JP2011032577A - 焼結用原料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】造粒にディスクペレタイザーを用いた場合でも、良好な原料を効率よく製造可能な焼結用原料の製造方法を提供する。
【解決手段】焼結原料のうち、石灰石系粉原料及び固体燃料系粉原料を除く焼結原料を撹拌混合用ドラムミキサー１に装入して混合し、当該混合原料をディスクペレタイザー２に供給して造粒すると共に、造粒して得た造粒粒子を石灰石系粉原料と共に外層形成用ドラムミキサー３に供給し、その後、固体燃料系粉原料を添加して外層形成用ドラムミキサー３の排出口に至る間に造粒粒子の外層部に石灰石系粉原料層及び固体燃料系粉原料層を付着・形成することにより、ディスクペレタイザー２によって造粒された焼結用造粒粒子の最外層に固体燃料系粉原料が付着されることになり、焼結時のムラ焼け発生を確実に阻止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、下方吸引のドワイトロイド式焼結機を用いて高炉用焼結鉱を製造する焼結用原料の製造方法に関するものである。

高炉用原料として用いられる焼結鉱は、一般的に以下のような焼結原料の処理方法を経て製造されている。即ち、まず粒径が１０ｍｍ以下の鉄鉱石、及び珪石、蛇紋岩、又はニッケルスラグなどからなるＳｉＯ₂含有原料、及び石灰石などのＣａＯを含有する石灰石系粉原料、及び粉コークス又は無煙炭などの熱源となる固体燃料系粉原料を、ドラムミキサーを用いて、これに適当量の水分を添加して混合、造粒して造粒粒子と呼ばれる造粒物を形成する。この造粒物からなる配合原料は、ドワイトロイド式焼結機のパレット上に適当な厚さ、例えば５００〜７００ｍｍになるように装入して表層部の固体燃料に着火し、着火後は下方に向けて空気を吸引しながら固体燃料を燃焼させ、その燃焼熱によって配合した焼結原料を焼結させて焼結ケーキとする。この焼結ケーキは、破砕、整粒され、一定の粒径以上の焼結鉱を得る。一方、それ未満の粒径のものは返鉱となり、焼結原料として再利用される。

このようにして製造された成品焼結鉱の被還元性は、従来から指摘されているように、特に高炉の操業を大きく左右する因子となる。焼結鉱の被還元性は、高炉でのガス利用率を介して燃料比と良好な負の相関があり、焼結鉱の被還元性を向上させると、高炉での燃料比は低下する。更に、製造された成品焼結鉱の冷間強度も高炉での通気性を確保する上で重要な因子であり、各々の高炉では、冷間強度の下限基準を設けて操業を行っている。従って、高炉にとって望ましい焼結鉱とは、被還元性に優れ、冷間強度が高いものであると言える。

そこで、焼結鉱を製造するプロセスの事前処理として膨大な設備を必要とせず、鉄鉱石とＳｉＯ₂含有原料を、石灰石系原料と固体燃料系原料から分離して段階的に造粒粒子にすることにより、塊表面には強度の高いカルシウムフェライト（ＣＦ）を、一方、塊内部に向かっては被還元性の高いヘマタイト（Ｈｅ）を選択的に生成された構造の焼結鉱を製造し、冷間強度を向上させ、且つ焼結鉱の被還元性を改善することができる焼結用原料の製造方法として、下記特許文献１〜３にかかわる技術を完成させた。

また、微粉鉄鉱石と粗粒鉄鉱石とからなる粉状鉄鉱石と、石灰石及び生石灰とをミキサーで混合し、混合物を第１ペレタイザーで水を加えて造粒し、造粒した造粒物をスクリーンによって篩い分けられ、篩い上を第２ペレタイザーに装入して、造粒物の表面に粉コークスを被覆するようにした所謂ＨＰＳ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｐｅｌｌｅｔｉｚｅｄ Ｓｉｎｔｅｒ）法と称される焼結用原料の製造方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。

特許第３７５５４５２号公報 特許第３７９４３３２号公報 特許第３６５６６３２号公報 特公平２−４６５８号公報

前記特許文献４に記載される焼結用原料の製造方法は、焼結用原料の造粒にディスクペレタイザーを使用しており、このディスクペレタイザーを使用することにより、微粉であるペレットフィードを含む鉄鉱石を造粒することができ、このＨＰＳ法と特許文献１〜３に記載される焼結用原料の製造方法とを組み合わせることにより、ペレットフィード等の微粉を含む鉄鉱石の造粒が可能となる。

しかしながら、近年、鉄鉱石原料の価格が、開発当初と大きく変わってきており、原料の配合構成も大きく変化した。もともと、前記特許文献１〜３に記載のプロセスは、当時安価であった微粉鉄鉱石（平均粒径１５０μｍ以下）のペレットフィードの使用拡大と焼結鉱の高品質化を目的に開発された。しかし、現在では微粉鉄鉱石の価格が上昇したために使用量が減少し、ペレタイザーにおける造粒強度が低下している。そのため、前記特許文献１〜３に記載される焼結用原料の製造方法をそのまま用いると、造粒粒子径が小さいままで操業することになり、通気性が悪く、焼成ムラが発生しやすくなることが判明し、改良の必要のあることが分かった。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、造粒にディスクペレタイザーを用いた場合でも、良好な原料を効率よく製造可能な焼結用原料の製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の焼結用原料の製造方法は、鉄鉱石、ＳｉＯ₂含有原料、石灰石系粉原料及び固体燃料系粉原料からなる焼結原料を準備し、前記鉄鉱石、ＳｉＯ₂含有原料と石灰石系粉原料を撹拌混合用ドラムミキサーで混合して、混合原料を生成し、前記混合原料をディスクペレタイザーで造粒し、造粒粒子を生成し、前記造粒粒子を外層形成用ドラムミキサーに供給し、前記外層形成用ドラムミキサーに供給された造粒粒子に、前記外層形成用ドラムミキサーの排出口側から、前記固体燃料系粉原料を添加し、前記固体燃料系粉原料の添加から外層形成用ドラムミキサーからの排出までの４０秒以下で１０秒以上の外装時間の間に前記造粒粒子の表面に固体燃料系粉原料層を形成する
ことを特徴とするものである。
また、好ましくは前記外装時間が４０秒乃至２０秒間に設定されていることを特徴とするものである。
さらに、より好ましくは前記外装時間が３０秒に設定されていることを特徴とするものである。

また、本発明の焼結用原料の製造方法は、鉄鉱石、ＳｉＯ₂含有原料、石灰石系粉原料及び固体燃料系粉原料からなる焼結原料を準備し、前記鉄鉱石とＳｉＯ₂含有原料を撹拌混合用ドラムミキサーで混合して、混合原料を生成し、前記混合原料をディスクペレタイザーで造粒し、造粒粒子を生成し、前記造粒粒子を外層形成用ドラムミキサーに供給し、前記外層形成用ドラムミキサーに石灰石系粉原料を供給し、前記石灰石系粉原料の供給後、前記外層形成用ドラムミキサーに前記固体燃料系粉原料を添加し、前記造粒粒子上に石灰石系粉原料層及び固体燃料系粉原料層を形成することを特徴とするものである。

また、前記石灰石系粉原料の供給が、前記外層形成用ドラムミキサーの装入側から供給することからなり、前記固体燃料系粉原料の添加が、前記外層形成用ドラムミキサーの排出口側から添加することからなることを特徴とするものである。
また、前記石灰石系粉原料の供給が、前記ディスクペレタイザーで造粒して得られた造粒粒子と共に石灰石系粉原料を、前記外層形成用ドラムミキサーに供給することからなることを特徴とするものである。

また、前記固体燃料系粉原料の添加が、前記固体燃料系粉原料の添加から外層形成用ドラムミキサーからの排出まで４０秒以下で１０秒以上の外装時間を有するように、前記外層形成用ドラムミキサーに前記固体燃料系粉原料を添加することからなること特徴とするものである。
また、好ましくは前記外装時間が４０秒以下で２０秒以上であることを特徴とするものである。
また、前記石灰石系粉原料の供給が、前記前記石灰石系粉原料の供給から外層形成用ドラムミキサーからの排出まで９０秒以下の外装時間を有するように、且つ、前記固体燃料系粉原料の添加から外層形成用ドラムミキサーからの排出までの時間以上の外装時間を有するように、前記外層形成用ドラムミキサーに前記石灰石系粉原料を供給することからなることを特徴とするものである。

また、本発明による焼結原料の製造方法は、鉄鉱石、ＳｉＯ₂含有原料、石灰石系粉原料及び固体燃料系粉原料からなる焼結原料を準備し、前記鉄鉱石、ＳｉＯ₂含有原料と石灰石系粉原料を撹拌混合用ドラムミキサーで混合して、混合原料を生成し、前記混合原料をディスクペレタイザーで造粒し、造粒粒子を生成し、前記造粒粒子を外層形成用ドラムミキサーに供給し、前記外層形成用ドラムミキサーに供給された造粒粒子に、前記外層形成用ドラムミキサーの排出口側から、前記固体燃料系粉原料を添加し、前記造粒粒子の表面に固体燃料系粉原料層を形成し、前記固体燃料系粉原料の添加から外層形成用ドラムミキサーからの排出までの外装時間を、造粒粒子径、圧壊強度及び造粒粒子強度の何れかが小さくなるほど短く設定することを特徴とするものである。

また、本発明による焼結原料の製造方法は、鉄鉱石、超微粉鉱、ＳｉＯ₂含有原料、石灰石系粉原料及び固体燃料系粉原料からなる焼結原料を準備し、前記鉄鉱石、超微粉鉱、ＳｉＯ₂含有原料と石灰石系粉原料を撹拌混合用ドラムミキサーで混合して、混合原料を生成し、前記混合原料をディスクペレタイザーで造粒し、造粒粒子を生成し、前記造粒粒子を外層形成用ドラムミキサーに供給し、前記外層形成用ドラムミキサーに供給された造粒粒子に、前記外層形成用ドラムミキサーの排出口側から、前記固体燃料系粉原料を添加し、前記固体燃料系粉原料の添加から外層形成用ドラムミキサーからの排出までの７０秒以下で３０秒以上の外装時間の間に前記造粒粒子の表面に固体燃料系粉原料層を形成することを特徴とするものである。
また、前記超微粉鉱は、平均粒径が１μｍ以上で１０μｍ以下であり、全鉄鉱石に対して１０ｍａｓｓ％以上で６０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とするものである。

また、本発明による焼結原料の製造方法は、鉄鉱石、ペレットフィード、ＳｉＯ₂含有原料、石灰石系粉原料及び固体燃料系粉原料からなる焼結原料を準備し、前記鉄鉱石、ペレットフィード、ＳｉＯ₂含有原料と石灰石系粉原料を撹拌混合用ドラムミキサーで混合して、混合原料を生成し、前記混合原料をディスクペレタイザーで造粒し、造粒粒子を生成し、前記造粒粒子を外層形成用ドラムミキサーに供給し、前記外層形成用ドラムミキサーに供給された造粒粒子に、前記外層形成用ドラムミキサーの排出口側から、前記固体燃料系粉原料を添加し、前記固体燃料系粉原料の添加から外層形成用ドラムミキサーからの排出までの９０秒以下で３０秒以上の外装時間の間に前記造粒粒子の表面に固体燃料系粉原料層を形成することを特徴とするものである。

また、前記ペレットフィードは、平均粒径−７５μｍが７０％以上であり、全鉄鉱石に対して１０ｍａｓｓ％以上で６０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とするものである。
また、前記外層形成用ドラムミキサーが、１２０秒以下の滞留時間を有することを特徴とするものである。
また、前記滞留時間が、９０以上で１２０秒以下の滞留時間であることを特徴とするものである。

而して、本発明の焼結用原料の製造方法によれば、ディスクペレタイザーで造粒された造粒粒子の表面にまず石灰石系粉原料が付着形成され、その後、粉コークスなどの固体燃料系粉原料が付着形成されることにより、ディスクペレタイザーによって造粒された焼結用造粒粒子の最外層に固体燃料系粉原料が付着されることになり、焼結時のムラ焼け発生を確実に阻止できる。
また、造粒物の平均径を適正化して被還元性を高めることができ、更に歩留を低減して生産性を向上することができる。
また、外層形成用ドラムミキサーの排出口側から前記固体燃料系粉原料を添加し、固体燃料系粉原料の添加から外層形成用ドラムミキサーからの排出までの外装時間を、造粒粒子径、圧壊強度及び造粒粒子強度の何れかが小さくなるほど短く設定することにより、粗粒のみの鉄鉱石、粗粒の鉄鉱石と超微粉鉱との組み合わせ、粗粒の鉄鉱石とペレットフィードとの組み合わせ等の鉄鉱石原料配合に応じた最適な造粒を行うことができる。

本発明の焼結用原料の製造方法を適用したディスクペレタイザー付き製造工程の一実施形態の説明図である。 従来の焼結用原料の製造方法を適用したディスクペレタイザー付き製造工程の一例を示す説明図である。 本発明の焼結用原料の製造方法の試験方法の説明図である。 図３の試験結果の説明図である。 本発明の焼結用原料の製造方法の試験方法の説明図である。 図５の試験結果の説明図である。 ディスクペレタイザーを省略した従来の造粒粒子製造工程の一実施形態の説明図である。 本発明の他の実施形態の試験結果を示す説明図である。 造粒粒子を示す模式図である。 濡れ性評価試験を示す説明図である。 濡れ性を評価する時間と上昇水位高さとの関係を示す特性線図である。

次に、本発明の焼結用原料の製造方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の焼結用原料の製造方法が適用されたディスクペレタイザー付き製造工程の説明図である。ディスクペレタイザー付き焼結用原料製造工程（ＨＰＳ法）としては、例えば特許第２７４８７８２号公報や、特許第２７５５０３６号公報に記載されるものがある。
この図１において、先ず、鉄鉱石、ＳｉＯ₂含有原料、石灰石系粉原料及び固定燃料系粉原料である粉コークスからなる焼結原料を準備する。この焼結原料のうち固体燃料系粉原料である粉コークスのみ、或いは当該粉コークス及び石灰石系粉原料である石灰石を除く焼結原料を、攪拌用ドラムミキサー１に供給して、添加される水と共に撹拌混合して、混合原料を生成する。

この混合原料は、ディスクペレタイザー２に供給され、このディスクペレタイザー２で造粒し、造粒粒子を生成する。生成された造粒粒子は、外層形成用ドラムミキサー３に供給される。外層形成用ドラムミキサー３では、ディスクペレタイザー２で造粒された造粒粒子に対し、石灰石や粉コークスの外層を形成する。この外層形成用ドラムミキサー３で外層が形成された焼結用原料は下方吸引のドワイトロイド式焼結機４に装入される。このドワイトロイド式焼結機４では、点火炉５で焼結用原料の粉コークスに添加されて、焼成が行われる。ここで、外層形成用ドラムミキサー３には、例えば外排出口側から固体燃料系粉原料である粉コークスを投射する粉コークス投射装置６が設けられているとともに、例えば装入側から石灰石系粉原料である石灰石を投射する石灰石投射装置７が設けられている。どちらの投射装置も、例えばコンベヤや噴射ノズルなどで構成される。

ドワイトロイド焼結機４は、点火炉５で粉コークスに点火した後、ブロワーで下方から吸引しながらコンベヤで焼結用原料を搬送しながら焼成する。焼結された焼結原料は焼結ケーキとなり、この焼結ケーキを破砕、整粒して、例えば４ｍｍ以上の粒径の焼結鉱を高炉に供給し、それ以外のものを返鉱として鉄鉱石相当の焼結用原料として再利用する。従って、本発明で説明する焼結原料中の鉄鉱石とは返鉱を含むものとして説明する。
図２は、図１と同様に、ディスクペレタイザー２を有する焼結用原料の製造工程で、外層形成用ドラムミキサー３の装入側から固体燃料系粉原料である粉コークスを投射する、従来の製造方法である。この場合、石灰石系粉原料である石灰石は、撹拌混合用ドラムミキサー１から装入されている。

本発明者は、まず固体燃料系粉原料である粉コークスの最適添加ポイントを見つけるべく試験を行った。図３は、試験方法を示すものであり、外層形成用ドラムミキサー（コーティングミキサーともいう）３の中で、粉コークスの層を造粒粒子の表層に形成せしめる時間を求めた。なお、外層形成用ドラムミキサー３の長さは、原料装入後、排出されるまでの滞留時間を１２０秒以下とした。即ち、ドラムミキサーは造粒装置であり、中では回転による造粒がなされるものの、実質的には破壊と造粒が繰り返されており、滞留時間が長くなると、造粒粒子そのものが破壊されてしまうため、その限界を１２０秒以下、好ましくは９０秒以下とする。
試験は、例えば豪州産の粗粒鉄鉱石Ａ（−８ｍｍ）、例えば南米産の粗粒鉄鉱石Ｂ（−８ｍｍ）、鉄鉱石Ｂ（−１ｍｍ）、珪石粉、生石灰、返鉱、石灰石、粉コークスを焼結材料として使用し、これらが下記表１に示す重量比率で配合されている。

また、試験は、外層形成用ドラムミキサー内の粉コークス滞留時間と生産性、造粒性、焼結鉱品質の関係を評価した。試験水準は、好ましい滞留時間９０秒の外層形成用ドラムミキサー３を用い、外層形成用ドラムミキサー３の装入側から造粒粒子原料と共に粉コークスを挿入する方法を従来例として試験した。また、粉コークスの添加位置を変えてドラムミキサー内での滞留時間と生産性の関係を試験した。粉コークスの滞留時間（外装時間）及びその他の造粒工程の時間は、下記表２の通りである。また、各試験における生産率、造粒物の平均径、被還元性の結果を図４に示す。

これらの結果から、粉コークスの滞留時間を短くすると生産性がよくなり、その生産性がよくなる条件は粉コークス滞留時間すなわち外装時間を４０秒以下で１０秒以上の範囲としたときである。好ましくは外装時間を４０秒以下で２０秒以上の範囲とし、より好ましくは外装時間を生産性がピークに近い３０秒以下で２０秒以上とする。これは、粉コークス滞留時間が４０秒を超えると、造粒粒子表層部の破壊部分と粉コークス混在部分が造粒粒子表層に位置し、粉コークス燃焼性の悪化から生産性を阻害するものと考えられる。或いは、粉コークスは、他の焼結原料と比べて、疎水性で造粒性が悪く、外層形成用ドラムミキサー内に造粒粒子と共に滞留させると、外層形成用ドラムミキサー内での造粒・崩壊過程で、粉コークスが造粒粒子の粒子間に内装され、造粒粒子の崩壊を招き、造粒粒子径が小さくなる傾向にあるためであるとも考えられる。

また、粉コークス添加後の滞留時間すなわち外装時間が２０秒よりも短いと造粒粒子径の崩壊は抑制されるものの、粉コークスが造粒粒子表層に均一にコーティングされず、焼成が不均一となり、生産性が多少低下し、外装時間が１０秒よりも短くなると、粉コークスが造粒粒子表層に斑にコーティングされることになり、生産性が大幅に低下する。被還元性については、粉コークス外装時間の短縮により、造粒粒子径が大きくなり、通気改善されるため、高温焼結により被還元性の高いカルシウムフェライト組織が多く生成することが明らかとなった。

次に、この粉コークスの最外層への最適外層時間を用い、図５に示す試験装置によって石灰石系粉原料である石灰石を外層形成用ドラムミキサー３に添加し、生産性を調査した。粉コークスの滞留時間すなわち外装時間はベストモードである３０秒一定とし、石灰石の滞留時間すなわち外装時間を種々に変更して試験を行った。従来例、実施例、比較例の夫々の滞留時間は下記表３の通りである。また、図６には、各試験における焼成時間、歩留、生産率の結果を示す。

前述の特許文献１〜３では、粉コークス、石灰石の外装時間は生産性に影響を及ぼさないとされていたが、ディスクペレタイザーで造粒する本実施形態では、石灰石の外装時間を、粉コークスの外装時間以上に設定する必要があることが判明した。即ち、石灰石をディスクペレタイザー２で造粒された造粒粒子と同時に外層形成用ドラムミキサー３装入する実施例５では、図６に示すように、従来例に比較して焼成時間が長くなるが、歩留及び生産率が大幅に向上する。石灰石の外装時間が６０秒となる実施例６ではさらに歩留が向上し、生産率がピークとなる。そして、例えば実施例７のように、石灰石と粉コークスとを同時に添加した場合、ディスクペレタイザーで造粒する本実施形態の場合、石灰石の外装化に伴って歩留が向上し、同時に粉コークスの外装状態が石灰石に影響されて少し悪化して生産率が低下するが、外装時間が９０秒の実施例５と同等の生産率を確保することができる。

ところが、比較例２のように、石灰石の外装時間を粉コークスの外装時間３０秒より短い１０秒に設定すると、焼成不均一となり、焼成時間が増加することになるとともに、歩留も減少傾向となり、さらに生産率が低下して従来例に近づくことになって、石灰石の外装効果を享受できない状態となる。このため、石灰石の外装時間としては９０秒から粉コークスの外装時間である３０秒の範囲が好適な範囲となる。

このように、本実施形態の焼結用原料の製造方法では、下方吸引のドワイトロイド式焼結機４を用いて高炉用焼結鉱を製造するプロセスの事前処理として、鉄鉱石、ＳｉＯ₂含有原料、石灰石系粉原料及び固体燃料系粉原料からなる焼結原料を準備し、固体燃料系粉原料を除く鉄鉱石、ＳｉＯ₂含有原料を攪拌混合用ミキサー１で混合して、混合原料を生成し、生成した混合原料をディスクペレタイザー２を用いて造粒して、造粒粒子を生成し、生成した造粒粒子を外層形成用ドラムミキサー３に供給し、外層形成用ドラムミキサー３の排出口側から固体燃料系粉原料を添加してから外層形成用ドラムミキサー３の排出口に至るまでの外装時間を４０秒以下で１０秒以上の範囲に設定し、この外装時間で造粒粒子の外層部に固体燃料系粉原料層を付着・形成する。又は焼結原料のうち、石灰石系粉原料及び固体燃料系粉原料を除く焼結原料を撹拌混合用ドラムミキサー１に装入して混合し、当該混合原料をディスクペレタイザー２に供給して造粒すると共に、造粒して得た造粒粒子を外層形成用ドラムミキサー３に供給し、外層形成用ドラムミキサー３に石灰石系粉原料を添加し、その後、固体燃料系粉原料を添加して外層形成用ドラムミキサー３の排出口に至る間に造粒粒子の外層部に石灰石系粉原料層及び固体燃料系粉原料層を付着・形成することにより、ディスクペレタイザー２で造粒された造粒粒子の表面にまず石灰石系粉原料が付着形成され、その後、粉コークスなどの固体燃料系粉原料が付着形成されることにより、ディスクペレタイザー２によって造粒された焼結用造粒粒子の最外層に固体燃料系粉原料が付着されることになり、焼結時のムラ焼け発生を確実に阻止できる。

また、石灰石系粉原料を、外層形成用ドラムミキサー３の装入側から添加し、固体燃料系粉原料を外層形成用ドラムミキサー３の排出口側から添加することにより、焼結用造粒粒子の最外層に固体燃料系粉原料が確実に付着される。
また、石灰石系粉原料を、ディスクペレタイザー２で造粒して得られた造粒粒子と共に外層形成用ドラムミキサー３に装入することにより、ムラ焼けを防止して生産性が向上する。

また、ディスクペレタイザー２の後工程に配置される外層形成用ドラムミキサー３を、装入原料の滞留時間が１２０秒以下のドラムミキサー長さとしたり、ディスクペレタイザー２の後工程に配置される外層形成用ドラムミキサー３への固体燃料系粉原料の添加は、滞留時間を４０秒以下としたりすることにより、造粒物の平均径を適正化して被還元性を高めることができ、更に歩留を低減して生産性を向上することができる。

また、上記実施形態では、粗粒鉄鉱石のみを使用してディスクペレタイザー２で造粒する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、２種類の粗粒鉄鉱石Ａ，Ｂに平均粒径が１μｍ以上で１０μｍ以下の超微粉鉱を全鉄鉱石の１０ｍａｓｓ％〜６０ｍａｓｓ％の範囲好ましくは３０ｍａｓｓ％以下で１０％以上の範囲で加えた場合、２種類の粗粒鉄鉱石Ａ，Ｂに平均粒径−７５μｍを７０ｍａｓｓ％以上含むペレットフィードを全鉄鉱石の１０ｍａｓｓ％以上６０ｍａｓｓ％以下の範囲好ましくは６０ｍａｓｓ％で加えた場合について上記と同様の試験を行った。
このときの、試験は各銘柄及び重量比率は下記表４に示すように配合し、試験条件は下記表５に示す。

ここで、試験条件Ｎｏ．１は前述した実施例と同様に鉄鉱石として、粗粒の豪州産の鉄鉱石及び南米産の鉄鉱石を５０％ずつ配合し、造粒プロセスとして図３に示すＨＰＳ法を適用した実施例である。試験条件Ｎｏ．２は、上記Ｎｏ．１と同様の鉄鉱石を使用し、造粒プロセスとして図７に示すＤＬ法を適用した従来例である。

また、試験条件Ｎｏ．３は、鉄鉱石として、粗粒の豪州産の鉄鉱石及び南米産の鉄鉱石をそれぞれ４５％ずつとし、これらに平均粒径が１０μｍの超微粉鉱を１０％配合し、造粒プロセスとして図３に示すＨＰＳ法を適用した実施例である。試験条件Ｎｏ．４は、鉄鉱石として、粗粒の豪州産の鉄鉱石及び南米産の鉄鉱石をそれぞれ２０％ずつとし、これらに平均粒径−７５μｍが７０％以上含むペレットフィードを６０％配合し、造粒プロセスとして図３に示すＨＰＳ法を適用した実施例である。

これら試験条件Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４について試験結果を図８（ａ）〜（ｃ）に示す。
ここで、図８（ａ）は粉コークス外装時間と造粒粒子径との関係を示す図であり、試験条件Ｎｏ．１〜Ｎｏ３については左側の造粒粒子径を適用し、試験条件Ｎｏ．４については右側の造粒粒子径を適用する。また、図８（ｂ）は粉コークス外装時間と生産率との関係を示す図であり、図８（ｃ）は圧壊強度（ｋｇ／Ｐ）と適正外装時間（ｓ）との関係を示す図である。

この実験結果から、図８（ａ）に示すように、従来例である試験条件Ｎｏ．２の造粒粒子径が一番小さく、試験条件Ｎｏ．１、Ｎｏ．３及びＮｏ．４の順で造粒粒子径が増加している。ここで、試験条件Ｎｏ．１及びＮｏ．３では、粉コークス外装時間が９０秒より短くなるに従って造粒粒子径が増加しているが、試験条件Ｎｏ．４については造粒粒子径が他の試験条件に比較して２〜３倍程度の大きさとなっており、粉コークス外装時間が９０秒から短くなっても造粒粒子径の増加はなく、４．５ｍｍ前後の略同じ値となっている。

そして、粉コークス外装時間と生産率との関係を表す図８（ｂ）で明らかなように、造粒粒子径が最も大きい試験条件Ｎｏ．４の生産率は、粉コークス外装時間が９０秒以下で３０秒以上の範囲で最も高くなり、粉コークス外装時間が９０秒より長くなるか又は３０秒より短くなると生産率が低下している。
また、次に造粒粒子径が大きい試験条件Ｎｏ．３の生産率は、図８（ｂ）に示すように、粉コークス外装時間が７０秒以下で３０秒以上の範囲で最も大きくなり、粉コークス外装時間が７０秒より長くなるか又は３０秒より短くなると生産率が低下している。

さらに、次に造粒粒子径が大きい試験条件Ｎｏ．４の生産率は、図８（ｂ）に示すように、粉コークス外装時間が４０秒以下で２０秒以上の範囲で最も大きくなり、粉コークス外装時間が４０秒より長くなるか又は２０秒より短くなると生産率が低下している。
以上結果から、造粒粒子径が大きい場合から造粒粒子径が小さくなるに従って粉コークス外装時間の最長時間を短く設定する必要があることが分かった。

また、圧壊強度(ｋｇ／Ｐ)と粉コークスの適正外装時間（ｓ）との関係では、図８（ｃ）に示すように、圧壊強度が最も高い試験条件Ｎｏ．４では、適正外装時間が９０秒となっており、次に圧壊強度が大きい試験条件Ｎｏ．３では、適正外装時間が７０秒となっており、次に圧壊強度が大きい試験条件Ｎｏ．１では、適正外装時間が３０秒となっている。
この試験結果から、圧壊強度が大きい値から小さい値になるに従って粉コークス外装時間を短く設定する必要があることが分かった。

鉄鉱石の造粒粒子は、前述したように、ミキサー内で、粉コークスと混合され、付着と崩壊を繰り返しながら成長している。ピソライト鉱石などの豪州産鉄鉱石では、ペレットフィードに比べて粗粒のため、鉄鉱石造粒粒子の強度が低下する。また、粉コークスは疎水性のため、造粒粒子の内部に混合すると、造粒粒子の強度が低下する。すなわち、粉コークスの粒子内部への侵入・崩壊を抑制するために粉コークス外装時間の短縮が必要となる。

造粒粒子の造粒粒子強度σ（Ｎ）は、下記（１）式で表すことができる。
σ＝６・ψ・Ｓ・｛（１−ε／ε）・（γｃｏｓθ／ｄ） …………（１）
ここで、ψは液体の充満度（−）、Ｓは粉体の表面積（ｍ²）、εは造粒物の空隙率（−）、γは水の表面張力（Ｎ／ｍ）、θは接触角（°）、ｄは比表面積球相当径（ｍ）である。
そして、ペレットフィードを使用して粉コークス外装時間を９０秒とした場合には、図９（ａ）で模式的に示すように、中心の核鉱石２１の回りがペレットフィードと石灰石の混合物２２で覆われ、この混合物２２の外層に疎水性の粉コークス２３が付着する粒子構造となる。この場合の造粒粒子強度σはσ＝６．８×１０^-3Ｎとなる。

これに対して、粗粒の鉄鉱石であるピソライト鉱石のみを使用して、粉コークス外装時間を９０秒とした場合には、核鉱石２１の回りをピソライト鉱石２４に疎水性の粉コークス２３が混在した状態となる。この場合の造粒粒子強度σはσ＝８．４×１０^-4Ｎとなり、ペレットフィードを使用した場合より１桁小さい値となる。
また、鉄鉱石、石灰石及び粉コークスの濡れ性を、毛細管法を適用して粉体充填層中の水の上昇速度から評価した。この評価試験では、図１０に示すように、下端にガーゼ３０をあてがった直径２５φのガラス管３１に、夫々粉コークス、石灰石（ライムストーン）、鉄鉱石を詰めた状態で、水を張った容器３２にガーゼ部分を浸して単位時間当たりの上昇水位高さを測定した。

その測定結果となる時間√ｔ（ｓ^1/2）に対する上昇水位高さ（ｍｍ）との関係は、図１１に示すように、鉄鉱石（接触角θ＝４５°）と石灰石（接触角θ＝５５°）とは時間√ｔの増加に略比例して上昇水位高さが増加するが、粉コークス（接触角θ＝８４°）については鉄鉱石及び石灰石の上昇水位高さの半分程度であり、鉄鉱石や石灰石に比較して濡れ性が悪い。このため、擬似粒子内に粉コークスが侵入すると、粒子強度が低下し、造粒粒子径が減少することになる。

なお、濡れ性の評価式としては、下記（２）式のハーゲンポワズイユ（Ｈａｇｅｎ−Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅ）の式がある。
Ｈ＝√｛（φｄγｃｏｓθ／２η）ｔ｝ …………（２）
ここで、Ｈは上昇水位（ｍ）、ｔは時間（ｓ）、θは接触角（°）、ηは水の粘性（Ｎ・ｓ／ｍ²）、γは表面張力（Ｎ／ｍ）、ｄは粒径（ｍ）、φは形状係数（−）である。

したがって、造粒粒子径を大きくして粒子強度を確保するためには、造粒粒子内に粉コークスが侵入することを抑制する必要があり、粗粒の鉄鉱石に超微粉又はペレットフィードを混入して造粒粒子強度を高めた場合に比較して粗粒の鉄鉱石のみで造粒粒子強度が低い場合には、粉コークスの外装時間を短縮する必要があり、造粒粒子強度が低くなるにつれて粉コークスの外装時間を短く設定する。

１は撹拌混合用ドラムミキサー、２はディスクペレタイザー、３は外層形成用ドラムミキサー、４はドワイトロイド式焼結機、５は点火炉、６は粉コークス投射装置、７は石灰石投射装置

Claims (16)

1. 鉄鉱石、ＳｉＯ₂含有原料、石灰石系粉原料及び固体燃料系粉原料からなる焼結原料を準備し、
   前記鉄鉱石、ＳｉＯ₂含有原料と石灰石系粉原料を撹拌混合用ドラムミキサーで混合して、混合原料を生成し、
   前記混合原料をディスクペレタイザーで造粒し、造粒粒子を生成し、
   前記造粒粒子を外層形成用ドラムミキサーに供給し、
   前記外層形成用ドラムミキサーに供給された造粒粒子に、前記外層形成用ドラムミキサーの排出口側から、前記固体燃料系粉原料を添加し、前記固体燃料系粉原料の添加から外層形成用ドラムミキサーからの排出までの４０秒以下で１０秒以上の外装時間の間に前記造粒粒子の表面に固体燃料系粉原料層を形成する
   ことを特徴とする焼結用原料の製造方法。
2. 前記外装時間が、４０秒以下で２０秒以上であることを特徴とする請求項１に記載の焼結用原料の製造方法。
3. 前記外装時間が、３０秒以下で２０秒以上であることを特徴とする請求項２に記載の焼結用原料の製造方法。
4. 鉄鉱石、ＳｉＯ₂含有原料、石灰石系粉原料及び固体燃料系粉原料からなる焼結原料を準備し、
   前記鉄鉱石とＳｉＯ₂含有原料を撹拌混合用ドラムミキサーで混合して、混合原料を生成し、
   前記混合原料をディスクペレタイザーで造粒し、造粒粒子を生成し、
   前記造粒粒子を外層形成用ドラムミキサーに供給し、
   前記外層形成用ドラムミキサーに石灰石系粉原料を供給し、前記石灰石系粉原料の供給後、前記外層形成用ドラムミキサーに前記固体燃料系粉原料を添加し、前記造粒粒子上に石灰石系粉原料層及び固体燃料系粉原料層を形成する
   ことを特徴とする焼結用原料の製造方法。
5. 前記石灰石系粉原料の供給が、前記外層形成用ドラムミキサーの装入側から供給することからなり、
   前記固体燃料系粉原料の添加が、前記外層形成用ドラムミキサーの排出口側から添加することからなる
   ことを特徴とする請求項４に記載の焼結用原料の製造方法。
6. 前記石灰石系粉原料の供給が、前記ディスクペレタイザーで造粒して得られた造粒粒子と共に石灰石系粉原料を、前記外層形成用ドラムミキサーに供給することからなることを特徴とする請求項４に記載の焼結用原料の製造方法。
7. 前記固体燃料系粉原料の添加が、前記固体燃料系粉原料の添加から外層形成用ドラムミキサーからの排出まで４０秒以下で１０秒以上の外装時間を有するように、前記外層形成用ドラムミキサーに前記固体燃料系粉原料を添加することからなること特徴とする請求項４に記載の焼結用原料の製造方法。
8. 前記外装時間が、４０秒以下で２０秒以上であることを特徴とする請求項７に記載の焼結用原料の製造方法。
9. 前記石灰石系粉原料の供給が、前記前記石灰石系粉原料の供給から外層形成用ドラムミキサーからの排出まで９０秒以下の外装時間を有するように、且つ、前記固体燃料系粉原料の添加から外層形成用ドラムミキサーからの排出までの時間以上の外装時間を有するように、前記外層形成用ドラムミキサーに前記石灰石系粉原料を供給することからなることを特徴とする請求項４に記載の焼結用原料の製造方法。
10. 鉄鉱石、ＳｉＯ₂含有原料、石灰石系粉原料及び固体燃料系粉原料からなる焼結原料を準備し、
    前記鉄鉱石、ＳｉＯ₂含有原料と石灰石系粉原料を撹拌混合用ドラムミキサーで混合して、混合原料を生成し、
    前記混合原料をディスクペレタイザーで造粒し、造粒粒子を生成し、
    前記造粒粒子を外層形成用ドラムミキサーに供給し、
    前記外層形成用ドラムミキサーに供給された造粒粒子に、前記外層形成用ドラムミキサーの排出口側から、前記固体燃料系粉原料を添加し、前記造粒粒子の表面に固体燃料系粉原料層を形成し、
    前記固体燃料系粉原料の添加から外層形成用ドラムミキサーからの排出までの外装時間を、造粒粒子径、圧壊強度及び造粒粒子強度の何れかが小さくなるほど短く設定する
    ことを特徴とする焼結用原料の製造方法。
11. 鉄鉱石、超微粉鉱、ＳｉＯ₂含有原料、石灰石系粉原料及び固体燃料系粉原料からなる焼結原料を準備し、
    前記鉄鉱石、超微粉鉱、ＳｉＯ₂含有原料と石灰石系粉原料を撹拌混合用ドラムミキサーで混合して、混合原料を生成し、
    前記混合原料をディスクペレタイザーで造粒し、造粒粒子を生成し、
    前記造粒粒子を外層形成用ドラムミキサーに供給し、
    前記外層形成用ドラムミキサーに供給された造粒粒子に、前記外層形成用ドラムミキサーの排出口側から、前記固体燃料系粉原料を添加し、前記固体燃料系粉原料の添加から外層形成用ドラムミキサーからの排出までの７０秒以下で３０秒以上の外装時間の間に前記造粒粒子の表面に固体燃料系粉原料層を形成する
    ことを特徴とする焼結用原料の製造方法。
12. 前記超微粉鉱は、平均粒径が１μｍ以上で１０μｍ以下であり、全鉄鉱石に対して１０ｍａｓｓ％以上で６０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１１に記載の焼結用原料の製造方法。
13. 鉄鉱石、ペレットフィード、ＳｉＯ₂含有原料、石灰石系粉原料及び固体燃料系粉原料からなる焼結原料を準備し、
    前記鉄鉱石、ペレットフィード、ＳｉＯ₂含有原料と石灰石系粉原料を撹拌混合用ドラムミキサーで混合して、混合原料を生成し、
    前記混合原料をディスクペレタイザーで造粒し、造粒粒子を生成し、
    前記造粒粒子を外層形成用ドラムミキサーに供給し、
    前記外層形成用ドラムミキサーに供給された造粒粒子に、前記外層形成用ドラムミキサーの排出口側から、前記固体燃料系粉原料を添加し、前記固体燃料系粉原料の添加から外層形成用ドラムミキサーからの排出までの９０秒以下で３０秒以上の外装時間の間に前記造粒粒子の表面に固体燃料系粉原料層を形成する
    ことを特徴とする焼結用原料の製造方法。
14. 前記ペレットフィードは、平均粒径−７５μｍが７０％以上であり、全鉄鉱石に対して１０ｍａｓｓ％以上で６０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１１に記載の焼結用原料の製造方法。
15. 前記外層形成用ドラムミキサーが、１２０秒以下の滞留時間を有することを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の焼結用原料の製造方法。
16. 前記滞留時間が、９０秒以上で１２０秒以下の滞留時間であることを特徴とする請求項１５に記載の焼結用原料の製造方法。

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