JP5480969B2 - 生ペレット - Google Patents
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Description
本発明は、酸化鉄含有原料と還元用炭材と造滓剤とを混合造粒した後、燃焼用炭材を被覆した生ペレットに関し、特に、充填層に酸素含有ガスを通気させて加熱することにより還元させる部分還元炉において使用される生ペレットに関する。
従来の生ペレットとしては、焼結機を利用した部分還元鉄の製造で提案されている下記特許文献１等に記載されているように、粉鉄鉱石と炭材と石灰系副原料とを混合した内核層１１１と、この内核層１１１を覆う粉鉄鉱石からなる第一被覆層１１２と、この第一被覆層１１２を覆う炭材からなる第二被覆層１１３とからなるもの（図３Ａ参照）や、下記特許文献２等に記載されているように、粉状鉄原料と粉状固体還元剤とを混合した粒体１２１の表面にＣａＯを２５重量％以上含有する被覆層１２２を設けたもの（図３Ｂ参照）等が知られている。
このような下記特許文献１等に記載されている従来の生ペレット１１０においては、焼結機のような充填層形式の部分還元炉に供給されると、内核層１１１の石灰系副原料が炭材の燃焼につれカルシウムフェライト系の融液を生成し、その一部が第一被覆層１１２の粉鉄鉱石に吸収されるように浸出して当該第一被覆層１１２の粉鉄鉱石の一部を溶融するが、当該第一被覆層１１２の粉鉄鉱石の残りが焼成し、焼成後に内核層１１１を取り囲む緻密な凝固層が形成されることにより、部分還元された鉄が空気中の酸素と反応して再酸化してしまうことを防止されたペレットとすることができる。
また、下記特許文献２等に記載されている従来の生ペレット１２０においても、部分還元炉に供給されると、被覆層１２２のＣａＯが低融点化合物を生成するフラックスとして機能し、鉄と反応して融液層を形成することにより、鉄と供給空気との接触を遮断して再酸化してしまうことを防止されたペレットとすることができる。
しかしながら、前述したような従来の生ペレット１１０，１２０においては、粉状の石灰と粉状の酸化鉄とが接触して溶融反応することにより被覆膜を形成するようにしているため、粉状の石灰と粉状の酸化鉄とが接触していない未接触部分を生じていると、当該未接触部分に被覆膜を形成することができずに空隙を生じてしまい、再酸化を安定的に抑制することが難しくなってしまう。
そこで、焼成温度を高くすることにより（１３００℃超）、前記融液を多く生成させて上記未接触部分にも被覆膜を形成させるようにすると、生ペレット１１０，１２０が過溶融状態となって形状崩れを生じてしまい、通気性を損なって還元反応が阻害されてしまうようになってしまうという問題があった。
このようなことから、本発明は、焼成温度を高くすることなく再酸化を安定的に抑制されたペレットとすることが容易にできる生ペレットを提供することを目的とする。
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る生ペレットは、酸化鉄含有原料と還元用炭材と造滓剤とを含有する内核層と、前記内核層の表面を包囲するように設けられた被覆層とを備えてなる生ペレットであって、前記被覆層が、７５０℃以上１１００℃未満の融点を有する無機化合物と、燃焼用炭材とを含有してなるものであることを特徴とする。
第二番目の発明に係る生ペレットは、第一番目の発明において、前記被覆層の前記無機化合物が、アルカリ金属酸化物を含有するものであることを特徴とする。
第三番目の発明に係る生ペレットは、第二番目の発明において、前記内核層の重量に対する割合で前記アルカリ金属酸化物を０．１５〜１．５重量％含有するように、前記被覆層が前記無機化合物を有していることを特徴とする。
第四番目の発明に係る生ペレットは、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記被覆層が、前記内核層の表面を包囲するように設けられた前記無機化合物を含有する保護層と、前記保護層の表面を包囲するように設けられた前記燃焼用炭材を含有する燃焼層とからなることを特徴とする。
本発明に係る生ペレットによれば、被覆層の無機化合物が、内核層の構成粒子と反応することのない低い温度領域において、それ自身で溶融して融液となって内核層の表面を覆うようになることから、内核層が、上記温度領域において、空隙のない融膜によって表面全体を確実に覆われるようになるので、焼成温度を高くすることなく再酸化を安定的に抑制されたペレットとすることが容易にできる。
本発明に係る生ペレットの実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は以下に説明する実施形態のみに限定されるものではない。
〈第一番目の実施形態〉
本発明に係る生ペレットの第一番目の実施形態を図１に基づいて説明する。
本発明に係る生ペレットの第一番目の実施形態を図１に基づいて説明する。
本実施形態に係る生ペレットは、図１に示すように、酸化鉄含有原料と還元用炭材と造滓剤とを含有する内核層１１と、内核層１１の表面を包囲するように設けられた被覆層１２とを備えてなる生ペレット１０であって、前記被覆層１２が、内核層１１の表面を包囲するように設けられて７５０℃以上１１００℃未満の融点を有する無機化合物を含有する保護層１２ａと、この保護層１２ａの表面を包囲するように設けられて燃焼用炭材を含有する燃焼層１２ｂとからなっている。
前記内核層１１の前記酸化鉄含有原料としては、鉄鉱石や製鉄所発生ダスト（焼結機発生ダスト、高炉発生ダスト、転炉発生ダスト、圧延工場発生スラッジ等）等が挙げられ、前記還元用炭材としては、石炭、コークス、チャー、オイルコークス等が挙げられ、前記造滓剤としては、石灰石、精錬スラグ類、セメント、消石灰、生石灰、ドロマイト、焼成ドロマイト等の石灰系が挙げられる。
前記保護層１２ａの前記無機化合物としては、ＳｉＯ2や、Ｎａ2ＯやＫ2Ｏ等のアルカリ金属酸化物等のような無機ガラス等が挙げられる。
前記燃焼層１２ｂの前記燃焼用炭材としては、上記内核層１１の上記還元用炭材と同様なものが挙げられる。
このような本実施形態に係る生ペレット１０は、例えば、上記酸化鉄含有原料の粉体（例えば、平均径：約３０〜５０μｍ程度、割合：約７５重量％前後）と、上記還元用炭材の粉体（例えば、平均径：約３０〜５０μｍ程度、割合：約２０重量％前後）と、上記造滓剤の粉体（例えば、平均径：約３０〜５０μｍ程度、割合：約５重量％前後）とを水（適量）及びバインダ（必要に応じて適量）と共に混合して造粒（例えば、平均径：約３〜１０ｍｍ程度）することにより、上記内核層１１を製造して、当該内核層１１をミキサ等の混合機に投入すると共に、上記無機化合物の粉体（例えば、平均径：約３０〜５０μｍ程度）を投入し（例えば、内核層１１に対して約１〜１０重量％）、当該内核層１１の表面に上記保護層１２ａをコーティングした後、上記燃焼用炭材の粉体（例えば、平均径：約３０〜５０μｍ程度）を投入し（例えば、内核層１１に対して約５重量％前後）、さらに、バインダ（必要に応じて適量）を加えることにより、上記保護層１２ａの表面に上記燃焼層１２ｂをコーティングして前記被覆層１２を設けたら、当該混合機から取り出して乾燥させることにより、容易に製造することができる。
このようにして得られる本実施形態に係る生ペレット１０においては、焼結機のような充填層形式の部分還元炉に供給して前記被覆層１２の前記燃焼層１２ｂを燃焼させると、当該燃焼による温度上昇に伴って（７５０℃以上１１００℃未満）、前記保護層１２ａの前記無機化合物が単独で溶融して融液となって、空隙を生じることなく前記内核層１１の表面全体を覆うと共に、当該内核層１１の表面に生じている微細な気孔に浸入して当該気孔を閉塞する。
引き続き、温度がさらに上昇（１１００〜１３００℃）すると、前記内核層１１内の酸化鉄が当該内核層１１内の炭素によって還元されると共に、前記造滓剤により局所的に融液が生成されペレットが収縮し、さらに、酸素が侵入する気孔が減少する。
このように還元され収縮する間、この変化に前記融液が追従し、空隙を生じることなく当該内核層１１の表面全体を覆うと共に、当該気孔等に浸入して当該気孔等を閉塞することから、当該内核層１１が外気と直接的に接触してしまうことがなく、還元後の高温域での再酸化が防止される。
そして、温度が下降すると（１１００℃未満）、前記保護層１２ａが溶融状態から固化してシェル化することにより、前記内核層１１をシールドするようになる。
つまり、本実施形態に係る生ペレット１０は、前記保護層１２ａの前記無機化合物が、前記内核層１１で還元を生じる前（１１００℃未満）の酸化反応速度の速い温度領域（７５０℃以上）において、それ自身で溶融して融液となって当該内核層１１の表面を覆うようにしたのである。
このため、本実施形態に係る生ペレット１０は、前記内核層１１が、上記温度領域（７５０℃以上１１００℃未満）において、空隙のない融膜によって表面全体を確実に覆われるようになる。
したがって、本実施形態に係る生ペレット１０によれば、焼成温度を高くすることなく（１３００℃超）再酸化を安定的に抑制されたペレットとすることが容易にできる。
また、前記保護層１２ａの前記無機化合物が、前記内核層１１の還元焼結温度（１１００〜１３００℃）において、当該内核層１１の表面に存在して接触するＣａＯやＳｉＯ2等の酸化物とも反応して当該酸化物を溶融してさらに融液を生じさせるので、当該内核層１１の表面を覆う融液の量を多くすることができる。このため、前記保護層１２ａの前記無機化合物が少ない量であっても、十分な厚さの融膜を形成することができるので、材料コストの低減を図ることができる。
なお、前記被覆層１２の前記保護層１２ａは、前記内核層１１の重量に対する割合で前記アルカリ金属酸化物を０．１５〜１．５重量％含有するように、当該内核層１１に対して前記無機化合物を設けたものからなる、言い換えれば、前記内核層１１に対して約１〜１０重量％の割合となる量で設けられた前記無機化合物からなると好ましい。
なぜなら、前記内核層１１に対する前記アルカリ金属酸化物の含有割合が０．１５重量％未満となる量の前記無機化合物を設けた前記保護層１２ａ、言い換えれば、前記内核層１１に対して約１重量％未満の割合となる量で設けられた前記無機化合物からなる前記保護層１２ａであると、再酸化の抑制を十分に行うこと（ペレットの金属化率６０％以上）が難しくなる一方、前記内核層１１に対する前記アルカリ金属酸化物の含有割合が１．５重量％を超える量の前記無機化合物を設けた前記保護層１２ａ、言い換えれば、前記内核層１１に対して約１０重量％を超える割合となる量で設けられた前記無機化合物からなる前記保護層１２ａであると、過溶融を生じやすくなるからである。
〈第二番目の実施形態〉
本発明に係る生ペレットの第二番目の実施形態を図２に基づいて説明する。ただし、前述した第一番目の実施形態の場合と同様な部分については、前述した第一番目の実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、第一番目の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
本発明に係る生ペレットの第二番目の実施形態を図２に基づいて説明する。ただし、前述した第一番目の実施形態の場合と同様な部分については、前述した第一番目の実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、第一番目の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
本実施形態に係る生ペレットは、図２に示すように、酸化鉄含有原料と還元用炭材と造滓剤とを含有する内核層１１と、内核層１１の表面を包囲するように設けられた被覆層２２とを備えてなる生ペレット２０であって、前記被覆層２２が、７５０℃以上１１００℃未満の融点を有する無機化合物と燃焼用炭材とを含有している。
このような本実施形態に係る生ペレット２０は、例えば、前述した実施形態に係る生ペレット１０と同様に前記内核層１１を製造して、当該内核層１１をミキサ等の混合機に投入すると共に、前述した実施形態の場合と同様な前記無機化合物の粉体及び前記燃焼用炭材を投入し、さらに、バインダ（必要に応じて適量）を加えることにより、当該内核層１１の表面に上記被覆層２２を設けた後、当該混合機から取り出して乾燥させることにより、容易に製造することができる。
つまり、前述した実施形態に係る生ペレット１０は、内核層１１の表面を包囲するように前記無機化合物を設けた保護層１２ａと、この保護層１２ａの表面を包囲するように燃焼用炭材を設けた燃焼層１２ｂとの二層から被覆層１２を構成した場合について説明したが、本実施形態に係る生ペレット２０は、前記無機化合物と前記燃焼用炭材とを混合して内核層１１の表面を包囲するように設けて一層で被覆層２２を構成するようにしたのである。
したがって、本実施形態に係る生ペレット２０によれば、前述した実施形態に係る生ペレット１０の場合と同様な作用効果を得ることができるのはもちろんのこと、前記被覆層２２を一度の作業で設けることができるので、製造の容易化を図ることができる。
なお、前記被覆層２２は、前記内核層１１の重量に対する割合で前記アルカリ金属酸化物を０．１５〜１．５重量％含有するように、前記無機化合物を含有している、言い換えれば、前記内核層１１に対して約１〜１０重量％の割合となる量で前記無機化合物を含有していると好ましい。
なぜなら、前記内核層１１に対する前記アルカリ金属酸化物の含有割合が０．１５重量％未満となる量で前記無機化合物を含有する前記被覆層２２、言い換えれば、前記内核層１１に対して約１重量％未満の割合となる量で前記無機化合物を含有する前記被覆層２２であると、再酸化の抑制を十分に行うこと（ペレットの金属化率６０％以上）が難しくなる一方、前記内核層１１に対する前記アルカリ金属酸化物の含有割合が１．５重量％を超える量で前記無機化合物を含有する前記被覆層２２、言い換えれば、前記内核層１１に対して約１０重量％を超える割合となる量で前記無機化合物を含有する前記被覆層２２であると、過溶融を生じやすくなるからである。
本発明に係る生ペレットは、焼成温度を高くすることなく再酸化を安定的に抑制されたペレットとすることが容易にできるので、鉄鋼産業において、極めて有益に利用することができる。
１０ 生ペレット
１１ 内核層
１２ 被覆層
１２ａ 保護層
１２ｂ 燃焼層
２０ 生ペレット
２２ 被覆層
１１ 内核層
１２ 被覆層
１２ａ 保護層
１２ｂ 燃焼層
２０ 生ペレット
２２ 被覆層
Claims (4)
- 酸化鉄含有原料と還元用炭材と造滓剤とを含有する内核層と、前記内核層の表面を包囲するように設けられた被覆層とを備えてなる生ペレットであって、
前記被覆層が、７５０℃以上１１００℃未満の融点を有する無機化合物と、燃焼用炭材とを含有してなるものである
ことを特徴とする生ペレット。 - 請求項１に記載の生ペレットにおいて、
前記被覆層の前記無機化合物が、アルカリ金属酸化物を含有するものである
ことを特徴とする生ペレット。 - 請求項２に記載の生ペレットにおいて、
前記内核層の重量に対する割合で前記アルカリ金属酸化物を０．１５〜１．５重量％含有するように、前記被覆層が前記無機化合物を有している
ことを特徴とする生ペレット。 - 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の生ペレットにおいて、
前記被覆層が、
前記内核層の表面を包囲するように設けられた前記無機化合物を含有する保護層と、
前記保護層の表面を包囲するように設けられた前記燃焼用炭材を含有する燃焼層と
からなることを特徴とする生ペレット。
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