JP5983949B2 - 焼結用造粒原料の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＤＬ式焼結機に供給するための焼結用造粒原料の製造方法に関する。

焼結鉱は、複数銘柄の粉状の鉄鉱石（以下、単に「鉱石」とも言う）に、石灰石、珪石、蛇紋岩等の副原料粉と、ダスト、スケール、返鉱等の雑原料と、粉コークス等の固体燃料とを適量づつ配合した焼結用配合原料に、水分を添加して混合・造粒し、造粒原料を焼結機に装入して焼成することによって得られる。造粒時、配合原料は、水分を含むことで互いに凝集して擬似粒子となる。この擬似粒子化した焼結用造粒原料を焼結機に装入することにより焼結機上では良好な通気を確保することが可能となって焼結が円滑に進むことが知られている。
なお、焼結用鉄鉱石は、近年、高品質鉄鉱石の枯渇による低品位化、例えばスラグ成分の増加や微粉化の傾向が顕著であり、アルミナ含有量の増大、微粉比率の増大による造粒性の悪いものが多くなっている。その一方で、高炉で使用する焼結鉱としては、高炉での溶銑製造コストの低減やＣＯ_２発生量の低減という観点から低スラグ比、高被還元性、高強度のものが求められている。

焼結用鉄鉱石を取り巻くこのような環境の下で、ペレットフィードと呼ばれるペレット用高品位鉄鉱石である難造粒性の微粉鉄鉱石を使って、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。例えば、こうした従来技術の１つに、Hybrid Pelletized Sinter法（以下、「ＨＰＳ法」という）がある。この技術は、ペレットフィードのような微粉鉄鉱石を多量に含む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（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５）。

特許文献１：特公平２−４６５８号公報
特許文献２：特公平６−２１２９７号公報
特許文献３：特公平６−２１２９８号公報
特許文献４：特公平６−２１２９９号公報
特許文献５：特公平６−６０３５８号公報

しかしながら、従来のＨＰＳ法を用いてペレットフィードである微粉鉄鉱石を多量に含む配合原料を造粒した場合、図１に示すように、擬似粒子の細粒（０．５ｍｍ未満）のみならず、粗粒（１０ｍｍ超）が増加することがわかった。これは、ペレットフィードのような微粉鉄鉱石は、濡れ性が同じであれば、比表面積の大きい細粒ほど水分を吸収しやすく、かつ粉体間に多くの水分を保持しやすいため、これによって、個々の微粉鉄鉱石が水分を優先的に吸収し、微粉同士が単に凝集しただけにすぎないものや、核粒子のまわりに微粉が付着した形態の粒径の不揃いな粗大な擬似粒子が多く生成したものと考えられる。

この点については、発明者らの行った下記の実験からも明らかである。
まず、ペレットフィードなどの難造粒性の微粉鉄鉱石として、バナジウムを多く含む（４０ｍａｓｓ％）配合原料を使用して造粒を行った後、生成した擬似粒子の粒度分布とペレットフィードの粒度分布を計測した。その結果から、図２（ａ）に示すように配合原料中にペレットフィードを多量に含むと、ペレットフィードを含まない場合に比べて細粒（０．２５ｍｍ未満）と粗粒（８ｍｍ超）の重量割合が高くなり、とくに粗粒の重量割合は７５ｗｔ％程度と非常に高くなることがわかった。また、ペレットフィードの粒度分布（図２（ｂ））も、擬似粒子の粒度分布と同様の傾向を示し、粗粒領域でのペレットフィードの重量割合が８０ｗｔ％程度とかなり高く、ペレットフィードの殆どが粗粒の部分に偏在し、ペレットフィードが凝集することで粗大な擬似粒子が形成されていることが確認できた。
さらに、生成した擬似粒子に対し、水分量を測定したところ（図２（ｃ））、粗粒領域における水分量が高く、ペレットフィードが水分を吸収することで凝集し、粗大な擬似粒子を形成していることがわかった。

このようにペレットフィード等の微粉鉄鉱石を多く含む配合原料を造粒することで粒径が不揃いで、結合強度の弱い粗大な擬似粒子が多数生成すると、粒度分布も大きくなり、そのため、これを焼結機のパレット上へ充填すると、図３（ａ）、（ｂ）に示すように密な充填構造となり、かさ密度が大きくなる。しかも、このような粗大な擬似粒子は、図３（ｂ）に示すように焼結機のパレット上に一定の層厚で堆積させると、該擬似粒子に荷重（圧縮力）が加わり圧壊されやすいため、空隙率が下がり、ひいては通気性の悪化を招いて焼結機操業の阻害要因になり、焼結時間が長くなったり焼結鉱の製造歩留まりが低下して生産性が低下するおそれがある。
さらには、造粒に用いられるバインダーである生石灰の使用量を増加せざるを得なくなり、焼結鉱製造コストの増大を招くことや、後工程において粉コークス等の固体燃料を被覆する際に、焼結原料全体としての粉コークス等の賦存状態が不均一となり、燃焼や着熱が不均一となって焼成速度が低下するという点に問題がある。

そこで、本発明は、難造粒性の微粉鉄鉱石を使用する場合において、焼結用造粒原料中に、粒径の不揃いな結合強度の弱い粗大な擬似粒子が発生するのを阻止し、均一な大きさを有する擬似粒子を造粒する技術を提案するものである。

即ち、本発明は、図３（ｃ）に示すように、微粉や細粒同士が互いに凝集または、核粒子のまわりに微粉が付着した構造の、粒径が比較的揃うと共に粒度分布の狭い擬似粒子からなる焼結用造粒原料の製造方法を提案するものであり、これによって焼結用造粒原料を焼結機のパレット上に装入したときに形成される原料充填層の充填密度の低減と、通気性の向上に伴う焼成時間の短縮を実現し、焼結生産性を向上させることを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明では、パンペレタイザーやドラムミキサー等の１次造粒機による予備的な造粒処理によって製造された１次造粒粒子に含まれる粒径の大きな擬似粒子を選択的に解砕した後、さらに２次造粒機によって再造粒処理を行うことにより、焼結用造粒原料中に結合強度の弱い粗大な擬似粒子からなる焼結用造粒原料を製造する方法を開発することに成功した。
即ち、本発明は、難造粒性鉄鉱石を含む配合原料を混合する混合工程と、混合原料を１次造粒機を使って造粒する造粒工程と、該造粒工程において生成した１次造粒粒子をさらに２次造粒機によって造粒する再造粒工程と、を経て焼結用造粒原料を製造する方法において、
前記造粒工程と再造粒工程との間に、粒径１０ｍｍ以上の１次造粒粒子を選別しながら粉砕するように設定した解砕機を用いた解砕工程を設けると共に、その解砕機を、前記１次造粒機の排出端直下、もしくは１次造粒粒子を前記１次造粒機から２次造粒機に移送するためのベルトコンベア乗継ぎ部に配設して、該１次造粒粒子の粉砕を行うことを特徴とする焼結用造粒原料の製造方法を提案する。

本発明のより好ましい解決手段は、
（１）前記1次造粒粒子は、核粒子に微粉および／または細粒が付着した擬似粒子、または微粉および／または細粒が互いに凝集して粒状化した擬似粒子であること、
（２）前記解砕機は、複数の解砕歯が突設されたロール対を相互に逆方向に回転させて、前記１次造粒粒子を解砕する機構を有すること、
（３）前記再造粒工程の後に、再造粒後の２次造粒粒子にコークス粉を付着させる工程を、さらに有すること、
である。

（１）本発明に係る焼結用造粒原料の製造方法によれば、ペレットフィードのような高品位であるが難造粒性の微粉鉄鉱石をも焼結鉱製造用原料として使用することができるようになり、低スラグ比で高被還元性、高強度の鉄鉱石を有利に製造することができる。そして、このような焼結用造粒原料を、高炉用原料とすることにより、高炉内に装入する塊コークスの使用量を低減させることができるようになり、高炉からのＣＯ₂発生量の大幅な削減と、生産性の向上が期待できる。しかも、高炉でのスラグ発生量が低減するため、環境への負荷を軽減させることができる。
（２）また、本発明に係る製造方法によれば、焼結用造粒原料の粒径がほぼ均一になり、焼結機のパレット上への装入密度が小さくなって、原料充填層（焼結ベット）の通気性の改善を図れると共に、焼結原料全体としての粉コークス等の固体燃料の賦存状態が均一となり、燃焼速度の向上によって焼成時間が短縮し、焼結生産性を向上させることができる。
（３）さらに、本発明に係る製造方法よれば、粉コークスの使用量の低減が可能となり、焼結鉱製造時のＣＯ_２発生量の低減が可能になると共に、造粒時に使用される生石灰（バインダー）の使用量を削減することができるため、焼結鉱の製造コストを低減させることができる。

従来法により製造した焼結用造粒原料の粒度分布図である。 従来法により製造した焼結用造粒原料の粒度分布（ａ）、ペレットフィード（バナジウム）の粒度分布（ｂ）および造粒水分量（ｃ）の測定結果である。 従来の原料充填層（ａ）、（ｂ）と、本発明の原料充填層（ｃ）の模式図である。 代表的な擬似粒子の構造（ａ）、（ｂ）を示す模式図である。 従来法と本発明法の焼結用造粒原料製造プロセスの一例を示す模式図である。 本発明法の解砕工程を示す模式図である。 解砕機の構造例を示す説明図である。 従来法と本発明法により造粒した擬似粒子（ペレットフィード２０ｍａｓｓ％配合時）の粒度分布図である。 図８の擬似粒子を用いて焼結試験を行った場合の操業結果（通気性指数、焼成時間）を示す比較グラフである。 図８の擬似粒子を用いて焼結試験を行った場合の操業結果（成品歩留、生産率）を示す比較グラフである。

図４は、代表的な擬似粒子の構造を示すものである。図４（ａ）は、ペレットフィード等の難造粒性の微粉鉄鉱石を使用して造粒した時に形成される擬似粒子のうち、細粒や微粉鉄鉱石同士が水分を介して単に凝集して粒状化した結合強度の弱い粗大な擬似粒子（凝集粒子）の例を示すものである。これに対し、図４（ｂ）は、核粒子のまわりに微粉や細粒が付着した構造の擬似粒子の例であり、一般的に図４（ｂ）の擬似粒子の方が結合強度が大きく粒径が揃ったもの（均等粒子）になる。なお、微粉鉄鉱石としては、ペレットフィードを製造する過程で発生する残渣であるテーリング鉱石も含み、本発明では、これらを単に難造粒性鉄鉱石という。

図５（ａ）は、一般的な焼結用造粒原料の製造プロセスのフローを示す。この製造プロセスは、配合槽から切り出された配合原料である鉄鉱石粉を、５〜８ｍａｓｓ％程度の水分を加えてミキサー１で混合し、必要に応じて副原料粉を加えた上でミキサー２にてさらに混合し（混合工程）、次いで、ドラムミキサーやパンペレタイザーなどの１次造粒機３に送給して水分（３ｍａｓｓ％程度）を加えながら造粒処理（造粒工程）する場合の他、さらに必要に応じて２次造粒機４を用いて水分を加えながら再造粒処理し（再造粒工程）、さらに必要に応じて粉コークス等の固体燃料や副原料をコーティングして焼結鉱製造用の原料である焼結用造粒原料を製造する方法である。ここで、混合工程、造粒工程および再造粒工程において添加される水分量は、所定の擬似粒子が得られるように、すなわち所定の造粒水分になるように調整される。
なお、図５では、１次造粒機３および２次造粒機４として１台のドラムミキサーが記載されているが、それぞれ、複数台のドラムミキサーやパンペレタイザーなどを組み合わせて構成してもよい。

本発明では、難造粒性鉄鉱石を含む配合原料を用いて焼結用造粒原料を製造する方法において、図５（ｂ）に例示したように１次造粒機３による予備的な造粒工程と、２次造粒機４による再造粒工程との間に、解砕工程５を介在させ、造粒工程を経た1次造粒粒子のうち粗大に成長した粒子、とくに、微粉および／または細粒が単に凝集して粒状化した図４（ａ）に示すような擬似粒子のうちの、一定の大きさ以上の粒径をもつ１次造粒粒子を解砕することを特徴としている。これにより、例えば、１次造粒機３の出口において粒径が１０ｍｍ以上、好ましくは８ｍｍ以上の大きさの粗大な１次造粒粒子を対象に、これを後述する解砕機を使って解砕して、例えば、粒径：１〜８ｍｍ程度になるように整粒化した後に、２次造粒機４に供給して再造粒することで中間粒子（粒径１．０〜４．７５ｍｍ）の多い焼結用造粒原料にする。

即ち、難造粒性鉄鉱石は、上記したように水分を吸収しやすく、かつ粉体間に多くの水分を保持しやすいため、造粒に際して、微粉同士が単に凝集しただけにすぎないものや、核粒子のまわりに微粉が付着した形態の粒径の不揃いな粗大な擬似粒子が形成されやすい。そのため、本発明では、１次造粒機３によって予備的な造粒を行った後、その１次造粒粒子中に含まれている粗大な粒子を、２次造粒機４での再造粒工程に先立って、解砕工程５において一定の粒径以下に解砕し、粗大な１次造粒粒子の内部に局在化していた微粉および水分が解放して造粒原料全体に均一に分散させることで、２次造粒機４内での再造粒過程において、粒径が１０ｍｍを超えるような肥大化した結合強度の弱い粗大な擬似粒子が発生するようなことがなくなり、粒度分布が小さく比較的粒径の揃った、均等化した擬似粒子からなる焼結機用の造粒原料を製造することができるのである。

なお、本発明においては、上記解砕工程５は、図６に示すように、パンペレタイザー３ａあるいはドラムミキサー３ｂからなる１次造粒機３からの１次造粒粒子の排出端直下位置、もしくは第１造粒機３から第２造粒機４へ造粒粒子を搬送するためのベルトコンベア６の乗り継ぎ部（図示せず）に、後述する解砕機構を備える解砕機７を配設し、該解砕機７によって、一定の粒径以上の粗大な１次造粒粒子を選別しながら圧壊（粉砕）することにより行う。
なお、解砕機７による解砕によって発生した細粒や微粉は、解砕後の造粒粒子と共にベルトコンベア６で搬送されて２次造粒機４へと装入され、該２次造粒機４内部において互いに凝集したり、核粒子に付着して擬似粒子に再造粒されることになる。

ところで、粗大な１次造粒粒子とは、前記したように粒径が１０ｍｍを超えるような、核粒子に細粒や微粉が付着した擬似粒子の他、細粒や微粉が水分を介して単に凝集して粗大化した擬似粒子のことであり、とくに難造粒性鉄鉱石であるペレットフィードやテーリング鉱を多量に含む配合原料の場合、細粒や微粉が凝集してなる擬似粒子は、核粒子を持たないことから強度が小さく、しかも解砕機７によって比較的容易に解砕（圧壊）することができる。
なお、再造粒工程後の２次造粒粒子には、必要に応じて表面にコークス粉等の固体燃料や副原料がコーティングされ、焼結鉱製造用の原料である焼結用造粒原料となる。

本発明において用いられる解砕機７は、図７の説明図に例示すように、複数の解砕歯８ａ、８ｂが突設された二本の相互に逆方向に回転する解砕ロール９ａ、９ｂ（ダブルロール）を備えてなり、回転する解砕ロール９ａ、９ｂ間に造粒工程後の１次造粒粒子を通過させることで、該１次造粒粒子中に含まれる粗大な粒子は、一定のクリアランスをもって噛合う解砕歯８ａ、８ｂによって選別されると共に、次第に圧壊され、一定の粒径以下の粒子となって排出されることになる。
なお、各解砕ロール９ａ、９ｂに突設された解砕歯８ａ、８ｂは、擬似粒子を適正な粒径（例えば、５ｍｍ以下）とするため、歯先と対向ロール面との隙間Ａは、５ｍｍ以下に設定し、解砕歯８ａ、８ｂの高さＢは、解砕歯８ａ、８ｂが互いに噛合するように５〜１０ｍｍ程度とする。また、噛合する解砕歯８ａ、８ｂ同士の間隔Ｃおよび解砕歯８ａ、８ｂのピッチＤも５ｍｍ以下とすることが好ましい。

また、前記解砕歯８ａ、８ｂの前記クリアランスや歯形状、ロール９ａ、９ｂの回転数は、配合原料の粒度分布や含有水分量、強度、一定量の焼結鉱製造に必要な送給速度などの各種の条件に合わせて適切に調整することが好ましく、これによれば、配合原料を過剰に解砕することなく、粗粒をより選択的に解砕することができる。

図８は、鉄鉱石中に難造粒性のペレットフィードを２０ｍａｓｓ％（ワスコペレットフィード１６ｍａｓｓ％、チョーグルテーリング４ｍａｓｓ％）含む配合原料を用いて本発明法と従来のＨＰＳ法によって製造した焼結用造粒原料（擬似粒子）の平均粒子径と粒度分布を比較して示すものである。
これによれば、本発明法では、従来法に多く見られた粗粒粒子（１０ｍｍ以上）の生成割合が減少し、１．０〜４．７５ｍｍの中間粒子の比率が増加して粒径が均一化し、高強度の焼結用造粒原料を製造することができたことがわかる。また、本発明法では、解砕工程を経ているにも関わらず、焼結用造粒原料の平均粒径が０．０８ｍｍ増大（１．６２→１．７０ｍｍ）している。これは、第１造粒機による造粒後、解砕工程を経ることで、粗大な１次造粒粒子（擬似粒子）中に内在する微粉と水分が均一に分散されることになり、この状態で第２造粒機に投入されたことで、微粉および細粒の再造粒が促進され、従来法に比べて平均粒子径の大きい焼結用造粒原料が製造されたものと思われる。

図９および図１０は、図８の焼結用造粒原料（擬似粒子）を用いて焼結鉱を製造した際の焼結試験結果を示すものである。本発明法では、解砕工程を設けることで従来のＨＰＳ法に比べて焼結鉱製造歩留まりが若干低下するものの、焼結用造粒原料が整粒化されて粒度分布が狭くなったことで焼結用造粒原料充填層（焼結ベット）の通気性が改善され、焼成時間が大幅に短縮し、これによって焼結生産率の向上の効果が得られることがわかった。

したがって、本発明の方法に基づいて製造した焼結用造粒原料を用いて焼結鉱を製造すると、焼結生産性および焼結鉱の強度の向上を期待することができる。また、本発明の適用により製造された焼結用造粒原料では、比較的均一な粒度となるため、固体燃料としてコーティングされる粉コークスの賦存状態も適正化されることになる。なお、粉コークスの外装造粒を実施しない場合には、粉コークスや石灰石の均一混合を図るためには造粒前の均一混合が必要となるが、本発明の場合、このような負担も軽減される。

また、本発明に係る方法は、解砕のための別ラインの増設が不要であり、ドラムミキサーやパンペレタイザーなどの第１造粒機の排出端直下や、既設のベルトコンベアの乗り継ぎ部に解砕機を配設するだけの、シンプルな設備構成となる。

本発明に係る方法は、焼結用造粒原料の製造のみならず、高炉用焼結鉱の製造技術としても適用が可能である。

１、２ ミキサー
３ １次造粒機
３ａ パンペレタイザー
３ｂ ドラムミキサー
４ ２次造粒機
５ 解砕工程
６ ベルトコンベア
７ 解砕機
８ａ、８ｂ 解砕歯
９ａ、９ｂ ロール

Claims (4)

1. 難造粒性鉄鉱石を含む配合原料を混合する混合工程と、混合原料を１次造粒機を使って造粒する造粒工程と、該造粒工程において生成した１次造粒粒子をさらに２次造粒機によって造粒する再造粒工程と、を経て焼結用造粒原料を製造する方法において、
   前記造粒工程と再造粒工程との間に、粒径１０ｍｍ以上の１次造粒粒子を選別しながら粉砕するように設定した解砕機を用いた解砕工程を設けると共に、その解砕機を、前記１次造粒機の排出端直下、もしくは１次造粒粒子を前記１次造粒機から２次造粒機に移送するためのベルトコンベア乗継ぎ部に配設して、該１次造粒粒子の粉砕を行うことを特徴とする焼結用造粒原料の製造方法。
2. 前記1次造粒粒子は、核粒子に微粉および／または細粒が付着した擬似粒子、または微粉および／または細粒が互いに凝集して粒状化した擬似粒子であることを特徴とする請求項１に記載の焼結用造粒原料の製造方法。
3. 前記解砕機は、複数の解砕歯が突設されたロール対を相互に逆方向に回転させて、前記１次造粒粒子を解砕する機構を有することを特徴とする請求項１または２に記載の焼結用造粒原料の製造方法。
4. 前記再造粒工程の後に、再造粒後の２次造粒粒子にコークス粉を付着させる工程を、さらに有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の焼結用造粒原料の製造方法。

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