JP2005248271A

JP2005248271A - 焼結原料の造粒方法

Info

Publication number: JP2005248271A
Application number: JP2004061942A
Authority: JP
Inventors: Masahito Yasui; 雅人安井
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】焼結鉱の被還元性と冷間強度を向上するのに有効な擬似粒子をドラムミキサーで安定して製造し、優れた被還元性を有する焼結鉱を歩留り良く製造する方法を提供する。
【解決手段】ドラムミキサーの中心軸を通る鉛直線に対して、中心軸からドラムミキサーの回転方向と同一方向に開く角度αを60°とし、中心軸からドラムミキサーの回転方向の逆方向に開く角度βを10°とし、鉛直線の両側に角度αと角度βで規定される範囲の混合造粒物に石灰石系原料および固体燃料系原料を排出口から添加する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ドワイトロイド式焼結機を用いて焼結鉱を製造する際に用いる焼結原料の造粒方法に関するものである。

高炉用原料として用いられる焼結鉱は、種々の焼結原料を混合して造粒した後、さらにその擬似粒子をドワイトロイド式焼結機で焼結して製造される。その焼結原料は下記の４種類に大別される。

(a) 鉄鉱石：主原料となる粒径10mm以下の粉状の鉄鉱石
(b) SiＯ₂含有原料：珪石，蛇紋岩，ニッケルスラグ等のSiＯ₂を含有する粉状原料
(c) 石灰石系原料：石灰石等のCaＯを含有する粉状原料
(d) 固体燃料系原料：コークス，無煙炭等の熱源となる粉状原料
上記の４種類の焼結原料を用いてドワイトロイド式焼結機で焼結鉱を製造するにあたって、一般に事前処理として、ドラムミキサーに焼結原料を装入し、混合および造粒を行なう。

ドラムミキサーで焼結原料の混合および造粒を行なう際には、鉄鉱石，SiＯ₂含有原料，石灰石系原料，固体燃料系原料をドラムミキサーに装入し、さらに適量の水分を添加して混合および造粒を行ない、擬似粒子を製造する。

この擬似粒子をドワイトロイド式焼結機へ搬送してパレット上に装入して、厚さ 500〜700mm 程度に堆積させる。その後、パレット上の堆積層の表層部に点火して、擬似粒子中の固体燃料系原料を燃焼させる。堆積層の表層部に位置する擬似粒子中の固体燃料系原料に着火すると、パレットの上方から下方へ空気を吸引しながら堆積層の中層部および下層部に位置する擬似粒子中の固体燃料系原料を順次燃焼させて、その燃焼熱によって擬似粒子中に配合された鉄鉱石，SiＯ₂含有原料，石灰石系原料を焼結させて焼結ケーキとなす。ドワイトロイド式焼結機から排出された焼結ケーキは、破砕され、さらに整粒される。

このようにして粒径が所定の範囲内の焼結鉱を得ることができる。粒径が所定の範囲を超えるものは、再度、破砕と整粒を施される。一方、粒径が所定の範囲に満たないものは、返鉱として、再度、焼結原料として使用される。

高炉で焼結鉱を還元して銑鉄を製造する際のコークス比と焼結鉱の被還元性との間には高い相関があることが従来から良く知られており、焼結鉱の被還元性は高炉の操業を左右する重要な因子である。つまり焼結鉱の被還元性の向上は、燃料コストの削減のみならず、炭酸ガスの排出量の低減にも効果がある。そのため、被還元性を評価する指標（以下、ＲＩという）がＪＩＳ規格M8713 に規定されている。

また、焼結鉱の冷間強度は、高炉内の通気性に多大な影響を及ぼす。そこで高炉を操業するにあたって、各々の高炉の特性に応じて焼結鉱の冷間強度の下限値を設けて、その基準を満足する焼結鉱を選別して使用している。

したがって高炉の操業においては、被還元性に優れ、かつ冷間強度の高い焼結鉱を使用する必要がある。

そこで、優れた被還元性と冷間強度を有する焼結鉱を製造するのに好適な擬似粒子をドラムミキサーで製造する技術が種々提案されている。

たとえば特許文献１には、焼結用原料の製造方法が開示されている。この技術は、鉄鉱石とSiＯ₂含有原料を、石灰石系原料や固体燃料系原料から分離して、段階的に擬似粒子にすることによって、被還元性に優れ、かつ冷間強度の高い焼結鉱を製造するのに好適な擬似粒子を製造するものである。

つまり特許文献１に開示された技術では、図１に示すように、ドラムミキサー５の装入口から鉄鉱石１とSiＯ₂含有原料２を装入する。この鉄鉱石１とSiＯ₂含有原料２がドラムミキサー５内で転動しながら排出口へ移動することによって、混合および造粒が施される。一方、石灰石系原料３と固体燃料系原料４は、ドラムミキサー５の排出口から装入される。

このようにして、鉄鉱石１とSiＯ₂含有原料２が混合造粒された粉粒体（以下、混合造粒物という）が形成された段階で、石灰石系原料３と固体燃料系原料４を添加する。その結果、鉄鉱石１とSiＯ₂含有原料２との混合造粒物の各粒子表面を、石灰石系原料３と固体燃料系原料４で被覆した擬似粒子７が得られる。このような形態の擬似粒子７は、焼結鉱の被還元性と冷間強度を向上するのに極めて有効である。

しかしながら特許文献１に開示された技術は、石灰石系原料３と固体燃料系原料４を添加した後のドラムミキサー５内での滞留時間を規定するものであり、焼結鉱の被還元性と冷間強度の向上に有効な技術であるものの、その効果は必ずしも安定せず、さらなる改善の余地が残されていた。
特開2003-138319 号公報

本発明は上記のような問題を解消し、焼結鉱の被還元性と冷間強度を向上するのに有効な擬似粒子をドラムミキサーで安定して製造し、優れた被還元性を有する焼結鉱を歩留り良く製造する方法を提供することを目的とする。

本発明者は、被還元性石灰石系原料と固体燃料系原料を添加する方法と、得られた擬似粒子で製造した焼結鉱の被還元性，冷間強度との関係について研究した。その結果、ドラムミキサー内の混合造粒物に石灰石系原料と固体燃料系原料を添加するときの位置関係が多大な影響を及ぼすという知見を得た。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。

すなわち本発明は、ドワイトロイド式焼結機を用いて焼結鉱を製造するプロセスの事前処理として、ドラムミキサーの装入口から鉄鉱石およびSiＯ₂含有原料を装入して混合および造粒を行ない、ドラムミキサー内を転動しながら排出口へ移動する鉄鉱石とSiＯ₂含有原料との混合造粒物に石灰石系原料および固体燃料系原料を排出口から添加する焼結原料の造粒方法において、ドラムミキサーの中心軸を通る鉛直線に対して、中心軸からドラムミキサーの回転方向と同一方向に開く角度αを60°とし、中心軸からドラムミキサーの回転方向の逆方向に開く角度βを10°とし、鉛直線の両側に角度αと角度βで規定される範囲の混合造粒物に石灰石系原料および固体燃料系原料を排出口から添加する焼結原料の造粒方法である。

本発明によれば、焼結鉱の被還元性と冷間強度を向上するのに有効な擬似粒子をドラムミキサーで安定して製造できる。本発明を適用して得られた擬似粒子を焼結原料として使用すると、優れた被還元性と冷間強度を有する焼結鉱を歩留り良く製造することが可能である。

図１は、既に説明した通り、ドラムミキサー５の装入口から鉄鉱石１とSiＯ₂含有原料２を装入し、排出口から石灰石系原料３と固体燃料系原料４を装入することを示す図である。本発明は、鉄鉱石１とSiＯ₂含有原料２との混合造粒物が形成された段階で、石灰石系原料３と固体燃料系原料４を添加するものであるから、この構成に適用される。ただし本発明は、ドラムミキサー内の混合造粒物に石灰石系原料と固体燃料系原料を添加するときの位置関係が、擬似粒子７の特性に多大な影響を及ぼすという新たな知見に基づいてなされたものである。

以下に、本発明の固有の特徴について説明する。

図２は、図１中のＡ−Ａ矢視の断面を拡大して模式的に示す断面図である。ドラムミキサー５の装入口から装入された鉄鉱石１とSiＯ₂含有原料２は、ドラムミキサー５内で転動しながら排出口へ移動することによって、混合および造粒が施される。このとき鉄鉱石１とSiＯ₂含有原料２との混合造粒物６は、ドラムミキサー５内で、図２に示すように転動する。

図２中の矢印ａはドラムミキサー５の回転方向を示し、矢印ｂ〜ｅは混合造粒物６の転動方向を示す。またCAはドラムミキサー５の中心軸，CLは中心軸CAを通る鉛直線である。

ドラムミキサー５が矢印ａの方向へ回転することによって、混合造粒物６の下層部は矢印ｄの方向へ移動する。そしてドラムミキサー５との摩擦力によって混合造粒物６が上方に持ち上げられ、その斜面の傾斜角が次第に増加していく。ドラムミキサー５との摩擦力が混合造粒物６の重量を支えられなくなると、矢印ｅに示すように混合造粒物６が反転し、さらに矢印ｂに示すように斜面を滑り落ちる。次いでドラムミキサー５の回転にともなって、混合造粒物６が矢印ｃに示すように反転して下層部に巻き込まれて、矢印ｄの方向へ移動する。これが、ドラムミキサー５内で転動する混合造粒物６の一連の動きである。

ドラムミキサー５の中心軸CAを通る鉛直線CLに対して中心軸CAから開く角度をαおよびβとする。なお、ドラムミキサー５の回転方向（すなわち矢印ａの方向）と同一方向に開く角度をαとし、ドラムミキサー５の回転方向の逆方向に開く角度をβとする。中心軸CLの両側に角度αと角度βで規定される範囲内を領域Ｌ₁とする。また、角度αを超える範囲を領域Ｌ₂，角度βを超える範囲を領域Ｌ₃とする。ここで領域Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃は、混合造粒物６の上面で規定する。

領域Ｌ₂は、混合造粒物６が矢印ｅで示すように反転するばかりでなく、傾斜角の大きい斜面を混合造粒物６が高速で滑り落ちる領域である。また領域Ｌ₃は、混合造粒物６が矢印ｃで示すように反転して下層部に巻き込まれる領域である。つまり領域Ｌ₂，領域Ｌ₃では、混合造粒物６が激しく流動する。このような状態の領域Ｌ₂，領域Ｌ₃で混合造粒物６に石灰石系原料３と固体燃料系原料４を添加すると、各粒子が互いに激しく衝突するので、混合造粒物６の各粒子表面に石灰石系原料３，固体燃料系原料４を均一に付着させるのは困難である。しかも各粒子の衝突によって石灰石系原料３，固体燃料系原料４が破砕されて粉化し、その粉末が凝集してしまう。したがって領域Ｌ₂，領域Ｌ₃で混合造粒物６に石灰石系原料３と固体燃料系原料４を添加すると、混合造粒物６の各粒子表面に石灰石系原料３と固体燃料系原料４の均一な被覆層を形成するのは困難である。

一方、領域Ｌ₁は、傾斜角の緩やかな斜面を混合造粒物６が滑り落ちる領域である。つまり領域Ｌ₁では、混合造粒物６が低速で安定して矢印ｂの方向に移動する。したがって領域Ｌ₁で混合造粒物６に石灰石系原料３と固体燃料系原料４を添加すると、石灰石系原料３，固体燃料系原料４は破砕されず所定の粒径を維持する。しかも混合造粒物６が領域Ｌ₁を通過するのに長時間を要するので、混合造粒物６の各粒子表面に石灰石系原料３と固体燃料系原料４の被覆層を均一に形成することができる。

角度αおよび角度βの具体的な適正値は、ドラムミキサー５の操業条件（たとえばドラムミキサー５の寸法，回転速度あるいは各種原料の装入量等）に応じて変化する。ただし本発明者の研究によれば、角度α＝60°，角度β＝10°とすることによって、ドラムミキサー５の操業条件に関わらず混合造粒物６の各粒子表面に石灰石系原料３と固体燃料系原料４の被覆層を均一に形成することができる。好ましくは角度α＝60°，角度β＝５°である。

図３は、ベルトコンベア８を用いて石灰石系原料３と固体燃料系原料４を添加する例を模式的に示す断面図であり、図４はその側面図である。つまり図４に示すように、ドラムミキサー５の排出口からベルトコンベア８の終端部を装入して、石灰石系原料３と固体燃料系原料４を搬送する。そしてベルトコンベア８の終端から混合造粒物６の上面へ、石灰石系原料３と固体燃料系原料４を落下させる。このとき領域Ｌ₁の範囲内で石灰石系原料３と固体燃料系原料４を落下させるために、ベルトコンベア８に積載された石灰石系原料３と固体燃料系原料４が、領域Ｌ₁の範囲内の上方に位置するように配置する。ただしベルトコンベア８の側端部が領域Ｌ₁の範囲外へ突出しても差し支えない。図３は、その一例として、ベルトコンベア８の側端部は領域Ｌ₁の範囲外へ突出するが、ベルトコンベア８に積載された石灰石系原料３と固体燃料系原料４は領域Ｌ₁の範囲内の上方に位置する状態を示す。

本発明では、ベルトコンベア８の高さは、特定の範囲に限定しない。上記したように、領域Ｌ₁の範囲内で、混合造粒物６に石灰石系原料３と固体燃料系原料４を添加すれば良い。

ただしドラムミキサー５内は大量の粉塵が浮遊しているので、図４に示すように、排出口からベルトコンベア８の終端部をドラムミキサー５内に装入すると、ベルトコンベア８の故障が生じやすくなる。

そこで、図５に示すように、ベルトコンベア８の終端部をドラムミキサー５内に装入せず、ベルトコンベア８の搬送速度を増加して、ベルトコンベア８の終端から混合造粒物６の上面へ、石灰石系原料３と固体燃料系原料４を投入することも可能である。その場合も、ベルトコンベア８の高さは、特定の範囲に限定せず、領域Ｌ₁の範囲内で、混合造粒物６に石灰石系原料３と固体燃料系原料４を添加すれば良い。

図５に示す例では、ベルトコンベア８の故障は生じ難くなるが、石灰石系原料３と固体燃料系原料４が周辺に飛散しないように集塵装置等の付帯設備を設置する必要がある。

あるいは、ベルトコンベア８の代わりに、シュートやノズル等を使用して、領域Ｌ₁の範囲内で、混合造粒物６に石灰石系原料３と固体燃料系原料４を添加することも可能である。

いずれの方法も、領域Ｌ₁の範囲内で、混合造粒物６に石灰石系原料３と固体燃料系原料４を添加するように構成することによって、本発明に適用できる。ドラムミキサー５の立地条件や設備仕様等に応じて、適宜選択すれば良い。

なお本発明では、鉄鉱石１，SiＯ₂含有原料２，石灰石系原料３および固体燃料系原料４に加えて、従来と同様に水分を適宜添加する。ただし水分の添加は従来と同じ方法で行なうので、説明を省略する。

図１に示すように、ドラムミキサー５の装入口から鉄鉱石１とSiＯ₂含有原料２を装入して、ドラムミキサー５内で排出口へ移動させる間に転動させて混合造粒物６とし、排出口から石灰石系原料３と固体燃料系原料４を混合造粒物６に添加した。使用したドラムミキサー５の内径は４ｍ，回転速度は10.5回／分であった。なお、従来と同じ方法で水分を添加したが、水分の添加方法は説明を省略する。

その際、図４に示すように、ドラムミキサー５の排出口からベルトコンベア８の終端部を装入して石灰石系原料３と固体燃料系原料４を搬送し、ベルトコンベア８の終端から混合造粒物６の上面へ石灰石系原料３と固体燃料系原料４を落下させた。このとき、図３に示すように、ベルトコンベア８に積載された石灰石系原料３と固体燃料系原料４が、領域Ｌ₁の範囲内の上方に位置するように配置した。これを発明例とする。

一方、比較例として、ドラムミキサー５の排出口からベルトコンベア８の終端部を装入して石灰石系原料３と固体燃料系原料４を搬送し、ベルトコンベア８の終端から混合造粒物６の上面へ石灰石系原料３と固体燃料系原料４を落下（図４参照）させる際に、ベルトコンベア８の中心軸とドラムミキサー５の中心軸CAを一致させて配置（図６参照）した。したがって比較例では、一部の石灰石系原料３と固体燃料系原料４が、領域Ｌ₁の範囲外で混合造粒物６に添加された。

発明例と比較例で得られた擬似粒子７を用いて、それぞれドワイトロイド式焼結機で焼結ケーキを製造し、さらに焼結ケーキを破砕して焼結鉱とした。ただし焼結ケーキを破砕した後、粒径が所定の範囲に満たないものは返鉱として、再度、焼結原料として使用した。この返鉱は、焼結鉱の冷間強度が低いほど多量に発生し、焼結鉱の歩留り低下の要因となる。発明例と比較例について、返鉱およびその他の歩留り低下の要因を含めて焼結鉱の歩留りを調査したところ、発明例が平均74％であったのに対して、比較例は平均72％であった。

また発明例と比較例で得られた擬似粒子７から製造した焼結鉱のＲＩを調査したところ、発明例が平均69.3％であったのに対して、比較例は平均62％であった。

したがって、本発明を適用して造粒した擬似粒子７を用いて製造した焼結鉱は、歩留りが向上（すなわち冷間強度が向上）し、かつ被還元性が向上することが確かめられた。

本発明を適用する装置の例を模式的に示す配置図である。図１中のＡ−Ａ矢視の断面を拡大して模式的に示す断面図である。ベルトコンベアを用いて装入する例を模式的に示す断面図である。ベルトコンベアを用いて装入する例を模式的に示す側面図である。ベルトコンベアを用いて装入する他の例を模式的に示す側面図である。比較のために使用した装置を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１鉄鉱石
２ SiＯ₂含有原料
３石灰石系原料
４固体燃料系原料
５ドラムミキサー
６混合造粒物
７擬似粒子
８ベルトコンベア
CA ドラムミキサーの中心軸
CL 中心軸を通る鉛直線

Claims

ドワイトロイド式焼結機を用いて焼結鉱を製造するプロセスの事前処理として、ドラムミキサーの装入口から鉄鉱石およびSiＯ₂含有原料を装入して混合および造粒を行ない、前記ドラムミキサー内を転動しながら排出口へ移動する前記鉄鉱石と前記SiＯ₂含有原料との混合造粒物に石灰石系原料および固体燃料系原料を前記排出口から添加する焼結原料の造粒方法において、前記ドラムミキサーの中心軸を通る鉛直線に対して、前記中心軸から前記ドラムミキサーの回転方向と同一方向に開く角度αを60°とし、前記中心軸から前記ドラムミキサーの回転方向の逆方向に開く角度βを10°とし、前記鉛直線の両側に角度αと角度βで規定される範囲の前記混合造粒物に前記石灰石系原料および前記固体燃料系原料を前記排出口から添加することを特徴とする焼結原料の造粒方法。