JP5811756B2

JP5811756B2 - 焼結鉱の製造方法

Info

Publication number: JP5811756B2
Application number: JP2011224866A
Authority: JP
Inventors: 慎治河内; 笠間　俊次; 俊次笠間
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2011-10-12
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2031-10-12
Also published as: JP2013082980A

Description

本発明は、焼結鉱の製造方法に関する。

日本の製鉄所における主たる高炉用原料は焼結鉱である。この焼結鉱には、下方吸引式のドワイトロイド型焼結機が用いられる。この方法においては熱効率に関する次のような本質的な課題がある。すなわち、焼結パレット内の原料充填層下層の焼結原料は、下方に吸引される上層コークスの燃焼排ガスにより余熱され、熱が十分伝えられる。これに対し、原料充填層上層の鉱石は、排ガスにより余熱されないため熱が不足気味になる。また、焼成後の焼結鉱は、上方より吸引された空気により急速冷却される。このため、焼結鉱ケーキの上層部における焼結鉱は脆くなり、上層部の成品歩留、強度が低下する。

上記課題を改善するために、今までに、数多くの手段が提案されている。その中に、原料装入後、原料ベッドの表層に炭材を追加する方法がある。原料ベッドの表層に炭材を追加する方法の一つは、点火前の原料充填層の表層に燃料を供給する方法である（特許文献１、２参照）。

もう一つは、点火後の原料充填層（ベッド）の表層に、高炉ガス灰のような遅燃性微粉末を少量散布し、遅燃性微粉末を吸引ガスによって燃焼ゾーンへ導入する方法である。

特開昭６０−３９１２９号公報特開２０００−１７８６６１号公報特開昭４１−７０４１号公報

しかし、一般的な焼結機では原料フィーダーから点火炉までの間のスペースが限られるため、特許文献１、２に開示された技術を一般的な焼結機に適用することは困難であった。

また、特許文献３では、散布する遅燃性微粉末の種類、量や粒度に規定がなく、また有効な散布位置（散布時期）に関して開示されておらず、ベッド表面から燃焼ゾーンへ遅燃性微粉末を気流で導入する方法では、遅燃性微粉末の導入量に限界があるため、十分な効果が得られないと察せられる。

本発明の目的は、焼結鉱の上層部の焼結鉱の強度等の低下を招くことなく焼結機の生産性を格段に向上させることにある。

上記目的を達成するため、本発明者らは、原料充填層上層部の熱を必要十分に補償できるように、原料充填層に点火後散布した炭材を原料充填層表面で燃焼させる方法を採用することとした。そして、本発明者らは、この方法について広範な実験的検討を行うことで、特段の生産性効果が得られる条件を見出し、下記の発明に想到するに至った。

即ち、本発明のある観点によれば、下方吸引型焼結機を用いた焼結鉱の製造方法であって、パレット上に給鉱された原料充填層が点火炉を出てから、原料充填層の層厚６００ｍｍに対して１５．０ｋＰａとなる負圧で原料充填層を吸引する場合に２分以内に、揮発分を総質量に対して１０質量％以上含む石炭を、原料充填層中の炭材及び石炭の総質量の１１質量％以下の割合で、原料充填層の表面に散布し、炭材の質量及び石炭の質量は、コークスの発熱量を基準とした発熱量換算値であることを特徴とする焼結鉱製造方法が提供される。

ここで、石炭の粒度が、０．２５ｍｍ以下であってもよい。

また、原料充填層が点火炉を出てから０．２分経過した時点で、石炭の散布を開始するようにしてもよい。

本発明によれば、散布する炭材の種類、量、および散布時期を本発明の範囲に設定することにより、原料充填層の表層に散布された石炭の着火、燃焼が円滑に進行して原料充填層上層部の熱が補償され、特段の生産性向上効果が得られる。さらに、原料充填層の表面に所定時間内に所定量の石炭を散布することにより、コークスに代えて、固体燃料の一部に従来使用できなかった揮発分を有する石炭の使用が可能となり、製造コストを削減できる。

鍋試験及び原料充填層の表面に石炭を散布する方法を示す図である。ＮＳＢＣ炭散の散布終了までの時間と未燃石炭の関係を示す図である。

下方吸引型焼結機を用いた焼結鉱の製造においては、焼結パレット内の原料充填層下層の焼結原料は、下方に吸引される上層コークスの燃焼排ガスにより余熱され、熱が十分伝えられる。これに対し、原料充填層上層の鉱石は、排ガスにより余熱されないため熱が不足し、また、焼成後の焼結鉱は、上方より吸引された空気により急速冷却され、脆い焼結鉱となる。本実施形態によれば、原料充填層の表面に石炭を散布し、熱を供給することにより、焼結鉱製造設備の上層部を十分に加熱できるので、熱不足による上層部の焼結鉱の歩留の低下を抑制することによって、焼結の生産性を向上させることができる。

本実施形態では、パレット上に給鉱された原料充填層が点火炉を出てから２分以内に、揮発分を石炭の総質量に対して１０質量％以上含む石炭を、全炭材量の１１質量％以下の割合で原料充填層の表面に散布する。ここで、全炭材量とは、例えば、原料充填層中の炭材と石炭との総質量を意味する。

ここに、石炭の散布の方法は特に定められるものではなく、例えば、気流とともに吸引させる方法、適当なフィーダーを介して表層に散布する方法などの公知の方法を任意に用いることができる。

また、散布する石炭の揮発分は、その割合が高いほど効果が大きいため好ましい。これは、原料充填層表面の冷却されやすい環境においても燃焼が円滑に進行し、燃え残りの燃料が少ないためである。本実施形態では、主要な石炭の揮発分が１０〜４０％であることから、揮発分の割合を石炭の総質量に対して１０質量％以上とした。また、揮発分の質量％は、１９質量％以上がより好ましい。この理由は以下の通りである。即ち、揮発分は原料充填層内の焼結燃焼帯で発熱し、固形分は原料充填層の上層で発熱することが多い。一方、石炭の揮発分が少ない場合、石炭の固形分が原料充填層の上層に過剰に存在することになる。したがって、石炭の揮発分が少ない場合、原料充填層の上層にて過溶融が生じ、上層部の通気性が低下する可能性があると考えられる。揮発分が１０質量％以上であれば、本実施形態の効果は得られるが、原料充填層上層部の通気性を確保するという観点からは、１９質量％以上であることがより好ましい。

石炭の原料充填層表面への散布は、パレット上に給鉱された原料充填層が点火炉を出てから２分以内に終了する。原料充填層が点火炉を出てから２分を超えると、原料充填層の表面の温度が低下して散布した石炭への着火が不十分となり、未燃の石炭が原料充填層の表面に残存するからである。ここで、原料充填層が点火炉を出てから所定のクリアランス時間を経過した際に、石炭の散布が開始される。ここで、クリアランス時間は、点火炉とそれに続く石炭散布装置との設備配置上のクリアランスに対応した搬送時間を意味する。石炭の着火の観点からは点火炉及び石炭散布装置はできるだけ接近させて配置する方が好ましいが、石炭散布装置への点火炉からの熱影響に基づいてクリアランスは決められる。クリアランス時間は、例えば０．２分とすることができる。

散布する石炭の量は、全炭材量の１１質量％以下であることが好ましい。１１質量％までは石炭の増加とともに生産性向上の効果が得られるが、１１質量％を超えると生産性が低下するからである。このような生産性の低下は、過剰な石炭の散布による過剰な溶融により原料充填層の上層部の通気性が低下するためと考えられる。また、石炭の量は、全炭材量の７質量％以下であることがさらに好ましい。これは上述の過溶融が７質量％以上で発生し始め、散布した石炭による生産性向上効果を相殺するためである。

散布する石炭の粒度は、１ｍｍ以下であることが好ましい。石炭の粒度が１ｍｍを超えると燃焼速度が低下して散布した石炭を原料充填層の表面で完全に着火させることが困難となる。石炭の粒度は、好ましくは、０．５ｍｍ以下、更に好ましくは０．２５ｍｍ以下となる。０．２５ｍｍ以下であれば散布した石炭はより十分に燃焼される。なお、粒度は、ＪＩＳＺ８８０１に準じた篩いを用い、ロータップシェーカーにて３分間処理することによって規定（測定）した。即ち、本実施形態での粒度は、篩の目開きの大きさによって規定されるものである。

従来、焼結機では揮発分を有する固体燃料は使用できなかった。これは、排ガス中に放出された揮発分が後段の集塵機やブロアーに付着して、それぞれ火災や振動の原因となるためである。しかし、本発明においては、石炭から放出される揮発分は、焼結燃焼帯を通過する際に完全に燃焼されるため、この問題が解消される。

以下、実施例に従って、原料充填層の表面への石炭散布の効果とその操業因子の数値限定の根拠を示す。実施例及び比較例は、鍋試験と呼ばれる実験の結果に基づく。実施例及び比較例で使用される各原料及び各原料の質量％を表１に示す。表１中、「鉱石Ａ」〜「コークス」は原料充填層を構成する材料を示し、「石炭散布」は散布された石炭の質量％を示す。また、「（外数）」は、鉄鉱石及び溶剤の総質量を１００としたときの質量％を示す。また、「ベース」は、石炭が散布されない例を示し、「テスト」は、石炭が散布される例を示す。「テスト」の各項目中、「石炭散布」及び「合計」に付された「２７」という数値は、質量％が発熱量換算値であることを示す。

本実施例及び比較例では、炭材及び石炭の質量は、コークスの発熱量を基準とした発熱量換算値で表される。例えば、全炭材量の発熱量換算値は、コークス配合量（原料充填層中のコークスの質量）＋石炭配合量（散布される石炭の質量）×（石炭の発熱量）／（コークスの発熱量）である。また、石炭の質量の発熱量換算値は、石炭配合量（散布される石炭の質量）×（石炭の発熱量）／（コークスの発熱量）となる。ここで、コークス発熱量３０．２ＭＪ/ｋｇ、石炭発熱量２６．６ＭＪ/ｋｇとしている。石炭としては、ＮＳＢＣ炭（揮発分３６．５質量％）、サラジ炭（揮発分１９．３質量％）、及びコパベラ炭（揮発分１３質量％）を使用し、比較例として例えばコークスを使用した。ＮＳＢＣ炭、サラジ炭、コパベラ炭及びコークスの工業分析と元素分析を表２に示す。表２中、「ＡＳＨ」は灰分の質量％を示し、「ＶＨ」は揮発分の質量％を示す。また、「Ｃ」、「Ｈ」、「Ｓ」、「Ｎ」、及び「Ｏ」は、それぞれ炭素、水素、硫黄、窒素、及び酸素の質量％を示す。

図１に鍋試験に用いる装置及び原料充填層の表面に石炭を散布する方法を示す。鍋試験は、以下のように行われた。まず、原料充填層を構成する表１に示した配合原料をドラムミキサーにより１分間混合し、その後、４分間造粒した。次いで、図１に示す直径（Ｓ）３００ｍｍの試験鍋１に層厚６００ｍｍとなるように造粒後の配合原料を充填した。なお、試験鍋１の下端面はメッシュ状となっている。次いで、熱電対２を用いて原料充填層の表面及びその近傍を９０秒間点火した。その後、試験鍋１の下端面から負圧１５．０ｋｐａの一定条件で試験鍋１の内部を吸引することで、原料充填層を焼結した。点火が終了してから所定時間内に充填槽の上で所定の篩目の篩網４で石炭３を手篩いすることで、原料充填層の表面に石炭を散布した。

〔実施例１〕
実施例１−１〜１−９、及び比較例３〜６では、散布される炭材の粒度を０．１ｍｍ以下、炭材の散布時間を点火終了後６０秒という一定の条件とし、炭材の種類、散布量の影響を検討した。結果は生産率で評価した。

まず、焼成後のシンターケーキを２ｍの高さから４回落下させて破砕し、５ｍｍ以上の焼結鉱を成品として回収し質量（Ｗ）を測定した。一方焼結時の排ガス温度変化から焼結完了時間（ｔ）を求めた。焼結完了時間は、点火を開始してから、焼結が終了するまでの時間である。生産率は、単位面積、単位時間に得られる成品の重量で定義され、Ｗ／（π（Ｓ／２)^２）／ｔで計算される。単位面積は、原料充填層の表面、即ち点火された面の単位面積を示す。試験結果を表３に示す。

＜散布量０．２％での炭材の種類の比較＞
上記からわかるように、原料充填層の表面に炭材を散布していない比較例２に比べ、ＮＳＢＣ炭（揮発分３６．５質量％）、サラジ炭（揮発分１９．３質量％）、またはコパベラ炭（揮発分１３質量％）を表面散布した実施例１−４、１−８、または１−９の場合は、生産率が向上した。また、コークスを表面に散布した比較例４と比較した場合においても、石炭散布の方が、生産率が向上した。原料充填層の表面に散布する炭材は、揮発分の高い石炭が優れていることがわかった。また、参考のために、ＣａＯ/Ｆｅ_２Ｏ_３＝０．３（質量比）、コークス割合が溶剤の総質量に対して１７質量％となるように鉄鉱石、生石灰および粉コークスを混合した溶剤を、投入熱量一定の条件で散布した比較例３に対しても石炭散布の優位性が見られた。

＜表面に散布する石炭の量の影響＞
１１質量％以下の範囲でＮＳＢＣ炭の表層散布割合を変更した実施例１−１〜１−７によれば、ＮＳＢＣ炭の散布量が増加するに従って生産性向上効果は増加した。一方、散布量が１１質量％を超えた比較例５、６では、実施例１−７に比べて生産性が低下した。以上より、表面に散布する石炭の量は１１質量％以下の範囲が適切であり、７質量％に近いほど好ましいことがわかった。散布石炭量が１１質量％を上限とするのは、原料内に一定のコークスが存在しないと焼結歩留を著しく低下させること、および、表層に散布した石炭が通気抵抗要因となるためである。

〔実施例２〕
実施例２の試験では、炭材の種類、量は一定として、散布開始時間と炭材粒度との影響を検討した。ここで、散布開始時間は、原料充填層への点火が終了してから石炭の散布が開始されるまでの時間である。散布開始時間と炭材粒度とは表層に散布された石炭への着火の如何を支配する因子と考えられるので、ここでは、散布開始時間と炭材粒度との影響を散布した石炭の燃焼率で評価した。燃焼率は、焼成後に、焼結鉱ケーキ表面の焼結鉱を採取して、採取した焼結鉱に残った未燃石炭の量を測定することで求めた。散布する石炭の粒度の影響を調査するため、１．０ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０．２５ｍｍ以下及び０．１ｍｍ以下に粉砕したＮＳＢＣ炭（揮発分３６．５質量％）を用いた。石炭散布のタイミングについては、散布開始時間を変え、散布時間を３０秒で一定とした。試験条件は、すべて同じ投入熱量とするため、全炭材量に対して０．２質量％分に相当する熱量の石炭を散布した。

０．５ｍｍ以下の場合のＮＳＢＣ炭（揮発分３６．５質量％）の粒度と散布開始時間による、焼結後の石炭残留量の変化を図２に示す。横軸は、散布終了までの時間、即ち、点火が終了してから散布が終了するまでの時間を示す。石炭残留量は、石炭粒度の増加または散布終了までの時間、即ち散布開始時間の増加とともに増加した。特に、点火後２分を超えて散布するといずれの粒度においても散布した量のほぼ全量が残留していた。

この結果から、散布する石炭の粒度は１．０ｍｍ以下が好ましく、０．５mm以下がより好ましく、０．２５ｍｍ以下がさらに好ましいこと、石炭散布は点火後２分以内に行う必要があることが判明した。

本発明は、下方吸引型焼結機を用いた焼結鉱の製造方法に利用できる。

１…試験鍋、２…熱電対、３…石炭、４…篩網

Claims

下方吸引型焼結機を用いた焼結鉱の製造方法であって、パレット上に給鉱された原料充填層が点火炉を出てから、前記原料充填層の層厚６００ｍｍに対して１５．０ｋＰａとなる負圧で前記原料充填層を吸引する場合に２分以内に、揮発分を総質量に対して１０質量％以上含む石炭を、前記原料充填層中の炭材及び前記石炭の総質量の１１質量％以下の割合で、前記原料充填層の表面に散布し、
前記炭材の質量及び前記石炭の質量は、コークスの発熱量を基準とした発熱量換算値であることを特徴とする焼結鉱製造方法。
前記石炭の粒度が、０．２５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１記載の焼結鉱製造方法。
前記原料充填層が前記点火炉を出てから０．２分経過した時点で、前記石炭の散布を開始することを特徴とする、請求項１または２に記載の焼結鉱製造方法。