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JP7765699B2 - Method for evaluating the quality of sintered ore - Google Patents
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JP7765699B2 - Method for evaluating the quality of sintered ore - Google Patents

Method for evaluating the quality of sintered ore

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JP7765699B2 JP2022001289A JP2022001289A JP7765699B2 JP 7765699 B2 JP7765699 B2 JP 7765699B2 JP 2022001289 A JP2022001289 A JP 2022001289A JP 2022001289 A JP2022001289 A JP 2022001289A JP 7765699 B2 JP7765699 B2 JP 7765699B2
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Description

本発明は、焼結鉱の品質評価方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating the quality of sintered ore.

焼結鉱は、高炉に投入される鉄源の約7割を占める原料である。従って、高炉内で鉄源の還元を効率的に進行させ、また通気性を維持して操業を安定化させるためには、焼結鉱の還元性、および焼結鉱が融着帯に取り込まれるまでの通気性が重要である。その指標としては、例えば焼結鉱の被還元性、還元粉化性および軟化開始温度が挙げられる。被還元性は、焼結鉱の還元しやすさの指標である。被還元性の高い焼結鉱を用いることで、還元剤の使用量やCO排出量が削減される。還元粉化性(RDI)は、還元後の焼結鉱の強度の指標である。還元粉化性が低い焼結鉱は還元後も粉化しにくいため、高炉内の通気性が改善される。軟化開始温度(Ts)は、焼結鉱が還元する過程で発生する軟化現象に関する指標である。軟化開始温度が高い焼結鉱は高温でも原料の形状を保ちやすいため、高炉内の通気性が改善される。 Sintered ore accounts for approximately 70% of the iron source charged into a blast furnace. Therefore, in order to efficiently reduce the iron source in the blast furnace and maintain permeability to stabilize operation, the reducibility of the sintered ore and its permeability until it is incorporated into the cohesive zone are important. Examples of indicators include the reducibility, reduction disintegration, and softening start temperature of the sintered ore. Reducibility is an indicator of the ease with which sintered ore can be reduced. Using sintered ore with high reducibility reduces the amount of reducing agent used and CO2 emissions. Reduction disintegration index (RDI) is an indicator of the strength of sintered ore after reduction. Sintered ore with low reduction disintegration index is less likely to disintegrate after reduction, improving permeability in the blast furnace. Softening start temperature (Ts) is an indicator of the softening phenomenon that occurs during the reduction of sintered ore. Sintered ore with a high softening start temperature easily maintains its shape even at high temperatures, improving permeability in the blast furnace.

しかしながら、上記のような指標を実試験によって求めることは容易ではない。例えば、被還元性を示す被還元性指数RIはJIS M8713に従った還元試験で求められるが、還元試験には試料を加熱する炉、および試料を還元するガスが必要であり、また還元時間だけで180分を要する。還元粉化性を示す還元粉化指数RDIはJIS M8720に従った還元後の破砕試験で求められるが、破砕試験にも大掛かりな設備と多大な労力が必要である。また、軟化開始温度は大型滴下試験で求められるが、大型滴下試験は1回の試験に約1日を要し、また10~15mmφの焼結鉱が500g程度は必要であるため少量の焼結鉱では試験ができない。実試験によらない方法として、例えば軟化開始温度は一般的に焼結鉱の塩基度と相関があるとされているが、塩基度の算出には化学分析が必要であるため、迅速に結果を得ることは難しかった。 However, it is not easy to determine the above-mentioned indices through actual testing. For example, the reducibility index (RI), which indicates reducibility, is determined through a reduction test in accordance with JIS M8713. However, this test requires a furnace to heat the sample and gas to reduce the sample, and the reduction time alone takes 180 minutes. The reduction disintegration index (RDI), which indicates reduction disintegration, is determined through a post-reduction crushing test in accordance with JIS M8720. However, this crushing test also requires large-scale equipment and a great deal of effort. Furthermore, the softening onset temperature is determined through a large-scale drop test, which takes approximately one day per test and requires approximately 500 g of sintered ore with a diameter of 10–15 mm, making it impossible to test with small amounts of sintered ore. As for methods that do not rely on actual testing, for example, the softening onset temperature is generally believed to correlate with the basicity of sintered ore, but calculating basicity requires chemical analysis, making it difficult to obtain results quickly.

上記のような課題を解決するために、焼結鉱原料を粉砕して得られた粉末試料をX線回折法によって分析した回折パターンにリートベルト解析を適用して定量した鉱物相の相分率に基づいて焼結鉱の品質を評価する方法が提案されている。例えば、特許文献1では、鉱物相のうちSFCAの相分率から焼結鉱の強度を評価する方法が記載されている。特許文献2では、鉱物相のうちSFCA-Iの相分率から焼結鉱の被還元性を評価する方法が記載されている。また、特許文献3では、鉱物相のうちSFCA-Iの相分率から焼結鉱の還元粉化性を評価する方法が記載されている。これらの文献に記載された方法では、鉱物相の相分率を求める工程において、多成分系カルシウムフェライトのうちFe含有量が相対的に高いSFCA-Iと、Fe含有量が相対的に低いSFCAとを分離して相分率を定量することによって、焼結鉱の品質評価の精度を高めている。 To address the above-mentioned issues, methods have been proposed for evaluating the quality of sintered ore based on the mineral phase fractions quantified by Rietveld analysis of diffraction patterns obtained by X-ray diffraction analysis of powder samples obtained by pulverizing sintered ore raw materials. For example, Patent Document 1 describes a method for evaluating the strength of sintered ore from the SFCA phase fraction among the mineral phases. Patent Document 2 describes a method for evaluating the reducibility of sintered ore from the SFCA-I phase fraction among the mineral phases. Patent Document 3 describes a method for evaluating the reduction disintegration properties of sintered ore from the SFCA-I phase fraction among the mineral phases. In the methods described in these documents, the accuracy of sintered ore quality evaluation is improved by quantifying the phase fractions of SFCA-I, which has a relatively high Fe content, and SFCA, which has a relatively low Fe content, separately in the process of determining the mineral phase fractions.

特開2018-179690号公報JP 2018-179690 A 特開2018-179691号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-179691 特開2018-179692号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-179692

しかしながら、上記の各文献に記載された方法によってもなお、リートベルト解析を利用した焼結鉱の品質評価の精度には向上の余地があった。 However, even with the methods described in the above documents, there was still room for improvement in the accuracy of sinter quality evaluation using Rietveld analysis.

そこで、本発明は、リートベルト解析を利用した焼結鉱の簡便な品質評価方法において、品質評価の精度をさらに高めることが可能な、新規かつ改良された焼結鉱の品質評価方法を提供することを目的とする。 The present invention therefore aims to provide a new and improved method for evaluating the quality of sintered ore, which is a simple method for evaluating the quality of sintered ore using Rietveld analysis and which can further improve the accuracy of quality evaluation.

[1]鉄含有原料、副原料および炭材を含む原料を造粒および焼成した焼結鉱を粉砕して粉末試料を得る試料粉砕工程と、上記粉末試料をX線回折法によって分析し回折パターンを得るX線回折パターン測定工程と、上記回折パターンにリートベルト解析を適用し、鉱物相のうちFe、Ca、Si、Alを含む多成分系カルシウムフェライトを第1のカルシウムフェライト、第2のカルシウムフェライトおよび第3のカルシウムフェライトに分離してそれぞれの相分率を定量するリートベルト解析工程と、上記第2のカルシウムフェライトの相分率に基づいて上記焼結鉱の品質を評価する焼結鉱品質評価工程とを実施する焼結鉱の品質評価方法であって、上記第1のカルシウムフェライトは、スピネル層(S)とパイロキシン層(P)とがSPの結晶配列をとる多成分系カルシウムフェライトであり、上記第2のカルシウムフェライトは、スピネル層(S)とパイロキシン層(P)とがSSPの結晶配列をとる多成分系カルシウムフェライトであり、上記第3のカルシウムフェライトは、スピネル層(S)とパイロキシン層(P)とがSSSPの結晶配列をとる多成分系カルシウムフェライトである、焼結鉱の品質評価方法。
[2]上記焼結鉱品質評価工程では、上記焼結鉱の被還元性を評価する、[1]に記載の焼結鉱の品質評価方法。
[3]上記焼結鉱品質評価工程では、上記焼結鉱の還元粉化性を評価する、[1]または[2]に記載の焼結鉱の品質評価方法。
[4]上記焼結鉱品質評価工程では、上記焼結鉱の軟化開始温度を評価する、[1]から[3]のいずれか1項に記載の焼結鉱の品質評価方法。
[1] A sample grinding step of grinding sintered ore obtained by granulating and firing raw materials containing an iron-containing raw material, an auxiliary raw material, and a carbonaceous material to obtain a powder sample; an X-ray diffraction pattern measurement step of analyzing the powder sample by X-ray diffraction to obtain a diffraction pattern; a Rietveld analysis step of applying Rietveld analysis to the diffraction pattern to separate a multi-component calcium ferrite containing Fe, Ca, Si, and Al among the mineral phases into a first calcium ferrite, a second calcium ferrite, and a third calcium ferrite, and quantifying the phase fractions of each; a sinter ore quality evaluation step for evaluating the quality of sinter ore, wherein the first calcium ferrite is a multi-component calcium ferrite in which the spinel layer (S) and the pyroxene layer (P) have an SP crystal arrangement, the second calcium ferrite is a multi-component calcium ferrite in which the spinel layer (S) and the pyroxene layer (P) have an SSP crystal arrangement, and the third calcium ferrite is a multi-component calcium ferrite in which the spinel layer (S) and the pyroxene layer (P) have an SSSP crystal arrangement.
[2] The method for evaluating the quality of sintered ore according to [1], wherein the sintered ore quality evaluation step evaluates the reducibility of the sintered ore.
[3] The method for evaluating the quality of sintered ore according to [1] or [2], wherein the sintered ore quality evaluation step evaluates the reduction disintegration property of the sintered ore.
[4] The method for evaluating the quality of sintered ore according to any one of [1] to [3], wherein the sintered ore quality evaluation step evaluates the softening start temperature of the sintered ore.

上記の構成によれば、リートベルト解析において第1のカルシウムフェライト(SFCA)および第2のカルシウムフェライト(SFCA-I)に加えて第3のカルシウムフェライトが分離される。これによって、焼結鉱の複数の品質に相関性を有する第2のカルシウムフェライト(SFCA-I)の相分率をより高い精度で定量し、品質評価の精度をさらに高めることができる。 According to the above configuration, in addition to the first calcium ferrite (SFCA) and the second calcium ferrite (SFCA-I), the third calcium ferrite is separated in the Rietveld analysis. This allows the phase fraction of the second calcium ferrite (SFCA-I), which correlates with multiple qualities of sintered ore, to be quantified with greater accuracy, further improving the accuracy of quality assessment.

本発明の一実施形態に係る焼結鉱の品質評価方法の概要を示すフロー図である。1 is a flow chart showing an outline of a method for evaluating the quality of sintered ore according to an embodiment of the present invention. 実施例における1200℃還元率とSFCA-I分率との関係を示す図である。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the 1200° C. reduction rate and the SFCA-I fraction in the examples. 実施例における還元粉化指数RDIとSFCA-I分率との関係を示す図である。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the reduction degradation index RDI and the SFCA-I fraction in the examples. 実施例における軟化開始温度TsとSFCA-I分率との関係を示す図である。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the softening starting temperature Ts and the SFCA-I fraction in the examples.

以下に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する。なお、本明細書および図面において、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した説明を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Note that in this specification and drawings, components that have substantially the same functional configuration will be assigned the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted.

以下で説明する本発明の一実施形態では、焼結鉱の品質として被還元性、還元粉化性および軟化開始温度を評価する。これらの指標は、焼結鉱を粉砕した粉末試料をX線回折(XRD)法によって分析したXRDパターンにリートベルト解析を適用して定量した鉱物相のうちSFCA-I(Silico-Ferrite of Calcium and Aluminum - I)の相分率(以下、単にSFCA-I分率ともいう)と相関性がある。原理的には、SFCA-I分率が高い焼結鉱の組織では低脈石のカルシウムフェライト相が多いと考えられる。カルシウムフェライトは低脈石であるほど還元が進行しやすく融点が高いため、低脈石のカルシウムフェライト相が多ければ被還元性および軟化開始温度が高くなる。また、還元粉化性は1300℃以上の焼結反応中に融液から晶出する2次ヘマタイトによって悪化すると考えられているが、SFCA-Iはそれよりも低い1200℃~1300℃近傍で生成される。従って、SFCA-I分率が高い焼結鉱の組織では2次ヘマタイトが相対的に少なく、還元粉化性が悪化しにくいと考えられる。 In one embodiment of the present invention described below, the quality of sinter ore is evaluated by evaluating its reducibility, reduction disintegration property, and softening onset temperature. These indices correlate with the SFCA-I (Silico-Ferrite of Calcium and Aluminum - I) phase fraction (hereinafter simply referred to as the SFCA-I fraction) among mineral phases, which is quantified by applying Rietveld analysis to the XRD patterns obtained by analyzing powder samples of pulverized sinter ore using X-ray diffraction (XRD). In principle, sinter ore with a high SFCA-I fraction is thought to have a high content of low-gangue calcium ferrite phase. The lower the gangue content of calcium ferrite, the more easily it is reduced and has a high melting point. Therefore, the greater the content of low-gangue calcium ferrite phase, the higher the reducibility and softening onset temperature. Furthermore, while reduction disintegration property is thought to be worsened by secondary hematite crystallizing from the melt during sintering reactions at temperatures above 1300°C, SFCA-I is generated at temperatures lower than this, around 1200°C to 1300°C. Therefore, it is thought that the structure of sintered ore with a high SFCA-I fraction contains relatively little secondary hematite, making it less susceptible to deterioration due to reduction disintegration.

SFCA-Iは、焼結鉱の鉱物相のうちFe、Ca、Si、Alを含む多成分系カルシウムフェライトの一種である。既に述べたように、焼結鉱のXRDパターンにリートベルト解析を適用して鉱物相の相分率を定量するにあたり、多成分系カルシウムフェライトのうちFe含有量が相対的に高いSFCA-Iと、Fe含有量が相対的に低いSFCAとを分離して相分率を定量することによって、より正確にSFCA-I分率を算出することができる。ただし、焼結鉱に含まれる多成分系カルシウムフェライトの種類は、SFCA-IおよびSFCAだけではない。例えば、V. Kahlenberg, et. al. "Structural elucidation of triclinic and monoclinic SFCA-III-killing two birds with one stone." Acta Crystallographica Section B: Structural Science, Crystal Engineering and Materials 75.6 (2019): 1126-1136では、SFCAおよびSFCA-Iとともにエニグマタイト構造の同族体を構成するSFCA-IIIが報告されている。 SFCA-I is a type of multi-component calcium ferrite that contains Fe, Ca, Si, and Al among the mineral phases in sintered ore. As already mentioned, when applying Rietveld analysis to the XRD pattern of sintered ore to quantify the phase fraction of the mineral phase, the SFCA-I fraction can be calculated more accurately by separating SFCA-I, which has a relatively high Fe content, from SFCA, which has a relatively low Fe content, and quantifying the phase fraction. However, SFCA-I and SFCA are not the only types of multi-component calcium ferrite contained in sintered ore. For example, V. Kahlenberg, et. al. "Structural elucidation of triclinic and monoclinic SFCA-III - killing two birds with one stone," Acta Crystallographica Section B: Structural Science, Crystal Engineering and Materials 75.6 (2019): 1126-1136, reports SFCA-III, which, along with SFCA and SFCA-I, constitutes a homologue of the aenigmatite structure.

本発明者らは、焼結鉱のXRDパターンにリートベルト解析を適用してSFCA-I分率を定量するにあたり、SFCAに加えてさらに別の種類の多成分系カルシウムフェライトを分離することによって、さらに正確なSFCA-I分率を算出することができると考えた。以下の説明では、SFCAを「第1のカルシウムフェライト」、SFCA-Iを「第2のカルシウムフェライト」として、この別の種類のカルシウムフェライトを「第3のカルシウムフェライト」ともいう。なお、文献で報告されているSFCA-IIIは高Al、高Mgであることから焼結鉱中に多量に存在するとは考えにくいため、「第3のカルシウムフェライト」は必ずしも文献で報告されているSFCA-IIIと同一ではない。 When quantifying the SFCA-I fraction by applying Rietveld analysis to the XRD pattern of sintered ore, the inventors believed that a more accurate SFCA-I fraction could be calculated by separating another type of multi-component calcium ferrite in addition to SFCA. In the following explanation, SFCA will be referred to as the "first calcium ferrite" and SFCA-I as the "second calcium ferrite," and this other type of calcium ferrite will also be referred to as the "third calcium ferrite." Note that the SFCA-III reported in the literature is high in Al and Mg, and therefore unlikely to be present in large quantities in sintered ore. Therefore, the "third calcium ferrite" is not necessarily identical to the SFCA-III reported in the literature.

既に述べたようにSFCAとSFCA-Iとの間ではFe含有量が異なるが、それ以外に結晶構造も異なる。具体的には、多成分系カルシウムフェライトは、スピネル構造(S)とパイロキシン構造(P)の積層構造で構成される。スピネル構造はMの構造で、パイロキシン構造はCa12の構造である。ここで、Mは八面体席(Octahedral site)、Tは四面体席(Tetrahedral site)、Oは酸素、Caはカルシウムを意味する。M席やT席にはFe、Al、Si、Mgなどの元素が固溶して多成分系カルシウムフェライトの組成を作る。SFCAでは、上記のスピネル層(S)とパイロキシン層(P)とがSP-SP-…の並びで積層している(以下、これを「SPの結晶配列」ともいう)。SFCA-Iでは、スピネル層(S)とパイロキシン層(P)とがSSP-SSP-…の並びで積層している(以下、これを「SSPの結晶配列」ともいう)。 As mentioned above, SFCA and SFCA-I differ in Fe content, but their crystal structures also differ. Specifically, multi-component calcium ferrite is composed of a layered structure of a spinel structure (S) and a pyroxene structure (P ) . The spinel structure is M4T2O8 , and the pyroxene structure is Ca2M2T4O12 . Here, M stands for octahedral site, T stands for tetrahedral site, O stands for oxygen , and Ca stands for calcium . Elements such as Fe, Al, Si, and Mg are dissolved in the M and T sites to form the multi-component calcium ferrite composition. In SFCA, the spinel layer (S) and pyroxene layer (P) are layered in an SP-SP-... arrangement (hereinafter, this is also referred to as the "SP crystal arrangement"). In SFCA-I, spinel layers (S) and pyroxene layers (P) are laminated in an SSP-SSP-... arrangement (hereinafter, this is also referred to as "SSP crystal arrangement").

さらに、本実施形態における「第3のカルシウムフェライト」では、スピネル層(S)とパイロキシン層(P)とがSSSP-SSSP-…の並びで積層している(以下、これを「SSSPの結晶配列」ともいう)ものとする。なお、文献で報告されているSFCA-III(三斜晶)はSSSPの結晶配列をとることから「第3のカルシウムフェライト」に含まれうるが、焼結鉱中に多量に存在するとは考えにくいことは上述の通りである。以下で説明するように、本実施形態では、リートベルト解析における鉱物相としてSPの結晶配列をとる「第1のカルシウムフェライト」(SFCA)、SSPの結晶配列をとる「第2のカルシウムフェライト」(SFCA-I)、およびSSSPの結晶配列をとる「第3のカルシウムフェライト」をそれぞれ分離することによって、より高い精度でSFCA-I分率を定量する。 Furthermore, in the "third calcium ferrite" of this embodiment, spinel layers (S) and pyroxene layers (P) are stacked in an SSSP-SSSP-... arrangement (hereinafter, this is also referred to as "SSSP crystal arrangement"). Note that SFCA-III (triclinic crystals) reported in the literature has an SSSP crystal arrangement and therefore could be included in the "third calcium ferrite," but as mentioned above, it is unlikely to be present in large quantities in sintered ore. As explained below, in this embodiment, the SFCA-I fraction is quantified with higher accuracy by separating the mineral phases in Rietveld analysis into "first calcium ferrite" (SFCA), which has an SP crystal arrangement, "second calcium ferrite" (SFCA-I), which has an SSP crystal arrangement, and "third calcium ferrite" which has an SSSP crystal arrangement.

図1は、本発明の一実施形態に係る焼結鉱の品質評価方法の概要を示すフロー図である。図示されるように、品質評価方法では、まず、造粒した原料を焼成して得られた焼結鉱を粉砕して粉末試料を得る(ステップS1:試料粉砕工程)。次に、粉末試料をX線回折(XRD)法によって分析し、XRDパターンを得る(ステップS2:XRDパターン測定工程)。さらに、XRDパターンにリートベルト解析を適用して鉱物相の相分率を求める(ステップS3:リートベルト解析工程)。最後に、リートベルト解析で得られたSFCA-I分率から焼結鉱の品質、具体的には被還元性、還元粉化性または軟化開始温度の少なくともいずれかを評価する(ステップS4:焼結鉱品質評価工程)。以下、各工程の詳細について説明する。 Figure 1 is a flow diagram outlining a sinter quality evaluation method according to one embodiment of the present invention. As shown in the figure, the quality evaluation method first involves pulverizing the sinter obtained by firing granulated raw materials to obtain a powder sample (Step S1: Sample Pulverization Step). Next, the powder sample is analyzed by X-ray diffraction (XRD) to obtain an XRD pattern (Step S2: XRD Pattern Measurement Step). Furthermore, Rietveld analysis is applied to the XRD pattern to determine the mineral phase fraction (Step S3: Rietveld Analysis Step). Finally, the quality of the sinter, specifically at least one of the reducibility, reduction disintegration property, and softening start temperature, is evaluated based on the SFCA-I fraction obtained by Rietveld analysis (Step S4: Sinter Quality Evaluation Step). Each step is described in detail below.

(ステップS1:試料粉砕工程)
試料粉砕工程では、鉄鉱石や返鉱などの鉄含有原料、石灰石などの副原料、およびコークスなどの炭材を造粒した後、焼成して焼結鉱を得る。焼結装置として例えばドワイトロイド(DL)式焼結機の他、焼結鍋を用いてもよい。焼結鉱試料は、焼結ケーキ(焼結鍋の場合は焼結鉱塊)から採取する。以下では、焼結ケーキから試料を採取する場合を例として説明する。試料の採取にあたっては、粒度や焼結反応の熱履歴などが焼結鉱の品質に与える影響を最小化するために、例えば焼成のロットごとに焼結ケーキからの採取部位を統一することが好ましい。試料の採取範囲および採取量については、例えば化学分析用の粉末試料と同等の水準とすることで、妥当性のある代表値を得ることができる。
(Step S1: Sample crushing step)
In the sample grinding process, iron-containing raw materials such as iron ore and return ore, auxiliary raw materials such as limestone, and carbonaceous materials such as coke are granulated and then fired to obtain sintered ore. Sintering equipment, such as a Dwight Lloyd (DL) sintering machine or a sintering pot, can be used. Sintered ore samples are collected from the sintered cake (or from the sintered ore lump in the case of a sintering pot). The following describes the case where samples are collected from the sintered cake. To minimize the impact of particle size and the thermal history of the sintering reaction on the quality of the sintered ore, it is preferable to collect samples from the same area of the sintered cake for each firing lot. The sample collection range and amount should be the same as those for powder samples for chemical analysis, for example, to obtain valid representative values.

次に、採取した焼結鉱試料を粉砕および混合して粉末試料を得る。粉砕工程では、例えば、振動ミル、ボールミル(回転ミル)またはスタンプミルなどの粉砕装置が用いられる。振動ミルやボールミルは粉砕と同時に混合も行われるため、スタンプミルよりも時間短縮が可能である。粉末試料の粒径は、XRD法による分析が適切に行えるように決定される。粒径が粗すぎると配向によってXRDパターンに影響を及ぼし、粒径が細かすぎてナノメートルオーダーになると結晶性が悪化しアモルファスのようなXRDパターンになる。具体的には、例えば、粉末試料の平均粒径が20μm~125μm程度になるように粉砕することが好ましい。粉砕後の混合工程は、乳鉢などを用いて粉末試料を混ぜる程度でよい。上記のように、振動ミルやボールミルは粉砕および混合を同時に実施するため、別途の混合工程は必要ない。スタンプミルなどで粉砕した場合は、粉砕後に混合工程を実施して試料を均一化するのが好ましい。なお、粉砕工程を複数回に分けて実施した場合は、試料を均一化するために粉砕方法に関わらず混合工程を実施することが好ましい。 Next, the collected sintered ore sample is crushed and mixed to obtain a powder sample. The crushing process uses crushing equipment such as a vibration mill, ball mill (rotary mill), or stamp mill. Because crushing and mixing are performed simultaneously with crushing using a vibration mill or ball mill, crushing time can be reduced compared to stamp mills. The particle size of the powder sample is determined so that analysis by XRD can be performed appropriately. If the particle size is too coarse, orientation can affect the XRD pattern, while if the particle size is too fine (on the nanometer order), crystallinity deteriorates, resulting in an amorphous-like XRD pattern. Specifically, for example, crushing is performed so that the average particle size of the powder sample is approximately 20 μm to 125 μm. The mixing process after crushing can be as simple as mixing the powder sample using a mortar or other device. As mentioned above, crushing and mixing are performed simultaneously using a vibration mill or ball mill, so a separate mixing process is not necessary. When crushing using a stamp mill or other device, a mixing process after crushing is preferably performed to homogenize the sample. If the crushing process is performed multiple times, a mixing process is preferably performed regardless of the crushing method to homogenize the sample.

(ステップS2:XRDパターン測定工程)
XRDパターン測定工程では、粉末試料をサンプルホルダーに詰めてXRD測定を実施する。XRD測定に影響しなければサンプルホルダーの材質は特に限定されないが、例えばガラス製のサンプルホルダーが用いられる。試料粉末をサンプルホルダーに詰める際には、必要以上に強く詰めないのが好ましい。強く詰めると配向によってXRDパターンに影響するためである。サンプルホルダーに詰めた後の試料の表面は平滑にするのが好ましい。表面に凹凸があるとX線の侵入深さが一定でなくなりXRDパターンに影響するためである。なお、焼結鉱の粉末は特に配向が起こりやすい試料ではないため、上記の他は配向を防ぐための特別な構造や方法は必要ない。XRDで用いるX線源がCu管球の場合、入射X線の侵入深さは約1μmである。そのため、サンプルホルダー内の試料の厚さは0.2mm以上あればよい。粉末試料を詰めたサンプルホルダーをX線回折装置にセットして、XRDパターンを測定する。
(Step S2: XRD pattern measurement step)
In the XRD pattern measurement process, the powder sample is packed into a sample holder and XRD measurement is performed. The material of the sample holder is not particularly limited as long as it does not affect the XRD measurement; for example, a glass sample holder is used. When packing the sample powder into the sample holder, it is preferable not to pack it too tightly, as this will affect the XRD pattern due to orientation. It is preferable to smooth the surface of the sample after packing it into the sample holder. Surface irregularities will cause the X-ray penetration depth to become inconsistent, affecting the XRD pattern. Since sintered ore powder is not particularly prone to orientation, no special structure or method is required to prevent orientation other than the above. When the X-ray source used in XRD is a Cu tube, the penetration depth of the incident X-rays is approximately 1 μm. Therefore, the thickness of the sample in the sample holder should be 0.2 mm or more. The sample holder packed with the powder sample is then placed in the X-ray diffractometer, and the XRD pattern is measured.

XRDパターンの測定には、例えばディフラクトメータ(集中法)が用いられる。後の工程でリートベルト解析を実施してXRDパターン全体を精密化するため、XRDパターンの測定範囲2θは広いほうが好ましい。例えば2θ=10°~140°の範囲で測定するのが好ましい。ステップ刻みΔ2θは、例えばΔ2θ=0.02°~0.04°を設定する。スキャンタイプは、ステップスキャンまたは連続スキャンのどちらでもよい。検出器の露光時間(ステップスキャンの場合)またはスキャンスピード(連続スキャンの場合)は、最大強度が2万~3万カウントになるように設定する。スリット条件は、入射X線の照射面積が試料面積を超えないようにする。X線源としては、例えばCuKα線やCoKα線が用いられる。この際、X線源の元素に合わせたKβフィルター(Cu線源の場合はNi板)を挿入して、Kβ線を軽減させるのが好ましい。 To measure the XRD pattern, a diffractometer (focusing method) is used, for example. Since Rietveld analysis is performed later to refine the entire XRD pattern, a wide measurement range of 2θ for the XRD pattern is preferable. For example, measurement is preferably performed in the range of 2θ = 10° to 140°. The step increment Δ2θ is set to, for example, Δ2θ = 0.02° to 0.04°. The scan type can be either step scan or continuous scan. The detector exposure time (for step scan) or scan speed (for continuous scan) is set so that the maximum intensity is 20,000 to 30,000 counts. The slit conditions are such that the irradiated area of the incident X-rays does not exceed the area of the sample. For example, CuKα or CoKα radiation is used as the X-ray source. In this case, it is preferable to insert a Kβ filter (Ni plate for Cu radiation source) tailored to the element of the X-ray source to reduce Kβ radiation.

(ステップS3:リートベルト解析工程)
リートベルト解析工程では、測定によって得られたXRDパターン(実測XRDパターン)に一致するように、計算XRDパターンの因子を最小二乗法によって最適化する。この工程を精密化ともいう。計算XRDパターンについて精密化を適切に実施することによって、例えば一般的なピーク強度比較よりも高い精度で鉱物相の相分率が定量される。リートベルト解析による定量には、標準物質を混合しないで鉱物相の定量が可能なWPPF(Whole Powder Pattern Fitting)法を利用するのが好ましい。リートベルト解析用の解析ソフトウェアとして、例えば株式会社リガク製のPDXL-2が用いられる。結晶相のデータベースとして、例えばICDD(International Centre for Diffraction Data)(登録商標)が作成しているPDF(Powder Diffraction File)(登録商標)が用いられる。なお、以下では上記のソフトウェアおよびデータベースを用いたリートベルト解析の手順について説明するが、リートベルト解析に利用可能な他のソフトウェアやデータベースを用いることも可能である。
(Step S3: Rietveld analysis step)
In the Rietveld analysis process, the factors of the calculated XRD pattern are optimized by the least-squares method so that it matches the XRD pattern obtained by measurement (the measured XRD pattern). This process is also called refinement. By appropriately refining the calculated XRD pattern, the mineral phase fraction can be quantified with higher accuracy than, for example, general peak intensity comparison. For quantification by Rietveld analysis, it is preferable to use the Whole Powder Pattern Fitting (WPPF) method, which allows for mineral phase quantification without mixing a standard substance. For example, PDXL-2, manufactured by Rigaku Corporation, is used as the analysis software for Rietveld analysis. For example, PDF (Powder Diffraction File) (registered trademark) created by ICDD (International Centre for Diffraction Data) (registered trademark) is used as the crystalline phase database. Note that the procedure for Rietveld analysis using the above software and database is described below; however, other software and databases available for Rietveld analysis can also be used.

上記のようなソフトウェアおよびデータベースを用いたリートベルト解析の具体的な手順について、さらに説明する。具体的な手順は、以下で説明する(1)計算XRDパターンの初期設定、(2)初期鉱物相の決定、(3)精密化条件の決定、および(4)パターンの精密化を含む。 The specific procedures for Rietveld analysis using the software and database described above will now be described. The specific procedures include (1) initial setup of the calculated XRD pattern, (2) determination of the initial mineral phase, (3) determination of refinement conditions, and (4) refinement of the pattern, as described below.

(1)計算XRDパターンの初期設定
PDXL-2に実測XRDパターンを読み込ませると、実測XRDパターンに近似する計算XRDパターンが自動的に計算される。実測XRDパターン中に存在するピークが計算XRDパターン内に存在しない場合や、バックグラウンドに異常が見られる場合は、手動で計算XRDデータを補正する。例えばPDXL-2では、ピーク位置の追加機能を利用して自動計算されたパターンに存在しないピークを追加することができる。2θ=30°~50°間のピークは自動計算では見落とされやすいため、実測XRDパターンと比較して必要に応じてピークを追加する。逆に、バックグラウンドをピークとして誤検出した場合は、ピーク位置の削除機能が利用できる。また、頻度は少ないがバックグラウンドに明らかな異常が見られた場合は、バックグラウンドの編集機能を利用して補正する。
(1) Initial Setting of Calculated XRD Pattern When a measured XRD pattern is loaded into PDXL-2, a calculated XRD pattern that is similar to the measured XRD pattern is automatically calculated. If a peak present in the measured XRD pattern is not present in the calculated XRD pattern, or if an abnormality is observed in the background, the calculated XRD data can be manually corrected. For example, in PDXL-2, peaks that are not present in the automatically calculated pattern can be added using the peak position addition function. Peaks between 2θ = 30° and 50° are easily overlooked in automatic calculations, so peaks can be added as needed by comparing them with the measured XRD pattern. Conversely, if the background is mistakenly detected as a peak, the peak position deletion function can be used. Furthermore, if a clear abnormality is observed in the background, although this is rare, the background editing function can be used to correct it.

(2)初期鉱物相の決定
PDXL-2では、鉱物相に含まれる元素を選択すると、上記(1)で設定された計算XRDパターンに適合する鉱物相の候補をリストアップする機能がある。この機能を利用して、初期鉱物相およびその順番を決定する。初期鉱物相の順番もリートベルト解析の結果に影響を与え、基本的には存在分率が高い順番に初期鉱物相を選択した方が結果の精度が向上する。焼結鉱中の主要鉱物相は、ヘマタイト(α-Fe)、マグネタイト(Fe)、多成分系カルシウムフェライトおよびシリケートスラグ(CaSiO)である。また、生成条件によっては微量(約3質量%以下)のウスタイト(FeO)や2元系カルシウムフェライトなどが生成する。この時点では正確な存在分率は不明であるが、一般的な傾向としてはヘマタイト、マグネタイト、多成分系カルシウムフェライト、シリケートスラグの順で存在分率が高いため、この順番で鉱物相を選択するとよい。微量のウスタイトや2元系カルシウムフェライトについては、解析対象に含めてもよいが、順番は上記の主要鉱物相よりも後になる。また、これらの微量の相は本実施形態において評価される焼結鉱の品質にほとんど影響しないため、回折ピークが明瞭に検出された場合を除いて解析対象に含めなくてもよい。
(2) Determining the Initial Mineral Phases. PDXL-2 has a function that, when elements contained in the mineral phases are selected, lists candidate mineral phases that match the calculated XRD pattern set in (1) above. This function is used to determine the initial mineral phases and their order. The order of the initial mineral phases also affects the results of the Rietveld analysis. Generally, selecting the initial mineral phases in order of increasing abundance improves the accuracy of the results. The major mineral phases in sinter are hematite (α-Fe 2 O 3 ), magnetite (Fe 3 O 4 ), multicomponent calcium ferrite, and silicate slag (Ca 2 SiO 4 ). Depending on the production conditions, trace amounts (approximately 3% by mass or less) of wüstite (FeO) and binary calcium ferrite may also be produced. While the exact abundance fractions are unknown at this point, the general trend is hematite, magnetite, multicomponent calcium ferrite, and silicate slag, so it is recommended to select the mineral phases in this order. Trace amounts of wustite and binary calcium ferrite may be included in the analysis, but they will be included after the major mineral phases. Furthermore, these trace phases have almost no effect on the quality of the sintered ore evaluated in this embodiment, so they do not need to be included in the analysis unless their diffraction peaks are clearly detected.

既に述べたように、多成分系カルシウムフェライトには複数の種類がある。例えば、多成分系カルシウムフェライトをSFCAおよびSFCA-Iの2種類に分離した場合、上記の初期鉱物相の設定ではヘマタイト、マグネタイト、SFCA、SFCA-Iおよびシリケートスラグの5種を、この順番で設定する。一方、本実施形態では、多成分系カルシウムフェライトをSFCA(第1のカルシウムフェライト)およびSFCA-I(第2のカルシウムフェライト)に加えて第3のカルシウムフェライトの3種類に分離するため、初期鉱物相の設定ではヘマタイト、マグネタイト、SFCA、SFCA-I、第3のカルシウムフェライトおよびシリケートスラグの6種を、この順番で設定するのが望ましいが、後述するように順番は変更してもよい。 As mentioned above, there are multiple types of multi-component calcium ferrites. For example, if multi-component calcium ferrite is separated into two types, SFCA and SFCA-I, the initial mineral phases are set as follows: hematite, magnetite, SFCA, SFCA-I, and silicate slag, in that order. In contrast, in this embodiment, multi-component calcium ferrite is separated into three types: SFCA (first calcium ferrite), SFCA-I (second calcium ferrite), and a third calcium ferrite. Therefore, the initial mineral phases are preferably set as follows: hematite, magnetite, SFCA, SFCA-I, the third calcium ferrite, and silicate slag, in that order; however, the order may be changed, as described below.

初期鉱物相の設定における留意点を以下で説明する。まず、ヘマタイトおよびマグネタイトについては、似た結晶構造をもつ鉱物相がデータベース内に多く存在するが、後の工程で結晶構造を精密化するため、どの鉱物相を選択してもよい。一般に、ヘマタイトは2θ=33°付近に、マグネタイトは2θ=35°付近に最大のピークが存在する。初期鉱物相におけるヘマタイトおよびマグネタイトの設定にあたっては、上記の一般的なピーク位置と、XRDパターンのFOM(Figure of Merit)とを考慮する。ここで、FOMは、試料のXRDパターンと候補の鉱物相のXRDパターンの差を定量的に示した値であり、FOMが小さいほど試料中にその鉱物相が含まれる可能性が高いと考えられる。 Points to note when selecting the initial mineral phase are explained below. First, for hematite and magnetite, there are many mineral phases in the database with similar crystal structures, but any mineral phase can be selected since the crystal structure will be refined in a later process. Generally, hematite has a maximum peak near 2θ = 33°, and magnetite has a maximum peak near 2θ = 35°. When selecting hematite and magnetite as the initial mineral phase, the above general peak positions and the FOM (Figure of Merit) of the XRD pattern are taken into consideration. Here, FOM is a value that quantitatively indicates the difference between the XRD pattern of the sample and the XRD pattern of the candidate mineral phase; the smaller the FOM, the more likely it is that the mineral phase is contained in the sample.

次に、SFCA(第1のカルシウムフェライト)については、連続固溶体であるため異なる組成の相が多数確認されているが、基本的にはCa(Ca,Fe,Al)(Fe,Al,Si)20の構造式を満たす結晶構造になるため、例えばCalcium Iron Aluminum Silicate(化学式:Ca2.8Fe8.7Al1.2Si0.820,No:08-1-080-0850)(Fe/CaO=1.6)が選択される。SFCA-I(第2のカルシウムフェライト)についても同様に異なる組成の相が多数確認されているが、基本的にはCa(Ca,Fe)(Fe,Al)1628の構造式を満たす結晶構造になるため、例えば化学式:Ca3.18Fe15.48Al1.3428,No:00-052-1258が選択される。第3のカルシウムフェライトについては、SFCAやSFCA-Iとは異なり異なる組成の相に対して妥当性を有する結晶構造が特定されていないため、例えば文献で報告されているSFCA-IIIにおいてAlやMgをFeに置き換えた結晶構造を仮に選択し、後の工程で精密化する。 Next, with regard to SFCA (first calcium ferrite), since it is a continuous solid solution, many phases of different compositions have been confirmed, but it basically has a crystal structure that satisfies the structural formula of Ca2(Ca,Fe,Al)6(Fe,Al,Si)6O20 , so for example , Calcium Iron Aluminum Silicate ( chemical formula: Ca2.8Fe8.7Al1.2Si0.8O20 , No: 08-1-080-0850) ( Fe2O3 / CaO =1.6) is selected. Similarly, many phases of different compositions have been confirmed for SFCA-I (second calcium ferrite), but since it basically has a crystal structure that satisfies the structural formula of Ca3 (Ca,Fe)(Fe,Al) 16O28 , for example, chemical formula: Ca3.18Fe15.48Al1.34O28 , No: 00-052-1258 is selected. For the third calcium ferrite, unlike SFCA and SFCA-I , no crystal structure that is appropriate for phases of different compositions has been identified, so for example, a crystal structure in which Al and Mg are replaced with Fe in SFCA-III reported in the literature is tentatively selected, and then refined in a later process.

シリケートスラグについては、焼結鉱中ではダイカルシウムシリケート(CaSiO)が大部分を占める。中でも2θ=32°付近に強い回折ピークをもつラーナイト(Larnite:CaSiO)が一般的な焼結鉱のXRDパターンに適合しやすいため、特に問題がなければラーナイトを選択する。ラーナイトもヘマタイトやマグネタイトと同じく、似た結晶構造をもつ鉱物相がデータベース内に多く存在するため、一般的なピーク位置とXRDパターンのFOMとを考慮して初期鉱物相を設定する。 For silicate slag, dicalcium silicate ( Ca2SiO4 ) accounts for the majority of sintered ore. Among these , larnite ( Ca2SiO4 ) , which has a strong diffraction peak near 2θ = 32°, is easily compatible with the XRD pattern of general sintered ore, so if there are no particular problems, larnite is selected. As with hematite and magnetite, there are many mineral phases in the database that have similar crystal structures to larnite, so the initial mineral phase is set taking into account the general peak position and the FOM of the XRD pattern.

(3)精密化条件の決定
上記で決定された初期鉱物相について、リートベルト解析の条件を設定する。リートベルト解析で計算XRDパターンに利用する理論回折強度の計算式は式(1)に示す通りである。なお、式(1)においてsは尺度因子、S(θ)は試料表面粗さの補正因子、A(θ)は吸収因子、D(θ)は一定照射補正因子、Kはブラッグ反射強度に寄与する反射の番号、mはブラッグ反射の多重度、Fは結晶構造因子、Pは選択配向関数、L(θ)はローレンツ偏光因子、θはブラッグ角、Φ(Δ2θik)はプロファイル関数、y(2θ)はバックグラウンド関数である。
(3) Determining refinement conditions: The conditions for Rietveld analysis are set for the initial mineral phase determined above. The formula for calculating the theoretical diffraction intensity used in the calculated XRD pattern in Rietveld analysis is shown in formula (1). In formula (1), s is the scale factor, S Ri ) is the correction factor for the sample surface roughness, A (θ i ) is the absorption factor, D (θ i ) is the constant irradiation correction factor, K is the reflection number contributing to the Bragg reflection intensity, m k is the multiplicity of the Bragg reflection, F k is the crystal structure factor, P k is the preferred orientation function, L (θ k ) is the Lorentz polarization factor, θ k is the Bragg angle, Φ (Δ2θ ik ) is the profile function, and y b (2θ i ) is the background function.

本実施形態では、XRDパターンのリートベルト解析における精密化の因子として、格子定数およびプロファイル関数を選択する。これらの因子は、式(1)中では以下の式(2),(3)で表される。ただし、式(3)のプロファイル関数に組み込まれている対称プロファイルパラメータU,V,Wは、装置条件に関する因子であり装置が共通の条件では変化しないため精密化の対象から除外する。さらに、カルシウムフェライトの3相の結晶構造が近く精密化が発散する可能性があることから、結晶構造因子は精密化の対象から除外し、プロファイル関数はSFCAとSFCA-Iおよび第3のカルシウムフェライトとの間で共通とする。また、式(3)のプロファイル関数に組み込まれているηも精密化の対象から除外する。 In this embodiment, the lattice constant and profile function are selected as refinement factors in Rietveld analysis of the XRD pattern. These factors are expressed in the following equations (2) and (3) in equation (1). However, the symmetry profile parameters U, V, and W incorporated into the profile function in equation (3) are factors related to the instrument conditions and do not change under common instrument conditions, so they are excluded from the refinement target. Furthermore, because the crystal structures of the three phases of calcium ferrite are similar and there is a possibility that refinement will diverge, the crystal structure factor is excluded from the refinement target, and the profile function is common between SFCA, SFCA-I, and the third calcium ferrite. η incorporated into the profile function in equation (3) is also excluded from the refinement target.

(4)パターンの精密化
本実施形態におけるパターンの精密化の因子は、上述の通り格子定数およびプロファイル関数である。格子定数およびプロファイル関数の精密化は、同時に実施する。また、精密化は初期鉱物相を選択した順番で実施する。表1に、具体的な精密化の順番の例を示す。上述のように、本実施形態では初期鉱物相としてヘマタイト、マグネタイト、SFCA、SFCA-I、第3のカルシウムフェライトおよびシリケートスラグをこの順番で設定するため、精密化もこの順序で実施される。なお、最初のヘマタイトとマグネタイトの精密化は同時に実施してもよい。また、表1に示した順番はあくまで一例であり、試料によっては精密化の順番を変更してもよい。
(4) Pattern Refinement In this embodiment, the factors for refining the pattern are the lattice constant and the profile function, as described above. The refinement of the lattice constant and the profile function is performed simultaneously. Furthermore, the refinement is performed in the order in which the initial mineral phases are selected. Table 1 shows an example of a specific refinement order. As described above, in this embodiment, the initial mineral phases are set to hematite, magnetite, SFCA, SFCA-I, the third calcium ferrite, and silicate slag in this order, and therefore the refinement is also performed in this order. Note that the initial refinement of hematite and magnetite may be performed simultaneously. Furthermore, the order shown in Table 1 is merely an example, and the order of refinement may be changed depending on the sample.

精密化の精度は、式(5)に示すS値で評価される。なお、式(5)においてyは回折強度、wは1/y、Nは全データ数、Pは精密化するパラメータの数である。S値は、計算XRDパターンが実測XRDパターンに近づくほど小さい値をとる(最小は1)。一般的な焼結鉱の場合は、S値が2~3であれば精密化の精度が十分であると判断できる。ただし、試料によっては、精密化が妥当であってもS値が3を超えることがある。 The accuracy of refinement is evaluated by the S value shown in formula (5). In formula (5), yi is the diffraction intensity, wi is 1/ yi , N is the total number of data, and P is the number of parameters to be refined. The closer the calculated XRD pattern is to the measured XRD pattern, the smaller the S value (minimum is 1). For general sintered ore, an S value of 2 to 3 can be considered to be sufficient accuracy of refinement. However, depending on the sample, the S value may exceed 3 even if the refinement is appropriate.

(ステップS4:焼結鉱品質評価工程)
上記のS値に基づいてリートベルト解析の精密化が十分な精度に到達したと判断されたら、SFCA-I(第2のカルシウムフェライト)の相分率に基づいて焼結鉱の品質を評価する。具体的には、SFCA-I分率が高い焼結鉱は、被還元性が高く、還元粉化性が低く、軟化開始温度が高いと評価することができる。評価基準として、被還元性については、例えば、900℃における還元率がJIS M8713において到達還元率(relative reducibility)として規定されている。また、実際の高炉内は最高温度1200℃以上でも還元が進行するために、1200℃時点での還元率である1200℃還元率なども用いられる。還元粉化性については、例えばJIS M8720に規定された還元粉化指数RDI(Reduction-Disintegration Index)が用いられる。軟化開始温度については、焼結鉱試料1kgを用いた、大型滴下試験を実施して測定される軟化開始温度Tsが用いられる。
(Step S4: Sintered ore quality evaluation step)
Once it is determined that the refinement of the Rietveld analysis has reached sufficient accuracy based on the S value, the quality of the sintered ore is evaluated based on the SFCA-I (second calcium ferrite) phase fraction. Specifically, sintered ore with a high SFCA-I fraction can be evaluated as having high reducibility, low reduction disintegration, and a high softening start temperature. Regarding reducibility, for example, the reduction degree at 900°C is specified as the relative reducibility in JIS M8713. Furthermore, because reduction in an actual blast furnace proceeds even at a maximum temperature of 1200°C or higher, the reduction degree at 1200°C, or the 1200°C reduction degree, is also used. Regarding reduction disintegration, for example, the reduction disintegration index (RDI) specified in JIS M8720 is used. Regarding the softening start temperature, the softening start temperature Ts measured by a large-scale dropping test using a 1 kg sintered ore sample, is used.

上記の評価基準を用いて複数の焼結鉱を解析することで、被還元性、還元粉化性および軟化開始温度とSFCA-I分率の相関を導くことができる。この手法によって得られた相関曲線を適用することで、新たな焼結鉱のリートベルト解析によって得られたSFCA-I分率から被還元性、還元粉化性および軟化開始温度を評価することが可能になる。 By analyzing multiple sintered ores using the above evaluation criteria, it is possible to derive correlations between reducibility, reduction disintegration, and softening onset temperature and the SFCA-I fraction. By applying the correlation curve obtained by this method, it is possible to evaluate reducibility, reduction disintegration, and softening onset temperature from the SFCA-I fraction obtained by Rietveld analysis of new sintered ores.

以上で説明した本発明の一実施形態では、焼結鉱のXRDパターンにリートベルト解析を適用してSFCA-I分率を定量することによって、焼結鉱の被還元性、還元粉化性または軟化開始温度の少なくともいずれかを、実試験よりも簡便に評価することができる。また、本実施形態では、リートベルト解析においてSFCA(第1のカルシウムフェライト)およびSFCA-I(第2のカルシウムフェライト)に加えて第3のカルシウムフェライトを分離するため、より高い精度でSFCA-I分率を定量することができる。 In one embodiment of the present invention described above, by applying Rietveld analysis to the XRD pattern of sintered ore to quantify the SFCA-I fraction, it is possible to evaluate at least one of the reducibility, reduction disintegration tendency, or softening onset temperature of the sintered ore more easily than through actual testing. Furthermore, in this embodiment, because the Rietveld analysis separates a third calcium ferrite in addition to SFCA (first calcium ferrite) and SFCA-I (second calcium ferrite), it is possible to quantify the SFCA-I fraction with greater accuracy.

本発明の実施例として、複数の焼結鉱試料について実試験とともにXRDパターン測定およびリートベルト解析を実施して、SFCA-I相分率と焼結鉱の被還元性、還元粉化性(RDI)および軟化開始温度(Ts)との相関を評価した。具体的な手順は以下の通りである。 As an example of the present invention, actual tests were conducted on multiple sintered ore samples, along with XRD pattern measurements and Rietveld analysis, to evaluate the correlation between the SFCA-I phase fraction and the reducibility, reduction disintegration index (RDI), and softening temperature (Ts) of the sintered ore. The specific procedure is as follows:

まず、鉄含有原料である鉄鉱石に、副原料である石灰石を9.0質量%~11.0質量%、炭材であるコークスを外数で4.0質量%~5.5質量%の範囲で添加したものを造粒した後、DL式焼結機で焼成した。16の焼成ロット(ロット名:Sinter1~Sinter16)のそれぞれで、パレット抜きした焼結ケーキを破砕し、直径5mm以下に整粒したもの3kgを焼結鉱試料として採取した。 First, iron ore, an iron-containing raw material, was mixed with 9.0% to 11.0% by mass of limestone as an auxiliary material and 4.0% to 5.5% by mass of coke as a carbonaceous material, and the mixture was granulated and then fired in a DL-type sintering machine. For each of the 16 firing lots (lot names: Sinter 1 to Sinter 16), the sintered cake was removed from the pallet, crushed, and 3 kg of the crushed cake was collected as a sintered ore sample, with a diameter of 5 mm or less.

各ロットの焼結鉱試料に対して、下記の各測定を行った。
(XRD測定とリートベルト解析) 各ロットの焼結鉱試料から1g程度採取し、後述する測定条件にてXRD測定とリートベルト解析を行い、各鉱物相の相分率を求めた。
(被還元性の測定) 各ロットの焼結鉱試料から500gを採取し1200℃の温度条件下で還元温度以外はJIS M8713に従って還元試験を実施して到達還元率(1200℃還元率)を測定した。
(還元粉化性の測定) 各ロットの焼結鉱試料から2kg採取し、JIS M8720に従って、550℃で還元後にドラム式破砕機を用いた破砕試験を実施して還元粉化指数RDIを測定した。
(軟化開始温度の測定) 軟化開始温度は、各ロットの焼結鉱試料から500g採取し高温荷重軟化試験法で決定した。詳細には、内径70mm、高さ70mmのるつぼ内に500gの鉄源試料をコークスで上下サンドイッチする形で装入し、そのるつぼに対して常時1kgf/cm(98kPa)の荷重をかけつつ、還元ガスとしてCOガスを8L/min,Nガスを24.5L/minの流量で流し、5℃/minで昇温しながら(1400℃まで加熱)、圧力損失が200mmHO(1960Pa)に達する温度を軟化開始温度とした。
The following measurements were carried out on each lot of sintered ore sample.
(XRD Measurement and Rietveld Analysis) Approximately 1 g of sintered ore sample was taken from each lot, and XRD measurement and Rietveld analysis were carried out under the measurement conditions described below to determine the phase fraction of each mineral phase.
(Measurement of reducibility) 500 g of sintered ore sample from each lot was sampled and subjected to a reduction test under a temperature condition of 1200°C in accordance with JIS M8713 except for the reduction temperature, to measure the achieved reduction rate (1200°C reduction rate).
(Measurement of Reduction Disintegration Property) 2 kg of sintered ore sample was taken from each lot, and after reduction at 550° C., a crushing test was carried out using a drum crusher in accordance with JIS M8720 to measure the reduction disintegration index RDI.
(Measurement of softening start temperature) The softening start temperature was determined by a high-temperature load softening test using 500 g of sintered ore sample from each lot. Specifically, 500 g of the iron source sample was placed in a crucible with an inner diameter of 70 mm and a height of 70 mm, sandwiched between coke. A load of 1 kgf/cm (98 kPa) was constantly applied to the crucible. CO gas and N gas were flowed at a flow rate of 8 L/min and 24.5 L/min, respectively, as reducing gases. The temperature was increased at a rate of 5°C/min (to 1400°C), and the softening start temperature was determined as the temperature at which the pressure drop reached 200 mmH2O (1960 Pa).

本実施例におけるXRD測定の条件は以下の通りである。
管球:CoKα (40kV、36mA)
検出器:1次元検出器D/tex(株式会社リガク製)
2θ:10deg~140deg
Δ2θ:0.02deg
スキャン速度:1deg/分
The conditions for the XRD measurement in this example are as follows.
Tube: CoKα (40kV, 36mA)
Detector: One-dimensional detector D/tex (manufactured by Rigaku Corporation)
2θ: 10deg to 140deg
Δ2θ: 0.02 deg
Scan speed: 1 deg/min

次に、XRD測定によって得られたXRDパターンに対して、リートベルト解析を実施した。リートベルト解析は、初期鉱物相としてヘマタイト(Hematite)、マグネタイト(Magnetite)、SFCA、SFCA-I、第3のカルシウムフェライト(便宜上SFCA-IIIと記載されているが、上述の通り文献で報告されたSFCA-IIIとは必ずしも同一ではない)およびシリケートスラグ(Larnite)の6種をこの順で設定したもの(実施例)と、初期鉱物相としてヘマタイト、マグネタイト、SFCA、SFCA-Iおよびシリケートスラグの5種をこの順で設定したもの(比較例)の2通りについて実施した。実施例および比較例のそれぞれについて、リートベルト解析によって定量されたSFCA-I分率と、実試験で測定された1200℃還元率、還元粉化指数RDIおよび軟化開始温度Tsとの相関を求めた。結果を表2、表3および表4、ならびに図2、図3および図4に示す。 Next, Rietveld analysis was performed on the XRD patterns obtained by XRD measurement. Rietveld analysis was performed on two samples: one in which the initial mineral phases were hematite, magnetite, SFCA, SFCA-I, a third calcium ferrite (referred to as SFCA-III for convenience, but as noted above, this is not necessarily the same as the SFCA-III reported in the literature), and silicate slag (larnite), in this order (Example); and one in which the initial mineral phases were hematite, magnetite, SFCA, SFCA-I, and silicate slag, in this order (Comparative Example). For each of the Example and Comparative Example, correlations were determined between the SFCA-I fraction quantified by Rietveld analysis and the 1200°C reduction degree, reduction degradation index (RDI), and softening onset temperature (Ts) measured in actual tests. The results are shown in Tables 2, 3, and 4, and Figures 2, 3, and 4.

図2、図3および図4のグラフに示されるように、実施例および比較例の両方で、SFCA-I分率は1200℃還元率、還元粉化指数RDIおよび軟化開始温度Tsに対して相関を示す。さらに実施例と比較例とを比べると、1200℃還元率、還元粉化指数RDIおよび軟化開始温度Tsのすべてについて実施例の方が比較例よりも相関係数が高くなっており、第1のカルシウムフェライト(SFCA)および第2のカルシウムフェライト(SFCA-I)に加えて第3のカルシウムフェライトを分離してリートベルト解析を実施することによって焼結鉱の品質評価の精度が向上していることがわかる。 As shown in the graphs of Figures 2, 3, and 4, in both the Examples and Comparative Examples, the SFCA-I fraction shows a correlation with the 1200°C reduction rate, reduction degradation index RDI, and softening start temperature Ts. Furthermore, when comparing the Examples and Comparative Examples, the correlation coefficients for the Examples are higher than those for the Comparative Examples for all of the 1200°C reduction rate, reduction degradation index RDI, and softening start temperature Ts. This shows that the accuracy of sinter ore quality evaluation is improved by separating the third calcium ferrite in addition to the first calcium ferrite (SFCA) and second calcium ferrite (SFCA-I) and performing Rietveld analysis.

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、本発明はこれらの例に限定されない。本発明の属する技術の分野の当業者であれば、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。 The above describes in detail preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to these examples. It is clear that a person skilled in the art of the technology to which the present invention pertains could conceive of various modifications or alterations within the scope of the technical ideas set forth in the claims, and it is understood that these also naturally fall within the technical scope of the present invention.

Claims (1)

鉄含有原料、副原料および炭材を含む原料を造粒および焼成した焼結鉱を粉砕して粉末試料を得る試料粉砕工程と、
前記粉末試料をX線回折法によって分析し回折パターンを得るX線回折パターン測定工程と、
前記回折パターンにリートベルト解析を適用し、鉱物相のうちFe、Ca、Si、Alを含む多成分系カルシウムフェライトを第1のカルシウムフェライト、第2のカルシウムフェライトおよび第3のカルシウムフェライトに分離してそれぞれの相分率を定量するリートベルト解析工程と、
前記第2のカルシウムフェライトの相分率に基づいて前記焼結鉱の品質を評価する焼結鉱品質評価工程と
を実施する焼結鉱の品質評価方法であって、
前記第1のカルシウムフェライトは、スピネル層(S)とパイロキシン層(P)とがSPの結晶配列をとる多成分系カルシウムフェライトであり、
前記第2のカルシウムフェライトは、スピネル層(S)とパイロキシン層(P)とがSSPの結晶配列をとる多成分系カルシウムフェライトであり、
前記第3のカルシウムフェライトは、スピネル層(S)とパイロキシン層(P)とがSSSPの結晶配列をとる多成分系カルシウムフェライトであり、
前記焼結鉱品質評価工程では、前記第2のカルシウムフェライトの相分率が高い前記焼結鉱は被還元性が高いと評価するか、前記第2のカルシウムフェライトの相分率が高い前記焼結鉱は還元粉化性が低いと評価するか、または前記第2のカルシウムフェライトの相分率が高い前記焼結鉱は軟化開始温度が高いと評価する、焼結鉱の品質評価方法。
a sample crushing step of crushing sintered ore obtained by granulating and firing raw materials including an iron-containing raw material, an auxiliary raw material, and a carbonaceous material to obtain a powder sample;
an X-ray diffraction pattern measurement step of analyzing the powder sample by X-ray diffraction to obtain a diffraction pattern;
a Rietveld analysis step of applying Rietveld analysis to the diffraction pattern to separate the multi-component calcium ferrite containing Fe, Ca, Si, and Al among the mineral phases into a first calcium ferrite, a second calcium ferrite, and a third calcium ferrite, and quantifying the fractions of each phase;
a sinter ore quality evaluation step of evaluating the quality of the sinter ore based on the second calcium ferrite phase fraction,
the first calcium ferrite is a multi-component calcium ferrite in which a spinel layer (S) and a pyroxene layer (P) have an SP crystal arrangement,
the second calcium ferrite is a multi-component calcium ferrite in which a spinel layer (S) and a pyroxene layer (P) have an SSP crystal arrangement,
The third calcium ferrite is a multi-component calcium ferrite in which a spinel layer (S) and a pyroxene layer (P) have an SSSP crystal arrangement,
In the sinter ore quality evaluation step, the sinter ore having a high second calcium ferrite phase fraction is evaluated as having a high reducibility, the sinter ore having a high second calcium ferrite phase fraction is evaluated as having a low reduction disintegration tendency, or the sinter ore having a high second calcium ferrite phase fraction is evaluated as having a high softening start temperature .
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Volker Kahlenberg, et al.,Structural elucidation of triclinic and monoclinic SFCA-III - killing two birds with one stone,Acta Crystallographica,vol. 75,米国,Wiley,2019年12月,1126-1136,https://doi.org/10.1107/S2052520619014380

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