JP5505579B2 - 焼結鉱用原料粉の調整方法および焼結鉱用原料粉 - Google Patents

Description

本発明は、高炉用の焼結鉱用原料粉を調整する方法およびそれにより得られる焼結鉱用原料粉に関するものである。

安定的で高効率な高炉の操業には、冷間強度や被還元性、耐還元粉化性などの諸特性に優れた高品質の焼結鉱を使用することが重要である。しかし、このような焼結鉱は製造時における制御項目が多く、成品の歩留りや生産性の向上を図るために種々の問題が生じていた。

一般に、焼結鉱は以下のような方法で製造されている。
まず、１０ｍｍ程度以下の粒径の鉄鉱石に対し、凝結材であるコークスや、石灰石などのＣａＯ含有副原料、ニッケルスラグ等のＳｉＯ_２含有副原料などを加えて混合し、これに適当な水分を加えてドラムミキサーなどで混合や造粒を行う。その後、得られた粒状の焼結鉱用原料は、焼結機のパレット上に粉コークスと共に装入され、パレット上に焼結鉱用原料層が形成される。次いで、焼結鉱用原料層に対して表層部の固体燃料を介して着火が行われる。そして、空気の作用により、焼結鉱用原料層中の固体燃料が順次に燃焼し、焼結して、焼結ケーキとなる。その焼結ケーキは、破砕されて整粒されたのち、一定粒径以上のものが高炉用焼結鉱として高炉に送られる。
すなわち、焼結鉱は、鉄鉱石がフラックス、すなわちＣａＯやＳｉＯ_２などのスラグ成分と反応溶融し、塊状化して生成するものである。

ここで、アジア諸国を始めとする新興国における鉄鋼材料の需要の伸びは、近年、特に目覚しいものがある。その伸びにつれて、高炉用の焼結鉱および高炉用の焼結鉱の原料である鉄鉱石の需要もまた伸び続けている。

上述した鉄鉱石の需要の伸びは、従来になかった問題を生じさせている。すなわち、供給される鉄鉱石の品質が自由に選べなくなってきていることである。特に、粒度分布のばらつきが大きい鉄鉱石などが供給されることが多くなってきている。
加えて、前述したように、従来からの問題点である成品の歩留りや生産性の向上を図るという問題は依然として残っていた。すなわち、現在では、鉄鉱石の粒度のばらつきが大きいなかで、さらに焼結鉱の製造効率を向上させることが望まれているのである。

ここに、焼結鉱を製造する際は、原料中の粉コークスを、焼結鉱用原料層内を通過する空気によって燃焼させている。すなわち、その生産性は、焼結鉱用原料層の通過風量（通気性）によって決定されると言える。また、通気性は、鉄鉱石などの粒径によって決定される焼結前の冷間通気性と、融液の流動を介して生成される空気の流路である焼結ケーキの気孔径によって決定される焼結中や焼結後の熱間通気性に大きく分けられているが、鉄鉱石などの粒径によって決定される焼結前の冷間通気性は、上述した鉄鉱石原料の品質のばらつきに影響を受けやすく、近年特に生産性向上に対する大きな課題になっていた。

しかしながら、現行では、上記した課題に対して、必ずしも有効な方策が提案されてはいなかった。

本発明は、上記した現状に鑑み開発されたもので、高炉に用いられる焼結鉱用原料粉であって、鉄鉱石原料の粒径にばらつきがあっても、焼結鉱の製造効率に優れる焼結鉱用原料粉の調整方法および焼結鉱用原料粉を提供することを目的とする。

発明者らは、上記した課題を解決するために鋭意検討を行った。その結果、焼結鉱用原料粉における所定形状の鉄鉱石原料の質量と所定形状の粉コークスの質量との混合比を一定の範囲に調整することが、焼結鉱の製造効率の向上に有利に作用することを知見した。すなわち、本発明では、特に焼結前の冷間通気性を、鉄鉱石原料の品質（粒径にばらつき）に応じて粉コークスの性状を変えることで、優れた焼結パレット内の焼結鉱用原料粉（造粒し擬似粒子化した焼結鉱用原料）の通気性（ＪＰＵ指数）が達成され、もって焼結鉱の製造効率の向上が図れるのである。

本発明は、上記した知見に基づくものであって、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．鉄鉱石原料と粉コークスと副原料とをドラムミキサーで混合・造粒した後、焼結機に装入して焼成することによって高炉用の焼結鉱を製造するに当たり、
上記鉄鉱石原料中の粒径：３ｍｍ以上の鉄鉱石原料質量（Ｆ）と、上記粉コークス中の粒径：３ｍｍ以上の粉コークス質量（Ｃ）との混合比率〔（Ｃ／Ｆ）×１００〕を、２〜３％の範囲に調整し混合・造粒する焼結鉱用原料粉の調整方法。

２．前記混合比率〔（Ｃ／Ｆ）×１００〕を、２．２〜２．８％の範囲とする前記１に記載の焼結鉱用原料粉の調整方法。

３．鉄鉱石原料と粉コークスと副原料とからなる高炉用の焼結鉱用原料粉であって、
上記鉄鉱石原料中の粒径：３ｍｍ以上の鉄鉱石原料質量（Ｆ）と、上記粉コークス中の粒径：３ｍｍ以上の粉コークス質量（Ｃ）との混合比率〔（Ｃ／Ｆ）×１００〕が、２〜３％の範囲である焼結鉱用原料粉。

４．前記混合比率〔（Ｃ／Ｆ）×１００〕が、２．２〜２．８％の範囲である前記３に記載の焼結鉱用原料粉。

本発明に従うことで、鉄鉱石原料の品質（粒度分布）にばらつきがあっても、安定的に優れた焼結パレット内の焼結鉱用原料粉の通気性（ＪＰＵ指数）が達成されるので、焼結鉱の製造効率の向上が効果的に図れる。

鉄鉱石原料と粉コークスの混合比率〔（Ｃ／Ｆ）×１００〕とＪＰＵの関係を示すグラフである。

以下、本発明について具体的に説明する。
本発明は、鉄鉱石原料と粉コークスと副原料とをドラムミキサーで混合して、焼結鉱用原料粉とした後、この焼結鉱用原料粉を焼結機に装入して焼結することにより高炉用の焼結鉱を製造するものである。その際、特に、以下述べるように、鉄鉱石原料と粉コークスとをその粒径に着目して、適宜組み合わせることにより、焼結時の生産性、すなわち、以下の（１）式で求められる焼結パレット内の焼結鉱用原料粉の通気性（ＪＰＵ指数：以下単に、ＪＰＵという）を高く維持することができる。なお、ＪＰＵは数値が大きいほど通気性が良いことを意味し、２２以上程度が焼結鉱製造時の生産性の観点から特に良好とされる値である。
（ＪＰＵ）＝〔風量（m³/min）／焼成面積（ｍ²）〕・〔層厚（mm）／負圧（mmAq）〕^0.6
・・・（１）
ここで、式中、
風量：ある焼成面積における焼結鉱用原料粉を通り抜ける風量、
焼成面積：上記の風量を測定した焼結鉱用原料粉の積載面積、
層厚：風量を測定した場所の焼結鉱用原料粉の層厚、
負圧：焼結鉱用原料粉下部の風箱の気圧
をそれぞれ示す。なお、１mmAq＝9806.38Paである。

本発明で、粒径とは、篩い分級法（JIS R6001 (1998)）により測定されたものである。
なお、本発明に用いる鉄鉱石原料は、南米産ヘマタイト鉱石、北米産マグネタイト鉱、南米産マグネタイト鉱、豪州産ピソライト鉱石およびマラマンバ鉱石などが挙げられる。

本発明では、鉄鉱石原料中の粒径：３ｍｍ以上の鉄鉱石原料質量（Ｆ）と、粉コークス中の粒径：３ｍｍ以上の粉コークス質量（Ｃ）との混合比率〔（Ｃ／Ｆ）×１００〕を、２〜３％の範囲に調整することが特徴であるが、上記Ｆを求める際の鉄鉱石原料の質量には、返し鉱の質量分を含めないで計算するものとする。

上記した混合比率〔（Ｃ／Ｆ）×１００〕を制御することで、良好なＪＰＵを達成するメカニズムについては、以下のように考えられる。
上記混合比率が小さい、すなわち２未満の時は、粉コークス粒度に対して鉱石の粒度が大きいことを意味する。それ故、粉コークスの粒度が小さくなりすぎると、焼結速度は増加するものの、焼結溶融帯の幅も増加して熱間における通気性を悪化させる。一方、混合比率が大きい、すなわち３よりも大きい時は、粉コークスの粒度が粗粒化しており、造粒過程において、粉コークスを核粒子とする擬似粒子の生成が顕著となる。粉コークスを核粒子とする擬似粒子は、粉コークスの濡れ性が低いために、擬似粒子の強度が発現せず、焼結パレットへ装入されるまでのハンドリング過程で崩壊しやすく、その結果、焼結パレットへ装入される擬似粒子が細粒化し通気性を悪化させる。
従って、鉱石粒径に対する粉コークス粒径の適正範囲が存在することは明らかであるが、その範囲は、Ｃ／Ｆ×１００の値で示すことができ、上述のとおり２〜３％となる。なお、上記Ｃ／Ｆ×１００の値の好適範囲は、２．２〜２．８％である。

本発明において、副原料とは、石灰石などのＣａＯ含有副原料、ニッケルスラグ等のＳｉＯ_２含有副原料などが挙げられるが、特に制限はなく、通常公知の焼結鉱用原料粉に用いられる副原料や不可避的に混合してしまう不純物も含むものとする。
また、その混合比率としては、焼結鉱中のＣａＯ／ＳｉＯ_２（＝塩基度）が２．０付近となる様に定められる。

本発明に用いるドラムミキサーは、円筒形コーンを有するドラムミキサーなどが考えられるが、焼結鉱用原料粉の製造に用いられる通常のドラムミキサーで良い。

また、本発明に用いる焼結機は、下方吸引のドワイトロイド式焼結機が好ましい。その他、公知の焼結鉱用原料粉製造用の焼結機を用いることができる。

以上述べたように、本発明に従うことで、鉄鉱石原料と粉コークスと副原料とからなる製造効率に優れた高炉用の焼結鉱用原料粉を得ることができる。
すなわち、返し鉱を除く鉄鉱石原料中の粒径：３ｍｍ以上の鉄鉱石原料質量（Ｆ）と、粉コークス中の粒径：３ｍｍ以上の粉コークス質量（Ｃ）との混合比率〔（Ｃ／Ｆ）×１００〕が２〜３％、好ましくは２．２〜２．８％の範囲となる焼結鉱用原料粉を得ることができるのである。
なお、上記において特に定めたもの以外、原料粉等の材料や使用設備、その運転条件等の製造方法は、常法に従えば良い。

〔実施例１〕
以下に示す条件で、焼結鉱用原料粉を調整した。ついで、得られた焼結鉱用原料粉を用いて、下方吸引のドワイトロイド式焼結機に装入充填し焼結鉱を作製した。この焼結鉱用原料粉を焼結する際のＪＰＵを調査し本発明の効果を確認した。
鉄鉱石原料
鉄鉱石原料の原単位：１１００〜１２００（kg/t-sr）
３ｍｍ以上の鉄鉱石原料の比率：３０〜４０（％対装入原料）
粉コークス
粉コークスの原単位：４５〜５０（kg/t-sr）
３ｍｍ以上の粉コークスの比率：５〜２０（％対粉コークス）
混合比率〔（Ｃ／Ｆ）×１００〕：１．２〜３．５％
副原料は、石灰石：６〜10（％対装入原料）

図１に、３ｍｍ以上の鉄鉱石原料と３ｍｍ以上の粉コークスの混合比率〔（Ｃ／Ｆ）×１００〕とＪＰＵの関係を示す。同図より、本発明の条件を満たす範囲の混合比率〔（Ｃ／Ｆ）×１００〕で作られた焼結鉱用原料粉のＪＰＵは、２２以上程度の良好な数値を示している。
これに対し、混合比率〔（Ｃ／Ｆ）×１００〕が本発明の条件を満足しないものは図１に示したとおり、ＪＰＵが１９〜２１程度、すなわち２１以下であり、ＪＰＵに劣っていた。

〔実施例２〕
本発明を実機に用いた場合の実施例について説明する。
通常焼結工程で使用する鉄鉱石原料は、原料ヤードにおいて自動サンプリングした後、日本工業規格ＪＩＳ８７０６に従って粒度分布を測定した。
粉コークスに関しては、通常コークス工場で製造された塊コークスの篩下や、購入無煙炭を焼結工場にて受け入れ、操業に適した粒度分布になるまで粉砕して焼結工程で使用した。
粉砕は、ロッドミル、ケージミル、ボールミルなどの装置を用いた。ついで、粉砕後の粉コークスをベルトコンベア乗継部に設置されたサンプラーで採取し、その後、乾燥機で乾燥し、ロータップ式篩機にて粒度分布を測定した。
本発明に従い、入荷した鉄鉱石の粒度構成、すなわち３ｍｍ以上の存在比率に応じて、粉コークスの粉砕条件を調整し、粉コークス中の３ｍｍ以上の存在比率を変更した。

表１に、３ｍｍ以上の鉄鉱石原料（鉱石）と３ｍｍ以上の粉コークスの混合比率〔（Ｃ／Ｆ）×１００〕とＪＰＵの測定結果を併記する。なお、コークス成分をＸ（kg/t）、鉱石Ｉ成分をＹ（kg/t）、鉱石ＩＩ成分をＺ（kg/t）とし、コークスの３ｍｍ以上の比率をｘ（％）、鉱石Ｉの３ｍｍ以上の比率をｙ（％）、鉱石ＩＩの３ｍｍ以上の比率をｚ（％）とすると、Ｃ＝Ｘ×ｘ、Ｆ＝Ｙ×ｙ＋Ｚ×ｚである。

表１より、本発明の条件を満たす範囲の混合比率〔（Ｃ／Ｆ）×１００〕で作られた焼結鉱用原料粉のＪＰＵは、２２以上程度の良好な数値を示している。
これに対し、混合比率〔（Ｃ／Ｆ）×１００〕が本発明の条件を満足しないものは、表１に示したとおり、ＪＰＵが１９〜２１程度、すなわち２１以下でＪＰＵに劣っていた。

また、鉄鉱石を分級し、粉砕できるラインを有する場合には、粉コークスの粉砕条件のみならず、鉄鉱石の粗粒粉砕条件を調整することにより、発明法で示す、Ｃ／Ｆの混合比率を実現することが可能である。

本発明によれば、焼結鉱の製造効率に優れた焼結鉱用原料粉を得ることができる。また、生産性向上のほか、通気性が維持されるため焼結鉱の塊歩留まり、強度が向上し、そのため、安定的で高効率な高炉の操業が図れる。

Claims (4)

1. 鉄鉱石原料と粉コークスと副原料とをドラムミキサーで混合・造粒した後、焼結機に装入して焼成することによって高炉用の焼結鉱を製造するに当たり、
   上記鉄鉱石原料中の粒径：３ｍｍ以上の鉄鉱石原料質量（Ｆ）と、上記粉コークス中の粒径：３ｍｍ以上の粉コークス質量（Ｃ）との混合比率〔（Ｃ／Ｆ）×１００〕を、２〜３％の範囲に調整し混合・造粒する焼結鉱用原料粉の調整方法。
2. 前記混合比率〔（Ｃ／Ｆ）×１００〕を、２．２〜２．８％の範囲とする請求項１に記載の焼結鉱用原料粉の調整方法。
3. 鉄鉱石原料と粉コークスと副原料とからなる高炉用の焼結鉱用原料粉であって、
   上記鉄鉱石原料中の粒径：３ｍｍ以上の鉄鉱石原料質量（Ｆ）と、上記粉コークス中の粒径：３ｍｍ以上の粉コークス質量（Ｃ）との混合比率〔（Ｃ／Ｆ）×１００〕が、２〜３％の範囲である焼結鉱用原料粉。
4. 前記混合比率〔（Ｃ／Ｆ）×１００〕が、２．２〜２．８％の範囲である請求項３に記載の焼結鉱用原料粉。
   

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