JP3945323B2

JP3945323B2 - 焼結原料の造粒方法

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Publication number: JP3945323B2
Application number: JP2002189037A
Authority: JP
Inventors: 雅人安井; 哲也神野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: JP2004027327A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドワイトロイド式焼結機を用いて焼結鉱を製造する際に用いる焼結原料の造粒方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉用原料として用いられる焼結鉱は、種々の焼結原料を混合して造粒した後、さらにドワイトロイド式焼結機を用いて焼結して製造される。その焼結原料は下記の４種類に大別される。
(a) 粉鉱石：主原料となる鉄鉱石の粒径10mm以下の粉末
(b) SiＯ₂含有副原料粉：珪石，蛇紋岩，ニッケルスラグ等のSiＯ₂を含有する粉末原料
(c) CaＯ含有副原料粉：石灰石等のCaＯを含有する粉末原料
(d) 固体燃料粉：コークス，無煙炭等の熱源となる粉末原料
上記の４種類の焼結原料を用いてドワイトロイド式焼結機で高炉用焼結鉱を製造するにあたって、一般に事前処理として、ドラムミキサーに焼結原料を装入し、混合および造粒を行なう。
【０００３】
すなわち図５に示すように、まず、粉鉱石１，SiＯ₂含有副原料粉２，CaＯ含有副原料粉３および固体燃料粉４をドラムミキサー５に装入し、さらに適量の水分を添加して造粒し、擬似粒子７を製造する。
この擬似粒子７をドワイトロイド式焼結機（図示せず）へ搬送してパレット上に装入し、厚さ 500〜700mm 程度に堆積させる。その後、パレット上に堆積した原料層の表層部に点火して、擬似粒子７中の固体燃料粉４を燃焼させる。原料層の表層部の擬似粒子７中の固体燃料粉４に着火すると、下方に向けて空気を吸引しながら原料層の中層部および下層部の擬似粒子７中の固体燃料粉４を順次燃焼させて、その燃焼熱によって擬似粒子７中に配合された粉鉱石１，SiＯ₂含有副原料粉２，CaＯ含有副原料粉３を焼結させて焼結ケーキとする。
【０００４】
こうしてドワイトロイド式焼結機から排出された焼結ケーキは、破砕され、さらに整粒される。こうして粒径が所定の範囲内の焼結鉱を得ることができる。粒径が所定の範囲を超えるものは、再度、破砕と整粒を施される。一方、粒径が所定の範囲に満たないものは、返鉱として、再度、焼結原料に使用される。
このようにして製造された焼結鉱の被還元性は、従来から指摘されているように、高炉の操業を大きく左右する因子となる。通常、焼結鉱の被還元性はＪＩＳ規格M8713 で定義されており、ここでは、焼結鉱の被還元性をＪＩＳ−ＲＩと記す。
【０００５】
図６に示すように、高炉における焼結鉱の被還元性（ＪＩＳ−ＲＩ）とガス利用率（η_CO）との間には正の相関がある。一方、図７に示すように、高炉におけるガス利用率（η_CO）と燃料比との間には負の相関がある。このため、焼結鉱の被還元性（ＪＩＳ−ＲＩ）は、高炉でのガス利用率（η_CO）を介して燃料比と良好な負の相関があり、高炉における焼結鉱の被還元性を向上させると、燃料比は低下する。
【０００６】
なお、ガス利用率（η_CO）は下記の (1)式で定義され、燃料比は下記の (2)式で定義される。
ガス利用率（η_CO（％））
＝ 100×〔％ＣＯ₂〕／｛〔％ＣＯ₂〕＋〔％ＣＯ〕｝・・・ (1)
〔％ＣＯ₂〕：炉頂ガス中のＣＯ₂濃度（体積％）
〔％ＣＯ〕：炉頂ガス中のＣＯ濃度（体積％）
燃料比＝Ｍ_C／Ｍ_P ・・・ (2)
Ｍ_C：高炉における石炭およびコークスの使用量（kg）
Ｍ_P：高炉から出銑した溶銑量（ton ）
さらに焼結鉱の冷間強度も高炉の操業に影響を及ぼす因子であり、特に高炉の通気性が多大な影響を受ける。そこで高炉を操業するにあたって、各々の高炉の特性に応じて焼結鉱の冷間強度の下限値を設けて、その基準を満足する焼結鉱を選別して使用している。
【０００７】
したがって高炉の操業においては、被還元性に優れ、かつ冷間強度の高い焼結鉱を使用する必要がある。
焼結鉱を形成する主要な鉱物組織であるカルシウムフェライト（すなわちCaＯ・ｎFe₂Ｏ₃），ヘマタイト（すなわちFe₂Ｏ₃），カルシウムシリケート（すなわちCaＯ・ｘFeＯ・ｙSiＯ₂），マグネタイト（すなわちFe₃Ｏ₄）の被還元性（％）と引張強度（MPa ）を表１に示す。表１から明らかなように、被還元性の高い組織はヘマタイトであり、引張強度の高い組織はカルシウムフェライトである。
【０００８】
【表１】

【０００９】
したがって焼結鉱の望ましい組織とは、図４に示すように、強度の高いカルシウムフェライト相13の基地に、被還元性の高いヘマタイト相14を分散させた組織であり、強度および被還元性の低いカルシウムシリケートの生成は可能な限り抑制する必要がある。
しかし従来から、ほとんどのドラムミキサー５において、図５に示すように、粉鉱石１，SiＯ₂含有副原料粉２，CaＯ含有副原料粉３および固体燃料粉４を同時に装入して造粒する。その結果、図８に示すように、主原料である粉鉱石１のうちの粒径が比較的大きい核となる粉鉱石（以下、核鉱石９という）の表面に、微細な粒径の粉鉱石（以下、微細鉱石粉末10という）が付着し、さらにSiＯ₂含有副原料粉２やCaＯ含有副原料粉３からなる副原料粉18，固体燃料粉４がそれぞれ個別に付着した擬似粒子７となる。
【００１０】
この擬似粒子７をドワイトロイド式焼結機で焼結すると、得られる焼結鉱の組織は、図９に示すように、カルシウムフェライト相13，ヘマタイト相14，カルシウムシリケート相15およびマグネタイト相16が混在する組織となる。このような組織を有する焼結鉱は、被還元性および冷間強度の向上を達成できない。
そのため、これまでにカルシウムフェライト（ＣＦ）とヘマタイト（Ｈｅ）を多く生成する方法が試みられてきた。たとえば特開昭63-149331 号公報では、カルシウムシリケート（ＣＳ）は高温で焼結した場合に多く生成することから、粉状の鉄鉱石にバインダや石灰石を加えて造粒した後に、熱源である粉コークスを表面に被覆することでコークスの燃焼性を改善し、低温で焼結させて被還元性を向上する技術が提案されている。
【００１１】
しかしながら特開昭63-149331 号公報に提案された方法では、CaＯと鉄系原料中のSiＯ₂やSiＯ₂系原料が近接しているため、どうしてもカルシウムシリケート（ＣＳ）が多く生成してしまい、カルシウムフェライト（ＣＦ）とヘマタイト（Ｈｅ）を主体とする構造には必ずしもならない場合も多かった。
さらに特開平11-241124 号公報には、鉄鉱石粉，返鉱，生石灰と石灰石の一部または全量およびSiＯ₂源原料の一部または全量を１次ミキサーで混合造粒した後、別の系統から切り出した粉コークスおよび造滓源を混合造粒した原料に添加し、２次ミキサーで造粒して造粒粒子の表層部に粉コークスおよび造滓源の層を形成させた原料を焼結することを特徴とする低SiＯ₂焼結鉱の製造方法が開示されている。
【００１２】
しかしながら特開平11-241124 号公報に開示された技術では、造粒粒子（すなわち本発明の擬似粒子に相当）の外装部に低SiＯ₂を含有した原料が入る可能性があり、表１に示すように、焼結鉱の構成鉱物の中で最も引張強度が低いカルシウムシリケート（ＣＳ）が形成されてしまい、冷間強度であるシャッター強度もしくはタンブラー強度が低下する。さらに造粒粒子内に一部石灰石を含有した原料が入ってしまうため、焼結鉱の内部には高被還元性のヘマタイト（Ｈｅ）だけでなく、ヘマタイト（Ｈｅ）よりは被還元性の劣るカルシウムフェライト（ＣＦ）や著しく被還元性が悪いカルシウムシリケート（ＣＳ）形成してしまい、飛躍的な被還元性の向上効果が得られないという問題がある。
【００１３】
そこで本発明者らは、図４に示すような焼結鉱の組織を得るために、擬似粒子７の造粒方法について鋭意検討した。その結果、図３に示すように、核鉱石９の表面に微細鉱石粉末10とSiＯ₂含有副原料粉２からなる第１被覆層11を形成し、さらに第１被覆層11の外側にCaＯ含有副原料粉３と固体燃料粉４からなる第２被覆層12を形成し、この第１被覆層11および第２被覆層12を有する擬似粒子７をドワイトロイド式焼結機で焼結することによって、図４に示すような組織を有する焼結鉱が得られることを見出した。
【００１４】
この知見に基づき本発明者らは、図３に示すような擬似粒子７を造粒するために、粉鉱石１とSiＯ₂含有副原料粉２をドラムミキサー５に装入して造粒し、さらにCaＯ含有副原料粉３と固体燃料粉４を添加してドラムミキサー５で造粒する方法を試みた。その結果、CaＯ含有副原料粉３と固体燃料粉４を添加した後の造粒時間が長い場合には、その擬似粒子７から得られた焼結鉱は、被還元性向上の効果が十分に発揮されないという問題があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題を解消し、優れた被還元性を有し、かつ優れた冷間強度を有する焼結鉱を安定して製造するために、事前処理として焼結原料を造粒する際に、第１被覆層および第２被覆層を有する擬似粒子を得ることができる造粒方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ドワイトロイド式焼結機を用いて焼結鉱を製造するプロセスの事前処理として、焼結原料をドラムミキサーを用いて造粒するに際し、粉鉱石およびSiＯ₂含有副原料粉をドラムミキサーに装入して造粒し、ドラムミキサーから排出された焼結原料の擬似粒子に対し、CaＯ含有副原料粉および固体燃料粉を、ドラムミキサーからベルトコンベア上に排出される焼結原料の擬似粒子および／またはベルトコンベアに載置された焼結原料の擬似粒子に添加する焼結原料の造粒方法である。
【００１７】
前記した発明においては、好適態様として、CaＯ含有副原料粉を添加し、次いで固体燃料粉を添加することが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の具体的な実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の造粒工程を示す系統図である。本発明では、粉鉱石１およびSiＯ₂含有副原料粉２をドラムミキサー５に装入する。さらに必要に応じて適量の水分を添加する。こうしてドラムミキサー５を用いて粉鉱石１とSiＯ₂含有副原料粉２を造粒して、得られた擬似粒子７をベルトコンベア6aに排出する。
【００１９】
本発明の焼結原料の製造方法では、ドラムミキサー５からベルトコンベア6aに排出される擬似粒子７に対してCaＯ含有副原料粉３，固体燃料粉４を矢印Ａで示すように排出過程で添加する。あるいは矢印Ｂで示すように、排出されてベルトコンベア6a上に載置された過程で添加するものである。
すなわち本発明では、粉鉱石１およびSiＯ₂含有副原料粉２をドラムミキサー５に装入して造粒し、ドラムミキサー５から粉鉱石１およびSiＯ₂含有副原料粉２をからなる焼結原料の擬似粒子７を一旦得る。この理由は、ドラムミキサー５では、装入原料はドラムミキサー５の回転により、転動による造粒，破壊，混合が繰り返されて、最終的に擬似粒子７を得ているもので、粉鉱石１およびSiＯ₂含有副原料粉２からなる焼結原料を装入してドラムミキサー５で造粒を加え、引き続き残りのCaＯ含有副原料粉３および固体燃料粉４をドラムミキサー５で添加すると、転動による造粒，破壊，混合過程でCaＯ含有副原料粉３および固体燃料粉４が擬似粒子７内部に取り込まれることが生じるためである。
【００２０】
したがって本発明においては、粉鉱石１およびSiＯ₂含有副原料粉２は、ドラムミキサー５に装入して造粒すること、そして残り原料であるCaＯ含有副原料粉３および固体燃料粉４は、造粒して得た粉鉱石１およびSiＯ₂含有副原料粉２からなる擬似粒子７にコーティングすること、いわゆる「まぶす」ことにより、擬似粒子７内部への取り込みを防止するものである。このようにして得られた擬似粒子７は、図３に示すように、核鉱石９の表面に微細鉱石粉末10とSiＯ₂含有副原料粉２からなる第１被覆層11が形成される。
【００２１】
図２は、ドラムミキサーから排出された擬似粒子を、次工程であるドワイトロイド式焼結機の給鉱ホッパーに搬送するベルトコンベアの配置の例を示す配置図である。図２にはベルトコンベアを３台配置する例を示す。すなわち図２に示した例では、ドラムミキサー５から排出された第１被覆層11を有する擬似粒子７は、ベルトコンベア6a，6b，6cを用いてドワイトロイド式焼結機（図示せず）の給鉱ホッパー８に搬送される。
【００２２】
こうして第１被覆層11を有する擬似粒子７をベルトコンベア6aで搬送しながら、CaＯ含有副原料粉３および固体燃料粉４を添加する。このとき、CaＯ含有副原料粉３と固体燃料粉４を予め混合して添加しても良いし、あるいはCaＯ含有副原料粉３と固体燃料粉４を個別に添加しても良い。
CaＯ含有副原料粉３と固体燃料粉４を個別に添加する場合は、その順序は特に限定しない。ただし、まずCaＯ含有副原料粉３を添加し、次いで固体燃料粉４を添加するのが好ましい。その理由は、後述する第２被覆層12を形成する際に、固体燃料粉４を第２被覆層12の表面近傍に偏析させて、焼結時の着火性を向上させるためである。なお図２には、ベルトコンベア6aに載置した擬似粒子７に、まずCaＯ含有副原料粉３を添加し、次いで固体燃料粉４を添加する例を示す。
【００２３】
このようにして、ベルトコンベア6a上で擬似粒子７およびCaＯ含有副原料粉３，固体燃料粉４が層状に堆積して搬送される。次に、擬似粒子７およびCaＯ含有副原料粉３，固体燃料粉４は、ベルトコンベア6aから下流のベルトコンベア6b上に落下する。その後、ベルトコンベア6bからさらに下流のベルトコンベア6c上に落下し、さらにベルトコンベア6cから給鉱ホッパー８内に落下する。
【００２４】
こうして各ベルトコンベアの終端から落下（以下、ジャンクションという）することによって、搬送および落下過程で第１被覆層11を有する擬似粒子７およびCaＯ含有副原料粉３，固体燃料粉４が混合されて、第１被覆層11の外側に、CaＯ含有副原料粉３と固体燃料粉４からなる第２被覆層13が形成される。その結果、図３に示すように、核鉱石９の表面に第１被覆層11が形成され、第１被覆層11の外側に第２被覆層12が形成される。
【００２５】
この第１被覆層11を有する擬似粒子７およびCaＯ含有副原料粉３，固体燃料粉４の混合による第２被覆層12の形成にはジャンクション部が大きく寄与し、ジャンクションでの擬似粒子７およびCaＯ含有副原料粉３，固体燃料粉４の落下過程で混合が図られ、第２被覆層12の形成が促進されていく。このジャンクション部分での混合作用は、CaＯ含有副原料粉３が白色であるのに対し、固体燃料粉４が黒色であり、最初のジャンクション部分を通過した段階で白と黒が斑になっている状態が、引き続き下流のジャンクション部分を通過する過程で均一になる観察からも確認できる。
【００２６】
なお、ドラムミキサー５からベルトコンベア6aに排出する排出過程でCaＯ含有副原料粉３，固体燃料粉４を添加する場合、この部分での添加はジャンクション部分での添加と等しい作用がある。ベルトコンベア6aに排出する排出過程での添加の形態としては、排出過程でCaＯ含有副原料粉３，固体燃料粉４を添加するか、排出過程ではCaＯ含有副原料粉３を、ベルトコンベア6a上では固体燃料粉４を添加する形態を採用することができる。
【００２７】
この第１被覆層11と第２被覆層12を有する擬似粒子７をドワイトロイド式焼結機で焼結すると、図４に示すような強度の高いカルシウムフェライト相13の基地に、被還元性の高いヘマタイト相14を分散させた組織を有する焼結鉱が安定して得られる。このような組織を有する焼結鉱は、前記した通り、被還元性に優れ、かつ冷間強度の高い焼結鉱である。
【００２８】
【実施例】
図１に示すように、本発明を適用して焼結原料を造粒した。すなわち粉鉱石１およびSiＯ₂含有副原料粉２をドラムミキサー５に装入した。さらに適量の水分を添加して造粒し、得られた擬似粒子７をベルトコンベア6aに排出した。次いで、図２に示すように、擬似粒子７をベルトコンベア6aで搬送しながらCaＯ含有副原料粉３を添加し、さらに固体燃料粉４を添加した。擬似粒子７が給鉱ホッパー８に貯留されるまでのジャンクションの回数は３回とした。また、ベルトコンベアの配置を変更して、ジャンクションの回数を１回あるいは２回として、擬似粒子７を給鉱ホッパー８に搬送した。これを発明例とする。
【００２９】
一方、比較例として、図５に示すように、粉鉱石１，SiＯ₂含有副原料粉２，CaＯ含有副原料粉３および固体燃料粉４をドラムミキサー５に装入した。さらに適量の水分を添加して造粒し、得られた擬似粒子７をベルトコンベア（図示せず）で給鉱ホッパー（図示せず）に搬送した。その間のジャンクションの回数は３回とした。
【００３０】
発明例の擬似粒子７と比較例の擬似粒子７を、それぞれドワイトロイド式焼結機で焼結して、焼結鉱を製造した。その際のドワイトロイド式焼結機の生産率（ ton／hr・ｍ²）、および得られた焼結鉱の歩留り（％），ＪＩＳ−ＲＩ（％）を調査した。その結果は、図10に示す通りである。なお図10には、ＲＤＩ（すなわち還元粉化性）を併せて示す。
【００３１】
図10から明らかなように、生産率（ ton／hr・ｍ²）およびＪＩＳ−ＲＩ（％）は、発明例（ジャンクション回数：１〜３回）の方が比較例（ジャンクション回数：３回）に比べて向上した。また、ジャンクション回数が１〜２回の発明例とジャンクション回数が３回の発明例とを比べると、ジャンクション回数が３回の場合に、生産率（ ton／hr・ｍ²）およびＪＩＳ−ＲＩ（％）が著しく向上した。
【００３２】
比較例はジャンクション回数を３回としたが、ジャンクション回数が１回の発明例に比べて、生産率（ ton／hr・ｍ²）およびＪＩＳ−ＲＩ（％）が、いずれも劣っている。これは、比較例では、粉鉱石１，SiＯ₂含有副原料粉２，CaＯ含有副原料粉３および固体燃料粉４をドラムミキサー５に装入するので、ジャンクションによる被覆層形成の効果が発揮されないからである。
【００３３】
歩留りについて発明例と比較例とを比べると、ジャンクション回数が１〜２回の発明例は比較例と同等であるが、ジャンクション回数が３回の発明例は歩留りが向上した。
つまり本発明によれば、生産率（ ton／hr・ｍ²）およびＪＩＳ−ＲＩ（％）が向上する。特にジャンクション回数を３回以上とすると、生産率（ ton／hr・ｍ²），ＪＩＳ−ＲＩ（％）は著しく向上する。しかもジャンクション回数を３回以上とすると、歩留りも向上する。したがって本発明では、ジャンクション回数を３回以上とするのが好ましい。
【００３４】
そこでジャンクション回数が３回の発明例と比較例の擬似粒子７から製造した焼結鉱の組織をそれぞれ観察して、カルシウムフェライト相13，ヘマタイト相14，カルシウムシリケート相15およびマグネタイト相16の生成比率を調査した。その結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】

【００３６】
表２から明らかなように、発明例は、比較例に比べてヘマタイト相14が増加し、カルシウムフェライト相13，カルシウムシリケート相15およびマグネタイト相16が減少している。したがって発明例では、図４に示すような焼結鉱の組織すなわちカルシウムフェライト相13の基地に、ヘマタイト相14を分散させて、カルシウムシリケートの生成を抑制した組織が得られた。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、第１被覆層および第２被覆層を有する擬似粒子を得ることができ、その擬似粒子を焼結することによって優れた被還元性を有し、かつ優れた冷間強度を有する焼結鉱を得ることができる。
しかも大幅な改造を行なうことなく既存の設備を利用できるので、経済的にも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の造粒工程を示す系統図である。
【図２】本発明の擬似粒子を次工程に搬送するベルトコンベアの配置の例を示す配置図である。
【図３】本発明を適用して得られる擬似粒子を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明を適用して得られる焼結鉱の組織を模式的に示す断面図である。
【図５】従来の造粒工程を示す系統図である。
【図６】高炉における焼結鉱の被還元性とガス利用率との関係を示すグラフである。
【図７】高炉におけるガス利用率と燃料比との関係を示すグラフである。
【図８】従来の擬似粒子の例を模式的に示す断面図である。
【図９】従来の焼結鉱の組織の例を模式的に示す断面図である。
【図１０】ＪＩＳ−ＲＩ，歩留り，生産率を示すグラフである。
【符号の説明】
１粉鉱石
２ SiＯ₂含有副原料粉
３ CaＯ含有副原料粉
４固体燃料粉
５ドラムミキサー
6a ベルトコンベア
6b ベルトコンベア
6c ベルトコンベア
７擬似粒子
８給鉱ホッパー
９核鉱石
10 微細鉱石粉末
11 第１被覆層
12 第２被覆層
13 カルシウムフェライト相
14 ヘマタイト相
15 カルシウムシリケート相
16 マグネタイト相
17 気孔
18 副原料粉

Claims

ドワイトロイド式焼結機を用いて焼結鉱を製造するプロセスの事前処理として、焼結原料をドラムミキサーを用いて造粒するに際し、粉鉱石およびSiＯ₂含有副原料粉を前記ドラムミキサーに装入して造粒し、前記ドラムミキサーから排出された焼結原料の擬似粒子に対し、CaＯ含有副原料粉および固体燃料粉を、前記ドラムミキサーからベルトコンベア上に排出される焼結原料の擬似粒子および／またはベルトコンベアに載置された焼結原料の擬似粒子に添加することを特徴とする焼結原料の造粒方法。
前記擬似粒子に、前記CaＯ含有副原料粉を添加し、次いで前記固体燃料粉を添加することを特徴とする請求項１に記載の焼結原料の造粒方法。