WO2017150428A1 - 焼結鉱の製造方法 - Google Patents

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particles
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ore
fine powder
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健太 竹原
山本　哲也
寿幸 廣澤
隆英 樋口
大山　伸幸
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Ｊｆｅスチール株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
    • C22B1/14—Agglomerating; Briquetting; Binding; Granulating
    • C22B1/16—Sintering; Agglomerating

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing sintered ore as a blast furnace raw material used in a Dwight-Lloyd type sintering machine or the like.
  • Sintered ore consists of several brands of fine iron ore (generally called sinter feed of about 125-1000 ⁇ m), auxiliaries such as limestone, quartzite, and serpentine, dust, scale, return ore, etc. Mixing and granulating a mixture of granulated raw material powder and solid fuel such as coke breeze in an appropriate amount, adding water, charging the resulting granulated material into a sintering machine Manufactured by firing. Generally, the sintered blending raw material contains moisture, and aggregates into pseudo particles during granulation. This pseudo-granulated raw material for sintering, when placed on the pallet of the sintering machine, helps to ensure good ventilation of the sintered raw material charging layer and facilitates the sintering reaction.
  • sinter feed generally called sinter feed of about 125-1000 ⁇ m
  • auxiliaries such as limestone, quartzite, and serpentine, dust, scale, return ore, etc.
  • the water in the heated granulated particles evaporates, and the granulated particles in the leeward form high moisture, forming a region where the strength decreases (wet zone).
  • This wet zone makes the granulated particles easily crushed, blocks the air flow path of the packed bed, and worsens ventilation.
  • Patent Documents 1 to 9 are known as methods for producing sintered ore as such a blast furnace raw material.
  • Patent Document 1 discloses a Hybrid Pelletized Sinter method (hereinafter referred to as “HPS method”). This technology aims to produce sintered ore with a low slag ratio and high reducibility by granulating a sintering compound material containing a large amount of fine iron ore with high iron content using a drum mixer and pelletizer. It is. However, with this technique, when processing a large amount of the sintering raw material, it is necessary to install a large number of pelletizers, and there is a problem that the manufacturing cost increases.
  • HPS method Hybrid Pelletized Sinter method
  • Patent Documents 4 to 6 Furthermore, there is also a proposal of a method (Patent Documents 4 to 6) in which a sintering raw material blended with fine powder and sinter feed is previously mixed with an Eirich mixer and then granulated with a drum mixer.
  • Patent Documents 4 to 6 when the fine powder ratio increases, the adhered powder layer becomes excessive, and the combustibility deterioration of the granulated particles has been a problem.
  • the lack of core particles deteriorates the granulation property, and there is also a problem that firing is performed with incomplete granulation.
  • Patent Documents 7 to 9 reports (Patent Documents 7 to 9) for processing difficult-to-granulate ores containing fine powder and containing a large amount of crystal water have been proposed.
  • the pressure loss in the wet zone is likely to increase.
  • An object of the present invention is to propose a method for producing a sintered ore that can obtain a high-quality sintered ore.
  • the present applicants have proposed a method for improving the strength of granulated particles when using fine iron ore, a method for reducing the evaporation of crystal water in order to suppress an increase in pressure loss in a wet zone, and a low crystal water And when the ore containing many fine powders was used, the method of performing granulation efficiently was examined and the following invention was achieved.
  • the present invention provides a sintering raw material composed of iron ore containing 20 mass% or more of core particles having a particle size of 1 mm or more and 10 to 50 mass% of fine particles having a particle size of 0.125 mm or less, a coagulant, and an auxiliary material. It is a method for producing a sintered ore characterized in that it is granulated after stirring using a high-speed stirrer and then fired.
  • the present invention it is possible to produce a high-quality sintered ore even when using iron ore containing a large amount of fine particles that are difficult to granulate by containing a large amount of core particles.
  • the production rate can be improved.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining an example of an equipment row for carrying out the method for producing a sintered ore of the present invention.
  • the method for producing a sintered ore according to the present invention will be described with reference to FIG. 1.
  • a sintered raw material 11 composed of auxiliary materials is prepared.
  • Sintering raw material 11 includes the above-described iron ore containing 30 mass% or more of core particles having a particle size of 1 mm or more and 10 to 50 mass% of fine particles having a particle size of 0.125 mm or less, a coagulation material such as powder coke, It preferably consists of auxiliary materials such as silica, lime and quicklime.
  • the purpose of the high-speed stirrer 12 is to break up agglomerates of fine powder, which are seeds of coarse granulated particles, before granulation in order to suppress the formation of coarse granulated particles. From the microscopic viewpoint, it is effective to exfoliate the fine powder directly by applying a shearing force to the aggregate itself in order to efficiently break the fine powder aggregate.
  • the high-speed stirrer 12 for example, an Eirich mixer, a Pelegaia mixer, a proshear mixer, or the like can be used.
  • the Eirich mixer is known as a “high-speed agitation granulator”, and is a facility having a granulation function accompanying the aggregation and growth of particles by liquid crosslinking.
  • the sintered raw material 11 that has been subjected to the pretreatment with the high-speed stirrer 12 is stirred and mixed by the drum mixer 13 with the addition of moisture, and granulated.
  • the sintered raw material 11 after granulation is supplied to a sintering machine 14 and becomes a sintered ore in the sintering machine 14.
  • the sintered ore is supplied to the blast furnace 15 as a blast furnace raw material together with coke and limestone to produce pig iron.
  • the equipment row shown in FIG. 1 after granulation by the drum mixer, the granulated particles are directly charged into the sintering machine and baked. You can also take That is, (1) a stirrer, drum mixer, drum mixer, and a row of equipment for arranging a plurality of drum mixers, (2) a stirrer, drum mixer, pelletizer, and a pelletizer between the drum mixer and the plurality of drum mixers.
  • the use of low crystal water ore was developed to reduce the pressure loss in the wet zone, but in order to further suppress the formation of the wet zone, a drying process was performed after granulation by a drum mixer.
  • the present invention can also be suitably applied to equipment rows in which the devices are arranged.
  • the feature of the method of producing the sintered ore of the present invention is that the sintering raw material contains 20 mass% or more of core particles having a particle diameter of 1 mm or more, The point is to use iron ore containing 10 to 50 mass% of fine powder having a diameter of 0.125 mm or less, and to stir with a high-speed stirrer as a pretreatment before granulation.
  • the core particles having a particle diameter of 1 mm or more are contained in the iron ore by containing 20% by mass or more of the core particles, and the core particles are separated from the core during granulation. Therefore, granulation is promoted as compared with the case where the number of core particles is small. Since granulated particles containing a lot of fine powder have low strength, it is important to suppress the destruction of the granulated particles against pressure in order to increase the strength. Therefore, by having the core particles whose strength is higher than that of the fine powder agglomerates, decreasing the easily breakable portion in the granulated particles leads to an increase in the particle strength.
  • the reason for limiting to the core particle having a particle diameter of 1 mm or more is that the core particle is generally 1 mm or more.
  • the reason why the core particles are limited to 20 mass% or more is that, from the results of Example 2 below, if the core particles are less than 20 mass%, the sintering production rate is deteriorated. Furthermore, it is preferable to set it as 30 mass% or more. Although there is no particular upper limit, it is preferably 80 mass% or less.
  • fine powder having a particle size of 0.125 mm or less is contained in 10 to 50 mass% iron ore. It becomes easy to form granulated particles of only a fine powder of low. By using a high-speed stirrer, these particles are broken, so that the aggregation of fine powder is crushed and the raw material is uniformly dispersed. By doing so, agglomeration of fine powder is eliminated, and the adhered powder layer becomes small, so that it becomes possible to produce granulated particles with high strength.
  • the reason why fine powder having a particle size of 0.125 mm or less is included in 10 to 50 mass% iron ore is that pseudo particles with low bonding strength cannot be formed if it is less than 10%, and if it exceeds 50%, Similarly, there is a problem that coarse particles having a low bond strength can be formed, but the upper limit is set to 50% without adding more than 50 mass% of fine iron ore of 125 ⁇ m or less.
  • the reason why the particle size is set to 125 ⁇ m or less is that when the particle size is 125 ⁇ m or less, the adhesion force representing the adhesion between the particle layers in the powder-filled layer to which moisture has been added increases, and thus the granulation property is greatly different. This is because.
  • the crushing with a high-speed stirrer requires a sufficient force to break up the aggregation of fine powder, which is higher than the peripheral speed of the stirring blades proposed so far.
  • a large force it is possible to break up the aggregation of fine powder.
  • the aggregation of the fine powder is already high when the moisture of the sintering raw material reaches the granulated moisture. Therefore, the crushing effect of the fine aggregate is further promoted by stirring the raw material in a low moisture state before adding moisture.
  • a sintering raw material is used using ore that has a low amount of crystal water that causes a wet zone.
  • the granulated particles obtained by this method reduce the generation of moisture when the temperature becomes high in the sintering machine as compared with the case of using a high crystal water ore.
  • the pressure loss of the wet zone is reduced, thereby improving the ventilation of the sintering raw material (sintered bed) during sintering.
  • the sinter production rate can be improved.
  • by suppressing the evaporation of moisture there is an effect that the condensed material which is a fuel can be reduced.
  • the present invention has been described with reference to the embodiment.
  • the entire amount of the granulated granulated particles can be used as a sintering raw material.
  • the granulated particles that have been granulated and the granulated particles that have been granulated without high-speed stirring are mixed and applied to the sintered raw material, which is also within the scope of the present invention.
  • the present invention is not limited to the configurations described in the above-described embodiments, but includes other embodiments and modifications conceivable within the scope of the matters described in the claims. .
  • the core particle ratio is defined as the weight ratio of each particle having a particle diameter of 1 mm or more
  • the fine powder ratio is the weight ratio of each particle having a particle diameter of 0.125 mm or less in iron ore.
  • the measuring method dried the extract
  • the water content of the sintering raw material is a value obtained by dividing the weight of water in the sintering raw material by the weight of the sintering raw material containing water. The value to be calculated.
  • the sintering raw material an iron ore containing the core particles and fine powder, a coagulant, and an auxiliary raw material were used.
  • the sintering raw materials include multiple brands of powdered iron ore, auxiliary raw material powders such as limestone, silica, and serpentine, miscellaneous raw material powders such as dust, scale, and ore, binders such as quick lime, and powdered coke.
  • An appropriate amount of a coagulating material as a solid fuel is blended.
  • Example 1 Effect of high-speed stirring and fine powder ratio>
  • the core particles having a particle diameter of 1 mm or more are 30 mass% or more
  • the crystal water is 4 mass% or less
  • the fine powder ratio is 10 mass% (nucleus particles: 42 mass%, crystal water: 4 mass%), 25 mass% (nucleus particles: 40 mass).
  • %, Crystal water: 3 mass%), and 40 mass% (nuclear particles: 36 mass%, crystal water: 3 mass%) were used.
  • the crystal water of the sample is an average value obtained by a weighted average from the weight ratio of each crystal water of the blended iron ore.
  • the crystal water of the blended iron ore is obtained by this average value calculation method.
  • the crystal water of each ore was measured according to JIS M 8700. These iron ores 69-70 mass%, return mineral 16 mass%, limestone 14 mass%, and quartzite 0-1 mass% were blended in the inner coat, and 5% of the powder coke as a coagulant was added in the outer coat. There, moisture was added so that the moisture of the sintering raw material was 6 mass%.
  • the high-speed stirrer uses an Eirich mixer, the length of the stirring blade is 350 mm in diameter, and the container is 750 mm in diameter.
  • the circumferential speed v (m / s) of the stirring blade is determined from the rotation speed N (rpm) of the stirring blade and the length of the stirring blade 350 mm.
  • ⁇ 0.35 ⁇ ⁇ ⁇ N / 60 It was.
  • stirring was performed at a peripheral speed of 6 m / s for 60 seconds.
  • the sintering production rate (t / (m 2 ⁇ h)) was a value obtained by dividing the product weight by the firing time and the cross-sectional area of the test pan.
  • the measurement results are shown in FIG. As shown in FIG. 2, it was found that when the fine powder ratio is increased from 10 mass% or more, which is a normal fine powder ratio, the sintering production rate is decreased in the case of only the drum mixer. On the other hand, it was found that, when pre-treatment by high-speed stirring was performed, although the sintering production rate decreased as the fine powder increased, the decrease was remarkably suppressed as compared with the case of granulating with only a drum mixer.
  • Example 2 About the influence of a nuclear particle ratio> Using iron ore having a crystal water of 4 mass% or less and a fine powder ratio of 40 mass% or less with a particle size of 0.125 mm or less, a test was performed in which the ratio of the core particles was changed. The ratio of the core particles is 13 mass% (crystal water: 2 mass%), 25 mass% (crystal water: 2 mass%), 32 mass% (crystal water: 2 mass%), and 43 mass% (crystal water: 4 mass%). It was.
  • the measurement results are shown in FIG. As shown in FIG. 3, it was found that the sintering production rate was improved when the core particles were 20 mass% or more, but the sintering production rate was remarkably improved particularly when 30 mass% or more was used. This is thought to be due to the increase in the strength of the granulated particles due to the inclusion of the core particles and the increased mixing of the core with the sintering raw material, which promotes granulation and improves the air flow during sintering. It is done.
  • Example 3 Suitable peripheral speed of stirring blade of high-speed stirrer> Next, the suitable peripheral speed at the time of processing the sintering raw material using iron ore with little crystal water, a high fine powder ratio, and a high nucleus particle ratio by high-speed stirring was examined.
  • iron ore having a crystal water of 2 mass%, a fine powder ratio of 25 mass%, and a core particle ratio of 30 mass% was used as sample conditions.
  • the iron ore 70 mass%, the return ore 16 mass% and the limestone 14 mass% were blended in the inner coat, and the powder coke 5 mass% as the coagulant was added as the outer coat. There, moisture was added so that the moisture of the sintering raw material was 6 mass%.
  • This sample was stirred for 60 seconds with a high-speed stirrer.
  • the high-speed stirrer the length of the stirring blade is 350 mm in diameter, and the container is 750 mm in diameter.
  • the peripheral speed was varied from 0 to 12 m / s.
  • granulation was performed for 5 minutes using a drum mixer while adding water to these sintered raw materials so that the water content was 7 mass%.
  • the harmonic average diameter of the granulated particles was evaluated.
  • the harmonic mean diameter is an index that is generally used for evaluating the ventilation of the powder layer. The larger the harmonic mean diameter, the more the granulation proceeds, and the better the ventilation.
  • the harmonic mean diameter is 1 kg of a powder sample after stirring treatment, dried, and then widened using sieves with openings of 0.25, 0.5, 1, 2.8, 4.75, and 8 mm.
  • the powder sample was sieved in order, and the weight ratio of each particle size was measured.
  • the harmonic mean diameter was determined by the following equation (1).
  • w i is the weight ratio obtained between each particle size
  • x i is the representative particle size between each particle size.
  • the representative particle size between each particle size is 0.125 mm for particles of 0.25 mm or less, 8 mm for particles of 8 mm or more, using the geometric mean of the larger opening and the smaller opening, respectively.
  • the geometric mean of the maximum particle size among the collected particles was used.
  • FIG. 4 shows the harmonic mean diameter of the granulated particles after granulation by a drum mixer.
  • Example 4 Influence of water content before stirring> Next, the moisture before the stirring at the time of processing the sintering raw material using the ore with a small amount of water of crystallization, an ore with a high fine powder ratio and a high core particle ratio by high-speed stirring was examined.
  • sample conditions iron ore having a crystal water of 2 mass%, a fine powder ratio of 25 mass%, and a core particle ratio of 30 mass% was used.
  • the iron ore 70 mass%, the return ore 16 mass% and the limestone 14 mass% were blended in the inner coat, and the powder coke 5 mass% as the coagulant was added as the outer coat. There, water was added so that the water content of the sintering raw material was 0-7 mass%. Then, granulation was performed for 5 minutes using a drum mixer while adding water to these sintered raw materials so that the water content was 7 mass%.
  • the ratio was evaluated based on the proportion of particles larger than 4.75 mm among the particles after stirring.
  • the granulated particles are a process of producing particles having a size of 3 to 5 mm, and particles having a particle size of 4.75 mm or more before granulation generate coarse particles after granulation. It causes flammability deterioration. Therefore, it is desirable to reduce particles having a particle size of 4.75 mm or more as the particles after stirring. Further, the reduction of particles having a particle size of 4.75 mm or more means that fine powder adhering to the core particles is crushed. Therefore, the dispersion of fine powder advances, and it becomes an index that the raw material is uniformly dispersed and mixed.
  • FIG. 5 shows the ratio of moisture during stirring and particles having a particle diameter of 4.75 mm or more after stirring.
  • the present invention has been described with reference to the embodiment.
  • the present invention is not limited to the configuration described in the above embodiment, and the matters described in the scope of claims.
  • Other embodiments and modifications conceivable within the scope are also included.
  • a case where the method for kneading a fine powder material of the present invention is configured by combining a part or all of the above-described embodiments and modifications is also included in the scope of the right of the present invention.
  • the method for producing a sintered ore of the present invention it is possible to produce a high-quality sintered ore even when using iron ore containing a large amount of fine particles that are difficult to granulate by containing a large amount of core particles.
  • the production rate of sinter can be improved, and the present invention can be suitably used in various methods for producing sinter.

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Abstract

難造粒性である微粉を多く含む鉄鉱石を使っても、高強度の造粒粒子を製造することが可能となり、高品質の焼結鉱を得ることができる焼結鉱の製造方法を提案することを目的とし、粒径１ｍｍ以上の核粒子を２０ｍａｓｓ％以上含み、粒径０．１２５ｍｍ以下の微粉を１０～５０ｍａｓｓ％含む鉄鉱石および凝結材および副原料から構成される焼結原料を、高速撹拌機を用いて撹拌した後に造粒し、その後に焼成することを特徴とする。

Description

焼結鉱の製造方法
　本発明は、ドワイト・ロイド式焼結機などで用いられる高炉原料としての焼結鉱の製造方法に関する。
　焼結鉱は、複数銘柄の粉鉄鉱石（一般に、１２５～１０００μｍ程度のシンターフィードと呼ばれているもの）に、石灰石や珪石、蛇紋岩等の副原料粉と、ダスト、スケール、返鉱等の雑原料粉と、粉コークス等の固体燃料とを適量ずつ配合した焼結配合原料に、水分を添加して混合－造粒し、得られた造粒原料を焼結機に装入して焼成することによって製造される。その焼結配合原料は、一般に、水分を含むことで造粒時に互いに凝集して擬似粒子となる。そして、この擬似粒子化した焼結用造粒原料は、焼結機のパレット上に装入されたとき、焼結原料装入層の良好な通気を確保するのに役立ち、焼結反応を円滑に進める。焼結反応中では、熱せられた造粒粒子の水分が蒸発し、風下の造粒粒子が高水分となり強度が低下する領域が形成される（湿潤帯）。この湿潤帯は、造粒粒子が潰れやすくなり、充填層の空気の流れ道をふさぎ、通気を悪化させる。
　一方で近年、鉄鉱石の微粉化が進行しており、この微粉鉱を用いた造粒粒子は強度が小さくなる。特に、水が加わった際に強度が大きく低下し、通気低減の要因となる問題がある。また微粉鉱は、焼結鉱の製造において重要な造粒が困難となることが知られている。焼結用粉鉄鉱石を取り巻くこのような環境の中で、最近、難造粒性である微粉を多く含む鉄鉱石を使って、高品質の焼結鉱を製造するための技術が提案されている。
　従来、こうした高炉原料としての焼結鉱の製造方法として、以下のような技術が知られている（特許文献１～９）。
特開昭６２－３７３２５号公報 特開平１－３１２０３６号公報 特開２００７－２４７０２０号公報 特開平１１－６１２８２号公報 特開平７－３３１３４２号公報 特開平７－４８６３４号公報 特開２００５－１９４６１６号公報 特開２００６－６３３５０号公報 特開２００３－１２９１３９号公報
　特許文献１はHybrid Pelletized Sinter法（以下、「ＨＰＳ法」という）を開示している。この技術は、鉄分の高い微粉鉄鉱石を多量に含む焼結配合原料をドラムミキサーとペレタイザーとを使って造粒することにより、低スラグ比・高被還元性の焼結鉱を製造しようというものである。しかしながら、この技術では、焼結原料を多量に処理する際に、ペレタイザーを多数設置する必要があり、製造コストが大きくなるという課題があった。
　また、造粒工程の前に、微粉鉄鉱石と製鉄ダストとを撹拌混合機で予め混合し、さらに撹拌混合機で造粒を行う方法や微粉を主体とする焼結原料を撹拌機で撹拌後に造粒機を用いて造粒する方法が提案されている（特許文献２～３）。しかしながら、これらの方法では造粒粒子が微粉原料主体であり、造粒粒子よりも強度が高い核粒子（鉄鉱石）を有する場合に比べ、造粒粒子の強度が減少するという課題があった。
　さらに、微粉とシンターフィードを配合した焼結原料をアイリッヒミキサーで予め混合処理したのちドラムミキサーにて造粒する方法（特許文献４～６）などの提案もある。しかしながら、これらの手法では、微粉割合が増加した際に、付着粉層が過剰となり、造粒粒子の燃焼性悪化が課題であった。また、核粒子の不足することにより造粒性が悪化し、造粒が不完全のまま焼成を行うといった問題もあった。
　さらにまた、微粉を含みかつ結晶水を多く含む難造粒性鉱石を処理する報告（特許文献７～９）が提案されている。しかしながら、これらの方法では、焼結中に、高結晶鉱石からの大量の水分の蒸発により、湿潤帯での圧損上昇を防ぐことが困難であった。また、造粒粒子の強度が低下しやすい微鉄鉱石を多く使用する際には、更に湿潤帯での圧損が上昇しやすいという課題もあった。
　本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、難造粒性である微粉を多く含む鉄鉱石を使っても、高強度の造粒粒子を製造することが可能となり、高品質の焼結鉱を得ることができる焼結鉱の製造方法を提案することを目的とするものである。
　本出願人らは、微鉄鉱石を用いた際の造粒粒子強度を向上させる方法、また、湿潤帯での圧損上昇を抑制するために結晶水の蒸発を低減する方法、および、低結晶水かつ微粉を多く含む鉱石を使用する際に効率的に造粒を行う方法を検討し、以下のような本発明を達成した。
　即ち、本発明は、粒径１ｍｍ以上の核粒子を２０ｍａｓｓ％以上含み、粒径０．１２５ｍｍ以下の微粉を１０～５０ｍａｓｓ％含む鉄鉱石および凝結材および副原料から構成される焼結原料を、高速撹拌機を用いて撹拌した後に造粒し、その後に焼成することを特徴とする焼結鉱の製造方法である。
　なお、本発明に係る前記焼結鉱の製造方法においては、
（１）粒径０．１２５ｍｍ以下の微粉を２５～４０ｍａｓｓ％含む鉄鉱石を含む焼結原料を、撹拌し、造粒すること、
（２）結晶水は４ｍａｓｓ％以下であること、
（３）高速撹拌機の撹拌羽根の周速を６ｍ／ｓ以上とすること、
（４）高速撹拌機で事前処理する際の水分は６ｍａｓｓ％以下であること、
が、より好ましい解決手段になり得るものと考えられる。
　本発明によれば、核粒子を多く含ませることで、難造粒性である微粉を多く含む鉄鉱石を使った場合でも、高品質の焼結鉱を製造することができるとともに、焼結鉱生産率の改善が可能となる。
本発明の焼結鉱の製造方法を実施する設備列の一例を説明するための図である。 微粉割合を変えた際高速撹拌を行った場合と行わなかった場合との焼結生産率を比較するためのグラフである。 核粒子割合と焼結生産率との関係を示すグラフである。 高速撹拌機の撹拌羽根の周速と調和平均径との関係を示すグラフである。 撹拌時の水分と粒径４．７５ｍｍ以上の割合との関係を示すグラフである。
　図１は、本発明の焼結鉱の製造方法を実施する設備列の一例を説明するための図である。図１に従って本発明の焼結鉱の製造方法を説明すると、まず、粒径１ｍｍ以上の核粒子を２０ｍａｓｓ％以上含み、粒径０．１２５ｍｍ以下の微粉を１０～５０ｍａｓｓ％含む鉄鉱石、凝結材、副原料から構成される焼結原料１１を準備する。焼結原料１１は、上述した粒径１ｍｍ以上の核粒子を３０ｍａｓｓ％以上含み、粒径０．１２５ｍｍ以下の微粉を１０～５０ｍａｓｓ％含む鉄鉱石と、粉コークスなどの凝結材と、返鉱、珪石、石灰、生石灰などの副原料と、からなることが好ましい。
　次に、準備した焼結原料１１の事前処理を高速撹拌機１２で実施する。高速撹拌機１２の目的は、粗大な造粒粒子の生成を抑止するために、粗大な造粒粒子の種となる微粉の凝集体を造粒前に壊砕することにある。微粉の凝集体を効率的に壊砕するためには、ミクロ的には、凝集体自身に、せん断力を加えて、直接微粉を剥離させることが有効である。高速撹拌機１２の一例としては、たとえば、アイリッヒミキサー、ペレガイアミキサー、プロシェアミキサーなどを用いることができる。このうちアイリッヒミキサーは、「高速撹拌造粒機」として知られ、液体架橋による粒子の凝集、成長に伴う造粒機能を併せもつ設備である。
　次に、事前処理を高速撹拌機１２で行われた焼結原料１１を、ドラムミキサー１３によって、水分添加の下で撹拌混合して造粒する。造粒後の焼結原料１１は焼結機１４に供給され、焼結機１４において焼結鉱となる。そして、焼結鉱は、コークス、石灰石などとともに高炉原料として高炉１５に供給されて銑鉄を製造する。
　なお、図１に示した設備列では、ドラムミキサーによる造粒後、造粒粒子を直接焼結機に装入して焼成しているが、焼結機までの構成について以下のような設備列をとることもできる。すなわち、（１）撹拌機、ドラムミキサー、ドラムミキサー、と複数のドラムミキサーを配置する設備列、（２）撹拌機、ドラムミキサー、ペレタイザー、ドラムミキサーと複数のドラムミキサーの間にペレタイザーを配置する設備列、（３）本発明では、湿潤帯での圧損低減のため、低結晶水鉱石使用の開発を行ったが、さらに湿潤帯の形成を抑制するために、ドラムミキサーによる造粒後に乾燥プロセスを配置する設備列、などにも、本発明を好適に適用することができる。
　上述した設備列により本発明の焼結鉱の製造を実施するが、本発明の焼結鉱の製造方法における特徴は、焼結原料として、粒径１ｍｍ以上の核粒子を２０ｍａｓｓ％以上含み、粒径０．１２５ｍｍ以下の微粉を１０～５０ｍａｓｓ％含む鉄鉱石を用いる点、および、造粒前の事前処理として高速撹拌機による撹拌を行う点、にある。
　まず、本発明の焼結鉱の製造方法においては、粒径１ｍｍ以上の核粒子を２０ｍａｓｓ％以上と核粒子を鉄鉱石中に多く含ませることで、造粒の際にその核粒子が核となるため、核粒子が少ない場合に比べて造粒が促進される。微粉を多く含む造粒粒子は強度が低いため、強度を増加させるには、圧力に対する造粒粒子の破壊を抑制することが重要である。そのため、微粉の凝集体よりも強度が高い核粒子を有することで、造粒粒子中の破壊しやすい部分を低下させることが、粒子強度上昇に繋がる。
　なお、ここで、粒径１ｍｍ以上の核粒子と限定する理由は、核粒子は１ｍｍ以上であることが一般的であるためである。また、核粒子を２０ｍａｓｓ％以上と限定する理由は、以下の実施例２の結果から、核粒子が２０ｍａｓｓ％未満であると、焼結生産率が悪くなるためである。さらに、３０ｍａｓｓ％以上とすることが好ましい。上限は特に設けないが、８０ｍａｓｓ％以下であると好ましい。
　また、本発明の焼結鉱の製造方法においては、粒径０．１２５ｍｍ以下の微粉を１０～５０ｍａｓｓ％鉄鉱石中に含ませているが、微粉を多く含む原料は、水分の偏りにより、強度の低い微粉のみの造粒粒子が形成させやすくなる。高速撹拌機を用いることにより、これらの粒子は、破壊されることで、微粉の凝集が解砕され、原料が均一に分散される。そうすることにより、微粉の凝集がなくなり、付着粉層が小さくなるため、高強度の造粒粒子を製造することが可能となる。
　なお、ここで、粒径０．１２５ｍｍ以下の微粉を１０～５０ｍａｓｓ％鉄鉱石中に含ませる理由は、１０％未満では結合強度の弱い擬似粒子が出来ないためであり、また、５０％超えでは同様に結合強度が弱い粗大な粒子が出来る問題があるが、実質的に１２５μｍ以下の微粉鉄鉱石を５０ｍａｓｓ％超えて配合することはなく上限を５０％とした。粒径を１２５μｍ以下とした理由は、粒径１２５μｍ以下においては、水分を添加した粉体充填層における粒子層同士の接着性を表す付着力が増加するために造粒性が大きく異なる挙動を示したためである。
　さらに、本発明の焼結鉱の製造方法において、高速撹拌機による解砕は、微粉の凝集を崩壊させるのに十分な力が必要であり、これまで提案されてきた撹拌羽根の周速よりも大きな力を与えることで、微粉の凝集の解砕が可能となる。また、微粉の凝集は、焼結原料の水分が、造粒水分に達している際にすでに、高くなっている。そのため、水分を添加する前の、低水分の状態で原料を撹拌することで、より微粉の凝集物の解砕効果が促進される。
　さらにまた、本発明の焼結鉱の製造方法の好適例において、微粉鉱使用時に減産の原因となる湿潤帯を抑制するため、湿潤帯の原因となる結晶水が少ない鉱石を用いて焼結原料を造粒し、焼結鉱を製造する方法を提案するものである。この方法により、得られた造粒粒子は、前記したように、高結晶水鉱石を用いる場合に比べ、焼結機内で高温になった際の水分の発生が低減される。湿潤帯での水分が低減されると、湿潤帯の圧損が低下することにより、焼結中の焼結原料（焼結ベッド）での通気が改善される。その結果として、焼結鉱生産率の改善が可能となる。また、水分の蒸発を抑制することで、燃料である凝結材を低下できる効果もある。
　以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明の高速撹拌後、造粒した造粒粒子の全量を焼結原料として使用することもでき、また、本発明の高速撹拌後、造粒した造粒粒子と高速撹拌せずに造粒した造粒粒子とを混合して焼結原料に適用することも本発明の権利範囲に含まれる。また、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
　次に、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
　本発明では、核粒子割合は粒子径１ｍｍ以上の粒子、微粉割合は鉄鉱石中の粒子径０．１２５ｍｍ以下の粒子、のそれぞれの重量割合として定義した。ここで、測定方法は、採取した鉄鉱石を乾燥させ、ＪＩＳ　Ｚ　８８０１の網篩いを用いて篩い、各粒度の重量を測定し、鉄鉱石全体の重量から、各粒度の重量割合を算出した。また、焼結原料の水分は、焼結原料中の水の重量を、水分を含む焼結原料の重量で除した値であり、本発明では、乾燥した焼結原料および添加した水の重量から計算される値である。ここで、焼結原料は、上記核粒子および微粉を含む鉄鉱石および、凝結材、副原料含むものを用いた。しかしながら、一般に焼結原料は複数銘柄の粉鉄鉱石に、石灰石や珪石、蛇紋岩等の副原料粉と、ダスト、スケール、返鉱等の雑原料粉、生石灰などのバインダーと、粉コークス等の固体燃料としての凝結材とを適量ずつ配合するものである。
＜実施例１：高速撹拌および微粉割合の影響について＞
　試験は、粒径１ｍｍ以上の核粒子が３０ｍａｓｓ％以上、結晶水が４ｍａｓｓ％以下であり、微粉比率が１０ｍａｓｓ％（核粒子：４２ｍａｓｓ％、結晶水：４ｍａｓｓ％）、２５ｍａｓｓ％（核粒子：４０ｍａｓｓ％、結晶水：３ｍａｓｓ％）、４０ｍａｓｓ％（核粒子：３６ｍａｓｓ％、結晶水：３ｍａｓｓ％）である鉄鉱石を用いた。ここで、試料の結晶水は、配合した鉄鉱石の各結晶水の重量割合から、加重平均によって求めた平均値である。本発明において、配合した鉄鉱石の結晶水は、この平均値の計算方法で求めたものである。この各鉱石の結晶水の測定はＪＩＳ　Ｍ　８７００に準拠して行った。これらの鉄鉱石６９～７０ｍａｓｓ％と返鉱１６ｍａｓｓ％と石灰石１４ｍａｓｓ％と珪石０～１ｍａｓｓ％を内掛けで配合し、凝結材である粉コークス５％を外掛けで添加した。そこに、焼結原料の水分が６ｍａｓｓ％になるように水分を添加した。
　これらの試料に対し、高速撹拌機による事前処理を用いた場合と用いない場合で試験を行った。高速撹拌機は、アイリッヒミキサーを用い、撹拌羽根の長さは直径：３５０ｍｍであり、容器は直径７５０ｍｍである。撹拌羽根の周速ｖ（ｍ／ｓ）は、撹拌羽根の回転数Ｎ（ｒｐｍ）および撹拌羽根の長さ３５０ｍｍより、
　　ν＝０．３５×π×Ｎ／６０
とした。本発明では、周速は６ｍ／ｓで６０秒撹拌を行った。
　その後、これらの焼結原料に対して水分７ｍａｓｓ％になるように水分を添加しつつ、ドラムミキサーを用いて、５分間造粒を行い、鍋試験機を用いて、焼成を行った。焼結後のシンターケーキを２ｍの高さから１回落とした際、粒径が＋１０ｍｍであるものを成品とし、その重量を（シンターケーキ重量－床敷鉱重量）で除した値を歩留とした。焼結生産率（ｔ／（ｍ２・ｈ））は、成品重量を焼成時間および試験鍋の断面積で除した値とした。
　測定結果を図２に示す。図２に示すように、通常の微粉割合である１０ｍａｓｓ％以上よりも微粉比率が増加すると、ドラムミキサーのみの場合、焼結生産率が減少することが分かった。一方で、高速撹拌による事前処理をした場合、微粉の増加に伴い焼結生産率は減少するものの、ドラムミキサーのみで造粒した場合に比べ、著しく減少が抑制されることが分かった。
＜実施例２：核粒子割合の影響について＞
　結晶水が４ｍａｓｓ％以下であり、粒径０．１２５ｍｍ以下の微粉比率が４０ｍａｓｓ％である鉄鉱石を用いて、核粒子の割合を変化させた試験を行った。核粒子の割合は１３ｍａｓｓ％（結晶水：２ｍａｓｓ％）、２５ｍａｓｓ％（結晶水：２ｍａｓｓ％）、３２ｍａｓｓ％（結晶水：２ｍａｓｓ％）、４３ｍａｓｓ％（結晶水：４ｍａｓｓ％）の範囲で実験を行った。これらの鉄鉱石６９～７０ｍａｓｓ％と返鉱１６ｍａｓｓ％と石灰石１４ｍａｓｓ％と珪石０～１ｍａｓｓ％を内掛けで配合し、凝結材である粉コークス５％を外掛けで添加した。そこに、焼結原料の水分が６ｍａｓｓ％になるように水分を添加した。これらの試料を高速撹拌機により撹拌を行った。高速撹拌機は、撹拌羽根の長さは直径３５０ｍｍであり、容器は直径７５０ｍｍである。本発明では、周速は６ｍ／ｓで６０秒撹拌を行った。その後、これらの焼結原料に対して水分７ｍａｓｓ％になるように水分を添加しつつ、ドラムミキサーを用いて、５分間造粒を行い、鍋試験機を用いて、焼成を行った。
　測定結果を図３に示す。図３に示すように、核粒子を２０ｍａｓｓ％以上で焼結生産率は改善されるが、特に、３０ｍａｓｓ％以上用いた場合、焼結生産率は格段に改善されていることが分かった。これは、核粒子が入ることにより、造粒粒子強度が増加することおよび、核が焼結原料に多く混合されることで造粒が促進され、焼結中の通気が改善したためであると考えられる。
＜実施例３：高速撹拌機の撹拌羽根の好適な周速について＞
　次に、結晶水が少なく、高微粉比率かつ核粒子割合が高い鉄鉱石を用いた焼結原料を高速撹拌で処理する際の好適な周速を検討した。試料の条件としては、結晶水が２ｍａｓｓ％であり微粉比率が２５ｍａｓｓ％、核粒子の割合が３０ｍａｓｓ％の鉄鉱石を用いた。この鉄鉱石７０ｍａｓｓ％と返鉱１６ｍａｓｓ％と石灰石１４ｍａｓｓ％とを内掛けで配合し、凝結材である粉コークス５ｍａｓｓ％を外掛けで添加した。そこに、焼結原料の水分が６ｍａｓｓ％になるように水分を添加した。
　この試料を高速撹拌機により６０秒撹拌した。高速撹拌機は、撹拌羽根の長さは直径３５０ｍｍであり、容器は直径７５０ｍｍである。本発明では、周速は０～１２ｍ／ｓで変化させた。その後、これらの焼結原料に対して水分７ｍａｓｓ％になるように水分を添加しつつ、ドラムミキサーを用いて、５分間造粒を行った。本実施では、造粒後の粒子の調和平均径を評価した。調和平均径は、粉体層の通気を評価するために一般的に用いられる指標であり、調和平均径が大きいほど、造粒が進行していることを示し、通気が良くなる。
　調和平均径は、撹拌処理後の粉体サンプルを１ｋｇ採取し、乾燥後、目開き０．２５、０．５、１、２．８、４．７５、８ｍｍの篩いを用いて目開きの広い順で当該粉体サンプルを篩い、各粒度の重量割合を測定した。調和平均径は下記の（１）式で求めた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、ｗｉは各粒経間で得られた重量割合であり、ｘｉは各粒径間の代表粒子径である。各粒径間の代表粒子径は、それぞれ大きいほうの目開きと小さいほうの目開きの相乗平均を用いて、０．２５ｍｍ以下の粒子については０．１２５ｍｍ、８ｍｍ以上の粒子については８ｍｍと、採取された粒子の中の最大の粒子径との相乗平均とした。
　図４にドラムミキサーにより造粒した後の造粒子の調和平均径を示す。この結果、周速が６ｍ／ｓになるまで、周速の増加に伴い、調和平均径が増加することが分かった。また周速が６ｍ／ｓ以上の場合、調和平均径は一定になった。周速の増加に伴い、調和平均径が増加した理由は、撹拌する際に、周速が低い場合には撹拌羽根による焼結原料中の水分の分散が不十分であり、水分が行き渡らず、造粒されない粒子が残存したためである。また、周速が十分大きい場合には、水分の分散が十分となり、造粒されない粒子が減少し、調和平均径が増加した。
＜実施例４：撹拌前の水分量の影響について＞
　次に、結晶水が少なく、高微粉比率かつ核粒子割合が高い鉱石を用いた焼結原料を高速撹拌で処理する際の好適な撹拌前の水分について検討した。試料の条件としては、結晶水が２ｍａｓｓ％であり微粉比率が２５ｍａｓｓ％、核粒子の割合が３０ｍａｓｓ％の鉄鉱石を用いた。この鉄鉱石７０ｍａｓｓ％と返鉱１６ｍａｓｓ％と石灰石１４ｍａｓｓ％とを内掛けで配合し、凝結材である粉コークス５ｍａｓｓ％を外掛けで添加した。そこに、焼結原料の水分が０～７ｍａｓｓ％になるように水分を添加した。その後、これらの焼結原料に対して水分７ｍａｓｓ％になるように水分を添加しつつ、ドラムミキサーを用いて、５分間造粒を行った。
　本試験では、撹拌による微粉の凝集物の解砕がしやすくなる水分を検討するため、撹拌後の粒子のなかで、大きい粒子である４．７５ｍｍ以上の粒子の割合で評価した。通常、造粒粒子は３～５ｍｍの粒子を製造するプロセスであり、造粒前に粒径４．７５ｍｍ以上の粒子は、造粒後に粗大粒子が生成し、この粗大粒子は、焼成の際、燃焼性悪化の原因となる。そのため、撹拌後の粒子としては、粒径４．７５ｍｍ以上の粒子を減少させることが望ましい。また、粒径４．７５ｍｍ以上の粒子が減少することは、核粒子に付着する微粉が解砕されることを意味している。そのため微粉の分散が進み原料が均一に分散、混合される指標となる。
　図５に撹拌時の水分と撹拌後の粒径４．７５ｍｍ以上の粒子の割合を示す。この結果、水分が減少させることで、撹拌後の粒径４．７５ｍｍ以上の粒子の割合を低下できることが分かった。特に水分が６ｍａｓｓ％以下の場合、粒径４．７５ｍｍ以上の粒子割合が一定となっていることが分かった。これは、水分が低下することで、焼結原料中の微粉の凝集物の水分も低減されたためである。微粉の凝集物の水分が減少することで、凝集に必要な粒子同士の付着力が低下して、撹拌羽根による凝集物の解砕が進行した。
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の微粉原料の混練方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
　本発明の焼結鉱の製造方法によれば、核粒子を多く含ませることで、難造粒性である微粉を多く含む鉄鉱石を使った場合でも、高品質の焼結鉱を製造することができるとともに、焼結鉱生産率の改善が可能となり、種々の焼結鉱の製造方法に本発明を好適に用いることができる。
１１　焼結原料
１２　高速撹拌機
１３　ドラムミキサー
１４　焼結機
１５　高炉

Claims (5)

  1. 　粒径１ｍｍ以上の核粒子を２０ｍａｓｓ％以上含み、粒径０．１２５ｍｍ以下の微粉を１０～５０ｍａｓｓ％含む鉄鉱石および凝結材および副原料から構成される焼結原料を、高速撹拌機を用いて撹拌した後に造粒し、その後に焼成することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
  2. 　粒径０．１２５ｍｍ以下の微粉を２５～４０ｍａｓｓ％含む鉄鉱石を含む焼結原料を、撹拌し、造粒することを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
  3. 　鉄鉱石の結晶水は４ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の焼結鉱の製造法。
  4. 　高速撹拌機の撹拌羽根の周速を６ｍ／ｓ以上とすることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の焼結鉱の製造方法。
  5. 　高速撹拌機で事前処理する際の水分は６ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の焼結鉱の製造方法。
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