JP2015189982A

JP2015189982A - 焼結原料の造粒方法

Info

Publication number: JP2015189982A
Application number: JP2014065765A
Authority: JP
Inventors: 諭弘中; Satoshi Hironaka; 智郎山本; Tomoo Yamamoto
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2015-11-02

Abstract

【課題】バインダーによる造粒性の向上効果をより大きくする鉄鉱石配合を可能とする。【解決手段】高炉への装入原料である焼結鉱を製造する造粒工程において、下記（１）式で示すαが１０以上の鉄鉱石を焼結新原料の全質量に対する割合で１０ｍａｓｓ％以上含む焼結原料に、リグニンスルホン酸を含有する化合物を上記焼結原料の全質量に対する固形分換算の値で０．０１〜１．５ｍａｓｓ％の範囲で添加して造粒することを特徴とする焼結原料の造粒方法。α＝０．２５ｍｍ以下粉率（ｍａｓｓ％)／結晶水（ｍａｓｓ％）・・・（１）【選択図】図１

Description

本発明は高炉で使用する焼結鉱を製造する原料の造粒処理に関するものである。

高炉の装入原料である焼結鉱は、数種類の粉状の鉄鉱石を主原料に石灰石などのＣａＯ源や珪石、ドロマイト等のＳｉＯ_２源、ＭｇＯ源を副原料として加え、さらに粉コークス等の凝結材を配合し造粒した後、焼結機で焼成して製造される。

造粒工程では各種原料を水分添加しながらドラムミキサーやパン型ペレタイザー等の造粒機で混合、撹枠することで、１ｍｍ以上の比較的粗大な核粒子に０．５ｍｍ以下の微粉粒子が付着した擬似粒子を造り込む。

造粒における擬似粒子化の程度は焼結鉱の品位や生産性と相関があり、焼結工程で崩壊しにくい強度の高い擬似粒子の造り込みが造粒工程には求められる。擬似粒子の強度が低いと焼成での通気性が悪化し、焼結鉱の生産性や強度等の品質が劣化する。

焼結鉱は通常、豪州やブラジルなど世界各地の鉄鉱石を複数銘柄配合して製造される。鉄鉱石はその銘柄により成分や粒度が大きく異なり、擬似粒子の強度を表す造粒性も鉄鉱石銘柄によって異なると予想される。そのため、焼結原料の造粒性を改善し焼結鉱の品質を向上させるには主要原料である鉄鉱石の造粒性を把握し、鉄鉱石配合に応じた適切な造粒強化を行う必要がある。

擬似粒子の強度向上を目的とした対策はこれまでに多数行われており、その中でも生石灰をはじめとする造粒用バインダーを添加する方法がよく知られている。例えば、非特許文献１では、バインダーとして生石灰を添加し造粒性を向上させる方法が開示されている。

特許文献１では、マラマンバ鉱石を５〜５０ｍａｓｓ％含む焼結原料にカルボキシル基等を含む高分子化合物をバインダーとして添加することで造粒性が向上する方法が開示されている。

特許文献２では、ピソライト鉱石を２５〜８０％配合する焼結原料に数平均分子量が５００以上２００００以下のカルボキシル基等を含む高分子化合物を０．００１〜１ｍａｓｓ％の範囲で添加し、造粒性を向上させる方法が開示されている。

特開２００４−１３７５９６号公報特開２００５−８９８２４号公報

製鉄研究第２８８号（１９７６），ｐ９〜１８

非特許文献１では、造粒性の向上能力の低い生石灰をバインダーとして使用するため、造粒性の向上効果が不十分であるという問題がある。また、鉄鉱石配合による適正なバインダー添加条件については明らかでない。

特許文献１、２では、バインダーとしてカルボキシル基等を含む高分子化合物を用いており、生石灰よりは造粒性の向上効果は大きい。また、豪州鉱石であるマラマンパ鉱石やピソライト鉱石の比率がある範囲内のときにバインダーの効果が増大すると言われている。しかし、鉄鉱石銘柄聞の造粒性の差異やバインダーによる造粒性の向上効果に及ぼす鉄鉱石の成分等の影響は開示されておらず、バインダーの効果を最大限発揮する鉄鉱石配合の考え方は明らかでない。

本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、各鉄鉱石の造粒性の差異を明らかにし、バインダーによる造粒性の向上効果をより大きくする鉄鉱石配合を明らかにするものである。

各鉄鉱石の造粒性を調査するため、表１に示す７種類の鉄鉱石を用いて造粒物を作製し、その圧潰強度を調査した。各鉄鉱石３００ｇを直径５００ｍｍのタイヤ型造粒機を用いて、回転数３０ｒｐｍで水分を添加しながら造粒を１０分間行い、造粒物を作製した。鉄鉱石の粒度分布は銘柄により異なるが、本実験では造粒性に及ぼす成分のみの影響を抽出するため、全ての鉄鉱石で０．２５ｍｍ以下の粒度のみを用いた。なお、添加水分量は造粒状態を見ながら、必要に応じて変化させた。

造粒物を１０５℃で２時間乾燥させた後、直径が６〜８ｍｍの造粒物の圧潰強度を測定した。加圧速度を５ｍｍ／ｍｉｎにて圧潰試験を行い、最大荷重を造粒物の断面積で除して圧潰強度を算出した。各条件で１０回測定を行いその平均値を求めた。

図１に各鉄鉱石の造粒物の圧潰強度を示す。ブラジル産鉄鉱石のＡ〜Ｃはいずれも豪州産鉄鉱石に比べ造粒物強度が低い。さらに豪州産の中でも、結晶水量が高いピソライト鉱石のＦとＧの圧潰強度が他に比べ大幅に高い。

図２に造粒物の圧潰強度と鉄鉱石の結晶水の関係を示す。結晶水の増加にともない圧潰強度は上昇しており、結晶水量が高い鉄鉱石ほど造粒性は良好であるといえる。結晶水量の増加にともない圧潰強度が上昇する理由は明らかではないが、結晶水量の増加にともない鉄鉱石表面の構造が変化し、水との濡れ性や表面粗さが変化するためと考えられる。

以上、各鉄鉱石の造粒物の圧潰強度を調査した結果、鉄鉱石の造粒性は結晶水量と相関があり、結晶水が少ないほど造粒性が劣ることが明らかになった。

一方、鉄鉱石は銘柄ごとに粒度分布が異なるため、実際の操業における造粒性を評価する際は成分に加え粒度分布も考慮する必要がある。具体的には、０．２５ｍｍ以下の微粉が多いほど造粒は困難になることが知られているため、０．２５ｍｍ以下の微粉比率が重要となる。

粒度分布も考慮した鉄鉱石の造粒性を評価するため、以下の実験を行った。まず粒度調整していない鉄鉱石３００ｇを直径５００ｍｍのタイヤ型造粒機を用いて、回転数３０ｒｐｍで水分を添加しながら造粒を１０分間行い、造粒物を作成した。

造粒物を１０５℃で２時間乾燥させた後、ロータップ式ふるい機を用いタップ無で１５秒間篩い分けを行い、０．２５ｍｍ以下の粉率を測定した。造粒性の評価指標として乾燥後の０．２５ｍｍ以下粉率を用いたのは、この粉率が低いほど焼結原料の通気性を表す指標ＪＰＵが良好となるためである。

図３にバインダーとしてリグニンスルホン酸を約６０％含有するパルプ廃液を０．５％添加した場合の０．２５ｍｍ以下粉率の減少量（バインダーを使用しない場合の０．２５ｍｍ以下粉率からバインダーを添加した場合の０．２５ｍｍ以下粉率を引いた値）と結晶水量と０．２５ｍｍ以下粉率で定義されるαの関係を示す。αの増加にともない０．２５ｍｍ以下粉率の減少量は増加しており、バインダーによる造粒性向上の効果はαが大きい鉱石ほど高くなることが分かる。

以上の結果をふまえ、本発明の構成は以下のものとする。
第１の発明は、高炉への装入原料である焼結鉱を製造する造粒工程において、下記（１）式で示すαが１０以上の鉄鉱石を焼結新原料の全質量に対する割合で１０ｍａｓｓ％以上含む焼結原料に、リグニンスルホン酸を含有する化合物を上記焼結原料の全質量に対する固形分換算の値で０．０１〜１．５ｍａｓｓ％の範囲で添加して造粒することを特徴とする焼結原料の造粒方法である。
α＝０．２５ｍｍ以下粉率（ｍａｓｓ％)／結晶水（ｍａｓｓ％）・・・（１）

第２の発明は、前記αが１０以上の鉄鉱石は結晶水が３ｍａｓｓ％以下、０．２５ｍｍ以下粉率が２０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の焼結原料の造粒方法である。

本発明によれば、バインダーによる造粒性の向上効果をより大きくする鉄鉱石配合が可能となる。

鉄鉱石の造粒物の乾燥後の圧潰強度を示す図である。造粒物の圧潰強度と鉄鉱石中の結晶水量の関係を示す図である。バインダー添加による０．２５ｍｍ以下粉率の減少量とαの関係を示す図である。

本発明におけるリグニンスルホン酸を含有する化合物は、リグニンスルホン酸基またはその塩を含有する化合物であり、パルプ廃液など従来公知のものを使用することができ、その種類や製造条件は特に限定されるものではない。また、造粒性の向上効果を阻害しない範囲内で、生石灰等の従来公知の他のバインダーを併用しても構わない。

リグニンスルホン酸を含有する化合物の添加量を固形分換算で０．０１〜１．５ｍａｓｓ％としたのは、０．０１％以下では造粒性の向上効果が不十分であり、１．５％を超えると造粒性の向上効果が飽和するだけでなく、製造コストが上昇し経済的に不利になるためである。

本発明においては、焼結原料中の新原料の全質量に対するαが１０以上の鉄鉱石の配合比率を１０ｍａｓｓ％以上に限定する。１０ｍａｓｓ％未満ではバインダーによる造粒性の向上効果が小さいため、焼結機での通気性向上等の効果が小さくなり、経済的なメリットが小さくなるためである。

αが１０以上の鉄鉱石としては、結晶水が３ｍａｓｓ％以下、０．２５ｍｍ以下粉率が２０％以上であることが好ましい。結晶水が３ｍａｓｓ％を超えると鉄鉱石の造粒性が良好となり、バインダーによる造粒性の向上効果が小さくなる。結晶水の増加にともない造粒性が良好となる理由は明らかでないが、結晶水の増加にともない酸化鉄中のゲーサイト（水酸化鉄）比率が高くなり、水との濡れ性が向上する結果、造粒性が良好になると考えられる。
焼結原料として用いられる鉄鉱石は通常、０〜１０ｍｍ程度の粒度分布を有するが、鉄鉱石中の微粉比率が高いほど造粒は困難となり、焼成時の通気性は悪化する。言い換えると、同一銘柄の鉄鉱石でも０．２５ｍｍ以下粉率が高いほどバインダーによる造粒性の向上効果が大きくなる。そのため、０．２５ｍｍ以下粉率は２０％以上であることが望ましい。

本発明の効果を確認するため以下の試験を実施した。
表２に示す配合の焼結原料を用い、直径６５０ｍｍ、長さ４５０ｍｍのドラムミキサーで水分を添加しながら５分間造粒を行った。造粒物は１０５℃で２時間、完全に乾燥させた後、ロータップ式ふるい機を用いタップ無で１５秒間篩い分けを行い、０．２５ｍｍ以下の粉率を測定した。
その他原料は製銑や製鋼工程で発生するダストおよびスケールである。

実験結果を表３に示す。Ｎｏ．１〜３は、バインダーによる０．２５ｍｍ以下粉率の減少量が４〜８％と大きいのに対し、バインダー添加量が０．００８％と低いＮｏ．４はバインダー無と０．２５ｍｍ以下粉率が同程度であり、造粒性の向上が認められない。また、α＞１０の鉄鉱石比率が８％と低いＮｏ．５はバインダー添加により０．２５ｍｍ以下粉率は減少するものの、その減少量は２％以下と本発明例であるＮｏ．１〜３に比べ小さい。

Claims

高炉への装入原料である焼結鉱を製造する造粒工程において、下記（１）式で示すαが１０以上の鉄鉱石を焼結新原料の全質量に対する割合で１０ｍａｓｓ％以上含む焼結原料に、リグニンスルホン酸を含有する化合物を上記焼結原料の全質量に対する固形分換算の値で０．０１〜１．５ｍａｓｓ％の範囲で添加して造粒することを特徴とする焼結原料の造粒方法。
α＝０．２５ｍｍ以下粉率（ｍａｓｓ％)／結晶水（ｍａｓｓ％）・・・（１）
前記αが１０以上の鉄鉱石は結晶水が３ｍａｓｓ％以下、０．２５ｍｍ以下粉率が２０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の焼結原料の造粒方法。