JP5187473B2

JP5187473B2 - 焼結鉱の製造方法

Info

Publication number: JP5187473B2
Application number: JP2006080307A
Authority: JP
Inventors: 聡彦大久保; 勝松村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: JP2007254812A

Description

本発明は、ドワイトロイド（以下、「ＤＬ」と記す）式焼結機を使用した焼結鉱の製造方法において、単位体積あたりに含有される炭素量の多い物質を焼結原料中の凝結材として用いることにより成品歩留りを向上させることができる焼結鉱の製造方法に関する。

ＤＬ式焼結機による焼結鉱の一般的な製造工程では、焼結鉱は下記のとおり製造される。鉄源である粉鉄鉱石、凝結材としてのコークス、成分調整のための副原料、返鉱などから構成される焼結原料は造粒機により混合された後に、ＤＬ式焼結機に供給され、パレット上で原料層（以下「原料のベッド」ともいう）を形成する。ＤＬ式焼結機は循環移動する多数のパレットを備えており、原料層はブロワーによって下方吸引されながらパレットの移動にともなって点火炉に向かって搬送される。

点火炉の直下において原料層の上部表面に着火され、吸引される空気によって原料層内のコークスが燃焼する。コークスが燃焼する領域では高温の燃焼溶融帯が形成される。上述の通り、空気は下方に吸引されることから、この燃焼溶融帯は下方に進行し、燃焼溶融帯の上部には、焼結鉱が形成される。このようにして形成されたパレット上の焼結鉱の塊を焼結ケーキとも称する。したがって、ＤＬ式焼結機での搬送の中間過程では、上部から焼結ケーキ、燃焼溶融帯および原料層が混在する。

こうして焼成された焼結ケーキは排鉱部から排出された後に、冷却、破砕および整粒され、高炉使用に適した粒度範囲の焼結鉱は高炉に送られ、前記範囲に該当しない細粒焼結鉱は返鉱として再び焼結原料に用いられる。

このように、ＤＬ式焼結機による焼結鉱の製造工程は、凝結材を混合した原料の充填層を上部から下部に向かって通過するガスからの伝熱によって凝結材を燃焼させ、焼結反応を進行させることを特色としている。

最近では、良質の鉄鉱石の枯渇が進み、焼結鉱の主な原料である粉鉄鉱石に関しても、見かけ密度の小さい劣質の鉄鉱石の使用割合が増加している。使用される原料の見かけ密度が小さくなると、成品である焼結鉱のマクロ気孔が増加することから焼結鉱が脆くなり、成品歩留りが悪化する。このため、成品歩留りを改善する新たな技術が求められている。

例えば、特許文献１には、焼成途中の原料のベッド上面から下向きの圧力を加えることにより、焼結鉱のマクロ気孔の低減を図り、成品歩留りおよび強度を向上させる焼結鉱の製造方法が開示されている。

しかし、特許文献１で開示された方法は、その効果が焼結ケーキ表面近傍に限定され、また過度に圧力を加えると通気不良となり生産性が悪化するという問題があることから、その適用には限界がある。

一方、耐火物に関しては、資源の有効活用および環境保護の観点から、使用済みの耐火物屑のリサイクルについて種々の検討がなされている。高炉などに使用されるカーボンレンガは可燃物であることから埋め立て処分ができず、リサイクルされない場合は焼却処分するしか方法がない。このため、一般に使用済みのカーボンレンガは耐火物原料としてリサイクルされる。

例えば、特許文献２には、使用済みのレンガや不定形耐火物といった再利用材料を用いた場合でも、材料の吸水率や吸水指数等を規定することにより、少ない水分添加量で施工可能なキャスタブル耐火物の混練方法が開示されている。

しかし、高炉などに使用されメタルやスラグに侵食されたカーボンレンガ屑は不純物を含んでおり、耐火物原料としてリサイクルを行う場合は、耐火物の性能が低下するという問題がある。このため、特許文献２で開示された方法を用いても、カーボンレンガ屑等を有効利用することは困難である。

特開昭６０−２３４９２７号公報特開２００４−５９３７０号公報（段落［００１４］）

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、焼結鉱の成品歩留りを向上させるとともに、資源の有効活用および環境保護の観点から、使用済みの材料を凝結材として有効に利用することが可能な焼結鉱の製造方法を提供することを目的としている。

焼結原料中の例えばコークスのような凝結材は焼結過程で焼失することから、焼結原料中の凝結材は焼結ケーキ中では気孔となる。焼結ケーキ中の気孔が増加すると焼結鉱は脆くなり、細粒焼結鉱、すなわち返鉱が増加して成品歩留りが低下する。凝結材としてコークスを使用した場合には、コークスは焼結原料中の質量比率では４％程度であるが、鉄鉱石に比べて見かけ密度が低いことから、体積比率では１０％程度を占めることになる。

本発明者らは、上述の通り、気孔の形成に及ぼすコークスの影響が非常に大きいことに着目し、種々の検討を行った。その結果、下記の（ａ）および（ｂ）に示す新たな知見を得た。
（ａ）単位体積あたりに含有される炭素量の多い物質を焼結原料中の凝結材として用いることにより、高歩留りの焼結鉱が得られる。具体的には、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０トン（ｔ）以上の物質を用いることにより、焼結鉱における気孔の生成が緩和され、焼結鉱の成品歩留りを向上させることができる。
（ｂ）１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上の物質としては、例えば、人造黒鉛がある。しかし、人造黒鉛はコークスに比べて非常に高価であり、製造コストの上昇を招くことになる。一方、カーボンレンガ屑は単位体積あたりに含有される炭素量が多いという特性を有するが、メタルやスラグに侵食されたカーボンレンガ屑は不純物を含むことから、従来はリサイクルされなかった。ところが、焼結原料中の凝結材としてカーボンレンガ屑を使用することにより、焼結鉱の成品歩留りを向上させるだけでなく、材料コストの低減および資源の有効活用が可能な焼結鉱の製造方法が実現できる。

本発明は、これらの知見に基づいて完成されたものであり、下記（１）および（２）の焼結鉱の製造方法を要旨としている。
（１）ドワイトロイド式焼結機を使用する焼結鉱の製造方法において、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上のカーボンレンガを焼結原料中の凝結材として用い、前記焼結原料中で、鉱石、副原料および返鉱の総和に対する前記凝結材の配合率を３．５％以上３．９％以下とすることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
（２）ドワイトロイド式焼結機を使用する焼結鉱の製造方法において、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上のカーボンレンガとコークスとの混合物を焼結原料中の凝結材として用い、前記焼結原料中で、鉱石、副原料および返鉱の総和に対する前記凝結材の配合率を３．５％以上３．９％以下とすることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
（３）上記（１）または（２）に記載の焼結鉱の製造方法では、凝結材として１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上のカーボンレンガを用いるため、使用済みの材料を有効利用できる。

本発明において、「１ｍ³あたりに含有される炭素量」とは、ＪＩＳ−Ｚ８９０１（試験用粉体及び試験用粒子）に規定される見かけ密度（粉体の質量をその占める体積で除した値）に炭素含有率を乗じることにより算出される値であって、凝結材１ｍ³あたりに含有される炭素の質量を意味する。

本発明の焼結鉱の製造方法によれば、ＤＬ式焼結機を使用する焼結鉱の製造方法において、焼結鉱の主原料である粉鉄鉱石が見かけ密度の小さい劣質の鉄鉱石でも、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上の物質を焼結鉱原料の凝結材として用いることにより、焼結鉱における気孔の生成を緩和して、焼結鉱の成品歩留りを向上させることができる。

また、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上の物質とコークスとの混合物を焼結鉱原料の凝結材として用いる場合にも、焼結鉱の成品歩留りを向上させることができる。これにより、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上の物質が必要量だけ確保できない場合でも、安定した焼結鉱の製造が可能となる。さらに、前記の１ｍ ³ あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上の物質としてカーボンレンガを用いることにより、従来はリサイクルされていなかったカーボンレンガ屑を有効に利用することができる。

上述の通り、本発明の焼結鉱の製造方法は、ＤＬ式焼結機を使用する焼結鉱の製造方法において、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上のカーボンレンガを焼結原料中の凝結材として用い、前記焼結原料中で、鉱石、副原料および返鉱の総和に対する前記凝結材の配合率を３．５％以上３．９％以下とすることを特徴としている。以下に、本発明をこのように規定した理由および望ましい範囲について説明する。

本発明において、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上の物質を焼結原料中の凝結材として用いる理由は、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ未満の物質では、従来から使用されているコークスとの炭素量の差が小さいため、焼結鉱における気孔の生成を緩和するという本発明の効果が十分に発揮できないからである。本発明の効果をより顕著に発揮するには、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．４ｔ以上の物質を用いることが望ましい。

また、焼結原料の凝結材として用いる１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上である物質が、必要量だけ確保できない場合には、炭素量が１．０ｔ以上である物質とコークスとの混合物を用いることができる。この場合には、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上である物質のみを凝結材とした場合に比較して、それ程の顕著な効果は得られない。しかし、コークスのみを凝結材として用いる場合に比較すれば、成品歩留りの改善効果が期待できる。

さらに、本発明の焼結鉱の製造方法では、焼結原料の凝結材として、高炉などにおいて使用済みのカーボンレンガ屑を用いる。カーボンレンガを凝結材として選択するのは、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上であるからである。このように、使用済みのカーボンレンガ屑、または使用済みのカーボンレンガ屑とコークスとの混合物を凝結材として用いることにより、原料費を節減しながら、焼結鉱の成品歩留りを向上させることができる。

また、本発明は、焼結鉱の成品歩留りを向上させるとともに、資源の有効活用を目的としているので、使用済みのカーボンレンガ屑、または使用済みのカーボンレンガ屑とコークスとの混合物を焼結原料の凝結材として用いることは、本発明の目的に合致する。なお、カーボンレンガについては、主に使用済みのカーボンレンガ屑の利用が考えられるが、未使用のレンガでも適用可能であることは言うまでもない。

次に、本発明の焼結鉱の製造方法の実施態様を説明する。

一般的に焼結ケーキの上層部は急冷されることにより成品歩留りが悪化することから、上層部の成品歩留りを改善する手段として本発明の製造方法を用いる場合には、対象とする焼結機に応じて下記の（１）または（２）の方法が適用できる。
（１）上層部に細粒原料が装入され、下層部に粗粒原料が装入される焼結機の場合
通常の偏析装入と同様に、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上である物質（凝結材）を細粒化することによって、上層部に単位体積あたりに含有される炭素量の多い凝結材が装入され易くなり、上層部の成品歩留りを改善できる。
（２）上層部に凝結材を集中的に添加することが可能な焼結機の場合
上層部に凝結材を集中的に添加できる焼結機とは、例えば、焼結原料用のサージホッパーとは別に焼結パレットの幅方向にわたって設置した筒状容器から凝結材を切り出し、スリット状やプレート状の傾斜シュートを組み合わせた多段の傾斜シュートを介して、凝結材を添加する焼結機をいう。

上記の焼結機を用いるときは、上層部に添加する凝結材を、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上である物質とすることにより、コークスを使用した場合に比べて上層部の成品歩留りを更に改善できる。

このように、本発明の焼結鉱の製造方法は新たな設備を要することなく、既存の設備構成にあった適用方法を選択することができる。

（実施例１）
本発明の効果を確認するため、下記の焼結鉱製造試験を実施し、成品焼結鉱の品質および成品歩留りを評価した。
［試験条件］
本試験に使用した凝結材の１ｍ³あたりに含有される炭素量を表１に、焼結原料の基準操業条件を表２にそれぞれ示す。

表１に示すとおり、本発明例は１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上であるカーボンレンガ屑（Ｔ１）と人造黒鉛（Ｔ２）を凝結材として用い、比較例は標準的な凝結材であるコークス（Ｔ３）と単位体積あたりに含有される炭素量の少ない活性コークス（Ｔ４）を凝結材として用いた。

また、表２に示すとおり、本発明例および比較例のいずれも、凝結材以外の条件については全て一定とし、凝結材の配合量はＴ１〜Ｔ４のそれぞれに含まれる炭素量が等しくなるように配合した。造粒機にはドラムミキサー（直径：６００ｍｍ、長さ：１０００ｍｍ）を用い、水を添加した後に回転数３０ｒｐｍにて４分間回転させて混合した。なお、水分含有率は７．５％に調整した。

造粒した焼結原料を円筒型焼結鍋試験装置に装入し、試験焼成を実施した。成品焼結層の大きさは、直径：３００ｍｍ、層高：５００ｍｍとした。
［試験評価項目］
試験結果は、還元粉化性（ＲＤＩ）、被還元性（ＲＩ）、冷間強度（ＴＩ）および成品歩留りについて評価した。

焼結成品の焼結ケーキをクラッシヤーにより破砕後、ＳＩ試験機を用いて２ｍの高さから４回落下させた後、粒径５ｍｍ以上の焼結鉱を＋５ｍｍ産物とし、焼結ケーキから床敷きを除いた質量に対する＋５ｍｍ産物の質量比率（％）を成品歩留りとした。また、−５ｍｍ産物を返鉱とした。

還元粉化性は、製銑部会法として規定された還元後の粉化率を示す指数ＲＤＩ（−３ｍｍ％）により評価した。本指数は、数値が小さいほど良好であることを意味する。

被還元性としては、ＪＩＳＭ８７１３に規定された還元率ＲＩ（％）を用い、冷間強度としては、ＪＩＳＭ８７１２に規定された焼結鉱の冷間における回転強度ＴＩ（＋５ｍｍ％）を用いた。
［試験結果］
表３に、試験Ｔ１〜Ｔ４の焼結鉱成分および試験結果を示す。

表３に示すとおり、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上である物質を凝結材として用いた本発明例は、成品歩留りが向上した。このとき、還元粉化性（ＲＤＩ）、被還元性（ＲＩ）および冷間強度（ＴＩ）に関しては明瞭な変化は見られなかった。

図１は、焼結原料中の凝結材の１ｍ³あたりに含有される炭素量と焼結鉱の成品歩留りとの関係を表した図である。

表３および図１に示された結果から、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上である物質を凝結材として用いることにより、成品歩留りが改善されることが確認された。さらに、従来はリサイクルされていなかったカーボンレンガ屑を凝結材として用いた場合においても、高価な人造黒鉛を凝結材として用いた場合と同様に成品歩留りが改善された。
（実施例２）
１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上である物質とコークスとの混合物を凝結材として用いた場合の効果を確認するため、下記の焼結鉱製造試験を実施し、成品焼結鉱の品質および成品歩留りを評価した。
［試験条件］
凝結材の比率および粒度構成は表４に、焼結原料の基準操業条件を表５にそれぞれ示す。

表４に示すとおり、本発明例では１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上であるカーボンレンガ屑とコークスとを１：３の比率で混合した混合物（Ｔ５）を凝結材として用い、比較例では標準的な凝結材であるコークス（Ｔ６）を凝結材として用いた。

また、表５に示すとおり、本発明例および比較例のいずれにおいても、凝結材以外の条件については全て同一とした。造粒方法および使用した焼結試験機は、前記実施例１の場合と同一とした。
［試験結果］
図２は、焼結原料中の凝結材としてコークスを単独で用いた場合と、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上の物質とコークスとの混合物を用いた場合の焼結鉱の成品歩留りを表した図である。

図２に示された結果から、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上の物質とコークスとの混合物を凝結材として用いることにより、成品歩留りの改善効果が発揮されることが確認された。さらに、凝結材中において１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上の物質の占める比率が２５％の場合でも、成品歩留りの顕著な改善効果が得られた。

また、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上の物質とコークスとの混合物を焼結鉱原料の凝結材として用いる場合にも、焼結鉱の成品歩留りを向上させることができる。これにより、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上の物質が必要量だけ確保できない場合でも、安定した焼結鉱の製造が可能となる。さらに、前記の凝結材としてカーボンレンガを用いることにより、従来はリサイクルされていなかったカーボンレンガ屑を有効に利用することができる。

これにより、焼結鉱の成品歩留りを向上させることができる製造方法としてだけではなく、経済性に優れ、かつ資源の有効利用を可能とする焼結鉱の製造方法として広く適用できる。

焼結原料中の凝結材の１ｍ³あたりに含有される炭素量と焼結鉱の成品歩留りとの関係を表した図である。焼結原料中の凝結材としてコークスを単独で用いた場合と、１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上の物質とコークスとの混合物を用いた場合の焼結鉱の成品歩留りを表した図である。

Claims

ドワイトロイド式焼結機を使用する焼結鉱の製造方法において、
１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上のカーボンレンガを焼結原料中の凝結材として用い、
前記焼結原料中で、鉱石、副原料および返鉱の総和に対する前記凝結材の配合率を３．５％以上３．９％以下とすることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
ドワイトロイド式焼結機を使用する焼結鉱の製造方法において、
１ｍ³あたりに含有される炭素量が１．０ｔ以上のカーボンレンガとコークスとの混合物を焼結原料中の凝結材として用い、
前記焼結原料中で、鉱石、副原料および返鉱の総和に対する前記凝結材の配合率を３．５％以上３．９％以下とすることを特徴とする焼結鉱の製造方法。