JP3573089B2

JP3573089B2 - 鉄鉱石焼結鉱の製造方法

Info

Publication number: JP3573089B2
Application number: JP2000364598A
Authority: JP
Inventors: 尊三川口
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JP2002167621A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄鉱石焼結鉱を製造する方法に関し、特に燃料として無煙炭を配合原料中に１．０質量％以上使用したときに問題となる排ガス中に含有されるＣ数が１０以上の重質油分を低減することが可能な鉄鉱石焼結鉱の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、鉄鉱石焼結鉱は配合原料として鉄鉱石、製鉄所内発生ダスト、副原料および焼結返鉱に固体燃料を添加した物が用いられ、該原料に水分を添加して転動造粒した後、原料充填層を形成させる。そして、原料充填層の表面に点火バーナーで着火した後、送風機による下方吸引により焼結反応を順次、表面から下層に進行させ焼結ケーキを製造する。製造された焼結ケーキは破砕され焼結鉱となる。この場合、下方吸引された排ガスは焼結充填層の下部に設置された風箱を介して送風機に送られ煙突より大気に放出される。この排ガスは固体燃料の燃焼反応で発生したＣＯ，ＣＯ_２ガスや空気中のＯ_２，Ｎ_２ガスが主成分であるが、焼結過程で発生する微細なダストを含有している。そこで、焼結の排ガスラインでは通常、送風機の手前に集塵装置が設置されている。
【０００３】
さて、焼結原料中に添加する固体燃料として粉コークスが広く用いられているが、他に無煙炭が一部使用されている。粉コークスは石炭を乾留して揮発性の油分を除去して製造するので、粉コークス中の揮発性の油分量は１．０質量％程度と低く、焼結の加熱過程でも燃焼以前に燃料コークスから油分が発生し排ガス中に含有されることはない。しかし、焼結固体燃料として粉石炭を使用した場合、石炭中に含有する揮発性の油分が焼結燃焼以前の昇温過程で揮発し、排ガス中に揮発性の油分が含有され、排ガス集塵設備内において装置内壁に油分中の重質油分が付着し、これが燃焼火災を発生する問題がある。
【０００４】
従って、焼結の燃料として石炭を大量に使用することは実施されていない。一般に、無煙炭とは揮発分の低い石炭を指し、質量比（固定炭素分／揮発分）が４．０以上のものを指すが（日本エネルギー学会コークス部会編コークスノート１９９２版ｐ．８１参照）、この無煙炭のように揮発分の低い石炭ならば少量使用が可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、無煙炭は粉コークスよりも揮発油分量が高いので、配合原料中の全固体燃料配合量が一般的に３．０〜３．５質量％であるのに対し、無煙炭の配合量は１．０質量％未満に制限されている。１．０質量％以上無煙炭を配合すると、前記の重質油分の集塵設備内壁付着により火災が発生する危険性がある。
【０００６】
一方、粉コークスに比べて安価な無煙炭を使用できれば、コスト改善を期待できることから、無煙炭配合量の高い鉄鉱石焼結鉱の製造方法が望まれている。
本発明の目的は、燃料として無煙炭を配合原料中に１．０質量％以上使用したときに問題となる、排ガス中に含有されるＣ数が１０以上の重質油分を低減することが可能な鉄鉱石焼結鉱の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
図１は、ある時刻における焼結層の垂直断面を示す概念図であるが、同図に示すように、焼結反応は表面部の上層から下層へと進行し、焼結層は下から原料帯１、乾燥帯２、仮焼帯３、燃焼帯４、冷却帯５の各ゾーンからなり、各ゾーンの特徴は、以下の通りである。
【０００８】
原料帯：温度は、１００℃未満であり、湿潤状態の原料が存在しているゾーンである。
乾燥帯：温度は、１００℃以上３００℃未満の温度範囲にあり、原料中の水分が盛んに蒸発しているゾーンである。
【０００９】
仮焼帯：温度は、３００℃以上７００℃未満の温度範囲にあり、原料中の水分ではなく鉱石に含まれる結晶水、炭酸塩や固体燃料の揮発分などが分解するゾーンである。
【００１０】
燃焼帯：温度は、７００℃以上１３００℃の温度範囲にあり、固体燃料が空気によって燃焼するゾーンである。
冷却帯：焼結された鉄鉱石、つまりケーキが１３００℃から冷却され温度が低下するゾーンである。
【００１１】
上記ゾーン構成を基に、鉄鉱石中に結晶水を含有する褐鉄鉱を含有させた試験を行ったところ、以下のことが明らかになった。
（Ａ）原料帯では無煙炭は特段の変化が起こらないが、乾燥帯では褐鉄鉱や無煙炭などの原料に付着した水分が蒸発する。
（Ｂ）仮焼帯では無煙炭から重質油分が揮発し、同時に褐鉄鉱石からは結晶水が揮発し水蒸気となる。
（Ｃ）この水蒸気によって揮発した重質油分が分解され、Ｃ数が１０以上の排ガス中の重質油分量が低減される。
【００１２】
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、「無煙炭中の固定炭素分と揮発分との質量比（固定炭素分／揮発分）が４．０以上である無煙炭を配合量で１．０質量％以上添加して鉄鉱石焼結鉱を製造する方法において、５．０質量％以上の結晶水を含有する褐鉄鉱鉱石の配合量が全鉱石中の５０質量％以上であることを特徴とする鉄鉱石焼結鉱の製造方法」である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
結晶水を多く含有する鉄鉱石は褐鉄鉱と呼ばれ、褐鉄鉱としてはピソライト鉱やマラマンバ鉱があり、これらは結晶水を５．０質量％以上含有する。また、結晶水５．０質量％以下の鉱石は褐鉄鉱系鉱石と呼ばれる。原料中の褐鉄鉱や無煙炭は原料帯では特段の変化が起こらないが、昇温して乾燥帯になると褐鉄鉱や無煙炭などの原料に付着した水分は蒸発する。そして、さらに昇温が進む仮焼帯では温度が３００℃以上７００℃未満となり無煙炭から重質油分が揮発し、同時に褐鉄鉱石中の結晶水が水蒸気となり、この水蒸気によって重質油分が分解されるのである。
【００１４】
一方、過去、焼結層へ水蒸気を添加する方法が多く開示されている。しかしながら、これらの方法は焼結層表面に水を散布すること、または表面吸引ガス中に水蒸気を含有させることを特徴としている。このような方法は、水ミストまたは水蒸気含有ガスは表面から下層に向かって進むが、冷却帯を通過し燃焼帯に入った時に燃焼中の固体カーボンが下記反応により水蒸気が消費され、下層の仮焼帯に水蒸気が到達しないため、この水蒸気によって重質油分が分解されるという効果を発現し得ない。
【００１５】
Ｃ＋Ｈ_２０ → ＣＯ＋Ｈ_２
また、原料乾燥帯で発生する水蒸気の温度は、１００℃以上３００℃未満程度であり、重質油分の水蒸気による分解反応が起こり難いため、原料中の水分を上昇させる方法は、重質油分の分解効果をほとんど期待できない。
【００１６】
したがって、無煙炭から発生する重質油分は、単純に水蒸気によって分解できるのではなく、無煙炭から重質油分が発生する仮焼帯において褐鉄鉱のような結晶水含有鉱石によって発生する水蒸気によってのみ分解することが可能である。
【００１７】
本発明者は、上記知見を基に、直径３０ｃｍ、高さ５０ｃｍの焼結鍋試験装置を用いて、所定の配合原料から焼結鉱を製造する試験を実施した。焼結鍋試験装置はガスの上流側から、鍋、風箱、配管、除塵装置、送風機、煙突の各装置が連接しており、除塵（サイクロン集塵機）装置内に板を設置して焼結実験の際に発生する排ガス中ダストを模擬的に付着させ、このダスト中の重質油分濃度を測定した。
【００１８】
図２は、鉱石中の結晶水含有量と付着ダストの重質油分濃度との関係を示すグラフである。
なお、このグラフは、結晶水含有鉱石の全鉱石中の配合量が１００質量％の条件で得られたものである。また、無煙炭配合量：１質量％、コークス配合量：２．５質量％で試験を実施した。
【００１９】
同図に示すように、結晶水含有量が５．０質量％以上で急激に付着ダストの重質油分濃度が低下することがわかる。
次に、５．０質量％以上の結晶水を含有する褐鉄鉱鉱石の全鉱石中の配合量と付着ダストの重質油分濃度との関係を調査した。
【００２０】
図３は、５．０質量％以上の結晶水を含有する褐鉄鉱鉱石の全鉱石中の配合量と付着ダストの重質油分濃度との関係を示すグラフである。
なお、同図に記載の無煙炭配合量（質量％）を示す各記号は、下記の通りであり、コークスと無煙炭配合量との合計配合量を３．５％一定とした。
【００２１】
▲：３．０％、△：２．０％、●：１．０％、○：０％である。
同図に示すように、５．０質量％以上の結晶水を含有する褐鉄鉱鉱石の配合量が全鉱石中の５０質量％以上で急激に重質油分濃度が低下することがわかる。
【００２２】
ここで、本発明で使用する褐鉄鉱石としては、マラマンバ鉱石が好ましい。その理由は、ピソライト鉱石は粗粒であるが、マラマンバ鉱石は細粒であるのが特徴であり、より細粒鉄鉱石の方が配合原料中において、無煙炭と近接することができ、無煙炭から発生する重質油分が水蒸気と反応し易くなるからである。
【００２３】
【実施例】
直径３０ｃｍ、高さ５０ｃｍの焼結鍋試験装置を用いて、所定の配合原料から焼結鉱を製造する試験を実施した。焼結鍋試験装置はガスの上流側から、鍋、風箱、配管、除塵装置、送風機、煙突の各装置が連接しており、除塵（サイクロン集塵機）装置内に板を設置して焼結実験の際に発生する排ガス中ダストを模擬的に付着させ、このダスト中の重質油分濃度を測定した。
【００２４】
図４は、無煙炭１．０質量％配合条件下における、赤鉄鉱石、褐鉄鉱石および褐鉄鉱系鉱石の全鉱石中の配合量と付着ダストの重質油分濃度との関係を示すグラフである。なお、コークスと無煙炭配合量との合計配合量を３．５％一定とした。
また、表１に使用した各鉱石の各成分濃度（質量％）および粒度構成をそれぞれ示す。さらに、表２に使用した無煙炭の各成分濃度（質量％）および粒度構成をそれぞれ示す。なお、表１および２に記載のＣ．Ｗ．は各鉱石中の結晶水含有量を示し、−１ｍｍは、１ｍｍアンダーの粒度構成質量％をそれぞれ示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
【表２】

【００２７】
同図に示すように、以下のことがわかった。
【００２８】
（１）赤鉄鉱石（ハマスレー：Ｃ．Ｗ．＝１．８％）１００質量％の鉱石配合では、油分濃度は、約１５０と高かった。
（２）上記赤鉄鉱石（ハマスレー：Ｃ．Ｗ．＝１．８％）に褐鉄鉱系鉱石（フォメント：Ｃ．Ｗ．＝３．８％）を６０質量％配合させても油分濃度の低下量は小さく、依然として１００ｍｇ／ｋｇ以上と高かった。
【００２９】
（３）上記赤鉄鉱石（ハマスレー：Ｃ．Ｗ．＝１．８％）に褐鉄鉱石（ピソライトＣ．Ｗ．＝７．４％）を６０質量％配合させたものは、油分濃度が５０ｍｇ／ｋｇ以下と大幅に低下した。
【００３０】
（４）上記赤鉄鉱石（ハマスレー：Ｃ．Ｗ．＝１．８％）に褐鉄鉱石としてピソライト（Ｃ．Ｗ．＝７．４％）４０質量％、マラマンバ（Ｃ．Ｗ．＝５．１％）２０質量％の合計６０質量％配合させたものは、ピソライト（Ｃ．Ｗ．＝７．４％）単独６０質量％配合したものよりさらに油分濃度が低下した。
【００３１】
（５）上記赤鉄鉱石（ハマスレー：Ｃ．Ｗ．＝１．８％）に褐鉄鉱石としてピソライト（Ｃ．Ｗ．＝７．４％）２０質量％、マラマンバ（Ｃ．Ｗ．＝５．１％）４０質量％の合計６０質量％配合させたものは、上記（４）の配合に比較してさらに油分濃度が低下した。
【００３２】
（６）上記赤鉄鉱石（ハマスレー：Ｃ．Ｗ．＝１．８％）に褐鉄鉱石としてマラマンバ（Ｃ．Ｗ．＝５．１％）６０質量％配合させたものは、上記（５）の配合に比較してさらに油分濃度が低下した。
【００３３】
【発明の効果】
本発明により、焼結除塵設備内での重質油分の付着量を低減し火災発生の危険性を低減することによって、焼結燃料として無煙炭の使用可能量を上昇せしめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ある時刻における焼結層の垂直断面を示す概念図である。
【図２】鉱石中の結晶水含有量と付着ダストの重質油分濃度との関係を示すグラフである。
【図３】５．０質量％以上の結晶水を含有する褐鉄鉱鉱石の全鉱石中の配合量と付着ダストの重質油分濃度との関係を示すグラフである。
【図４】無煙炭１．０質量％配合条件下における、赤鉄鉱石、褐鉄鉱石および褐鉄鉱系鉱石の全鉱石中の配合量と付着ダストの重質油分濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１：原料帯、
２：乾燥帯、
３：仮焼帯、
４：燃焼帯、
５：冷却帯。

Claims

無煙炭中の固定炭素分と揮発分との質量比（固定炭素分／揮発分）が４．０以上である無煙炭を配合量で１．０質量％以上添加して鉄鉱石焼結鉱を製造する方法において、５．０質量％以上の結晶水を含有する褐鉄鉱鉱石の配合量が全鉱石中の５０質量％以上であることを特徴とする鉄鉱石焼結鉱の製造方法。