JP2017039985A

JP2017039985A - 焼結鉱の製造方法

Info

Publication number: JP2017039985A
Application number: JP2015163284A
Authority: JP
Inventors: 友司岩見; Tomoji Iwami; 大山　伸幸; Nobuyuki Oyama; 伸幸大山; 山本　哲也; Tetsuya Yamamoto; 哲也山本; 一洋岩瀬; Kazuhiro Iwase
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2035-08-21
Also published as: WO2017033395A1; JP6406169B2

Abstract

【課題】液体燃料は、微粒化されて空気とともに装入層に吸引されるが、装入層に吸引される際に装入層上層の低温領域に付着して気化せず燃焼しない液体燃料が存在し、液体燃料の燃焼効率が悪くなる、という課題があった。【解決手段】循環移動するパレット上に鉄鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成し、形成した装入層の炭材に点火炉で点火し、前記パレットの下方に配設したウインドボックスで空気を吸引することにより、焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、前記装入層を焼結する際に、酸素と空気と液体燃料とを、前記空気の酸素富化率を４〜１０体積％にし、前記液体燃料の粒径を前記液体燃料用スプレーノズルで１００μｍ以下に微粒化して、前記装入層の上部から供給することを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、下方吸引式のドワイトロイド（ＤＬ）焼結機を用いて粉状の原料を塊成化し、高炉原料に適した焼結鉱の製造方法に関するものである。

高炉製銑法の主原料である焼結鉱は、一般に、鉄鉱石粉、製鉄所内回収粉、焼結鉱篩下粉、石灰石及びドロマイトなどの含ＣａＯ原料、生石灰等の造粒助剤、粉コークスや無煙炭などの炭材（固体燃料）を原料として無端移動床型火格子式焼結機であるドワイトロイド（ＤＬ）焼結機（以下、単に「焼結機」と記載する）を用いて製造される。焼結鉱の原料は、ドラムミキサー等により適量の水を加えながら混合、続いて造粒され、３．０〜６．０ｍｍの平均径を有する擬似粒子である焼結原料が形成される。形成された焼結原料は、乾燥後、焼結機の無端移動式のパレット上に装入され、焼結ベッドとも呼ばれる装入層が形成される。装入層の厚さ（高さ）は４００〜８００ｍｍ前後である。その後、装入層の上方に設置された点火炉により、この装入層中の炭材に点火する。パレットの下に配設されているウインドボックスを介して空気を下方に吸引することにより、装入層中の炭材は順次に燃焼し、その燃焼はパレットの移動につれて次第に下層にかつ前方に進行する。このときに発生する燃焼熱によって、焼結原料が燃焼、溶融し、焼結ケーキが生成する。その後、得られた焼結ケーキは、破砕後クーラーで冷却されて、整粒され、所定粒度（例えば、５．０ｍｍ以上）の塊成物からなる成品焼結鉱として回収される。

焼結機の生産量（ｔ／ｈ）は、一般に、焼結生産率（ｔ／（ｍ^２・ｈ））×焼結機面積（ｍ^２）により決定される。即ち、焼結機の生産量は、焼結機の機幅や機長、原料堆積層の厚さ（装入層厚さ）、焼結原料の嵩密度、焼結（燃焼）時間、歩留などにより変化する。そして、焼結鉱の生産量を増加させるには、装入層の通気性（圧損）を改善して焼結時間を短縮する、あるいは、破砕前の焼結ケーキの冷間強度を高めて歩留を向上することなどが有効であると考えられている。

図１は、厚さが６００ｍｍの装入層中を移動する燃焼（火炎）前線が、該装入層のパレット上約４００ｍｍ（装入層表面から２００ｍｍ）の位置にあるときにおける装入層内の圧損と温度の分布を示したものである。このときの圧損分布は、湿潤帯におけるものが約６０％、燃焼・溶融帯におけるものが約４０％である。なお、湿潤帯は、装入層中に含まれる水分が炭材の燃焼によって気化し下方に吸引され、温度が上昇していない装入層下層において濃縮することによって形成する。

図２は、焼結鉱の高生産時と低生産時の装入層内の温度分布を示したものである。原料粒子が溶融し始める１２００℃以上の温度に保持される時間（以降、「高温域保持時間」と称する）を、低生産の場合をｔ１、生産性を重視した高生産の場合をｔ２で表している。高生産の場合、パレットの移動速度が上がるので、高温域保持時間ｔ２は、低生産場合の高温域保持時間ｔ１と比べて短くなる。高温域保持時間が短くなると焼成不足となって、焼結鉱の冷間強度は低下し、歩留が低下する。したがって、高強度焼結鉱の生産量を上げるには、焼結ケーキの強度、即ち焼結鉱の冷間強度を上げて、歩留の維持、向上を図ることができる何らかの手段を講じる必要がある。なお、焼結鉱の冷間強度を表す指標としては、一般に、ＳＩ（シャッターインデックス）、またはＴＩ（タンブラーインデックス）が用いられる。

図３（ａ）は、焼結機パレット上の装入層における焼結の進行過程を示す。図３（ｂ）は装入層内の焼結過程における温度分布（ヒートパターン）を示す。また、図３（ｃ）は焼結ケーキの歩留分布を示す。図３（ｂ）からわかるように、装入層の上層部は下層部に比べて温度が上昇し難く、高温域保持時間も短くなる。そのため、この装入層上層部では、燃焼溶融反応（焼結化反応）が不十分となり、焼結ケーキの強度が低くなるため、図３（ｃ）に示すように、歩留が低く、生産性の低下を招く要因となっている。

こうした問題点に鑑み、装入層上層部に高温保持を付与するための方法が従来から提案されている。例えば、特許文献１には、液体燃料を微粒化して装入層に吹き込むことで、焼結原料の燃焼時の最高到達温度や高温域保持時間を適正に制御することが記載されている。燃焼時の最高到達温度や高温域保持時間を適正に制御することで、熱量不足で焼結鉱の冷間強度が低くなりやすい装入層上層部のみならず、装入層中層部以下の任意の部分における焼結鉱強度を高めることが記載されている。

特開２０１０−１５６０４４号公報

しかしながら、特許文献１において、装入層に吹き込まれる液体燃料は、微粒化されて空気とともに装入層に吸引されるが、装入層に吸引される際に装入層上層の低温領域に付着して気化せずに燃焼しない液体燃料が存在し、液体燃料の燃焼効率が悪くなる、という課題があった。したがって、本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、装入層への液体燃料の供給を行なって焼結鉱を製造する際に、より液体燃料の燃焼効率を向上し、焼結鉱の生産率を向上できる焼結鉱の製造方法を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）循環移動するパレット上に鉄鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成し、形成した装入層の炭材に点火炉で点火し、前記パレットの下方に配設したウインドボックスで空気を吸引することにより、焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、
前記装入層を焼結する際に、酸素と空気と液体燃料とを、前記空気の酸素富化率を４〜１０体積％にし、前記液体燃料の粒径を前記液体燃料用スプレーノズルで１００μｍ以下に微粒化して、前記装入層の上部から供給することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
（２）前記酸素は、前記液体燃料用スプレーノズルの上部に設置された酸素ノズルから供給されることを特徴とする（１）に記載の焼結鉱の製造方法。
（３）前記液体燃料用スプレーノズルに２流体型のスプレーノズルを用いて、前記液体燃料と前記酸素とを同時に噴射することを特徴とする（１）に記載の焼結鉱の製造方法。

本発明によれば、装入層に吹き込まれる液体燃料の燃焼効率の向上が実現できる。これにより、焼結鉱の成品強度および成品歩留を向上させることができ、これにより、焼結鉱の生産率の向上が実現できる。

焼結層内における圧損と温度分布を説明する図である。高生産時と低生産時の温度分布を比較した説明図である。焼結機内における温度分布と歩留分布のグラフである。装入層内の温度変化の比較を示すグラフである。本発明の一実施形態に係る焼結機の概略構成図である。液体燃料を供給する供給フードの概略構成図を示す。気体燃料を供給する供給フードの概略構成図を示す。

本発明者らの検討によれば、焼結鉱の品質を良好に保つには、装入層内の温度を１２００〜１４００℃の範囲内に保持する時間を長くすることが好ましい。これに対し、焼結原料に添加する炭材の量を増やして装入層内の温度を上げることによって高温域保持時間を長くすることを試みると、装入層内の最高温度が１４００℃を超えてしまい、逆に製造される焼結鉱の強度が低下する。そこで、本発明においては、装入層に微粒化した液体燃料を供給することに加え、焼結機へ供給される空気に酸素を富化することで上記の問題を解決した。

装入層に酸素富化された空気を供給することによって、炭材の燃焼下限温度は低下する。炭材の燃焼下限温度の低下によって、炭材燃焼によって装入層内に生じる余熱のある焼結完了層は、装入層の上層部側に拡大する。ここで、余熱のある焼結完了層とは、炭材燃焼により作成されて焼結ケーキであって、炭材燃焼によって気化した液体燃料の着火温度以上の余熱を含む層をいう。

そして、余熱のある焼結完了層が装入層の上層部側に拡大することによって、装入層における液体燃料が気化しない低温領域は狭くなる。低温領域が狭くなれば、低温領域に付着して気化しない液体燃料の量は少なくなり、気化して燃焼する液体燃料の量は増加する。このように、燃焼する液体燃料の量を増加させることができるので、液体燃料の燃焼効率の向上が実現できる。

また、装入層に酸素富化された空気を供給することによって、気化した液体燃料の燃焼下限温度は低下する。液体燃料をより低温で燃焼させることができれば、燃焼する液体燃料の量をさらに増加させることができるので、液体燃料の燃焼効率の更なる向上が実現できる。そして、これら液体燃料の燃焼効率の向上によって、焼結鉱の成品強度および成品歩留を向上させることができ、これにより、焼結鉱の生産率の向上が実現できる。

また、液体燃料を余熱のある焼結完了層に液体燃料を到達させるには、液体燃料の液滴の大きさを１００μｍ以下に調整することが好ましい。液体燃料は、１００μｍ以下に微粒化されることで吸引ガスに乗せて、多くの液体燃料を余熱のある焼結完了層に到達させることができる。

一方、液体燃料の液滴の大きさが１００μｍよりも大きい場合、液体燃料は、装入層上層の低温領域に付着する量が増える。装入層上層の低温領域に付着した液体燃料は燃焼しない。このため、液体燃料の液滴が１００μｍよりも大きい場合には液体燃料の燃焼効率は低下する。

次に、装入層に液体燃料を供給する効果について説明する。図４（ａ）は、装入層内の温度変化の比較を示すグラフである。図４（ａ）において破線は、通常の空気を用い、炭材として粉コークスを５．０ｍａｓｓ％添加した場合の層内の温度プロファイルを示す。また、実線は、粉コークスの添加量を４．６ｍａｓｓ％として、７体積％の酸素富化率となるように酸素富化された空気と共に、微粒化（ミスト化）したＡ重油ミストを４．８ｇ／ｍｉｎの速度で吹き込んだ場合の装入層内の温度プロファイルを示す。なお、Ａ重油は、液体燃料の一例であり、液体燃料の他の例としては、Ｃ重油、灯油、エタノール、菜種油またはゴマ油等を用いてもよい。図４（ａ）の実線に示されているように、空気を酸素富化し、液体燃料であるＡ重油を供給することで、１２００〜１４００℃の間に保持される領域を長くできることがわかる。

図４（ｂ）は、装入層内における粉コークスおよび液体燃料の燃焼ポイントを示す。図４（ｂ）において縦軸は、パレット上の装入層の層厚を示す。また、縦軸における上側は、装入層の上層側を示す。

空気中に微粒化して吹き込まれた液体燃料は、酸素富化された空気に乗って、焼結完了層に供給される。液体燃料は、焼結完了層において炭材の燃焼後の余熱で気化し、装入層内の粉コークスが燃焼する位置よりも上層側で燃焼する。このように、粉コークスと異なる装入層の上層側の位置で燃焼させることができるので、図４（ａ）の実線の温度プロファイルに示されているように、装入層の最高到達温度を上昇させることなく高温度域保持時間を延長することができる。

本発明においては、装入層最高到達温度を１４００℃以下とし、高温度域保持時間を調整するために、装入層中の燃焼・溶融帯の厚みが、少なくとも１５ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは２０ｍｍ以上、更に好ましくは３０ｍｍ以上になるように、液体燃料の吹込み速度および液体燃料の吹込み位置等を調整する。

液体燃料の供給および酸素富化をしない通常の操業において、装入層の上層部では燃焼・溶融帯の厚みが中層部や下層部よりも薄く、そのため、上層部の冷間強度は低く歩留が低い。したがって、上層部での燃焼・溶融帯の厚みを厚くして歩留を向上させることは、生産性の向上に対して効果的である。本発明においては、後述のように焼結前部（後述のＣ領域）内における予め定められた領域に酸素富化された空気と、液体燃料とを供給する。燃焼・溶融帯より上層部の温度分布が上方に向かってなだらかになっている条件では（一般的には、燃焼・溶融帯幅が広いほど）、気化した液体燃料が着火して燃焼発熱し始める位置が高くなるので、炭材が着火して燃焼発熱する位置より離れることとなり、液体燃料吹き込みによる燃焼・溶融帯拡大効果は大きくなる。

空気の酸素富化率は、４〜１０体積％とする。空気に酸素を４体積％以上富化することで液体燃料および炭材の燃焼速度が向上し、両者の燃焼位置が離れることで、炭材の燃焼後の冷却が緩和されて高温領域が拡大する。しかし、富化率を１０％より大きくした場合、両者の燃焼位置が過剰に離れ、高温領域の拡大への寄与効果が薄れてしまう。空気の酸素富化により焼結原料に添加した炭材の燃焼性が向上するため、炭材の量は、酸素富化を行わない場合よりも減らすことが好ましい。

本発明においては、焼結機の原料装入側から排鉱側に向かって、装入層の上部から前部（パレット上の装入層の上流側）に酸素と液体燃料の供給を行い、ガスと共に吸引するものである。図５を用いて本発明の一実施形態を説明する。

図５は、本発明の一実施形態に係る焼結機の概略構成図である。図５において、１は、焼結機本体であり、循環移動する無端移動床型パレット（以下、パレットという場合がある）２と、ウインドボックス３と、を備える。粉状の焼結原料は、焼結原料装入装置４からパレット２へ装入されて焼結原料層の装入層を形成する。装入層は、点火炉５で着火され、その後、上方に設けられた供給フード７から酸素富化された空気と、微粒化された液体燃料が焼結原料に供給される。

装入層は、液体燃料と酸素富化された空気の作用を受けると共に、装入層から出てくる排ガスが下部のウインドボックス３により下方に吸引・排風され、装入層の焼結が完了して排鉱される。酸素や液体燃料の供給は、供給フード７内に供給されればどのような方法でも構わない。焼成後の焼結鉱はクラッシャー６で破砕され、クーラー（図示せず）で冷却された後に、次工程である高炉へと運ばれる。図５において、液体燃料と酸素富化された空気は、供給フード７内で混合されて供給される。

図６は、液体燃料を供給する供給フードの概略構成図を示す。図６（ａ）は、フード内に、液体燃料と酸素とを別々に供給する供給フード２０の概略構成図を示す。供給フード２０は、フード１０と、液体燃料スプレーノズル２１と、酸素ノズル２２とを有する。液体燃料は、液体燃料スプレーノズル２１から、粒径が１００μｍ以下となるように微粒子化されてフード１０内に噴出される。酸素は、液体燃料スプレーノズル２１の上部に設置された酸素ノズル２２から、フード１０内に供給される。また、フード１０の上方は開放されており、空気は、フード１０の上方から供給される。液体燃料スプレーノズル２１から供給された液体燃料と、酸素ノズル２２から供給された酸素と、上方より供給された空気は、フード１０内で混合されて焼結原料に供給される。

図６（ｂ）は、フード内に、液体燃料と酸素とを同時に供給する供給フード３０の概略構成図を示す。供給フード３０は、フード１０と、２流体型のスプレーノズルである２流体ノズル３１とを有する。液体燃料は、２流体ノズル３１から粒径が１００μｍ以下となるように微粒化されて、酸素と同時にフード１０内に噴出される。フード１０の上方は開放されており、空気は、フード１０の上方から供給される。

２流体ノズル３１は、酸素の噴出により生じる負圧を利用して、フード１０内に、液体燃料と酸素とを同時に噴出させる。これにより、酸素と微粒化された液体燃料は、フード１０内で十分に拡散されるので、この点において、液体燃料スプレーノズル２１と酸素ノズル２２とを別々に設ける構成より好ましい。酸素と微粒化された液体燃料は、さらに、上方より供給された空気と十分に混合されて焼結原料に供給される。

再び、図５を参照する。パレット２を、図５に示すように、焼結原料の装入側から、図中左の排鉱側に向かって順に、Ａ：原料装入領域、Ｂ：点火領域、Ｃ：焼結前部、Ｄ：焼結後部に区分する。ここで、Ｃは、上部から液体燃料と酸素とを供給する供給フード７が設けられる領域である。Ｂは、点火領域であって、点火炉５が設けられている領域を示す。そのため、Ｂ領域は、点火炉５によって点火された後であって、点火炉５が設けられていない領域を有してもよい。

Ｃ領域は、焼成有効グレート面積（Ｂ、Ｃ、Ｄの領域）から点火領域（Ｂの領域）を差し引いた領域（Ｃ＋Ｄの領域）の７０％以下であって、Ｃ＋Ｄの領域の上流側に設けることが好ましい。７０％を超えると、装入層の下層部で焼成された焼結鉱の品質（強度、反応性）の低下が懸念されるからである。なお、通常の場合、Ｃ領域は、Ｃ＋Ｄの領域の２０％以上５０％以下であって、Ｃ＋Ｄの領域の上流側に設けることが更に好ましい。

焼結機の焼結前部の領域（Ｃの領域）において空気に酸素富化した分に応じて焼結速度が向上し、焼結原料中の焼結面の降下が速くなる。そして酸素富化と同時に、液体燃料の吹き込みを行なう。液体燃料も焼結前部の領域に吹き込むものであり、酸素・液体燃料供給フード７内で酸素富化空気と微粒化した液体燃料を混合し、装入層内へ吸引させる。

焼結完了帯における炭材の燃焼後の余熱によって気化した液体燃料は、炭材が燃焼するよりも装入層内の上方で燃焼し、最高到達温度を上昇させることなく、高温度域保持時間の延長を図ることができる。また、空気に酸素富化を行なうことで、上述したように、液体燃料の燃焼効率を向上させることができる。これにより、さらに、高温度域保持時間の延長を図ることができる。

焼結機を用いた焼結鉱の製造方法において、焼結原料の高温域保持時間を制御する目的で、液体燃料に代えて気体燃料を装入層内へ吸引させることも知られている。気体燃料は、装入層上層の低温領域に付着しないので、燃焼効率低下という問題が発生しない。しかしながら、気体燃料は、空気よりも比重が小さいので、供給フード１０から抜け出して燃焼効率が悪化する。そのため、気体燃料を用いる場合、気体燃料の抜け出しを防止する邪魔板を設けた供給フードが必要となる。

図７は、気体燃料を吹き込む供給フード４０の概略構成図を示す。供給フード４０は、フード１０と、気体燃料ノズル４１と、酸素ノズル４２と、邪魔板４３と、を有する。気体燃料ノズル４１からは、気体燃料として、例えば都市ガスが供給される。都市ガスは、気体燃料ノズル４１からフード１０内に供給される。酸素は、酸素ノズル４２からフード１０内に供給される。また、フード１０の上方は開放されており、空気は、フード１０の上方から供給される。気体燃料ノズル４１から供給された気体燃料と、酸素ノズル４２から供給された酸素と、上方より供給された空気は、フード内で混合されて焼結原料に供給される。

邪魔板４３は、都市ガスがフード１０の開放された上方から抜けるのを防止する。都市ガスは、空気よりも比重が小さいので、フード１０の上方から抜けようとする。邪魔板４３は、上方の頂辺から二つの平面が下方に広がるように形成されている。これにより、邪魔板４３は、酸素および空気を上方から下方に通過させるとともに、気体燃料が下方から上方に抜けるのを防止する。

このように、気体燃料である都市ガスを供給する場合、フード１０内に邪魔板を設けることが必要になる。一方、液体燃料は、微粒子化したとしても空気よりも比重が大きいので、フード１０の上方から抜けることはない。そのため、フード１０内に邪魔板４３を設けなくてよいので、供給フードの構成を簡易にできる。なお、気体燃料を供給する場合に邪魔板４３を有さない簡易な供給フードを用いると、供給フードの上方から気体燃料が抜けてしまい、気体燃料の燃焼効率は著しく低下する。また、都市ガスを用いた場合には、フード１０と装入層との隙間からのガス漏れの懸念もある。そのため、都市ガスを用いた場合には、当該隙間が発生しないように、フード１０の位置と装入層の高さを管理する必要があり、管理面での負荷も発生する。

実施例として、図５に示したものと同様の下方吸引式のドワイトロイド焼結機を用いて焼結鉱の製造試験を行なった。使用した焼結機の機長は、点火炉から排鉱部まで９０ｍ、幅５ｍである。この焼結機の点火炉の後方約１０ｍの位置に、長さ（パレット移動方向）３０ｍ、機幅全体をカバーする大きさの酸素・液体燃料供給フードを設け、装入層上流側への酸素、液体燃料吹き込みを行い、表１に示すＡ１からＡ４の条件で、焼結鉱を製造した。液体燃料としてＡ重油を用い、吹き込み速度が４．５ｋｇ／ｈとなるように吹き込みを行った。また、炭材の配合量は、炭材として用いた粉コークスの割合であり、炭材を除いた焼結原料（鉄鉱石、副原料、返鉱）総量に対する外数で示している。

表１において、Ａ１は、酸素富化を行なわず、液体燃料を吹き込まない場合であり比較例１とする。Ａ２は、装入層の上流側に、微粒子化された液体燃料を吹き込む場合であり比較例２とする。Ａ３は、装入層の上流側に、酸素富化された空気を吹き込む場合であり比較例３とする。Ａ４は、装入層の上流側に、酸素富化された空気と微粒子化された液体燃料を吹込む場合であり実施例１とする。それぞれの場合について、製造した焼結鉱の生産率、成品歩留および成品強度を測定した。結果を表１に併せて示す。

表１によれば、比較例１と比較して、液体燃料を吹き込む比較例２では、生産率がわずかに向上し、成品歩留、成品強度が向上した。また、比較例１と比較して、酸素富化された空気を吹き込む比較例３では、生産率は向上したものの成品歩留、成品強度が低下した。これに対して、酸素富化された空気と微粒子化された液体燃料を吹き込む実施例１は、比較例１から３と比較して生産率、成品歩留、成品強度が大きく向上した。

酸素富化された空気を吹き込むことによって炭材が燃焼し始める位置は、装入層の上層側に移動する。これにより、余熱のある焼結完了層は、装入層の上層側に拡がるので、装入層に吹き込んだ液体燃料は、当該装入層の上層側で燃焼する。また、酸素富化された空気を吹き込むことで、液体燃料の燃焼下限温度は低下する。これにより、実施例１は、比較例２と比較して、装入層の上層側で液体燃料を燃焼させることができるので、装入層の最高温度を上げることなく、装入層の上層部における燃焼・溶融帯の厚みを厚くすることができる。また、液体燃料の燃焼により、装入層の上層側から温度の高い空気をコークス燃焼帯に供給できるので、発熱量から計算される量以上にコークス配合量を削減しても、燃焼・溶融帯として必要な温度（１２００℃〜１４００℃）を確保できる。

さらに、余熱のある焼結完了層を装入層の上層側に拡げること、および、液体燃料の燃焼下限温度を低下させることによって、液体燃料の燃焼効率も向上できる。すなわち、実施例１は、これらの効果が相乗し、比較例２と比較して、生産率、成品歩留および成品強度が大きく向上した。

実施例１の焼結鉱の製造方法を用いることで、同じく液体燃料の吹込みを行なう比較例２に係る焼結鉱の製造方法に対して削減できるコ−クス量の発熱量を見積もると、使用した液体燃料の燃焼発熱量の２倍程度に相当した。即ち、実施例１は、比較例２と比較して、プロセストータルのエネルギー消費量を低減できるとともに、炭酸ガス発生量およびコークス配合量も大幅に低減できることになる。

酸素富化された空気の吹き込みのみを行なった比較例３では、空気の酸素富化により炭材の燃焼速度は向上する。このため、生産率は、比較例２よりも向上した。しかしながら、比較例３は、燃焼スピードが向上した分、高温域保持時間が短くなるので、成品強度および成品歩留が比較例１よりも低下した。

次に、表２を用いて、液体燃料の液滴径の影響について説明する。図５に示すものと同様の下方吸引式のドワイトロイド焼結機を用いて、表２に示すＢ１〜Ｂ５の条件で、焼結鉱を製造した。なお、表２における液滴径は、液体燃料用スプレーノズル先端の細孔サイズを変更することによってそれぞれ調整した。

液体燃料としては、Ａ重油を用いた。液体燃料は、吹き込み速度が４．５ｋｇ／ｈとなるように吹き込みを行なった。また、コークス配合量は、炭材として用いた粉コークスの割合であり、炭材を除いた焼結原料（鉄鉱石、副原料、返鉱）総量に対する外数で示している。なお、表２において、Ｂ１およびＢ３からＢ５は酸素富化しているが、Ｂ２は酸素富化していない。

表２においてＢ１は、液滴径を１００μｍより大きくした液体燃料を吹き込む場合であり、比較例４とする。Ｂ２は、酸素富化せずに、液滴径を１００μｍ以下であって、５０μｍより大きくした液体燃料を吹き込む場合であり、比較例５とする。Ｂ３は、液滴径を１００μｍ以下であって、５０μｍより大きくした液体燃料を吹き込む場合であり、実施例２とする。Ｂ４は、液滴径を５０μｍ以下であって、２０μｍ以上にした液体燃料を吹き込む場合であり、実施例３とする。Ｂ５は、液滴径を２０μｍより小さくした液体燃料を吹き込む場合であり、実施例４とする。それぞれの場合について製造した焼結鉱の生産率およびＡ重油の残油率を測定した結果を表２に示す。なお、残油率とは、供給した液体燃料全量に対し、装入層上層の低温領域に付着して気化しない液体燃料量の割合をいう。気化しない液体燃料量は、装入層上層の焼結鉱を８０℃のアセトンを用いて洗浄することによって焼結鉱に付着した液体燃料をアセトンに溶解させ、当該アセトンを加熱することによって揮発させ、残った液体燃料の量が気化せず、燃焼しなかった液体燃料量であるとして計測した。

液滴径を１００μｍより大きくした比較例４は、実施例２から実施例４と比較して、残油率が高く生産率が低い。これは液滴径が大きいと、装入層上層の低温領域に付着する液体燃料の量が増えてＡ重油の燃焼効率が低下するからである。そして、この液体燃料の燃焼効率の低下によって生産率も低下した。

液滴径を１００μｍ以下であって５０μｍより大きくした比較例５は、液滴径は微粒化されているが酸素富化している実施例２よりも残油率が高い。これは、酸素富化されている実施例２の低温領域が狭くなる一方で、酸素富化されていない比較例５の低温領域は変わらない。そのため、比較例５の低温領域に付着して気化しない液体燃料の量は、実施例２よりも多くなり、その結果、比較例５の残油率は、実施例２と比較して高くなった。

液滴径を１００μｍ以下であって５０μｍより大きくした実施例２は、実施例３および実施例４よりも残油率がわずかに高いものの、比較例４および比較例５と比較すると大きく低下した。また、実施例２の生産率は、実施例３より低いものの、実施例４より向上しており、比較例４および比較例５と比較すると大幅に向上した。

液滴径が５０μｍ以下であって２０μｍ以上にした実施例３の残油率は、実施例４よりわずかに高いものの、実施例３の生産率は、他のいずれの条件よりも高かった。また、液滴径を２０μｍより小さくした実施例４は、他の条件と比較して残油率が最も低いが、生産率は、実施例２および実施例３よりも低い。これは、液体燃料を微粒状（ミスト状）として発生させる際、液滴径を細かくするほど、ミストの発生量が減少するからである。このため、装入層の表面に付着して燃焼しない液体燃料の割合は少なくなったものの、実施例４の生産率は、実施例２および実施例３よりも低下した。

また、液体燃料の液滴径を１０μｍより小さくすると、液体燃料用スプレーノズルの圧損が大きくなり、液体燃料の吹込み速度が大きく低下するので好ましくない。これらの結果より、液体燃料の液滴径は、１００μｍ以下が好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下がより好ましく、２０μｍ以上５０μｍ以下がさらに好ましい。

次に、表３を用いて、酸素富化率の影響について説明する。図５に示すものと同様の下方吸引式のドワイトロイド焼結機を用いて、表３に示すＣ１〜Ｃ５の条件で、焼結鉱を製造した。

液体燃料としては、Ａ重油を用いた。液体燃料は、吹き込み速度が４．５ｋｇ／ｈとなるように吹き込みを行なった。また、コークス配合量は、炭材として用いた粉コークスの割合であり、炭材を除いた焼結原料（鉄鉱石、副原料、返鉱）総量に対する外数で示している。なお、表３において、空気への酸素富化率以外の条件は、全て同じにしている。

表３においてＣ１は、空気へ酸素富化してない場合であり、表１の比較例２である。Ｃ２は、空気への酸素富化率を４体積％とした場合であり、実施例５とする。Ｃ３は、空気への酸素富化率を７体積％とした場合であり、表１の実施例１である。Ｃ４は、空気への酸素富化率を１０体積％とした場合であり、実施例６とする。Ｃ５は、空気への酸素富化率を１２体積％とした場合であり、比較例６とする。それぞれの場合について、製造した焼結鉱の生産率、成品歩留および成品強度を測定した結果を表３に示す。

空気への酸素富化を行っていない比較例２は、酸素富化を行なっている他の条件と比較して生産率、成品歩留および成品強度のいずれも低い。また、４体積％の酸素富化を行っている実施例５は、比較例２と比較して、生産率、成品歩留および成品強度のいずれも高くなっているものの、実施例１と比較すると生産率、成品歩留および成品強度のいずれも低い。また、実施例５は、実施例６と比較すると生産率および成品歩留は低く、成品強度は高い。

７体積％の酸素富化を行なっている実施例１は、実施例６と比較すると、生産率はわずかに低いものの、成品歩留および成品強度は高い。１０体積％の酸素富化を行なっている実施例６は、他の条件と比較して生産率は高いものの、成品強度は、実施例１および実施例５よりも低く、成品歩留は、実施例１よりも低い。１２体積％の酸素富化を行なっている実施例６は、他の条件と比較して生産率は高いものの、成品強度と成品歩留は、実施例１、実施例５および実施例６よりも低い。

これらの結果から、酸素富化率を７体積％にすると、液体燃料および炭材の燃焼速度が向上し、液体燃料の燃焼位置と、炭材の燃焼位置とが適度に離れる。これにより、炭材の燃焼後の冷却は、液体燃料の燃焼によって緩和されるので、装入層の高温度域保持時間を延長できる。

一方、酸素富化率が高すぎると、装入層における液体燃料の燃焼位置と炭材の燃焼位置とが過剰に離れるので、炭材の燃焼後の冷却緩和効果が薄れてしまう。このため、１０体積％に酸素富化率を高めると、生産率はわずかに向上したものの成品歩留および成品強度は低下する。さらに、１２体積％に酸素富化率を高めると、成品歩留および成品強度は大きく低下し、これにより生産率も低下する。そのため、酸素富化率の上限を１０体積％とした。これらの結果より酸素富化率は、４体積％以上であって１０体積％以下とした。

本発明は、製鉄用、特に高炉用原料として使われる焼結鉱の製造技術として有用であるが、その他鉱石の鉱石塊成化技術としても利用できる。

１焼結機本体
２パレット
３ウインドボックス
４焼結原料装入装置
５点火炉
６クラッシャー
７供給フード
１０フード
２０供給フード
２１液体燃料スプレーノズル
２２酸素ノズル
３０供給フード
３１２流体ノズル
４０供給フード
４１気体燃料ノズル
４２酸素ノズル
４３邪魔板

Claims

循環移動するパレット上に鉄鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成し、形成した装入層の炭材に点火炉で点火し、前記パレットの下方に配設したウインドボックスで空気を吸引することにより、焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、
前記装入層を焼結する際に、酸素と空気と液体燃料とを、前記空気の酸素富化率を４〜１０体積％にし、前記液体燃料の粒径を前記液体燃料用スプレーノズルで１００μｍ以下に微粒化して、前記装入層の上部から供給することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
前記酸素は、前記液体燃料用スプレーノズルの上部に設置された酸素ノズルから供給されることを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
前記液体燃料用スプレーノズルに２流体型のスプレーノズルを用いて、前記液体燃料と前記酸素とを同時に噴射することを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。