JP2009242829A

JP2009242829A - 焼結鉱の製造方法

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Publication number: JP2009242829A
Application number: JP2008088171A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nushishiro; 晃一主代; Hideaki Sato; 秀明佐藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2009-10-22

Abstract

【課題】炭材として無煙炭を多量に使用した場合に、高い生産率の下で焼結鉱を製造することができる方法を提供する。
【解決手段】粉鉄鉱石、副原料および炭材を混合してなる配合原料として、焼結鉱を製造するに際し、該炭材中に50mass％以上の割合で無煙炭を含有させると共に、該無煙炭の粒度分布を、次式で示されるロジン・ラムラー分布式で表した場合のｎとDeの積が0.230以下となるように調整する。
Ｒ(Dp) ＝ 100・exp｛−(Dp/De)ⁿ｝
ここで、Ｒ(Dp)：積算ふるい上質量分率（mass％）
Dp：ふるい目径（mm）
De：積算ふるい質量分率が36.8mass％となる粒径（mm）
【選択図】図４

Description

本発明は、焼結鉱の製造方法に関し、特に生産性の向上を図ろうとするものである。

高炉原料として使用される焼結鉱は、一般に、焼結原料を造粒した後に焼結機において焼成することにより製造される。焼結鉱の製造工程は、通常、以下のとおりである。
先ず、運搬船から荷揚げされた鉄鉱石を、銘柄ごとに粉鉱ヤードに山積みする。その後、山積みされた各種粉鉱石と、含CaO副原料、含SiO₂副原料、ダストおよび炭材等とを、予め設定している割合でベッディング法により混合し、ブレンディング粉（混合粉）とする。このブレンディング粉と、石灰石及び／又は生石灰、珪石及び／又は蛇紋岩、粉コークス及び／又は無煙炭、並びに返し鉱、さらに場合によっては単味の鉱石等の各原料を、それぞれ別の配合槽に入れ、それぞれの配合槽から各原料を所定量連続的に切り出す。そして、切り出された原料（配合原料）に適量の水分を添加して混合、造粒する。

上記のようにして造粒された擬似粒子形態の焼結原料を、ホッパーから、無端移動グレート式焼結機（ドワイトロイド式焼結機）のパレット上に連続的に500〜700mm程度の高さの層厚さに供給する。ついで、点火炉にて表層部の炭材に点火し、下方に向けて強制的に空気を吸引しながら炭材を燃焼させ、この時発生する燃焼熱によって焼結原料を溶融焼結し、塊成化する。このようにして焼成された焼結ケーキを、冷却後、破砕し、整粒して、３〜５mm以上の粒子を成品焼結鉱として高炉に装入する。なお、破砕・整粒過程で発生した３〜５mm未満の粉焼結鉱は、返し鉱として再度焼結鉱原料として使用される。
この焼結鉱の焼成過程では、凝結材であるコークス（炭材）の燃焼による発熱により、鉱石と石灰等の副原料が反応してカルシウムフェライト（CaO・nFe₂O₃、CaO・nFe₃O₄）やオリビン（SiO₂・Fe₂O₃）等の融体が発生し、鉄鉱石同士を結合する。

上述した方法による焼結鉱の製造においては、焼結鉱の品質を向上させるために、炭材である粉コークスや無煙炭の粒度調整が行われてきた。
例えば、特許文献１には、「粉コークスを粗粉砕して０超〜5.0mmが80wt％以上の粒度とし、無煙炭を微粉砕して０超〜2.0mmが80wt％以上の粒度に調整して焼結原料中に配合する」ことにより、成品歩留りを向上させてNO_X排出量を低減した焼結鉱の製造方法が開示されている。
特開平10−298670号公報

また、特許文献２には、「粒径 5.0mm以下が80wt％以上の粉コークスと無煙炭の混合物中の無煙炭の配合量を５〜60wt％とし、含有水分が５〜25wt％になるように水分調整しながら遠心力を利用した造粒機を用いて50rpm以上、かつトータル回転数が100〜700回転で造粒する」ことにより、焼結プロセスの生産性、歩留り、焼結鉱品質を向上させ、NO_Xを低減させる方法が開示されている。
特開平５−156271号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、無煙炭の粒度が小さく通気性が悪いため、焼結鉱の生産性が低くなるという問題があった。
また、特許文献２に記載の方法では、遠心力を利用した造粒機が必要であるため、これを保有しない焼結機では所望の効果が得られないという問題があった。

本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、炭材として無煙炭を多量に使用した場合に、高い生産率の下で焼結鉱を製造することができる、新しい焼結鉱の製造方法を提案することを目的とする。

さて、発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に述べる知見を得た。
ａ）無煙炭の燃焼特性は、代表的な炭材であるコークス粉とは異なる。
ｂ）従来技術は、無煙炭を多量に使用する場合、上記した燃焼特性の違いを考慮した粒度調整にはなっていない。
ｃ）炭材として無煙炭を多量に使用する場合でも、かかる無煙炭の粒度調整を適正に行えば、高い生産性の下で焼結鉱を得ることができる。
本発明は上記の知見に基づいて完成されたものである。

すなわち、本発明は、少なくとも、粉鉄鉱石、副原料および炭材を混合してなる配合原料に、水分を添加して造粒したのち、焼結機に供給し、該焼結機において、炭材を燃焼させて該配合原料を溶融焼結したのち、冷却することからなる焼結鉱の製造方法において、
該炭材中に50mass％以上の割合で無煙炭を含有させると共に、該無煙炭の粒度分布を、下記式で示されるロジン・ラムラー分布式で表した場合のｎとDeの積が0.230以下となるように調整することを特徴とする焼結鉱の製造方法である。
記
Ｒ(Dp) ＝ 100・exp｛−(Dp/De)ⁿ｝
ここで、Ｒ(Dp)：積算ふるい上質量分率（mass％）
Dp：ふるい目径（mm）
De：積算ふるい質量分率が36.8mass％となる粒径（mm）

本発明によれば、焼結工程において、炭材として無煙炭を多量に使用しても、高い生産性の下で焼結鉱を製造することができる。

以下、本発明を由来するに至った経緯について説明する。
従来、無煙炭に関しては燃焼速度が遅いという報告がなされており、特許文献１のように、焼結鉱の製造に際しては、無煙炭の粒度を小さくする必要があるとされていた。しかしながら、無煙炭の粒度を小さくした場合には生産性が低下するという問題が実操業で生じていた。

そこで、無煙炭の燃焼性に関し、さらに詳細な検討を行うため、レーザーヒーター燃焼試験で燃焼反応を検証し、粉コークスと無煙炭の燃焼性を比較した。レーザーヒーター燃焼試験は、大気中において粒子単体にレーザー光を照射して急激に昇温、燃焼させ、高速度カメラにより粒子の形状を撮影し、その粒子の大きさの変化から燃焼量を定量化する方法である。
得られた結果を図１に示す。
同図に示したように、燃焼速度は無煙炭の方がコークスよりも速いことが明らかになった。

そこで、発明者らは、無煙炭を使用した場合の生産性の低下が、燃焼速度が遅いためではなく、むしろ速いことに起因した現象であり、伝熱特性がコークス粉と異なる可能性を考え、粉コークスと無煙炭の焼結ベッド内での発熱が鉱石に伝わる着熱性の試験を実施した。
得られた結果を図２に示す。
同図に示したように、同一粒度の粉コークスと無煙炭を使用した場合、無煙炭の方が着熱性が悪い。
すなわち、無煙炭はコークス粉と同一粒度で使用した場合、その燃焼発熱による昇温温度が低くなり、鉱石の溶融焼結が進まず、歩留りが低下することが明らかとなった。

この原因としては、無煙炭の燃焼速度が速いために低温での燃焼量が多くなり、高温での輻射発熱に寄与する炭材割合が少なくなっているものと推定される。
従って、従来の無煙炭の粒度調整の考え方とは異なり、燃焼性の観点からは無煙炭の粒度は粉コークスよりも大きくし、燃焼を遅らせたほうが、着熱性は向上すると考えられる。そこで、無煙炭の粒度を変更して焼結実験を実施し、焼結鉱の生産性を評価したところ、無煙炭の粒度を所定の粒度分布範囲に制御することによって、高い生産性で得られることが究明された。

さて、粉体の粒度分布の定式化には次式に示されるロジン・ラムラー（Rosin-Rammeler）式を用いることが知られている。
この式は、RosinとRammlerが1933年、石炭粉砕物の積算ふるい上分布（オーバサイズ質量分布）を表すのに用いた粒度分布式で、積算ふるい上質量％（オーバサイズ質量％）をＲとして、次式で示されるものである。
Ｒ(Dp) ＝ 100・exp｛−(Dp/De)ⁿ｝
ここで、Ｒ(Dp)：積算ふるい上質量分率（mass％）
Dp：ふるい目径（mm）
De：積算ふるい質量分率が36.8mass％となる粒径（mm）
また、ｎとDeは定数である。

横軸にlogDp，縦軸にlog｛log（100/R）｝をとって，図表としたものをロジン・ラムラー線図（R.R.S線図、Rosin-Rammler-Sperling）といい，粒径分布がロジン・ラムラー分布に従うときは，ロジン・ラムラー線図上に表示すると直線となる。実際の粒度分布はこの線図上で直線となることはまれであるが、ほぼ直線となり、最小２乗法等で回帰を行い、近似直線で定式化を行う。

そこで、焼結鉱の製造に用いられる無煙炭の粒度分布をロジン・ラムラー線図上にプロットし、１次の回帰分析を行って各定数を求め、焼結鉱の生産性との関係について調査したところ、定数ｎとDeの関係において好適範囲があることが判明した。
すなわち、無煙炭の粒度分布をロジン・ラムラー分布式で表したときの、ｎとDeの積が0.230以下であれば、高い生産性の下で焼結鉱を製造できることが判明したのである。

ここで、Deは、代表的な粒度を規定する数値であり、Deが大きいほど平均粒径は大きくなる。また、ｎは、粒度分布の広さを表し、ｎが大きいほど粒度分布は狭い状態となる。Deとｎの積をある値以下とするのは、Deが大きいときにはｎを小さくし、すなわち平均粒度が大きい場合には粒度分布を広くするということを意味する。

Deとｎの具体的な求め方について、後述する実施例１に開示のデータを用いて説明する。
表４中の実施例１のふるい上質量割合をふるい目径に対してプロットしたものが、図３である。また、ふるい目径Dpと積算ふるい上質量分率Ｒ(Dp)から、横軸にlog Dp、縦軸にlog｛log（100/R）｝をとって、プロットとしたものが図４である。
図４に示したとおり、プロットの点は必ずしも直線上に乗らないが、回帰直線で近似できる。このときの近似１次直線はｙ＝0.9499ｘ−0.7366となる。これから直線の傾きであるｎは0.9499となり、定数logDeは−0.7366となり、Deは0.1834となる。これよりｎとDeの積は0.174となる。

上記のようにして、種々の粒度分布になる無煙炭について、その粒度分布をロジン・ラムラー線図上にプロットし、１次の回帰分析を行って各定数を求め、焼結鉱の生産性との関係について調査したところ、定数ｎとDeの積が生産性と強い相関を呈することが判明し、この積を指標としてｎ×De≦0.230を満足する範囲に粒度調整すれば、高い生産性の下で焼結鉱の製造が可能であることが判明したのである。

本発明において、炭材中における無煙炭の配合割合は50mass％以上とする。その理由は、無煙炭の配合割合が50mass％に満たないと、大勢を占める他の炭材たとえば粉コークスの粒度の影響が強くなり、無煙炭の粒度を調整する必要性が低くなるためである。また、この配合割合の上限については特に制限はない。
さらに、配合原料全体に対する炭材の配合割合は、３〜５mass％程度とするのが好ましい。

また、炭材の一方の成分である粉コークスの粒径については、従来どおりでよく、特に平均径で１〜３mm程度とすることが好ましい。

以下、本発明にかかる焼結鉱の具体的な製造方法を、具体的に説明する。
本実施例において、鉄鉱石原料としては、表１に組成を示す３銘柄（鉱石Ａ〜Ｃ）の粉鉄鉱石を、表１に示す配合割合で配合したものを使用した。また、副原料としては、表２に組成を示す石灰石、ドロマイトおよびニッケルスラグを用いた、その他、生石灰も副原料として用いた。そして、これらの鉄鉱石原料および副原料を表３に示す配合割合で配合して、新原料とした。

この実施例において、成品とならない粒径５mm未満の焼結鉱は原料中に返し鉱として戻されるが、その返し鉱の割合は配合原料全体に対して20mass％とした。ここで、配合原料とは、表３に配合割合を示した新原料と添加物（炭材、返し鉱）との和のことである。なお、炭材中における無煙炭の含有量は100mass％であり、また配合原料全体における無煙炭の配合割合は4.5mass％である。

無煙炭の粒度調整は以下のようにして行った。通常、炭材は、粉砕後、焼結原料として用いられるが、粉砕に先立ち、粗粒と細粒にふるい分けし、粗粒部分のみを粉砕する方法も用いられる。一般的には、ふるい分ける粒径と粉砕機への供給速度により粉砕後の粒度分布は変化するが、粉砕機の種類や粉砕能力、ふるいの効率等によりその条件を規定することができる。
本発明では、ふるい目の径を５〜８mmとし、供給速度を30〜80 t/hとして無煙炭の粒度調整を行った。なお、ふるい目の径は穴短辺の長さとした。

焼結鉱の製造に当っては、各配合原料をドラムミキサーに投入し、水分を添加しながら混合、造粒したのち、焼結機に装入し、焼結後に得られた焼結鉱の生産率を評価した。なお、生産率の評価は、時間当たり、焼結面積当たりの焼結鉱生産量で行い、この値が1.30（ｔ／ｈ・m²）以上であれば、生産性に優れるといえる。
使用した無煙炭の粒度分布、ロジン・ラムラー分布式で表したときのDe、ｎ、Deとｎの積および焼結鉱の生産率について調べた結果を、表４に示す。ここで、Deとｎの積が0.230以下の場合が発明例、0.230を上回る場合が比較例である。

表４から明らかなように、無煙炭として、ロジン・ラムラー分布式におけるDeとｎの積が0.230以下の粒度分布を満足するものを用いた発明例はいずれも、焼結鉱の生産率が1.31（ｔ／ｈ・m²）以上であり、高い生産性を得ることができた。

次に、炭材中における無煙炭の含有量を種々に変化させた場合について説明する。
この実施例において、配合原料、副原料および配合原料の配合割合などは実施例と同一とし、炭材中における無煙炭の含有量を表５に示すように種々に変化させた。

表５中、発明例30は、表４の発明例１〜29と同様、無煙炭100mass％使用の例であるが、発明例31〜33に示すように、炭材中に無煙炭を50mass％以上含有し、無煙炭として、ロジン・ラムラー分布式におけるDeとｎの積が0.230以下の粒度分布を満足するものを用いた場合にはいずれも、焼結鉱の生産率が1.35（ｔ／ｈ・m²）以上という、高い生産性を得ることができた。
これに対し、ロジン・ラムラー分布式におけるDeとnの積が0.230を超える粒度分布の無煙炭を用いた比較例11〜14は、焼結鉱の生産率は1.24〜1.29（ｔ／ｈ・m²）であり、低い生産性しか得られなかった。

粉コークスと無煙炭の燃焼反応率を比較して示したグラフである。粉コークスと無煙炭の焼結ベッド内における着熱性を比較して示したグラフである。ふるい目径と積算ふるい上質量割合との関係を示したグラフである。ふるい目径Dpと積算ふるい上質量分率Ｒ(Dp)から、横軸にlog Dpを、縦軸にlog｛log（100/R）｝をとって、プロットとした図である。

Claims

少なくとも、粉鉄鉱石、副原料および炭材を混合してなる配合原料に、水分を添加して造粒したのち、焼結機に供給し、該焼結機において、炭材を燃焼させて該配合原料を溶融焼結したのち、冷却することからなる焼結鉱の製造方法において、
該炭材中に50mass％以上の割合で無煙炭を含有させると共に、該無煙炭の粒度分布を、下記式で示されるロジン・ラムラー分布式で表した場合のｎとDeの積が0.230以下となるように調整することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
記
Ｒ(Dp) ＝ 100・exp｛−(Dp/De)ⁿ｝
ここで、Ｒ(Dp)：積算ふるい上質量分率（mass％）
Dp：ふるい目径（mm）
De：積算ふるい質量分率が36.8mass％となる粒径（mm）