JP7095562B2 - 焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、粉鉱石及び副原料を配合した配合原料に水を加えてドラムミキサーで造粒処理した後、焼結機に装入する焼結鉱の製造方法に関する。

焼結鉱を製造する焼結機の生産性は焼成速度×焼成後の歩留で示される。従って、焼結機の生産性を向上させるためには、焼成速度もしくは焼成後の歩留の向上が必要となる。
焼成速度は、焼結機パレット上の焼結原料の赤熱帯降下速度であり、焼結機パレット上の焼結原料内の通気性と焼結原料に含まれる炭材（以下、「凝結材」と呼ぶ。）の燃焼性に影響される。そこで、主に凝結材の燃焼性を改善する手段として以下の方法が開示されている。

特許文献１記載の方法では、凝結材である粉コークスを事前に乾燥させて粉コークスの造粒性を低下させることにより、粉コークスを核とする擬似粒子の生成を抑制して粉コークスの燃焼性を確保する。しかし、特許文献１記載の方法の場合、粉コークスを事前に乾燥させたとしても、他の焼結原料に含まれる水分が造粒中に粉コークスに移行するため、造粒中の粉コークスの水分を低下させることができず、粉コークスを核とする擬似粒子の生成を抑制することができない。

そこで、特許文献２記載の方法では、粉鉱石と粉コークスをドラムミキサーで擬似粒子に造粒する焼結原料の造粒方法において、ドラムミキサーの全長をＬとして、装入口から０．５Ｌ～０．９８Ｌの範囲に一部の粉コークスを添加（以下、「後添加」と呼ぶことがある。）することにより、粉コークスを核とする擬似粒子の生成を抑制して粉コークスの燃焼性を確保する。

また、特許文献３には、ドラムミキサーによる造粒後に、１ｍｍ以上が８０質量％以上の返鉱を添加することにより、ドラムミキサー造粒水分を変えずに焼結時の低水分化を図ることによって生産性が向上することや、上述した凝結材後添加技術を併用することによって凝結材の燃焼性改善効果を得ることにより更に生産性が向上することが記載されている。

特開昭６１－９９６３５号公報 特開２０００－２９０７３２号公報 特開２０１５－１９３９３０号公報

上述したように、ドラムミキサー出口に近い位置で凝結材あるいは返鉱を添加することにより凝結材の燃焼性改善や焼結時の低水分化を図ることが可能となる。しかし、本発明者らは、ドラムミキサー出口に極めて近い位置で凝結材及び返鉱を添加すると、これら後添加材中の微粉の造粒が未完了となり、ドラムミキサーの出側で微粉が残存することを発見した。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、特許文献２や特許文献３記載の方法を改善することにより、ドラムミキサー出側での残存微粉を低減して更なる生産性の向上を可能とする焼結鉱の製造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、本発明は、粉鉱石及び副原料を配合した配合原料に水を加え、ドラムミキサーで造粒して造粒原料とし、該造粒原料を焼結機に装入する焼結鉱の製造方法であって、
前記ドラムミキサーの全長をＬとして、該ドラムミキサーの装入口から０．８Ｌ以上０．９８Ｌ以下の範囲に、前記造粒原料に含まれる凝結材及び返鉱の一部又は全部を後添加することとし、
後添加する前記凝結材及び前記返鉱の総量に対して、後添加する前記凝結材の２５０μｍアンダーの質量％値Ｃを１５質量％以下、後添加する前記返鉱の２５０μｍアンダーの質量％値Ｆを１０質量％以下、且つ前記Ｃと前記Ｆの積を２０以下とすることを特徴としている。

ドラムミキサー出口に近い位置で凝結材を添加することにより凝結材の燃焼性が改善する。また、ドラムミキサー出口に近い位置で返鉱を添加することにより焼結時の低水分化が図れる。しかし、凝結材及び返鉱の後添加位置を０．８Ｌ～０．９８Ｌとすると、凝結材の燃焼性が更に改善される一方、前述したように、後添加材中の微粉の造粒が未完了となり残存微粉が発生する。これは、後述するように、後添加した凝結材中の微粉と後添加した返鉱中の微粉の接触部が崩壊の起点となって、後添加付着層（擬似粒子の表面水分を架橋力として核粒子の表面に形成される後添加微粉を主体とする層）の形成が阻害されることにより、ドラムミキサー出側で残存微粉が発生すると考えられる。

なお、微粉とは、２５０μｍアンダーを指し、２５０μｍの篩目で篩った際の篩下のものを指す。微粉以外、即ち２５０μｍオーバー（２５０μｍの篩目で篩った際の篩上のもの）の粒子については、生産性に対して微粉程度の悪影響は生じない。

上記した通り、ドラムミキサー出側で残存微粉が発生すると考えられたため、本発明では、後添加する凝結材及び返鉱の総量に対する、後添加する２５０μｍアンダーの凝結材の質量％値Ｃ及び後添加する２５０μｍアンダーの返鉱の質量％値Ｆの各上限値を規定すると共に、ＣとＦの積の上限値を規定することによって、後添加付着層における崩壊の起点密度を低下させる。これにより、後添加付着層の形成が阻害されにくくなり、生産性の向上効果が得られる。

本発明に係る焼結鉱の製造方法では、凝結材及び返鉱の後添加位置をドラムミキサー出口に極めて近い位置とし、後添加する凝結材及び返鉱の総量に対する、後添加する２５０μｍアンダーの凝結材の質量％値Ｃ及び後添加する２５０μｍアンダーの返鉱の質量％値Ｆの各上限値を規定すると共に、ＣとＦの積の上限値を規定することにより、後添加付着層の形成阻害を抑制する。その結果、ドラムミキサー出側での残存微粉が低減し、更なる生産性の向上が可能となる。

（Ａ）は凝結材及び返鉱を後添加する前の付着層の模式図、（Ｂ）は返鉱のみ後添加した付着層の模式図、（Ｃ）は凝結材と返鉱を後添加した付着層の模式図である。 後添加する凝結材及び返鉱の総量に対する、後添加凝結材の２５０μｍアンダーの質量％値と後添加返鉱の２５０μｍアンダーの質量％値が生産性改善率に与える影響を示したグラフである。 凝結材及び返鉱の後添加位置と生産性改善率との相関性を示したグラフである。 実施例や比較例等で生産性改善率を比較したグラフである。

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焼結鉱の製造方法では、粉鉱石及び副原料を配合した配合原料に水を加え、ドラムミキサー（図示省略）で造粒して造粒原料とし、該造粒原料を焼結機（図示省略）に装入する。その際、造粒原料に含まれる凝結材及び返鉱の一部又は全部をドラムミキサーに後添加する。後添加する凝結材及び返鉱の添加位置は、ドラムミキサーの全長をＬとして、該ドラムミキサーの装入口から０．８Ｌ以上０．９８Ｌ以下の範囲とする。

特許文献２には、ドラムミキサーの装入口から０．５Ｌ～０．９８Ｌの範囲に凝結材（炭材）を添加することで、ドラムミキサーでの造粒による凝結材埋没抑制効果が得られることが記載されている。凝結材の埋没をより効果的に抑制するには、凝結材粒子周囲への粉鉱石粒子の付着を更に抑制し、造粒物の表面へ凝結材粒子を付着させる必要がある。そのため、凝結材の添加位置は前記範囲の後半であることがより望ましい。

また、ドラムミキサー入側から返鉱を添加すると、返鉱の吸水作用によって造粒に寄与する水分が減少する。そのため、返鉱も後添加が好ましい。しかし、前記範囲の後半で凝結材及び返鉱を添加すると、凝結材の埋没は抑制できるものの、後添加した凝結材中の微粉と後添加した返鉱中の微粉の接触部が崩壊の起点となって後添加付着層の形成が阻害され、ドラムミキサー出側で微粉が残存してしまう。

本実施の形態では、ドラムミキサー出側での残存微粉の存在が課題となる凝結材及び返鉱の後添加位置をドラムミキサーの装入口から０．８Ｌ以上０．９８Ｌ以下の範囲とした。なお、後添加位置が０．９８Ｌを超えると、本実施の形態に係る焼結鉱の製造方法によってもドラムミキサー出側での残存微粉が顕著となる。

後添加する凝結材の添加量は、後添加する凝結材及び返鉱の総量に対して、２５０μｍアンダーの凝結材の質量％値を１５質量％以下とする。
後添加する凝結材及び返鉱の総量に対する、２５０μｍアンダーの後添加凝結材の質量％値が１５質量％を超えると、ドラムミキサー出側での残存微粉が多くなってしまい、顕著な生産改善効果が得られない。

一方、後添加する返鉱の添加量は、後添加する凝結材及び返鉱の総量に対して、２５０μｍアンダーの返鉱の質量％値を１０質量％以下とする。
後添加する凝結材及び返鉱の総量に対する、２５０μｍアンダーの後添加返鉱の質量％値が１０質量％を超えると、凝結材と同様、ドラムミキサー出側での残存微粉が多くなってしまい、顕著な生産改善効果が得られない。
なお、２５０μｍアンダーの後添加凝結材が、２５０μｍアンダーの後添加返鉱より多くの量が許容されるのは、２５０μｍアンダーの凝結材は燃焼性が良いので、２５０μｍアンダーの返鉱よりも生産性への悪影響が小さいためである。

後添加する凝結材及び返鉱の総量に対する、２５０μｍアンダーの後添加凝結材の質量％値を１５質量％以下、２５０μｍアンダーの後添加返鉱の質量％値を１０質量％以下とすることにより、これら後添加材の効果が得られる。しかしながら、凝結材と返鉱を同時に後添加した場合、顕著な生産改善効果が得られない場合があることを本発明者らは発見した。

ドラムミキサーによって造粒された擬似粒子は、図１（Ａ）に示すように、擬似粒子の表面水分１３を架橋力として、核粒子１０の表面に粉鉱石粒子などの付着微粉１４が付着した付着層１１を形成する。
ドラムミキサーに返鉱１５のみ後添加すると、図１（Ｂ）に示すように、表面水分１３が拡散し、付着層１１の外側に返鉱１５が付着し、返鉱１５からなる後添加付着層１２が形成される。

凝結材は濡れ性が悪く、返鉱は吸水する性質がある。そのため、ドラムミキサーに凝結材１６と返鉱１５を後添加すると、図１（Ｃ）に示すように、凝結材１６の周囲に水の無い領域１７が形成され、当該領域が起点となって後添加付着層１２が崩壊する場合がある。
例えば、後添加する凝結材及び返鉱の総量に対して、２５０μｍアンダーの後添加凝結材の質量％値を７．５質量％、２５０μｍアンダー後添加返鉱の質量％値を５質量％とした場合、顕著な生産改善効果が認められなかった。このケースの場合、後添加付着層における崩壊の起点密度が高いため、造粒操作中に同時進行する崩壊現象が優勢に進行した結果、後添加付着層の形成が阻害され、生産性の顕著な向上効果が得られなかったものと推察される。

一方、後添加する凝結材及び返鉱の総量に対して、２５０μｍアンダーの後添加凝結材の質量％値を１質量％、２５０μｍアンダーの後添加返鉱の質量％値を１０質量％とした場合、顕著な生産改善効果が認められた。このケースの場合、後添加付着層における崩壊の起点は存在するものの、後添加凝結材が１質量％と少ないため、後添加付着層における崩壊の起点密度が低くなり、後添加付着層の形成が阻害されにくくなって生産性の向上効果が得られたものと推察される。

そこで、本実施の形態では、後添加する凝結材及び返鉱の総量に対する、後添加する２５０μｍアンダーの凝結材の質量％値と後添加する２５０μｍアンダーの返鉱の質量％値の積の上限値を規定することにより、後添加付着層における崩壊の起点密度を低く抑える。後述する実験結果より、積が２０を超えると、ドラムミキサー出側での残存微粉が多くなってしまい、顕著な生産改善効果が得られないことが判明している。そのため、積の上限値は２０とする。

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。

本発明の効果について検証するために実施した検証試験について説明する。
（１）実験条件
ドラムミキサーには内径（直径）が１ｍのバッチ式試験機を使用した。
造粒処理速度は２５ｒｐｍ、造粒時間は４分間とした。造粒中に凝結材及び／又は返鉱を後添加する場合は、他の原料造粒を一旦停止して凝結材及び／又は返鉱を添加して造粒を再開し、添加前後の合計造粒時間が４分間となるようにした。

凝結材及び／又は返鉱を後添加する位置、即ち、実製造工程における連続式ドラムミキサーの全長をＬとしたときのα×Ｌにおけるαは、以下の式により算出した。
α＝後添加までの造粒時間（分）／合計造粒時間４（分）
例えば、後添加までの造粒時間を２．８分とした場合、後添加位置は０．７Ｌとなる。αが１．０の場合は、４分間の造粒処理後に後添加原料を添加し、スコップで混合した。
本実験では、αとして０．７、０．８、０．９８、１．０の４ケースを設定した。
なお、連続式ドラムミキサーは、ドラムを傾斜させることによって、ドラムの一方の開口部から供給した焼結原料を造粒しながら他方の開口部へ搬送して他方の開口部から造粒物を排出する装置である。

添加する返鉱は事前に任意に粒度を調整し、ドラムミキサーで処理した造粒物（後添加原料を含む。）を１００質量％（水を除く。）として、造粒開始から添加するもの（ドラムミキサー入側で添加に相当）は７質量％、後添加原料として７質量％添加した。

添加する凝結材は事前に任意に粒度を調整し、ドラムミキサーで処理した造粒物（後添加原料を含む。）を１００質量％（水を除く。）として、後添加原料として３．６質量％添加し、造粒開始時点では添加しなかった。
なお、以降の説明では、ドラムミキサーで処理した造粒物を１００質量％とした添加割合を配合割合と呼ぶことがある。

また、凝結材及び返鉱を上記割合に調整した後、副原料として石灰石を１０質量％、カンラン岩を１質量％配合した。残部は鉄鉱石である。
ドラムミキサーによる造粒後の焼成前水分は８．０質量％一定とした。

凝結材及び返鉱の粒度調整は、事前に各原料を乾燥させた後（絶乾後）、ＪＩＳ Ｚ８８０１－１「試験用ふるい－第１部：金属製網ふるい」に記載の公称目開き（０．２５ｍｍ）のふるいに対し、３００秒間ロータップシェーカーによる機械ふるい分けを行って（分級して）、ふるい上とふるい下を計測し、以下に示す式で算出して粒度確認、または算出した粒径分布割合となるように粒度調整を行った。
Ｘｍｍアンダー：ふるい目Ｘｍｍのふるいを用い、「（ふるい下の質量）／（ふるい上の質量＋ふるい下の質量）×１００（質量％）」で算出。
Ｘｍｍオーバー：ふるい目Ｘｍｍのふるいを用い、「（ふるい上の質量）／（ふるい上の質量＋ふるい下の質量）×１００（質量％）」で算出。

焼結試験は、ドラムミキサーで造粒処理を行った造粒物を焼結鍋に装入し、鍋試験（焼結鍋試験）により実施した。焼成時間は、原料上部への着火開始から鍋直下で計測している排ガス温度が最高点となる時点（一般にＢＴＰと呼ぶ。）までの時間とした。
そして、鍋試験の結果から焼結生産性を以下に示す式で算出した。
焼結生産性（ｔｏｎ／ｄａｙ／ｍ^２）＝焼結鉱製造量（ｔｏｎ／鍋）÷鍋断面積（ｍ^２）÷焼成時間（ｄａｙ／鍋）
ここで、焼結鉱製造量は、鍋試験で得られた焼成物を２ｍの高さから４回落下させ、６ｍｍオーバーの量を測定することにより算出した。上記落下工程において粉化した６ｍｍアンダーは焼結工程での歩留落ちとなる。

評価に当たっては、通常通り凝結材及び返鉱を他の配合原料と共に造粒開始時点から供給（ドラムミキサー入側のみで添加することに相当）した場合の焼結生産性に対する相対的な生産性改善率を算出し、生産性改善率が１５．０％以上の場合○（良）、１５．０％未満の場合×（不可）とした。

（２）実験結果
図２は、後添加する凝結材及び返鉱の総量に対する、後添加凝結材の２５０μｍアンダーの質量％値と後添加返鉱の２５０μｍアンダーの質量％値が生産性改善率に与える影響を示したグラフである。凝結材及び返鉱の後添加位置は０．９８Ｌである。

同図の破線２１は、後添加する凝結材及び返鉱の総量に対する、後添加凝結材の２５０μｍアンダーの質量％値に係数２を掛けたものと後添加返鉱の２５０μｍアンダーの質量％値に係数３を掛けたものの和が３０となる場合を示している。同図より、後添加する凝結材及び返鉱の総量に対する、後添加凝結材の２５０μｍアンダーの質量％値が１５質量％以下、且つ後添加返鉱の２５０μｍアンダーの質量％値が１０質量％以下であっても、生産性改善率が１５．０％未満となる場合があることがわかる。

一方、同図の曲線２０は、後添加する凝結材及び返鉱の総量に対する、後添加凝結材の２５０μｍアンダーの質量％値と後添加返鉱の２５０μｍアンダーの質量％値の積が２０となる場合を示している。同図より、後添加する凝結材及び返鉱の総量に対する、後添加する凝結材の２５０μｍアンダーの質量％値が１５質量％以下、後添加する返鉱の２５０μｍアンダーの質量％値が１０質量％以下、且つ後添加凝結材の２５０μｍアンダーの質量％値と後添加返鉱の２５０μｍアンダーの質量％値の積が２０以下であれば、生産性改善率が１５．０％以上となることがわかる。

図３は、凝結材及び返鉱の後添加位置と生産性改善率との相関性を示したグラフである。後添加する凝結材及び返鉱の総量に対する、後添加凝結材の２５０μｍアンダーの質量％値は３．７質量％、後添加返鉱の２５０μｍアンダーの質量％値は５質量％である。
同図より、後添加位置を０．８Ｌ～０．９８Ｌとした場合、生産性改善率が１５．０％以上となることがわかる。

図４は、返鉱、凝結材をそれぞれ単体で後添加した場合の生産性改善率と、図２で示した比較例（図２の×プロット）及び実施例（図２の○プロット）の生産性改善率を比較した結果を示している。なお、ベースは、凝結材及び返鉱を他の配合原料と共に造粒開始時点から供給した場合である。
比較例では、返鉱、凝結材を単体で後添加した場合の生産性改善効果が加算されず、実施例では、生産性改善効果が概ね加算されていることが同図よりわかる。

本実験において造粒原料の水分は８質量％一定としたものの、水分を多少増減しても図１で示した造粒水が拡散する現象や、返鉱が吸水する特性、凝結材が撥水性である特性に変わりはない。従って、本発明の効果が得られる傾向は変わらない。水分下限値については、後添加前における擬似粒子の表面水分が著しく低下し、後添加返鉱への造粒水供給が少なくなると考えられる。
なお、本発明では造粒水分として４質量％以上を想定している。水分の上限値としては、通常の凝結材配合割合の範囲で焼結を実施することができる造粒水分１０質量％以下を想定している。

本発明は後添加原料中の凝結材微粉割合と返鉱微粉割合を規定している。そのため、凝結材及び返鉱の配合割合やそれらの後添加割合の変化は単に後添加付着層の厚みを変化させるだけであり、後添加付着層内において崩壊の起点が生じることに変わりはない。従って、本実験では、凝結材配合割合を３．６質量％一定として、その全量を後添加し、返鉱配合割合を１４質量％一定として、その半量を後添加したが、それら配合量や後添加割合が変化しても本発明の効果が得られる傾向は変わらない。
なお、本発明では凝結材配合割合は通常適用される３質量％～６質量％、返鉱配合割合は通常適用される１０質量％～３０質量％を想定している。

凝結材後添加の効果及び返鉱後添加の効果は、本発明の要件を満たす限り添加割合に応じて線形的に増大する。本発明の要件を満たしたうえで、凝結材や返鉱の配合量及び後添加割合が増加すると、ドラムミキサー造粒後に残存する微粉量が増加し、通気性を悪化させることとなるが、凝結材後添加の効果及び返鉱後添加の効果も改善するため、本発明の効果が得られる傾向に変わりはない。

１０：核粒子、１１：付着層、１２：後添加付着層、１３：表面水分、１４：付着微粉、１５：返鉱、１６：凝結材、１７：水の無い領域、２０：曲線、２１：破線

Claims (1)

1. 粉鉱石及び副原料を配合した配合原料に水を加え、ドラムミキサーで造粒して造粒原料とし、該造粒原料を焼結機に装入する焼結鉱の製造方法であって、
   前記ドラムミキサーの全長をＬとして、該ドラムミキサーの装入口から０．８Ｌ以上０．９８Ｌ以下の範囲に、前記造粒原料に含まれる凝結材及び返鉱の一部又は全部を後添加することとし、
   後添加する前記凝結材及び前記返鉱の総量に対して、後添加する前記凝結材の２５０μｍアンダーの質量％値Ｃを１５質量％以下、後添加する前記返鉱の２５０μｍアンダーの質量％値Ｆを１０質量％以下、且つ前記Ｃと前記Ｆの積を２０以下とすることを特徴とする焼結鉱の製造方法。

Images