JPWO2018194014A1 - 焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Abstract

新たな設備を導入することなくパレット上層部の凝結材の割合を高め、これにより装入層上層部の高温保持時間を延長させて、装入層上層部における焼結鉱の歩留向上が実現できる焼結鉱の製造方法を提供する。
造粒された焼結原料を焼結機で焼結する焼結鉱の製造方法であって、焼結原料は、焼結原料の質量に対して５質量％以上となる量の粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石を含む鉄含有原料と、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを５０質量％以上含有し、焼結原料の質量に対して３質量％以上７質量％以下の範囲内となる量の凝結材と、ＣａＯ含有原料と、を含み、少なくとも前記鉄含有原料は、焼結原料が造粒される前に撹拌され、凝結材の一部または全部は、焼結原料の全造粒期間を０〜１００％とした場合に５０〜９５％の造粒期間に混合されて造粒される。

Description

本発明は、造粒した焼結原料を焼結機で焼結して焼結鉱を製造する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に、石灰石や珪石、蛇紋岩等の副原料と、ダスト、スケール、返鉱等の雑原料と、粉コークス等の凝結材とを適量ずつ配合した焼結原料に、水分を添加して混合、造粒し、得られた造粒原料を焼結機で焼結することで製造される。焼結原料は、水分によって造粒時に互いに凝集して擬似粒子となる。この擬似粒子化された造粒原料は、焼結機のパレットに装入された装入層の良好な通気性を確保するのに役立ち、擬似粒子化された造粒原料を用いることで、焼結反応を円滑に進行させることができる。

図１は、焼結鉱の歩留分布を説明する図である。図１（ａ）は、装入層上層部、中層部、下層部のヒートパターンを示し、図１（ｂ）は、焼結ケーキの歩留分布を示した断面模式図である。図１（ｂ）における四角枠内の数値は、焼結ケーキの各層の歩留を示す。

図１（ａ）に示すように、装入層上層部は、装入層下層部に比べて温度が上昇し難く、１２００℃を超える高温域保持時間も短くなる。このように、装入層上層部では、高温保持時間が短くなり、燃焼溶融反応（焼結化反応）が不十分となり焼結ケーキの強度が低くなる。この焼結ケーキの強度低下により、図１（ｂ）に示すように、装入層上層部の焼結鉱の歩留が低くなり、これが焼結鉱の生産性の低下を招く要因となっている。

このような装入層上層部における焼結鉱の歩留低下に対して、特許文献１には、コークスよりも燃焼速度が早い気体燃料を使用することで、装入層上層部における焼結鉱の歩留を向上できることが開示されている。特許文献１によれば、気体燃料を使用することで、短時間で装入層上層部の温度を高めることができるので、熱量不足で焼結鉱の冷間強度が低くなりやすい装入層上層部だけでなく、装入層中層部を含む幅広い部分において焼結鉱の強度が高くなり、焼結鉱の歩留が向上する。

非特許文献１には、パレット上層部に粉コークスを装入できる装置を用いてパレット上層部に炭材を装入する技術が開示されている。非特許文献１によれば、０．２％の炭材をパレットの上層部に装入することで、装入層上層部の最高温度を上昇させ、上層部の高温保持時間を延長できることが開示されている。

国際公開第２００７／０５２７７６号

石脇、外５名、「加古川焼結機における炭材上部装入技術の適用結果」、ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ、ＶＯｌ．１４（２００１）−９５６

特許文献１に開示された技術を実施するには、凝結材以外に気体燃料を準備し、さらに焼結機上部に気体燃料の吹き込み設備が必要になる。このため、追加の設備投資が必要になるとともに気体燃料の費用も発生するので、焼結鉱の製造コストが増加する。非特許文献１に開示された技術を実施するには、パレット上層部に炭材を装入する装置が必要になるので、追加の設備投資が必要になる。

本発明は、このような従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、新たな設備を導入することなく装入層上層部に装入される凝結材の割合を高め、これにより、装入層上層部の高温保持時間を延長させて、装入層上層部の焼結鉱の歩留向上が実現できる焼結鉱の製造方法を提供することにある。

このような課題を解決する本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）造粒された焼結原料を焼結機で焼結する焼結鉱の製造方法であって、前記焼結原料は、前記焼結原料の質量に対して５質量％以上となる量の粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石を含む鉄含有原料と、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを５０質量％以上含有し、前記焼結原料の質量に対して３質量％以上７質量％以下の範囲内となる量の凝結材と、ＣａＯ含有原料と、を含み、少なくとも前記鉄含有原料は、前記焼結原料が造粒される前に撹拌され、前記凝結材の一部または全部は、前記焼結原料の全造粒期間を０〜１００％とした場合に５０〜９５％の造粒期間に混合されて造粒される、焼結鉱の製造方法。
（２）前記凝結材の一部が、前記５０〜９５％の造粒期間に混合される場合であって、造粒後の前記焼結原料の粒径を測定し、前記粒径が予め定められた粒径よりも低下した場合に前記５０〜９５％の造粒期間に混合する凝結材を増やす、（１）に記載の焼結鉱の製造方法。

本発明の焼結鉱の製造方法を実施することにより、新たな設備を導入することなく、装入層上層部に装入される凝結材の割合を高めることができる。これにより、装入層上層部の高温保持時間が延長して焼結ケーキの強度が高くなり、装入層上層部における焼結鉱の歩留向上が実現できる。

図１は、焼結鉱の歩留分布を説明する図である。 図２は、本実施形態に係る焼結鉱の製造方法が実施できる焼結鉱製造装置の一例を示す模式図である。 図３は、離散要素法（ＤＥＭ）で用いたモデルを示す図である。 図４は、離散要素法（ＤＥＭ）を用いてシミュレートしたパレットへの装入状況を示す図である。 図５は、離散要素法（ＤＥＭ）を用いてシミュレートした結果から、パレットの各層の擬似粒子径および各層に存在する凝結材の割合を算出した結果を示すグラフである。 図６は、焼結機のパレットへの装入実験の結果を示す図である。 図７は、造粒試験によって造粒された擬似粒子の調和平均粒径と、当該擬似粒子によって形成された装入層のＪＰＵとの関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。図２は、本実施形態に係る焼結鉱の製造方法が実施できる焼結鉱製造装置１０の一例を示す模式図である。貯蔵槽１２に貯蔵された鉄含有原料１４および貯蔵槽１６に貯蔵された石灰石や生石灰等を含むＣａＯ含有原料１８は、それぞれ所定量切り出されて混合原料２２とされる。

本実施形態で用いる鉄含有原料１４は、粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石と、種々の銘柄の鉄鉱石と、製鉄所内発生ダストと、焼結鉱製造工程において篩下となった粒径５ｍｍ以下の返鉱等とを含む。鉄含有原料１４は、焼結原料の質量に対して５質量％以上となる量の粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石を含有する。粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石の含有量の測定は、レーザー回折・散乱式粒度分析計を用いて測定できる。鉄含有原料１４およびＣａＯ含有原料１８に加え、任意配合原料としてドロマイトや精錬ニッケルスラグ等を含むＭｇＯ含有原料を混合原料２２に混合してもよい。

混合原料２２は、搬送機２０によって高速撹拌装置２４に搬送される。高速撹拌装置２４は、高速で回転する撹拌羽根２６と、傾斜した状態で回転する容器２８とを備える。高速撹拌装置２４に搬送された混合原料２２は、容器２８に投入され、容器２８の回転と撹拌羽根２６の回転によって撹拌される。本実施形態における高速撹拌装置２４として傾斜した状態で回転する容器２８を備える例を示したが、容器２８は傾斜せずに回転してもよく、傾斜しない場合であっても同様の撹拌効果が得られる。

高速撹拌装置２４で撹拌された混合原料２２は、搬送機３０でドラムミキサー３４に搬送される。ドラムミキサー３４に搬送された混合原料２２は、ドラムミキサー３４に投入され、適量の水３２が添加されて造粒される。ドラムミキサー３４では、造粒期間の後半に、凝結材３６が混合されて造粒される。造粒期間の後半とは、全造粒期間を０〜１００％とした場合に造粒期間の後半となる５０〜９５％の造粒期間である。凝結材３６は、全造粒期間を０〜１００％とした場合に７０〜９５％となる期間に混合することがより好ましい。

ドラムミキサー３４では、造粒時間の経過とともに焼結原料はドラムミキサー３４の排出口に向けて移動する。このため、造粒期間が５０〜９５％となるドラムミキサー３４内の焼結原料の位置を特定し、特定された位置で凝結材３６を混合してよい。ドラムミキサー３４内の焼結原料の移動速度が一定と考えられる場合には、ドラムミキサー３４の投入口から排出口までの長さを０〜１００％とした場合の５０〜９５％となる位置で凝結材３６を混合してもよい。これにより、凝結材３６が外側に外装された擬似粒子３８を造粒できる。ドラムミキサー３４による造粒は、例えば、３００〜４００秒間実施される。本実施形態では、凝結材３６が外側に外装された擬似粒子３８の原料を焼結原料と定義する。

ドラムミキサー３４は、擬似粒子３８を造粒する造粒装置の一例であり、ドラムミキサー３４に代えて、ドラムミキサー３４とパン型ペレタイザーを併用してもよい。例えば、ドラムミキサー３４とパン型ペレタイザーを併用する場合には、全造粒時間の５０〜９５％をドラムミキサー３４で造粒し、残りの５〜５０％となる造粒期間をパン型ペレタイザーで造粒し、パン型ペレタイザーでの造粒時に凝結材３６を添加してもよい。

擬似粒子３８は、搬送機４０で焼結機５０に搬送され、当該焼結機５０のパレットに装入される。パレットに装入された擬似粒子３８によって装入層が形成され、当該装入層が焼結機５０で焼結され、破砕、冷却、篩分けされて焼結鉱が製造される。本実施形態で用いる焼結機５０は、例えば、ドワイトロイド式焼結機である。

本実施形態に係る焼結鉱の製造方法では、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを５０質量％以上含有する凝結材３６を、焼結原料の質量に対して３質量％以上７質量％以下の範囲内で混合する。これにより、焼結機５０のパレット上層部に装入される凝結材３６の割合を高めることができ、装入層上層部における焼結鉱の歩留および焼結鉱の強度を向上できる。全凝結材に対する粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量は、ＪＩＳ（日本工業規格） Ｚ ８８０１−１に準拠した目開き１ｍｍの篩いを用いて篩い、篩下となった質量を測定し、当該測定値を全凝結材の質量で除することで算出した。粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量は、５０質量％以上７５質量％以下とすることが好ましく、６５質量％以上７５質量％以下とすることがさらに好ましい。

次に、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを５０質量％以上含有する凝結材３６を用いることで、焼結機５０のパレット上層部の凝結材３６の割合を高められることを見出した経緯について説明する。本発明者らは、離散要素法（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）を焼結機５０の装入部に適用させたモデルを用いて、焼結機５０のパレットに装入される擬似粒子３８および凝結材３６の状況をシミュレートした。図３は、離散要素法（ＤＥＭ）で用いたモデルを示す図である。図３（ａ）は、個別の粒子に働く力を算出するモデル６０を示し、図３（ｂ）は、粒子間に働く力を算出するモデル６２、６４を示す。図３（ｂ）に示すように、粒子間に働く力を鉛直方向と並進方向の成分に分け、鉛直方向の成分をモデル６２で計算し、並進方向の成分をモデル６４で計算した。

図３（ａ）（ｂ）に示したモデルを用いて、各粒子の運動方程式を時刻毎に解くことで、焼結機のパレットに装入された擬似粒子３８および凝結材３６の位置をシミュレートした。図４は、離散要素法（ＤＥＭ）を用いてシミュレートしたパレットへの装入状況を示す図である。図５は、離散要素法（ＤＥＭ）を用いてシミュレートした結果から、パレットの各層の擬似粒子径および各層に存在する凝結材の割合を算出した結果を示すグラフである。
図５（ａ）は、擬似粒子全体の平均粒径に対するパレットの上層部、中層部、下層部の各層の擬似粒子の平均粒径を示すグラフであり、図５（ｂ）は、パレットの上層部、中層部、下層部に存在する凝結材の割合を示すグラフである。図５（ａ）、図５（ｂ）において、上層部とはパレットの層厚比（層厚／全層厚）が０．１７となる位置であり、中層部とは層厚比（層厚／全層厚）が０．５０となる位置であり、下層部は層厚比（層厚／全層厚）が０．８３となる位置である。本実施形態における擬似粒子の平均粒径は調和算術平均径であって、１／（ΣＶｉ×ｄｉ）（但し、Ｖｉはｉ番目の粒度範囲の中にある粒子の存在比率であり、ｄｉはｉ番目の粒度範囲の代表粒径である）で定義される粒径である。

離散要素法を用いてシミュレートした結果、図５（ａ）に示すように、平均粒子径が全体平均より小さい擬似粒子はパレットの上層部に多く存在し、平均粒子径が全体平均より大きい擬似粒子は、パレットの下層部に多く存在した。図５（ｂ）に示すように、擬似粒子の平均粒径に対する凝結材の平均粒径の比が大きくなると、パレットの上層部に存在する凝結材の割合が低くなり、パレットの下層部に存在する凝結材の割合が高くなった。一方、擬似粒子の平均粒径に対する凝結材の平均粒径の比が小さくなると、パレットの上層部に存在する凝結材の割合が高くなり、パレットの下層部に存在する凝結材の割合が低くなった。

このように、発明者らは、離散要素法（ＤＥＭ）を用いたシミュレーションの結果から凝結材３６の粒径を小さくすることでパレットの上層部に装入される凝結材３６の割合を高められる可能性を見出した。これを実際の焼結機５０で確認するため、焼結機５０のパレットへの装入実験を行った。装入実験は、粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量を３０質量％に調整した凝結材と、粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量を５５質量％に調整した凝結材を準備し、混合原料にそれぞれの凝結材を外装して造粒した擬似粒子を用いた。擬似粒子を焼結機５０のパレットに装入し、パレットに装入された擬似粒子の層厚比が０．１７、０．５０、０．８３となる位置の擬似粒子の平均粒径と、当該擬似粒子に含まれる凝結材の割合を測定した。

図６は、焼結機のパレットへの装入実験の結果を示す図である。図６（ａ）は、パレットの各位置における擬似粒子の平均粒径を示すグラフであり、図６（ｂ）は、パレットの各位置における凝結材の割合比を示すグラフである。図６（ａ）、図６（ｂ）において「−１ｍｍ割合」とは、全粉コークスに対する粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量を意味する。

図６（ａ）において、横軸は、擬似粒子の算述平均粒径（ｍｍ）であり、縦軸は、焼結機パレットの層厚比（−）である。図６（ａ）に示すように、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを３０質量％含む焼結原料であっても、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを５５質量％含む焼結原料であっても算術平均粒径の小さい擬似粒子は、層厚比が大きいパレットの上層部に多く装入され、算術平均粒径の小さい擬似粒子は、層厚比が小さいパレットの下層部に多く装入された。

図６（ｂ）において、横軸は、凝結材の割合比（−）であり、縦軸は、焼結機パレットの層厚比（−）である。凝結材の割合比とは、［各層厚における凝結材の割合（質量％）］／［凝結材の割合（質量％）］で算出される値である。

図６（ｂ）に示すように、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを３０質量％含む焼結原料では、凝結材の割合比がパレットの上層部で小さくなり、パレットの下層部で大きくなった。一方、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを５５質量％含む焼結原料を用いると、パレットの上層部の凝結材の割合比が増加し、下層部の凝結材の割合比が減少した。この結果、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを５５質量％含む焼結原料では、パレットの上層部と下層部とで、凝結材の割合比がほぼ同じになった。図６（ａ）、図６（ｂ）から、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを、凝結材の質量に対して５０質量％以上となる５５質量％含む凝結材を用いることで、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを凝結材の質量に対して５０質量％未満となる３０質量％含む凝結材を用いた場合よりも、焼結機５０のパレットの上層部に装入される凝結材の量を増やせることが確認された。

一方、粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量を増やすと、混合原料２２の造粒性が低下する。このため、本実施形態に係る焼結鉱の製造方法では、鉄含有原料１４に粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石を焼結原料の質量に対して５質量％以上含有させている。粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石は、粒径の大きい原料が造粒されることによって形成される原料粒子間の空間を埋め、造粒物の強度を向上させる。このため、粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石を焼結原料の質量に対して５質量％以上含有させることで、混合原料２２の造粒性を向上できる。しかしながら、粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石は、比表面積が大きく多くの水分を保持するので、搬送過程で容易に凝集して凝集粒子化する。粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石が凝集粒子化すると、上述した原料粒子間の空間を埋めることができず、混合原料２２の造粒性を向上できない。

このため、本実施形態に係る焼結鉱の製造方法では、高速撹拌装置２４を用いて、混合原料２２を撹拌している。この撹拌により、凝集粒子化した粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石が解砕されるので、凝集粒子化による混合原料２２の造粒性の低下を抑制できる。高速撹拌装置２４による撹拌は、凝集粒子化した粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石の解砕を目的としているので、少なくとも鉄含有原料１４を撹拌すればよい。高速撹拌装置２４は、撹拌羽根２６の周速を８〜１２ｍ／ｓｅｃ、容器２８の回転数を０．５〜２．０ｍ／ｓｅｃ、処理時間を６０〜１２０ｓｅｃとした撹拌条件で混合原料２２を撹拌することが好ましく、撹拌羽根２６の周速を９ｍ／ｓｅｃ、容器２８の回転数を１．０ｍ／ｓｅｃ、処理時間を９０ｓｅｃとした撹拌条件で混合原料２２を撹拌することがより好ましい。

混合原料２２の造粒性を確認するため、混合原料２２の造粒試験を実施した。造粒試験の条件および結果を下記の表１に示す。図７は、造粒試験によって造粒された擬似粒子の調和平均粒径と、当該擬似粒子によって形成された装入層のＪＰＵとの関係を示すグラフである。ＪＰＵとは、擬似粒子をパレットに装入することで形成された装入層を冷間で大気を下向きに吸引して測定した通気性指数ＪＰＵである。通気性指数ＪＰＵは、下記（１）式を用いて算出した。

ＪＰＵ＝Ｖ／［Ｓ×（ｈ×ΔＰ）^０．６］・・・（１）
但し、（１）式において、Ｖは風量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）であり、Ｓは装入層の断面積（ｍ^２）であり、ｈは装入層高さ（ｍｍ）であり、ΔＰは圧力損失（ｍｍＨ_２Ｏ）である。装入層の通気性が高いと通気性指数ＪＰＵは大きくなり、通気性が低いと通気性指数ＪＰＵは小さくなる。

通気性を評価する場合には調和平均径を使用するのが好ましい。下記（２）式で表されるエルガン式は、装入層の圧力損失を予測するのに用いられるが、この式には調和平均径が用いられている。この式で予測される圧力損失は装入層の通気性を示すので、本実施形態の擬似粒子の粒径の評価では、通気性に関連する調和平均径を用いた。

上記（２）式において、ΔＰ／Ｌは１ｍ当たりの圧力損失（Ｐａ／ｍ）であり、εは空隙率（−）であり、ｕは流速（ｍ／ｓ）であり、μは気体粘度（Ｐａ・ｓ）であり、Ｄｐは調和平均径（ｍ）であり、ρは気体密度（ｋｇ／ｍ^３）である。

表１において、「焼結原料」の列は、粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石を８質量％含む鉄含有原料と凝結材との混合割合を示す。「凝結材混合」の列に記載された「事前混合」は、ドラムミキサー３４で造粒する前に凝結材を混合したことを示し、「後混合」は、ドラムミキサー３４で擬似粒子を造粒する造粒期間の後半に凝結材を混合し、凝結材を外装したことを示す。本試験における造粒期間の後半とは、全造粒期間を０〜１００％とした場合に５０〜９５％となる造粒期間である。

「撹拌処理」の列に記載された「無し」は、高速撹拌装置２４で撹拌していないことを示し、「有り」は、高速撹拌装置２４で撹拌したことを示す。「−１ｍｍ粉コークス」の列に記載された数値は、凝結材の質量に対する粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量を示す。「ＪＰＵ」の列に記載された数値は、上記（１）式で算出された通気性指数ＪＰＵの値である。

図７において、横軸は擬似粒子の調和平均粒径（ｍｍ）であり、縦軸は通気性指数ＪＰＵである。比較例１は、粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量を４０質量％とした凝結材を用いた造粒試験例である。比較例１で用いた凝結材は、造粒性を悪化させる粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量が少ないので、擬似粒子の調和平均粒径は２．２２ｍｍとなり、通気性指数ＪＰＵも大きかった。しかしながら、粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量が４０質量％とした凝結材を用いているので、装入層上層部の凝結材の量を増やすことができず、装入層上層部の歩留を向上できない。

比較例２は、粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量を６５質量％とした凝結材を用いた造粒試験例である。比較例２で用いた凝結材は、造粒性を悪化させる粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量が比較例１よりも多い。このため、比較例２の擬似粒子の調和平均粒径は１．７３ｍｍとなり、比較例１の擬似粒子の調和平均粒径より小さくなった。比較例２の擬似粒子の調和平均粒径が小さくなったことで、比較例２の通気性指数ＪＰＵは比較例１より小さくなり、比較例２の装入層の通気性は比較例１より低下した。

比較例３は、粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量を６５質量％とした凝結材を用いて凝結材を造粒期間の後半に混合した造粒試験例である。比較例３で用いた凝結材の粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量は比較例２で用いた凝結材と変わらないものの、比較例３の擬似粒子の調和平均粒径は１．９２ｍｍとなり、比較例２の擬似粒子の調和平均粒径より大きくなった。比較例２と比較例３との差は凝結材を造粒期間の後半に混合したか否かである。この結果から、凝結材を造粒期間の後半に混合することで比較例３の擬似粒子の調和平均粒径が比較例２の擬似粒子の調和平均粒径よりも大きくなったと考えられる。比較例３の擬似粒子の調和平均粒径が大きくなったことで、比較例３の通気性指数ＪＰＵは比較例２より大きくなり、比較例３の装入層の通気性は比較例２より向上した。

比較例４は、粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量を６５質量％とした凝結材と、高速撹拌装置２４で撹拌処理した鉄含有原料とを用いた造粒試験例である。比較例４で用いた凝結材の粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量は比較例２で用いた凝結材と変わらないものの、比較例４の擬似粒子の調和平均粒径は２．１０ｍｍとなり、比較例２の擬似粒子の調和平均粒径より大きくなった。比較例４と比較例２との差は鉄含有原料を高速撹拌装置２４で撹拌をしたか否かである。この結果から、鉄含有原料を高速撹拌装置２４で撹拌し、凝集粒子化した粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石を解砕することで比較例４の擬似粒子の調和平均粒径が比較例２より大きくなったと考えられる。比較例４の擬似粒子の調和平均粒径が大きくなったことで、比較例４の通気性指数ＪＰＵは比較例２より大きくなり、比較例４の装入層の通気性は比較例２より向上した。

発明例１は、粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量を６５質量％とした凝結材と、高速撹拌装置２４で撹拌した鉄含有原料とを用いるとともに、凝結材を造粒期間の後半に混合した造粒試験例である。発明例１では、凝結材を造粒期間の後半に混合するとともに、凝集粒子化した粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石を解砕したので、発明例１の擬似粒子の調和平均粒径は２．６５ｍｍとなり、比較例１〜４の擬似粒子の調和平均粒径より大きくなった。発明例１の擬似粒子の調和平均粒径が比較例１〜４より大きくなったことで発明例１の通気性指数ＪＰＵも比較例１および比較例４より大きくなり、発明例１の装入層の通気性は比較例１〜４より向上した。

このように、粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石を５質量％以上含む鉄含有原料を、高速撹拌装置２４で撹拌することで擬似粒子の調和平均粒径を大きくすることができ、装入層の通気性を向上できることが確認された。さらに、凝結材３６を造粒期間の後半に混合することで擬似粒子の調和平均粒径を大きくすることができ、装入層の通気性を向上できることが確認された。そして、これらを用いることで、粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量が４０質量％とした比較例１よりも擬似粒子の調和平均粒径を大きくすることができ、装入層の通気性も向上できることが確認された。

本実施形態のコークス製造方法では、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを５０質量％以上含有する凝結材を用いることで、焼結機５０のパレット上層部に装入される凝結材の割合を高める。さらに、粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石を５質量％以上含む鉄含有原料を用いること、鉄含有原料を高速撹拌装置２４で撹拌処理すること、および、凝結材を造粒期間の後半に混合することで、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを５０質量％以上含有する凝結材を用いることによる造粒性の低下を解消させる。これにより、新たな設備を導入することなく、パレット上層部に装入される凝結材の割合を高めることができ、これにより、装入層上層部の高温保持時間を延長させて、装入層上層部における焼結鉱の歩留向上が実現できる。

本実施形態においては、凝結材３６の全部を造粒期間の後半に混合する例を示したがこれに限られない。造粒期間の後半に混合する凝結材は、焼結原料に混合する凝結材の一部であってもよい。造粒期間の後半に混合する凝結材は、焼結原料に混合する凝結材の質量に対して５０質量％以上にすることが好ましい。造粒期間の後半に混合する凝結材を５０質量％以上にすることで、事前に混合原料２２に混合される凝結材の量が少なくなるので、混合原料２２の造粒性が向上する。

さらに、造粒期間の後半に一部の凝結材を混合する場合において、造粒後の擬似粒子径を測定し、擬似粒子径が予め定められた閾値よりも低下した場合に、当該粒径が測定された以降に造粒される擬似粒子径を大きくするために、擬似粒子の粒径が閾値より低下した以後の焼結鉱の生産から造粒期間の後半に混合する凝結材の量を増やしてもよい。表１の比較例３に示したように、凝結材を造粒期間の後半に混合すると擬似粒子の調和平均粒径が大きくなる。図７に示したように、擬似粒子径の低下は、装入層の通気性を低下させる。装入層の通気性の低下は、焼結時間の延長を招き、焼結鉱生産率を低下させる。このため、目標となる焼結鉱生産率を維持できる擬似粒子径の閾値を予め設定し、当該閾値よりも粒径が低下した場合に造粒期間の後半に混合する凝結材の量を増やして擬似粒子径を大きくする。これにより、目標となる焼結鉱生産率を維持できる。

次に、本発明の実施例を説明する。実施例では、焼結鉱製造装置１０を用いて、粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量を変えた凝結材と、粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石の含有量を変えた鉄含有原料を準備し、ドラムミキサーで造粒して擬似粒子とし、当該擬似粒子を焼結機５０で焼結して焼結鉱を製造した。焼結鉱の製造条件および評価結果を表２に示す。

表２において、「凝結材外装比率」は、造粒期間の後半に混合した凝結材の比率を示す。この凝結材外装比率が５０であることは、５０質量％の凝結材を造粒前に混合し、５０質量％の凝結材を造粒期間の後半に混合することを示す。「ＴＩ強度」は、ＪＩＳ（日本工業規格） Ｋ ２１５１に準拠して測定した焼結鉱のタンブラー強度を示す。

比較例１１は、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを４０質量％含有する凝結材と、粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石を３質量％含有した鉄含有原料を用いて焼結鉱を製造した製造例である。比較例１１では、粒径１ｍｍ以下の粉コークスの混合量が少なく、パレット上層部の凝結材の割合を高めることができない。このため、比較例１１の歩留は他の製造例より低くなり、これにより、焼結鉱生産率も他の製造例より低くなった。比較例１１で製造された焼結鉱のＴＩ強度も他の焼結鉱の製造例より低くなった。

比較例１２は、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを６５質量％含有する凝結材と、粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石を３質量％含有した鉄含有原料を用いて焼結鉱を製造した製造例である。比較例１２では、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを６５質量％含有する凝結材を用いているので、装入層上層部の凝結材の割合が高くなり、比較例１２の焼結鉱の歩留および比較例１２で製造された焼結鉱のＴＩ強度は比較例１１よりも向上した。しかしながら、１０μｍ以下の粉鉄鉱石の含有量が３質量％と少なく、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを６５質量％含有する凝結材を用いていながら、凝結材を造粒期間の後半に混合していない。このため、焼結原料の造粒性は比較例１１よりも低下し、擬似粒子の調和平均粒径は小さくなり、装入層の通気性は低下した。この通気性の低下により比較例１２の焼結時間は他の製造例よりも長くなっており、この結果、比較例１２の焼結鉱生産率は比較例１１と変わらなかった。

比較例１３は、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを６５質量％含有する凝結材と、粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石を３質量％含有した鉄含有原料を用いて焼結鉱を製造した製造例である。比較例１３では、凝結材を造粒期間の後半に混合しているので、造粒性の低下が抑制され、比較例１２よりも擬似粒子の調和平均粒径は大きくなり、装入層の通気性は向上する。比較例１３の焼結時間が比較例１２よりも短くなったことは、比較例１３の装入層の通気性が比較例１２よりも向上したことを示している。比較例１３で製造された焼結鉱は比較例１２よりもＴＩ強度が若干低下したものの、比較例１３の歩留は比較例１２よりも向上した。この結果、比較例１３の焼結鉱生産率は比較例１２よりも向上した。しかしながら、粒径１０μｍ以下の粉鉱石を５質量％以上含有した鉄含有原料を用いていないので焼結原料の造粒性が向上せず、比較例１３の歩留および焼結鉱生産率は後述する実施例１〜３より低く、焼結時間は実施例１〜３より長かった。

比較例１４は、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを６５質量％含有する凝結材と、粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石を７質量％含有した鉄含有原料を用い、凝結材を外装せずに焼結鉱を製造した製造例である。比較例１４では、高速撹拌装置２４を用いて鉄含有原料の撹拌処理を行っているので造粒性の低下が抑制され、比較例１２よりも擬似粒子の調和平均粒径は大きくなり、装入層の通気性は向上する。比較例１４の焼結時間が比較例１２よりも短くなったことは、比較例１４の装入層の通気性が比較例１２よりも向上したことを示している。比較例１４で製造された焼結鉱のＴＩ強度は比較例１２よりも向上し、比較例１４の歩留は比較例１２より向上した。この結果、比較例１４の焼結鉱生産率は比較例１２よりも向上した。しかしながら、凝結材を造粒期間の後半に混合していないので、比較例１４の歩留および焼結鉱生産率は後述する実施例１〜３より低く、焼結時間は実施例１〜３より長かった。

実施例１〜３は、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを５０質量％以上含有する凝結材と、粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石を７質量％含有した鉄含有原料を用いて焼結鉱を製造した製造例である。実施例１、２では、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを６５質量％含有する凝結材を用いており、実施例３では、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを７５質量％含有する凝結材を用いているので、装入層上層部の凝結材の割合を高めることができる。これにより、比較例１２の焼結鉱の歩留および比較例１２で製造された焼結鉱のＴＩ強度は比較例１１よりも向上した。

実施例１〜３は、１０μｍ以下の粉鉄鉱石を７質量％含有している鉄含有原料を用い、高速撹拌装置２４で撹拌を行って造粒性を向上させているので、撹拌を行っていない比較例１１〜１３よりも擬似粒子の調和平均粒径が大きくなった。さらに、実施例１では、凝結材の５０質量％を造粒期間の後半に混合し、実施例２、３では、凝結材の１００質量％を造粒期間の後半に混合しているので、凝結材を造粒期間の後半に混合していない比較例１４よりも擬似粒子の調和平均粒径が大きくなった。

実施例１〜３の擬似粒子の調和平均粒径が比較例１１〜１４よりも大きくなったことで装入層の通気性は向上し、実施例１〜３の焼結時間は比較例１１〜１４より短くなった。これらの結果、実施例１〜３の歩留および焼結鉱生産率は、比較例１１〜１４よりも高くなった。このように、本実施形態の焼結鉱の製造方法を用いることで、装入層の通気性を向上させつつ装入層上層部における焼結鉱の歩留向上が実現でき、これにより、焼結鉱生産率および焼結鉱のＴＩ強度を向上できることが確認された。

実施例１〜３を見ると、実施例２では凝結材の外層比率を１００質量％としているので、凝結材の外層比率が５０質量％である実施例１よりも擬似粒子の調和平均粒径が大きくなり、歩留も向上して焼結鉱の生産率が高くなった。実施例３では粒径１ｍｍ以下の粉コークスを７５質量％含有する凝結材を用いているので、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを７５質量％含有する凝結材を用いた実施例２よりも歩留は向上した。しかしながら、粒径１ｍｍ以下の粉コークスを多く含むことで造粒性が低下し、擬似粒子の調和平均粒径は実施例２よりも小さくなった。この結果、実施例３の焼結鉱生産率は実施例２と変わらなかった。この結果から、粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量を７５．０質量％より多くしても歩留向上効果を造粒性低下が相殺してしまうことが予想され、焼結鉱の生産率向上の効果が見込めない。これらの結果から、粒径１ｍｍ以下の粉コークスの含有量の上限を７５質量％とすることが好ましいことがわかる。

１０ 焼結鉱製造装置
１２ 貯蔵槽
１４ 鉄含有原料
１６ 貯蔵槽
１８ ＣａＯ含有原料
２０ 搬送機
２２ 混合原料
２４ 高速撹拌装置
２６ 撹拌羽根
２８ 容器
３０ 搬送機
３２ 水
３４ ドラムミキサー
３６ 凝結材
３８ 擬似粒子
４０ 搬送機
５０ 焼結機
６０ モデル
６２ モデル
６４ モデル

Claims (2)

1. 造粒された焼結原料を焼結機で焼結する焼結鉱の製造方法であって、
   前記焼結原料は、前記焼結原料の質量に対して５質量％以上となる量の粒径１０μｍ以下の粉鉄鉱石を含む鉄含有原料と、
   粒径１ｍｍ以下の粉コークスを５０質量％以上含有し、前記焼結原料の質量に対して３質量％以上７質量％以下の範囲内となる量の凝結材と、
   ＣａＯ含有原料と、を含み、
   少なくとも前記鉄含有原料は、前記焼結原料が造粒される前に撹拌され、
   前記凝結材の一部または全部は、前記焼結原料の全造粒期間を０〜１００％とした場合に５０〜９５％の造粒期間に混合されて造粒される、焼結鉱の製造方法。
2. 前記凝結材の一部が、前記５０〜９５％の造粒期間に混合される場合であって、
   造粒後の前記焼結原料の粒径を測定し、前記粒径が予め定められた粒径よりも低下した場合に前記５０〜９５％の造粒期間に混合する凝結材を増やす、請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。