CN110462070B - 造粒烧结原料的制造方法及烧结矿的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提出一种即使在大量配合了‑20μm大小的微粉铁矿石的情况下也能够提高造粒性、并且进一步在提高烧结矿的生产性方面也有效果的造粒烧结原料的制造方法、以及使用该原料的烧结矿的制造方法，在对包含粉铁矿石的烧结配合原料进行造粒而形成造粒烧结原料时，作为该粉粒状铁矿石，使用“核粉指数”显示2.0以上的粉粒状铁矿石，制造造粒烧结原料，使用得到的该造粒烧结原料制造烧结矿。

Description

造粒烧结原料的制造方法及烧结矿的制造方法

技术领域

本发明涉及造粒烧结原料的制造方法及使用其制造烧结矿的方法。

背景技术

高炉中使用的烧结矿通过如下方式制造：在烧结配合原料中添加水分，然后进行混合、造粒，将这样得到的造粒烧结原料装入直线烧结机进行烧成，烧结配合原料是在多个品种的粉铁矿石(例如，小于10mm(-10mm)的大小的“烧结料”)中分别适量配合石灰石、二氧化硅、蛇纹石等辅助材料粉、和矿粉、铁鳞、返矿等杂原料粉，并进一步适量配合粉状焦等固体燃料而成的。这里，由于上述烧结配合原料通常包含水分，因此在造粒时相互凝聚而形成准粒子。该准粒子化的制造烧结矿用的造粒烧结原料在装入烧结机的小车(pallet)上时，有助于确保烧结原料装入层的良好通气，在顺畅进行烧结反应方面是有效的。

对于准粒子化的上述造粒烧结原料而言，可以认为造粒形状、特别是越大形状的烧结原料，越可获得良好的通气，研究了对造粒性进行改善的各种方法。例如，作为改善粉铁矿石的造粒性的方法，提出了专利文献1～5那样的方案，这些方案涉及相对于形成核粒子的粗粒、调整附着在其上的微粉的量的方法(烧结原料的预先处理方法)。

但是，对于这些文献中公开的造粒烧结原料的制造技术而言，除了存在成本增加这样的问题以外，也没有对在造粒烧结原料中混合细粒铁矿石时的矿石粒度的适当值进行研究。

此外，还提出了将含高结晶水的矿石粉碎后、将其与其它各原料混合并造粒而形成造粒烧结原料的技术。(专利文献6、7)

然而，实际情况是，对于含高结晶水的矿石的使用而言，从热量、填充层的观点考虑，该使用并不理想。

另外，还提出了将高气孔率铁矿石粉碎、与其它各原料混合后进行造粒的技术(专利文献8)。但是，已知高气孔率铁矿石具有T.Fe低、结晶水高的特征，即使粉碎，也因成分方面会对烧结机的操作造成不良影响。

另外，作为其它的方法，还提出了将SiO₂的含量为3～6质量％、且大于63μm的粒子相对于微粉铁矿石总质量为90质量％以上的微粉铁矿石粉碎而使用的预先处理方法(专利文献9)。但是，对于该技术，没有研究细粒使用时的适当配合，且烧结时的细粒原料的使用方法也不明确。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-350770号公报

专利文献2：日本特开2007-77512号公报

专利文献3：日本特开2008-240159号公报

专利文献4：日本特开2010-242226号公报

专利文献5：日本特开2013-32568号公报

专利文献6：日本特开2014-196548号公报

专利文献7：日本特开2008-261016号公报

专利文献8：日本特开2007-138244号公报

专利文献9：日本特开2016-17211号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的目的在于提出造粒烧结原料的制造方法和使用该原料制造烧结矿的方法，所述造粒烧结原料通过克服现有技术面临的上述课题，并且在特别是大量配合了相对-20μm这样的大小的微粉铁矿石时对后面详述的核粉指数进行适当管理，从而能够提高造粒性，并且进一步具有提高烧结矿的生产性的效果。

解决课题的方法

针于上述的应解决的课题，本发明提出使用包含粉粒状的铁矿石的烧结配合原料来制造造粒烧结原料、进而使用该造粒烧结原料来制造烧结矿的方法。即其特征在于，首先，对于造粒烧结原料的制造，着眼于后面详述的核粉指数，在烧结配合原料中配合使用该核粉指数显示为2.0以上的粉粒铁矿石，然后，在本发明的烧结矿的制造中，使用如上所述得到的造粒烧结原料进行烧结。

即，第一，本发明提出一种造粒烧结原料的制造方法，该方法包括：在对包含粉粒状铁矿石的烧结配合原料进行造粒而形成造粒烧结原料时，作为该粉粒状铁矿石，使用以下定义的核粉指数显示为2.0以上的铁矿石。

核粉指数(-)＝{(+1mm的粒子比例)+(-20μm的粒子比例)}/(-500μm的粒子比例)

另外，第二，本发明提出一种烧结矿的制造方法，该方法包括：通过对包含粉粒状铁矿石的烧结配合原料进行造粒、并利用烧结机对得到的其造粒烧结原料进行烧成而制造烧结矿，其中，作为所述造粒烧结原料，使用以下定义的核粉指数显示为2.0以上的原料。

核粉指数(-)＝{(+1mm的粒子比例)+(-20μm的粒子比例)}/(-500μm的粒子比例)

需要说明的是，在本发明中，下述构成为更优选的实施方式：

(1)所述造粒烧结原料是使用生石灰作为粘合剂进行造粒而成的；

(2)使用所述烧结配合原料及生石灰制造造粒烧结原料时，在造粒后半程外包添加该生石灰；

(3)所述烧结配合原料中的粉粒状铁矿石的至少一部分包含30质量％以上的-20μm大小的粒子。

发明的效果

根据本发明，通过采用以使表示+1mm、-20μm、-500μm的粉铁矿石的配合比例的核粉指数为2.0以上的优选范围内及外包添加生石灰作为粘合剂为主的方法等，在大量配合微粉铁矿石下也可以获得更高的造粒性，并且最终能够有助于提高烧结矿的生产性，由此，可以提出确立理想的造粒烧结原料和烧结矿的制造技术。

附图说明

图1是示出微粉比例不同的添加铁矿石的粒度与风量的关系的图。

图2是示出-63μm粒子的比例与最大附着力的关系的图。

图3是示出-20μm粒子的比例与最大附着力的关系的图。

图4是示出-500μm的比例与造粒粒径的关系的图。

图5是示出-20μm的比例与烧结生产率的关系的图。

图6是示出核粉指数与烧结生产率的关系的图。

具体实施方式

发明人在将“烧结配合原料”造粒而制造“造粒烧结原料”时，首先，调查了涉及造粒性的原料(铁矿石)的粒度的影响。即，该调查是将筛选成各粒度的铁矿石替换为基础的配合而进行的造粒试验及通气试验。作为实验的原料，使用了下述表1所示的原料(铁矿石A～D)(CW＝结晶水)。铁矿石B是将铁矿石A粉碎并筛选为-1mm(小于1mm)的原料，为了控制通气性而添加一定量。在该试验中，特别添加了将作为粗精矿的铁矿石D粉碎、并通过(63～125/125～250/250～500/500～1000)μm的筛孔筛选的铁矿石。然后，如下述表2所示，为了调查粗精矿的粒度的影响，作为基础配合，对于不含该铁矿石D的情况(配合6)也进行了上述的试验。

表1

(质量％)

	T.Fe	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CW	-63μm的比例	-1mm的比例
							铁矿石A	64.3	2.8	1.9	2.3	28	46
铁矿石B	64.3	2.8	1.9	2.3	75	100
							铁矿石C	57.3	5.9	1.5	10.3	2	28
铁矿石D	65.7	4.5	0.2	0.1	0	100

表2

(质量％)

	配合1	配合2	配合3	配合4	配合5	配合6
							铁矿石A	29	29	29	29	29	37
铁矿石B	11	11	11	11	11	13
							铁矿石C	40	40	40	40	40	50
铁矿石D(-63μm)	20	0	0	0	0	0
							铁矿石D(63-125μm)	0	20	0	0	0	0
铁矿石D(125-250μm)	0	0	20	0	0	0
							铁矿石D(250-500μm)	0	0	0	20	0	0
铁矿石D(500-1000μm)	0	0	0	0	20	0

在上述的各试验中，用混凝土搅拌机将各烧结配合原料进行3分钟混合，然后添加水进行造粒，再将得到的造粒粒子加入150mmφ、380mmH的圆筒容器，在负压700mmaq的条件下进行表示通气性的风量测定。需要说明的是，在该试验中，造粒物的水分在6～10质量％的范围变更，在每种配合中使用通气最好时的水分，对于配合1～5而言，在全部的添加粒度下8质量％为最佳，对于配合6而言，9质量％为最佳。需要说明的是，在配合6的情况下，合适的造粒水分增加，其原因是由于大量使用了结晶水多的铁矿石C。结晶水多的铁矿石通常气孔多，造粒时水分渗透至铁矿石内部，需要比致密的铁矿石更多的水分。另外，对于配合1～5，虽然粒度不同，但由于铁矿石种类没有改变，因此合适的水分没有变化。

其结果是，在通气性试验中，如图1所示，-63μm(小于63μm)的情况为通气性比基础配合6更好的结果。但是，发现+63μm的粒度的情况导致通气性变差。因此可知，配合+63μm的粒子会使造粒性降低，进而对通气性造成不良影响。由此可以认为，增加-63μm的粒子的配合会带来通气性的改善。综上所述可以认为，在配置-1mm(-1000μm)的粒子时，增加-63μm的粒子、即微粉铁矿石的配合对于通气性的改善是有效的。

然而，铁矿石等的造粒现象是微粉铁矿石逐步附着于形成核粒子的粉粒状铁矿石的表面的现象。因此，对于造粒而言，微粉铁矿石对核粒子表面的附着力是很重要的。因此，进行了用于测定影响造粒的附着力的剪切试验。该试验通过以下方式进行：将用500μm的筛筛选出的-500μm的粉铁矿石装入将固定模具和可动模具组合而成的容器(43mmφ)内，利用上部的活塞以200kgf进行压缩，然后，一边使垂直应力降低，一边利用拉力计沿水平方向拉动可动部，由此测定与垂直应力相对应的剪切应力。这里，附着力使用了垂直应力为0kgf时的剪切应力。对表3中的铁矿石A、铁矿石C～F进行了试验。对于试样的粒度而言，按照各铁矿石评价了筛选为-500μm的试样和调整为63～125μm的样品，另外，对于将铁矿石D粉碎而成的样品也进行了评价。

其结果是，如下述表3、图2、图3所示可知，随着-63μm或-20μm的比例(质量％)上升，铁矿石的附着力(kPa)增加。这里，-63μm、-20μm的比例是利用激光散射/分散测定法对筛选铁矿石(-500μm)后的铁矿石、调整为63～125μm的铁矿石、将铁矿石D粉碎而成的铁矿石的粒度进行测定而得到的结果。特别是对于-63μm及-20μm的比例和附着力，使用二次函数进行了多元回归分析，结果是，-63μm的情况下相关系数为0.93，-20μm的情况下相关系数为0.98，可知-20μm的粒子的比例对附着力的贡献大。

另外，根据使铁矿石的粒径一致的试验结果可知，即使铁矿石的品种改变，只要不存在-20μm，则附着力也不会增加。关于这一点，在现有的发明(日本特开2008-261016号公报)中认为，在粉碎时，由于针铁矿或高岭石被选择性地粉碎，因此对附着力的贡献率高，但在本发明中发现，通过使铁矿石的粒度变细，即使是针铁矿、高岭石为0.1质量％以下(通过XRD测定)的铁矿石D，附着力也大幅增加。

表3

铁矿石(-500μm)中包含的各粒度的比例(质量％)和-500μm的试样的附着力

	铁矿石A	铁矿石C	铁矿石D	铁矿石E	铁矿石F	粉碎后的铁矿石D
							-63μm的比例	56	13	0	59	89	95
-20μm的比例	31	8	0	12	35	56
							附着力(kPa)	6.3	4.2	2.7	5.0	7.8	10.3

接着，实施改变-20μm的比例的造粒试验、烧结试验。在该试验中，对于虽然是细粒的铁矿石但-20μm的成分少的铁矿石G和实施了粉碎处理的铁矿石H进行了试验。试验的条件及结果如下述表4所示。需要说明的是，关于铁矿石A的配合，实例1和实例2中改变核/粉率，而且，以碱度为2.1、且SiO₂也保持恒定的方式进行了试验。在实施试验时，利用鼓式混合器对样品进行6分钟造粒，使用锅试验机进行烧成。对于烧成后的烧结块，从2m的高度下落一次时，将粒径为+10mm的产品作为成品，将其重量除以(烧结块重量-铺底矿(床敷鉱)重量)而得到的值作为成品率。需要说明的是，烧结生产率(t/(m²·h))是成品重量除以烧成时间及试验锅的截面积而得到的值。

表4

各试验中的铁矿石的配合量(质量％)和配合原料中的各粒度的比例(质量％)

	实例1-1	实例1-2	实例1-3	实例2-1	实例2-2
						铁矿石A-1	0	0	0	34.3	17.5
铁矿石A-2	31.9	29.2	26.5	0	0
						铁矿石C	27	24.8	22.7	29.5	27
铁矿石G	0	0	0	0	19
						铁矿石H	4.8	9.5	14.3	0	0
石灰	12.4	12.4	12.4	12.4	12.4
						返矿	19	19	19	19	19
二氧化硅	0.1	0.3	0.4	0	0.1
						粉状焦	4.8	4.8	4.8	4.8	4.8
+1mm	55.8	53.4	51.1	58	50.9
						-20μm	8.7	11.1	13.5	6.4	3.7
-500μm	33	36	38.9	29	39

如图4所示可知，在-20μm多的实例1中，通常被认为难以造粒的微粉(-500μm)即使增加，造粒粒径也增加，另一方面，在-20μm少的实例2中，随微粉的增加，造粒粒径变小。然而，在造粒粒径增大的实例1中，尽管-20μm增加，造粒粒子增加，但如图5所示可知，烧结的生产率降低。

一般来说，将由核粒子和微粉形成的铁矿石(原料)进行造粒而得到的造粒烧结原料(准粒子)通常为微粉、比核粒子稍小的粒子附着(包覆)在核粒子的周围的结构。在烧结机的湿润带，这样的造粒烧结原料(准粒子)的表面的包覆层的部分吸收水分，因此强度降低而易粉化，由此，使填充层(烧结原料装入层)中的空隙减少，有时阻碍通气。为了解决该问题，重要的是保持湿润带的造粒烧结原料的强度。

作为保持湿润带的上述造粒烧结原料的强度的方法，相对于微粉量不减少或增加在湿润带也不溃散的骨料(+1mm核粒子)是有效的，由此，能够实现通气性的改善。即，对于+1mm(1mm以上)的粒子而言，在造粒时其成为核粒子而促进造粒作用，而且由于粒子本身大，因此在烧结时起到提高通气性的作用。另外，在烧结原料装入层中，虽然在水分增加而使造粒粒子的强度降低的湿润带和造粒烧结原料熔化的熔融带中通气阻力增大，但通过存在+1mm的骨料粒子，可起到抑制通气性降低的作用。

另一方面，对于-500μm的粒子而言，其在成为造粒粒子的一部分时，在湿润带易变成糊状，另外，在熔融带，由于为细粒而易熔化，成为使通气阻力增大的主要原因。

关于这一点，发明人等发现可以通过下述的核粉指数(-)进行整理，所述核粉指数(-)是将造粒时成为核且烧结时成为骨料的+1mm的粒子的比例与有助于造粒的-20μm粒子的比例之和除以对通气性造成不良影响的-500μm粒子比例而得到的值。即，该核粉指数可以通过下述式(1)表示。

[式1]

核粉指数(-)＝{(+1mm的粒子比例)+(-20μm的粒子比例)}/(-500μm的粒子比例)

图6示出了上述核粉指数与烧结生产率的关系。根据该图可知，而且根据后面说明的实施例也可知，发现了相对于造成不良影响的-500μm的粒子，通过将+1mm及-20μm的粒子比例之和设定为1.8以上、优选设定为1.9以上、特别是设定为2.0以上，即使在-500μm粒子比例高的情况下，也能够制造用于保持理想的烧结性的造粒烧结原料。

另外，在本发明中，为了抑制烧结机上的烧结原料装入层的湿润带的影响，采用在通过鼓式混合器进行的造粒处理过程的后半程中外包添加生石灰作为粘合剂的方法。需要说明的是，在造粒处理过程中，外包添加生石灰作为粘合剂具有两个效果。其一是残留与水未反应的CaO，在湿润带中吸收水分的作用，对于抑制准粒子成糊是有效的。而且，另外一点是与水反应的Ca(OH)₂处于准粒子的外面侧，从而其与排气中的CO₂反应，生成微细的CaCO₃，由此，在准粒子表面形成牢固的层，能够形成在湿润带也不容易破碎的填充层(烧结原料装入层)。

实施例

[例1]

在该实施例中，将下述样品(碱度：2.0，SiO₂：5.0质量％)用鼓式混合器进行6分钟造粒，使用锅试验机进行了烧结。使烧结后的烧结块从2m的高度落下一次时，将粒径为+10mm的产品作为成品，将其重量除以(烧结块重量-铺底矿重量)而得到的值作为成品率。烧结生产率(t/(m²·h))是成品重量除以烧成时间及试验锅的截面积而得到的值。

其结果可以确认，如表5、图6所示，相对于造成不良影响的-500μm的粒子，对于+1mm及-20μm的粒子比例之和为2.0倍～2.3倍的实例1-1、实例3-1、实例3-3而言，即使是加入了-500μm粒子比例高的状态的微粉铁矿石的情况，与另外的实例1-2、1-3、3-2、3-4相比，也能够保持稳定的高烧结生产率。

表5

各试验中的铁矿石的配合量(质量％)和配合原料中的各粒度的比例(质量％)

	实例1-1	实例1-2	实例1-3	实例3-1	实例3-2	实例3-3	实例3-4
								铁矿石A-1	31.9	29.2	26.5	0	0	0	0
铁矿石A-3	0	0	0	28.6	22.8	15.8	28.4
								铁矿石B	27	24.8	22.7	35.2	28.1	35.2	22.3
铁矿石G	4.8	9.5	14.3	0	0	0	0
								铁矿石I	0	0	0	0	12.6	12.6	12.6
石灰	12.4	12.4	12.4	12.4	12.4	12.4	12.4
								返矿	19	19	19	19	19	19	19
二氧化硅	0.1	0.3	0.4	0	0.4	0.2	0.6
								粉状焦	4.8	4.8	4.8	4.8	4.8	4.8	4.8
+1mm	55.8	53.4	51.1	57.8	52.8	55.7	50.5
								-20μm	8.7	11.1	13.5	5.6	9	7.9	9.8
-500μm	33	36	38.9	27.2	35.7	32.5	38.2
								核粉指数	2.0	1.8	1.7	2.3	1.7	2.0	1.6
烧结生产率	1.26	1.19	1.16	1.24	1.21	1.25	1.15

[例2]

在该实施例中，说明对于有无添加生石灰、添加的时期进行研究的结果。对于如下述表6所示的核粉指数分别为2.3、2.2、2.2的例子，对于无生石灰的例子、有生石灰(内包)，有生石灰(外包)的例子，调查了对生产率的影响。其它的条件如下所述。

需要说明的是，在该实施例中，将样品(碱度：2.1，SiO₂：4.7质量％)用鼓式混合器进行5分钟造粒，使用锅试验机进行烧成，使烧结后的烧结块从2m的高度下落一次时，将粒径为+10mm的产品作为成品，将其重量除以(烧结块重量-铺底矿重量)的值作为成品率，烧结生产率(t/(m²·h))是成品重量除以烧成时间及试验锅的截面积而得到的值。

对于有无添加生石灰对烧结生产率造成的影响调查了其结果，结果表明添加了生石灰时为良好的结果。

这可以认为是由于，因生石灰带来的粘合剂效果，准粒子的冷却时的强度上升，而且，因烧结时的CO₂，可以进一步支撑湿润带的填充层。

表6

铁矿石的配合条件(质量％)

另外，在该试验中，对于外包生石灰的效果也进行了检证。即，将下述样品(碱度及SiO₂：恒定)用鼓式混合器进行5分钟造粒，使用锅试验机进行烧结。在外包生石灰的情况下，进行在鼓式混合器的造粒时间的1/10的阶段添加生石灰的外包，然后进行了烧成。使烧结后的烧结块从2m的高度落下一次时，将粒径为+10mm的产品作为成品，将其重量除以(烧结块重量-铺底矿重量)的值作为成品率，烧结生产率(t/(m²·h))是成品重量除以烧成时间及试验锅的截面积而得到的值。

其结果是，对于生石灰而言，进行外包的情况比进行内包的情况生产率好。即可知，在加入了微粉的情况下，可通过外包生石灰进一步提高生产率。需要说明的是，确认了在添加生石灰的情况下，生产率比[例1]的生产率大是添加生石灰的效果。

Claims (4)

1.一种造粒烧结原料的制造方法，该方法包括：

在对包含粉粒状铁矿石的烧结配合原料进行造粒而形成造粒烧结原料时，作为该粉粒状铁矿石，使用以下定义的核粉指数显示为2.0～2.3的铁矿石，

核粉指数(-)＝{(+1mm的粒子比例)+(-20μm的粒子比例)}/(-500μm的粒子比例)，

所述烧结配合原料中的粉粒状铁矿石的至少一部分包含30质量％以上的-20μm大小的粒子。

2.根据权利要求1所述的造粒烧结原料的制造方法，其中，所述造粒烧结原料是使用生石灰作为粘合剂进行造粒而成的。

3.根据权利要求1或2所述的造粒烧结原料的制造方法，其中，使用所述烧结配合原料及生石灰制造造粒烧结原料时，在造粒后半程外包添加该生石灰。

4.一种烧结矿的制造方法，该方法包括：

通过对包含粉粒状铁矿石的烧结配合原料进行造粒、并利用烧结机对得到的其造粒烧结原料进行烧成而制造烧结矿，其中，作为所述造粒烧结原料，使用以下定义的核粉指数显示为2.0～2.3的原料，

核粉指数(-)＝{(+1mm的粒子比例)+(-20μm的粒子比例)}/(-500μm的粒子比例)，

所述烧结配合原料中的粉粒状铁矿石的至少一部分包含30质量％以上的-20μm大小的粒子。

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