JPH0643618B2

JPH0643618B2 - 多段点火式焼結方法

Info

Publication number: JPH0643618B2
Application number: JP60199063A
Authority: JP
Inventors: 和正加藤; 駿佐藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-09-09
Filing date: 1985-09-09
Publication date: 1994-06-08
Anticipated expiration: 2009-06-08
Also published as: JPS6260828A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、多段点火式焼結法における成品焼結鉱の強度
改善のために、原料成分調整または供給ガスの酸素濃度
を調整する焼結方法に関する。

（従来の技術）従来より、一般に、粉状鉱石の塊成化法としてＤＬ（ド
ワイトロイド）型焼結機が用いられてきた。これは、第
１図に略式説明図で示す如く、焼結ストランド１の回り
を周回回動せしめられる多数のパレット２上に、ホッパ
ー３、４からそれぞれ床敷鉱、焼結原料を順次供給し、
点火炉５を通過する過程でこの焼結原料の表面に点火
し、パレット移動帯域の下側に排した各風箱６からブロ
ワー７で吸引することによって原料上方から下方に空気
を流通させ、パレット２が排鉱端（図中、焼結ストラン
ドの右端）に向かう間に原料の焼成を上方から下方に向
けて進行させ、そして排鉱端直前にて焼成を完了して塊
成化した焼結鉱を得る方法である。

このときの焼結の進行状況は第２図に示す通りで、参照
番号８は原料帯を示し、斜線部分は焼結反応帯９を、さ
らに焼結反応帯上に位置する参照番号10は焼結完了帯を
示している。原料には燃料として所定量の粉コークス、
高炉ダスト、スケール等の固定炭素（以下、F.C.と称
す）、金属鉄（以下、Feと称する）、FeO 成分が予め配
合されており、点火炉で点火後、上方よりO₂濃度21％の
空気を通気せしめて原料中のF.C.、Fe、FeO 成分を下記
〜式のごとく酸化させ、この反応熱により鉱石の溶
融焼結を行っている。焼成排ガスは風箱を通して排気さ
れるが、焼結機において風箱とパレットのすき間、パレ
ット継目並びに原料とパレットのすき間等から酸化に利
用されることなく吸引される漏風が存在しこれらが合わ
さって主排ガスを構成している。

C ＋1/2 O₂→CO…… C ＋O₂→CO₂…… Fe＋1/2 O₂→FeO …… 3FeO＋1/2 O₂→Fe₃O₄…… この場合、真の焼成排ガス、つまり風箱直下の排ガス量
は主排ガスの70％程度、漏風の主排ガスの30％程度であ
る。また焼成ガスのO₂濃度は12％程度で漏風も含んだ主
排ガスのO₂濃度は15％程度である。

しかし、酸素濃度がこの程度の焼成ガスは未だ原料中の
F.C.、Fe、FeO を酸化燃焼させるだけの酸化力を保持し
ており、従って排ガスの再利用が望まれる。

排ガス再利用技術の一つとして、雑誌「鉄と鋼」、Vol.
69、No.4、p. 72に例示されるような、排ガスの焼結ス
トランドへの循環技術が従来より実施されている。これ
はストランド後半の排ガスを抽気しこれを再度ストラン
ド前半の原料表面に吹き付けて焼成ガスとして再利用を
図るもので、大気放散ガス量の低減、窒素酸化物の低
減、さらに排熱回収量の増加等に効果がある。しかし、
かかる場合にあっても焼結層内で起こるコークス等の酸
化燃焼および焼結反応自体は、第２図に示す従来の焼結
法と同様である。

このため焼結進行速度の増加による生産性向上効果は達
成できない。排ガスを再度焼結反応促進に利用し、かつ
焼結進行速度を速めるためには、第３図に示すように原
料層内で焼結反応を同時多発的に進行させる必要があ
り、このため具体化方法として特開昭47−26304 号に多
段点火式焼結方法が提案されている。第３図中、参照番
号は第２図のそれらに同じである。この方法は、原料供
給装置および点火炉をパレット進行方向に位置をずらし
て複雑個設け、供給された各々の原料表面に順次点火せ
しめて、焼結反応を同時多発的に進行させるもので、こ
の操作により排ガスの再利用と見掛焼結速度の大幅な増
加が可能となり、その結果生産性向上が達成できること
が分かった。

（発明が解決しようとする問題点）このように、ＤＬ型焼結機の改善型として提案されてい
る多段点火式焼結方法は、原料を焼結機の層高方向に順
次多段に積荷すると同時にその都度原料表面に点火せし
め、各層の焼結反応を同時多発的に進行させる方法であ
る。この方法は、従来の１段焼結法に比較して、吸引空
気の利用効率が高められることと、見掛焼結速度が増加
することがあいまって、生産効率向上の利点があるとい
われている。

しかしながら、この多段点火式焼結法では、焼結過程に
おいて表面から２段目以降の各層の上方に位置する層よ
り流入するガスは、各層で酸素が消費されるので順次酸
素濃度が低くなり、このため当該原料層中のF.C.、FeO
、Fe成分が過多になると、これらの成分の酸化発熱反
応が不完全な状態に陥り、F.C.、FeO 、Fe成分が多いに
もかかわらず逆に酸化発熱量は低下することとなる。す
なわち、通常、多段点火式焼結法では主排ガス中の酸素
濃度は6Vol％未満、風箱直下の酸素濃度は1Vol％未満と
なり、下層部分では酸化が十分に進行しなくなる。この
結果、層内の温度が低下し、十分な溶融焼結化が達成で
きず、成品焼結鉱の強度劣化を惹起することとなり、こ
れが多段点火式焼結法の欠点であることが判明した。

したがって、多段点火式焼結法では焼結層に含有される
F.C.、FeO 、Fe成分を効率良く酸化させることが肝要
で、本発明の目的とするところはこのための具体的な方
法を提示することである。

（問題点を解決するための手段）多段点火式焼結方法の表面から２段目以降の層に含まれ
るF.C.、FeO 、Fe成分を実質上完全に酸化させるため
に、該当する層の酸化部から排出される風箱(WB)直下の
ガス中の酸素濃度の限界値は1 Vol ％以上であり、も
し、1 Vol ％未満の酸素濃度になるまでF.C.又はFeO 又
はFeを増加させると、それらが未酸化物として残存する
ことにより発熱量は減少し、焼結層内の温度の低下とこ
れに伴う強度劣化を惹起することを見い出して本発明を
完成した。

すなわち、本発明の要旨とするところは、原料を焼結機
の層高方向に順次多段に積荷するとともに下向き吸気を
行いながら各原料層表面に点火せしめ、各層の焼結反応
を多発的に進行させる多段点火式焼結方法において、焼
結機からの下向き吸気された排ガス中の酸素濃度を計測
し、かかる計測値が、点火バーナー直下を除く排鉱部寄
りの風箱直下で１％未満となった場合には１％以上とな
るように、または主排ガスで６％未満となった場合には
６％以上となるように、(i) 焼結原料の被酸化成分であ
る固定炭素成分、金属鉄成分またはFeO 成分の濃度を低
減するように調整するか、または(ii)原料層表面から吸
引させるガス中に、酸素濃度が21％を超えるガスを混合
して、この吸引ガス中の酸素濃度を増大させることであ
る。

ここに、上記被酸化成分割合の調整を粉コークスを配合
して行ってもよく、その場合、全層において粉コークス
配合量を変化させてもよいし、また、任意の１または２
以上の層を選択してそれぞれ各層において別個に成分割
合の調整を行ってもよい。

なお、排ガス中の酸素濃度の計測は、WB直下の排ガスで
あっても、あるいは前述の漏風をも含んだ焼結機全体か
ら吸引される主排ガスであってもよい。酸素濃度は、前
者の場合1Vol％以上に、後者の場合6Vol％以上に制御す
る。

このように、本発明によれば、多段点火式焼結方法を適
用した焼結機においては、常時、WB直下の排ガス中酸素
濃度が1 Vol ％未満とならないように原料中のF.C.、Fe
O 、Fe成分を調整するか、または原料層表面から層内を
吸引させる供給ガスのO₂濃度を調整する必要があり、こ
の操作により、F.C.、FeO 、Feの効率の良い酸化と、成
品焼結鉱の強度改善が可能となるのである。

厳密にいえば、２段目以降の各層の酸化を完全ならしめ
るためには、各層の排ガス中の酸素濃度を規制すること
になるが、過剰量の酸素の存在は許容されることから、
本発明にあっては、風箱直下の排ガスあるいは主排ガス
中の酸素量を規制することにより焼結をコントロールし
ようとするのである。

さらにまた粉コークスの配合量の規制についても各層毎
に行うのが好ましいのであるが、コークスの配合を各層
まとめて実施することもあるので全層一律に規制しても
本発明の目的達成には十分である。

（作用）本発明者等は先ず、多段点火式焼結法における強度（JI
S M8712 に開示されるＴＩ値）の劣化傾向をDL型焼結機
（幅1m、長さ20m 、高さ600mm）で調査した。

第４図は、多段点火式原料焼結方法として、層を２分割
した２段式焼結法を適用した場合における、F.C.源であ
る粉コークスの配合率（重量％）と、ＴＩ値との関係を
示すグラフである。このときの原料配合割合、その他の
条件は次の通りであった。また吸引ガスは空気（O₂濃度
21％）を用いた。

ＴＩ値は、焼結完了後の焼結ケーキを予め２分割してサ
ンプルを採取し、それぞれのサンプルについて測定した
データである。図示グラフからも明らかなように、表面
に近い第１段階の層（上層）のＴＩ値は粉コークス配合
率の増加にともなって、一義的に上昇傾向を示すのに対
し、第２段目の層（下層）は、粉コークス配合率が3.5
重量％の点で急激に低下することが明らかである。かか
る傾向は、原料の種類、組成のいかんを問わずほぼすべ
ての場合についてみられることが、一連の試験の結果確
認された。この原因は、上層における粉コークスが吸引
ガスであるO₂濃度21 Vol％の空気により燃焼が進行する
のに比べ、下層における粉コークスは、上方に位置する
層すなわち上層から流入する排ガスで燃焼されるため
で、この排ガスは上層において粉コークスを一旦燃焼さ
せた後の低酸素濃度のガスであるため、下層に流入した
段階では酸素欠乏となり、粉コークスは不完全燃焼の状
態となって燃焼発熱量は低下し、強度が劣化するのであ
る。

この点から言えば、２段点火式焼結では粉コークスの配
合量を3.5 ％（重量）を臨界値として焼結を行えば良い
こととなるが、実際の焼結機の操作では、F.C.含有量の
把握が困難な粉コークス以外のF.C.含有材料（いわゆ
る、雑原料）を、原料として配合する必要があること、
またスケール等から供給されるFeおよびFeO 成分のよう
な被酸化成分がさらに存在するため、限界となるF.C.量
が変化することなる。

しかし、原料層表面から層内を吸引されるガスの酸素濃
度を変化させれば、第５図に示すごとく限界となる粉コ
ークス配合量も変化することとなる。この場合の配合条
件その他は第４図の場合と同一である。したがって、設
定したある臨界値内で粉コークス配合量を調整する方法
は、実際上の観点からは適切とは言えない。すなわち、
その原理から見て、燃焼後の排ガスからのより直接的な
計測情報値により、原料成分中のF.C.、FeO 、Fe量を調
整するか、原料層表面から層内を吸引させるガス中のO₂
濃度を調整するのが適当な方法となる。もちろん両方同
時に調整を行ってもよい。

ここに、第６図は、粉コークス配合率（重量％）と排ガ
ス中酸素濃度との相関を示すグラフである。これは第４
図の場合と同様の条件下で処理したときに得られたもの
であった。粉コークス配合率が3.5 ％に対応する領域で
排ガス中酸素が欠乏し、１種の臨界性を示す。この傾向
により一連の実験の結果、ＷＢ直下の排ガス中酸素が1
Vol ％未満となると未酸化のF.C.、FeO 、Feが多量に残
存し、強度低下をきたすことがわかった。

なお、この方法での最善策は、すでに述べたように、上
段と下段の境界面でのガス計測であるが、実際の焼結機
でこれを実現するのは困難であるため、実用的な方法と
して、本発明にあっては、多段点火式焼結の下段から排
出されるガス、すなわち焼結機のWB直下の排ガスの酸素
濃度を適宜酸素センサーあるいはその他の手段でもって
分析し、この値が焼結機直下のWB内において1 Vol ％未
満とならないように焼結原料に添加するF.C.、FeO 、Fe
成分の配合割合を低減させるか、または原料相表面から
吸引させる供給ガス中に、酸素濃度が21vol%を超えるガ
スを混合することにより、酸素濃度を調整するのであ
る。ここで、重要なのは、排ガス中に酸素が残存してい
れば酸化燃焼は継続されるが、欠乏すれば酸化反応は随
時縮少すので、排ガス中の酸素の残存量は原料成分の酸
化反応の重要な目安となることである。

すなわち、多段点火式焼結法においては、従来の１段焼
結では起こるはずのない焼結層内での酸素欠乏状態が発
生し、これによりF.C.成分の増加にもかかわらず、逆に
焼結鉱成品の強度を劣化する現象が起こるわけで、この
ような劣悪な強度の成品焼結鉱を高炉装入物として使用
するのは高炉操業の安定を乱す恐れがあり好ましない。
従って、この現象の防止が必要不可欠であり、本発明に
あっては、すでに繰り返し述べているように、その手段
として焼結機風箱直下で排ガス中の酸素温度を計測し、
この酸素濃度値が1 ％未満にならないように、原料に添
加するF.C.、FeO 、Fe成分の配合量、例えば粉コークス
の配合量を調整する方法が有効と言える。また、原料成
分の配合割合は一定として、原料層表面から吸引させる
ガス中のO₂濃度を変更させてもよい。

ところで、焼結機では、原料表面への点火操作、層内の
粉コークス燃焼進行および粉コークス燃焼完了後のシン
ターケーキに一部冷却を行うが、この際に最も排ガス中
の酸素が低くなるのは粉コークスの燃焼進行期間であ
る。第６図で示した排ガス中の酸素濃度値は、この粉コ
ークス燃焼進行期間の測定値で、しかもこの間に到達し
た最低濃度値である。

また、本発明法では排ガスO₂濃度の計測場所は点火バー
ナー直下を除く排拡部寄りの風箱直下または主排ガスの
通路であれば特に限定されるものではない。

なお、焼結機の構造、原料配合割合、種類については、
多段点火式焼結が行なえれば特に制限されない。

次いで本発明方法を実施例によってさらに具体的に説明
する。

実施例先ず、本例で使用したDL焼結機について、それを略式断
面図で示す第７図により説明すると、高さ600mm 、幅10
00mmで、原料層を通ってきたガスを排風機17により吸引
するようになっている。そして各々２つの原料装入装置
18、19と点火装置20、21によって構成されており、点火
はコークス炉ガス燃焼バーナーにより行う。次に焼成方
法を述べると、まずグレート12上に床敷鉱（図面省略）
を敷き、次に、層厚300mm 相当分の原料を原料装入装置
18により装入して点火装置20で点火し、点火完了直後さ
らにまた原料を別の原料装入装置19により層高300mm 相
当分装入して同様の点火装置21に点火し、焼成した。ま
た吸引ガス酸素濃度の調整法としては、原料層表面をお
おうフード24を設け、これに空気取入口22と酸素富化口
23を設け酸素富化量を調整して原料層表面供給ガス濃度
をコントロールした。そして中央付近の風箱直下にO₂濃
度センサー25を、主排風機17の入口には主排ガスO₂濃度
センサー26を設けた。

第１表は原料配合例、原料層表面供給ガスO₂濃度、排ガ
ス酸素濃度あるいは成品強度などの試験結果をまとめて
示すもので、また、第８図および第９図はこれらのデー
タをグラフにまとめたものである。図中、番号は実施例
番号を示す。

さらに第２表には上層、下層それぞれ別々に粉コークス
配合量を変更した場合についての試験結果をまとめる。

（発明の効果）これらから明らかとなった本発明法の効果によれば、原
料中のF.C.、FeO 、Fe源である粉コークス、高炉ダス
ト、スケールの配合量が多過ぎたり、また層表面から吸
引する供給ガスのO₂濃度が低すぎた場合、WB直下排ガス
中の酸素濃度が１％未満となり、また漏風も含む主排ガ
スO₂濃度は６％未満となり、成品焼結鉱の強度劣化が起
こるが、これをWB直下排ガス酸素濃度値が１％未満とな
らないようにまたは主排ガスO₂濃度が６％未満とならな
いよう原料中のF.C.、FeO 、Fe含有成分配合量を減少調
整することまたは層表面に供給するガス中のO₂濃度を上
昇させることにより強度は回復し、第８図および第９図
に示すごとく高炉装入物として具備すべきＴＩ≧70％の
条件を満足する成品焼結鉱が得られることが明らかであ
る。ちなみに、本試験結果17例の全平均TIは66.7％であ
るが、臨界O₂濃度以上の試験結果では72.0％であり、逆
に臨界O₂濃度未満の試験結果では60.7％であって、排ガ
スO₂濃度を計測しこれに基づいて原料成分または吸引O₂
％を調整する方法は強度改善において有効であるといえ
る。

なお、上記例にあってはいわば静的条件下で焼結を行っ
たのであったが、本発明における実際的態様であっては
絶えず排ガス組成変化を監視し、O₂濃度が所定値以下に
下ったならば、あらかじめ決定してある量的関係にもと
ずいて原料中のF.C.、FeO 、Fe含有成分を所定量だけ減
量して投入しながら操業を続けるのである。通常この間
の時間遅れは実操業上は無視できる程度である。

本実施例ではF.C.、FeO 、Feの成分調整を粉コークス、
高炉ダスト、スケールによって行っているが、F.C.、Fe
O 、Fe成分を含む物質であればその種類は問わない。た
とえば、石炭を配合していればこれを配合量調整の対象
としても差しつかえない。さらにまた、本実施例では多
段点火式焼結法として２段焼結法を採用しているが、こ
れが２段以上の多段、すなわち３段焼結法、４段焼結法
になったとしても、本発明法では最下位の層からの排ガ
スと等価の焼結機風箱直下の排ガス中の酸素濃度をもっ
て臨界値を規定しているので、その臨界条件である酸素
濃度値は常に有効な値となることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のＤＬ型焼結機の略式説明図；第２図は、１段焼結法における焼結進行状況を示すグラ
フ；第３図は、多段焼結法における第２図と同様のグラフ；第４図は、粉コークス配合率とＴＩとの関係を示すグラ
フ；第５図は、吸引ガス中の酸素濃度が粉コークス配合率と
TIとの関係に及ぼす影響を示すグラフ；第６図は、粉コークス配合率と排ガス中のO₂濃度および
未燃焼F.C.比率との関係を示すグラフ；第７図は、本発明において利用する焼結機の１例の略式
説明図；および第８図および第９図は、実施例の結果をまとめて示すグ
ラフである。１：焼結ストランド、２：パレット３、４：ホッパー、５：点火炉６：風箱、７：ブロワー８：原料帯、９：反応帯 10：焼結完了帯、17：主排風機 18、19：原料装入装置、20、21：バーナー 22：空気入口、23：酸素富化口 24：フード、25、26：酸素濃度センサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料を焼結機の層高方向に順次多段に積荷
するとともに下向き吸気を行いながら各原料層表面に点
火せしめ、各層の焼結反応を多発的に進行させる多段点
火式焼結方法において、焼結機からの下向き吸気された
排ガス中の酸素濃度を計測し、かかる計測値が、点火バ
ーナー直下を除く排鉱部寄りの風箱直下で１％未満とな
った場合には１％以上となるように、または主排ガスで
６％未満となった場合には６％以上となるように、焼結
原料の被酸化成分である固定炭素成分、金属鉄成分また
はFeO 成分の濃度を低減するように調整することを特徴
とする多段点火式焼結方法。
【請求項２】各層の粉コークス配合量を各々別個に変化
させることを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の
方法。
【請求項３】原料を焼結機の層高方向に順次多段に積荷
するとともに下向き吸気を行いながら各原料層表面に点
火せしめ、各層の焼結反応を多発的に進行させる多段点
火式焼結方法において、焼結機からの下向き吸気された
排ガス中の酸素濃度を計測し、かかる計測値が、点火バ
ーナー直下を除く排鉱部寄りの風箱直下で１％未満とな
った場合には１％以上となるように、または主排ガスで
６％未満となった場合には６％以上となるように、原料
層表面から吸引させるガス中に、酸素濃度が21％を超え
るガスを混合して、この吸引ガス中の酸素濃度を増大さ
せることを特徴とする焼結方法。