JP2007262521A - 焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本願発明は、高結晶水鉄鉱石を鉄源の一部に使用しても、焼結機の生産能力の低下を生じさせず、安定且つ円滑な操業が実施可能な焼結鉱の製造方法を提供することを目的としている。
【解決手段】焼結原料のうちの一部の鉄源原料に高結晶水鉄鉱石を使用して、排ガスの洗浄装置を備えたドワイトロイド式焼結機を用いて焼結鉱を製造する方法を改良した。具体的には、前記排ガスの洗浄装置で排ガスを処理した排水の一部又は全部を、前記焼結機へ供給する前記焼結原料の造粒用水として使用するようにした。また、前記排ガスの洗浄装置で排ガスを処理した排水の一部又は全部に生石灰を添加した後に、造粒用水として使用しても良い。
【選択図】 図１

Description

本発明は、焼結鉱の製造方法に係わり、特に、製鉄用原料として高炉へ装入される焼結鉱を製造するに際し、その焼結原料の一部である鉄源に高結晶水鉄鉱石を有効に使用する技術に関する。

製鉄用原料として高炉へ装入される焼結鉱は、図４に示すように、ホッパ１に貯めた粒径の小さい（粉粒状の）鉄鉱石２及び副原料３（例えば、石灰石、蛇紋岩、ミルスケール等）に炭材４（例えば、粒径５ｍｍ以下のコークス粉）を混合した原料（以下、焼結原料５という）を用い、該焼結原料５中で炭材４を燃焼させ、その熱で部分的な溶融あるいは粒子同士の焼結を起こさせることで、人工的に製造される。この焼結工程を効率的に行なう設備には、通常、ドワイトロイド式焼結機６が使用される。ドワイトロイド式焼結機６は、上下方向に環状に回転する無限軌道に連結したパレット７上に、給鉱槽８より前記焼結原料５を払い出し載置して、その上層面に位置する焼結原料５中の炭材４に点火装置（図示せず）で着火する。前記パレット７は、その底面が多数本のグレート（格子）を配列して形成され、多数の貫通孔が設けられており、且つパレット７の下方へ空気が吸引されるようになっている。つまり、パレット７の下部に風箱９と称する空間を設け、配管１０を介して排風機（図示せず）に接続して、所謂「下向き通風」を行うのである。従って、着火された炭材４は、上方から供給される空気によって燃焼を続け、該燃焼は、パレット７上に装入された焼結原料５の上層から下層へと進行する。この炭材４の燃焼が下方へ進む間に、該炭材４の燃焼熱で炭材と混合されている鉄鉱石２、副原料３等は加熱され、上記したように、互いに焼結することになる。

ドワイトロイド式焼結機（以下、単に焼結機６という）では、このように、パレット７上に装入された焼結原料５の層内を上方から下方へ向けて空気が通過する必要があるので、焼結原料５は、ある程度の通気性をもった状態でパレット７上に載置されなければならない。そこで、通常、粒径の小さい鉄鉱石２及び副原料３と炭材４とをミキサー１２で混合するに際しては、水分を添加して粒径が数ｍｍ程度の擬似粒子（水を媒介として微粉同士を結合し、見掛け上の粒径を大きくした粒子）を形成するように造粒してからパレット７上へ載置される。その結果、パレット７上に載置された焼結原料５の層内には所謂「空隙」が形成され、前記したある程度の通気性が確保できる。なお、本明細書では、この添加する水分を造粒用水と称する。また、上記通気性を確保するには、擬似粒子がある程度の強度を有し、ハンドリング中に崩壊しないことが必要であり、そのためには混合する造粒用水には適正量がある（焼結原料５の適正水分ともいう）。

前記焼結機６のパレット７下方へ吸引される燃焼ガスは、該焼結機６から配管１０を介して排ガスとして排出されるが、その排ガス中には、炭材４の燃焼で発生する灰分や焼結原料５中の微粉等が混入するため、除塵装置１１を用いて除塵処理される。また、通常、炭材４としてはコークス粉が使用されるが、該コークス粉中には、硫黄化合物が含まれているので、排ガス中に硫黄酸化物が含まれることになる。さらに、燃焼火点では、１３００℃以上の高温となるため、窒素酸化物も発生する。そのため、吸引される排ガスは、除塵された後に脱硫処理（装置は図示せず）を施され、場合によっては、脱硝処理（装置は図示せず）も施される。このような排ガスの除塵、脱硫、脱硝処理をまとめて、排ガスの洗浄処理と呼ぶ。

図３に、焼結機に備えた排ガスの洗浄処理のフロー例を示す。まず、集塵機（図中の記号：Ｍ-ＥＰ）で、焼結機から排出される排ガスが含む焼結原料の微粉等、比較的粗い粉塵を除去する。そして、その後に排ガスの前記脱硫処理をする。この脱硫処理は、排ガスにアンモニア水を接触させ、排ガス中の硫黄酸化物を硫安として分離させる処理である。脱硫後の排ガスは、引き続き、湿式の電気集塵機（Ｗ−ＥＰ）にて微細な粒子を除塵し、その後、場合によっては、触媒を用いた脱硝処理を受ける。この湿式電気集塵機は、電極を常時洗浄する手段を備えており、微細な粒子を含む集塵排水が排出される。この微細な粒子には、脱硫処理で使用されるアンモニア分や発生する硫安等が混入しているので、この集塵排水は脱硫処理へ戻される。また、脱硫処理では、アンモニアと硫安とが混入した排水が発生するので、これを排水処理装置において処理する。焼結機における水バランスを考えると、インプットには、焼結機へ装入される焼結原料に付着している付着水分、その造粒に用いられる造粒用水、焼結原料となる鉄鉱石そのもの自体に含まれる結晶水、さらに大気中湿分と除塵処理に使用される洗浄水等があり、アウトプットには、排水処理装置又は煙突から放散される排ガス中に排出される水分等がある。

ところで、近年は、良質の鉄鉱石資源が枯渇していく状況にあり、製鉄原料の鉄源としては、品質が劣質な鉄鉱石を使用する必要が高まっている。そのような劣質な鉄鉱石の一つに、結晶水を多量に含有する所謂「高結晶水鉄鉱石」がある。

ヘマタイトやマグネタイトを主成分とする酸化鉄主体の鉄鉱石では、そこに含まれる結晶水は、ほとんど無視できる量であるが、水酸化鉄を含む鉄鉱石には、結晶水を５質量％以上含むような高結晶水鉄鉱石がある。近年とみに使用が増加しているピソライト鉱石等では、１０質量％を超える結晶水を含むものもある。このような高結晶水鉄鉱石を焼結原料の一部に配合して焼結鉱を製造する場合、前記した焼結機のおける水バランスでのインプット水分が操業に大きな影響を与えることになる。

例えば、日産１８，０００トン程度の焼結鉱を製造する焼結機を例とすると、通常、造粒用水として２０〜３５トン／時間、排ガスの湿式電気集塵機へ使用される洗浄ガスとして１０トン／時間程度の補給水が必要とされるが、焼結原料中の鉄源の半分程度を酸化鉄主体の鉄鉱石から結晶水を１０質量％含む高結晶水鉄鉱石へ置き換えると、インプット水分が１０トン／時間程度も増加してしまう。アウトプットとして煙突から放散される排ガスの量はほとんど変化がないので、水バランスとして、必然的に排水処理装置で処理される排水量がその分増加することになる。

この排水量の増加は、排水処理装置の負荷を極めて大きくし、その結果、排水処理能力がネックとなって、焼結鉱の製造量を落とさざるを得ないというような事態になる。そこで、このような水バランスの悪化を解消する方法として、湿式電気集塵機から排出される水の一部を高炉への送風湿分調整用水として用いる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、焼結機及び高炉の配置は、製鉄所内で必ずしも隣接しておらず、水の搬送に長距離の配管を必要とする場合も多く、設備費の増加になる。また、湿式電気集塵機から排出される水には、アンモニア分、硫黄分等の不純物が溶解しており、該排水を高炉羽口を介して炉内ヘ吹き込むため、高炉の冷風管等へ供給すると、該冷風管の内部に付着して配管の腐食等が生じる可能性もある。
特開２０００−１４４２６８号公報

本願発明は、かかる事情に鑑み、高結晶水鉄鉱石を鉄源の一部に使用しても、焼結機の生産能力の低下を生じさせず、安定且つ円滑な操業が実施可能な焼結鉱の製造方法を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。

すなわち、その本発明は、排ガスの洗浄装置を備えたドワイトロイド式焼結機を用いて焼結鉱を製造するにあたり、焼結原料のうちの一部の鉄源原料に高結晶水鉄鉱石を使用すると共に、前記排ガスの洗浄装置で排ガスを処理した排水の一部又は全部を、前記焼結機へ供給する前記焼結原料の造粒用水として使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法である。この場合、前記排ガスの洗浄装置で排ガスを処理した排水の一部又は全部に生石灰を添加した後に、造粒用水として使用するのが好ましい。また、前記生石灰の量を、前記排水のトン当たりで０．５〜５ｋｇとするのが良い。

本発明の実施により、焼結原料の一部に高結晶水鉄鉱石を使用しても、排水処理装置での負荷増加を防止でき、焼結鉱の生産能力を低下させずに安定且つ円滑な操業で焼結鉱の製造ができるようになる。また、排水の一部又は全部に生石灰を添加した後に造粒用水として使用するので、焼結鉱の原料として添加する生石灰の量を低減するという効果も生じる。

以下、図面を参照して、本発明の最良の実施形態を説明する。

まず、本発明を実施した日産７０００トン程度の焼結機で、焼結原料のうちの一部の鉄源原料に結晶水を５〜１０質量％含有する高結晶水鉄鉱石を使用し、表１に示す全体配合の焼結原料を用いて操業を行った。その際の排ガスの洗浄処理例を図１に流れ図で示す。

湿式電気集塵機の電極を洗浄するために用いられた水の排水（以下、ＥＰ排水という）は、硫安の他にアンモニアを１、０００〜１０、０００ｐｐｍ及び硫黄分を合計で１、０００〜１００００ｐｐｍ程度含み、ｐＨが６〜８程度の水であった。この排水の量が１０トン／時間もあったので、従来は補給水として２０〜３５トン／時間もの新規な水を使用していた焼結原料の造粒用水に代え（図３参照）、該排水の一部又は全量を用いるようにした。その結果、造粒に用いたＥＰ排水の分だけ、造粒用水へ供給する工業用水の補給量を低減することができたので、このことを要件に本発明を完成させたのである。

このＥＰ排水を焼結原料の造粒に使用すると、焼結原料中のアンモニア分及び硫黄分は若干上昇するが、これらアンモニア分及び硫黄分は、焼結機の排ガスに混入して排ガス処理装置にて処理されるので、焼結鉱品質への影響はなかった。なお、高結晶水鉄鉱石の使用比率が小さい場合には（例えば、２０％程度）、ＥＰ排水の全量を焼結原料の造粒に使用する必要はなく、従来のように一部を脱硫処理に使用してから、排水処理装置にて処理しても良い。

本発明では、焼結原料の造粒用水の使用量を具体的に限定せず、該排水の一部又は全量を用いるようにした。その理由は、前記したように、焼結原料を造粒して擬似粒子化する適正水分は、焼結原料の性状に依存して定まるので、焼結原料を構成する各種原料の種類や配合が変更されると、造粒用水の量も変わるからである。なお、結晶水そのものは、擬似粒子化に影響を与えないので、高結晶水鉄鉱石を鉄源に利用すると、焼結原料が焼結機に持ち込む水量が増大することになる。

次に、ＥＰ排水中には、上記のように、アンモニアが１、０００〜１０、０００ｐｐｍ含まれている。そこで、発明者は、その対策も検討し、このＥＰ排水を焼結機の原料の造粒へ使用する前に、ＥＰ排水に強アルカリ性の生石灰を混入し、ＥＰ排水のｐＨを高くして、ＥＰ排水中のアンモニアを気体として分離、除去することも考え、このことも本発明に加えることにした。分離、除去したアンモニアは、図１に示すように、焼結機の排ガス処理フローの脱硝処理の上流側にある配管へ供給すれば、環境に負荷を与えることなく、処理できる。このようにしてアンモニアを分離したＥＰ排水を焼結原料の造粒用水に使用すると、焼結機からの排ガスでのアンモニアの循環を防止することができる。図２は、この処理フローを示したものである。

なお、生石灰の添加は、ＥＰ排水を処理槽へ導入し、処理槽中へ生石灰を投入することで行う。処理槽には、回転翼等の攪拌機を設置しておき、生石灰を投入しながら攪拌するのが良い、それにより、ＥＰ排水中のアンモニアが揮発、除去できるからである。また、処理槽の上部には空間を形成しておき、上記の揮発、除去したアンモニアは、ファンを介して焼結機の排ガス処理フローの脱硝処理の上流側配管へ導入する。このようにすると、アンモニアは脱硝処理工程で処理され、煙突から放散されることがない。さらに、添加する生石灰の量は、０．５〜５（ｋｇ／ＥＰ排水のトン）の範囲とするのが好ましい。０．５（ｋｇ／ＥＰ排水のトン）未満では、少なすぎてアンモニアの分離効果が発揮されず、５（ｋｇ／ＥＰ排水のトン）超えでは、多すぎて分離効果が飽和し、生石灰が無駄になるからである。

有効焼結面積が４５０ｍ^２の焼結機で日産１８，０００トンの焼結操業を実施した。焼結原料のうち高結晶水鉄鉱石の配合を適宜変更し、３水準の結晶水量で操業を行った。同一の配合でヤードに１０万トン（５日間分程度）のパイルを積み、焼結機で使用した。各配合の操業で、従来通り造粒用水を全量補給水で供給する操業と、本発明に係る造粒水の一部を排ガス洗浄装置の排水から供給する操業とをそれぞれ２．５日程度ずつ行った。このとき、排水へは生石灰を１．９質量％添加した。その結果を表２に示した。

補給水を製品焼結鉱１ｔ当たり１３ｋｇ削減できた。また、造粒用水へ添加する排水へ生石灰を添加しているため、造粒に使用する生石灰量をいずれのパイルでも製品焼結鉱１ｔ当たり０．０７ｋｇ低減することができた。

表２より、本発明の適用で、焼結原料の一部に高結晶水鉄鉱石を使用しても、排水処理装置での負荷増加を防止でき、焼結鉱の生産能力を低下させずに安定且つ円滑な操業で焼結鉱の製造ができることが明らかである。また、排水に生石灰を添加した場合には、焼結鉱の副原料として添加する生石灰の量が低減でき、さらに排ガスのアンモニア、硫黄の含有量が環境に影響を与えないことも確認できた。

高結晶水を用いての焼結鉱製造時に適用した本発明に係る排ガスの洗浄処理例を示すフローである。 高結晶水を用いての焼結鉱製造時に適用した本発明に係る排ガスの洗浄処理例の別態様を示すフローである。 従来の焼結鉱製造時に用いる排ガスの洗浄処理例を示すフローである。 ドワイトロイド焼結機及びその付帯装置を示す模式図である。

符号の説明

１ ホッパ
２ 鉄鉱石
３ 副原料
４ 炭材（コークス粉）
５ 焼結原料
６ ドワイトロイド焼結機（焼結機）
７ パレット
８ 給鉱槽
９ 風箱
１０ 配管（排ガスの）
１１ 除塵装置
１２ ミキサー
１３ 床敷鉱槽
１４ 返鉱槽
１５ グリズリ
１６ 一次篩
１７ クーラ
１８ 二次篩
１９ クラッシャ
２０ 三次篩
２１ 煙突

Claims (3)

1. 排ガスの洗浄装置を備えたドワイトロイド式焼結機を用いて焼結鉱を製造するにあたり、
   焼結原料のうちの一部の鉄源原料に高結晶水鉄鉱石を使用すると共に、前記排ガスの洗浄装置で排ガスを処理した排水の一部又は全部を、前記焼結機へ供給する前記焼結原料の造粒用水として使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
2. 前記排ガスの洗浄装置で排ガスを処理した排水の一部又は全部に生石灰を添加した後に、造粒用水として使用することを特徴とする請求項１記載の焼結鉱の製造方法。
3. 前記生石灰の量を、前記排水のトン当たりで０．５〜５ｋｇとすることを特徴とする請求項２記載の焼結鉱の製造方法。

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