JP2013181187A - 焼結原料の造粒方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的に擬似粒子の造粒性を向上できる焼結原料の造粒方法を提供する。
【解決手段】焼結原料にバインダーおよび水分を添加して混合造粒して擬似粒子を作製し、この擬似粒子を焼結して焼結鉱を製造する。バインダーとしては、少なくとも、増粘作用を奏しにくいバインダーと増粘作用を奏するバインダーとを複合して用いる。増粘作用を奏しにくいバインダーは、５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ未満のもので、例えばリグニンを含有する有機系バインダーが好ましい。増粘作用を奏するバインダーは、５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ以上のもので、例えばでんぷんまたはＣＭＣを含有する有機系バインダーが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、高炉に用いる焼結鉱を製造する際の焼結原料の造粒方法に関し、より具体的には、焼結原料にバインダーおよび水分を添加して混合造粒して擬似粒子を作製する焼結原料の造粒方法に関するものである。

通常、焼結鉱を製造する際には、まず、複数種類の鉄鉱石にて構成される主原料と、石灰石および珪石などの副原料と、粉コークスなどの固体燃料とを所定の割合で配合して焼結原料とする。

また、ドラムミキサーやディスクペレタイザーなどを用い、焼結原料に水分を添加して混合造粒し、擬似粒子と呼ばれる造粒物を作成する。

この擬似粒子をドワイトロイド（ＤＬ）型焼結機のパレットに充填して擬似粒子の充填層とし、この充填層の表層に着火する。その後、パレット下方に設置された排風機によって空気を吸引することにより、充填層の表層の固体燃料から下層の固体燃料へ順次点火され、この燃焼熱で擬似粒子が焼成されて焼結が進行し、焼結ケーキが形成される。そして、この焼結ケーキを所定の大きさに粉砕して焼結鉱が得られる。

このように製造される焼結鉱は、混合造粒における擬似粒子化の状況が焼結の際の充填層の通気性に影響し、焼結鉱の歩留などの生産性が変化する。

すなわち、擬似粒子化が不十分であると、微粉化した微粉粒子が焼成中に剥離し、この剥離した微粉粒子が充填層の通気を阻害して、通気性が悪化してしまう。また、擬似粒子化が不十分で擬似粒子の粒径が小さいと、充填層の通気性が悪化してしまう。そして、充填層の通気性が悪化すると、焼結が進行しにくく生産性が低下してしまう。

そこで、焼結時の充填層の通気性を向上させる手段としては様々な方法が提案されており、そのうちの一つとして、造粒助剤としてバインダーを添加して、擬似粒子の強度を向上させて造粒性を向上させる方法が知られている。

このような造粒性を向上させるバインダーとしては、でんぷん、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）およびリグニンなどの有機系バインダーや、ベントナイト系の無機系バインダーなどが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３参照。）。

特許文献１には、擬似粒子を造粒する際に焼結原料に水分とともに加えるバインダーとして、少なくともでんぷんを含む有機系バインダーや、でんぷんとカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などのセルロース系増粘剤とを含む有機系バインダーを用いることが記載されている。さらに、これら有機系バインダーとベントナイトや水ガラスを含む無機系バインダーとを用いることが記載されている。

特許文献２には、焼結原料に生石灰を配合し水を加えて一次造粒を行った後、粘度が５〜１００ｍＰａ・ｓの液状バインダーを添加して二次造粒を行う方法が記載されている。また、この液状バインダーとして、ベントナイトや水ガラスなどの無機系バインダーや、カルボキシメチルセルロース、でんぷんおよびリグニンなどの有機系バインダーが記載されている。

なお、この特許文献２には、バインダーとして、増粘作用を奏するものを用いるか、増粘作用と硬化促進作用を奏するものとを組み合わせて用いることが好ましいことが記載されているが、無機系バインダーと有機系バインダーとを区別しておらず、また、どのバインダーがどのような作用を奏するかが記載されていない。

特許文献３には、擬似粒子を造粒する際に焼結原料に水とともに加えるバインダーとして、カルボキシメチルセルロース塩などを含む有機系バインダーが用いられることが記載されている。また、これら有機系バインダーについて、１種類を単独で用いることが好ましいが、粘度が同程度の複数のバインダーや粘度が異なる複数のバインダーを用いてもよい旨が記載されており、有機系バインダーの粘度についても好ましい範囲が記載されている。

なお、この特許文献３では、有機系バインダーの粘度について、実施例にて、１％粘度の各種有機系バインダーをそれぞれ単独で用いて造粒性を検証しており、カルボキシメチルセルロースを用いた場合に特に効果が認められるものの、複数のバインダーを組み合わせて用いた効果などについては検討されていない。

特開２０１０−１００８８８号公報（第６，７頁） 特開２００７−１１３０８６号公報（第４，５頁） 特開２０００−１７８６６２号公報（第３頁）

しかしながら、上述の特許文献１ないし特許文献３の方法では、バインダーの増粘作用に着目してバインダーの種類や粘度などを設定しているだけであるため、所定の条件にてバインダーの添加量を増加すれば造粒性は向上するが、バインダーの添加量が多くなってしまい効率的ではなく、また、所定量以上のバインダーを添加すると粘度が高くなりすぎてしまって混合造粒しにくくなってしまうという問題が考えられる。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、効率的に擬似粒子の造粒性を向上できる焼結原料の造粒方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載された焼結原料の造粒方法は、焼結原料にバインダーおよび水分を添加して混合造粒して擬似粒子を作製する焼結原料の造粒方法であって、少なくともバインダーとして、５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ未満のバインダーと、５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ以上のバインダーとを複合して用いるものである。

請求項２に記載された焼結原料の造粒方法は、請求項１記載の焼結原料の造粒方法において、５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ未満のバインダーは、リグニンを含有する有機系バインダーであるものである。

請求項３に記載された焼結原料の造粒方法は、請求項１または２に記載された焼結原料の造粒方法において、５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ以上のバインダーは、でんぷんまたはカルボキシメチルセルロースを含有するバインダーであるものである。

本発明によれば、バインダーとして、５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ未満のバインダーと、５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ以上のバインダーとを用いるため、これらのバインダーの異なる作用によって擬似粒子の強度を向上でき、効率的に擬似粒子の造粒性を向上できる。

各バインダーの添加量と粘度との関係を示すグラフである。 各バインダーの添加量と−０．５ｍｍ粉率との関係を示すグラフである。 各バインダーの添加量と−０．５ｍｍ粉率との関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

焼結鉱を製造する際には、まず、複数種類の鉄鉱石を配合した主原料と、石灰石および珪石などの副原料と、粉コーコスなどの固体燃料とを所定の割合で配合して焼結原料を構成する。

なお、主原料の鉄鉱石は、採掘される地域などによって成分が異なるため、主原料としての特徴やコストなどを考慮して複数種類のものを配合する。

次に、ドラムミキサーやディスクペレタイザーなどの造粒機を用い、焼結原料に造粒助剤であるバインダーおよび水分を添加して混合造粒して、擬似粒子という造粒物を作製する。

また、このように作製した擬似粒子をドワイドロイド（ＤＬ）型焼結機などの焼結手段にて焼結して焼結ケーキを作製し、この焼結ケーキを所定の大きさに粉砕することにより焼結鉱が得られる。

ここで、擬似粒子は、焼結原料に水分およびバインダーを添加して造粒することにより形成された核粒子の周囲に付着粒子が付着して構成されている。そして、擬似粒子は、強度が高く、粒径が大きいほど、焼結する際の通気性を確保しやすく、造粒性が良好であるといえる。なお、付着粒子は、核粒子として造粒されなかった主原料、副原料および固体燃料にて構成され、添加された水分およびバインダーによる架橋により核粒子に付着した状態が保持されている。

バインダーとしては、少なくとも、水の粘性を高くしにくい、すなわち増粘作用を奏しにくいバインダーと、水の粘性を高くしやすい、すなわち増粘作用を奏するバインダーとを複合して用いる。

増粘作用を奏しにくいバインダーは、５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ未満となるものであり、例えば、リグニンなどを含有する有機系バインダーが好ましい。

増粘作用を奏するバインダーは、５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ以上となるものであり、例えば、でんぷんやカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などを含有する有機系バインダーが好ましい。

ここで、擬似粒子の造粒性を向上させるには、でんぷんやＣＭＣなどのように増粘作用を奏するバインダーによって水の粘性を向上させることが有効である。

しかしながら、バインダーの水溶液の粘度が１０００ｍＰａ・ｓを超えると、混合造粒する際に粘度が高すぎて混合できなくなるため、一般的に、粘度が１０００ｍＰａ・ｓを超える条件にてバインダーは添加されない。

また、リグニンのように増粘作用を奏しにくいバインダーによる固体架橋作用などの増粘作用以外の作用でも造粒性を向上できるが、造粒性を向上させる効果は添加量の増加とともに飽和してしまい、所定の添加量を添加すると、それ以上造粒性が向上しにくくなる。

そこで、より効率的に造粒性を向上させるには、増粘作用を奏するバインダーと、増粘作用を奏しにくいバインダーとを複合して用いることにより、増粘作用と増粘作用以外の作用とを組み合わせ、各バインダーによる異なるメカニズムにより造粒性を向上させることが考えられる。

図１には、リグニン、でんぷんおよびＣＭＣそれぞれを水に添加した場合の添加量の違いによる粘度の変化を示す。

なお、粘度の測定は、ＪＩＳＺ８８０３（液体の粘度測定方法）に準拠し、２６℃の水道水に各バインダーを添加して完全に溶解させて各バインダー水溶液とし、エー・アンド・デイ社製の音叉型振動式粘度計ＳＶ１０Ａ型試験機により粘度を測定した。

図１に示すように、リグニンは、添加量を増加しても水溶液の粘度がほとんど増加しないため、バインダーとして用いた際に増粘作用をほとんど奏さない。

一方、でんぷんおよびＣＭＣは、添加量の増加とともに水溶液の粘度が高くなる。添加量ごとの粘度は、例えば、でんぷんの場合、５質量％水溶液は２７６ｍＰａ・ｓで、８重量％水溶液は６４０ｍＰａ・ｓであり、ＣＭＣの場合、０．９質量％水溶液は６２６ｍＰａ・ｓで、１．５質量％水溶液は１７００ｍＰａ・ｓであった。すなわち、でんぷんおよびＣＭＣは、バインダーとして用いた際に増粘作用を奏する。

図２には、リグニン、でんぷんおよびＣＭＣをそれぞれ単独でバインダーとして添加した際の、バインダー添加量と造粒性との関係を示すものである。

なお、造粒性は、バインダーの添加量を種々に変化させて造粒を行い、造粒後の擬似粒子を１０５℃で２時間完全乾燥させた後に測定する−０．５ｍｍ粉率に基づいて確認した。また、−０．５ｍｍ粉率とは、目の間隔が０．５ｍｍの篩いを用いて、造粒後の擬似粒子における粒径０．５ｍｍ未満の微粉粒子量（質量％）を測定したものである。−０．５ｍｍ粉率が高くなるほど、微粉粒子が多いということになり、この微粉粒子が焼結の際の通気性を阻害する原因になりやすいと考えられているため、擬似粒子としては好ましくない。一方、−０．５ｍｍ粉率が低いほど、造粒により作製された擬似粒子が大きいサイズの塊としてまとまっていることになるため、焼結の際の通気性を確保しやすく、擬似粒子として好ましい状態である。

図２に示すように、リグニン、でんぷんおよびＣＭＣのいずれも、添加量の増加とともに、−０．５ｍｍ粉率が低くなり、同一添加量ではほとんど同じ−０．５ｍｍ粉率であり、それぞれ同様に造粒性が向上している。

リグニンは、図１に示すように、添加量が増加しても粘度がほとんど変わらず増粘作用を奏しにくいが、図２に示すように、添加量の増加にともなって−０．５ｍｍ粉率が低くなり造粒性が向上しているため、増粘作用以外の作用により造粒性が向上している。このようにリグニンは、増粘作用をほとんど奏さないことから粒子自体の優れた粘結性により造粒性を向上させると考えられる。

また、でんぷんおよびＣＭＣは、図１に示すように、添加量の増加とともに粘度が高くなり増粘作用を奏するとともに、図２に示すように、添加量の増加にともなって−０．５ｍｍ粉率が低くなり造粒性が向上している。このようにでんぷんおよびＣＭＣは、増粘作用により造粒性を向上させている。

図３には、リグニンを単独で用いた場合（Ａ）と、リグニンおよびＣＭＣ（０．０８質量％）を複合して用いた場合（Ｂ）と、リグニンおよびでんぷん（０．１０質量％）を複合して用いた場合（Ｃ）と、リグニンおよびでんぷん（０．２０質量％）を複合して用いた場合（Ｄ）とにおけるリグニンの添加量と、−０．５ｍｍ粉率との関係を示す。

この図３に示すように、リグニン単独で用いた場合より、複合して用いた場合の方が−０．５ｍｍ粉率が低くなる。

つまり、図２に示したように、リグニン、でんぷんおよびＣＭＣそれぞれを単独で用いた場合には造粒性にそれほど差はなかったが、図３に示すように、リグニンとでんぷんまたはＣＭＣとを複合して用いた場合には、リグニン単独で用いた場合より造粒性が向上しており、でんぷんまたはＣＭＣによる増粘作用、および、リグニンによる増粘作用以外の作用により、複合して用いる場合の方が単独で用いる場合より効果的に造粒性が向上していることは明らかである。

上記焼結原料の造粒方法によれば、バインダーとして、５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ未満の増粘作用を奏しにくいバインダーと、５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ以上の増粘作用を奏するバインダーとを複合して用いるため、各バインダーの異なる作用によって擬似粒子の強度を向上でき、効率的に擬似粒子の造粒性を向上できる。

また、効率的に擬似粒子の造粒性を向上できるため、図３に示すように、同程度の造粒性を確保する場合に、リグニンを単独でバインダーとして用いる場合のバインダー添加量より、複合したバインダーの合計添加量を少なくでき、効率的に擬似粒子を作製し焼結鉱を製造できる。

さらに、擬似粒子の造粒性を向上させて擬似粒子の強度を向上できるため、剥離した微粉粒子による焼成の際の充填層の通気性の低下を抑制でき焼結鉱の生産性を向上できる。

なお、上記一実施の形態では、増粘作用を奏しにくいバインダーとしてリグニンを含有する有機系バインダーが好ましいとしたが、５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ未満のバインダーであれば、リグニンを含有するものに限定されず、有機系バインダーにも限定されない。

また、増粘作用を奏するバインダーとしてでんぷんまたはＣＭＣを含有する有機系バインダーが好ましいとしたが、５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ以上のバインダーであれば、でんぷんやＣＭＣに限定されず、有機系バインダーにも限定されない。

さらに、増粘作用を奏しにくいバインダーと増粘作用を奏するバインダーとの２種類のみを複合する構成には限定されず、少なくともバインダーとして、５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ未満のバインダーと、５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ以上のバインダーとを複合していればよく、他のバインダーを添加し３種類以上のバインダーを複合してもよい。

以下、本実施例および比較例について説明する。

まず、表１に示す割合にて、各鉄鉱石と、返鉱と、石灰石と、珪石と、粉コークスとを配合して焼結原料を作製した。なお、返鉱とは、焼結原料の作製過程にて排出された通常粒径が５ｍｍ以下のものである。

この焼結原料を用いて、各種バインダーを用いて表２に示す条件で混合造粒して擬似粒子を作製し、１０５℃で２時間乾燥させた後、各擬似粒子の−０．５ｍｍ粉率を測定して、造粒性を評価した。

バインダーとして用いたリグニンは、リグニンを含む粉末の有機系バインダーである日本製紙ケミカル株式会社製の「サンエキスＰ３２１」（サンエキスは登録商標）である。また、バインダーとして用いたでんぷんは、宝澱粉化学株式会社製「モルデックスαＫ」（商品名）である。

表２に示したバインダー添加量は、造粒のために添加した水分量に対するバインダーの質量割合である。

また、造粒水分量は、造粒した擬似粒子を乾燥する前後の質量の変化に基づいて、次の式により求めた。
造粒水分量（質量％）＝（乾燥前の質量−乾燥後の質量）／乾燥前の質量×１００

なお、造粒には、タイヤ型ペレタイザーを用いた。このタイヤ型ペレタイザーは、直径５００ｍｍのタイヤを利用した造粒機であり、タイヤのゴム部分の内側に焼結原料とバインダーと水分とを収容した状態でタイヤを回転させることにより造粒するものである。

バインダーとしてリグニンスルホン酸を単独で用い、リグニンスルホン酸の添加量を変化させたものを比較例１（Ａ）とした。

バインダーとしてリグニンスルホン酸およびＣＭＣ（０．０８質量％）を複合して用い、リグニンスルホン酸の添加量を変化させたものを本実施例１（Ｂ）とした。

バインダーとしてリグニンスルホン酸およびでんぷん（０．１質量％）を複合して用い、リグニンスルホン酸の添加量を変化させたものを本実施例２（Ｃ）とした。

バインダーとしてリグニンスルホン酸およびでんぷん（０．２質量％）を複合して用い、リグニンスルホン酸の添加量を変化させたものを本実施例３（Ｄ）とした。

上記各本実施例および比較例１における試験条件および−０．５ｍｍ粉率測定の結果を表２および図３に示す。

これら表２および図３に示すように、バインダーの合計添加量が同じであれば、リグニンスルホン酸を単独で添加した比較例１に比べて、リグニンスルホン酸とＣＭＣまたはでんぷんとを複合して用いた本実施例１ないし本実施例３の方が−０．５ｍｍ粉率が低くなった。また、同程度の造粒性を得るには、リグニンスルホン酸を単独で用いた比較例１より、リグニンスルホン酸とＣＭＣまたはでんぷんとを複合して用いた本実施例１ないし本実施例３の方がバインダーの合計添加量が少なくなった。

ここで、比較例２として、でんぷんのみを用いた場合と、でんぷんおよびＣＭＣを複合させた場合において同様の試験を行った。

この比較例２における試験条件および−０．５ｍｍ粉率測定の結果を表３に示す。

増粘作用を奏しにくいバインダーを用いず、増粘作用を奏するバインダーのみを用いた場合では、表３に示すように、例えばでんぷん０．１質量％に対してＣＭＣの添加量を変化させても−０．５ｍｍ粉率がほとんど変化せず、上記各本実施例に比べて高いままであり、造粒性が向上しなかった。

したがって、リグニンなどの増粘作用を奏しにくいバインダーと、でんぷんおよびＣＭＣなどの増粘作用を奏するバインダーとを複合して用いることによって、１種類のバインダーを単独で用いる場合や、増粘作用を奏するバインダーを複合して用いる場合よりも効率的に造粒性を向上できる。

Claims (3)

1. 焼結原料にバインダーおよび水分を添加して混合造粒して擬似粒子を作製する焼結原料の造粒方法であって、
   少なくともバインダーとして、５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ未満のバインダーと、５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ以上のバインダーとを複合して用いる
   ことを特徴とする焼結原料の造粒方法。
2. ５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ未満のバインダーは、リグニンを含有する有機系バインダーである
   ことを特徴とする請求項１記載の焼結原料の造粒方法。
3. ５質量％水溶液の粘度が５ｍＰａ・ｓ以上のバインダーは、でんぷんまたはカルボキシメチルセルロースを含有するバインダーである
   ことを特徴とする請求項１または２記載の焼結原料の造粒方法。

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