JPH0742522B2

JPH0742522B2 - 焼結原料の事前処理方法

Info

Publication number: JPH0742522B2
Application number: JP16091889A
Authority: JP
Inventors: 昭二新田; 俊司井山; 紀文藤井; 和夫細見; 卓美深川; 裕昭石川; 行雄小西
Original assignee: 川崎製鉄株式会社
Priority date: 1989-06-26
Filing date: 1989-06-26
Publication date: 1995-05-10
Anticipated expiration: 2010-05-10
Also published as: JPH0328331A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、鉄鉱石などをDL式焼結機に供給して焼結鉱を
形成する際の焼結原料の事前処理方法に関する。

〔従来の技術〕

第17図は従来のDL式焼結機の全体フローシートである。
焼結原料配合槽１には、焼結原料（粉鉱石、石灰石、粉
コークス、生石灰および返鉱など）が収納されており、
配合槽下部に設けられたコンスタントフィーダ２により
定量切出しされた後、ベルトコンベヤ３上で多層積み配
合される。その配合原料はドラム型ミキサ４にて、４〜
５％の水分を添加し、混合造粒される。造粒物は給鉱ホ
ッパ14に搬送され、下部のドラムフィーダ15および給鉱
シュート16を介して焼結機17のパレット18へ装入され
る。その後点火バーナ19にて原料中の粉コークスに着火
し、焼結が進行する。なお、点火バーナ19の手前には、
予熱フード23が配設され焼結クーラ20からの排ガス21が
昇圧ブロア22を介して供給され、排ガス21によって焼結
前の原料を予熱し乾燥させている例もある。

この場合、60μｍ未満の粒子が60％以上であるような、
微粉鉄鉱石（以下PFという）も使用される。

その場合の問題点として、PFを主原料に対し10％以上多
配合使用すると焼結ベッドの通気を阻害し、生産性が低
下する。あるいは通気を改善するためのバインダ（生石
灰、消石灰等）が多量に必要となり、バインダコストが
高騰する等の欠点がある。

上記の問題点を解消するためPF（約60％）と核になる原
料（返鉱または鉄鉱石約40％）をドラム型ミキサまたは
ディスク型ペレタイザにて事前造粒した後、通常の焼結
原料と混ぜてドラム型ミキサに装入し、混合造粒するPF
の核造粒法が提示されている（鉄と鋼:vol.71,No.10（1
985）『焼結原料の造粒とその役割』）。この場合は、
核になる原料が必要であるため、同一PF配合比では、混
合機の能力が1.4倍大きいものが必要となり、設備コス
トが高くつくという欠点がある。

さらに別の方法として、通常の焼結原料（粉鉱石60重量
％）にPFを40重量％程度多配合し、ディスク型ペレタイ
ザに供給して混合造粒し、５〜10mmのペレットを作る。
その後微粉コークスを添加し、ペレットの外周に外装コ
ークスをまぶしたものを給鉱ホッパに搬送し、焼結する
方法が提示されている（鉄と鋼:vol.73、No.11（1987）
『高炉用新塊成鉱の製造条件に関する基礎的研究及び品
質の評価』）。

この方法の欠点として、生ボールの見掛けの密度が小さ
く、ボールの圧潰強度が低いので、焼結ベッドまでの搬
送過程で壊れ易く、ベッドの通気性を阻害する。また、
成品の平均粒径が８〜10mmと大きく外装カーボンが必要
であることや外装コークスがペレットの外周に均一に付
着しない場合はボール内部が未溶融となり破砕工程で単
一のペレットになるか返鉱になり易い欠点がある。

一方、古い技術であるが、潤式磨砕混練方式造粒、成形
法（特公昭43−6256）が知られており、これはボールミ
ル、ロッドミルその他の潤式磨砕混練機にて原料の磨
砕、水分調整、混練を行った後、竪型、円筒型その他の
造粒機を用いて生ペレットを造粒するものである。

この方法は旧来の湿式または乾式の磨砕工程と水分調整
混練工程とを湿潤状態で１工程で達成するものである。
この方法はロッドミルまたはボールミルの回転によって
ロッドまたはボールを転動させるもので、設備の大きさ
の割に生産量が少なく、動力原単位が大きく、現在の時
点では経済性に乏しい。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明者らは上記実情に鑑み、種々研究の結果、多数の
圧密媒体に円運動振動を与えて強力に加振し、この圧密
媒体の間隙に焼結原料を供給することによって高能率、
高生産量で加振圧密可塑化混練を行うことができ、次い
でこの原料を加振転動塊成化することによって、所望粒
度範囲の強固なミニペレットを高能率で生産することが
可能であることを見出した。

また、この方法によれば、60μｍ未満の粒子が60重量％
以上であるPFでも所望粒度に強固に造粒することが可能
となった。

本発明はさらに、上述のようにして得られたミニペレッ
トを他の焼結原料と混合して焼結するにあたり、この原
料の予熱工程を加えることによりベッド表層の原料水分
を減少して擬似粒子の崩壊を防止し通気性の改善を図る
ことにより、生産性の著しい向上が可能であることを見
出した。

本発明は以上のような方法を提供することを課題とする
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、DL式焼結機に供給する焼結原料の事前処理に
当り、焼結原料を圧密媒体と共に圧密可塑化混練空間に装入
し、加振力3g〜10g（ｇは重力の加速度）を加えて加振
圧密混練してフレークを形成する第１の工程と、フレーク状焼結原料に加振力3g〜6gを加えてこれを転
動塊成化し、強固なミニペレットを造粒する第２の工程
と、他の原料と前記第２の工程で造粒された原料とを混合
して焼結機に供給し、点火炉の手前に設けた予熱フード
から供給される熱風で原料層を乾燥させる第３の工程
と、からなることを特徴とする焼結原料の事前処理方法
である。

さらに、予熱フードを同一延出収納方向に摺動自在に多
段に設け、混合原料の含有水分に応じ予熱フードの可動
台数を調節すると共に点火炉位置を予熱フード側へ近接
させることにより通気性の向上を図ることができる。

〔作用〕

本発明の第１の工程においては、容器中に収納された多
数の圧密媒体に強力な円運動を行う加振力を付与するこ
とによって、圧密媒体が同一回転方向に回転し、この容
器中に焼結原料を装入すると、隣接する圧密媒体同士の
面の相対逆方向運動により、その圧密媒体間に存在する
焼結原料の粒子に圧密、剪断、転動、圧潰、こね廻し、
混練などの総合作用を与え、粒子の内部水分の絞り出
し、表面水分の均一展拡作用をなす。その結果粒子群は
フレーク状に付着し合うと共に可塑化状態となる。

これを第７図によって説明する。第７図中に示す（ａ）
図のように、ある含水比を持つ微粉原料を容器内に収納
し、これを圧縮する方向に加振力を与えると、容器内の
微粉の密度が上昇することが知られている。このとき、
容器内の微粉原料の含水比および加える加振エネルギー
の大小に応じて粒子の充填状態が変化し、この充填状態
に応じて密度が上昇する。第７図のグラフはこれを示す
ものである。

微粉原料の含水比が少ないときは、粉体の粒子間には空
気のある空隙が存在し、粉体はパサパサの混合物の状態
である。微粉原料の含水比を増加させて加振すると、粒
子の表面に水分が一様均一に拡展され、空気層の空隙が
なくなり、粒体全体はねばねばした可塑化状態となり、
微粉原料の乾燥密度は空隙率ゼロの曲線に近づく。

さらに含水比が増加すると、粉体はどろどろのスラリー
状態となる。このスラリー状態より水分が少なく、空気
層の空隙の最も少ない可塑物状態は、キャピラリー域と
呼ばれ、粉体の乾燥密度が最も高く密実なフレーク状態
となっている。

このキャピラリー域の粉体を得るには、粒体の粒子の性
状に応じた最も適正な含水比と、適正なエネルギーの振
動圧縮を加えることによって得ることができる。

本発明の第１の工程は、この原理を利用したものであ
り、加振圧密可塑化混練を行ってキャピラリー域のフレ
ーク化した粉体を先ず加工し、第２の工程においてその
フレーク化した粉体を転動造粒するものである。

従って、第１の工程では、微粉原料の特性に応じた最適
含水比と最適加振力を微粉原料に与え、粒子表面の水滴
を粒子表面に均一に分散させ、かつ水膜が薄く粒子表面
に引き延ばされた状態とし、粒子間の空気による空隙率
を低下させて密充填させ、充填状態がキャピラリー域と
なり、密充填の圧密可塑化したフレークを形成するよう
にする。

次に、第２の工程において、圧密可塑化した原料に強力
な加振による転動を与えることにより、充填密度の増
大、表面への水分の透出、この水分による付着、粒度成
長が起こる。

水分添加量は原料の保有水分と造粒最適含水比との差を
添加すればよく、０〜２％である。すなわち、粒度範囲
の広い焼結原料の全量を加振圧密する時は、原料の保有
水分５〜６％に対して、最適含水比は５〜７％に調整す
る。またPFのみを造粒する場合は、PFは８〜11％の保有
水分を有し、最適含水比は９〜12％である。

また、第13図は、造粒機の加振力（振動加速度）と焼結
原料の最適粒度である２〜8mmの収率の関係を示すもの
で、前述したように加振力3g〜6gの範囲で転動塊成化す
るのが良いことがわかる。すなわち、収率60％以上を得
ようとすれば3g以上の加振力で造粒する必要があり、6g
以上では造粒効果は飽和する。

また、第１、第２の工程により原料の保有水分に対し、
添加される水分で焼結操業における適正含有量を越える
ことになる。そのため、第３工程として原料の乾燥工程
を加えるもので、点火炉の手前で焼結機に供給された原
料を予熱して乾燥を図るもので、この乾燥工程の作用は
次の通りである。

すなわち、焼結ベッド原料の上層から、例えば200℃の
熱風を強制通気させた場合、第14図に示す湿度線図上
で、大気湿度であった熱風は原料と接触することにより
原料中の水分が蒸発し、ガス側の湿度は断熱冷却線に沿
ってＡ点からＢ点に移動し増湿される。と同時にガス温
度は200℃から50℃に低下し、飽和曲線と交った点で湿
度は飽和状態に達する。原料温度およびガス温度がＢ点
よりさらに低下すると、凝縮水分となり擬似粒子が崩壊
し通気性が阻害されることになる。従って、点火前に原
料表層を熱風で予備乾燥することにより、この凝縮水分
量を減少させ通気性を改善することができる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の第１、第２および第３の工程並びに
焼結工程を示す工程図を示している。

焼結原料配合槽１からコンスタントフィーダ２によりベ
ルトコンベヤ３上に定量切出しされた原料は、加振混練
機30および加振造粒機40を介してミニペレット化され、
これに他の焼結原料が混合されて給鉱ホッパ14に搬送さ
れ、焼結機17のパレット18へ装入される。パレット18の
焼結原料は点火バーナ19の手前に配設された予熱フード
50により所定の含有水分まで乾燥された後、焼結され
る。なお、予熱フード50には、焼結クーラ20からの排ガ
ス21が昇圧ブロア22を介して供給されているのは従来例
と同様である。以下これらの各工程について説明する。

第２図は、本発明方法の第１および第２の工程を好適に
実施することのできる装置の例で示したものである。こ
の実施例では、加振混練機30および加振造粒機40の形状
は何れもドラムタイプで、加振混練機30には圧密媒体34
として多数のロッドが収納されている。

ベルトコンベヤ３で搬送されてきた焼結原料は加振混練
機30に供給される。加振混練機30は、第３図に示すよう
に、ドラム31内に多数のロッド（圧密媒体34）が収納さ
れており、ドラム31の両側に加振機32を取り付けスプリ
ング33上に載置されている。

加振機32はドラム31の両側にバランスして同期回転する
ように結合されて取り付けられており、加振機32のモー
タは可変速となっている。加振機32はスプリング33との
協働によりドラム31および圧密媒体34に、広範囲の加速
度で円形振動を付与することができる。

モータの回転数と加速度との関係は、 α＝ω^２・ｘ＝（２π/60）²N²・ｘから求められ第８図に示すような関係にある。ただし、 α：振動の加速度 ω：角速度 x:振幅 N:回転数である。

第４図に示すように、加振造粒機40は加振混練機30から
圧密可塑化混練された焼結原料を供給され、これに振動
を加えて、転動造粒し、粒径２〜8mmの均一粒度のミニ
ペレットを造粒する。

実施例の加振混練機および加振造粒機の仕様は次の通り
である。

加振混練機の仕様ドラム：水平形円筒振動方式：円振動加振力:3〜10g（ｇは重力の加速度）振幅：ストローク５〜20mm 振動数:500〜2000rpm ロッド量：ドラム内容積の10％〜50％ロッド径:10mm〜100mm 粉体の滞留時間:20秒以上加振造粒機の仕様振動方式：円振動加振力:3〜6g（ｇは重力の加速度）振幅：ストローク５〜15mm 振動数:500〜1500rpm 粉体の滞留時間:20秒以上第５図および第６図は本発明の第３の工程を好適に実施
することのできる装置例の側面図を示したものである。
本実施例では、予熱フードを３段設けており、第５図は
予熱フードを延出してＡフード（固定）、Ｂフード、Ｃ
フードの３基を使用している例、第６図はＢフード、Ｃ
フードをＡフード内に収納して予熱フードを１期として
使用している例を示したものである。

第６図は、シリンダ52により伸縮管53を収縮させて、Ｂ
フード、Ｃフードの各フード54を引上げ退避させた後、
Ａフードの中に、ＢフードおよびＣフードを収納して、
Ａフード１基のみとし、台車に搭載された点火バーナ19
をＡフードに近接させた状態を示している。

このように、予熱フードは原料の含有水分量に応じて可
変とするような移動フード方式とし、吹込みガス量も昇
圧ブロア22をVVVF（variable voltage variadle freque
ncy inverter）制御により可変としている。さらに吹込
みガス温度も焼結クーラの排熱ボイラ入口のガスを用い
ると300〜350℃、冷却ゾーンのファン出口のガスを用い
ると200〜250℃となり、200〜350℃の範囲で可変とする
ことができる。

なお、第５図、第６図に示すように、点火炉を移動式と
しているので、第５図の例では乾燥のため十分に予熱フ
ードを可動させることができ、また、第６図において
は、予熱フード単基による乾燥工程に直後から焼結原料
に点火することが可能となり、高生産性を得ることがで
きる焼結操業が可能となる。

次に本発明方法の実施例を説明する。

内径194mmφ×長さ494mml（径長比2.5）、内容積15の
円筒形ドラム中に30mmφの鋼棒をドラム内容積の25〜30
％の充填率となるように装入し、1.2t/hの焼結原料を供
給し、振幅7mm、加振力6gの円運動を与えて圧密可塑化
混練を行い、次いでその原料を同寸法の円筒形ドラム中
に装入し、振幅7mm、加振力4gの円運動を与えて造粒し
た。

通常の粒度分布を有する焼結用原料全量を造粒した場合
の成品粒度分布を第９図に示した。第９図には比較例と
して同一原料を用いてドラムミキサによって製造した造
粒物の成品粒度分布を比較して示した。なお、この実施
例は含水比6.2％、混練、造粒時間合計１分、比較例は
含水比6.5％、造粒時間５分である。

次に焼結用原料のうち、微粉原料（−125μｍが90重量
％以上）のみを事前に本発明方法により混練、造粒時間
１分、含水比9.5％および10.5％で造粒した場合の粒度
分布を第10図に示した。第10図には比較例として同一原
料を用いてディスクペレタイザにより造粒時間５分、含
水比10.5％および11.5％で造粒した造粒物の成品粒度分
布を示した。

次に、第11図に示す曲線Ａの造粒前粒度を有する原料を
ディスクペレタイザで造粒したときの造粒後の粒度分布
は曲線Ｂとなった。本発明の実施例では曲線Ｃとなっ
た。

第９図〜第11図から、本発明によれば２〜8mmの粒度の
収率の大きい造粒物が得られることが明らかである。

次に、圧密可塑化混練機の加振力を変化させたときの造
粒物の見掛け密度および圧壊強度を第12図に示した。ま
た、比較例の造粒物の密度及び圧壊強度も併せて第12図
に示した。

造粒前原料の嵩密度は2.5g/cm³であり、ディスクペレタ
イザで造粒した造粒物の乾燥見掛密度は3.1であった。
これに対し、実施例では振動の加速度に応じて見掛密度
は4.4〜5.6と非常に密実となった。

また、ディスクペレタイザで造粒した造粒物（湿ボー
ル）圧壊強度は約70g/個であったのに対し、実施例では
圧壊強度は振動の加速度に応じて約130〜150g/個と極め
て強固であった。

第12図から圧密可塑化混練機の加振力が3g未満では圧密
造粒の効果が少なく、10gを越えると飽和することがわ
かる。

次に、第３の工程である、乾燥工程を説明する。

熱風温度tg₁＝200℃ パレット速度vp＝2.5m/min 一定原料層厚＝700mm 通気速度＝1m/sec パレット幅＝5m Ｈを熱風湿度（kg・水/kg・空気）とするとき、各乾燥
ゾーン（Ｌ＝4m、6m、8m）出口におけるベッド中の水分
挙動を第15図に示す。Ｌ＝8mのとき水分の減少率が最も
大きいことがわかる。第15図を図積分して水分減少量を
計算すると第１表が得られる。

鍋テストの結果では、点火前の焼結原料を通気乾燥した
場合、第16図に示すような、焼結ベッドの通気改善効果
が得られた。乾燥ゾーンＬ＝8mでは、第１表より水分減少量＝Δ1.84 であり、バインダおよび燃料コストの大幅な低減を図る
ことができる。これらによる、焼結生産性の向上は約17
％である。

〔発明の効果〕

本発明方法では、焼結原料を振動圧密可塑化混練し、つ
いで振動転動造粒するために次の優れた効果を奏する。

圧密可塑化混練過程で水分が均一に分散されるので、
低水分で造粒することができる。

原料が圧密可塑化混練されるため、充填密度の高い均
一な粒度の強固なミニペレットを造粒することが可能と
なった。

振動により表面に水分が浮き出てこれを有効に造粒に
使用することができる。

水分を均一化し、造粒物の粒径分布が均一、一様にな
る。

強制造粒するために造粒時間が短くなる。このため、
同一量を処理するための設備は従来よりも小型化するこ
とができ、動力も節減される。

さらに、予熱フードを多段に設け、混合原料の含有水分
に応じ予熱フードの可動台数を調節すると共に点火炉位
置を予熱フード側へ近接させるので、湿潤帯での擬似粒子の崩壊を防止して通気性が改善さ
れ、従って、燃料原単位およびバインダのコストの低減
が図られ、焼結生産性を大幅に向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の各工程を好適に実施できる装
置の説明図であり、第１図は混練、造粒、加熱および焼
結工程を示す工程図、第２図は第１および第２の工程を
実施する装置の一部切欠斜視図、第３図は第１の工程を
実施する加振圧密可塑化混練機の横断面図、第４図は第
２の工程を実施する加振造粒機の横断面図、第５図およ
び第６図は第３の工程を実施する乾燥機の一部断面を含
む側面図であり、第５図は各フードを延出した例、第６
図はフードを１基に収縮した例、第７図は本発明の原理
を説明する説明図、第８図はモータの回転数と振動の加
速度との関係を示すグラフ、第９図〜第11図は実施例と
比較例の粒度分布の例を示すグラフ、第12図は実施例と
比較例の成品の見掛け密度および圧壊強度を示すグラ
フ、第13図は造粒機の加振力と焼結原料の最適粒度であ
る２〜5mmの収率との関係グラフ、第14図は湿度線図、
第15図は乾燥ゾーン出口における焼結ベッド中の水分挙
動を示すグラフ、第16図は焼結ベッド中の水分減少量と
焼結時間短縮率との関係グラフ、第17図は従来の焼結工
程を示す工程図である。 23……予熱フード、30……加振混練機 32……加振機、33……スプリング 34……圧密媒体、40……加振造粒機 42……加振機、43……スプリング 44……ミニペレット、50……予熱フード

フロントページの続き (72)発明者細見和夫岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者深川卓美岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者石川裕昭岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者小西行雄千葉県千葉市川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】DL式焼結機に供給する焼結原料の事前処理
に当り、焼結原料を圧密媒体と共に圧密可塑化混練空間に装入
し、加振力3g〜10g（ｇは重力の加速度）を加えて加振
圧密混練してフレークを形成する第１の工程と、該フレ
ーク状焼結原料に加振力3g〜6gを加えてこれを転動塊成
化し、強固なミニペレットを造粒する第２の工程と、他
の原料と前記第２の工程で造粒された原料とを混合して
焼結機に供給し、点火炉の手前に設けた予熱フードから
供給される熱風で原料層を乾燥させる第３の工程とから
なることを特徴とする焼結原料の事前処理方法。
【請求項２】前記予熱フードを同一延出収納方向に摺動
自在に多段に設け、前記混合原料の含有水分に応じ該予
熱フードの可動台数を調節すると共に前記点火炉位置を
該予熱フード側へ近接させる請求項１記載の焼結原料の
事前処理方法。