JP4133766B2 - 製鉄用原料の造粒処理方法 - Google Patents
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- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
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本発明はまた、粉鉄鉱石を含む製鉄用原料をコークス及び/又は無煙炭を必須とする燃料の存在下で造粒処理する方法であって、上記燃料における0.25〜0.5mmの粒度範囲の粒子が、粉鉄鉱石を含む製鉄用原料100質量%に対し、0.3〜3質量%になるようにする製鉄用原料の造粒処理方法でもある。
以下に本発明を詳述する。
上記製鉄用原料は、焼結ベッドにおいて、焼結原料層を形成することになる擬似粒子を製造するための原料であるが、本発明においては、粉鉄鉱石(微粉の鉄鉱石)を含むものであり、通常では、その他の鉄鉱石、副原料、燃料等を含むことになる。粉鉄鉱石とは、高炉原料として直接使用できない、例えば粒径10mm以下の粒子を主体として含有する鉄鉱石であり、造粒処理されにくい微粉の形態となった鉄鉱石であるが、例えば、核粒子(擬似粒子の核となる粒子)になり得るような粒径が1〜10mmのもの、核粒子に付着する付着粉となり得るような粒径が概ね0.2mm以下のもの、その他の核粒子にも付着粉にもならないものを含有することが好ましい。
なお、鉄鉱石としては、直接高炉原料に使用できる塊鉱石、直接高炉に入れることができない、細かい粒度部分を有する粉鉄鉱石やペレットフィードを挙げることができる。粉鉄鉱石は、焼結鉱の主原料とできるものであり、ペレットフィードは、0.5mm以下の粒子が主体であって、ペレットの主原料とできるものである。
本発明におけるコークス及び/又は無煙炭を必須とする燃料における該0.25〜0.5mmの粒度部分の含有量は、以下のように測定できる。
配合割合に応じたコークス、無煙炭等の燃料を粒度分布が変わらないように採取し、80℃、1時間乾燥した後、篩目の開きが0.25mmの篩と0.5mmの篩を必須とし、篩い分けを行い、下記式より計算することができる。
コークス及び/又は無煙炭を必須とする燃料における該0.25〜0.5mmの粒度部分の含有量(質量%)=〔篩目の開きが0.25mmの篩の上に残った燃料(質量)/採取した燃料(質量)〕×100
製鉄用原料100質量%に対する該燃料における0.25〜0.5mmの粒度部分の質量は、製鉄用原料100質量%中の燃料の質量%と、燃料における該0.25〜0.5mmの粒度部分の含有量から計算できる。
なお、上記製鉄用原料は、粉鉄鉱石、その他の鉄鉱石、副原料、燃料等のすべてを含む原料を100質量%とし、後述する造粒用バインダーは含まないものである。
上記燃料における0.25〜0.5mmの粒度範囲内の粒子の量が、15質量%以下であると、焼結ベッドにおける焼結原料層表層の燃料含有量が少なくなり、着火性を充分には向上できないこととなる。80質量%を超えると、焼結ベッドにおける焼結原料層下層の燃料含有量が少なくなり、成品歩留を充分には向上できないこととなる。好ましくは、20質量%以上であり、更に好ましくは、25質量%以上であり、最も好ましくは、30質量%以上である。ただし、上記ダストに関しては、カーボン含有量が様々であるため、本発明において、燃料として質量を計算する場合、含有するカーボン換算で計算する。含有するカーボン量は、例えば、実施例の「擬似粒子注の炭素含有量の定量」に準じて元素分析で測定できる。本発明でいう「カーボン含有量」とは、全炭素(全カーボン)含有量から、石灰石に含まれる炭素等の燃料として使用できない(燃焼しない)カーボン量を差し引いたカーボン含有量である。
本発明において用いられる燃料の全量としては、原料の性状等によって添加する燃料割合は変わるが、燃料中における0.25〜0.5mmの粒度部分の含有割合等により適宜設定すればよいが、粉鉄鉱石を含む製鉄用原料100質量%に対し、1質量%以上とすることが好ましく、また、10質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは、2質量%以上であり、また、6質量%以下である。
上記造粒処理剤の使用量としては、粉鉄鉱石を含む製鉄用原料100重量部に対して、0.05重量部以上とすることが好ましく、また、3重量部以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.1重量部以上であり、また、2重量部以下である。
平均粒径が200μmを超えた場合、焼結ベッド等における擬似粒子の崩壊抑制効果のある微粒子の割合に対して、微粒子の付着する粒径の大きな粒子の割合が多くなるため、添加効果は得られにくくなる。一方、0.01μm未満になると、微粒子の凝集力が強くなり、製鉄用原料に分散しにくくなるから、添加効果は得られにくくなる。
製鉄用原料100重量部に対し、0.1重量部未満の場合は造粒物の崩壊抑制効果が得られにくくなり、10重量部より多く添加した場合、造粒物の崩壊抑制効果は頭打ちになる傾向にあるので、製造コスト面で無駄になるおそれがある。
上記GI指数とは、製鉄研究第288号(1976)9頁に開示されている評価方法の一つであり、核粒子の周りに付着する微粉粒子の割合を表すものである。なお、GI指数の測定は、造粒操作を行って得られた擬似粒子を80℃で1時間乾燥後、篩を用いて分級することにより、その粒度(擬似粒度)を求め、製鉄研究第288号(1976)9頁に記載の方法に準じて行い、下記の式により計算することが好ましい。
GI指数={(造粒前の0.25mm以下の原料の比率−造粒後の0.25mm以下の原料の比率)/(造粒前の0.25mm以下の原料の比率)}×100
上記1mm以下の擬似粒子のコークス含有量は、以下の方法により測定することが好ましい。まず、擬似粒子の1mm以下の篩い分け部分を混合し、ミル等の粉砕機で全量粉砕する。容器に、粉砕後の擬似粒子約1gを採取し、正確に質量を測定する(Agとする)。蒸留水10gを添加して軽くなじませ、石灰石に含まれる炭素分を二酸化炭素として系外に除去するために、リン酸1.2から1.3g程度を添加して、発泡が見られる間、容器を手で振とうした後、135℃に設定した減圧乾燥器にて充分乾燥する。容器から内容物を取り出して乳鉢に移し、粉砕し、135℃のオーブンで乾燥する。この乾燥物の質量を測定する(Bgとする)。元素分析にて該乾燥物のC(炭素)量を定量する(C%とする)。1mm以下の擬似拉子に含有するコークス量を以下のように算出する。
1mm以下の擬似粒子に含有するコークス量(%)=B(g)×C(%)/A(g)
上記他の共重合性単量体としては、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート、2−(メタ)アクリロイルオキシプロピルアシッドホスフェート、2−(メタ)アクリロイルオキシ−3−クロロプロピルアシッドホスフェート、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルフェニルホスフェート等の酸性リン酸エステル基を有する単量体;ビニルフェノール等の石炭酸系単量体等の酸基を有する単量体及びその塩等が好適である。
(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸(N,N−ジメチルアミノエチル)、(メタ)アクリル酸(N,N−ジエチルアミノエチル)、(メタ)アクリル酸アミノエチル等の炭素数1〜18の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド及びその誘導体;酢酸ビニル;(メタ)アクリロニトリル;N−ビニル−2−ピロリドン、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール等の塩基含有単量体;N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド等の架橋性を有する(メタ)アクリルアミド系単量体;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−(メタ)アクリロイルプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、アリルトリエトキシシラン等の加水分解性を有する基がケイ素原子に直結しているシラン系単量体;グリシジル(メタ)アクリレート、グリシジルエーテル(メタ)アクリレート等のエポキシ基を有する単量体;2−イソプロペニル−2−オキサゾリン、2−ビニル−2−オキサゾリン等のオキサゾリン基を有する単量体;2−アジリジニルエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロイルアジリジン等のアジリジン基を有する単量体;フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン基を有する単量体;(メタ)アクリル酸と、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等の多価アルコールとのエステル化物等の分子内に不飽和基を複数有する多官能(メタ)アクリル酸エステル;メチレンビス(メタ)アクリルアミド等の分子内に不飽和基を複数有する多官能(メタ)アクリルアミド;ジアリルフタレート、ジアリルマレエート、ジアリルフマレート等の分子内に不飽和基を複数有する多官能アリル化合物;アリル(メタ)アクリレート;ジビニルベンゼン。
カラム:水系GPCカラム「GF−7MHQ」(商品名、昭和電工社製)1本
キャリア液:リン酸水素二ナトリウム十二水和物34.5g及びリン酸二水素ナトリウム二水和物46.2gに超純水を加えて全量を5000gとする。
水溶液流速:0.5ml/min
ポンプ:「L−7110」(商品名、日立製作所社製)
検出器:紫外線(UV)検出器「L−7400」(商品名、日立製作所社製)、波長214nm
分子量標準サンプル:ポリアクリル酸ナトリウム(創和科学社より入手可能な重量平均分子量1300〜1360000のポリアクリル酸ナトリウム)
分析サンプルは、高分子化合物が固形分で0.1質量%となるように上記キャリア液で希釈することにより調整する。
ただし、上記測定条件で測定ができない高分子化合物については、以下の測定条件を適用する。
機種:Waters LCM1
キャリア液:水10999g、アセトニトリル6001gの混合液に酢酸ナトリウム三水和物115.6gを溶解し、更に30%水酸化ナトリウム水溶液でpH6.0に調節した水溶液
流速:0.8ml/min
カラム:水系GPCカラム「TSKgel GuardColumnSWXL+G4000SWXL+G3000SWXL+G2000SWXL」(東ソー社製)
カラム温度:35℃
検出器:Waters 410 示差屈折検出器
分子量標準サンプル:ポリエチレングリコール
分析サンプルは、高分子化合物が固形分で0.1%となるように上記キャリア液で希釈することにより調製する。
これらの高分子化合物は、固形のまま添加しても構わないが、固形分濃度0.1〜70%の水溶液の形態で添加することが好ましい。
(擬似粒子の平均粒径、GI指数)
造粒操作を行って得られた擬似粒子を80℃で1時間乾燥後、篩を用いて分級することにより、その粒度(擬似粒度)を求めた。造粒された擬似粒子のGI指数とは、製鉄研究第288号(1976)9頁に開示されている評価方法の一つであり、核粒子の周りに付着する微粉粒子の割合を示す。なお、GI指数の測定は、製鉄研究第288号(1976)9頁に記載の方法に準じて行った。
以下の各実施例及び比較例の測定においては、何れも、造粒後の粒径が0.25mm以下の擬似粒子のGI指数を求めた。
また、0.25mm以下の擬似粒子のGI指数(擬似粒化指数)は以下の式により計算した。
GI指数={(造粒前の0.25mm以下の原料の比率−造粒後の0.25mm以下の原料の比率)/(造粒前の0.25mm以下の原料の比率)}×100
成品歩留は、焼結鍋試験において、焼結後の焼結鉱(シンターケーキ)50kgを2mの高さから鉄板上に5回落下させたときの、粒径5mm以上の粒度を有する粒子の割合を測定することにより評価した。生産率は、以下の式により算出した。
生産率(t/day/m2)=成品歩留評価後の粒径5mm以上の粒度を有する粒子の総質量(t)/焼結時間(day)/焼結機(鍋)の表面積(m2)
(擬似粒子中の炭素含有量の定量)
上記GI指数測定後の擬似粒子の1mm以下の篩い分け部分を混合し、ミル等の粉砕機で全量粉砕する。このとき、粉砕後の平均粒径が50μm以下になるようにする。篩い分け部分が多くて、一度に粉砕できない場合は、2回以上に分けて粉砕し、粉砕後に均一になるように混合する。
市販の容量120mlのPP(ポリプロピレン)容器に、粉砕後の擬似粒子約1gを採取し、正確に質量を測定する(Agとする)。蒸留水10gを添加し、軽くなじませる。石灰石に含まれる炭素分を二酸化炭素として系外に除去するために、リン酸1.2から1.3g程度を添加して、発泡が見られる間、容器を手で振とうした後、135℃に設定した減圧乾燥器にて充分乾燥する。PP容器から内容物を取り出し、乳鉢に移し、粉砕し、135℃のオーブンで乾燥する。このとき、内容物が粉末状にならない場合、135℃のオーブンで乾燥後に再度粉砕、乾燥を行う。乾燥後の内容物の質量(組成物1とする)を測定する(Bgとする)。元素分析にて該組成物1のC量を定量する(C%とする)。1mm以下の擬似拉子に含有するコークス量を以下のように算出する。
1mm以下の擬似粒子に含有するコークス量(%)=B(g)×C(%)/A(g)
表1に示す組成を有する焼結原料(製鉄用原料)を調製した。
上記の焼結原料70000部をドラムミキサーに投入し、該組成物(焼結原料)に、分散剤として、予め不揮発分0.4%に調製した重量平均分子量6000のポリアクリル酸ナトリウム水溶液5250部を霧吹きを用いて約1.5分間かけて噴霧(添加)した。焼結原料に対するポリアクリル酸ナトリウムの割合は0.03%であった。噴霧後、分散剤が添加された上記の組成物(造粒処理用最終組成物)を更に同回転速度で3分間撹拌することにより、造粒処理(擬似粒化)を行った。
また、得られた擬似粒子から、均等に1kg程度サンプリングし、含まれる水分を測定すると共に、該擬似粒子を乾燥後、篩を用いて分級することにより、擬似粒子のGI指数を求めた。更に、GI指数測定後の擬似粒子の1mm以下の部分を再混合し、ハンマーミルを用い、平均粒径が50μm以下になるように、全量粉砕した。粉砕後の擬似粒子を上記方法により、1mm以下の擬似粒子に含まれるコークス量を測定した。これらの結果を表3に示す。
また、得られた擬似粒子を50kgスケールの鍋試験にて焼結を行い、焼結鉱を得た。該試験の条件は、焼結鍋は直径300mm、高さ600mm、層厚550mmとし、吸引負圧を9.8kPa(一定)とした。得られた焼結鉱の生産性を測定した。これらの結果をまとめて表3に示す。
表1に示す組成を有する焼結原料(製鉄用原料)を調製した。このときのコークスの粒度分布は表2の実施例2に示す通りである。
該焼結原料を使用する他は実施例1と同様にして、GI指数、焼結鉱の生産性及び1mm以下の擬似粒子に含まれるコークス量を測定した。これらの結果を表3に示す。
表1に示す組成を有する焼結原料(製鉄用原料)を調製した。このときのコークスの粒度分布は表2の実施例3に示す通りである。
該焼結原料を使用する他は実施例1と同様にして、GI指数、焼結鉱の生産性及び1mm以下の擬似粒子に含まれるコークス量を判定した。これらの結果を表3に示す。
表1に示す組成を有する焼結原料(製鉄用原料)を調製した。このときのコークスの粒度分布は表2の実施例4及び参考例に示す通りである。
該焼結原料を使用する他は実施例1と同様にして、GI指数、焼結鉱の生産性及び1mm以下の擬似粒子に含まれるコークス量を測定した。これらの結果を表3に示す。
表1に示す組成を有する焼結原料(製鉄用原料)を調製した。このときのコークスの粒度分布は表2の実施例4及び参考例に示す通りである。該焼結原料70000部をドラムミキサーに投入し、更に、生石灰840部を投入し、予め不揮発分0.4%に調製した重量平均分子量6000のポリアクリル酸ナトリウム水溶液5250部の代わりに、水5600部を使用する他は、実施例1と同様にして、GI指数、焼結鉱の生産性及び1mm以下の擬似粒子に含まれるコークス量を測定した。これらの結果を表3に示す。
予め不揮発分0.4%に調整した重量平均分子量6000のポリアクリル酸ナトリウム水溶液5250部にかえて、予め不揮発分1.6%に調整したβ−ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物であるマイティ150(商品名;花王社製)5250部を使用する他は実施例3と同様にして、GI指数、焼結鉱の生産性及び1mm以下の擬似粒子に含まれるコークス量を測定した。これらの結果を表3に示す。また、焼結原料に対するβ−ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物の添加量は0.12%であった。
表1に示す組成を有する焼結原料(製鉄用原料)を調製した。このときのコークスの粒度分布は表2の比較例に示す通りである。
該焼結原料を使用する他は実施例1と同様にして焼結を行ったが、燃焼性が悪く、焼成不可であった。実施例1と同様にして、GI指数、焼結鉱の生産性及び1mm以下の擬似粒子に含まれるコークス量を測定した。これらの結果を表3に示す。
表1に示す組成を有する焼結原料(製鉄用原料)を調製した。このときのコークスの粒度分布は表2の比較例に示す通りである。該焼結原料70000部をドラムミキサーに投入し、更に、生石灰840部を投入し、予め不揮発分0.4%に調製した重量平均分子量6000のポリアクリル酸ナトリウム水溶液5250部の代わりに、水5600部を使用する他は、実施例1と同様にして、GI指数、焼結鉱の生産性及び1mm以下の擬似粒子に含まれるコークス量を測定した。これらの結果を表3に示す。
予め不揮発分0.4%に調整した重量平均分子量6000のポリアクリル酸ナトリウム水溶液5250部にかえて、予め不揮発分1.6%に調整したβ−ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物であるマイティ150(商品名;花王社製)5250部を使用する他は比較例1と同様にして、GI指数、焼結鉱の生産性及び1mm以下の擬似粒子に含まれるコークス量を測定した。これらの結果を表3に示す。また、焼結原料に対するβ−ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物の添加量は0.12%であった。
Claims (5)
- 粉鉄鉱石を含む製鉄用焼結原料をコークス及び/又は無煙炭の存在下で造粒処理する方法であって、
該コークス及び無煙炭における0.25〜0.5mmの粒度範囲の粒子が、粉鉄鉱石を含む製鉄用焼結原料100質量%に対し、0.3〜3質量%になるようにするものであり、
該造粒処理方法は、カルボキシル基、スルホン酸基及びこれらの塩からなる群より選択される少なくとも一種の基を有する高分子化合物の存在下で行われ、
該高分子化合物は、(メタ)アクリル酸及び/若しくはその塩を主成分とする単量体組成物を重合してなる高分子化合物、並びに/又は、β−ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物である
ことを特徴とする製鉄用焼結原料の造粒処理方法。 - 前記高分子化合物は、(メタ)アクリル酸及び/又はその塩を10モル%以上含有する単量体組成物を重合してなる
ことを特徴とする請求項1記載の製鉄用焼結原料の造粒処理方法。 - 前記高分子化合物は、水溶液重合法により得られるものである
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の製鉄用焼結原料の造粒処理方法。 - 前記高分子化合物は、重量平均分子量が1000〜100000であるものである
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の製鉄用焼結原料の造粒処理方法。 - 前記造粒処理方法は、前記コークス及び無煙炭における0.25〜0.5mmの粒度範囲の粒子が、コークス及び無煙炭100質量%に対し、12.5〜32.5質量%になるようにするものである
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の製鉄用焼結原料の造粒処理方法。
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