JP2704673B2 - 半還元焼結鉱の製造方法 - Google Patents

半還元焼結鉱の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、焼結プロセスで焼結鉱
の一部を還元した半還元焼結鉱の製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】焼結鉱の製造に際しては、粉鉱石や副原
料,スケール,粉コークスを配合して一次ミキサーで混
合し、二次ミキサーで造粒して装入し、焼結層の通気性
を良好にしながら操業している。この焼結原料層の通気
性を良好にするために、造粒を強化したり、また粉コー
クスの燃焼を改善するために、擬似粒子の表面に粉コー
クスを多く存在させるなどの工夫がなされてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし今日までの改善
は、焼結プロセスでの粉コークス燃焼効率改善による焼
結生産能率や、成品歩留り,焼結鉱品質を向上すること
が主体であった。そして上記効果に加えて、高炉燃料比
低減による出銑比大幅向上を実現する半還元焼結鉱製造
の実用化された例は少ない。
【0004】例えば、特公昭55−15536号公報の
技術は、焼結原料の混合調湿粒化に際し、はじめに鉱石
類のみ若しくはこれにコークスを全コークス量の70%
以下の量で加えて混合調湿擬似粒化を行い、次いでこれ
に全コークス量又は残部のコークスを予め5〜20wt
%の水分を含有させた状態、若しくはこれに親水性バイ
ンダーを添加した状態で添加し、混合擬似粒化を行うこ
とで焼結時のNOxを低減させる焼結原料の事前処理方
法である。
【0005】この方法は、擬似粒子の内層部分のコーク
ス量はむしろ全体の平均配合より低く配合し、その表面
にコークスをコーティングしてコークスと酸素の接触を
活発にし、燃焼効率を向上させる方法である。したがっ
て、コークス燃焼効率向上によるNOxの低減効果は期
待できるが、コークスが完全に燃焼するため、本方法で
は融液と固体炭素との接触による直接還元反応は全く期
待できない。
【0006】また特公昭63−12131号公報の技術
は、粉鉱石,粉コークスおよび返鉱からなる粉混合物を
造粒して形成した内層と、この内層の表面に、上記粉混
合物にバインダーとして、生石灰,消石灰,焼成ドロマ
イトまたはベントナイトのうちの1種以上を添加したも
のを造粒して外層を構成した焼結鉱用ペレットである。
【0007】このペレットの内層コークスは全体の平均
配合値にほぼ等しく、外層のみにバインダーを添加して
バインダー添加量を低減する中でペレット強度を確保す
るというものである。従って焼結鉱品質を向上させたり
半還元焼結鉱を製造する技術ではない。
【0008】本発明は、従来実用化された例の少ない半
還元焼結鉱製造に関するもので、焼結プロセスで鉄鉱石
の一部を還元して焼結生産率や焼結鉱品質を改善し、か
つ高炉に半還元焼結鉱を装入して高炉燃料比を低減し、
高炉出銑比を大幅に向上させる半還元焼結鉱の製造方法
を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】第1の本発明は、粉鉱石
に5〜20wt%の粉コークス・無煙炭を配合造粒して
内層とし、外層に粉鉱石,副原料および2〜5wt%の
粉コークス・無煙炭を混合コーティングして2層の擬似
粒子を形成し、この2層擬似粒子を焼結原料の一部とし
て混合,造粒したのち、焼結過程でその原料の外層から
生成する融液と内層の粉コークス・無煙炭中の固形炭素
との直接還元反応により焼結鉱の一部を還元することを
特徴とする半還元焼結鉱の製造方法である。
【0010】また第2の本発明は、粉コークス・無煙炭
を造粒して内層とし、外層にAl2O3 を2.0wt%以上
含む粉鉱石が主体の焼結原料でコーティングして2層の
擬似粒子を形成し、この2層擬似粒子を焼結原料の一部
として混合,造粒したのち、焼結過程で外層とそれ以外
の原料から生成する融液と内層の粉コークス・無煙炭中
の固形炭素の固形炭素との直接還元反応により焼結鉱の
一部を還元することを特徴とする半還元焼結鉱の製造方
法である。
【0011】
【作用】本発明は、2層擬似粒子の内層に配合した5〜
20wt%の粉コークス・無煙炭が、焼結過程でその原
料の外層から生成する融液との直接還元反応により焼結
鉱の一部を還元するので、この直接還元反応による吸熱
により、通常発生する焼結ベッド下層部の熱過剰を防止
して焼結ベッド通気性を大幅に改善するものである。
【0012】以下、図面にもとづいて本発明を具体的に
説明する。図1は、本発明を実施するためのプロセスフ
ローを示す工程図である。まず、粉鉱石9に粉コークス
・無煙炭10が5〜20wt%になるように配合した原
料で1次造粒11し、その造粒物に粉鉱石13と副原料
14及び粉コークス・無煙炭15が2〜5wt%に配合
された混合原料を加え、表面にコーティングする2次造
粒12による2段造粒法で2層擬似粒子を形成する。
【0013】この2層擬似粒子は、他の主原料1,副原
料2,スケール3,粉コークス・無煙炭4等と共に、焼
結原料5として1次ミキサー6,2次ミキサー7で混
合,造粒してから焼結機8に装入し焼成する。
【0014】また本発明の他の態様は、粉コークス・無
煙炭を予め擬似粒化し、この擬似粒子に Al2O3を2.0
wt%以上含む粉鉱石や副原料等でコーティングして2
層擬似粒子となし、この2層擬似粒子を図1に示したよ
うな、それ以外の主原料1,副原料2,スケール3,粉
コークス・無煙炭4等と共に1次ミキサー6,2次ミキ
サー7で混合,造粒してから焼結機8に装入し焼成す
る。
【0015】図2は本発明方法の変形例のプロセスフロ
ーを示す工程図である。まず、主原料1,副原料2,ス
ケール3,粉コークス・無煙炭4等からなる通常の焼結
原料5を1次ミキサー6で混合し、その後、ホッパー1
6に篩分けて取り出した篩い下の焼結原料に、粉コーク
ス・無煙炭10が5〜20wt%になるように配合して
から1次造粒し、その後、上述したように篩い下の焼結
原料をホッパー16から切り出し、2次造粒12で表面
にコーティングする2段造粒法によって2層擬似粒子を
形成し、この2層擬似粒子を2次ミキサー7後に戻して
残りの焼結原料と共に焼結機8で焼成する方法である。
【0016】図3,図4は、上記の本発明法で形成した
2層擬似粒子の構造の概要を示す。図3は内層30の粉
コークス・無煙炭10aが5〜20wt%、外層31の
粉コークス・無煙炭10bが2〜5wt%の擬似粒子を
示す。図4は内層30が粉コークス・無煙炭10aのみ
で、外層31に粉鉱石9や副原料2が付着した擬似粒子
の状態を示している。
【0017】これらの擬似粒子のように内部に粉コーク
ス・無煙炭10aを閉じ込めると、焼結工程において昇
温過程前半では粉コークス・無煙炭が空気中の酸素と接
触しないので反応せず、1100℃の高温になってか
ら、初めて生成した融液と粉コークス・無煙炭中のCが
FeO+C=Fe+CO−36350kcal/kmo
l〔冶金物理化学(松下幸雄ら著),p310〕の直接
還元反応を起こし、焼結鉱の一部にメタルFeが生成さ
れる。この反応は吸熱反応であるので、熱過剰になるの
を防ぐことができる。
【0018】また微粉コークスの造粒効果、更に偏析装
入により焼結ベッドの下層部に本発明法の擬似粒子が多
くある場合は、下層部の過剰熱を吸収して赤熱帯拡大が
防止され、特に焼結ベッド下層部の通気性が大幅に改善
される。
【0019】本発明で用いられる造粒機とては、通常良
く使われるドラム型や皿型の造粒機の他に、マルメライ
ザー〔造粒便覧(日本粉体工業協会)p422〜42
5〕,アイリッヒミキサー〔混合混練技術(日本粉体工
業協会)p209〜210〕,コンクリートミキサー
〔混合混練技術(日本粉体工業協会)p185〜18
6〕などの遠心力を利用したより強固な擬似粒子を形成
できる型の造粒機の使用が適当である。また図1と図2
には示していないが、生石灰やベントナイト等のバイン
ダーを添加するのはより効果的である。
【0020】本発明において、図3のように2層擬似粒
子の内層の粉コークス・無煙炭配合比を5〜20wt%
としたのは、5wt%未満では通常の焼結鉱製造時とほ
ぼ同じであるので、直接還元反応は期待できないためで
あり、20wt%を越えると、スラグが多量に生成して
焼結過程の通気性を阻害し、焼結操業に悪影響を及ぼす
からである。
【0021】図4の擬似粒子タイプで、外層31の粉鉱
石のAl2O3 を2.0wt%以上含むとしたのは、外層の
中の粉鉱石のAl2O3 が2.0wt%未満であると、外層
とそれ以外の原料から生成するカルシュウムフェライト
系主体の融液の粘性が低くなり、粉コークス・無煙炭か
ら融液が流れ出して粉コークス・無煙炭が空気と酸化反
応を起こし、直接還元反応が不可能になるからである
【0022】外層31の中の粉鉱石のAl2O3 を2.0w
t%以上であると、粉コークス・無煙炭は粘性の高いカ
ルシュウムフェライト系主体の融液に焼結反応後半まで
取り囲まれる割合が高くなるので、融液と固形炭素との
直接還元反応を焼結過程で活発に起こさせることができ
るからである。
【0023】
【実施例】強固な造粒物を形成するため、遠心力を利用
した図5に示すマルメライザー(600Φ、回転数30
0rpm)を使用して、以下の条件で半還元焼結鉱製造
の鍋試験を実施した。マルメライザーの代表的構造は、
図5の側面図および図6に示すように、固定円筒容器の
底部において、凹凸のあるまたは平面状のプレート19
が高速回転するものである。底のプレート19を高速で
回転させ、粉鉱石18を形成する粒子17で流動化させ
ることにより壁20と粒子17間の摩擦力で粒子17が
回転する。この粒子自体の回転により、粒子17内の水
分22はつねに粒子表面に向かってはじき出されるの
で、強固な造粒物の生成が可能となる。なお符号21は
粒子の自転方向を示す。
【0024】まず本発明1では、豪州・ニューマン鉱石
に粉コークスを15wt%添加した混合物8kgをマル
メライザーで1分間造粒したのち、ニューマン鉱石に石
灰石8wt%,粉コークスを3.5wt%添加した混合
原料を12kg加えて、さらに1分間造粒して2層の擬
似粒子を作成した。
【0025】本発明例2では、表1に示す鍋試験の配合
原料を一度ドラム型ミキサーで2分間混合したのち篩い
分けして、1mm以下70%以上の混合物を8kg取り
出して粉コークス1kgをさらに添加し、その混合物を
マルメライザーで1分間造粒した。そして同じ配合原料
の1mm以下70%以上の混合物をさらに12kg添加
して1分間造粒して2層の擬似粒子を作成した。
【0026】本発明例3では、粉コークス8kgをまず
マルメライザーで1分間造粒し、その後にニューマン鉱
石12kgを添加してマルメライザーで2分間造粒し
た。これらの造粒物を表1に示す配合原料の配合割合で
焼結原料に配合し、40kg鍋試験により比較例と同じ
鍋試験方法でテストした。
【0027】鍋試験の主要な条件は表2に示した。
【0028】
【表1】
【0029】
【表2】
【0030】図7には鍋試験結果の生産率,成品歩留
り,TI(冷間強度、JISM8712により測定),
RDI(還元粉化率、製銑部会報),(5)RI(還元
率、JISM8713),メタルFeを示した。
【0031】その結果、本発明による方法の次の効果が
示された。 (1)焼結ベッド全体の通気性向上に加えて、特に下層
部の赤熱帯拡大が防止されるので、通気性が大幅に改善
され、生産率と成品歩留りが向上する。 (2)焼結ベッドの通気性改善と、特に焼結ベッド中・
下層部の均一焼成により、TI(冷間強度)とRDI
(還元粉化性)が向上する。 (3)本発明方法の実施により焼結鉱中にメタル鉄が2
〜3wt%生成した。FeO分析値は約10wt%であ
った。なお、未然のカーボンは焼結鉱中に0.05wt
%程度しか残存していなかった。
【0032】以上の結果、焼結鉱のRI(還元率)で評
価すると、本発明法はいずれも10%程度の還元率向上
がみられた。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、焼結ベッド内での直接
還元反応により焼結鉱の一部を還元することができ、ま
た吸熱反応のため焼結ベッド全体と、特に下層部の熱過
剰を防止できるので通気性が改善され、生産率と成品歩
留り、焼結鉱品質が大幅に向上する。また、メタルFe
の生成による焼結鉱の還元率向上により、高炉操業の燃
料比、出銑比を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施するためのプロセスフローの一例
を示す工程図である。
【図2】本発明を実施するためのプロセスフローの変形
例を示す工程図である。
【図3】本発明法で形成した2層擬似粒子の構造を示す
図面である。
【図4】内層が粉コークス・無煙炭,外層に粉鉱石や副
原料が付着した擬似粒子の構造を示す図面である。
【図5】マルメライザーの代表的構造を示す側面図であ
る。
【図6】マルメライザー内の粒子の自転状況を示す図面
である。
【図7】鍋試験結果を示す図面である。
【符号の説明】
1 主原料 2 副原料 3 スケール 4 粉コークス・無煙炭 5 焼結原料 6 1次ミキサー 7 2次ミキサー 8 焼結機 9 粉鉱石 10,10a,10b 粉コークス・無煙炭 11 1次造粒 12 2次造粒 13 粉鉱石 14 副原料 15 粉コークス・無煙炭 16 ホッパー 17 造粒物 18 造粒前の粉鉱石,副原料,粉コークス,無煙炭 19 プレート 20 壁面 21 粒子の自転方向 22 水分 30 内層 31 外層

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粉鉱石に5〜20wt%の粉コークス・
    無煙炭を配合造粒して内層とし、外層に粉鉱石,副原料
    および2〜5wt%の粉コークス・無煙炭を混合コーテ
    ィングして2層の擬似粒子を形成し、この2層擬似粒子
    を焼結原料の一部として混合,造粒したのち、焼結過程
    でその原料の外層から生成する融液と内層の粉コークス
    ・無煙炭中の固形炭素との直接還元反応により焼結鉱の
    一部を還元することを特徴とする半還元焼結鉱の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 粉コークス・無煙炭を造粒して内層と
    し、外層にAl2O3 を2.0wt%以上含む粉鉱石が主体
    の焼結原料でコーティングして2層の擬似粒子を形成
    し、この2層擬似粒子を焼結原料の一部として混合,造
    粒したのち、焼結過程で外層とそれ以外の原料から生成
    する融液と内層の粉コークス・無煙炭中の固形炭素の固
    形炭素との直接還元反応により焼結鉱の一部を還元する
    ことを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法。
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