JP7348516B2 - 焼結鉱の製造方法 - Google Patents
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Description
焼結鉱は、通常、次のように製造される。まず、主原料である鉄鉱石(粉)、スケールや製鉄ダスト等の含鉄雑原料、橄欖岩等のMgO含有副原料、石灰石等のCaO含有副原料(以上を新原料と呼ぶ)、返鉱、および、燃焼熱によって焼結鉱を焼結(凝結)させる燃料となる炭材(凝結材とも言う)を、所定の割合で配合して配合原料とする。配合原料を混合し、混合した配合原料をドラムミキサなどにより造粒して原料造粒物とする。次に、造粒された配合原料(原料造粒物)を、ホッパより、下方吸引式のドワイトロイド(DL)式焼結機のパレット上に装入して、原料充填層を形成する。形成した原料充填層の上方に配置された点火炉(点火器)により、原料充填層の上部(表面層)の炭材に点火する。そして、パレットを連続的に移動させながらパレットの下方から空気(酸素含有ガス)を吸引する。吸引により、原料充填層中に上方から酸素を供給し、炭材の燃焼を下方に進行させる。炭材の燃焼熱により、原料充填層は、上層から下層へ順次焼結される。焼結により得られた焼結部(焼結層)は、粉砕され、篩分け等により所定の粒度に整粒され焼結鉱となる。
例えば、特許文献1に開示される技術は、固体燃料や液体燃料の添加によるNOx低減を目的に、燃料を原料充填層の表層に吹き付けている。
特許文献2に開示される技術は、焼結層歩留向上を目的に、遅燃性微粉末(高炉ガス灰など)を原料充填層の層表面部に散布している。
特許文献3に開示される技術は、生産性向上を目的に、高揮発分石炭を原料充填層の表層に吹き付けている。
特許文献4に開示される技術は、歩留向上を目的に、点火後に炭材(粉コークス)を原料充填層の表層に供給している。
特許文献2に開示される技術は、実質的に燃料となる高炉ガス灰を数mm程度の厚さに均一に散布する必要があり、また、散布した燃料がすべて燃焼しない点で難がある。
特許文献3に開示される技術は、添加する燃料を含めた投入熱量一定条件でも生産性向上を達成しているものの、従来の炭材や発生ダストとは別に高揮発分石炭を燃料として必要とする上に、それでもなお燃料の燃え残りを十分には防止できない点で難がある。
特許文献4に開示される技術は、1000℃以上の高温保持時間の伸延による歩留向上効果が得られている。実施例では、添加した粉コークスを含めた配合原料全体のコークス配合比を略一定(3.3%~3.4%)として、微粉コークスを内数0.3%で上層へ供給することで成品歩留が3.8%向上している。但し、この場合、コークスを供給する範囲が機長方向広範囲(点火炉後方1m~65m)となるため、供給設備が大規模となり、供給する微粉コークスの総量も多量となる。
本発明の目的は、焼結鉱の製造方法において、投入(散布)した燃料を十分に燃焼させて、焼結鉱の歩留と生産性をさらに向上させることである。
(1)焼結用配合原料が装入されて原料充填層が形成されるパレットと、
パレット進行方向上流側に配置され、前記原料充填層の上層に点火する点火器と、
前記原料充填層の下方から酸素含有ガスを吸引する風箱と、
前記点火器のパレット進行方向下流側に離間して配置され、前記原料充填層の上面を、フレーム加熱するフレーム加熱装置と、を備えるドワイトロイド式焼結機を使用し、
前記点火器と前記フレーム加熱装置の間の区間において、フリーカーボンを含む固体の燃料である含カーボン固体物質を、前記焼結用配合原料により形成される前記原料充填層の上層に散布し、
散布される前記含カーボン固体物質である散布用含カーボン固体物質中のフリーカーボンが、前記焼結用配合原料に配合される新原料に対し、0.012質量%以上0.056質量%以下である
ことを特徴とする焼結鉱の製造方法。
(2)前記フレーム加熱装置により投入されるフレーム加熱熱量が、前記散布用含カーボン固体物質の発熱量と前記フレーム加熱熱量の和に対して、50%以上70%以下である
ことを特徴とする(1)に記載の焼結鉱の製造方法。
DL式焼結機においては、上層表面に点火し、下方吸引により点火した原料充填層の上層から下層に向けて順次焼結を進行させる。そのため、一般的に、焼結過程において、原料充填層の高さ方向の熱的分布が異なり、下層部では熱量が十分であっても、上層部では熱量不足となる。それは、下層部では、上層部の焼結の進行により徐々に昇温し充分に予熱された後にコークスなどの炭材が燃焼し、さらに燃焼完了後も上層部の残熱により徐々に冷却されるのに対し、上層部では、上方より吸引される低温の空気(酸素含有ガス)により燃焼温度が十分に上昇せず、また、炭材の燃焼完了後には低温の空気により急冷されることによるものである。上層部では熱量不足により焼結が十分に進行せず、上層部の焼結鉱の強度不足を引き起こし、全体の歩留も悪くなる。
まず、一般的な焼結鉱の製造装置および製造方法について、図面を参照して説明する。
図1は、一般的なDL式焼結機の構成を示す概略図である。図2は、DL式焼結機による焼結鉱の製造方法を説明する説明図である。図2では、DL式焼結機100の一部の構成のみ図示し、パレット9、トラックガイド10、駆動輪11、遊動輪12、ダクト13、風箱14の記載を省略している。なお、後述する燃料散布焼結法、フレーム加熱法、および本発明に使用する焼結機も、このような一般的な焼結機の構成に準拠している。以後の説明において、同様または略同様の構成については、同様の符号や名称を付す等して重複する説明は省略する。
図1に示すように、DL式焼結機100は、点火器2、ホッパ7、パレット9、トラックガイド10、駆動輪11、遊動輪12、ダクト13、および風箱14を備えて構成される。DL式焼結機100は、装入された配合原料(配合原料造粒物)を、その上部からバーナー火炎により配合原料中の炭材(凝結材)に点火し、点火した炭材の燃焼熱により配合原料を焼成して、焼結鉱を製造する装置である。
パレット9は、焼結機長手方向に隙間なく複数配置され、容器を形成する。パレット9は、2枚の側壁および底部からなる台車であり、上部および進行方向前後が開口されている。また、底部には、パレット進行方向に沿って延びるスリット状の開口が複数形成されている。
点火器2は、複数のパレット9のうち、進行方向上流のパレット9上の原料充填層内の炭材に上部から点火する装置である。例えば、パレット9の上部を覆う箱状体(フード)と、その内部に配置される複数の点火用のバーナーを備えている点火炉である。
風箱14は、パレット9の下に配置され、ダクト13を介して、ブロア(図示省略)に接続されている。ブロアの動作により、風箱14からパレット9の下方空間の空気が吸い出される。これに伴い、パレット9の上方からは空気が導気される。
焼結鉱の主原料である鉄鉱石、含鉄雑原料、副原料(以上を新原料と呼ぶ)、返鉱、および炭材(凝結材)は、所定の配合割合で配合される。配合された原料(配合原料)は、ドラムミキサなどにより混合され、所定量の水分を添加して造粒される。造粒された配合原料(原料造粒物)は、ホッパ7に投入される。ホッパ7に供給された造粒された配合原料(原料造粒物)は、所定量が、下部排出口からDL式焼結機100のパレット9(図1参照)上に切り出されて、原料充填層1を形成する。上述したように、パレット9は連続的に移動しており、原料充填層1は、パレット9の移動により下流側に配置された点火器2(点火炉)の下方に進む。点火器2のバーナーにより、原料充填層1の上部(表面層)の炭材が点火される。点火により原料充填層1の上部の炭材が燃焼して燃焼帯5を形成し、下方からの吸引による空気(酸素)の供給により燃焼が維持されつつ下部へと進行する。そして、焼結完了層6(焼成した原料充填層)は、下方からの吸引により上方から導気される空気により冷却される。焼結完了層6は、パレットが遊動輪12(図1参照)上を下方に移動する際に破断されて落下し、クラッシャによって破砕されて、所定径の焼結鉱が製造される。
次に、燃料散布焼結法について、図3を参照して説明する。燃料散布焼結法は、DL式焼結機を使用する焼結鉱の製造方法である。なお、本発明は、燃料散布焼結法とフレーム加熱法とを組み合わせた技術であり、所定の区間(大気吸引領域3が設けられた区間)において、固体の燃料である含カーボン固体物質を散布することを特徴とするが、その詳細については、後述する(本発明の実施形態)で説明する。
図3に示すように、燃料散布焼結法の特徴は、点火器2により点火した後に、原料充填層1の上方から、液体、あるいは固体の燃料を散布(添加)する。点火器2の下流側で燃料を散布することにより、原料充填層1の上層部の燃焼熱を補って焼結を進行させて、上層部の歩留を向上させるものである。
続いて、図4および図5を参照して、本発明の特徴的な構成であるフレーム加熱法について説明する。フレーム加熱法は、DL式焼結機を使用する焼結鉱の製造方法である。なお、ここでの説明は、フレーム加熱法を用いた場合のみの説明であり、燃料散布焼結法と組み合わせた際の説明は後述する。
点火器2での点火により、原料充填層1には燃焼帯5が形成される。引き続きすぐにバーナー加熱を行っても、点火器2での点火により原料充填層1上方空間の酸素濃度が低下しているため、焼結反応は進行しない。本発明では、上面から火炎バーナー等の燃焼加熱を行うことなく大気の吸引を行う区間である大気吸引領域3を設ける。点火器2とフレーム加熱装置4との間に大気吸引領域3を設けることにより、燃焼帯5に十分に酸素が供給される。よって、この大気吸引領域3での原料充填層1内上層部において炭材の燃焼が促進されて、下層への焼結反応が進行し、燃焼帯5が拡大する。
ホッパ7から装入された原料充填層1の上面(表面)の炭材に、点火器2により点火する。点火により、原料充填層1に含まれる炭材が燃焼する。点火器2の配置箇所(図5のX1に対応する箇所)においては、大気を下方吸引する場合もしない場合もありうるが、ここでの炭材の燃焼による焼結は、下層方向に進行せず停滞する。これは、点火器2による点火が完了するまでは、着火はするものの、点火バーナー加熱により原料充填層1の上方の酸素濃度が薄くなるためである。燃焼に必要な酸素の供給が制限され、下方吸引しなければもちろんのこと、下方吸引したとしても、原料充填層1中の炭材の燃焼が停滞するからである。
フレーム加熱を開始するタイミングが遅れると、焼結層上面部が、大気吸引により冷却されて温度が落ち切ってしまう。改めて加熱しても、燃焼帯5において炭材の燃焼に必要な熱量が得られず、フレーム加熱による歩留向上の効果が低下してしまう。
一方、フレーム加熱を開始するタイミングが早いと、十分な長さの大気吸引領域3が確保できず、燃焼帯5の上下方向の長さが短くなる。点火に引き続き連続して加熱した場合、あるいは、必要十分な長さd1の大気吸引領域3を設けない場合などは、十分な大気吸引が行われないことから、原料充填層1内部の炭材に供給される酸素が不足する。そのため、原料充填層1上部(上層部)に、焼結に必要な時点での熱量を供給することができず、焼結を進行させるに十分な温度である1100℃以上の高温保持時間が十分に確保できない。
13×L1/H≦d1≦86×L1/H ・・・(1)
L1=L2-(X1+X2+X3)―(1-FFP)×L2
=L2×FFP-(X1+X2+X3)・・・(2)
0.02≦d1/L1≦0.14
となる。すなわち、焼結機の機長L2、X1、X2、X3、FFPから計算される有効機長L1に対する比率として、d1は、その2%から14%の間に相当する。よって、長さd1(mm)は、有効機長L1に対し2%から14%の長さが好ましい。
点火器2による点火完了までは、燃焼帯5は下方に進行しないので、点火器2の点火完了時刻0(出口時点)までは、燃焼帯5は表面から動かず、燃焼帯前線の深さは0である。深さ方向の燃焼前線(燃焼帯下面)降下速度がVであるならば、点火器2による点火完了時刻を基準0minとすると、燃焼前線深さhが13mm~86mmnの間にある時刻tは、深さhを燃焼前線(燃焼帯下面)降下速度Vで割れば経過時間が算出できるので、点火完了時刻から、13/V~86/V(min)後となる。例えば、燃焼前線(燃焼帯下面)降下速度を29mm/min程度とした代表的な実機の操業(燃料散布焼結法を用いない場合)においては、13/V~86/V(min)後とは、点火器2による点火完了後、約30秒以上3分以内に相当する。
フレーム加熱装置4も、燃料ガスに着火して火炎を形成させる。フレーム加熱装置4として、点火器2と同一の構成、すなわち、同一仕様・規模の点火器を併設するものでもよい(図4参照)。既存の点火器、点火炉をそのまま利用できるので、焼結機設置の際のコストダウンを図ることができる。燃焼熱量は、25MJ/配合原料t程度とすることができる。なお、燃料散布焼結法と組み合わせた本発明における、好ましい燃焼熱量については後述する。
本発明は、上述の燃料散布焼結法および上述のフレーム加熱法を同時に組み合わせて実施する方法である。図6は、本発明の焼結鉱の製造方法を説明する概略説明図である。図6に示すように、本発明は、フレーム加熱装置4を備えた焼結機を使用し、点火器2とフレーム加熱装置4の間に設けられた区間である大気吸引領域3において、固体の燃料(散布用含カーボン固体物質16)を散布することを特徴とする。
散布用含カーボン固体物質16は、例えば、排ガス(焼結機排ガスや焼結クーラー排ガスなど)を循環させて原料充填層1に供給する際に共に吹き込むか、または小型コンベアを焼結パレット直上に装入して、下方吸引される空気と共に原料充填層1に供給する。
表2は、新原料の配合割合を示す。表1の鉄鉱石A~Eは異なる産地のものを使用した。新原料の配合比率は、試験ケースによらず、すべての試験ケースにおいて同一である。
表3は、上段に、原料充填層を形成する焼結用配合原料の配合割合を示す。下段に、原料充填層に散布する高炉1次灰の配合割合およびその高炉1次灰中のフリーカーボン量の割合を、新原料に対する外数で示す。なお、本実施例においては、焼結用配合原料中の含カーボン固体物質および散布用含カーボン固体物質16として表1に示した高炉1次灰(フリーカーボン含有量31%)のみを用い、その使用量は、表3において、新原料ではなく炭材(凝結材)の一種として表示している。粉コークスは、いずれも粒度が-5mm(5mm未満)のもの(5mmの篩目の篩下のもの)を使用した。
点火は、1分間(熱量25MJ/配合原料t)とした。1分間の点火完了後直ちに、所定量の高炉1次灰(散布用含カーボン固体物質16)を、スコップで焼結面に均等に散布した。点火完了から2.5分後を、フレーム加熱開始時刻とした。最初の点火完了からフレーム加熱開始までの時間である2.5分間は、実機における距離に換算するとL1の10%の長さとなる。1分間当たりのフレーム加熱熱量は、16.6MJ/新原料tとした。フレーム加熱時間は、試験条件に合わせて、0秒(フレーム加熱を実施しないケース)から116秒の範囲で変更した。なお、これを熱量に換算すると、0MJ/新原料tから32.1MJ/新原料tの範囲となる。
なお、生産率は、点火開始から排ガス温度がピークに到達するまでに要した時間を焼結時間として、成品量を焼結時間と鍋底面積で割って算出した。
また、燃料散布のみを実施するケースおよびフレーム加熱のみを実施するケースについては、以下に示すように、燃料散布またはフレーム加熱熱量が、発明例の散布燃料熱量Aおよびフレーム加熱熱量Bの合計値(A+B)と等しくなるケースを設けた。
(1)発明例1と等熱量:比較例1および比較例4
(2)発明例2,3,4と等熱量:比較例3および比較例6
(2)の比較例3、発明例2~4、および比較例6については、上述のように散布燃料熱量Aとフレーム加熱熱量Bとの和(A+B)を32.2(MJ/新原料t)一定として、フレーム加熱熱量比率(熱量比B/(A+B))を、それぞれ、0%,50%,70%、78%、100%とした。なお、散布した燃料(散布用含カーボン固体物質16)である高炉1次灰の発熱量(散布燃料熱量A)は、燃焼効率を考慮し、カーボン燃焼熱を29MJ/kgとして算出した。
表4の下段に、試験結果(成品歩留)を示す。また、図7および図8は、表4の結果をまとめたものである。図7は、散布燃料熱量Aとフレーム加熱熱量Bとの和(A+B)である投入熱量と、成品歩留との関係を示す図である。図8は、フレーム加熱熱量比率(熱量比B/(A+B))と、成品歩留との関係を示す図である。
また、表4および図8に示すように、フレーム加熱熱量比率が50%および70%において高歩留となった。
Claims (2)
- 焼結用配合原料が装入されて原料充填層が形成されるパレットと、
パレット進行方向上流側に配置され、前記原料充填層の上層に点火する点火器と、
前記原料充填層の下方から酸素含有ガスを吸引する風箱と、
前記点火器のパレット進行方向下流側に離間して配置され、前記原料充填層の上面を、フレーム加熱するフレーム加熱装置と、を備え、前記点火器と前記フレーム加熱装置との間に前記原料充填層の上面から燃焼加熱を行うことなく大気の吸引を行う区間である大気吸引領域が設けられているドワイトロイド式焼結機を使用し、
前記フレーム加熱は前記点火器による点火後の前記原料充填層の上面を再加熱するものであり、
前記大気吸引領域において、フリーカーボンを含む固体の燃料である含カーボン固体物質を、前記焼結用配合原料により形成される前記原料充填層の上層に散布し、
散布される前記含カーボン固体物質である散布用含カーボン固体物質中のフリーカーボンが、前記焼結用配合原料に配合される新原料に対し、0.012質量%以上0.056質量%以下である
ことを特徴とする焼結鉱の製造方法。 - 前記フレーム加熱装置により投入される熱量であるフレーム加熱熱量(新原料当たりの燃焼熱量)が、前記散布用含カーボン固体物質の発熱量(低位発熱量)と前記フレーム加熱熱量の和に対して、50%以上70%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。
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