JP4620482B2 - 焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉原料である焼結鉱の製造方法に関し、詳しくは、例えばＤＬ（ドワイトロイド）型焼結機へ装入する焼結原料の造粒に際して添加する水分量の調整技術に関する。

焼結鉱は、通常、複数銘柄の粉状鉄鉱石に、石灰石、珪石、蛇紋岩等の副原料と、ダスト、スケール、返鉱等の雑原料と、粉コークス等の固体燃料を適量配合した焼結原料に、水分を添加してドラムミキサやディスクペレタイザで混合造粒して擬似粒子化した後、この擬似粒子をＤＬ型焼結機に充填し、充填層表層部の固体燃料に着火し、大気を下向き吸引することにより焼成して得られる。

このようなＤＬ型焼結機を用いた焼結鉱の製造においては、擬似粒子化の状況が焼成時における充填層の通気性に影響し、焼結鉱の生産性や歩留りを大きく左右する。そして、造粒に際して、水分が焼結原料中の微粉を粗粒に付着させるバインダーとして主要な役割を担うことから、擬似粒子化を適正に行うためには、この水分量を適正に制御することが極めて重要である。

そこで、従来より、微粉に付着力を付与して擬似粒子化を適正に行うことを目的として、造粒時における焼結原料の水分濃度を制御する発明が種々提案されている。

例えば、焼結原料を構成する各粉状物質の飽和水分値を予め求めておき、この各飽和水分値と各粉状物質の配合割合とから加重平均により焼結原料の飽和水分値を算出し、この加重平均飽和水分値の一定割合の量の水分を焼結原料に含有させて造粒する方法が開示されている（特許文献１，２参照）。

また、焼結原料の吸水率および造粒前粒度分布から水分添加後の焼結原料が付着力を有する水分濃度の下限値である臨界水分濃度を算出し、焼結原料の水分濃度が前記臨界水分濃度以上となるように、水分添加量を制御する造粒方法が開示されている（特許文献３，４参照）。

しかしながら、近年、焼結原料として、ピソライト鉱石やマラマンバ鉱石など吸水性の高い鉱石の配合率が増加する傾向にある。焼結原料にこれら吸水性の高い鉱石を多量配合した場合には、上記従来法のように、単に飽和水分値や吸水率といった指標のみに基づいては最適な造粒水分濃度を精度良く予測することは困難になっており、造粒時における水分添加量の適正範囲を精度良く決定することができないという状況にある。

また、マラマンバ鉱石など微粉の多い鉱石の配合率が増加し、焼結原料はますます微粉化して造粒性が低下する傾向にあることから、造粒水分濃度の管理は従来に比べ格段に重要性を増しており、最適造粒水分濃度をより高精度に予測しうる技術の開発が喫緊の課題となっている。
特公平３−８０８４９号公報、[特許請求の範囲] 特開平５−５１６５４号公報、[特許請求の範囲] 特開平１１−６１２８１号公報、[特許請求の範囲] 特開２０００−１７２５号公報、[特許請求の範囲]

そこで、本発明は、ピソライト鉱石やマラマンバ鉱石など吸水性の高い鉱石の配合比率を高めた焼結原料に対しても、最適な造粒水分濃度を精度良く予測して、造粒時における水分添加量をより高精度に決定しうる焼結鉱の製造方法を確立することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために、擬似粒子化に及ぼす焼結原料の水分濃度の影響について調査するため、以下の検討を行った。

まず、各種銘柄の粉状鉱石について、各鉱石単銘柄ごとに、水分の添加量を順次変更して水分濃度を種々変化させてドラムミキサで混合造粒し、得られた造粒物を試験焼結鍋に充填し、冷間で大気を下向き吸引して冷間通気性指数ＪＰＵを測定した。測定結果を図２に、造粒物の水分濃度（造粒水分濃度）Ｗｇ_iとＪＰＵとの関係として示す。同図から明らかなように、ＪＰＵが最大となる（すなわち、最も高い通気性が得られる）焼結原料の水分濃度Ｗｇ_i（以下、「最適造粒水分濃度Ｗｏ_i」という。）は、各鉱石単銘柄ごとに大きく異なっている。

つぎに、上記各種銘柄の粉状鉱石について、各鉱石単銘柄ごとに、開気孔体積Ｖ_iおよび保水率Ｗ_iを測定した。ここで、開気孔体積Ｖ_iは、水銀圧入法により鉱石に存在する開気孔の合計体積を求め、これを鉱石単位質量当りに換算して表したものである。また、保水率Ｗ_iは、鉱石を水中に長時間（たとえば２４時間）浸漬したのち引き上げ、鉱石表面の水分を除去し、鉱石中に保持されている飽和水分の質量を求め、これを乾燥状態の鉱石質量に対する割合で表したものである。

図３に、〔造粒水分濃度Ｗｇ_i−保水率Ｗ_i〕とＪＰＵとの関係を示す。同図より、ＪＰＵが最大となる〔最適造粒水分濃度Ｗｏ_i−保水率Ｗ_i〕の値（最適造粒水分濃度Ｗｏ_iの保水率Ｗ_iからのずれ量）は、おおむね−１〜０質量％の範囲内に存在するものの、鉱石銘柄によって変化することがわかった。

図４に、最適造粒水分濃度Ｗｏ_iの保水率Ｗ_iからのずれ量〔造粒水分濃度Ｗｇ_i−保水率Ｗ_i〕に及ぼす開気孔体積Ｖ_iの影響を示す。同図から、開気孔体積の増加とともに、最適造粒水分濃度Ｗｏの保水率Ｗ_iからのずれ量〔造粒水分濃度Ｗｇ_i−保水率Ｗ_i〕はマイナス側にほぼ直線的に増加しており、開気孔体積の大きい鉱石ほど最適造粒水分濃度Ｗｏ_iは保水率Ｗ_iより小さくてよいことがわかった。この理由としては、保水率で表される水分濃度は長時間（たとえば２４時間）水中に浸漬したときに鉱石内部の開気孔内に吸収され保持される飽和水分量であるのに対し、実際の造粒工程においては鉱石に水分が添加されてから造粒が完了するまでの時間が数分程度ときわめて短いため、実際に鉱石内部の開気孔内に吸収される水分量は飽和水分量より少なくなり、開気孔体積が大きいほどその差異が大きくなるためと考えられる。

本発明者は、上記知見に基づき、最適造粒水分濃度Ｗｏ_iは、保水率Ｗ_iのみでなく、開気孔体積Ｖ_iをも考慮して予測することにより、従来に比べて格段に予測精度を向上できることを見出し、以下の発明を完成するに至った。

請求項１に記載の発明は、鉄鉱石、副原料、雑原料および固体燃料等の粉状物質を配合してなる焼結原料に水分を添加して混合造粒し、これを焼結して焼結鉱を製造する方法において、各粉状物質の保水率Ｗ_ｉおよび開気孔体積Ｖ_ｉをあらかじめ求めておき、このＷ_ｉおよびＶ_ｉの値を各粉状物質の配合割合Ｍ_ｉでそれぞれ加重平均して得た値Σ（Ｗ_ｉ・Ｍ_ｉ／１００）およびΣ（Ｖ_ｉ・Ｍ_ｉ／１００）を、前記焼結原料の保水率Ｗおよび開気孔体積Ｖとし、ついで、Ｗｏ＝Ｗ−１３．１Ｖ＋０．０６の関係式より前記焼結原料の最適造粒水分濃度Ｗｏを算出し、許容幅ΔＷ＝１．５として、前記水分添加後の焼結原料の水分濃度ＷｇがＷｏ±ΔＷの範囲内となるように、前記水分の添加量を調整することを特徴とする焼結鉱の製造方法である。
ここに、Ｍ_ｉ，Ｗ_ｉ，Ｗ，Ｗｏ，ＷｇおよびΔＷの単位は質量％であり、Ｖ_ｉおよびＶの単位はｃｍ^３／ｇである。

本発明によれば、焼結原料の保水率にその開気孔体積をも考慮して焼結原料の最適造粒水分濃度を算出することにより、焼結原料に吸水性の高い鉱石を多量配合した場合でも、最適造粒水分濃度を精度良く予測することが可能となり、造粒時における適正な水分添加量をより高精度に決定できるようになった。

この結果、微粉化等により造粒性に劣る焼結原料を用いても、適正な擬似粒子化が図られて高強度の擬似粒子が得られ、焼成時における充填層の通気性が確保されるので、焼結鉱の生産性や歩留りの悪化をより確実に防止ないし抑制できるようになった。

以下、図面を参照しつつ、本発明をさらに詳細に説明する。なお、以下の説明において、Ｍ_i，Ｗ_i，Ｗ，Ｗｏ，ＷｇおよびΔＷの単位は質量％であり、Ｖ_iおよびＶの単位はｃｍ³／ｇである。

〔実施形態〕
図１は、本発明の実施形態に係る焼結鉱製造工程全体の概略を示すフロー図である。まず、焼結原料を構成する粉状物質として、複数銘柄の粉状鉱石１、石灰石、珪石、蛇紋岩等の副原料２、ダスト、スケール、返鉱等の雑原料３、およびコークス粉や無煙炭等の固体燃料４をヤード等からそれぞれの原料槽５〜８へ装入する。

つぎに、原料槽５〜８から鉱石１、副原料２、雑原料３および固体燃料４をコンベア９上に所定の配合割合で切り出して焼結原料１０とし、この焼結原料１０をドラムミキサやディスクペレタイザ等の造粒機１１に装入し、所定量の水分１２を添加し混合造粒を行って擬似粒子化し、造粒物１３を製造する。

上記水分１２の添加量を定めるにあたって、造粒物１３を焼結機のパレット上に充填したときにその充填層の冷間通気性指数ＪＰＵができるだけ最大になるよう、あらかじめ造粒物１３の目標水分濃度Ｗ_Q（質量％）を設定しておくことが重要である。前述したように、最適造粒水分濃度Ｗｏ（質量％）は、焼結原料１０の保水率Ｗ（質量％）および焼結原料の開気孔体積Ｖ（ｃｍ³／ｇ）に基づいて算出する。ここで、保水率Ｗおよび開気孔体積Ｖは以下のようにして求めることができる。すなわち、各粉状物質の保水率Ｗ_i（質量％）および開気孔体積Ｖ_i（ｃｍ³／ｇ）をあらかじめ測定しておき、このＷ_iおよびＶ_iの値を各粉状物質の配合割合Ｍ_i（質量％）でそれぞれ加重平均して得た値Σ（Ｗ_i・Ｍ_i／１００）およびΣ（Ｖ_i・Ｍ_i／１００）を、焼結原料１０の保水率Ｗおよび開気孔体積Ｖとすればよい。そして、前述の図４で述べたように、Ｗｏ−ＷとＶとがほぼ直線関係を示すことから、Ｗｏ−Ｗ＝−１３．１Ｖ＋０．０６の回帰式が得られ、この回帰式より、最適造粒水分濃度Ｗｏを予測する式として、下記式（１）の関係が導かれる。

Ｗｏ＝Ｗ−１３．１Ｖ＋０．０６ ・・・（１）

よって、上記式（１）の右辺に焼結原料の保水率Ｗおよび開気孔体積Ｖを代入することにより、最適造粒水分濃度Ｗｏを算出することができる。

そして、造粒物１３の水分濃度Ｗｇがおおよそ最適造粒水分濃度Ｗｏとなるように、焼結原料１０への添加水分量を調整すればよい。より具体的には、造粒物１３の水分濃度Ｗｇが最適造粒水分濃度Ｗｏ±許容幅ΔＷの範囲内となるように、焼結原料１０への添加水分量を調整すればよい。ここで、許容幅ΔＷは、小さくするほど造粒物１３の水分濃度Ｗｇが最適造粒水分濃度Ｗｏに近づき好ましいが、あまり小さくしすぎると、水分添加前の焼結原料の付着水分濃度の変動に応じて添加水分量を頻繁に変更する必要が生じ、設備トラブル等が発生しやすくなるので、許容幅ΔＷは１．５質量％、好ましくは１．０質量％、さらに好ましくは０．５質量％とするとよい。

このようにして、ほぼ最適造粒水分濃度Ｗｏに調整された焼結原料１０を造粒機１１で造粒することにより、高強度の擬似粒子（造粒物）１３が製造される。この擬似粒子（造粒物）１３をＤＬ型焼結機１４に充填し、この充填層の表層部の固体燃料に着火し、大気を下向き吸引して焼成することにより、焼結鉱が製造される。

たとえば許容幅ΔＷを１．５質量％とすると、上記充填層のＪＰＵの値はその最大値の７０％程度以上を確保できるので（図３参照）、上記焼成中における充填層の通気性を十分に高く維持できる。この結果、微粉化等により造粒性に劣る焼結原料を用いても、焼結鉱の生産性や歩留りの悪化を防止ないし抑制できることとなる。

〔変形例〕
上記実施形態では、複数銘柄の鉱石を用いる例を示したが、本発明は単一銘柄の鉱石を用いる場合にも当然に適用できるものである。

また、上記実施形態では、水分の添加を造粒機でのみ行う例を示したが、造粒機より上流側、例えばヤード、ヤードから原料槽へ搬送するコンベア上、原料槽内、および原料槽から造粒機へ搬送するコンベア上のいずれか１箇所または複数箇所であらかじめ水分を添加しておいてもよく、あるいは、この事前の添加と造粒機での添加とを併用してもよい。

また、上記実施形態では、造粒機１台でのみ造粒する例を示したが、複数台の造粒機を直列および／または並列に配して造粒してもよい。

本発明の効果を検証するために、以下の造粒実験を実施した。

焼結原料を構成する粉状物質として、表１に示す複数銘柄の粉状鉱石、石灰石等の副原料、返し鉱およびコークス粉を用いた。

まず、各粉状物質ごとに開気孔体積Ｖ_iおよび保水率Ｗ_iを測定し、表１に併記した。なお、生石灰、珪石、蛇紋岩およびコークス粉については、焼結原料への配合量が少なく、焼結原料の保水率Ｗおよび開気孔体積Ｖの算出値に及ぼす影響を無視しうると考えられるため、開気孔体積Ｖ_iおよび保水率Ｗ_iの測定を省略した。ここで、開気孔体積Ｖ_iは、３〜５ｍｍ径に整粒した粉状物質について、水銀圧入法（島津製作所製：オートポアIII９４２０）により６μｍから０．０３μｍまでの径を有する開気孔の合計体積を求め、これを鉱石単位質量当りに換算して求めたものである。また、保水率Ｗ_iは、以下のようにして求めたものである。すなわち、−１０ｍｍに整粒した粉状物質２ｋｇを布袋に包んで水中に２４時間浸漬したのち、布袋ごと脱水機で１０分間脱水し、粉状物質のみを乾燥機にて１０５℃で１分間乾燥して粉状物質表面から付着水分を完全に除去し、開気孔内に水分が十分に浸透した水分飽和状態における粉状物質の質量Ｓｗ_iを測定する。ついで、この粉状物質を乾燥機にて１０５℃で１２時間乾燥して開気孔内の水分を完全に除去した状態における粉状物質の質量Ｓｄ_iを測定する。そして、保水率Ｗ_iは、Ｗ_i＝（Ｓｗ_i−Ｓｄ_i）／Ｓｄ_i×１００で算出したものである。

ついで、表２の配合割合Ｍ_iで粉状物質を配合した焼結原料の保水率Ｗおよび開気孔体積Ｖを、各粉状物質の保水率Ｗ_iおよび開気孔体積Ｖ_iを配合割合Ｍ_iで加重平均して得た値Σ（Ｗ_i・Ｍ_i／１００）およびΣ（Ｖ_i・Ｍ_i／１００）で求めると、それぞれ７．４質量％および０．０４２ｃｍ³／ｇが得られた。なお、生石灰、珪石、蛇紋岩およびコークス粉については、上述のように保水率Ｗ_iおよび開気孔体積Ｖ_iの測定を省略したことから、加重平均の計算から除外し、実際に測定を行ったその他の粉状物質の合計量を１００質量％として加重平均値を求めた。これらの値を前述の式（１）に代入することにより、焼結原料の最適造粒水分濃度Ｗｏとして、６．９質量％が得られた。

上記表２に示す配合割合の焼結原料６．２８ｋｇを内径３３５ｍｍ、長さ２７０ｍｍのバッチ式ドラムミキサに装入し、焼結原料の造粒水分濃度Ｗｇが保水率Ｗ（比較例）および最適造粒水分濃度Ｗｏ（発明例）となるように、水分添加量をそれぞれ調整して、回転速度３６ｒｐｍ、滞留時間８ｍｉｎの条件にて混合造粒した。これらの造粒物を内径１００ｍｍの焼結鍋試験装置（大気吸引、吸引圧：２．９４ｋＰａ）にそれぞれ充填し、冷間通気性指数ＪＰＵを測定した。測定の結果、発明例は比較例に比べて約７〜１０％高いＪＰＵの値が得られ、本発明を適用することにより、従来のように保水率のみから造粒水分添加量を定める場合に比べ、充填層の通気性を大幅に改善できることを確認できた。

本発明の実施形態に係る焼結鉱製造工程全体の概略を示すフロー図である。 造粒水分濃度Ｗｇ_iとＪＰＵとの関係を示すグラフ図である。 〔造粒水分濃度Ｗｇ_i−保水率Ｗ_i〕とＪＰＵとの関係を示すグラフ図である。 開気孔体積Ｖ_iと〔造粒水分濃度Ｗｇ_i−保水率Ｗ_i〕との関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１：鉱石
２：副原料
３：雑原料
４：固体燃料
５〜８：原料槽
９：コンベア
１０：焼結原料
１１：造粒機
１２：水分
１３：造粒物
１４：ＤＬ型焼結機

Claims (1)

1. 鉄鉱石、副原料、雑原料および固体燃料等の粉状物質を配合してなる焼結原料に水分を添加して混合造粒し、これを焼結して焼結鉱を製造する方法において、
   各粉状物質の保水率Ｗ_ｉおよび開気孔体積Ｖ_ｉをあらかじめ求めておき、このＷ_ｉおよびＶ_ｉの値を各粉状物質の配合割合Ｍ_ｉでそれぞれ加重平均して得た値Σ（Ｗ_ｉ・Ｍ_ｉ／１００）およびΣ（Ｖ_ｉ・Ｍ_ｉ／１００）を、前記焼結原料の保水率Ｗおよび開気孔体積Ｖとし、ついで、Ｗｏ＝Ｗ−１３．１Ｖ＋０．０６の関係式より前記焼結原料の最適造粒水分濃度Ｗｏを算出し、許容幅ΔＷ＝１．５として、前記水分添加後の焼結原料の水分濃度ＷｇがＷｏ±ΔＷの範囲内となるように、前記水分の添加量を調整することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
   ここに、Ｍ_ｉ，Ｗ_ｉ，Ｗ，Ｗｏ，ＷｇおよびΔＷの単位は質量％であり、Ｖ_ｉおよびＶの単位はｃｍ^３／ｇである。

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