JPH05247544A

JPH05247544A - 焼結操業方法

Info

Publication number: JPH05247544A
Application number: JP8032592A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Shimakawa; 義明島川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-03-03
Filing date: 1992-03-03
Publication date: 1993-09-24

Abstract

(57)【要約】【目的】焼結操業方法に関する。焼結鉱の成品歩留お
よび生産性を向上させる。【構成】焼結ベッド４表層を凹凸面にすると共に、上
方から下方に吸引される気体中に微粉原料を混合して焼
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は焼結操業方法に関し、詳
しくは回収ガス中に微細な粉体を供給して焼結鉱の成品
歩留および生産性を向上させる焼結操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ドワイトロイド式焼結機では、粉鉱石に
粉コークスを添加混合し、粉コークスに着火後空気を下
方に吸引し、粉コークスを燃焼させ焼き固めて焼結鉱を
製造している。

【０００３】この吸引される空気の代わりに、比較的高
温の焼結機後半部の排ガスを焼結機前半部の粉コークス
燃焼用空気として使用する焼結方法は既に公知であり、
例えば特開昭６０−１５５６２６号公報に開示される様
に、排ガスの顕熱を有効利用する方法がある。これは、
顕熱を利用して焼結ベッド上層部の歩留向上を狙ったも
のである。この方法は、燃焼用回収ガスが高温である事
から高温の燃焼域が形成され、焼結鉱の歩留が向上す
る。

【０００４】また、焼結ベッド表層部の歩留向上を狙っ
たものとして、特開昭５７−２０３７２６号公報に開示
される様に、焼結ベッド表層部に補助燃料として高炉ダ
ストを散布する方法がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６０−１５５６２６号公報記載の方法では、燃焼用とし
て酸素分圧が２１％以下の焼結排ガスを使用するため燃
焼用回収ガス中の酸素不足となること、回収ガスの温度
が１００〜３００℃と低いことから粉コークスの燃焼温
度の向上は小さい。この結果、大きな歩留向上は得られ
ない。

【０００６】また、特開昭５７−２０３７２６号公報記
載の方法では、表層部のみが熱過剰となり表層部で過溶
融現象が生じるため通気の悪化となる。ロールフィーダ
のような切り出し方法ではベッド表層部への高炉ダスト
の均一分散が困難なため、焼結ベッドの幅方向に焼けム
ラを起こす。この場合の歩留向上は高炉ダストを散布し
た表層部だけに留まり、全層に対する歩留向上は僅かで
ある。たとえ特開昭６０−１５５６２６号公報記載の方
法と特開昭５７−２０３７２６号公報記載の方法を組み
合わせて用いても熱が表層に集中するだけであり、何ら
表層部以下の層の歩留り向上に繋がらない。

【０００７】従って、これらの方法では歩留りが最も悪
いとされている上層（表層から下方に１５０ｍｍまで）
の歩留りを大幅に改善することは出来ない。この点を改
善するため、上層部が焼成中に酸素を付加した焼結機の
排ガスまたは焼結鉱冷却機の排ガス内に微粉燃料を添加
して、排ガスを微粉燃料と共に焼結ベッドに吸引させる
ことにより、焼結が進行している赤熱帯で前記微粉燃料
を燃焼させ、上層部を一時的に高温にする焼結操業方法
はかなりの効果を上げている。

【０００８】しかし引き続く研究の結果、微粉原料含有
ガスを単にベッドに吸引させるだけでは赤熱帯まで微粉
原料が到達する量は僅かであり、まだ完全に焼結するに
必要な微粉原料に達しないままである。この結果、部分
的に未焼結部あるいは強度不足等が生じることが判り、
更に歩留向上の余地が残されている。

【０００９】本発明はこの欠点を解決する為に成された
もので、生産性は勿論のこと焼結の上層歩留を大幅に向
上出来る焼結操業方法を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、焼結機のパレ
ットに焼結原料を装入した焼結ベッドの表層を凹凸面に
すると共に、上方から下方に吸引される気体中に微粉原
料を混合して焼成することを特徴とする焼結操業方法で
ある。

【００１１】

【作用】本発明者は、焼成初期段階のベッド原料層の上
層部が溶融不足にあり、これを解消するため、単に焼結
機の排ガスによる予熱、あるいは上層に過剰の熱源用高
炉ダスト、粉コークス、無煙炭等の固体燃料の散布をし
ても、所望厚みの上層を充分焼結出来ないことを実験に
よって求めるとともに、この原因は、焼結機の排ガスに
よる予熱では排ガスの温度が１００〜３００℃と低く熱
容量が小さいこと、また固体燃料散布では表層部のみの
熱過剰となり、表層部で過溶融現象が生じるため通気の
悪化となり、上層全体に熱が分散しないことであること
を知見した。更に、微粉原料含有ガスをベッドに吸引さ
せるだけでは赤熱帯まで到達する微粉原料の量は僅かで
あり、まだ完全に焼結するに必要な熱量あるいは粒子組
成に達しないままである。この結果、部分的に未焼結部
あるいは焼結強度不足が生じる。

【００１２】このような知見を元に、上層から微粉原料
含有ガスをベッドに吸引する場合、予め原料上層に凹凸
面を形成した通気孔を無数開けておき、この層に微粉原
料含有ガスを吹き込むことによって微粉を上層に均一に
侵入させて焼成し、焼結鉱の歩留、生産性を向上させる
方法を発明した。以下、これについて微粉原料として微
粉コークスを用いる場合を例に説明する。

【００１３】上層部全体を効果的に焼結させる方法とし
ては、原料層中の粉コークスが燃焼中に外部から微粉コ
ークスを添加する方法が最も良い。この理由は、焼結は
本来原料層を一時的に１３００℃以上の高温域にしてな
されるものであり、短時間で高温域をつくり短時間で冷
却するのが望ましいためである。さらに、微粉コークス
を上層部全体に分散させるためには、原料層に凹凸面を
形成する必要がある。これは、微粉燃料含有ガスをベッ
ド上層からベッド層内に吹き込んだ場合は、表層の０〜
４０ｍｍ内に大部分の微粉が堆積し、４０ｍｍより下層
には微粉がほとんど到達しないからである。従って、微
粉燃料含有ガスをベッド上に吹き込む前にベッド上に例
えば凹凸面として無数の孔を開けておき、その後に微粉
燃料を吹き込むことで、微粉がベッド上に無数に開けら
れた孔を通過してさらに下層深く侵入していく。この結
果、上層部全体に粉コークスが行き渡り、上層を均一に
焼成し、焼結鉱の歩留、生産性を向上させる。

【００１４】凹凸面がない場合には微粉が上層の０〜４
０ｍｍの部分に集中するためこの部分が過溶融となり、
通気阻害を起こし、逆に粉コークスの燃焼不足で歩留を
悪化させる。しかし、前記のように原料層に凹凸部を設
けることで微粉が上層部全体に行き渡り、均一な焼結が
可能となる。

【００１５】凹凸面の凹部の直径は、あまり小さすぎる
とその部分に微粉燃料が目詰まりし、燃焼に寄与しな
い。また、凹部の深さが浅い場合は微粉燃料の侵入深さ
が小さく、逆に深い場合には微粉燃料が熱としてほとん
ど効果のない下層部まで達する。凹部の総断面積も少な
すぎると均一分散が出来ないし、逆に大きすぎると原料
層が高密度化して通気を阻害する。実験の結果、通気孔
の直径は４ｍｍ以上、深さは１０〜６０ｍｍ、通気孔の
総断面積は原料表面積に対して５〜３０％が最適である
ことが判明した。また、凹凸面の横断面形状は三角、四
角、丸等、あるいは格子溝といったどんな形でも良い。

【００１６】原料表面を凹凸状態にする方法としては、
例えば図４（ａ）に示すように円筒の外周に多数のピン
２１を持つピンローラー２０が焼結ベッド４の移動と共
に回転し、ピン２１が焼結ベッド４に刺さることでピン
２１と同じ形状の凹面を無数につける等の機械的な方法
や、図４（ｂ）のように下側に多数の孔を開けた気体吐
出管２２をベッド４の上方に設置し、圧縮気体を管２２
内から管２２外にタイマー２３を使って間欠的に吐出さ
せ、気体の吐出圧力によってベッド４表面に凹凸面をつ
ける方法がある。後の方法で気体が当たらないベッド４
表面は、そのままの状態で変化がないので凹面に対して
凸面となる。

【００１７】微細な固体燃料の添加は、微粉燃料を気体
中に浮遊させ、気体と共に焼結原料層へ吸引させて行
う。吸引された気体中の微粉燃料は、表層部の原料中粉
コークスが燃焼して赤熱帯が表層にある場合は、赤熱帯
の融液にトラップされるため表層で燃焼して表層部の原
料層温度を昇温させる。赤熱帯が上層の中間位置にある
場合は、すでに焼結が完了した表層部では微粉燃料はト
ラップされず、その部分を予め開けていた凹面の通気孔
を通過して下方にある赤熱帯でトラップされる。このこ
とから、赤熱帯が上層の中間にある場合には微粉燃料は
すでに焼結が完了している表層部を通過して粉コークス
が燃焼している赤熱帯まで到達する必要があり、粉体の
粒径が制限される。これは実験によって５００μ以下で
あれば十分到達することを確認した。

【００１８】トラップされた微粉燃料は赤熱帯で瞬間的
に燃焼するため、赤熱帯は一時的に高温となる結果、未
焼結であった原料部分も加熱され焼結される。微粉燃料
を吹き込むのは、焼結が熱不足のために完全に行われて
いない上層部の焼結原料層が焼成しているタイミングが
最も良い。ここで、焼結原料の上層部とは表層から下方
に１５０ｍｍまでを表し、好ましくは１００ｍｍ以下で
ある。この層厚は焼結機の前半に相当する。

【００１９】通気孔を形成する凹凸面を作る位置は、微
粉燃料を添加する前の点火炉前か後のいずれでも良い。

【００２０】次に、微粉燃料の具備すべき条件を述べ
る。

【００２１】微粉燃料は焼結完了層を通過する必要があ
り、焼結完了層にトラップされない粒子径、すなわち前
述のように５００μ以下の粒径であれば良い。また、ト
ラップされないように粘着性がないこと、水分を含んで
いないことが必要である。水は微粉の粘着性を増すばか
りでなく、粉コークスが燃焼する場合に燃焼温度を下げ
るので、無い方が良い。この解決方法として、比較的高
温である焼結機の排ガスまたは焼結鉱冷却機の排ガス
を、微粉燃料輸送および吹き込み用として使用する。す
なわち、これらの高温排ガス中に粉体を添加して粉体含
有ガスとし、粉体を輸送し、吹き込むことで輸送中に微
粉燃料中の水分を蒸発させ、水分を無くす。また、この
ような排ガスを使用することにより微粉燃料が予熱さ
れ、微粉燃料の燃焼を促進する効果もある。これに使用
する排ガスは、微粉燃料の水分を蒸発するに必要な温度
１００℃以上であれは良い。また、使用する微粉燃料の
種類としては、粉コークスのような高カロリーの粉体が
最適であるが、無煙炭、カーボンを含む高炉ダストを用
いることも出来る。

【００２２】更に本発明は、固体燃料を急速燃焼させる
ため支燃剤として酸素を添加する。通常焼結機の排ガス
は酸素分圧が低く、燃料が燃焼しにくいからである。ま
た、固体燃料は燃焼速度が遅いので、これを速くするた
め微粉燃料含有ガス中に酸素を添加して燃焼の促進を計
る。

【００２３】次に、微粉燃料の最適添加量と微粉燃料含
有ガス中酸素分圧について述べる。

【００２４】焼成初期段階のパレット原料層の上層部が
焼結する間に回収ガス中に酸素と微粉燃料を添加して回
収ガス中の酸素分圧を２３％以上に上げ、さらに微粉燃
料を焼結機に供給する焼結原料当たり０．０５〜０．５
重量％とすることにより焼結歩留と生産性が向上する。

【００２５】図３に示すように、回収ガスと共に原料中
に添加する微粉コークスの量が少なすぎる場合は歩留の
向上はほとんどないが、焼結原料に対して０．０５重量
％以上添加することで大幅な歩留向上が得られる。ま
た、添加量が０．５重量％超では歩留の向上は飽和す
る。この場合、歩留を大幅に向上させるためには少なく
とも酸素濃度が２３％必要であり、これ未満では粉コー
クスの燃焼が充分でなく歩留向上は少なくなる。

【００２６】図２に上層１００ｍｍ、中層２００ｍｍ、
下層２００ｍｍの各層が焼成されている時に、２３％の
酸素濃度で温度２００℃、微粉コークス０．１重量％
（焼結原料１トン当たり）を含む回収ガスを吸引した場
合の層全体の歩留向上量を示した。図２から明らかなよ
うに、微粉コークス含有ガスの吸引タイミングは上層１
００ｍｍ焼成時が良く、中層２００ｍｍ、下層２００ｍ
ｍではあまり歩留向上はないことがわかる。この理由
は、通常の焼結法では中層、下層の歩留が８０％以上で
あるのに対して上層歩留が６０％と低く、中層、下層で
は粉体含有ガスの効果が殆ど発現しないためである。

【００２７】以上は微粉燃料の添加について述べたが、
微粉燃料と石灰・鉱石粉の混合あるいは石灰と鉱石粉の
混合物も可能であり、これらについて以下に述べる。

【００２８】上層部全体を効果的に焼結させる方法とし
ては、原料層中の粉コークスが燃焼中に外部から融点降
下剤を添加する方法が最も良い。この理由は、焼結は本
来原料粒子表面を一時的に部分溶融化させ粒子と粒子を
結合するものであり、短時間で粒子表面が溶融化し、短
時間で固化することが望ましいからである。逆に、長時
間溶融状態にさらしていると粒子全体が溶融して多量の
融液層を作り、ガスの通気を悪化させる。

【００２９】原料粒子表面だけを短時間で溶融させるた
めには、粒子表面の融点を下げるとともに、粒子表面に
熱を与えることが効果的である。

【００３０】これらの最も良い手段は、原料中の粉コー
クスが燃焼中に、微細な粉体の融点降下剤を気体中に浮
遊させ、気体とともに焼結原料層へ吸引させることであ
る。吸引された気体中の融点降下剤は、表層部の原料中
粉コークスが燃焼して赤熱帯が表層にある場合には、赤
熱帯の融液にトラップされるため、表層にて融点降下剤
が原料粒子の表面に付着する。付着した融点降下剤は粉
コークスの燃焼熱で加熱され、融点降下剤の主成分であ
るＣａＯが溶融し、原料の主成分であるＦｅ₂Ｏ₃と混
合し低融点化合物をつくる。この結果、原料粒子の表面
は低融点化し、粒子内部にはＣａＯが侵入しないため融
点降下は起こらない。従って、原料粒子の表面では溶融
が容易におこり粒子同士が結合する。一方、原料粒子内
部は溶融しないので、ガスの通気阻害となる原料層の過
溶融現象は発生しない。この様な状態で粒子表面部での
溶融結合ができ、理想的な焼結が形成される。

【００３１】また、赤熱帯が上層の中間位置にある場合
は、すでに焼結が完了した表層部では融点降下剤はトラ
ップされず、その部分を予め開けていた凹面の通気孔を
通過して下方にある赤熱帯でトラップされる。トラップ
された融点降下剤によって赤熱帯部にある原料粒子表面
部が低融点化合物をつくり、一時的に溶融する。この結
果、未焼結であった原料部分も溶融し焼結される。

【００３２】また、焼結原料中には主成分であるＦｅ₂
Ｏ₃の他にＳｉＯ₂、ＣａＯが原料処理段階で既に添加
されており、焼結原料層中では部分的にＦｅ₂Ｏ₃、Ｓ
ｉＯ₂、ＣａＯが互いに付着し合っている。これらの部
分は融点が低いが、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＣａＯが単
一成分としてある場合は融点が高い。このような部分に
回収ガスと共に供給された異成分を含有する融点降下剤
を赤熱帯部で付着・トラップさせ、多成分化して低融点
化するので、この結果全体が低融点化し、均一に焼結さ
れ、歩留が大幅に向上する。

【００３３】次に、粉体の具備すべき条件を述べる。

【００３４】焼結原料の主成分はＦｅＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、
ＳｉＯ₂、ＣａＯであり、使用する融点降下剤はこれら
の物質と低融点化合物を作るものであれば何でも良い。
具体的には、Ｆｅ、ＣａまたはＳｉの化合物を単体また
は混合物として含んだもので、例えば石灰石、生石灰、
珪石、鉄鉱石、スケール、鉄、焼結ダスト、蛇紋岩があ
る。

【００３５】更に本発明は、融点降下剤を急速加熱する
方法として、前述した微粉燃料を融点降下剤と共に粉体
含有ガス中に添加させることで、赤熱帯にて直接融点降
下剤を微粉燃料にて加熱・溶融させる。この方法は融点
降下剤の溶融を促進するので、融点降下剤が流動化して
原料粒子表面に隈なく分散出来、粒子同士の結合量を増
加させる。この結果歩留が大幅に向上する。

【００３６】次に、粉体の最適添加量と微粉燃料の添加
効果について述べる。

【００３７】焼成初期段階のパレット原料層の上層部が
焼結する間に、回収ガス中に生石灰、珪石または石灰石
を単一あるいは混合して焼結原料当たり０．０１〜０．
４重量％（全焼結原料に対する割合）以下添加すること
により、また微粉鉄鉱石を焼結原料当たり０．０１〜
０．８重量％（全焼結原料に対する割合）以下添加する
ことにより、またこれらを全部組合せ用いることによ
り、焼結歩留りと生産性が向上する。

【００３８】前述の添加する粉体種類の組合せは一例で
あり、成分がＦｅＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＣａＯ等
かこれらの化合物を含んでいる物であればどの様な組合
せを用いても効果を発揮する。

【００３９】以上のように、回収ガスと共に原料中に添
加する生石灰、珪石、微粉鉄鉱石および石灰石の量が
０．０１％以下では赤熱帯に到達する粉体がほとんどな
く、歩留は向上しないが、０．０１〜０．４重量％（微
粉鉄鉱石は０．８重量％以上）では粉体が充分に確保出
来るため歩留は粉体添加量と共に向上する。しかし、
０．４重量％以上（微粉鉄鉱石は０．８重量％以上）で
は歩留向上は漸近するので、これ以上粉体を添加するこ
とは好ましくない。

【００４０】また、融点降下剤と共に微粉コークスを原
料中に添加することにより歩留りの向上は増大する。特
に、石灰石のように高温で吸熱（ＣａＣＯ₃分解熱）反
応を起こす物質に用いた場合効果が大きい。これは吸熱
量を微粉コークス燃焼熱で補うためである。

【００４１】また、融点降下剤と共に微粉燃料を用いる
場合は、支燃剤として酸素を回収ガス中に添加しても良
い。

【００４２】

【実施例】本発明の実施例について以下説明する。

【００４３】図１は本発明を実施するための焼結機の略
側面図である。

【００４４】装入ホッパー７で供給された焼結ベッド４
上の原料層は、点火炉５のバーナー６にて表面に着火さ
れる。着火直後にピンローラー２０にて原料表層に通気
孔が開けられる。開孔によって凹凸面となった原料層に
は、酸素分圧を演算器９を介して２３％に調節した微粉
原料含有ガスが吹き込みフード１２にて吹き込まれる。

【００４５】この場合に吹き込まれる微粉原料の一種で
ある微粉燃料は、微粉燃料ホッパー１３から微粉燃料供
給量が一定値（例えば０．１％）になるように演算器１
５を介して微粉燃料流量調整弁１４によって調整され
る。粉体ホッパー１７内の生石灰、鉄鉱石等の粉体吹き
込み量も、同様に粉体量が一定値になるように演算器１
９を介して粉体流量調整弁１８によって調整される。

【００４６】通気孔を開けるピンローラー２０は円筒状
のローラーで、その周囲に棒状のピンが無数取り付けら
れている。このピンローラー２０の外周速度は焼結ベッ
ド４の速度と同一速度で回転する。

【００４７】通気孔を開ける装置はピンローラーでなく
ても良く、例えば剣山状に棒を取り付けた平板をスタン
プのように上下に運動させても良い。

【００４８】吹き込みフード１２の長さは、原料層の上
層部（０〜１５０ｍｍ）が燃焼終了地点の焼結ベッド４
長さまでとし、複数個に分割してもよい。

【００４９】図１に示した焼結器を用いて操業した結果
を表１に示す。

【００５０】

【表１】

【００５１】従来法による成品歩留は８４％であった
が、これに対して本発明法の場合は成品歩留８６％と大
幅に向上し、しかも生産性も向上していた。

【００５２】

【発明の効果】本発明の方法により、成品歩留を大幅に
向上させることができると共に、生産性をも向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための焼結機の略側面図であ
る。

【図２】微粉コークス含有ガスの吸引タイミングと成品
歩留向上量の関係を示す図である。

【図３】微粉燃料含有ガス中微粉コークス量と成品歩留
向上量の関係を示す図である。

【図４】焼結ベッドへの凹凸面付設方法を示す図であ
る。

【符号の説明】

１主排風機２主排気煙道３風箱４焼結ベッド５点火炉６バーナー７装入ホッパー８酸素濃度計９演算器１０酸素流量調整弁１１酸素流量計１２吹き込みフード１３微粉燃料ホッパー１４微粉燃料流量調整弁１５演算器１６回収ガス１７粉体ホッパー１８粉体流量調整弁１９演算器２０ピンローラー２１ピン２２気体吐出管２３タイマー２４オン−オフ弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼結機のパレットに焼結原料を装入した
焼結ベッドの表層を凹凸面にすると共に、上方から下方
に吸引される気体中に微粉原料を混合して焼成すること
を特徴とする焼結操業方法。