JP2013036049A - 焼結用原料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】擬似粒子の表面に、固体燃料系粉原料を外装処理するに際し、固体燃料系粉原料として、高カーボンダストを5〜40mass%の割合で配合したものを用いる。
【選択図】図9
Description
まず、以下の(a)〜(d)に大別される素材を、ドラムミキサーに装入し、さらに適量の水分を添加して混合し、造粒して、粒状の焼結用原料を製造する。
(a) 鉄鉱石(鉱石、返鉱)
(b) 珪石,蛇紋岩,ニッケルスラグ等からなるSiO2含有原料
(c) 石灰石等のCaOを含有する石灰石系粉原料
(d) 粉コークス,無煙炭等の熱源となる固体燃料系粉原料
i)焼結用原料の表面に固体燃料系粉原料を効果的に付着させてやれば、固体燃料系粉原料の燃焼性の改善が図れる、
ii)CF融液を焼結用原料の表面に選択的に生成させることによって、CF融液の機能を向上させることができれば、焼結鉱を効率良く製造できるだけでなく、焼結用原料に配合する各種素材の使用量を削減することができる
として、固体燃料系粉原料やCF融液を焼結用原料の表面に選択的に生成させる技術が検討されている。
この技術によって得られる焼結用原料では、鉄鉱石とSiO2含有原料、石灰石系粉原料とが造粒された擬似粒子の表面に、固体燃料系粉原料を付着させることができる。これにより、固体燃料系粉原料が擬似粒子内に取り込まれず、擬似粒子表層で燃焼するため、燃焼性が大きく改善される他、固体燃料系粉原料である粉コークス、無煙炭などは、難造粒性であるため、これを除いて造粒することにより擬似粒子径を大きくすることが可能となった。
この技術によって得られる焼結用原料では、鉄鉱石とSiO2含有原料からなる擬似粒子の表面に、石灰石系粉原料と固体燃料系粉原料が付着している。したがって、かような焼結用原料を焼結すると、CF融液が焼結用原料の表面に選択的に生成され、カルシウムシリケートの生成が抑止される。
一方、コークス製造時のコークス冷却方式には、湿式と、乾式(CDQと称している)とがあり、装置の特性上、いずれの装置を用いた場合でもかなりの量の微粉コークスが発生するが、かかる微粉コークスは久しく野積みされていた。
しかしながら、資源の有効利用の観点からは、かかる微粉コークスを利用することが望ましい。
上記特許文献3は、CDQで回収される微粉コークスに転炉ダスト、焼結ダスト等の微粉原料及び水を適切な割合で混練して、焼結鉱製造用燃料(以下、焼結用燃料という)として好ましい粒径にする技術である。これにより、乾燥状態にある微粉コークスを、粉塵発生を抑えつつ再利用できるようになると期待された。
そのため、湿式方式、乾式方式を問わず、コークス冷却において発生する微粉コークスは、特許文献4や特許文献5に記載のように、焼結用原料を構成する鉄鉱石などの積み山に散布して、焼結原料中に均一に分散させ、焼結機でムラ焼けが発生しないようにして使用することが行なわれていた。
このように、従来、微粉コークスは、その使用を中止するか、混入量を1.5mass%以下に止め、残余の部分は廃棄物利用として原料炭中へ混入させて再利用するなどが行なわれていた。
その結果、CDQなどで発生する微粉コークスなどの高カーボンダストを、適正な割合で、従来の粉コークス、無煙炭などに代表される固体燃料系粉原料と共に併用して、擬似粒子に付着させるようにすれば、かえって生産性が向上するだけでなく、燃焼性および造粒強度が大幅に向上することを新たに見出した。
なお、本発明によれば、上記したCDQなどで発生する微粉コークスのほか、C濃度が50mass%以上の微粉も使用可能であることが究明されたので、これらを総称して高カーボンダストと称する。
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
1.下方吸引式のドワイトロイド式焼結機を用いて焼結鉱を製造するプロセスの前処理として、鉄鉱石、SiO2含有原料、石灰石系粉原料および固体燃料系粉原料からなる焼結原料をドラムミキサーに装入し造粒して焼結用原料を製造するに際し、該ドラムミキサーの装入口から固体燃料系粉原料を除く鉄鉱石、SiO2含有原料および石灰石系粉原料を装入して造粒すると共に、この造粒された擬似粒子に対して、該固体燃料系粉原料を添加し、該ドラムミキサーの排出口に至る間に該固体燃料系粉原料を該擬似粒子の表面に付着させることからなる焼結用原料の製造方法において、
該固体燃料系粉原料に対して、高カーボンダストを5〜40mass%の割合で併用することを特徴とする焼結用原料の製造方法。
該固体燃料系粉原料に対して、高カーボンダストを5〜40mass%の割合で併用することを特徴とする焼結用原料の製造方法。
また、本発明によれば、擬似粒子径を大きくできるため、擬似粒子表面への外装時間も短くでき、内装化される状態を避けることができる。
さらに、擬似粒子表面に、高カーボンダストを併用する固体燃料系粉原料と前記石灰石系粉原料を付着させることできるため、CFの生成が促進され、強度の弱いカルシウムシリケートの生成が抑止される。
加えて、燃料としては、C濃度が50mass%以上であれば焼結用凝結材として使用可能であり、またC濃度が50mass%未満であっても、他のC濃度が50mass%以上の微粉と混合してC濃度を50mass%以上に調整してやれば、使用が可能となる。
図1,2に、本発明を適用して焼結用原料を製造する際に使用して好適な焼結用原料の製造装置の例を模式で示す。
図1,2において、符号1はドラムミキサー、2は鉄鉱石、3はSiO2含有原料、4は石灰石系粉原料、5は固体燃料系粉原料、そして6が焼結用原料である。
図2は、鉄鉱石2およびSiO2含有原料3を装入口からドラムミキサー1内に装入し、石灰石系粉原料4と固体燃料系粉原料5をドラムミキサーの排出口に至るまでの間に添加する場合である。
図1の場合には、鉄鉱石2、SiO2含有原料3および石灰石系粉原料4を装入口からドラムミキサー1内に装入して造粒を行なう。ドラムミキサー1内で造粒された鉄鉱石2とSiO2含有原料3からなる擬似粒子は、排出口へ移動していく。
そして、擬似粒子が排出口へ到達するまでの滞留時間(すなわち外装時間)が10〜50秒の範囲となる下流側途中に設定した箇所で、固体燃料系粉原料5を添加する。
その具体的な方法としては、たとえば下流側の排出口からドラムミキサー1内の長手方向に進退可能に配置したベルトコンベアあるいはスクリューコンベア等の先端位置を調整して固体燃料系粉原料5を添加することによって、外装時間を所定の範囲に維持することができる。なお、必要に応じて適量の水分を添加しても良い。その結果、擬似粒子が排出口に到達するまでの間に、擬似粒子の表面に固体燃料系粉原料5が均一に被覆される。
そして、図1の場合と同様、擬似粒子が排出口へ到達するまでの滞留時間(すなわち外装時間)が10〜50秒の範囲となる下流側途中に設定した箇所で、石灰石系粉原料4と固体燃料系粉原料5を添加する。その結果、擬似粒子が排出口に到達するまでの間に、擬似粒子の表面に石灰石系粉原料4と固体燃料系粉原料5が均一に被覆される。
同図に示したとおり、粉コークスの粒径が小さくなればなるほど、粉コークスの比表面積は増大し、また雰囲気温度も高温になるため、燃焼速度は上昇する。
従って、かような超微粉・高反応性炭材(高カーボンダスト)を適正な割合で併用することにより、燃焼速度の向上が期待できるわけである。
同図に示したとおり、高カーボンダストを外装した本発明に従う擬似粒子では、高カーボンダストの配合率が0.25mass%以上、すなわち全カーボン(固体燃料系粉原料)のうち高カーボンダストの配合割合が5mass%以上になると燃焼速度は上昇し、それに伴って層内最高到達温度も上昇する。しかしながら、高カーボンダストの配合割合が2mass%(粉コークスに対する併用割合:40mass%)を超えると、層内最高到達温度は低下し始める。
なお、図5には、比較のため、高カーボンダストを擬似粒子の内部に内装した場合の擬似粒子の造粒強度および焼結強度について調べた結果も併せて示す。
また、造粒強度および焼結強度はそれぞれ、以下に示す推定式(数1、数2)に基づいて推定した。
・造粒強度の推定式
σ=6・ψ・S・{(1−ε)/ε}・{(γcosθ)/d}
ここで、σ:擬似粒子の強度(N)、ψ:液体の充満度(-)、S:粉体の表面積(m2)、ε:擬似粒子の空隙率(-)、γ:水の表面張力(N/m)、θ:水との接触角(°)、d:擬似粒子径(m)
・焼結強度の推定式
σt=σ0・exp(-c・P)
ここで、σt:引張強度(MPa)、σ0:基質強度(MPa)、P:空隙率(-)、c:定数(-)
また、本発明に従った場合には、擬似粒子の焼結強度も格段に向上したが、この理由は、空隙率の低下に起因するものと考えられる。すなわち、本発明に従い、高カーボンダストを適量併用した場合には、通常の粉コークスの空隙に、微細な高カーボンダストが侵入し、その結果、カーボン焼成後に生じる空隙(破壊起点)の生成が抑制されたことによるものと考えられる。
同図に示したとおり、高カーボンダストを内装した従来の擬似粒子では、高カーボンダストの配合率が高くなるに伴って燃焼速度はむしろ低下していった。
これに対し、高カーボンダストを外装した本発明に従う擬似粒子の場合は、高カーボンダストの配合率が高くなるに従って燃焼速度は大きく上昇している。
一方、高カーボンダストC濃度が50mass%に満たないと、燃焼熱が小さく、さらに共存するスラグ成分・灰分により、粉コークスの燃焼性が阻害されるという不利が生じる。
ここに、高カーボンダストの大きさとは、高カーボンダストが球状の場合には円相当径、一方非球形の場合には、篩い目径と定義する。
表1に、CDQ集塵粉、鉄粉製造時の集塵粉および貯骸槽の集塵粉の好適成分例を示す。
同図に示したとおり、従来の擬似粒子の好適外装造粒時間が60秒前後であったのに対し、本発明に従う擬似粒子の好適外装造粒時間は20〜40秒程度と、外装造粒時間を約1/2まで短縮することができた。
このようにして外装処理における外装時間を短縮することによって、ドラムミキサーの生産性を向上することができる。しかも、得られた焼結用原料を焼結すると、CF融液を焼結用原料の表面に選択的に生成させて、焼結鉱を効率良く製造することもできる。
図8(b)と図9(b)を比較すれば明らかなように、従来法に従う擬似粒子では、高カーボンダストが内部に点在しているのに対し、本発明に従う擬似粒子では、高カーボンダストが粒子の外層で粉コークスの間隙に侵入する形で存在している。これにより、上述したような造粒強度および焼結強度の向上、燃焼速度の上昇、外装造粒時間の短縮化が図れ、その結果、生産性の格段の向上が達成されるのである。
そこで、ベルトコンベアをドラムミキサー1内に挿入せず、搬送速度を増速して、排出口の外側から石灰石系粉原料4と固体燃料系粉原料5を投入することも可能である。この方法を採用すると、石灰石系粉原料4と固体燃料系粉原料5が擬似粒子に添加される際に、自然落下の衝撃のみならず搬送速度に起因して水平方向の衝撃が加わる。従って、擬似粒子が崩壊しやすくなり、擬似粒子の内部に石灰石系粉原料4と固体燃料系粉原料5が混入する。
なお、焼結用原料全体に対する固体燃料系粉原料および石灰石系粉原料の配合割合はそれぞれ、固体燃料系粉原料:3.0〜6.0mass%、石灰石系粉原料:6.0〜12.0mass%程度とすることが好ましい。さらに好ましくは固体燃料系粉原料:3.5〜5.0mass%、石灰石系粉原料:6.5〜10.0mass%の範囲である。
図2に示したように、鉄鉱石2およびSiO2含有原料3を装入口からドラムミキサー1に装入して造粒した。なお、SiO2含有原料3としては、珪石あるいはニッケルスラグを使用した。ドラムミキサー1内で、鉄鉱石2とSiO2含有原料3が造粒されて擬似粒子となり、その擬似粒子がドラムミキサー1の排出口に到達するまでの滞留時間が40秒となる位置で、石灰石系粉原料4として平均粒径:0.9 mmの石灰石:10mass%と、固体燃料系粉原料5として平均粒径:0.9mmの粉コークス:4mass%、平均粒径:50μmの高カーボンダスト:1mass%(全コークスに対する併用割合:20%)とを添加した。また、具体的な添加方法は、排出口からドラムミキサー1内の長手方向に進退可能に配置したスクリューコンベアの先端位置を調整して、擬似粒子が排出口に到達するまでの滞留時間が40秒となる位置に石灰石系粉原料4,固体燃料系粉原料5を添加した。したがって外装時間は40秒である。
これを発明例とする。
2 鉄鉱石
3 SiO2含有原料
4 石灰石系粉原料
5 固体燃料系粉原料
6 焼結用原料
1.下方吸引式のドワイトロイド式焼結機を用いて焼結鉱を製造するプロセスの前処理として、鉄鉱石、SiO2含有原料、石灰石系粉原料および固体燃料系粉原料からなる焼結原料をドラムミキサーに装入し造粒して焼結用原料を製造するに際し、該ドラムミキサーの装入口から固体燃料系粉原料を除く鉄鉱石、SiO2含有原料および石灰石系粉原料を装入して造粒すると共に、この造粒された擬似粒子に対して、該固体燃料系粉原料を添加し、該ドラムミキサーの排出口に至る間に該固体燃料系粉原料を該擬似粒子の表面に付着させることからなる焼結用原料の製造方法において、
該固体燃料系粉原料に対して、大きさが50μm以下の高カーボンダストを5〜40mass%の割合で併用することを特徴とする焼結用原料の製造方法。
該固体燃料系粉原料に対して、大きさが50μm以下の高カーボンダストを5〜40mass%の割合で併用することを特徴とする焼結用原料の製造方法。
一方、高カーボンダストC濃度が50mass%に満たないと、燃焼熱が小さく、さらに共存するスラグ成分・灰分により、粉コークスの燃焼性が阻害されるという不利が生じる。
ここに、高カーボンダストの大きさとは、高カーボンダストが球状の場合には円相当径、一方非球形の場合には、篩い目径と定義する。
Claims (6)
- 下方吸引式のドワイトロイド式焼結機を用いて焼結鉱を製造するプロセスの前処理として、鉄鉱石、SiO2含有原料、石灰石系粉原料および固体燃料系粉原料からなる焼結原料をドラムミキサーに装入し造粒して焼結用原料を製造するに際し、該ドラムミキサーの装入口から固体燃料系粉原料を除く鉄鉱石、SiO2含有原料および石灰石系粉原料を装入して造粒すると共に、この造粒された擬似粒子に対して、該固体燃料系粉原料を添加し、該ドラムミキサーの排出口に至る間に該固体燃料系粉原料を該擬似粒子の表面に付着させることからなる焼結用原料の製造方法において、
該固体燃料系粉原料に対して、高カーボンダストを5〜40mass%の割合で併用することを特徴とする焼結用原料の製造方法。 - 下方吸引式のドワイトロイド式焼結機を用いて焼結鉱を製造するプロセスの前処理として、鉄鉱石、SiO2含有原料、石灰石系粉原料および固体燃料系粉原料からなる焼結原料をドラムミキサーに装入し造粒して焼結用原料を製造するに際し、該ドラムミキサーの装入口から固体燃料系粉原料および石灰石系粉原料を除く鉄鉱石およびSiO2含有原料を装入して造粒すると共に、この造粒された擬似粒子に対して、該固体燃料系粉原料および該石灰石系粉原料を添加し、該ドラムミキサーの排出口に至る間に該固体燃料系粉原料と該石灰石系粉原料を該擬似粒子の表面に付着させることからなる焼結用原料の製造方法において、
該固体燃料系粉原料に対して、高カーボンダストを5〜40mass%の割合で併用することを特徴とする焼結用原料の製造方法。 - 前記高カーボンダストは、大きさが50μm以下でかつ、C濃度が50mass%以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の焼結用原料の製造方法。
- 前記ドラムミキサーの装入口から装入する焼結用の原料には、高カーボンダストを含有させないことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の焼結用原料の製造方法。
- 前記擬似粒子に対して添加する焼結用の原料について、その添加から、前記ドラムミキサーの排出口に至る間の滞留時間が20〜40秒であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の焼結用原料の製造方法。
- 前記高カーボンダストが、CDQ集塵粉、鉄粉製造時の集塵粉および貯骸槽の集塵粉うちから選んだ一種または二種以上であり、C濃度を50mass%以上に調整されたものであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の焼結用原料の製造方法。
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