JP4815841B2

JP4815841B2 - 焼結操業方法

Info

Publication number: JP4815841B2
Application number: JP2005102469A
Authority: JP
Inventors: 義憲秋山
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP2006283079A

Description

本発明は、焼結操業方法に係わり、特に、下向き吸気のドワイト・ロイド型焼結機において、焼結原料層の通気性を所謂「通気棒」の挿入深さ制御で改善し、高品質、且つ高生産性を達成する焼結操業方法に関する。

銑鉄を溶製する高炉への装入鉄源の一つに、焼結鉱と称し、層状に充填した焼結原料（配合原料ともいい、粉状の鉄鉱石、珪石、蛇紋岩、石灰石、ドロマイト等の造滓材及び炭材の混合物）を、混合した炭材の燃焼で焼き固めた所謂「人工鉄鉱石」がある。この焼結鉱は、一般にドワイト・ロイド型（以下、ＤＬ型という）焼結機を用いて製造されが、該ＤＬ型焼結機１は、図７に示すように、一定長さの循環する無限軌道２に底がグレートになった箱型のパレット３を複数取り付け、移動するパレット３上に給鉱（サージ）ホッパ４よりシュート（ドラムシュート）５を介して前記焼結原料を連続的に装入して焼結原料層６を形成し、ウインドボックス（風箱）７を介して上向き又は下向き吸気しながら該焼結原料層６の表層に点火炉８を用いて着火し、炭材を燃焼させて鉄鉱石粉、造滓材等の一部を溶融してから、冷却することでケーキ状に焼き固めるものである。このケーキは、該焼結機１の終端側（排鉱部９という）でパレット３より機外へ排出した後、破砕、冷却して高炉で所望するサイズ及び強度を有する焼結鉱とされる。なお、高炉では、直径が５ｍｍ以上のものが使用される。

ところで、かかるＤＬ型焼結機１では、幅２０００〜５０００ｍｍの前記パレット３上へ５００〜７００ｍｍ程度の層高で焼結原料を連続装入して充填層を形成させるが、その際、該焼結原料層の良好な通気性を確保するため、形成させる焼結原料層６の下層部の空隙率が上層部より可及的に大きくなるように、下層部に粗粒の焼結原料を、上層部に細粒の焼結原料を偏析して充填する配慮がなされる。また、焼結原料は、パレット３に装入する前に、一定量（焼結原料の配合（種類）によって異なるが、６〜１２質量％程度の）の水分が添加され、ミキサー等による造粒で所望の粒度分布を形成している。

しかしながら、下向き吸気のＤＬ型焼結機１では焼結反応が下向きに進行するため、焼結原料に添加した前記水分が蒸発すると、その蒸気は焼結原料層６内を上方から下方へ移動し、最終的に下層部で凝縮し、所謂「湿潤帯」を形成する。ここで、参考のため、焼結反応が進行中の層内状況を模式的に図５に示す。つまり、上方から下方へ向け、冷却した「焼結鉱帯」１０、炭材粉の燃焼、鉱石粉等の溶融（所謂「焼結反応」）が起きている「燃焼帯（赤熱帯）」１１、水分の蒸発した「乾燥帯」１２、蒸気が凝縮した前記「湿潤帯」１３及び装入当初の状態を維持した「焼結原料帯」１４が形成されている。

一般に、焼結鉱の製造では、焼結原料層６の通気性と焼結鉱の生産性との間に一定の関係（通気性の良好なほど生産性が大きい）があるが、この通気性は、焼結原料を事前に造粒する際に添加する前記水分量に左右される。したがって、上記「湿潤帯」１３は、焼結原料層６の通気性に大きな影響を与え、該「湿潤帯」１３が厚くなるほど焼結原料層６の通気抵抗が大きくなる方向（つまり、通気性を不良にする方向）に働く。また、下層部は、上層部に比べて冷却が遅く、保熱効果が大きいので、前記「赤熱帯」１１が肥大化して全体の通気性を阻害する。したがって、焼結鉱の生産性向上には、下層部における通気性が大きく影響する。

そこで、従来よりＤＬ型焼結機での通気性の向上対策が種々考えられ、例えば、パレット底面のグレート上に充填した焼結原料層内の下層部に、一端を固定した棒状体をパレット進行方向にグレート面と平行に挿入して空洞を形成し、該下層部の通気性を向上させることが行われている（特許文献１参照）。通常、該棒状体（以下、通気制御棒という）は、縦断面視でみて、焼結原料層の幅方向に一定距離だけ離隔して複数段あるいは千鳥配列で設けられる。また、前記通気制御棒１５をグレート面と平行ではなく、図４に示すように、焼結原料層６面にほぼ垂直（ある程度傾むけても良い）になるように挿入し、点火前の焼結原料層６に所定の深さを有する凹状溝（以下、通気溝１６という）を複数列形成して、下層部の通気性を向上させる技術も開示されている（特許文献２参照）。

ところが、特許文献１記載の技術によれば、焼結原料層の下層部に通気改良のための空洞がパレットのグレート面に対して水平に形成されるが、下向き通気の焼結方法では、この空洞を多数設けないと、通気性の改善にあまり有効でないという問題があった。また、特許文献２記載の技術では、図４に示したように、焼結原料層６の幅方向で複数本の通気溝１６が形成されるが、その通気溝１６のある部分とない部分では通気性が大きくことなるので、焼結原料層６の全体でみると通気の乱れが生じ、焼結の良好な部分と不良部分とが島状に混在する所謂「ムラ焼け」を起こしながら焼結操業を行うことになる。その結果、強度が脆弱な焼結鉱が大量に生産され、焼結歩留りを低下させるという問題がある。さらに、通気溝１６は、給鉱部において焼結原料表面がまだ傾斜している段階で形成されるので、その後の該表面を平坦にする作業で焼結原料の堆積乱れが起きて通気溝１６の一部が閉塞し、前記「ムラ焼け」がますます助長する。

加えて、これらの通気制御棒１５の使用は、従来、焼結操業における作業者の過去の経験に基づいて行われ、作業者の判断で適当に挿入本数とか挿入深さが決められていた。つまり、上記「ムラ焼け」状況の観察とか生産状況に基づき、「ムラ焼け」を抑制したり、生産性が高まるように、作業者が挿入本数及び／又は挿入深さを試行錯誤して決めて操業していた。また、特許文献２のように、生産性向上のため、焼結原料の変化に対して焼結原料層厚みの２／３以内で作業者が適当と考える操作を行っていた。

このように、下向きＤＬ型焼結機１には、かない以前より垂直タイプの通気制御棒１５が設置されていたが、それを利用した通気性の制御方法は、原料性状、通気性等の操業因子間に存在する一定の関係に基づいたものでなく、極めてあいまいで、もっと定量的な利用方法の出現が熱望されていた。特に、鉄源としての良質な鉄鉱石粉が枯渇してきた最近では、高結晶水を内包する鉄鉱石粉の利用が高まり、焼結原料層６の水分や通気性の管理が従来より格段と難しくなる傾向にあるので、この要求は一層高まっている。
特開平２−２６３９３５号公報特開平５−２９５４５６号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、焼結原料層の通気性を従来より定量的で、且つ良好に制御可能な焼結操業方法を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。

すなわち、本発明は、下向き吸気するドワイト・ロイド型焼結機のパレット上に装入された、高結晶水含有鉄鉱石を２０質量％を超えて含む焼結原料層中に、上方より挿入した通気制御棒で該焼結原料層に通気溝を形成してから表層に着火し、焼結鉱ケーキを連続的に製造する焼結操業方法において、パレット上に装入するものと同じ焼結原料で試験鍋又は実機を用いて予め試験操業を行い、当該焼結原料が形成する焼結原料層の６０〜７０℃になる領域の最大値を湿潤帯厚みとして測定し、前記パレット上に実際に装入した焼結原料層への通気制御棒の挿入深さを前記測定値に基づき変更することを特徴とする焼結操業方法である。この場合、前記通気制御棒の挿入深さを、さらに排鉱部での発塵量の大小に基づき調整するのが良い。

本発明によれば、焼結原料層の通気性を従来より定量的で、且つ良好に制御可能になる。その結果、通気制御棒を使用しても「ムラ焼け」が抑制され、生産性を低下させることなく、焼結鉱の品質（粒度分布、強度等）が一定になる。特に、本発明は、高結晶水を含有する鉄鉱石粉を主体とした焼結原料の焼結操業に対して有効である。

以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。

一般に、焼結原料の粒子同士の焼結は、前記したように、次のようなフローで進行する（図５及び図６参照）。焼結原料が移動するパレット３の上に装入され、その充填層が所定の層厚で形成された後、点火によって表層部に混合した炭材（コークス屑）が燃焼、１２００〜１５００℃程度に昇温すると同時に、焼結原料の一部が溶融し、粒子同士が互いに融着を開始する。この部分が「燃焼帯」とか「赤熱帯」と呼ばれるが、冷却すると所謂「ケーキ状の焼結体」になる。そして、ウインドボックス７が負圧なので、空気が表層部から下向きに流れる。この空気は、上記燃焼帯を通過することで加熱され、該燃焼帯直下の焼結原料を加熱する。その加熱された焼結原料は、水分を蒸発で失い、蒸発した水分は、さらに下層の焼結原料層６内に移行して凝縮する。したがって、「燃焼帯」１１の直下に「乾燥帯」１２、その下には「湿潤帯」１３が存在することになる。なお、これらの各帯を通過するガス（空気が上方の種々の反応でＣＯ，ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ等の混合ガスになっている）の温度は、「乾燥帯」１２で１００℃以上、「湿潤帯」１３で６０〜７０℃である。「乾燥帯」１２に存在する焼結原料は、引き続き加熱されるので、炭材の着火温度に到達後、前記「燃焼帯」１１となる。このようなフローで、焼結原料層６の最下端がこの「燃焼帯」１１になれば、その上方には、該「燃焼帯」１１及び冷却した「ケーキ状の焼結体」が重なった状態になるので、それを焼結機１の排鉱部９より機外へ排出する。

そこで、発明者は、特許文献２記載の通気制御棒１５を備えた下向き吸気のＤＬ型焼結機１で焼結鉱を製造する上で、焼結原料層の通気性が製品である焼結鉱の生産性及び品質を左右するに着眼し、従来より定量的で優れた通気性の制御技術を開発することにした。そして、前記したように、全体の通気性に対して焼結原料層６の下層部、とりわけ「湿潤帯」１３が重要な役割を果たすことから、該「湿潤帯」の厚みと前記通気性制御棒１５の挿入深さとの間に一定の関係が存在しないかどうかを、試験鍋及び実機を用いて検討した。その結果、焼結原料の異なる配合（種類）ごとにその関係を予め求めておけば、従来より優れた通気性の制御が可能であることを見出し、それを要件に本発明を完成させたのである。

まず、本発明では、配合異なった種々の焼結原料の「湿潤帯厚み」を、試験鍋あるいは実機を用いて予め決定する。具体的には、焼結原料層の縦（高さ）方向に温度計を一定距離だけ離隔して多段に配設し、実際に試験焼結を行って、焼結時間と温度が６０〜７０℃に入る領域（焼結原料層内のある距離）との関係を求め、その６０〜７０℃に入る領域（焼結原料層内のある距離）の最大値を「湿潤帯厚み」と定義した。「湿潤帯」１３は焼結時間によっても時々刻々と変化するので、通気性に最も影響の大きい最大値を採用することにしたのである。なお、このようにして決定した「湿潤帯厚み」及び対応する配合原料の種類は、後の利用のため、コンピュータ等にファイル化して記憶させておくのが便利である。

次に、この「湿潤帯厚み」が厚いほど焼結原料層の通気抵抗が大きくなるので、該「湿潤帯厚み」と通気抵抗を低下させる前記通気制御棒の焼結原料層への挿入深さとの関係は、ほぼ直線関係になると予想される。そして、実機で、焼結鉱として許容できる強度で、最も生産性（焼結鉱の生産率：トン（ｔ）／時間（ｈｒ）・面積（ｍ²）で評価）の大きい操業ができた時の通気制御棒の挿入深さを求め、「湿潤帯厚み」との関係を整理したところ、図１に示すような「湿潤帯厚み」と「通気制御棒の挿入深さ」との関係が成立することを確認した。つまり、この関係を利用すれば、下向き吸気するドワイト・ロイド型焼結機のパレット上に装入された焼結原料層中に、上方より挿入した通気制御棒で該焼結原料層に通気溝を形成してから表層に着火し、焼結鉱ケーキを連続的に製造する焼結操業方法において、前記通気制御棒の挿入深さを、装入する焼結原料の性状に応じて定まる「湿潤帯厚み」に基づき設定するようにすれば、生産性を損なわずに、所望品質の焼結鉱が製造できるのである。そこで、このような操業方法を本発明としたのである。なお、図１において直線が複数本になるのは、同一の配合原料でも、焼結原料層の層厚や幅方向での通気制御棒の間隔によって通気性が異なるからである。

引き続いて、焼結原料は、たとえ同一配合（種類）であってもまったく均一のものはありえず、時間の経過で装入する焼結原料の性状は変動する。したがって、上記した本発明に係る操業方法に従って操業していても、場合によっては設定した通気制御棒の挿入深さが適切でないことも起こり、「ムラ焼け」が発生する可能性がある。そこで、発明者は、このような外乱による「ムラ焼け」発生に対する微調整を本発明に加えることにした。すなわち、焼結機のケーキ状焼結体の排出部（排後部）からの発塵量を測定し、その発塵量が少なくなるように、先に前記本発明の実施で設定した通気制御棒の位置を上方に微調整するようにするのである。これにより、焼結原料の同一配合内での「ムラ焼け」が抑制できるようになる。ここで、発塵量の大小は、大気中のダスト量を検出するセンサを設けて常時測定しても良いし、集塵機で回収したダスト量の経時変化で判断しても良い。

以上述べた本発明では、焼結原料の種類を特に限定するものではない。ただし、本発明は、高結晶水を内包する鉄鉱石を多量に配合した焼結原料に対して特に有効である。それらの焼結原料は通気性の制御が難しいが、本発明の適用で適切な通気性の制御ができるようになるからである。

また、本発明の実施では、通気制御棒は、焼結原料をパレットに装入するシュートの位置より下流側で、装入された焼結原料層の表層を掻き均して平坦にする所謂「カットオフ・プレート」の上流側に配置する。そして、該通気制御棒の焼結原料層への挿入深さは機械的な昇降装置で行われる。したがって、本発明を実施するには、焼結する配合原料を決めたら、前記したコンピュータに記憶させた異なる配合原料ごとのデータより「湿潤帯厚み」を決定し、図１に示した関係を用いて通気制御棒の挿入深さのを決定し、前記昇降装置を稼動させてその値に設定して操業することが基本になる。なお、この設定は、人手で行っても、自動化して行っても良い。

幅４５００ｍｍのパレット、間隔７００ｍｍで６本の昇降自在な通気制御棒を備えた下向き通気のＤＬ型焼結機で焼結操業を行った。使用した焼結原料（配合原料）は、粉状のヘマタイト系鉄鉱石、返鉱、各種ＳｉＯ₂含有原料、石灰石、ドロマイト、粉コークスを混合した配合原料Ａを基準に、外掛けで高結晶水を含有するマラマンバ鉱石を種々変更して配合したものである。つまり、基本配合原料に加えて、外掛けでマラマンバ鉱石を０，１０，２０，３０，４０質量％と異ならせた５種類の焼結原料を準備した。
（比較例）
まず、通気制御棒を焼結原料層に作業者の判断で挿入する従来通りの操業を行った。つまり、６００ｍｍの焼結原料層に対して、通気制御棒の先端が焼結原料層の表面より３００ｍｍの深さに到達するように挿入し、焼結原料層に６本の凹状通気溝を形成させてから点火を行った。

焼結結果は、マラマンバ鉱石の配合が０質量％の配合原料の場合を除き、常時「ムラ焼け」が発生し、許容範囲のドラム強度を有する焼結鉱とするには、焼結歩留りの低下があった。そのため、生産率は、図２に示すように、マラマンバ鉱石の配合量が多くなるにつれ、かなり低下した。
（本発明例）
まず、５種類の配合が異なる配合原料に対応する「湿潤帯厚み」を、予め記憶させてあるコンピュータより出力させた。そして、前記図１に示した関係より、それぞれの「湿潤帯の厚み」に対応する通気制御棒の挿入深さを読みとり、設定値を定めた。この各設定値で操業した結果の生産率は、図３の通りである。なお、マラマンバ鉱石：４０質量％を配合した焼結原料の場合には、発塵量検出センサで測定した発塵量が増加する傾向が見られたので、通気制御棒の値を減少させ、発塵量を低下させる微調整を行った。

本発明の適用で、通気制御の難しい高結晶水含有鉱石であっても、高生産率を確保できることが明らかである。つまり、本発明によれば、焼結原料層の通気性を従来より定量的で、且つ良好に制御可能になる。その結果、通気制御棒を使用しても「ムラ焼け」が抑制され、生産性を低下させることなく、焼結鉱の品質（粒度分布、強度等）が一定になる。特に、本発明は、高結晶水を含有する鉄鉱石粉を主体とした焼結原料の焼結操業に対して有効である。

本発明の基礎をなす焼結原料の「湿潤帯厚み」と「通気制御棒の焼結原料層への挿入深さ」との関係を示す図である。従来の焼結操業で得た各配合原料を焼結した際の生産率を示す図である。本発明を適用した焼結操業で得た各配合原料を焼結した際の生産率を示す図である。ＤＬ型焼結機に配設した垂直方式の通気制御棒を説明する斜視図である。焼結原料層が焼結中に起こす現象を縦断面で模式的に示す図である。焼結原料層が焼結中に起こす現象を横断面で模式的に示す図である。一般的なＤＬ型焼結機の構造を説明する横断面図である。

符号の説明

１ＤＬ型焼結機
２無限軌道
３パレット
４給鉱ホッパ
５シュート
６焼結原料層
７ウインドボックス
８点火炉
９排鉱部
１０焼結鉱帯
１１燃焼帯（赤熱帯）
１２乾燥帯
１３湿潤帯
１４焼結原料帯
１５通気制御棒
１６通気溝

Claims

下向き吸気するドワイト・ロイド型焼結機のパレット上に装入された、高結晶水含有鉄鉱石を２０質量％を超えて含む焼結原料層中に、上方より挿入した通気制御棒で該焼結原料層に通気溝を形成してから表層に着火し、焼結鉱ケーキを連続的に製造する焼結操業方法において、
パレット上に装入するものと同じ焼結原料で試験鍋又は実機を用いて予め試験操業を行い、当該焼結原料が形成する焼結原料層の６０〜７０℃になる領域の最大値を湿潤帯厚みとして測定し、前記パレット上に実際に装入した焼結原料層への通気制御棒の挿入深さを前記測定値に基づき変更することを特徴とする焼結操業方法。
前記通気制御棒の挿入深さを、さらに排鉱部での発塵量の大小に基づき調整することを特徴とする請求項１記載の焼結操業方法。