JP7419155B2 - 鉄鉱石ペレットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、造粒水の製造方法及び鉄鉱石ペレットの製造方法に関する。

鉄鉱石ペレットとは、数十μｍの鉄鉱石微粉を原料とし、高炉用に適した性状（例えばサイズ、強度、被還元性など）に、品質を向上させて作り込んだものである。この鉄鉱石ペレットは、造粒工程及び焼成工程を経て製造される。

上記造粒工程では、水分と粒度を調整された鉄鉱石原料を造粒機（例えばパンペレタイザ等）に投入して転動させて、直径が十数ｍｍで、泥団子状の生ペレットを造粒する。また、上記焼成工程では、グレート炉及びキルン炉を用いて、上記生ペレットを乾燥及び予熱焼成した後に１２００℃程度で焼き固める。

造粒工程で造粒される生ペレットは、鉄鉱石の粒子間に水が架橋することで、粒子同士に付着力が働くことによって強度が保たれている。つまり、粒子間の結合は、粒子間に存在する水の表面張力により発現され、この表面張力に粒子間の接点数を乗じた値によって粒子間の付着力が担保されている。このため粒子同士は一定の強度で付着しているが、この付着力は、焼成後の鉄鉱石ペレットに比べると弱いものである。

上述のように造粒工程で造粒機により造粒された生ペレットは、焼成工程のためにグレート炉へと搬送される。この搬送には例えば複数のコンベアベルトが用いられ、生ペレットはこれらのコンベアベルトを乗り継いで搬送される。コンベヤベルトの乗り継ぎでは、上流側のコンベアベルト終端の下方に下流側のコンベアベルト始端が配置され、生ペレットは、上流側のコンベアベルトから下流側のコンベアベルトへ落下することで乗り継ぐ。

生ペレットの粒子間の付着力が不十分であると、この落下の衝撃により崩壊し粉化する場合がある。生ペレットが粉化すると、グレート炉での通気悪化やキルン炉でのキルンリング発生の原因となり、操業に支障をきたすおそれがある。

この生ペレットの付着力を向上させる方法として、分子量が１０００乃至２００００のポリアルキレングリコールの水溶液と、ポリビニルアルコールの水溶液とを混合した造粒水を、鉄鉱石粉に固形分の０．００１質量％乃至２質量％の割合で添加して造粒する方法が提案されている（特開昭４８－０９５９２９号公報参照）。

この公報に記載の鉄鉱石ペレットの製法では、ポリアルキレングリコールの浸透性とポリビニルアルコールの粘性とを利用して生ペレットの圧漬強度、落下抵抗等を改善している。

特開昭４８－０９５９２９号公報

生ペレットが例えば複数のコンベアベルトにより搬送される場合、その乗り継ぎ数や１回の乗り継ぎの高低差は設備により異なる。このため、生ペレットに必要とされる割れ強度（以下、単に「強度」ともいう）が異なる。また、同じ濃度の造粒水を用いたとしても、鉄鉱石の種類により強度は異なる。このため、上記従来の方法により生ペレットの強度を改善する場合、必要とされる強度や使用する鉄鉱石等が変わるごとに造粒水の成分を調整する必要が生じる。この成分調整は実験的に決定することもできるが、手間と時間を要し、作業効率が悪い。

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、必要な生ペレットの強度を得るための造粒水の高分子バインダ配合比を容易に決定できる造粒水の製造方法及び鉄鉱石ペレットの製造方法の提供を目的とする。

本発明者らが、必要な生ペレットの強度を得るための造粒水の高分子バインダ配合比について鋭意検討した結果、鉄鉱石の種類や大きさ、水に配合される高分子バインダの種類によらず生ペレットの強度増加量が造粒水の粘度に強い相関を有することを知得し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の一態様に係る造粒水の製造方法は、造粒物を作る際に添加する造粒水の製造方法であって、水に高分子バインダを配合する工程を備え、上記配合工程で、上記水に対する上記高分子バインダの配合比を配合後の造粒水が目標粘度を満たすように決定する。

当該造粒水の製造方法では、高分子バインダの種類によらず高分子バインダの配合比を配合後の造粒水が目標粘度を満たすように決定する。この目標粘度を満たす造粒水を用いることで造粒物の強度の増加量を制御することができる。上記目標粘度は例えば造粒水として水を用いた場合の造粒物の強度を予め測定しておくことで、必要な造粒物の強度との差分から算出できる。従って、当該造粒水の製造方法を用いることで、必要な造粒物の強度を得るための造粒水の高分子バインダ配合比を容易に決定できる。

上記造粒物が鉄鉱石を造粒して得られる生ペレットであり、上記目標粘度が、上記生ペレットの落下抵抗により規定されているとよい。上記目標粘度の規定に生ペレットの強度の指標の１つである落下抵抗を用いることで、生ペレットが搬送時に粉化することを抑止できる。

上記生ペレットの落下抵抗管理値をＤ_ｍｉｎ［回］、造粒水として水を用いた場合の生ペレットの落下抵抗をＤ_０［回］とするとき、上記目標粘度η［ｍＰａ・ｓ］が下記式１で表されるとよい。下記式１を用いることで、容易に目標粘度を規定できるので、造粒水の高分子バインダ配合比をさらに容易に決定できる。

本発明の別の一態様に係る鉄鉱石ペレットの製造方法は、鉄鉱石に造粒水を添加する工程と、上記添加工程で得られる造粒水含有鉄鉱石を造粒する工程と、上記造粒工程で得られる生ペレットを焼成する工程とを備え、上記造粒水として、本発明の造粒水の製造方法により得られる造粒水を用いる。

当該鉄鉱石ペレットの製造方法は、本発明の造粒水の製造方法により得られる造粒水を用いるので、鉄鉱石ペレットの製造を安定して行うことができる。

ここで、「粘度」とは、回転式粘度計を用いてＪＩＳ－Ｚ８８０３：２０１１に準拠して測定される値を指す。また、「生ペレットの落下抵抗」とは、生ペレットを鉄板上に高さ５００ｍｍから繰り返し自由落下させたときの割れるまでの平均回数を指す。具体的には、１２個の生ペレットの割れるまでの回数を測定し、最大及び最小を除く１０個の平均値により決定する。なお、破断して２個以上となる場合に加え、目視により検知できるヒビが入る場合も「割れる」状態に含めるものとする。

以上説明したように、本発明の造粒水の製造方法は、必要な生ペレットの強度を得るための造粒水の高分子バインダ配合比を容易に決定できる。また、本発明の鉄鉱石ペレットの製造方法は、鉄鉱石ペレットの製造を安定して行うことができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る鉄鉱石ペレットの製造方法を示すフロー図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る造粒水の製造方法を示すフロー図である。 図３は、種々の高分子を水に配合した際の粘度を示すグラフである。 図４は、造粒水の粘度と落下抵抗改善効果との関係を示すグラフである。 図５は、実施例における造粒水の濃度と粘度との関係を示すグラフである。 図６は、実施例における高分子バインダ配合比と落下抵抗との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について適宜図面を参照しつつ詳説する。

図１に示す鉄鉱石ペレットの製造方法は、添加工程Ｓ１と、造粒工程Ｓ２と、焼成工程Ｓ３とを備える。

〔添加工程〕
添加工程Ｓ１では、鉄鉱石に造粒水を添加する。

上記鉄鉱石は微粉状であり、例えば平均粒径が１０μｍ以上５０μｍ以下である。鉄鉱石は、採掘地域、粉砕・運搬方法により表面性状が大きく異なるが、当該鉄鉱石ペレットの製造方法において鉄鉱石の表面性状は特に限定されない。

上記造粒水としては、それ自体が本発明の一実施形態である造粒水の製造方法により得られる造粒水を用いる。

当該造粒水の製造方法は、造粒物を作る際に添加する造粒水の製造方法である。当該鉄鉱石ペレットの製造方法にあっては、上記造粒物は、鉄鉱石を造粒して得られる生ペレットである。

当該造粒水の製造方法は、図２に示すように配合工程Ｓ４を備える。

＜配合工程＞
配合工程Ｓ４では、水に高分子バインダを配合する。なお、この高分子バインダの配合は、鉄鉱石の保有する水分に対して行ってもよい。つまり、鉄鉱石への造粒水の添加と、高分子バインダの配合とは同時に行ってもよい。

高分子バインダに用いられる高分子とは、主に分子量１０^４以上１０^８以下の物質、好ましくは分子量１０^４以上１０^６以下の物質を指す。上記高分子バインダとしては、コーンスターチ、タピオカ、ジャガイモ、グァー豆等が挙げられる。

図３に種々の高分子を水に配合した際の濃度と粘度の関係を示す。このように高分子を水に配合する（溶かす）と、濃度に応じてその溶液の粘度を上昇させることができる。当該造粒水の製造方法では、この配合工程Ｓ４で、上記水に対する上記高分子バインダの配合比を配合後の造粒水が目標粘度を満たすように決定する。

具体的には、上記目標粘度は上記生ペレットの落下抵抗により規定される。上記目標粘度の規定に生ペレットの強度の指標の１つである落下抵抗を用いることで、生ペレットが搬送時に粉化することを抑止できる。

本発明者らは、鉄鉱石の種類や大きさ、水に配合される高分子バインダの種類によらず生ペレットの強度増加量が造粒水の粘度に強い相関を有することを知得しており、上記生ペレットの落下抵抗管理値をＤ_ｍｉｎ［回］、造粒水として水を用いた場合の生ペレットの落下抵抗をＤ_０［回］とするとき、上記目標粘度η［ｍＰａ・ｓ］が下記式１で表されることを見出している。下記式１を用いることで、容易に目標粘度を規定できるので、造粒水の高分子バインダ配合比をさらに容易に決定できる。

上記式１は、高分子バインダを配合して粘度を上げた造粒水を使用して造粒試験を行い、粘度と落下抵抗との関係を調査した結果から導出された。以下に、上記式１の導出について説明する。

性状の異なる３種類の鉄鉱石（鉄鉱石１、鉄鉱石２、鉄鉱石３）を準備した。これらの鉄鉱石は粒度が異なる。粒径が４．７μｍ以下の割合を表１に示す。

まず、造粒水として水（粘度１ｍＰａ・ｓ）を用いて、３種類の上記鉄鉱石から生ペレットを造粒した。造粒には直径０．４ｍのパンペレタイザを用いた。造粒試験条件を表２に示す。

３種類の上記鉄鉱石から造粒した生ペレット３種類について、それぞれ落下抵抗を測定した。粘度の測定には、回転式粘度計（東機産業製の「ＴＶＢ－１５型粘度計」）を用いて、ＪＩＳ－Ｚ８８０３：２０１１に準拠して行った。なお、溶媒には純水を使用し、回転子の角速度は３０ｒｐｍで一定とした。また、測定は常温（２３℃以上２５℃以下）で行った。

造粒水として水を用いた場合のそれぞれの生ペレットの落下抵抗をＤ_０［回］とする。Ｄ_０は、鉄鉱石ごとに異なる値である。各鉄鉱石のＤ_０の値を表１に示す。

次に、高分子バインダを配合して造粒水の粘度を変化させ、同様の条件で造粒試験を行い、得られた生ペレットの落下抵抗Ｄ_ｘを測定した。このＤ_ｘとＤ_０との差ΔＤ（＝Ｄ_ｘ－Ｄ_０；落下抵抗改善効果）と、造粒水の粘度η［ｍＰａ・ｓ］との関係を図４に示す。なお、使用した高分子バインダは、図３に示している高分子バインダＡである。

図４のグラフから、鉄鉱石の種類によらず落下抵抗改善効果ΔＤと造粒水の粘度ηとには相関があり、Ｄ_ｘは下記式２で近似できる。

実際の操業では、落下抵抗管理値Ｄ_ｍｉｎ［回］があり、このＤ_ｍｉｎよりＤ_ｘが大きくなるように操業する必要があるから、下記式１を常に満たすように操業する必要がある。

以上のようにして上記式１が導出された。なお、上記式１は一例であり、係数あるいは数式の異なる他の近似式を用いることを妨げるものではない。

上記式１を用いる場合の上記水に対する上記高分子バインダの配合比を配合後の造粒水が目標粘度を満たすように決定する方法（配合比決定方法）を詳説する。

上記配合比決定方法は、落下抵抗管理値設定工程と、造粒水粘度決定工程と、濃度－粘度相関抽出工程と、造粒水濃度決定工程と、高分子バインダ配合量決定工程とを備える。

（落下抵抗管理値設定工程）
落下抵抗管理値設定工程では、鉄鉱石ペレットの製造設備ごとの基準に合わせて目標となる落下抵抗管理値Ｄ_ｍｉｎを設定する。

この落下抵抗管理値Ｄ_ｍｉｎは生ペレットの搬送経路（乗り継ぎ数や各乗り継ぎの高低差）により、決まる量である。Ｄ_ｍｉｎは搬送経路が更新された場合等は実験的にあるいは解析的に決定する必要があるが、搬送経路が維持される限りは同じ値を継続して使用することができる。

（造粒水粘度決定工程）
造粒水粘度決定工程では、落下抵抗管理値Ｄ_ｍｉｎと使用する鉄鉱石により決まる落下抵抗Ｄ_０を用いて上記式１から必要な目標粘度ηを決定する。

なお、鉄鉱石により決まる落下抵抗Ｄ_０が未算出の場合は、造粒水として水（粘度１ｍＰａ・ｓ）を用いて生ペレットを製造し、その落下抵抗を測定して算出すればよい。

（濃度－粘度相関抽出工程）
濃度－粘度相関抽出工程では、使用する高分子バインダの濃度と造粒水の粘度との関係を抽出する。

具体的には高分子バインダの濃度を変化させて粘度を測定し、その関係を抽出する。なお、使用する高分子バインダについて濃度－粘度相関が抽出済みである場合は、その結果を用いればよいので、この工程は省略可能である。

（造粒水濃度決定工程）
造粒水濃度決定工程では、造粒水粘度決定工程で決定した目標粘度ηとなる高分子バインダの濃度を、濃度－粘度相関抽出工程で抽出した結果に基づいて決定する。

（高分子バインダ配合量決定工程）
高分子バインダ配合量決定工程では、造粒水の濃度が造粒水濃度決定工程で決定した濃度となるように高分子バインダの配合量を決定する。

鉄鉱石が十分に保水している場合は、その保水量に合わせて高分子バインダのみを添加すればよい。逆に、鉄鉱石が保水していない場合は、水に高分子バインダを配合して上記濃度とした造粒水を添加すればよい。その中間にあるときは、鉄鉱石の保水量を加味し、添加した造粒水の濃度が上記濃度となるように高分子バインダ配合量を決定する。

〔造粒工程〕
造粒工程Ｓ２では、添加工程Ｓ１で得られる造粒水含有鉄鉱石を造粒する。

具体的には、添加工程Ｓ１で造粒水が添加された造粒水含有鉄鉱石を造粒機（例えばパンペレタイザなど）に投入及び転動させて、泥団子状の生ペレットを製造する。

〔焼成工程〕
焼成工程Ｓ３では、造粒工程Ｓ２で得られる生ペレットを焼成する。

焼成工程Ｓ３では、グレート炉及びキルン炉が用いられる。グレート炉では、まず金属パレット上に造粒直後の生ペレットを載せて充填層を形成し、これを搬送して充填層に熱風を通風させることで生ペレットを乾燥させる。次に、乾燥させた上記生ペレットを、転動させつつ焼成する際に粉化しない程度の強度となるまで、予熱焼成する。さらに、キルン炉で、予熱焼成したペレットを１２００℃程度で焼き固める。

焼き固めた後のペレットは、例えば金属パレットに載せて、冷風を通風させて冷却される。このようにして鉄鉱石ペレットを製造することができる。

〔利点〕
当該造粒水の製造方法では、高分子バインダの種類によらず高分子バインダの配合比を配合後の造粒水が目標粘度を満たすように決定する。この目標粘度を満たす造粒水を用いることで造粒物の強度の増加量を制御することができる。上記目標粘度は例えば造粒水として水を用いた場合の造粒物の強度を予め測定しておくことで、必要な造粒物の強度との差分から算出できる。従って、当該造粒水の製造方法を用いることで、必要な造粒物の強度を得るための造粒水の高分子バインダ配合比を容易に決定できる。

また、当該鉄鉱石ペレットの製造方法は、本発明の造粒水の製造方法により得られる造粒水を用いるので、鉄鉱石ペレットの製造を安定して行うことができる。

［その他の実施形態］
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、造粒物が鉄鉱石を造粒して得られる生ペレットである場合を説明したが、本発明の造粒水の製造方法は、他の造粒物を造粒する際にも用いることができる。

上記実施形態では、目標粘度が生ペレットの落下抵抗により規定されている場合を説明したが、生ペレットの搬送方法等に応じて適宜他の指標により規定してもよい。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

鉄鉱石に水を添加して直径６ｍのパンペレタイザを用いて生ペレットを造粒した。造粒条件は、角度４５°、回転数８ｒｐｍ、リム高さ７６０ｍｍ、原料フィード量８０ｔ／ｈとした。造粒した生ペレットについて落下抵抗を測定し、Ｄ_０を求めた。Ｄ_０＝５．２［回］であった。

７回の乗り継ぎを有するコンベアベルトで構成された生パレットの搬送経路の落下抵抗管理値Ｄ_ｍｉｎを実験的に求めた。Ｄ_ｍｉｎ＝７［回］であった。

上述の結果から上記式１により造粒水の粘度ηを求めた。η≧１４．３［ｍＰａ・ｓ］が得られた。

次に、高分子バインダとして図３の高分子Ｉを用いるため、高分子Ｉの濃度－粘度相関関係を調べた。粘度の測定には、回転式粘度計（東機産業製の「ＴＶＢ－１５型粘度計」）を用いて、ＪＩＳ－Ｚ８８０３：２０１１に準拠して行った。なお、溶媒には純水を使用し、回転子の角速度は３０ｒｐｍで一定とした。また、測定は常温（２３℃以上２５℃以下）で行った。濃度－粘度の相関関係を図５に示す。

高分子Ｉの濃度－粘度相関関係から、η≧１４．３［ｍＰａ・ｓ］を満たす濃度Ｒを算出した。Ｒ＝１．０［質量％］と定めた。

鉄鉱石を有する造粒原料に含まれる水分は、造粒原料１ｋｇ－ｄｒｙあたり８０ｇ／ｋｇ－ｄｒｙ（８．０質量％）であった。そこで、造粒水の高分子バインダ濃度Ｒが１．０質量％となるように、造粒原料１ｋｇ－ｄｒｙあたり０．８ｇ／ｋｇ－ｄｒｙ（０．８質量％）の高分子バインダＩを添加した。

このようにして高分子バインダＩを配合した造粒水を用いて生ペレットを造粒した。なお、造粒には上述の直径６ｍのパンペレタイザを用いた。

造粒した複数の生ペレットについて落下抵抗Ｄ_ｘを測定した。鉄鉱石に水を添加して生ペレットを製造した場合の落下抵抗Ｄ_０とともに図６に示す。

図６の結果から、本発明の造粒水の製造方法に従って、高分子バインダの配合比を決定することで、落下抵抗管理値Ｄ_ｍｉｎ以上の落下抵抗を有する生ペレットが安定して得られていることが分かる。

本発明の造粒水の製造方法は、必要な生ペレットの強度を得るための造粒水の高分子バインダ配合比を容易に決定できる。また、本発明の鉄鉱石ペレットの製造方法は、鉄鉱石ペレットの製造を安定して行うことができる。

Claims (2)

1. 鉄鉱石に造粒水を添加する工程と、
   上記添加工程で得られる造粒水含有鉄鉱石を造粒する工程と、
   上記造粒工程で得られる生ペレットを焼成する工程と
   を備え、
   上記鉄鉱石が平均粒径１０μｍ以上５０μｍ以下の微粉状であり、
   上記造粒水として、水に高分子バインダを配合する工程を備え、上記配合工程で、上記水に対する上記高分子バインダの配合比を配合後の造粒水が目標粘度を満たすように決定しており、上記目標粘度が、上記造粒物の原料の種類や大きさ、水に配合される上記高分子バインダの種類によらず上記生ペレットの落下抵抗により規定されている造粒水の製造方法により得られる造粒水を用いる鉄鉱石ペレットの製造方法。
2. 上記生ペレットの落下抵抗管理値をＤ_ｍｉｎ［回］、造粒水として水を用いた場合の生ペレットの落下抵抗をＤ_０［回］とするとき、上記目標粘度η［ｍＰａ・ｓ］が下記式１で表される請求項１に記載の鉄鉱石ペレットの製造方法。
   

   

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