JP4599736B2

JP4599736B2 - 焼結原料の造粒方法

Info

Publication number: JP4599736B2
Application number: JP2001085482A
Authority: JP
Inventors: 一麿中島; 泰之森川; 伸幸大山
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2021-03-23
Also published as: JP2002285249A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉で使用される焼結鉱を焼成するに先立って焼結原料を造粒する方法に関し、詳しくは核鉱石の表面に微細鉱石層を形成し、さらにその微細鉱石層の表面を粉状炭材と粉石灰石との混合層で被覆した３層構造の焼結原料の造粒方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に高炉の操業では、鉱石，コークス等の原料を炉内に堆積させて、炉下部から吹き込まれた熱風によってコークスを燃焼させ、発生した高温の還元性ガスが原料の間隙を上昇することによって鉱石の昇温および還元を行なう。したがって細粒の鉱石やコークスを使用すると、還元性ガスの通気性が悪化するので、高炉の操業に支障をきたす。
【０００３】
たとえば鉱石の場合は、主に粒径５mm以上の塊状鉱石が使用される。そのため粉鉱石は、焼結機で焼成して焼結鉱としたものを高炉で使用する。
焼結鉱の原料のうち、鉄源となる主原料は、粉鉱石と製鉄所内で発生する返鉱，ミルスケール，高炉ダスト，転炉ダスト等の粉状含鉄原料との混合物（以下、粉状鉄源という）を使用する。さらに、焼結機で焼結するときに熱源として機能する粉コークスや粉炭等（以下、粉状炭材という）、および高炉で溶銑を溶製するときに造滓材として機能する粉石灰石等を副原料として使用する。粉石灰石を添加することによって焼結反応が促進されるとともに、焼結鉱の溶融温度を上昇させて高炉内における焼結鉱の溶融領域を縮小し、高炉内の圧損を低減する効果も得られる。
【０００４】
このようにして粉状鉄源，粉状炭材および粉石灰石を配合した焼結原料を造粒した後、焼結機に装入して焼結鉱を製造する。ただし焼結原料は粉状であるから、焼結機で焼成するときの通気性を維持することを目的として、焼結機に装入する前に予め造粒して擬似粒子としたものを焼結機に装入する。
焼結鉱の品質を示す指標として、高炉内でガス還元される際の被還元性を示す指標ＲＩが広く利用されている。ＲＩ値は、ＪＩＳ規格M8713 に規定されているように、所定の温度で還元ガス中に一定時間暴露された試料の減量から、還元の進捗程度を求めるものである。すなわち被測定物を20mm±１mmに整粒したものを50ｇサンプルとして、これを 900℃で180min保持し、これにＣＯ30±１ vol％，Ｈ₂ガス１ vol％未満，残部Ｎ₂ガスの還元ガスを流通させて、被測定物の還元を行ない、 100×｛還元前Ｏ₂量（ vol％）−還元後Ｏ₂量（ vol％）×〔還元前T.Fe（mass％）／還元後T.Fe（mass％）〕｝／還元前Ｏ₂量（ vol％）で算出される。
【０００５】
ＲＩ値が大きいものほど被還元性が良く、高炉内で還元されやすいので、銑鉄１ton あたりの炭材（たとえばコークス，微粉炭等）使用量（kg／ton-p ）（以下、燃料比という）を低減する効果が得られる。つまりＲＩ値は、焼結鉱の品質を評価するうえで重要な指標である。
焼結鉱のＲＩ値（％）と高炉の燃料比との関係を図２に示す。図２から明らかなように、焼結鉱のＲＩ値が上昇（すなわち焼結鉱の被還元性が向上）すると、高炉の燃料比が減少する。つまり焼結鉱の被還元性が向上することによって、高炉内で還元性ガスが有効に利用され、その結果、燃料比が減少するのである。
【０００６】
そこで焼結鉱のＲＩ値を高めるために、図１に示すような３層構造の焼結原料の造粒方法が開発されている。３層構造の焼結原料を造粒する方法は、たとえば、粉状鉄源をドラムミキサーに装入して造粒することによって、粉状鉄源のうちの比較的粒径の大きい粒子が核鉱石１となり、粉状鉄源のうちの微細な粒子が核鉱石１表面に付着して微細鉱石層２を形成する。次いで、粉状炭材および粉石灰石をドラムミキサーに追加装入して再度造粒することによって、微細鉱石層２表面に粉状炭材および粉石灰石が付着して炭材と石灰の混合層３を形成する。
【０００７】
このような３層構造の焼結原料（以下、３層焼結原料という）は、各粒子の表層が石灰を多量に含有するので、焼結機で焼成すると、表層部には針状カルシウムフェライトが形成され、内部には、 Fe₂Ｏ₃を主とする１次ヘマタイトが形成される。３層焼結原料の表層部に形成される針状カルシウムフェライトは強度が高く、内部に形成される１次ヘマタイトは被還元性が優れている。したがって、３層焼結原料を焼成して製造した焼結鉱は、強度およびＲＩ値がともに向上して、高炉で使用するのに好適である。
【０００８】
しかしながら、本発明者らが３層焼結原料を焼結して得られた焼結鉱を詳細に調査したところ、表層部にはカルシウムフェライトやヘマタイトに加えてカルシウムシリケイトも比較的多く含まれていた。焼結鉱の主な鉱物組織はカルシウムフェライト，ヘマタイト，カルシウムシリケイトの他に、マグネタイトがあり、それらのＲＩ値はそれぞれ表１に示す通りである。
【０００９】
【表１】

【００１０】
表１から明らかなように、ヘマタイトが最も被還元性が高く、カルシウムフェライトも十分な被還元性を有するが、カルシウムシリケイトは被還元性が低い。つまり、３層焼結原料を焼結して得られた焼結鉱の表層部に生成されるカルシウムフェライトやヘマタイトは、焼結鉱の被還元性の向上に寄与する。しかしカルシウムシリケイトの生成は、被還元性を損なう原因になる。したがって３層焼結原料を用いて製造した焼結鉱の被還元性を一層向上するためには、焼結鉱表層部におけるカルシウムシリケイトの生成を抑制する必要がある。
【００１１】
【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、焼結鉱の表層部におけるカルシウムシリケイトの生成を抑制して、焼結鉱の被還元性を向上する３層焼結原料の造粒方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、核鉱石の表面に微細鉱石層を形成し、さらに微細鉱石層の表面に粉状炭材と粉石灰石との混合層を形成してなる３層構造の焼結原料の造粒方法において、粉石灰石が粒径0.5mm 以下の微細石灰石を50質量％以上含有する焼結原料の造粒方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、３層焼結原料を模式的に示す断面図である。３層焼結原料は、粉状鉄源のうちの比較的粒径の大きい粒子が核鉱石１となり、核鉱石１の表面に粉状鉄源のうちの微細な粒子からなる微細鉱石層２を形成し、さらに微細鉱石層２表面に粉状炭材および粉石灰石からなる炭材と石灰の混合層３を有する。
【００１４】
３層焼結原料は、この混合層３を粉状炭材と粉石灰石の被覆層とすることで、焼結機で焼結させるときに、カルシウムリッチな層を形成させて、カルシウムシリケイトの生成が促進されることを期待したものである。しかし、カルシウムシリケイトは高熱を受けることでカルシウムフェライトに転換するという性質がある。したがって混合層３の部分をあまり高熱にすることなく焼結させることができればカルシウムフェライトの生成を抑制することができる。
【００１５】
ところで、焼結鉱の製造に際して、石灰石は粉状炭材の燃焼熱を受けて二酸化炭素が分離し生石灰となる反応を伴うことになるが、この反応は吸熱反応であることが知られている。そこで、混合層３の石灰石の付着量を増加することにより、焼結にあたってカルシウムシリケイトのカルシウムフェライトへの転換を抑制することができる。
【００１６】
粉石灰石の中で粒径の小さなものは他の粒子に付着し易いため、容易に混合層３として３層焼結原料の表層部となるが、粉石灰石の中でも比較的粒径の大きなものは付着しにくい。
もともと焼結原料は焼結機で焼成するときの通気性を維持する必要があり、粉石灰石も粉状鉄源と粒子径を揃えるために、５mm以下程度に粉砕して使用しているが必ずしも微粉砕して使用することはない。したがって粉石灰石の粒径を通常よりも小さくすることで３層焼結原料の混合層３における石灰石の付着量を増やすことは可能である。
【００１７】
そこで、混合層３における粉石灰石の付着量を増やすべく、種々の検討を行なった結果、粉石灰石の粒径を0.5 mm以下の微細石灰石が50質量％以上含有するように調整することが効果があることがわかった。
これは、粒径0.5 mmを超える粉石灰石は３層焼結原料の表層部に付着しにくいために、混合層３の石灰石として機能する割合が低いからである。従って少なくとも粉石灰石の50質量％以上は0.5 mm以下である必要がある。また、粒径0.5 mm以下であれば、粒径が小さいほど他の粒子との付着はし易くなるため、粒径の下限は考慮する必要はない。しかし現実には粒径が小さいほど粉砕するためのコストは急激に上昇するため、本発明では0.5 mm以下の粉石灰石が全体の粉石灰石の50質量％以上となる程度に粉砕すればよい。
【００１８】
【実施例】
粉鉱石，粉コークスおよび粉石灰石からなる焼結原料を用いて３層焼結原料を製造した。焼結原料中の粉鉱石，粉コークス，粉石灰石の混合比は表２に示す通りである。
【００１９】
【表２】

【００２０】
すなわち、まず粉状鉄源としての粉鉱石を造粒機で造粒して、粗粒（平均粒径３mm）の粉鉱石を核鉱石１とし、その表面に細粒（平均粒径１mm）の粉鉱石を付着させて微細鉱石層２を形成し、２層構造の焼結原料を製造した。次いで、粉状炭材としての粉コークス（平均粒径 0.8mm）および表３に示す粒度分布の粉石灰石を造粒機に装入して２層構造の焼結原料とともに造粒し、微細鉱石層２の表面に粉コークスおよび粉石灰石からなる混合層３を形成して、３層焼結原料を製造した。
【００２１】
【表３】

【００２２】
なお、表３に示した２種類の粉石灰石のうち、発明例は粒径0.5mm 以下の微細石灰石を50質量％含有する例であり、比較例は21質量％含有する例である。
このようにして製造した３層焼結原料を鍋試験機で焼結して焼結鉱を製造し、得られた焼結鉱の鉱物組織を調査した。その結果は表４に示す通りである。
【００２３】
【表４】

【００２４】
表４から明らかなように、ヘマタイトとマグネタイトの生成量は同等のレベルであるが、カルシウムフェライトの生成量は、発明例の方が比較例に比べて増加した。その結果、カルシウムシリケイトの生成量は、発明例の方が比較例に比べて減少した。したがって本発明の３層焼結原料を用いて焼結鉱石を製造すると、カルシウムシリケイトの生成を抑制できることが確かめられた。
【００２５】
【発明の効果】
本発明では、焼結鉱の表層部におけるカルシウムシリケイトの生成を抑制して、焼結鉱の被還元性を向上する３層焼結原料を造粒できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３層焼結原料を模式的に示す断面図である。
【図２】焼結鉱のＲＩ値と高炉の燃料比との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１核鉱石
２微細鉱石
３粉状炭材と粉石灰石の混合層

Claims

核鉱石の表面に微細鉱石層を形成し、さらに前記微細鉱石層の表面に粉状炭材と粉石灰石との混合層を形成してなる３層構造の焼結原料の造粒方法において、前記粉石灰石が粒径0.5mm 以下の微細石灰石を50質量％以上含有することを特徴とする焼結原料の造粒方法。