JP6156305B2 - 焼結原料の製造設備及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、粉状原料を造粒して焼結原料を製造する焼結原料の製造設備及びその製造方法に関する。

一般に、製鉄プロセスにおいて、粉鉱石が石灰石系粉原料や他の副原料と混合されて粉状原料となり、粉状原料は、ドラムミキサー（回転可能な筒状の収容器を備えたドラム型造粒機）やパンペレタイザー（回転可能な皿状の収容器を備えたディスク型造粒機）などで水分が添加されながら造粒されて、焼結原料となる。焼結原料は、焼結機で焼結されて焼結鉱となり、焼結鉱は高炉で利用される。

粉状原料の造粒物（焼結原料）には、径が数ｍｍの核に径が１ｍｍ未満の微粉が付着した造粒物（以下適宜「擬似粒子」と呼ぶ）や、微粉同士が付着し、擬似粒子よりも強度が弱い造粒物（以下適宜「付着粒子」と呼ぶ）があり、焼結原料は、擬似粒子を多く含むことが望ましい。擬似粒子が焼結原料に多く含まれるほど、焼結原料は強度が強く且つ焼結の際の焼結原料間の通気性を確保しやすく、焼結鉱の生産性が向上するからである。

擬似粒子の生成方法として、例えば、ドラムミキサーやパンペレタイザーに、粗粒鉱石（平均で径が１〜３ｍｍ程度）と微粉鉱石（平均で径が４０〜１５０μｍ程度）とを混合した粉状原料を投入して水を散布し、粉状原料に水分を添加することで、粗粒鉱石のまわりに微粉鉱石を付着させて擬似粒子を生成する方法が知られている。但し、近年の鉱石の供給事情から、粉状原料として粒径の小さい粉鉱石をより多く使用する必要性が増してきており、その必要性に応じ、粉状原料のうち微粉鉱石の割合を増加させると、造粒の際、微粉鉱石同士が付着した強度の弱い粗大な付着粒子が多く生成され、焼結原料のうち擬似粒子の割合が減少するという問題がある。そこで、特許文献１には、造粒装置に撹拌装置を設置し、原料の収容器内の粉状原料を撹拌することが記載されており、撹拌装置で、鉄鉱石などの粉状原料に撹拌力や圧縮力を付与して、付着粒子を破砕し、粉状原料、水、石灰石系粉原料や副原料の分散性を良好なものとし、疑似粒子の生成が促進される旨が記載されている。

特開２００２−３１７２２８号公報

特許文献１によって、疑似粒子の生成が促進されて、焼結原料のうち疑似粒子の割合を増加させやすくなる。ところが、撹拌羽根で、粉状原料の撹拌を続けていくにつれて、焼結原料のうち疑似粒子の割合が減少していく現象が認められ、撹拌の機能が低下していくという問題が生じていた。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、撹拌の機能の低下を防ぐことで、焼結原料のうち疑似粒子の割合が減少していくことを防ぎ、適切な粒度分布及び強度を有する焼結原料を製造することができ、焼結鉱の生産性を高位に維持することができる焼結原料の製造設備およびその製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下の通りである。
（１）粉状原料を造粒して焼結原料を製造する設備であって、前記粉状原料を収容した状態で回転可能な収容器、該収容器に収容されている粉状原料に挿入される撹拌羽根が複数取り付けられた回転軸を有する撹拌装置、及び、前記撹拌羽根の隙間に進入可能な櫛歯部を有する付着原料除去装置、を備えることを特徴とする焼結原料の製造設備。
（２）前記撹拌装置は、前記回転軸の軸方向に前記撹拌羽根を移動可能とする機構を有し、前記撹拌装置及び／または前記付着原料除去装置は、前記回転軸に対して垂直な方向に移動可能なように構成されていることを特徴とする上記（１）に記載の焼結原料の製造設備。
（３）上記（１）または上記（２）に記載の焼結原料の製造設備を用いて、粉状原料を収容器に投入し、回転している収容器中の粉状原料に撹拌装置の撹拌羽根を入れた状態で、前記回転軸を回転させて前記粉状原料を撹拌しながら、前記粉状原料を造粒して焼結原料を製造する方法であって、前記撹拌羽根を前記粉状原料から取り出し、前記撹拌羽根の隙間に付着原料除去装置の櫛歯部を進入させることで、前記撹拌羽根に付着した粉状原料を前記撹拌羽根から除去することを特徴とする焼結原料の製造方法。

本発明によって、焼結原料の製造設備における撹拌装置の機能低下を防いで、焼結原料のうち疑似粒子の割合の減少を防ぎ、適切な粒度分布及び強度を有する焼結原料を製造することができ、焼結鉱の生産性を高位に維持することができる。

焼結原料の製造設備を示す図である。 撹拌羽根に付着した粉状原料を除去する状況を示す図である。 実施例での焼結原料の粒度分布を示すグラフである。 落下強度試験に基づく落下後の焼結原料の粒度分布を示すグラフである。 実施例における焼結鉱の生産性を示すグラフである。

焼結原料の製造設備を図１に示す。焼結原料の製造設備（粉状原料の造粒設備）１０は、粉状の鉱石（粗粒鉱石や微粉鉱石などの粉鉱石）と他の副原料との混合物である粉状原料１を造粒して、焼結原料２を製造するものである。焼結原料の製造設備１０は、収容器（皿状回転体）２１を有するパンペレタイザー（ディスク型造粒機）２０と、パンペレタイザー２０で造粒中の粉状原料１を撹拌する撹拌装置３０を有している。撹拌装置３０は、回転モータ３１と、該回転モータ３１によって回転する回転軸３２と、該回転軸３２に複数取り付けられた撹拌羽根３３と、を有する。なお、図１に示す焼結原料の製造設備１０では、後述する付着原料除去装置３５（図２参照）の図示を省略してある。

収容器２１は、側壁と底面とを有し、該底面が水平面に対して傾斜している。また、図示を省略してあるが、収容器２１を回転駆動させる駆動機構がパンペレタイザー２０に設けられており、収容器２１は回転可能な構成となっている。回転している収容器２１に粉状原料１を投入し、回転によって、収容器２１内で粉状原料１が転動する。粉状原料１は、収容器２１の下部の側壁及び底面に落下し、収容器２１の回転に伴い、側壁に沿って上昇し、自重によって、再び下部の側壁及び底面に落下するという転動運動を繰り返す。

粉状原料１が転動運動を繰り返している間に、粉状原料１に水分を添加しながら、更に粉状原料１を投入する。水分によって、転動している粗粒鉱石（核粒子）の周りに、その粗粒鉱石よりも粒径が小さい微粉鉱石や、粉鉱石以外の原料（微粒子）を付着させ、粗粒鉱石を成長させて、擬似粒子を形成する。形成された擬似粒子は、収容器２１の下部の側壁及び底面に蓄積していく。一方で、水分によって、鉱石以外の原料や微粉鉱石は、それら同士が付着した付着粒子に成長してしまう可能性がある。

粉状原料１の投入量が多くなっていくと、収容器２１の下部の側壁から、造粒された粉状原料１（焼結原料２）が溢れ出る。焼結原料２とは、造粒により成長し、収容器２１から溢れ出た粉状原料１を意味する。すなわち、造粒により成長し、粒径からすれば焼結原料２とみなしてもよい粉状原料１であっても、収容器２１内に留まる限りは、粉状原料１と呼ぶ。擬似粒子は、付着粒子よりも嵩密度が大きいので、収容器２１において、重力が掛かる方向で最も下側の底面及び側壁には擬似粒子が蓄積する傾向にある一方で、付着粒子は、嵩密度が小さいので、収容器２１で堆積する粉状原料１の上側に存在する傾向がある。よって、収容器２１から溢れ出た焼結原料２には、造粒があまり進まず粒径が小さい粒子や付着粒子が含まれる可能性はあるものの、擬似粒子が多く含まれる傾向がある。

焼結原料２には、焼結原料２と、該焼結原料２を焼結して得られる焼結鉱と、の両方の強度を高めるために、付着粒子がより少なく、擬似粒子がより多く含まれることが好ましい。撹拌装置３０の回転軸３２を、収容器２１に収容されている粉状原料１に近づく方向Ａに向けて移動させ、回転軸３２に複数取り付けられた撹拌羽根３３を粉状原料１に挿入した状態とし、回転軸３２を回転させて、撹拌羽根３３で粉状原料１を撹拌する。これにより、付着粒子が破砕され、鉱石以外の原料や粒径が小さい微粉鉱石を粗粒鉱石に、より多く付着させ、疑似粒子の成長を促進させ得る。

上述の通り、粉状原料１の撹拌によって疑似粒子の成長が促進されるが、本発明者らは、粉状原料１の造粒を長期間行っているうち、撹拌羽根３３での粉状原料１の撹拌を続けていくにつれて、焼結原料２のうち疑似粒子の割合が減少していく現象を観察し、撹拌の機能が低下していくという問題が生じていると認識した。そして、本発明者らはこの問題を解決すべく鋭意検討して、撹拌羽根３３に粉状原料１が付着すると、その撹拌機能が低下すると考え、付着した粉状原料１を撹拌羽根３３から取り除く構成に関する本発明を完成した。本発明の焼結原料の製造設備１０は、回転軸３２に取り付けられた複数の撹拌羽根３３の隙間に進入可能な櫛歯部を有する付着原料除去装置を備えるものであり、前記櫛歯部を撹拌羽根３３の隙間に進入させることで、撹拌羽根３３に付着した粉状原料１を除去するものである。

図２は、撹拌羽根３３に付着した粉状原料１を除去する状況を示すものであり、方向Ａを紙面下向きとして撹拌装置３０及び粉状原料１を示すこととし、収容器２１の図示を省略してある。図２を参照して、本発明の実施形態の一例を説明する。図２（ａ）は、撹拌羽根３３を粉状原料１に挿入した状態で回転軸３２を回転させて、撹拌羽根３３で粉状原料１を撹拌している状態を示している。前述の通り、撹拌羽根３３で粉状原料１を撹拌しながら造粒すると、付着粒子が破砕され、鉱石以外の原料や粒径が小さい微粉鉱石を粗粒鉱石により多く付着させ、疑似粒子の成長を促進できる。但し、造粒の際に、粉状原料１には水分が加えられており、粉状原料１が撹拌羽根３３に付着する。粉状原料１の付着によって、撹拌羽根３３の破砕機能が低下する可能性がある。よって、本発明では、粉状原料１を造粒する操業の適当なときに、撹拌羽根３３に付着した粉状原料１を除去する。

本発明に係る撹拌装置３０は、方向Ａ及び方向Ａと逆方向、すなわち、回転軸３２の軸方向に、撹拌羽根３３が取り付けられた回転軸３２を移動可能とする機構を有し、回転軸３２及び撹拌羽根３３を、粉状原料１に挿入可能及び粉状原料１からの引き上げが可能となっている。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す状態から、撹拌羽根３３を粉状原料１から引き上げた状態を示している。

本発明の焼結原料の製造設備１０（図１参照）は、撹拌羽根３３の近傍に配置される付着原料除去装置３５を備え、該付着原料除去装置３５は、撹拌羽根３３の隙間に進入可能な形状を有する櫛歯部３６を有する。櫛歯部３６は、複数の櫛歯３６ａと、櫛歯３６ａが取り付けられている櫛歯基部３６ｂと、を有し、付着原料除去装置３５は、櫛歯３６ａを撹拌羽根３３の隙間に進入可能なように、回転軸３２に対して垂直な方向に移動させる櫛歯部移動機構３７を有する。図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示す状態から、櫛歯３６ａを撹拌羽根３３の隙間に進入させた状態を示しており、この状態で、撹拌羽根３３を回転させることで、付着した粉状原料１に櫛歯３６ａが当接して、櫛歯部３６で、粉状原料１を撹拌羽根３３から除去することになる。櫛歯部移動機構３７は、撹拌羽根３３に近づけるように櫛歯部３６を移動させる構成としてもよいし、撹拌羽根３３を回転軸３２に対して垂直な方向に移動させるように、撹拌装置３０を構成してもよい。また、撹拌装置３０及び櫛歯部移動機構３７の両方を、撹拌羽根３３及び櫛歯部３６の両方が互いに近づくように移動させる構成としてもよい。

撹拌羽根３３に付着した粉状原料１の除去は、粉状原料１を造粒する操業の間、定期的に自動で行うように、攪拌装置３０及び付着原料除去装置３５の動作を予め設定しておいてもよいし、図２（ａ）〜（ｃ）で示した粉状原料１の除去を、撹拌羽根３３への付着状況に応じて不定期に行ってもよい。

上記形態において、撹拌羽根３３は、複数の平板からなっているが、粉状原料１の攪拌機能を発揮するものであれば、本発明に係る撹拌羽根３３は、この形態に限定されるものではない。例えば、棒状の部材を、ある程度の間隔を持った状態で複数平行に並べることで、撹拌羽根３３を形成してもよい。

また、上記形態において、櫛歯部３６の櫛歯３６ａは、複数の平板からなっているが、本発明に係る櫛歯部３６は、撹拌羽根３３の隙間に進入可能で、粉状原料１を撹拌羽根３３から除去する機能を発揮するものであれば、本発明に係る櫛歯部３６は、この形態に限定されるものではない。例えば、棒状の部材を、撹拌羽根３３の隙間に進入可能なように、ある程度の間隔を持った状態で複数平行に並べた状態で、櫛歯基部３６ｂに複数取り付けてもよい。

以上のような付着原料除去装置を焼結原料の製造設備に設けることで、撹拌羽根に付着した粉状原料が除去可能となり、焼結原料の製造設備における撹拌装置の機能低下を防いで、焼結原料のうち疑似粒子の割合が減少していくことを防ぎ、適切な粒度分布及び強度を有する焼結原料を製造することができ、焼結鉱の生産性を高位に維持することができる。

図１に示す焼結原料の製造設備１０を用いて、収容器２１で粉状原料１を造粒して、焼結原料２を製造した（参考例、比較例及び本発明例）。パンペレタイザー２０及び攪拌装置３０の仕様及び運転条件を表１に示す。

次に、粉状原料１の構成を表２に示す。

参考例として、撹拌装置３０を用いずに粉状原料１を造粒する操業を１週間行った。次に、比較例として、撹拌装置３０を用いたが、撹拌羽根３３に付着した粉状原料１を除去せずに、継続的に粉状原料１を撹拌しながら造粒する操業を１週間行った。最後に、本発明例として、撹拌装置３０を用いるとともに、１日１回１０分間、撹拌羽根３３に付着した粉状原料１を付着原料除去装置３５で除去しつつ、粉状原料１を継続的に撹拌しながら造粒する操業を１週間行った。

参考例、比較例及び本発明例において、１週間の操業を行った後に、焼結原料２についての粒度分布、落下強度試験後の落下後の焼結原料２の粒度分布を測定した。焼結原料２の落下強度試験での落下強度は、ＪＩＳ Ｍ８７１１により規定されており、次の式（１）で求まる。
落下強度＝（試料を２ｍ落下させることを４回実施した後の試料のうちの、篩上１０ｍｍの試料質量）／（試験前の試料質量）×１００ （１）
上記落下強度を算出する条件については、ＪＩＳ Ｍ ８７１１に詳細に規定されていて、落下後の焼結原料２の粒度分布とは、４回落下後の焼結原料２に対して測定された粒度分布となる。

図３によれば、参考例、本発明例及び比較例では、粒度分布が２．８０〜８．００ｍｍの範囲でピークを有し、焼結原料２の粒度分布は適正範囲にある。図４によれば、本発明例では、落下後の粒度分布が粒径が２．８０ｍｍより小さい粒子の増加分が少なく、落下によって砕けることのない適切な強度の擬似粒子が多く含まれていると推測される。一方で、参考例及び比較例では、本発明例の場合と比べて、落下後の粒度分布では、落下前の粒度分布よりも、粒径が２．８０ｍｍより小さい粒子の割合が増え、強度が低い付着粒子が、本発明例の場合に比べて、より多く砕けたことが推測される。よって、付着粒子の割合が多く疑似粒子の割合が少ないことがわかる。図３及び図４に基づけば、本発明例では、参考例に対して、撹拌によって付着粒子を破砕して疑似粒子の生成を促進できたことがわかるし、比較例に対しては、撹拌の効果を維持し、疑似粒子の生成量を維持し続けることができたことがわかる。焼結原料のうち疑似粒子が多いほど、焼結原料は強度が高くなり、ひいては、その焼結原料から得られる焼結鉱の強度も高くなる。

また、参考例、比較例及び本発明例において、粉状原料１を造粒する操業を開始した際（操業直後）及び１週間の操業を行った後（１週間後）に、造粒物の一部を取り出し、該一部を焼結して、焼結鉱の生産性を評価した。その結果を図５のグラフに示す。焼結鉱の生産性とは、一定質量の焼結原料（粉状原料の造粒物）を焼成して焼結ケーキを造ったのち、破砕して焼結鉱として高炉に装入可能な状態にし、前述の落下を行った後、粉化しなかった焼結鉱の質量を焼成完了までの時間で除して得られる指数によって評価している。図５のグラフでは、参考例における焼結鉱の生産性を１として規格化した結果を示してある。図５によれば、本発明例では、参考例に比べて、焼結鉱の生産性が向上していることがわかるし、比較例に比べて、１週間後での焼結鉱の生産性の低下を防げていることがわかる。本発明例の通り、攪拌羽根に付着した粉状原料を攪拌羽根から除去することで、攪拌羽根の攪拌効果を維持できたことがわかる。

このように、撹拌羽根に付着した粉状原料を除去することで、焼結原料の製造設備における撹拌装置の機能低下を防ぎ、焼結原料のうち疑似粒子の割合の減少を防ぎ、適切な粒度分布及び強度を有する焼結原料を得ることができ、焼結鉱の生産性を高位に維持するできることがわかった。

１ 粉状原料
２ 焼結原料（粉状原料の造粒物）
１０ 焼結原料の製造設備（粉状原料の造粒設備）
２０ パンペレタイザー（ディスク型造粒機）
２１ 収容器（皿状回転体）
３０ 撹拌装置
３１ 回転モータ
３２ 回転軸
３３ 撹拌羽根
３５ 付着原料除去装置
３６ 櫛歯部
３６ａ 櫛歯
３６ｂ 櫛歯基部
３７ 櫛歯部移動機構

Claims (3)

1. 粉状原料を造粒して焼結原料を製造する設備であって、
   前記粉状原料を収容した状態で回転可能な収容器、
   該収容器に収容されている粉状原料に挿入される複数の撹拌羽根が取り付けられた回転軸を有する撹拌装置、及び、
   前記撹拌羽根の隙間に進入可能な櫛歯部を有する付着原料除去装置、を備え、
   前記複数の撹拌羽根は、前記回転軸の軸方向の異なる位置に取り付けられることを特徴とする焼結原料の製造設備。
2. 前記撹拌装置は、前記回転軸の軸方向に前記撹拌羽根を移動可能とする機構を有し、
   前記撹拌装置及び／または前記付着原料除去装置は、前記回転軸に対して垂直な方向に移動可能なように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の焼結原料の製造設備。
3. 請求項１または請求項２に記載の焼結原料の製造設備を用いて、
   粉状原料を収容器に投入し、
   回転している収容器中の粉状原料に撹拌装置の撹拌羽根を入れた状態で、前記回転軸を回転させて前記粉状原料を撹拌しながら、前記粉状原料を造粒して焼結原料を製造する方法であって、
   前記撹拌羽根を前記粉状原料から取り出し、前記撹拌羽根の隙間に付着原料除去装置の櫛歯部を進入させることで、前記撹拌羽根に付着した粉状原料を前記撹拌羽根から除去することを特徴とする焼結原料の製造方法。

Images