JP2016172903A - 焼結鉱製造用原料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】粗大ペレットおよび核のないペレットを低減して焼結鉱製造用原料の粒度および賦存状態を改善することで、焼結ベッドにおける通気性および歩留を改善して生産性を向上させることができる焼結鉱製造用原料の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、ドラムミキサー2を用いて焼結鉱製造用原料1を製造するにあたり、粒度が250μm以下の粒子が全体の80質量%以上を占める微粉鉱石が、焼結鉱製造用原料1の40質量%以上を占め、ドラムミキサー2内の容積に対する焼結鉱製造用原料1の占積率を4.0%以上9.0%以下であり、ドラムミキサー2内に配備されている散水口3を少なくとも1つ以上使用して水4またはスラリー水4を散水する際に、ドラムミキサー2回転数と、散水口3の散水距離と、散水口3の散水流量と、ドラムミキサー2の垂直断面に対する散水口3の噴霧角と、散水口3の散水立体角との関係を所定のものとする。
【選択図】図6
【解決手段】本発明は、ドラムミキサー2を用いて焼結鉱製造用原料1を製造するにあたり、粒度が250μm以下の粒子が全体の80質量%以上を占める微粉鉱石が、焼結鉱製造用原料1の40質量%以上を占め、ドラムミキサー2内の容積に対する焼結鉱製造用原料1の占積率を4.0%以上9.0%以下であり、ドラムミキサー2内に配備されている散水口3を少なくとも1つ以上使用して水4またはスラリー水4を散水する際に、ドラムミキサー2回転数と、散水口3の散水距離と、散水口3の散水流量と、ドラムミキサー2の垂直断面に対する散水口3の噴霧角と、散水口3の散水立体角との関係を所定のものとする。
【選択図】図6
Description
本発明は、焼結鉱製造用原料の製造方法に関する。
従来より、焼結鉱を製造するために用いられる原料は、通常、鉄鉱石、石灰類、珪石、焼結返鉱、粉コークス、ダストなどを造粒機に投入し、造粒水を添加して、その造粒機を転動させることで擬似粒子化して、製造している。
焼結鉱製造プロセスは、上記の如く製造した「擬似粒子化した原料」を焼結機に入れて原料層を形成し、その原料の表面を着火して下方からガスを吸引することで焼き固めるプロセスであるため、この擬似粒子化が十分に行われていないと原料層内の通気性が悪化し、焼結鉱製造用原料の生産性が低下してしまう。
焼結鉱製造プロセスは、上記の如く製造した「擬似粒子化した原料」を焼結機に入れて原料層を形成し、その原料の表面を着火して下方からガスを吸引することで焼き固めるプロセスであるため、この擬似粒子化が十分に行われていないと原料層内の通気性が悪化し、焼結鉱製造用原料の生産性が低下してしまう。
原料層内の通気性を確保するためには、この原料層内の空隙率が重要である。しかしながら、擬似粒子化するにあたっては、空隙率を増やすことを目的としているため、単に粒径を大きくすれば良いわけではなく、粒径が揃っていることの方が重要である。
例えば、焼結反応においては、擬似粒子の粒径が大きすぎると、その擬似粒子内部への伝熱が不十分となる。また、通常焼結プロセスでは、10mm以下の鉄鉱石を使用するため、最適な擬似粒子径は1mm〜10mm程度とされている。
例えば、焼結反応においては、擬似粒子の粒径が大きすぎると、その擬似粒子内部への伝熱が不十分となる。また、通常焼結プロセスでは、10mm以下の鉄鉱石を使用するため、最適な擬似粒子径は1mm〜10mm程度とされている。
このため、擬似粒子化を行う造粒段階においては、粒径が1mm〜10mm程度であって、且つなるべく粒径が揃った擬似粒子を製造することが求められる。なお、擬似粒子化を行う造粒段階に添加する造粒水の量は、使用する原料の種類や配合によって適宜に変更するものであることは、当業者周知の事実である。
このような焼結鉱を製造するために用いられる原料を製造する技術としては、以下の特許文献に示すように様々のものが開発されている。
このような焼結鉱を製造するために用いられる原料を製造する技術としては、以下の特許文献に示すように様々のものが開発されている。
特許文献1は、ペレットフィードのような難造粒性の微粉鉄鉱石を多く使用する場合でも、造粒時に細粒や微粉が凝集して結合力の弱い粗大な擬似粒子や未造粒粒子になるのを阻止し、大きさが比較的揃った擬似粒子を造粒することを目的としている。特許文献1は、少なくとも微粉鉄鉱石を含む配合原料に水分を添加してミキサーにて混合する混合工程と、混合後の配合原料を1次造粒機にて造粒する1次造粒工程と、1次造粒時に生成した擬似粒子を分級する分級工程と、分級によって生成した粗大粒子を解砕する解砕工程と、解砕によって得られる粒子と分級時の篩下細粒及び未造粒粉とともに合わせて再造粒して2次造粒粒子を得る2次造粒工程と、を有している。
特許文献2は、ミキサー内部に作業者が入って行う散水装置の清掃作業を無くし、かつ、原料の水分のバラツキを減少させることを目的としている。特許文献2では、ドラムミキサーの原料装入側を排出側のそれぞれに散水装置を配設し、ミキサーの長さ方向任意の領域に散水している。
特許文献3は、装入原料の擬似粒子化を促進し、通気性に優れた焼結原料を形成することを目的としている。特許文献3では、ドラムミキサーを高速回転させたときに装入原料運動領域内にできる空間部と滞留域における空間部から滞留域に向けて擬似粒子化促進剤を添加している。
特許文献3は、装入原料の擬似粒子化を促進し、通気性に優れた焼結原料を形成することを目的としている。特許文献3では、ドラムミキサーを高速回転させたときに装入原料運動領域内にできる空間部と滞留域における空間部から滞留域に向けて擬似粒子化促進剤を添加している。
特許文献4は、微粒の粉鉄鉱石を用いた場合にも造粒性が良く所望の擬似粒子とすることを目的としている。特許文献4は、粉鉄鉱石と炭材とを主体とする焼結原料を一次造粒ミキサで造粒後、さらに二次造粒ミキサによって造粒して擬似粒子とする焼結原料の造粒
方法であって、一次造粒ミキサおよび二次造粒ミキサのいずれの造粒の際にも水を添加している。
方法であって、一次造粒ミキサおよび二次造粒ミキサのいずれの造粒の際にも水を添加している。
ところで、近年、良質な焼結鉱製造用原料の枯渇に伴い、微粉原料(ペレットフィード)を焼結プロセスで使用する必要が生じている。
この微粉原料は、通常の焼結原料に比べて粒度が極めて細かいことが特徴であり、そのほとんどが粒径250μm以下の粒子を全体の80質量%以上含む鉱石である。
しかしながら、図1に示すように、上記のような微粉原料を造粒機に、供給原料中で40質量%以上供給すると、主に微粉から形成される粒径10mm以上の粗大な粒子(粗大粒)が生成する。
この微粉原料は、通常の焼結原料に比べて粒度が極めて細かいことが特徴であり、そのほとんどが粒径250μm以下の粒子を全体の80質量%以上含む鉱石である。
しかしながら、図1に示すように、上記のような微粉原料を造粒機に、供給原料中で40質量%以上供給すると、主に微粉から形成される粒径10mm以上の粗大な粒子(粗大粒)が生成する。
このような粗大粒は、前述のように原料層内での通気性が悪化する要因となるため、微粉原料を供給原料中で40質量%以上使用して擬似粒子を造粒するにあたっては、この粗大粒の生成抑制が課題となる。
微粉原料を大量使用した場合の粗大粒の生成抑制対策については、例えば特許文献1に開示されているように、造粒機出側にスクリーンを設け、塊砕&リターン工程を設ける方法がある。
微粉原料を大量使用した場合の粗大粒の生成抑制対策については、例えば特許文献1に開示されているように、造粒機出側にスクリーンを設け、塊砕&リターン工程を設ける方法がある。
しかし、この特許文献1に開示されている方法では、一度製造した粗大粒子を塊砕して再造粒するため、造粒歩留が低下する。また、造粒水の添加方法については詳細が記述されていない。
また、特許文献2の技術は、散水の広がりやドラムミキサー運転条件を考慮しておらず、微粉原料の使用に対応できるものではない。さらに、特許文献3の技術を用いた場合、微粉原料使用時に擬似粒子化が進み過ぎてしまい、粗大粒が生成する可能性が十分に考えられる。
また、特許文献2の技術は、散水の広がりやドラムミキサー運転条件を考慮しておらず、微粉原料の使用に対応できるものではない。さらに、特許文献3の技術を用いた場合、微粉原料使用時に擬似粒子化が進み過ぎてしまい、粗大粒が生成する可能性が十分に考えられる。
このような、粗大粒の生成メカニズムに関しては、これまで十分研究がなされているとは言えない状態であった。
そこで発明者らは鋭意研究を行い、その結果、粗大粒の生成には「造粒水のかけ方」が最も重要であることを見出した。すなわち、発明者らは、微粉原料に対して造粒水を添加する時に、造粒水の分散が不十分であると、局所的に高水分となった微粉原料の領域が起点となって造粒が一気に進み、粗大粒が生成することを見出した。粗大粒の生成は、微粉原料の表面積が大きいために、造粒水の付着力が極めて高いことに起因すると考えられることを知見した。
そこで発明者らは鋭意研究を行い、その結果、粗大粒の生成には「造粒水のかけ方」が最も重要であることを見出した。すなわち、発明者らは、微粉原料に対して造粒水を添加する時に、造粒水の分散が不十分であると、局所的に高水分となった微粉原料の領域が起点となって造粒が一気に進み、粗大粒が生成することを見出した。粗大粒の生成は、微粉原料の表面積が大きいために、造粒水の付着力が極めて高いことに起因すると考えられることを知見した。
そこで、本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであり、粗大ペレットおよび核のないペレットを低減して焼結鉱製造用原料の粒度および賦存状態を改善することで、焼結ベッドにおける通気性および歩留を改善して生産性を向上させることができる焼結鉱製造用原料の製造方法を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明の焼結鉱製造用原料の製造方法は、ドラムミキサーを用いて焼結鉱製造用原料を製造するにあたり、粒度が250μm以下の粒子が全体の80質量%以上を占める微粉鉱石が、前記焼結鉱製造用原料の40質量%以上を占め、前記ドラムミキサー内の容積に対する前記焼結鉱製造用原料の占積率を4.0%以上9.0%以下であり、前記ドラムミキサー内に配備されている散水口を少なくとも1つ以上使用して水またはスラリー水を散水する際に、前記ドラムミキサー回転数と、前記散水口の散水距離と、前記散水口の散水流量と、前記ドラムミキサーの垂直断面に対する前記散水口の噴霧角と、前記散水口の散水立体角との関係を下式を満たすことを特徴とする。
本発明の焼結鉱製造用原料の製造方法は、ドラムミキサーを用いて焼結鉱製造用原料を製造するにあたり、粒度が250μm以下の粒子が全体の80質量%以上を占める微粉鉱石が、前記焼結鉱製造用原料の40質量%以上を占め、前記ドラムミキサー内の容積に対する前記焼結鉱製造用原料の占積率を4.0%以上9.0%以下であり、前記ドラムミキサー内に配備されている散水口を少なくとも1つ以上使用して水またはスラリー水を散水する際に、前記ドラムミキサー回転数と、前記散水口の散水距離と、前記散水口の散水流量と、前記ドラムミキサーの垂直断面に対する前記散水口の噴霧角と、前記散水口の散水立体角との関係を下式を満たすことを特徴とする。
本発明の焼結鉱製造用原料の製造方法は、ドラムミキサーを用いて焼結鉱製造用原料を製造するにあたり、粒度が250μm以下の粒子が全体の80質量%以上を占める微粉鉱石が、前記焼結鉱製造用原料の40質量%以上を占め、前記ドラムミキサー内の容積に対する前記焼結鉱製造用原料の占積率を4.0%以上9.0%以下であり、前記ドラムミキサー内に配備されている散水口を少なくとも1つ以上使用して水またはスラリー水を散水する際に、前記ドラムミキサー回転数と、前記散水口の散水距離と、前記散水口の散水流量と、前記ドラムミキサーの垂直断面に対する前記散水口の噴霧角と、前記散水口の散水立体角との関係を下式を満たし、
且つ、前記散水口から前記散水距離だけ離れた位置における、ザウター平均粒径で規定される前記水またはスラリー水の液滴平均径が1500μm以下であることを特徴とする。
本発明によれば、粗大ペレットおよび核のないペレットを低減して焼結鉱製造用原料の粒度および賦存状態を改善することで、焼結ベッドにおける通気性および歩留を改善して
生産性を向上させることができる。
生産性を向上させることができる。
以下、本発明にかかる焼結鉱製造用原料の製造方法の実施の形態を、図を基に説明する。
[第1実施形態]
従来より、高炉では、その炉体の上部から製鉄用焼結鉱(単に焼結鉱ということがある)を含む装入物を装入し、下部から熱風を吹込んで、鉄鉱石(鉱石)の還元、溶解等の一連の反応を行わせることにより、銑鉄を製造している。この高炉は、装入物が炉内を上昇してくるガスと熱交換・還元反応を連続的に行う向流型反応装置である。そのため、高炉に装入する装入物、特に焼結鉱は、炉内におけるガスの通気を阻害しない耐粉化性(強度)と良好な被還元性を有していることが重要である。
[第1実施形態]
従来より、高炉では、その炉体の上部から製鉄用焼結鉱(単に焼結鉱ということがある)を含む装入物を装入し、下部から熱風を吹込んで、鉄鉱石(鉱石)の還元、溶解等の一連の反応を行わせることにより、銑鉄を製造している。この高炉は、装入物が炉内を上昇してくるガスと熱交換・還元反応を連続的に行う向流型反応装置である。そのため、高炉に装入する装入物、特に焼結鉱は、炉内におけるガスの通気を阻害しない耐粉化性(強度)と良好な被還元性を有していることが重要である。
焼結鉱を製造するにあたっては、高炉よりも上流の工程(製銑プロセスにおける焼結事前処理工程)で、例えばパレットを無端ベルト状で構成したドワイトロイド式焼結機を用いる。ドワイトロイド式焼結機では、まず、パレットに、鉱石等の焼結鉱製造用原料1、粉コークス等の固体燃料、副原料等を順次供給・充填して焼結原料層を形成する。そして、原料層の上部に着火し、下向きに空気を通過させることにより、焼結原料層の下部に向けて燃焼を進め、成品排出側に至るまでに、焼結原料1の焼成を行う。
このような焼結鉱製造用原料1の中に、様々な原料を造粒機で造粒して擬似粒子化した
擬似粒子がある。例えば、擬似粒子は、鉄鉱石、石灰類、珪石、焼結返鉱、粉コークス、ダストなどを造粒機に投入し、造粒水4を添加して、その造粒機を転動させることで製造する。
焼結鉱製造プロセスでは、擬似粒子(造粒物)及びその他の原料を焼結機に入れて原料層を形成した後、原料の表面を着火して下方からガスを吸引することで焼き固める。ここで、擬似粒子を造粒、即ち、製造する際に、擬似粒子化が十分に行われていないと原料層内の通気性が悪化し、原料1の生産性が低下してしまう。原料層内の通気性を確保するためには、この原料層内の空隙率が重要であるため、擬似粒子化するにあたっては、単に粒径を大きくすれば良いわけではなく、粒径が揃っていることも重要である。
擬似粒子がある。例えば、擬似粒子は、鉄鉱石、石灰類、珪石、焼結返鉱、粉コークス、ダストなどを造粒機に投入し、造粒水4を添加して、その造粒機を転動させることで製造する。
焼結鉱製造プロセスでは、擬似粒子(造粒物)及びその他の原料を焼結機に入れて原料層を形成した後、原料の表面を着火して下方からガスを吸引することで焼き固める。ここで、擬似粒子を造粒、即ち、製造する際に、擬似粒子化が十分に行われていないと原料層内の通気性が悪化し、原料1の生産性が低下してしまう。原料層内の通気性を確保するためには、この原料層内の空隙率が重要であるため、擬似粒子化するにあたっては、単に粒径を大きくすれば良いわけではなく、粒径が揃っていることも重要である。
例えば、焼結反応においては、擬似粒子の粒径が大きすぎると、その擬似粒子内部への伝熱が不十分となる。また、通常焼結プロセスでは10mm以下の鉄鉱石を使用するため、最適な擬似粒子の径は1mm〜10mm程度とされている。このため、擬似粒子化を行う造粒段階においては、1mm〜10mm程度でなるべく粒径の揃った擬似粒子を製造することが求められている。なお、添加する造粒水4の量は、使用する原料の種類や配合によって適宜に変更するものであることは、当業者周知の事実である。
ところで、近年、良質な原料の枯渇に伴い、ペレットフィード等の微粉鉱石を焼結プロセスで使用する必要が生じている。この微粉鉱石は、通常の焼結原料に比べて粒度が極めて細かいことが特徴である。微粉鉱石は、粒径が250μm以下の粒子が大部分を占めていて、全体の微粉原料を100%としたとき、粒径が250μm以下の粒子は、80質量%以上含む鉱石である。このような微粉鉱石に関しては、粒度条件さえ満足していれば、微粉鉱石はマグネタイト系鉱石もヘマタイト系鉱石も両方含まれる。
図1に示すように、このような微粉鉱石(微粉原料)を造粒機で造粒する場合、造粒機に供給した焼結鉱製造用原料1の全量に対する割合が40質量%以上であると、主に微粉から形成される粒子の粒径が10mm以上になることがある。粒径が10mm以上である粗大な粒子(粗大粒)は、原料層内での通気悪化要因となるため、焼結鉱製造用原料1に対して40質量%以上の微粉原料を使用して擬似粒子を造粒するに当たっては、この粗大粒の生成抑制が課題となっている。
そこで、発明者らは、粗大粒の生成メカニズムに関して鋭意研究を行った。その結果、粗大粒の生成には「造粒水4のかけ方」が重要であることを見出した。微粉原料を含む原料1に対して造粒水4を添加する時に、造粒水4の分散が不十分であると、局所的に高水分となった原料1の領域が起点となって造粒が一気に進み、粗大粒が生成する。この粗大粒の生成は、微粉原料の表面積が大きいために、造粒水4の付着力が極めて高いことに起因すると考えられる。
ゆえに、粗大粒生成の抑制のためには、可能な限り均一に造粒水4を添加できるスプレーノズル3を用いて、微粉原料を含む原料1に対して均一に噴霧することが望ましい。しかしながら、単に、スプレーノズル3によって造粒水4を添加することを規定しただけでは、粗大粒生成を十分に抑制することが難しい。そこで、発明者らは、さらに検証を進めた結果、粗大粒生成量に関しては、擬似粒子の造粒時において「原料1表面が1回更新されるまでの間、即ち、原料1がドラムの回転によって攪拌されることで散水口3を向く原料1の表面が変わる間に、原料1の表面の単位面積当たりが受ける添加水4の総量」が粗大粒生成に影響を与えていると考え、種々の実験を行った。
まず、種々の実験では微粉鉱石を用いて擬似粒子(焼結鉱製造用原料1)を造粒することにした。ドラムミキサー2に供給して擬似粒子を造粒するための微粉鉱石は、粒度が250μm以下の粒子が全体の80質量%以上を占めているものを用いた。また、微粉鉱石
が、焼結鉱製造用原料1の40質量%以上を占めることを条件とした。なお、微粉鉱石以外の焼結鉱製造用原料は、微粉鉱石には含まれない鉄鉱石、石灰類、珪石、焼結返鉱、粉コークス、ダスト等である。
が、焼結鉱製造用原料1の40質量%以上を占めることを条件とした。なお、微粉鉱石以外の焼結鉱製造用原料は、微粉鉱石には含まれない鉄鉱石、石灰類、珪石、焼結返鉱、粉コークス、ダスト等である。
また、擬似粒子の造粒するにあたって、ドラムミキサー2に供給した供給原料の幾何学的状態を考慮した。幾何学的状態は、占積率を用いて表現することとした。
占積率とは、ドラムミキサー2容積(m3)に対するドラムミキサー2内の原料体積の割合(m3)のことである。例えば、占積率は、「占積率=ドラムミキサー2内の原料体積の割合(m3)/ドラムミキサー2容積(m3)」で求めることができる。
占積率とは、ドラムミキサー2容積(m3)に対するドラムミキサー2内の原料体積の割合(m3)のことである。例えば、占積率は、「占積率=ドラムミキサー2内の原料体積の割合(m3)/ドラムミキサー2容積(m3)」で求めることができる。
ここで、ドラムミキサー2容積(m3)は、ドラムミキサー2の内径(m)と長さ(m)から計算することができる。また、ドラムミキサー2内の原料体積の割合(m3)は、ドラムミキサー2内の原料1の重量(kg)を原料かさ密度(kg/m3)を除すことで求めることができる。原料のかさ密度は、使用する原料種や配合、含有水分によって変化するものであり、「鉄鉱石及び還元鉄−用語(JIS M 8700:2013)」に示された測定方法により求めることができる。
ドラムミキサー2内の原料1の重量(kg)は、「原料1の重量供給速度(kg/min)」と「ドラムミキサー2内における原料1の滞留時間(min)」の積を計算することで求めることができる。
原料1の滞留時間とは、ドラムミキサー2に原料1が供給されてから排出されるまでの時間である。例えば、参考文献「鈴木ら、鉄と鋼 73巻(1987) 第15号 p130」に、その滞留時間の測定方法が示されている。本実施形態においては、前述の測定方法に従って、原料300gを布袋に入れてドラムミキサー2の入り口から投入し、その滞留時間を測定した結果を用いた。また、原料1の滞留時間は、ドラムミキサー2が空の状態から原料1を装入し、排出される時間ではなく、連続操業の中で造粒が安定した後に測定している。
原料1の滞留時間とは、ドラムミキサー2に原料1が供給されてから排出されるまでの時間である。例えば、参考文献「鈴木ら、鉄と鋼 73巻(1987) 第15号 p130」に、その滞留時間の測定方法が示されている。本実施形態においては、前述の測定方法に従って、原料300gを布袋に入れてドラムミキサー2の入り口から投入し、その滞留時間を測定した結果を用いた。また、原料1の滞留時間は、ドラムミキサー2が空の状態から原料1を装入し、排出される時間ではなく、連続操業の中で造粒が安定した後に測定している。
なお、ドラムミキサー2内の容積に対する原料1の占積率については、参考文献「佐藤ら、浮選 28巻(1981) 第2号 p99」などに記載があるように、適正な範囲について考察が加えられているものの、ドラムミキサー2の寸法や回転数によっても適正な範囲は変わるものであるし、そもそも占積率を決定づける原料1の重量供給速度は、生産状況に応じて臨機応変に変更するものであるので、必ず一定の占積率で操業しなければならないという性格の指標ではない。
そこで、本発明では、ドラムミキサー2内の容積に対する焼結鉱製造用原料1の占積率を4.0%以上9.0%以下に設定したうえで、ドラムミキサー2内の容積に対する占積率によって与えられる幾何学的情報(詳細は後述)を用いて原料1に対する散水条件を規定している。
次に、ドラムミキサー2内の容積に対する占積率によって与えられる幾何学的情報について、詳細に述べる。
次に、ドラムミキサー2内の容積に対する占積率によって与えられる幾何学的情報について、詳細に述べる。
本発明においては、微粉鉱石をドラムミキサー2に供給して擬似粒子を造粒するに際し、ドラムミキサー2内に配備されている散水口3を少なくとも1つ以上使用して水またはスラリー水(造粒水4)を散水する。ドラムミキサー2回転数ω、散水口3の散水距離dと、散水口3の散水流量Qと、ドラムミキサー2の垂直断面に対する散水口3の噴霧角θと、散水口3の散水立体角Ωとの関係は下式(1)を満たす。
図2〜4に示すように、ドラムミキサー2は、円形状(円筒状)であって、造粒水4を添加するための機構(スプレーノズル3)を備えている。この造粒水4を噴霧するスプレーノズルの散水口3(ノズル口)は、ドラムミキサー2内に1つだけ配備していてもよいし、2つ以上配備しても構わない。
後述する実施例(図13、図14)にも示すように、ドラムミキサー2内に散水口3を2つ以上配備すると、1つあたりの散水流量を低下させるとともに、散水面積を広くすることで、造粒水4の分散を促すことができるメリットがある。
後述する実施例(図13、図14)にも示すように、ドラムミキサー2内に散水口3を2つ以上配備すると、1つあたりの散水流量を低下させるとともに、散水面積を広くすることで、造粒水4の分散を促すことができるメリットがある。
なお、添加する造粒水4は、真水でもよいし、工業用水でもよい。また、製鉄所内耐火物を清掃した後の排水である、いわゆるスラリー水でもよく、いずれの分類の水も本発明に適用することができる。
一方、ドラムミキサー2の回転数ω(rpm)は、1分間あたりにドラムが回転する回数であり、ミキサーの撹拌力に相当し、回転数が大きいほど撹拌力が強く、同一散水条件でも造粒水4の分散が促されて粗大粒生成量が減少する。
一方、ドラムミキサー2の回転数ω(rpm)は、1分間あたりにドラムが回転する回数であり、ミキサーの撹拌力に相当し、回転数が大きいほど撹拌力が強く、同一散水条件でも造粒水4の分散が促されて粗大粒生成量が減少する。
通常、ドラムミキサー2は、地面に対して平行方向に原料1が進むように、回転軸心が水平方向を向くように設置されている。以降、図2〜図7に示すように、ドラムミキサー2の垂直断面を、時計方向に回転しているドラムミキサー2を地面に対して、径外方向に垂直に切断した面と定義する。
図2に示すように、散水口3の散水距離d(m)とは、時計方向に回転しているドラムミキサー2の垂直断面を考えたときに、ドラムミキサー2内周面の時計方向の6時の位置と9時の位置を結んだ線で形成される線分Lから、散水口3までの距離のことを指す。
図2に示すように、散水口3の散水距離d(m)とは、時計方向に回転しているドラムミキサー2の垂直断面を考えたときに、ドラムミキサー2内周面の時計方向の6時の位置と9時の位置を結んだ線で形成される線分Lから、散水口3までの距離のことを指す。
なお、散水口3は、ドラムミキサー2内周面の時計方向の0時の位置と3時の位置との間の領域(第1象限)内に配備されていて、散水口3の向きはスプレーノズルがドラムミキサー2の垂直断面の中心を通り、且つドラムミキサー2内周面の時計方向の6時の位置と9時の位置を結んだ線分Lの略中央に向いた方向である。このように、散水口3の配備位置とその向きを、前述のようにすることは、当業者周知の事実である。
散水口3の散水流量Q(l/min)とは、散水口3から散水される造粒水4の流量のことを指す。
図3に示すように、散水口3の噴霧角θ(°)とは、散水口3を含むドラムミキサー2の垂直断面を考えたときに、その平面内で散水口3のスプレーノズルから散水される造粒水4の噴流が形成する角度のことである。
図3に示すように、散水口3の噴霧角θ(°)とは、散水口3を含むドラムミキサー2の垂直断面を考えたときに、その平面内で散水口3のスプレーノズルから散水される造粒水4の噴流が形成する角度のことである。
なお、スプレーノズル3の噴流がドラムミキサー2の垂直方向から傾く、すなわちドラムミキサー2の径方向を向かないように設置する場合は、重力によりスプレーノズル3の噴流が湾曲するために、ドラムミキサー2垂直方向に向けて噴霧した場合と比べて散水の
広がりが狭くなるため、造粒水4の分散を促すという観点からは適切ではない。
散水口3の散水立体角Ωとは、散水口3から散水される造粒水4の噴流が形成する立体角のことである。
広がりが狭くなるため、造粒水4の分散を促すという観点からは適切ではない。
散水口3の散水立体角Ωとは、散水口3から散水される造粒水4の噴流が形成する立体角のことである。
立体角とは、3次元での流体・光などの広がりを表現するために数学的に定義されているものであって、その定義は「半径1の球を考えたときに、ある1点からの広がりが半径1の球から切り取る面積」であり、単位はステラジアン(Sr)である。
例えば、全方位に広がりを持った立体角は、半径1の球の表面積に相当するので、4πである。ここで、半径d(m)の球を考えた場合に、立体角Ω(Sr)が球から切り取る面積の値はd2Ω(m2)で表わされる。
例えば、全方位に広がりを持った立体角は、半径1の球の表面積に相当するので、4πである。ここで、半径d(m)の球を考えた場合に、立体角Ω(Sr)が球から切り取る面積の値はd2Ω(m2)で表わされる。
立体角は、上述のように3次元での流体・光などの投影面積を定義するものであるため、造粒水4の散水を考えた場合には散水面積に相当する。散水口3からd(m)だけ離れた位置における散水面積は、d2×Ω(m2)で表される。
散水用スプレーノズル3としては、真円状もしくは扇状が一般的であるが、それぞれの散水口3の散水立体角Ωは以下のように計算される。散水立体角Ωの導出式は、下記に示すサイト「kobawiki,立体角(http://be.nucl.ap.titech.ac.jp/~koba/cgi-bin/moin.cgi/%E7%AB%8B%E4%BD%93%E8%A7%92)」に掲載されている。
散水用スプレーノズル3としては、真円状もしくは扇状が一般的であるが、それぞれの散水口3の散水立体角Ωは以下のように計算される。散水立体角Ωの導出式は、下記に示すサイト「kobawiki,立体角(http://be.nucl.ap.titech.ac.jp/~koba/cgi-bin/moin.cgi/%E7%AB%8B%E4%BD%93%E8%A7%92)」に掲載されている。
散水口3を含むドラムミキサー2の垂直断面をどの方向で切断しても、散水口3の噴霧角θが60°の広がりを持つスプレーパターン、すなわち噴霧パターンが真円状であるスプレーノズル3の散水立体角Ωは、下式(2)のように計算される。
一方で、スプレーノズル3の長軸方向の噴霧角θが120°の広がりであり、且つ短軸方向の噴霧角θが30°の広がりであるスプレーパターン、すなわち噴霧パターンが扇状であるスプレーノズル3の散水立体角Ωは、下式(3)のように計算される。
ドラムミキサー2回転数ωと、散水口3の散水距離dと、散水口3の散水流量Qと、ドラムミキサー2の垂直断面に対する散水口3の噴霧角θと、散水口3の散水立体角Ωとの関係を規定する式は、原料更新(原料1がドラムの回転によって攪拌されることで散水口3を向く原料1表面が変わること)1回あたりに単位面積あたりの原料1が受ける造粒水4の量を表現している。
以下に、規定式の導出方法を説明する。
まず、散水口3を含むドラムミキサー2垂直断面における原料1と散水口3の幾何学的関係を考える。なお、原料1と散水口3の幾何学的関係を考えるにあたり、ドラムミキサー2を時計回りに回転している方向から見た場合で説明する。
図4に示すように、ドラムミキサー2内には、通常リフター(図示せず)と呼ばれる掻き上げのための突起が付いているため、ドラムミキサー2内の容積に対する原料1の占積率が4.0%以上9.0%以下の範囲においては、原料1は占積率に依らずドラムミキサー2内周面の時計方向の9時の位置まで持ち上げられ、落下する。
まず、散水口3を含むドラムミキサー2垂直断面における原料1と散水口3の幾何学的関係を考える。なお、原料1と散水口3の幾何学的関係を考えるにあたり、ドラムミキサー2を時計回りに回転している方向から見た場合で説明する。
図4に示すように、ドラムミキサー2内には、通常リフター(図示せず)と呼ばれる掻き上げのための突起が付いているため、ドラムミキサー2内の容積に対する原料1の占積率が4.0%以上9.0%以下の範囲においては、原料1は占積率に依らずドラムミキサー2内周面の時計方向の9時の位置まで持ち上げられ、落下する。
また、当業者常法で操業する(ドラムミキサー2の回転数ωが適正で正常転動されている)と、原料1はドラムミキサー2内周面の時計方向の6時の位置よりも右側(第4象限)には存在しない。すなわち、ドラムミキサー2内の原料1は、ドラムミキサー2内周面の時計方向の6時の位置から9時の位置までの領域(第3象限)内に存在する。
ところで、ドラムミキサー2内の容積に対する原料1の占積率が9%を超えると、原料1はドラムミキサー2内周面の時計方向の6時の位置と9時の位置を結んだ線分L(図4中のS1の領域とS2の領域の境界線)よりも上方(S2の領域側)に原料1が存在するため、原料1が9時の位置まで持ち上げられて落下したときの挙動が異なる。
ところで、ドラムミキサー2内の容積に対する原料1の占積率が9%を超えると、原料1はドラムミキサー2内周面の時計方向の6時の位置と9時の位置を結んだ線分L(図4中のS1の領域とS2の領域の境界線)よりも上方(S2の領域側)に原料1が存在するため、原料1が9時の位置まで持ち上げられて落下したときの挙動が異なる。
その境目となる占積率は、以下の式(4)によって算出することができる。
一方、ドラムミキサー2内の容積に対する原料1の占積率が9%以下であれば、原料1はドラムミキサー2内周面の時計方向の6時の位置と9時の位置を結んだ線分Lの左下方(S1の領域内)に全て存在する。
このとき、このドラムミキサー2内周面の時計方向の6時の位置と9時の位置を結んだ線分Lにおける造粒水4の散水状態は、原料1が受ける散水の状態(造粒水4の添加状態)に極めて近いものである。このため、この線分L上における造粒水4の散水状態が、実際に原料1が受ける散水の状態と見なすことができる。
このとき、このドラムミキサー2内周面の時計方向の6時の位置と9時の位置を結んだ線分Lにおける造粒水4の散水状態は、原料1が受ける散水の状態(造粒水4の添加状態)に極めて近いものである。このため、この線分L上における造粒水4の散水状態が、実際に原料1が受ける散水の状態と見なすことができる。
図5に示すように、ドラムミキサー2内周面の時計方向の6時の位置と9時の位置を結んだ線分Lの長さは、以下の下式(5)によって算出することができる。
次に、散水口3から散水される造粒水4の噴流の幾何学的関係を考える。
図6に示すように、造粒水4の噴流は、1つの散水口3から噴霧角θの角度を形成しているから、ドラムミキサー2内周面の時計方向の6時の位置と9時の位置を結んだ線分上における噴流の幅L’は、下式(6)で表される。
図6に示すように、造粒水4の噴流は、1つの散水口3から噴霧角θの角度を形成しているから、ドラムミキサー2内周面の時計方向の6時の位置と9時の位置を結んだ線分上における噴流の幅L’は、下式(6)で表される。
また、このとき原料1表面上で噴流が存在する領域における散水の密度Q’は、散水口3の散水流量Qを散水口3の散水面積で除せばよいから、散水口3の散水立体角Ωを用いて、下式(7)で表される。
ここで、「造粒機内での転動に伴い、原料1表面が1回更新されるまでの間に、原料1表面における単位面積当たりが受ける添加水(造粒水4)の総量」を考える。
図7に示すように、原料1平面は、ドラムミキサー2が1/4回転したときに上方が崩れ更新されるから、その更新周期Tは、ドラムミキサー2の回転数ωを用いて、下式(8)で表される。
図7に示すように、原料1平面は、ドラムミキサー2が1/4回転したときに上方が崩れ更新されるから、その更新周期Tは、ドラムミキサー2の回転数ωを用いて、下式(8)で表される。
その間、原料1が造粒水4を受けている時間は、原料1平面の更新周期Tに、ドラムミキサー2内周面の時計方向の6時の位置と9時の位置を結んだ線分の長さL(m)と、ドラムミキサー2内周面の時計方向の6時の位置と9時の位置を結んだ線分L上における噴流の幅L’(m)の比をかければよいから、下式(9)で計算できる。
よって、「造粒機内での転動に伴い、原料面が1回更新されるまでの間に、原料1表面における単位面積当たりが受ける添加水(造粒水4)の総量」は、原料1が造粒水4を受けている時間と散水の密度の積を取ればよいから、下式(10)で計算できる。
図8に示すように、焼結鉱製造用原料1の製造方法における種々の実験の結果、式(1)に対する粗大粒比率の関係は以下のようになった。
本発明の焼結鉱製造用原料1の製造方法を用いて焼結鉱製造用原料1を製造する、すなわち式(10)が1.10より小さい値をとると、粗大粒比率が5.0質量%以下となった。一方で、式(10)が1.10より大きい値をとってしまうと、粗大粒比率が5.0質量%より多くなってしまい、粗大粒が多い原料が生成されてしまうこととなった[比較例i)、比較例ii)]。
本発明の焼結鉱製造用原料1の製造方法を用いて焼結鉱製造用原料1を製造する、すなわち式(10)が1.10より小さい値をとると、粗大粒比率が5.0質量%以下となった。一方で、式(10)が1.10より大きい値をとってしまうと、粗大粒比率が5.0質量%より多くなってしまい、粗大粒が多い原料が生成されてしまうこととなった[比較例i)、比較例ii)]。
また、本実施形態の原料1の製造方法で製造した擬似粒子と、別系統で造粒した擬似粒子を混合して下表に示す配合の焼結鉱原料1を作製し、焼結鍋試験(予備実験)を行った。
表1に、焼結鍋試験における原料1の配合条件示す。なお、表1に示す返鉱は、返鉱と粉コークスを除く原料1に対する外数である。また、表1に示す粉コークスは、粉コークスを除く原料1に対する外数である。また、表1に示したA鉱石、B鉱石、C鉱石、珪石、石灰石、返鉱等の成分は、後述する表7と同じである。
表1に、焼結鍋試験における原料1の配合条件示す。なお、表1に示す返鉱は、返鉱と粉コークスを除く原料1に対する外数である。また、表1に示す粉コークスは、粉コークスを除く原料1に対する外数である。また、表1に示したA鉱石、B鉱石、C鉱石、珪石、石灰石、返鉱等の成分は、後述する表7と同じである。
また、焼結鍋試験の方法は、A鉱石83質量%、生石灰2質量%、返鉱15質量%としてドラムミキサー2で造粒した擬似粒子と、A鉱石を使用せずに造粒したその他原料を混合して、上記配合表の原料1を作製した。
また、焼結鍋試験おいては、図12に示すバッチ式の焼結鍋試験装置5を用いて行った。図12に示すように、焼結試験装置は、焼結原料1が装入される焼結鍋6と、焼結鍋6の底部に設けられた風箱7とを有している。風箱7には、配管8等を介して吸引機9(排風機)が接続されており、配管8には除塵器10も接続されている。
また、焼結鍋試験おいては、図12に示すバッチ式の焼結鍋試験装置5を用いて行った。図12に示すように、焼結試験装置は、焼結原料1が装入される焼結鍋6と、焼結鍋6の底部に設けられた風箱7とを有している。風箱7には、配管8等を介して吸引機9(排風機)が接続されており、配管8には除塵器10も接続されている。
焼結鍋試験の方法を下記に示す。
本実施形態の焼結鍋試験では、直径が300mm、高さが590mmの円筒状の焼結鍋6に、パレット保護用床敷きとして粒径10〜20mmの焼結鉱を装入する。装入された焼結鉱の上部に鉄鉱石、石灰石等の副原料、凝固剤としてコークス、粒径5mm以下の焼結返鉱のそれぞれを混合、造粒した原料1を装入した。
本実施形態の焼結鍋試験では、直径が300mm、高さが590mmの円筒状の焼結鍋6に、パレット保護用床敷きとして粒径10〜20mmの焼結鉱を装入する。装入された焼結鉱の上部に鉄鉱石、石灰石等の副原料、凝固剤としてコークス、粒径5mm以下の焼結返鉱のそれぞれを混合、造粒した原料1を装入した。
なお、焼結鉱原料1の装入にあたっては、図13に示すスローピングシュート式の装入装置11を用いて装入を行った。この装入装置11は、焼結鉱原料等の原料1を収容するホッパー12と、原料1を所定量切り出すドラムフィーダ13と、原料1を移動台車14に向けて案内するシュート15とを有している。移動台車14に焼結鍋6を入れて移動台車14をシュート15の下部に移動させることにより、焼結鉱原料1等を焼結鍋6に装入することができる。
焼結鍋6に原料1を装入後、点火バーナーで原料1の充填層表面に着火した後、風箱7に接続された吸引機9(排風機)で吸引圧15.7kPa一定の条件で空気を吸引して原料1中のコークスを燃焼させ、焼成した。焼成終了は、鍋直下の温度計が最高温度に到達した時刻とした。
次に、焼成した焼結ケーキを落下強度試験装置(JIS−M8711−1993)を用いて、床敷きを除いた焼成物全量を2mの高さから4回落下させ、10mm以上として残ったものを成品とした。焼結鍋6の面積と焼成時間、成品量から、単位面積あたりの生産性(t/h/m2)を算出した。
次に、焼成した焼結ケーキを落下強度試験装置(JIS−M8711−1993)を用いて、床敷きを除いた焼成物全量を2mの高さから4回落下させ、10mm以上として残ったものを成品とした。焼結鍋6の面積と焼成時間、成品量から、単位面積あたりの生産性(t/h/m2)を算出した。
表2に、上記に述べた焼結鍋6の試験結果を示す。図9に、原料1の粗大粒比率とその生産性の関係を示す。C型粒子とは、粗粒の核の周りに微粉が被覆されたもので、通称C(Composite)型擬似粒子と呼ばれる。なお、粗粒の核とは1.0mm以上の径の原料1を指し、微粉とは1.0mmより小さい径の原料1を指す。
図9を参照するに、粗大粒生成量(比率)が5.0質量%を超えると、有意に生産性が低下していることが分かる。
以上の種々の実験の結果より、式(10)が1.10を下回るようにドラムミキサー運転条件、散水条件を設定し、粗大粒比率を5.0質量%以下に抑制すれば、焼結鉱原料1の生産性を低下させることなく微粉原料を使用することができる。
[第2実施形態]
以下に、本発明の焼結鉱製造用原料1の製造方法の第2実施形態について、図を基に説明する。
以上の種々の実験の結果より、式(10)が1.10を下回るようにドラムミキサー運転条件、散水条件を設定し、粗大粒比率を5.0質量%以下に抑制すれば、焼結鉱原料1の生産性を低下させることなく微粉原料を使用することができる。
[第2実施形態]
以下に、本発明の焼結鉱製造用原料1の製造方法の第2実施形態について、図を基に説明する。
第2実施形態における焼結鉱製造用原料1の製造方法は、ドラムミキサー2を用いて焼結鉱製造用原料1を製造するにあたり、粒度が250μm以下の粒子が全体の80質量%以上を占める微粉鉱石が、焼結鉱製造用原料1の40質量%以上を占め、ドラムミキサー2内の容積に対する焼結鉱製造用原料1の占積率を4.0%以上9.0%以下であり、ドラムミキサー2内に配備されている散水口3を少なくとも1つ以上使用して水またはスラリー水(造粒水4)を散水する際に、ドラムミキサー2回転数と、散水口3の散水距離と、散水口3の散水流量と、ドラムミキサー2の垂直断面に対する散水口3の噴霧角と、散水口3の散水立体角との関係を下式(1)を満たすことが、第1実施形態と略同様である。
一方で、本発明の第2実施形態においては、上記の式(1)を満たし、且つ散水口3から散水距離だけ離れた位置における、ザウター平均粒径で規定される水またはスラリー水の液滴平均径が1500μm以下としている点が、第1実施形態と異なる。
本実施形態の特徴である造粒水4の液滴平均径について、図を基に説明する。なお、以降の説明において、本発明の第1実施形態と略同じ過程に関しては説明を省略する。
本実施形態の特徴である造粒水4の液滴平均径について、図を基に説明する。なお、以降の説明において、本発明の第1実施形態と略同じ過程に関しては説明を省略する。
液滴平均径とは、散水される造粒水4の平均的な粒径のことを指す。なお、液滴平均径の定義は種々あり、例えば個数直径平均粒径、個数表面積平均粒径、個数体積平均粒径、体積表面積平均粒径(ザウター平均粒径)などが挙げられる。
このうち、本発明においては、液滴分布のうち比較的大きい液滴の影響が大きい場合に採用する指標であるザウター平均粒径を採用している。このザウター平均粒径は、以下の式(11)で算出する。
このうち、本発明においては、液滴分布のうち比較的大きい液滴の影響が大きい場合に採用する指標であるザウター平均粒径を採用している。このザウター平均粒径は、以下の式(11)で算出する。
なお、スプレーノズル3による液滴分布は、一般的に山型もしくは粗粒化に伴い減少する漸近線の形状をしており、分布形状は大きく変更することのできない性格のものである。
造粒水4の液滴径の測定方法としては、PDA(Phase Doppler Anenometer)法が一般的であり、本実験においても採用した。PDA法とは、散水流に対して2本のレーザー光を交差させ、形成された干渉縞を通過した粒子により生じた散乱光を、複数の受光器で感知した時の位相差から粒子径を算出する方法である。
造粒水4の液滴径の測定方法としては、PDA(Phase Doppler Anenometer)法が一般的であり、本実験においても採用した。PDA法とは、散水流に対して2本のレーザー光を交差させ、形成された干渉縞を通過した粒子により生じた散乱光を、複数の受光器で感知した時の位相差から粒子径を算出する方法である。
次に、散水口3から散水距離だけ離れた位置における、造粒水4の液滴平均径がザウター平均粒径の規定で1500μm以下としている理由を説明する。
造粒水4の液滴径を小さくすると、水の分散をより促すことができるので、微粉のみから形成されるペレットを低減させることができる。
さて、焼結プロセスにおける擬似粒子は、参考文献「肥田ら、鉄と鋼 68巻(1982) 第3号 p32)」によれば、原料1の賦存状態に応じて大きく3つのタイプに分類される。
造粒水4の液滴径を小さくすると、水の分散をより促すことができるので、微粉のみから形成されるペレットを低減させることができる。
さて、焼結プロセスにおける擬似粒子は、参考文献「肥田ら、鉄と鋼 68巻(1982) 第3号 p32)」によれば、原料1の賦存状態に応じて大きく3つのタイプに分類される。
1つ目のタイプは、原料1が造粒されずに単体で残っているもので、通称S(Single)型擬似粒子(単にS型粒子と呼ぶこともある)と呼ばれる。
2つ目のタイプは、上述したC型粒子である。
3つ目のタイプは、微粉鉱石のみで構成されたもので、通称P(Pellet)型擬似粒子(単にP型粒子と呼ぶこともある)と呼ばれる。すなわち、P型粒子は1.0mm以下の原料1のみから構成される。
2つ目のタイプは、上述したC型粒子である。
3つ目のタイプは、微粉鉱石のみで構成されたもので、通称P(Pellet)型擬似粒子(単にP型粒子と呼ぶこともある)と呼ばれる。すなわち、P型粒子は1.0mm以下の原料1のみから構成される。
なお、上記の参考文献では、粉コークスの賦存状態に着目して、焼結プロセスにおける擬似粒子を分類しているため、同文献中においては核が粉コークスであり、多少の微粉が粉コークスに付着しているものをS型粒子、粉コークスが少しの付着粉も纏わず存在しているものをS’型 擬似粒子と分類しているが、粒度のみによる擬似粒子の分類を考えた場合には、上記分類が適切と考えられる。
また、実際の焼結プロセスにおいては、純粋なS型粒子は存在しない。つまり、焼結プロセスにおける擬似粒子は、C型粒子もしくはP型粒子に分類される。これは、当業者周知の事実である。
C型およびP型の擬似粒子の判別は、水洗いにより、1mm以上の核が存在するかどうかを調べればよい。
C型およびP型の擬似粒子の判別は、水洗いにより、1mm以上の核が存在するかどうかを調べればよい。
具体的には、C型およびP型の擬似粒子の判別方法は、以下に述べるパラメータの定義に基づくとよい。
擬似粒子の粒径に関して、「粉体工学便覧(粉体工学会編,日刊工業新聞社,初版(昭和61年2月28日),P.1)」によれば、「粉体は、色々な大きさを持つ多くの粒子からなるが
、この構成粒子群の平均的な大きさの概念を粒度と呼び、個々の粒子の大きさの代表寸法を粒子径と呼ぶ。実際の粒子は複雑な形状を有するために、球や直方体などの単純なものに還元した代表寸法が用いられる。」と記されている。このことから、粒径は粒子径とも表し、粒子の大きさを指す代表寸法である。
擬似粒子の粒径に関して、「粉体工学便覧(粉体工学会編,日刊工業新聞社,初版(昭和61年2月28日),P.1)」によれば、「粉体は、色々な大きさを持つ多くの粒子からなるが
、この構成粒子群の平均的な大きさの概念を粒度と呼び、個々の粒子の大きさの代表寸法を粒子径と呼ぶ。実際の粒子は複雑な形状を有するために、球や直方体などの単純なものに還元した代表寸法が用いられる。」と記されている。このことから、粒径は粒子径とも表し、粒子の大きさを指す代表寸法である。
また、粒子径測定方法の一つに「篩い分け法」がある。見開きの分かった大小2種の篩いによって粉体を分けると、細かい方の篩い網の上に残った粒子群は二つの目開きの間の大きさを有する。ここで、篩い目の上に残ったものを篩目寸法を超える粒径、通過したものを篩目寸法以下の粒径と定義する。
粗大粒比率に関しては、粗大粒を測定する方法として、篩目10mmの篩いを用いて篩分けを実施し、全体重量に対し篩いを通過せずに残ったものの割合を粗大粒比率(質量%)とした。
粗大粒比率に関しては、粗大粒を測定する方法として、篩目10mmの篩いを用いて篩分けを実施し、全体重量に対し篩いを通過せずに残ったものの割合を粗大粒比率(質量%)とした。
篩分け法では、測定困難な微粉鉱石の粒度分布測定には、レーザー回折・散乱式粒子径・粒度分布測定装置(日機装株式会社製 Microtrac FRA)を用いた。これは、粒子に照射された光のミー散乱の回折光強度分布と粒径の関係から、粒子を球とした粒径毎の体積比率を求めるものである。粒子の密度一定と考えれば、質量比率は体積比率に等しい。
測定の結果、全体重量に対して80質量%以上の粒子が粒径250μm以下である鉱石を微粉鉱石とした。
測定の結果、全体重量に対して80質量%以上の粒子が粒径250μm以下である鉱石を微粉鉱石とした。
C型粒子比率に関しては、擬似粒子内部に粒径1mm以上の核が存在するものの個数割合をC型粒子比率とした。例えば、「鉄鋼便覧第5版」に記載があるように、粒径1mm以上の粒子を核とみなすことは一般的である。
粒径の測定は、以下の(1)〜(6)に述べる方法で行った。
(1)製造した擬似粒子を、1mm、3mm、5mm、8mm、10mmの篩いによって1mm以上3mm未満、3mm以上5mm未満、5mm以上8mm未満、8mm以上10mm未満に篩分ける。
粒径の測定は、以下の(1)〜(6)に述べる方法で行った。
(1)製造した擬似粒子を、1mm、3mm、5mm、8mm、10mmの篩いによって1mm以上3mm未満、3mm以上5mm未満、5mm以上8mm未満、8mm以上10mm未満に篩分ける。
(2)それぞれの粒度分布を持つ擬似粒子を、直径10mmの円形の窪みを238箇所設けたアクリル製の容器に1つずつ入れる。
(3)その容器の上方から網目1mmの網を被せて固定し、擬似粒子が窪みから出ないようにする。
(4)高水圧スプレーノズル3を用いて網の上から擬似粒子の水洗いをし、擬似粒子中の微粉を取り除く。
(3)その容器の上方から網目1mmの網を被せて固定し、擬似粒子が窪みから出ないようにする。
(4)高水圧スプレーノズル3を用いて網の上から擬似粒子の水洗いをし、擬似粒子中の微粉を取り除く。
(5)網を外して、窪みの中に残った核の個数を調べてC型粒子の個数割合を算出する。
(6)(2)〜(5)の操作をそれぞれの粒度分布を持つ擬似粒子に対して行い、篩分け時の重量分率を用いて加重平均をとって、全体のC型擬似粒子割合を算出する。
以上述べたパラメータの定義に基づいて、C型およびP型の擬似粒子の判別を行うこととする。
(6)(2)〜(5)の操作をそれぞれの粒度分布を持つ擬似粒子に対して行い、篩分け時の重量分率を用いて加重平均をとって、全体のC型擬似粒子割合を算出する。
以上述べたパラメータの定義に基づいて、C型およびP型の擬似粒子の判別を行うこととする。
さて、250μm以下(P型粒子)の原料のみから構成される原料、すなわち第1実施形態の製造方法で製造された原料1も、焼結反応に有利ではあるが、さらに焼結反応に有利な擬似粒子形態としては、P型粒子が可能な限り少なく、その代わりにC型粒子を多くするとよいことがわかった。
C型粒子を多くする理由としては、C型粒子の強度が構造的にP型粒子より有利であるため、焼結機への搬送過程で崩壊し、焼結層内の通気を悪化させることを抑制することが可能となるためである。
C型粒子を多くする理由としては、C型粒子の強度が構造的にP型粒子より有利であるため、焼結機への搬送過程で崩壊し、焼結層内の通気を悪化させることを抑制することが可能となるためである。
また、C型粒子は、付着粉層にのみ酸素拡散および熱伝導が行なわれれば、焼結反応が進行するが、P型粒子は、中心部まで酸素拡散および熱伝導が行なわれる必要があり、焼結反応速度の面からもC型粒子に比べて不利であることが明らかである。
このため、焼結鉱原料1の造粒においては、P型粒子を低減することが課題となる。
そこで、本願発明者らは、鋭意研究の結果、P型粒子は散水時の液滴径が大きい場合、粗大な液滴が微粉を巻き込むことで生成するものであることを知見した。加えて、ドラムミキサー2内における造粒水4を散水する時に、造粒水4の液滴径を小さくすることで、原料1の賦存状態を改善し、P型粒子の生成量を低減できることも発見した。
このため、焼結鉱原料1の造粒においては、P型粒子を低減することが課題となる。
そこで、本願発明者らは、鋭意研究の結果、P型粒子は散水時の液滴径が大きい場合、粗大な液滴が微粉を巻き込むことで生成するものであることを知見した。加えて、ドラムミキサー2内における造粒水4を散水する時に、造粒水4の液滴径を小さくすることで、原料1の賦存状態を改善し、P型粒子の生成量を低減できることも発見した。
以上、粗大な液滴による局所的な水分の偏りが原因で生成されるP型粒子を抑制するという観点から、液滴の大きさを表現する指標としては、粗大な液滴を表現することのできる先述のザウター平均粒径を採用するのが最も好ましい。
図10に示すように、焼結鉱製造用原料1の製造方法における実験の結果、液滴平均径とC型粒子比率の関係は以下のようになった。
図10に示すように、焼結鉱製造用原料1の製造方法における実験の結果、液滴平均径とC型粒子比率の関係は以下のようになった。
本発明の焼結鉱製造用原料の製造方法を用いて原料1を製造する、すなわち上記の式(1)を満たし、且つ散水口3から散水距離だけ離れた位置における、ザウター平均粒径で規定される造粒水4の液滴平均径が1500μm以下とすると、C型粒子比率が70質量%以上となった。なお、比較例i)は、上記で述べたように粗大粒比率が5.0質量%より多くなっているので、適用外である。
ここで、表に示す配合の焼結原料1を作製し、焼結鍋試験(予備実験)を行った。
表3に、焼結鍋試験における原料1の配合条件を示す。
表3に、焼結鍋試験における原料1の配合条件を示す。
なお、焼結鍋試験の方法及び試験条件は、第1実施形態で述べた方法と同様であるため、説明は省略する。
表4に、上記に述べた焼結鍋6の試験結果を示す。図11に、原料1のC型粒子比率とその生産性の関係を示す。
表4に、上記に述べた焼結鍋6の試験結果を示す。図11に、原料1のC型粒子比率とその生産性の関係を示す。
表4及び図11に示すように、粗大粒比率が5.0質量%以下であってもC型粒子比率が70質量%を下回ると、生産性が低下していることが分かる。
以上の種々の実験の結果より、特に、C型粒子及びP型粒子(焼結鉱製造用原料)を製造して、当該C型粒子及びP型粒子を用いて焼結を行うにあたっては、式(1)を満たすようにすることによって粗大粒比率を5.0質量%以下とし、且つ、液滴平均径を1500μm以下にすることによってC型粒子比率を70質量%以上とすることにより、高生産性(1.50t/h/m2)を維持することができる。
以上の種々の実験の結果より、特に、C型粒子及びP型粒子(焼結鉱製造用原料)を製造して、当該C型粒子及びP型粒子を用いて焼結を行うにあたっては、式(1)を満たすようにすることによって粗大粒比率を5.0質量%以下とし、且つ、液滴平均径を1500μm以下にすることによってC型粒子比率を70質量%以上とすることにより、高生産性(1.50t/h/m2)を維持することができる。
以下に、本発明の焼結鉱製造用原料1の製造方法の実施例について、図と表に基づいて説明する。
まず、本発明の原料1の製造方法における実施例の実施条件について、以下に述べる。
図14に示すように、第1の実施条件として、内周径が3500mm、長さが21300mmのドラムミキサー2を用い、その回転数ωを、5rpm〜6rpmとした。また、散水口3のスプレーノズルにおける噴霧パターンを、真円状で、且つ広がり角度を60°とした。また、各スプレーノズル3の噴流が重ならないように、散水口3を3個配備した。
まず、本発明の原料1の製造方法における実施例の実施条件について、以下に述べる。
図14に示すように、第1の実施条件として、内周径が3500mm、長さが21300mmのドラムミキサー2を用い、その回転数ωを、5rpm〜6rpmとした。また、散水口3のスプレーノズルにおける噴霧パターンを、真円状で、且つ広がり角度を60°とした。また、各スプレーノズル3の噴流が重ならないように、散水口3を3個配備した。
図15に示すように、第2の実施条件として、内周径が4200mm、長さが22000mmのドラムミキサー2を用い、その回転数ωを、4rpm〜5rpmとした。また、散水口3のスプレーノズルにおける噴霧パターンを、扇状で、且つ長軸方向の広がり角度を120°、短軸方向の広がり角度を30°とした。各スプレーノズル3の噴流が重ならないように、散水口3を2個配備した。
なお、第1及び第2の実施条件ともに、原料1がドラムミキサー2内に装入されてから、散水されるまでの距離(給鉱側からの距離)が2100mmとなるように、1つ目の散水口3(スプレーノズル)を配備した。また、鉄鉱石の含水分は、事前に5.0(質量)%〜6.0(質量)%の範囲であることを確認し、実験を行った。
表5、表6に、実施例における使用原料の粒度分布を示す。表5は、篩いによる測定の結果を示している。表6は、マイクロトラックによる測定の結果を示している。
表5、表6に、実施例における使用原料の粒度分布を示す。表5は、篩いによる測定の結果を示している。表6は、マイクロトラックによる測定の結果を示している。
表7に、実施例における使用原料の化学成分を示す。なお、実施例においては、A鉱石及びB鉱石を微粉原料としている。
表5〜表7より、本発明で用いる微粉鉱石を、粒度が250μm以下の粒子が全体の80質量%以上を占めるものとした。また、過去の実績データなどを基に行った種々の実験結果より、本発明で製造される焼結鉱製造用原料1の40質量%以上、この微粉鉱石を占めることとした。
表8、表9に、本発明で製造された使用原料の測定結果を示す(実施例)。
表8、表9に、本発明で製造された使用原料の測定結果を示す(実施例)。
表8、表9の実施例1を参照すると、ドラムミキサー2内の容積に対する原料1の占積率は4.03%である。また、式(1)の値が1.03であるので、1.10未満を満たしている。さらに、散水口3から散水距離だけ離れた位置dにおける、ザウター平均粒径で規定される造粒水4の液滴平均径が1000μmであるので、1500μm以下を満たしている。
その結果、粗大粒比率が4.3質量%となり、5.0質量%以下を満たすこととなる。また、C型粒子比率が78質量%となり、70質量%以上を満たすこととなる。
また、実施例2を参照すると、ドラムミキサー2内の容積に対する原料1の占積率は4.03%である。また、式(1)の値が0.42であるので、1.10未満を満たしている。さらに、散水口3から散水距離だけ離れた位置dにおける、ザウター平均粒径で規定される造粒水4の液滴平均径が1000μmであるので、1500μm以下を満たしている。
また、実施例2を参照すると、ドラムミキサー2内の容積に対する原料1の占積率は4.03%である。また、式(1)の値が0.42であるので、1.10未満を満たしている。さらに、散水口3から散水距離だけ離れた位置dにおける、ザウター平均粒径で規定される造粒水4の液滴平均径が1000μmであるので、1500μm以下を満たしている。
その結果、粗大粒比率が0.6質量%となり、5.0質量%以下を満たすこととなる。また、C型粒子比率が80質量%となり、70質量%以上を満たすこととなる。
以降、実施例3〜実施例42まで、同様に、本発明で規定した閾値を満たしている。 その結果、実施例3〜実施例42の粗大粒比率及びC型粒子比率も、閾値を満たしている。
以降、実施例3〜実施例42まで、同様に、本発明で規定した閾値を満たしている。 その結果、実施例3〜実施例42の粗大粒比率及びC型粒子比率も、閾値を満たしている。
以上の結果より、粗大粒比率が5.0質量以下(○印)で、且つC型粒子比率が70質量%以上(○印)になると、明らかに生産性が向上したことがわかった。
以上より、本発明を用いることで、粗大ペレットおよび核のないペレットを低減して焼結鉱製造用原料1の粒度および賦存状態を改善することで、焼結ベッドにおける通気性および歩留を改善して生産性を向上させることができる。
以上より、本発明を用いることで、粗大ペレットおよび核のないペレットを低減して焼結鉱製造用原料1の粒度および賦存状態を改善することで、焼結ベッドにおける通気性および歩留を改善して生産性を向上させることができる。
表10〜表12に、本発明と対比するために製造された使用原料の測定結果を示す(比較例)。なお、表10、11の比較例は、式(1)が1.1以上で且つ液滴平均径が1500μm以下であるものである。また、表12の比較例は、式(1)が1.1未満で且つ液滴平均径が1500μm以上であるものである。
表10、表11の比較例43を参照すると、式(1)の値が1.23であるので、1.10未満を満たしていない。その結果、粗大粒比率が8.2質量%となり、5.0質量%以下を満たしていない。
また、表12の比較例71を参照すると、散水口3から散水距離だけ離れた位置dにおける、ザウター平均粒径で規定される造粒水4の液滴平均径が1612μmであるので、1500μm以下を満たしていない。その結果、C型粒子比率が57質量%となり、70質量%以上を満たしていない。
また、表12の比較例71を参照すると、散水口3から散水距離だけ離れた位置dにおける、ザウター平均粒径で規定される造粒水4の液滴平均径が1612μmであるので、1500μm以下を満たしていない。その結果、C型粒子比率が57質量%となり、70質量%以上を満たしていない。
以降、比較例44〜比較例70、比較例72まで、同様に、本発明で規定したいずれかの閾値を満たしていない。その結果、比較例45〜比較例70の粗大粒比率及びC型粒子比率のいずれかも、閾値を満たしていない。
ゆえに、比較例43〜比較例72においては、焼結鉱製造用に不適な粗大なペレットが生成されることとなる。
ゆえに、比較例43〜比較例72においては、焼結鉱製造用に不適な粗大なペレットが生成されることとなる。
ここで、表13に、表9、表11から抜粋した複数の粗大粒比率の値を示す。
粗大粒比率に関して、造粒後の擬似粒子に粗大粒が存在すると、原料層の空隙率が低下し、通気性が悪化することで生産性が低下する。また、擬似粒子の適正粒径は1mm〜10mm程度であるため、+10mmの粒子を粗大粒とみなすことができる。さらに、粗大粒比率が5.0質量%を超えると、生産性に明らかな低下傾向が見られた。
表14に、表9、表11から抜粋した複数のC型粒子比率の値を示す。
表14に、表9、表11から抜粋した複数のC型粒子比率の値を示す。
C型粒子比率に関して、微粉のみから構成されるP型擬似粒子は、比較的構造的強度が低く、焼結層内での擬似粒子内部への伝熱速度の面でも不利であるため、可能な限り少ないことが望ましい。そのため、1mm以上の核が存在するC型擬似粒子が可能な限り多いことが望ましい。それ故、C型粒子比率が70質量%以下になると、生産性に明らかな低下傾向が見られた。
なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する領域を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。
1 焼結鉱製造用原料
2 ドラムミキサー
3 散水口(スプレーノズル)
4 造粒水(添加水)
5 焼結鍋試験装置
6 焼結鍋
7 風箱
8 配管
9 吸引機(排風機)
10 除塵器
11 スローピングシュート式の装入装置
12 ホッパー
13 ドラムフィーダ
14 移動台車
15 シュート
2 ドラムミキサー
3 散水口(スプレーノズル)
4 造粒水(添加水)
5 焼結鍋試験装置
6 焼結鍋
7 風箱
8 配管
9 吸引機(排風機)
10 除塵器
11 スローピングシュート式の装入装置
12 ホッパー
13 ドラムフィーダ
14 移動台車
15 シュート
Claims (2)
- ドラムミキサーを用いて焼結鉱製造用原料を製造するにあたり、
粒度が250μm以下の粒子が全体の80質量%以上を占める微粉鉱石が、前記焼結鉱製造用原料の40質量%以上を占め、
前記ドラムミキサー内の容積に対する前記焼結鉱製造用原料の占積率を4.0%以上9.0%以下であり、
前記ドラムミキサー内に配備されている散水口を少なくとも1つ以上使用して水またはスラリー水を散水する際に、
前記ドラムミキサー回転数と、前記散水口の散水距離と、前記散水口の散水流量と、前記ドラムミキサーの垂直断面に対する前記散水口の噴霧角と、前記散水口の散水立体角との関係が式(1)を満たすことを特徴とする焼結鉱製造用原料の製造方法。
- ドラムミキサーを用いて焼結鉱製造用原料を製造するにあたり、
粒度が250μm以下の粒子が全体の80質量%以上を占める微粉鉱石が、前記焼結鉱製造用原料の40質量%以上を占め、
前記ドラムミキサー内の容積に対する前記焼結鉱製造用原料の占積率を4.0%以上9.0%以下であり、
前記ドラムミキサー内に配備されている散水口を少なくとも1つ以上使用して水またはスラリー水を散水する際に、
前記ドラムミキサー回転数と、前記散水口の散水距離と、前記散水口の散水流量と、前記ドラムミキサーの垂直断面に対する前記散水口の噴霧角と、前記散水口の散水立体角との関係が式(1)を満たし、且つ、前記散水距離の位置における、ザウター平均粒径で規定される前記水またはスラリー水の液滴平均径が1500μm以下であることを特徴とする焼結鉱製造用原料の製造方法。
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-
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- 2015-03-17 JP JP2015053540A patent/JP2016172903A/ja active Pending
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