JP2005290525A

JP2005290525A - 高炉用冷間塊成鉱の製造方法

Info

Publication number: JP2005290525A
Application number: JP2004111300A
Authority: JP
Inventors: Masanori Nakano; 正則中野; Masaaki Naito; 誠章内藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-04-05
Filing date: 2004-04-05
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】従来冷間塊成鉱に比べて強度を低下することなく、被還元性が非常に優れた高炉用冷間塊成鉱の製造方法を提供する。
【解決手段】炭材を８〜１５質量％配合した冷間塊成鉱用原料に結合剤を６〜１０質量％添加し、水分を含有水率が８〜１２質量％となるように添加し混合した後、勾玉型またはテトラ型の孔型形状を有するダイスを備えた押出成型機で押出成型する高炉用冷間塊成鉱の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、高炉用焼結鉱を焼結プロセスで還元する還元焼結鉱を得るための冷間塊成鉱の製造方法に関する。

現在の高炉用鉄含有原料は従来の約１０ｍｍ以上塊状鉄鉱石に代って約２〜３ｍｍの平均粒度の粉状鉄鉱石を石灰石、珪石等の副原料、炭材と混合、造粒して擬似粒子とした後、焼結機で炭材を熱源として焼結して得られる自溶性焼結鉱が主流を占めている。一方、焼結鉱を製造するための原料として不向きな１２５μｍ以下の粒度が多量に含まれる微粉鉄鉱石（ペレットフィード）は、ペレットプロセスにより生石灰などのバインダーと混合、造粒して生ペレットとした後、加熱ガスにより外部加熱して得られる焼成ペレットも高炉で使用されている。また、製鉄プロセスにおいて多量に発生する鉄含有量が高い製鉄ダストを処理する方法として、生石灰、セメントなどの結合剤（バインダー）と水分を添加し、ディスクペレタイザー等により造粒しペレットを製造するか、或いはブリケットマシン等により圧縮・成型してブリケットを製造した後、ヤード堆積等により養生して硬化させるコールドペレットまたはコールドブリケット等の非焼成型の冷間塊成鉱も古くから知られる。冷間塊成鉱は高炉用原料の一部として使用される場合もあるが、焼結鉱または焼成ペレットに比べ強度が低く、また、高炉で使用するための所要強度を得るための養生処理の難しさのために実用化されていない。冷間塊成鉱の強度向上方法は従来から種々提案され、例えば、非特許文献１には、生ペレットを通常のハンドリングに耐える 30-50kg/Pの圧壊強度まで養生し、軽微な相互付着の時のみ解砕するヤード養生法が提案され、この方法により落下強度１０回以上、圧潰強度４ｋｇ／Ｐ以上、水分７％以上の生ペレットが得られている。

一方、非焼成型または焼成型のペレットは焼結鉱に比べて高炉内での被還元性が低いという技術的課題があった。これは、非焼成型または焼成型のペレットを高炉で使用する際に、炉内還元性ガス（ＣＯ、Ｈ₂）との還元反応の初期にペレット表層で生成した金属鉄のシェルによって還元ガスの内部拡散が阻害される結果、被還元性が低下することによる。

還元性向上を目的とし、還元性ガスによる還元有効径を低減するためにペレット径を小さくする方法も試みられているが、ペレット径の低減に伴って生じる高炉装入分布制御の悪化の問題から限界があった。

また、特許文献１などにより、コールドペレット中に炭材を所定量含有させて酸化鉄の直接還元反応を促進することにより被還元性を向上する方法も提案されている。しかし、炭材の含有によりコールドペレットの強度はさらに低下するため、高炉で使用するための所定強度は得られず、主として高い強度が要求されない回転炉床還元炉（ＲＨＦ）用の原料として使用されている。

一方で、近年の省エネルギー、ＣＯ２排出量低減など地球環境保全の見地から焼結鉱または焼成ペレットの製造プロセスに比べて焼成工程を省略できる非焼成型の冷間塊成鉱の製造プロセスが注目され、従来冷間塊成鉱に比べて強度を低下することなく、被還元性が非常に優れた高炉用冷間塊成鉱の製造するための方法が望まれている。
製鉄研究第２９９号（１９７９）ｐ３５−５１特開２００３−３４２６４６号公報

本発明は、従来冷間塊成鉱に比べて強度を低下することなく、被還元性が非常に優れた高炉用冷間塊成鉱の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は、以下の通りである。
（１）炭材を８〜１５質量％配合した冷間塊成鉱用原料に結合剤を６〜１０質量％添加し、水分を含有水率が８〜１２質量％となるように添加し混合した後、勾玉型またはテトラ型の孔型形状を有するダイスを備えた押出成型機で押出成型することを特徴とする高炉用冷間塊成鉱の製造方法。

本発明によれば、高炉用冷間塊成鉱を高歩留で、従来コールドペレットと同等の冷間強度を有し、従来に比べ高温での被還元性が非常に優れた冷間塊成鉱を得ることが可能となる。また、これを高炉原料として使用することにより高炉での還元剤比（コークス比）を低減できる。さらに、焼結鉱または焼成ペレットの製造プロセスに比べて、省エネルギーかつ低ＣＯ２量の非焼成型の冷間塊成鉱製造プロセスを用いるため、地球環境保全への貢献も高いものである。

本発明者らは、従来冷間塊成鉱に比べて強度を低下することなく、従来冷間塊成鉱の技術的課題である、高炉内での被還元性、特に高温での被還元性を飛躍的に向上させ得る新しい塊成鉱の製造方法を検討し、還元剤として炭材を所定量配合した冷間塊成鉱用原料を用い、還元有効径の点から還元性改善効果が期待できる種々の異型冷間塊成鉱を試作し、その冷間強度及び被還元性の測定を行った。その結果、炭材を８〜１５質量％配合した冷間塊成鉱用原料に結合剤を６〜１０質量％添加し、水分を含有水率が８〜１２質量％となるように添加し混合した後、図２（ａ）または図２（ｂ）に示す孔型形状を有するダイスを備えた押出成型機で勾玉型（図３（ａ）、参照）またはテトラ型（図３（ｂ）、参照）の形状を有する冷間塊成鉱に押出成型することにより、従来コールドペレットとほぼ同等の冷間強度を有し、かつ従来コールドペレットに比べて被還元性が非常に優れた冷間塊成鉱が得られる、という知見を得た。

本発明は、上記知見を基になされたものである。

以下に本発明の実施形態について説明する。

本発明において冷間塊成鉱用原料に配合する炭材は、冷間塊成鉱を高炉で還元する際に酸化鉄の還元剤として作用し、この作用を充分に得ることにより冷間塊成鉱の被還元性を向上させるために炭材の配合量を８質量％以上とする。一方、炭材の配合量が過度に多くするとその効果は飽和するだけでなく、冷間塊成鉱の強度が低下し高炉で使用するための所要強度が得られないため、その配合量の上限を１５質量％とする。なお、炭材は、製鉄プロセスで燃焼用熱源または酸化鉄の還元剤として使用されるコークス粉や石炭粉が使用できる。

本発明は、冷間塊成鉱の被還元性を、例えば、通常コールドペレット等の冷間塊成鉱の被還元性よりも充分に向上させるために、上記のように炭材を冷間塊成鉱用原料に８〜１５質量％配合することに加え、勾玉型またはテトラ型の孔型形状を有するダイスを備えた押出成型機で押出成型することにより断面形状が勾玉型またはテトラ型である冷間塊成鉱を製造することが必要である。本発明者らの実験評価結果によれば冷間塊成鉱の形状を勾玉型またはテトラ型（テトラポット型ともいう。）とすることにより、高炉で使用する際の炉内還元ガス（ＣＯ、Ｈ₂）との接触面積が増大し、従来の冷間塊成鉱に比べて被還元性は非常に向上することを確認している。また、冷間塊成鉱の断面形状を勾玉型（湾曲型ともいう。図３（ａ）、参照）またはテトラ型（テトラポット型ともいう。図３（ｂ）、参照）の形状とすることにより、他の形状のものに比べて、押出成型性を良好に維持でき、通常の球形ペレットと同等の結合剤（バインダー）添加量でも、概ね同等の強度の冷間塊成鉱を製造することができる。

本発明において上記勾玉型またはテトラ型の形状の冷間塊成鉱を成型するために押出成型法を用いた理由は、従来のロールなどによる圧縮成型法に比べて押出成型法は塊成化の製品歩留が格段に向上できるためである。また、本発明の押出成型法を用いて冷間塊成鉱を成型する際に、冷間塊成鉱の形状がテトラ型の方が勾玉型の場合に比べ同じ冷間強度を維持しつつ製品歩留をより向上できるためより好ましい。

本発明では、通常のコールドペレットとほぼ同等の良好な強度を確保するとともに、塊成化における製品歩留を充分向上するために原料中の結合剤の添加量は６〜１０質量％とし、原料中の含水率は８〜１２質量％とする必要がある。

結合剤の添加量の下限は、塊成化及び養生の際に結合剤中のＣａＯと水との水和反応、さらに炭酸塩化反応により冷間塊成鉱の強度を充分に発現するために、６質量％とする必要がある。一方、結合剤を過度に添加すると強度向上の効果が飽和し製造コストの増加を招くので好ましくなく、その添加量の上限を１０質量％とするのが好ましい。

原料中の含水率は８質量％未満となると押出成型時の押出圧力が著しく増加するとともに成型物に亀裂が生じて成型歩留が低下する。一方、含水率が１２質量％を超えると押出成型物が自重で塑性変形を起こしハンドリングが困難となるばかりでなく、冷間塊成鉱を高炉装入時の高温領域で含有水分に起因する爆裂、粉化を助長し、高炉通気性低下の原因にもなるため好ましくない。このような理由から原料中の含水率は、８〜１２質量％とする。

なお、結合剤は従来からペレット造粒のために用いられている生石灰、ポルトランドセメントなどのセメント類の他、製鉄プロセスの高炉や転炉で発生するスラグが用いられ、これらのＣａＯを含有する結合剤は、押出成型による塊成化、さらには養生によりＣａＯと添加水分との水和反応（ＣａＯ＋Ｈ₂Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）₂）、または、ＣａＯが添加水分中に溶出して生成した消石灰（Ｃａ（ＯＨ））と大気中のＣＯ₂との炭酸塩化反応（Ｃａ（ＯＨ）＋ＣＯ₂→ＣａＣＯ₃＋１／２Ｈ₂）によって硬化し冷間塊成鉱の結合強度を高める効果が得られる。

養生方法は従来から知られている炭酸化ボンド法、熱水合成ボンド法および水和ボンド法などの養生方法が適用できる。炭酸化ボンド法及び熱水合成ボンド法は比較的短時間で硬化するが、硬化設備として炭酸化反応塔やオートクレーブを必要とする。一方、水和ボンド法は特別な装置は不要であるが硬化時間が長く強度発現までの期間（養生期間）内では低強度の生ペレットのハンドリングが困難になる。

冷間塊成鉱用原料は、ペレットフィードとして知られる粒径１２５μｍ以下が９０％以上含まれる微粉状鉄鉱石、または、製鉄プロセスの高炉や転炉で発生する含鉄ダスト、焼結で発生する返鉱や焼結篩下粉、圧延で発生するスケール粉などが使用できる。

本発明を製鉄プロセスに適用する場合の実施形態の一例を図３に示す。

微粉状鉄鉱石や製鉄プロセスで発生した含鉄ダストなどの鉄含有原料粉、コークス粉や石炭粉などの炭材、セメントや生石灰などの結合剤（バインダー）がそれぞれ貯蔵された原料貯蔵槽１、２、３からそれぞれ所定配合割合分だけ切り出され、コンベアー２にてパグミルなどの混合機５まで搬送し、配合原料の含水率が所定量とするように水を添加しつつ混合する。さらに、これらの配合原料は押出成型機６に装入され、勾玉型またはテトラ型の異型冷間塊成鉱に押出成型された後、屋外の養生ヤード７に堆積して約２週間の養生を行って結合剤中のＣａＯの水和反応又は炭酸塩化反応により硬化させ、冷間塊成鉱の強度を発現させる。所定強度となった冷間塊成鉱は高炉８へ装入され、焼結鉱などと共に高炉用原料として使用される。

表１に示す試験条件で冷間塊成鉱用原料を押出成型法、ロール成型法、ペレット造粒法により塊成化後、養生することにより冷間塊成鉱を製造した。

押出成型は、図２（ａ）に示すような勾玉型、或いは図２（ｂ）に示すようなテトラ型の孔型形状を有する２種類のダイスを備えた、押し出し口径７０ｍｍ、押出成型能力 10 〜20 l/hr の押出成型機を用いて、有効厚み５ｍｍの異型塊成鉱を押出成型した。なお、有効厚みとは、還元時のガス拡散距離を想定した表面から中心までの距離の２倍を意味する。

得られた勾玉型またはテトラ型の塊成鉱の形状概観を図３（ａ）〔勾玉型〕、または図３（ｂ）〔テトラ型〕に示した。

ロール成型は、ロール径：１５０ｍｍ、ロール長さ：２０ｍｍのロールを用いて厚み：約５ｍｍ、幅：約１０〜２０ｍｍ、長さ：約１０〜２０ｍｍの板状のブリケットを圧縮成型した。

ペレット造粒は、ディスク直径１ｍのディスクペレタイザーを用いて平均粒子径：約１２ｍｍの球形のペレットに造粒した。

結合剤はポルトセメントを用い、塊成化後の養生は、室温下で２週間とした。

表１には、各試験条件で塊成化後の製品歩留も示した。製品歩留とは、造粒または成型した後、造粒物または成型物を１０ｍｍの篩にて篩分けた際に全造粒物または全成型物に対し篩上に残った割合をいう。

また、各試験条件で塊成化、養生して得られた冷間塊成鉱の冷間強度試験の結果、還元性試験による各測定結果も表１に示す。

冷間強度試験は落下強度と回転強度の２種類行い、その試験方法はそれぞれ焼結鉱の落下強度測定方法(JIS M 8711)と回転強度測定方法(JIS M 8712)に準じて行った。すなわち、落下強度は２ｍから５回落下させた後の５ｍｍ以上の粉の発生率であり、回転強度は、所定の回転試験機で５００回転させたあとの３ｍｍ以下の粉の発生率である。

還元性試験は、高温還元性試験とＪＩＳ還元性試験の２種類行った。高温還元試験であられる1200℃還元率とは、高炉の昇温条件に類似させた条件で還元させた際の１２００℃における還元率であり、JIS還元率は窒素７０％、ＣＯ３０％のガスで９００℃×３時間還元させた場合の還元率である。

表１から分かるように、試験Ｎｏ．１および２（発明例）は押出成型により本発明で規定する条件範囲で製造した勾玉型またはテトラ型の異型冷間塊成鉱であり、その冷間強度は何れも、従来のコールドペレット（Ｎｏ．８）の落下強度および回転強度とほぼ同等である良好な冷間強度が維持でき、従来のコールドペレットに比べて非常に優れた高温還元性およびＪＩＳ還元性を得ることができた。これら発明例のうちでＮｏ．２のテトラ型塊成鉱はＮｏ．１の勾玉型塊成鉱に比べて製品歩留をより向上することができた。

一方、Ｎｏ．３は原料中の含水率が本願発明の規定範囲より低いため、冷間強度及び製品歩留が低くなり、Ｎｏ．４は原料中の結合剤が本願発明の規定範囲より低いため、製品歩留が低い結果となった。

Ｎｏ．５は原料中の炭材の配合量が本願発明の規定範囲より低いため、高温還元性およびＪＩＳ還元性が低くなり、Ｎｏ．６は原料中の炭材の配合量が本願発明の規定範囲より高いため、冷間強度が低い結果となった。

Ｎｏ．７は塊成化方法としてロールによる圧縮成型法を用いたため、製品歩留が低い結果となった。

Ｎｏ．８は塊成化方法としてペレット造粒法を用いたため、高温還元性およびＪＩＳ還元性が低い結果となった。

押出成型機に用いる本発明で使用したダイス形状を示すもので、（ａ）は勾玉型のダイス形状を、（ｂ）はテトラ型のダイス形状を示す図。図２のダイス形状で得られた異型塊成鉱の概観形状を示す図で、（ａ）は勾玉型のダイスで得られた塊成鉱の概観形状、（ｂ）はテトラ型のダイスで得られた塊成鉱の概観形状を示す図。本発明の実施形態の一例を示す冷間塊成鉱製造プロセスの模式図。

符号の説明

１…鉄含有原料貯蔵槽
２…鉄含有原料貯蔵槽
３…結合剤貯蔵槽
４…コンベア
５…混合機
６…押出成型機
７…養生ヤード
８…高炉

Claims

炭材を８〜１５質量％配合した冷間塊成鉱用原料に結合剤を６〜１０質量％添加し、水分を含有水率が８〜１２質量％となるように添加し混合した後、勾玉型またはテトラ型の孔型形状を有するダイスを備えた押出成型機で押出成型することを特徴とする高炉用冷間塊成鉱の製造方法。