JP5063978B2 - 焼結原料の造粒方法 - Google Patents
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一方、鉄鉱石資源の枯渇により、造粒性と焼結性の良好な鉄鉱石の需要に対して十分に対応できず、難造粒性の微粉原料を、多量に使用せざるを得なくなってきている。このため、微粉原料を造粒するバインダーである生石灰の使用量を、従来よりも増加させて対応しているが、例えば、生石灰は高価であること、また生石灰の通気改善効果はその使用量が2.0質量%程度で飽和すること等の問題がある。
即ち、現状の配合条件で生石灰の配合量を更に増加させても、焼結鉱の高生産性を維持するために十分な強度を有する造粒物が製造できないため、新たな造粒技術が必要である。そこで、以下に示す造粒技術が提案されている。
また、特許文献2には、焼結機へ装入する造粒物を構成する焼結原料に添加する水分量を最適に制御することにより、高生産性および高歩留りで焼結原料を造粒する方法が開示されている。この方法は、焼結原料単味の「吸水率」と「粒度分布」から、焼結原料が付着力を有する下限水分値を算出し、それ以上の水分量となるように焼結原料に水を添加している。
なお、特許文献1、2のいずれについても、焼結原料の造粒には生石灰が使用されている。
そして、特許文献3には、微粉鉱石を含む劣質な焼結原料を、生石灰等の高価なバインダーの配合量を増やすことなく、造粒強化する方法が開示されている。この方法は、焼結原料の一部を造粒処理し、これを残りの焼結原料と混合して造粒しており、具体的には、造粒を強化し、微粉の割合をより低減させるために、高分子化合物(分散剤)を添加している。なお、高分子化合物は、処理される焼結原料中に、例えば0.001質量%以上10質量%以下の比率で添加されている。
また、焼結原料をミキサーへ装入する前に、焼結原料の水分を飽和させておく必要があり、事前に散水する水分量が多量となって、例えば、ヤードの冠水、落鉱量の増加(輸送ベルトに付着して落鉱増加)、または焼結歩留の低下(焼結の際の擬似造粒物の粉化)に繋がる。
また、特許文献2に開示された方法についても、焼結原料中の微粉量が増加した場合、生石灰のみによる造粒では十分な強度が得られず、その効果が頭打ちに近づいている。
また、特許文献1、2は、ある配合を前提とし、造粒性を適正化する技術であるため、資源の劣質化に起因する焼結原料の細粒化による強度低下には対応できない。
そして、焼結原料の水分を造粒前に飽和させることは、例えば、散水設備またはトラック散水による外注費用が必要となり、コスト高となって経済的でない。
更に、焼結原料に水分を飽和させて輸送することにより、例えば、落鉱、またベルトコンベアへの原料付着のような、ハンドリング上の問題点も発生する。
なお、この方法で、微粉原料同士を付着させるために炭酸カルシウムを使用する場合、この炭酸カルシウムは非常に微粒子であるため、これを微粉原料中に十分に分散させるには、その配合割合毎に適正な水分設定を行う必要がある。ここで、炭酸カルシウムの固体架橋力(微粉原料同士を結びつける力)を発現させるためには、炭酸カルシウムが十分に分散した後、微粉原料間の水分を除去する必要があるが、核となる多孔質物質を用いていないため、水分が過剰となって造粒物の強度向上が十分でない。
また、従来の水分調整方法では、焼結原料に含ませる水分量が常に飽和しており、造粒物中で炭酸カルシウムと鉄鉱石が常時湿潤状態であるため、造粒物の輸送過程において造粒物が乾燥した場合、擬似粒子の崩壊が発生し、焼結時の通気性を阻害する悪影響がある。
該擬似造粒物と前記鉄鉱石原料の残りまたは別の鉄鉱石原料とを第2の造粒装置へ供給して造粒物を製造する焼結原料の造粒方法であって、
前記粒状物と前記粉状物との質量比(粉状物/粒状物)を0.7以上1.6未満とし、かつ前記粒状物中の多孔質物質を前記粒状物の30質量%以上90質量%以下とし、
前記第1の造粒装置へ供給される前記炭酸カルシウム量を、該第1の造粒装置へ供給される前記鉄鉱石原料中の0.125mm以下の微粉物の5.0質量%以上10質量%以下とするとともに、前記第1の造粒装置へ供給される前記鉄鉱石原料量を、前記造粒物の10質量%以上50質量%以下とし、
更に、前記第1の造粒装置へ、該第1の造粒装置へ供給される前記鉄鉱石原料量の0.01質量%以上0.1質量%以下の分散剤と、予め測定した前記第1の造粒装置へ供給される前記鉄鉱石原料に吸収される含水等量の水と、該含水等量の2.5質量%以上4.0質量%以下の量の水とを供給するものであり、
前記含水等量は、乾燥した前記鉄鉱石原料を常圧下で20分間水中に浸漬させた後、水分が付着した前記鉄鉱石原料の重量の80倍の遠心力を15分間与えて脱水した場合に除去される水分量である。
本発明に係る焼結原料の造粒方法において、前記第1の造粒装置は高速撹拌可能なアイリッヒミキサーであり、前記第2の造粒装置はドラムミキサーであることが好ましい。
また、粒状物中の多孔質物質量を規定するので、水分を吸収可能な気孔率が調整され、例えば、炭酸カルシウムによる粉状物同士を結合させるための固体架橋が形成され易くなる。ここで、粒状物と粉状物との比を規定するので、造粒性の改善効果が得られ、必要な強度を備えた造粒物を得ることができる。なお、使用する炭酸カルシウム量を規定するので、固体架橋を安定に形成でき、高強度な造粒物を製造できる。
そして、使用する分散剤量を規定するので、分散しづらい炭酸カルシウムを、鉄鉱石原料中に十分に分散できる。また、使用する水分量を規定するので、炭酸カルシウムを鉄鉱石原料中に十分に分散できる。
これにより、鉄鉱石原料を強固に造粒し、造粒物の焼結の際の通気性を改善して、焼結鉱の生産性を向上させることができる。
請求項2記載の焼結原料の造粒方法は、炭酸カルシウムの平均粒径を規定しているので、炭酸カルシウムの品質を均一にでき、安定した強度を備える造粒物を製造できる。
請求項3記載の焼結原料の造粒方法は、第1の造粒装置がアイリッヒミキサーであり、第2の造粒装置がドラムミキサーであるので、従来使用されている装置を使用して、高強度の造粒物を容易に製造できる。
ここで、図1は本発明の一実施の形態に係る焼結原料の造粒方法の説明図、図2は粒状物の質量に対する粉状物の質量比と擬似造粒物の強度との関係を示すグラフ、図3は炭酸カルシウムの使用量と擬似造粒物の強度との関係を示すグラフ、図4は添加した水分量と擬似造粒物の強度との関係を示すグラフである。
これにより、ハンドリングの難しい粉状物の水分量を、従来のように事前に上昇させることなく、強固な擬似造粒物を製造することが可能となる。
これにより、粉状物を使用して強固な擬似造粒物を製造することが可能となり、焼結鉱の生産性を向上させることができる。
この鉄鉱石原料中の核となる粒状物の周囲に、粉状物を付着させて、擬似造粒物を製造する。この擬似造粒物の強度の評価に際しては、GIと呼ばれる焼結原料の造粒性を示す指標を使用している。このGIは、以下の式で算出される。
GI=100−(擬似造粒物中の0.25mm以下の粉状物の比率)/(真粒子中の0.25mm以下の粉状物の比率)
ここで、真粒子とは、擬似造粒物を造粒するために使用する鉄鉱石原料そのものの粒子を指し、粒子同士の付着が実質的にない前提で、下記に示す文献に記載されたものである。
擬似造粒物中と真粒子中の0.25mm以下の各粉状物量を、「第3版 鉄鋼便覧 第2刊 製銑・製鋼(第3刷)丸善株式会社発行」の第84頁の図2・3に記載された手順で測定する。なお、擬似造粒物中の残存水分が3質量%と0質量%の2種類の擬似サンプルを作製した後、上記図2・3に記載された低温乾燥の手順を実施する。
(a)含水率3質量%まで乾燥させたときの擬似造粒物中の0.25mm以下の粉状物の比率
(b)含水率0質量%まで乾燥させたときの擬似造粒物中の0.25mm以下の粉状物の比率
(c)水洗により、粉状物同士の付着を無くした水洗後の0.25mm以下の粉状物の比率(即ち、真粒子中の0.25mm以下の粉状物の比率)
を用いて、前記したGI−1とGI−2を算出する。
このGI−1は、半乾燥状態での擬似造粒物の強度指数を示している。
GI−2=100−(含水率0質量%まで絶乾(絶対乾燥)させたときの擬似造粒物中の0.25mm以下の粉状物の比率)/(水洗後の0.25mm以下の粉状物の比率)
このGI−2は、絶対乾燥状態での擬似造粒物の強度指数を示している。
図2に示すように、粉核比が大きくなるに伴って、即ち粒状物に対する粉状物の量が増えるに伴って、擬似造粒物の強度(GI−2)が低下する傾向がみられる。ここで、粉核比が0.7未満の場合、造粒すべき粉状物が少なくなり過ぎ、造粒性の改善効果の発揮代が少なくなる。一方、粉核比が1.6以上の場合、アイリッヒミキサー10で得られる擬似造粒物がペレット状となり、必要な造粒物強度(例えば、平均強度93%以上)が得られなくなる。
以上のことから、粉核比を0.7以上1.6未満としたが、上限を1.5、下限を0.9、更には1.0とすることが好ましい。
ここでいう多孔質物質とは、例えば、マラマンバ鉱石と豪州ピソライト鉱石のように、気孔を多く有する鉄鉱石であり、気孔率の測定方法として一般的な、水銀圧入式ポロシメーター法により測定した気孔率(気孔量ともいう)が、0.07cm3/g以上のものである。
このマラマンバ鉱石と豪州ピソライト鉱石の産地銘柄の例を表1に示す。なお、マラマンバ鉱石の産地銘柄はウエストアンジェラスであり、豪州ピソライト鉱石の産地銘柄はヤンディとローブリバーである。また、マウントニューマンは、気孔率が0.07cm3/g未満であるため、多孔質物質ではない。
一方、多孔質物質量が粒状物の90質量%を超える場合、前記した粉核比0.7以上1.6未満の条件を満足できなくなる。これは、通常の多孔質物質ではないヘマタイト鉱石に対し、多孔質物質、例えばピソライト鉱石は、粗粒物を多く含む銘柄が多いこと、例えばマラマンバ鉱石は、微粒物を多く含む銘柄が多いことに起因する。
つまり、多孔質物質を核粒子となる粒状物として使用することで、多孔質物質の表層水分が気孔内へ移動し、炭酸カルシウムの固体架橋による強固な擬似造粒物が製造可能になる。
以上のことから、粒状物中の多孔質物質量を粒状物の30質量%以上90質量%以下としたが、上限を80質量%、下限を40質量%、更には50質量%とすることが好ましい。
ここで、鉄鉱石原料量が焼結原料の10質量%未満の場合、残部の焼結原料中の粉状物(微粉物)量が増加するため、アイリッヒミキサー10による造粒に使用される粉状物量が減少し、ドラムミキサー11による焼結原料全体の造粒効率が低下する。
一方、鉄鉱石原料量が焼結原料の50質量%を超える場合、造粒性の改善効果が飽和するため、生産性向上効果が少ない。この場合、焼結鉱の品質に特に不具合は無いが、難造粒性原料を選択的に造粒することができなくなるため、コスト的に不経済である。
以上のことから、鉄鉱石原料量を焼結原料の10質量%以上50質量%以下としたが、上限を45質量%、更には40質量%、下限を15質量%、更には20質量%とすることが好ましい。
このように規定した理由を、図3を参照しながら説明する。なお、図3において、分散剤量は、アイリッヒミキサー10へ供給される鉄鉱石原料の0.015質量%、水分量は、遠心含水等量に更に遠心含水等量の2.5質量%を加えた量である。
図3に示すように、炭酸カルシウム量が5.0質量%未満の場合、固体架橋による結合力が低下するため、擬似造粒物の強度、即ち前記したGI−2が低下する。
一方、炭酸カルシウム量が10質量%を超える場合、造粒すべき粉状物に対し、使用する炭酸カルシウム量が過剰となって改善効果が発現しないため、固体架橋による効果が飽和する。
なお、炭酸カルシウムによる効果を更に得るには、炭酸カルシウムの平均粒径の下限を12μm、上限を17μmとすることが好ましい。
ここでいう分散剤は、親水性が高く、平均分子量が1000よりも大きい有機、もしくは無機高分子化合物(例えば、平均分子量500万以上1000万以下のポリアクリル酸ナトリウムのような高分子分散剤)であり、例えば、特開2003−73749号公報の段落0016〜0018に示されているものを使用できる。
ここで、使用する分散剤量が鉄鉱石原料の0.01質量%未満の場合、分散効果が十分に発揮できず、炭酸カルシウムを造粒すべき鉄鉱石原料中に十分に分散できない。一方、鉄鉱石原料の0.1質量%を超える場合、分散効果が飽和する。
以上のことから、分散剤による効果を更に得るには、分散剤の添加量の上限を0.07質量%、更には0.05質量%することが好ましい。
この遠心含水等量とは、JIS A 1207(廃止)に記載されていた固体物質の水分保有特性である。具体的には、乾燥した鉄鉱石原料を常圧下で20分間水中に浸漬させた後、水分が付着した鉄鉱石原料の重量の80倍の遠心力を15分間与えて脱水した場合に除去される水分量である。
図4に示すように、遠心含水等量より過剰に添加する水分量が、該遠心含水等量の4.0質量%を超える場合、焼結原料がスラリー化するため、擬似造粒物の強度(GI−2)の顕著な上昇が望めず、また造粒による擬似造粒物の粒成長が進行しない。また、擬似造粒物を搬送するベルトへ付着する焼結原料量が増加するに伴い、落鉱量が増加して、環境悪化にも繋がる。
一方、遠心含水等量より過剰に添加する水分量が、該遠心含水等量の2.5質量%未満の場合、水の媒体としての役割が不足し、炭酸カルシウムを焼結原料間に十分に分散させることができず、擬似造粒物の強度が低下し、造粒効果が低下する。
以上のことから、過剰に添加する水分量を、遠心含水等量の2.5質量%以上4.0質量%以下としたが、上限を3.5質量%、下限を3.0質量%とすることが好ましい。
このように、予備造粒して得られた擬似造粒物を、例えば、生石灰、粉鉱、および副原料のような焼結原料の残部とともに、ドラムミキサー11に装入して造粒し、造粒物を製造する(即ち、非選択系造粒物は生石灰で造粒)。
そして、得られた造粒物を焼結機へ供給して焼結鉱を製造する。
本実施例で製造した擬似造粒物の鉄鉱石原料の構成成分は、表2に示す通りである。なお、表2の豪州ヘマタイトは、オーストラリア産のヘマタイト鉱石であり、ゴアは、インド産マグネタイト鉱石であり、ペレットフィードは、鉱石種がMBR−PF(ブラジル産ヘマタイト鉱石)である。
この各鉄鉱石原料を、以下に示す表3の条件によって造粒し、擬似造粒物を製造した結果を、表4に示す。
以上のことから、本願発明を適用することで、従来よりも高強度な擬似造粒物を製造できることを確認できた。特に、含水率を0質量%まで乾燥させた後の擬似造粒物の粉化量を、従来と比較して著しく低減できるため、焼結機の焼結ベット中における通気性を大きく改善でき、生産性の向上が可能となることを確認できた。
また、前記実施の形態においては、アイリッヒミキサーで擬似造粒物を製造し、この擬似造粒物を使用してドラムミキサーで造粒物を製造した場合について説明した。しかし、擬似造粒物と造粒物の製造を、必要に応じて、例えば、ディスクペレタイザーまたはプロシャミキサーを使用することもできる。
Claims (3)
- 粒度が2.0mm以上の粒状物および粒度が0.25mm以下の粉状物を含む鉄鉱石原料と、前記粒状物の周囲に前記粉状物をまたは前記粉状物同士を結合させる炭酸カルシウムとを、第1の造粒装置へ供給して擬似造粒物を製造した後、
該擬似造粒物と前記鉄鉱石原料の残りまたは別の鉄鉱石原料とを第2の造粒装置へ供給して造粒物を製造する焼結原料の造粒方法であって、
前記粒状物と前記粉状物との質量比(粉状物/粒状物)を0.7以上1.6未満とし、かつ前記粒状物中の多孔質物質を前記粒状物の30質量%以上90質量%以下とし、
前記第1の造粒装置へ供給される前記炭酸カルシウム量を、該第1の造粒装置へ供給される前記鉄鉱石原料中の0.125mm以下の微粉物の5.0質量%以上10質量%以下とするとともに、前記第1の造粒装置へ供給される前記鉄鉱石原料量を、前記造粒物の10質量%以上50質量%以下とし、
更に、前記第1の造粒装置へ、該第1の造粒装置へ供給される前記鉄鉱石原料量の0.01質量%以上0.1質量%以下の分散剤と、予め測定した前記第1の造粒装置へ供給される前記鉄鉱石原料に吸収される含水等量の水と、該含水等量の2.5質量%以上4.0質量%以下の量の水とを供給するものであり、
前記含水等量は、乾燥した前記鉄鉱石原料を常圧下で20分間水中に浸漬させた後、水分が付着した前記鉄鉱石原料の重量の80倍の遠心力を15分間与えて脱水した場合に除去される水分量であることを特徴とする焼結原料の造粒方法。 - 請求項1記載の焼結原料の造粒方法において、前記炭酸カルシウムの平均粒径は10μm以上20μm以下であることを特徴とする焼結原料の造粒方法。
- 請求項1または2記載の焼結原料の造粒方法において、前記第1の造粒装置は高速撹拌可能なアイリッヒミキサーであり、前記第2の造粒装置はドラムミキサーであることを特徴とする焼結原料の造粒方法。
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