JP6986342B2 - 返鉱を含む配合原料の造粒方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼結機に装入する造粒物を、返鉱を含む配合原料を用いて造粒する方法に関する。

焼結機に装入する焼結原料には、鉄鉱石と、石灰石などの副原料と、炭材などの凝結材と、返鉱（焼結機から排鉱される焼結ケーキを破砕して篩にかけ、篩下として得られる焼結鉱粉）などを一定の比率で配合し、水分を添加してミキサーで造粒処理した造粒物（擬似粒子）が使用される。

焼結機から排鉱された焼結鉱は他の配合原料に比べて温度が高いため、焼結機から排鉱された焼結鉱を直接、他の配合原料と混合して造粒すると、造粒物に含まれている水分が蒸発する。その結果、ミキサー出口から焼結機に造粒物が搬送される過程において、ベルト乗継部での落下やその他の衝撃により造粒物が崩壊する。
そこで、特許文献１では、高温（例えば５００〜７００℃）の返鉱（熱返鉱）のみに散水して冷却した後、他の配合原料と混合して造粒処理を行うことにより、水分の蒸発による造粒物の崩壊を防止する技術が開示されている。

一方、造粒物の水分が多くなりすぎると、焼結機で焼成する際に焼結原料層内で過剰水分が凝縮して粒子間を閉塞し、かえって焼結ベッドの通気性を悪化させ、生産性あるいは歩留りの低下を招くといった問題が生ずる。
そこで、特許文献２では、配合原料を造粒処理した造粒物に返鉱を混合することにより、造粒物中の過剰水分を返鉱に吸収させ、造粒物の水分が所定の値になるように調整する技術が開示されている。

特開平５−９６０２号公報 特開平７−６２４５６号公報

しかしながら、本発明者らの知見では、特許文献１記載の技術は、造粒物の崩壊を抑制できるものの、返鉱を混合した配合原料は造粒後の未造粒微粉が多く、造粒性の改善を要することがわかっている。

また、特許文献２記載の技術は、造粒物の水分が所定の値となるように調整することができるが、特許文献１記載の技術と同様、未造粒微粉が多く発生し、造粒性の改善を要するという知見を本発明者らは得ている。特許文献２記載の技術の場合、配合原料を造粒処理した造粒物に返鉱を混合するため、返鉱粒子周辺に存在する配合原料に含まれる局所的な水分が減少し、結果として造粒物の崩壊や造粒できていない未造粒微粉の増加を招いていると推察される。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、返鉱を配合原料に混合して造粒処理しても、従来方法に比べて未造粒微粉の発生が抑制され、造粒性を改善することが可能な方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る返鉱を含む配合原料の造粒方法は、
１２０℃以下とされた焼結鉱粉からなる返鉱に０．５〜３．０質量％（外数）の水分を添加する工程（但し、返鉱を加湿して擬似粒子化する場合を除く）と、
返鉱を含まない配合原料Ａに、水分を添加した前記返鉱を混合した配合原料Ｂをドラムミキサーで造粒処理する工程とを備え、
前記配合原料Ｂから自由水を控除した量を１００質量％として、水分を添加した前記返鉱の量を１５〜３０質量％、前記配合原料Ｂに含まれる自由水の量を６〜１０質量％（但し、７質量％以下及び７．２質量％を除く）とする（但し、前記配合原料Ｂを前記ドラムミキサーで造粒する際、該ドラムミキサーに加える前記自由水が前記配合原料Ｂの１トン当り１１リットル以上である場合を除く）ことを特徴としている。

ここで、「返鉱に０．５〜３．０質量％（外数）の水分を添加する」とは、水分添加前の返鉱の量を１００質量％として、当該返鉱に添加する水分量を０．５〜３．０質量％とすることをいう。

１２０℃超の返鉱に水分を添加した場合、添加した水分の蒸発が顕著となる。その結果、造粒処理時に配合原料の水分が不足し、造粒性を改善することができない。従って、１２０℃以下の返鉱に水分を添加する必要がある。

本発明では、１２０℃以下に冷却された返鉱に、０．５〜３．０質量％の水分を予め添加しておく（但し、返鉱を加湿して擬似粒子化する場合を除く）ことにより、返鉱に適切に付着した水分が返鉱を介して配合原料中に分散し、未造粒微粉の発生を抑制する。

本発明によれば、返鉱を含む配合原料を用いて造粒処理しても、従来方法に比べて造粒性が改善されるので、焼結鉱の生産性が向上し、返鉱（焼結鉱粉）の発生量も低位で安定する。その際、配合原料Ｂから自由水を控除した量１００質量％に対して、水分を添加した返鉱の量を１５〜３０質量％とすると、返鉱の余剰が発生せず、適正な生産が可能となる。加えて、配合原料Ｂに含まれる自由水の量を６〜１０質量％（但し、７質量％以下及び７．２質量％を除く）とする（但し、配合原料Ｂをドラムミキサーで造粒する際、該ドラムミキサーに加える自由水が配合原料Ｂの１トン当り１１リットル以上である場合を除く）ことにより好適な造粒性が得られる。

本発明に係る返鉱を含む配合原料の造粒方法では、１２０℃以下に冷却された返鉱に、０．５〜３．０質量％の水分を予め添加しておく（但し、返鉱を加湿して擬似粒子化する場合を除く）ことにより、返鉱に適切に付着した水分が返鉱を介して配合原料中に分散し、未造粒微粉の発生を抑制するので、従来方法に比べて造粒性を改善することができる。

本発明の一実施の形態に係る、返鉱を含む配合原料の造粒方法のプロセスフローを示す模式図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。

本発明の一実施の形態に係る、返鉱を含む配合原料の造粒方法の手順について、図１を用いて説明する。
ドワイトロイド式の焼結機１０では、パレット台車（図示省略）に積載された焼結原料層に対して下方から吸気することで、点火炉（図示省略）によって着火した焼結原料層は上層から下層に向けて順次燃焼する。そして、このとき発生する燃焼熱によって焼結原料が溶融して焼結ケーキとなる。製造された焼結ケーキは焼結機１０の排鉱部１０ｂから排鉱され、クラッシャー（図示省略）で破砕されて焼結鉱となる。

焼結機１０から排鉱された焼結鉱は一般に５００〜７００℃の顕熱を有しており、本実施の形態では、焼結鉱冷却機１１を用いて１２０℃以下に冷却する。焼結鉱冷却機１１には回転式焼結鉱冷却装置を使用する。
回転式焼結鉱冷却装置は、逆台形状の縦断面を有する環状のホッパー（図示省略）を備えている。焼結機１０から排鉱された焼結鉱は、水平面内で回転するホッパー内に上方から連続的に投入される。一方、ホッパー内には冷却空気がホッパー下部から送給される。ホッパー内に送給された冷却空気はホッパー内の焼結鉱と熱交換して焼結鉱を冷却した後、熱回収ボイラ（図示省略）に送られ熱回収される。

焼結鉱冷却機１１によって１２０℃以下に冷却された焼結鉱は篩１２にかけられ、篩上の焼結鉱は高炉へ搬送され、篩下の焼結鉱粉からなる返鉱は返鉱貯蔵槽１３に貯蔵される。

返鉱貯蔵槽１３から切り出された返鉱は、散水装置１４によって水分が添加される。
水分添加前の返鉱量を１００質量％として、当該返鉱に添加する水分量は０．５〜３．０質量％とする（但し、返鉱を加湿して擬似粒子化する場合を除く）。

３．０質量％（外数）超の水分を返鉱に添加した場合、返鉱に吸収されないか付着しない水分が顕著に増加し、返鉱を搬送する搬送設備（例えばベルトコンベア）上に滞留水（水溜り）が発生する。その結果、返鉱を含まない配合原料に返鉱を添加する際に、滞留水が配合原料に添加されたり添加されなかったりして、配合原料に含まれる水分量が不安定となり、水分が過多になる部分が配合原料に生じる。また、水分過多の造粒物は、例えば焼結過程時における多量の水分蒸発に伴って崩壊し、粉が多く発生する。
一方、０．５質量％（外数）未満の水分を返鉱に添加した場合、造粒時に、配合原料中の水分を返鉱が吸水するため水分不足となり、未造粒微粉が発生する。

水分が添加された返鉱は、返鉱を含まない配合原料Ａと混合され、ミキサー１５（造粒機の一例）に投入される。
配合原料Ａは、鉄鉱石、石灰石や硅石などの副原料、炭材などの凝結材などから構成される。
返鉱を含まない配合原料Ａに、水分を添加した返鉱を混合した配合原料Ｂから自由水を控除した量１００質量％に対して、水分を添加した返鉱の量は１５〜３０質量％、配合原料Ｂに含まれる自由水の量は６〜１０質量％（但し、７質量％以下及び７．２質量％を除く）とする（但し、配合原料Ｂをドラムミキサーで造粒する際、該ドラムミキサーに加える自由水が配合原料Ｂの１トン当り１１リットル以上である場合を除く）。

配合原料Ｂから自由水を控除した量１００質量％に対して、水分を添加した返鉱の量を１５〜３０質量％とすると、返鉱の余剰が発生せず、適正な生産が可能となる。なお、配合原料Ｂから自由水を控除した量１００質量％の一部である１５〜３０質量％の返鉱は、自由水を除いたものを指す。
また、配合原料Ｂから自由水を控除した量１００質量％に対して、配合原料Ｂに含まれる自由水の量が６質量％未満であると、例えば返鉱を核としてその周囲にその他の配合原料粉が付着する造粒物では、水分が少ないため付着粉が付着せず、また付着しても造粒物が崩壊しやすい。
一方、配合原料Ｂに含まれる自由水の量が１０質量％超の場合、配合原料に含まれる水分が過多となり、造粒が進まず、造粒機の内壁面やコンベア等に配合原料が付着して造粒処理の支障となる。また、水分過多の造粒物は、例えば焼結過程時における多量の水分蒸発に伴って造粒物が崩壊し、粉が多く発生する。

ミキサー１５による造粒処理によって製造された造粒物は、焼結機１０の給鉱部１０ａに設置されているフィードホッパー１６を介して焼結機１０に投入され、焼結原料層を形成する。

以上、本発明の一実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、上記実施の形態では、焼結鉱冷却機を回転型としているが、直線型でも良いことも言うまでもない。

本発明の効果について検証するために実施した造粒試験について説明する。
返鉱に水分を添加するときの返鉱温度、返鉱に添加する水分量、及び配合原料Ｂに含まれる自由水量をパラメータとして造粒試験を実施し、製造された造粒物の評価を行った。

造粒試験では、粒径が０．５ｍｍアンダーの粒子を２０質量％以上含有する鉄鉱石、副原料（石灰石、硅石）、凝結材（炭材）からなる配合原料Ａに、水分を添加（ただし、比較例３を除く。）した返鉱を混合した配合原料Ｂに関して、粒径０．５ｍｍアンダーの粒子が５〜１５質量％の範囲で一定（後述するＱ）となるように調整した。
配合原料Ｂから自由水を控除した量１００質量％に対する前記返鉱の量は２０質量％とした。

矩形状の孔（短辺４ｍｍ）を有する篩を用いて焼結鉱を篩い分けし、篩下の焼結鉱粉を返鉱として使用した。因みに、当該返鉱の粒径は、ＪＩＳ Ｚ８８０１−２：２０００「試験用ふるい−第２部：金属製板ふるい」に記載されている公称目開き８ｍｍ（篩目は角孔）の板ふるいを全量通過する大きさ、即ち８．０ｍｍアンダーである。

水分を返鉱に添加する際の返鉱温度は、積層した返鉱に熱電対を挿入して測定した。
配合原料Ｂの造粒には、直径５００ｍｍの小型ドラムミキサーを使用し、配合原料Ｂに含まれる自由水の量を調整した後、２５ｒｐｍの回転速度で３分間撹拌造粒した。

造粒処理によって得られた造粒物の評価は以下のように行った。
各試験ケースごとに、造粒処理によって得られた造粒物５００ｇを完全乾燥（１１０℃の雰囲気下で２４時間以上乾燥）させた後、篩（篩目：０．５ｍｍ）を使用して篩上の質量を測定し、篩下の質量（後述するＰ）を算出した。そして、各試験ケースについて指標ＧＩ−１（以下では、単に「ＧＩ値」と記す。）を算出した。

なお、上記篩（篩目：０．５ｍｍ）は、ＪＩＳ Ｚ８８０１−１：２００６「試験用ふるい−第１部：金属製網ふるい」に記載されている公称目開き５００μｍの網ふるいである。

ＧＩ値の算出式を以下に示す。
ＧＩ値＝（Ｑ−Ｐ）／Ｑ×１００
ただし、
Ｐ：粒径が０．５ｍｍアンダーの未造粒微粉の量（ｇ）
Ｑ：配合原料Ｂに含まれる粒径０．５ｍｍアンダーの粉量（ｇ）

ＧＩ値は、９０以上が一般に良いとされているが、本試験では、ＧＩ値が９３以上９５未満を○（良）、９５以上１００以下を◎（優）、９３未満を×（不良）とした。

試験結果の一覧を表１に示す。なお、比較例３は、返鉱に水分を添加しなかった試験ケースであるため、返鉱温度を記載していない。また、配合原料Ｂの自由水量は、配合原料Ｂから自由水を控除した量１００質量％に対する値である。

同表より以下のことがわかる。
・実施例１及び参考例１、２はＧＩ値が◎、参考例３はＧＩ値が○であった。
・水分添加時の返鉱温度が１２０℃超であった比較例１、返鉱に添加した水分量が３．０質量％超であった比較例２、返鉱に水分を添加しなかった比較例３は、いずれもＧＩ値が×であった。

１０：焼結機、１０ａ：給鉱部、１０ｂ：排鉱部、１１：焼結鉱冷却機、１２：篩、１３：返鉱貯蔵槽、１４：散水装置 、１５： ミキサー（造粒機の一例）、１６：フィードホッパー

Claims (1)

1. １２０℃以下とされた焼結鉱粉からなる返鉱に０．５〜３．０質量％（外数）の水分を添加する工程（但し、返鉱を加湿して擬似粒子化する場合を除く）と、
   返鉱を含まない配合原料Ａに、水分を添加した前記返鉱を混合した配合原料Ｂをドラムミキサーで造粒処理する工程とを備え、
   前記配合原料Ｂから自由水を控除した量を１００質量％として、水分を添加した前記返鉱の量を１５〜３０質量％、前記配合原料Ｂに含まれる自由水の量を６〜１０質量％（但し、７質量％以下及び７．２質量％を除く）とすることを特徴とする返鉱を含む配合原料の造粒方法（但し、前記配合原料Ｂを前記ドラムミキサーで造粒する際、該ドラムミキサーに加える前記自由水が前記配合原料Ｂの１トン当り１１リットル以上である場合を除く）。

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