JPH062912B2 - 製錬炉装入原料の事前処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は製錬炉、特に高炉に装入する原料の事前処理方
法に係るものであり、更に詳しくは、湿潤状態にある鉱
石、ペレットの乾燥を焼結鉱の顕熱を利用して行い、熱
エネルギーの有効利用を図るとともに、不必要に焼結工
程に送られる鉱石類を少なくして、焼結工程でのエネル
ギー消費をも節減する製錬炉装入原料の事前処理方法に
関する。

（従来の技術） 鉄鉱石の還元による鉄製造法としては種々のプロセスが
あるが、現在、最も多く用いられているのは高炉法であ
る。高炉法は炉上部より原料を装入し、炉下部から送風
を行い、炉内を降下する装入物と、上昇する高温ガスと
の間において熱交換および溶解を伴う還元反応を生じせ
しめて、銑鉄を製造する堅型の向流移動層による製錬法
である。炉の大型化に伴い炉頂部から装入する原料装入
物には高い強度が要求され、また、塊状装入物の中の細
粒の割合を少なくすることが、炉の安定操業上必要とさ
れている。

第１図は、高炉に装入される主原料（鉄源）の種類別の
流れを大まかに示したものである。図示のとおり、鉱山
側で掘り出された鉱石（その一部はペレットにされるこ
ともある）は、分級されて所定粒度以上のものは塊鉱
（およびペレット）、それ以下のものはインターフィー
ド鉱とペレットフィード鉱に分けられて製鉄所へ輸送さ
れてくる。製鉄所側では、塊鉱（およびペレット）を更
に篩により分級して、篩上の塊鉱石類が高炉用装入物と
して直接使用されている。他方、篩下の鉱石類は焼結処
理又はペレタイジング処理により塊成化された後に高炉
用装入物として使用されている。

ここで重要な点は鉱石類の粒度の下限管理であるが、下
限値は次の理由により、鉱石類の種類毎に異なってい
る。幾多の経験と実績によれば高炉の安定操業のために
は、塊鉱石又は塊成鉱の粒度下限値は概ね４mm程度とさ
れており、焼結鉱の場合では、高炉前における成品分級
の篩目は４〜６mm程度に設定されている。これに対し
て、鉱石およびペレットの場合には８〜10mm程度とされ
ており、これは鉱石およびペレットの場合、含水状態に
よる篩効率の低下に対して、篩目の拡大により対処して
いるためである。即ち、焼結鉱は高炉の比較的近くにお
いて製造されるため、乾燥状態を維持しており、４〜6m
mの篩目によって分級した場合においても篩目の目詰り
あるいは塊鉱への粉の付着は発生せず、篩上物産中に細
粒が混入しない完全な分級が可能である。これにに対し
て、鉄鉱石およびペレットは山元からの出荷状態あるい
は入荷後のヤードにおける管理状態に大きな影響を受け
て含水状態となっており、これを４〜6mmの篩目により
分級した場合には、篩の目詰りや塊鉱への粉の付着が発
生しやすく、篩上産物には４mm以下の細粒が混入しやす
くなる。従って、含水状態にある鉄鉱石あるいはペレッ
トは、やや粗い目の８〜10mmの篩目を有する篩で分級
し、篩上産物への細粒の混入を防止しているのである。

（発明が解決しようとする問題点） 上記の理由により、本来ならば直接的に高炉に装入可能
な４〜８mmの粒径を有する鉱石あるいはペレットも、従
来は焼結鉱のような塊成化処理用の原料として使われて
きた。この場合には、当然のことながら不必要な焼結処
理エネルギーを余分に消費することになる。この点に関
し、発明者らは既に、結晶水含有率が2.0重量％以上の
鉄鉱石を焼結鉱製造等の床敷用として使用する方法およ
び、４〜６mmの篩にて分級した篩上鉱石類を焼結鉱製造
時における床敷鉱石として使用する方法を開発し、焼結
鉱製造エネルギーの低減効果を確認している。（特願昭
61-273176号、同61-273178号。） ところで、高炉に装入する鉱石に予め乾燥処理を施した
後、分級を行えば、焼結鉱並みに４〜６mm以上の鉱石を
細粒の混入を伴うことなく高炉に装入することは可能で
ある。しかし、この場合には大規模な乾燥処理設備なら
びに分級処理設備を必要とし、経済的には塊成化処理を
施したものと同程度の費用を必要とする。

本発明は、稼働中の焼結設備、特にそのクーラーとこれ
に付設されている分級装置とを活用すること、並びに焼
成後の高温の焼結ケーキの排熱を前記高炉装入用鉱石の
乾燥に利用することに着眼し、大規模な処理設備の新設
或いは処理エネルギーの増大を伴わずに、前記のような
不必要な焼結対象鉱の削減をはからんとするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、「焼結機の焼成ストランドを出て破砕された
高温焼結鉱（焼結ケーキ）に鉱石または／およびペレッ
トを投入し、焼結機クーラー部において上記高温焼結鉱
と投入された鉱石等との混合物を冷却し、その後篩によ
る分級を行って篩上産物を製錬炉装入用に、篩下産物を
焼結原料用に仕分けることを特徴とする製錬炉装入原料
の事前処理方法」をその要旨とする。

一般に焼結鉱の製造においては第２図に示されるような
ドワイトロイド型（以下、ＤＬ型と称する）焼結機が広
く使用されている。ＤＬ型焼結機では大部分が10mm以下
の鉄鉱石、石灰石、焼結返鉱、粉コークスからなる原料
７を配合した後、ミキサー８にて混合造粒し、サージホ
ッパー２に貯える。そして、連続無端で移動するパレッ
ト４に別途事前に装入された床敷鉱１の上に、焼結原料
7-aは装入される。その後、この装入原料は表面に点火
炉３により点火された後、原料層下部に位置する風箱群
９により吸引送風され、焼結ストランド上において焼成
される。

焼成を完了した焼結ケーキ13は排鉱端５において排鉱さ
れ、クラッシャー14にて破砕された後、クーラー11に投
入される。この時の焼結ケーキの平均温度は概ね500〜6
00℃程度である。クーラー11は焼成ストランドと同様
に、連続無端の直線又は円形の移動床型で、下方に設け
られた風箱群10から押込み又は吸引により送風を行い、
焼成ケーキを概ね200℃以下に冷却する。冷却された焼
成ケーキは次に分級装置（整粒篩）６へと搬送される。
この整粒篩は４〜６mm程度の篩目を有しており、篩上産
物の大部分は高炉へ搬送され、一部は焼結用床敷鉱とし
て循環使用され、篩下産物は返鉱と称して再度焼結原料
として使用される。

なお、クーラーには、種々の形式のものがあり、前述の
如く、直線又は円形の移動床型のものの他に、堅型の向
流または並流移動層を利用し、冷却用ガスと焼成ケーキ
との熱交換により、冷却を行わせる方式等がある。本発
明は、これらのクーラーの形式を問わずいずれにも適応
できる。

本発明法では焼結機のストランドの排鉱端５とクーラー
11の入口部との間に高炉装入用の原料鉱石類（ペレット
または鉱石、或いは鉱石とペレットとの混合物。以下、
単に「鉱石」という）12を投入する。このような操作に
より、破砕された高温状態の焼結ケーキ13と常温の鉱石
12とは何ら特別な操作を行わなくても混合された状態で
クーラー11の内部に入る。クーラー内においては移動床
の下部に位置する風箱群から吸引または押し込みによ
り、送風が行われるので焼結ケーキは冷却され、鉱石は
焼結ケーキの排熱により昇温される。この場合に、焼結
ケーキと鉱石との温度差はクーラーの排鉱端に近づくに
つれて次第に縮まり、全体としては均熱化されながら冷
却が進行するので、クーラー排鉱部においては、焼結ケ
ーキと鉱石との混合物としての平均温度が概ね200℃程
度となるように送風条件を定める。

上記により明らかなように、鉱石は特別な乾燥装置を要
せずに十分に乾燥される。その結果、鉱石粒子表面に付
着していた細粒もしくは微粉は鉱石から分離した状態と
なって整粒篩６に搬送される。従って、焼結ケーキと鉱
石の混合物は４〜６mmの篩により、効率良く分級され、
篩上産物中における４mm未満の粒径の細粒は著しく減少
するのである。

このようにして得られた篩上産物は高炉、および一部は
焼結用床敷ホッパーへと搬送され、篩下産物は返鉱とし
て焼結工程へ送られる。

焼結ケーキに投入する鉱石には望ましい粒度範囲があ
る。即ち、元来そのまま高炉に装入できる粒径の大きな
鉱石をクーラーに投入することはできるだけ避けるべき
である。例えば、粒径８mm以上の鉱石はそのまま高炉に
装入できるものであるが、これをクーラーに入れると、
温度の上昇による崩壊、いわゆる熱割れをおこし、これ
が搬送により発生する割れに加わり細粒の増加を招く。
従って、８mmの篩により分級の可能な８mm以上の鉱石
を、分級効率向上を目的とした乾燥のために、クーラー
に投入することは得策ではない。即ち、本発明の方法を
実施する場合でも、従来行われている８mm程度の篩によ
る分級を行い、望ましくは８mm以上のものを20％以下に
して焼結ケーキに混合すべきである。

他方、投入鉱石中における４mm以下の細粒の割合が増加
すると、クーラー内において、焼結ケーキおよび鉱石か
ら成る層の通気抵抗が増大し、冷却に必要な送風量を確
保するための所要電力が増大して不経済となる。クーラ
ーの後に置かれる整粒篩は、通常４mmの篩であるから、
これより小さい粒径の鉱石は、乾燥されても結局篩下と
なって焼結工程に送られるだけである。かかる理由か
ら、焼結ケーキに投入する鉱石は、４mm以下の細粒分を
できるだけ除外（望ましくは40％以下に）しておくのが
よい。なお、最近の高性能分級機によれば、湿潤鉱石で
も４mm分級で篩上産物中への微粉鉱石の混入を30％程度
に抑えることができるから、このような分級機にかけた
後の鉱石を焼結ケーキに投入することが推奨される。

現在の実操業面からみれば、問題があるのは４〜８mmの
大きさの湿った鉱石である。この鉱石は、元来高炉に装
入できる４mm以上の鉱石と、これに付着した微粒鉱石と
から成っていて、そのまま高炉に装入すると微粒鉱石に
よる通風性の悪化等の問題が生じる。本発明方法によれ
ば、かかる湿った鉱石が焼結ケーキの熱で効率よく乾燥
され、本来の４mm以上の鉱石と微粒鉱石とに分離されて
クーラーの後の整粒篩で高炉に装入するべきものと、焼
結工程に送られるものとに正しく分離されるのである。

以上の説明から既に明らかなことであるが、本発明によ
れば、従来大きめの篩（８mm目）で分級されて焼結工程
に送られていた篩下産物のうち、元来高炉装入に適する
鉱石（４mm以上）が、乾燥後に分離されて高炉装入に回
されるから、焼結対象原料を不必要に増加させることが
なくなる。しかも、上記の乾燥は、焼結ケーキの顕熱を
利用して行われるから余分のエネルギーを必要とせず、
むしろ、焼結ケーキの冷却効率が向上する。

仮に、湿潤鉱石の乾燥を専用の設備を用いて行い、本発
明方法と同じ目的を達成しようとすれば、設備新設のコ
ストに膨大な熱エネルギーのコストが加算されることに
なる。

（実施例） 直線パレット移動型のＤＬ焼結機を用いた第２図に示さ
れる設備にて本発明を実施した。

焼結機およびクーラー部の仕様を第１表に、投入鉱石の
条件を含めた本発明法の実施条件を第２表に示す。

第２表に示すように、従来法、本発明法ともにクーラー
の後の整粒篩の篩上産物（高炉送り成品）量が600t/hに
なるように設定した。従来法では湿潤鉱石60t/hを含む6
60t/hの原料を焼結機に装入し、本発明法では、焼結機
装入原料を600t/hとして湿潤鉱石60t/hをクーラー入口
に投入した。なお、いずれも場合も焼結原料中の返鉱は
除外している。また、600t/hの原料が高炉送り成品とし
て600t/hになるのは、およそ60t/hの量は焼結工程での
石灰石の分解（CO₂としてガス化）等によって失われる
からである。

投入鉱石としてはハマスレー鉱を使用し、４mm以下、４
〜８mmおよび８mm以上の重量割合を各々調整することに
より、粒度分布の異なる試料を作成して実施に供した。
実施結果を第３表にまとめて示す。

従来法に比較して、本発明法１においては、焼結消費電
力が18.2MWから17.7MWへと低下し、焼結用粉コークス量
も29.8t/hへと低減しており、本発明法の適用による効
果が確認された。

そこで、次に投入鉱石の粒度分布を変更して同様の試験
を実施した。本発明法２では鉱石中の４mm以下の重量割
合を58％から40％に低減させ、本発明法３においては40
％から更に20％へと低減させた。尚、この場合に８mm以
上の重量割合は２〜４％でほゞ一定とし、４〜８mmの重
量分布が変化するような粒度の変更方法を採用した。そ
の結果、４mm以下の重量分率が40％の場合には焼結消費
電力は16.6MWに、焼結用粉コークス量は26.8t/hへとそ
れぞれ低下し、更に、４mmの重量分率が20％の場合には
15.8MWおよび25.9t/hへと一層の低下がみられた。

ところで、鉱石中の４mm以下の割合の低減に伴う消費電
力および粉コークス量の低減効果は本発明法１から２、
さらに３と変化するにつれて減少していることにより、
実用的には４mm以下の割合は40％以下が望ましい範囲と
判断される。

次に、鉱石中の８mm以上の重量割合を変更させて同様の
試験を実施した。８mm以上の割合が４％から20％、更に
は86％へと増加した場合には、焼結消費電力は15.8MWと
一定で推移し、粉コークス量は25.9t/h、26.0t/h、26.4
t/hなる値を呈した。即ち、鉱石中の８mm以上の重量割
合が20％を超えても消費エネルギーの低減効果は殆どみ
られなかった。従って、経済的効果も考慮することによ
り、８mm以上のものの重量割合としては20％以下が望ま
しい範囲と判断される。

更に望ましくは、鉱石粒度分布のこれら上下限を同時に
満足する条件、即ち８mm以上の割合が20％以下で、か
つ、４mm以下の割合が40％以下の粒度分布に調整された
鉱石を投入する場合において、本発明の効果は最も大き
く現れる。

（発明の効果） 以上、本発明を主に高炉製鉄用の鉱石を例にして説明し
た。しかし、本発明方法は、高炉製鉄法に限らず、湿潤
状態にあって分級が困難な鉱石類を原料のひとつとし、
焼結工程を伴う全ての製錬プロセスにおいてその原料処
理に利用できる。そして、本発明方法によれば、装入鉱
石の乾燥および分級処理が経済的に行われ、しかも、焼
結プロセスでのエネルギーと副原料（粉コークス）の低
減効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、高炉装入用鉱石類の山元から製鉄所までの取
扱いの概要を示す図、 第２図は、ドワイトロイド型焼結機を含む本発明方法を
実施する設備の模式図、である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】焼結機の焼成ストランドを出て破砕された
   高温の焼結鉱に鉱石または／およびペレットを投入し、
   焼結機クーラー部において上記高温焼結鉱と投入された
   鉱石または／およびペレットとの混合物を冷却し、その
   後篩による分級を行って篩上産物を製錬炉装入用に、篩
   下産物を焼結原料用に仕分けることを特徴とする製錬炉
   装入原料の事前処理方法。
2. 【請求項２】高温の焼結鉱に投入する鉱石または／およ
   びペレットを予め分級し、その粒子径８mm以上のものま
   たは／および粒子径４mm以下のものの割合を少なくして
   おくことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の処理
   方法。