JP7260778B2

JP7260778B2 - 焼結鉱の製造方法

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Publication number: JP7260778B2
Application number: JP2019105113A
Authority: JP
Inventors: 理石山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2023-04-19
Anticipated expiration: 2039-06-05
Also published as: JP2020196941A

Description

本発明は、焼結鉱の製造方法に関する。

高炉に装入された焼結鉱は、５００～６００℃の温度域において、ヘマタイト（Ｆｅ_２Ｏ_３）からマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）に還元され、体積膨張する。体積膨張したときに、焼結鉱の内部に歪或いはクラックが生成されるため、炉内で荷下がりする時の衝撃或いは摩耗によって、焼結鉱が粉化する。この現象は、一般的に還元粉化と呼ばれている。

高炉に装入される原料の重要な品質のひとつとして、焼結鉱の還元粉化性は、焼結鉱の品質管理項目に広く採用されている。具体的には、ＪＩＳ規格（ＪＩＳＭ８７２０）に定められた、焼結鉱還元粉化指数（以下、ＲＤＩともいう）と称される指標によって焼結鉱の還元粉化性は評価・管理されている。ここに、ＲＤＩの値が大きくなる程、還元粉化を起こしやすい。

ここで、焼結用原料には、発熱源としての炭材が含まれており、この炭材が燃焼することで焼結用原料を昇温、一部溶融させる。炭材燃焼により、主にＣＯ_２ガス、一部ＣＯガスが発生する。このＣＯガスによって、焼結用原料に含まれるヘマタイト（Ｆｅ_２Ｏ_３）の一部がマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）に還元される。そして、このマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）が高炉に装入されるまでに再酸化され、再びヘマタイト（Ｆｅ_２Ｏ_３）に戻る場合がある。再酸化されたヘマタイト（Ｆｅ_２Ｏ_３）は、二次ヘマタイト或いは、骸晶状菱ヘマタイト等と呼ばれ、高炉でマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）に還元されるときに、通常のヘマタイト（Ｆｅ_２Ｏ_３）よりも還元粉化を起こし易いことが知られている。また、焼結用原料の温度が高くなるほど、再酸化が起こり易くなることも知られている。

特許文献１及び２には、焼結機における焼成進行中、或いは焼成完了直前に焼結原料を散水冷却する方法が開示されている。特許文献３には、冷却機において焼結鉱を散水冷却する方法が開示されている。特許文献４には、一次破砕後にホットスクリーンで篩分けされた返鉱を冷却する技術が開示されている。

特開２０１５－１８３２８７号公報特開平４－１４７９２５号公報特開平９－７８１４７号公報特開平５－９６０２号公報

しかしながら、特許文献１及び２は、焼成中に散水冷却する方法であるため、高温焼成を維持することが困難で、焼結の進行を遅らせたり、シンターケーキの強度が低下するおそれがある。また、焼成完了点を把握することは、一般的に困難であるため、焼成完了直前のタイミングを予測して、散水することも容易ではない。

特許文献３は、焼結機から冷却機に到達するまでに時間（例えば、数分）を要するため、冷却機に到達する前に焼結鉱が再酸化され、ＲＤＩの改善効果が充分に得られないおそれがある。すなわち、焼結鉱の再酸化は、高い温度域において促進されるため、冷却を開始するまでの時間が長くなると、充分なＲＤＩ改善効果が得られない。また、特許文献３及び４には、そもそも焼結鉱の成品品質を改善するために、焼結鉱を冷却することは開示も示唆もされていない。

本発明は、焼結機から排鉱された焼結鉱を早期に冷却して、焼結鉱のＲＤＩを改善することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明に係る焼結鉱の製造方法は、（１）焼結機から排鉱された焼結鉱を、前記焼結機の終端部に配設されるフードの内部にある一次破砕機で破砕した後、冷却機で冷却することにより高炉装入用の焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、前記焼結機から排鉱された焼結鉱を、前記冷却機に到達する前に散水冷却することを特徴とする。

（２）焼結鉱に対する散水量は、前記散水冷却による冷却領域を通過する焼結鉱１ｔ当たり９ｋｇ以上２７ｋｇ以下であることを特徴とする、上記（１）に記載の焼結鉱の製造方法。

（３）前記フードの内部において、前記フードの内壁から延出する散水ノズルにより前記散水冷却を行うことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の焼結鉱の製造方法。

（４）前記一次破砕機は、一対の鬼歯及び受歯からなり、前記鬼歯及び前記受歯のうち少なくとも一方に設けられた散水ノズルにより前記散水冷却を行うことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の焼結鉱の製造方法。

（５）前記一次破砕機と前記冷却機との間にホットスクリーンが設けられている場合、前記ホットスクリーンの篩面上を流下する焼結鉱に向けて、前記散水冷却を行うことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の焼結鉱の製造方法。

（６）前記一次破砕機で破砕された焼結鉱を前記冷却機に向かって搬送するためのコンベア上において前記散水冷却を行うことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の焼結鉱の製造方法。

本発明によれば、焼結機から排鉱された焼結鉱を冷却機に到達する前に冷却できるため、焼結鉱の再酸化をより効果的に防止することができる。これにより、焼結鉱のＲＤＩを改善することができる。

焼結鉱の製造過程の一実施形態を示す概略図である。

図１は、焼結鉱の製造過程の一実施形態を示す概略図である。なお、図１における白抜きの矢印は、排鉱部１０から排鉱された焼結鉱の搬送方向を示す。図１を参照して、本実施形態の焼結鉱の製造設備は、焼結鉱の搬送方向上流から下流に向かって、焼結機１、一次破砕機２、ホットスクリーン３、コンベヤ４及び冷却機５をこの順序で配設することにより構成されている。

＜焼結機１について＞
焼結機１は、ドワイト・ロイド式の焼結機であり、床敷鉱ホッパー１１と、スウィングシュート１２と、サージホッパー１３と、ドラムフィーダー１４と、パレット１５と、点火炉１６と、風箱１７と、排風支管１８ａと、排風本管１８ｂと、排ガス集塵機１９と、吸引ブロワ２０とを含む。床敷鉱ホッパー１１には、床敷鉱が貯留されている。床敷鉱には、後述するように、予め焼結された焼結鉱を用いることができる。サージホッパー１３には、焼結用原料が貯留されている。焼結用原料には、粉鉱石、炭材及び粉石灰石等が含まれている。

床敷鉱ホッパー１１は、焼結鉱の搬送方向において、サージホッパー１３よりも上流側に配置されている。床敷鉱ホッパー１１に貯留された床敷鉱がスウィングシュート１２を介してパレット１５上に落下供給されることにより、床敷層が形成される。この床敷層の上に、サージホッパー１３に貯留された焼結用原料がドラムフィーダー１４によって所定量ずつ切り出されて、堆積することにより、焼結用原料の充填層が形成される。この焼結用原料の充填層を焼結ベッドと表記する場合がある。

焼結ベッドをパレット１５上に直接形成した場合、焼成時に焼結ベッドがパレット１５に固着するおそれがある。一方、床敷鉱は、後述するように、冷却機５の下流に配置されたコールドスクリーンによってふるい分けされた焼結鉱であるため、焼結機１での焼成時に焼結反応をほとんど起こさない。したがって、床敷層を形成しておくことで、焼成時に焼結ベッド及びパレット１５が互いに固着することを抑制できる。

焼結ベッドは加圧ローラやカットプレート（不図示）により上面がならされた後、点火炉１６の直下に進入する。点火炉１６は、焼結ベッドの上面を加熱して、炭材を点火させる。風箱１７は、パレット１５の下側に配設されており、焼結機１の機長方向に沿って多数配列されている。排風支管１８ａは、各風箱１７から延びて、排風本管１８ｂに接続されている。

排ガス集塵機１９は、排風本管１８ｂを介して排出されるガスの集塵処理を行う。吸引ブロワ２０は、排風本管１８ｂにおける排ガス集塵機１９のガス下流側に配設されており、焼結ベッドの上面から下面に向かってガスを吸引するための動力を生成する。

焼結ベッドでは、パレット１５が下流に進むにしたがって、乾燥、溶融、凝固という一連の焼結反応が下層に進行し、最終的に全体が焼成されてシンターケーキとなる。このシンターケーキが焼結機１の終端に形成された排鉱部１０から排鉱される。このとき、シンターケーキは、パレット1台分の大きさに割れながら一次破砕機２へ落下する。ここで、分断されたシンターケーキのサイズは、例えば、４ｍ×１ｍ×０．５ｍの略直方体となる。

＜一次破砕機２について＞
一次破砕機２は、排鉱部１０から排鉱されたシンターケーキ（床敷層を含む）の落下軌跡上に位置する。一次破砕機２は、鬼歯２１と、鬼歯２１の下方に位置する受歯２２と、から構成される。鬼歯２１は、回転軸２１ａと、回転軸２１ａの周方向に等間隔に配設され、回転軸２１ａの径方向外側に向かって突出する複数の回転歯２１ｂと、から構成される。これらの回転歯２１ｂは、回転軸２１ａの軸方向に沿って等間隔に複数組設けられている。受歯２２は、短冊状に形成されており、回転動作する回転歯２１ｂを通過させるためのスリットを、回転歯２１ｂの組の数だけ有している。

排鉱部１０から排鉱されたシンターケーキは、受歯２２の上に落下し、回転軸２１ａ周りに回転する回転歯２１ｂに対して接触することにより、剪断破砕される。破砕されたシンターケーキは、フード７の下部から落下して、シュート６に供給される。なお、以下の説明において、破砕されたシンターケーキを、焼結鉱と表記する場合がある。

＜フード７について＞
排鉱部１０では、シンターケーキが割れる際に発塵が生じる。また、一次破砕機２では、シンターケーキを破砕した際に発塵が生じる。そのため、排鉱部１０及び一次破砕機２をフード７で覆うことにより、外部へのダスト漏れを抑制している。フード７からフード外部に延びる排気管７１には、排ガス集塵機７２と、吸引ブロワ７３と、が配置されている。排ガス集塵機７２は、排風管７１を介して排出されるガスの集塵処理を行う。吸引ブロワ７３は、排気管７１における排ガス集塵機７２のガス下流側に配設されており、ガスを吸引するための動力を生成する。

＜ホット―スクリーン３及びコンベヤ４について＞
シュート６に落下供給された焼結鉱は、ホットスクリーン３に排鉱され、粗粒と細粒とに分級される。分級点は特に限定しないが、例えば、５ｍｍに設定することができる。分級された焼結鉱のうち篩下の細粒は、原料槽のホット返鉱槽（不図示）に返鉱され、篩上の粗粒は、コンベヤ４によって冷却機５に搬送される。コンベア４は、焼結鉱が高温のために、金属製のパン型あるいはチェーン型が使用される。なお、本実施形態では、ホットスクリーン３から冷却機５に向かって焼結鉱を搬送する搬送手段として、パン型あるいはチェーン型のコンベヤ４が好ましいが、本発明はこれに限るものではなく、他の搬送コンベアを用いてよい。

＜冷却機５について＞
コンベヤ４によって搬送された焼結鉱は冷却機５に装入され、冷却機５に備えられたトラフ（不図示）に充填される。このトラフを冷却機５の軸回りに回転させながら、トラフに充填された焼結鉱の熱を抜熱することにより、焼結鉱が連続的に冷却される。

冷却機５の下流には、３段式のコールドスクリーン（不図示）が設けられている。冷却された焼結鉱は、一次コールドスクリーンにおいて所定の粒度に分級される。一次コールドスクリーンの篩上の焼結鉱は二次破砕機にて破砕された後、一次コールドスクリーンの篩下の焼結鉱とともに二次コールドスクリーンに送られ、所定の粒度に分級される。二次コールドスクリーンの篩上の焼結鉱の一部は床敷鉱ホッパー１１に返鉱される。二次コールドスクリーンの篩下の焼結鉱は三次コールドスクリーンに送られ、所定の粒度に分級される。三次コールドスクリーンの篩下の焼結鉱は、原料槽の返鉱槽（コールド返鉱槽）に返鉱される。一方、三次コールドスクリーンの篩上の焼結鉱は、高炉に供給される。

本発明者は、焼結機から排鉱された焼結鉱を早期に冷却する方法として、以下の冷却方法１～４を知見した。なお、以下の冷却方法１～４の全てを必ずしも実施する必要はなく、少なくとも一つを実施すればよい。
＞冷却方法１＜
冷却方法１では、フード７の天井部に散水ノズル７０を配設して、排鉱部１０から分断された焼結鉱の直上から冷却水を散水する。この方法によれば、排鉱部１０で分断された焼結鉱の断面に対して散水することができるため、より効率的に焼結鉱を冷却することができる。また、一次破砕機２の上流側で散水することにより、一次破砕時における発塵を、より効果的に抑制することができる。本例では、フード７の天井部に散水ノズル７０を配設したが、本発明はこれに限るものではなく、排鉱部１０から分断された焼結鉱が一次破砕機２に到達する前に散水冷却することができる適宜の位置（例えば、フード７の側壁）に散水ノズル７０を配設してもよい。

＞冷却方法２＜
冷却方法２では、回転歯２１ｂの先端に散水ノズル２１ｃを配設して、一次破砕機２に搬送された焼結鉱を冷却する。ここで、回転軸２１ａには、焼結鉱の熱を受熱することによる高温化を防止するために、水冷管が設けられている場合があり、この水冷管を回転歯２１ｂの先端まで引き回すことにより、回転歯２１ｂの先端に散水ノズル２１ｃを配設することができる。本例では、回転歯２１ｂに散水ノズル２１ｃを配設したが、本発明はこれに限るものではなく、受歯２２に散水ノズル２１ｃを配設してもよい。また、回転歯２１ｂ及び受歯２２の双方に散水ノズル２１ｃを配設してもよい。

＞冷却方法３＜
冷却方法３では、ホットスクリーン３の上方に散水ノズル３１を配設して、篩面上を流下する焼結鉱を冷却する。

＞冷却方法４＜
冷却方法４では、コンベヤ４の上方に散水ノズル４１を配設して、コンベヤ４上で焼結鉱を冷却する。

このように、冷却方法１～４では、排鉱部１０から切り出された焼結鉱を、冷却機５に到達する前に散水冷却しているため、焼結鉱を早期に温度低下させることができる。したがって、冷却機５に到達してから冷却する方法と比較して、焼結鉱の再酸化が抑制されるため、ＲＤＩの低い焼結鉱を提供することができる。

焼結鉱に対する散水量は、好ましくは、焼結鉱１ｔ当たり９ｋｇ以上２７ｋｇ以下である。散水量が、焼結鉱１ｔ当たり９ｋｇ未満に低下すると、焼結鉱を十分に冷却できなくなり、焼結鉱の再酸化が促進されるおそれがある。一方、散水量が、焼結鉱１ｔ当たり２７ｋｇを超えると、焼結鉱が過冷却されるため、焼結鉱の強度が低下して粉率が増大する可能性がある。

具体的には、１時間当たりに通過する焼結鉱の量Ａ（ｔ／hour）に基づき、散水量を規定することができる。ここで、焼結鉱を冷却方法１及び２に基づき冷却する場合、１時間当たりに通過する焼結鉱の量Ａ（ｔ／hour）は下記の式によって算出される。
Ａ＝Ｂ×Ｃ＋Ｄ・・・式（１）
Ｂは、１時間当たりに焼結機１に装入される焼結用原料の量（ｔ／hour）である。Ｃは、焼成歩留である。Ｄは、１時間当たりに排鉱部１０から排出される床敷層の量（ｔ／hour）である。

焼結鉱を冷却方法３に基づき冷却する場合、１時間当たりに通過する焼結鉱の量Ａ（ｔ／hour）は、下記の式によって推算される。
Ａ＝Ｂ×Ｃ＋Ｄ－Ｅ×０．５・・・式（２）
Ｅは、１時間当たりにホットスクリーン３の篩下となる焼結鉱（すなわち、ホットスクリーンでの返鉱）の量（ｔ／hour）を表す。

冷却方法４を実施する場合、１時間当たりに通過する焼結鉱の量Ａ（ｔ／hour）は、下記の式によって算出される。
Ａ＝Ｂ×Ｃ＋Ｄ－Ｅ・・・式（３）

本発明について、実施例を示して、好ましい散水量を規定した根拠と散水によるＲＤＩ改善効果とを説明する。なお、以下の実施例は、オフラインによる試験結果である。
（配合原料の準備）
表１に示す条件にしたがって、複数銘柄の鉱石および副原料、炭材を配合した。配合された原料（配合原料）を、ドラムミキサーを用いて混合(２ｍｉｎ)し、水分が７.０ｍａｓｓ%となるように水を添加したのち、同様にドラムミキサーで造粒(５ｍｉｎ)した。

（配合原料の焼成と冷却）
前記配合原料５０ｋｇを直径３００ｍｍ高さ５００ｍｍの鍋に装入し、ＬＰＧを用いてフレーム先端の温度を１３００℃に設定して６０秒点火したのち、一定の吸引負圧-１３００ｍｍＡｑで焼成した。ここで焼成完了点は、鍋下に設置した熱電対にて排ガス温度を計測し、排ガス温度が極大となる位置に設定した。
焼成完了後、直ちにシンターケーキ（焼成体）を金床上に取り出し、ハンマーで軽く破砕した。破砕後、焼結鉱の表面温度を赤外線温度計で測定しながら、所定の温度まで大気放冷を行った。

(焼結鉱表面温度に応じた冷却)
散水処理をせずに、大気温度２０℃の大気中で放冷した場合をベースとした。実施例１～３では、散水量をそれぞれ、焼結ケーキ１ｔ当たり９ｋｇ、２７ｋｇ、４５ｋｇとして、焼結鉱表面温度が５００℃（ハンマー破砕の直後）に低下した時に散水冷却を実施した。実施例４では、焼結鉱表面温度が４００℃となった時に散水冷却を実施した。実施例５では、焼結鉱表面温度が３００℃となった時に散水冷却を実施した。比較例では、焼結鉱表面温度が２００℃となった時に散水冷却を実施した。実施例４、５、比較例における散水量は、焼結ケーキ１ｔ当たり２７ｋｇとした。散水手段として、霧吹きを使用した。

（粉率及びＲＤＩ値の測定）
冷却後の焼結鉱を２ｍ×４回落下させて破砕し、粉率（破砕後の焼結鉱の－１０ｍｍの質量比率）も測定した。さらに、１５～１９ｍｍの焼結鉱を採取し、ＪＩＳ－Ｍ８７２０低温還元後強度試験方法に準拠して、ＲＤＩの値を測定した。

（実験結果）
実験条件及び実験結果を表２に示す。実施例１、２、４、５は、ベースに対し、ＲＤＩの値が大きく改善され、かつ粉率にほとんど差がないため、評価を「◎」とした。また、実施例３では、ベースに対し、ＲＤＩの値が大きく改善された一方、散水過多による過冷却となり、脆弱に粉化した結果、粉率が増大した。そのため、評価を「○」とした。一方、比較例では、ＲＤＩの値がベースとほとんど変わらなかったため、評価を「×」とした。比較例では、時間をかけて焼結表面温度を低下させた後に、散水冷却しているため、ＲＤＩ改善効果が小さくなったと考えられる。すなわち、３００～５００℃の表面温度を有する焼結鉱において、散水によるＲＤＩ改善効果が確認された。

ここで、焼結工程における焼結鉱の温度は、概ね、ホットスクリーン３上では４００℃（実施例４の焼結鉱表面温度に相当）、コンベヤ４上では３００℃（実施例５の焼結鉱表面温度に相当）、冷却機５の入口では２００℃（比較例の焼結鉱表面温度に相当）であった。したがって、実機での冷却過程において焼結鉱のＲＤＩを低下させるためには、焼結機から排鉱された焼結鉱を、冷却機に到達する前に散水冷却することが効果的であることがわかった。

（変形例１）
上述の実施形態においては、焼結鉱の製造過程においてホットスクリーン３が配置されているが、本発明は、ホットスクリーン３がない焼結鉱の製造方法にも適用することができる。

１焼結機５冷却機１０排鉱部

Claims

焼結機から排鉱された焼結鉱を、前記焼結機の終端部に配設されるフードの内部にある一次破砕機で破砕した後、冷却機で冷却することにより高炉装入用の焼結鉱を製造する焼結鉱の製造方法であって、
前記焼結機から排鉱された焼結鉱を、前記冷却機の入口に到達する前に散水冷却することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
焼結鉱に対する散水量は、前記散水冷却による冷却領域を通過する焼結鉱１ｔ当たり９ｋｇ以上２７ｋｇ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
前記フードの内部において、前記フードの内壁から延出する散水ノズルにより前記散水冷却を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の焼結鉱の製造方法。
前記一次破砕機は、一対の鬼歯及び受歯からなり、
前記鬼歯及び前記受歯のうち少なくとも一方に設けられた散水ノズルにより前記散水冷却を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の焼結鉱の製造方法。
前記一次破砕機と前記冷却機との間にホットスクリーンが設けられている場合、
前記ホットスクリーンの篩面上を流下する焼結鉱に向けて、前記散水冷却を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の焼結鉱の製造方法。
前記一次破砕機で破砕された焼結鉱を前記冷却機に向かって搬送するためのコンベア上において前記散水冷却を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の焼結鉱の製造方法。