JP2011006722A

JP2011006722A - 焼結鉱の製造方法

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Publication number: JP2011006722A
Application number: JP2009149121A
Authority: JP
Inventors: Masanori Nakano; 正則中野; Seita Kamikawa; 清太上川
Original assignee: Nippon Steel Corp; Tetsugen Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Tetsugen Corp
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2029-06-23
Also published as: JP5517501B2

Abstract

【課題】従来の造粒ラインとは別途に設けられた選択造粒ラインで、主として粉状の原料を用いて造粒した造粒物が、焼結時に急激な加熱を受けても爆裂しないようにして、焼結機における通気性を阻害し、生産性を低下させることがないようにすることを課題とする。
【解決手段】鉄鉱石原料、副原料及び燃料を含む配合原料を混合造粒した第１の造粒物に、粉鉄鉱石とダストの１種以上と炭材含有原料に結合材を加えて造粒した第２の造粒物を混合し、これらの造粒物を焼結機に装入して焼結する焼結鉱の製造方法において、第２の造粒物の気孔率と強度が、（ａ）気孔率が３３％以上で、かつ強度が４Ｋｇ／ｃｍ２以上の範囲、あるいは、（ｂ）気孔率が２？％以上で、かつ強度が２０Ｋｇ／ｃｍ２以上の範囲、のいずれかを満たすようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉用原料である焼結鉱の製造方法に関し、特に、焼結用の造粒物として、比較的細かい原料を選択して造粒した造粒物を使用する場合の焼結鉱の製造方法に関するものである。

焼結鉱の製造において、焼結機における通気性を改善し、生産性を向上させるために、鉄鉱石、副原料、燃料等からなる焼結原料を混合し、少量の水を添加して造粒機で造粒して擬似粒子化する等の事前処理が行われている。

近年では、従来主流として使用されていた赤鉄鉱等の鉄鉱石の供給量が減少しており、その代わりに、微粉が多く造粒性の悪い他の鉄鉱石の使用量が増大している。また、圧延スケール粉や製鉄ダストなど、製鉄所において発生する鉄分を多く含む粉状の副産物を焼結原料として利用することも増加している。

このため、鉄鉱石、副原料、燃料等の焼結原料を混合し造粒処理する従来の主造粒ラインとは別に、通常よりも造粒機能の高い設備を配置して比較的細かい原料を選択して造粒処理できる選択造粒ラインを設け、このラインで、難造粒性の鉄鉱石や粉状の副産物を造粒し、この造粒物を、主造粒ラインで造粒された造粒物と混ぜて焼結機に装入することにより、焼結機の通気性を向上させることが行われている（例えば、特許文献１、２参照）。

さらに、造粒物として、熱源となる炭材を内部に含むペレット（含炭ペレット）を、通常の造粒ラインにより造粒された焼結原料に混合することも行われており（例えば、特許文献３、４参照）、そのようなペレットの製造にも選択造粒ラインが使用されている。

このような従来の造粒ラインとは別途に設けられた選択造粒ラインで、主として粉状の原料を造粒する場合、造粒後、焼結機までに搬送されるまでの間で潰れないように、結合材（バインダ）を用いて造粒して必要な強度を確保している（特許文献２参照）。
しかし、造粒物が搬送の際に潰れない強度を有していても、焼結時に急激な加熱を受けると、造粒物中の水分が蒸気となって爆裂することがあり、爆裂により造粒物が粉化すると、焼結機における通気性を阻害し、生産性を低下させるという問題があった。

特開平６−５７３４０号公報特開２００５−３５０７７０号公報特開平１０−２１９３６１号公報特開２００７−１９１７４８号公報

そこで、本発明は、従来の造粒ラインとは別途に設けられた選択造粒ラインで、主として粉状の原料を用いて造粒した造粒物が、焼結時に急激な加熱を受けても爆裂しないようにして、焼結機における通気性を阻害し、生産性を低下させることがないようにすることを課題とする。

上記の選択造粒ラインで別途に造粒した造粒物の爆裂を防止するには、その造粒物の強度を爆裂に耐え得る強度にすれば良いが、そのため結合材の量を増加すると、粉鉱石やダストの添加量が減少し、コストが増加する。
そこで、種々調査した結果、爆裂を防止するには、造粒物の強度ばかりでなく、造粒物の気孔率が大きな影響を持っていることを新たに見出し、この点から更に検討して本発明に到達した。

そのようにしてなされた本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）鉄鉱石原料、副原料及び燃料を含む配合原料を混合造粒した第１の造粒物に、粉鉄鉱石とダストの１種以上と炭材含有原料に結合材を加えて造粒した第２の造粒物を混合し、混合されたこれらの造粒物を焼結機に装入して焼結する焼結鉱の製造方法において、
第２の造粒物の気孔率と強度が、
（ａ）気孔率が３３％以上で、かつ強度が４Ｋｇ／ｃｍ^２以上の範囲、あるいは、
（ｂ）気孔率が２８％以上で、かつ強度が２０Ｋｇ／ｃｍ^２以上の範囲、
のいずれかを満たすことを特徴とする焼結鉱の製造方法。
（２）前記第２の造粒物の気孔率を、炭材含有原料の添加量によって前記範囲に調整することを特徴とする（１）に記載の焼結鉱の製造方法。
（３）前記第２の造粒物を、造粒した後に乾燥、あるいは、養生してから第１の造粒物に混合することを特徴とする（１）または（２）に記載の焼結鉱の製造方法。

本発明によれば、通常の焼結原料を用いて通常の造粒ラインで造粒された造粒物とは別に、選択造粒ラインで主として粉状の原料を選択して造粒された造粒物を混合して焼結鉱を製造する際、選択造粒ラインで造粒された造粒物が、搬送の際に潰れない強度を有し、かつ、焼結時に急激な加熱を受けても爆裂することがないので、焼結機における通気性を阻害することがなく、生産性を低下させずに粉状の原料や難造粒性の原料を有効に利用することができる。

粒状物の爆裂の有無に対する造粒物の気孔率と強度の関係を示す図である。本発明に係る焼結鉱の製造方法を実施するための製造ラインの１例を示す図である。

本発明者は、上記のように、選択造粒ラインで別途に造粒した造粒物の爆裂には、造粒物の強度ばかりでなく、造粒物の気孔率が大きな影響を持っていることを新たに見出した。以下、そのような知見が得られた実験について説明する。

焼結原料に混合される造粒物の爆裂性を調査するために、高炉ガス灰、焼結ダスト、転炉ダストの３種の製鉄ダストをセメントで結合して造粒物とする際、炭素含有量及び強度を種々調整した造粒物を作成した。造粒物の炭素含有量は、他の製鉄ダストに比べて炭素含有量が高い高炉ガス灰の量を変えて調整し、また、造粒物の強度は、セメント配合量や養生日数を変えて調整した。造粒物の気孔率は、炭素含有量を調整することにより変化するとともに、セメント配合量や養生日数によっても変化していた。

このようにして作成した造粒物のなかから、３〜６ｍｍの粒径のものを篩分けして試験体とした。
一部の試験体について、造粒物の圧壊強度と気孔率を測定した。また、残りの試験体から５粒選び、造粒時の加水状態を再現するために水中に浸した後、アルミナボートにのせて、１３１０℃に保定した電気炉中に装入した。この時、個々の粒状物粒子は１分で１１００℃に達した。１分後、アルミナボードを炉から取り出し、爆裂した造粒物の個数を数えて、３個以上破壊していた場合を爆裂、２個以内の場合を爆裂なしと判定した。

以上の実験結果を、造粒物の気孔率と強度によって整理して図１に示す。爆裂と判定した粒状物の範囲は、気孔率３３ｖｏ１％未満かつ強度２０ｋｇ／ｃｍ^２未満のものであった。
このことより、比較的微細な焼結原料を用いて造粒しても、その造粒物の気孔率と強度を少なくとも上記の爆裂範囲を避けて造粒することにより、焼結の際の爆裂を防ぐことができることがわかった。

造粒物の爆裂は、焼結時の急激な加熱により造粒物内部の水分が急速に気化し、それにともなって内圧が急速に上昇するためと考えられる。その際、造粒物の気孔率が大きいほど水蒸気の放散が容易となり内圧の上昇が妨げられると考えられる。また、造粒物の強度は高いほど内圧に耐えことができる。これら２つの要因から、造粒物の気孔率と強度について、上記のような爆裂する範囲が存在すると考えられる。

以下、以上の知見に基づく本発明の実施の形態を説明する。
焼結鉱は、図２に示す主造粒ラインＡにより造粒された第１の造粒物と選択造粒ラインＢにより造粒された第２の造粒物とを混合し、焼結機に装入して焼結することにより製造される。

主造粒ラインＡは、少なくとも粗粒の鉄鉱石原料を含む通常の焼結原料を用いて造粒する従来のラインであり、原料槽１より切り出された焼結用原料は、ドラムミキサー３で水分を添加しながら混合造粒されて第１の造粒物とされる。
焼結用原料としては、鉄鉱石原料、副原料（石灰石や蛇紋岩など）、燃料（炭材）、返鉱などが用いられる。

選択造粒ラインＢは、粉鉱石や製鉄ダストなどの比較的細かい原料や難造粒性鉄鉱石など、従来の造粒ラインに混合すると十分に造粒されず、通気性を阻害するような原料を選択して造粒するラインである。
このラインの原料には、さらに、炭材含有原料や強度を確保するための結合材が添加される。また、造粒しにくい原料を用いることから、造粒には、高速攪拌型造粒機５と皿型造粒機６とが用いられる。

原料槽４より切り出された原料は、高速攪拌型造粒機５で攪拌造粒され、ついで、皿型造粒機６でさらに造粒を強化されて第２の造粒物とされた後、主造粒ラインＡのドラムミキサー２から出た第１の造粒物に混合される。
第２の造粒物は、添加される結合材の強度発現を十分に行うため、皿型造粒機６で造粒された後、さらに乾燥機７を通してもよい。また、高速攪拌型造粒機５で造粒された後、皿型造粒機を通さずに、養生ヤード８で養生して、強度を発現するようにしてもよい。さらには、図示していないが、皿型造粒機６で造粒された後、養生するようにしてもよい。

第１の造粒物に対する第２の造粒物の混合割合は、質量比で２割以下、通常は１〜２割とする。第１の造粒物に対する第２の造粒物の混合割合が増加することにより、焼結機内の通気性を改善し、生産性を向上させることができる。この点から、第１の造粒物に対する第２の造粒物の混合割合は１割以上が好ましい。第１の造粒物に対する第２の造粒物の混合割合の上限は、製鉄所内で発生ずるダストや微粉鉄鉱石、難造粒性鉄鉱有などの選択的に造粒を強化したい原料の量などの理由から決められるが、２割が好ましい。

第２の造粒物の径は、１０ｍｍ以下に調整する。通常は、３〜６ｍｍの範囲が最も多くなるように調整するのがよい。第２の造粒物の径が３ｍｍ以下であれば、そもそも第１の原料と同程度粒度であり、選択的に造粒を強化する意味合いがなくなる。第２の造粒物の径が１０ｍｍ以上となると、焼結時に中心までの熱伝達に時間を要するようになり、短い焼結時間では十分に焼結しなくなるため、１０ｍｍを上限とした。この点で、好ましい第２の造粒物の径の上限は３ｍｍである。

この選択造粒ラインＢでは、鉄分含有原料、炭材含有原料、結合材を原料とする。
鉄分含有原料としては、製鉄ダストや微粉鉄鉱石、難造粒性鉄鉱石などの１種以上の選択的に造粒を強化したい原料を対象とする。
製鉄ダストとは、製鉄所における各製造プロセスで発生する微粒子廃棄物の総称であり、例えば、焼結ダスト、高炉ダスト、転炉ダスト、冷延プロセスにおける酸洗ダストが主なものであるが、その他にも種々のものがある。

炭材含有原料は、造粒物の気孔率を調整するために添加する。この原料としては、例えば、コークスや無煙炭の粉砕時やコンベアの乗り継ぎ部で集塵される微粉炭材、コークス乾式消化設備（ＣＤＱ）で発生する微粉コークス、高炉ガス灰等が用いられる。

結合材（バインダー）は、造粒物が主に粉体を原料にするため、必要な強度を確保する必要から添加される。この材料としては、ポルトランドセメントやセメントクリンカーなどのセメントでよいが、炭酸カルシウム、生石灰、消石灰、高炉スラグ、ベントナイト及び酸性白土などを用いてもよい。
また、セメントなどの無機系結合材にかえて、パルプ廃液、コーンスターチ等の有機質の結合材の水溶液の使用も可能である。その場合は、原料槽９から高速攪拌型造粒機５に直接添加するのがよい（図２参照）。

なお、鉄分含有原料、炭材含有原料、結合材の各々の配合量については、特に定められるものではないが、好ましい配合は、質量％で、鉄分含有原料：８２〜８９％、炭材含有原料：８〜１２％、結合材：３〜６％である。

以上のような原料を用いて、選択造粒ラインで第２の造粒物が形成されるが、この造粒物は、図１に示されるように、気孔率３３ｖｏ１％未満かつ強度２０ｋｇ／ｃｍ^２未満の爆裂範囲にならないようにしなければならない。
また、搬送途中で潰れないように強度は４ｋｇ／ｃｍ^２以上でなければならない。さらに、気孔率は、焼結時の水蒸気の排出が円満に行われるように、２８％以上でなければならない。

このため、含炭ペレットの気孔率と強度は、次の（ａ）か（ｂ）のいずれかの範囲を満たすものでなければならない。
（ａ）気孔率が３３％以上で、かつ強度が４Ｋｇ／ｃｍ^２以上の範囲
（ｂ）気孔率が２８％以上で、かつ強度が２０Ｋｇ／ｃｍ^２以上の範囲

なお、気孔率は、４０％を超えると、結合材の添加によっても搬送途中で潰れないために必要な強度を維持できなくなるため、４０％以下が好ましい。また、強度については高いほうが望ましいが、結合材の量を増やせばその分コストが増加するため、必要以上に増加させなくてもよく、１０Ｋｇ／ｃｍ^２以下で十分である。

なお、気孔率は、ＪＩＳＭ８７１６で規定される方法によって、密度と体積を測定して計算される。また、強度は、圧縮強度試験装置によって測定される。

気孔率の調整は、造粒設備の運転条件や造粒時間などで調整することでも可能であるが、制御よく調整することが難しい。しかし、炭素含有原料の添加量を調節することにより容易に行うことができる。
また、強度の調整には、結合材の添加量や養生期間を調節することにより行うことができる。ただし、結合材の量が多いほど気孔率が低下するとともに、養生期間が長くなるにつれても気孔率は低下するので、これらを考慮して、それぞれの原料の添加量や養生期間を選定する必要がある。

以上のように、気孔率と強度が調整された第２の造粒物は、主造粒ラインで造粒された第１の造粒物と混合されて、焼結機に装入されて焼結される。
焼結条件については、通常採用されている条件でよく、本発明を用いることにより、粉状の原料を有効に利用して、爆裂の恐れが少なく、通気性を改善し、生産性を向上させることができる。

高炉ガス灰、焼結ダスト、転炉ダストの３種の製鉄ダストをセメントで結合して３種の造粒物を作成した。その際、表１に示すように、他の製鉄ダストに比べて炭素含有量の高い高炉ガス灰の量を変えて造粒物の炭素含有量を調整するとともに、セメントの添加量と養生期間を変化させて、気孔率と強度の値が爆裂範囲内である１条件の造粒物と、範囲外である２条件の造粒物を作成した。
そのように作成した造粒物を用いて焼結実験を実施した。標準的な焼結原料を用いて造粒した造粒物に対して、上記のように作成した造粒物を５質量％加えて混合した原料を、層厚６００ｍｍ、吸引負圧１３００ｍｍＨ_２Ｏで焼成した。
その結果を表１に合わせて示す。表１に示されるように、爆裂範囲外の２条件は、爆裂範囲内の条件に比較して焼結生産率が０．６〜０．８ｔ／ｄ／ｍ^２向上した。

１主原料槽
２ドラムミキサー
３焼結機
４原料槽
５高速攪拌型造粒機
６皿型造粒機
７乾燥機
８養生ヤード
９有機系結合材用の原料槽

Claims

鉄鉱石原料、副原料及び燃料を含む配合原料を混合造粒した第１の造粒物に、粉鉄鉱石とダストの１種以上と炭材含有原料に結合材を加えて造粒した第２の造粒物を混合し、混合されたこれらの造粒物を焼結機に装入して焼結する焼結鉱の製造方法において、
第２の造粒物の気孔率と強度が、
（ａ）気孔率が３３％以上で、かつ強度が４Ｋｇ／ｃｍ^２以上の範囲、あるいは、
（ｂ）気孔率が２８％以上で、かつ強度が２０Ｋｇ／ｃｍ^２以上の範囲、
のいずれかを満たすことを特徴とする焼結鉱の製造方法。
前記第２の造粒物の気孔率を、炭材含有原料の添加量によって前記範囲に調整することを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
前記第２の造粒物を、造粒した後に乾燥、あるいは、養生してから第１の造粒物に混合することを特徴とする請求項１または２に記載の焼結鉱の製造方法。