JP2019218614A - 焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく焼結原料を造粒し、造粒した焼結原料を焼結して焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも鉄含有原料、ＣａＯ含有原料および凝結材が配合された焼結原料を造粒機で造粒し、造粒された焼結原料を焼結機で焼結して焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、鉄含有原料、焼結原料のうち少なくとも１つの成分濃度を連続測定する測定工程と、測定工程で測定された成分濃度を用いて、焼結原料が前記造粒機で転動するように造粒機で添加される水量、造粒機の回転数および造粒機の傾斜角度のうち少なくとも１つを調整する調整工程とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、効率よく焼結原料を造粒し、造粒された焼結原料を焼結機で焼結して焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法に関する。

高炉製鉄法では、現在、鉄源として、焼結鉱や塊鉄鉱石、ペレットなどを高炉原料として用いている。ここで、焼結鉱は、粒径が１０ｍｍ以下の鉄鉱石の他に、製鉄所内で発生する各種ダストなどの雑鉄源と、石灰石、生石灰、スラグなどのＣａＯ含有原料と、珪石や蛇紋岩、ドロマイトや精錬ニッケルスラグなどからなるＳｉＯ_２源やＭｇＯ源としての副原料と、粉コークスや無煙炭などからなる凝結材である固体燃料（炭材）とを、ドラムミキサーで水を添加しながら混合・造粒し、焼成した塊成鉱の一種である。

焼結鉱の製造では焼結原料を造粒し、擬似粒子とした焼結原料を焼結機のパレットに装入して装入層を形成し、当該装入層を焼成することで焼結鉱が製造される。下方吸引式の焼結機を用いて装入層を焼成する場合、焼結原料を造粒して擬似粒子とすることで、装入層の通気性が向上し、これにより製造される焼結鉱の歩留や品質が向上する。このため、焼結原料の成分濃度に対応させて造粒機の運転条件を最適化し、効率よく焼結原料を擬似粒子に造粒することが好ましい。

造粒機の運転条件最適化技術として、特許文献１には、核磁気共鳴スペクトル測定によってカオリン（Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２主体の鉱物組織）の含有割合が一定となるように粉コークスや石灰石の配合量もしくは水添加量を調整する技術が開示されている。この文献には、焼結原料におけるカオリンの含有割合を一定にすることで、微粉発生率が低く製品歩留りに優れた焼結鉱が製造できることが開示されている。

特許文献２には、造粒物のｐＨを測定し、造粒物のｐＨが予め設定されたｐＨになるように生石灰や消石灰などのバインダー添加量を調整する技術が開示されている。この文献には、造粒物のｐＨが設定値になるように制御することで、作製される造粒物の強度を安定化できることが開示されている。

特許文献３には、原料配合槽においてそれぞれの原料の水分濃度を測定し、これら原料が混合された混合原料の水分量が目標水分値になるようにミキサー散水量を制御する技術が開示されている。

特開２０１１−２５２２１９号公報 特開２０１３−２４１６６０号公報 特開平１０−１７９４６号公報

特許文献１に開示された技術では、各銘柄の鉱石に含まれるカオリンを核磁気共鳴スペクトル測定によって定量する。近年、鉱石の成分濃度の変動は大きくなっており、同種の鉱石内においても輸入の船ごとに成分濃度が異なる場合もあるほど、産出される鉱石の成分濃度が不安定になっている。このため、特許文献１に開示された技術では、銘柄内における成分濃度の変動を把握することができない。

特許文献２に開示された技術では、土壌用ｐＨ測定センサーを造粒物に挿入して造粒物のｐＨを測定する。このため、特許文献２の技術では、造粒物のｐＨを製造ライン上で測定することは困難であり、焼結原料の成分濃度の変動を把握することができない。

特許文献３に開示された技術では、配合槽の各原料の水分濃度を絶乾式水分計と赤外水分計とを併用することで連続的に測定する。しかしながら、焼結原料の造粒性は、水分濃度だけなく他の成分の成分濃度にも影響される。特許文献３の技術では、造粒性に影響を及ぼす他の成分濃度を把握できないのであるから、造粒後の焼結原料の構造および性状が目標とする範囲内になるように造粒機の運転条件を適正化できない。

本発明は、このような従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、焼結鉱製造中における焼結原料の造粒性に影響する成分濃度の変動を把握し、当該成分濃度の変動に応じて造粒機の運転条件を適正化することで効率よく焼結原料を造粒し、造粒した焼結原料を焼結して焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法を提供することである。

このような課題を解決する本発明の特徴は、以下の通りである。
［１］少なくとも鉄含有原料、ＣａＯ含有原料および凝結材が配合された焼結原料を造粒機で造粒し、造粒された焼結原料を焼結機で焼結して焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、前記鉄含有原料、前記焼結原料のうち少なくとも１つの成分濃度を連続測定する測定工程と、前記測定工程で測定された成分濃度を用いて、前記焼結原料が前記造粒機で転動するように前記造粒機で添加される水量、前記造粒機の回転数および前記造粒機の傾斜角度のうち少なくとも１つを調整する調整工程と、を有する、焼結鉱の製造方法。
［２］前記造粒機は、前記焼結原料を転動させるパンを有するペレタイザーであり、前記調整工程では、前記造粒機で添加される水量、前記造粒機の回転数および前記造粒機の傾斜角度のうち少なくとも１つを調整し、下記（１）式で定められるフルード数と、下記（２）式で定められる占積率と、を予め定められた範囲内とする、［１］に記載の焼結鉱の製造方法。
Ｆｒ＝［Ｄ×（Ｎ／６０）^２］／（ｇ×ｓｉｎα）・・・（１）
但し、上記（１）式において、Ｆｒは前記フルード数（−）であり、Ｄは前記パンの直径（ｍ）であり、Ｎは前記パンの回転数（ｒｐｍ）であり、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ^２）であり、αは前記ペレタイザーの水平面との傾斜角度（°）である。
φ＝（Ｑ×Ｋ）／Ｆｒ^１／２・・・（２）
但し、上記（２）式において、φは占積率（−）であり、Ｑは処理量（ｇ）であり、Ｋは定数であり、Ｆｒはフルード数（−）である。
［３］前記フルード数の予め定められた範囲は１以上１６以下の範囲内であり、前記占積率の予め定められた範囲は０．０５以上０．１８以下の範囲内である、［２］に記載の焼結鉱の製造方法。
［４］前記測定工程では、水分の成分濃度を測定する、［１］から［３］の何れか１つに記載の焼結鉱の製造方法。
［５］前記測定工程では、ＳｉＯ_２およびＡ1_２Ｏ_３の少なくとも１つの成分濃度をさらに測定する、［４］に記載の焼結鉱の製造方法。
［６］前記造粒された焼結原料の平均粒子径は、０．５ｍｍ以上８．０ｍｍ以下の範囲内である、［１］から［５］の何れか１つに記載の焼結鉱の製造方法。

本発明に係る焼結鉱の製造方法を実施することで、焼結鉱製造中に焼結原料の成分濃度が変動したとしても、焼結原料の造粒性に影響する水分の成分濃度を測定し、当該成分濃度を用いて、前記焼結原料が前記焼結機内を転動するように造粒機で添加される水量、造粒機の回転数および造粒機の傾斜角度のうち少なくとも１つを調整する。これにより、焼結原料は造粒機内で転動され、効率よく焼結原料を造粒できる。

本実施形態に係る焼結鉱の製造方法が実施できる焼結鉱製造装置１０の一例を示す模式図である。 ペレタイザー９０の斜視図である。 ペレタイザー９０のフルード数と占積率とで定まる造粒状況を示すグラフである 図３における各領域の造粒状況を示す模式図である。 発明例１における成分濃度と添加水量の変動を示すグラフである。 発明例１におけるペレタイザー９０の運転条件、通気性指数および成品焼結鉱の生産量の変動を示すグラフである。 比較例１における焼結原料の成分濃度と添加水量の変動を示すグラフである。 比較例１におけるペレタイザー９０の運転条件、通気性指数および成品焼結鉱の生産量の変動を示すグラフである。

以下、発明の実施形態を通じて本発明を説明する。図１は、本実施形態に係る焼結鉱の製造方法が実施できる焼結鉱製造装置１０の一例を示す模式図である。ヤード１１に原料パイルとして保管された鉄含有原料１２は、搬送コンベア１４によって配合槽２２に搬送される。鉄含有原料１２は、種々の銘柄の鉄鉱石および製鉄所内発生ダストを含む。

原料供給部２０は、複数の配合槽２２、２４、２５、２６、２８を備える。配合槽２２には、鉄含有原料１２が貯留される。配合槽２４には、石灰石や生石灰等を含むＣａＯ含有原料１６、配合槽２５にはドロマイトや精錬ニッケルスラグ等を含むＭｇＯ含有原料１７がそれぞれ貯留される。配合槽２６には、ロッドミルを用いて粒径１ｍｍ以下に破砕された粉コークスや無煙炭を含む凝結材１８が貯留される。配合槽２８には、焼結鉱の篩下となった粒径５ｍｍ以下の返鉱（焼結鉱篩下粉）が貯留される。原料供給部２０の配合槽２２〜２８から、各原料が所定量切り出され、これらが配合されて焼結原料となる。焼結原料は、搬送コンベア３０によってペレタイザー９０に搬送される。なお、ＭｇＯ含有原料１７は、任意配合原料であって、焼結原料に配合されてもよく、配合されなくてもよい。

配合槽２８とペレタイザー９０の間の搬送コンベア３０には、赤外線分析計３２が設けられている。赤外線分析計３２を用いて、測定工程が実施される。測定工程では、焼結原料に含まれる水分の成分濃度を測定する。ここで、水分とは、焼結原料に付着した付着水分と恒温状態では原料中に包蔵されており加熱によって追い出される固有水分を合わせたものである。

赤外線分析計３２は、０．５〜５０．０μｍの範囲内の波長の赤外線を焼結原料に照射して、焼結原料からの反射光を受光する。焼結原料に含まれる水の分子振動は、照射された赤外線の固有の波長成分を吸収するので、これらの成分は反射赤外線に固有の波長成分を付与する。このため、照射赤外線と反射赤外線とを分析することで焼結原料の水分濃度を測定できる。

赤外線分析計３２は、例えば、１分間に１２８回の頻度で２０以上の波長の赤外線を照射でき、焼結原料に反射された反射光を受光できる。このように短時間に赤外線を照射できるので、赤外線分析計３２は、搬送コンベア３０上を搬送される焼結原料の成分濃度をオンラインで連続測定できる。なお、赤外線分析計３２は、焼結原料の成分濃度を測定する分析装置の一例であり、反射光を分光する方式の装置に限らず、透過光を分光する方式の装置を用いてもよい。さらに、赤外線分析計３２に代えて、レーザーを測定対象に照射するレーザー分析計、中性子を測定対象に照射する中性子分析計、または、マイクロ波を測定対象に照射するマイクロ波分析計を用いてもよい。本実施形態において、測定工程の測定頻度は、例えば１分間に１２８回であり、当該１２８回の成分濃度の平均値を１分間に１回算出した。

図２は、ペレタイザー９０の斜視図である。ペレタイザー９０は、パン９２と、散水機９４と、排出スロープ９６とを有する。ペレタイザー９０は、水平面に対して所定の傾斜角度で設置され、パン９２を所定の回転数で回転させつつ散水機９４から適量の水３４を添加することでパン９２内の焼結原料を造粒して擬似粒子９８にする。

搬送コンベア３０で搬送された焼結原料は、ペレタイザー９０のパン９２内に投入される。パン９２内に投入された焼結原料は、パン９２の回転と散水機９４からの水３４の添加により平均粒子径が０．５ｍｍ以上８．０ｍｍ以下の擬似粒子９８に造粒される。擬似粒子９８は、排出スロープ９６から排出され、搬送コンベア３８によって焼結機４０の焼結原料供給装置４２に搬送される。なお、本実施形態において、平均粒子径は算術平均粒子径であって、Σ（Ｖｉ×ｄｉ）（但し、Ｖｉはｉ番目の粒度範囲の中にある粒子の存在比率であり、ｄｉはｉ番目の粒度範囲の代表粒径である。）で定義される粒径である。

焼結機４０は、例えば、下方吸引式のドワイトロイド焼結機である。焼結機４０は、焼結原料供給装置４２と、無端移動式のパレット台車４４と、点火炉４６と、気体燃料供給装置４７と、ウインドボックス４８とを有する。焼結原料供給装置４２から造粒された焼結原料がパレット台車４４に装入され、焼結原料の装入層が形成される。装入層は点火炉４６で点火される。ウインドボックス４８を通じて空気を吸引することで、装入層は、上方に設けられた気体燃料供給装置４７から供給される気体燃料および酸素を装入層に取り込み、装入層内で気体燃料と凝結材１８とを燃焼させつつ装入層内の燃焼・溶融帯を装入層の下方へ移動させる。これにより、装入層は焼結されて焼結ケーキが形成される。本実施形態において気体燃料は、高炉ガス、コークス炉ガス、高炉・コークス炉混合ガス、転炉ガス、都市ガス、天然ガス、メタンガス、エタンガス、プロパンガス、シェールガスおよびそれらの混合ガスのうちから選ばれるいずれかの可燃性ガスである。なお、図１に示した例では、気体燃料供給装置４７を有する焼結機４０の例を示したが、焼結機４０は気体燃料供給装置４７を有していなくてもよい。

焼結ケーキは、破砕機５０によって破砕され焼結鉱にされる。破砕機５０で破砕された焼結鉱は、冷却機６０によって冷却される。冷却機６０によって冷却された焼結鉱は、複数の篩を有する篩分け装置７０によって篩分けされ、粒径５ｍｍ超の成品焼結鉱７２と、粒径５ｍｍ以下の返鉱７４とに篩分けされる。返鉱７４は、搬送コンベア７８によって原料供給部２０の配合槽２８に搬送される。成品焼結鉱７２は、搬送コンベア７６によって高炉８０に搬送され、高炉原料として高炉に装入される。このようにして、本実施形態に係る焼結鉱の製造方法では焼結原料から成品焼結鉱７２が製造される。

本実施形態において、成品焼結鉱７２の粒径および返鉱７４の粒径は、篩によって篩分けられる粒径を意味し、例えば、粒径５ｍｍ超とは、目開き５ｍｍの篩を用いて篩上に篩分けされる粒径であり、粒径５ｍｍ以下とは、目開き５ｍｍの篩を用いて篩下に篩分けされる粒径である。成品焼結鉱７２および返鉱７４の粒径の各値は、あくまで一例であり、この値に限定するものではない。

図３は、ペレタイザー９０のフルード数と占積率とで定まる造粒状況を示すグラフである。図３において、横軸はフルード数（−）であり、縦軸は占積率（−）である。フルード数は、下記（１）式で算出される値である。

Ｆｒ＝［Ｄ×（Ｎ／６０）^２］／（ｇ×ｓｉｎα）・・・（１）
上記（１）式において、Ｆｒはフルード数（−）であり、Ｄはパン９２の直径（ｍ）であり、Ｎはパン９２の回転数（ｒｐｍ）であり、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ^２）であり、αはペレタイザー９０の水平面との傾斜角度（°）である。また、占積率φは、下記（２）式で算出される値である。

φ＝（Ｑ×Ｋ）／Ｆｒ^１／２・・・（２）
上記（２）式において、φは占積率（−）であり、Ｑは処理量（ｇ）であり、Ｋは定数であり、Ｆｒはフルード数（−）である。

図４は、図３における各領域の造粒状況を示す模式図である。図４（ａ）は、正常造粒領域の造粒状況を示し、図４（ｂ）は、雪崩領域の造粒状況を示し、図４（ｃ）は、すべり領域の造粒状況を示す。

図４（ａ）に示すように、図３においてフルード数と占積率で定まる位置が正常造粒領域の範囲内となる場合、焼結原料は、パン９２内で転動し、所定の粒径の擬似粒子９８に造粒される。一方、図４（ｂ）に示すように、フルード数と占積率で定まる位置が雪崩領域の範囲内となる場合、焼結原料は、パン９２の壁面に付着し、上方に移動した一部の焼結原料が下方に落下しパン９２内で転動しない。このように、フルード数と占積率で定まる位置が雪崩領域の範囲内となると焼結原料は転動しないので効率よく擬似粒子９８に造粒されない。また、図４（ｃ）に示すように、フルード数と占積率で定まる位置がすべり領域の範囲内となる場合、焼結原料は、１つの塊となってパン内をすべり落ちパン９２内で転動しない。このように、フルード数と占積率で定まる位置が雪崩領域の範囲内となると、焼結原料は転動しないので効率よく擬似粒子９８に造粒されない。

上記（１）式および（２）式に示すように、フルード数は、パン９２の回転数とペレタイザー９０の傾斜角度（°）によって定まり、占積率は、処理量とフルード数によって定まる。また、処理量は、散水機９４から添加される水量に依存し、散水機９４から添加される水量が多くなると処理量が多くなり、水量が少なくなると処理量は少なくなる。このように、処理量は、散水機９４から添加される水量によって定まる。

造粒時における焼結原料の水分量には上下限値があるので、散水機９４から添加される水量は、造粒前の焼結原料に含まれる水分量と、造粒時における水分量の上下限値との差で定まる。このため、測定工程で焼結原料の水分濃度を測定し、測定された水分濃度と水分量の上下限値との差分によって定まる散水機９４から添加される水量の範囲を求め、当該範囲内において占積率が予め定められた範囲内となる処理量に対応した水量の水を散水機９４から添加する。

処理量は、散水機９４から添加される水量と、下記（３）式を用いて算出できる。
Ｗ＝Ｑ×（Ｍ_０−Ｍ_ｆ）÷１００・・・（３）
上記（３）式において、Ｗは散水量（g）であり、Ｑは処理量（ｇ）であり、Ｍ_０は造粒前の焼結原料の水分量（質量％）であり、Ｍ_ｆは造粒時における焼結原料の水分量の目標値（質量％）である。Ｍ_ｆは、過去の操業実績から定められた造粒時における焼結原料の水分量の上限値および下限値の範囲内に定められる。

本実施形態に係る焼結鉱の製造方法では、図３におけるフルード数と占積率とから定まる位置が正常造粒領域の範囲内となるように、ペレタイザー９０で添加される水量、ペレタイザー９０の回転数およびペレタイザー９０の水平面との傾斜角度のうち少なくとも１つを調整する調整工程が実施される。具体的には、正常造粒領域の範囲内となるフルード数と占積率の範囲とを予め定めておき、測定工程で測定された焼結原料の水分濃度を用いて、予め定められたフルード数と占積率の範囲内となるように、ペレタイザー９０で添加される水量、ペレタイザー９０の回転数およびペレタイザー９０の水平面との傾斜角度のうち少なくとも１つを調整する。ペレタイザー９０において、正常造粒領域の範囲内にできるフルード数の予め定められた範囲は１以上１６以下であり、占積率の予め定められた範囲は０．０５以上０．１８以下であり、より好ましいフルード数の範囲は６以上１０以下であり、占積率の範囲は０．０６以上０．１５以下である。フルード数および占積率を上述した範囲内に調整することで、焼結原料はパン９２内で転動し、焼結原料を効率よく擬似粒子９８に造粒できる。

ペレタイザー９０で添加される水量の調整は、測定工程で測定された焼結原料の水分濃度を用いて実施される。ペレタイザー９０で焼結原料を造粒する場合、焼結原料の水分濃度が高くなり過ぎると擬似粒子９８は崩壊しやすくなり、擬似粒子９８の強度が低下する。一方、焼結原料の水分濃度が低くなると、水分による水架橋力が小さくなって粒子同士の結合が不足する。このため、測定工程で測定された焼結原料の水分濃度を用いて、焼結原料の水分濃度が、造粒時に適正となる水分濃度になるように散水機９４から添加される水量が調整される。

また、フルード数と占積率とで定まる位置を正常造粒領域の範囲内とし、且つ、造粒される擬似粒子の平均粒子径が０．５ｍｍ以上８．０ｍｍ以下の範囲内になるようにペレタイザー９０で添加される水量、ペレタイザー９０の回転数およびペレタイザー９０の傾斜角度のうち少なくとも１つを調整することが好ましい。

例えば、粒径が０．１ｍｍ以下の擬似粒子が多くなり、擬似粒子の平均粒子径が小さくなった場合には、正常領域の範囲内を維持した上で、ペレタイザー９０で添加される水量を増やす。水量を増やすことで、粒径０．１ｍｍ以下の擬似粒子を他の擬似粒子に付着させることができるので、粒径０．１ｍｍ以下の擬似粒子の数は少なくなり擬似粒子の平均粒子径は大きくなる。同様に、擬似粒子の平均粒子径が小さくなった場合に、正常領域の範囲内を維持した上で、ペレタイザー９０の回転数を高める。回転数を高めることにより、単位時間当たりに粒子同士が接触する回数が増え、擬似粒子の平均粒子径は大きくなる。

擬似粒子の平均粒子径を０．５ｍｍ以上８．０ｍｍ以下の範囲内にすることで、焼結機４０のパレット台車４４に装入されて形成される装入層の通気性が向上する。この装入層の通気性の向上により、製造される焼結鉱の歩留や品質が向上する。なお、擬似粒子９８の平均粒子径は、２．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲内とすることがより好ましく、３．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下の範囲内とすることがさらに好ましい。

以上説明したように、本実施形態に係る焼結鉱の製造方法では、測定工程で焼結原料の造粒性に影響する水分の成分濃度を連続測定し、当該成分濃度を用いて、図３におけるフルード数と占積率とで定まる位置が正常造粒領域の範囲内となるように造粒機で添加される水量、造粒機の回転数および造粒機の傾斜角度のうち少なくとも１つを調整する。これにより、焼結鉱製造中に焼結原料の造粒性に影響を及ぼす水分濃度が変動したとしても、水分濃度の変動を迅速に把握し、当該成分濃度の変動に応じて造粒機の運転条件を適正化できるので、造粒機を用いて焼結原料から効率よく擬似粒子を造粒できる。

なお、本実施形態では、測定工程で焼結原料の水分濃度を測定する例を示したが、水分に加えて、ＳｉＯ_２およびＡ1_２Ｏ_３のうち少なくとも１つの成分濃度を測定してもよい。焼結原料のＳｉＯ_２およびＡ1_２Ｏ_３の成分濃度は、焼結原料に吸収される固有水分量と相関がある。すなわち、水分濃度が同じ焼結原料であっても、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の成分濃度が高いとより多くの水分を吸収するので、造粒時に粒子同士を結合する水架橋力を生じさせる付着水分が少なくなり、焼結鉱原料のＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の成分濃度が高いと、造粒時に適正となる焼結原料の水分濃度が高くなる。このため、水分とともに焼結原料のＳｉＯ_２およびＡ1_２Ｏ_３のうち少なくとも１つの成分濃度を測定し、当該成分濃度を用いて、造粒時に適正となる水分濃度を補正することが好ましく、これにより、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の成分濃度を測定せず、焼結原料の水分量を補正しないで擬似粒子を造粒した場合よりも適正に造粒時の焼結原料の水分量を維持でき、より強度の高い擬似粒子を造粒できる。

本実施形態では、測定工程で焼結原料の水分濃度を測定する例を示したが、水分に加えて、ＣａＯの成分濃度を測定してもよい。焼結原料に含まれるＣａＯは、水を吸収して体積が膨張し、造粒時における焼結原料間の空隙を埋める。このため、焼結原料のＣａＯ濃度が高くなると焼結原料の造粒性が向上して擬似粒子の平均粒子径が大きくなる。一方、焼結原料のＣａＯ濃度が低くなると焼結原料の造粒性が低下して擬似粒子の平均粒子径は小さくなる。

このため、測定工程で焼結原料のＣａＯの成分濃度を測定し、擬似粒子の平均粒子径が所望の範囲内となるように、ＣａＯ含有原料の配合量を調整してもよい。これにより、造粒機の条件を変えることなく、擬似粒子の平均粒子径を調整できる。なお、焼結鉱のＣａＯ濃度は、製造される焼結鉱の塩基度調整が優先されるので、ＣａＯの成分濃度は２．０質量％以上６．０質量％以下の範囲内で調整される。

本実施形態において、赤外線分析計３２を配合槽２８とペレタイザー９０の間の搬送コンベア３０に設けて、焼結原料の成分濃度を測定する例を示したが、これに限られない。赤外線分析計３２を搬送コンベア１４に設けて、配合槽２２に搬送される鉄含有原料１２に含まれる水分の成分濃度の成分濃度を測定してもよく、赤外線分析計３２を配合槽２２と配合槽２４との間の搬送コンベア３０に設けて、配合槽２２から搬出された鉄含有原料１２に含まれるＣａＯおよび水分の成分濃度を測定してもよい。焼結原料の水分濃度の変動は、ヤード１１に保管されている鉄含有原料１２や、当該鉄含有原料１２に含まれる種々の銘柄の鉄鉱石および製鉄所内発生ダストの成分濃度の変動による影響が大きい。このため、搬送コンベア１４または配合槽２２と配合槽２４との間の搬送コンベア３０に赤外線分析計３２を設け、鉄含有原料１２の成分濃度を測定し、当該測定値を用いて、ペレタイザー９０で添加される水量、ペレタイザー９０の回転数およびペレタイザー９０の傾斜角度のうち少なくとも１つを調整してもよい。

本実施形態では、造粒機としてペレタイザー９０を用いた例を示したが、これに限られない。例えば、造粒機として、ドラムミキサーを用いてもよい。ドラムミキサーにおいても、ペレタイザー同様に、焼結原料の造粒状況が正常造粒領域になるように、フルード数と占積率とを調整することで、焼結原料を効率よく擬似粒子に造粒できるようになる。ドラムミキサーにおいても、フルード数および占積率は、上述した（１）式および（２）式で表されるので、測定工程で測定された水分濃度を用いて、添加される水量、ドラムミキサーの傾斜角度およびドラムミキサーの回転数を調整することで、焼結原料を効率よく擬似粒子に造粒できる。

本実施形態では、造粒機としてペレタイザー９０を１つ用いた例を示したが、これに限らず、複数のペレタイザーを用いてもよく、ペレタイザーとドラムミキサーを併用してもよい。例えば、２つの造粒機を用いた場合、後半の造粒機における造粒は、前半の造粒機によってある程度造粒されているので、微粉を多く含む前半の造粒機による造粒よりも焼結原料を容易に転動させることができる。このため、前半の造粒機の造粒状況を正常造粒領域にできる条件で後半の造粒機の条件を定めれば、後半の造粒機の造粒状況は正常造粒領域になる。このため、複数の造粒機を用いた場合であっても、１台の造粒機で造粒を行う場合と同様に添加される水量、造粒機の回転数および造粒機の水平面との傾斜角度のうち少なくとも１つを調整することで、各造粒機の造粒状況を正常造粒領域に維持できる。

次に、図１に示した焼結鉱製造装置１０を用いて本実施形態に係る焼結鉱の製造方法で成品焼結鉱を製造した実施例を説明する。発明例１では、搬送コンベア３０に設けた赤外線分析計３２を用いて、オンラインで焼結原料の成分濃度（水分、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２）を１時間に１回の頻度で連続測定する測定工程を実施した。そして、測定工程で測定された成分濃度を用いてペレタイザーで添加される添加水量、ペレタイザーの傾斜角度および回転数を１時間に１回の頻度で調整する調整工程を実施した。

図５は、発明例１における成分濃度および添加水量の変動を示すグラフである。図５（ａ）は、焼結原料の水分濃度（質量％）の変動を示し、図５（ｂ）は焼結原料のＡｌ_２Ｏ_３の成分濃度（質量％）の変動を示し、図５（ｃ）は焼結原料のＳｉＯ_２の成分濃度（質量％）の変動を示し、図５（ｄ）は、ペレタイザーで添加した添加水量（ｔ／ｈ）を示す。

図６は、発明例１におけるペレタイザー９０の運転条件、通気性指数および成品焼結鉱の生産量の変動を示すグラフである。図６（ａ）はペレタイザーの傾斜角度（°）の変動を示し、図６（ｂ）はペレタイザーの回転数（ｒｐｍ）の変動を示し、図６（ｃ）は装入層の通気性指数（−）を示し、図６（ｄ）は生産ベース（ｔ／ｈ）の変動を示す。なお、装入層の通気性指数（−）とは、下記（３）式で算出される指数である。また、生産ベース（ｔ／ｈ）とは、焼結原料の１時間当たりの切り出し量であり、この生産量が多いほど焼結鉱製造の操業状態が良好であることを示す。

通気性指数＝Ｖ／［Ｓ×（ｈ／ΔＰ）^０．６］・・・（３）
上記（３）式において、Ｖは装入層の通風量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）であり、Ｓは焼結機のパレット台車４４の焼結面積（ｍ^２）であり、ｈは装入層の高さ（ｍｍ）であり、ΔＰは焼結機上圧力損失（ｍｍＨ_２Ｏ）である。

鉄含有原料１２の原料パイルは６日に１度の頻度で他の原料パイルに切り換わる。実施例１において原料パイルの切り換えは、３０時間経過時点で実施された。このため、３０時間経過前後の焼結原料の成分濃度の変動は、他の時間における成分濃度の変動よりも大きくなっている。

発明例１では、焼結原料の水分濃度、Ａｌ_２Ｏ_３濃度およびＳｉＯ_２濃度を連続測定している。これにより、図５（ａ）に示した１０時間経過後から３０時間経過前の水分濃度の上昇傾向や、図５（ｂ）（ｃ）に矢印で示した１５時間経過後から３０時間経過前のＡｌ_２Ｏ_３濃度およびＳｉＯ_２濃度の低下傾向を迅速に捉えることができる。発明例１では、当該測定値を用いて、１時間に１回の頻度で添加水量、ペレタイザーの傾斜角度および回転数を調整した。

発明例１では、０時間経過後から１５時間経過前までは、焼結原料の水分濃度、Ａｌ_２Ｏ_３濃度およびＳｉＯ_２濃度の変動が小さいので、造粒機で添加する水量は一定として、焼結原料の水分量が７質量％以上８質量％以下となるように調整した。１５時間経過後から３０時間経過前では、焼結原料の水分濃度の上昇、Ａｌ_２Ｏ_３濃度およびＳｉＯ_２濃度の低下に対応させて造粒機で添加する水量を少なくした。また、３０時間経過後から４８時間経過までは、原料パイルの切り換えによる焼結原料の水分濃度の低下と上昇、Ａｌ_２Ｏ_３濃度およびＳｉＯ_２濃度の若干の低下に対応させて造粒機で添加する水量を少なくした。

さらに、発明例１では、フルード数が６．６５〜９．８５、占積率が０．０８４〜０．０８５、擬似粒子の平均粒子径が３．１０〜３．９０ｍｍの範囲内となるように、ペレタイザー傾斜角度（図６（ａ））およびペレタイザー回転数（図６（ｂ））を調整した。これにより、擬似粒子の平均粒子径は２．００〜３．９０ｍｍとなり、図６（ｃ）に示すように、当該擬似粒子によって形成された装入層は高い通気性を維持し、この結果、全生産期間を通じて高い生産ベースを維持できた。

一方、比較例１では、焼結原料の水分、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２の成分濃度をオフラインで測定した。焼結原料の水分濃度は、１日３回（８時間に１回）の頻度で測定し、焼結原料のＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２の成分濃度は、原料パイルの切り換え時に（６日に１回の頻度）で測定した。そして、測定された水分、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２の成分濃度を用いて８時間に１回の頻度で添加水量を調整し、６日に１回の頻度でペレタイザー９０の傾斜角度および回転数を調整した。

図７は、比較例１における焼結原料の成分濃度と添加水量の変動を示すグラフである。図７（ａ）は、焼結原料の水分濃度（質量％）の変動を示し、図７（ｂ）は焼結原料のＡｌ_２Ｏ_３の成分濃度（質量％）の変動を示し、図７（ｃ）は焼結原料のＳｉＯ_２の成分濃度（質量％）の変動を示し、図７（ｄ）は、ペレタイザーで添加した添加水量（ｔ／ｈ）を示す。なお、図７（ｂ）、（ｃ）において、１時間ごとに○プロットを示しているが、これは測定された成分濃度の値ではなく、パイル切り換え時に測定された各成分濃度を示している。

図８は、比較例１におけるペレタイザーの運転条件、通気性指数および成品焼結鉱の生産量の変動を示すグラフである。図８（ａ）はペレタイザーの傾斜角度（°）の変動を示し、図８（ｂ）はペレタイザーの回転数（ｒｐｍ）の変動を示し、図８（ｃ）は装入層の通気性指数（−）を示し、図８（ｄ）は生産ベース（ｔ／ｈ）を示す。

比較例１では、８時間に１回の頻度で測定された水分濃度と、６日に１回の頻度で測定されたＡｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２の成分濃度を用いて、発明例１と同様にフルード数が６．６５〜９．８５の範囲内、占積率が０．０８４〜０．０８５の範囲内、擬似粒子の平均粒子径が３．１０〜３．９０ｍｍの範囲内になるように、ペレタイザーで添加される添加水量、ペレタイザーの傾斜角度および回転数を調整した。比較例１では、原料パイルの切り換え時に合わせて、添加水量、傾斜角度および回転数を調整したが、焼結原料の水分、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２の成分変動に対してペレタイザーでの添加水量、ペレタイザーの傾斜角度および回転数の調整が適切に行えない。このため、擬似粒子の平均粒子径は０．６０〜３．５０ｍｍとなり、また、所々で通気性指数の大きな低下が見られたことから擬似粒子径の変動も大きくなったと考えられる。この通気性指数の低下により、焼結鉱の生産ベースは全生産期間の所々で大きく低下し、焼結鉱の製造が安定しなかった。

このように、発明例１では全生産期間を通じて高い生産ベースを維持できた一方で、比較例１では、全生産期間の所々で通気性指数および生産ベースが大きく低下した。これらの結果から、焼結原料の造粒性に影響する成分濃度を連続測定し、当該成分濃度を用いて造粒機であるペレタイザーの運転条件を適正化することで効率よく擬似粒子を造粒でき、これにより、高い通気性指数および高い生産量が維持され、焼結鉱製造の操業状態を良好に維持できることが確認された。

また、発明例１と比較例１における擬似粒子の平均粒子径と、通気性指数と、成品焼結鉱生産率の平均値を下記表１に示す。なお、成品焼結鉱生産率とは、図６（ｄ）および図８（ｄ）に示した生産ベースに、焼結原料から焼結によって気化する成分を除いた割合である焼結歩留と、篩分け装置７０による成品焼結鉱歩留とを乗じた値を、焼結機のパレット台車の焼結面積で除した値である。

表１に示すように、発明例１の擬似粒子の平均粒子径は比較例１よりも大きくなった。また、発明例１の通気性指数および成品焼結鉱生産率は、いずれも比較例１よりも高くなった。このように、擬似粒子の平均粒子径が大きくなったことから、本実施形態に係る焼結鉱の製造方法を実施することで効率良く擬似粒子を造粒でき、これにより、装入層の通気性指数の向上および成品焼結鉱生産率の向上が実現できることが確認された。

１０ 焼結鉱製造装置
１１ ヤード
１２ 鉄含有原料
１４ 搬送コンベア
１６ ＣａＯ含有原料
１７ ＭｇＯ含有原料
１８ 凝結材
２０ 原料供給部
２２ 配合槽
２４ 配合槽
２５ 配合槽
２６ 配合槽
２８ 配合槽
３０ 搬送コンベア
３２ 赤外線分析計
３４ 水
３６ ドラムミキサー
３８ 搬送コンベア
４０ 焼結機
４２ 焼結原料供給装置
４４ パレット台車
４６ 点火炉
４７ 気体燃料供給装置
４８ ウインドボックス
５０ 破砕機
６０ 冷却機
７０ 篩分け装置
７２ 成品焼結鉱
７４ 返鉱
７６ 搬送コンベア
７８ 搬送コンベア
８０ 高炉
９０ ペレタイザー
９２ パン
９４ 散水機
９６ 排出スロープ
９８ 擬似粒子

Claims (6)

1. 少なくとも鉄含有原料、ＣａＯ含有原料および凝結材が配合された焼結原料を造粒機で造粒し、造粒された焼結原料を焼結機で焼結して焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、
   前記鉄含有原料、前記焼結原料のうち少なくとも１つの成分濃度を連続測定する測定工程と、
   前記測定工程で測定された成分濃度を用いて、前記焼結原料が前記造粒機で転動するように前記造粒機で添加される水量、前記造粒機の回転数および前記造粒機の傾斜角度のうち少なくとも１つを調整する調整工程と、
   を有する、焼結鉱の製造方法。
2. 前記造粒機は、前記焼結原料を転動させるパンを有するペレタイザーであり、
   前記調整工程では、前記造粒機で添加される水量、前記造粒機の回転数および前記造粒機の傾斜角度のうち少なくとも１つを調整し、下記（１）式で定められるフルード数と、下記（２）式で定められる占積率と、を予め定められた範囲内とする、請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
   Ｆｒ＝［Ｄ×（Ｎ／６０）^２］／（ｇ×ｓｉｎα）・・・（１）
   但し、上記（１）式において、Ｆｒは前記フルード数（−）であり、Ｄは前記パンの直径（ｍ）であり、Ｎは前記パンの回転数（ｒｐｍ）であり、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ^２）であり、αは前記ペレタイザーの水平面との傾斜角度（°）である。
   φ＝（Ｑ×Ｋ）／Ｆｒ^１／２・・・（２）
   但し、上記（２）式において、φは占積率（−）であり、Ｑは処理量（ｇ）であり、Ｋは定数であり、Ｆｒはフルード数（−）である。
3. 前記フルード数の予め定められた範囲は１以上１６以下の範囲内であり、前記占積率の予め定められた範囲は０．０５以上０．１８以下の範囲内である、請求項２に記載の焼結鉱の製造方法。
4. 前記測定工程では、水分の成分濃度を測定する、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の焼結鉱の製造方法。
5. 前記測定工程では、ＳｉＯ_２およびＡ1_２Ｏ_３の少なくとも１つの成分濃度をさらに測定する、請求項４に記載の焼結鉱の製造方法。
6. 前記造粒された焼結原料の平均粒子径は、０．５ｍｍ以上８．０ｍｍ以下の範囲内である、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の焼結鉱の製造方法。