JP2019167594A - 焼結用造粒原料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高品位の焼結鉱を製造するに際して新規設備の採用や特別の処理を必要することなく、焼結鉱の生産性の向上を図ることのできる技術を提案すること。【解決手段】焼結鉱の製造に用いられる焼結用造粒原料の製造に当たり、焼結配合原料のうちの、鉄鉱石および雑原料からなる鉄源原料粉については、０．０６３ｍｍ以上１ｍｍ以下の粒径のものを全鉄源原料粉の２５mass％以下配合することとして、炭材その他副原料とともに混合して造粒することを特徴とする焼結用造粒原料の製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は、高炉用原料の１つである焼結鉱の製造に用いられる焼結用造粒原料の製造方法に関する。

焼結鉱は、複数銘柄の鉄鉱石粉（一般に、１２５〜１０００μｍ程度のシンターフィードと呼ばれているもの）を主に、石灰石や珪石、ドロマイト等の副原料粉と、ダスト、スケール、返鉱等の雑原料粉と、粉コークス等の固体燃料等を適量ずつ配合した焼結配合原料に、水分やバインダーを添加して混合−造粒し、得られた造粒原料すなわち焼結用造粒原料をＤＬ焼結機のパレット上に装入して焼成（焼結）することによって製造される。前記焼結鉱製造のための焼結用造粒原料とは、一般に、焼結配合原料に水分等を加えて造粒する時に原料粉どうしが互いに凝集して擬似粒子化したものである。そして、この擬似粒子化した焼結鉱製造用の焼結用造粒原料は、焼結機のパレット上に装入されたとき、焼結機のパレット上における焼結原料装入層の良好な通気性を確保するのに役立ち、焼結反応を円滑に進めることが知られている。

ところで、焼結原料として用いられる鉄鉱石とくに粉は、近年、高品質鉄鉱石の枯渇によって低品位化している。鉄鉱石の低品位化は、スラグ成分の増加や微粉化の傾向を招き、そのためにアルミナ含有量の増大や微粉比率の増大による造粒性の低下を招いている。その一方で、高炉用焼結鉱としては、高炉での溶銑製造コストの低減やＣＯ_２発生量の低減という観点から低スラグ比、高被還元性、高強度のものが求められているのが実情である。

焼結原料となる鉄鉱石粉を取り巻くこのような環境の中で、近年、精鉱（コンセントレート）と呼ばれる、難造粒性を示す、粒子（０．１２５ｍｍ程度）が多くを占める微粉鉄鉱石を使用して高品質の焼結鉱を製造するための技術が提案されている。例えば、特許文献１では、その微粉鉄鉱石に対し予め粉コークス粉などの固体燃料を被覆することによって高品質かつ高生産性に寄与することのできる焼結用造粒原料を提案している。また、特許文献２では、攪拌羽根を内蔵した混合機を使って焼結配合原料を均一に混合した後、燃料成分を加えて再度造粒してなる焼結用造粒原料とすることで焼結生産性に寄与する方法を開示している。その他、特許文献３では、ＦｅＯ源となる０．１２５ｍｍ以下の微粉鉄鉱石の量を調整することにより、適正な溶融温度制御を行って焼結鉱の生産性の改善を図る技術を開示している。

特開平１１−６１２８２号公報 特開平８−２６９５８４号公報 特開２００５−３０７２５６号公報

しかしながら、前述の既知技術は、通常の焼結鉱製造設備では設置されていないような、例えば攪拌羽根を内蔵した混合機の使用が必要であったり（特許文献１）、燃料以外の原料を事前に混練し造粒した後に別系統からの燃料を加え、さらに造粒工程を経るという複雑な工程になっていたり（特許文献２）と、新規設備の導入が必要となるものであった。また、特許文献３については、ＦｅＯ源原料の０．１２５ｍｍ以下の割合の調整のみでも高生産率が維持できると説明しているが、それは生産率の低下が抑制できるという程度のものであり、前記精鉱を用いて、高品質の焼結鉱を製造する過程においてなお、高い生産性を確保する方法の提案ではない。

本発明の目的は、高品位の焼結鉱を製造するに際して新規設備の採用や特別の処理を必要とすることなく、焼結鉱の生産性の向上を図ることのできる技術を提案することにある。

従来技術の前述した課題を解決するために、本発明では、微粉鉄鉱石のような鉄源原料粉を焼結鉱製造用の焼結用造粒原料として用いる場合において、基本的には、その鉄源原料粉のうちで造粒設備にて造粒粒子の核やその核の付着粉として寄与することの少ない大きさのもの（０．０６３ｍｍ以上１ｍｍ以下）を予め除去し、真に有用な粒径のものだけを配合原料として用いる方法を提案する。

そして、本発明では、造粒に寄与することなくそのまま配合原料中に残留して焼結時の通気性を阻害するような粒子もしくは単に凝集しているにすぎない粗大な凝集粒子を減少させ、好ましくはこれらを粉砕もしくは篩による整粒などの処理によって全ての微粉鉄鉱石等が造粒に寄与するように処理し、結果的に望ましい適正な擬似粒子（焼結鉱製造用造粒原料）を造って焼結鉱の生産性を向上させるようにしたことにある。

即ち、本発明は、焼結鉱の製造に用いられる焼結用造粒原料の製造に当たり、焼結配合原料のうちの、鉄鉱石および雑原料からなる鉄源原料粉については、０．０６３ｍｍ以上１ｍｍ以下の粒径のものを全鉄源原料粉の２５mass％以下配合することとして、炭材その他副原料とともに混合して造粒することを特徴とする焼結用造粒原料の製造方法である。

なお、本発明においては、
（１）前記鉄源原料粉は、全鉄源原料粉のうちの０．０６３ｍｍ以上１ｍｍ以下の粒径のものを２５mass％以下、かつ０．０６３ｍｍ未満の粒径のものを２０mass％以上配合したものを用いること、
（２）前記鉄源原料粉は、０．０６３ｍｍ未満の粒径をもつもののＢＥＴ比表面積が３．０m²/g以上２０m²/g以下のものであること、
がより好ましい実施形態になると考えられる。

本発明は、上述したとおり、微粉鉄鉱石のような鉄源原料粉のうちの造粒性に悪影響を及ぼす粒径のもの、とくに０．０６３ｍｍ以上１ｍｍ以下の粒径のものを予め抑えて造粒することにより、または核粒子のまわりに好ましい粒径の微粉鉄鉱石等が多く付着した構造の、そして粒径が比較的揃って粒度分布の小さい擬似粒子からなる焼結用造粒原料が得られるから、これを焼結機のパレット上に装入したとき、パレット上に形成される焼結原料装入層の密度の低減や、通気性の向上に伴う焼成時間の短縮を図ることができ、ひいては高品質（高強度）な焼結鉱の生産性を向上させることができる。

通気性試験装置の略線図である。

本発明は、微粉鉄鉱石等の鉄源原料粉の中でも核粒子の役割を付与するには小さく、一方で付着粉となるには大きすぎることから、造粒性には中途半端な粒径のために、擬似粒子化に寄与しない大きさである粒子の配合量を制限しようと言うものである。即ち、本発明は、造粒性にはむしろ悪影響を及ぼす粒径である、０．０６３ｍｍ以上１ｍｍ以下のものを予め除去して造粒するという新しい考え方を提案する。つまり、本発明方法では、通気性を阻害する微粒子もしくは単に凝集しているにすぎない粗大粒子の配合量を減少させることが可能となり、核粒子のまわりに正しく微粉鉄鉱石等が付着した構造の、粒径が比較的揃って粒度分布の小さい擬似粒子からなる焼結用造粒原料の製造が可能となる。

このような方法の実施によって得られる焼結用造粒原料は、これを焼結機のパレット上に装入したとき、パレット上に形成される焼結原料装入層の密度の低減や、通気性の向上に伴う焼成時間の短縮をもたらし、ひいては高強度・高品質の焼結鉱を効率よく生産することが可能になる。

特に、本発明では、微粉鉄鉱石や各種製鉄ダスト、スケールあるいは返鉱等の雑原料からなる鉄源原料粉のうちの０．０６３ｍｍ以上１ｍｍ以下の中途半端な粒径のものは、２５mass％以下の配合量となるようにすることが重要である。その理由は、後でも詳述するが、０．０６３ｍｍ以上１ｍｍ以下の粒径のものは、造粒時に擬似粒子に取り込まれ難く造粒にあまり寄与しないため、造粒粒子の平均粒径を低下させるためである

本発明では、その上でさらに、０．０６３ｍｍ未満の粒径をもつ鉄源原料粉は２０mass％以上含まれるように配合調整ことが望ましい。その理由は、０．０６３ｍｍ未満の粒径をもつものの配合量が２０mass％未満だと、造粒中、造粒粒子を構成する粒子同士を繋ぐことが期待される０．０６３ｍｍ未満の粒子が不足し、造粒が進みづらくなるためである。一方で、この０．０６３ｍｍ未満の粒子があまりに多くなると、擬似粒子化が促進され焼結機での焼成が難しくなるために上限は５０mass％程度にすることが好ましい。また、核粒子となるべき１ｍｍ以上（＋１ｍｍ）の粒径をもつ粒子については、５０mass％以上８０mass％以下配合することが、適性造粒粒子の安定した製造に有効である。

さらに、前記鉄源原料のうち、０．０６３ｍｍ未満の粒径をもつものは、ＢＥＴ比表面積が３．０m²/g以上２０m²/g以下を示す粒子形状を有するものが好ましい。該鉄源原料のうちの上記粒径をもつもの、即ち、付着粉として機能する０．０６３ｍｍ未満の粒径である粒子のＢＥＴ比表面積をこの範囲に限定する理由は、粒子の凹凸の大きさを表わす該ＢＥＴ比表面積がこの範囲内のものでは、その好ましい凹凸形状により造粒時に粒子同士の付着が促進されるようになるためである。それは、凹凸部分が互いにひっかかることで、粒子同士を繋ぎ止める効果が向上するためである。

なお、本発明においては、０．０６３ｍｍ〜１ｍｍ粒子の量を管理することが上述したとおり有効であるが、好ましくはさらに、造粒粒子を形成するのに必要な前述した核粒子や付着粒子の原料種の選択もまた有効と考えられる。例えば、付着粒子（０．０６３ｍｍ未満の粒径のもの）を構成する原料種としては、南米系鉄鉱石を使用する方が、造粒の促進に有効であるだけでなく、焼結鉱の生産性向上にも資するものと考えられる。

本発明において、粒径、ＢＥＴ比表面積を前述した範囲に管理する対象を、鉄源原料粉に限っている理由は、該鉄源原料粉以外のもの、例えば、凝結材であるコークス粉や石灰などの副原料については、これらはブレンドすることがなく、焼結操業において添加する量が大きく変化しないため、前述した粒度管理をする必要性に乏しいからである。

なお、本発明において、前記粒径の測定は、ＪＩＳ Ｚ８８０１規定の標準ふるいを使って測定された粒子径（ｍｍ）である、また、ＢＥＴ比表面積については同様にＪＩＳ Ｚ８８３０（２０１３年）に規定するところに従って測定される数値である。

上述したように、本発明は、鉄鉱石粉等の鉄源原料粉の特定の大きさ（粒径）のものに着目して真に有用な大きさのものだけを用いる点に特徴があるが、全焼結配合原料中に占めるその他の粒径の該鉄源原料粉の配合量についてはとくに制限はなく、一般的な配合であればよい。例えば、特定の粒径のものの配合量を上述したように制限することを前提として、主原料（鉄源原料粉）としてはその他にもシンターフィードやペレットフィードのような粉鉄鉱石やダスト、ミルスケール、返鉱等の鉄源原料粉を、全体として８５〜９０mass％程度配合し、その他、石灰石や生石灰、ドロマイト、蛇紋岩等の副原料を１０〜１５％程度、粉コークスのような固体燃料を外枠量で３〜５mass％、その他有機・無機バインダーを必要に応じ外枠量で２mass％程度配合した上で混合−造粒する一般的な焼結用造粒原料の製造に際して、本発明の適用が有効と考えられる。
以下は、本発明を開発するに至った契機となる試験とその結果について説明する。

発明者らは、まず焼結鉱の製造に際し、微粉原料、とくに鉄鉱石粉のどの粒径をもつものが、焼結鉱の生産性向上を阻害しているかを調査した。そのために、まず粒度調整した細粒を用いて、造粒性および焼結原料中の冷間での通気性（焼結鉱の生産性を決定する因子の１つ）を測定する試験を実施した。この試験では、造粒性が大きく異なる２銘柄（微粉原料、南米系原料）を試料として用いた。

なお、ここで前記通気性指数（ＪＰＵ）とは、擬似粒子をパレットに装入することで形成された装入層を冷間で大気を下向きに吸引して測定したときの通気性指数のことである。この通気性指数（ＪＰＵ）は、下記（１）式を用いて算出した。
ＪＰＵ＝Ｖ／［Ｓ×（ｈ×ΔＰ）^０．６］・・・（１）
但し、Ｖは風量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）であり、Ｓは装入層の断面積（ｍ^２）であり、ｈは装入層高さ（ｍｍ）であり、ΔＰは圧力損失（ｍｍＨ_２Ｏ）である。

一般に、前記装入層の通気性が高いと、上記（１）式で示される通気性指数（ＪＰＵ）は大きい値となり、装入層の通気性が低いと上記（１）式で示される通気性指数（ＪＰＵ）は小さくなることが知られている。

かかる通気性試験に当たっては、図１に示す設備を用いた。この試験に当たっては、原料を事前にコンクリミキサーにて混練し、次いでドラムミキサーにて水分を添加して造粒し、次いで、造粒した原料を直径１５０ｍｍの試験鍋に原料層厚が３８０ｍｍ（原料重量２０ｋｇ）となるように装入し、試験鍋下部に接続された吸引ブロワーにて上から空気を吸引した。試験中は吸引負圧が一定の７ｋＰａとなるように調整し、負圧一定時に鍋を通過する風量の経時変化を計測した。原料層の通気性を評価するため、装入原料の通気性指数（ＪＰＵ）を算出した。この通気性指数（ＪＰＵ）は、試験鍋の大きさ、負圧、原料層厚および通過風量により計算される焼結原料の通気性の評価方法として一般的であり、該通気性指数（ＪＰＵ）の値が大きいほど通気性が良いと考えられている。試験条件として吸引負圧を一定にした場合、原料の状況に伴い原料中通過風量が異なるため、それぞれの原料での通気性が評価可能となる。

本試験で使用した微粉原料の構成（配合）を表１に示す。この表に示す主要銘柄の２種類（豪州系鉄鉱石、南米系鉄鉱石）をベース配合とした。添加する細粒の粒度はＪＩＳ規格のふるいの大きさに合わせて決定し、微粉原料Ａは、産地から出荷される際にはすでに粒度が１ｍｍ以下であり１ｍｍ超の原料は存在しないため、０．０６３ｍｍ未満、０．０６３−０．１２５ｍｍ、０．１２５−０．２５０ｍｍ、０．２５０−０．５００ｍｍ、０．５００−１．０００ｍｍの５水準とした。造粒時に添加する水分は、水分を６〜１０mass％の範囲で変化させ、その中で通気性が最大になる時のものを適正水分とした。

次に、造粒性についての評価は、造粒した原料をサンプリングした後、乾式および湿式にて篩分を実施して通気性で評価した。

表１より、０．０６３−１．０ｍｍ粒子の配合割合が低いほど通気性が改善されており、また０．０６３ｍｍ未満の粒子が２０mass％以上の場合でも通気性はほぼ改善傾向にあることがわかる。特に０．０６３−１．０ｍｍ割合が２５mass％以下、かつ−０．０６３ｍｍ割合が２０mass％以上のときに通気性は大きく改善されている。

次に、微粉（−０．０６３ｍｍ）の鉄鉱石粉の銘柄による通気性の違いについて説明する。表２の配合（１１〜１３）は、３種（Ａ、Ｂ、Ｃ）の微粉（−０．０６３ｍｍ）それぞれについての造粒性の影響を評価した結果を示す。なお、造粒法としては、上記と同様の方法で行い、適正水分での通気性を比較した。この検討では、微粉の凹凸を調べるため、窒素によるＢＥＴ比表面積を測定した。（ＪＩＳ Ｚ８８３０：２０１３）

表２に示すとおり、ＢＥＴ比表面積が大きいほど通気性が改善傾向にあり、とくにＢＥＴ比表面積が３．０m²/g以上の場合に、通気性が著しく改善されていることがわかる。これは、微粉の凹凸形状が粒子同士を繋ぎ止める上で効果があったためであると考えられる。

本発明に係る技術は、生産性の向上という観点から、擬似粒子化に不適当な特定の粒径の鉄源原料粉についてはこれを予め排除する方法を提案しているが、これは他の目的のために、特定の粒径範囲のものだけを採用するという考え方への展開も可能である。

Claims (3)

1. 焼結鉱の製造に用いられる焼結用造粒原料の製造に当たり、焼結配合原料のうちの、鉄鉱石および雑原料からなる鉄源原料粉については、０．０６３ｍｍ以上１ｍｍ以下の粒径のものを全鉄源原料粉の２５mass％以下配合することとして、炭材その他副原料とともに混合して造粒することを特徴とする焼結用造粒原料の製造方法。
2. 前記鉄源原料粉は、全鉄源原料粉のうちの０．０６３ｍｍ以上１ｍｍ以下の粒径のものを２５mass％以下、かつ０．０６３ｍｍ未満の粒径のものを２０mass％以上配合したものを用いることを特徴とする請求項１に記載の焼結用造粒原料の製造方法。
3. 前記鉄源原料粉は、０．０６３ｍｍ未満の粒径をもつもののＢＥＴ比表面積が３．０m²/g以上２０m²/g以下のものであることを特徴とする請求項１または２に記載の焼結用造粒原料の製造方法。

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