JP3573078B2 - 焼結鉱の製造方法とその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パレット幅方向のガス流れを抑制し、パレット幅方向の焼成時間偏差を小さくすることが可能な焼結鉱の製造方法とその装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
焼結原料は数種類の鉄鉱石、ＣａＯ源としての石灰石、ＳｉＯ_２およびＭｇＯ源としての蛇紋粉、燃料としての粉コークスおよび返鉱等から構成されている。
通常、これらの原料はその銘柄毎に原料槽に貯蔵されて、配合に応じて定量切り出しされている。切り出された各銘柄は原料搬送用のベルトコンベアー上で合流し、造粒機まで搬送される。造粒機において、原料に水分が添加されて造粒が行われる。
造粒後の原料は焼結機に供給され、原料堆積層の最上部が点火され、原料堆積層へ大気が下方吸引されることによって焼結反応が上部から下部に進行する。下部の焼成が完了すると、焼結機排鉱部で破砕された後にクーラーで冷却される。
この焼結鉱の製造に際し、造粒後の原料は焼結機直上のホッパーよりロールフィーダーによって定量切出しされ、装入シュートを介してパレット内に装入される。装入された原料はパレット内で堆積する際に斜面を形成する。この斜面形成により、粗粒が堆積層の下層部に、細粒部が堆積層の上層部に配置される。この堆積層の層厚方向の粒度偏析が特徴となっている。
通常、焼結原料堆積層の下層部の通気性は悪い。この通気性を改善できれば、焼結鉱の生産性が向上し、焼結鉱の品質指標であるＲＤＩ（還元粉化性）が改善される。
この通気性の悪化原因は以下の２要因が挙げられる。
第１要因は、下層部における水分凝縮である。
焼結反応は、上層部から下層部へ反応が進行するため、上層における原料水分は気化するとガス流れに乗って、下層原料において冷却されて水分が凝縮する。
【０００３】
第２要因は、下層部における蓄熱である。
下層部の原料への伝熱は、上層における焼結生成熱をガスが媒介して行われるため、上層部と比較して下層部は多量の熱が加えられ、下層部は高温になり易い。この高温状態は、焼結反応による原料の部分溶融を起こし易くなり、原料中の空隙が減少し、しかもガスの熱膨張によって、通過ガスの質量流速が低下する。すなわち、通気性が悪化し易くなる。
この通気性悪化対策として、例えば特開平０２−２６３９３５号公報には、原料堆積層の下部（以下、「下層部」ともいう）に通気度制御棒を挿入する技術が開示され、通気孔形成によって下層部の通気性を改善できることが示されている。
また、特開平０９−１８４０２２号公報には、原料堆積層に複数の通気性制御板を挿入して、通気溝を形成させて上層で蒸発した水分の中下層部での凝縮を防止する技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通気度制御棒または通気性制御板により通気性の改善を行うには、多くの通気度制御棒または通気性制御板が必要となる。
また、通気度制御棒は給鉱部の原料堆積斜面から挿入されているので、この斜面を転がる原料と通気度制御棒が衝突する。
一方、原料堆積斜面を原料が転がることが斜面分級であり、本来幅方向で均一な斜面分級が望まれているが、通気度制御棒数の増大は、この原料と通気度制御棒との衝突の増大を招き、その結果、斜面分級が乱れる（具体的には、パレット幅方向の粒度偏差が大きくなる）結果となる。
【０００５】
通気度制御板を挿入する方法では、通気度制御板により形成される通気溝（以下、単に「通気溝」ともいう）の崩壊を防止するために、板厚に限界があり、通気溝の幅（パレット幅方向での幅）が制約される。
板厚に制限があるため、通気度制御板を高くして、通気溝の断面積を確保する必要がある。
【０００６】
一方、通気度制御板を高くすると、通気溝直上部の原料と直上部以外の原料との層厚差が増大する。層厚方向における通気性は層厚と逆比例するので、層厚差の増大は下方への焼結反応の速度差の増大を招き、パレット幅方向の必要焼成時間の偏差が増大する。
【０００７】
この必要焼成時間の偏差が大きくなることによって未焼成部の発生や、未焼成部中のカーボンが排鉱後のクーラーで燃焼して、焼結鉱の冷却を阻害するという問題が発生する。
また、通気度制御板を高くする悪影響として、ガス流れ方向を乱すという問題もある。
さらに、通気度制御板等は原料堆積斜面から挿入するので、斜面形成により形成される粒度偏析（粗粒が堆積層の下層部に、細粒部が堆積層の上層部に偏析）がパレット幅方向で不均一になる。その結果、パレット幅方向の焼成時間偏差を助長させる。
【０００８】
本発明の目的は、パレット幅方向のガス流れを抑制し、パレット幅方向の焼成時間偏差を小さくすることが可能な焼結鉱の製造方法と装置とを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、焼結試験装置により通気溝を形成するために挿入する棒状体の形状を検討した結果、棒状体の形状がパレットの底面に向かって末広がりの形状であれば、堆積層が崩れにくく、大きな通気溝を形成でき、パレット幅方向のガス流れを抑制し、パレット幅方向の焼成時間偏差を小さくすることができることを見出した。
【００１０】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたもので、その要旨は下記の通りである。
（１）ＤＬ式焼結機の原料堆積層内に棒状体をパレット進行方向に挿入しつつ焼結原料を装入し、次いで着火、焼結を行う焼結鉱の製造方法において、前記棒状体のパレット幅方向縦断面の形状がパレットの底面に向かって末広がりであることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
（２）原料堆積層内のパレット進行方向に棒状体を複数並列させたＤＬ式焼結機において、前記棒状体のパレット幅方向縦断面の形状がパレットの底面に向かって末広がりであることを特徴とするＤＬ式焼結機。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、棒状体の形状をパラメータとした棒状体の断面積占有率と原料沈下量との関係を示すグラフである。
【００１２】
なお、このグラフは、直方体の原料堆積層（１５０ｍｍ×２００ｍｍ×１５０ｍｍ）を各試験毎に作り、種々の形状の棒状体を３本、原料堆積層の全奥行き（１５０ｍｍ）に渡って挿入した後に引抜き、原料沈下量を計測して得たものである。
【００１３】
また、同図横軸の棒状体の断面積占有率（％）は、（パレット幅方向での棒状体の断面積／パレット幅方向の焼結層の断面積）×１００％と定義した。
さらに、同図縦軸の原料沈下量は、通気溝直上原料の通気溝への沈下現象を評価したものであり、原料堆積層上面の鉛直方向の沈下距離と定義した。
【００１４】
この沈下によって、原料の堆積層上面も下方に沈下するが、沈下量の小さい方が堆積層上面の降下量も小さくなる。なお、焼結工程における点火は堆積層上面を着火させるので、沈下量の小さい方が焼結鉱の製造歩留が良好となる。
【００１５】
沈下量が小さいと成品歩留が良好となる理由は、下記のように推定できる。
焼結工程における点火は堆積層上面を着火させる。ここで原料の沈下が生じると、点火バーナーと沈下した部位での堆積層上面との距離が長くなる。もともとバーナーと堆積層上面との距離は適正になるように操業しているので、この距離が長くなると原料表面の着火が不良となる。この原料表面の着火不良によって焼結の未焼成部が発生し、歩留低下を招く。従って、沈下量が小さいと成品歩留が良好となる。
【００１６】
図中の●：四角柱、△：三角柱を表し、Ａ：幅８ｍｍ、高さ４０ｍｍの四角柱、Ｂ：幅１６ｍｍ、高さ４０ｍｍの四角柱、Ｃ：幅８ｍｍ、高さ８０ｍｍの四角柱、Ｄ：幅１６ｍｍ、高さ８０ｍｍの四角柱、Ｅ：幅８ｍｍ、高さ１６０ｍｍの三角柱、Ｆ：幅８ｍｍ、高さ８０ｍｍの三角柱、Ｇ：幅１６ｍｍ、高さ８０ｍｍの三角柱、Ｈ：幅４０ｍｍ、高さ８０ｍｍの三角柱、Ｉ：幅４０ｍｍ、高さ４０ｍｍの三角柱、Ｊ：幅８ｍｍ、高さ１６０ｍｍの中空三角柱、Ｋ：幅１６ｍｍ、高さ８０ｍｍの中空三角柱、Ｌ：幅４０ｍｍ、高さ４０ｍｍの中空三角柱をそれぞれ示す。
【００１７】
図１に示すように、断面積占有率が大きい領域において、●の四角柱よりも△の三角柱は原料沈下量を効果的に抑制できることがわかる。
図２は、棒状体の代表的な形状における原料の荷重方向を概念的に示す模式図であり、図２（ａ）は四角柱における原料の荷重方向を、図２（ｂ）は三角柱における原料の荷重方向をそれぞれ示す。
【００１８】
なお、図中の矢印は荷重方向を表す。
図２（ａ）に示すように、四角柱を使用すると、原料の荷重が鉛直方向のみにかかるのに対して、三角柱を使用すると、鉛直方向にかかる荷重が２方向に分散されるため、鉛直方向にかかる原料の荷重を軽減できる。この原料の荷重軽減効果によって、前記の原料沈下量を低減できる。
【００１９】
図３は、棒状体の形状をパラメータとした棒状体の断面積占有率と冷間通気性指数との関係を示すグラフである。
なお、このグラフは、直方体の原料堆積層（１５０ｍｍ×２００ｍｍ×１５０ｍｍ）を各試験毎に作り、種々の形状の棒状体を３本、全奥行き（１５０ｍｍ）に渡って挿入した後に引抜き、エアーを下方吸引して、冷間通気性指数［ＪＰＵ］を計測した。
【００２０】
棒状体の断面積占有率（％）の定義は前記の通りであり、冷間通気性指数はＪＰＵ＝ｖ・（ｈ／△Ｐ）^０．６［ｖ：吸引エアーの空塔風速、ｈ：原料堆積層厚、△Ｐ：原料堆積層上面下面の差圧］と定義した。
【００２１】
また、図中の記号は前記と同様である。
同図に示すように、断面積占有率が大きい領域において、●の四角柱よりも△の三角柱は冷間通気性指数を効果的に大きくすることがわかる。
【００２２】
図４は、棒状体の代表的な形状におけるガスの流れ方向を概念的に示す模式図であり、図４（ａ）は四角柱におけるガスの流れ方向を、図４（ｂ）は三角柱におけるガスの流れ方向をそれぞれ示す。
【００２３】
なお、図中の矢印はガスの流れ方向を表す。
図４（ａ）に示すように、四角柱を使用すると、ガスの流れがランダムな方向に分散されるのに対して、図４（ｂ）に示すように、三角柱を使用すると、ガスの流れがパレット高さ方向の鉛直方向となるため、三角柱は通気性が良好となる。三角柱を使用すると通気性が良好となる理由は下記のように推定できる。
【００２４】
鉛直方向での層厚上昇によって、焼結堆積層の通気性は低下する。４角柱の棒状体を挿入した場合には、挿入部位とその部位以外でこの層厚が二極化し、その結果通気性も二極化する。ガス流れに、通気性の低い部位へ向かうベクトルが生じる。このベクトルの発生がガスの整流を乱す。一方、三角柱を挿入した場合には、層厚が連続的に変化するので、通気性の低い部位へ向かうベクトルの生成が四角柱と比較して緩和される。
【００２５】
このように、三角柱を使用すると、パレット高さ方向の通気性が良好になるため、焼結鉱のムラ焼けを防止でき、焼結鉱の歩留を向上できる。また、クーラーにおける未燃カーボンの燃焼を抑制でき、焼結鉱の冷却速度を大きくすることが可能となり、生産性を向上できる。さらに、堆積層全体の圧損を低下でき、焼成速度も向上できる。
図５は本発明の方法を行う装置例を示す概念図である。
同図に示すように、床敷ホッパー１から床敷２をパレット６に装入した後に、サージホッパー３からシュート４を通じて焼結原料５をパレットに供給する。
その結果、床敷層７の上部に焼結原料の堆積層８が形成される。
この焼結原料の堆積層８の始点９は斜面を形成しているが、この斜面に棒状体１０を挿入する。この挿入の際に、棒状体１０は架台１１に支えられている。
図６は、棒状体の設置状況を概念的に示すパレット幅方向断面図である。
同図に示すように、棒状体１０の形状は、パレット幅方向の断面形状がパレット６の底面に向かって末広がりの形状がよい。
この理由は、前記の通り通気溝形成後に原料の沈下量が抑制でき、しかも、パレット高さ方向のガス流れに整流することができるからである。
図７（ａ）〜（ｅ）は、末広がり棒状体の形状例を概念的に示すパレット幅方向断面図である。
同図に示すように、末広がり棒状体の形状例は、（ａ）：三角形、（ｂ）台形、（ｃ）アーチ形とこれらを組み合わせた形状（ｄ）および（ｅ）等があげられる。
なお、台形等の上底部分を有する形状の場合には、原料沈下量を低減できるようにその上底の長さを極力小さくするようにすることが望ましい。
また、棒状体は、中空でも構わない。中空であれば棒状体が軽量となり、棒状体自体のたわみの問題を軽減できる。
【００２６】
【実施例】
小規模試験用焼結機により、焼結速度、冷却速度、成品歩留および品質評価試験を行った。
【００２７】
試験方法は下記（１）〜（８）の通りである。
（１）原料：商業用焼結機で使用される配合原料［配合ベルトコンベアーより抜出し］、
（２）焼成規模：パレット幅：４００ｍｍ，原料機長方向長さ：２４００ｍｍ，原料層厚：４００ｍｍ、
（３）棒状体挿入深度：棒状体先端が原料装入シュートの先端から排鉱側へ５０ｍｍの位置（棒状体：固定）、
（４）焼成条件：吸引圧力一定：１１００ｍｍＡｑ（風箱内）、
（５）焼結時間：点火開始から焼結排ガス温度が最高温度に達するまでに要した時間、
（６）冷却時間：焼結排ガス最高温度から２００℃に冷却するのに要した時間（ストランド上でケーキのまま冷却）、
（７）成品：焼結後の焼結ケーキをＳＩ試験機にて４回落下後の５ｍｍ篩上産物。
【００２８】
図８は棒状体の形状をパラメータとした棒状体の断面積占有率と焼結時間との関係を示すグラフである。
また、棒状体は、Ｗ：幅、Ｈ：高さ、ＵＷ：上底 ＬＷ：下底として下記の形状のものを試験に使用した。
【００２９】
記号●：直方体Ｃ’：Ｗ＝２１ｍｍ、Ｈ＝１６０ｍｍ・・・・・・・・・従来例
△：三角柱Ｅ’：Ｗ＝２１ｍｍ、Ｈ＝３２０ｍｍ・・・・・・・・・本発明例１
△：三角柱Ｇ’：Ｗ＝４３ｍｍ、Ｈ＝１６０ｍｍ・・・・・・・・・本発明例２
△：三角柱Ｉ’：Ｗ＝１０７ｍｍ、Ｈ＝８０ｍｍ・・・・・・・・・本発明例３
□：台形柱Ｍ’：ＵＷ＝１０ｍｍ、ＬＷ＝３３ｍｍ、Ｈ＝１６０ｍｍ・本発明例４
同図に示すように、従来例の●：直方体Ｃ’に比べて本発明例の△および□は同じ棒状体の断面積占有率において焼結時間を短くすることができた。
【００３０】
図９は棒状体の形状をパラメータとした棒状体の断面積占有率と冷却時間との関係を示すグラフである。
また、棒状体は、前記図８のときと同じ形状のものを試験に使用した。
【００３１】
同図に示すように、従来例の●：直方体Ｃ’に比べて本発明例の△および□は同じ棒状体の断面積占有率において冷却時間を短くすることができた。
図１０は棒状体の形状をパラメータとした棒状体の冷却時間と成品歩留との関係を示すグラフである。
【００３２】
なお、成品歩留は下記の式で定義した。
成品歩留（％）＝成品質量／（焼結後全質量−床敷質量）×１００
同図に示すように、従来例の●：直方体Ｃ’に比べて本発明例の△および□は冷却時間が長い場合であっても成品歩留の低下を抑制できた。
【００３３】
図１１は棒状体の形状と生産率およびＲＤＩとの関係を示すグラフである。
なお、生産率は、生産率（ｔ／（Ｄ・ｍ^２））＝成品質量／（焼結時間×焼結機床面積）と定義し、ＲＤＩは還元粉化性を意味し、製銑部会法を採用した。
同図に示すように、従来例に比べて本発明例は生産率およびＲＤＩが向上できた。
【００３４】
【発明の効果】
本発明により、水分凝集および蓄熱による焼結原料堆積層下部の通気性悪化を、パレットの底面に向かって末広がりの通気溝を形成することによって抑制できる。これにより焼成時間の短縮とそれに起因する生産性の改善が達成される。
【００３５】
また、パレット幅方向のガス流れを抑制できて、未焼成部を低減できる。この未焼成部の低減によって、成品歩留が改善できる。同時に、パレット幅方向の焼成時間の偏差が低減されるので、クーラーにおける未燃カーボンの燃焼が抑制されて、クーラーでの冷却悪化が抑制される。併せて、通気性改善により焼結鉱の還元粉化性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】棒状体の形状をパラメータとした棒状体の断面積占有率と原料沈下量との関係を示すグラフである。
【図２】棒状体の代表的な形状における原料の荷重方向を概念的に示す模式図であり、図２（ａ）は四角柱における原料の荷重方向を、図２（ｂ）は三角柱における原料の荷重方向をそれぞれ示す。
【図３】棒状体の形状をパラメータとした棒状体の断面積占有率と冷間通気性指数との関係を示すグラフである。
【図４】棒状体の代表的な形状におけるガスの流れ方向を概念的に示す模式図であり、図４（ａ）は四角柱におけるガスの流れ方向を、図４（ｂ）は三角柱におけるガスの流れ方向をそれぞれ示す。
【図５】本発明の方法を行う装置例を示す概念図である。
【図６】棒状体の設置状況を概念的に示すパレット幅方向断面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｅ）は末広がり棒状体の形状例を概念的に示すパレット幅方向断面図である。
【図８】棒状体の形状をパラメータとした棒状体の断面積占有率と焼結時間との関係を示すグラフである。
【図９】棒状体の形状をパラメータとした棒状体の断面積占有率と冷却時間との関係を示すグラフである。
【図１０】棒状体の形状をパラメータとした棒状体の冷却時間と成品歩留との関係を示すグラフである。
【図１１】棒状体の形状と生産率およびＲＤＩとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１：床敷ホッパー、
２：床敷、
３：サージホッパー、
４：シュート、
５：焼結原料、
６：パレット、
７：床敷層、
８：堆積層、
９：堆積層の始点、
１０：棒状体、
１１：架台。

Claims (2)

1. ＤＬ式焼結機の原料堆積層内に棒状体をパレット進行方向に挿入しつつ焼結原料を装入し、次いで着火、焼結を行う焼結鉱の製造方法において、前記棒状体のパレット幅方向縦断面の形状がパレットの底面に向かって末広がりであることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
2. 原料堆積層内のパレット進行方向に棒状体を複数並列させたＤＬ式焼結機において、前記棒状体のパレット幅方向縦断面の形状がパレットの底面に向かって末広がりであることを特徴とするＤＬ式焼結機。

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