JP2013216938A - 微粉造粒炭材を用いた焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い生産性向上効果の発現とＮＯｘ抑制の両立を可能とする微粉造粒炭材を用いた焼結鉱の製造方法を提供すること。
【解決手段】焼結鉱製造用の炭材を分級して、１ｍｍ以下の含有量が７３．０質量％以上の篩下炭材と、篩上炭材を得る工程と、
前記篩下炭材に１ｍｍ以下の含有量が７０質量％以上であるＣａ含有原料を、前記篩下炭材と前記Ｃａ含有原料の合計に対してＣａで５質量％以上５０％以下配合し、混合・造粒して微粉造粒炭材を製造する工程と、
鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料を混合・造粒する合計の時間に対して、前記混合・造粒を開始してから５０％を超える時間が経過した時点で、前記篩上炭材と前記微粉造粒炭材を添加して、前記鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料、前記篩上炭材及び前記造粒炭材を混合・造粒する工程とを実施することを特徴とする微粉造粒炭材を用いた焼結鉱の製造方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、微粉造粒炭材を用いた焼結鉱の製造方法に関する。

製鉄所の焼結鉱製造においては、燃料として使用する炭材の燃焼により排ガス中に窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生する。このＮＯｘの低減は、大気汚染の改善において、重要な課題である。当該ＮＯｘを低減する手段として、アンモニアを還元剤とする排ガス脱硝技術がある。
しかし、当該技術に係る排ガス脱硝設備は建設費が高額で、またアンモニアが高価である為に操業費が高くなる。また、窒素の含有量が少ない無煙炭を使用する手段もあるが、窒素の含有量が少ない無煙炭は、資源枯渇により採掘環境が劣化してきており、その使用は制限をうける。

一方、大量生産方式の製鉄所では、焼結機は高い生産性が求められており、高い生産性向上効果の発現とＮＯｘ抑制の両立を可能とする焼結鉱の製造方法が望まれている。

遠心力を利用するマルメライザーやアイリッヒミキサーなどの特殊な造粒機を用いて粉コークス、無煙炭を造粒し、生産性向上とＮＯｘ抑制を図る発明が開示されている（特許文献１）。
又、微粉コークスと微粉石炭の混合物にセメント等の水硬性結合材バインダーを添加して混合造粒した後、硬化のために養生する方法の発明が開示されている（特許文献２）。
又、焼結用原料をドラムミキサーにより造粒する際に、石灰系粉原料と固体燃料系粉原料を除く焼結用原料を装入し造粒後、下流側に石灰系粉原料と固体燃料系粉原料を添加し焼結用原料の外装部に付着・形成する方法が開示されている（特許文献３）。
又、本出願人は、炭材表面に、石灰系原料由来のＣａを３６質量％以上含有する被覆物を炭材に対し２質量％超かつ５０質量％未満の割合で被覆した表面被覆炭材を、焼結燃料として配合炭中に含める焼結鉱の製造方法を開示している（特許文献４）。

特開平５−１５６２７１号公報 特開昭６２−２２０５９０号公報 特開２００３―１３８３１９号公報 国際公開２０１１/１２９３８８号

特許文献１に記載の発明は、特殊な造粒機を用い遠心力により粉コークスと無煙炭を造粒するものであり、装置選定の制約がある。
特許文献２に記載の発明は、粉コークスと微粉石炭を造粒するものであり、水硬性結合材バインダーを使用することと、硬化のために養生する必要があり、製造工程が複雑化するという課題がある
特許文献３に記載の発明は、石灰系粉原料と固体燃料系粉原料をドラムミキサーの後段に添加するものであるが、焼結鉱の冷間強度と被還元性の向上を目的とするものであり、ＮＯｘ抑制についての記述は無い。

特許文献４に記載の発明は、ＮＯｘ低減効果と生産性の向上を実現でき有効なものであるが、更なる生産性向上を実現することが要望されている。

本願発明の目的は、高い生産性向上効果の発現とＮＯｘ抑制の両立を可能とする微粉造粒炭材を用いた焼結鉱の製造方法を提供することである。

本発明者等は、焼結鉱製造用の炭材を分級し、１ｍｍ以下の炭材に石灰源を混合・造粒して製造した造粒炭材が、その他焼結工程で使用する原料との接触を抑制することで、焼結機の生産性向上とＮＯｘ低減効果を発現するという知見を得た。
本発明は、この新たな知見に基づくものであり、その要旨とするところは、以下のとおりである。

（１）焼結鉱製造用の炭材を分級して、１ｍｍ以下の含有量が７３．０質量％以上の篩下炭材と、篩上炭材を得る工程と、
前記篩下炭材に１ｍｍ以下の含有量が７０質量％以上であるＣａ含有原料を、前記篩下炭材と前記Ｃａ含有原料の合計に対してＣａで５質量％以上５０％以下配合し、混合・造粒して微粉造粒炭材を製造する工程と、
鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料を混合・造粒する合計の時間に対して、前記混合・造粒を開始してから５０％を超える時間が経過した時点で、前記篩上炭材と前記微粉造粒炭材を添加して、前記鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料、前記篩上炭材及び前記造粒炭材を混合・造粒する工程とを実施することを特徴とする微粉造粒炭材を用いた焼結鉱の製造方法。
（２）前記篩上炭材と前記微粉造粒炭材を鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料に添加する時点が、鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料の混合・造粒の合計の時間に対して、前記混合・造粒を開始してから７５％を超える時間が経過した時点であることを特徴とする（１）に記載の微粉造粒炭材を用いた焼結鉱の製造方法。

高い生産性向上効果の発現とＮＯｘ抑制の両立を可能とする微粉造粒炭材を用いた焼結鉱の製造方法を提供することができる。

ＮＯｘ転換率と温度の関係を示す図。 コークス粒径とＮＯｘ発生量の関係を示す図。 本発明の実験プロセスの説明図。 焼結鍋試験装置の概略図。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
図１にコークス燃焼によるＮＯｘ転換率と温度の関係を示す。ＮＯｘ転換率は、燃焼した燃料中の窒素原子がＮＯｘに転換した割合（モル百分率）である。具体的には、下記の（１）式で算出される。

ηＮＯ＝１００×ＮＯｘ/（（ＣＯ＋ＣＯ_２）・Ｎ_ＣＯＫＥ/（Ｃ_ＬＰＧ＋Ｃ_ＣＯＫＥ＋Ｃ_ＬＳ））/１００００
・・・・・・・・・・（式１）
ただし、ηＮＯ：ＮＯｘ転換率（％）、ＮＯｘ：排ガスＮＯｘ（ｐｐｍ）
ＣＯ：排ガスＣＯ（％）、ＣＯ_２：排ガスＣＯ（％）、
Ｎ_ＣＯＫＥ：コークス中Ｎ（ｍｏｌ）、Ｃ_ＬＰＧ：点火ガス中Ｃ（ｍｏｌ）、
Ｃ_ＣＯＫＥ：コークス中Ｃ（ｍｏｌ）、Ｃ_ＬＳ：石灰石中Ｃ（ｍｏｌ）。

焼結で生成するＮＯｘは、炭材中の窒素が酸化したものが主体であり、図１に示されるように、１，０００℃以下の低温で生成し易いことが確認されている。したがって、ＮＯｘ生成を抑制するためには、炭材を極力、高温燃焼させることが重要である。
また、炭材中の微粉は、低温で燃焼し、ＮＯｘを増大させる。炭材粒度とＮＯｘ発生量の関係を図２に示す。ＮＯｘは、Ｏ_２１５％で補正したものである。炭材中の微粉は、燃焼速度が速く、低温で燃焼が完了するため、ＮＯｘを増大させると考えられる。粒径が１ｍｍ以下の微粉炭材を除去することができれば、ＮＯｘ発生量を低減できると考えられる。

本発明では、焼結鉱製造用の炭材を分級して、１ｍｍ以下の含有量が７３．０質量％以上の篩下炭材と、残部となる篩上炭材を得る。１ｍｍ以下の含有量が７３．０質量％以上とするのは、７３．０質量％未満では造粒炭材使用時の生産性向上効果が小さいからである。１ｍｍを超える炭材については表面に付着物のない状態が燃焼速度の観点で望ましいため、造粒炭材に使用する炭材については１ｍｍ以下の含有量の上限は特に制限なく、高い方が望ましく、最高１００質量％である。

前記１ｍｍ以下の含有量が７３．０質量％以上の篩下炭材は、Ｃａ含有原料と混合、造粒して、微粉造粒炭材を製造する。
炭材としては、コークス、無煙炭その他の焼結鉱製造に用いられる燃料があるが、一般的には、製鉄所で発生する粉コークスが焼結鉱製造に用いられる。粉コークスは、石炭の乾留により製造されたものであるため表面の濡れ性が悪く、粉コークスのみでは、造粒が困難である。そこで、無煙炭、微粉炭又は水硬性結合材と混合して造粒する方法があるが（前記特許文献１乃至特許文献３）、本発明は、前記のＣａ含有原料を結合材として用いることを特徴とする。
Ｃａ含有原料としては、生石灰及び消石灰等がある。従来、Ｃａ含有原料は、高炉のスラグの塩基度を調整し、又、焼結鉱の生産性と品質を向上させるために、鉄鉱石等の焼結原料に混合して焼結鉱が製造されてきた。

そこで、本発明は、従来用いられてきたＣａ含有原料の一部を造粒が困難な粉コークスの造粒の結合材として用いるものである。
Ｃａ含有原料は、粒度が１ｍｍ以下で７０質量％以上であり、その混合割合は、炭材とＣａ含有原料の総質量に対してＣａで５％〜５０％である。
Ｃａ含有原料の粒度が大きく、１ｍｍ以下の含有量が７０質量％以上を満たさないと、粉コークス造粒の結合材としての効果を発揮しない。又、Ｃａ含有原料の添加割合がＣａで５質量％未満では、結合材としての効果を発揮できず、５０質量％あれば十分で、これを超えれば、経済的に不利となるからである。

炭材を分級して発生した篩上炭材は、前記微粉造粒炭材と共に、鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料と混合・造粒される。
本発明では、篩上炭材及び微粉造粒炭材は、後添加して、混合・造粒する。即ち、鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料の混合・造粒が終了する前に、篩上炭材及び微粉造粒炭材は、混合、造粒中の鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料に添加され、その後、全ての配合原料を混合、造粒する。

前記微粉造粒炭材を後添加するのは、微粉造粒炭材の破壊防止のためである。即ち、鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料の混合・造粒の開始から微粉造粒炭材を添加したのでは、これらの原料の混合・造粒時の転動により、せっかく篩下炭材とＣａ含有原料から形成された擬似粒子が破壊されてしまうからである。

前記篩上炭材を後添加とするのは、炭材の燃焼性を高め、焼結製造の生産性を高めるためである。即ち、鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料の混合・造粒の開始から篩上炭材を添加したのでは、篩上炭材の表面に、微粉鉄鉱石等が付着し、炭材の燃焼性を低下させる。その結果、炭材の燃焼性が劣化し、焼結製造の生産性を低下させるからである。

前記篩上炭材及び前記微粉造粒炭材を後添加する時点は、前記鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料、前記篩上炭材及び前記微粉造粒炭材を混合・造粒する時間の合計に対して、前記混合・造粒を開始してから５０％を超える時間が経過した時点であることが好ましく、７５％以上の時間が経過した時点であることが、更に好ましい。
本発明者は、実施例に示す焼結実験により、篩上炭材及び前記微粉造粒炭材を後添加する時点の最適点を得た。

次に、本発明の実施例について説明するが、本発明は、これに限られるものではない。
図３に、本発明の実験プロセスの一例の説明図を示す。炭材として粉コークス、Ｃａ含有原料として生石灰又は消石灰を用いて焼結鉱の鍋焼成試験を実施した。Ｃａ含有原料は、１ｍｍ以下の比率が７０質量％の生石灰、１ｍｍ以下の比率が３７質量％の生石灰又は１ｍｍ以下の比率が１００質量％の消石灰（以下、総称してＣａＯ源と記す。）を用いた。

篩下粉コークスにＣａＯ源を添加し、万能混練機及びドラム型造粒機を用いて混合・造粒し、あらかじめ微粉造粒コークスを製造した。この例では、ＣａＯ源として生石灰を用い、その添加量は、篩下粉コークスとＣａＯ源の全量に対して３０．８質量％で、混合時間１８０秒、造粒時間１８０秒である。
鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料に水分７．５質量％を加え、直径１ｍのドラムミキサーを用いて混合６０秒、造粒２２０秒した時点で、あらかじめ製造した前記微粉造粒コークス及び分級後の篩上コークスをドラムミキサー内に添加した。鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料、微粉造粒コークス及び篩上コークスを更に２０秒造粒し、鍋焼成試験用の配合原料を作成した。この例では、微粉造粒コークス及び分級後の篩上コークスを鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料に添加するタイミングは、鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料の混合・造粒を開始してから混合・造粒が終了するまでの時間の合計に対し開始から９３％（２０/（６０＋２２０＋２０））の時間が経過した時点である。

上記の作製した鍋焼成試験用の配合原料を焼結鍋試験装置に充填し、焼成試験を実施した。実施に用いた焼結鍋試験装置の概略図を図４に示す。
この焼結鍋試験装置は、点火炉１、焼結鍋２、風箱３、ブロアー４及び分析計５を備える。焼結鍋２の直径は、３００ｍｍ、層高６００ｍｍであり、焼結鍋２に試験体となる配合原料を充填し、点火炉１で点火して加熱する。点火９０秒、同時にブロアー４を起動して、吸引負圧１２ｋPa一定の条件で焼成する。焼結鍋２で生じた排気ガスは、風箱３を介して排出され、分析計５によりＮＯｘを分析した。

本試験に用いた粉コークスの粒度分布を表１に示す。又、本試験に用いた原料の配合を表２に示す。表２で、「ＣａＯ造粒有り」とは、粉コークスをサイズの異なる篩を用いて分級し篩下コークスをＣａＯ源で造粒した場合、及び、粉コークスを分級しないで粉コークス全量をＣａＯ源で造粒した場合をいう。又、「ＣａＯ造粒なし」とは、粉コークスを分級しないで鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料と合わせてＣａＯ源と混合・造粒した場合をいう。
表３に実施例又は比較例として試験結果を一覧に示す。表４にＣａＯ造粒に用いた篩下粉コークスの粒度分布を示す。

実施例１〜実施例８と比較例１〜比較例１２ではＣａＯ源として１ｍｍ以下の比率が７０質量％の生石灰を用いて篩下コークスを造粒した。比較例１７ではＣａＯ源として１ｍｍ以下の比率が３７質量％の生石灰を用い、実施例９ではＣａＯ源として１ｍｍ以下の比率が１００質量％の消石灰を用いた。
（実施例１〜実施例８）
実施例１は、事前分級で調製した０．２５ｍｍ以下の篩下コークスに対して、ＣａＯ源を６６．７質量％（Ｃａ；４７．６質量％）添加した後、混合・造粒して微粉造粒コークスを作成した。配合原料の混合・造粒の全時間が９３％経過した時点で、篩上コークスと微粉造粒コークスを配合原料に添加し、更に残りの造粒をした。生産率は３６．７t/d/m²で良好であり、ＮＯｘも１５０ｐｐｍで低かった。
実施例２は、実施例１に対して、配合原料の混合・造粒の全時間が７５％経過した時点で、篩上コークスと微粉造粒コークスを添加し、残りの造粒をした。生産率、ＮＯｘ共に良好であった。
実施例３は、実施例１、実施例２に対して、配合原料の混合・造粒の全時間が５５％経過した時点で、篩上コークスと微粉造粒コークスを添加し、残りの造粒をした。生産率、ＮＯｘ共に良好であった。
実施例４、実施例５、実施例６は、事前分級で調製した１．０ｍｍ以下の篩下コークスに対して、ＣａＯ源を３０．８質量％（Ｃａ；２２．０質量％）添加し、混合・造粒して、微粉造粒コークスを作成した。配合原料の混合・造粒の全時間が９５％、７５％、５５％経過した時点で、篩上コークスと造粒コークスを添加し、残りの造粒をした。生産率、ＮＯｘ共に良好であった。
実施例７、実施例８は事前分級で調製した１．０ｍｍ以下の比率が７３．５質量％の篩下コークスに対して、ＣａＯ源を２７．２質量％（Ｃａ；１９．４質量％）添加し、混合・造粒して、微粉造粒コークスを作成した。配合原料の混合・造粒の全時間が７５％、５５％経過した時点で、篩上コークスと造粒コークスを添加し、残りの造粒をした。生産率、ＮＯｘ共に良好であった。
実施例１〜実施例８の結果より、微粉造粒コークスのＣａ含有量は、５０質量％以下であれば良いことが分かった。

（実施例９）
実施例５のＣａＯ源としての生石灰３０．８質量％（Ｃａ；２２．０質量％）に替えて、実施例９では、１ｍｍ以下の比率が１００質量％の消石灰４０．７質量％（Ｃａ；２２．０質量％）を用いた。その結果、生産率、ＮＯｘ共に良好であった。
このことより、ＣａＯ源として生石灰と消石灰の両者が適切であることが分かった。

（比較例１〜比較例４）
実施例１〜実施例６に対し、篩上コークスと微粉造粒コークスの添加を配合原料の混合・造粒の全時間が５０％経過した時点又は０％経過した時点（混合・造粒開始と同時）で行った。生産率は低く、ＮＯｘも高かった。このことより、篩上コークスと微粉造粒コークスの添加は、配合原料の混合・造粒の全時間の５０％を超える時点が好ましく、７５％以上が特に好ましいことが分かった。

（比較例５〜比較例８）
比較例５〜比較例８は、実施例１〜実施例８に対し、粉コークスを篩目３ｍｍの篩いにより分級した。篩下コークスに対して、ＣａＯ源を２２．２質量％（Ｃａ；１５．９質量％）添加し、混合・造粒して、微粉造粒コークスを作成した。比較例５、比較例６は、配合原料の混合・造粒の全時間の９３％、７５％経過時に篩上コークスと造粒コークスを添加した場合であり、いずれも生産率が低かった。比較例７、比較例８は、配合原料の混合・造粒の全時間の５０％、０％経過時に篩上コークスと造粒コークスを添加した場合であり、いずれも生産率は低く、ＮＯｘも高かった。
表４に示す篩下コークスの粒度分布において、篩下コークスの１ｍｍ以下の割合は実施例７、実施例８では７３．５質量％であるのに対し、比較例５、比較例６では７２．２質量％である。このことより、篩下コークス中の粒径１ｍｍ以下の割合は、７３．０質量％以上であることが好ましいことが分かった。

（比較例９〜比較例１２）
粉コークスを分級することなく表面をＣａＯで被覆した場合である。比較例９、１０は、配合原料の混合・造粒の全時間の９３％、７５％経過時に被覆コークスを添加した例である。本出願人が、前記特許文献４により提案した発明であり、生産率、ＮＯｘ共に良好であるが、本願発明と比較すると、生産性がやや劣る。比較例１１、比較例１２は、被覆コークスの添加を配合原料の混合・造粒の全時間の５０％以下とした場合で、いずれも、生産率は低く、ＮＯｘも高かった。

（比較例１３〜比較例１６）
粉コークスを分級することなく、又、ＣａＯを粉コークスと混合・造粒することなく、全体の配合原料と混合・造粒した場合である。いずれも、生産率は低く、ＮＯｘも高かった。

（比較例１７）
比較例１７は、ＣａＯ源の１ｍｍ以下の比率を低下させた場合である。実施例４で生石灰の１ｍｍ以下の比率７０％に替えて、比較例１７は３７質量％とした。その結果、比較例１７では生産率は低く、ＮＯｘも高かった。このことより、ＣａＯ源の１ｍｍ以下の比率は７０％以上が望ましいことが分かった。

高い生産性向上効果の発現とＮＯｘ抑制の両立を可能とする微粉造粒炭材を用いた焼結鉱の製造に利用することができる。

１…点火炉、２…焼結鍋、３…風箱、４…ブロアー、５…分析計。

Claims (2)

1. 焼結鉱製造用の炭材を分級して、１ｍｍ以下の含有量が７３．０質量％以上の篩下炭材と、篩上炭材を得る工程と、
   前記篩下炭材に１ｍｍ以下の含有量が７０質量％以上であるＣａ含有原料を、前記篩下炭材と前記Ｃａ含有原料の合計に対してＣａで５質量％以上５０％以下配合し、混合・造粒して微粉造粒炭材を製造する工程と、
   鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料を混合・造粒する合計の時間に対して、前記混合・造粒を開始してから５０％を超える時間が経過した時点で、前記篩上炭材と前記微粉造粒炭材を添加して、前記鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料、前記篩上炭材及び前記造粒炭材を混合・造粒する工程とを実施することを特徴とする微粉造粒炭材を用いた焼結鉱の製造方法。
2. 前記篩上炭材と前記微粉造粒炭材を鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料に添加する時点が、鉄鉱石、返鉱及び副原料を含む原料の混合・造粒の合計の時間に対して、前記混合・造粒を開始してから７５％を超える時間が経過した時点であることを特徴とする請求項１に記載の微粉造粒炭材を用いた焼結鉱の製造方法。