JPWO2019167888A1 - 造粒焼結原料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
造粒時に蒸気を使って加熱してなる造粒焼結原料を製造することによって、これを焼結機に装入したときに、通気性の改善に役立つと共に焼結鉱の生産性を向上させることができる新規な造粒焼結原料の製造方法を提案する。この提案は、鉄鉱石粉の他、炭材や副原料を配合してなる焼結配合原料を造粒機にて造粒する際に、該造粒機内に水蒸気を吹き込むことにより、前記焼結配合原料の当該造粒機内への装入前の温度よりも１０℃以上高い温度の造粒焼結原料とする造粒焼結原料の製造方法である。
Description
本発明は、造粒焼結原料の製造方法に関し、特に、焼結機パレット上における原料装入層中に現れる湿潤帯の大きさを縮小するのに有効な造粒焼結原料の開発を通じて、この原料を用いて得られる焼結鉱の生産性の向上等に資する方法についての提案である。
従来、焼結機の操業に当たっては、パレット上の原料装入層の湿潤帯が占める割合の縮小を図ることによって、主として炭材使用量の低減と焼結生産性の向上とを実現する努力が払われてきた。例えば、特許文献１には、炭材を含む焼結原料に水とバインダーを加えて造粒し、次いで、ロータリーキルンにより乾燥して得られる造粒焼結原料をパレット上に装入して焼結するという焼結鉱の製造方法が開示されている。しかしながら、この従来技術の場合、ローターキルンなどを用いて造粒焼結原料を乾燥するためにロータリーキルンという特別な設備が必要となる。
その他、高炉内に装入する高炉用原料、即ち塊鉱石を焼結機に付帯設置されているクーラー内に装入して、その塊鉱石を事前に乾燥する方法の提案がある。即ち、この方法は、焼結機の冷却装置（クーラー）における装置内温度（被冷却焼結鉱の温度）が３００〜６００℃に達している個所に高炉用塊鉱石を装入し、これを事前に乾燥する方法を提案している。
上掲の各従来技術において、焼結鉱の生産性を向上させる場合、例えば、焼結配合原料（造粒焼結原料）を事前に予熱乾燥する方法（特許文献１）では、新たに専用の設備が必要で、設備費が嵩む他、焼結プロセスで用いる凝結材以外にも燃料が必要となって、コスト高になるという問題があった。
また、特許文献２に開示の方法は、焼結機クーラーの熱源を高炉内に装入する塊鉄鉱石の予熱に利用する方法である。従って、この方法は、造粒焼結原料自体の改善を通じて、パレット上の原料装入層の湿潤帯を制御し、そのことによって焼結鉱の生産性を向上させたり、品質の向上を図るという技術ではない。
そこで、本発明は、従来技術が抱えている前述した課題を解決すること、とくに造粒時に蒸気を使って一定以上の温度に加熱してなる造粒焼結原料を製造することによって、これを焼結機に装入したときに、通気性の改善に役立つと共に焼結鉱の生産性を向上させることができる新規な造粒焼結原料の製造方法を提案することを目的としている。
本発明では、前述の課題を解決するために、焼結配合原料を造粒する際に用いるドラムミキサーやアイリッヒミキサー、ペレタイザーなどの造粒機内に、水蒸気のような蒸気を吹き込んで該焼結配合原料を加熱しつつ造粒することにより、ドラムミキサーに入れる前の焼結配合原料の当初温度以上の温度とすること、例えば該造粒焼結原料の温度を前記当初温度よりも高い温度、より好ましくは６０℃以上の温度までに上昇させた焼結用熱造粒原料（造粒焼結原料）として、これを焼結機のパレット上に装入することにした。
即ち、本発明は、鉄鉱石粉の他、炭材や副原料を配合してなる焼結配合原料を造粒機にて造粒する際に、該造粒機内に水蒸気を吹き込むことにより、前記焼結配合原料の当該造粒機内への装入前の温度よりも１０℃以上高い温度の造粒焼結原料とすることを特徴とする造粒焼結原料の製造方法である。
なお、本発明においては、
（１）前記水蒸気は、水蒸気配管内での過熱度が１３．５℃以下であること、
（２）前記造粒機内への水蒸気の吹き込みは、該造粒機の原料投入位置から長さ方向の略中間の位置までの前半部分において行なうこと、
（３）前記造粒機内への水蒸気の吹き込み量が３．０ｋｇ／ｔ−ｓ以上であること、
（４）前記造粒機から排出される造粒焼結原料の温度が６０℃を超えたとき、水蒸気の吹き込みによって投入される水分に加え、さらに工場用水や熱水あるいは凝縮水を添加して造粒後水分にして０．５ｍａｓｓ％以上、３．０ｍａｓｓ％以下に相当する水分を加えること、
がより好ましい。
（１）前記水蒸気は、水蒸気配管内での過熱度が１３．５℃以下であること、
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がより好ましい。
本発明によれば、ドラムミキサーやアイリッヒミキサー、ペレタイザーなどの造粒機に水蒸気の如き蒸気を吹き込んで造粒することにより、出発原料の当初温度（造粒機内へ装入前の焼結配合原料の温度）よりも１０℃以上高い造粒焼結原料を製造することができるので、こうした造粒焼結原料を焼結機パレット上に装入した場合、原料装入層の通気性が改善され、ひいては焼結鉱の生産率を向上させることができる。
焼結鉱製造のために焼結機パレット上に装入される造粒焼結原料（擬似粒子）は、一般に、平均粒径で１．０〜５．０ｍｍ程度の大きさの鉄鉱石粉、製鉄所内で発生する各種ダスト等の雑鉄源、石灰石や生石灰、製鋼スラグなどのＣａＯ含有原料、粉コークスや無煙炭などの凝結材、任意配合原料として精錬ニッケルスラグやドロマイト、蛇紋岩などからなるＭｇＯ含有原料、精錬ニッケルスラグ、硅石（硅砂）などからなるＳｉＯ２含有原料等の配合用焼結原料を、先ずホッパーに貯蔵し、そして、そのホッパーから、これらの焼結原料をコンベヤ上に所定の割合で切り出して配合してなる焼結配合原料とし、これを、前記造粒機に入れて攪拌混合しながら必要な調湿を加えて造粒し、平均粒径が３．０〜６．０ｍｍ程度の造粒焼結原料（擬似粒子）としている。
前記平均粒径とは、算術平均径（Ｄｍ）のことであって、「Ｄｍ＝Σ（Ｖｉ／ｄｉ）」（但し、Ｖｉはｉ番目の粒度範囲の中にある粒子の存在比率であり、ｄｉはｉ番目の粒度範囲の代表粒径である）で定義される粒径である。
なお、本発明において、前記焼結配合原料を造粒するために用いる造粒機としては、上述したようにアイリッヒミキサーやペレタイザーの使用も可能であるが、好ましくは図１に示すようなドラムミキサーを用い、かつ、これは複数基を用いてもよい。以下、造粒機としてはドラムミキサーの例で説明する。
なお、前記ドラムミキサーによる造粒処理をして得られた造粒焼結原料（擬似粒子）は、一般に、焼結機上に配置されている装入装置を介して、焼結機パレット上に４００〜６００ｍｍ程度の厚さ（高さ）になるように装入して堆積させることにより原料装入層を形成させ、次いで、その原料装入層の上方に設置した点火炉により、この原料装入層中に含まれている炭材に点火し、そして、前記パレット下に配置したウィンドボックスによる下方吸引により、該原料装入層中の前記炭材を順次に燃焼させ、このときに発生する燃焼熱によって、前記装入原料（造粒焼結原料）を燃焼溶融させることによって焼結するのである。その後、パレット上で得られる焼結層（焼結ケーキ）は、破砕機、焼結機クーラーを経て篩にて整粒され、５ｍｍ以上の塊状の成品焼結鉱と５ｍｍ未満の返鉱とに分別して回収される。
本発明は、上述した焼結鉱製造過程で用いられる焼結原料の事前処理工程である造粒焼結原料（擬似粒子）の製造方法に関するものであって、図１は、ドラムミキサー１を使って該造粒焼結原料２を製造（造粒）する態様を説明する図である。
即ち、本発明の特徴は、焼結配合原料を転動を利用して造粒するドラムミキサー１のような造粒機によって造粒する際に、そのドラムミキサー１内に例えば水蒸気を吹き込む（噴射する）ことにより、該ドラムミキサー１内装入時の焼結配合原料の当初温度（例えば大気温度以上〜３５℃程度のドラムミキサー入側での温度）よりも少なくとも１０℃以上高い温度にまで昇温させた造粒焼結原料２となるようにする（加熱）こと、好ましくは造粒焼結原料の温度が４５℃〜７０℃程度の温度になるように加熱し加湿して造粒することにある。
そして、ドラムミキサー入側での焼結配合原料の温度よりも１０℃以上高い温度にまで昇温させるのに必要な水蒸気の吹き込み量としては、３ｋｇ／ｔ−ｓ以上、好ましくは４ｋｇ／ｔ−ｓ以上２５ｋｇ／ｔ−ｓ程度までの量を、後述する位置から吹き込むことが望ましい。この吹き込み量は、造粒焼結原料としての望ましい水分の確保と原料装入層の良好な通気性の確保を通じて焼結鉱の生産率を向上させる上で有効な量である。
一般に、１００℃における水の凝縮熱は２２００ｋＪ／ｋｇ以上あり、水の比熱４．２ｋＪ／ｋｇからも水蒸気が液体の水に戻る際の熱量は非常に大きい。図２は、水蒸気の吹き込み時間を変化させたときの造粒後の造粒焼結原料の温度変化を示す図である。この図からわかるように、水蒸気のもつ凝縮熱を活用する場合、焼結配合原料の温度は数十秒程度の造粒処理により、ドラムミキサーに装入される直前の焼結配合原料の温度よりも１０℃以上高い温度である４５℃程度以上の、好ましくは７０℃程度にまで容易に昇温させることができる。また、水蒸気の水蒸気配管内における過熱度は低い方が、水蒸気が凝縮せずにドラムミキサー外に散逸する量が低減して水蒸気使用量を低減できるので望ましい。ここで、水蒸気の過熱度とは、蒸気の温度から、その圧力での飽和蒸気温度を引いたものである。
ただし、発明者らの研究によると、造粒した造粒焼結原料（擬似粒子）の温度が６０℃あたりを超えると、該造粒焼結原料からの蒸発が活発になり、造粒後の擬似粒子の水分低下を招くだけでなく、蒸発潜熱による吸熱が特に７０℃以上においては顕著に起こることを突き止めた。
例えば、図３は、造粒焼結原料の温度に対するドラムミキサー出側での該造粒焼結原料の水分値の変化を示す図である。この図からわかるように、造粒焼結原料の温度が６０℃〜７０℃付近になると、温度の上昇による水蒸気の凝縮によって水分の上昇も起こるが、同時にこの温度に達すると逆に水分の低下現象が始まり、いわゆる該造粒焼結原料からの水分の蒸発が起こっていることがわかる。即ち、蒸気配管の開度が１/４、２/４、３/４の場合、開度が大きい方が昇温による水分の上昇も早いが、発明者らの実験では、図３に示すとおり、造粒焼結原料の温度は、配管の開度にもよるが、６０〜７０℃付近になると逆に水分の低下が起っており、この温度付近では加湿から乾燥に変わるものと考えられる。
そこで、本発明では、前記ドラムミキサーから排出される造粒焼結原料（擬似粒子）の温度が６０〜７０℃を超えたとき、水蒸気の吹き込みによって凝縮する水分量を考慮して、工場用水や熱水あるいは水蒸気の凝縮水などを添加することによって、例えば、造粒焼結原料の目標水分量（６．５ｍａｓｓ％）よりも０．５ｍａｓｓ％〜３．０ｍａｓｓ％程度高くなるように水分調整することが好ましい。また、水蒸気の水蒸気配管内における過熱度が１３．５℃を超えると水蒸気が凝縮せずにドラムミキサー外に散逸する量が増加し、同時に、凝縮水による造粒焼結原料の水分上昇が抑制される傾向が認められた。そのため、水蒸気の水蒸気配管内における過熱度が１３．５℃以下であれば、水蒸気のドラムミキサー内で凝縮が促進され、水蒸気使用量を低減できると同時に凝縮水による造粒焼結原料の水分上昇が増加するので水分調整がより容易となり望ましい。
次に、本発明の実施に当たっては、ドラムミキサーへの水蒸気の吹き込み位置の影響についても検討が必要である。図４は、ドラムミキサーの前半部分で水蒸気を吹き込んだ場合と、ドラムミキサーの全領域で水蒸気を吹き込んだ場合の影響を示す図である。この図からわかるように、造粒焼結原料が適当な水分量である７〜８ｍａｓｓ％付近において擬似粒子の調和平均径が極大となっている。このことから、ドラムミキサーへの水蒸気の吹き込み位置は、前半部で吹き込んだ場合の方が、造粒焼結原料（擬似粒子）の調和平均径が大きくなり、造粒効果の点で優れていることがわかる。前半部とは造粒機の原料投入位置から長さ方向の略中間の位置までを言う。なお、ここで用いている調和平均径（Ｄｈ）とは、「Ｄｈ＝１／Σ（Ｖｉ／ｄｉ）」（但し、Ｖｉはｉ番目の粒度範囲中にある粒子の存在比率であり、ｄｉはｉ番目の粒度範囲の代表径である）で定義される粒径で、粉体層の通気を評価するために用いられる指標であって、この調和平均径（Ｄｈ）の数値が大きい程、造粒が進行していて通気が良いことを示している。
表１は、本発明方法に適合する実施例と従来方法に従う比較例とを対比した例である。これらの例は、ドラムミキサー内に水蒸気を吹き込まない比較例１（ただし、この例はドラムミキサー装入前の配合焼結原料：３５℃に対し、バインダーとして添加（≦２mass％）しているＣａＯが水と反応してＣａＯＨ２を生成する際に生ずる発熱（＋７．５℃の上昇：各例とも共通）の影響により造粒焼結原料の温度は４２．５℃になっている）を基準として、通気性指数や生産率等を比較したものである。なお、比較例２は、ごく少量の水蒸気（１．９ｋｇ／ｔ−ｓ）の添加により造粒焼結原料の温度は１０℃未満の４．８℃の上昇に止まり、生産率等に明確な効果が顕れていない。一方、実施例1は、造粒焼結原料温度の上昇が１０℃以上の５６．０℃になったために、通気性指数や生産率の点で明確な効果が顕れ、温度上昇が約３５℃となった実施例２の場合でも大きい効果が出ている。さらに、実施例３は、ドラムミキサーの前半部分（造粒機全長を１とした場合において、造粒機の原料投入位置から入側から０．５）に水蒸気を吹き込んだ例であるが、図４に示したように、造粒焼結原料（擬似粒子）の調和平均径が大きくなり、通気性指数および生産率の点で大きな改善効果が得られている。いずれにしても、ドラムミキサーの入側温度よりも１０℃以上高い出側温度の造粒焼結原料にするのに必要な水蒸気の吹き込み量は３ｋｇ／ｔ−ｓ以上、好ましくは４ｋｇ／ｔ−ｓ以上確保することが有効となると考えられる。
本発明に係る前述した技術は、水蒸気を用いて焼結配合原料を加熱する例で説明したが、加熱用蒸気としては他のものの利用も可能である。
１ ドラムミキサー
２ 造粒焼結原料
２ 造粒焼結原料
Claims (5)
- 鉄鉱石粉の他、炭材や副原料を配合してなる焼結配合原料を造粒機にて造粒する際に、該造粒機内に水蒸気を吹き込むことにより、前記焼結配合原料の当該造粒機内への装入前の温度よりも１０℃以上高い温度の造粒焼結原料とすることを特徴とする造粒焼結原料の製造方法。
- 前記水蒸気は、水蒸気配管内での過熱度が１３．５℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の造粒焼結原料の製造方法。
- 前記造粒機内への水蒸気の吹き込みは、該造粒機の原料投入位置から長さ方向の略中間の位置までの前半部分において行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の造粒焼結原料の製造方法。
- 前記造粒機内への水蒸気の吹き込み量が３．０ｋｇ／ｔ−ｓ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の造粒焼結原料の製造方法。
- 前記造粒機から排出される造粒焼結原料の温度が６０℃を超えたとき、水蒸気の吹き込みによって投入される水分に加え、さらに工場用水や熱水あるいは凝縮水を添加して造粒後水分にして０．５ｍａｓｓ％以上、３．０ｍａｓｓ％以下に相当する水分を加えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の造粒焼結原料の製造方法。
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