CN113272463B

CN113272463B - 烧结矿的制造方法

Info

Publication number: CN113272463B
Application number: CN201980086377.4A
Authority: CN
Inventors: 竹原健太; 山本哲也; 樋口隆英; 广泽寿幸; 岩见友司
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2023-03-21
Anticipated expiration: 2039-12-09
Also published as: KR102533807B1; JP6939842B2; KR20210090241A; CN113272463A; JP2020105625A

Abstract

本发明提出了在烧结配合原料的造粒时在该烧结配合原料中添加超微粉原料而改善了造粒性的情况下也能够防止烧结后的烧结矿的生产性降低的烧结矿的制造方法。所述烧结矿的制造方法利用造粒机将包含含有多个品种的铁矿石的烧结配合原料进行造粒，并利用烧结机对得到的烧结用造粒原料进行烧成，从而得到烧结矿，其中，所述烧结配合原料配合粒径10μm以下为过半量的超微粉原料，使配合后的总量中的粒径10μm以下者增加1～10质量％，在对该烧结配合原料进行造粒时，在利用造粒机对除焦炭粉以外的烧结配合原料进行造粒的过程中进行焦炭粉的添加。

Description

烧结矿的制造方法

技术领域

本发明涉及作为高炉用原料的烧结矿的制造方法，特别是涉及使用着眼于供于造粒的烧结配合原料的粒子特性而制造的烧结用配合原料来制造烧结矿的烧结矿的制造方法。

背景技术

烧结矿通常利用以下的工序制造。首先，在包含多个品种的粉铁矿石(通常被称为-10mm左右的烧结料)中分别适量配合石灰石、硅石、蛇纹石等辅助材料粉、矿粉、铁鳞、返矿等杂原料粉、以及焦炭粉等固体燃料，得到烧结配合原料。接着，在得到的烧结配合原料中添加水分。然后，对添加了水分的烧结配合原料进行混合-造粒，得到烧结用造粒原料。接着，将得到的烧结用造粒原料装入烧结机中进行烧成，由此得到了烧结矿。由于该烧结配合原料通常包含水分，因此在造粒时彼此聚集而形成准粒子。因此，在将该准粒子化的烧结用造粒原料装入烧结机的小车(pallet)上时，有助于确保烧结原料装入层的良好透气，顺畅地进行烧结反应。

在上述的烧结矿的制造方法中，以往提出了通过在难以造粒的烧结原料中添加微粉化或超微粉化的原料来改善造粒性的各种方法。例如，专利文献1中公开了一种以成为含有15％以上的粒径45μm以下的微粉的粒度的方式将烧结原料中的多孔铁矿石粉碎的烧结矿的制造方法。另外，专利文献2中公开了一种使用了包含颗粒料和将一部分粉碎成10μm以下而进行了粒度调整的铁矿石的微粉原料的烧结矿的制造方法。另外，专利文献3中公开了在混炼烧结原料时添加粒径10μm以下的微粒进行混炼的烧结原料的预先处理方法。此外，专利文献4中公开了一种利用给定构成的立式粉碎机将颗粒料造粒而成、且包含粒径为10μm以下的极微粒子作为其一部分的烧结原料的制造方法。

需要说明的是，本实施方式的粒径是指使用依据JIS(日本工业标准)Z8801-1的公称网眼的筛进行筛分的粒径，例如，粒径4mm以下是指全部量通过依据JIS Z 8801-1的公称网眼4mm的筛的粒径，也记为-4mm。另外，JIS(日本工业标准)Z 8801-1中规定的公称网眼的最小值为20μm，在比其更小的例如10μm以下的情况下，是指利用依据JIS Z 8825的激光衍射/散射法、依据JIS Z 8820-2的液相重力沉淀法求出的粒径10μm以下的累积分数基本为100％的粒径。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-138244号公报

专利文献2：日本特开2013-32568号公报

专利文献3：日本特开2012-162796号公报

专利文献4：国际公开第2013-54471号

发明内容

发明所要解决的课题

然而，这些方法均仅考虑了特定矿石的处理，并没有考虑到除特定矿石以外的其它未进行微粉化的矿石与为了改善造粒性而添加的经微粉化或超微粉化后的原料的关系。因此，在对这样的烧结配合原料进行造粒时，焦炭粉的燃烧性受到妨害，存在烧结后的烧结矿的生产性降低的问题。

本发明的目的在于提供在烧结配合原料的造粒时在该烧结配合原料中添加超微粉原料而改善了造粒性的情况下、也能够防止烧结后的烧结矿的生产性的降低的烧结矿的制造方法。

用于解决课题的方法

发明人等对上述的现有技术所存在的课题进行了深入研究，结果查明了，通过使在烧结配合原料中添加的超微粉原料的添加量最优化，并且将通过焦炭粉外包的准粒子用作烧结用造粒原料，能够防止烧结后的烧结矿的生产性的降低，从而开发出了本发明。

即，本发明为一种烧结矿的制造方法，该方法利用造粒机将包含含有多个品种的铁矿石的烧结配合原料进行造粒，并利用烧结机对得到的烧结用造粒原料进行烧成，从而得到烧结矿，其中，配合粒径10μm以下为过半量的超微粉原料，使配合后的总量中的粒径10μm以下者增加1～10质量％，在对该烧结配合原料进行造粒时，在利用造粒机对除焦炭粉以外的烧结配合原料进行造粒的过程中进行焦炭粉的添加。

需要说明的是，在如上所述的构成的本发明的烧结矿的制造方法中，可以考虑如下更优选的解决方案：

(1)从添加上述焦炭粉起至造粒结束的时间为30～120秒钟；

(2)在进行上述烧结配合原料的造粒时，在除焦炭粉及石灰石或返矿以外的烧结配合原料的造粒开始之后且在添加上述焦炭粉之前，添加上述石灰石或返矿；

(3)作为上述焦炭粉，使用10～120μm的气孔量为0.40cc/g以上的焦炭粉；

(4)上述造粒仅使用鼓式混合机(drum mixer)来进行。

发明效果

根据本发明的烧结矿的制造方法，通过配合粒径10μm以下为过半量的超微粉原料而使配合后的总量中的粒径10μm以下者增加1～10质量％，并且在对该烧结配合原料进行造粒时，在利用造粒机对除焦炭粉以外的烧结配合原料进行造粒的过程中进行焦炭粉的添加，从而能够利用超微粉原料来改善造粒性，同时能够促进焦炭粉的燃烧，能够改善烧结矿的生产性。

附图说明

图1是用于说明本发明的烧结矿的制造方法中的各工序的一例的流程图。

图2是用于说明本发明的烧结矿的制造方法中的各工序的其它例的流程图。

图3是用于说明按照图1的工序制造的烧结矿的一例的构成的图。

图4是用于说明按照图2的工序制造的烧结矿的一例的构成的图。

图5是根据表1-1及表1-2的数据示出生产率与外包时间的关系的图。

图6是根据表1-1及表1-2的数据示出与超微粉原料0％的比较生产率与外包时间的关系的图。

图7是用于说明透气性指数JPU的求法的图。

具体实施方式

＜关于本发明的开发经过＞

在本发明中，对于在将包含过半量的超微粉粒子的超微粉原料添加至烧结配合原料后烧结配合原料在烧结时的燃烧受到妨害的原因，想到了超微粉粒子对成为烧结时的热源的焦炭粉的包覆。这里，超微粉粒子是指粒度为-10μm以下(这里粒径为10μm以下)的微粒，并不受成分等的限定。由于这些粒子的粒径小，因此比表面积增高，具有使粒子彼此的接触点数增加的效果。因此，超微粉粒子的附着性高，通过在造粒时添加而具有改善造粒性的效果。

另一方面，超微粉粒子能够进入其它粒子的开放气孔。例如，在本发明所使用的焦炭粉中，作为一例，包含0.54cc/g的-100μm的开放气孔且包含0.11cc/g的-10μm的开放气孔。因此，由于超微粉粒子是-10μm以下的微粒子，因此在造粒中容易进入这些气孔。因此，可以认为超微粉粒子会进入焦炭粉的气孔。焦炭粉的气孔越多越容易进行燃烧，可知由于这些气孔被超微粉粒子堵塞而使燃烧受到妨害。

另外，即使不使用超微粉原料，通常的烧结配合原料中有时也包含10％以下的超微粉粒子，可知，通过添加包含过半量超微粉粒子的超微粉原料而使超微粉粒子相对于烧结配合原料的总量的比例增加，会在进一步改善造粒性的同时进一步妨害燃烧。

因此，在本发明中，开发出了通过在造粒工艺中尽可能减少超微粉原料与焦炭粉的接触来促进焦炭粉的燃烧的技术。具体而言，开发出了下述工艺，从而完成了本发明。

(1)通过在利用超微粉原料促进了造粒的烧结配合原料的造粒的后半程添加焦炭粉，从而用焦炭粉对包含超微粉原料的烧结配合原料进行外包。

(2)在造粒的后半程，添加(外包)不包含超微粉原料的原料(石灰石或返矿)，然后，添加并外包焦炭粉。

＜关于本发明的烧结矿的制造方法＞

首先，本发明的烧结矿的制造方法的概要如下所述。即，本发明的特征在于，在配合粒径10μm以下为过半量的超微粉原料并使配合后的总量中的粒径10μm以下增加了1～10质量％的烧结配合原料的造粒时，在造粒过程中添加焦炭粉，用焦炭粉进行外包。

在上述中，优选将从添加焦炭粉起至烧结配合原料的造粒结束的时间设为30～120秒钟。另外，如果在添加焦炭粉之前用石灰石或返矿进行外包，则能够改善烧结时的生产性，因此优选。这里，焦炭粉的外包时间是从添加焦炭粉起至造粒结束的时间。在如鼓式混合机那样将烧结配合原料连续地装入造粒机中并连续地进行造粒时，可以使用示踪剂粒子求出在造粒机内的停留时间，也可以观察烧结配合原料在造粒机内部的移动状态并将距造粒机出口的距离换算为时间。

图1是用于说明本发明的烧结矿的制造方法中的各工序的一例的流程图。按照图1对本发明的烧结矿的制造方法的各工序进行说明，首先，准备包含多个品种的粉铁矿石、超微粉原料、石灰石、硅石、蛇纹石等辅助材料粉、以及铁鳞、返矿等杂原料粉。此时，以超微粉原料中的超微粉粒子为配合后的总量中的1～10质量％的方式进行配合(步骤S1)。同时，准备作为固体燃料的焦炭粉(步骤S2)。接着，将步骤S1中准备的微粉铁矿石、超微粉原料、辅助材料粉及杂原料粉分别适量配合而得到烧结配合原料(步骤S3)。这里，更优选在接下来的步骤S4之前使用搅拌机将步骤S3中配合的原料混合搅拌而使其均匀化。接着，将根据需要在得到的烧结配合原料中添加水分而成的烧结配合原料混合，进行造粒(步骤S4)。

在本发明中，在利用造粒机对步骤S4中的除焦炭粉以外的烧结配合原料进行造粒的过程中，添加步骤S2中准备的焦炭粉。此时，优选将从添加焦炭粉起至烧结配合原料的造粒结束的时间设为30～120秒钟。然后，得到烧结用造粒原料(步骤S5)，接着，将得到的烧结用造粒原料装入烧结机中进行烧成(步骤S6)，由此得到烧结矿(步骤S7)。如图3所示，得到的烧结矿的粒子成为了外包有焦炭粉的烧结矿粒子。

图2是用于说明本发明的烧结矿的制造方法中的各工序的其它例的流程图。按照图2对本发明的烧结矿的制造方法的各工序进行说明，首先，准备包含多个品种的粉铁矿石、超微粉原料、石灰石、硅石、蛇纹石等辅助材料粉、以及铁鳞、返矿等杂原料粉。此时，以超微粉原料中的超微粉粒子成为配合后的总量中的1～10质量％的方式进行配合(步骤S1)。此时，另行准备用于外包的石灰石或返矿(步骤S2)。同时，准备作为固体燃料的焦炭粉(步骤S3)。接着，将步骤S1中准备的微粉铁矿石、超微粉原料、辅助材料粉及杂原料粉分别适量配合而得到烧结配合原料(步骤S4)。这里，更优选在接下来的步骤S5之前使用搅拌机将步骤S4中配合的原料混合搅拌而使其均匀化。接着，将根据需要在得到的烧结配合原料中添加水分而成的烧结配合原料混合，进行造粒(步骤S5)。

在本发明中，在利用造粒机对步骤S5中的除石灰石或返矿及焦炭粉以外的烧结配合原料进行造粒的过程中，添加步骤S2中准备的石灰石或返矿，接着，添加步骤S3中准备的焦炭粉(步骤S5)。此时，优选将从添加焦炭粉起至烧结配合原料的造粒结束的时间设为30～120秒钟。另外，在除焦炭粉及石灰石或返矿以外的烧结配合原料的造粒开始之后且添加焦炭粉之前，添加上述石灰石或返矿。然后，得到烧结用造粒原料(步骤S6)，接着，将得到的烧结用造粒原料装入烧结机进行烧成(步骤S7)，由此得到烧结矿(步骤S8)。如图4所示，得到的烧结矿的粒子成为外包有石灰石或返矿且在其上外包有焦炭粉的烧结矿粒子。

实施例

实际进行以下的试验1及试验2，研究了本发明的烧结矿的制造方法所需的构成及适合的构成。

＜试验1＞(关于外包焦炭粉的效果)

在该试验1中，对添加了超微粉原料时的焦炭粉的外包效果进行了评价。在本例中，超微粉原料的99.9％以上为粒径10μm以下，除超微粉原料以外的原料的4％为粒径10μm以下。另外，将以下的表1-1及表1-2所示的比较例及实施例的样品(碱度、SiO₂：5％恒定)、具有表1-1及表1-2所示的配合组成的烧结配合原料和水(造粒物为7.5％的水分)加入鼓式混合机，进行总计5分钟的造粒，制作了烧结用造粒原料。然后，使用锅试验机对烧结用造粒原料进行了烧成。

在用焦炭粉进行外包的例子中，首先，将除焦炭粉以外的烧结配合原料加入鼓式混合机，以减去焦炭粉的外包时间而得到的时间进行造粒。接着，在造粒后的原料中添加焦炭粉，利用鼓式混合机以各外包时间进行混合，制作了烧结用造粒原料。然后，使用锅试验机对烧结用造粒原料进行了烧成。需要说明的是，在本发明的实施例中，作为超微粉原料，使用了在炼钢厂产生的-10μm的矿粉/矿泥。

在烧结生产性方面，将烧结后的烧结块从2m的高度下落一次时，将粒径为+10mm的产品作为成品，将其重量除以(烧结块重量-铺底矿重量)而得到的值作为成品率。烧结生产率(t/h/m²)是成品重量除以烧成时间及试验锅的截面积而得到的值。

以下的表1-1及表1-1示出试验1的结果。另外，图5中示出根据表1-1及表1-2的数据表示生产率与外包时间的关系的图，图6中示出根据表1-1及表1-2的数据表示与超微粉原料0质量％的比较生产率与外包时间的关系的图。

表1-1

注)烧结配合原料的数字全部为质量％的值。

表1-2

注)烧结配合原料的数字全部为质量％的值。

根据表1-1及表1-2所示的结果可知，在包含1～10质量％的超微粉原料的烧结配合原料的造粒中，以外包时间30～120秒钟添加焦炭粉而得到烧结造粒原料，在对该烧结造粒原料进行烧结而得到烧结矿的情况下，烧结矿的生产性提高。这里，在外包时间为15秒钟的情况下，使焦炭粉分散的时间不足而烧成变得不均匀，虽然比内包的情况高，但烧结生产率降低。另外，将加入了1～10质量％的超微粉原料时的生产率减去相同外包时间下的超微粉原料0质量％的生产率而得到的值作为比较生产率进行了评价。根据其结果可知，以30秒钟以上的外包时间可改善生产率。需要说明的是，将超微粉原料的上限设为10质量％的原因在于，如果以超过10质量％的量配合超微粉原料，则观察到超微粉原料的局部不均匀存在，存在缺陷产品增加的倾向。

该结果可以如下解释。烧结试验的透气性可以使用图7所示的透气性指数JPU进行评价，指数越高，透气性越高。根据本试验的结果可知，通过添加超微粉原料可改善透气性。另外，如果着眼于烧结时间，则在从造粒开始起加入焦炭粉时(内包)的情况下，即使改善了透气，烧成时间也不缩短，但通过用焦炭粉外包30～120秒钟，随着透气性的改善，烧结时间也缩短。这是由于，虽然因添加超微粉原料而使焦炭粉的燃烧受到妨害，但通过用外包焦炭粉而改善了燃烧性。

＜试验2＞(关于石灰石或返矿的外包效果)

在该试验2中，对添加超微粉原料进行焦炭粉外包时的石灰石或返矿的外包效果进行了评价。在本例中，超微粉原料的99.9％以上为粒径10μm以下，除超微粉原料以外的原料的4％为粒径10μm以下。另外，将以下的表2所示的实施例的样品(碱度、SiO₂：5％恒定)、具有表2所示的配合组成的烧结配合原料和水(造粒物为7.5％的水分)加入鼓式混合机，进行总计5分钟的造粒，制作了烧结用造粒原料。然后，使用锅试验机对烧结用造粒原料进行了烧成。需要说明的是，实施例23与表1-2所示的数据相同。

在用焦炭粉及石灰石或返矿进行外包时，将除焦炭粉及石灰石或返矿以外的烧结配合原料加入鼓式混合机，首先，以减去石灰石或返矿的外包时间而得到的时间进行造粒，接着，进行焦炭粉的外包时间的造粒，制作了烧结造粒原料。具体而言，实施例41中，将除石灰石和焦炭粉以外的烧结配合原料进行4.25分钟的造粒，然后，添加了石灰石。接着，进行0.25分钟的造粒，添加了焦炭粉。然后进行了1分钟的造粒。在实施例42中，进行了用返矿替换实施例41的石灰石的试验。利用鼓式混合机进行混合。在烧结生产率方面，将烧结后的烧结块从2m的高度下落一次时，将粒径为+10mm的产品作为成品，将其重量除以(烧结块重量-铺底矿重量)而得到的值作为成品率。烧结生产率(t/h/m²)是成品重量除以烧成时间及试验锅的截面积而得到的值。将结果示于以下的表2。

表2

注)烧结配合原料的数字全部为质量％的值。

根据其结果可知，通过在焦炭粉外包的内部进一步用石灰石或返矿进行外包，能够抑制超微粉原料与焦炭粉的接触，可以改善烧结时的生产性。

接着，作为本发明的优选例，对焦炭粉的气孔及造粒方法进行了探讨。

如下所述，目前提出了在使用-10μm的超微粉时在利用鼓式混合机的后半程的时间添加焦炭粉的技术。

在WO2018/194014中，作为在使用细粒的焦炭粉时造粒性降低的措施，探讨了超微粉的添加。此时，为了将超微粉分散而使用了基于高速搅拌机的预先处理。然而，该发明的目标在于通过焦炭粉的外包来改善造粒性的效果，并不是为了改善添加微粉时的焦炭粉的燃烧性而开发的。

在WO2011/004907中提出了如下发明：加入平均粒径为10μm的超微粉并利用鼓式混合机进行混合后，进行造粒机造粒，最后，在用焦炭粉包覆时，根据造粒粒子强度来调整外包时间。在该发明中提出了如果外包时间长，则造粒粒子崩解，焦炭粉和烧结原料在造粒粒子表层混合存在，使燃烧性变差或使造粒性变差。

对于本发明的效果而言，与这些发明不同，考虑了焦炭粉外包，从而具有抑制超微粉进入焦炭粉的气孔而妨害燃烧性的效果。

这里，作为非常有助于燃烧的气孔直径，气体进入的容易程度与气孔的比表面积的平衡变得重要。可以认为该关系是不依赖于物质的。在日本特开平10-265857号公报中，公开了将烧结矿与还原气体的关系调整为10～100μm，考察了该气孔直径对于焦炭粉的燃烧是有效的。焦炭粉的气孔直径10～100μm的量为一定量以上时，充分利用借助该气孔的燃烧变得重要。在本发明中，在气孔直径10～100μm的粒径为0.40cc/g时表现出效果，可以推测在该气孔量以上时焦炭粉外包的效果增大。

另外，在本技术中，在仅利用鼓式混合机进行造粒的情况下，更容易获得效果。鼓式混合机与造粒机不同，由于在造粒机内施加落下冲击，因此造粒粒子的破坏效果大，难以进行造粒。因此可以认为，与造粒机等进行强力的造粒的情况相比，附着于造粒粒子的超微粉容易剥离。因此可以认为，在仅利用鼓式混合机进行的造粒中，容易获得使焦炭与超微粉不接触的时间缩短的效果。

过去，铃木等人对圆盘造粒机与鼓式混合机的能力进行了比较(铃木等，铁和钢(鉄と鋼)15(1987)1932)。铃木等人根据对造粒产生影响的滚动距离对各造粒机的能力进行了比较，证实了在相同滚动距离下，造粒机的造粒能力(增大粒子直径的能力)高。

在本发明中，上述造粒能力是将基于滚动距离而造粒粒子增大的效果和破坏造粒机内的准粒子的能力组合后的能力，可以认为鼓式混合机的能力低于造粒机的原因反映了该破坏现象。

另外可以认为，由于原料的粒度分布而难以进行几何填充的微粉更难被造粒粒子截获，有助于填埋焦炭的气孔。作为粒度分布的指数，已知Andreasen(Gaudin-Schuhmann)分布(铃木等、化学工学论文集(化学工学論文集)、11(1985)4,438)。

D：累积重量比例、Dp：代表直径、Dp_max：代表直径的最大值、q：Fuller指数

已知该指数q越接近0.7，空隙越容易几何填充。在表1-1所示的比较例1中使用的原料的配合的情况下，已知为q＝0.2。通过添加细粒，q会降低。因此通过添加超微粉，可以加入难以填充的超微粉。不进入粒子之间的超微粉仅与超微粉聚集或进入其它粒子的气孔。因此，可以认为容易存在填埋焦炭粉的气孔的微粉。因此，如本发明所示，在比通常配合增加了超微粉时，焦炭粉外包的效果也增大。

工业实用性

根据本发明的烧结矿的制造方法，在烧结配合原料的造粒时，即使在烧结配合原料中添加超微粉原料而改善了造粒性的情况下，也能够防止烧结后的烧结矿的生产性的降低，该制造方法不仅适用于示例出的情况，也可以适用于其它各种烧结配合原料。

Claims

1.一种烧结矿的制造方法，该方法利用造粒机将包含含有多个品种的铁矿石的烧结配合原料进行造粒，并利用烧结机对得到的烧结用造粒原料进行烧成，从而得到烧结矿，其中，

所述烧结配合原料配合粒径10μm以下为过半量的超微粉原料，使配合后的总量中的粒径10μm以下者增加1～10质量％，在对该烧结配合原料进行造粒时，在利用造粒机对除焦炭粉以外的烧结配合原料进行造粒的过程中进行焦炭粉的添加，

作为所述焦炭粉，使用气孔直径10～120μm的开放气孔的量为0.40cc/g以上的焦炭粉。

2.根据权利要求1所述的烧结矿的制造方法，其中，从添加所述焦炭粉起至造粒结束的时间为30～120秒钟。

3.根据权利要求1或2所述的烧结矿的制造方法，其中，在进行所述烧结配合原料的造粒时，在除焦炭粉及石灰石或返矿以外的烧结配合原料的造粒开始之后且在添加所述焦炭粉之前，添加所述石灰石或返矿。

4.根据权利要求1或2所述的烧结矿的制造方法，其中，所述造粒仅使用鼓式混合机来进行。

5.根据权利要求3所述的烧结矿的制造方法，其中，所述造粒仅使用鼓式混合机来进行。