JP2015200007A - 焼結鉱の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
NOxは大気汚染物質であることから、大気へのNOxの排出についてその濃度及び量に規制が設けられており、操業条件の調整などの制約が発生する。NOxを除去する排ガス処理装置の設置なども行われているが、多大な設備投資が必要となる。そのため、操業制約や設備投資の軽減を目的として、凝結材の事前処理によってNOxの発生を抑制する方法が従来より検討されてきた。
特許文献1記載の発明では、NOxの発生を抑制しつつコストを低減する目的で、カルシウムフェライト等の配合割合を規定しており、凝結材中の窒素分がNOxに転換した割合を示すNOx転換率は30%以上となっている。なお、NOx転換率とは、凝結材に含まれる窒素分の総量に対するNOxに転換した窒素分の割合である。
凝結材の割合が低下すると、凝結材を生石灰及び/又は消石灰で被覆、造粒してNOxを低減する作用が低下するからである。
当該構成では、振動造粒装置による造粒を60秒間以上行うことによって、造粒物や被覆層の緻密度が向上することでNOx低減効果が拡大する。
当該構成では、上記水分調整を行うことにより、緻密な造粒物や被覆層が形成されNOx低減効果が拡大する。
当該構成では、振動造粒装置による造粒を行った後に、他の造粒装置を用いてさらに造粒処理することにより、造粒物や被覆層の緻密度が向上してNOx低減効果が拡大する。
当該構成では、造粒処理された造粒物をドラムミキサーの後段に添加することによって、ドラムミキサー内における被覆層の剥離や造粒物の崩壊が抑制され、高いNOx低減効果を維持することができる。
本発明者等は、特許文献2に記載されている0.25mmアンダーの微粉凝結材を含む造粒物とNOx発生の関係について調べた。具体的には、凝結材の造粒方法、特に造粒物に作用させる加速度及び加圧力(圧密度)の影響を調べるため、比較的加速度及び/又は加圧力の小さな造粒装置であるドラムミキサー及びパンペレタイザーに対し、加圧力の大きな造粒装置である振動造粒装置や加速度の大きな造粒装置であるマルメライザーを比較検討した。
なお、振動造粒装置を用いて生石灰及び/又は消石灰と共に造粒する原料中に含まれる凝結材の割合は、本明細書において明記しない限り、100質量%である。
パンペレタイザーには直径1m、傾斜角度45°のパンを使用し、回転数15rpmで5分間造粒処理を行った。
振動造粒装置には、直径300mmの水平円筒容器に50φの鋼製ロッド(圧密媒体)が6本収納されたものを使用し、6G(Gは重力加速度)の振動加速度で300秒間(5分間)造粒処理を行った。
マルメライザーによる造粒処理は、直径1mの竪型円筒容器底部の円盤の回転数を200rpmとして2分間行った。
なお、NOx転換率は、NOx発生量からNOxに転換した窒素量を算出し、予め分析しておいた凝結材中の窒素量を100としたときの割合に換算して求めた。また、NOx転換率の改善割合は次式で算出した。
NOx転換率の改善割合=(1−造粒処理した凝結材を用いた場合のNOx転換率/造粒処理しない凝結材を用いた場合のNOx転換率)×100%
ドラムミキサーやパンペレタイザーで造粒した造粒物は、造粒時の造粒物にかかる加速度が実質的に1G未満であるのに対し、マルメライザーでは20Gに達するが、NOx抑制効果が同等に低位であることから、必ずしも加速度を大きくすることではNOxの発生を十分に抑制することができないことが判明した。
しかし、大気養生した造粒物と振動造粒装置で造粒した造粒物のNOx転換率の改善割合を比較すると、大気養生した造粒物のNOx抑制効果は、振動造粒装置で造粒した造粒物に比べて十分ではなかった。
図4は、振動造粒装置を用いて生石灰と共に造粒する、凝結材を主とする原料中に含まれる凝結材の割合を変化させた場合におけるNOx転換率の改善割合を、対ドラムミキサー改善指標として示したものである。実験条件として、凝結材を主とする原料中の凝結材の割合を20〜約90質量%の間で変更させ、残部は鉄鋼石粉(500μmアンダーが40質量%以上)とした。さらに凝結材と生石灰を合わせた全量に対して5〜20質量%(5、10、20質量%)の生石灰を加えた混合原料を振動造粒装置によって造粒処理した。次いで、これら造粒物を、鉄鉱石を含む焼結原料を造粒するドラムミキサーの後段にそれぞれ添加して擬似造粒物を造粒し、この擬似造粒物を焼成した場合のNOx転換率を求めた。そして、前記混合原料をドラムミキサーで造粒処理した後、鉄鉱石を含む焼結原料に添加して焼成した場合のNOx転換率に対する、NOx転換率の改善割合を、対ドラムミキサー改善指標と定義して次式により求めた。
対ドラムミキサー改善指標=(1−前記混合原料を振動造粒装置で造粒処理した後、鉄鉱石を含む焼結原料に添加して焼成した場合のNOx転換率/前記混合原料をドラムミキサーで造粒処理した後、鉄鉱石を含む焼結原料に添加して焼成した場合のNOx転換率)×100%
上記知見に基づき、本発明は、鉄鋼製造用焼結鉱の製造に用いる凝結材を主とする原料を生石灰及び/又は消石灰と共に、複数の圧密媒体を水平円筒容器に収納した振動造粒装置に装入し、水分の存在下で造粒した後、鉄鉱石を含む焼結原料を造粒するドラムミキサーに添加することを特徴としている。
加えて、生石灰は消化して微細な水酸化カルシウム微粒子となって分散が促進され、消石灰も一部溶解して水酸化カルシウム微粒子として凝結材粒子間に再析出するため分散が良好となる。その結果、強固で緻密な造粒物となる。
振動造粒装置としては、複数の圧密媒体が収納された水平円筒容器を用いたものであることが好ましい。凝結材と生石灰等の混練機能に優れ、凝結材と生石灰等がより均一に分散した造粒物の造粒が可能となり、NOx抑制効果の顕著な向上が望める。
なお、圧密媒体には棒状や球状の鉄など、造粒物を超える密度のものを用いることが好ましい。
本発明の一実施の形態に係る焼結鉱の製造方法について、図2に示す焼結プラントにより説明する。
凝結材が蓄えられている貯留槽13と生石灰や消石灰が蓄えられている貯留槽14からそれぞれ所定量の凝結材及び生石灰等を切り出し、振動造粒装置11に装入して水分の存在下で造粒する。
生石灰等の量は、凝結材と合わせた全量に対して、即ち内掛けで5質量%以上60質量%以下が好ましい。60質量%を超えると、凝結材燃焼性を抑制する影響が顕著となる。また、振動造粒装置11による造粒時の水分が内掛けで10質量%以上となるように水分調整し、振動造粒装置11による造粒時間は1.5G以上の加速度で60秒間以上とする。
圧密媒体22には円柱状の鋼製ロッドが使用され、一対の重錘回転式振動モータ23は同方向に同期回転する。
振動に伴って、圧密媒体22と圧密媒体22の間、圧密媒体22と水平円筒容器21との間に凝結材、生石灰等、及び水分が挿入し、衝撃、剪断、混合、混練され、フレーク状の造粒物が形成される。
なお、造粒物の一部を貯留槽17に、残りを一時貯留槽18に貯留してもよい。また、パンペレタイザー12による追加造粒を行わずに、貯留槽17もしくは一時貯留槽18に貯留してもよい。
同図より、微粉凝結材が15質量%までの少ない段階ではNOx転換率の改善割合が10%程度に止まるのに対し、20質量%以上ではNOx転換率の改善割合が大きくなることがわかる。微粉凝結材に対しても緻密な造粒物が形成されることから、改善効果が拡大すると考えられる。
このことから、本発明では、凝結材に含まれる0.25mmアンダーの微粉割合を20質量%以上と規定した。一方、凝結材に含まれる0.25mmアンダーの微粉割合の上限については規定しないが、0.25mmアンダーの微粉割合が多くなると、凝結材の破砕処理時間が長くなるため、通常は50質量%以下とする。
同図より、造粒時間が60秒未満ではNOx転換率の改善割合が小さいのに対し、60秒以上において大きく改善することがわかる。緻密度が向上してNOx低減効果が拡大すると考えられる。
このことから、本発明では、振動造粒装置による凝結材の造粒時間を60秒以上と規定した。一方、振動造粒装置による凝結材の造粒時間が600秒を超えると造粒物が破砕することから、振動造粒装置による凝結材の造粒時間の上限は600秒とする。
同図より、水分が10質量%未満ではNOx転換率の改善割合が小さいのに対し、10質量%以上において大きく改善することが判明した。高水分化によって緻密な造粒物や被覆層が形成されNOx抑制効果が拡大すると考えられる。
このことから、本発明では、振動造粒装置による凝結材の造粒時の水分を10質量%以上と規定した。また、凝結材の造粒時の水分が20質量%までは同様の傾向を示すことから、凝結材の造粒時の水分の上限は20質量%とする。
凝結材の造粒処理には振動造粒装置を用い、0.25mm以下の微粉を25質量%含む凝結材に生石灰を10%添加した。そして、水分が15質量%となるよう調整し、加速度を6Gとして300秒間造粒した(PP無し)。また、この造粒物を直径1mのパンペレタイザーを用いて、パンの傾斜角度45°、回転数15rpmで5分間造粒した(PP有り)。
また、鉄鉱石を含む焼結原料を造粒するドラムミキサーの後段に造粒物を添加することによりNOx転換率の改善割合が顕著に増大することが同図よりわかる。ドラムミキサー内における生石灰及び/又は消石灰の被覆層の剥離や造粒物の崩壊が抑えられ、緻密な被覆層や造粒物が確保されるためと考えられる。
Claims (8)
- 鉄鋼製造用焼結鉱の製造に用いる凝結材を主とする原料を生石灰及び/又は消石灰と共に、複数の圧密媒体を水平円筒容器に収納した振動造粒装置に装入し、水分の存在下で造粒した後、鉄鉱石を含む焼結原料を造粒するドラムミキサーに添加することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
- 請求項1記載の焼結鉱の製造方法において、前記凝結材を主とする原料は、前記凝結材を50質量%以上含むことを特徴とする焼結鉱の製造方法。
- 請求項1又は2記載の焼結鉱の製造方法において、前記凝結材は、粒度0.25mmアンダーの微粉を20質量%以上含むことを特徴とする焼結鉱の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法において、前記振動造粒装置による造粒を60秒間以上行うことを特徴とする焼結鉱の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法において、前記振動造粒装置による造粒時の水分が10質量%以上となるように水分調整を行うことを特徴とする焼結鉱の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法において、前記振動造粒装置による造粒を行った後、前記振動造粒装置と造粒方法の異なる造粒装置を用いてさらに造粒処理することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法において、前記振動造粒装置を用いて造粒処理された造粒物を前記ドラムミキサーの後段に添加することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
- 請求項6記載の焼結鉱の製造方法において、前記造粒装置を用いてさらに造粒処理された造粒物を前記ドラムミキサーの後段に添加することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
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