JP2023082324A - 焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成品歩留の向上のみならず生産性をも向上または維持させる。【解決手段】点火炉と、該点火炉の下流側に所定の間隔を空けて配置される再点火炉とを備え、下方吸引により焼結を進行させるＤＬ式焼結機の操業において、焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間でのみ下方吸引の風量を抑制する。【選択図】図１

Description

本発明は、焼結鉱の製造方法に関する。

現在、高炉製銑法の主原料は、焼結鉱である。焼結鉱は、通常、次のように製造される。まず、原料となる鉄鉱石（粉）、製鋼ダスト等の含鉄雑原料、橄欖岩等のＭｇＯ含有副原料、石灰石等のＣａＯ含有副原料、返鉱、燃焼熱によって焼結鉱を焼結（凝結）させる燃料となる炭材（凝結材とも言う）を、所定の割合で混合する。混合した配合原料を造粒して原料造粒物とする。次に、造粒された原料造粒物を、ホッパより、下方吸引式のドワイトロイド（ＤＬ）式焼結機のパレット上に搭載して、原料充填層を形成する。形成した原料充填層の上部（表面層）から、点火炉（点火器）により原料充填層中の炭材に点火する。そして、パレットを連続的に移動させながらパレットの下方から空気を吸引する。吸引により酸素を供給し、原料充填層中の炭材の燃焼を上部から下部に向けて進行させて、炭材の燃焼熱により原料充填層を順次焼結させる。焼結により得られた焼結部（焼結ケーキ）は、所定の粒度に粉砕、篩分け等により整粒され、高炉の原料である焼結鉱となる。

ＤＬ式焼結機では、上述のように上層から下層に向けて下方吸引により順次焼結させるため、一般的に、焼結過程において、原料充填層の下層部では熱量が十分であっても、上層部では熱量不足となる。そのため、熱量不足となる上層部では焼結が十分に進行せず、焼結鉱の強度不足を引き起こし、全体の歩留も悪くなる。

このような熱量不足による上層部の焼結不良の改善を目的として、機長方向に所定距離を離して直列に配置された２つの点火炉（上流側の点火炉と下流側の再点火炉）を備える焼結機を用いて、原料充填層を断続的に二度点火する技術（再点火技術）が開示されている。再点火を行うことにより、上層部の高温保持時間不足も改善することができる。例えば、特許文献１には、点火炉と再点火炉との間に点火を行わない区間である大気吸引領域を設け、点火炉による点火から再点火炉による再点火（フレーム加熱ともいう）までの経過時間（以下、離間時間という）は０．５分～３分が適正であるとしている。ここで、離間時間は、点火炉のバーナーノズル直下から、再点火炉のバーナーノズル直下までの距離（離間距離）を、原料層（パレット）が移動する際に要する所要時間（離間距離移動時間）である。

また、特許文献２には、上述の再点火技術に、焼結ストランド方向における下方吸引の風量分布を制御する技術（風量分布制御技術）を組み合わせて実施する操業方法（以下、再点火・風量制御技術という）が開示されている。焼結ストランド前半の風量を絞る風量分布制御技術の単独実施では成品歩留は向上するものの焼結速度が低下するため、結果として生産性が低下する。それに対し、再点火・風量制御技術操業では、歩留の向上効果により生産性の低下を補填することができる。

特開２０２０－２４５７号公報 特開２０２１－４２４６８号公報

特許文献２には、再点火・風量制御技術として、焼結ストランド前半の風量を絞る技術が開示されている。そこでは、成品歩留は向上するものの、その効果が生産率を補填する程度に留まる。

本発明の目的は、成品歩留の向上のみならず生産性をも向上または維持させることができる焼結鉱の製造方法を提案することである。

（１）点火炉と、該点火炉の下流側に所定の間隔を空けて配置される再点火炉とを備え、下方吸引により焼結を進行させるＤＬ式（ドワイトロイド式）焼結機の操業において、焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間でのみ下方吸引の風量を抑制することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
（２）前記焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間のウインドボックス若しくはウインドレグにおける平均負圧を、再点火炉出口より下流側の区間のウインドボックス若しくはウインドレグにおける平均負圧に対して４０％以上７０％以下とすることを特徴とする（１）に記載の焼結鉱の製造方法。
（３）前記焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間で吸引される大気の平均空筒風速を、前記再点火炉出口より下流側の区間で吸引される大気の平均空筒風速に対して６０％以上８０％以下とすることを特徴とする（１）に記載の焼結鉱の製造方法。
（４）点火炉入口から前記再点火炉出口までのパレット移送時間を０.５分以上２.０分以下とすることを特徴とする（１）から（３）のいずれか１つに記載の焼結鉱の製造方法。

吸引風量抑制を焼結ストランド上流側の再点火炉出口までに限定することにより、成品歩留のみならず生産率も向上する。

本発明の実施形態に係る再点火・風量制御技術操業を実施するＤＬ式焼結機の構成を示す概要図である。

以下に、図面を参照して再点火技術、風量制御技術の各技術の概要を説明し、その後、両技術を組み合わせた再点火・風量制御技術について説明する。図１は、再点火技術および風量制御技術を実施可能な焼結機の一例（パレットの図示は省略）を説明する概要図である。なお、これらの技術については、例えば上述した特許文献２（特開２０２１－４２４６８号公報）などの文献を参照することによって実施可能であるため、ここでは基本構成に関する詳細な説明は省略する。

（再点火技術）
再点火技術では、図１に示すように、機長方向（焼結ストランド方向）に所定距離を離して直列に配置された２つの点火炉（上流側の点火炉１と下流側の再点火炉２）を備える焼結機１０を用いる。点火炉１による点火後、再点火炉２による再点火を行うまでの間に、点火を行わずに大気を吸引する区間である大気吸引領域３を設ける。

再点火技術では、大気吸引領域３を設けて原料充填層表面部に形成された燃焼帯に十分な酸素（大気）を供給することにより、コークス燃焼が促進され燃焼帯幅が拡大する。また、再点火を、大気吸引領域３における大気の供給により焼結ケーキが冷えてしまう前に実施することで上層部の１２００℃以上の高温保持時間が増加する。適正なタイミングで再点火して熱量を供給することにより高温保持時間が増加し、成品歩留および焼結鉱冷間強度向上が期待できる。

（風量制御技術）
風量制御技術では、図１に示すように、下方吸引装置４により焼結ストランド方向（パレット進行方向）における吸引風量の分布を制御する。下方吸引装置４は、焼結ベッドの下方に焼結ストランド方向に連設される複数組のウインドボックス５およびウインドレグ６を備え、ウインドボックス５およびウインドレグ６はそれぞれダクト８を介してブロア９に接続されている。各組のウインドボックス５とウインドレグ６との接続部或いはウインドレグ６の途中にはダンパー７が設けられており、ダンパー７の開度調整によって風量分布制御が実施される。

風量制御技術は、パレット進行方向において前半の吸引風量を後半の吸引風量よりも絞ることで焼結層上層部におけるコークス燃焼反応を遅らせて、焼結進行速度を低下させる技術である。焼結進行速度の低下は、焼結層が高温状態にさらされる時間を延ばすため、焼結の成品歩留向上や冷間強度向上する。その一方で、焼結進行速度の低下は生産性の低下を招くという問題がある。

（再点火・風量制御技術）
再点火・風量制御技術は、図１に示す通り、上述の再点火技術と風量制御技術とを組み合わせて実施する技術である。両方の技術を組み合わせて操業することにより、歩留をより向上させるとともに、生産性の低下を補填する効果を得ることができる。特許文献２には、再点火・風量制御技術の風量制御において、大気吸引領域を含めた焼結ストランド前半の風量を低下させる技術が開示されている。

発明者らは、再点火・風量制御技術を用いた操業を実施する中で、再点火技術操業においては、焼結ストランド前半の風量抑制領域は再点火炉出口までに限定するのみで十分であって、むしろ再点火終了後は風量抑制を行わない方が生産率向上の観点から好ましいのではないかと考えた。加えて、低減する風量または再点火タイミング（離間距離）を適正化することにより、焼結速度低下抑制かつ成品歩留大幅向上によって、成品歩留のみならず生産率も向上する効果を得られるのではないかと考えた。
そして、上記観点から焼結実験を重ね、その結果から焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間のみ吸引風量を抑制する焼結鉱の製造方法を創案した。

以下、本発明の実施形態について説明する。

本発明は、点火炉と、該点火炉の下流側に所定の間隔を空けて配置される再点火炉とを備え、下方吸引により焼結を進行させるＤＬ式（ドワイトロイド式）焼結機の操業において、焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間Ｓでのみ下方吸引の風量を抑制することを特徴とする。再点火技術での操業においては、風量を低減（抑制）する領域を上記区間Ｓとすること、すなわち、焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間Ｓでは、再点火炉出口より下流側の区間よりも風量を抑制して下方吸引を行うことが歩留向上に有効であるからである。なお、図１に示すように、焼結ストランド方向において、最も上流側のウインドボックス５が点火炉１の入口の直下に配設されている場合（最も上流側のウインドボックス５の上流端が点火炉１の上流端の直下に位置するように配設されている場合）には、上記区間Ｓは、焼結ストランドの点火炉１の入口から再点火炉２の出口までの区間に相当する。

また、詳細は後述するが、風量低減の好適様態は、焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間Ｓで吸引される大気の平均空筒風速を再点火炉出口より下流側の区間で吸引される大気の平均空筒風速に対して６０％以上８０％以下にするか、または、上記区間Ｓのウインドボックス５若しくはウインドレグ６における平均負圧を、再点火炉出口より下流側の区間のウインドボックス５若しくはウインドレグ６における平均負圧に対して４０％以上７０％以下とすることである。

ここに、平均空筒風速は、焼結ベッド表面、ウインドボックス５、またはウインドレグ６において計測する。区間Ｓで吸引される大気の平均空筒風速を、再点火終了後の６０％以上８０％以下とするのは、６０％未満では焼結速度の低下が大きくなり生産性が悪化し、８０％を超えると風量減による歩留向上効果が得られないためである。

しかしながら、空筒風速（風量）測定は困難な場合もある。その場合は、各区間の平均負圧で管理することができる。焼結ベッドを通過する風量と吸引負圧の間には、下記のＪＰＵ（Japanese Permeability Unit）の式（１）で記述される関係がある。ＪＰＵは焼結ベッドの通気抵抗指数で、焼結機固有の定数となる。
ＪＰＵ＝ｖ・（Ｈ/Ｐ）^０．６ ・・・（１）
ｖ：風速（Ｎｍ/ｍｉｎ）
Ｈ：充填層層厚（ｍｍ）
ΔＰ：負圧（ｍＨ_２Ｏ）

上記（１）式から、風速６０％(４０％減)は負圧４０％(６０％減)に相当し、風速８０％（２０％減）は負圧７０％（３０％減）に相当することが導かれる。

また、後述する実施例の結果から導かれるように、再点火タイミングの好適様態は、点火炉１の入口から再点火炉２の出口までのパレット移送時間が０.５分以上２.０分以下である。０.５分未満であると焼結層表面部の燃焼帯に十分な酸素を供給することができず、２．０分を超えると焼結層表面部が焼結反応以下の温度に低下し、再点火技術の歩留向上効果を得にくい。

本発明の効果を実証する実施例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

発明者らは、鍋試験で本発明法の効果を確認した。鍋試験は、ＤＬ焼結機を模擬した条件で焼結を行うもので、ＤＬ焼結機のように原料充填層の移動こそないが、下方吸引できる所定の大きさの容器に燃料を含む焼結原料を装入し、上面から着火し、下方吸引させて焼結を進行させる試験である。試験ケースは、後述する表２に示すように、参考例１～２、比較例１～２、実施例１～４の８ケースである。

（実験条件）
表１は、使用した焼結用の原料とその配合割合を示す。
試験ケースによらず、原料の配合は同一である。鉄鉱石、橄欖岩、生石灰、および石灰石を配合した新原料を１００質量％として、粉コークス、返鉱の配合割合を、外数で、それぞれ、４．５質量％、１５．０質量％とした。なお、表１の鉄鉱石Ａ～Ｅはそれぞれ異なる産地のものを使用した。また、粉コークスは、いずれも粒度が－５ｍｍ（５ｍｍ未満）のもの（５ｍｍの篩目の篩下のもの）を使用した。

配合原料は、一括して造粒した。造粒は、ドラムミキサーで４分間混合後、配合原料を１００質量％として外数で６．５質量％の量の水分を添加し、さらに４分間混合した。
鍋試験装置は、直径１００ｍｍ、高さ３００ｍｍの寸法のものを使用し、焼結層厚が２７０ｍｍとなるようにした。

（試験水準）
試験ケースは後述の試験結果も含めて表２に記載する。
点火時間および再点火時間は共に１分間（熱量２５ＭＪ/原料ｔ）とした。表２の両点火間隔の欄に示すように、再点火を行った比較例１～２、および実施例１～４においては、再点火時刻を点火完了時刻の１分後、２分後、または３分後とした。また、参考例１～２では、再点火を行わなかった。

吸引風量は送風機吸引側のバルブ開度により、鍋内の空筒風速が以下の条件０～３のいずれかとなるように調整した。
条件０．風量制御ＯＦＦ： 風速０．８０Ｎｍ/ｓで一定
条件１．風量制御ＯＮ１：
再点火終了まで風速０．６０Ｎｍ/ｓ、その後風速０．８０Ｎｍ/ｓ
条件２．風量制御ＯＮ２：
再点火終了まで風速０．５３Ｎｍ/ｓ、その後風速０．８０Ｎｍ/ｓ
条件３．風量制御ＯＮ３：
再点火終了まで風速０．２７Ｎｍ/ｓ、その後風速０．８０Ｎｍ/ｓ
表２の風量制御の欄に示すように、参考例１および比較例１では条件０（ＯＦＦ）で、参考例２および実施例１では条件１（ＯＮ１）で、実施例２～４では条件２（ＯＮ２）で、比較例２では条件３（ＯＮ３）で試験を実施した。なお、再点火を行っていない参考例２においては、実施例２と同様、点火開始時刻から３分間風速が０．５３Nm/sとなるように、風量制御を行った。

鍋下では熱電対で温度計測も行った。焼結では、燃焼帯が焼結層の最下部に到達すると、鍋下温度が上昇を開始し、やがてピークを迎え、コークスの燃焼完了により低下する。鍋下のウインドボックス内の排ガス温度が最高温度となった３分後に送風機の吸引を停止した。なお、焼結時間は、点火開始時刻から排ガス温度の最高温度到達時刻までの時間とした。

焼結後、得られた焼結ケーキを、２ｍの高さから４回落下処理を行い、床敷鉱を除く粒径＋５ｍｍ（５ｍｍ超）を焼結成品とした。成品歩留は、焼結成品重量を、床敷を除く焼結ケーキ重量で除した値と定義した。生産率は、成品量を焼結時間と鍋底面積で割って算出した。燃焼速度（BTS: Burn through speed）は、原料層厚を焼結時間で割って求めた。

（試験結果）
表２に、各試験ケースの燃焼速度、成品歩留、生産率の結果を示す。試験結果において、成品歩留が６８％以上であり、かつ、生産率が３４．４ｔ/（Ｄｍ^２）以上となったケースが、本発明の実施例である。

参考例１および参考例２の試験結果に示されるように、再点火無しの条件において風量制御を行うと、成品歩留向上（＋２．０％）の効果が得られた。しかしながら、点火時刻から３分間の風量抑制による焼結速度の低下の影響が大きく、生産率は０．７ｔ/（Ｄｍ^２）低下した。
一方、比較例１、実施例１、および実施例２の試験結果に示されるように、両点火間隔を１分として再点火を行うと再点火を行わない場合（参考例１および参考例２）よりも成品歩留向上する。また、点火時刻から再点火終了時刻までの３分間において空筒風速を０．６Ｎｍ/ｓまたは０．５３Ｎｍ/ｓに風量抑制を行った実施例１および実施例２では、風量抑制を行わない比較例１よりも、さらに歩留向上効果が拡大(＋１．８％または＋２．６％)して焼結速度低下に伴う減産を抑制でき、むしろ生産率が０．２ｔ/（Ｄｍ^２）または０．３ｔ/（Ｄｍ^２）改善した。
なお、比較例２に示すように、実施例２よりもさらに風量抑制を強める（空筒風速を低下させる）と、焼結速度低下の影響が大きくなり生産率が２．９ｔ/（Ｄｍ^２）低下した。

さらに、実施例３の試験結果に示されるように、実施例２と同一の空筒風速条件で両点火間隔を２分へ増加した場合は、成品歩留がほぼ維持できる。しかしながら、実施例４の試験結果に示されるように、両点火間隔を３分へ増加した場合は、実施例３と比較して成品歩留が０．５％低下した。実施例４でも、参考例１に対して同等の生産率を維持しつつ成品歩留が７．０％高いが、より好適様態としては、両点火間隔が２分を超えないほうが望ましい。

１…点火炉、２…再点火炉、３…大気吸引領域、４…下方吸引装置、５…ウインドボックス、６…ウインドレグ、７…ダンパー、８…ダクト、９…ブロア、Ｓ…焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間

Claims (4)

1. 点火炉と、該点火炉の下流側に所定の間隔を空けて配置される再点火炉とを備え、下方吸引により焼結を進行させるＤＬ式焼結機の操業において、焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間でのみ下方吸引の風量を抑制することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
2. 前記焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間で吸引される大気の平均空筒風速を、前記再点火炉出口より下流側の区間で吸引される大気の平均空筒風速に対して６０％以上８０％以下と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。
3. 前記焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間のウインドボックス若しくはウインドレグにおける平均負圧を、再点火炉出口より下流側の区間のウインドボックス若しくはウインドレグにおける平均負圧に対して４０％以上７０％以下と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。
4. 点火炉入口から前記再点火炉出口までのパレット移送時間を０.５分以上２.０分以下とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の焼結鉱の製造方法。

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