JP5585503B2 - 焼結鉱の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)1200℃以上1400℃以下の温度に保持する時間が不足となる領域に限定して気体燃料を供給することで、装入層内の全ての領域において、焼結時における高温域保持時間を150秒以上確保することが可能となる。
(2)支燃性ガス(空気)に酸素を富化し、焼結時のガス雰囲気を酸化方向に移行することによって、焼結鉱中のカルシウムフェライトの生成量を増大することができる。
(3)さらに、気体燃料を供給すると同時に、酸素を限定した範囲で富化することによって、気体燃料と焼結原料中の炭材の燃焼位置を低温側に移行させることができるので、最高到達温度を上昇させることなく、高温域保持時間を延長することができる。
(4)したがって、本発明によれば、高強度で被還元性に優れる高品質の焼結鉱を、生産性よく製造することが可能となる。
発明者らは、まず、高強度かつ被還元性に優れる、高品質の焼結鉱を生産性よく製造するために必要な、1200℃以上1400℃以下の温度に保持すべき時間(高温域保持時間)を確認するため、電気炉を用いた焼結実験を行った。
この実験では、ペレタイザーを用いて、粒径が0.5mm以上の鉄鉱石を核粒子とし、粒径0.5mm未満の鉄鉱石および副原料である炭酸カルシウム、二酸化ケイ素を原料として添加しながら造粒し、約2〜5mmφの焼結原料とした。次いで、上記焼結原料を、アルミナ製のボートに乗せ、図9に示した横型電気炉の均熱帯中央付近に装入し、1200〜1400℃の温度範囲に保持時間を0〜350秒の範囲で変化させて焼結した。なお、上記実験では、焼結実験中、電気炉中に実機焼結機の排ガスと同組成の雰囲気ガスを流して、実機での焼結条件を模擬した。上記のようにして得た焼結鉱は、その後、急冷して回収し、冷間強度と生成したカルシウムフェライト量を測定した。焼結鉱の強度は、上記工程で得た焼結鉱を整粒して所定の粒度とした焼結鉱を、圧潰強度試験機を用いて、焼結鉱が圧潰するときの荷重(圧潰荷重)を求めた。また、カルシウムフェライト量は、粉末X線回折法を用いて測定した。
というのは、前述した表1に示したように、焼結過程で焼結鉱中に生成するカルシウムフェライトは、高強度で被還元性も良好であるのに対して、カルシウムシリケートは、低強度で被還元性も劣る。したがって、高品質の焼結鉱を製造する上で重要なことは、如何にして焼結鉱中にカルシウムフェライトを多く生成させ、カルシウムシリケートを生成させないかという点にある。また、焼結鉱中に生成される鉱物は、図7や図8に示したように、焼結時の最高到達温度や高温域保持時間によって変化する。しかし、最高到達温度や高温域保持時間は、焼結時のガス雰囲気の成分や組成によっても変化すると考えられるからである。
実験では、ペレタイザーを用いて、粒径が0.5mm以上の鉄鉱石を核粒子とし、粒径0.5mm未満の鉄鉱石および副原料である炭酸カルシウム、二酸化ケイ素を外装用原料として添加しながら造粒し、約2〜5mmφの焼結原料を得た。
この焼結原料を、アルミナ製のボートに乗せ、図9に示した横型電気炉の均熱帯中央付近に装入し、1200〜1400℃の温度範囲において焼結を行った。焼成した試料は、その後、急冷して回収し、焼結によって生成した鉱物種とそれらの生成割合(mass%)を、粉末X線回折法を用いて測定した。
なお、上記焼結実験における焼結時のガス雰囲気は、実機排ガスの成分組成から焼結中のガス雰囲気を予測し、その中で大きく分散していたO2濃度およびCO/(CO+CO2)の比に着目し、これらを操作因子として変動させた。
一般に、反応速度は以下の式で表される。
r=A×k×Cn
ここで、r:反応速度(mol/m2・s)
A:温度に依存しない定数(頻度因子)
k:反応速度定数(m/s)
C:反応に使用される気体成分濃度(mol/m3)
n:分子1個の反応を進行させるために必要な気体成分の分子数(−)
ただし、この反応速度式では、逆反応は考慮していない。
まず、鉄鉱石、溶剤および粉コークス等を、粉コークスを除いた配合割合が、表2に示した値となるようした混合した焼結原料を、ドラムミキサーに投入し、約5mmφの大きさに造粒した。この際、得られる焼結鉱中のシリカは4.9mass%、塩基度は2.0となるように調整した。次いで、上記造粒粒子を、図18に示した290mmφ×400mmHの大きさの円筒状の鉄製焼結鍋に充填して装入層を形成し、この装入層上方に配設した点火炉で点火し、焼結鍋の下方に配設したブロワーで、装入層上方から下方に空気を吸引して焼結原料中の炭材(粉コークス)を燃焼させて焼結を行った。
実験は、前述した実験と同様、表2に示した焼結原料を、ドラムミキサーに投入し、約5mmφの大きさに造粒した。この際、得られる焼結鉱中のシリカは4.9mass%、塩基度は2.0となるように調整した。
次いで、上記造粒粒子を、図18に示した290mmφ×400mmHの大きさの円筒状の鉄製焼結鍋に充填して装入層を形成し、この装入層上方に配設した点火炉で点火し、焼結鍋の下方に配設したブロワーで、装入層上方から下方に空気を吸引して焼結原料中の炭材(粉コークス)を燃焼させる、生産量が312千トン/月程度の実機焼結機を模擬した焼結実験を行った。
上記焼結実験の結果から、気体燃料の供給に併せて酸素を富化してやることが有効であるが、好ましくは気体燃料を供給する領域の上流側1/2以内の領域、さらに好ましくは、上流側(1/4〜1/2)以内の領域において集中的に気体燃料を富化してやるのが効果的であることがわかった。
前述したように、装入層内に気体燃料を供給し燃焼させる場合、炭材燃焼による燃焼帯が通過した後の焼結温度が低下しつつある装入層(焼結層)内において気体燃料が燃焼するので、その部分の温度を高めて燃焼帯の厚さ方向の幅を拡大し、高温域保持時間を延長することができる。また、酸素の富化は、気体燃料の燃焼温度を低める作用があるので、酸素を富化しない場合よりも低温度域、即ち、装入層上層部で気体燃料が燃焼するようになる。しかし、図2において説明したように、燃焼帯は、通気抵抗を高める作用があるため、燃焼帯の幅の拡大は、通風量の低下を招き焼結時間の延長を来たすことになる。そして、その影響は、酸素を富化する時間が長ければ長いほど大きくなるため、LNGの供給領域と同じ範囲に酸素を富化した条件では、特に焼結時間が延長したものと考えられる。
本発明の焼結鉱の製造方法は、下方吸引式焼結機を用いて、循環移動するパレット上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成し、その装入層表面の炭材に点火すると共に、燃焼下限濃度以下に希釈した気体燃料を含む装入層上方の空気をパレット下に配設されたウインドボックスで吸引して装入層内に導入し、装入層内において上記気体燃料と炭材を燃焼させて焼結鉱を製造する方法である点において、従来の特許文献4〜6の技術と同じである。したがって、気体燃料を供給する場合には、焼結時の装入層内、特に、装入層の中層から下層における最高到達温度を1200〜1400℃の範囲に保持するため、焼結原料中に添加する炭材量を削減するのが好ましい。
例えば、図4(b)に示したパレット幅方向中央上層部の高温域保持時間が150秒未満となる装入層の厚さ方向の領域は、パレット幅方向中央部において、装入層表層から内部に熱電対を挿入して焼結時における、装入層厚さ方向各位置における温度変化を実測し、各位置における高温域保持時間の分布から求めることができる。
因みに、発熱量でみた場合、炭材量の1mass%に相当する気体燃料は、LNG(液化天然ガス)で約1vol%、プロパンガスで約0.5vol%である。
また、上記酸素を富化する領域を、気体燃料を供給する領域のさらにその上流側1/2以内に制限するのが好ましい理由は、図22に示したように、酸素を長時間に亘って供給すると、高強度の焼結鉱が得られるももの、焼結時間が長くなるため、生産率が低下するようになるからである。
上記前者の例として、気体燃料として生ガスを用いる気体燃料供給装置において、さらに、酸素を供給する装置の模式図を図23に示した。この装置は、気体燃料を供給する領域の装入層上方に設置されたフード内の高さ方向中間部に、間隙を有して1段以上の邪魔板を配設し、その邪魔板の下方に気体燃料供給配管を配設して、生の気体燃料を吹き消え現象が起こる高速で水平方法に噴出して瞬時に燃焼下限濃度以下の希釈気体燃料とするとともに、上記邪魔板の上方に酸素供給配管を配設し、富化する酸素を邪魔板の間隙に向けて供給するものである。したがって、酸素供給配管から供給される酸素は、一旦、邪魔板上あるいは邪魔板の間隙を通過するまでに富化する濃度に達した後、気体燃料と合流するため、高濃度の酸素と気体燃料が接触するのを防止できるようになっている。なお、上記配管から供給する酸素は純酸素でなくてもよい。ここで、気体燃料供給パイプの上方に配設してある邪魔板は、LNG等の気体燃料は空気より軽いため、フード上方に漏洩散失するのを防止するためである。なお、酸素は、比重が気体燃料より重いためフード外へ拡散する虞は少ない。
2:ドラムミキサー
3:ロータリーキルン
4、5:サージホッパー
6:ドラムフィーダー
7:切り出しシュート
8:パレット
9:装入層
10:点火炉
11:ウインドボックス
12:カットオフプレート
Claims (9)
- 循環移動するパレット上に粉鉱石と炭材を含む焼結原料を装入して装入層を形成し、その装入層表面の炭材に点火すると共に、燃焼下限濃度以下に希釈した気体燃料を含む装入層上方の空気をパレット下に配設されたウインドボックスで吸引して装入層内に導入し、装入層内において上記気体燃料と炭材を燃焼させて焼結鉱を製造する方法において、
炭材の燃焼熱のみで焼結するときに1200℃以上1400℃以下に保持される高温域保持時間が150秒未満となる装入層の上層部分が、焼結反応が進行している段階、かつ、炭材燃焼により形成された燃焼帯が通過し、焼結温度が低下しつつある段階にある、点火炉出側〜排鉱部までの間の領域に上記気体燃料を供給し、燃焼させて、上記高温域保持時間を150秒以上とすると共に、
上記気体燃料を供給する領域の、気体燃料供給開始位置から上流側1/2以内の範囲で空気中の酸素を富化することを特徴とする焼結鉱の製造方法。 - 上記焼結原料中の炭材量を変化させて、最高到達温度を1200〜1400℃の範囲に保持することを特徴とする請求項1に記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記気体燃料を供給する領域の、気体燃料供給開始位置から上流側(1/4〜1/2)の範囲で空気中の酸素を富化することを特徴とする請求項1または2に焼結鉱の製造方法。
- 上記酸素の富化によって、空気中の酸素濃度を21vol%超35vol%未満とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記酸素の富化によって、酸素富化領域における装入層内のガス雰囲気中のO2濃度を12.5vol%以上とし、かつ、最高到達温度を1275〜1375℃の温度範囲とすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記気体燃料の供給と酸素の富化により、上記高温域保持時間が150秒未満となる領域の高温域保持時間を150秒以上300秒以下とすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法。
- 気体燃料を供給しないときの炭材量から、供給する気体燃料の発熱量相当以上の量の炭材を削減することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記気体燃料を添加した空気は、予め燃焼下限濃度以下に希釈した気体燃料を空気に添加したもの、あるいは、装入層上の大気中に気体燃料を高速で噴射して燃焼下限濃度以下に希釈したもの、のいずれかであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか記載の焼結鉱の製造方法。
- 上記気体燃料は、気体燃料を供給する領域の装入層上方に設置されたフード内の高さ方向中間部に間隙を有して1段以上配設された邪魔板の下方に供給し、上記富化する酸素は、上記フード内の邪魔板の上方において邪魔板の間隙に向けて供給することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法。
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