JP6973627B2 - 造粒物の製造方法および焼結鉱の製造方法 - Google Patents

造粒物の製造方法および焼結鉱の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、コンベア搬送性が改善された製鉄プロセスで発生するスラジを含む造粒物、当該造粒物の製造方法および当該造粒物を用いた焼結鉱の製造方法に関する。
製銑、製鋼、圧延などの種々の製鉄プロセスでは、多量のダストおよびスラジが発生する。これらのダストおよびスラジには、鉄分や炭素分が多く含まれるので廃棄するのではなく、鉄源、熱源としての再利用することが好ましい。一般的にダストおよびスラジは、製銑および製鋼における高温プロセスに用いられる。ダストおよびスラジは、高温プロセスで再溶融され、溶銑へ溶け込ませて鉄源として再利用される。
ダストは、鉄を含有する水分含有量が0〜20質量%、多くの場合、水分含有量が0〜5質量%の微粉であり、水分含有量が少なく、ベルトコンベアで搬送されると発塵する。一方、スラジは、鉄を含有し水分含有量が20質量%以上の微粉であり、水分含有量が多く付着性が高いので、ベルトコンベアで搬送されると、コンベアジャンクションに付着して詰まりが生じる。微粉は平均粒径が0.5mm以下であり、付着や発塵の問題が特に大きい。このように、ダストおよびスラジがベルトコンベアで搬送されると発塵や付着による詰まりが生じる。搬送過程において、発塵は集塵設備を設けることで問題を緩和できるが、スラジの付着は特に問題が大きい。
このような問題に対し、特許文献1には、ドラム内を公転する撹拌翼と、撹拌翼とともに公転し自転する撹拌ロータを備えた造粒物製造装置を用いて、ケーキ状の製鉄スラジを解砕し、固化剤と製鉄ダストを加えて造粒処理する造粒物の製造方法が開示されている。上記方法を用いることで、特別な乾燥処理を施すことなく適切に造粒でき、高温プロセスに好適に用いられる造粒物を造粒できることが開示されている。
特許文献2には、ダストやスラジに粉コークスと、粗粒を混合して振動混練造粒機で造粒し、さらに粉コークスを外装被覆造粒する焼結原料の造粒方法が開示されている。
特許文献3には、含水スラッジに細粒焼結鉱を混合した混合物の水分を3〜15%の範囲とすることで焼結鉱の凹部にスラッジを保持する方法が開示されている。
特開2012−97295号公報 国際公開第2007/63603号 特開昭49−38811号公報
しかしながら、特許文献1に開示された造粒物は水分含有量が多いので、当該造粒物をベルトコンベアで搬送するとコンベアジャンクションへの付着量が多くなる。特に、製鉄所ではベルトコンベアが屋外に設置されており、雨天時にはベルトコンベアにも雨が降る。このため、雨天時には造粒物の水分含有量がさらに多くなってコンベアジャンクションへの付着量が増え、当該付着によって造粒物の詰まりが生じるという問題があった。
特許文献2では、スラジの水分含有量について考慮されていないので輸送中における造粒物の付着を解決できる方法ではないという問題があった。特許文献3の方法では、スラジを焼結鉱に付着させることで、輸送工程での輸送阻害を軽減できる。しかしながら、特許文献3の方法は、造粒する工程を含んでいないので、混合後の水分含有率を3〜15%にしなければならないという制約がある。このため、スラッジの混合量を30質量%以上にすると好ましい結果が得られず、適用範囲が狭いという問題があった。
本発明は、このような従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、コンベアジャンクションへの付着量を少なくできる造粒物を提供することにある。
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
(1)30質量%より多く90質量%以下のスラジと、10質量%以上70質量%未満の焼結鉱粉とを含み、前記焼結鉱粉に前記スラジが付着した造粒粒子を含む、造粒物。
(2)前記造粒粒子は、さらにダストを含む、(1)に記載の造粒物。
(3)前記スラジの水分含有量が20質量%以上30質量%未満である、(1)または(2)に記載の造粒物。
(4)スラジを脱水して脱水ケーキとする脱水工程と、前記脱水ケーキと、焼結鉱粉とを混合して造粒する造粒工程と、を有する、造粒物の製造方法。
(5)前記造粒工程では、さらにダストを混合する、(4)に記載の造粒物の製造方法。
(6)前記脱水ケーキの水分含有量が20質量%以上30質量%未満である、(4)または(5)に記載の造粒物の製造方法。
(7)(4)から(6)のいずれか1つに記載の造粒物の製造方法で製造された造粒物と、鉄含有原料と、CaO含有原料と、凝結材と、を配合して焼結原料にする配合工程と、前記焼結原料に水を添加して造粒する造粒工程と、造粒された前記焼結原料を焼結機で焼結して焼結鉱とする焼結工程と、を有する、焼結鉱の製造方法。
本発明の造粒物を用いることで、コンベアジャンクションへの造粒物の付着量を少なくできる。これにより、ベルトコンベア搬送時における造粒物の詰まりの発生を抑制できる。
図1は、造粒物10の断面拡大写真を示す。 図2は、本実施形態に係る造粒物の製造に用いられる撹拌機30の内部斜視図である。 図3は、撹拌機30の平面図である。 図4は、付着性評価装置50を示す側面図である。 図5は、付着量の評価結果を示すグラフである。 図6は、付着量の評価結果を示すグラフである。
以下、発明の実施形態を通じて本発明を説明する。本実施形態に係る造粒物は、製鉄プロセスで発生するスラジを30質量%より多く90質量%以下で含み、焼結鉱粉を10質量%以上70質量%未満で含み、焼結鉱粉にスラジが付着した造粒粒子が含まれるように造粒された造粒物である。この造粒物には、製鉄プロセスで発生するダストが含まれていてもよい。
図1は、造粒物の断面拡大写真である。図1(a)は、従来の造粒物10の断面拡大写真であり、図1(b)は、本実施形態に係る造粒物20の断面拡大写真である。従来の造粒物10とは、製鉄プロセスで発生するスラジを含む造粒原料をドラム式造粒機で造粒した造粒物である。本実施形態に係る造粒物20は、製鉄プロセスで発生するスラジと、焼結鉱粉とを含む造粒原料を造粒した造粒物である。
図1(a)に示すように、従来の造粒物10の中央には黒い部分が確認された。この黒い部分は、顕微鏡観察するために造粒物10を樹脂で固定した後、断面観察のために研磨した際に造粒物10の中央が脱落して生じた空隙12である。従来の造粒物10の中央には水分を多く含む脆弱部があり、この部分が研磨によって脱落し造粒物の中央に空隙12が生じたと考えられる。
このような脆弱部を中央に有する造粒物10は、ベルトコンベア搬送時の衝撃によって容易に崩壊し、微粉が生じるとともに内部の水分が放出される。この造粒物10の微粉化と水分の放出により、コンベアジャンクションへの造粒物の付着量が多くなる。
図1(b)に示すように、本実施形態に係る造粒物20には、焼結鉱粉24にスラジ28が被覆するように付着した造粒粒子22が含まれる。焼結鉱粉24は細孔を有し、焼結鉱の製造過程で高温の状態から気体で冷却されるので水分含有量が少ない。このため、焼結鉱粉24とスラジ28を含む造粒原料を造粒すると、焼結鉱粉24を核として造粒粒子22が造粒されるとともに焼結鉱粉24によってスラジ28の水分が吸収されるので、造粒粒子22の中央に水分を多く含む強度の弱い脆弱部が生じない。このため、ベルトコンベア搬送時に衝撃を受けても崩壊せず、仮に崩壊したとしても水分が放出されない。このように、本実施形態に係る造粒物20は、微粉が生じにくく、付着の原因となる水分の放出量も少ない造粒粒子22を含むので、従来の造粒物10よりもベルトコンベア搬送時におけるコンベアジャンクションへの付着が少なくなる。
本実施形態に係る造粒物における焼結鉱粉24の含有割合は、10質量%以上が必要である。造粒物20は、焼結鉱粉24を10質量%以上含有することで、コンベアジャンクションへの付着量が少なくなる。焼結鉱粉24の含有割合は、25質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることがさらに好ましい。50質量%までは焼結鉱粉24の含有割合が高くなるに従ってコンベアジャンクションへの付着量が少なくなる。焼結鉱粉24の含有割合を50質量%にすることでコンベアジャンクションへの付着量がほぼ0になるので、これ以上、焼結鉱粉24の含有割合を高めてもコンベアジャンクションへの付着量低減の効果はなく、スラジ28の処理量が減少する。このため、コンベアジャンクションへの付着量低減という観点では、焼結鉱粉24の含有割合の上限は70質量%未満としてよいが、スラジ28の処理量を増やすという観点では、焼結鉱粉24の含有割合を50質量%以下とすることが好ましい。本実施形態に係る造粒物におけるスラジ28の含有割合は、焼結鉱粉24の含有割合に対応させ、30質量%より多く90質量%以下としている。
次に、本実施形態に係る造粒物の製造方法について説明する。まず、圧縮型の脱水装置を用いて製鉄プロセスで発生したスラジ28を脱水して脱水ケーキとする脱水工程が実施される。次いで、当該脱水ケーキと、焼結鉱粉24とを撹拌機で混合、造粒する造粒工程が実施される。本実施形態において、造粒機に供給する原料の質量はすべて水分を含む原料の質量である。この際に、製鉄プロセスで発生したダストを添加し、これらを混合、造粒してもよい。このようにして、本実施形態に係る造粒物は製造される。圧縮型の脱水装置としては、例えば、フィルタープレスやバキュームフィルターを用いることができる。脱水装置は圧縮型には限られず、撹拌機に供給可能な状態にまでスラジを脱水できればよい。脱水されたスラジの水分含有量としては20〜40質量%程度が好ましい。スラジの脱水を強化して、スラジ(脱水ケーキ)の水分含有量を20質量%以上30質量%未満とすることがより好ましい。これにより、スラジの処理効率および造粒性を上げることができる。
本実施形態で用いるスラジは、製鉄プロセスである製銑工程、製鋼工程、圧延工程、鍍金工程または酸洗工程等で発生したスラジである。脱水前のスラジは水分含有量が多く、その水分含有量は40〜70質量%程度である。
本実施形態に係る造粒物はダストを含んでもよく、造粒物の製造に用いるダストは、製鉄プロセスである製銑工程、焼結製造工程、製鋼工程等で発生したダストである。ダストは乾式集塵などの方法で回収され、水分含有量が少なく、その水分含有量は0〜20質量%、多くの場合0〜5質量%程度である。
本実施形態で用いる焼結鉱粉とは、粒径が5mm以下の焼結鉱であって、焼結鉱の製造過程または搬送過程、焼結鉱を高炉に装入する装入過程で、目開き径5mmの篩で篩下に篩分けられた焼結鉱粉である。焼結されて製造された焼結鉱は、水分含有量が少ないので、その水分含有量は0質量%以上5質量%以下である。焼結鉱粉を核としてスラジに被覆された造粒物を製造するには、焼結鉱粉の粒径は2mm以上であることが好ましい。目開き径5mmの篩で篩下に篩分けられた粒径が5mm以下の焼結鉱粉には、粒径が0.1〜5mmの粒子が多く含まれているので、あえて粒径が2mm以下の微粉を取り除く必要はない。ある程度の大きさの焼結鉱粉が含まれるように、焼結鉱粉の平均粒径が2mm以上となるように焼結鉱粉の粒径を管理してもよい。
図2は、本実施形態に係る造粒物の製造に用いられる撹拌機30の内部斜視図である。図3は、撹拌機30の平面図である。撹拌機30は、スラジ28を脱水した脱水ケーキを微細に解砕するとともに、微細に解砕された脱水ケーキに焼結鉱粉24を混合し、場合によりダストを加えて混合し、これらを造粒する装置である。
撹拌機30は、脱水ケーキやダストが投入される円筒容器32と、撹拌羽根34と、堰36とを有する。堰36は、造粒原料をかき取るために設けることが好ましいが、なくてもよい。円筒容器32は、円筒38と、円形状の底板40とを備える。円筒容器32には脱水ケーキやダストの供給および排出のための開口(不図示)が設けられている。底板40は、円筒38と一体的に設けられており、底板40は、駆動力を受けて円筒38とともに回転する。円筒容器32は、円筒容器32の上側を封止する天板を有していてもよい。
撹拌羽根34は、回転軸42と、複数の撹拌板44とを有する。回転軸42は、円筒容器32の中心から偏心した位置に設けられる。撹拌羽根34は、円筒容器32の上側に設けられた不図示の駆動部から駆動力を受けて回転する。このように、円筒容器32と撹拌羽根34は、異なる駆動部から駆動力を受けて回転するのでそれぞれ独立して回転する。回転軸42は、円筒容器32の中心に設けられてもよい。
撹拌板44は、回転軸42から放射状に外側に突出して設けられている。撹拌板44は、回転軸42における上下方向の2箇所において、60°間隔で6方向に設けられている。撹拌板44を設ける上下方向の位置および数は、円筒容器32内に充填する脱水ケーキおよびダストの量に対応させて適宜変更してよい。
円筒容器32に脱水ケーキが投入された状態で、底板40は、例えば、右周りに回転し、撹拌羽根34は、左周りに回転する。底板40が右周りに回転することで、円筒容器32内に投入された脱水ケーキは、底板40の回転方向に沿って右周りに回転する。右周りに回転された脱水ケーキは、左周りに回転した撹拌羽根34に衝突することによって解砕される。底板40および撹拌羽根34の回転方向は、右周りであっても左回りであってもよい。底板40および撹拌羽根34の回転方向は、互いに異なっていてもよく、同じであってもよい。
図2および図3では、撹拌機30は、水平に設置した例を示したが、撹拌機30を水平面に対して傾けて使用してもよい。撹拌羽根34は、鉛直方向に軸支させたままにし、円筒容器32のみを水平面に対して傾けて使用してもよい。
図2および図3に示した撹拌機30を用いることで、脱水ケーキは微細に解砕され、解砕された脱水ケーキと焼結鉱粉24とが混合される。これにより、脱水ケーキの内部に含まれる水分が焼結鉱粉24に効率よく吸収され、焼結鉱粉24にスラジ28が付着した造粒粒子22を含む造粒物20を製造できる。ダストは水分がスラジよりも少ないのでダストを添加すると造粒性がよくなることが多い。このため、製鉄プロセスで発生したダストを再利用することが求められる場合には、ダストをスラッジ、焼結鉱とともに造粒することが好ましい。
図2および図3に示した攪拌機において、撹拌羽根34を有するという特徴が造粒物20を効率的に造粒するという観点で特に好ましい。さらに円筒容器32と撹拌羽根34が独立して回転するという特徴も、造粒物20を効率的に造粒するという観点で好ましい。さらに撹拌羽根34と底板40の回転方向が逆方向であるという特徴および撹拌羽根34が底板40の中心から偏芯した位置に回転軸を持つという特徴も、造粒物20を効率的に造粒するという観点で好ましい。
本実施形態に係る造粒物20は、焼結鉱の製造に用いることができる。例えば、鉄含有原料と、CaO含有原料と、凝結材と、を配合して焼結原料にする配合工程において本実施形態に係る造粒物20を配合し、造粒工程で水を添加して当該焼結原料を造粒し、焼結工程で造粒された前記焼結原料を焼結機で焼結して焼結鉱を製造する。
さらに、配合工程で本実施形態に係る造粒物20を配合することに代えて、本実施形態に係る造粒物20を造粒工程の後半に配合し、造粒された焼結原料の外層が本実施形態に係る造粒物20となるように配合してもよい。このように、本実施形態に係る造粒物20は、焼結鉱の製造に用いることができ、焼結鉱の製造における鉄源および熱源として再利用できる。
次に、本実施形態に係る造粒物を製造し、その搬送性を評価した実施例を説明する。本実施形態に係る造粒物を製造するために、異なる2つの造粒方法を用いて造粒物を製造した。一方の造粒方法としては、図2に示した撹拌機30と同じ構成のアイリッヒ社製のインテンシブミキサー型式R02を用いて造粒物を製造した。他方の造粒方法としては、ドラム式造粒機を用いて造粒物を製造した。まず、スラジを脱水して得た水分含有量が25質量%の脱水ケーキと、水分含有量5質量%のダストとを質量比で4:1になるように各装置に投入し、これに、水分含有量が1.5質量%の焼結鉱粉を所定量加えて造粒物を製造した。試験に用いたダスト、スラジおよび焼結鉱粉の成分を表1に示し、造粒物の製造条件を表2に示す。表1の「T-Fe」は、トータルFeの略称であり、ダストまたはスラジ中の鉄原子の質量割合を示す。表1において、ダストおよびスラジの各成分の合計が100にならないのは、表に記載していないCaO等の他の成分を含むことによる。表2における撹拌羽根の周速は羽根先端部の周速であり、容器の回転数は、撹拌羽根とは反対向きであって、円筒容器32の1分間あたりの回転数である。
Figure 0006973627
Figure 0006973627
このようにして製造した造粒物の付着性を評価した。図4は、付着性評価装置50を示す側面図である。付着性評価装置50は、ベルトコンベア52と、コンベアジャンクションを模擬して設けたシュート54とを有する装置である。造粒物の付着量の評価は、付着性評価装置50を用いて、矢印56の位置から造粒物を8kg投入し、ベルトコンベア52で造粒物を搬送してシュート54に落下させ、シュート54に付着した付着量を測定した。造粒物の投入量およびベルトコンベア52の速度は、造粒物の搬送速度が0.8kg/secになるように調整した。付着量は、同じ試験を4回行い、その合計量で評価した。
図5は、付着量の評価結果を示すグラフである。図5において、横軸は焼結鉱粉の含有割合(装置に投入された全質量に対する質量%)であり、縦軸はシュート54への付着量(g)を示す。三角プロットは、インテンシブミキサーを用いて製造された造粒物の付着性の評価結果を示す。丸プロットは、ドラム式造粒機を用いて製造された造粒物の付着性の評価結果を示す。
図5に示すように、インテンシブミキサーを用いて製造された造粒物では、焼結鉱粉の含有割合を10質量%にすることで、焼結鉱粉を含まない造粒物よりもシュート54への付着量が少なくなった。さらに、焼結鉱粉の含有割合を25質量%にすることで、焼結鉱粉の含有割合が10質量%の造粒物よりもシュート54への付着量が少なくなった。
焼結鉱粉の含有割合を50質量%にした造粒物を評価した所、シュート54への付着量がほぼ0になった。このため、焼結鉱粉の含有割合を70質量%にしてもシュート54への付着量は低減せず、ダストおよびスラジの処理量が少なくなる結果となった。これらの結果から、焼結鉱粉の含有割合を10質量%以上とすることが好ましく、25質量%以上とすることがより好ましく、50質量%以上とすることがさらに好ましいことがわかる。これにより、ベルトコンベア搬送時におけるシュート54への付着量を低減できる。ダストを添加せず、脱水ケーキと焼結鉱粉を1:1(焼結鉱粉の含有割合=50質量%)として同様の実験を行った結果では、付着量は1.5gとなり、ダストを添加しない条件でもシュート54への付着量の低減が確認できた。水分含有量21質量%に脱水したスラジを75質量%、焼結鉱粉を25%含有する造粒物の付着性を測定したところ、付着量は2.1gであり、この条件でも付着量の低減が確認できた。
一方、ドラム式造粒機を用いて製造された造粒物においても、焼結鉱粉の含有割合を10質量%にすることで、焼結鉱粉を含まない造粒物よりもシュート54への付着量が少なくなった。さらに、焼結鉱粉の含有割合を25質量%にすることで、焼結鉱粉の含有割合が10質量%の造粒物よりもシュート54への付着量が少なくなった。
しかしながら、ドラム式造粒機は、インテンシブミキサーよりも撹拌能力が低いのでインテンシブミキサーほど脱水ケーキを解砕できない。このため、ドラム式造粒機を用いて製造された造粒物には、インテンシブミキサーで製造された造粒物よりも中央に水分を多く含む脆弱部を有する造粒物が多く製造され、これにより、シュート54への付着量が多くなったと考えられる。
次に、インテンシブミキサーの撹拌羽根の回転数および回転時間と、付着量との関係を確認した結果について説明する。表1に示したスラジを脱水して水分含有量が25質量%とした脱水ケーキと、水分含有量5質量%のダストと、水分含有量が1.5質量%の焼結鉱粉と、質量比で12:3:5(スラジ:60質量%、ダスト:15質量%、焼結鉱粉:25質量%)になるようにインテンシブミキサーに投入し、回転数、回転時間を変えて造粒物を製造した。このようにして製造した造粒物の付着性を、図4に示した付着性評価装置50を用いて評価した。本試験においても付着量は、同じ試験を4回行い、その合計量で評価した。
図6は、付着量の評価結果を示すグラフである。図6において、横軸は撹拌羽根の回転時間(sec)すなわち造粒時間であり、縦軸はシュート54への付着量(g)を示す。丸プロットは撹拌羽根の先端部の周速を2.3m/secとして製造した造粒物の結果を示す。菱形プロットは撹拌羽根の先端部の周速を4.7m/secとして製造した造粒物の結果を示す。三角プロットは撹拌羽根の先端部の周速を6.3m/secとして製造した造粒物の結果を示す。
図6に示すように、撹拌羽根の先端部の周速に関わらず、撹拌羽根の回転時間を長くすることでシュート54への付着量が少なくなる傾向が見られた。撹拌羽根の先端部の周速を速めることでシュート54への付着量が少なくなる傾向が見られた。これらの結果から、撹拌羽根の回転時間を長くしたり、周速を速めることで解砕される脱水ケーキの量が増え、これにより、中央に水分を多く含む脆弱部を有する造粒物が減って焼結鉱粉にダストおよびスラジが付着した造粒粒子が増えたことでシュート54への付着量が低減したと考えられる。撹拌羽根の周速が6.3m/secの条件で比較すると、回転時間(造粒時間)は、30sec以上であることが好ましいことがわかる。一方、造粒時間が長くなると撹拌機の処理能力が下がる。このため、処理能力を考慮すると、回転時間(造粒時間)は180sec以下であることが好ましい。回転時間が十分と考えられる60secでの結果によれば、撹拌羽根の周速は4.7m/sec以上であることが好ましい。
10 造粒物
12 空隙
20 造粒物
22 造粒粒子
24 焼結鉱粉
28 スラジ
30 撹拌機
32 円筒容器
34 撹拌羽根
36 堰
38 円筒
40 底板
42 回転軸
44 撹拌板
50 付着性評価装置
52 ベルトコンベア
54 シュート
56 矢印

Claims (5)

  1. スラジを脱水して脱水ケーキとする脱水工程と、
    前記脱水ケーキと、焼結鉱粉とを、前記焼結鉱粉の含有割合が50質量%以上となるように混合し、撹拌羽根つきの撹拌機で撹拌して造粒する造粒工程と、
    を有する、造粒物の製造方法。
  2. 前記造粒工程では、さらにダストを混合する、請求項1に記載の造粒物の製造方法。
  3. 前記脱水ケーキの水分含有量が20質量%以上30質量%未満である、請求項1または請求項2に記載の造粒物の製造方法。
  4. 前記攪拌を60sec以上行う、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の造粒物の製造方法。
  5. 請求項1から請求項のいずれか一項に記載の造粒物の製造方法で製造された造粒物と、鉄含有原料と、CaO含有原料と、凝結材と、を配合して焼結原料にする配合工程と、
    前記焼結原料に水を添加して造粒する造粒工程と、
    造粒された前記焼結原料を焼結機で焼結して焼結鉱とする焼結工程と、
    を有する、焼結鉱の製造方法。
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