JP2697550B2

JP2697550B2 - ２段点火式焼結鉱製造方法

Info

Publication number: JP2697550B2
Application number: JP7596493A
Authority: JP
Inventors: 尊三川口; 雅彦星; 勝松村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-04-01
Filing date: 1993-04-01
Publication date: 1998-01-14
Anticipated expiration: 2013-01-14
Also published as: JPH06287646A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、粉鉄鉱石などの所定
原料を配合した焼結原料を２段点火式で焼結する焼結鉱
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】製鉄用の鉄鉱石のうち粉状鉄鉱石は焼結
により塊成化してから高炉に装入されている。一般に、
このような粉状鉄鉱石などの製鉄原料にコークス、石灰
石などを配合した焼結用の原料（焼結配合原料）の塊成
化法としてＤ・Ｌ型（ドワイトロイド型）焼結機が用い
られてきた。

【０００３】上記のＤ・Ｌ型焼結機を用いる焼結では、
図１に示すように、焼結ストランド１の回りに周回する
多数のパレット２上に、床敷ホッパー３、配合原料サー
ジホッパー４からそれぞれ床敷鉱、配合原料を順次充填
する。つぎに点火炉５を通過する過程で充填層表面に点
火し、パレット移動域の下に配設された風箱６からブロ
ワー７で吸引することによって充填層上方から下方に空
気を流通させ、パレット２が排鉱端（装置の右端）に向
かう間に原料の焼結を上方から下方に向けて進行させ
る。そして排鉱端直前で焼結を完了させ、塊成化した焼
結鉱を製造する。

【０００４】図２は、充填層内における焼結の進行状況
を模式的に示す図で、符号８は原料帯を、符号８′は乾
燥帯を示し、斜線部分は焼結反応帯９を、さらに焼結反
応帯上に位置する符号10は焼結完了帯をそれぞれ示して
いる。

【０００５】焼結配合原料には燃料として粉コークスま
たは無煙炭が予め配合されており、図１に示すように、
点火炉５で点火後、上方からO₂濃度21％の空気を通気せ
しめて粉コークスを燃焼させ、これにより鉱石の溶融焼
結を行っている。焼結排ガスは風箱６を通して排気され
るが、このときの排ガス中のO₂濃度は11％程度で水蒸気
は10％程度である。このO₂濃度レベルのガスは、まだコ
ークスを燃焼させるだけの酸化力を保持しているからこ
れを有効に再利用するのが望ましい。

【０００６】かかる排ガス再利用技術の一つとして、例
えば「鉄と鋼」Vol.69、No.4、72頁に開示されるよう
な、排ガスの焼結工程への循環技術が実施されている。
これは焼結工程後半の排ガスを抽気し、これを再度原料
表面に吹き付けて燃焼用ガスとして再利用を図るもの
で、大気中へ放散されるガス量の低減、窒素酸化物の低
減さらに排熱回収量の増加等に効果がある。しかし、焼
結層内で起こるコークス燃焼および焼結反応自体は、図
２に示す従来の焼結法と同様であり、このため焼結進行
速度増加による生産性向上効果は期待できない。

【０００７】排ガスを再利用して焼結反応を促進し、か
つ焼結進行速度を速めるためには原料層内で焼結反応を
同時に多発的に進行させる必要がある。

【０００８】これを具体的に実現した方法として特開昭
47−26304 号公報に２段点火式焼結法が開示されてい
る。

【０００９】図３は、２段点火式の場合の焼結進行状況
を模式的に示す図である。同図の符号は図２のそれと同
じである。この方法は、原料供給装置および点火炉をパ
レット進行方向に位置をずらして複数個設け、段階的に
各充填層の表面に順次点火して、焼結反応を進行させる
ものである。この操作により、上段充填層を通過した高
温の排ガスは再び下段充填層で燃焼用に利用されること
になる。この場合、上段と下段の充填層で同時に焼結反
応が進行するため、焼結所要時間が大幅に短縮され、生
産性向上が達成できる。

【００１０】しかし、この２段点火式焼結法の焼結過程
においては、上段充填層から下段充填層に流入するガス
のO₂濃度が低いため、下段充填層に配合された粉コーク
スは完全燃焼の状態を維持しにくく、燃焼発熱量が低減
することとなる。さらに上段充填層から下段充填層に流
入するガスの温度は 100℃以下であるため、下段充填層
の予熱効果も期待できない。このため、下段充填層内の
温度が低下し、十分な溶融焼結化が達成できず、焼結ケ
ーキ（成品焼結鉱）の強度が十分に高くならず、これが
２段点火式焼結法の欠点となっている。

【００１１】このような２段点火式焼結法の欠点をなく
する手段として、特開昭62−107033号公報では、上層部
原料中の結合水を除く含水分比率を 4.0〜7.0 重量％に
規定する方法、特開昭62−109932号公報では、全原料層
厚さを 700mm以上とする方法、特開昭62−107032号公報
では、粉コークス配合比率を 2.0〜3.5 重量％にする方
法が開示されている。このような適正操業条件の選択や
配合原料の選択によって成品焼結鉱の強度向上が図られ
ている。しかしながら、その効果は未だ十分でなく、さ
らに一層の成品歩留と焼結鉱品質の向上が望まれてい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、２段
点火式焼結法は従来の１段焼結法に較べ生産性の面では
優れているが、下段部の焼結ケーキの結合強度が弱いた
め、成品強度が低く、成品歩留も低くなって実用面で問
題があった。

【００１３】本発明の目的は、２段点火式焼結法におい
て固体燃料の燃焼性悪化に起因して焼結過程で溶融不良
が生ずる下段充填層の配合原料の溶融同化性を高めるこ
とにより、高強度燃焼鉱を高歩留で製造する方法を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記(1) およ
び(2) の焼結鉱製造方法を要旨とする。

【００１５】(1) パレット上に装入する焼結配合原料を
上下２段に分けて層状に充填し、上段および下段の充填
層に個別に点火し、各充填層ごとに焼結反応を進行させ
る２段点火式焼結法において、少なくとも下段に充填す
る焼結配合原料中の全炭酸塩化合物比率を 4.2％重量以
下とし、かつ固体燃料比率を 2.0〜3.0 重量％とするこ
とを特徴とする２段点火式焼結鉱製造方法。

【００１６】(2) 上記(1) の焼結鉱製造方法において、
更に、少なくとも下段に充填する焼結配合原料中の全鉱
石結合水比率を 2.6重量％以上とすることを特徴とする
２段点火式焼結鉱製造方法。

【００１７】本発明方法において、焼結配合原料中の全
炭酸塩化合物比率の調整は、自溶性焼結鉱の CaO源とし
て多量に添加されている石灰石 (主成分 CaCO₃) を、熱
分解で CO₂ガスを発生することのない生石灰(CaO) 、ま
たは製鋼スラグ類(CaO−SiO₂系) に置換して行うのがよ
い。鉄の炭酸塩化合物であるFeCO₃は焼結用鉄鉱石中に
はあまり含有されていないが、これも Fe₂O₃（赤鉄鉱）
などに置換すれば配合原料中の全炭酸塩化合物比率を低
く抑えることができる。

【００１８】上記(2) の方法において、結合水 (Combin
ed Water、 C.W. と表記する) は焼結原料鉱石類の結晶
構造中に固定されているもので、110 ℃以下では遊離し
ない水分をいう。通常、焼結配合原料中の全鉱石結合水
比率は、およそ２重量％程度である。この焼結配合原料
中の全鉱石結合水比率の調整は、結合水含有量が高い鉱
石 (例えば褐鉄鉱) と、低い鉱石 (例えば赤鉄鉱) との
配合率を調整して行うことができる。

【００１９】２段点火式焼結法およびその操業条件はす
でに公知のものであり、特に制約はないが、上段および
下段の充填層の厚さは等しくするか、若干下段を厚くす
るのが望ましい。

【００２０】前述のように、溶融不良が発生して強度の
低い焼結鉱成品になるのは下段のものであるから、全炭
酸塩化合物比率と固体燃料比率、あるいは更に全鉱石結
合水比率を上記のように特定するのは、下段に充填する
配合原料だけにして、上段に充填する原料は従来と同じ
配合（例えば、全炭酸塩化合物比率は 6〜10重量％程
度、固体燃料比率は 2.0〜3.5 重量％程度、更に全鉱石
結合水比率は 1.0〜2.0重量％程度）にしてもよい。

【００２１】

【作用】一般に焼結配合原料中の固体燃料であるコーク
スまたは無煙炭中の炭素（Ｃ）は、燃焼ガス中のO₂濃度
に応じて下記式に示す不完全燃焼を起こすか、または
式に示すように完全燃焼する。

【００２２】Ｃ＋1/2 O₂ → CO ＋ 26.4 kcal/mol ・・・Ｃ＋ O₂ → CO₂＋ 94.0 kcal/mol ・・・これらの反応は燃焼用ガス中のO₂濃度ばかりでなくCO₂
濃度によっても影響を受ける。すなわち燃焼用ガス中の
O₂濃度が高く、CO₂濃度が低ければ、Ｃは高発熱反応の
式で完全燃焼するが、逆にO₂濃度が低く、CO₂濃度が
高ければ、式の低発熱反応によって不完全燃焼を起こ
す割合が高くなる。

【００２３】さて、焼結配合原料の焼結時には、燃料で
あるコークスや無煙炭の燃焼によって CO₂ガスが発生す
るが、こればかりでなく配合原料中に存在する炭酸塩化
合物、具体的には石灰石などの溶材に含まれる CaCO₃、
MgCO₃や鉄鉱石中に含まれるFeCo₃の熱分解によっても
CO₂ガスが発生する。そして、これら熱分解によって発
生したCO₂ガスは、上述したように、燃料中のＣの燃焼
性を悪化させ、発熱量を低下させる。

【００２４】本発明方法では、２段点火式焼結法を実施
するに際し、焼結配合原料中の全炭酸塩化合物比率が低
く調整されているので上記の熱分解CO₂ガスの発生が抑
制され、固体燃料中のＣの燃焼性が改善されて、高い発
熱量が得られる。従って、燃焼用ガス中のO₂濃度が低い
ことにより固体燃料の燃焼性が悪化する下段充填層の燃
焼性が改善され、溶融焼結化が促進される。このため、
下段の焼結ケーキの結合強度が高くなって焼結鉱成品の
強度が高くなり、成品歩留も向上する。

【００２５】本発明において焼結配合原料中の全炭酸塩
化合物比率を 4.2重量％以下と規定したのは、後述する
実施例に示すように、この値以下とした場合に改善効果
が顕著に認められるからである。

【００２６】焼結原料中には、前記のように無煙炭粉や
コークス粉のような固体燃料が配合される。本発明方法
は、その配合量を 2.0〜3.0 重量％の範囲とすることも
特徴の一つとする。この固体燃料比率が 3.0重量％を超
えると、下層に供給されるO₂比率が低い燃焼用ガスでは
固体燃料の完全燃焼が困難になり、未燃のまま残る燃料
が増加し、焼結鉱成品の強度低下を招く。

【００２７】一方、固体燃料比率が 2.0重量％未満にな
ると、焼結配合原料中の全炭酸塩化合物量を抑制して燃
焼性の改善を図り、あるいは次に述べるように、焼結配
合原料中の結合水を上昇させて、溶融同化性の改善を図
ったとしても、溶融熱発生が不十分となり、焼結結合強
度の改善効果が得られない。従って、焼結配合原料中の
固体燃料比率は 2.0〜3.0 重量％が適当である。

【００２８】本発明の第二の方法では、焼結配合原料中
の全炭酸塩化合物比率および固体燃料比率を規定すると
ともに、全鉱石結合水比率を 2.6重量％以上に規定して
いる。一般に、褐鉄鉱のような結合水を多く含有する鉄
鉱石は、温度上昇とともに結合水が熱分解して熱割れク
ラックや気孔を形成する。このため、このような鉱石は
焼結時に多孔質化して、CaO との溶融同化性が良好にな
る。従って、特に下段の焼結配合原料に結合水の高い褐
鉄鉱のような鉱石を多配合して、焼結配合原料中の全鉱
石結合水比率を高くすると、２段点火式焼結法の欠点で
ある下段充填層の溶融同化不良が改善され、下段焼結ケ
ーキの結合強度が高くなって、成品歩留や焼結鉱強度を
さらに向上させることができる。

【００２９】ここで焼結配合原料中の全鉱石結合水比率
を 2.6重量％以上に規定したのは、後述する実施例にし
めすように、この値以上で燃焼製造方法改善と溶融同化
性改善の複合効果が明確に認められたことによる。

【００３０】次に、本発明を実施例によってさらに説明
する。

【００３１】

【実施例】鍋焼成装置を用いて２段点火式焼結実験を行
い、焼結の成品歩留および焼結鉱の冷間強度を調査し
た。

【００３２】表１の(1) と(2) に焼結原料配合条件を、
表２に、焼結配合原料中の炭酸塩化合物の存在比率を、
表３に使用鉄鉱石の成分組成を示す。

【００３３】焼結配合原料中の全炭酸塩化合物比率は、
CaCO₃ 分が多い石灰石と、CaCO₃ 分が少ない生石灰の配
合比率を、成品換算CaO 濃度が一定 (5.5 重量％) とな
る条件で変更して、実施例１ (No.1〜3)では 4.2重量％
以下に、比較例１(No.10〜12）では 4.2重量％を超える
量に調整した。また全炭酸塩化合物比率が 4.1重量％一
定の配合条件下で、粉コークス比率を実施例２(No.４〜
6)では 2.0〜3.0 重量％に、比較例２の No.13では 1.5
重量％に、また、No.14 では 3.5重量％に調整した。

【００３４】更に、焼結配合原料中の全鉱石結合水比率
は、結合水をほとんど含有しない赤鉄鉱石と、結合水を
多く含む褐鉄鉱石との配合比率を変更して、実施例３
（No.7〜9)では 2.6重量％以上に調整した。なお、この
実施例では、下段充填用原料も上段充填用原料も同じ配
合とした。

【００３５】

【表１（１）】

【００３６】

【表１（２）】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【表３】

【００３９】上述のように調整された焼結配合原料に原
料含水分率（結合水は除く）が 6.0重量％になるように
水分を添加し、直径 600 mm 、長さ 800 mm の円筒ドラ
ムミキサーを用いて４分間転動させ造粒処理を行った。

【００４０】図４は、使用した鍋焼成装置と、試験の態
様を示す概略断面図で、(a) 図は下段充填層の点火状
態、(b) 図は上段充填層形成後の点火状態を示す。図
中、符号11は鍋焼成装置本体を示し、これは内径 300mm
の円筒状になっており、底部に間隔をおいた格子からな
るグレート板12が設けられ、その下部に風箱13があり、
図示しない排風機により吸引するようになっている。点
火はパレット上に装置したＣガス (コークス炉ガス) 燃
焼バーナー14により行う。

【００４１】この鍋焼成装置を用い、グレート板12上に
厚み10mmの床敷鉱15を敷きその上に層高 300mm相当分の
原料を装入して、下段充填層16Ａを形成し、その表面に
点火した。点火完了直後さらにまた層高 300mm相当分の
原料を装入して、上段充填層16Ｂを形成し、その表面に
再度点火を行い、大気吸引を継続しながら焼結を行っ
た。

【００４２】図５は、焼結配合原料中の全炭酸塩化合物
比率と、焼結鉱成品の強度(T.I.)および成品歩留との関
係を示す図である。なお、焼結鉱成品の品質調査は、上
段、下段の焼結鉱を区別せず、これらを混合破砕したも
ので調査した。図中のＮｏ．は表１の試験Ｎｏ．で
ある。図示のとおり焼結配合原料中の全炭酸塩化合物比
率が4.2 重量％以下の実施例１（No.1〜3)では、4.2 重
量％を超える比較例１(No.10〜12）に較べて、成品の冷
間強度および歩留が改善されている。

【００４３】なお、このような鍋焼成装置を用いる試験
で得られる焼結鉱の冷間強度(T.I.)が50％以上であれ
ば、通常、実際の焼結装置で高炉の安定操業に支障のな
い焼結鉱が得られる。

【００４４】図６は、焼結配合原料の粉コークス比率が
異なる実施例と比較例の焼結成品強度を対比して示す図
である。図示のとおり、全炭酸塩化合物比率が 4.1重量
％であっても、粉コークス比率が 2.0重量％以下の比較
例２(No.13) 、および 3.5重量％以上のNo.14 では成品
の冷間強度および歩留の改善効果が得られていない。

【００４５】従って、粉コークスの適正比率は 2.0〜3.
0 重量％である。

【００４６】焼結配合原料の全鉱石結合水比率が異なる
実施例と比較例の焼結鉱成品強度を前記図５中に併せて
示す。図示のとおり、全鉱石結合水比率を 2.6重量％以
上とした実施例３のNo.7〜9 では、全炭酸塩化合物量の
低減による燃焼改善効果と、全鉱石結合水量の増加によ
る原料の溶融同化性改善効果とが複合されて、実施例１
および２よりさらに高い成品強度および歩留の改善効果
が得られている。

【００４７】

【発明の効果】本発明方法によれば、２段点火式焼結法
の焼成時に、固体燃料の燃焼悪化に起因して溶融不良が
生じる下段充填層の燃焼性および溶融同化性を改善する
ことができる。従って、下段の焼結成品の強度が向上
し、高強度焼結鉱を高歩留で製造することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｄ・Ｌ型焼結機の概要を説明する図である。

【図２】１段点火式焼結法における焼結進行状況の説明
図である。

【図３】２段点火式焼結法における焼結進行状況の説明
図である。

【図４】実施例で用いた鍋焼成装置と試験方法を説明す
る概略断面図で、（ａ）図は下段充填層の点火状態、
（ｂ）図は上段充填層形成後の点火状態を示す図であ
る。

【図５】焼結配合原料中の全炭酸塩化合物比率と焼結鉱
成品の強度および歩留との関係を示す図である。

【図６】焼結配合原料中の粉コークス比率と焼結鉱成品
の強度および歩留との関係を示す図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】パレット上に装入する焼結配合原料を上下
２段に分けて層状に充填し、上段および下段の充填層に
個別に点火し、各充填層ごとに焼結反応を進行させる２
段点火式焼結法において、少なくとも下段に充填する焼
結配合原料中の全炭酸塩化合物比率を 4.2％重量以下と
し、かつ固体燃料比率を 2.0〜3.0 重量％とすることを
特徴とする２段点火式焼結鉱製造方法。
【請求項２】請求項１の焼結鉱製造方法において、更
に、少なくとも下段に充填する焼結配合原料中の全鉱石
結合水比率を 2.6重量％以上とすることを特徴とする２
段点火式焼結鉱製造方法。