JP7254295B2

JP7254295B2 - 焼結原料の事前造粒方法

Info

Publication number: JP7254295B2
Application number: JP2019188778A
Authority: JP
Inventors: 翼原田; 功朗大橋; 高志小野; 信前原; 健一姫野
Original assignee: Nippon Steel Corp; Kyouzai Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Kyouzai Kogyo Co Ltd
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2023-04-10
Anticipated expiration: 2039-10-15
Also published as: JP2021063271A

Description

本発明は、焼結原料の事前造粒方法に関する。

焼結鉱を製造する焼結機の生産性（ｔｏｎ／ｈ）は焼成速度（ｔｏｎ／ｈ）×焼成後の歩留り（％）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、焼成速度及び／又は焼成後の歩留りの向上が必要となる。
焼成速度は、焼結機パレット内の赤熱帯下降速度、並びに焼結機パレット面積、焼結原料の嵩密度等を勘案して決定される。赤熱帯下降速度を速めて焼成速度を向上させるためには、原料層の通気性を高めることが重要となる。

特許文献１には、微粉鉄鉱石や製鉄所発生ダストなどの微粉原料を含む原料を使用した場合でも焼結機パレット上の通気性改善が図れる技術として、複数の圧密媒体を水平円筒容器内に収納した振動造粒機を用いたミニペレット製造方法が記載されている。

特許文献１の課題とは異なるが、本発明者らは、特許文献２に記載されているように、凝結材を主とする原料を生石灰及び／又は消石灰と共に振動造粒機で造粒する（以下、「振動造粒プロセス」と呼ぶことがある。）ことにより緻密な造粒物を形成できるという知見を得ている。

特開平３－１６６３２１号公報特開２０１５－２００００７号公報

上述したように、振動造粒機は優れた造粒装置である。そこで、本発明者らは、粉鉱石の造粒にも特許文献２記載の技術が応用できると考え、特許文献２記載の振動造粒機を用いて粉鉱石の連続造粒試験を実施した。しかし、時折、設定した水分値から大きく外れ、造粒性が著しく悪化する場合があることが判明した。このような現象が発生すると、前記技術を実操業に適用した場合、ある頻度で未造粒微粉の増加に伴う通気性悪化、さらには生産性低下が生じることになる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、焼結生産性を高位維持するために、振動造粒プロセスを安定的に連続稼働させることが可能な、焼結原料の事前造粒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、本発明に係る焼結原料の事前造粒方法は、
粉鉱石と、該粉鉱石に対して３質量％以上（外数）の生石灰及び／又は消石灰とを、１軸又は複数軸の撹拌羽根を有する混練機に装入し、前記混練機に装入する原料の総量に対する水分の割合（内数）を８質量％以上として混練して混練物を生成した後、複数の圧密媒体を水平円筒容器内に収納した振動造粒機に前記混練物を装入して造粒することを特徴としている。

本発明者らは、粉鉱石を主とする原料を生石灰及び／又は消石灰（以下、「生石灰等」と称す。）と共に振動造粒機で造粒した際、粉鉱石に対する生石灰等の割合が３質量％以上、且つ粉鉱石及び生石灰等を有する原料の総量に対する水分の割合（以下、「設定水分」と称す。）が８質量％以上であると、振動造粒機を構成する水平円筒容器の内周面上部に付着物が付着して造粒性が著しく悪化することを見出した。
そこで、本発明者らは、粉鉱石に対する生石灰等の割合が３質量％以上、且つ設定水分の割合が８質量％以上の場合、粉鉱石と生石灰等を撹拌羽根を有する混練機に装入して事前混練した後、振動造粒機に装入して造粒することとした。粉鉱石と生石灰等を撹拌羽根を有する混練機に装入して事前混練すると、撹拌羽根のせん断力によって生石灰等及び水分が原料中に均一に分散される。

本発明に係る焼結原料の事前造粒方法では、粉鉱石に対する生石灰等の割合が３質量％以上、且つ設定水分の割合が８質量％以上の場合、粉鉱石と生石灰等を撹拌羽根を有する混練機に装入して事前混練した後、振動造粒機に装入して造粒するので、振動造粒プロセスを安定的に連続稼働させることができる。その結果、ある頻度で起きる焼結生産性の低下が抑制され、高生産性を維持することが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る焼結原料の事前造粒方法を適用した焼結プラントのフロー図である。振動造粒プロセスにおける課題を説明するための模式図である。

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。

特許文献２に記載されている知見を有する本発明者らは、粉鉱石を生石灰等と共に水分の存在下で振動造粒機により振動造粒を行ったところ、次のような課題に直面した。即ち、連続運転中、水分値や生石灰等の割合が設定値から時折大きく外れ、著しく造粒性が悪化するという現象が一定の頻度で発生するという課題である。

上記トラブル時に振動造粒機１１の内部を観察したところ、図２に示すように、水平円筒容器２１の内周面上部に広範囲に亘って、生石灰等を主とする付着物１５が付着していた。その結果、焼結機パレット上の通気を確保するため粉鉱石を振動造粒している際に、一定頻度で通気性が悪化してしまうこととなり、焼結生産性が低下する。

振動造粒機１１は、水平円筒容器２１と、水平円筒容器２１内に収納された複数の圧密媒体２２と、水平円筒容器２１の両側部に配置された一対の重錘回転式振動モータ２３とから概略構成されている（図２参照）。圧密媒体２２には円柱状の鋼製ロッドが使用され、一対の重錘回転式振動モータ２３は同方向に同期回転する。

一対の重錘回転式振動モータ２３が例えば右回転すると、水平円筒容器２１が鉛直面内でループを描くように円振動する。これにより、水平円筒容器２１内に収納された各圧密媒体２２が右回転し、水平円筒容器２１と接触することにより全体として左方向に回転する。即ち、各圧密媒体２２は、水平円筒容器２１内を遊星歯車のように自転しながら回転する。この圧密媒体２２の圧密作用により、高い強度を有する粉鉱石造粒物を製造することができる。
なお、振動造粒機１１の振動が他に伝搬しないようにするため、振動造粒機１１はベース２７上に空気バネ２６を介して防振支持されている。

振動造粒機１１の適正な運転条件下では、水平円筒容器２１の内周面の例えば下部に付着物が付着しても直ちにこそぎ落とされるが、水平円筒容器２１の内周面上部は圧密媒体２２が接触することがないので、付着物１５が形成成長しやすい。

生石灰等の濃度が高くなるほど、振動造粒機１１の内周面上部への付着が顕著になる。ただし、低水分の場合は問題とならない。
水分値が高くなるほど、振動造粒機１１の内周面上部への生石灰等の付着が著しくなる。近年の微粉化が進んだ粉鉱石に生石灰等を添加して造粒する場合、粉鉱石の比表面積が大きいため、水分を８質量％以上の高めとすることで未造粒微粉を低減させることが可能となるが、振動造粒機１１の内周面上部への付着が顕著になる。

粉鉱石に対する生石灰等の割合（外数）が３質量％以上、且つ設定水分の割合（内数）が８質量％以上の場合、水との親和性が高い生石灰等が、水平円筒容器２１の濡れた内周面上部に優先的に付着する。内周面上部に付着した生石灰等が原料水分を吸収することにより更に生石灰等が内周面上部に付着して付着物１５の生成が促進されやすい状況となる。このような状況下においては、造粒に寄与する生石灰等及び水分が極端に減少し、上述したような造粒悪化現象が生じる。

そこで、本発明では、粉鉱石に対する生石灰等の割合（外数）が３質量％以上、且つ設定水分の割合（内数）が８質量％以上の場合を対象とし、粉鉱石及び生石灰等を振動造粒機１１に装入する前に、１軸又は複数軸の撹拌羽根を有する混練機１０に粉鉱石及び生石灰等を装入して事前混練を行う（図１参照）。

振動造粒前に、１軸又は複数軸の撹拌羽根を有する混練機１０で粉鉱石及び生石灰等の事前混練を行うと、撹拌羽根のせん断力によって生石灰等及び水分を粉鉱石中に均一に分散させることができる。
高生石灰濃度、高水分条件の非常に粘凋な粉体の場合、転動式の混合機では事前混練の用を成さない。また、振動造粒機１１によって事前混練した場合、本発明の課題が発生するのみであり、課題解決にならない。

撹拌羽根を有する混練機１０による混練処理をしない場合、振動造粒機１１で処理される原料に生石灰等の凝集体が形成され、付着物１５の形成成長が促進される。従って、撹拌羽根を有する混練機１０による混練処理は極めて重要である。

混練機１０の羽根回転数は１５～８０ｒｐｍ程度、滞留時間は３０秒～１０分間程度とする。
粉鉱石は、Ｆｅを２０質量％以上含むものであれば鉄鉱石に限らず、例えば製鉄プロセスで発生したダストや返鉱などを使用することもできる。
混練機１０には、粉鉱石、生石灰等以外に、原料全体の４割以下程度の他の原料（例えば、焼結鉱成分の調整上必要となる石灰石やカンラン岩、ドロマイト、凝結材として用いる粉コークス等）を含んでもよい。なお、粉鉱石、生石灰等以外のものを約半分又はそれ以上含む原料を振動造粒しても、一般に粉が少ない原料を半分以上含んで振動造粒することとなる。そのため、造粒性が確保し難い粉鉱石に対してバインダー効果を奏する生石灰等の相対量が減少し、大きな生産改善効果は見込めない。

１軸又は複数軸の撹拌羽根を有する混練機１０で事前造粒された粉鉱石及び生石灰等の混練物は、振動造粒機１１に装入されて振動造粒される。振動造粒機１１によって生成された振動造粒物は、焼結機やドラムミキサなどの造粒機に装入（ドラムミキサの入側、機内、出側のいずれに装入してもよい。）される。

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）試験条件
近年の原料資源劣質化に伴い、粉鉱石には０．５ｍｍアンダーの微粉が１５質量％以上含まれるものが使用される。そのため、本試験では、粉鉱石として０．５ｍｍアンダーの微粉を１５～１００質量％含むものを使用した。
また、粉鉱石を１００質量％含有する原料に対し、生石灰（０．５ｍｍアンダーの微粉を３０質量％含むもの）を２～１０質量％添加し、最終水分が７～１２質量％となるように水添加量を調整した後、振動造粒機で造粒した。

上記した粉鉱石及び生石灰の粒度調整は、事前に各原料を乾燥させた後（絶乾後）、ＪＩＳＺ８８０１－１に記載の公称目開き（０．５ｍｍ）のふるいに対し、６０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測定し、以下に示す式で算出した粒径分布割合となるように粒度調整を行った。
粒径分布割合（質量％）＝（ふるい下の質量）／（ふるい上の質量＋ふるい下の質量）×１００
なお、粉鉱石に添加する水分及び生石灰割合の定義は以下の通りである。
水分［質量％］は、添加水量［ｋｇ］／全造粒物量［ｋｇ］（水、生石灰などを含む）×１００、生石灰割合［質量％］は、添加生石灰［ｋｇ］／粉鉱石の量［ｋｇ］×１００である。

粉鉱石の造粒に当たり、振動造粒機には、内容積６００Ｌ（リットル）の水平円筒容器に直径６０ｍｍの鋼製ロッド（圧密媒体）が３５本収納されたものを使用し、６Ｇ（Ｇは重力加速度）の振動加速度、１０ｔｏｎ／ｈの処理量で連続造粒処理を行った。

粉鉱石の事前混練には、二軸スクリュー羽根が配置された連続式ダウミキサを使用した（羽根回転数１５～８０ｒｐｍ、滞留時間３０秒～１０分間）。また、同様の機能を持つと考えられる一軸のピンミキサやレディゲミキサでの事前混練試験も行った（それぞれ羽根回転数１５ｒｐｍ、滞留時間３０秒）。さらに、比較として、直径１ｍの連続式ドラムミキサ（回転数２０ｒｐｍ、処理量１０ｔｏｎ／ｈ）、並びに、上述した運転条件下で振動造粒機により事前混練を行った。

（２）試験結果
試験結果の一覧を表１に示す。

全てのケースにおいて、振動造粒機から最初に造粒物が排出されたタイミングから１時間処理を行い、続く２時間の処理中に試験を行った。
試験は、５分置きに造粒物サンプリングを実施し、設定した水分（質量％）と造粒物水分（質量％）の差が３質量％を超えた回数が１回以下であれば合格（○）、２回以上であれば不合格（×）とした。

連続式混練機滞留時間（ｈ）は機内滞留量（ｔｏｎ）÷処理量（ｔｏｎ／ｈ）とした。
上記計算の際、重量は水分込みの重量を用いた。機内滞留量（ｔｏｎ）は以下のように調査した値を用いた。
混練機の定常運転を３０分以上行った後、混練機内への原料投入と運転を同時に停止した。そして、混練機内の原料を残すことなく回収し、その重量を測定した。

参考例１～３のように、生石灰濃度が３質量％未満もしくは設定水分の割合が８質量％未満である場合、振動造粒機内で付着トラブルが生じず、成品水分が安定し、造粒性も安定していた。

生石灰濃度が３質量％以上かつ設定水分の割合が８質量％以上の場合、事前混練を行わなかった比較例１では、振動造粒機内で付着トラブルが生じ、成品水分が著しく低下した。その際、造粒物を観察すると、全く未造粒の状態となっていた。
事前混練に振動造粒機を用いた比較例２では、混練を行っている振動造粒機内で付着トラブルが生じ、成品水分の著しい低下が認められた。一方、混練後の振動造粒機では付着トラブルが生じなかった。
事前混練にドラムミキサを用いた比較例３では、比較例１と同様、振動造粒機内で付着トラブルが生じ、成品水分の著しい低下が認められた。

生石灰濃度が３～１０質量％かつ設定水分の割合が８～１２質量％、粉鉱石中の０．５ｍｍアンダーの微粉が１５～１００質量％であっても、実施例１～９のように、１軸又は複数軸の撹拌羽根を有する混練機を使用し、羽根回転数１５ｒｐｍ以上、滞留時間３０秒以上の条件で事前混練を行った場合、振動造粒機内での付着トラブルは生じず、造粒物水分も安定しており、造粒性も良好に維持できた。
なお、羽根回転数や滞留時間の上限は、撹拌効果をより享受できるため特に制約は無いものと考える。例えば、羽根回転数８０ｒｐｍや滞留時間６００秒であっても好適な結果が得られている。

１０：混練機、１１：振動造粒機、１５：付着物、２１：水平円筒容器、２２：圧密媒体、２３：重錘回転式振動モータ、２６：空気バネ、２７：ベース

Claims

粉鉱石と、該粉鉱石に対して３質量％以上（外数）の生石灰及び／又は消石灰とを、１軸又は複数軸の撹拌羽根を有する混練機に装入し、前記混練機に装入する原料の総量に対する水分の割合（内数）を８質量％以上として混練して混練物を生成した後、複数の圧密媒体を水平円筒容器内に収納した振動造粒機に前記混練物を装入して造粒することを特徴とする焼結原料の事前造粒方法。