TWI662134B - 造粒燒結原料的製造方法及燒結礦的製造方法 - Google Patents

Abstract

目的在於提出一種在大量調配-20 μm大小的微粉鐵礦石的情況下，亦可提升造粒性，同時進而對於提升燒結礦的生產性而言亦有效果的造粒燒結原料的製造方法以及使用該原料的燒結礦的製造方法，當對包含粉粒狀鐵礦石的燒結調配原料進行造粒而製成造粒燒結原料時，作為該粉粒狀鐵礦石，使用「核粉指數」顯示2.0以上的粉粒狀鐵礦石來製造造粒燒結原料，並使用所得的該造粒燒結原料來製造燒結礦。

Description

造粒燒結原料的製造方法及燒結礦的製造方法

本發明是有關於一種造粒燒結原料的製造方法及使用其來製造燒結礦的方法。

高爐（blast furnace）中使用的燒結礦是藉由以下方式而製造：於多個品種的粉鐵礦石（例如小於10 mm（-10 mm）大小的「燒結料（sinter feed）」）中，調配分別為適量的石灰石或矽石，蛇紋岩等副原料粉，塵（dust）、鏽皮（scale）、返礦等雜原料粉，以及焦炭屑（coke breeze）等固體燃料而獲得燒結調配原料，於該燒結調配原料中添加水分，其後進行混合-造粒，將以該方式所得的造粒燒結原料裝入至維-勞氏（Dwight-Lloyd）式燒結機中進行煅燒。此處，所述燒結調配原料通常含有水分，因而若進行造粒則彼此凝聚而成為準粒子（pseudoparticle）。該已準粒子化的燒結礦製造用的造粒燒結原料在裝入至燒結機的托板（pallet）上時，於確保燒結原料裝入層的良好通氣的方面發揮作用，就順暢地進行燒結反應的方面而言為有效存在。

認為已準粒子化的所述造粒燒結原料越為造粒形狀、特別是形狀越大則越可獲得良好的通氣，已研究了適合於改善造粒性的各種方法。例如，作為改善粉鐵礦石的造粒性的方法，存在有關於對形成核粒子的粗粒調整附著於其的微粉的量的方法（燒結原料的事前處理方法）的專利文獻1-專利文獻5之類的提案。

但是，關於該些文獻所揭示的造粒燒結原料的製造技術，存在成本變高的問題，此外，並無對在造粒燒結原料中混合細粒鐵礦石時的礦石粒度的適量值的研究。

除此以外，亦提出有於將含高結晶水礦石粉碎後，將其與其他各原料混合來進行造粒而製成造粒燒結原料的技術（專利文獻6、專利文獻7）。

然而，關於含高結晶水礦石的使用，實際情況為就熱量或填充層的觀點而言，其使用欠佳。

除此以外，亦提出有在將高氣孔率鐵礦石粉碎並與其他各原料混合的基礎上進行造粒的技術（專利文獻8）。但是，已知高氣孔率鐵礦石具有T.Fe低、結晶水高等特徵，即便粉碎，就成分的方面而言亦對燒結機的作業造成不良影響。

另外，作為其他方法，亦提出有將SiO₂ 的含量為3質量%～6質量%且相對於微粉鐵礦石總質量而言大於63 μm的粒子為90質量%以上的微粉鐵礦石粉碎來使用的事前處理方法（專利文獻9）。但是，關於該技術，未研究細粒使用時的適量的調配，燒結中的細粒原料的使用方法不明。 [現有技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開2005-350770號公報 專利文獻2：日本專利特開2007-77512號公報 專利文獻3：日本專利特開2008-240159號公報 專利文獻4：日本專利特開2010-242226號公報 專利文獻5：日本專利特開2013-32568號公報 專利文獻6：日本專利特開2014-196548號公報 專利文獻7：日本專利特開2008-261016號公報 專利文獻8：日本專利特開2007-138244號公報 專利文獻9：日本專利特開2016-17211號公報

[發明所欲解決之課題] 本發明的目的在於克服現有技術存在的所述課題，提出一種特別是在相對而言大量調配-20 μm大小的微粉鐵礦石的情況下，亦可藉由適當管理下文詳述的核粉指數來提升造粒性，同時進而對於提升燒結礦的生產性而言亦有效果的造粒燒結原料的製造方法以及使用該原料來製造燒結礦的方法。

[解決課題之手段] 針對所述應解決的課題，本發明提出一種使用包含粉粒狀的鐵礦石的燒結調配原料來製造造粒燒結原料，進而使用該造粒燒結原料來製造燒結礦的方法。即，首先關於造粒燒結原料的製造，特徵在於：著眼於下文詳述的核粉指數，使用在燒結調配原料中調配該核粉指數顯示2.0以上的粉粒狀鐵礦石，並且在本發明的燒結礦的製造時，使用以如上所述的方式所得的造粒燒結原料進行燒結。

即，第一，本發明提出一種造粒燒結原料的製造方法，其特徵在於：當對包含粉粒狀鐵礦石的燒結調配原料進行造粒而製成造粒燒結原料時，作為該粉粒狀鐵礦石，使用下述所定義的核粉指數顯示2.0以上者， 核粉指數（-）={（+1 mm的粒子比例）+（-20 μm的粒子比例）}/（-500 μm的粒子比例）。

另外，第二，本發明提出一種燒結礦的製造方法，其為對包含粉粒狀鐵礦石的燒結調配原料進行造粒而獲得造粒燒結原料，利用燒結機對所得的該造粒燒結原料進行煅燒，藉此而製造燒結礦的方法，所述燒結礦的製造方法的特徵在於：作為所述造粒燒結原料，使用下述所定義的核粉指數顯示2.0以上者， 核粉指數（-）={（+1 mm的粒子比例）+（-20 μm的粒子比例）}/（-500 μm的粒子比例）。

再者，本發明中，另外下述構成為更佳的實施方式： （1）所述造粒燒結原料為使用生石灰作為黏合劑而造粒者； （2）當使用所述燒結調配原料及生石灰來製造造粒燒結原料時，該生石灰在造粒後半階段進行外裝添加； （3）所述燒結調配原料中的粉粒狀鐵礦石中，至少其一部分為包含30質量%以上的-20 μm的大小的粒子者。

[發明的效果] 根據本發明，藉由採用主要在於將表示+1 mm、-20 μm、-500 μm的粉粒狀鐵礦石的調配比例的核粉指數設為2.0以上的較佳範圍內、及作為黏合劑而外裝添加生石灰的方法等，可於微粉鐵礦石的大量調配下亦獲得更高的造粒性，同時最終有助於燒結礦的生產性提升，藉此而可確立並提出理想的造粒燒結原料及燒結礦的製造技術。

在將「燒結調配原料」造粒來製造「造粒燒結原料」時，發明者等人首先調查了原料（鐵礦石）的粒度對造粒性所造成的影響。即，該調查為在基質（base）的調配中將篩選為各粒度的鐵礦石進行替換的造粒試驗及通氣試驗。作為實驗的原料，使用下述表1中示出的原料（鐵礦石A～鐵礦石D）（CW=結晶水）。鐵礦石B是將鐵礦石A粉碎而篩選出的-1 mm（小於1 mm）者，用於為了控制通氣性而添加一定量。該試驗中，特別是添加有將作為粗精礦的鐵礦石D粉碎，並利用（63～125/125～250/250～500/500～1000）μm的篩眼篩選出的鐵礦石。並且，如下述表2所示，為了調查粗精礦的粒度的影響，亦對作為基質調配而不含該鐵礦石D者（調配6）進行所述試驗。

[表1]

[表2]

在所述各試驗時，利用混凝土混合機（concrete mixer）將各燒結調配原料混合3分鐘，其後，添加水來進行造粒，進而將所得的造粒粒子加入150 mmf、380 mmH的圓筒容器中，於負壓700 mmaq的條件下進行顯示通氣性的風量測定。再者，該試驗中，以6質量%～10質量%的範圍變更造粒物的水分，每次調配中使用通氣最佳時的水分，調配1～調配5中，所有添加粒度下8質量%最佳，調配6中，9質量%最佳。再者，調配6者中適量的造粒水分增加，其理由在於，大量使用結晶水多的鐵礦石C。結晶水多的鐵礦石一般而言氣孔多，在造粒時水分浸透至鐵礦石內部，需要較緻密的鐵礦石更多的水分。另外，關於調配1～調配5，粒度不同，但鐵礦石種類未發生變化，因而適量水分未發生變化。

結果，通氣性試驗中，如圖1所示，-63 μm（小於63 μm）者的通氣性為較調配6更良好的結果。但是，可知+63 μm的粒度者導致通氣性的惡化。因此，可知調配+63 μm的粒子會產生造粒性的下降、進而會對通氣性產生不良影響。據此而認為，增加-63 μm的粒子的調配會改善通氣性。若整理以上內容，則可以說當調配-1 mm（-1000 μm）的粒子時，增加-63 μm的粒子、即微粉鐵礦石的調配對於改善通氣性而言有效。

然而，鐵礦石等的造粒現象為微粉鐵礦石逐次附著於形成核粒子的粉粒狀鐵礦石的表面的現象。因此，造粒中重要的是微粉鐵礦石對核粒子表面的附著力。因而進行用於測定對造粒造成影響的附著力的剪切試驗。藉由以下方式進行該試驗：將利用500 μm的篩所篩選出的-500 μm的粉鐵礦石裝入組合有固定模具與可動模具的容器（43 mmf）內，藉由上部的活塞，以200 kgf進行壓縮，其後，一邊使垂直應力降低一邊利用拉力計（pull guage）沿水平方向拉伸可動部，藉此而測定與垂直應力相對應的剪切應力。此處，附著力使用垂直應力成為0 kgf時的剪切應力。對表3中的鐵礦石A、鐵礦石C～鐵礦石F進行試驗。關於試樣的粒度，針對篩選為-500 μm者、及一致為63 μm～125 μm的樣品，對各鐵礦石逐一進行評價，進而亦對將鐵礦石D粉碎所得的樣品進行評價。

結果，如下述表3、圖2、圖3所示，可知隨著-63 μm或-20 μm的比例（質量%）上升，鐵礦石的附著力（kPa）增加。此處，-63 μm、-20 μm的比例為利用雷射散射·分散測定法對篩選出的鐵礦石（-500 μm）、一致為63 μm～125 μm者、將鐵礦石D粉碎所得者的粒度進行測定所得的結果。特別是關於-63 μm及-20 μm的比例與附著力，使用二次函數進行多重迴歸分析（multiple regression analysis），結果於-63 μm的情況下相關係數為0.93，於-20 μm的情況下相關係數為0.98，可知-20 μm的粒子的比例對附著力的貢獻大。

另外，根據使鐵礦石的粒徑一致得出的試驗結果，可知即便改變鐵礦石的品種，若無-20 μm則附著力亦不會增加。關於該方面，現有的發明（日本專利特開2008-261016號公報）中認為，當進行粉碎時，藉由將針鐵礦（goethite）或高嶺石（kaolinite）選擇性粉碎，對附著力的貢獻率高，本發明中發現，藉由使鐵礦石的粒度變細，即便是針鐵礦、高嶺石為0.1質量%以下（藉由X射線繞射（X-ray diffraction，XRD）測定）的鐵礦石D，附著力亦大大增加。

[表3]

其次，實施使-20 μm的比例變化的造粒試驗、燒結試驗。該試驗中，對雖為細粒的鐵礦石但-20 μm者少的鐵礦石G及實施了粉碎處理的鐵礦石H進行試驗。關於試驗的條件及結果，如下述表4所示。再者，關於鐵礦石A的調配，情形1及情形2中改變核·粉率，另外使鹼性度為2.1，亦使SiO₂ 一定來進行試驗。在實施試驗時，利用滾筒混合機（drum mixer）對樣品進行6分鐘造粒，使用鍋試驗機進行煅燒。關於煅燒後的燒結塊（sinter cake），將自2 m的高度落下1次時粒徑為+10 mm者視為成品，將其重量除以（燒結塊重量-鋪床礦（bedding ore）重量）所得的值作為產率。再者，燒結生產率（t/（m² ·h））為成品重量除以煅燒時間及試驗鍋的剖面積所得的值。

[表4]

如圖4所示，可知-20 μm多的情形1中，即便通常被認為造粒困難的微粉（-500 μm）增加，造粒粒徑亦增加，另一方面，-20 μm少的情形2中，藉由微粉的增加，造粒粒徑變小。然而，造粒粒徑變大的情形1中確認到，儘管-20 μm增加而造粒粒子變大，但如圖5所示，燒結中的生產率下降。

一般而言，對包含核粒子與微粉的鐵礦石（原料）進行造粒而獲得的造粒燒結原料（準粒子）普遍呈稍小於微粉或核粒子的粒子附著（被覆）於核粒子的周圍的結構。此種造粒燒結原料（準粒子）由於在燒結機的濕潤帶中，表面的被覆層的部分吸收水分，因此強度下降而容易粉化，藉此而存在使填充層（燒結原料裝入層）中的空隙減少，阻礙通氣的情況。為解決此情況，重要的是濕潤帶中的造粒燒結原料的強度維持。

作為維持濕潤帶中的所述造粒燒結原料的強度的方法，有效的是使濕潤帶中亦不崩解的骨材（aggregate）（+1 mm核粒子）相對於微粉量而不減少，或者不如說使其增加則有效，藉此而可達成通氣性的改善。即，+1 mm（1 mm以上）的粒子在造粒時其會成為核粒子而促進造粒作用，而且粒子自身大，因而在燒結時擔負使通氣性提升的作用。另外，於燒結原料裝入層中，水分增加而造粒粒子的強度下降的濕潤帶、及造粒燒結原料熔化的熔融帶中通氣阻力變大，但藉由存在+1 mm的骨材粒子而起到抑制通氣性的下降的作用。

另一方面，-500 μm的粒子在其成為造粒粒子的一部分時於濕潤帶中容易成為漿料狀，另外於熔融帶中，由於為細粒而容易熔化，成為使通氣阻力增大的因素。

關於該方面，發明者等人發現可藉由下述核粉指數（-）加以整理，所述核粉指數（-）為造粒時成為核且燒結時成為骨材的+1 mm的粒子的比例與有助於造粒的-20 μm的粒子的比例的和除以對通氣性造成不良影響的-500 μm的粒子比例所得的值。即，該核粉指數可由下述式（1）來表示。 [式1] 核粉指數（-）={（+1 mm的粒子比例）+（-20 μm的粒子比例）}/（-500 μm的粒子比例）

圖6表示所述核粉指數與燒結生產率的關係。如根據該圖亦可知般，另外如根據下文敘述的實施例亦明確般，發現藉由將相對於造成不良影響的-500 μm的粒子而言的+1 mm及-20 μm的粒子比例的和設為1.8以上、較佳為1.9以上、特佳為2.0以上，即便於-500 μm粒子比例高的情況下，亦能夠製造用於維持較佳的燒結性的造粒燒結原料。

另外，本發明中，為了抑制燒結機上的燒結原料裝入層的濕潤帶中的影響，採用在利用滾筒混合機的造粒處理過程的後半階段作為黏合劑而外裝添加生石灰的方法。再者，於造粒處理過程中，作為黏合劑而外裝添加生石灰具有兩個效果。其一，殘留未與水反應的CaO，從而起到於濕潤帶中吸收水分的作用，對於抑制準粒子漿料化而言有效。並且，另一方面，與水反應而成的Ca(OH)₂ 位於準粒子的外表面側，藉此其與排氣中的CO₂ 反應，生成微細的CaCO₃ ，因此於準粒子表面形成牢固的層，能夠形成濕潤帶中亦難以崩潰的填充層（燒結原料裝入層）。 [實施例]

[例1] 該實施例中，利用滾筒混合機對下述樣品（鹼性度：2.0、SiO₂ ：5.0質量%）進行6分鐘造粒，使用鍋試驗機進行燒結。將燒結後的燒結塊自2 m的高度落下1次時粒徑為+10 mm者視為成品，將其重量除以（燒結塊重量-鋪床礦重量）所得的值作為產率。燒結生產率（t/（m² ·h））為成品重量除以煅燒時間及試驗鍋的剖面積所得的值。

其結果如表5、圖6所示，確認到相對於造成不良影響的-500 μm的粒子而言，將+1 mm及-20 μm的粒子比例的和設為2.0倍～2.3倍的情形1-1、情形3-1、情形3-3中，即便為加入有-500 μm粒子比例高的狀態的微粉鐵礦石者，與其他情形1-2、情形1-3、情形3-2、情形3-4相比，亦可維持穩定的高燒結生產率。

[表5]

[例2] 該實施例中，說明對生石灰添加的有無、添加的時期進行研究所得的結果。針對如下述表6所示的核粉指數分別設為2.3、2.2、2.2者，對無生石灰的例子及有生石灰（內裝）、有生石灰（外裝）的例子調查對生產率的影響。其他條件如下所述。 再者，該實施例中，利用滾筒混合機對樣品（鹼性度：2.1、SiO₂ ：4.7質量%）進行5分鐘造粒，使用鍋試驗機進行煅燒，將燒結後的燒結塊自2 m的高度落下1次時粒徑為+10 mm者視為成品，將其重量除以（燒結塊重量-鋪床礦重量）所得的值作為產率，燒結生產率（t/（m² ·h））為成品重量除以煅燒時間及試驗鍋的剖面積所得的值。

關於其結果，對生石灰添加的有無對燒結生產率所造成的影響進行調查，結果添加有生石灰者顯示出良好的結果。

認為其原因在於，藉由生石灰的黏合劑效果，準粒子的冷間強度上升，另外，藉由燒結時的CO₂ ，進而可支撐濕潤帶中的填充層。

[表6]

另外，該試驗中亦對外裝生石灰的效果進行驗證。即，利用滾筒混合機對下述樣品（鹼性度及SiO₂ ：一定）進行5分鐘造粒，使用鍋試驗機進行燒結。於外裝生石灰的情況下，進行以滾筒混合機的造粒時間的1/10的階段添加生石灰的外裝，其後，進行煅燒。將燒結後的燒結塊自2 m的高度落下1次時粒徑為+10 mm者視為成品，將其重量除以（燒結塊重量-鋪床礦重量）所得的值作為產率，燒結生產率（t/（m² ·h））為成品重量除以煅燒時間及試驗鍋的剖面積所得的值。

結果，藉由外裝生石灰，與內裝的情況相比，生產率變佳。即，可知於加入有微粉的情況下，藉由外裝生石灰而生產率進一步提升。再者，確認到於添加生石灰的情況下，之所以生產率與[例1]者相比大，在於生石灰添加的效果。

無

圖1是表示微粉比例不同的添加鐵礦石的粒度與風量的關係的圖。 圖2是表示-63 μm粒子的比例與最大附著力的關係的圖。 圖3是表示-20 μm粒子的比例與最大附著力的關係的圖。 圖4是表示-500 μm的比例與造粒粒徑的關係的圖。 圖5是表示-20 μm的比例與燒結生產率的關係的圖。 圖6是表示核粉指數與燒結生產率的關係的圖。

Claims (4)

1. 一種造粒燒結原料的製造方法，其特徵在於：當對包含粉粒狀鐵礦石的燒結調配原料進行造粒而製成造粒燒結原料時，作為所述粉粒狀鐵礦石，使用至少其一部分為包含30質量%以上的-20μm的大小的粒子的所述粉粒狀鐵礦石，並且下述所定義顯示所述粉粒狀鐵礦石的調配比例的核粉指數設為2.0以上，核粉指數(-)={(+1mm的粒子比例)+(-20μm的粒子比例)}/(-500μm的粒子比例)。
2. 如申請專利範圍第1項所述的造粒燒結原料的製造方法，其中所述造粒燒結原料為使用生石灰作為黏合劑而造粒者。
3. 如申請專利範圍第2項所述的造粒燒結原料的製造方法，其中當使用所述燒結調配原料及所述生石灰來製造所述造粒燒結原料時，所述生石灰在造粒後半階段進行外裝添加。
4. 一種燒結礦的製造方法，其為對包含粉粒狀鐵礦石的燒結調配原料進行造粒而獲得造粒燒結原料，利用燒結機對所得的所述造粒燒結原料進行煅燒，藉此而製造燒結礦的方法，所述燒結礦的製造方法的特徵在於：作為所述造粒燒結原料，使用如申請專利範圍第1項所述的造粒燒結原料的製造方法所製造的所述造粒燒結原料。