JP4241285B2 - 半還元焼結鉱の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、焼結プロセスを用いて、高炉原料として使用される、酸化鉄の一部を還元した半還元焼結鉱を製造する技術に関する。
従来から、粉鉄鉱石、媒溶材、および粉炭材等を混合し、造粒した後、焼結することにより得られる焼結鉱が、高炉原料として用いられている。
ところで、従来、高炉内で行われてきた還元反応の一部を焼結反応過程で補い、焼結と高炉の総計で還元材原単位の低減を図ることができる半還元焼結鉱が注目されている。
ところで、従来、高炉内で行われてきた還元反応の一部を焼結反応過程で補い、焼結と高炉の総計で還元材原単位の低減を図ることができる半還元焼結鉱が注目されている。
たとえば、特許文献１には、粉鉱石に粉コークス・無煙炭を配合造粒して内層とし、また、粉鉱石、副原料、および粉炭材・無煙炭を混合コーティングして外層として２層構造の擬似粒子を形成し、この擬似粒子を焼結原料の一部として混合・造粒した後に焼結し、この焼結過程で擬似粒子の外層から生成する融液と内層の粉炭材や無煙炭中の固形炭素との直接還元により、一部が還元された半還元焼結鉱を製造する技術が開示されている。
半還元焼結鉱の焼成過程では凝結材であるコークスの燃焼による発熱により、鉱石と石灰等の副原料が反応しカルシウムフェライト（ＣａＯ・ｎＦｅ２Ｏ３、ＣａＯ・ｎＦｅ３Ｏ４）やオリビン（ＳｉＯ２・Ｆｅ２Ｏ３）等の融体が発生する。半還元焼結鉱は通常の焼結に比べ、コークスを還元材及び凝結材として２〜５倍添加しているため、焼成過程において融体の発生量が過度に増加する場合がある。
このとき融体の発生量が過剰な部分では吸引ガスの流れが妨げられ、その下側の焼結原料層には空気が供給されないためコークスの燃焼が起こらず、未焼成の擬似粒子が残留してしまう。そのため、焼成後の成品の歩留が低く、高い還元率及び金属鉄含有率の達成も困難となる。
特開平４−２１０４３２号公報
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、焼結過程での融体発生量の過不足に起因する燃焼不足やばらつきを防止して、焼成後の成品の歩留を維持しつつ、高い還元率及び金属鉄含有率の達成することが可能な半還元焼結鉱の製造技術を提供することを目的とする。
本発明者等は、半還元焼結鉱の製造に関し焼成反応を安定化し高い還元率及び金属鉄含有率を達成させるべく、焼成時の融体発生量及び発生温度の制御に着目した。そして、融体の発生温度を上昇させることが、焼結過程での過剰な融体発生に起因する燃焼不足やばらつきの防止に効果があることを見出した。
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであって、以下の（１）〜（３）を提供するものである。
（１）粉鉄鉱石と石灰系副原料とを主構成要素とする焼結原料１００質量％に対し炭材を５〜２０質量％配合し、造粒して内層を形成し、前記内層の外側に炭材を１〜４質量％含む外層を被覆してなる２層構造の擬似粒子を焼結機に装入して焼成し、前記擬似粒子の内部の固定炭素と前記粉鉄鉱石との直接還元により酸化鉄に化合した酸素の一部を還元した塊成鉱を製造する半還元焼結鉱の製造方法であって、
前記焼結原料の一部を含ＭｇＯ原料にて置換して当該焼結原料中のＭｇＯ含有率を２〜５質量％として前記焼結機に装入して焼成することを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法。
前記焼結原料の一部を含ＭｇＯ原料にて置換して当該焼結原料中のＭｇＯ含有率を２〜５質量％として前記焼結機に装入して焼成することを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法。
（２）前記（１）において、前記焼結原料の一部を置換する前記含ＭｇＯ原料を前記内層に配合して前記焼結原料中の前記ＭｇＯ含有率を２〜５質量％とすることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法。
（３）前記（１）において、前記焼結原料の一部を置換する前記含ＭｇＯ原料を前記外層に配合して前記焼結原料中の前記ＭｇＯ含有率を２〜５質量％とすることを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法。
（４）前記（１）から（３）において、前記含ＭｇＯ原料は、粒径が１ｍｍ以下の粒体を８０質量％以上含むことを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法。
（４）前記（１）から（３）において、前記含ＭｇＯ原料は、粒径が１ｍｍ以下の粒体を８０質量％以上含むことを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法。
上記した本発明によれば、含ＭｇＯ原料の添加により、焼結原料中のＭｇＯ含有率を２〜５質量％とすることにより、融体の発生温度を、当該融体の発生量が焼成過程におけるコークスの燃焼を妨げない程度に制御して焼成反応を安定化でき、焼結過程での過剰な融体発生に起因する燃焼不足やばらつきを防止して、焼成後の成品の歩留を維持しつつ、高い還元率及び金属鉄含有率を達成することが可能となる。
本発明によれば、焼結過程での融体発生量の過不足に起因する燃焼不足やばらつきを防止して、焼成後の成品の歩留を維持しつつ、高い還元率及び金属鉄含有率を達成することが可能となる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１の（ａ）は、本発明の第１の実施の形態である半還元焼結鉱の製造方法における擬似粒子の断面構造の一例を示す断面図である。
（実施の形態１）
図１の（ａ）は、本発明の第１の実施の形態である半還元焼結鉱の製造方法における擬似粒子の断面構造の一例を示す断面図である。
この第１の実施の形態では、原料として、中心部（内層１１）は酸化鉄粉１１ａ（粉鉄鉱石、ミルスケール等）、粉状固体燃料１１ｂ（粉コークス等）、媒溶剤（石灰系副原料）１１ｃ（石灰石、生石灰等）と、ＭｇＯ源１１ｄ（ドロマイト等）で形成され、外周部（外層１２）は粉状固体燃料１２ａ（粉コークス等）で形成される多層構造擬似粒子１０を造粒して焼結鉱を製造する例について説明する。
図２は本発明の第１の実施の形態の半還元焼結鉱の製造方法を実施する半還元焼結鉱の製造工程のプロセスフローの一例を示す工程図である。
図２に例示されるように、本実施の形態における半還元焼結鉱の製造工程は、多層構造擬似粒子１０の中心部（内層１１）を製造する予備造粒ライン３０と、外層１２の原料配合を行う外層原料配合ライン４０と、内層１１の表面に外層１２を形成する合流ライン５０と、多層構造擬似粒子１０の焼結を行う下方吸引式焼結機６０とを備えている。
図２に例示されるように、本実施の形態における半還元焼結鉱の製造工程は、多層構造擬似粒子１０の中心部（内層１１）を製造する予備造粒ライン３０と、外層１２の原料配合を行う外層原料配合ライン４０と、内層１１の表面に外層１２を形成する合流ライン５０と、多層構造擬似粒子１０の焼結を行う下方吸引式焼結機６０とを備えている。
予備造粒ライン３０は、酸化鉄粉１１ａ等が貯留されるホッパ３１、媒溶剤１１ｃが貯留されるホッパ３２、ドロマイト等のＭｇＯ源１１ｄが貯留されるホッパ３３、粉コークス等の粉状固体燃料１１ｂが貯留されるホッパ３４と、これらの原料を混和するドラムミキサー３５および予備造粒を行う造粒機３６を備えている。
そして、個々のホッパ３１〜３４から焼結原料として、酸化鉄粉１１ａ、媒溶剤１１ｃ、ＭｇＯ源１１ｄ（含ＭｇＯ副原料）及び粉状固体燃料１１ｂを所定量切り出し、これらの原料に水を適宜加えて、ドラムミキサー３５で混合し、造粒機３６で予備造粒して、多層構造擬似粒子１０の中心部（内層１１）を製造する。この予備造粒ライン３０では、次工程で外層１２を造粒する際に核粒子としての機能を発揮できる程度に所定粒度の粒子に内層１１を成長させる。一例として、内層１１の直径は、３〜１２ｍｍ程度とすることが好ましい。
外層原料配合ライン４０は、固体燃料（主として粉コークス）が貯留されるホッパ４１を備え、外層１２を構成する粉状固体燃料１２ａ等の調製を行う。
合流ライン５０は、予備造粒ライン３０から到来する内層１１に、外層１２を形成するために外層原料配合ライン４０から到来する粉状固体燃料１２ａを混合するドラムミキサー５１と、混合された内層１１と粉状固体燃料１２ａから、内層１１の周囲に外層１２を備えた多層構造擬似粒子１０を形成する造粒機５２を備えている。
すなわち、合流ライン５０においては、予備造粒ライン３０から到来する内層１１と外層原料配合ライン４０から到来する粉状固体燃料１２ａが合流された原料をドラムミキサー５１において混合した後、造粒機５２にて造粒する。この造粒機５２での造粒の際に、外層原料配合ライン４０で調製された粉状固体燃料１２ａ等の外層原料が、予備造粒ライン３０で造粒した粒子（内層１１）に付着して、粉鉄鉱石等を含む内層１１を被覆する外層１２を備えた多層構造擬似粒子１０からなる焼成原料を製造する。
すなわち、この第１の実施の形態では、内層１１は、酸化鉄粉１１ａおよび媒溶剤１１ｃと、ＭｇＯ源１１ｄと、粉状固体燃料１１ｂで構成され、外層１２は粉状固体燃料１２ａで構成される。
これらの割合は、内層１１の酸化鉄粉１１ａおよび媒溶剤１１ｃにて焼結原料１００質量％とした時、ＭｇＯ含有率が２〜５％となるようにＭｇＯ源１１ｄがその一部を置換する形で所定の割合で含まれ、前記焼結原料１００質量％に付加する形で、粉状固体燃料１１ｂが１０〜２０％含まれる。また、外層１２には、前記焼結原料１００質量％に付加する形で粉状固体燃料１２ａが１〜４％含まれる。なお焼結原料中の媒溶剤１１ｃの割合は４〜１０質量％が好ましい。
なお、ＭｇＯ源１１ｄとして、たとえばドロマイトを用いる場合、必要に応じて、粒径が１ｍｍ以下の粒体を８０質量％以上含む細粒ドロマイトを用いることができる。
なお、ＭｇＯ源１１ｄとして、たとえばドロマイトを用いる場合、必要に応じて、粒径が１ｍｍ以下の粒体を８０質量％以上含む細粒ドロマイトを用いることができる。
上記のようにして製造した多層構造擬似粒子１０を、焼結原料としてドワイトロイド型焼結機等の下方吸引式焼結機６０に装入し、焼結ベッドを形成させて、所定の焼成条件で処理して半還元焼結鉱を製造する。
この第１の実施の形態では、内層１１に含まれるＭｇＯ源１１ｄの含有量を制御して、焼結原料１００質量％に対してＭｇＯ含有率が２〜５％となるようにしているので、上述のカルシウムフェライトやオリビン等の融体の発生量が、焼結ベッドにおける燃焼のための空気の流れを妨げるほど多くなく、かつ焼成後の焼結鉱の歩留りが不足するほど少なくない、良好な範囲に制御される。これにより、焼結ベッドにおける焼成反応が安定化し、焼成後の成品の歩留りを維持しつつ、高い還元率及び金属鉄含有率を達成することができる。
（実施の形態２）
図１の（ｂ）は本発明の第２の実施の形態である半還元焼結鉱の製造方法における擬似粒子の断面構造の一例を示す断面図である。
この第２の実施の形態では、原料として、中心部（内層２１）は酸化鉄粉２１ａ（粉鉄鉱石、ミルスケール等）、粉状固体燃料２１ｂ（粉コークス等）と媒溶剤２１ｃ（石灰石、生石灰等）で形成され、外周部（外層２２）は粉状固体燃料２２ａ（粉コークス等）とＭｇＯ源２２ｂ（ドロマイト等）で形成される多層構造擬似粒子２０を造粒して半還元焼結鉱を製造する例を示す。
図１の（ｂ）は本発明の第２の実施の形態である半還元焼結鉱の製造方法における擬似粒子の断面構造の一例を示す断面図である。
この第２の実施の形態では、原料として、中心部（内層２１）は酸化鉄粉２１ａ（粉鉄鉱石、ミルスケール等）、粉状固体燃料２１ｂ（粉コークス等）と媒溶剤２１ｃ（石灰石、生石灰等）で形成され、外周部（外層２２）は粉状固体燃料２２ａ（粉コークス等）とＭｇＯ源２２ｂ（ドロマイト等）で形成される多層構造擬似粒子２０を造粒して半還元焼結鉱を製造する例を示す。
図３は本発明の第２の実施の形態の半還元焼結鉱の製造方法を実施する半還元焼結鉱の製造工程のプロセスフローの一例を示す工程図である。
本第２の実施の形態では、上述の第１の実施の形態とは異なり、図１の（ｂ）のようにＭｇＯ源２２ｂは、多層構造擬似粒子２０の内層２１ではなく、外層２２に配合される。このため、図３に例示される製造工程では、予備造粒ライン３０において、ＭｇＯ源１１ｄを供給するためのホッパ３３が省略され、代わりに、外層２２を形成するための原料を供給する外層原料配合ライン４０において、新たに、ＭｇＯ源２２ｂを供給するためのホッパ４２を備えている点が、図２の場合と異なっており、他は同様である。
すなわち、図３に例示された本第２の実施の形態の製造工程では、予備造粒ライン３０において、ホッパ３１、３２、３４の各々から酸化鉄粉２１ａ、媒溶剤２１ｃ、及び粉状固体燃料２１ｂを所定量切り出し、これらの原料に水を適宜加えてドラムミキサー３５で混合し、造粒機３６で造粒して、多層構造擬似粒子２０の中心部（内層２１）を製造する。次工程で外層２２を造粒する際に核粒子としての機能を発揮できる程度に所定粒度の粒子に内層２１を成長させる。内層２１の径は、３〜１２ｍｍ程度とすることが好ましい。
外層原料配合ライン４０では、ホッパ４１およびホッパ４２から、外層２２を形成するための、粉状固体燃料２２ａ（主として粉コークス）およびＭｇＯ源２２ｂ（含ＭｇＯ副原料）を所定量切り出して適宜配合する。
合流ライン５０では、予備造粒ライン３０から到来する内層２１および外層原料配合ライン４０から到来する外層２２の外層原料が合流してドラムミキサー５１において混合され、造粒機５２にて造粒される。この造粒の際に、外層原料配合ライン４０で調製された外層原料が、予備造粒ライン３０で造粒した粒子（内層２１）に付着して、粉鉄鉱石等からなる内層２１を被覆する外層２２を形成し、多層構造擬似粒子２０からなる焼成原料を製造する。
すなわち、この第２の実施の形態では、内層２１は、酸化鉄粉２１ａおよび媒溶剤２１ｃと、粉状固体燃料２１ｂで構成され、外層２２は粉状固体燃料２２ａおよびＭｇＯ源２２ｂで構成される。
これらの割合は、内層２１の酸化鉄粉２１ａおよび媒溶剤２１ｃにて焼結原料１００質量％とした時、前記焼結原料１００質量％に付加する形で、粉状固体燃料２１ｂが１０〜２０％含まれる。また、外層２２には、ＭｇＯ含有率が２〜５％となるようにＭｇＯ源２２ｂが焼結原料１００質量％の一部を置換するように所定の割合で当該外層２２に配合され、前記焼結原料１００質量％に付加する形で粉状固体燃料１２ａが１〜４％含まれる。
なお、ＭｇＯ源２２ｂとして、たとえばドロマイトを用いる場合、必要に応じて、粒径が１ｍｍ以下の粒体を８０質量％以上含む細粒ドロマイトを用いることができる。
なお、ＭｇＯ源２２ｂとして、たとえばドロマイトを用いる場合、必要に応じて、粒径が１ｍｍ以下の粒体を８０質量％以上含む細粒ドロマイトを用いることができる。
上記のようにして製造した多層構造擬似粒子２０を焼結原料として、ドワイトロイド型焼結機等の下方吸引式焼結機６０に装入し、焼結ベッドを形成させて、所定の焼成条件で処理して焼結鉱を製造する。
この第２の実施の形態では、外層２２に含まれるＭｇＯ源２２ｂの含有量を制御して、焼結原料１００質量％に対してＭｇＯ含有率が２〜５％となるようにしているので、上述のカルシウムフェライトやオリビン等の融体の発生量が、焼結ベッドにおける燃焼のための空気の流れを妨げるほど多くなく、かつ焼成後の焼結鉱の歩留りが不足するほど少なくない、良好な範囲に制御される。これにより、焼結ベッドにおける焼成反応が安定化し、焼成後の成品の歩留りを維持しつつ、高い還元率及び金属鉄含有率を達成することができる。
以下に本発明の効果を確認するために実施した試験の結果の一例を説明する。
ポット炉試験機による焼成試験を実施した。酸化鉄粉１１ａや酸化鉄粉２１ａとしての鉱石は南米産のヘマタイト鉱石Ａの単味とした。これに媒溶剤１１ｃ、媒溶剤２１ｃとしての生石灰及び粉状固体燃料１１ｂ，１２ａ、粉状固体燃料２２ａ，２１ｂとしての粉コークス、ＭｇＯ源１１ｄ、ＭｇＯ源２２ｂとしてのドロマイトを配合して焼成した。表１に各原料の化学組成、表２にドロマイトの粒度構成、表３に各条件における原料配合比率をそれぞれ示す。
なお、表３では、実施例１〜３，５が多層構造擬似粒子１０に、実施例４，６が多層構造擬似粒子２０に対応する。
ポット炉試験機による焼成試験を実施した。酸化鉄粉１１ａや酸化鉄粉２１ａとしての鉱石は南米産のヘマタイト鉱石Ａの単味とした。これに媒溶剤１１ｃ、媒溶剤２１ｃとしての生石灰及び粉状固体燃料１１ｂ，１２ａ、粉状固体燃料２２ａ，２１ｂとしての粉コークス、ＭｇＯ源１１ｄ、ＭｇＯ源２２ｂとしてのドロマイトを配合して焼成した。表１に各原料の化学組成、表２にドロマイトの粒度構成、表３に各条件における原料配合比率をそれぞれ示す。
なお、表３では、実施例１〜３，５が多層構造擬似粒子１０に、実施例４，６が多層構造擬似粒子２０に対応する。
内層原料を混合した後、水分を内径１．３ｍのディスクペレタイザーで散水しつつ径８〜１１ｍｍに造粒し、外層原料を添加して造粒完了とした。なお、擬似粒子水分は１１％になるように散水した。
ポット炉試験の概要は以下の通りである。試料を直径２６ｃｍ×層厚３０ｃｍの容積に装填し、ガスバーナーでベッド上面を１２０秒間昇温し、ベッド上面に配置した温度計値で１０００℃に到達させた。点火後、ブロアによりベッドを下方吸引して、ベッド間の差圧を６０００Ｐａに保った。焼成中の吸引ガス温度は４００℃、ガス中酸素分圧は１２％とした。吸引ガスは下段温度が２００℃を超えた時点で大気に切り替えた。
実施例１〜６および比較例１〜２の各条件の焼結時間、生産率及び成品の収縮率及び還元率を表４に示す。なお成品気孔率は、焼成後に容器より取り出した円柱状焼結塊の中心線を通る垂直断面の画像解析により算出した。具体的にはタガネとハンマーを用いて割った断面を撮影し、以下の計算式により成品気孔率を算出した。
成品気孔率では比較例１に対してドロマイトを添加した実施例１〜６は低下し、ドロマイトの添加により融体発生が抑制された。また、焼結時間は短縮し、生産率は増加しており、これは融体の発生量が適正化した結果と見られる。一方、原料中ＭｇＯ分が５．５％である比較例２では融体の発生量が十分ではなく歩留が悪化したため、生産率は改善されなかった。
また、実施例２に対し、細粒ドロマイトを使用した実施例５では、成品気孔率が低下、生産率が上昇しており、これは、ＭｇＯの均一分散によるベッド内全体の融体の発生量が適正化した結果と見られる。
さらに実施例４に対して細粒ドロマイトを使用した実施例６でも同様の効果が見られた。
また、実施例２に対し、細粒ドロマイトを使用した実施例５では、成品気孔率が低下、生産率が上昇しており、これは、ＭｇＯの均一分散によるベッド内全体の融体の発生量が適正化した結果と見られる。
さらに実施例４に対して細粒ドロマイトを使用した実施例６でも同様の効果が見られた。
本発明によれば、半還元焼結鉱の製造工程において、焼結過程での融体発生量の過不足に起因する燃焼不足やばらつきを防止して、焼成後の成品の歩留を維持しつつ、高い還元率及び金属鉄含有率を達成することが可能となる。
１０ 多層構造擬似粒子
１１ 内層
１１ａ 酸化鉄粉
１１ｂ 粉状固体燃料
１１ｃ 媒溶剤
１１ｄ ＭｇＯ源
１２ 外層
１２ａ 粉状固体燃料
２０ 多層構造擬似粒子
２１ 内層
２１ａ 酸化鉄粉
２１ｂ 粉状固体燃料
２１ｃ 媒溶剤
２２ 外層
２２ａ 粉状固体燃料
２２ｂ ＭｇＯ源
３０ 予備造粒ライン
３１〜３４ ホッパ
３５ ドラムミキサー
３６ 造粒機
４０ 外層原料配合ライン
４１、４２ ホッパ
５０ 合流ライン
５１ ドラムミキサー
５２ 造粒機
６０ 下方吸引式焼結機
１１ 内層
１１ａ 酸化鉄粉
１１ｂ 粉状固体燃料
１１ｃ 媒溶剤
１１ｄ ＭｇＯ源
１２ 外層
１２ａ 粉状固体燃料
２０ 多層構造擬似粒子
２１ 内層
２１ａ 酸化鉄粉
２１ｂ 粉状固体燃料
２１ｃ 媒溶剤
２２ 外層
２２ａ 粉状固体燃料
２２ｂ ＭｇＯ源
３０ 予備造粒ライン
３１〜３４ ホッパ
３５ ドラムミキサー
３６ 造粒機
４０ 外層原料配合ライン
４１、４２ ホッパ
５０ 合流ライン
５１ ドラムミキサー
５２ 造粒機
６０ 下方吸引式焼結機
Claims (4)
- 粉鉄鉱石と石灰系副原料とを主構成要素とする焼結原料１００質量％に対し炭材を５〜２０質量％配合し、造粒して内層を形成し、前記内層の外側に炭材を１〜４質量％含む外層を被覆してなる２層構造の擬似粒子を焼結機に装入して焼成し、前記擬似粒子の内部の固定炭素と前記粉鉄鉱石との直接還元により酸化鉄に化合した酸素の一部を還元した塊成鉱を製造する半還元焼結鉱の製造方法であって、
前記焼結原料の一部を含ＭｇＯ原料にて置換して当該焼結原料中のＭｇＯ含有率を２〜５質量％として前記焼結機に装入して焼成することを特徴とする半還元焼結鉱の製造方法。 - 前記焼結原料の一部を置換する前記含ＭｇＯ原料を前記内層に配合して前記焼結原料中の前記ＭｇＯ含有率を２〜５質量％とすることを特徴とする請求項１に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
- 前記焼結原料の一部を置換する前記含ＭｇＯ原料を前記外層に配合して前記焼結原料中の前記ＭｇＯ含有率を２〜５質量％とすることを特徴とする請求項１に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
- 前記含ＭｇＯ原料は、粒径が１ｍｍ以下の粒体を８０質量％以上含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半還元焼結鉱の製造方法。
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- 2003-09-22 JP JP2003329867A patent/JP4241285B2/ja not_active Expired - Lifetime
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