１を１１００℃以上とし、かつＴ２を１３５０℃以上とすることは必須の構成要件ではない。Ｔ１のみが１１００℃以上であっても、あるいはＴ２のみが１３５０℃以上とするのみであっても、高炉操業の低エネルギー化を図ることができる。
【実施例0112】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0113】
［Ｎｏ．１］
鉱石原料としての鉄鉱石と、副原料としての石灰石、ドロマイト及びベンナイトを準備した。ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比（Ｃ／Ｓ）、ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比（Ｍ／Ｓ）がそれぞれ表１に示す値となるように、上記副原料を上記鉱石原料に配合し、混合原料を得た。
鉱石原料としての鉄鉱石と、副原料としての石灰石、ドロマイト及びベンナイトを準備した。ＣａＯ／ＳｉＯ２質量比（Ｃ／Ｓ）、ＭｇＯ／ＳｉＯ２質量比（Ｍ／Ｓ）がそれぞれ表１に示す値となるように、上記副原料を上記鉱石原料に配合し、混合原料を得た。
【0114】
上記混合原料をボールミル粉砕機で粉砕した後、ディスクペレタイザ造粒機に粉砕原料を投入し、水分を添加しつつ転動させ、粒径１０ｍｍ以上１２ｍｍ以下に造粒し、生ペレットを作製した。
【0115】
上記生ペレットをグレート炉に入れて、高温空気を加熱用ガスとして生ペレットを加熱して乾燥及び予備焼成した。予熱焼成した予熱ペレットをキルン炉に入れて加熱し、Ｎｏ．１の鉄鉱石ペレットを得た。
【0116】
このＮｏ．１の鉄鉱石ペレットのＴＦｅ、ＦｅＯ、気孔率、融着開始温度及び急速収縮温度の実測値、並びに上述の式２及び式１に基づくＴ１、Ｔ２の値は表１に示すとおりであった。なお、実測値は、荷重還元試験により求めた。融着開始温度は、収縮率が１０％となる温度を算出した。また、急速収縮温度は、最大圧損を示す温度から溶け落ち終了（収縮率１００％）までの温度範囲で、最初に収縮率が１％／分以上となる温度とした。
【0117】
［Ｎｏ．２］
Ｃ／Ｓ及びＭ／Ｓを表１に示す値となるように、混合原料を調整した以外は、Ｎｏ．１と同様にして、Ｎｏ．２の鉄鉱石ペレットを得た。得られた鉄鉱石ペレットの各緒言は表１に示すとおりである。
Ｃ／Ｓ及びＭ／Ｓを表１に示す値となるように、混合原料を調整した以外は、Ｎｏ．１と同様にして、Ｎｏ．２の鉄鉱石ペレットを得た。得られた鉄鉱石ペレットの各緒言は表１に示すとおりである。
【0118】
［Ｎｏ．３］
Ｎｏ．１及びＮｏ．２の鉄鉱石ペレットでは、実測値も推定値（Ｔ１、Ｔ２）も融着開始温度は１１００℃未満であり、急速収縮温度は１３５０℃未満である。そこで、Ｔ１を１１００℃以上、Ｔ２を１３５０℃以上となるようにＴＦｅ、ＦｅＯ、Ｃ／Ｓ、Ｍ／Ｓを表１に示す値に調整して、Ｎｏ．３の鉄鉱石ペレットを得た。得られた鉄鉱石ペレットの各緒言は表１に示すとおりである。
Ｎｏ．１及びＮｏ．２の鉄鉱石ペレットでは、実測値も推定値（Ｔ１、Ｔ２）も融着開始温度は１１００℃未満であり、急速収縮温度は１３５０℃未満である。そこで、Ｔ１を１１００℃以上、Ｔ２を１３５０℃以上となるようにＴＦｅ、ＦｅＯ、Ｃ／Ｓ、Ｍ／Ｓを表１に示す値に調整して、Ｎｏ．３の鉄鉱石ペレットを得た。得られた鉄鉱石ペレットの各緒言は表１に示すとおりである。
【0119】
［Ｎｏ．４］
Ｎｏ．４の鉄鉱石ペレットでは、Ｎｏ．１の鉄鉱石ペレットに対し、気孔率を５％低減しつつ、融着開始温度を１１００℃以上、急速収縮温度を１３５０℃以上とすることを企図した。気孔率を５％程度低減するため、鉱石及び副原料を粉砕し、ブレーン指数による比表面積が１．８倍から２．２倍である粒度の原料を用意した。その粉砕原料を用いて、Ｔ１を１１００℃以上、Ｔ２を１３５０℃以上となるようにＴＦｅ、ＦｅＯ、Ｃ／Ｓ、Ｍ／Ｓを表１に示す値に調整して、Ｎｏ．４の鉄鉱石ペレットを得た。得られた鉄鉱石ペレットの各緒言は表１に示すとおりである。
Ｎｏ．４の鉄鉱石ペレットでは、Ｎｏ．１の鉄鉱石ペレットに対し、気孔率を５％低減しつつ、融着開始温度を１１００℃以上、急速収縮温度を１３５０℃以上とすることを企図した。気孔率を５％程度低減するため、鉱石及び副原料を粉砕し、ブレーン指数による比表面積が１．８倍から２．２倍である粒度の原料を用意した。その粉砕原料を用いて、Ｔ１を１１００℃以上、Ｔ２を１３５０℃以上となるようにＴＦｅ、ＦｅＯ、Ｃ／Ｓ、Ｍ／Ｓを表１に示す値に調整して、Ｎｏ．４の鉄鉱石ペレットを得た。得られた鉄鉱石ペレットの各緒言は表１に示すとおりである。
【0120】
【表1】
【0121】
上述のようにＴ１、Ｔ２の推定式を用いていないＮｏ．１、Ｎｏ．２の鉄鉱石ペレットでは、融着開始温度は１１００℃未満であり、急速収縮温度も１３５０℃未満である。これに対し、Ｔ１、Ｔ２の推定式を用いて融着開始温度が１１００℃以上、急速収縮温度が１３５０℃以上となるように各パラメータを調整したＮｏ．３、Ｎｏ．４の鉄鉱石ペレットでは融着開始温度が１１００℃以上であり、急速収縮温度も１３５０℃以上である。このように本発明の鉄鉱石ペレットの製造方法を用いることで、これまで実現できていなかった融着開始温度及び急速収縮温度が高い鉄鉱石ペレットを初めて得られることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【0122】
本発明の鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法は、融着開始温度又は急速収縮温度が高温であることを判断可能である。この鉄鉱石ペレットの高温性状判定方法を利用する本発明の鉄鉱石ペレットの製造方法は、融着開始温度又は急速収縮温度が高温である鉄鉱石ペレットを製造できる。また、本発明の鉄鉱石ペレットは、融着開始温度又は急速収縮温度が高温である。
【符号の説明】
【0123】
１ 鉄鉱石ペレット
２ 製造装置
３ パンペレタイザ
４ グレート炉
４１ トラベリンググレート
４２ 乾燥室
４３ 離水室
４４ 予熱室
４５ バーナ
５ キルン
６ アニュラクーラ
６１ 通風装置
Ｐ 生ペレット
Ｈ 予熱ペレット
Ｇ１ 加熱用ガス
Ｇ２ 燃焼排ガス
Ｇ３ 冷却ガス
Ｃ 煙突
２ 製造装置
３ パンペレタイザ
４ グレート炉
４１ トラベリンググレート
４２ 乾燥室
４３ 離水室
４４ 予熱室
４５ バーナ
５ キルン
６ アニュラクーラ
６１ 通風装置
Ｐ 生ペレット
Ｈ 予熱ペレット
Ｇ１ 加熱用ガス
Ｇ２ 燃焼排ガス
Ｇ３ 冷却ガス
Ｃ 煙突
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】