JP2010189674A - 造粒焼結原料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】核粒子および微粉からなる焼結原料に、水分を添加した上で混合造粒することにより、造粒焼結原料を製造する際に、焼結原料粉への水分の添加の前に、前記焼結原料の吸収指数、粒度分布、化学組成、水との濡れ性を測定し、さらに、実機操業時における副原量配合率から前記擬似粒子にするために必要な適正造粒水分濃度を推定し、その推定適正造粒水分濃度となるように前記水分の添加量を決定する造粒焼結原料の製造方法。
【選択図】図1
Description
例えば、特許文献1、2には、焼結原料を構成する各粉状物質の飽和水分値を予め求めておき、この各飽和水分値と各粉状物質の配合割合とから加重平均によって焼結原料の飽和水分値を算出し、この加重平均飽和水分値の一定割合の水分を焼結原料に添加して造粒する方法が開示されている。
(1)前記適正造粒水分濃度[Wopt]は、鉄鉱石、副原料に関する下記式により算出することを特徴とするものであり、
[Wopt]=
k1・Wv(a・Wabs+b・Pf+c・Aff−d・Pr+e・[Al2O3]−f・[SiO2]−g)+k2・LS+k3・Co+k4・BL−k5・RT+k6
但し、
Wv:主原料の配合重量比率、
Wabs:主原料の吸収指数、
Pf:主原料中の微粉の質量比率、
Pr:主原料中の核粒子の質量比率、
[Al2O3]:主原料中のAl2O3比率、
[SiO2]:主原料中のSiO2比率、
Aff:水との濡れ性、
LS:石灰石の配合重量比率
Co:粉コークスの配合重量比率
BL:生石灰の配合重量比率
RT:返鉱の配合重量比率
a〜g、k1〜k6は定数である。
(2)前記焼結原料のうちの鉄鉱石としては、配合鉱石種や配合比率が不明なブレンディング鉱石を少なくとも一部に含有するものであること、
が好ましい解決手段である。
(2)本発明は、配合された鉄鉱石の種類や配合比率の不明なブレンディング鉱石を焼結原料とするような場合においても、造粒の際しての適正な造粒水分濃度を、とくに副原料配合条件をも考慮して決定することができるので、より精確な水分濃度の予測が可能である。
(3)従って、本発明によれば、焼結鉱の品質や生産性、歩留をより一層向上させることができる。
図1は、擬似粒子径と通気性に及ぼす造粒水分の影響を調査するために使用した、実験鍋設備の模式図を示す。使用した粉状鉱石については、鉱石単味銘柄毎に、水分の添加量を順次に変更しながら水分濃度を種々変化させてドラムミキサーにて混合造粒し、得られた造粒物である擬似粒子を上記試験焼結鍋内に充填し、冷間で大気を下向き吸引して冷間通気性指数JPU(Japan Permeability Unit)を下記(1)式から算出した。なお、JPUは大きいほど通気性が良好であることを示す値である。
ここで、各係数は
V:風量[Nm3/min]、
S:充填層断面積[m2]、
h:充填層高さ[mm]、
△P:圧力損失[mmH2O]
である。
図3のグラフにおいて、鉱石が個々に分散した状態にある(A)の領域においては、水分添加の効果が、擬似粒子径や通気度にはともにあまり影響していないことがわかる。それは、図中の右側に、(A)領域として示すように、鉱石粒子11表面には、微細な開気孔10が存在し、添加された水分12は最初にこの空隙内に浸透するのに使われるからと予想される。このことから、造粒に必要な水分は、気孔量、空隙量が多いほど、内包水分に費やされるため多くなると考えられる。
図3(A)の状態からさらに水分を添加すると、図中の(B)の領域となり、この領域では図中の右側に(B)領域として示すように、鉱石粒子11表面を濡らす付着水15となり、隣接する鉱石粒子11と接触すれば、架橋水14として働く。いわゆるペンジュラー(Pendular)域、ファニキュラー(Fanicular)域、キャピラリー(Capillary)域と呼ばれる充填様式となる。この場合、鉱石粒子11同士は接触が進み、微粉8が核粒子9の表面に付着するに到り、擬似粒子13の径が増大して焼結原料中の粉率が低下することにより、通気度も上がる。
一般に、擬似粒子を湿潤凝集粉体とみなした時、擬似粒子強度σの推定式は、下記(2)式、(3)式のように表することができる。
σ=ψ・S・Pc …(2)
Pc=6・(1−ε)/ε・γ/Ds・cosθ …(3)
ここで、各係数は、
σ:造粒物強度[N]、
ψ:液体の充満度[−]、
S:粉体の表面積[m2]、
Pc:吸引圧力[Pa]、
ε:造粒物の空隙率[−]、
γ:水の表面張力[N/m]、
Ds:比表面積球相当径[m]、
β:粉体との接触角[°]
である。
a.ここでは、鉱石中の粘土組織が適正水分に及ぼす影響を説明する。一般に、鉄鉱石中には粘土鉱物であるカオリン鉱物が微量に含まれている。カオリン鉱物はアルミニウムの含水ケイ酸塩鉱物(粘土鉱物の一種)であり、Al2O3質量比率が30〜40%程度である。カオリン鉱物の粒径は数μmと細かく、吸水性に富んでいる。すなわち、原料中のAl2O3質量比率が増加すると、造粒に必要な水分が余分に多くなると考えられる。
a・Wabs+b・Pf+c・Aff−d・Pr+e・[Al2O3]
−f・[SiO2]−g …(4)
但し、
Wabs:鉄鉱石の吸収指数、
Pf:微粉の質量比率、
Pr:核粒子の質量比率、
[Al2O3]:原料中のAl2O3比率、
[SiO2]:原料中SiO2比率、
Aff:水との濡れ性、
a〜gは定数である。
修正適正造粒水分濃度[Wopt]:
k1・Wv(上記4式の値)+k2・LS+k3・Co+k4・BL−k5・RT+k6
…(5)
但し、
Wv:主原料の配合重量比率、
LS:石灰石の配合重量比率
Co:粉コークスの配合重量比率
BL:生石灰の配合重量比率
RT:返鉱の配合重量比率
k1〜k6は定数である。
(a)「吸収指数(Wabs)」について、
この吸収指数としては、鉄鉱石、副原料とも、LOI(イグニッションロス)やCW(結合水)のような化学分析値を使用することができるが、気孔量を吸収指数として用いてもよい。その気孔量は、乾燥した焼結原料を4〜6.7mm径に整粒した粉状物質について、水銀圧入法により0.003μmから200μmまでの径を有する開気孔の合計体積を求め、これを単位質量あたりに換算した値を用いる。
また、この吸収指数としては、各粒度毎に整粒した焼結原料を水中に長時間浸漬させ、脱水後の含水率を用いてもよい。例えば、鉱石A、Bについて検証した図4に明らかなように、グラフの切片は、粒子径に無関係の定数項であり、鉱石自体の吸収性を表わしていると見ることができる。
上記の化学分析値、気孔量、吸収水分(含水率)は相互に強い相関があり、使用に際してはいずれかの指標で統一して使用し、上記(4)式の係数を重回帰により再試算すればよい。
粒度分布としては、微粉の質量比率Pf、核粒子の質量比率Prの測定する。
微粉の質量比率Pfは、原料中の1mm〜0.1mm質量比率と、−0.1mm質量比率との合計量、核粒子の質量比率Prは、原料中の+2mm質量比率を指標として用いる。
Al2O3比率は、吸収性の著しいカオリン系鉱物の指標であるので、原料中1mm以下の粒径試料における分析値を使用する。ただし、鉱石中のAl2O3比率は、−1mm試料と+1mm試料で強い相関があるため、鉄鉱石自体の分析値をそのまま用いても構わない。
SiO2比率は、装入原料全体のスラグ成分調整に影響する指標であるので、粉鉱石原料の粒径試料における分析値をそのまま使用すればよい。
濡れ易さの指標として、接触角Hを使用する。粉体と水との接触角の測定は、鉱石の切り出し研磨面に微小水滴を滴下した時の接触角度を実測する方法、下記のHagen−Poiseuilleの式を活用した浸透法がある。浸透法による測定では、試料として粒径−1mmに整粒した鉱石を供し、鉱石充填層を上昇する水面の上昇速度から接触角θを算出する。
ここで、各係数は、
H:水の上昇高さ[m]、
R:粒径[m]、
t:時間[sec]、
γ:水の表面張力[N/m]、
η:水の粘度[N/s・m2]、
θ:水と粉体の接触角[°]である。
φ:ラビリンスファクター
k1・Wv(a・Wabs+b・Pf+c・Aff−d・Pr+e・[Al2O3]
−f・[SiO2]−g)+k2・LS+k3・Co+k4・BL−k5・RT+k6
…(5')
このようにして、(5')式に基づいて適正造粒水分濃度[Wopt]に調整された焼結原料を造粒機にて造粒することにより、高強度の擬似粒子(造粒焼結原料)を製造することができる。
図7に、焼結プロセスフローを示す。図7において、17は原料を備蓄・切り出しする原料配合槽、18は原料を運搬するベルトコンベア、19は焼結原料を造粒するドラムミキサーである。焼結原料は、所定の配合割合で配合槽17からベルトコンベア18上に切り出され、ドラムミキサー19へ運搬される。ドラムミキサー19に装入された原料は、ドラム上流側にて水分が添加され、転動造粒されて擬似粒子となり、給鉱ホッパ21を経て焼結機の焼結パレット22上に装入されて焼結され、破砕機で破砕されて焼結鉱となる。
Wopt=0.482・CW[mass%]+0.057・[−0.1mm mass%]+0.912・cosθ−0.136・[+2mm mass%]+0.268・
[Al2O3mass%]−0.023・[SiO2mass%]+9.714…(7)
[Wopt]=0.002×[主原料重量比率]×[(7)式]
+0.015×[石灰石配合比率]
+0.18×[粉coke配合比率]
+0.129×[生石灰配合比率]
−0.041×[返鉱]
+6.3
また、銘柄が不明なブレンディング鉱石の使用時は、従来方法においては推定値と実測値の乖離が大きく、相関係数88%であるのに対し、本発明方法においては評価指標を選択する事により、相関係数96%となった。
また、配合変更(銘柄変更)時における通気性変動の安定期間に関して、従来方法では銘柄変更後、安定に要する期間を2日程度要したのに対し、本発明方法では1日程度に短縮された。
2 風箱
3 試験焼結鍋(φ150mm)
4 グレート
5 ピトー管
6 差圧計
7 吸引ブロア
8 微粉
9 核粒子
10 気孔
11 鉱石粒子
12 水分
13 擬似粒子
14 架橋水
15 付着水
16 添加水分
17 原料ホッパ
18 コンベア
19 ドラムミキサー
20 コンベア
21 給鉱ホッパ
22 焼結パレット
27 焼結鉱
Claims (3)
- 鉄鉱石、副原料、雑原料および固体燃料の核粒子および微粉を含む焼結原料に、水分を添加して混合造粒することにより、擬似粒子である造粒焼結原料を製造する方法において、
焼結原料への水分添加の前に、該焼結原料の吸収指数、粒度分布、化学組成、水との濡れ性を測定し、さらに、実機操業時における副原量配合率から前記擬似粒子にするために必要な適正造粒水分濃度を推定し、その推定適正造粒水分濃度となるように前記水分の添加量を決定することを特徴とする造粒焼結原料の製造方法。 - 前記適正造粒水分濃度[Wopt]は、鉄鉱石、副原料に関する下記式により算出することを特徴とする請求項1に記載の造粒焼結原料の製造方法。
[Wopt]=
k1・Wv(a・Wabs+b・Pf+c・Aff−d・Pr+e・[Al2O3]−f・[SiO2]−g)+k2・LS+k3・Co+k4・BL−k5・RT+k6
但し、
Wv:主原料の配合重量比率、
Wabs:主原料の吸収指数、
Pf:微粉の質量比率、
Pr:核粒子の質量比率、
[Al2O3]:主原料中のAl2O3比率、
[SiO2]:主原料中SiO2比率、
Aff:水との濡れ性、
LS:石灰石の配合重量比率
Co:粉コークスの配合重量比率
BL:生石灰の配合重量比率
RT:返鉱の配合重量比率
a〜g、k1〜k6は定数である。 - 前記焼結原料のうちの鉄鉱石が、配合鉱石種や配合比率が不明なブレンディング鉱石を少なくとも一部に含有するものであることを特徴とする請求項1または2に記載の造粒焼結原料の製造方法。
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