JP5995004B2 - 焼結原料の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、製鋼スラグを焼結鉱の原料の一部に用いた焼結原料をドワイトロイド式焼結機で焼結して高炉用焼結鉱を製造するときの、上記焼結原料の製造方法に関するものである。

下方吸引のドワイトロイド式焼結機で高炉用焼結鉱を製造するときの焼結原料には、主原料となる鉄鉱石（粉鉱石）とＣａＯ系やＳｉＯ_２系の副原料を（以下、これらを、後述する「製鋼スラグ」と区別して、「通常原料」ともいう）混合し、適度な大きさに造粒した擬似粒子（造粒粒子）に、焼結熱源となるコークス、無煙炭等の固体燃料（凝結材、炭材ともいう）を配合したものを用いるのが普通である。

また、製鉄所内で発生するスラグやダスト、副産物等も、その含有成分に応じて、許容できる範囲で焼結鉱の原料として再使用されている。たとえば、製銑工程の高炉で発生したダストを電気集塵機やサイクロン集塵機等で回収した乾燥ダストや、製銑工場や製鋼工場の側溝などから回収した煤塵、熱間圧延工程で発生したミルスケールをシックナー等の排水処理設備で回収した湿潤ダストには、鉄分やカーボンが多く含まれているため、成分調整した後、焼結原料の鉄分やカーボン分の代替品として使用されている。また、製鋼工程で発生する脱硫予備処理スラグや、転炉スラグ（脱Ｐスラグ、脱炭スラグ）（以降、これらを纏めて「製鋼スラグ」という）には、Ｃａ分が多く含まれているため、焼結原料に添加されるＣａＯの代替品として使用されている。

上記製鋼スラグの具体的な再利用技術としては、例えば、特許文献１には、焼結配合原料に転炉スラグを用いるに際して、ミルスケールを混合することで焼結鉱の品質を向上する技術が開示されている。この技術は、上記混合物を、粘結剤（バインダー）を用いて固化した後、乾燥し、粉砕し、粒度調整する工程を必要とする。しかし、ミルスケールの表面は、鉄鉱石と比べて凹凸が少ないため、固化するために多量のバインダーを添加する必要がある。一方、バインダーの添加量を少なくすると、一般的な焼結原料の算術平均粒径である３〜４ｍｍより粒径が小さくなるため、篩い下粉の発生率が増加してしまう。したがって、バインダーコストが高く、均一な粒度の焼結原料を得難いという問題がある。

また、特許文献２には、ゲーサイト成分の多い鉄鉱石に、鉄鉱石との反応性の低い転炉スラグを混合することで、焼結鉱の強度を弱める反応を抑制する技術が開示されている。しかし、この技術では、ゲーサイト成分を多く含む鉄鉱石と、転炉スラグとを混合・造粒する必要があり、その他の良質な鉄鉱石を併用して使用する場合には、それらと転炉スラグとの接触を回避するため、少なくとも造粒ラインを２つに分ける必要がある。したがって、この技術は、造粒ラインを１つしか持たない造粒プロセスには適用できない。

また、特許文献３には、石灰石と比較して鉄鉱石との反応性に劣る転炉スラグの粒度を細かくすることで反応面積を大きくし、反応速度を改善することで、フラックスとして使用する技術が開示されている。しかし、この技術は、細粒化による反応性向上の代償として、焼結原料の平均粒径を低下させ必要があるため、パレット上に装入した焼結原料装入層の通気性を低下させるという問題がある。

また、特許文献４には、焼結鉱の品質低下を招く難焼結性のドロマイトを易焼結性の製鋼スラグと選択的に組み合わせることで、焼結鉱の品質低下を防止しつつ、効率的に製鋼スラグをリサイクルする技術が開示されている。しかし、この技術は、ドロマイトの使用を前提としており、ドロマイト中の遊離ＣａＯ分が少ないことによる焼結生産性の低下が懸念される。すなわち、（ＭｇＯ／ＣａＯ）比の高い原料であるドロマイトを選択しても、ドロマイト中のＣａＯに相当する石灰石の配合割合を低下させなくてはならないため、焼結操業としては減産方向に向かうという問題がある。
以上のように、製鋼スラグの取り扱いに関しては、溶融性の向上と造粒性の確保を両立する方法を採用する必要があるが、それらを共に満足する有効な操業方法を見出す必要があった。

そこで、上記問題点を回避する技術として、特許文献５には、製鋼スラグと、製鋼スラグ以外の原料とを別々に造粒し、比較的大きめに造粒した製鋼スラグの造粒粒子を、製鋼スラグ以外の原料（通常原料）の造粒粒子中に配合し、該造粒粒子中に混在させて焼結機のパレット上に装入することによって、Ａｌ_２Ｏ_３成分を製鋼スラグの造粒粒子内に封じ込め、Ａｌ_２Ｏ_３成分が通常原料の造粒粒子に及ぼす悪影響を最小限に抑制する技術が提案されている。

また、特許文献６には、転炉スラグを鉱石の造粒粒子表面にコーティングした後、石灰石系粉原料及び固体燃料系粉原料を添加して混合することで、自硬性を有する転炉スラグの効果によって造粒粒子強度が向上し、石灰石及び粉コークスの造粒粒子内への取り込み量が低減されることで、カルシウムフェライト融液の生成を促進し、低強度のカルシウムシリケートの生成を抑制できることが開示されている。

特開昭５９−２０５４２１号公報 特開平０５−０４３９５３号公報 特開平０５−０５１６５３号公報 特開平１１−２２９０４６号公報 特開２０１２−１１７０８２号公報 特開２０１２−０５２１６４号公報

しかしながら、上記特許文献５や特許文献６に開示の技術では、製鋼スラグとして、溶融温度が低い予備処理スラグや一部の転炉スラグなどを用いた場合には、焼結中に高Ａ１_２Ｏ_３の融液が周囲の製鋼スラグ以外の他の焼結原料（通常原料）の造粒粒子の融液中に浸透し、通常原料の融液の流動性を低下させ、焼結鉱の強度を低下させるおそれがある。

本発明は、従来技術が抱える上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、焼結原料の一部に製鋼スラグを用いて焼結鉱を製造する際、製鋼スラグ中に含まれるＡ１_２Ｏ_３の弊害を確実に抑制することができる焼結原料の製造方法を提案することにある。

発明者らは、上記課題の解決に向けて鋭意実験と実験を重ねた。その結果、溶融温度（融点）が１３５０℃以下と低い製鋼スラグを焼結原料の一部に用いる際には、製鋼スラグに微粉鉱石と混合した後、造粒することで、製鋼スラグ由来の高Ａｌ_２Ｏ_３の融液が、微粉鉱石の粒子間の空隙に吸収されて、製鋼スラグの造粒粒子表面からその周囲への融液の流出が抑制され、Ａｌ_２Ｏ_３の弊害を製鋼スラグの造粒粒子内に封じ込めることができるので、製鋼スラグ以外の他の焼結原料（通常原料）の融液の流動性を確保し、焼結鉱全体としての強度低下を抑制できることを見出し、本発明を開発するに至った。

上記知見に基く本発明は、高炉用焼結鉱の原料を、Ａ１ _２ Ｏ _３ を含み融点が１３５０℃以下の脱硫スラグ、脱燐スラグあるいは脱炭スラグである転炉スラグが用いられる製鋼スラグと、その製鋼スラグ以外の原料とに分けて、それぞれを別々に造粒して造粒粒子としてなる焼結原料を製造する方法において、
上記製鋼スラグの造粒粒子を造粒する際、該製鋼スラグに粒径が１５０μｍ以下の微粉鉱石を混合した後に、造粒することを特徴とする焼結原料の製造方法を提案する。

また、本発明の焼結原料の製造方法は、上記微粉鉱石を、製鋼スラグに対して０．２５倍以上混合することを特徴とする。

また、本発明の焼結原料の製造方法は、上記製鋼スラグに微粉鉱石を混合した造粒粒子を、製鋼スラグ以外の通常原料を造粒する造粒ラインに投入し、該造粒粒子の表面に、未造粒の通常原料を付着させることを特徴とする。

また、本発明の焼結原料の製造方法における、上記製鋼スラグに微粉鉱石を混合した造粒粒子を、製鋼スラグ以外の通常原料を造粒する造粒ラインに投入する位置は、ドラムミキサーまたはペレタイザーであることを特徴とする。

また、本発明の焼結原料の製造方法は、上記製鋼スラグに微粉鉱石を混合した造粒粒子を、製鋼スラグ以外の原料を造粒した造粒粒子中に混在させて焼結機へ装入することを特徴とする。

また、本発明の焼結原料の製造方法は、上記製鋼スラグを、焼結鉱全体に対して０ｍａｓｓ％超え１０ｍａｓｓ％以下の範囲で焼結原料中に混合することを特徴とする。

本発明によれば、焼結原料の一部に製鋼スラグを用いて焼結鉱を製造する際における、製鋼スラグ中に含まれるＡ１_２Ｏ_３融液が、製鋼スラグ以外の他の焼結原料（通常原料）の融液中に浸透するのを防止し、Ａ１_２Ｏ_３の弊害を抑制することができるので、融液の流動性を確保し、高強度の焼結鉱を安定して製造することが可能となる。

実施例に用いた焼結原料の各種製造方法を説明する図である。 図１の方法で製造した焼結原料を用いて焼結実験を行った結果を示すグラフである。

上述したように、特許文献５や特許文献６に開示の従来技術では、焼結原料の一部に製鋼スラグを用いて焼結鉱を製造する際、製鋼スラグ中に含まれるＡ１_２Ｏ_３融液が、製鋼スラグ以外の他の焼結原料（通常原料）の融液中に浸透して、通常原料から生成した融液の流動性を低下し、高強度の焼結鉱が得られなくなるという問題がある。

そこで、本発明は、従来技術における上記問題点を、高炉用焼結鉱の原料を、Ａ１ _２ Ｏ _３ を含み融点が１３５０℃以下の脱硫スラグ、脱燐スラグあるいは脱炭スラグである転炉スラグが用いられる製鋼スラグと、その製鋼スラグ以外の原料とに分けて、それぞれを別々に造粒して造粒粒子としてなる焼結原料を製造する方法において、上記製鋼スラグの造粒粒子を造粒する際、該製鋼スラグに粒径が１５０μｍ以下の微粉鉱石を混合した後に、造粒することを特徴とする。これによって、製鋼スラグ中に含まれるＡ１_２Ｏ_３成分から生成する融液を、微細な微粉鉱石の粒子の間隙に吸収させ、Ａｌ_２Ｏ_３を多く含む高融点の融液が、製鋼スラグを造粒した造粒粒子の外部に流出するのを抑止し、その内部に封じ込めることができるので、Ａｌ_２Ｏ_３の弊害を防止することができる。

ここで、上記微粉鉱石には、一般に、ペレットフィード（ＰＦ）と呼ばれる粒径が１５０μｍ以下の微粉の鉄鉱石を用いるのが好ましく、中でも磁鉄鉱（Ｆｅ_３Ｏ_４）を主成分とするＰＦは、高温で効率よく焼成すると、酸化し、発熱するため、焼結工場でのエネルギーコストが低減できるメリットがある。なお、本発明の効果をより高めるためには、粒径が１００μｍ以下のＰＦを用いることが好ましい。

また、本発明において、上記の微粉鉱石を、製鋼スラグに混合するＰＦの割合は、製鋼スラグに対して０．２５倍以上（製鋼スラグ：４に対してＰＦ：１以上、製鋼スラグ造粒粒子全体に対して２０ｍａｓｓ％以上）とすることが好ましい。０．２５倍未満では、Ａｌ_２Ｏ_３の融液を吸収し、周囲に及ぼす弊害を抑止する効果が小さいからである。より好ましくは０．３３倍以上、さらに好ましくは０．５倍以上である。

なお、製鋼スラグと微粉鉱石を混合した混合原料を、造粒する工法は、ドラムミキサーやペレタイザーとう通常の方法を用いることができ、特に制限はない。

上記製鋼スラグに微粉鉱石を混合した造粒粒子（以降、「製鋼スラグの造粒粒子」ともいう）は、その後、そのまま、粉鉱石、ＣａＯ系副原料等の製鋼スラグ以外の原料を造粒した造粒粒子（以降、「通常原料の造粒粒子」ともいう）とともに、通常原料の造粒粒子中に製鋼スラグの造粒粒子を混在させて焼結機に装入してもよい。

しかし、本発明の効果をより発現させるためには、製鋼スラグの造粒粒子を、製鋼スラグ以外の通常原料を造粒する造粒ラインに投入することが好ましい。これによって、製鋼スラグの造粒粒子の表面に、未造粒の通常原料や、ＣａＯ系やＳｉＯ_２系等の副原料や炭材（凝結材）の粉コークスを付着・被覆させることができるので、製鋼スラグの造粒粒子と周囲の焼結原料との界面において、効率的に燃焼反応が進行してカルシウムフェライト系融液の生成を促進し、製鋼スラグの造粒粒子と周囲の通常原料の造粒粒子との溶融同化を促進させることができるので、成品焼結鉱の強度や歩留りが向上するという効果が得られるからである。

なお、上記製鋼スラグに微粉鉱石を混合した造粒粒子を投入する位置は、製鋼スラグ以外の通常原料を造粒する造粒ラインのドラムミキサーまたはペレタイザーのいずれでもよい。ただし、製鋼スラグの造粒粒子の表面に未造粒の通常原料等を確実に付着・被覆させるためには、造粒ラインにおける滞留時間を５秒以上確保することが好ましい。より好ましくは１０秒以上である。

また、上記ＣａＯ系やＳｉＯ_２系等の副原料や、粉コークス等の炭材添加量は、通常の添加量の範囲であればよいが、例えば、ＣａＯ系やＳｉＯ_２系の添加量は、製品焼結鉱の塩基比（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）が１．８〜２．２の範囲となるよう調節するのが好ましく、また、粉コークスは、気体燃料等その他の熱源を投入しない場合には、焼結原料全体に対して３．５〜４．５ｍａｓｓ％の範囲で添加するのが好ましく、気体燃料等その他の熱源を投入する場合には、その燃焼熱分、粉コークスの添加量を削減するのが好ましい。

また、本発明の焼結原料に用いる製鋼スラグは、溶融温度（融点）が１３５０℃以下のものを用いることが好ましい。溶融温度が１３５０℃を超えると、上記製鋼スラグを含む造粒粒子は、周囲の通常原料からなる造粒粒子と溶融同化せず、焼結ケーキ中にそのまま残存しやすい。また、粗大な製鋼スラグの造粒粒子の周辺部には空隙が多く存在するため、通気性が改善されるが、上記溶融同化の不足によって、製鋼スラグの造粒粒子の周囲には空隙がそのまま残り、上記空隙を起点としてクラックが発生し易い。そのため、成品焼結鉱の強度が低下して歩留りが低下し、ひいては生産性が低下するからである。

また、上記製鋼スラグを焼結原料として使用するときの、製鋼スラグの焼結原料全体に対する混合比率は０ｍａｓｓ％超え１０ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。１０ｍａｓｓ％を超えると、製鋼スラグの弊害が顕在化し、焼結鉱の強度が低下するようになる他、焼結鉱の成分（塩基度）調整のために添加する副原料の石灰石を減配する必要があるため、焼結反応性が著しく低下し、生産性を維持することが困難となるという問題や、製鋼スラグ中に含まれる不純物によって、溶銑中の不純物元素濃度が上昇し、溶銑としての許容範囲を超えてしまうおそれがあるからである。好ましくは６ｍａｓｓ％以下である。

溶融温度が約１２４１℃の転炉スラグ（脱硫スラグ）を焼結鉱の原料の一部に用いて、図１に示したＴ１〜Ｔ５の５条件で焼結原料を製造した後、該焼結原料を試験鍋に装入して焼結を行い、成品焼結鉱の品質および生産性に及ぼす製鋼スラグの影響を調査した。
ここで、図１に示したＴ１〜Ｔ５の各条件について説明すると、Ｔ１は、製鋼スラグを一切含まない粉鉱石にＣａＯ系、ＳｉＯ_２系等の副原料を配合し、混合・撹拌し、造粒粒子とした後、これを焼結原料とするベース条件（比較例１）であり、Ｔ２は、製鋼スラグを１次造粒機で副原料とともに粉鉱石に配合し、混合・撹拌し、造粒粒子とした後、これを焼結原料とする条件（比較例２）であり、ベッディングヤードで製鋼スラグを混合する従来技術に相当する。また、Ｔ３は、Ｔ１で製造した通常原料からなる造粒粒子中に、製鋼スラグを別途にペレタイザーで造粒した造粒粒子を混在させたものを焼結原料に用いる比較例３であり、特許文献５に開示の従来技術に相当する。
また、Ｔ４は、製鋼スラグと、篩目で粒径が６４μｍ以下のヘマタイト系ペレットフィード（ＰＦ）とを質量比で２：１（製鋼スラグに対して０．５倍）の割合で混合・撹拌し、ペレタイザーで造粒した造粒粒子を、Ｔ３の条件と同様、製鋼スラグ以外の通常原料を造粒した造粒粒子中に混在させたものを焼結原料に用いる発明例１である。また、Ｔ５は、上記Ｔ４で製造したＰＦを混合した製鋼スラグの造粒粒子を、製鋼スラグ以外の通常原料を造粒する造粒ラインの２次造粒機の排出部近傍で投入し、１５秒間造粒して製鋼スラグの造粒粒子表面に未造粒の通常原料や副原料、粉コークスを付着・被覆した発明例２である。
なお、いずれの条件も、焼結原料全体に対する製鋼スラグの配合率は５ｍａｓｓ％とした。また、２次造粒機における副原料および粉コークスの添加は、いずれの条件も２次造粒機の排出までの滞留時間が３０秒となる位置で投入し、この際の副原料の投入量は、焼結原料全体の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）が２．０となる量に、また、粉コークスの焼結原料全体に対する添加量は４．８ｍａｓｓ％となるように調整した。

次いで、上記Ｔ１〜Ｔ５の焼結原料を、焼結原料の装入部の大きさが内径３００ｍｍφ×高さ４００ｍｍの試験鍋に、層厚が４００ｍｍとなるよう充填した後、上記充填層の上表面の粉コークスに点火し、鍋下方から−７００ｍｍＡｑで吸引して、充填層内に空気を導入し、粉コークスを燃焼させることで焼結を行う焼結実験を行った。
この際、各焼結原料の焼結に要した時間を測定した。また、得られた成品焼結鉱の冷間強度（ＳＩ）をＪＩＳ Ｍ８７１１に準じて測定するとともに、製品焼結鉱の歩留りを求め、生産率（単位炉床面積（ｍ^２）、単位時間（ｈｒ）当たりの焼結鉱生産量（ｔ））を算出した。

上記の実験結果を、まとめて図２に示した。
粉鉱石に製鋼スラグを混合して造粒粒子とし、これを焼結原料に用いて焼結するＴ２の条件では、焼結時間が大幅に延長するとともに、ＳＩ強度、成品歩留まりが大きく低下する結果、生産率は大きく低下している。また、製鋼スラグと製鋼スラグ以外の通常原料をそれぞれ別々に造粒し、それらを混在させて焼結するＴ３の条件では、製鋼スラグの悪影響が分別造粒により緩和される結果、Ｔ２よりも、焼結時間が短縮し、ＳＩ強度、成品歩留まりも向上しているが、生産率はベース条件のＴ１と比較してまだ低い。
これに対して、ＰＦを製鋼スラグに混合した造粒粒子を、製鋼スラグ以外の通常原料を造粒した造粒粒子中に混在させて焼結するＴ４の条件では、焼結時間、ＳＩ強度、成品歩留りが、Ｔ３の条件と比較して大幅に向上し、ベースのＴ１の条件に近い値を示しており、生産率もベースのＴ１に近い値まで向上している。これは、製鋼スラグ中に含まれるＡｌ_２Ｏ_３の悪影響が、製鋼スラグと混合したＰＦによって吸収・緩和されたためである。
さらに、ＰＦを製鋼スラグに混合した造粒粒子を、製鋼スラグ以外の通常原料を造粒する２次造粒機の排出部近傍で投入して得た焼結原料を用いたＴ５の条件では、焼結時間、ＳＩ強度、成品歩留がさらに向上して、ベースのＴ１の条件に近い値まで向上した。
なお、マグネタイト系ペレットフィードを同様に用いた場合についても同様にして焼結実験を行ったが、ヘマタイト系ペレットフィードを用いた場合と同等以上の効果が得られることが確認された。

上記説明では、焼結熱源として、固体系燃料（粉コークス）を用いて焼結鉱を製造する方法について説明したが、本発明の技術は、上記例に限定されるものではなく、例えば、固体系燃料に加えて気体燃料を供給して焼結鉱を製造する方法および／または酸素を付加して焼結鉱を製造する方法の焼結原料にも適用することができる。

Claims (6)

1. 高炉用焼結鉱の原料を、Ａ１ _２ Ｏ _３ を含み融点が１３５０℃以下の脱硫スラグ、脱燐スラグあるいは脱炭スラグである転炉スラグが用いられる製鋼スラグと、その製鋼スラグ以外の原料とに分けて、それぞれを別々に造粒して造粒粒子としてなる焼結原料を製造する方法において、
   上記製鋼スラグの造粒粒子を造粒する際、該製鋼スラグに粒径が１５０μｍ以下の微粉鉱石を混合した後に、造粒することを特徴とする焼結原料の製造方法。
2. 上記微粉鉱石を、製鋼スラグに対して質量比で０．２５倍以上混合することを特徴とする請求項１に記載の焼結原料の製造方法。
3. 上記製鋼スラグに微粉鉱石を混合した造粒粒子を、製鋼スラグ以外の通常原料を造粒する造粒ラインに投入し、該造粒粒子の表面に、未造粒の通常原料を付着させることを特徴とする請求項１または２に記載の焼結原料の製造方法。
4. 上記製鋼スラグに微粉鉱石を混合した造粒粒子を、製鋼スラグ以外の通常原料を造粒する造粒ラインに投入する位置は、ドラムミキサーまたはペレタイザーであることを特徴とする請求項３に記載の焼結原料の製造方法。
5. 上記製鋼スラグに微粉鉱石を混合した造粒粒子を、製鋼スラグ以外の原料を造粒した造粒粒子中に混在させて焼結機へ装入することを特徴とする請求項１または２に記載の焼結原料の製造方法。
6. 上記製鋼スラグを、焼結鉱全体に対して０ｍａｓｓ％超え１０ｍａｓｓ％以下の範囲で焼結原料中に混合することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の焼結原料の製造方法。

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