JP7148030B2 - 焼結鉱の製造方法および焼結鉱 - Google Patents

Description

本発明は、高炉用原料である焼結鉱の製造方法、特に焼結配合原料の造粒方法に着目した点に特徴を有する方法および焼結鉱に関する。

焼結鉱は、通常、以下の工程により製造される。まず、複数種類の銘柄からなる粉鉄鉱石（一般に、－１０ｍｍ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て焼結配合原料を得る。次に、得られた焼結配合原料に水分を添加する。そして、水分を添加した焼結配合原料を混合－造粒して焼結用造粒原料を得る。次に、得られた焼結用造粒原料を焼結機に装入して焼成することによって、焼結鉱を得ている。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。

上述した焼結鉱の製造方法において、造粒時における焼結配合原料への水分の添加が十分でなく不均一に行われると、粒径の小さな微粉のみが凝集して強度の低い粗大粒子を形成したり、粒径の小さな粒子のままで残ったりして、前記焼結原料装入層内での通気性を低下させる原因となる。こうした背景の下で、従来、造粒時における焼結配合原料への水の添加の仕方に着目した研究が行われてきた。

例えば、特許文献１では、造粒機内での焼結配合原料面の更新に応じた散水流量や噴霧角、散水距離等を規定するとともに、添加水液滴径の上限を規定することによって、粗大粒子の生成を抑制するとともに、微粉のみで造粒された凝集粒子などの生成を抑制することとしている。

特開２０１６－１７２９０３号公報

しかしながら、特許文献１で提案している技術の場合、粒子径の大きい粗大粒子の生成は抑制できるが、粒子径が小さい微小粒子の生成までは抑制できないため、焼結原料装入層の通気性が低下するという課題があった。その結果、粒子径の過小な微小粒子が多く生成し、焼結原料装入層ひいては焼結層内での通気性の低下を招いて焼結機の生産率が低下したり、焼結鉱強度の低下を招くと共に成品歩留まりの低下を招いたりし、ひいては焼結鉱を使う高炉内での通気性の低下につながるという問題点があった。また特許文献１では、凝集しやすい微粉鉱石を大量に使用することを目的としており、微粉鉱石が少なく造粒が不十分になりがちな原料の処理には適していなかった。

本発明の目的は、凝集しやすい微粉鉱石の配合が少ない焼結配合原料において核生成を促し効果的に焼結用造粒原料を得ることができる焼結鉱の製造方法および焼結鉱を提供することにある。

前記の目的を実現するため、発明者らは、焼結鉱の製造方法における焼結配合原料の造粒工程において添加水の流量に着目して鋭意研究したところ、従来の常識に反してその流量を極端に増加させることで造粒性を改善した焼結用造粒原料が得られることを見出だした。

即ち、本発明は、複数種類の銘柄からなる鉄鉱石を含む焼結配合原料を造粒機にて造粒し、得られた焼結用造粒原料を焼結機にて焼成することにより焼結鉱を得る焼結鉱の製造方法において、造粒時の添加水を焼結配合原料に加える際の単位面積あたりの流量を１２０Ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２以上にすることを特徴とする焼結鉱の製造方法である。

なお、前記のように構成される本発明に係る焼結鉱の製造方法においては、
（１）前記焼結配合原料として、粒径１ｍｍ以下の粒子を９０％以上含む鉱石を全鉄鉱石中の１０質量％以下含む焼結配合原料を用いること、
（２）前記造粒時にドラムミキサーを使用する際、占積率を１０～１５％にすること、
（３）前記添加水の平均液滴径を１．１ｍｍ以下にすること、
（４）前記添加水は微粉鉄鉱石を含むこと、
がより好ましい解決手段となるものと考えられる。

また、本発明は、上述した焼結鉱の製造方法に従って製造された、高炉内での通気性に優れることを特徴とする焼結鉱である。

本発明に係る焼結鉱の製造方法によれば、造粒時の添加水を焼結配合原料に加える際の散水面積あたりの流量を１２０Ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２以上と極端に増加させることで、焼結配合原料の造粒を格段に改善することができる。

本発明の焼結鉱の製造方法における各工程の一例を説明するためのフローチャートである。 本発明の焼結鉱の製造方法における造粒プロセスでの現象の一例を説明するための図である。 配合Ａについて原料処理量を１６００ｔ／ｈおよび１０００ｔ／ｈとしたときの、占積率と冷間風量との関係を示す図である。 配合Ｂについて原料処理量を１６００ｔ／ｈおよび１０００ｔ／ｈとしたときの、占積率と冷間風量との関係を示す図である。

図１は、本発明の焼結鉱の製造方法における各工程の一例を説明するためのフローチャートである。図１に従って本発明の焼結鉱の製造方法の各工程を説明すると、まず、複数種類の銘柄からなる粉鉄鉱石を準備する（ステップＳ１）。次に、ステップＳ１で準備した微粉鉄鉱石に、ステップＳ２で準備した副原料粉と、雑原料粉と、固体燃料を適量ずつ配合して焼結配合原料を得る（ステップＳ３）。次に、得られた焼結配合原料に、添加水を加えて焼結配合原料を混合し、造粒して（ステップＳ４）、焼結用造粒原料を得る（ステップＳ５）。次に、得られた焼結用造粒原料を焼結機に装入して焼成することによって（ステップＳ６）、焼結鉱を得ている（ステップＳ７）。

上述した図１に従って、複数種類の銘柄からなる鉄鉱石を含む焼結配合原料を造粒機にて造粒し、得られた焼結用造粒原料を焼結機にて焼成することにより焼結鉱を得る焼結鉱の製造方法において、造粒プロセス（ステップＳ４）では、図２に示すように、（１）核の生成、（２）核をもとに疑似粒子の造粒・崩壊を繰り返すという段階を経て造粒物を生成する。この際、水分を多く含んだ粒子を核として、その後、核の過剰水分を起点に粉が付着し造粒が進行していくことが考えられる。そのため、造粒の促進のためには水分を多く含んだ領域を生成する必要があり、逆に水分が過剰にならず水分が均一に添加されると造粒が進まないと考えた。そこで本発明では、散水時の単位面積あたりの流量を極端に増加させることで、造粒時の核生成を促進させる方法を検討し、造粒性を改善した焼結用造粒原料を得る技術を開発した。

すなわち、本発明の最大の特徴は、造粒時の添加水を焼結配合原料に加える際の散水面積あたりの流量を１２０Ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２以上と極端に増加させることにある。また、焼結配合原料として、粒径１ｍｍ以下の粒子を９０％以上含む鉱石を全鉄鉱石中の１０質量％以下含む焼結配合原料を用いることが好ましい態様となる。さらに、造粒時にドラムミキサーを使用する際、占積率を１０～１５％にすることが好ましい態様となる。さらにまた、添加水の平均液滴径を１．１ｍｍ以下にすることが好ましい態様となる。また、添加水は微粉鉄鉱石を含むことが好ましい態様となる。

なお、上述した本発明の焼結鉱の製造方法において、＜粒径＞、＜占積率＞、＜添加水の液滴径＞は、以下のものをいう。

＜粒径＞
ＪＩＳ（日本工業規格） Ｚ ８８０１－１に準拠した公称目開きの篩を用いて篩分けされた粒径であり、例えば、粒径１ｍｍ以下とは、ＪＩＳ Ｚ ８８０１－１に準拠した公称目開き１ｍｍの篩を全量が通過する粒径をいい、－１ｍｍとも記す。

＜占積率＞
占積率φは、円筒状横型容器の体積Ｖ（ｍ^３）、原料のかさ密度ρ（ｋｇ／ｍ^３）、円筒状横型容器内に滞留する原料の質量Ｍ（ｋｇ）を用いて、式（１）のように書ける。
φ＝Ｍ／（Ｖ×ρ） （１）

前記占積率φは、ドラムミキサーのドラム長さ、ドラム回転数を用いて式（２）で示されるフルード数Ｆｒの二分の一乗に反比例し、原料処理量に比例する関係が知られており、その他のドラムの傾きなどの条件によって定まる比例定数をＫとして式（３）で示される。
Ｆｒ＝｛Ｌ×（Ｎ／６０）^２｝／ｇ （２）
ここで、Ｆｒ：フルード数（－）
Ｌ：ドラム長さ（ｍ）
ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ^２）
Ｎ：ドラム回転数（ｒｐｍ）、である。
φ＝（Ｑ×Ｋ）／Ｆｒ^１／２ （３）
ここで、φ：占積率（－）
Ｑ：原料処理量
Ｆｒ：フルード数（－）
Ｆｒ^１／２：回転数、である。

＜添加水の液滴径＞
添加水の液滴径は、一般的にその水噴霧ノズルがもつ液滴径（所定圧力でのメーカー表示に係る液滴径）があるが、実際に散布して測定することもできる。液滴径の測定に当っては、高速度カメラを用い、相当数（たとえば１００個以上）の液滴の画像解析を行い、その算術平均径を算出する方法をとることができる。また、液滴径のばらつきが大きい場合には、液滴群の体積総和と表面積総和をそれぞれ体積と表面積として備える１個の液滴の径を与えるザウター平均粒径を用いてもよい。なお、この液滴径の測定については、たとえば特許文献１に記載の方法や市販のレーザードップラー測定器で自動的に集計算出してもよく、また使用する液および噴霧条件から計算して求めてもよい。

実際に以下の試験１～試験３を行い、本発明の焼結鉱の製造方法に必須の構成、および、好適な構成を検討した。

＜試験１＞
（造粒時の添加水を焼結配合原料に加える際の散水面積あたりの流量について）
ドラムミキサーでの単位面積当たりの流量の影響を検討した。原料としては南米鉱４９ｍａｓｓ％、豪州鉱４９ｍａｓｓ％、生石灰２ｍａｓｓ％を使用した。試験では、ドラムミキサーに移動可能なノズルを差し込み、散水面積を変えながら試験を行った。ドラムミキサーとしては、直径１ｍ、 奥行き０．３ｍのものを使用し、５分間の造粒を行った。また、今回散水としては、水と微粉鉱石を４対１から２対３の重量割合で混合したスラリー、または水のみを使用した。その後、直径１００ｍｍ、高さ３００ｍｍの円筒に原料を入れ、圧力が一定である条件で通風した際の冷間風量を通気性とし、その向上率を評価した。今回は基準として、通常の散水面積が０．０１５ｍ^２の場合の結果を用いた。結果を以下の表１に示す。

表１の結果から、造粒時の添加水を焼結配合原料に加える際の単位面積当たりの流量が１２０Ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２以上の場合、格段に造粒が改善し、通気性が改善可能であることが明らかとなった。これは、核生成が進行し、造粒が改善されたためであると考えられる。以上のことから、本発明では、造粒時の添加水を焼結配合原料に加える際の単位面積あたりの流量を１２０Ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２以上にすることが、必須の構成となる。

＜試験２＞
（造粒時にドラムミキサーを使用する際の占積率の好適範囲について）
試験１での添加水の単位面積当たりの流量を満たす条件のもとで、ドラムミキサーにおける最適な占積率について検討した。通常使用している豪州鉱と南米鉱を用いた際、微粉精鉱を１０％含んだ際の適正な占積率を検討した。豪州鉱と南米鉱はいずれもモード径が１ｍｍ以上のものであるのに対して、微粉精鉱は粒径１ｍｍ以下の割合が９４ｍａｓｓ％のものを用いた。以下の表２に、使用した配合Ａおよび配合Ｂの配合割合を示す。ドラムミキサーは、直径１ｍ、奥行き０．３ｍのものを使用した。その後、直径１００ｍｍ、高さ３００ｍｍの円筒に原料を入れ、圧力が一定である条件で通風した際の冷間風量を通気性とし、その向上率を評価した。

図３は、配合Ａについて原料処理量を１６００ｔ／ｈおよび１０００ｔ／ｈとしたときの、占積率と通気性との関係を示す図である。図３の結果から、配合Ａの場合、占積率は５～１５％が適正であり、特に１０～１５％が望ましいことがわかる。図４は、配合Ｂについて原料処理量を１６００ｔ／ｈおよび１０００ｔ／ｈとしたときの、占積率と通気性との関係を示す図である。図４の結果から、配合Ｂの場合、占積率は１０～２０％が適正であり、特に１０～１５％が望ましいことがわかる。

これらの結果から、粒径１ｍｍ以下の割合が９４質量％の微粉鉱石が１０質量％以下の配合であれば、占積率は１０～１５％が望ましいことが明らかとなった。この推定機構としては、占積率が１０～１５％では、散水に接して水分が過剰となった核の表面と粉が接して付着する時間が確保されることにより、核の表面への粉の付着がより適正になるためだと考えられる。

＜試験３＞
（造粒時における添加水の平均液滴径の好適範囲について）
試験１の比較例１、実施例１－３および新たな実施例５、６について、造粒時における添加水の平均液滴径の好適範囲を検討した。原料としては、南米鉱４９％、豪州鉱４９％、生石灰２％を使用した。試験では、ドラムミキサーに移動可能なノズルを差し込み、散水面積を変えながら試験を行った。ドラムミキサーは直径１ｍ、 奥行き０．３ｍのものを使用し、５分間の造粒を行った。また、ノズルとしては扇形ノズルおよび２流体ノズルを用いて評価した。ノズルを使用した際の添加面積については、事前にバットに敷いた原料に散布することで散水される領域を測定した。

その後、直径１００ｍｍ、高さ３００ｍｍの円筒に原料を入れ、圧力が一定である条件で通風した際の冷間風量を通気性とし、その向上率を評価した。今回は基準として、通常の散水面積が０．０１５ｍ^２で水を添加した結果を用いた。結果を以下の表３に示す。

表３の結果から、実施例３で示すように単位面積当たりの流量を向上させることで造粒後の通気性を改善可能であるが、２流体ノズルまたは扇形ノズルを使用した方が通気性の改善可能であることわかる、この際、液滴径が１．１ｍｍ以下の場合、更なる通気性の向上が可能であることがわかった。これは、単位面積あたりの流量を増やした条件では粗大な核粒子が生成しやすくなるが、液滴径を小さくすることで粗大な核の生成を抑制し、適正な造粒が可能であったからであると考えられる。また、粗大な核の生成を抑制することにより、焼結が均一に進むので焼結鉱の強度も改善し、高炉内での通気性も改善すると考えられる。

本発明に係る焼結鉱の製造方法によれば、造粒時の添加水を焼結配合原料に加える際の散水面積あたりの流量を１２０Ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２以上と極端に増加させることで、焼結配合原料の造粒を格段に改善することができ、この製造方法は例示のものの他、種々の焼結配合原料に対しても適用することが可能である。

Claims (6)

1. 複数種類の銘柄からなる鉄鉱石を含む焼結配合原料を造粒機にて造粒し、得られた焼結用造粒原料を焼結機にて焼成することにより焼結鉱を得る焼結鉱の製造方法において、
   造粒時の添加水を焼結配合原料に加える際の単位面積あたりの流量を１２０Ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２以上にすることを特徴とする焼結鉱の製造方法。
2. 前記焼結配合原料として、粒径１ｍｍ以下の粒子を９０％以上含む鉱石を全鉄鉱石中の１０質量％以下含む焼結配合原料を用い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. 前記造粒時にドラムミキサーを使用する際、占積率を１０～１５％にす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方法。
4. 前記添加水の平均液滴径を１．１ｍｍ以下に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. 前記添加水は微粉鉄鉱石を含む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。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の方法で製造された、高炉内での通気性に優れることを特徴とする焼結鉱。

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