JP5516311B2 - 高炉用含炭非焼成ペレットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、製鉄プロセスにおいて発生する焼結ダストや高炉ダスト等の含鉄ダストや、焼結用粉状鉄鉱石より粒度が小さいペレットフィード（ペレット用原料）等の微粉状鉄鉱石などからなる微粉状鉄含有原料と、微粉状コークスとを造粒し製造する、高炉用含炭非焼成ペレットの製造方法に関する。

現在の製鉄プロセスにおいて、主として高炉用鉄原料として用いられる焼結鉱は、約２〜３ｍｍの平均粒度の粉状鉄鉱石を主要な鉄含有原料として用い、石灰石、珪石などの副原料、粉コークス、無煙炭などの炭材を配合し、更に水分を添加して、混合、造粒して擬似粒子とした後、焼結機で原料中の炭材を熱源として加熱、焼結して得られる焼結鉱が主流を占めている。
一方、製鉄プロセスにおいて多量に発生する焼結機や高炉の排ガス処理設備に設けた集塵機などで回収した含鉄ダスト、更には、スラッジやスケール粉等の微粉のダストやペレットフィード等の微粉状原料（粒径０．２５ｍｍ以下を８０質量％以上含有）も、鉄含有原料として用いられる。このような微粉状原料は、造粒してペレットにした後、養生により造粒物の強度を高めた後、焼成せずにそのまま高炉用鉄原料として使用する非焼成ペレットとして利用されてきている。

前記した微粉状原料をペレット化する方法として、例えば、特許文献１、２に記載の技術がある。
特許文献１には、含酸化鉄原料とカーボン系炭材を配合し、バインダーを加えて混練、成型、養生してなるカーボン内装非焼成塊成鉱が開示されている。
また、特許文献２には、鉄分を４０質量％以上含有する微粉状鉄含有原料と、炭素分を１０質量％以上含有する微粉状炭材に、水硬性バインダーを添加し、水分を調整しつつ、混合し造粒する高炉用含炭非焼成ペレットの製造方法が開示されている。

特開２００３−３４２６４６号公報 特開２００８−９５１７７号公報

しかしながら、前記した特許文献１、２の技術はいずれも、造粒する微粉状原料を、バインダーも含めて一度に混合し混練している。このため、造粒する微粉状原料に微粉状コークスが含まれる場合、この微粉状コークスは、図２に示すように、その表面に多くの気孔が形成された構造となっているため、この気孔内にバインダーが埋没していた。その結果、バインダーによる微粉状原料の結合効果が低減し、得られたペレットの養生後の強度を更に高めることができず、例えば、ペレットの搬送過程で崩壊し易くなり、歩留りが低下して生産性低下などの問題を招く恐れがあった。
特に、上記した傾向は、造粒物の炭素含有量が高く（例えば、２５質量％超）なるに伴い、より顕著になっていた。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、微粉状コークスに形成された気孔内へのバインダーの埋没を抑制し、ペレットの養生後の強度を向上させて、歩留りの向上を図ることが可能な高炉用含炭非焼成ペレットの製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するためになされた本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）微粉状鉄含有原料と微粉状コークスを原料とし、炭素含有量が１５質量％以上２５質量％以下で、早強セメントの配合量が５質量％以上１５質量％以下で、添加する水分の合計量を前記原料と前記早強セメントの合計量の５質量％以上１５質量％以下とする高炉用含炭非焼成ペレットの製造方法であって、
前記微粉状鉄含有原料と前記微粉状コークスを混合し、更に前記水分の一部を添加して混合した後、該混合物に前記早強セメントを添加して混合し、更に前記水分の一部を添加して混練し、該混練物に更に残部の前記水分を添加して造粒することを特徴とする高炉用含炭非焼成ペレットの製造方法。

（２）前記早強セメントの添加後の混練時間は３分以上７分以下であることを特徴とする（１）記載の高炉用含炭非焼成ペレットの製造方法。

本発明に係る高炉用含炭非焼成ペレットの製造方法は、早強セメントを添加する前に、微粉状鉄含有原料と微粉状コークスを予め混合するので、微粉状コークスの気孔を、微粉状鉄含有原料で埋めることができる。そして、この混合物に更に早強セメントを添加することで、早強セメントが微粉状コークスの気孔内に埋没することを抑制できるため、早強セメントが微粉状コークスや微粉状鉄含有原料の表面に付着する。
従って、早強セメントによる原料の結合効果が高められ、高炉用含炭非焼成ペレットの養生後の強度を向上でき、歩留りの向上が図れて生産性を向上できる。

ここで、早強セメントの添加後の混練時間を３分以上７分以下とした場合、混練時間を適切な時間に設定できるので、混練時間の不足に伴う原料の混合不足や、過度の混練時間に伴う原料の擬粒化等の悪影響を抑制でき、安定した品質のペレットを製造できる。

本発明の一実施の形態に係る高炉用含炭非焼成ペレットの製造方法の説明図である。 粒径が１〜２ｍｍ程度の微粉状コークスのＳＥＭ写真である。 製造した生ペレットの強度と炭素含有量との関係を示すグラフである。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る高炉用含炭非焼成ペレットの製造方法は、微粉状鉄含有原料と微粉状コークスを原料とし、炭素含有量が１５質量％以上２５質量％以下で、早強セメントの配合量が５質量％以上１５質量％以下の高炉用含炭非焼成ペレット（以下、単にペレットともいう）を製造する方法である。以下、詳しく説明する。

図１に示すように、まず、早強セメントの添加前に、微粉状鉄含有原料と微粉状コークスに水分を添加して、混練機で混合する。
微粉状鉄含有原料は、例えば、鉄分（Ｔ．Ｆｅ）を４０質量％以上含むものであり、焼結ダスト（焼結機の排ガス処理経路に設けた電気集塵機あるいはバグフィルター等で回収）、微粉状鉄鉱石スラッジ（鉄鉱石を水洗浄した際に生じるスラッジ）、乾燥ダスト（製鉄プロセスで発生する湿ダストを乾燥したもの）等がある。
また、微粉状コークスは、例えば、炭素分（Ｔ．Ｃ）を１０質量％以上含むものであり、高炉一次灰、送骸粉（コークスの搬送過程で集塵された微粉コークス）、等がある。
そして、早強セメントは、造粒物の冷間圧潰強度を向上させるものであり、例えば、早強ポルトランドセメント等があり、超早強セメントを使用することもできる。

なお、上記した微粉状鉄含有原料と微粉状コークスは、それぞれ製鉄プロセスで発生したものを使用できる。
ここで、上記した焼結ダスト、微粉状鉄鉱石スラッジ、乾燥ダスト、高炉一次灰、送骸粉（コークスダスト）、及び早強ポルトランドセメントの鉄分、炭素分、及び粒径等を表１に示す。

表１中の原料粒度は、質量基準のメジアン径で表した。質量基準のメジアン径は、原料粒子の累積質量分布における累積値（質量％）が５０％に相当する原料の粒子径として定義される。
一般に、原料の粒度分布特性には、質量平均径が使用されることが多いが、同一の粒度分布特性の原料であっても、階級のとり方によって値が異なるため、本発明では、特に、微粉領域で精度がある質量基準のメジアン径を、原料粒度の指標として採用した。

上記したように、早強セメントの粒度は、微粉状コークスと比較して非常に細かい。このため、表面に内径が１０〜５０μｍ程度の気孔が多く形成された図２に示す超微粉状コークスと早強セメントとを同時に混合すると、この気孔内に早強セメントが埋没し、その他の部分における早強セメントによる原料の結合効果が低減する。
そこで、微粉状鉄含有原料と微粉状コークスを混練機Ａにより事前に混合することで、微粉状コークスの気孔内に微粉状鉄含有原料を埋没させる。この混練機には、例えば、ボールミルやアイリッヒミキサー等を使用できるが、微粉状コークスの気孔内に微粉状鉄含有原料を埋没させることができれば、これに限定されない。

このとき、混練する微粉状鉄含有原料と微粉状コークスの粒度（質量基準のメジアン径）を所定範囲内に調整することが好ましい。
この粒度調整方法としては、微粉状鉄含有原料（微粉状コークスも同様）を構成する各種原料量の配合割合を調整する方法や、篩分け処理や破砕（粉砕）処理、更には水洗処理などがある。

ここで、微粉状鉄含有原料の粒度は、表１に示すように１ｍｍ以下程度であり、また、微粉状コークスの粒度は、微粉状鉄含有原料の粒度より大きく、２ｍｍ以下程度である。
また、微粉状鉄含有原料と微粉状コークスの混練に際しては、全微粉状鉄含有原料と全微粉状コークスとをまとめて混合しているが、微粉状鉄含有原料の一部（例えば、種類ごと）と微粉状コークスの一部（例えば、種類ごと）を事前に混合し、これに他の微粉状鉄含有原料と微粉状コークスを混合することもできる。

なお、微粉状鉄含有原料と微粉状コークスを混合するに際しては、製造するペレット中の炭素含有量が、１５質量％以上２５質量％以下となるように、微粉状鉄含有原料と微粉状コークスの配合割合を決定する。
従来から、ペレット中の酸化鉄を還元するのに必要な理論上の炭素量に対する炭素含有量（Ｔ．Ｃ）の比を、「炭素当量」と定義し、炭素による酸化鉄の還元度の目安にしている。ここで、ペレット中の炭素含有量を１５質量％以上としたのは、炭素当量１．２以上に相当し、高炉で使用する際に、ペレット中の酸化鉄を還元し、更に余剰カーボンのガス化により、ペレット以外の焼結鉱などの高炉用鉄含有原料の還元を促進することも期待できることによる。

また、上記した理由から、ペレット中の炭素含有量を高くすることが望ましいが、図３に示すように、ペレット中の炭素含有量が高くなるに従い、養生前のペレット（以下、生ペレットともいう）の強度が低下することが分かる。この生ペレットの強度とは、生ペレットを１ｍの高さから鉄板上に落下させた場合に生ペレットが破壊に至るまでの落下回数（回／１ｍ）である。
ここで、生ペレット中の炭素含有量を２５質量％以下としたのは、造粒機で製造された生ペレットが、ベルトコンベア、振動篩等を通過し、養生ヤードまで健全に輸送されるのに必要な生ペレット強度、即ち一般的な搬送装置では、４回／１ｍ以上を確保するためである。

図１に示すように、焼結ダスト、微粉状鉄鉱石スラッジ、乾燥ダストの微粉状鉄含有原料、更には、高炉一次灰、送骸粉の微粉コークスを混練機Ａに装入して混練し、その途中から水分の一部を添加して更に混練する。この混練物に、更に早強セメントを添加して混練機Ｂで混練すると共に、その途中から水分の一部を添加して、更に混練した後、この水分添加の混練物を造粒機Ｃで水分を添加しつつ造粒する。これにより、早強セメントを、図２に示す微粉状コークスの気孔内に埋没させることなく、微粉状コークスの表面に付着させることができる。

ここで、混練機Ｂには、例えば、ピンミキサー、アイリッヒミキサー、レディゲミキサー、パドル型羽根ミキサー等を使用できるが、微粉状コークスの表面に早強セメントを付着させることができれば、これに限定されない。また、微粉状鉄含有原料と微粉状コークスを事前混合した混練機に、早強セメントを添加してもよい。
また、早強セメント添加後の混練時間は、３分以上７分以下とするのが好ましい。この混練時間が３分未満の場合、混練時間が不足し早強セメントが偏った状態で微粉状コークスに付着する恐れがある。一方、混練時間が７分を超えると、混練が過度となり、微粉状コークスの表面に付着した早強セメントが脱落したり、原料の擬粒化等の悪影響が出る恐れがある。

なお、微粉状鉄含有原料及び微粉状コークスの混合物と、早強セメントとを混合するに際しては、製造するペレット中の早強セメント配合量（含有量）が、５質量％以上１５質量％以下となるように、早強セメントの配合割合を決定する。
ここで、早強セメント配合量を５質量％以上としたのは、製品としてヤードから払い出されてベルトコンベア等を乗り継ぎ高炉に装入する際、崩壊せずに使用できる圧潰強度、即ち、ペレットの粒径をφ１６ｍｍとした場合に９８０Ｎ／個（１００ｋｇｆ／個）以上の圧潰強度を安定して確保するためである。

また、早強セメントの含有量が１５質量％を超える場合には、ペレット中の鉄分と炭素分の割合が減少し、ペレットとしての品位が低下するため、高炉内でのスラグ発生量が増大し、炉下部の通気性が悪化して、安定した高炉操業が困難となる。また、高炉内で吸熱反応であるセメントの脱水反応がおこり、高炉シャフト部での昇温速度が低下し、低温での還元停滞域（低温熱保存帯）が発生して、高炉内での還元粉化が助長される。
従って、ペレット中の早強セメントの配合量を５質量％以上１５質量％以下としたが、下限を７質量％、上限を１３質量％とすることが好ましい。

そして、図１に示すように、上記した混練物を造粒機に供給して造粒し、例えば、平均粒径が１０〜２０ｍｍ程度の高炉用含炭非焼成ペレットを製造する。なお、造粒機には、例えば、パンペレタイザー等を使用できるが、造粒できればこれに限定されない。
なお、この造粒に際しても、製造するペレットの水分量を調整するため、水分の添加を行うが、この水分、前記した微粉状鉄含有原料と微粉状コークスの混合時の水分、及び前記した混合物と早強セメントの混合時の水分の合計量は、微粉状鉄含有原料、微粉状コークス、及び早強セメントの合計量の５質量％以上１５質量％以下で調整することが好ましい。

早強セメントの水和反応による硬化を促進させ、ペレットの強度を維持するためには、水分を添加する必要があるが、この添加水分量は、造粒したペレットの含水率が５質量％以上１５質量％以下となるようにすることが好ましい。
ここで、水分量が５質量％未満の場合、早強セメントの水和反応による硬化が十分に発現せず、養生後の強度が充分でなく、一方、水分量が１５質量％を超える場合、過剰水分により、安定した粒径の造粒物が得られなくなる恐れがある。

以上の方法で製造された生ペレットは、例えば、２週間程度、天日で養生することにより、製品として高炉に装入するのに必要な強度、即ち９８０Ｎ／個以上を備えることができる。
従って、本発明の高炉用含炭非焼成ペレットの製造方法を用いることで、ペレットの養生後の強度を向上させて、歩留りの向上が図れ、生産性を向上できる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここでは、微粉状鉄鉄含有原料として、焼結ダスト、微粉状鉄鉱石スラッジ、及び乾燥ダストを使用し、微粉状コークスとして、高炉一次灰及びコークスダストを使用し、バインダーとして早強セメント（早強ポルトランドセメント）を使用した。これらに含まれる鉄分、炭素分、及び持込水分量（含有水分量）を、表２にそれぞれ示す。

また、表３、表４に、試験条件、並びに得られた結果（評価）を示す。

表３に示すように、実施例１〜３は、微粉状鉄鉄含有原料、微粉状コークス、及び早強セメントを、炭素含有量が１５質量％以上２５質量％以下、かつ早強セメントの配合量が５質量％以上１５質量％以下となるように、配合したものである。なお、実施例１〜３は、表４に示すように、微粉状鉄含有原料と微粉状コークスを混合した後、この混合物に更に早強セメントを添加し混練して造粒した。

一方、比較例１は、表３、表４に示すように、微粉状鉄含有原料、微粉状コークス、及び早強セメントを、炭素含有量が１５質量％以上２５質量％以下、かつ早強セメントの配合量が５質量％以上１５質量％以下となるように配合し、それらを同時に添加し、混練し造粒したものである。
また、比較例２、３は、表３に示すように、微粉状鉄含有原料、微粉状コークス、及び早強セメントを、炭素含有量が２５質量％を超え、かつ早強セメントの配合量が５質量％未満となるように配合したものである。なお、表４に示すように、比較例２は、微粉状鉄含有原料と微粉状コークスを混合した後、この混合物に更に早強セメントを添加し混練して造粒したものであり、比較例３は、それらを同時に添加し、混練し造粒したものである。

ここで、原料の混合及び混練を行う混練機には、パドル羽根型ミキサーを１台使用した。このミキサーは、ケーシング幅：１４００ｍｍ、原料の投入（添加）位置から排出位置までの芯間距離：５０００ｍｍ、駆動軸の回転数：２８回／分、である。なお、図１中の丸付き数字の添加位置は、表４に示す添加位置、入側１〜３にそれぞれ対応する。
また、混練物の造粒を行う造粒機には、パンペレタイザーを使用した。このパンペレタイザーは、パン径：φ６５００ｍｍ、パン傾斜角度：４５〜５５度（ここでは５０度）、リム高さ：７００〜１０００ｍｍ（ここでは９００ｍｍ）、回転速度：６〜１０ｒｐｍ（ここでは８ｒｐｍ）、処理量：３０トン／時間（水分を含む）、である。

そして、混練時間に関しては、表４に示すように、実施例１及び比較例１〜３では、３分以上７分以下の５分とした。また、実施例２では混練時間を２分とし、実施例３では混練時間を９分とした。
なお、表４に示す評価は、得られた生ペレットの強度と製品の圧潰強度を用いて行った。
この生ペレット強度は、実設備を考慮して４（回／１ｍ）以上を必要な強度とした。
また、製品の圧潰強度は、製品として高炉に装入できる必要な強度、即ち養生後のペレットで４．９ＭＰａ（５０ｋｇｆ／ｃｍ^２）以上（φ１６ｍｍのペレットで９８０Ｎ／個）とした。

実施例１〜３のように、炭素含有量と早強セメントの配合量を適正範囲とし、微粉状鉄含有原料と微粉状コークスを混合した後、この混合物に更に早強セメントを添加し混練して造粒することで、得られた高炉用含炭非焼成ペレットは、養生ヤードまで健全に輸送されるのに必要な生ペレット強度と、製品として使用可能な圧潰強度を備えることがわかった。特に、混練時間を最適範囲とした実施例１は、他の実施例２、３と比較して、生ペレット強度と製品圧潰強度を高めることができた。
一方、比較例１〜３のように、微粉状鉄含有原料、微粉状コークス、及び早強セメントを一度に混合し混練したり、あるいは炭素含有量と早強セメントの配合量を適正範囲外とすると、得られた高炉用含炭非焼成ペレットは、養生ヤードまで健全に輸送されるのに必要な生ペレット強度と、製品として使用可能な圧潰強度を備えることができなかった。

以上のことから、本発明の高炉用含炭非焼成ペレットの製造方法を使用することで、ペレットの養生後の強度を向上させて、歩留りの向上が図れ、生産性を向上できることを確認できた。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の高炉用含炭非焼成ペレットの製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。

Claims (2)

1. 微粉状鉄含有原料と微粉状コークスを原料とし、炭素含有量が１５質量％以上２５質量％以下で、早強セメントの配合量が５質量％以上１５質量％以下で、添加する水分の合計量を前記原料と前記早強セメントの合計量の５質量％以上１５質量％以下とする高炉用含炭非焼成ペレットの製造方法であって、
   前記微粉状鉄含有原料と前記微粉状コークスを混合し、更に前記水分の一部を添加して混合した後、該混合物に前記早強セメントを添加して混合し、更に前記水分の一部を添加して混練し、該混練物に更に残部の前記水分を添加して造粒することを特徴とする高炉用含炭非焼成ペレットの製造方法。
2. 請求項１記載の高炉用含炭非焼成ペレットの製造方法において、前記早強セメントの添加後の混練時間は３分以上７分以下であることを特徴とする高炉用含炭非焼成ペレットの製造方法。