JP6683155B2 - 炭材内装造粒粒子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉などで製鉄原料として使用される塊成鉱の製造技術に関するものであり、具体的には、塊成鉱の製造に用いる２層構造になる炭材内装造粒粒子の製造方法に関するものである。

高炉製鉄法では、現在、鉄源として、焼結鉱や鉄鉱石、ペレットなどの鉄含有原料を主に用いている。
ここで、焼結鉱とは、塊成鉱の一種であり、粒径が１０ｍｍ以下の鉄鉱石の他に、製鉄所内で発生する各種ダスト、精錬ニッケルスラグや珪石、蛇紋岩などからなるＳｉＯ₂含有原料、石灰石や生石灰などのＣａＯ含有原料、粉コークスや無煙炭などからなる固体燃料等から構成された造粒原料に適量の水を添加し、ドラムミキサーなどを用いて混合・造粒した擬似粒子を焼結原料としている。そして、この焼結原料を焼結機の循環移動するパレットに装入し、擬似粒子中に含まれる固体燃料等を燃焼させて焼結し、得られた焼結ケーキを破砕し、整粒して、一定の粒径以上のものを成品として回収して、塊成鉱として使用している。

近年、塊成鉱として、鉄鉱石や製鉄ダスト等の鉄源とコークス等の炭材を近接配置したものが注目を浴びている。その理由は、鉄鉱石等の鉄源と炭材とを一つの塊成鉱の中で近接配置すると、鉄源側の還元反応（発熱反応）と炭材側のガス化反応（吸熱反応）とが速い速度で繰り返し起きるので、製鉄効率が向上するだけでなく、高炉の生産性を低下させることなしに炉内温度を低下させることができるからである。

このような塊成鉱の製造方法として、特許文献１には、炭材を鉄鉱石粉とＣａＯ含有原料で被覆した湿潤ペレットを作製し、これを焼結原料に混合後、下方吸引型焼結機において焼結する方法が開示されている。

特許第５７９０９６６号公報

特許文献１には、上記塊成鉱の製造方法については開示されているが、如何にして内部に炭材核を有した２層構造ペレットを連続かつ安定して製造するかについては何ら記載されていない。

本発明は、上記の実情に鑑み開発されたものであり、その目的は、炭材核が鉄鉱石粉と石灰含有原料との混合粉で効果的に覆われた２層構造になる炭材内装造粒粒子の有利な製造方法を提供することにある。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．鉄鉱石粉と石灰含有原料との混合粉と、炭材核とを含む造粒原料を造粒するに際し、該炭材核の周囲が該混合粉で被覆された２層構造になる炭材内装造粒粒子を製造する方法であって、
該炭材核と該混合粉を造粒機により造粒する際、該造粒機内部において、該炭材核が表面に現れて転動する領域に対して選択的に散水することを特徴とする炭材内装造粒粒子の製造方法。

２．前記造粒機が、ディスクペレタイザーであることを特徴とする請求項１に記載の炭材内装造粒粒子の製造方法。

本発明によれば、造粒機内部での散水に工夫を加えることによって、内部に炭材核を有する２層構造になる炭材内装造粒粒子（以下、ペレットとも言う）を安定的かつ連続的に製造することができる。

本発明に従って炭材内装造粒粒子を製造するフローの一例を示す図である。 本発明に従う造粒工程において、造粒機内部に存在する、未造粒粉、コークス核（成長途中のペレット）および炭材内装造粒粒子（成品ペレット）を示す図である。 （ａ）は従来のペレタイジングにおける散水箇所、（ｂ）は本発明に従い２層構造のペレットを製造するための散水箇所を示す図である。

以下、本発明を具体的に説明する。
図１に、本発明の炭材内装造粒粒子を製造するのに好適な製造フローの一例を示す。
図中、符号１０は貯蔵槽、１２は貯槽層、１４は搬送機、１６は鉄鉱石粉、１８は石灰含有原料、１９は水である。また、符号２０は混練機、２２は混合粉、２４は搬送機、２６は貯蔵槽、２８はコークス粒子、３０は造粒機、そして３２が炭材内装造粒粒子である。

図１に示したとおり、貯蔵槽１０に保管された鉄鉱石粉１６は、搬送機１４に所定量切り出される。同じく貯蔵槽１２に保管された石灰含有原料１８も、搬送機１４に所定量切り出される。切り出された鉄鉱石粉１６と石灰含有原料１８は、搬送機１４によってインテンシブミキサーなどの混練機２０に搬送される。この混練機２０において、鉄鉱石粉１６と石灰含有原料１８は、適量の水１９とともに均一に混合されて混合粉２２となる。

次に、混合粉２２は、搬送機２４に所定量切り出され、同時に貯蔵槽２６に保管された炭材核２８も、搬送機２４に所定量切り出されて、混合粉２２と炭材核２８とを含む造粒原料となる。
本発明では、造粒原料における炭材核２８の配合割合が１質量％以上５質量％以下、好ましくは２質量％以上４質量％以下になるように、混合粉２２と炭材核２８とを切り出す。

ついで、造粒原料は、搬送機２４によって造粒機３０に搬送される。造粒機３０としては、ディスクペレタイザーがとりわけ有利に適合する。
この造粒機３０では、適量の水１９が供給されて撹拌されることで、供給された水の液架橋力等によって炭材核２８の周囲に混合粉２２が被覆され、これにより、炭材核２８の周囲が混合粉２２で被覆された炭材内装造粒粒子３２が製造される。

上記のようにして炭材内装造粒粒子が製造された状態を図２に示す。図中、符号１は未造粒粉、２は炭材核（成長途中のペレット）であり、３が炭材内装造粒粒子（成品ペレット）である。
このように、本発明に従えば、炭材核２８の周囲が混合粉２２で被覆された炭材内装造粒粒子３２を得ることができるのであるが、かような２層構造の炭材内装造粒粒子３２を安定して得るには、造粒機３０内における水１９の供給位置が重要である。

図２に示したように、造粒機３０の内部には、未造粒粉１、炭材核（または成長途上ペレット）２および成品ペレットの３種類が存在し、それぞれがもつ粒径に応じて、図３に示すような特定の転動領域Ａ（未造粒粉）、Ｂ（炭材核または成長途上ペレット）、Ｃ（成品ペレット）に区画される。

従来のペレタイジングでは、未造粒粉の凝集物である核の生成を促進させるために、未造粒粉が表面に現れる転動領域（図３（ａ）のＡ領域）に散水するのが普通であった。しかし、この方法だと、炭材核２８を混合粉２２で被覆造粒することが難しく、炭材核２８を含有せず、混合粉２２のみで造粒されたペレットの割合が高くなる。

そこで、発明者らは、この問題を解決すべく、造粒機内で炭材核が表面に現れて転動する特定領域（図３（ｂ）のＢ領域）に注目して、研究を進めた。
すなわち、当該領域Ｂへ選択的に散水すれば、バインダーである水を炭材核（コークス粒子）に対し直接噴霧できることになる。散水により濡れたコークス粒子と未造粒粉が接触することで、コークス粒子表面が鉄鉱石粉で被覆される。薄く被覆されたコークス粒子が再度散水を受けて濡れ、未造粒粉と接触して被覆されることを繰り返し、成品ペレットへと成長していく。またこの場合、未造粒粉が表面に現れる領域Ａへの散水は行わないため、混合粉２２のみで造粒される炭材核を有さないペレットの生成を効果的に抑制することができる。

上記のように、炭材核を含有する炭材内装造粒粒子の割合が低下することを抑制することができれば、炭材核を有する塊成鉱が増えるため、当該炭材内装塊成鉱を高炉に装入することで、製鉄反応を起こし易くなり低温還元が可能になる、という効果が得られる。

また、炭材核を含有せず混合粉２２のみで造粒された造粒粒子は、炭材を有さないので、当該造粒粒子が焼結機で加熱される際には、周囲の炭材核を内装させていない通常の造粒粒子に含まれる凝結材の燃焼熱が伝熱されることによって塊成化が進行する。しかしながら、混合粉２２のみで造粒された造粒粒子の算術平均径が１０ｍｍ以上になると、周囲からの伝熱によって内部まで加熱して、十分な強度を発現させることは難しいため、成品塊成鉱の歩留りは低下し、塊成鉱の生産性も低下する。

ここに、本発明において、炭材核としては、コークス粒子や小塊コークスが好適であるが、その他にも無煙炭であるホンゲイ炭等も有利に適合する。このように、炭材核としては、コークスおよびホンゲイ炭のように揮発分の少ない炭材を使用することが好ましい。
なお、炭材核の粒径としては、２ｍｍ以上８ｍｍ以下とすることが好ましい。すなわち、焼成過程で炭材核が燃焼により消失するのを防ぐためには、炭材核は２ｍｍ以上のものを用いるのが好ましい。より好ましくは３ｍｍ以上である。一方、炭材核が大きくなるにつれて、焼成時にペレット内部から発生する炭材核の燃焼ガス量が増加する。この内部発生ガスのガス圧が過剰に高まると、ペレットの被覆層に亀裂が生じ、焼成後強度が大幅に低下する。これを防ぐためには、炭材核の粒径は８ｍｍ以下とすることが好ましい。より好ましくは６ｍｍ以下である。

これに対し、鉄鉱石粉と石灰含有原料の混合粉は、粒径が数十μｍ程度にすぎないので、かかる混合粉と炭材核を造粒機に供給した場合には、それぞれの粒径に応じて、図３（ｂ）に示したような未造粒粉領域Ａと炭材核領域Ｂとに区画できるのである。
なお、石灰含有原料としては、生石灰および／または石灰石を用いてよいが、造粒粒子を製造する観点からは造粒効果の高い生石灰を用いることが好ましい。また、塊成鉱の生産性および塊成鉱品質を改善することを目的として融液の粘度を増加させるドロマイト［ＣａＭｇ（ＣＯ₃）₂］を石灰含有原料に添加してもよい。すなわち、石灰含有原料とは、生石灰、石灰石およびドロマイトのいずれか１つ以上を含有する原料である。

次に、２層構造になる炭材内装造粒粒子の粒径は４〜１８ｍｍ程度とするのが好適である。焼結機から排出後、粒径が４ｍｍ未満のものは次工程に送られず、焼結原料としてリサイクル（返鉱）される。また、湿潤ペレットは焼成すると、水分の蒸発や部分的な溶融によって体積が収縮する。従って、焼成後にペレットとして排出されても返鉱されないよう、粒径が４ｍｍ以上の焼成ペレットとするには、造粒後の湿潤ペレット（２層構造の炭材内装造粒粒子）の大きさは６ｍｍ以上とすることが好ましい。より好ましくは８ｍｍ以上である。
また、ペレットの被覆層の厚みが５ｍｍを超えると、限られた焼成時間内で、外熱のみによってペレット内部まで焼成することは難しい。かような焼成が不十分な未燃焼ペレットの強度は低く、歩留りの低下を招く。従って、ペレットの被覆層の厚みは５ｍｍ以下とする必要がある。被覆層の厚みが５ｍｍで、炭材核の粒径が８ｍｍの場合、ペレットサイズは１８ｍｍとなるので、これをペレットサイズの上限とした。

上記のようにして製造された炭材内装造粒粒子は、そのまま焼結原料として用いても良いが、炭材核を内装させていない通常の造粒粒子と混合して焼結原料とすることがより好ましい。なお、通常の造粒粒子とは、粉鉄鉱石と、石灰石およびドロマイトなどの石灰含有原料と、生石灰等の造粒助剤と、コークス粉や無煙炭などの炭材（以下、「凝結材」ともいう）と、を混合し、造粒機を用いて造粒した造粒粒子のことを意味する。
ここに、炭材内装造粒粒子と通常の造粒粒子との配合割合は、全体に対する炭材内装造粒粒子の割合を１０〜３０質量％程度とするのが有利である。

そして、上記した炭材内装造粒粒子と通常の造粒粒子を所定量配合した焼結原料は、下方吸引式焼結機のパレットに装入され、下方吸引式焼結機で焼結されることにより、炭材内装塊成鉱が製造される。

本実施例では、図１に示した炭材内装造粒粒子を製造するフローに沿って炭材内装造粒流子の造粒試験を実施した。
すなわち、鉄鉱石粉（粒径１５０μｍ以下、比表面積２,０００ｃｍ²／ｇ）と、融剤として生石灰（粒径７５μｍ以下）を質量比で９６：４の割合で配合し、インテンシブミキサーを用いて均一に混合して混合粉とした。この混合粉と炭材核としてのコークス粒子（粒径２ｍｍ以上８ｍｍ以下）を質量比で９８：２の割合で切り出し、この造粒原料をディスクペレタイザーへ供給した。なお、造粒に必要な水は、インテンシブミキサーおよびディスクペレタイザーへ適量噴霧供給した。

造粒原料は、ディスクペレタイザーで所定時間滞留し、水の液架橋力によって造粒された後に排出した。
表１に、造粒機の運転条件、散水箇所の違いおよび成品ペレットの炭材核内装割合を示す。

従来の散水箇所の場合（比較例１）、混合粉が造粒機表面を転動する領域にバインダーである水を噴霧することになり、混合粉のみからなる凝集物が成長し、炭材核内装率（無作為に抽出した造粒物１００個のうち、炭材核を含有していた割合）は１３個数％にすぎなかった。また、表面が被覆されずに造粒機より排出されるコークス粒子が散見された。

これに対し、本発明の散水箇所の場合（発明例１）、コークス粒子が表面を転動する領域に水を噴霧する。そのため、散水による濡れと混合粉との接触を繰り返すことで、コークス粒子が混合粉で被覆され、２層構造のペレットを製造することが可能となる。また、従来法のように混合粉の転動領域へは散水しないため、混合粉の凝集物（核）の生成を抑制することができる。以上の効果で、本発明例では９０個数％の炭材内装率を得ることができた。

次に、比較例１および発明例１で得られた造粒物を、それぞれ通常の焼結原料に対して２０質量％配合して、焼成を行った。その際の歩留りは、表１に示したように、比較例１では５２質量％、発明例１では７５質量％であった。ここに、歩留りは、次のようにして求めた。
歩留り（質量％）＝成品量（ｋｇ）／（新原料量（ｋｇ）＋返鉱量（ｋｇ））×１００
なお、（新原料量（ｋｇ）＋返鉱量（ｋｇ））は焼結試験に投入した原料全量である。また、焼成試験後に２ｍの高さから１回落下させ、粒径が１０ｍｍ以上ものを成品とした。一方、粒径が１０ｍｍ未満のものは返鉱とした。
炭材核を含有せず、混合粉のみで造粒された造粒粒子は炭材を有さないので、当該造粒粒子が焼結機で加熱される際には、周囲の炭材核を内装させていない通常の造粒粒子に含まれる凝結材の燃焼熱が伝熱されることによって塊成化が進行する。しかしながら、混合粉のみで造粒された造粒粒子の算術平均径が１０ｍｍ以上になると、周囲からの伝熱によって内部まで加熱し、十分な強度を発現させることは難しいので、成品塊成鉱の歩留りは低下し、塊成鉱の生産性も低下する。

これらの結果が示すように、造粒機内部において、炭材核としてのコークス粒子が表面を転動する領域に選択的に散水することで、炭材核内装率を高めることができる。そして、このような炭材内装造粒粒子を用いて炭材内装焼結鉱を製造することで、炭材内装焼結鉱の歩留りが向上し、高炉内での製鉄反応も促進できる。

１ 未造粒粉
２ 炭材核（または成長途上ペレット）
３ 成品ペレット
１０ 貯蔵槽
１２ 貯槽層
１４ 搬送機
１６ 鉄鉱石粉
１８ 石灰含有原料
１９ 水
２０ 混練機
２２ 混合粉
２４ 搬送機
２６ 貯蔵槽
２８ コークス粒子
３０ 造粒機
３２ 炭材内装造粒粒子

Claims (2)

1. 鉄鉱石粉と石灰含有原料との混合粉と、炭材核とを含む造粒原料を造粒するに際し、該炭材核の周囲が該混合粉で被覆された２層構造になる炭材内装造粒粒子を製造する方法であって、
   上記混合粉を粒径１５０μｍ以下とし、上記炭材核を粒径２ｍｍ以上８ｍｍ以下として、該炭材核と該混合粉を造粒機により造粒する際、該造粒機内部において、該炭材核または成長途上ペレットが表面に現れて転動する領域が少なくとも上記混合粉のみの未造粒粉が表面に現れる領域に対して区画され、かつ上記混合粉のみの未造粒粉が表面に現れる領域を除き、少なくとも該炭材核または成長途上ペレットが表面に現れて転動する領域に対して選択的に散水することを特徴とする炭材内装造粒粒子の製造方法。
2. 前記造粒機が、ディスクペレタイザーであることを特徴とする請求項１に記載の炭材内装造粒粒子の製造方法。