JP6102463B2

JP6102463B2 - 焼結鉱の製造方法

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Publication number: JP6102463B2
Application number: JP2013091447A
Authority: JP
Inventors: 潤岡崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-04-24
Also published as: JP2014214334A

Description

本発明は、焼結鉱の製造方法に関する。特に、焼結層の上層にマグネタイト・ペレットフィードを配合した焼結鉱の製造方法に関する。

製鉄所における下方吸引型焼結機を用いた焼結鉱の製造は、次のようにして行われる。
焼結原料は、主原料である鉄鉱石や製鉄プロセスで発生する製鉄ダストなどの鉄含有原料、焼結反応に必要となる石灰石や蛇紋岩などの副原料及び熱源としてのコークス粉等の炭材とを配合して形成される。

焼結原料は、下方吸引型焼結機に装入する前に、ドラム型ミキサーなどの混合・造粒機を用いて、水添加しながら混合、造粒し、主として、粒径１ｍｍ以上の核粒子と、その周囲に付着した粒径０．５ｍｍ以下の付着粉とからなる擬似粒子とする。
このことにより、焼結機に装入した後、焼結パレット内に形成された原料充填層内の通気性を維持し、焼結原料の焼結反応を促進し、高い生産性を確保することができる。

擬似粒子化された焼結原料は、焼結機の給鉱部で、焼結パレット内に装入され、原料充填層を形成する。その後、点火炉で、その表面のコークス粉を着火するとともに、焼結機下層に空気を吸引することにより、コークス粉の燃焼点を下方に移動させる。

燃焼熱により原料充填層の上層から下層にかけて焼結反応は順次進行し、焼結パレットが移動し排鉱部に到達するまでに焼結は完了する。焼結パレット内の焼結ケーキ（塊）は、排鉱部から排出された後、破砕され、所定粒度の高炉用の焼結鉱が製造される。焼結鉱の製造において発生した高炉用の焼結鉱としての所定粒径より小さい焼結鉱粉は、返鉱として、焼結原料中に配合されて、再度焼結される。

大量の銑鉄を製造する製鉄所の高炉にとって、焼結機の生産性の向上、焼結品質の向上及び焼結の成品歩留の向上が重要である。

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、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。その結果、上層部における焼結鉱の成品歩留の低下および強度等の品質悪化をまねく。

以上の如く、原料充填層の上層部は、熱的に不十分な環境にあるため、それに対応した原料充填層上層部の擬似粒子の形成が必要である。

原料充填層上層部の熱不足を補うため、上層部へ固体燃料を増加させる方法が提案されている（特許文献１）。

また、点火前の原料充填層の表層に、粉体燃料を広範に且つ均一に連続して散布供給する粉体燃料散布装置及び方法が提案されている（特許文献２）。

本願発明の発明者等は、鉄鉱石の銘柄毎に融液浸透性の評価試験を行い、鉄鉱石粉中への融液浸透距離の測定値に基づいて、前記複数銘柄の鉄鉱石のうちで、鉄鉱石粉中への融液浸透距離が４．０ｍｍ以上である鉄鉱石を、原料充填層上部に装入し、その他の鉄鉱石を原料充填層下部に装入することを特徴とする焼結鉱の製造方法を提案している（特許文献３）。

特開２０００−１４４２６６号公報特許２９８２１２８号公報国際公開第２０１０/０３２４６６号

特許文献１に記載の発明は、原料充填層の上層の熱をおぎなうものであるが、熱量や融液生成量を適度に制御することは難しく、熱量が多過ぎたり、融液が過度に増加すると、原料充填層全体の通気性が悪化して、生産性を低下させ、被還元性などの焼結鉱の品質を低下させるという問題があった。
また、特許文献２に記載の発明では、粉体燃料散布装置を点火前に設置する必要があるため、設置スペースに余裕がないという問題がある。

また、特許文献３に記載の発明は、鉄鉱石粉中への融液浸透距離が４．０ｍｍ以上である鉄鉱石に限定されるものであり、その他の原料には適応できない。

本発明は、原料充填層の上層の熱源の追加と溶融性の改善を同時に達成し、歩留向上と生産性向上を可能とする焼結鉱の製造方法を目標とする。

本発明者は、マグネタイト系ペレットフィード（以下、ＭａｇＰＦと記す。）を原料充填層の上層部に充填すれば、ＭａｇＰＦが焼成時の酸化反応により発熱することにより、上層部の熱不足を解消できるという知見を得た。更に、ＭａｇＰＦは、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が低いので、融液中のＡｌ_２Ｏ_３の含有量が減少して融液浸透性が向上し、上層の歩留が向上するという知見を得た。
本発明は、この知見に基づいて上記の課題を解決するためになされたものであり、その要旨とするところは、以下のとおりである。

（１）鉄含有原料、副原料、固体燃料、及び、焼結粉（又は返鉱）を配合して焼結原料とし、これら焼結原料を原料充填層の上層部と下層部に分けて別々に混合、造粒し焼結パレット上に装入して焼成する二段焼結法による焼結鉱の製造方法であって、
前記上層部の原料がマグネタイト系ペレットフィードと焼結粉（又は返鉱）を主体とし、マグネタイト系ペレットフィードと焼結粉（又は返鉱）の質量比率が、３：７〜５：５の造粒物であることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
（２）前記上層部の層厚が、前記上層部と前記下層部の合計の層厚に対し、１０％以上２０％以下であることを特徴とする（１）に記載の焼結鉱の製造方法。

二段焼結法において上層部の原料をＭａｇＰＦと焼結粉との造粒物とすることによって、焼成時にＭａｇＰＦが酸素濃度の高いガスにより十分に酸化が進み上層の熱不足を解決するとともに、ＭａｇＰＦはＡｌ_２Ｏ_３含有量が低いので、融液中のＡｌ_２Ｏ_３の含有量が減少し融液浸透性が向上し、上層の歩留が向上する。

各種のＰＦの外観形状を示す走査型顕微鏡像。本発明のプロセスフローを示す図。擬似粒子と焼結鉱の断面を示す図。擬似粒子（Ａ）と焼結鉱（Ｂ）はカラジャス鉱石を核粒子とした場合、擬似粒子（Ｃ）と焼結鉱（Ｄ）は、焼結粉を核粒子とした場合である。

（ＭａｇＰＦの特性）
ペレットフィード（「ＰＦ」と記述する。）は、採掘した鉄鉱石の品位を高めるために破砕、選鉱により鉄分含有率を高めた粉鉱石である。一般的に、焼成ペレット用の原料として用いられる。ＰＦは、選鉱の結果、アルミナ含有率が低くなるが、粒度も細かくなる。従って、通常、焼結の生産性を低下させる。このため、従来、その使用量には制限があった。

従来、日本に輸入されるブラジル産ペレットフィードはヘマタイトを主体とするＰＦであった。これに対し、本発明に係るＭａｇＰＦは、マグネタイトを主な構成要素とするものであり、最近、豪州などで開発されつつある。その化学組成として、鉄分６５質量％程度、ＦｅＯとして２０〜２９質量％を有する。ＭａｇＰＦの代表的な例について、表1にその化学成分を示す。

また、図１に、それらの外観形状を走査型電子顕微鏡の画像として示す。ここに、Ｈｅｍａ-ＰＦは、ブラジル産の代表的ＰＦの外観を示す。

（プロセスフロー）
図２に本発明のプロセスフローを示す。
本発明は、所謂二段装入焼結法を前提とする。二段装入焼結法は、焼結原料充填層の上層用配合原料と下層用配合原料を別々に準備して、それぞれ焼結機の上層および下層に２層に充填し、焼結するものである。

図２において、上層用ライン１では、上層用ＭａｇＰＦ１１、上層用焼結粉（又は返鉱）１２、上層用炭材１４、必要に応じて、上層用その他原料１３を造粒機１５で造粒し、上層用配合原料とする。また、上層用炭材１４は、上層用造粒機１５の後半で添加される所謂、後添加が好ましい。本発明では、上層がＭａｇＰＦ１１を、焼結粉（又は返鉱）１２で造粒した造粒物を主体とするところに特徴がある。ここに、主体とは、たとえば上層原料の内の７割以上を占めるものとする。
下層用ライン２におけるその他原料の造粒は従来に同じである。即ち、下層用鉄鉱石２１、下層用焼結粉（又は返鉱）２２、下層用その他の原料２３、下層用炭材を下層用造粒機２５で造粒し、下層用配合原料とする。
下層用ライン２により造粒した造粒物及び上層用ライン１により造粒した造粒物は、それぞれ、焼結機３の原料充填層の下層及び上層に充填され、焼結機３により、焼成される。焼結機３で焼成された焼結鉱は、篩４により篩われ、篩上の焼結鉱（粒径５ｍｍ以上）は、高炉に搬送され、篩下の焼結鉱（粒径５ｍｍ未満）は、返鉱として、再度、焼結用原料となる。

二段装入法における上層用及び下層用の配合原料の装入方法としては、二組のドラムフィーダーによる方法、あるいは上層の敷設に特許第２９８２１２８号の装置を使うことができる。その後の点火工程以降は従来法と同じである。

（原料の造粒）
上層用原料の主体となる造粒物は、ＭａｇＰＦを粉、焼結粉又は返鉱を核としたものである。両者の質量比率は、ＭａｇＰＦ：焼結粉＝３：７〜５：５の比率とする。さらに、前記比率は、３．５：６．５〜４．５：６．５が最も好ましい。
本発明の核粒子としては、融液の浸透を防止できる程度に気孔率が低く、ＰＦを表面に付着しやすいように表面に凹凸が多く、持ち込みの微粉量が少ないこと、を要する。具体的には、前述のように、焼結粉又は返鉱とする。ここで、焼結粉とは、高炉に搬送された前記篩上の焼結鉱（粒径５ｍｍ以上）が、搬送過程で粉化し、高炉装入前に再度、篩われ発生する焼結鉱（粒径５ｍｍ未満）である。
表２に、焼結粉および返鉱の粒度分布を、焼結用粉鉱石と比較して示す。その他鉄鉱石としては、ローブリバー、ヤンディ、ＳＳＦＴ、ピルバラブレンドの平均値を示した。表２から、焼結粉および返鉱には、造粒物の核として好適な１〜５ｍｍの粒子を多く含むことがわかる。

付着性が劣るＭａｇＰＦを使用する場合は、適宜バインダーを使用するのが好ましい。通常、生石灰を１〜３質量％入れ造粒する。また、上層用の凝結材として、炭材を２〜５質量％の範囲で使用する。さらに、上層用その他原料１３として石灰石、ＭｇＯ源などを適宜使用できる。炭材をＰＦ、焼結粉と一緒に造粒すると、造粒物の強度の低下と炭材の燃焼性の低下を招くため、炭材は、後添加するのが好ましい。通常、造粒時の水分は５〜７質量％を目標とする。造粒機は高速攪拌ミキサーを使用するのがこのましいが、ドラムミキサーでも問題ない。

（上層原料と下層原料の充填層厚の比率）
上層用原料（Ａ）と下層原料（Ｂ）との比率は、Ａ／（Ａ＋Ｂ）で０．１〜０．２が好ましい。当該比率が０．１以下では、本願発明の作用効果が小さく、また、上層の比率０．２は、当該範囲が熱不足を引き起こす範囲だからである。

次に、本発明の実施例について説明する。本発明に係るＭａｇＰＦと焼結粉の造粒物を用い、焼結鍋試験機により焼成した。実験に用いたＭａｇＰＦは、表１のＢ−ＰＦである。

実施例１〜５は、ＭａｇＰＦと焼結粉の造粒物を上層とし二段焼結法により焼成した。
実施例１は、返鉱を核粒子とし、その周囲の付着粉としてＭａｇＰＦを３質量％使用して上層原料を造粒し、上層比率を１１．２％として焼結鍋試験をした。
実施例２は、実施例１に対し、ＭａｇＰＦを４質量％使用して上層原料を造粒した。
実施例３は、実施例１に対し、ＭａｇＰＦを５質量％使用して上層原料を造粒した。
実施例４は、実施例１に対し、返鉱に替えて焼結粉を核粒子とし、ＭａｇＰＦを４質量％使用して上層原料を造粒した。
実施例５は、実施例２に対し、上層比率を２０．９質量％としたものである。この場合、原料配合は、ＰＦを２質量％配合増し、その他鉱石を２質量％配合減した。
比較例１は、表２のカラジャス鉱石を用いて上層原料を造粒した。本願発明の発明者等による先願に係る発明（特許文献３）に相当するものである。
比較例２は、実施例１に対し、返鉱に替えてカラジャス鉱石の粗粒を核粒子とし、ＭａｇＰＦを４質量％使用して上層原料を造粒した。核種の影響を見たものである
参考例は、実施例１〜５の原料を二段焼結法によらずに通常の一段焼結法により原料充填したものである。

原料の造粒方法は以下によった。
実施例１〜５は、上層原料のＭａｇＰＦ、焼結粉、石灰石および生石灰をドラムミキサーで１分混合後、水を５質量％添加しながら４分間造粒した。その際コークスは造粒開始後の３分後に添加する後添加を行った。下層原料は、その他原料、石灰石、生石灰及びコークスをドラムミキサーで１分混合後、水を７質量％添加しながら４分間造粒した。造粒後、ＭａｇＰＦ含有原料は上層へ、その他原料は下層に配置した。
比較例１は、上層原料のカラジャス鉱石、石灰石、生石灰及びコークスをドラムミキサーで１分混合後、水を７質量％添加しながら４分間造粒した。コークスは一般の添加法（前添加）である。下層原料は、その他原料、石灰石、生石灰及びコークスを１分混合後、水を７質量％添加しながら４分間、造粒した。
比較例２は、上層原料のＭａｇＰＦ、カラジャス、石灰石および生石灰をドラムミキサーで１分混合後、水を５質量％添加しながら４分造粒した。その際コークスは造粒開始後の３分後に添加する後添加を行った。下層原料は、その他原料、石灰石、生石灰、及びコークスをドラムミキサーで１分混合後、水を７質量％添加しながら４分造粒した。

焼結試験は、直径３００ｍｍの試験鍋に原料を層厚６００ｍｍに充填し、９０秒間の点火操作の後、負圧１５．０ｋＰａの一定条件で吸引し焼結した。
焼結試験結果を表３に示す。
実施例１〜５において、優れた成品歩留及び生産率が得られた。

図３に擬似粒子と焼結鉱の断面を示す。擬似粒子（Ａ）と焼結鉱（Ｂ）は、比較例２において、カラジャス鉱石を核粒子としたものである。一方、擬似粒子（Ｃ）と焼結鉱（Ｄ）は、実施例４の焼結粉を核粒子としたものである。焼結粉を核粒子とした（Ｃ）の方がＭａｇＰＦの付着量が多く、また焼結鉱も、その断面写真（Ｄ）の方が、緻密で強度の高いものが得られているのが分かる。

上層の熱源の追加と溶融性の改善を同時に達成し、一段の歩留向上と高い生産性を可能とする焼結鉱の製造に利用することができる。

１…上層用ライン、２…下層用ライン、３…焼結機、４…篩、１１…上層用ＭａｇＰＦ、１２…上層用焼結粉（又は返鉱）、１３…上層用その他原料、１４…上層用炭材、１５…上層用造粒機、２１…下層用鉄鉱石、２２…下層用焼結粉（又は返鉱）、２３…下層用その他の原料、２４…下層用炭材。

Claims

鉄含有原料、副原料、固体燃料、及び、焼結粉（又は返鉱）を配合して焼結原料とし、これら焼結原料を原料充填層の上層部と下層部に分けて別々に混合、造粒し焼結パレット上に装入して焼成する二段焼結法による焼結鉱の製造方法であって、
前記上層部の原料がマグネタイト系ペレットフィードと焼結粉（又は返鉱）を主体とし、マグネタイト系ペレットフィードと焼結粉（又は返鉱）の質量比率が、３：７〜５：５の造粒物であることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
前記上層部の層厚が、前記上層部と前記下層部の合計の層厚に対し、１０％以上２０％以下であ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。