JP5512205B2 - 塊成化状高炉用原料の強度改善方法 - Google Patents
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Description
特許文献1では、含酸化鉄微粉原料と炭材を配合し、バインダーを加えて混錬、成型、静置することにより、酸化鉄を還元して金属鉄とするために必要な量の炭素を含有し、かつ常温で高い圧壊強度を有する高炉用炭材内装非焼成塊成鉱およびその製造方法が提案されている。この方法では、酸化鉄を含有する微粉原料を、炭材およびバインダー(生石灰やセメント等)と混合し、造粒しペレット化した後、養生することにより、造粒物の強度を高めている。すなわち、ペレット化した原料を、焼結等の焼成処理を行うことなく高炉用原料として使用することができる。この方法によって製造された炭材内装非焼成塊成鉱を用いることによって、酸化鉄の還元反応の進行が制約される高炉内のシャフト部の熱保存帯と還元反応平衡帯においても、非焼成塊成鉱中の酸化鉄は、内装する炭素により還元されるため、高炉操業時における還元材比の低減効果が期待できる。
還元鉄を、比較的安価な粉鉱石や製鉄ダスト等を原料として製造し、高炉原料として利用することも検討されている。還元鉄は、高炉内での還元を必要としない分、大幅なコークス比の低減による炭酸ガス排出量の低減と、鉄の生産性の向上が期待できる。
ZnO(固体)+CO(気体)→ Zn(気体)+CO2(気体)・・・(1)
(9)乾ベースで、鉄分の総含有率が50質量%以上である金属鉄含有物質を分級し、分級点下の金属鉄含有粉粒状物質を、バインダーを添加することなく、冷間で圧縮塊成化して1個当たりの圧壊強度が150N以上の塊成化物を形成し、前記塊成化物に水浸処理を施した後、静置処理を行い、含有する鉄分に対する金属鉄の質量比を0.35以上0.75以下とし、含有する金属鉄の一部を酸化させることによって強度を向上させることを特徴とする塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
(10)前記金属鉄含有物質が、鉱石を部分還元した還元鉄であって、鉄分の総含有率が65質量%以上90質量%以下、SiO 2 の含有率が1.0質量%以上7.0質量%以下、Al 2 O 3 の含有率が0.1質量%以上3.0質量%以下であり、含有する鉄分に対するCaO、SiO 2 、Al 2 O 3 、MnOおよびMgOの合計の質量比が0.01以上0.25以下であることを特徴とする(9)に記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
(11)前記金属鉄含有物質が、平均組成で亜鉛成分を1.0質量%以上10.0質量%以下含有する粉粒状の鉄系廃材に炭材を混合後、還元焙焼処理を行った還元鉄であることを特徴とする(9)に記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
(12)前記還元焙焼処理の装置としてロータリキルン炉を用いることを特徴とする(11)に記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
(13)前記水浸処理後の塊成化物を、333K以上383K以下の雰囲気で、0.5時間以上24時間以下、静置することを特徴とする(9)〜(12)のいずれかに記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
(14)前記還元焙焼処理を行った還元鉄を含有する金属鉄含有粉粒状物質に、還元焙焼処理を行っていない鉄の総含有率が50質量%以上の金属鉄含有粉粒状物質を混合し、圧縮塊成化することを特徴とする(11)〜(13)のいずれかに記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
(15)前記金属鉄含有粉粒状物質の圧縮塊成化の装置としてダブルロール型ブリケット成型機を用いることを特徴とする(9)〜(14)のいずれかに記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
(16)前記水浸処理が、形成された直後の前記塊成化物に施されることを特徴とする(9)〜(15)のいずれかに記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
塊成化状高炉用原料の金属化率を0.35〜0.75とする理由は以下の通りである。高炉用原料として還元鉄を使用する際、還元鉄の金属化率は高い方が燃料費低減の効果は高い。しかし、高炉はもともと酸化鉄を還元する装置であるため、必ずしも原料中の全ての鉄分が金属化している必要はない。
図2は、本発明の塊成化状高炉用原料の強度改善方法に係る、塊成化状高炉用原料の製造プロセスフローの一例を示す図である。同図に示されるように、還元炉原料2は、還元炉1において還元処理され、還元鉄4が生成する。
本発明の塊成化状高炉用原料の強度改善方法では、ブリケット化装置11で成型された還元鉄ブリケット14aは、篩い分級装置6に戻される前に水浸処理および静置処理を行う。
本発明の強度改善方法では、強度が発現するまでの時間を短縮するため、水浸処理後の還元鉄ブリケット14aを、333K以上383K以下の雰囲気で、0.5時間以上24時間以下静置するのが望ましく、0.5時間以上3時間以下静置するのがより望ましい。
本発明の強度改善方法では、水浸処理と静置処理の後に、さらに水浸処理と静置処理を繰り返して行うのが望ましい。水浸処理と静置処理を繰り返して行うことにより、高強度の還元鉄ブリケット14aを得るのに要する時間を短縮することができるからである。
本発明の強度改善方法では、金属鉄含有物質である還元鉄4は、乾ベースで、鉄分の総含有率(T.Fe)が50質量%以上である必要がある。T.Feが50質量%未満であると、高炉での鉄生産を効率的に行うことができないからである。
ZnO(固体)+CO(気体)→ Zn(気体)+CO2(気体)・・・(1)
金属鉄含有粉粒状物質である粉粒状還元鉄4bには、1mmアンダー(1mm篩い下品)の微粉が10質量%〜50質量%含まれることが望ましい。微粉は大きい粒子の隙間に入り込んで、粒子間に強い接合状態を形成させるので、得られる還元鉄ブリケット14aの強度を高めるからである。
ロール12の耐久性を向上させる観点から、ブリケット成型の際の圧縮圧力を低減させることは重要である。本発明においては、還元鉄ブリケットは、上述の水浸・静置処理による強度改善の効果が大きいことから、成型直後の還元鉄ブリケットの圧壊強度をそれほど大きくする必要はなく、その分成型の際の圧縮圧力を低減できる。しかし、成型してから水浸・静置処理するため搬送する過程で還元鉄ブリケットが崩壊した場合には歩留まりが低下することから、成型直後還元鉄のブリケットの圧壊強度は150N/個以上とすることが望ましい。低い圧縮圧力で成型された還元鉄ブリケットの圧壊強度を150N/個以上とするには、ブリケット化原料に水分または水分含有資材を添加して、ブリケット化原料の水分含有率を0.5〜6質量%程度とすることが有効である。
本発明の強度改善方法では、粉粒状還元鉄の圧縮塊成化の方法としては、ダブルロール型ブリケット成型機を用いて圧縮塊成化するのが望ましい。ダブルロール型ブリケット成型機は簡便であり、経済性も優れているからである。
ブリケット等の塊成化状高炉用原料のサイズは、篩いサイズとして5mm以上100mm以下が好ましい。5mm篩い下では、高炉に投入した際に炉内の通気性を悪化させる懸念がある。100mmよりも大きいと、高炉投入までの搬送過程で落下等の衝撃により破損しやすくなる。破損しても、全ての破片のサイズが5mm篩い上であれば問題ないものの、当然5mm篩い下の粉粒状品も発生するため、破損品を高炉に投入した場合には炉内の通気性を悪化させる懸念がある。
塊成化状高炉用原料に炭素を含有させることは、高炉での還元反応促進に効果がある。酸化鉄の還元反応の進行が制約される高炉シャフト部の熱保存帯および還元反応平衡帯においても、非焼成塊成鉱中に残存している酸化鉄は、非焼成塊成鋼が内装する炭素により還元反応を起こす。その結果、酸化鉄の還元率が向上し、高炉操業時のコークス比の低減効果が期待できる。ここで対象とする高炉原料は、金属化率が100%ではないため、炭素を内装させることによって高炉内での還元を促進することが期待できる。
1−1.製造および試験フロー
図3は、円柱型タブレットの製造および試験フローである。円柱型タブレットの製造試験は、図3に示すフローに従い実施した。まず、表1に示す組成の鉱石粉を造粒した酸化鉄ペレット31を、JIS−RI還元試験装置30にセットし、30%CO−70%N2の組成(体積分率)を有する還元ガス32流通下、1273Kで還元を行った。
表2に、鉱石粉の成分分析値を、粉粒状還元鉄の各サンプルの成分分析値を示す。
表4には、各実施例におけるタブレット化原料の配合条件および処理条件とともに、試験結果および水浸・静置処理後のタブレットの成分分析値を示す。評価項目は、圧壊強度とした。圧壊強度は、圧壊加重をかけたタブレットが破壊したときの荷重とした。タブレットの成分分析値は、乾ベースでの値とした。
タブレット化原料にセメントを添加しない場合の、水浸・静置処理の効果について説明する。これには試料番号1−1〜1−6の実施例が該当する。
タブレット化原料にセメントを添加した場合の、水浸・静置処理の効果について説明する。これには試料番号2−1および2−2の実施例が該当する。
タブレット化原料として、固定炭素を内装する粉粒状還元鉄であるサンプルDにセメントを添加したものを使用し、水浸・静置処理を行った場合について説明する。これには、本発明例である試料番号3−1の実施例が該当する。試料番号3−1は、図4では◆で示した。
実施例のうち本発明例のタブレットは、表4に示すように、水浸・静置処理を施した後の成分分析値が、いずれの場合でも本発明の前提条件である、乾ベースで、鉄の総含有率が65質量%以上90質量%以下、SiO2の含有率が1.0質量%以上7.0質量%以下、Al2O3の含有率が0.1質量%以上3.0質量%以下であり、含有する鉄分に対するCaO、SiO2、Al2O3、MnOおよびMgOの合計の質量比(スラグ分/T.Fe)が0.01以上0.25以下という、高炉原料としての条件を満足していた。本発明例では、特に「スラグ分/T.Fe」は0.14以下と低く、特許文献2の実施例に示される、セメントを10質量%以上添加した含炭非焼成ペレットと比べて「スラグ分/T.Fe」が大幅に低いと推測できる。
図5は、ダブルロール型ブリケット成型機によるブリケットの製造および試験フローである。本試験は、図5に示すフローに従い実施した。還元鉄サンプルとしては、亜鉛成分を6.0質量%含有する粉粒状の鉄系廃材(ダスト、スラッジ等)に炭材を混合した後、ロータリキルンで還元焙焼処理を行って製造された還元鉄を常温まで冷却し、その後、篩い分級を行うことによって得られた5mm篩い下の粉粒状還元鉄4bを使用した。粉粒状還元鉄4bの成分を表5に示す。粉粒状還元鉄5の含有水分は0.1質量%未満であった。
表6に、ブリケット化原料の配合条件および処理条件とともに、試験結果を示す。
実施例2と同じ条件で作製したブリケット14aを、水浸処理を行った後、静置処理を333Kおよび373Kに調整された乾燥機内で、1時間〜3時間行った。水浸および静置したブリケットについて、圧壊強度測定を行った。用いたブリケット化原料の配合条件および処理条件については、表8に示す。試料番号5−1〜5−4が本発明例である。
表8に、ブリケット化原料の配合条件および処理条件とともに、試験結果を示す。
図8は、水浸処理および静置処理を繰り返す場合の試験フローおよび試験結果を示す図である。実施例4では、実施例2と同じ条件でブリケット14aを製造した後、図8に示す試験フローにより静置処理および水浸処理を行った。用いたブリケット化原料の配合条件および処理条件については、前記表8に示す。試料番号6−1および6−2が本発明例である。
前記表8の試料番号6−1および6−2に、タブレット化原料の配合条件および処理条件とともに、試験結果を示す。常温で繰り返し水浸および静置処理を行った本発明例である試料番号6−1では圧壊強度は、総処理時間が24時間以下で、1490N/個となった。常温で24時間静置した実施例2の本発明例である試料番号4−2の圧壊強度が590N/個であることから、繰り返し水浸および静置処理を行うことにより、同程度の処理時間で150%以上強度を改善できることが確認できた。
還元焙焼処理を行った還元鉄を含有する金属鉄含有粉粒状物質は、実施例2で用いた粉粒状還元鉄とした。また、還元焙焼処理を行っていない鉄の総含有率が50質量%以上の金属鉄含有粉粒状物質として、製鉄所から発生した廃材であり、亜鉛含有率の低い金属鉄含有物質である金属鉄含有粉粒状低亜鉛ダストを用いた。金属鉄含有粉粒状低亜鉛ダストの成分を表9に示す。
7日間の静置処理を行った本発明例である試料番号7−2の圧壊強度は1180N/個である。そのため、金属鉄含有粉粒状物質(製鉄所発生廃材)の高炉利用が可能であり、高炉において、高出銑比および還元材比を低減できる。
4b:粉粒状還元鉄 6:篩い分級装置 7:高炉 8:添加物
8a:粉粒状炭材 8b:バインダー 8c:粉粒状金属鉄 9:混合機
10:原料供給装置(原料切り出し装置) 11:ブリケット化装置
12:ロール 13:水槽 14:ブリケット化装置生産物
14a:還元鉄ブリケット 14b:粉粒状還元鉄 15:静置スペース
20:篩い上品 21:篩い下品 22:ブリケット化原料
25:モールド(ポケット) 30:JIS−RI還元試験装置
31:酸化鉄ペレット 32:還元ガス 33:粉粒状還元鉄
34:円筒型ダイス 35:成型加重 36:タブレット 37:水槽
37a:水 38:圧壊加重
Claims (16)
- 乾ベースで、鉄分の総含有率が50質量%以上である金属鉄含有物質を分級し、分級点下の金属鉄含有粉粒状物質を冷間で圧縮塊成化して1個当たりの圧壊強度が150N以上の塊成化物を形成した直後に前記塊成化物に水浸処理を施し、その後、静置処理を行い、含有する鉄分に対する金属鉄の質量比を0.35以上0.75以下とし、含有する金属鉄の一部を酸化させることによって強度を向上させることを特徴とする塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
- 前記金属鉄含有物質が、鉱石を部分還元した還元鉄であって、鉄分の総含有率が65質量%以上90質量%以下、SiO2の含有率が1.0質量%以上7.0質量%以下、Al2O3の含有率が0.1質量%以上3.0質量%以下であり、含有する鉄分に対するCaO、SiO2、Al2O3、MnOおよびMgOの合計の質量比が0.01以上0.25以下であることを特徴とする請求項1に記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
- 前記金属鉄含有物質が、平均組成で亜鉛成分を1.0質量%以上10.0質量%以下含有する粉粒状の鉄系廃材に炭材を混合後、還元焙焼処理を行った還元鉄であることを特徴とする請求項1に記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
- 前記還元焙焼処理の装置としてロータリキルン炉を用いることを特徴とする請求項3に記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
- 前記塊成化物を形成する際に、前記金属鉄含有粉粒状物質に、乾ベースで10.0質量%以下のセメントを含有させ、冷間で圧縮塊成化することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
- 前記水浸処理後の塊成化物を、333K以上383K以下の雰囲気で、0.5時間以上24時間以下、静置することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
- 前記還元焙焼処理を行った還元鉄を含有する金属鉄含有粉粒状物質に、還元焙焼処理を行っていない鉄の総含有率が50質量%以上の金属鉄含有粉粒状物質を混合し、圧縮塊成化することを特徴とする請求項3乃至請求項6のいずれかに記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
- 前記金属鉄含有粉粒状物質の圧縮塊成化の装置としてダブルロール型ブリケット成型機を用いることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
- 乾ベースで、鉄分の総含有率が50質量%以上である金属鉄含有物質を分級し、分級点下の金属鉄含有粉粒状物質を、バインダーを添加することなく、冷間で圧縮塊成化して1個当たりの圧壊強度が150N以上の塊成化物を形成し、前記塊成化物に水浸処理を施した後、静置処理を行い、含有する鉄分に対する金属鉄の質量比を0.35以上0.75以下とし、含有する金属鉄の一部を酸化させることによって強度を向上させることを特徴とする塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
- 前記金属鉄含有物質が、鉱石を部分還元した還元鉄であって、鉄分の総含有率が65質量%以上90質量%以下、SiO 2 の含有率が1.0質量%以上7.0質量%以下、Al 2 O 3 の含有率が0.1質量%以上3.0質量%以下であり、含有する鉄分に対するCaO、SiO 2 、Al 2 O 3 、MnOおよびMgOの合計の質量比が0.01以上0.25以下であることを特徴とする請求項9に記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
- 前記金属鉄含有物質が、平均組成で亜鉛成分を1.0質量%以上10.0質量%以下含有する粉粒状の鉄系廃材に炭材を混合後、還元焙焼処理を行った還元鉄であることを特徴とする請求項9に記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
- 前記還元焙焼処理の装置としてロータリキルン炉を用いることを特徴とする請求項11に記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
- 前記水浸処理後の塊成化物を、333K以上383K以下の雰囲気で、0.5時間以上24時間以下、静置することを特徴とする請求項9乃至請求項12のいずれかに記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
- 前記還元焙焼処理を行った還元鉄を含有する金属鉄含有粉粒状物質に、還元焙焼処理を行っていない鉄の総含有率が50質量%以上の金属鉄含有粉粒状物質を混合し、圧縮塊成化することを特徴とする請求項11乃至請求項13のいずれかに記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
- 前記金属鉄含有粉粒状物質の圧縮塊成化の装置としてダブルロール型ブリケット成型機を用いることを特徴とする請求項9乃至請求項14のいずれかに記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
- 前記水浸処理が、形成された直後の前記塊成化物に施されることを特徴とする請求項9乃至請求項15のいずれかに記載の塊成化状高炉用原料の強度改善方法。
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