JP5146572B1 - 焼結用原料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鉄鉱石及びSiO2含有原料を造粒して得た擬似粒子の表面に、石灰石系粉原料を供給して石灰石系粉原料の内層を形成し、ついで固体燃料系粉原料を供給して石灰石系粉原料の内層の上に固体燃料系粉原料の外層を形成するに際し、
上記石灰石系粉原料として、超微粉石灰石を5〜40mass%の割合で配合したものを用いると共に、固体燃料系粉原料として、高カーボンダストを5〜40mass%の割合で配合したものを用いる。
【選択図】図7
Description
即ち、まず粒径が10mm以下の鉄鉱石、及び珪石、蛇紋岩又はニッケルスラグなどからなるSiO2含有原料、及び石灰石などのCaOを含有する石灰石系粉原料、及び粉コークス又は無煙炭などの熱源となる固体燃料系粉原料を、ドラムミキサーを用いて、これに適当量の水分を添加して混合、造粒して擬似粒子と呼ばれる造粒物を形成する。この擬似粒子からなる配合原料は、ドワイトロイド式焼結機のパレット上に適当な厚さ、例えば500〜700mmになるように装入して表層部の固体燃料に着火し、着火後は下方に向けて空気を吸引しながら固体燃料を燃焼させ、その燃焼熱によって配合した焼結原料を焼結させて焼結ケーキとする。この焼結ケーキは、破砕、整粒され、一定の粒径以上の焼結鉱を得る。一方、それ未満の粒径のものは返鉱となり、焼結原料として再利用される。
「 鉄鉱石、SiO2含有原料、石灰石系粉原料及び固体燃料系粉原料からなる焼結原料を準備し、
前記鉄鉱石、SiO2含有原料と石灰石系粉原料を撹拌混合用ドラムミキサーで混合して、混合原料を生成し、
前記混合原料をディスクペレタイザーで造粒し、造粒粒子を生成し、
前記造粒粒子を外層形成用ドラムミキサーに供給し、
前記外層形成用ドラムミキサーに供給された造粒粒子に、前記外層形成用ドラムミキサーの排出口側から、前記固体燃料系粉原料を添加し、前記固体燃料系粉原料の添加から外層形成用ドラムミキサーからの排出までの40秒以下で10秒以上の外装時間の間に前記造粒粒子の表面に固体燃料系粉原料層を形成する
ことを特徴とする焼結用原料の製造方法。」(請求項1)
を開示した。
また、本発明は、従来は焼結機でムラ焼けが発生するためにその使用が制限されていた微粉コークスなどを有効活用することによって、焼結鉱の生産性を大幅に向上させることができる焼結用原料の有利な製造方法を提供することを目的とする。
その結果、石灰石系粉原料中に超微粉石灰石を適量配合することによって、造粒時におけるCF融液の生成が促進されて外殻層の強度が向上すると共に、焼結時における通気性が改善されて、焼結用原料の生産性が向上することを新たに見出した。
また、本発明者らは、CDQなどで発生する微粉コークスなどの高カーボンダストを、適正な割合で、従来の粉コークス、無煙炭などに代表される固体燃料系粉原料と共に併用して、擬似粒子の表面に付着させるようにすれば、燃焼性および造粒強度が大幅に向上し、その結果、焼結用原料の生産性が向上するとの知見を得た。
なお、本発明によれば、上記したCDQなどで発生する微粉コークスのほか、C濃度が50mass%以上の微粉も使用可能であることが究明されたので、これらを総称して高カーボンダストと称する。
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
1.鉄鉱石、SiO2含有原料、石灰石系粉原料及び固体燃料系粉原料からなる焼結原料を準備し、
上記鉄鉱石及びSiO2含有原料を撹拌混合用ドラムミキサーで混合して、混合原料を生成し、
上記混合原料をディスクペレタイザーで造粒して、擬似粒子を生成し、
上記擬似粒子を外層形成用ドラムミキサーに供給し、
上記外層形成用ドラムミキサーに供給された擬似粒子に、上記外層形成用ドラムミキサーの装入口側から上記石灰石系粉原料を添加すると共に、上記外層形成用ドラムミキサーの排出口側から上記固体燃料系粉原料を添加して、上記擬似粒子の表面に石灰石系粉原料層及び固体燃料系粉原料層を形成するに際し、
上記石灰石系粉原料に対して、大きさが50μm以下の超微粉石灰石を5〜40mass%の割合で併用すると共に、
上記固体燃料系粉原料に対して、大きさが50μm以下で、かつC濃度が50mass%以上の高カーボンダストを併用する
ことを特徴とする焼結用原料の製造方法。
また、本発明に従い、上記した超微粉石灰石だけでなく、固体燃料系粉原料として高カーボンダストを活用した場合、高カーボンダストは、擬似粒子表面に外装されるため、擬似粒子径を大きく保つことができるだけでなく、擬似粒子内に内装されないため、燃焼性が向上し、外装時間も短縮することができる。そして、通常の固体燃料と併用することから、微粉である高カーボンダストの飛散などが抑制されハンドリングが容易となる。
さらに、外装時、固体燃料空隙部分に高カーボンダストが充填される形で外装されるため、外装部分の強度も上昇し、その結果、擬似粒子の強度が向上し、また焼結機供給時の粉発生も軽減される。加えて、焼結時における焼けムラの発生を確実に阻止することができる。
その他、燃料としては、C濃度が50mass%以上であれば焼結用凝結材として使用可能であり、またC濃度が50mass%未満であっても、他のC濃度が50mass%以上の微粉と混合してC濃度を50mass%以上に調整してやれば、使用が可能となる。
図1に、本発明に従う、焼結用原料の好適製造工程を模式で示す。
図中、符号1は撹拌混合用ドラムミキサー、2はディスクペレタイザー、3は外層形成用ドラムミキサー、4は無端移動グレート式焼成炉、5は点火炉、そして6が固体燃料系粉原料の供給装置、7が石灰石系粉原料の供給装置である。
図1に示すとおり、鉄鉱石とSiO2含有原料を撹拌混合用ドラムミキサー1に供給し、添加される水と共に撹拌混合して、混合原料を生成する。
この混合原料は、ディスクペレタイザー2に供給され、このディスクペレタイザー2で造粒し、擬似粒子を生成する。生成された擬似粒子は、外層形成用ドラムミキサー3に供給される。
外層形成用ドラムミキサー3では、ディスクペレタイザー2で造粒された擬似粒子に対し、ドラムミキサー3の装入口側で石灰石系粉原料を供給して石灰石の下地層を形成し、ついでドラムミキサー3の排出口側で固体燃料系粉原料である粉コークスを供給して石灰石の下地層の上にコークスの外層を形成する。なお、固体燃料系粉原料の供給装置6や石灰石系粉原料の供給装置7としては、コンベヤや噴射ノズルなどが有利に適合する。
この外層形成用ドラムミキサー3で、石灰石系粉原料の内層および固体燃料系粉原料の外層からなる外殻層が形成された焼結用原料は、下方吸引式のドワイトロイド式焼結機4に装入される。このドワイトロイド式焼結機4では、点火炉5で焼結用原料の粉コークスに添加されて、焼成が行われる。
このように、従来使用されてきた石灰石系粉原料および固体燃料系粉原料の平均粒径は比較的大きかったこともあって、必ずしも強固な外殻層を形成することができなかった。また、燃焼速度についても十分に満足のいく速度は得られなかった。
また、同様に、従来は微細すぎるとして、その使用を見合わせていた高カーボンダストを、適正な割合で混在させると、比較的粒径の大きな炭素原料の空隙に微細な高カーボンダストが侵入して、強固な固体燃料系粉原料の外層が形成されることが判明した。
その結果、造粒強度および燃焼性が大幅に向上し、生産性も格段に向上すること究明されたのである。
同図に示したとおり、超微粉石灰石を外装した本発明に従う擬似粒子では、超微粉石灰石の配合率が高くなるに従って造粒強度は上昇し、燃焼溶融帯圧損は低下している。しかしながら、超微粉石灰石の配合率が4mass%(全石灰石に対する併用割合:40mass%)を超えると過溶融状態となり、燃焼溶融帯圧損が増加し始める。
同図に示したとおり、粉コークスの粒径が小さくなればなるほど、粉コークスの比表面積は増大し、また雰囲気温度も高温になるため、燃焼速度は上昇する。
従って、かような超微粉・高反応性炭材(高カーボンダスト)を適正な割合で併用することにより、燃焼速度の向上が期待できるわけである。
同図に示したとおり、高カーボンダストを外装した本発明に従う擬似粒子では、高カーボンダストの配合率が0.25mass%以上、すなわち全カーボン(固体燃料系粉原料)のうち高カーボンダストの配合割合が5mass%以上になると燃焼速度は上昇し、それに伴って層内最高到達温度も上昇する。しかしながら、高カーボンダストの配合割合が2mass%(粉コークスに対する併用割合:40mass%)を超えると、層内最高到達温度は低下し始める。
なお、図5には、比較のため、高カーボンダストを擬似粒子の内部に内装した場合の擬似粒子の造粒強度および焼結強度について調べた結果も併せて示す。
また、造粒強度および焼結強度はそれぞれ、以下に示す推定式(数1、数2)に基づいて推定した。
・造粒強度の推定式
σ=6・ψ・S・{(1−ε)/ε}・{(γcosθ)/d}
ここで、σ:擬似粒子の強度(N)、ψ:液体の充満度(-)、S:粉体の表面積(m2)、ε:擬似粒子の空隙率(-)、γ:水の表面張力(N/m)、θ:水との接触角(°)、d:擬似粒子径(m)
・焼結強度の推定式
σt=σ0・exp(-c・P)
ここで、σt:引張強度(MPa)、σ0:基質強度(MPa)、P:空隙率(-)、c:定数(-)
また、本発明に従った場合には、擬似粒子の焼結強度も格段に向上したが、この理由は、空隙率の低下に起因するものと考えられる。すなわち、本発明に従い、超微粉石灰石および高カーボンダストを適量併用した場合には、通常の粉石灰石および粉コークスの空隙に、微細な粉石灰石および高カーボンダストが侵入し、その結果、カーボン焼成後に生じる空隙(破壊起点)の生成が抑制されたことによるものと考えられる。
図6(b)と図7(b)を比較すれば明らかなように、従来法に従う擬似粒子では、高カーボンダストが内部に点在しているのに対し、本発明に従う擬似粒子では、超微粉石灰石が石灰石系粉原料の間隙に侵入した内層と、高カーボンダストが粉コークスの間隙に侵入した外層が形成されていることが分かる。
すなわち、超微粉石灰石の適量添加により、造粒時におけるCF融液の生成が促進されて強度の弱いカルシウムシリケートの生成が抑制される結果、擬似粒子の強度が向上し、また焼結時における通気性が向上する結果、焼結用原料の生産性が向上するのである。
一方、高カーボンダストの添加により、疎水性の炭材が外装されることによって、濡れ性が大きく改善される結果、造粒強度が格段に向上し、また通常の粉コークスの空隙に、微細な高カーボンダストが侵入する結果、カーボン焼成後に生じる空隙(破壊起点)の生成が抑制されて、擬似粒子の焼結強度が格段に向上し、さらに擬似粒子の外装造粒時間を従来に比べて約1/2程度まで短縮することができる。
ここに、超微粉石灰石の大きさとは、超微粉石灰石が球状の場合には円相当径、一方非球形の場合には、篩い目径と定義する。
上記した超微粉石灰石としては、次表1に示すものが使用可能である。
一方、高カーボンダストC濃度が50mass%に満たないと燃焼熱が小さく、さらに共存するスラグ成分・灰分により、粉コークスの燃焼性が阻害されるという不利が生じる。
ここに、高カーボンダストの大きさの定義は、超微粉石灰石の場合と同じである。
表2に、CDQ集塵粉、鉄粉製造時の集塵粉および貯骸槽の集塵粉の好適成分例を示す。
なお、焼結用原料全体に対する固体燃料系粉原料および石灰石系粉原料の配合割合はそれぞれ、固体燃料系粉原料:3.0〜6.0mass%、石灰石系粉原料:6.0〜12.0mass%程度とすることが好ましい。さらに好ましくは固体燃料系粉原料:3.5〜5.0mass%、石灰石系粉原料:6.5〜10.0mass%の範囲である。
同図に示したとおり、従来の擬似粒子の好適外装造粒時間が40秒前後であったのに対し、本発明に従う擬似粒子の好適外装造粒時間は20〜25秒程度とあり、外装造粒時間を大幅に短縮することができた。
このようにして外装処理における外装時間を短縮することによって、外層形成用ドラムミキサーの生産性を向上することができる。しかも、得られた焼結用原料を焼結すると、CF融液を焼結用原料の表面に選択的に生成させて、焼結鉱を効率良く製造することもできる。
図1に示したように、鉄鉱石およびSiO2含有原料を装入口から撹拌混合用ドラムミキサー1に装入して、混合原料を生成した。なお、SiO2含有原料としては、珪石あるいはニッケルスラグを使用した。ついで、この混合原料をディスクペレタイザー2に装入し、このディスクペレタイザー2内で造粒して擬似粒子とした。ついで、得られた擬似粒子を外層形成用ドラムミキサー3に装入し、この擬似粒子が外層形成用ドラムミキサー3の排出口に到達するまでの滞留時間が40秒となる位置で、石灰石系粉原料として平均粒径:1.2mmの石灰石:8mass%と平均粒径:50μmの超微粉石灰石:2mass%(全石灰石に対する併用割合:20%)を添加し、また外層形成用ドラムミキサー3の排出口に到達するまでの滞留時間が20秒となる位置で、固体燃料系粉原料として平均粒径:0.9mmの粉コークス:4mass%と平均粒径:50μmの高カーボンダスト:1mass%(全コークスに対する併用割合:20%)を添加した。また、具体的な添加は、装入口あるいは排出口から外層形成用ドラムミキサー3内の長手方向に進退可能に配置したスクリューコンベアの先端位置を調整して添加した。したがって外装時間は40秒(石灰石系粉原料)、20秒(固体燃料系粉原料)である。
これを発明例1とする。
実施例1と同様にして、表3に示す種々の焼結用原料(発明例2,3および比較例3)を製造した。各焼結用原料における素材の配合割合は表3に示すとおりである。
発明例2は、全石灰石に対して超微粉石灰石を20mass%併用した場合、発明例3は、全石灰石に対して超微粉石灰石を20mass%併用すると共に、全コークスに対して高カーボンダストを20mass%併用した場合である。なお、外装時間はいずれも、粉石灰石が40秒、粉コークスが20秒とした。
かくして得られた各焼結用原料を焼結したときの焼結時間、歩留りおよび生産性について調べた結果を、比較して図9示す。
2 ディスクペレタイザー
3 外層形成用ドラムミキサー
4 無端移動グレート式焼成炉
5 点火炉
6 固体燃料系粉原料の供給装置
7 石灰石系粉原料の供給装置
Claims (5)
- 鉄鉱石、SiO2含有原料、石灰石系粉原料及び固体燃料系粉原料からなる焼結原料を準備し、
上記鉄鉱石及びSiO2含有原料を撹拌混合用ドラムミキサーで混合して、混合原料を生成し、
上記混合原料をディスクペレタイザーで造粒して、擬似粒子を生成し、
上記擬似粒子を外層形成用ドラムミキサーに供給し、
上記外層形成用ドラムミキサーに供給された擬似粒子に、上記外層形成用ドラムミキサーの装入口側から上記石灰石系粉原料を添加すると共に、上記外層形成用ドラムミキサーの排出口側から上記固体燃料系粉原料を添加して、上記擬似粒子の表面に石灰石系粉原料層及び固体燃料系粉原料層を形成するに際し、
上記石灰石系粉原料に対して、大きさが50μm以下の超微粉石灰石を5〜40mass%の割合で併用すると共に、
上記固体燃料系粉原料に対して、大きさが50μm以下で、かつC濃度が50mass%以上の高カーボンダストを併用する
ことを特徴とする焼結用原料の製造方法。 - 前記固体燃料系粉原料に対して、高カーボンダストを5〜40mass%の割合で併用することを特徴とする請求項1に記載の焼結用原料の製造方法。
- 前記撹拌混合用ドラムミキサーで混合する混合原料には、高カーボンダストを含有させないことを特徴とする請求項1または2に記載の焼結用原料の製造方法。
- 前記擬似粒子に対して添加する焼結用の原料について、その添加から、前記外層形成用ドラムミキサーの排出口に至る間の滞留時間が10〜40秒であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の焼結用原料の製造方法。
- 前記高カーボンダストが、CDQ集塵粉、鉄粉製造時の集塵粉および貯骸槽の集塵粉うちから選んだ一種または二種以上であり、C濃度を50mass%以上に調整されたものであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の焼結用原料の製造方法。
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