JP5451568B2 - 焼結用原料の事前処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼結機を用いて微粉原料を塊成化する際の、該微粉原料の事前処理方法に関する。

焼結機を用いて原料を塊成化する際に、混入した固体燃料を円滑に燃焼させて、焼結反応を安定して進行させるためには、原料充填層の通気性を適切に確保する必要がある。このため、原料を焼結機に供給するに先立ち、原料を造粒する。即ち、造粒装置の中で原料を適量の水と攪拌することにより、原料中の粗粒粒子の周りに微粒原料を水で付着させて、原料を顆粒化する操作を行う（以下、この顆粒化した造粒物を疑似粒子と呼ぶ）。

一般に、焼結機の生産性は通風速度に比例して増加するので、十分な造粒処理を行って原料充填層の通気性を適切に確保できるかどうかで、焼結の生産性が決まる。

現在、製鉄業が採用する鉄鉱石の焼結法では、この造粒処理に、ドラム型転動造粒機が用いられている。これは、ドラム型転動造粒機が大量生産に適していること、かつ、ここでは、付着させるべき微粒子（０．２５ｍｍ以下）の量は２０〜３０質量％程度であり、転動操作のみで、適正な粒度構成及び強度の疑似粒子が得られるからである。

さらに微粒子含有量が多い原料を対象とする場合には、核粒子を取り巻く付着粉粒子の層が厚くなり、固体燃料がそれに埋没して、燃焼が阻害される。これを避けるために、固体燃料の外装が行われる。

即ち、まず、固体燃料を含まない原料を造粒し、その後、その造粒物と固体燃料を混合することにより、固体燃料の埋没を防止する。転動造粒機に皿型を用い、これと固体燃料の外装法を組み合わせたＨＰＳ法と呼ばれる方法（非特許文献１、参照）は、この方法の典型である。

ペレット用鉄鉱石（ペレットフィード）やダストを主体とした原料の場合、転動造粒法は、焼結法の事前処理に適用できなくなる。このような原料では、さらに微粒子の含有量が多くなり、転動造粒では、造粒物の粒子径が過大となり、焼結法における短時間の加熱処理では、造粒物の中心まで十分に温度が上昇せず、焼結が十分に進行しない。

ペレット法は、まさに、この粗大化を活用したもので、通常、その粒子径は１０ｍｍを超えるものとなる一方、加熱装置も、キルンなどの加熱時間が十分に確保できる装置が用いられることとなる。

これに対して、原料により強い衝撃力を作用させて、粗大な粒子を解砕する機能を持つ高速撹拌型（特許文献１、参照）、又は、振動型造粒機を転動造粒機に代えて使用し、疑似粒子径の肥大を防止することが考えられる。

しかし、これらの造粒機は、衝撃力を制御して、造粒物の粒子径を転動造粒機より小さく制御し得るが、転動造粒機に比較して、造粒しない微粉の量も増加するという欠点がある。この欠点を解決する手段として、先行法（特許文献２、参照）では、高速撹拌型又は振動型造粒機の後に新たに篩を設けて、粗粒化を防止しつつ造粒し、かつ、造粒の不十分な原料を除去して、焼結法にとって好ましい粒度分布を得ている。

しかしながら、先行法においても、造粒が難しい原料では、次の課題があることが判明した。即ち、処理直後で適正な粒度構成が得られていても、造粒物の強度にバラツキが大きく、事前処理後の輸送過程で、強度の小さい疑似粒子が崩壊して、焼結機で使用する直前の原料では、再び微粉量が増加してしまう。

ここで言う造粒が難しい原料とは、具体的には、ダストやペレットフィードなどの鉄含有原料に対して石灰石の配合量が増加した原料である。石灰石は、菱面体の劈開性が強く表面が平らなものが多いために付着し難く、強固な疑似粒子を形成させ難いと考えられている。

特許第２９５３３０８号公報 国際公開ＷＯ２００７／０６３６０３号パンフレット

鐵と鋼、７３（１９８７）、１５０４．

本発明は、上記先行技術の現状を踏まえ、石灰石配合量の多い難造粒性の微粉原料に対しても、焼結機を用いて塊成化を円滑に行うために、適正な粒度構成を有し、かつ、輸送過程でも崩壊しない強度を有する造粒物疑似粒子を製造するための事前処理方法を提供することを目的とする。

本発明は、先行技術の造粒方法に対して、新たに、強度の弱い造粒物を破壊する操作を加えたところに特徴があり、それによって、上記課題を解決するものである。

本発明の要旨は、以下の通りである。

石灰石を３０質量％以上含有し、かつ、直径０．２５ｍｍ以下の粒度構成比率が５０質量％以上である原料を、焼結機で塊成化する際、（ｉ）前記原料を、高速撹拌型造粒機又は振動型造粒で、８ｍｍ以下の造粒物に造粒し、次いで、（ii）回転ドラム等を通過させて、圧潰強度３０Ｎ未満の造粒物を破砕し、最後に、（iii）１ｍｍ以下の未造粒物を分級して除去することを特徴とする焼結用原料の事前処理方法。

本発明によれば、石灰石配合量が多い難造粒性の微粉原料に対しても、焼結機を用いて塊成化を円滑に行うことができる。具体的には、石灰石を、通常の高炉用焼結鉱製造の範囲に比較して、多量に使用するカルシウムフェライト焼結（特開２００７−１６９７０７号公報、特開昭５１−１３３２００号公報、参照）のような場合でも、生産性、歩留、強度などを下げることなく、焼結操業が可能となる。

本発明の実施形態の概略を説明する製造プロセスを示す図である。 回転ドラムによる処理の前後における疑似粒子の強度分布を比較して示す図である。

まず、本発明の構成を、図１に従って詳細に説明する。

第１に、原料を、高速攪拌型造粒機又は振動型造粒機で、加水しつつ混合し、造粒する。この時、造粒後の疑似粒子の最大径は、高速攪拌型造粒機では、回転羽根の回転数を調整して制御することができ、振動型造粒機では、振動数を調整することで制御することができる。いずれの造粒機でも、原料への衝撃力が大きくなるほど、過大な造粒物は崩壊するので、疑似粒子の最大径を小さくすることができる。

次に、造粒した原料を、リフターを有する回転ドラムに通す。当然ながら、回転ドラム内では散水は行わない。原料は、リフターで上方へ持ち上げられて、下方へ落下する運動を繰り返し受けながら回転ドラム内を通過する。この時の落下衝撃により、低強度の疑似粒子は崩壊し、高強度のもののみが残留する。

崩壊させる強度の上限は、落下高さや、落下回数で決まるので、ドラム直径やドラム長さで調整できる。この時、回転ドラムへ、固体燃料の全部又は一部を投入して、前記原料と混合することが好ましい。いわゆる、固体燃料の外装である。なお、この工程の目的は、強度の低い疑似粒子を破壊することであり、回転ドラム以外にも、同様の機能を有する装置であれば、本発明に適用することが可能である。

最後に、上記処理を施した原料を篩にかけ、微粉を除去する。原料中に微粉が過剰に残留していると、焼結の際、原料充填層の通気性を阻害し、焼結機の生産性の低下や焼結進行の不均一化を助長して、歩留の低下を招くことになるので、篩上の造粒原料のみを焼結機に装入して焼結する。なお、微粉（篩下）は、造粒機に戻し、原料として再利用する。

続いて、本発明で規定する数値条件について説明する。

本発明は、製鋼用脱リン剤としてのカルシウムフェライトを、焼結機で製造することを第１に想定している。この原料は、製鋼ダストやペレットフィードなどの微粉の鉄原料と、焼結用の粉石灰石（通常３ｍｍ以下）からなり、石灰石の全原料に対する比率は、３０〜６０質量％である。

さらに、この原料は、通常の高炉用焼結鉱の配合原料に比較して、粒径が小さく、０．２５ｍｍ以下の構成比率が、通常の高炉用焼結鉱の配合原料では２０〜３０質量％であるのに対し、５０質量％以上である。

高速攪拌型造粒機又は振動型造粒機で造粒する際の造粒物の上限粒径を８ｍｍと規定した。これは、造粒物の粒径が８ｍｍを超えると、焼結における短時間の加熱処理では、造粒物の中心まで十分に温度が上昇せず、焼結が十分に進行しないからである。

回転ドラムで、残留させるべき疑似粒子の最低圧壊強度を３０Ｎとした。強度が３０Ｎ未満の疑似粒子は、輸送時のベルトコンベアーの乗り継ぎ時に、落下などで崩壊する危険がある。

篩による未造粒物の除去に際し、篩目は１ｍｍとした。本発明が対象とする湿潤原料では、１ｍｍ未満の篩目では目詰まりを起こして円滑な操業ができない。篩の篩効率を調整することにより、処理後の原料の微粉残留率を調整するが、焼結する点で、０．２５ｍｍ％比率で、１〜１０質量％が好ましい。

本発明においては、難造粒性原料として石灰石を想定している。しかし、本発明は、石灰石多量配合の原料に留まらず、豪州マラマンバ系の鉄鉱石や、砂鉄などを多量に使用する場合にも適用できる。マラマンバでは、平滑な表面を有するマータイト小結晶が、砂鉄では、自形のマグネタイト結晶が、造粒性を低下させており、いずれも、難造粒性原料に分類される原料である。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例）
カルシウムフェライト製造用の原料を、図１に示す製造プロセスに従って造粒処理した原料を用いて焼結を行った発明例と、図１に示す製造プロセスで、回転ドラムのない製造プロセスで造粒処理した原料を用いて焼結を行った比較例を比較した。

原料は、製鋼ダスト：４３質量％、石灰石：５０質量％、生石灰：２質量％、粉コークス：５質量％からなり、造粒処理前の０．２５ｍｍ以下の割合は６５％であった。振動型造粒機は、阿部鐵工所製ＶＭＰＣ２００型（最大処理能力：毎時７ｔ）を使用し、目標水分は１０質量％とした。

回転ドラムは、直径：１ｍ、長さ：３ｍの円筒に、高さ：１０ｃｍのリフターを４枚取り付けたものを使用した。篩は、篩面積：１．５ｍ²を有し、篩目：１ｍｍのものを使用した。

図２に、回転ドラム処理有り（発明例）と、回転ドラム処理無し（比較例）の場合における処理後疑似粒子の強度分布を比較して示す。回転ドラムによる処理により、３０Ｎ未満の疑似粒子は消滅していることが解る。

最後の篩分け処理後の原料において、０．２５ｍｍ以下の割合は１〜１０質量％であった。また、これら一連の設備による原料の処理速度は、１ｔ／分であった。

前処理を経た原料を、一旦、ホッパーに貯留し、０．５ｍ²の焼結面積を有する円形型焼結機で塊成化した。その時の生産率と成品歩留を測定した。

表１に、発明例と比較例の焼結時の生産性と成品歩留を示す。発明例においては、焼結生産性と成品歩留が顕著に向上していることが解る。

前述したように、本発明によれば、石灰石配合量が多い難造粒性の微粉原料に対しても、焼結機を用いて塊成化を円滑に行うことができる。具体的には、石灰石を、通常の高炉用焼結鉱製造の範囲に比較して、多量に使用するカルシウムフェライト焼結のような場合でも、生産性、歩留、強度などを下げることなく、焼結操業が可能となる。よって、本発明は、鉄鋼産業の原料処理技術において利用可能性が高いものである。

Claims (1)

1. 石灰石を３０質量％以上含有し、かつ、直径０．２５ｍｍ以下の粒度構成比率が５０質量％以上である原料を、焼結機で塊成化する際、（ｉ）前記原料を、高速撹拌型造粒機又は振動型造粒で、８ｍｍ以下の造粒物に造粒し、次いで、（ii）回転ドラム等を通過させて、圧潰強度３０Ｎ未満の造粒物を破砕し、最後に、（iii）１ｍｍ以下の未造粒物を分級して除去することを特徴とする焼結用原料の事前処理方法。

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