JP3840967B2 - 高炉用焼結鉱原料の造粒方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高炉で使用される製鉄用原料としての焼成塊成鉱を製造するために、その原料である焼結鉱原料を焼結機に装入するに先だって、焼結機で焼成するのに適した焼結鉱原料の造粒物（擬似粒子）を調製するための適切な事前処理技術に関するものである。特に、焼結鉱原料が有する造粒特性に応じて、原料の配合条件や原料に添加するバインダー添加条件の適切化、あるいは焼結原料中の特に鉄鉱石の粒度分布の事前調整をすることにより、入荷原料に適した焼結鉱原料の事前処理技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
わが国の鉄鉱石資源の第一位は豪州鉱石であり、その比率は５０％以上に達しており、第二位の南米鉱石の２倍以上に達している。豪州鉄鉱石は、フレートの優位性からも今後ますますその重要性は高まるものと考えられる。ところで、豪州鉱石の内訳をみると、残存埋蔵量の少ない粗粒低りんブロックマン鉱石の供給が今後ますます減少し、これに代わり高りんブロックマン鉱石や微粉マラマンバ鉱石が増加する方向に向かうとされている。このマラマンバ鉱石は比較的品位が高く、高微粉炭吹込み高炉の安定操業からのニーズの高い低シリカ焼結鉱の製造原料として優れている。しかしながら、その反面、マラマンバ鉱石は微粉比率が高く、しかも粒子間の付着力が弱く、難造粒性の原料であるとされている。
【０００３】
一方、焼結操業における生産率の限界は、従来は焼結機に装入される焼結原料に添加されている粉コークスの燃焼速度に依存していた。当該焼結原料の形態は、一般に所定の焼結鉱原料に粉コークスが添加されて造粒された擬似粒子形態を有する。ところで、この擬似粒子形態の原料の焼結技術において最近、目覚しい技術改善がなされ、焼結原料中の粉コークスの燃焼速度が向上した。その結果、焼結操業における生産率の律速段階は、焼結原料中の粉コークスの燃焼速度から、焼結機における焼結ベッド内の通気性に移った。
【０００４】
従って、上述したマラマンバ鉱石等の難造粒性原料を用いて、高生産性且つ高歩留の焼結操業を行なっていくためには、焼結ベッド内の通気性を改善することが重要な技術課題となる。
【０００５】
そこで、本発明者は、難造粒性の微粉原料を多配合した焼結鉱原料を用いて、高生産性の焼結操業技術を開発することを本発明の目的とした。かかる観点から、焼結鉱原料の適切な造粒メカニズムを明確にし、造粒プロセスにおける適切な造粒モデルを開発し、当該造粒モデルに基づき、焼結操業における焼結鉱原料の事前処理方法の改善を試みることにした。
【０００６】
上記観点から、先ず、従来の焼結鉱原料の造粒モデルを概観し、その問題点を明らかにした。
【０００７】
これまでに提案されている焼結鉱原料の焼結に先立つ造粒処理プロセスのシミュレートに関する造粒モデルとして、例えば、鉄と鋼、７３（１９８７），１９３２には、ディスクペレタイザーとドラムミキサー内での粉鉱石の造粒挙動を物質収支式で整理し、擬似粒子化はこれら造粒機内での総転動距離で決まるとし、また造粒特性に関してディスクペレタイザーの方がドラムミキサーよりも優れていることを明らかにしている（以下、先行技術１という）。ところが、先行技術１の造粒モデルは、その目的が主として造粒システムの設計に焦点が絞られており、実用の大型ドラムミキサーあるいはディスクペレタイザーの造粒現象を評価するモデルとはいい難い。
【０００８】
一方、５ｔｈ Ｉｎｔ．Ｓｙｍｐｏ．ｏｎ Ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ，（１９８９），３３には、ドラムミキサー内での擬似粒子の成長を核粒子の周りに付着粒子が被覆して粒径拡大が図られることを、ポピュレーションバランスモデルで解析しており、擬似粒子の粒径拡大には微粉粒子の粒径が重要な役割を果たすことを報告している（以下、先行技術２という）。先行技術２の造粒モデルは、粒度分布範囲の広い原料を対象としてその造粒現象を、数学的・実験的に明らかにしており、焼結鉱原料の事前処理工程での造粒現象を評価するのに適している。しかしながら、先行技術２では、もっぱら擬似粒子の成長は核粒子の表層に被覆粒子層が成長するものであると仮定しているので、微粉原料同士が合体し、粒子径が成長する所謂ペレットプロセス、あるいは微粉原料を多量に使用する所謂ＨＰＳプロセス（鉄と鋼、７８（１９９２），１０２９参照）まで、先行技術２の造粒モデルの適用を拡大することが可能か否かについては明らかでない。また、通常の造粒工程においては、不完全に造粒された擬似粒子は一旦崩壊し、再度造粒に移行するが、先行技術２では、構成の現象はその造粒モデルからは除外されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した通り、先行技術１及び２の造粒モデルでは、焼結鉱原料をドラムミキサーあるいはディスクペレタイザーで擬似粒化する状況をシミュレートする目的に使用するには問題がある。
【００１０】
上述した造粒モデルの問題点を解決するために、本発明者は、実用の大型ドラムミキサーあるいはディスクペレタイザーの造粒現象を評価し得るモデルであって、微粉原料同士が合体して粒子径が成長する所謂ペレットプロセス、あるいは微粉原料を多量に使用する所謂ＨＰＳプロセスを考慮すると共に、更に、造粒過程における擬似粒子のある部分については、一旦崩壊した後、再度造粒に移行して粒径が拡大するプロセスを考慮した造粒モデルを構築することにした。そして、造粒操作で得られる擬似粒子の情報としては、前述したように、焼結機の焼結ベッド内における通気性が良好に保持され得る擬似粒子であるか否かの評価をすることができるようにするために、擬似粒子の平均粒径のみでなく、その粒度分布も明らかとなる造粒モデルの構築を目指した。
【００１１】
かくして、この発明が解決すべき課題は、上述した従来の造粒モデルにおける問題点を解決することにより、焼結鉱原料の造粒機による擬似粒子化状況を精度よくシミュレートすることができる造粒モデルを構築し、当該造粒モデルを実操業における造粒工程で活用することにある。
【００１２】
従って、この発明の目的は、上記課題を解決することにより、与えられた焼結鉱原料を、バインダーの適正添加により焼結ベッド内の通気性が良好となる擬似粒子に造粒し、もって、難造粒性の微粉原料を多配合した焼結鉱原料を用いて、高生産性の焼結操業を可能とする高炉用焼結鉱原料の造粒方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、焼結鉱原料を適切に造粒して、焼結機操業中における焼結ベッド内の通気性を改善するためには、従来提案されている造粒モデルの問題点を解決し、造粒機構を一層正確に反映した造粒モデルを構築し、これに基づく考え方で造粒前の焼結鉱原料の事前処理を施すことにより、この発明の目的を達成し得ることがわかった。
【００１４】
Ｉ．上記観点から新造粒モデルを次の通り構築した。
【００１５】
［１］ ディスクペレタイザーあるいはドラムミキサー等造粒機内における焼結鉱原料の造粒・崩壊挙動現象を次の通り考える。
【００１６】
造粒機の代表的機種としてディスクペレタイザーをとりあげ、その造粒挙動現象を図１に模式的に示す。即ち、１回の単位転動造粒プロセスにおいて、焼結鉱原料の造粒挙動現象として、下記４通りを考える。即ち、▲１▼微粉原料同士の合体あるいは微粉原料が粗粒原料の表層部に付着し成長する場合、▲２▼微粒擬似粒子同士の合体により成長する場合、▲３▼脆弱擬似粒子の崩壊と細粒化が生じる場合、及び▲４▼供給原料が造粒に寄与せず、そのまま微粉原料として残留する場合に分ける。
【００１７】
大型ディスクペレタイザーを例にとると造粒機内では通常、数千万から数億個の擬似粒子が相互作用を受けつつ、上記４通りの現象が同時に起こりながら、しかも全体としては擬似粒子の粒径拡大方向に進む。従って、焼結鉱原料の１回の単位造粒操作によって得られる擬似粒子の平均粒径及び粒径分布は、上記４通りの挙動現象の、焼結鉱原料の造粒過程における造粒・崩壊挙動に対する寄与率に依存する。
【００１８】
ここで、各種原料から構成されている焼結鉱原料に対して、４通りの挙動現象がどのように寄与するかは、造粒機を一定の機種に限定した場合には、鉱石や雑原料等主原料、造滓剤としての副原料、及び生石灰等バインダーで構成される各原料種の種類と量、並びに加湿水分の添加量に依存する。上記において、上記４通りの挙動現象の主原料その他の各原料種の種類に依存するのは、当該各原料種はそれぞれ固有の物理化学的性状と粒度分布を有するからである。
【００１９】
わが国の製鉄所で使用される主原料としての鉄鉱石は海外鉄鉱石資源に依存するため、その銘柄数は２０〜３０種類に達する。これら多数の鉱石の銘柄や鉱種のそれぞれについて、造粒プロセスにおける挙動現象に大きな影響を及ぼす因子は、主として鉱石表面の物理化学特性であり、濡れ性、吸水性、膨潤性、表面の凹凸及び緻密性が影響因子として重要である。従って、例えば、前述したマラマンバ鉱石のように、微粉比率が高く、しかも粒子間の付着力が弱く、難造粒性の原料でも当該鉱石の上記のような表面物理化学特性により、上記４通りの造粒挙動現象に対する寄与率が決定される。よって、この新造粒モデルを用いて、焼結鉱原料の造粒性を精度よくシミュレートするためには、各鉱種及び銘柄の鉱石について、表面物理化学特性から上記の寄与率を適切に評価して求めることが重要であり、しかも、各鉱石の粒度別にその寄与率を求める必要がある。
【００２０】
上記寄与率の評価の必要性は、鉱石以外の主原料として鉄源の一種として用いられる製鉄所で発生する各種ダスト、副原料である造滓剤としての蛇紋岩、珪石、石灰石及びドロマイト等、並びに、造粒のバインダーとして添加される生石灰、消石灰、ベントナイト及びパルプ廃液等についても、鉱石に準じるものである。ここで、バインダーを焼結鉱原料を構成する１要素であるとしたのは、例えば、生石灰は加湿水分の水と反応して膨潤するが、その際周囲の原料を引き込む挙動を示すので、造粒における一種の核粒子と考えるからである。
【００２１】
更に、使用する造粒機の機種（造粒形式）の違いによっても、その寄与率は変化する。
【００２２】
こうして、１回目の単位造粒操作が終了後、２回目、３回目、・・・・、ｎ回目と所定回数の単位造粒操作を繰り返し、全体として造粒が進行する。
【００２３】
［２］ 次に、上記考え方に従った造粒モデルの構築手段について述べる。
【００２４】
上記［１］項において述べた焼結鉱原料の造粒過程においては、複雑な現象が同時に起こっており、これらの相互作用を考慮した既存提案力学的モデルでは、得られる結果に限界がある。そこで、本発明者は、確率モデル即ち造粒過程では複雑な現象が同時に起こり、個別擬似粒子の成長過程を決定することは不可能であり、可能であるのは造粒及び崩壊確率のみであるとする確率モデルを導入し、以下の通り、新造粒モデルを構築した。この確率モデルは、石炭の粉砕過程で粉砕マトリックスとこれを構成する粉砕確率要素とを数学モデルに設定することにより、その粉砕現象を解析するのに用いている例がある（Ｊ．Ｉｎｓｔ．Ｆｕｅｌ，２９（１９５６）５２４）。本発明者は、確率モデルの導入の応用として、上記石炭の粉砕プロセスとは正反対の現象である、焼結鉱原料の造粒プロセスの解析に応用したものであり、この点において本発明者は上記例に対する逆転の発想に基づき、新造粒モデルを構築するものであり、これは焼結鉱原料の図１で示した造粒・崩壊挙動過程において、造粒・崩壊マトリックスとこれを構成する造粒・崩壊確率要素を数学モデルに設定することにより、所謂造粒現象をモデル化したものである。
【００２５】
先ず、原料が単位造粒操作を受けると、図１に示したように、造粒部分と未造粒部分とに分かれる。以下、被造粒操作粒子が単位造粒操作を受ける１回毎の造粒操作前後における擬似粒化状況を説明する。
【００２６】
（１）１回目の単位造粒操作による原料の擬似粒化
いま、単位造粒操作前の原料の粒度分布及び１回目の単位造粒操作後の粒度をそれぞれの粒度に応じたベクトルＦ及びＧで表示すると、下記（１）及び（２）式が得られる。
【００２７】
Ｆ＝（ｆ1，ｆ2，ｆ3，‥‥，ｆn）T‥‥‥‥‥‥‥‥（１）
Ｇ＝（ｇ1，ｇ2，ｇ3，‥‥，ｇn）T‥‥‥‥‥‥‥‥（２）
ここで、ｆ1，ｆ2，ｆ3，‥‥，ｆn及びｇ1，ｇ2，ｇ3，‥‥，ｇnは、造粒前後における原料及び擬似粒子を、篩目の細かい１番目から粗いｎ番目まで順次、篩で篩分け、篩目の１番目からｎ番目までの各篩上に留まった重量比率、即ち、各篩目の粒度範囲（即ち、各粒度）にどれだけの量が入っていたかを表わし、それぞれ原料及び擬似粒子の篩上重量比率（−）を示す。
【００２８】
原料の造粒特性は、前述したように各原料種毎の、主として当該原料種毎の表面の物理化学特性である、濡れ性、吸水性、膨潤性、表面の凹凸及び緻密性に依存する。いま、原料条件、例えば、鉱種、バインダー、加湿水分等の原料条件が一定のもとで、１単位造粒操作による造粒比率をπ（−）とすると、一番細かい粒度は、原料比率ｆ1が下記（３）及び（４）式に分かれる。
【００２９】
造粒に寄与した重量比率：ｗ1＝πｆ1‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（３）
造粒に寄与しなかった重量比率：ｗ2＝（１−π）ｆ 1 ‥‥‥‥（４）
（３）式で表わされる造粒された擬似粒子は、ある粒度分布を有する擬似粒子群であるとみなすことができる。一方、擬似粒子になる場合、どの粒度（粒度範囲）に造粒されるかは、造粒条件に応じた、原料の粒度分布毎に決まる造粒確率に依存する。この原料の粒度分布毎の造粒確率をｑij（−）とすると、ｑij（−）は、粒度ｊの原料が造粒されて、粒度ｉの擬似粒子となる確率を表わす。ここで、ｉ＝１，２，・・・・，ｎ、ｊ＝１，２，・・・・，ｎである。但し、ｉ＜ｊのｑij（−）は、粒度ｊの原料が崩壊して、粒度ｉの崩壊擬似粒子となる崩壊確率を表わす。このように、ｑij（−）は、造粒ないし崩壊確率を表わすから、０及び１．０を含む０〜１．０の範囲内の任意の値をとり得る。更に具体例で説明する。
【００３０】
（１−（ア））１回目の単位造粒操作による粒度−０．１２５ｍｍ（最小粒径原料）の原料部分の擬似粒化の確率
図２は、初期原料が１回目の単位造粒操作により、擬似粒子化される場合であって、最も細かい粒度の原料部分が造粒操作により、どのような粒度の粒子部分に移行する かを、重量確率を用いて説明する模式図である。即ち、１番目の篩目サイズを０．１２５ｍｍに設定し、その篩下の原料部分を粒度番号１の原料部分と称し、粒 度を−０．１２５ｍｍという。図２は、粒度−０．１２５ｍｍの原料部分が造粒されるか、あるいは未造粒のまま留まるかについて、それらの粒度移行状況を重量確率で説明する図である。なお、同図中において、２番目の篩目サイズを１．００ｍｍに設定し、１番目の篩目サイズサイズ０．１２５ｍｍの篩上であって２番目の篩目サイズ１．００ｍｍの篩下の原料部分を粒度番号２の原料部分と称し、粒度を０．１２５〜１．００ｍｍという。以下、３番目の篩目サイズを３．００ｍｍ、・・・・、ｉ番目の篩目サイズをＳ（ｉ）ｍｍ、・・・・、そして最大篩目サイズを有するｎ番目の篩目サイズをＳ（ｎ）ｍｍとし、粒度番号及び粒度を上記に準じてつける。なお、粒度番号ｎの粒度は、篩目サイズＳ（ｎ）ｍｍの篩上原料部分であるから、＋Ｓ（ｎ）ｍｍという。
【００３１】
先ず、重量比率がｆ1を占める粒度−０．１２５ｍｍの原料部分は、１回目の単位造粒操作により、下記（５）式で表わされる、造粒に寄与しなかった部分と造粒はされたもののなおも０．１２５ｍｍ以上には成長しなかった部分との和の重量確率を有する粒子部分と、下記（６）式、（７）式及び（８）式のそれぞれで表わされる粒度０．１２５〜１．００ｍｍ以上の各粒度に属する粒子に成長した部分の重量比率を有する造粒部分とに分かれて移行する。
【００３２】
粒度−０．１２５ｍｍの重量比率：（１−π）＋πｑ11‥‥‥‥（５）
粒度０．１２５〜１．００ｍｍの重量比率：πｑ21‥‥‥‥‥‥（６）
粒度Ｓ（ｉ）〜Ｓ（ｉ＋１）ｍｍの重量比率：πｑi1‥‥‥‥‥（７）
但し、ｉ＝３〜（ｎ−１）
粒度＋Ｓ（ｎ）ｍｍの重量比率：πｑn1‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（８）
それ故、（５）〜（８）式に−０．１２５ｍｍに属する初期原料割合ｆ1をかければそれぞれの粒度範囲に入る擬似粒子量が得られることになる。
【００３３】
（１−（イ））１回目の単位造粒操作による粒度０．１２５〜１．００ｍｍの原料部分の擬似粒化
図３は、初期対象原料の内、粒度番号２（粒度０．１２５〜１．００ｍｍ）の原料部分が１回目の単位造粒操作により、どのような粒度の造粒部分に移行するかを、重量比率を用いて説明する模式図であり、造粒されるか、未造粒のまま留まるか、あるいは造粒操作中に崩壊して初期粒度０．１２５〜１．００ｍｍよりも小さい粒度−０．１２５ｍｍの粒子部分に移行するかという、粒度移行状況を重量比率で説明する図である。この場合は、初期原料の一部が造粒操作中に、初期粒度０．１２５〜１．００ｍｍよりも小さい粒度−０．１２５ｍｍの粒子部分に崩壊するというものの重量比率付加されるという点において、上記（１−（ア））項の場合とは異なるが、それ以外の擬似粒化現象は（１−（ア））項の場合に準じる。
【００３４】
重量比率がｆ2を占める粒度０．１２５〜１．００ｍｍの原料部分の一部は、１回目の単位造粒操作により崩壊して、より小さい粒度の−０．１２５ｍｍに移行する擬似粒子部分が発生する。この崩壊挙動を示す原料部分の重量比率は、下記（９）式で表わされる。
【００３５】
一方、粒度０．１２５〜１．００ｍｍの原料部分の内、造粒に寄与しなかった部分と造粒はされたもののなおも粒度１．００〜３．００ｍｍ以上の粒子には成長しなかった部分との和の重量比率は、下記（１０）式で表わされる。
そして、粒度１．００〜３．００ｍｍ以上の粒子に成長した部分の内、粒度１．００〜３．００ｍｍの粒子に成長した部分の重量比率は、下記（１１）式で表わされ、以下順次、大きな粒度の粒子に成長した部分の重量比率は、下記（１２）式及び（１３）式で表わされる。
【００３６】
従って、重量比率ｆ2を占める粒度１．００〜３．００ｍｍの原料部分は、１回目の単位造粒操作により、上記（９）〜（１３）式のそれぞれで表わされる重量比率を有する粒度の粒子部分に移行する。
【００３７】
（１−（ウ））１回目の単位造粒操作による粒度１．００〜３．００ｍｍの原料部分の擬似粒子化、及び粒度３．００〜４．８ｍｍ以上の粒度の原料部分の擬似粒子化１回目の単位造粒操作による粒度１．００〜３．００ｍｍの原料部分の擬似粒化は、上記（１−（イ））における説明に準じて、下記（１４）〜（１９）式が導かれる。但し、この場合には、粒度１．００〜３．００ｍｍの原料部分は崩壊して、粒度−０．１２５ｍｍの粒子に移行する部分（（１４）式）と、粒度０．１２５〜１．００ｍｍの粒子に移行する部分（（１５）式）とが発生する。
【００３８】
以降、粒度３．００〜４．８ｍｍ以上の粒度の原料部分の１回目の単位造粒操作による擬似粒化も、上記に準じて、崩壊した粒子部分、造粒に寄与しなかった部分と造粒はされたもののなおも初期粒度以上には成長しなかった部分、及び初期粒度以上の各粒度に属する粒子に成長した部分に分かれ、それぞれに分かれる重量比率も、上記に準じて決まる。
【００３９】
初期原料に１回目の単位造粒操作を施すことにより、初期原料の粒度区分数ｎ（これは篩目サイズの個数ｎと同じである）個の各粒度に属する原料部分が、ｎ個の粒度区分に属する粒子群に分かれて移行し、当該１回目の単位造粒操作後の粒子の新しい粒度分布が決定される。
【００４０】
そこで、上記１回目の単位造粒操作により得られる粒子（崩壊粒子、未造粒粒子及び成長粒子のすべてを含めて、以下「擬似粒子」と呼ぶ）の粒度分布を、ベクトル表示で求める。
【００４１】
以上の１回目の単位造粒操作をマトリックスとベクトル表示により普遍化すると、造粒現象は以下のように表わされる。原料粒度毎に定まる造粒・崩壊による移行先毎の造粒・崩壊の確率を有するマトリックスは、篩目サイズの個数ｎで定まる造粒・崩壊マトリックスで表わすことができるから、これをＢ1とすると、下記（２０）式が得られる。
【００４２】
【数１】
【００４３】
（２０）式において、単位造粒操作の前後において、物質収支が成立すべきであるから、下記（２１）式が得られる。
【００４４】
Σi=1 nｑij＝１．０（−） （ｊ＝１〜ｎ）‥‥‥‥‥（２１）
ここで、Ｂ1の構成要素ｑｉｊの添字ｉ、ｊは、初期原料中、前記で定義された粒度番号ｊ（即ち、粒度Ｓ（ｊ−１）〜Ｓ（ｊ）ｍｍ）の原料部分が、１回目の単位造粒操作によって得られた粒子が粒度番号ｉに属するように移行したことを意味する。なお、篩目サイズの細かいものから粗いものに向かって粒度番号を定義しているので、上記（２０）式の縦行列においては、下方に行くにつれて原料粒子の粗大化擬似粒子の生成確率を示すことになる。
【００４５】
以上、１回の単位造粒操作による原料粒子の造粒・崩壊の重量確率についてみてきた。それに対して、以下、１回目の単位造粒操作により、原料粒子が造粒・崩壊して生成される粒子の重量比率を、生成した粒子を粒度番号毎（粒度毎）に加算して得られる粒度番号毎の合計重量比率について求める。
【００４６】
先ず、１回目の単位造粒操作により、粒度番号１（粒度：−０．１２５ｍｍ）に属する粒子に移行した造粒・崩壊部分の重量比率をｇ1で表わすと、前記（５）式を参照して、下記（２２）式が得られる。
【００４７】
ｇ1＝ｆ1（１−π）＋ｆ1πｑ11‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（２２）
但し、ｆ1は初期原料の内、粒度番号１に属する部分の重量比率を表わす。
【００４８】
粒度番号２（粒度：０．１２５〜１．００ｍｍ）に属する粒子に移行した造粒・崩壊部分の重量比率をｇ2で表わすと、前記（１０）及び（６）式を参照して、下記（２３）式が得られる。
【００４９】
粒度番号３（粒度：１．００〜３．００ｍｍ）に属する粒子に移行した造粒・崩壊部分の重量比率をｇ3で表わすと、前記（１６）、（７）及び（１６）式を参照して、下記（２４）式が得られる。
【００５０】
以下同様にして、１回目の単位造粒操作により、粒度番号ｋに属する粒子に移行した造粒・崩壊部分の重量比率をｇkで表わすと、下記（２５）式が得られる。
【００５１】
（２５）式をマトリックスで表わすと、
ここでG1、Fはgk、fkを要素とするn列の縦ベクトル、Eはn行n列の単位マトリックスを表わす。即ち、
【００５２】
【数２】
【００５３】
以上により、初期焼結鉱原料に１回目の単位造粒操作を施すと、上記（２６）式で表わされる粒度構成を有する擬似粒子群Ｇ1が得られる。
【００５４】
なお、この発明における単位造粒操作とは、ディスクペレタイザーあるいはドラムミキサー等、所定の造粒機を用い、一定の造粒機の運転条件、具体的には、造粒機の造粒処理容器部分の寸法・形状等の設計諸元、回転速度及び原料の造粒処理容器占有空間率を一定値に設定し、単位操作当たりの造粒時間を一定値に設定した場合に行われる処理操作をいう。
【００５５】
（２）２回目の単位造粒操作による原料の擬似粒化
次に、１回目の単位造粒操作により得られた（２６）式の粒度構成を有する擬似粒子群Ｇ1を、２回目単位造粒操作における原料Ｆとし、所定の２回目の単位造粒操作を行なう。そこで、１回目の単位造粒操作に準じて考察すると、下記（２８）式で表わされる粒度構成を有する擬似粒子群Ｇ2が得られる。
【００５６】
（３）ｎ回目の単位造粒操作による原料の擬似粒化
１回目及び２回目に引き続き、それらと同様にして、Ｎ回目の単位造粒操作により得られる擬似粒子の粒度分布は、下記（２９）式の通りとなる。
【００５７】
ＧN＝[(1-π)・E+πB1]N・F ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（２９）
従って、任意回数（Ｎ回）の単位造粒操作後の擬似粒子の粒度分布ＧNは（２９）式により求められることがわかった。
【００５８】
ＩＩ．次に、上述したように構築された新造粒モデルを用いて、造粒シミュレーションを行なう際の数値計算方法について述べる。
【００５９】
上述の如く導出した数学モデル（新造粒モデル）をもとに造粒シミュレーションを行なう際の数値計算方法を図４に示す。シミュレーションにあたっては、所定の演算処理装置に、先ず（２９）式の演算式を読みこみ、次いで造粒条件として、単位造粒操作の回数(Ｎｔｍ)：ｎｍｘ、原料及び擬似粒子の粒度を規定する篩目サイズの数：ｎ、原料の粒度構成ベクトル：Ｆ、原料全体の造粒確率：π、初期造粒・崩壊確率のマトリックス：Ｂ1等を造粒条件として読み込む。そして、（２９）式をもとに単位造粒操作の回数分だけマトリックスの計算を行う。
【００６０】
その結果、各回数目の単位造粒操作後の造粒マトリックスＢ1及び擬似粒子粒度分布Ｇが得られる。但し、造粒マトリックスＢ1は、下記理由により、ここでは一定である。前述したように、単位造粒操作内における造粒機側の条件、即ち、造粒機としてはディスクペレタイザー（ＤＰという）あるいはドラムミキサー（ＤＭという）等、所定の造粒機を用い、従って造粒機の造粒処理容器部分の寸法・形状等の設計諸元が同一条件化であって、しかも、造粒機の回転速度及び原料の造粒処理容器占有空間率を原料の質量保存より一定値に設定し、単位操作当たりの造粒時間を一定値に設定した場合に行なわれる処理操作を前提条件としているからである。
【００６１】
なお実際の造粒工程では微粉部分は付着粉として作用するので、例えば−１ｍｍの微粉量が消費され尽くしたと判断されたところで、単位造粒操作は終了する。
【００６２】
図５に、原料全体の造粒確率：π、及び初期造粒・崩壊確率：Ｂを、小型のディスクぺレタイザー試験機を用いて事前に評価し、相対的に造粒性の良い場合、例えばヘマタイト鉱石やピソライト鉱石の配合量が相対的に多い場合（同図中（ａ））、及び相対的に造粒性の悪い場合、例えばマグネタイト鉱石やマラマンバ鉱石の配合量が相対的に多い場合（同図中（ｂ））についてのシミュレーション結果の一例を示す。ここで、初期原料の粒度分布を、表１に示す通りに設定した。これは、特定期間における焼結操業において、造粒機装入前の原料粒度の平均値及び当該篩目サイズの数に基づき算出した例であり、初期粒度分布と設定した。なお、この初期原料は、わが国の通常の焼結原料と比較し、０．１２５ｍｍ以下の微粉含有量が多いという点が特徴である。
【００６３】
【表１】
【００６４】
図５により下記事項がわかる。造粒性に優れたヘマタイト及びピソライト系を原料として選択した場合には、微粉部は速やかに被覆粒子として作用し消費され減少する。その結果、擬似粒子の粒径は成長し5〜10mm径に収束して行く。このため擬似粒子の粒度が揃う結果焼結機での擬似粒子層の通気性が優れ生産性向上に寄与する。一方、造粒性の悪い原料、例えばマグネタイト、マラマンバ、あるいは砂鉄を含有する原料を用いた場合には、微粉部分の造粒による消費が遅れる。その結果、平均粒径では両者に顕著な差は見られないものの、造粒性の悪い原料を用いた場合には粒度分布が広がり、微粉、１〜３ｍｍの中間粒径を有する擬似粒子が大量に生成することになる。また微粉部分の被覆粒子としての機能が低いため7mm以上の擬似粒子径比率は低下する。その結果前記擬似粒子層の通気性は悪化し焼結鉱の生産性は低下することとなる。
【００６５】
次に粒子間の造粒確率Ｂが一定条件下で、鉱石全体の造粒特性を表すπが変化したときの擬似粒子の粒度分布変化の推移を、図６に示す。これはたとえば基準になる原料に難造粒性原料を配合する場合に相当する。図６より造粒回数が増すと、換言するとDPあるいはDM内での滞留時間が永くなると最終的には同じ粒度分布を示す。しかしその間における微粉部分の消費、粒度の広がりは著しく異なる。初期粒径が同じでも造粒性の悪い原料使用時には微粉部の消費は遅れ、その結果平均粒度は同じでも粒度分布は広がり焼結ベッド内での通気性の悪い擬似粒子群が生成されることになる。実際の造粒工程ではＤＰあるいはＤＭ内での原料滞留時間は限られるから、例えばπ＜０．４で規定できる造粒性の悪い原料は不十分な造粒状態で排出されることになる。
【００６６】
ＩＩＩ． 実機造粒試験への適用
この発明の新造粒モデルの妥当性を評価するために実際の造粒試験データとシミュレーションデータとの比較検討を行った。試験データでは篩目を−０．１２５、０．１２５〜０．５、０．５〜１．０、１．０〜２．０、２．０〜５．０、５．０〜１０．０ｍｍの６分割としている。一般に粒径を評価する篩は０．１２５mm以下ではほぼ２1/4≒１．１９の比率で変化する。このためＢを構成する要素qijも原料の有する造粒確率に加え当然篩目の範囲も考慮された確率と解釈する必要がある。これをもとに本モデルで用いるパラメータを次のように設定した。
【００６７】
π＝０．４（−）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（３０）
【００６８】
【数３】
【００６９】
図７に実測値とシミュレーション結果を比較して示す。同図中、（ａ）は実測値、（ｂ）はシミュレーションである。これより実測値を４回相当と仮定すると（３０）、（３１）を用いたシミュレーション結果と良く合致することが明らかである。この例では(24)より１単位造粒操作によって造粒に寄与する比率は40%と設定した。また(25)より造粒マトリックスＢの特徴は縦行列要素の合計量が1.0(-)の条件を満たす条件下で対角行列を中心に微粒部分では造粒が進むよう、そして粗粒域では造粒擬似粒子の崩壊が進みやすい条件を確率的に設定してある。この様に実際の造粒状況に応じパラメータを設定することで精度の高いシミュレーションが可能となる。
【００７０】
ＩＶ．造粒パラメータの数学的評価
この発明の新造粒モデルで造粒特性に影響を与えるのは、初期値としての原料粒度構成の他には、1) 粒度範囲毎の造粒特性を与える(Ｂ)と2) 造粒性に影響を与える鉱石特性(π)との２パラメータである。ここではそれぞれのパラメータの持つ意味と造粒性に与える影響を考察した。
【００７１】
（１）造粒マトリックス(Ｂ)
(12)で表す造粒マトリックスＢにおいて極端なケースを考える。
【００７２】
【数４】
【００７３】
Ｂ1は上三角行列マトリックスである。その意味するところは対角行列ｑkkで規定される確率要素より上は0となるから、一旦造粒された擬似粒子は崩壊することはないという仮定が成り立つ場合である。Ｂ2は造粒マトリックス構成要素が全て同一の場合である。但し、
Σi=1 nｒij＝１．０ （ｊ＝１〜ｎ）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（３３）
が成り立たなくてはならない。最後のＢ3は下三角行列マトリックスの場合で対角行列ｑkkより下の確率要素は全て０になる。これは造粒操作を行なうにもかかわらず擬似粒子は限りなく崩壊を続けることを意味する。これらの結果を図５に示すＦとπ一定のもとでシミュレーションを行なうと、図８が得られる。
これよりＢ1の場合は造粒操作回数の少ないときにはＦの影響を受ける。その後造粒操作回数に応じ徐々に造粒が進み最終的には原料全体が全て造粒され尽くす。その結果10分割した篩目の内、最大篩目２０．７mm以上に達することになる。
Ｂ2では全ての構成要素が(27)の条件下で等しい、換言すれば全てrij=0.1(-)の場合である。このため造粒と崩壊がいつも同じ確率で発生することになり最終的には全ての篩目で同一重量比率10%に収束する。Ｂ3はＢ1と逆の場合で造粒操作が進むにつれ擬似粒子は崩壊され続け最終的には初期粒度分布Ｆで規定した最小篩目以下に至る。これは造粒しているにもかかわらず実は粉砕操作を受けることになりBroadbend等13)の粉砕モデルと同様のマトリックスの取り扱いとなっている。
このように、この発明による新造粒モデルは数学的には、造粒・崩壊マトリックスＢによってその結果としてのＧは自由に変化する。実際の造粒工程ではＧが全て最大篩目以上に造粒されることはないしまた造粒操作にもかかわらず最小篩目以下に粉砕されることもない。それゆえ実際のＢは平均的にはＢ1とＢ2の間に存在することになる。どこに位置するかは使用する原料、なかんずく特定の原料粒度域の物理化学的諸特性に依存し決まってくる。
【００７４】
（２）鉱石特性に依存する造粒性(π)
図６にπの造粒特性に及ぼす影響を明らかにした。これよりπの値が小さくなるとＢで規定した造粒マトリックスで決まる擬似粒子の粒度分布に到達するのに時間(造粒操作回数)がかかることを明らかにした。つまり最終的な擬似粒子の粒度分布を規定するのはＢでありπはＢに行き着く収束速度を規定するといえる。
【００７５】
図９に、図５の（ａ）で使用した造粒性に優れた原料のπを用いた時の操作回数（Ｎｔｍ）と造粒マトリックスＢの変化推移を表す。これより操作回数（Ｎｔｍ）が0から増すにつれ造粒・崩壊確率の全体傾向は類似してくる。これは確率論的にはqij≧0と（２１）式が成り立つ推移確率行列Ｂは正則確率行列であることに起因する。すなわち（２９）式より操作回数n+1回目のqij (n+1)は（３４）式に示すようにn回目のqij (n)のみに依存しそれ以前の確率要素には依存しない。
【００７６】
ｑij (n+1)＝Σr=1 k（ｑir (n)．ｑri (n)）‥‥‥‥‥（３４）
これよりＢの確率過程は、「確率」、マグロウヒル工学社（東京）（１９８１），１６６に示されたMarkov chainとなる。また、それによれば、Markov chainの推移確率行列が正則の場合は一定の確率ベクトルを有するマトリックス（３５）式に近づくことが知られている。
【００７７】
【数５】
【００７８】
これより図９においてもNtm>3で徐々にqik(k:一定)が一定の確率列ベクトルに近づく。すなわち本確率モデルでは（２０）、（２１）が成り立つ限りは必ず造粒過程は発散せずにある鉱石特性に応じた擬似粒子粒度分布Ｇ、たとえば図６に示すような形で収束して行くことになる。そしてπがその速度を律速するといえる。
【００７９】
この発明は、上述した新造粒モデルの構築及びその妥当性、並びに焼結鉱製造操業における造粒プロセスへの応用の有用性等、各種の知見に基づきなされたものであり、その要旨は次の通りである。
【００８０】
請求項１記載の発明に係る高炉用焼結鉱原料の造粒方法は、高炉で使用される焼結鉱原料の造粒方法において、ブレンディング粉に含有される原料の含有率に応じて、当該ブレンディング粉に添加すべきバインダーの添加率を決定し、当該決定された添加率のバインダーを添加すると共に、その他の所定原料を配合し、こうして得られた配合原料を、混合し造粒する方法であって、
前記バインダー添加率の決定は、前記焼結鉱原料が造粒される過程がシミュレートされる造粒モデルに基づき算出し、
前記造粒モデルは、考慮すべきプロセスとして少なくとも、前記焼結鉱原料に含まれる微粉部分の原料同士が合体した擬似粒子の粒径が成長するプロセス、前記焼結鉱原料が擬似粒化されていく過程において、当該擬似粒化物が崩壊するプロセス、及び当該崩壊して生じた粒片が再び擬似粒化するプロセスを包含し、前記焼結鉱原料が造粒に寄与するか否かの当該焼結鉱原料に関する造粒比率π、並びに、当該焼結鉱原料の粒度毎による、前記擬似粒化現象により擬似粒子の粒度が増大する程度を表わす造粒確率ｑ ij （但し、ｉ≧ｊ）、及び当該焼結鉱原料の粒度毎による、前記崩壊現象により生じる前記粒片の粒度が減少する程度を表わす崩壊確率ｑ ij （但し、ｉ＜ｊ）を、所定の方法で評価して求め、こうして求められた前記焼結鉱原料に関する造粒比率π、並びに、前記焼結原料の擬似粒化現象に関する造粒確率ｑ ij （但し、ｉ≧ｊ）及び崩壊現象に関する崩壊確率ｑ ij （但し、ｉ＜ｊ）を用いて、造粒操作後に得られる前記擬似粒化現象により形成される擬似粒子と前記崩壊現象により生じる前記粒片とからなる造粒物の粒度分布を求めるものであることに特徴を有するものである。
【００８１】
請求項２記載の発明に係る高炉用焼結鉱原料の造粒方法は、請求項１記載の発明において、前記ブレンディング粉に含有される原料は、マグネタイト鉱石、マラマンバ鉱石、スペキュラヘマタイト鉱石(鏡鉄鉱鉱石)、砂鉄、ニッケルスラグ及び蛇紋岩からなる原料群から選ばれた１種以上の原料であることに特徴を有するものである。
【００８２】
請求項３記載の発明に係る高炉用焼結鉱原料の造粒方法は、請求項１又は請求項２記載の発明において、前記バインダーとして、生石灰、消石灰、ベントナイト及びパルプ廃液からなるバインダー群から選ばれた１種以上のバインダーを用いることに特徴を有するものである。
【００８６】
請求項４記載の発明に係る高炉用焼結鉱原料の造粒方法は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記焼結鉱原料についての、前記造粒比率π、並びに擬似粒化現象及び崩壊現象に関する前記造粒確率ｑijは、当該焼結鉱原料の吸水性、表面の粗さ、吸水時の膨潤性及び原料粒子間結合性からなる焼結鉱原料の表面物理化学特性群から選ばれた１種以上の表面物理化学特性、並びに、鉱種の内、少なくともいずれか一方をパラメーターとして評価して求められたものであることに特徴を有するものである。
【００８７】
請求項５記載の発明に係る高炉用焼結鉱原料の造粒方法は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、高炉で使用される焼結鉱原料の造粒方法において、前記ブレンディング粉は、当該ブレンディング粉を調製するに先だって、当該ブレンディング粉を調製するために用いる各種銘柄の鉱石について、当該各種銘柄鉱石の粒度毎による、造粒操作における擬似粒化現象により擬似粒子の粒度が増大する程度を表わす造粒確率ｕij（但し、ｉ≧ｊ）、及び当該各種銘柄鉱石の粒度毎による、前記崩壊現象により生じる前記粒片の粒度が減少する程度を表わす崩壊確率ｕij（但し、ｉ＜ｊ）を、所定の方法で評価して求め、こうして求めらた当該造粒確率ｕij（但し、ｉ≧ｊ又はｉ＜ｊ）に基づき、各種銘柄の鉱石をブレンディングヤードに積み付けて調製されたブレンディング粉にしたものであることに特徴を有するものである。
【００８８】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の望ましい実施形態の例を説明する。
【００８９】
一般に、高炉原料として使用される焼結鉱は、図１１に示すフローで製造される。先ず、本船から荷揚げされた約１０ｍｍ以下の鉄鉱石粉を銘柄ごとに粉鉱ヤードに山積みする。山積みされた各種粉鉱石、含ＣａＯ副原料、含ＳｉＯ2 副原料及び、ダスト等を、予め設定している割合でベッディング法により混合し、ブレンディング粉１とする。即ち、当該ブレンディング粉１には、主原料として多数の銘柄の鉄鉱石の他に、鉄源としての製鉄所内で発生する各種の含鉄分ダストやスケール等の雑原料、並びに、副原料として石灰石、ドロマイト、蛇紋岩、珪石等の造滓材が含まれている。こうして成分及び粒度が調整されたブレンディング粉１は、いくつかのパイル２に形成される。そして、一定のパイル２より所定量ずつ切り出されたブレンディング粉１は、焼結工場３に搬送され、原料配合槽群４の所定のホッパーに装入される。
【００９０】
ブレンディング粉は、原料の配合ライン５において、更に、塩基度調整用の石灰石や珪石等、及びＭｇＯ成分調整用の蛇紋岩等の副原料６、粉コークス等の燃料７、生石灰等のバインダー８、並びに返鉱９と、場合によっては更に、単味の粉鉱石１０と配合され、得られた配合原料１１に、適量の水分１２が添加され、混合機１３で混合され、ディスクぺレタイザー１４あるいはドラムミキサー１５等の造粒機１６で造粒され、擬似粒子１７が形成される。造粒工程で得られた擬似粒子の性状は、造粒機側の条件と、配合原料側の条件とにより決まる。こうして得られた擬似粒子１７が、焼結機１８に装入され、所定の焼成が行なわれて焼結鉱１９が製造される。焼結鉱１９の生産性、歩留、品質等は、造粒機１６で調製される擬似粒子１７の性状に大きく依存し、この擬似粒子１７の性状は、造粒機１６に装入される装入される配合原料１１の性状により大きく左右される。この新造粒モデルにより、配合原料１１の性状と擬似粒子１７の性状との関係を考慮して、望ましい性状の擬似粒子１７を製造する。焼結鉱成品は高炉２０へ原料として装入される。
【００９１】
微粉原料が多量に配合されたブレンディング粉を使用する焼結操業における造粒工程において、一定造粒条件で操業を継続中、ブレンディング粉の使用パイルを他のパイルに切り替えると、それに伴い造粒機における造粒状況が変動し、ひいては、安定した焼結操業を阻害することがよく認められる。これはパイルの化学成分、粒度構成の変動を、原料需給等により支配される条件下において最小限に抑制しても、鉱石銘柄が変わることによる造粒特性の変化、例えば本数学モデルにおけるπ、ｑijが変わることに起因する。これを抑制するためには、造粒特性の異なる代表的な鉱石について、事前に小型ディスクぺレタイザー試験機等を用いて造粒試験を行い、その造粒パラメータπ、qijを把握しておく。そして、このパラメータを用い、当該パイルを構成するブレンディング粉の原料混合比率に基づき、この発明の新造粒モデルによる造粒性の推定結果、即ち、所定回数の単位造粒操作後における擬似粒子の粒度分布と、小型ディスクぺレタイザー試験機等を用いた造粒試験により得られる擬似粒子の粒度分布とを比較することにより、事前にそのパイルの造粒性を予測することが可能である。
図１０に、この発明の新造粒モデルを、焼結操業における原料の造粒工程管理への応用方法を説明する図を示す。これより個別鉱石の造粒パラメータから、混合原料パイルの造粒性を表すパラメータを得るには、それぞれの原料配合率に応じたパラメータの加成性が成り立つと仮定する。
いま、鉱石の銘柄数をm、その配合率をk1, k2, - - - , kmとすると数学モデル（２９）において混合原料としての造粒パラメータ、π及びB1を、それぞれπm及び(qij)mで表わすと、下記（３６）式が得られる。
【００９２】
【数６】
【００９３】
（３６）式においてスカラーkiとマトリックス(qij)iの積の合計(qij)mは（２１）式が成り立っている。このため得られた造粒マトリックスによる（２９）式の計算で造粒前後での物質収支が成立する。
【００９４】
この様なパラメータを用いＦとドラムミキサー内での滞留時間を与えれば事前にドラムミキサー出口でのＧが予測できる。それゆえ、パイル変更に応じそこから得られるＧをもとにバインダー、造粒水分の適正添加量あるいはπmを考慮したDM内の原料滞留時間調整が予測でき、造粒及び焼結操業の安定化に寄与する。
【００９５】
この新造粒モデルを用いて、中程度の造粒性を有する鉱石の比率を増やす。
【００９６】
【実施例】
次に、実施例によりこの発明を更に説明する。図１１に示した焼結鉱の製造フローに準じた焼結鉱製造ラインにおいて、本発明の範囲内に属する焼結鉱原料の造粒方法を実施した実施例と、本発明の範囲外にある焼結鉱原料の造粒方法を行なった比較例とを、次のようにして行なった。
【００９７】
なお、下記において、実施例及び比較例で使用するすべてのパイルにおいて、通常行なわれているように、１パイル内のブレンディング粉の成分及び粒度構成は、当該パイル内のどの部分についても実質的に一定にそろえてある。
【００９８】
また、上記すべてのパイル中のブレンディング粉中には多数銘柄の鉱石が含まれているが、いずれのパイルについても、鉱石全体の粒度構成は同一である。そのパイル中の鉱石の粒度分布は、表１に示した通りである。
【００９９】
先ず、比較例については、パイルＮｏ．１からパイルＮｏ．５までの全パイルのブレンディング粉全量を使用し尽くした操業期間を通じて、通常操業時に予め設定されている一定の原料配合条件により得られた配合原料に、ドラムミキサーで所定の加湿水分を添加し、混合し、次いでディスクぺレタイザーで、通常操業時に予め設定されている造粒機側の条件で、所定時間造粒処理を施した。当該操業期間中、バインダーとして添加した生石灰は外数で３．４ｍａｓｓ％ですべて一定である。また、パイルＮｏ．１からパイルＮｏ．５までのブレンディング粉中にブレンディングされた難造粒原料に属するものは、マグネタイト鉱石、砂鉄、ニッケルスラグ及び蛇紋岩であり、この内、マグネタイト鉱石以外の難造粒性原料のブレンディング粉中の含有率は一定であり、マグネタイト鉱石の含有率のみが変動している。その変動状況は、図１２（ｂ）のグラフに示すように、６．０〜１２．５ｍａｓｓ％の間にばらついていた。一方、比較例の焼結操業期間において、造粒機で調製された擬似粒子１７中の−３ｍｍ（３ｍｍアンダー）粒子の構成比率は、図１２（ａ）のグラフに示すように、３０〜５１ｍａｓｓ％の間にばらついていた。なお、擬似粒子１７中の−３ｍｍ粒子の構成比率に着目したのは、これ以下の細粒擬似粒子の混入が、焼結機における焼結ベッドの通気性を著しく阻害するからである。
【０１００】
これに対して、実施例を次の通り行なった。パイルＮｏ．１０からパイルＮｏ．１４までの全パイルのブレンディング粉全量を使用し尽くした操業期間を通じて、各パイルのブレンディング粉中にブレンディングされた難造粒原料に属するものとして、マグネタイト鉱石、砂鉄、ニッケルスラグ及び蛇紋岩があるが、マグネタイト鉱石以外の難造粒原料の含有率は一定であり、その含有率は、比較例におけるパイルＮｏ．１〜５のすべてと同一水準であった。但し、マグネタイト鉱石の含有率のみがパイルＮｏ．により異なっており、図１２（ｂ）のグラフに示すように、５．０〜１４．０ｍａｓｓ％の間にばらついていた。
【０１０１】
実施例においては、ブレンディング粉中の難造粒性原料の１種であるマグネタイト鉱石含有率が、パイル毎にこのように変動していても、焼結ベッドの通気性悪化を防止して、安定操業と生産性確保のために、配合原料１１の造粒性の変動を抑制して造粒処理後の擬似粒子１７中の−３ｍｍ粒子の構成比率を減らすことを考えた。そのために、新造粒モデルを用いて、造粒性の向上アクションを考えた。
【０１０２】
パイルを形成するブレンディング粉を構成する鉱石種や副原料種等のブレンディング比率は、原料需給事情によりほぼ一義的に決まり、自由度は殆どないので、操業上可能な方法の一つとして、配合原料に添加するバインダー量を調整することにした。そこで、造粒処理後の擬似粒子中に占める−３ｍｍ粒子の構成比率が、使用対象パイルＮｏ．毎によりできるだけ変動せず、且つ適切な水準となるようにするために、バインダーとしての生石灰の添加量を調整した。実施例の期間中においては、上記目的に新造粒モデルを用いて、生石灰の添加量を算出し、当該添加量の生石灰が配合された配合原料に造粒処理を施した。
【０１０３】
実施例においては、図１２の（ｃ）に示すように、生石灰添加量を外数で、３．１〜３．７ｍａｓｓ％の範囲内で調整した。なお、その際、加湿水分の添加量も、生石灰の添加量に応じて常法により調整した。
【０１０４】
その結果、実施例においては、造粒機で調製された擬似粒子１７中の−３ｍｍ粒子の構成比率は、図１２（ａ）のグラフに示すように、３３〜４６ｍａｓｓ％の比較的狭い範囲内であって、低い水準値にコントロールされた。
【０１０５】
この実施例では、特に、微粉鉱石原料を大量に使用するとき、例えば、−０．１２５ｍｍが３０ｍａｓｓ％程度の高率を占める場合等には効果が発揮される。
【０１０６】
【発明の効果】
この発明によれば、焼結鉱原料が有する造粒特性に応じて、原料の配合条件や原料に添加するバインダー添加条件の適切化により、ブレンディング粉に難造粒性原料が所定量以上含有されている場合であっても、入荷原料に適した焼結鉱原料の事前処理をすることにより、造粒性の向上を図ることが可能となる。また、陸揚げされた（入荷した）鉄鉱石を破砕処理等して、適切な平均粒度に細粒化すれば造粒性が向上することを予測できる場合も生じるので、入荷する鉱石の性状如何によって、ブレンディング粉前の鉱石事前処理という、従来全く考慮されたことのなかった原料予備処理プロセスが可能となった。
【０１０７】
更に、将来、大きな問題であると予想される、マラマンバ鉱石等の難造粒性原料を用いて、高生産性且つ高歩留の焼結操業を行なうことが可能となる。
【０１０８】
以上の結果、特に、焼結ベッド内における通気性のよい焼結原料を調製することが可能となるり、焼結鉱の生産性向上及び焼結操業の安定性向上に寄与し得る。更に、また、高炉への焼結鉱の供給安定化により、高炉操業の安定化にも波及的効果が期待される。
【０１０９】
この発明によれば、上述した多くの効果が発揮され得る高炉用焼結鉱原料の造粒方法を提供することができ、工業上有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディスクペレタイザーによる造粒挙動現象を模式的に説明する図である。
【図２】最小粒度原料（粒度：−０．１２５ｍｍ）が単位造粒操作を経た後の移行先を模式的に説明する図である。
【図３】細かい方から２番目の粒度（粒度：０．１２５〜１．００ｍｍ）が単位造粒操作を経た後の移行先を模式的に説明する図である。
【図４】この発明で導出した数学モデル（新造粒モデル）をもとに造粒シミュレーションを行なう際の数値計算方法を説明する図である。
【図５】この発明で導出した数学モデル（新造粒モデル）を用いて、相対的に造粒性の良い場合及び悪い場合についてのシミュレーション結果の一例を示すグラフである。
【図６】造粒確率Ｂが一定条件下で、鉱石全体の造粒特性πが変化したときの擬似粒子の粒度分布変化の推移を表わすグラフである。
【図７】この発明による新造粒モデルの妥当性を評価するための、実際の造粒試験データとシミュレーションデータとの比較検討をするためのグラフである。
【図８】この発明による新造粒モデルによれば、数学的には造粒・崩壊マトリックスＢの設定によって、造粒される擬似粒子の粒度分布は自由に変化することを説明するグラフである。
【図９】図５の（ａ）で使用したπを用いた時の操作回数（Ｎｔｍ）と造粒マトリックスＢの変化推移を表すグラフである。
【図１０】この発明の新造粒モデルの造粒工程管理への応用方法を説明する図である。
【図１１】この発明の焼結鉱原料の造粒方法を実施する際の原料の流れ及び焼結鉱の製造フローを示す図である。
【図１２】この発明の新造粒モデルを用いて、ブレンディング粉中の難造粒性鉄鉱石の構成比率により、焼結工場におけるバインダー添加量を調整して造粒性を安定させる操業の実施例と、従来操業例との試験データを比較する図である。
【符号の説明】
１ ブレンディング粉
２ パイル
３ 焼結工場
４ 原料配合槽群
５ 配合ライン
６ 副原料
７ 燃料
８ バインダー
９ 返鉱
１０ 単味の粉鉱石
１１ 配合原料
１２ 水分
１３ 混合機
１４ ディスクぺレタイザー
１５ ドラムミキサー
１６ 造粒機
１７ 擬似粒子
１８ 焼結機
１９ 焼結鉱
２０ 高炉
【発明の属する技術分野】
この発明は、高炉で使用される製鉄用原料としての焼成塊成鉱を製造するために、その原料である焼結鉱原料を焼結機に装入するに先だって、焼結機で焼成するのに適した焼結鉱原料の造粒物（擬似粒子）を調製するための適切な事前処理技術に関するものである。特に、焼結鉱原料が有する造粒特性に応じて、原料の配合条件や原料に添加するバインダー添加条件の適切化、あるいは焼結原料中の特に鉄鉱石の粒度分布の事前調整をすることにより、入荷原料に適した焼結鉱原料の事前処理技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
わが国の鉄鉱石資源の第一位は豪州鉱石であり、その比率は５０％以上に達しており、第二位の南米鉱石の２倍以上に達している。豪州鉄鉱石は、フレートの優位性からも今後ますますその重要性は高まるものと考えられる。ところで、豪州鉱石の内訳をみると、残存埋蔵量の少ない粗粒低りんブロックマン鉱石の供給が今後ますます減少し、これに代わり高りんブロックマン鉱石や微粉マラマンバ鉱石が増加する方向に向かうとされている。このマラマンバ鉱石は比較的品位が高く、高微粉炭吹込み高炉の安定操業からのニーズの高い低シリカ焼結鉱の製造原料として優れている。しかしながら、その反面、マラマンバ鉱石は微粉比率が高く、しかも粒子間の付着力が弱く、難造粒性の原料であるとされている。
【０００３】
一方、焼結操業における生産率の限界は、従来は焼結機に装入される焼結原料に添加されている粉コークスの燃焼速度に依存していた。当該焼結原料の形態は、一般に所定の焼結鉱原料に粉コークスが添加されて造粒された擬似粒子形態を有する。ところで、この擬似粒子形態の原料の焼結技術において最近、目覚しい技術改善がなされ、焼結原料中の粉コークスの燃焼速度が向上した。その結果、焼結操業における生産率の律速段階は、焼結原料中の粉コークスの燃焼速度から、焼結機における焼結ベッド内の通気性に移った。
【０００４】
従って、上述したマラマンバ鉱石等の難造粒性原料を用いて、高生産性且つ高歩留の焼結操業を行なっていくためには、焼結ベッド内の通気性を改善することが重要な技術課題となる。
【０００５】
そこで、本発明者は、難造粒性の微粉原料を多配合した焼結鉱原料を用いて、高生産性の焼結操業技術を開発することを本発明の目的とした。かかる観点から、焼結鉱原料の適切な造粒メカニズムを明確にし、造粒プロセスにおける適切な造粒モデルを開発し、当該造粒モデルに基づき、焼結操業における焼結鉱原料の事前処理方法の改善を試みることにした。
【０００６】
上記観点から、先ず、従来の焼結鉱原料の造粒モデルを概観し、その問題点を明らかにした。
【０００７】
これまでに提案されている焼結鉱原料の焼結に先立つ造粒処理プロセスのシミュレートに関する造粒モデルとして、例えば、鉄と鋼、７３（１９８７），１９３２には、ディスクペレタイザーとドラムミキサー内での粉鉱石の造粒挙動を物質収支式で整理し、擬似粒子化はこれら造粒機内での総転動距離で決まるとし、また造粒特性に関してディスクペレタイザーの方がドラムミキサーよりも優れていることを明らかにしている（以下、先行技術１という）。ところが、先行技術１の造粒モデルは、その目的が主として造粒システムの設計に焦点が絞られており、実用の大型ドラムミキサーあるいはディスクペレタイザーの造粒現象を評価するモデルとはいい難い。
【０００８】
一方、５ｔｈ Ｉｎｔ．Ｓｙｍｐｏ．ｏｎ Ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ，（１９８９），３３には、ドラムミキサー内での擬似粒子の成長を核粒子の周りに付着粒子が被覆して粒径拡大が図られることを、ポピュレーションバランスモデルで解析しており、擬似粒子の粒径拡大には微粉粒子の粒径が重要な役割を果たすことを報告している（以下、先行技術２という）。先行技術２の造粒モデルは、粒度分布範囲の広い原料を対象としてその造粒現象を、数学的・実験的に明らかにしており、焼結鉱原料の事前処理工程での造粒現象を評価するのに適している。しかしながら、先行技術２では、もっぱら擬似粒子の成長は核粒子の表層に被覆粒子層が成長するものであると仮定しているので、微粉原料同士が合体し、粒子径が成長する所謂ペレットプロセス、あるいは微粉原料を多量に使用する所謂ＨＰＳプロセス（鉄と鋼、７８（１９９２），１０２９参照）まで、先行技術２の造粒モデルの適用を拡大することが可能か否かについては明らかでない。また、通常の造粒工程においては、不完全に造粒された擬似粒子は一旦崩壊し、再度造粒に移行するが、先行技術２では、構成の現象はその造粒モデルからは除外されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した通り、先行技術１及び２の造粒モデルでは、焼結鉱原料をドラムミキサーあるいはディスクペレタイザーで擬似粒化する状況をシミュレートする目的に使用するには問題がある。
【００１０】
上述した造粒モデルの問題点を解決するために、本発明者は、実用の大型ドラムミキサーあるいはディスクペレタイザーの造粒現象を評価し得るモデルであって、微粉原料同士が合体して粒子径が成長する所謂ペレットプロセス、あるいは微粉原料を多量に使用する所謂ＨＰＳプロセスを考慮すると共に、更に、造粒過程における擬似粒子のある部分については、一旦崩壊した後、再度造粒に移行して粒径が拡大するプロセスを考慮した造粒モデルを構築することにした。そして、造粒操作で得られる擬似粒子の情報としては、前述したように、焼結機の焼結ベッド内における通気性が良好に保持され得る擬似粒子であるか否かの評価をすることができるようにするために、擬似粒子の平均粒径のみでなく、その粒度分布も明らかとなる造粒モデルの構築を目指した。
【００１１】
かくして、この発明が解決すべき課題は、上述した従来の造粒モデルにおける問題点を解決することにより、焼結鉱原料の造粒機による擬似粒子化状況を精度よくシミュレートすることができる造粒モデルを構築し、当該造粒モデルを実操業における造粒工程で活用することにある。
【００１２】
従って、この発明の目的は、上記課題を解決することにより、与えられた焼結鉱原料を、バインダーの適正添加により焼結ベッド内の通気性が良好となる擬似粒子に造粒し、もって、難造粒性の微粉原料を多配合した焼結鉱原料を用いて、高生産性の焼結操業を可能とする高炉用焼結鉱原料の造粒方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、焼結鉱原料を適切に造粒して、焼結機操業中における焼結ベッド内の通気性を改善するためには、従来提案されている造粒モデルの問題点を解決し、造粒機構を一層正確に反映した造粒モデルを構築し、これに基づく考え方で造粒前の焼結鉱原料の事前処理を施すことにより、この発明の目的を達成し得ることがわかった。
【００１４】
Ｉ．上記観点から新造粒モデルを次の通り構築した。
【００１５】
［１］ ディスクペレタイザーあるいはドラムミキサー等造粒機内における焼結鉱原料の造粒・崩壊挙動現象を次の通り考える。
【００１６】
造粒機の代表的機種としてディスクペレタイザーをとりあげ、その造粒挙動現象を図１に模式的に示す。即ち、１回の単位転動造粒プロセスにおいて、焼結鉱原料の造粒挙動現象として、下記４通りを考える。即ち、▲１▼微粉原料同士の合体あるいは微粉原料が粗粒原料の表層部に付着し成長する場合、▲２▼微粒擬似粒子同士の合体により成長する場合、▲３▼脆弱擬似粒子の崩壊と細粒化が生じる場合、及び▲４▼供給原料が造粒に寄与せず、そのまま微粉原料として残留する場合に分ける。
【００１７】
大型ディスクペレタイザーを例にとると造粒機内では通常、数千万から数億個の擬似粒子が相互作用を受けつつ、上記４通りの現象が同時に起こりながら、しかも全体としては擬似粒子の粒径拡大方向に進む。従って、焼結鉱原料の１回の単位造粒操作によって得られる擬似粒子の平均粒径及び粒径分布は、上記４通りの挙動現象の、焼結鉱原料の造粒過程における造粒・崩壊挙動に対する寄与率に依存する。
【００１８】
ここで、各種原料から構成されている焼結鉱原料に対して、４通りの挙動現象がどのように寄与するかは、造粒機を一定の機種に限定した場合には、鉱石や雑原料等主原料、造滓剤としての副原料、及び生石灰等バインダーで構成される各原料種の種類と量、並びに加湿水分の添加量に依存する。上記において、上記４通りの挙動現象の主原料その他の各原料種の種類に依存するのは、当該各原料種はそれぞれ固有の物理化学的性状と粒度分布を有するからである。
【００１９】
わが国の製鉄所で使用される主原料としての鉄鉱石は海外鉄鉱石資源に依存するため、その銘柄数は２０〜３０種類に達する。これら多数の鉱石の銘柄や鉱種のそれぞれについて、造粒プロセスにおける挙動現象に大きな影響を及ぼす因子は、主として鉱石表面の物理化学特性であり、濡れ性、吸水性、膨潤性、表面の凹凸及び緻密性が影響因子として重要である。従って、例えば、前述したマラマンバ鉱石のように、微粉比率が高く、しかも粒子間の付着力が弱く、難造粒性の原料でも当該鉱石の上記のような表面物理化学特性により、上記４通りの造粒挙動現象に対する寄与率が決定される。よって、この新造粒モデルを用いて、焼結鉱原料の造粒性を精度よくシミュレートするためには、各鉱種及び銘柄の鉱石について、表面物理化学特性から上記の寄与率を適切に評価して求めることが重要であり、しかも、各鉱石の粒度別にその寄与率を求める必要がある。
【００２０】
上記寄与率の評価の必要性は、鉱石以外の主原料として鉄源の一種として用いられる製鉄所で発生する各種ダスト、副原料である造滓剤としての蛇紋岩、珪石、石灰石及びドロマイト等、並びに、造粒のバインダーとして添加される生石灰、消石灰、ベントナイト及びパルプ廃液等についても、鉱石に準じるものである。ここで、バインダーを焼結鉱原料を構成する１要素であるとしたのは、例えば、生石灰は加湿水分の水と反応して膨潤するが、その際周囲の原料を引き込む挙動を示すので、造粒における一種の核粒子と考えるからである。
【００２１】
更に、使用する造粒機の機種（造粒形式）の違いによっても、その寄与率は変化する。
【００２２】
こうして、１回目の単位造粒操作が終了後、２回目、３回目、・・・・、ｎ回目と所定回数の単位造粒操作を繰り返し、全体として造粒が進行する。
【００２３】
［２］ 次に、上記考え方に従った造粒モデルの構築手段について述べる。
【００２４】
上記［１］項において述べた焼結鉱原料の造粒過程においては、複雑な現象が同時に起こっており、これらの相互作用を考慮した既存提案力学的モデルでは、得られる結果に限界がある。そこで、本発明者は、確率モデル即ち造粒過程では複雑な現象が同時に起こり、個別擬似粒子の成長過程を決定することは不可能であり、可能であるのは造粒及び崩壊確率のみであるとする確率モデルを導入し、以下の通り、新造粒モデルを構築した。この確率モデルは、石炭の粉砕過程で粉砕マトリックスとこれを構成する粉砕確率要素とを数学モデルに設定することにより、その粉砕現象を解析するのに用いている例がある（Ｊ．Ｉｎｓｔ．Ｆｕｅｌ，２９（１９５６）５２４）。本発明者は、確率モデルの導入の応用として、上記石炭の粉砕プロセスとは正反対の現象である、焼結鉱原料の造粒プロセスの解析に応用したものであり、この点において本発明者は上記例に対する逆転の発想に基づき、新造粒モデルを構築するものであり、これは焼結鉱原料の図１で示した造粒・崩壊挙動過程において、造粒・崩壊マトリックスとこれを構成する造粒・崩壊確率要素を数学モデルに設定することにより、所謂造粒現象をモデル化したものである。
【００２５】
先ず、原料が単位造粒操作を受けると、図１に示したように、造粒部分と未造粒部分とに分かれる。以下、被造粒操作粒子が単位造粒操作を受ける１回毎の造粒操作前後における擬似粒化状況を説明する。
【００２６】
（１）１回目の単位造粒操作による原料の擬似粒化
いま、単位造粒操作前の原料の粒度分布及び１回目の単位造粒操作後の粒度をそれぞれの粒度に応じたベクトルＦ及びＧで表示すると、下記（１）及び（２）式が得られる。
【００２７】
Ｆ＝（ｆ1，ｆ2，ｆ3，‥‥，ｆn）T‥‥‥‥‥‥‥‥（１）
Ｇ＝（ｇ1，ｇ2，ｇ3，‥‥，ｇn）T‥‥‥‥‥‥‥‥（２）
ここで、ｆ1，ｆ2，ｆ3，‥‥，ｆn及びｇ1，ｇ2，ｇ3，‥‥，ｇnは、造粒前後における原料及び擬似粒子を、篩目の細かい１番目から粗いｎ番目まで順次、篩で篩分け、篩目の１番目からｎ番目までの各篩上に留まった重量比率、即ち、各篩目の粒度範囲（即ち、各粒度）にどれだけの量が入っていたかを表わし、それぞれ原料及び擬似粒子の篩上重量比率（−）を示す。
【００２８】
原料の造粒特性は、前述したように各原料種毎の、主として当該原料種毎の表面の物理化学特性である、濡れ性、吸水性、膨潤性、表面の凹凸及び緻密性に依存する。いま、原料条件、例えば、鉱種、バインダー、加湿水分等の原料条件が一定のもとで、１単位造粒操作による造粒比率をπ（−）とすると、一番細かい粒度は、原料比率ｆ1が下記（３）及び（４）式に分かれる。
【００２９】
造粒に寄与した重量比率：ｗ1＝πｆ1‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（３）
造粒に寄与しなかった重量比率：ｗ2＝（１−π）ｆ 1 ‥‥‥‥（４）
（３）式で表わされる造粒された擬似粒子は、ある粒度分布を有する擬似粒子群であるとみなすことができる。一方、擬似粒子になる場合、どの粒度（粒度範囲）に造粒されるかは、造粒条件に応じた、原料の粒度分布毎に決まる造粒確率に依存する。この原料の粒度分布毎の造粒確率をｑij（−）とすると、ｑij（−）は、粒度ｊの原料が造粒されて、粒度ｉの擬似粒子となる確率を表わす。ここで、ｉ＝１，２，・・・・，ｎ、ｊ＝１，２，・・・・，ｎである。但し、ｉ＜ｊのｑij（−）は、粒度ｊの原料が崩壊して、粒度ｉの崩壊擬似粒子となる崩壊確率を表わす。このように、ｑij（−）は、造粒ないし崩壊確率を表わすから、０及び１．０を含む０〜１．０の範囲内の任意の値をとり得る。更に具体例で説明する。
【００３０】
（１−（ア））１回目の単位造粒操作による粒度−０．１２５ｍｍ（最小粒径原料）の原料部分の擬似粒化の確率
図２は、初期原料が１回目の単位造粒操作により、擬似粒子化される場合であって、最も細かい粒度の原料部分が造粒操作により、どのような粒度の粒子部分に移行する かを、重量確率を用いて説明する模式図である。即ち、１番目の篩目サイズを０．１２５ｍｍに設定し、その篩下の原料部分を粒度番号１の原料部分と称し、粒 度を−０．１２５ｍｍという。図２は、粒度−０．１２５ｍｍの原料部分が造粒されるか、あるいは未造粒のまま留まるかについて、それらの粒度移行状況を重量確率で説明する図である。なお、同図中において、２番目の篩目サイズを１．００ｍｍに設定し、１番目の篩目サイズサイズ０．１２５ｍｍの篩上であって２番目の篩目サイズ１．００ｍｍの篩下の原料部分を粒度番号２の原料部分と称し、粒度を０．１２５〜１．００ｍｍという。以下、３番目の篩目サイズを３．００ｍｍ、・・・・、ｉ番目の篩目サイズをＳ（ｉ）ｍｍ、・・・・、そして最大篩目サイズを有するｎ番目の篩目サイズをＳ（ｎ）ｍｍとし、粒度番号及び粒度を上記に準じてつける。なお、粒度番号ｎの粒度は、篩目サイズＳ（ｎ）ｍｍの篩上原料部分であるから、＋Ｓ（ｎ）ｍｍという。
【００３１】
先ず、重量比率がｆ1を占める粒度−０．１２５ｍｍの原料部分は、１回目の単位造粒操作により、下記（５）式で表わされる、造粒に寄与しなかった部分と造粒はされたもののなおも０．１２５ｍｍ以上には成長しなかった部分との和の重量確率を有する粒子部分と、下記（６）式、（７）式及び（８）式のそれぞれで表わされる粒度０．１２５〜１．００ｍｍ以上の各粒度に属する粒子に成長した部分の重量比率を有する造粒部分とに分かれて移行する。
【００３２】
粒度−０．１２５ｍｍの重量比率：（１−π）＋πｑ11‥‥‥‥（５）
粒度０．１２５〜１．００ｍｍの重量比率：πｑ21‥‥‥‥‥‥（６）
粒度Ｓ（ｉ）〜Ｓ（ｉ＋１）ｍｍの重量比率：πｑi1‥‥‥‥‥（７）
但し、ｉ＝３〜（ｎ−１）
粒度＋Ｓ（ｎ）ｍｍの重量比率：πｑn1‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（８）
それ故、（５）〜（８）式に−０．１２５ｍｍに属する初期原料割合ｆ1をかければそれぞれの粒度範囲に入る擬似粒子量が得られることになる。
【００３３】
（１−（イ））１回目の単位造粒操作による粒度０．１２５〜１．００ｍｍの原料部分の擬似粒化
図３は、初期対象原料の内、粒度番号２（粒度０．１２５〜１．００ｍｍ）の原料部分が１回目の単位造粒操作により、どのような粒度の造粒部分に移行するかを、重量比率を用いて説明する模式図であり、造粒されるか、未造粒のまま留まるか、あるいは造粒操作中に崩壊して初期粒度０．１２５〜１．００ｍｍよりも小さい粒度−０．１２５ｍｍの粒子部分に移行するかという、粒度移行状況を重量比率で説明する図である。この場合は、初期原料の一部が造粒操作中に、初期粒度０．１２５〜１．００ｍｍよりも小さい粒度−０．１２５ｍｍの粒子部分に崩壊するというものの重量比率付加されるという点において、上記（１−（ア））項の場合とは異なるが、それ以外の擬似粒化現象は（１−（ア））項の場合に準じる。
【００３４】
重量比率がｆ2を占める粒度０．１２５〜１．００ｍｍの原料部分の一部は、１回目の単位造粒操作により崩壊して、より小さい粒度の−０．１２５ｍｍに移行する擬似粒子部分が発生する。この崩壊挙動を示す原料部分の重量比率は、下記（９）式で表わされる。
【００３５】
一方、粒度０．１２５〜１．００ｍｍの原料部分の内、造粒に寄与しなかった部分と造粒はされたもののなおも粒度１．００〜３．００ｍｍ以上の粒子には成長しなかった部分との和の重量比率は、下記（１０）式で表わされる。
そして、粒度１．００〜３．００ｍｍ以上の粒子に成長した部分の内、粒度１．００〜３．００ｍｍの粒子に成長した部分の重量比率は、下記（１１）式で表わされ、以下順次、大きな粒度の粒子に成長した部分の重量比率は、下記（１２）式及び（１３）式で表わされる。
【００３６】
【００３７】
（１−（ウ））１回目の単位造粒操作による粒度１．００〜３．００ｍｍの原料部分の擬似粒子化、及び粒度３．００〜４．８ｍｍ以上の粒度の原料部分の擬似粒子化１回目の単位造粒操作による粒度１．００〜３．００ｍｍの原料部分の擬似粒化は、上記（１−（イ））における説明に準じて、下記（１４）〜（１９）式が導かれる。但し、この場合には、粒度１．００〜３．００ｍｍの原料部分は崩壊して、粒度−０．１２５ｍｍの粒子に移行する部分（（１４）式）と、粒度０．１２５〜１．００ｍｍの粒子に移行する部分（（１５）式）とが発生する。
【００３８】
【００３９】
初期原料に１回目の単位造粒操作を施すことにより、初期原料の粒度区分数ｎ（これは篩目サイズの個数ｎと同じである）個の各粒度に属する原料部分が、ｎ個の粒度区分に属する粒子群に分かれて移行し、当該１回目の単位造粒操作後の粒子の新しい粒度分布が決定される。
【００４０】
そこで、上記１回目の単位造粒操作により得られる粒子（崩壊粒子、未造粒粒子及び成長粒子のすべてを含めて、以下「擬似粒子」と呼ぶ）の粒度分布を、ベクトル表示で求める。
【００４１】
以上の１回目の単位造粒操作をマトリックスとベクトル表示により普遍化すると、造粒現象は以下のように表わされる。原料粒度毎に定まる造粒・崩壊による移行先毎の造粒・崩壊の確率を有するマトリックスは、篩目サイズの個数ｎで定まる造粒・崩壊マトリックスで表わすことができるから、これをＢ1とすると、下記（２０）式が得られる。
【００４２】
【数１】
（２０）式において、単位造粒操作の前後において、物質収支が成立すべきであるから、下記（２１）式が得られる。
【００４４】
Σi=1 nｑij＝１．０（−） （ｊ＝１〜ｎ）‥‥‥‥‥（２１）
ここで、Ｂ1の構成要素ｑｉｊの添字ｉ、ｊは、初期原料中、前記で定義された粒度番号ｊ（即ち、粒度Ｓ（ｊ−１）〜Ｓ（ｊ）ｍｍ）の原料部分が、１回目の単位造粒操作によって得られた粒子が粒度番号ｉに属するように移行したことを意味する。なお、篩目サイズの細かいものから粗いものに向かって粒度番号を定義しているので、上記（２０）式の縦行列においては、下方に行くにつれて原料粒子の粗大化擬似粒子の生成確率を示すことになる。
【００４５】
以上、１回の単位造粒操作による原料粒子の造粒・崩壊の重量確率についてみてきた。それに対して、以下、１回目の単位造粒操作により、原料粒子が造粒・崩壊して生成される粒子の重量比率を、生成した粒子を粒度番号毎（粒度毎）に加算して得られる粒度番号毎の合計重量比率について求める。
【００４６】
先ず、１回目の単位造粒操作により、粒度番号１（粒度：−０．１２５ｍｍ）に属する粒子に移行した造粒・崩壊部分の重量比率をｇ1で表わすと、前記（５）式を参照して、下記（２２）式が得られる。
【００４７】
ｇ1＝ｆ1（１−π）＋ｆ1πｑ11‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（２２）
但し、ｆ1は初期原料の内、粒度番号１に属する部分の重量比率を表わす。
【００４８】
粒度番号２（粒度：０．１２５〜１．００ｍｍ）に属する粒子に移行した造粒・崩壊部分の重量比率をｇ2で表わすと、前記（１０）及び（６）式を参照して、下記（２３）式が得られる。
【００４９】
【００５０】
【００５１】
【００５２】
【数２】
以上により、初期焼結鉱原料に１回目の単位造粒操作を施すと、上記（２６）式で表わされる粒度構成を有する擬似粒子群Ｇ1が得られる。
【００５４】
なお、この発明における単位造粒操作とは、ディスクペレタイザーあるいはドラムミキサー等、所定の造粒機を用い、一定の造粒機の運転条件、具体的には、造粒機の造粒処理容器部分の寸法・形状等の設計諸元、回転速度及び原料の造粒処理容器占有空間率を一定値に設定し、単位操作当たりの造粒時間を一定値に設定した場合に行われる処理操作をいう。
【００５５】
（２）２回目の単位造粒操作による原料の擬似粒化
次に、１回目の単位造粒操作により得られた（２６）式の粒度構成を有する擬似粒子群Ｇ1を、２回目単位造粒操作における原料Ｆとし、所定の２回目の単位造粒操作を行なう。そこで、１回目の単位造粒操作に準じて考察すると、下記（２８）式で表わされる粒度構成を有する擬似粒子群Ｇ2が得られる。
【００５６】
１回目及び２回目に引き続き、それらと同様にして、Ｎ回目の単位造粒操作により得られる擬似粒子の粒度分布は、下記（２９）式の通りとなる。
【００５７】
ＧN＝[(1-π)・E+πB1]N・F ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（２９）
従って、任意回数（Ｎ回）の単位造粒操作後の擬似粒子の粒度分布ＧNは（２９）式により求められることがわかった。
【００５８】
ＩＩ．次に、上述したように構築された新造粒モデルを用いて、造粒シミュレーションを行なう際の数値計算方法について述べる。
【００５９】
上述の如く導出した数学モデル（新造粒モデル）をもとに造粒シミュレーションを行なう際の数値計算方法を図４に示す。シミュレーションにあたっては、所定の演算処理装置に、先ず（２９）式の演算式を読みこみ、次いで造粒条件として、単位造粒操作の回数(Ｎｔｍ)：ｎｍｘ、原料及び擬似粒子の粒度を規定する篩目サイズの数：ｎ、原料の粒度構成ベクトル：Ｆ、原料全体の造粒確率：π、初期造粒・崩壊確率のマトリックス：Ｂ1等を造粒条件として読み込む。そして、（２９）式をもとに単位造粒操作の回数分だけマトリックスの計算を行う。
【００６０】
その結果、各回数目の単位造粒操作後の造粒マトリックスＢ1及び擬似粒子粒度分布Ｇが得られる。但し、造粒マトリックスＢ1は、下記理由により、ここでは一定である。前述したように、単位造粒操作内における造粒機側の条件、即ち、造粒機としてはディスクペレタイザー（ＤＰという）あるいはドラムミキサー（ＤＭという）等、所定の造粒機を用い、従って造粒機の造粒処理容器部分の寸法・形状等の設計諸元が同一条件化であって、しかも、造粒機の回転速度及び原料の造粒処理容器占有空間率を原料の質量保存より一定値に設定し、単位操作当たりの造粒時間を一定値に設定した場合に行なわれる処理操作を前提条件としているからである。
【００６１】
なお実際の造粒工程では微粉部分は付着粉として作用するので、例えば−１ｍｍの微粉量が消費され尽くしたと判断されたところで、単位造粒操作は終了する。
【００６２】
図５に、原料全体の造粒確率：π、及び初期造粒・崩壊確率：Ｂを、小型のディスクぺレタイザー試験機を用いて事前に評価し、相対的に造粒性の良い場合、例えばヘマタイト鉱石やピソライト鉱石の配合量が相対的に多い場合（同図中（ａ））、及び相対的に造粒性の悪い場合、例えばマグネタイト鉱石やマラマンバ鉱石の配合量が相対的に多い場合（同図中（ｂ））についてのシミュレーション結果の一例を示す。ここで、初期原料の粒度分布を、表１に示す通りに設定した。これは、特定期間における焼結操業において、造粒機装入前の原料粒度の平均値及び当該篩目サイズの数に基づき算出した例であり、初期粒度分布と設定した。なお、この初期原料は、わが国の通常の焼結原料と比較し、０．１２５ｍｍ以下の微粉含有量が多いという点が特徴である。
【００６３】
【表１】
図５により下記事項がわかる。造粒性に優れたヘマタイト及びピソライト系を原料として選択した場合には、微粉部は速やかに被覆粒子として作用し消費され減少する。その結果、擬似粒子の粒径は成長し5〜10mm径に収束して行く。このため擬似粒子の粒度が揃う結果焼結機での擬似粒子層の通気性が優れ生産性向上に寄与する。一方、造粒性の悪い原料、例えばマグネタイト、マラマンバ、あるいは砂鉄を含有する原料を用いた場合には、微粉部分の造粒による消費が遅れる。その結果、平均粒径では両者に顕著な差は見られないものの、造粒性の悪い原料を用いた場合には粒度分布が広がり、微粉、１〜３ｍｍの中間粒径を有する擬似粒子が大量に生成することになる。また微粉部分の被覆粒子としての機能が低いため7mm以上の擬似粒子径比率は低下する。その結果前記擬似粒子層の通気性は悪化し焼結鉱の生産性は低下することとなる。
【００６５】
次に粒子間の造粒確率Ｂが一定条件下で、鉱石全体の造粒特性を表すπが変化したときの擬似粒子の粒度分布変化の推移を、図６に示す。これはたとえば基準になる原料に難造粒性原料を配合する場合に相当する。図６より造粒回数が増すと、換言するとDPあるいはDM内での滞留時間が永くなると最終的には同じ粒度分布を示す。しかしその間における微粉部分の消費、粒度の広がりは著しく異なる。初期粒径が同じでも造粒性の悪い原料使用時には微粉部の消費は遅れ、その結果平均粒度は同じでも粒度分布は広がり焼結ベッド内での通気性の悪い擬似粒子群が生成されることになる。実際の造粒工程ではＤＰあるいはＤＭ内での原料滞留時間は限られるから、例えばπ＜０．４で規定できる造粒性の悪い原料は不十分な造粒状態で排出されることになる。
【００６６】
ＩＩＩ． 実機造粒試験への適用
この発明の新造粒モデルの妥当性を評価するために実際の造粒試験データとシミュレーションデータとの比較検討を行った。試験データでは篩目を−０．１２５、０．１２５〜０．５、０．５〜１．０、１．０〜２．０、２．０〜５．０、５．０〜１０．０ｍｍの６分割としている。一般に粒径を評価する篩は０．１２５mm以下ではほぼ２1/4≒１．１９の比率で変化する。このためＢを構成する要素qijも原料の有する造粒確率に加え当然篩目の範囲も考慮された確率と解釈する必要がある。これをもとに本モデルで用いるパラメータを次のように設定した。
【００６７】
π＝０．４（−）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（３０）
【００６８】
【数３】
図７に実測値とシミュレーション結果を比較して示す。同図中、（ａ）は実測値、（ｂ）はシミュレーションである。これより実測値を４回相当と仮定すると（３０）、（３１）を用いたシミュレーション結果と良く合致することが明らかである。この例では(24)より１単位造粒操作によって造粒に寄与する比率は40%と設定した。また(25)より造粒マトリックスＢの特徴は縦行列要素の合計量が1.0(-)の条件を満たす条件下で対角行列を中心に微粒部分では造粒が進むよう、そして粗粒域では造粒擬似粒子の崩壊が進みやすい条件を確率的に設定してある。この様に実際の造粒状況に応じパラメータを設定することで精度の高いシミュレーションが可能となる。
【００７０】
ＩＶ．造粒パラメータの数学的評価
この発明の新造粒モデルで造粒特性に影響を与えるのは、初期値としての原料粒度構成の他には、1) 粒度範囲毎の造粒特性を与える(Ｂ)と2) 造粒性に影響を与える鉱石特性(π)との２パラメータである。ここではそれぞれのパラメータの持つ意味と造粒性に与える影響を考察した。
【００７１】
（１）造粒マトリックス(Ｂ)
(12)で表す造粒マトリックスＢにおいて極端なケースを考える。
【００７２】
【数４】
Ｂ1は上三角行列マトリックスである。その意味するところは対角行列ｑkkで規定される確率要素より上は0となるから、一旦造粒された擬似粒子は崩壊することはないという仮定が成り立つ場合である。Ｂ2は造粒マトリックス構成要素が全て同一の場合である。但し、
Σi=1 nｒij＝１．０ （ｊ＝１〜ｎ）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（３３）
が成り立たなくてはならない。最後のＢ3は下三角行列マトリックスの場合で対角行列ｑkkより下の確率要素は全て０になる。これは造粒操作を行なうにもかかわらず擬似粒子は限りなく崩壊を続けることを意味する。これらの結果を図５に示すＦとπ一定のもとでシミュレーションを行なうと、図８が得られる。
これよりＢ1の場合は造粒操作回数の少ないときにはＦの影響を受ける。その後造粒操作回数に応じ徐々に造粒が進み最終的には原料全体が全て造粒され尽くす。その結果10分割した篩目の内、最大篩目２０．７mm以上に達することになる。
Ｂ2では全ての構成要素が(27)の条件下で等しい、換言すれば全てrij=0.1(-)の場合である。このため造粒と崩壊がいつも同じ確率で発生することになり最終的には全ての篩目で同一重量比率10%に収束する。Ｂ3はＢ1と逆の場合で造粒操作が進むにつれ擬似粒子は崩壊され続け最終的には初期粒度分布Ｆで規定した最小篩目以下に至る。これは造粒しているにもかかわらず実は粉砕操作を受けることになりBroadbend等13)の粉砕モデルと同様のマトリックスの取り扱いとなっている。
このように、この発明による新造粒モデルは数学的には、造粒・崩壊マトリックスＢによってその結果としてのＧは自由に変化する。実際の造粒工程ではＧが全て最大篩目以上に造粒されることはないしまた造粒操作にもかかわらず最小篩目以下に粉砕されることもない。それゆえ実際のＢは平均的にはＢ1とＢ2の間に存在することになる。どこに位置するかは使用する原料、なかんずく特定の原料粒度域の物理化学的諸特性に依存し決まってくる。
【００７４】
（２）鉱石特性に依存する造粒性(π)
図６にπの造粒特性に及ぼす影響を明らかにした。これよりπの値が小さくなるとＢで規定した造粒マトリックスで決まる擬似粒子の粒度分布に到達するのに時間(造粒操作回数)がかかることを明らかにした。つまり最終的な擬似粒子の粒度分布を規定するのはＢでありπはＢに行き着く収束速度を規定するといえる。
【００７５】
図９に、図５の（ａ）で使用した造粒性に優れた原料のπを用いた時の操作回数（Ｎｔｍ）と造粒マトリックスＢの変化推移を表す。これより操作回数（Ｎｔｍ）が0から増すにつれ造粒・崩壊確率の全体傾向は類似してくる。これは確率論的にはqij≧0と（２１）式が成り立つ推移確率行列Ｂは正則確率行列であることに起因する。すなわち（２９）式より操作回数n+1回目のqij (n+1)は（３４）式に示すようにn回目のqij (n)のみに依存しそれ以前の確率要素には依存しない。
【００７６】
ｑij (n+1)＝Σr=1 k（ｑir (n)．ｑri (n)）‥‥‥‥‥（３４）
これよりＢの確率過程は、「確率」、マグロウヒル工学社（東京）（１９８１），１６６に示されたMarkov chainとなる。また、それによれば、Markov chainの推移確率行列が正則の場合は一定の確率ベクトルを有するマトリックス（３５）式に近づくことが知られている。
【００７７】
【数５】
これより図９においてもNtm>3で徐々にqik(k:一定)が一定の確率列ベクトルに近づく。すなわち本確率モデルでは（２０）、（２１）が成り立つ限りは必ず造粒過程は発散せずにある鉱石特性に応じた擬似粒子粒度分布Ｇ、たとえば図６に示すような形で収束して行くことになる。そしてπがその速度を律速するといえる。
【００７９】
この発明は、上述した新造粒モデルの構築及びその妥当性、並びに焼結鉱製造操業における造粒プロセスへの応用の有用性等、各種の知見に基づきなされたものであり、その要旨は次の通りである。
【００８０】
請求項１記載の発明に係る高炉用焼結鉱原料の造粒方法は、高炉で使用される焼結鉱原料の造粒方法において、ブレンディング粉に含有される原料の含有率に応じて、当該ブレンディング粉に添加すべきバインダーの添加率を決定し、当該決定された添加率のバインダーを添加すると共に、その他の所定原料を配合し、こうして得られた配合原料を、混合し造粒する方法であって、
前記バインダー添加率の決定は、前記焼結鉱原料が造粒される過程がシミュレートされる造粒モデルに基づき算出し、
前記造粒モデルは、考慮すべきプロセスとして少なくとも、前記焼結鉱原料に含まれる微粉部分の原料同士が合体した擬似粒子の粒径が成長するプロセス、前記焼結鉱原料が擬似粒化されていく過程において、当該擬似粒化物が崩壊するプロセス、及び当該崩壊して生じた粒片が再び擬似粒化するプロセスを包含し、前記焼結鉱原料が造粒に寄与するか否かの当該焼結鉱原料に関する造粒比率π、並びに、当該焼結鉱原料の粒度毎による、前記擬似粒化現象により擬似粒子の粒度が増大する程度を表わす造粒確率ｑ ij （但し、ｉ≧ｊ）、及び当該焼結鉱原料の粒度毎による、前記崩壊現象により生じる前記粒片の粒度が減少する程度を表わす崩壊確率ｑ ij （但し、ｉ＜ｊ）を、所定の方法で評価して求め、こうして求められた前記焼結鉱原料に関する造粒比率π、並びに、前記焼結原料の擬似粒化現象に関する造粒確率ｑ ij （但し、ｉ≧ｊ）及び崩壊現象に関する崩壊確率ｑ ij （但し、ｉ＜ｊ）を用いて、造粒操作後に得られる前記擬似粒化現象により形成される擬似粒子と前記崩壊現象により生じる前記粒片とからなる造粒物の粒度分布を求めるものであることに特徴を有するものである。
【００８１】
請求項２記載の発明に係る高炉用焼結鉱原料の造粒方法は、請求項１記載の発明において、前記ブレンディング粉に含有される原料は、マグネタイト鉱石、マラマンバ鉱石、スペキュラヘマタイト鉱石(鏡鉄鉱鉱石)、砂鉄、ニッケルスラグ及び蛇紋岩からなる原料群から選ばれた１種以上の原料であることに特徴を有するものである。
【００８２】
請求項３記載の発明に係る高炉用焼結鉱原料の造粒方法は、請求項１又は請求項２記載の発明において、前記バインダーとして、生石灰、消石灰、ベントナイト及びパルプ廃液からなるバインダー群から選ばれた１種以上のバインダーを用いることに特徴を有するものである。
【００８６】
請求項４記載の発明に係る高炉用焼結鉱原料の造粒方法は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記焼結鉱原料についての、前記造粒比率π、並びに擬似粒化現象及び崩壊現象に関する前記造粒確率ｑijは、当該焼結鉱原料の吸水性、表面の粗さ、吸水時の膨潤性及び原料粒子間結合性からなる焼結鉱原料の表面物理化学特性群から選ばれた１種以上の表面物理化学特性、並びに、鉱種の内、少なくともいずれか一方をパラメーターとして評価して求められたものであることに特徴を有するものである。
【００８７】
請求項５記載の発明に係る高炉用焼結鉱原料の造粒方法は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、高炉で使用される焼結鉱原料の造粒方法において、前記ブレンディング粉は、当該ブレンディング粉を調製するに先だって、当該ブレンディング粉を調製するために用いる各種銘柄の鉱石について、当該各種銘柄鉱石の粒度毎による、造粒操作における擬似粒化現象により擬似粒子の粒度が増大する程度を表わす造粒確率ｕij（但し、ｉ≧ｊ）、及び当該各種銘柄鉱石の粒度毎による、前記崩壊現象により生じる前記粒片の粒度が減少する程度を表わす崩壊確率ｕij（但し、ｉ＜ｊ）を、所定の方法で評価して求め、こうして求めらた当該造粒確率ｕij（但し、ｉ≧ｊ又はｉ＜ｊ）に基づき、各種銘柄の鉱石をブレンディングヤードに積み付けて調製されたブレンディング粉にしたものであることに特徴を有するものである。
【００８８】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の望ましい実施形態の例を説明する。
【００８９】
一般に、高炉原料として使用される焼結鉱は、図１１に示すフローで製造される。先ず、本船から荷揚げされた約１０ｍｍ以下の鉄鉱石粉を銘柄ごとに粉鉱ヤードに山積みする。山積みされた各種粉鉱石、含ＣａＯ副原料、含ＳｉＯ2 副原料及び、ダスト等を、予め設定している割合でベッディング法により混合し、ブレンディング粉１とする。即ち、当該ブレンディング粉１には、主原料として多数の銘柄の鉄鉱石の他に、鉄源としての製鉄所内で発生する各種の含鉄分ダストやスケール等の雑原料、並びに、副原料として石灰石、ドロマイト、蛇紋岩、珪石等の造滓材が含まれている。こうして成分及び粒度が調整されたブレンディング粉１は、いくつかのパイル２に形成される。そして、一定のパイル２より所定量ずつ切り出されたブレンディング粉１は、焼結工場３に搬送され、原料配合槽群４の所定のホッパーに装入される。
【００９０】
ブレンディング粉は、原料の配合ライン５において、更に、塩基度調整用の石灰石や珪石等、及びＭｇＯ成分調整用の蛇紋岩等の副原料６、粉コークス等の燃料７、生石灰等のバインダー８、並びに返鉱９と、場合によっては更に、単味の粉鉱石１０と配合され、得られた配合原料１１に、適量の水分１２が添加され、混合機１３で混合され、ディスクぺレタイザー１４あるいはドラムミキサー１５等の造粒機１６で造粒され、擬似粒子１７が形成される。造粒工程で得られた擬似粒子の性状は、造粒機側の条件と、配合原料側の条件とにより決まる。こうして得られた擬似粒子１７が、焼結機１８に装入され、所定の焼成が行なわれて焼結鉱１９が製造される。焼結鉱１９の生産性、歩留、品質等は、造粒機１６で調製される擬似粒子１７の性状に大きく依存し、この擬似粒子１７の性状は、造粒機１６に装入される装入される配合原料１１の性状により大きく左右される。この新造粒モデルにより、配合原料１１の性状と擬似粒子１７の性状との関係を考慮して、望ましい性状の擬似粒子１７を製造する。焼結鉱成品は高炉２０へ原料として装入される。
【００９１】
微粉原料が多量に配合されたブレンディング粉を使用する焼結操業における造粒工程において、一定造粒条件で操業を継続中、ブレンディング粉の使用パイルを他のパイルに切り替えると、それに伴い造粒機における造粒状況が変動し、ひいては、安定した焼結操業を阻害することがよく認められる。これはパイルの化学成分、粒度構成の変動を、原料需給等により支配される条件下において最小限に抑制しても、鉱石銘柄が変わることによる造粒特性の変化、例えば本数学モデルにおけるπ、ｑijが変わることに起因する。これを抑制するためには、造粒特性の異なる代表的な鉱石について、事前に小型ディスクぺレタイザー試験機等を用いて造粒試験を行い、その造粒パラメータπ、qijを把握しておく。そして、このパラメータを用い、当該パイルを構成するブレンディング粉の原料混合比率に基づき、この発明の新造粒モデルによる造粒性の推定結果、即ち、所定回数の単位造粒操作後における擬似粒子の粒度分布と、小型ディスクぺレタイザー試験機等を用いた造粒試験により得られる擬似粒子の粒度分布とを比較することにより、事前にそのパイルの造粒性を予測することが可能である。
図１０に、この発明の新造粒モデルを、焼結操業における原料の造粒工程管理への応用方法を説明する図を示す。これより個別鉱石の造粒パラメータから、混合原料パイルの造粒性を表すパラメータを得るには、それぞれの原料配合率に応じたパラメータの加成性が成り立つと仮定する。
いま、鉱石の銘柄数をm、その配合率をk1, k2, - - - , kmとすると数学モデル（２９）において混合原料としての造粒パラメータ、π及びB1を、それぞれπm及び(qij)mで表わすと、下記（３６）式が得られる。
【００９２】
【数６】
（３６）式においてスカラーkiとマトリックス(qij)iの積の合計(qij)mは（２１）式が成り立っている。このため得られた造粒マトリックスによる（２９）式の計算で造粒前後での物質収支が成立する。
【００９４】
この様なパラメータを用いＦとドラムミキサー内での滞留時間を与えれば事前にドラムミキサー出口でのＧが予測できる。それゆえ、パイル変更に応じそこから得られるＧをもとにバインダー、造粒水分の適正添加量あるいはπmを考慮したDM内の原料滞留時間調整が予測でき、造粒及び焼結操業の安定化に寄与する。
【００９５】
この新造粒モデルを用いて、中程度の造粒性を有する鉱石の比率を増やす。
【００９６】
【実施例】
次に、実施例によりこの発明を更に説明する。図１１に示した焼結鉱の製造フローに準じた焼結鉱製造ラインにおいて、本発明の範囲内に属する焼結鉱原料の造粒方法を実施した実施例と、本発明の範囲外にある焼結鉱原料の造粒方法を行なった比較例とを、次のようにして行なった。
【００９７】
なお、下記において、実施例及び比較例で使用するすべてのパイルにおいて、通常行なわれているように、１パイル内のブレンディング粉の成分及び粒度構成は、当該パイル内のどの部分についても実質的に一定にそろえてある。
【００９８】
また、上記すべてのパイル中のブレンディング粉中には多数銘柄の鉱石が含まれているが、いずれのパイルについても、鉱石全体の粒度構成は同一である。そのパイル中の鉱石の粒度分布は、表１に示した通りである。
【００９９】
先ず、比較例については、パイルＮｏ．１からパイルＮｏ．５までの全パイルのブレンディング粉全量を使用し尽くした操業期間を通じて、通常操業時に予め設定されている一定の原料配合条件により得られた配合原料に、ドラムミキサーで所定の加湿水分を添加し、混合し、次いでディスクぺレタイザーで、通常操業時に予め設定されている造粒機側の条件で、所定時間造粒処理を施した。当該操業期間中、バインダーとして添加した生石灰は外数で３．４ｍａｓｓ％ですべて一定である。また、パイルＮｏ．１からパイルＮｏ．５までのブレンディング粉中にブレンディングされた難造粒原料に属するものは、マグネタイト鉱石、砂鉄、ニッケルスラグ及び蛇紋岩であり、この内、マグネタイト鉱石以外の難造粒性原料のブレンディング粉中の含有率は一定であり、マグネタイト鉱石の含有率のみが変動している。その変動状況は、図１２（ｂ）のグラフに示すように、６．０〜１２．５ｍａｓｓ％の間にばらついていた。一方、比較例の焼結操業期間において、造粒機で調製された擬似粒子１７中の−３ｍｍ（３ｍｍアンダー）粒子の構成比率は、図１２（ａ）のグラフに示すように、３０〜５１ｍａｓｓ％の間にばらついていた。なお、擬似粒子１７中の−３ｍｍ粒子の構成比率に着目したのは、これ以下の細粒擬似粒子の混入が、焼結機における焼結ベッドの通気性を著しく阻害するからである。
【０１００】
これに対して、実施例を次の通り行なった。パイルＮｏ．１０からパイルＮｏ．１４までの全パイルのブレンディング粉全量を使用し尽くした操業期間を通じて、各パイルのブレンディング粉中にブレンディングされた難造粒原料に属するものとして、マグネタイト鉱石、砂鉄、ニッケルスラグ及び蛇紋岩があるが、マグネタイト鉱石以外の難造粒原料の含有率は一定であり、その含有率は、比較例におけるパイルＮｏ．１〜５のすべてと同一水準であった。但し、マグネタイト鉱石の含有率のみがパイルＮｏ．により異なっており、図１２（ｂ）のグラフに示すように、５．０〜１４．０ｍａｓｓ％の間にばらついていた。
【０１０１】
実施例においては、ブレンディング粉中の難造粒性原料の１種であるマグネタイト鉱石含有率が、パイル毎にこのように変動していても、焼結ベッドの通気性悪化を防止して、安定操業と生産性確保のために、配合原料１１の造粒性の変動を抑制して造粒処理後の擬似粒子１７中の−３ｍｍ粒子の構成比率を減らすことを考えた。そのために、新造粒モデルを用いて、造粒性の向上アクションを考えた。
【０１０２】
パイルを形成するブレンディング粉を構成する鉱石種や副原料種等のブレンディング比率は、原料需給事情によりほぼ一義的に決まり、自由度は殆どないので、操業上可能な方法の一つとして、配合原料に添加するバインダー量を調整することにした。そこで、造粒処理後の擬似粒子中に占める−３ｍｍ粒子の構成比率が、使用対象パイルＮｏ．毎によりできるだけ変動せず、且つ適切な水準となるようにするために、バインダーとしての生石灰の添加量を調整した。実施例の期間中においては、上記目的に新造粒モデルを用いて、生石灰の添加量を算出し、当該添加量の生石灰が配合された配合原料に造粒処理を施した。
【０１０３】
実施例においては、図１２の（ｃ）に示すように、生石灰添加量を外数で、３．１〜３．７ｍａｓｓ％の範囲内で調整した。なお、その際、加湿水分の添加量も、生石灰の添加量に応じて常法により調整した。
【０１０４】
その結果、実施例においては、造粒機で調製された擬似粒子１７中の−３ｍｍ粒子の構成比率は、図１２（ａ）のグラフに示すように、３３〜４６ｍａｓｓ％の比較的狭い範囲内であって、低い水準値にコントロールされた。
【０１０５】
この実施例では、特に、微粉鉱石原料を大量に使用するとき、例えば、−０．１２５ｍｍが３０ｍａｓｓ％程度の高率を占める場合等には効果が発揮される。
【０１０６】
【発明の効果】
この発明によれば、焼結鉱原料が有する造粒特性に応じて、原料の配合条件や原料に添加するバインダー添加条件の適切化により、ブレンディング粉に難造粒性原料が所定量以上含有されている場合であっても、入荷原料に適した焼結鉱原料の事前処理をすることにより、造粒性の向上を図ることが可能となる。また、陸揚げされた（入荷した）鉄鉱石を破砕処理等して、適切な平均粒度に細粒化すれば造粒性が向上することを予測できる場合も生じるので、入荷する鉱石の性状如何によって、ブレンディング粉前の鉱石事前処理という、従来全く考慮されたことのなかった原料予備処理プロセスが可能となった。
【０１０７】
更に、将来、大きな問題であると予想される、マラマンバ鉱石等の難造粒性原料を用いて、高生産性且つ高歩留の焼結操業を行なうことが可能となる。
【０１０８】
以上の結果、特に、焼結ベッド内における通気性のよい焼結原料を調製することが可能となるり、焼結鉱の生産性向上及び焼結操業の安定性向上に寄与し得る。更に、また、高炉への焼結鉱の供給安定化により、高炉操業の安定化にも波及的効果が期待される。
【０１０９】
この発明によれば、上述した多くの効果が発揮され得る高炉用焼結鉱原料の造粒方法を提供することができ、工業上有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディスクペレタイザーによる造粒挙動現象を模式的に説明する図である。
【図２】最小粒度原料（粒度：−０．１２５ｍｍ）が単位造粒操作を経た後の移行先を模式的に説明する図である。
【図３】細かい方から２番目の粒度（粒度：０．１２５〜１．００ｍｍ）が単位造粒操作を経た後の移行先を模式的に説明する図である。
【図４】この発明で導出した数学モデル（新造粒モデル）をもとに造粒シミュレーションを行なう際の数値計算方法を説明する図である。
【図５】この発明で導出した数学モデル（新造粒モデル）を用いて、相対的に造粒性の良い場合及び悪い場合についてのシミュレーション結果の一例を示すグラフである。
【図６】造粒確率Ｂが一定条件下で、鉱石全体の造粒特性πが変化したときの擬似粒子の粒度分布変化の推移を表わすグラフである。
【図７】この発明による新造粒モデルの妥当性を評価するための、実際の造粒試験データとシミュレーションデータとの比較検討をするためのグラフである。
【図８】この発明による新造粒モデルによれば、数学的には造粒・崩壊マトリックスＢの設定によって、造粒される擬似粒子の粒度分布は自由に変化することを説明するグラフである。
【図９】図５の（ａ）で使用したπを用いた時の操作回数（Ｎｔｍ）と造粒マトリックスＢの変化推移を表すグラフである。
【図１０】この発明の新造粒モデルの造粒工程管理への応用方法を説明する図である。
【図１１】この発明の焼結鉱原料の造粒方法を実施する際の原料の流れ及び焼結鉱の製造フローを示す図である。
【図１２】この発明の新造粒モデルを用いて、ブレンディング粉中の難造粒性鉄鉱石の構成比率により、焼結工場におけるバインダー添加量を調整して造粒性を安定させる操業の実施例と、従来操業例との試験データを比較する図である。
【符号の説明】
１ ブレンディング粉
２ パイル
３ 焼結工場
４ 原料配合槽群
５ 配合ライン
６ 副原料
７ 燃料
８ バインダー
９ 返鉱
１０ 単味の粉鉱石
１１ 配合原料
１２ 水分
１３ 混合機
１４ ディスクぺレタイザー
１５ ドラムミキサー
１６ 造粒機
１７ 擬似粒子
１８ 焼結機
１９ 焼結鉱
２０ 高炉
Claims (5)
- 高炉で使用される焼結鉱原料の造粒方法において、ブレンディング粉に含有される原料の含有率に応じて、当該ブレンディング粉に添加すべきバインダーの添加率を決定し、当該決定された添加率のバインダーを添加すると共に、その他の所定原料を配合し、こうして得られた配合原料を、混合し造粒する方法であって、
前記バインダー添加率の決定は、前記焼結鉱原料が造粒される過程がシミュレートされる造粒モデルに基づき算出し、
前記造粒モデルは、考慮すべきプロセスとして少なくとも、前記焼結鉱原料に含まれる微粉部分の原料同士が合体した擬似粒子の粒径が成長するプロセス、前記焼結鉱原料が擬似粒化されていく過程において、当該擬似粒化物が崩壊するプロセス、及び当該崩壊して生じた粒片が再び擬似粒化するプロセスを包含し、前記焼結鉱原料が造粒に寄与するか否かの当該焼結鉱原料に関する造粒比率π、並びに、当該焼結鉱原料の粒度毎による、前記擬似粒化現象により擬似粒子の粒度が増大する程度を表わす造粒確率ｑ ij （但し、ｉ≧ｊ）、及び当該焼結鉱原料の粒度毎による、前記崩壊現象により生じる前記粒片の粒度が減少する程度を表わす崩壊確率ｑ ij （但し、ｉ＜ｊ）を、所定の方法で評価して求め、こうして求められた前記焼結鉱原料に関する造粒比率π、並びに、前記焼結原料の擬似粒化現象に関する造粒確率ｑ ij （但し、ｉ≧ｊ）及び崩壊現象に関する崩壊確率ｑ ij （但し、ｉ＜ｊ）を用いて、造粒操作後に得られる前記擬似粒化現象により形成される擬似粒子と前記崩壊現象により生じる前記粒片とからなる造粒物の粒度分布を求めるものであることを特徴とする、高炉用焼結鉱原料の造粒方法。 - 前記ブレンディング粉に含有される原料は、マグネタイト鉱石、マラマンバ鉱石、スペキュラヘマタイト鉱石、砂鉄、ニッケルスラグ及び蛇紋岩からなる原料群から選ばれた１種以上の原料であることを特徴とする、請求項１記載の高炉用焼結鉱原料の造粒方法。
- 前記バインダーとして、生石灰、消石灰、ベントナイト及びパルプ廃液からなるバインダー群から選ばれた１種以上のバインダーを用いることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の高炉用焼結鉱原料の造粒方法。
- 前記焼結鉱原料についての、前記造粒比率π、並びに擬似粒化現象及び崩壊現象に関する前記造粒確率ｑijは、当該焼結鉱原料の吸水性、表面の粗さ、吸水時の膨潤性及び原料粒子間結合性からなる焼結鉱原料の表面物理化学特性群から選ばれた１種以上の表面物理化学特性、並びに、鉱種の内、少なくともいずれか一方をパラメーターとして評価して求められたものであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の高炉用焼結鉱原料の造粒方法。
- 高炉で使用される焼結鉱原料の造粒方法において、前記ブレンディング粉は、当該ブレンディング粉を調製するに先だって、当該ブレンディング粉を調製するために用いる各種銘柄の鉱石について、当該各種銘柄鉱石の粒度毎による、造粒操作における擬似粒化現象により擬似粒子の粒度が増大する程度を表わす造粒確率ｕij（但し、ｉ≧ｊ）、及び当該各種銘柄鉱石の粒度毎による、前記崩壊現象により生じる前記粒片の粒度が減少する程度を表わす崩壊確率ｕij（但し、ｉ＜ｊ）を、所定の方法で評価して求め、こうして求めらた当該造粒確率ｕij（但し、ｉ≧ｊ又はｉ＜ｊ）に基づき、各種銘柄の鉱石をブレンディングヤードに積み付けて調製されたブレンディング粉にしたものであることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の高炉用焼結鉱原料の造粒方法。
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