JP6015643B2 - 焼結原料の造粒設備および造粒方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼結原料を造粒して焼結原料造粒物（ペレット）を得る焼結原料の造粒設備および造粒方法に関する。

一般に、製鉄プロセスにおいて、焼結原料となる粉鉱石は石灰石系粉原料や他の副原料と混合され、ドラムミキサー（筒状の回転体を備えたドラム型造粒機）やパンペレタイザー（皿状の回転体を備えたディスク型造粒機）等で水分を添加されながら造粒されて焼結原料造粒物（ペレット）となった後、焼結機で焼結されて、焼結鉱として高炉で利用される。この焼結原料造粒物は径が数ｍｍの核に径が１ｍｍ以下の粉が付着したものであり、「擬似粒子」と呼ばれる。

造粒の方法としては、ドラムミキサーに粗粒鉱石と微粉鉱石を混合した焼結原料を投入して水を散布しつつ造粒する方法や、パンペレタイザーに粗粒鉱石と微粉鉱石の混合物を投入すると共に、水分を添加して粗粒鉱石のまわりに微粉鉱石を付着させて擬似粒子を製造する方法などが知られている。

近年の原料供給事情から、従来の粉鉱石（平均径１〜３ｍｍ程度）よりも粒径の小さい微粉鉱石（平均径４０〜１５０μｍ程度）を使用する必要性が増しているが、従来の造粒方法では、微粉同士が付着した強度の弱い粗大な「付着粒子」が増え、擬似粒子の割合が減り、均一な造粒物が形成されず、焼結鉱の生産性を維持できない問題が生じている。

そこで、特許文献１では、アイリッヒミキサーとパンペレタイザーを用いて事前造粒物を製造し、残部の原料をドラムミキサーで造粒し、その工程の終期に事前造粒物を投入する方法が提案されている。

また、特許文献２では、造粒性を向上させるために、造粒装置に撹拌装置（撹拌羽根）を設置して、パン（原料槽）内の混合物（焼結原料）を撹拌する方法が提案されている。

特開２００３−１１３４２５号公報 特開２００２−３１７２２８号公報

しかしながら、上記特許文献１のように、原料の一部を事前に造粒して混合する方法は、造粒工程が増え、設備費、運転費の増加につながるという問題があった。

また、上記特許文献２では、撹拌装置を充分に効果的に用いているとは言い難い。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであって、主とする焼結原料に粉状の鉄鉱石（微粉鉱石等）を用いた場合でも、適切な粒度分布が得られて、焼結鉱の生産性を簡便で効果的に維持・向上することができる焼結原料の造粒設備および造粒方法を提供することを目的とするものである。

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、粉状の鉄鉱石（微粉鉱石等）を主とする焼結原料をディスク型造粒機またはドラム型造粒機で焼結原料造粒物（ペレット）に造粒する工程において、ディスク型造粒機またはドラム型造粒機の内側に撹拌破砕装置（撹拌羽根）を設置し、造粒中の焼結原料や造粒後のペレットを撹拌破砕装置（撹拌羽根）で撹拌破砕しながら造粒を行う際に、撹拌羽根の回転軸の負荷トルクと粗粒（粗大な付着粒子）の壊砕割合に相関があることを見出した。

本発明は上記知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。

［１］粉状の鉄鉱石を主原料とする焼結原料をペレットに造粒する造粒設備であって、
皿状または筒状の回転体を備えた造粒機と、該造粒機で造粒中の焼結原料または／および造粒後のペレットを撹拌破砕する撹拌破砕装置とを有し、
前記撹拌破砕装置は、回転軸と、該回転軸に取り付けられた撹拌破砕部材とを備え、前記撹拌破砕装置の回転軸の回転数は、当該回転軸に発生する負荷トルクの最大値に基づいて決定されることを特徴とする焼結原料の造粒設備。

［２］前記撹拌破砕装置の回転軸の回転数は、当該回転軸に発生する負荷トルクが最大値となる回転数に対して８０％〜１２０％の範囲の回転数に決定されることを特徴とする前記［１］に記載の焼結原料の造粒設備。

［３］粉状の鉄鉱石を主原料とする焼結原料をペレットに造粒する造粒方法であって、
皿状または筒状の回転体を備えた造粒機と、該造粒機で造粒中の焼結原料または／および造粒後のペレットを撹拌破砕する撹拌破砕装置とを設置し、
前記撹拌破砕装置は、回転軸と、該回転軸に取り付けられた撹拌破砕部材とを備えたものとして、前記撹拌破砕装置の回転軸の回転数を、当該回転軸に発生する負荷トルクの最大値に基づいて決定することを特徴とする焼結原料の造粒方法。

［４］前記撹拌破砕装置の回転軸の回転数を、当該回転軸に発生する負荷トルクが最大値となる回転数に対して８０％〜１２０％の範囲の回転数に決定することを特徴とする前記［３］に記載の焼結原料の造粒方法。

本発明においては、主とする焼結原料に粉状の鉄鉱石（微粉鉱石等）を用いた場合でも、適切な粒度分布が得られて、焼結鉱の生産性を簡便で効果的に維持・向上することができる。

本発明の一実施形態に係る焼結原料の造粒設備を示す図である。 本発明の一実施形態における粗粒壊砕割合の例を示す図である。 本発明の一実施形態における撹拌機の負荷トルク曲線の例を示す図である。 本発明の一実施形態における制御フローを示す図である 本発明の実施例における焼結鉱の生産性を示す図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る焼結原料の造粒設備を示す図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る焼結原料の造粒設備１０は、主原料の粉状の鉄鉱石（粉鉱石、微粉鉱石）と他の副原料の混合物である焼結原料１を焼結原料造粒物（ペレット）２に造粒するものであり、パン（皿状回転体）２１を備えたパンペレタイザー（ディスク型造粒機）２０と、パンペレタイザー２０で造粒中の焼結原料１または／および造粒後のペレット２を撹拌破砕する撹拌機（撹拌破砕装置）３０を有している。

そして、撹拌機３０は、回転モータ３１と、回転モータ３１によって回転する回転軸３２と、回転軸３２に取り付けられた撹拌羽根（撹拌破砕部材）３３とを備えている。

このような、焼結原料の造粒設備１０においては、焼結原料１がパンペレタイザー２０で転動造粒されるとともに、撹拌機３０の撹拌羽根３３の回転によって焼結原料１または／およびペレット２が撹拌破砕される。

前述したように、焼結原料１に微粉鉱石が多く配合される場合には、微粉鉱石同士が付着した強度の弱い粗大な付着粒子（粗粒）が増えるが、上記のように、撹拌羽根３３によって撹拌されることによって、粗粒が壊砕され、ペレット２の粒度の均一化が可能になる。

しかし、本発明者らは、この撹拌破砕装置３０による粗粒の壊砕能力は、撹拌機３０の回転数（すなわち、回転軸３２の回転数、撹拌羽根３３の回転数）によって変化し、単純に回転数を多くすればよいのではなく、好適な回転数が存在することを見出した。

すなわち、図２に撹拌機３０の回転数を４０ｒｐｍ、８０ｒｐｍ、１２０ｒｐｍと変化させた場合の粗粒の壊砕割合（撹拌破砕装置３０を用いなかった場合の粗粒の発生個数に対する粗粒の発生個数の低減割合）の例を示すが、この例では、回転数が８０ｒｐｍの場合が粗粒の壊砕割合が最大になって、最も効果的であることを示している。

このように、撹拌機３０の回転数が低すぎても高すぎても、粗粒壊砕効果が小さくなってしまう理由は以下の通りである。

すなわち、撹拌機３０の回転数によって、造粒物（造粒中の焼結原料１、造粒後のペレット２）と撹拌羽根３３が接触する相対速度が変化するため、造粒物に作用する力が変化する。造粒物はそれぞれの粒径、粒子構造によって一定の閾値よりも強い力が作用した際に壊砕する。よって、回転数が高いほうが造粒物と撹拌羽根３３の相対速度が大きくなるため、造粒物に大きな力が発生し、粗粒を確実に壊砕できる。

一方で、撹拌機３０の回転数が高い場合には、撹拌羽根３３によって造粒物が広範囲に弾き飛ばされることになり、パンペレタイザー２０内で転動している造粒物が撹拌羽根３３に近づく流れを阻害し、造粒物と撹拌羽根３３との接触確率が低下する。

このように、撹拌機３０（撹拌羽根３３）の壊砕能力は、造粒物に作用する力と接触確率の双方によって総合的に決定するため、撹拌機３０の回転数が低すぎても高すぎても良くない。

次に、図２と同じ条件における撹拌機３０の負荷トルク曲線（すなわち、回転モータ３１の負荷トルク曲線、回転軸３２の負荷トルク曲線）の例を図３に示す。粗粒壊砕割合と同じように、回転数が８０ｒｐｍの場合に、撹拌機３０の負荷トルクが最大となっている。

これは、より多くの粗粒を壊砕することで負荷トルクが増大しているためであり、負荷トルク曲線で最大となる負荷トルクが最適な負荷トルク（最適トルク）であることを示している。

以上のことから、粗粒壊砕割合が最大となる回転数で撹拌機３０を作動させれば最も効果的であるが、図２に示したようにして、粗粒壊砕割合が最大になる回転数を直接求めるのは、各種の条件で粗粒壊砕割合を調査するのに手間が掛かるため、図３に示したように、撹拌機３０の負荷トルクが最大になる回転数で撹拌機３０を作動させることが効率的である。パンペレタイザー２０の条件等が変化したとしても、常に撹拌機３０の負荷トルクが上昇する方向に回転数を調整すればよく、撹拌機３０の回転数制御が容易である。

したがって、この実施形態においては、撹拌機３０の回転数（回転軸３２の回転数）を撹拌機３０の負荷トルク（回転モータ３１の負荷トルク曲線、回転軸３２の負荷トルク）の最大値に基づいて決定するようにしている。

詳しくは、撹拌機３０の負荷トルクが最大となる回転数で、撹拌機３０（撹拌羽根３３）を回転させる。

図４は、この実施形態における制御フローを示す図である。

最初に、撹拌機３０の仕様（撹拌羽根３３の寸法や形状）、材料条件（焼結原料の配合や水分率）、操業条件（パンペレタイザー２０の回転数、傾斜角度）に基づき、撹拌機３０の最適トルクを算出する。そして、その最適トルクが発生する回転数で撹拌機３０（撹拌羽根３３）を回転させながら造粒を行う。

なお、材料条件や操業条件が変化した場合には、最適トルクが変化することが考えられるため、再度最適トルクの算出を行い、撹拌機３０の回転数の変更を行うようにする。

このようにして、この実施形態においては、撹拌機３０（撹拌羽根３３）によって効果的に粗粒を壊砕することが可能となり、微粉鉱石が多く配合される場合でも、ペレット２の適切な粒度分布を実現でき、焼結鉱の生産性を簡便で効果的に維持・向上させることができる。

なお、ここでは、撹拌機３０の負荷トルクが最大となる回転数で撹拌羽根３３を回転させているが、場合によっては、操業の弾力性等を考えて、撹拌機３０の負荷トルクが最大となる回転数に対して８０％〜１２０％の範囲の回転数で撹拌羽根３３を回転させてもよい。例えば、撹拌機３０の負荷トルクが最大となる回転数が８０ｒｐｍの場合は、６４ｒｐｍ〜９６ｒｐｍで撹拌羽根３３を回転させてもよい。

また、この実施形態では、ディスク型造粒機（パンペレタイザー）を用いているが、ドラム型造粒機を用いる場合でも同様に行うことができる。

本発明の効果を確認するために、上記の実施形態に基づいて、焼結原料の造粒試験を行った。

パンペレタイザー２０の仕様、運転条件を表１に示し、焼結原料１の配合を表２に示す。

まず、撹拌機３０の負荷トルク曲線より最適トルクが発生する撹拌機３０の回転数が８０ｒｐｍと算出された。

そこで、比較例１として、撹拌機３０を用いずに焼結原料１の造粒を行った。また、比較例２として、撹拌機３０を最適トルクにならない１２０ｒｐｍで回転させて焼結原料１の造粒を行った。そして、本発明例として、撹拌機３０を最適トルクとなる８０ｒｐｍで回転させて焼結原料１の造粒を行った。

各例についてペレットのサンプルを取り、ペレットを焼結して生産性を評価した結果を図５に示す。なお、図５では、比較例１を１と規格化して生産性指数として示している。ここで、上記の生産性は、適正な粒度と強度を備えた焼結鉱を生産できる単位時間当たりの量を意味している。

図５に示すように、比較例１、２に比べて、本発明例の方が生産性が向上しており、本発明の効果を確認することができた。

１ 焼結原料
２ ペレット（焼結原料造粒物）
１０ 焼結原料造粒設備
２０ パンペレタイザー（ディスク型造粒機）
２１ パン（皿状回転体）
３０ 撹拌機（撹拌破砕装置）
３１ 回転モータ
３２ 回転軸
３３ 撹拌羽根（撹拌破砕部材）

Claims (2)

1. 粉状の鉄鉱石を主原料とする焼結原料をペレットに造粒する造粒設備であって、
   皿状または筒状の回転体を備えた造粒機と、該造粒機で造粒中の焼結原料または／および造粒後のペレットを撹拌破砕する撹拌破砕装置とを有し、
   前記撹拌破砕装置は、回転軸と、該回転軸に取り付けられた撹拌破砕部材とを備え、前記撹拌破砕装置の回転軸の回転数は、当該回転軸に発生する負荷トルクが最大値となる回転数に対して８０％〜１２０％の範囲の回転数に決定されることを特徴とする焼結原料の造粒設備。
2. 粉状の鉄鉱石を主原料とする焼結原料をペレットに造粒する造粒方法であって、
   皿状または筒状の回転体を備えた造粒機と、該造粒機で造粒中の焼結原料または／および造粒後のペレットを撹拌破砕する撹拌破砕装置とを設置し、
   前記撹拌破砕装置は、回転軸と、該回転軸に取り付けられた撹拌破砕部材とを備えたものとして、前記撹拌破砕装置の回転軸の回転数を、当該回転軸に発生する負荷トルクが最大値となる回転数に対して８０％〜１２０％の範囲の回転数に決定することを特徴とする焼結原料の造粒方法。

Images