WO2023233871A1 - 焼結用造粒原料の製造方法および焼結鉱の製造方法 - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
- C22B1/14—Agglomerating; Briquetting; Binding; Granulating
- C22B1/16—Sintering; Agglomerating
Definitions
- the present invention relates to a method for producing a granulated raw material for sintering used in a DL type sintering machine, etc., and a method for producing sintered ore using the same.
- Sintered ore is made by combining multiple brands of fine iron ore (generally called sinter feed with a size of about 125 to 1000 ⁇ m), auxiliary raw material powder such as limestone, silica stone, and serpentine, and dust, scale, return ore, etc.
- Water is added to the sintered mixed raw material, which is a mixture of miscellaneous raw material powder and solid fuel such as coke powder, in appropriate amounts, and mixed and granulated, and the resulting granulated raw material is charged into a sintering machine. Manufactured by firing.
- sintered compound raw materials contain moisture and aggregate with each other during granulation to form pseudo particles.
- this granulated material for sintering that has been made into pseudo-particles is charged onto the pallet of the DL sintering machine, it helps to ensure good ventilation of the sintering material charging layer and prevents the sintering reaction. It is known to proceed smoothly.
- the water in the heated granulated raw material particles evaporates, forming a region where the leeward granulated raw material particles have high moisture content and their strength is reduced (wet zone). In this wet zone, the particles of the granulated raw material are easily crushed, which obstructs the flow in the raw material packed bed and deteriorates air permeability.
- HPS method Hybrid Pelletized Sinter method
- This technology aims to produce calcined agglomerates with a low slag ratio and high reducibility by granulating fine iron ore with a high iron content using a drum mixer and a pelletizer.
- this technology when granulating a large amount of fine iron ore, it is necessary to install a large number of pelletizers, which has the problem of increasing manufacturing costs.
- Patent Documents 4 to 6 there are also proposals for a method (Patent Documents 4 to 6) in which a sintering raw material containing fine powder and sinter feed is mixed in advance with an Eirich mixer, and then granulated with a drum mixer.
- Patent Documents 4 to 6 when the proportion of fine powder increases, there is a concern that the adhering powder layer becomes excessive and the combustibility of the granulated particles deteriorates.
- due to the lack of core particles granulation properties deteriorated and firing was performed with incomplete granulation.
- Patent Documents 7 to 9 proposals regarding techniques for processing difficult-to-granulate ores that contain fine powder and a large amount of crystallization water.
- Patent Documents 7 to 9 proposals regarding techniques for processing difficult-to-granulate ores that contain fine powder and a large amount of crystallization water.
- these prior art techniques have a problem in that a large amount of water from the highly crystalline ore evaporates during sintering, making it difficult to prevent pressure loss from increasing in the wet zone.
- a large amount of fine iron ore which tends to reduce the strength of the granulated particles, is used, there is a problem that the pressure loss in the wet zone is likely to further increase.
- Patent Documents 10 and 11 propose methods of using high-speed stirring when using fine powder.
- the proposals disclosed in these documents do not go so far as to consider stirring conditions tailored to the properties of ore.
- the inventors conducted repeated research focusing on the properties of iron ore, particularly the adhesion of the fine powder portion.
- the effects of high-speed stirring can be maximized by stirring more or not stirring.
- the stirring energy cannot be estimated based on the circumferential speed of the blade or the length of the blade, but is based on mechanical factors such as moisture, mineral species, or the height and position at which the raw material hits the blade. It changes depending on the conditions and is difficult to estimate easily.
- SDI particle size distribution index
- the particle size distribution of the iron-containing raw material in the sintered mixed raw material makes it possible to We propose a method for producing granulated raw materials for sintering, which is characterized by adjusting the stirring power.
- the present invention provides the production of sintered ore, characterized in that the granulation raw material for sintering produced based on the method for producing the granulation raw material for sintering is charged into a sintering machine and sintered. Suggest a method.
- the stirring power is adjusted based on the particle size distribution index (SDI) of the following formula (1); here, -500 ⁇ m ratio of iron-containing raw materials: W io500 (mass%) Proportion of particles with a particle size of 15-500 ⁇ m in iron-containing raw materials: W fL (mass%) Percentage of particles with a particle size of less than 15 ⁇ m in iron-containing raw materials: W fS (mass%) Average particle size of particles with a particle size of 15-500 ⁇ m in iron-containing raw materials: d L (mm) Average particle size of particles with a particle size of less than 15 ⁇ m in iron-containing raw materials: dS (mm) It is.
- SDI particle size distribution index
- FIG. 3 is a diagram showing the relationship between stirring energy and granulated particle diameter.
- FIG. 3 is a diagram showing the relationship between granulated particle diameter and sintering productivity.
- FIG. 3 is a diagram showing the relationship between particle size distribution index and influence coefficient.
- FIG. 2 is a diagram showing the relationship between stirring energy and increase in granulated particle diameter.
- the present inventors studied the physical properties of the adhering powder layer in order to improve the effect of high-speed stirring as a treatment prior to granulation. As a result, if the adhesion of the adhering powder is poor, the particles that were already adhering to each other will instead peel off due to high-speed stirring, and the subsequent granulation process will require additional time. On the other hand, in the case of highly adhesive powders, if they are completely mixed, the adhesiveness will be high and this will promote granulation, but if they are not mixed, the particle size distribution will not be optimized, and the particle size will change during granulation. The present invention was developed after discovering that it is difficult to grow.
- the sintered raw material containing the iron-containing raw material was first stirred at high speed, then granulated using a drum mixer to obtain a granulated raw material for sintering, and then this granulated raw material was used for DL sintering.
- the sinter was sintered by a machine, and the effect of improving the sinter production rate as a result was investigated.
- Table 1 shows the raw material composition at this time.
- three brands of iron-containing raw materials, sinter feed, ore C, which is a concentrate, and ore D, which is a pellet feed were used with varying blending ratios. Tests were conducted by increasing the base blend and the finely divided ores C and D, and tests were conducted at levels in which each finely divided concentrate was blended up to 15 mass%. Since ore D is pellet-fed, it is much finer than ore C, and it is possible to evaluate the influence of fine particles.
- pellet feed (ore D) is used as the fine iron-containing raw material, but like pellet feed (ore D), dust generated in the steel manufacturing process containing particles with a particle size of less than 15 ⁇ m is used. May be used.
- the power required for the raw material is calculated by subtracting the value when the raw material is not injected (idling) from the power when the raw material is injected under each condition, and the power consumption is determined from the power and the residence time in equation (3) above. was calculated.
- the value obtained by dividing this power consumption by the loading amount is the power consumption added per unit raw material, and this was defined as the stirring energy per unit raw material.
- FIG. 1 shows the relationship between the granulated particle diameter of ores C and D and the stirring energy per unit raw material in an actual stirrer.
- the granulated particle size becomes larger due to the increase in stirring energy.
- Ore C which is a concentrate
- the granulated particle size slightly increased due to the high-speed stirring method, but when it was added in a large amount of 13.4 mass%, the granulated particle size increased slightly. On the contrary, the diameter decreased.
- Ore D which is pellet feed
- Figure 2 shows the relationship between the granulated particle size and sintering productivity when finely divided concentrate is mixed in a test using an actual machine.
- the conventional method even if the fine powder of either ore C or D is increased, compared to the case of granulation with 5.3 mass% of ore C, which is the base condition (conventional method), the conventional method and high-speed stirring It was found that in both methods, the granulated particle size became smaller and the sintering production rate decreased.
- the sintering production rate is 1.01 to 1.04 t/h/m 2 due to high-speed stirring.
- the increase in the granulated particle size can be said to be the value obtained by subtracting the granulated particle size of the conventional method from the granulated particle size of the high-speed stirring method under the same fine powder concentrate type and addition ratio conditions. . Therefore, first, the increase in the granulated particle diameter by the high-speed stirring method using a raw material containing 0 mass% of fine powder concentrate was evaluated.
- the average diameter of the particle size of 15-500 ⁇ m was 87 ⁇ m, which is the geometric mean of 15 ⁇ m and 500 ⁇ m, and 4 ⁇ m, which is the geometric mean of 1 ⁇ m and 15 ⁇ m, was used for the particle size of ⁇ 15 ⁇ m.
- the reason why the weight ratio of each particle is divided by the respective average particle diameters d L and d S is to reflect the influence of the specific surface area of the particles, which is said to affect adhesion. It's for a reason.
- the particle size is the particle size obtained by sieving using a sieve with a nominal opening in accordance with JIS (Japanese Industrial Standards) Z8801-1.
- a particle size of 1 mm or less refers to a particle size that allows the entire amount to pass through a sieve with a nominal opening of 1 mm in accordance with JIS Z 8801-1, and is also hereinafter referred to as -1 mm.
- the minimum value of the nominal opening specified by JIS (Japanese Industrial Standard) Z 8801-1 is 20 ⁇ m, and if it is smaller than that, for example 15 ⁇ m or less, laser diffraction/scattering method based on JIS Z8825 or , refers to a particle size in which the cumulative fraction of particle diameters of 15 ⁇ m or less, determined by liquid phase gravity sedimentation method in accordance with JIS Z8820-2, is approximately 100%.
- particles of 15 to 500 ⁇ m have low adhesion and are unable to bind particles to each other, but rather are presumed to have a function of inhibiting adhesion of particles to each other during granulation.
- FIG. 4 shows the results of calculating the influence on the increase value of granulated particle diameter: ⁇ D p using the particle size distribution index SDI and stirring energy Q as parameters. From this Figure 4, if the SDI is the same, the larger the stirring energy (kWh/t) applied to the raw material is, and if the stirring energy is the same, the larger the SDI is, the larger the increase value ⁇ D p in the granulated particle diameter is. I understand. Therefore, when the proportion of 15-500 ⁇ m particles that reduce adhesion increases and the SDI decreases, as in the case of blending concentrate, it is necessary to use greater stirring energy to obtain the same particle size increase effect. Is required.
- the present invention is applicable not only to granulated raw materials for sintering, but also as a technology for granulating and agglomerating other raw materials for iron manufacturing.
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Abstract
変動（微粉化等）する鉄鉱石の性状を考慮した撹拌条件（撹拌のエネルギー）の適正化について検討することにより、より進歩した焼結用造粒原料の製造技術の確立と、この方法の採用によって得られた造粒原料を用いることで焼結鉱の製造性を向上させるための方法を提案すること。焼結配合原料を高速撹拌した後、造粒して焼結用造粒原料を製造するに当たり、焼結配合原料中の鉄含有原料の粒度分布によって高速撹拌時の撹拌動力を調整することを特徴とする焼結用造粒原料の製造方法と、これを用いる焼結鉱の製造方法。
Description
本発明は、ＤＬ式焼結機などで用いられる焼結用造粒原料の製造方法とこれを用い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（一般に、１２５～１０００μｍ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た焼結配合原料に、水分を添加して混合－造粒し、得られた造粒原料を焼結機に装入して焼成することによって製造される。
一般に、焼結配合原料は、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、ＤＬ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ことが知られている。その焼結反応時、熱せられた造粒原料粒子の水分が蒸発し、風下の造粒原料粒子が高水分となり強度が低下する領域が形成される（湿潤帯）。そして、この湿潤帯では、前記造粒原料の粒子が潰れやすくなって、原料充填層中の流れを阻害し、通気性を悪化させる。
一方で近年、鉄鉱石の微粉化が進んでおり、微粉鉄鉱石を用いて製造した造粒粒子は強度が小さいことが知られている。特に、微粉鉄鉱石に水が加わると強度が大きく低下し、通気性低下の要因となる。また微粉鉄鉱石は、焼結用造粒原料の製造においてその造粒が困難になることもある。焼結用鉄鉱石粉を取り巻くこのような環境の中で、最近、微粉を多く含む難造粒性である鉄鉱石を使って、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、特許文献１に記載されているようなＨＰＳ法（Ｈｙｂｒｉｄ Ｐｅｌｌｅｔｉｚｅｄ Ｓｉｎｔｅｒ法）がある。この技術は、鉄分の高い微粉鉄鉱石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・高被還元性の焼成塊成鉱を製造しようというものである。しかしながら、この技術では、微粉鉄鉱石を多量に造粒する際に、ペレタイザーを多数設置する必要があり、製造コストが大きくなるという課題を抱えていた。
次に、焼結配合原料粉の造粒工程の前に、微粉鉄鉱石を含む原料を高速回転ミキサーを用いて、事前処理または造粒する方法が提案されている。即ち、この方法は、造粒工程の前に、微粉鉄鉱石と製鉄ダストとを撹拌混合機で予め混合し、引き続きその撹拌混合機で造粒を行う方法や微粉を主体とする焼結原料を撹拌機で撹拌した後に造粒機を用いて造粒する方法が提案されている（特許文献２～３）。しかしながら、これらの方法では、造粒粒子が微粉原料主体であり、造粒粒子よりも強度が高い核粒子（鉄鉱石）を使う場合に比べ、造粒粒子の強度が低下するという課題を抱えていた。
次に、微粉とシンターフィードを配合した焼結原料をアイリッヒミキサーで予め混合処理し、その後ドラムミキサーにて造粒する方法（特許文献４～６）についての提案もある。しかしながら、これらの方法では、微粉割合が増加した際に、付着粉層が過剰となり、造粒粒子の燃焼性が悪化する懸念があった。また、核粒子が不足することにより、造粒性が悪化して造粒が不完全のまま焼成を行うといった課題もあった。
次に、微粉を含みかつ結晶水を多く含む難造粒性鉱石を処理する技術（特許文献７～９）についての提案がある。しかしながら、これらの先行技術では、焼結中に高結晶鉱石からの大量の水分が蒸発することにより、湿潤帯での圧損上昇を防ぐことが困難になるという問題がある。しかも、これらの方法では造粒粒子の強度が低下しやすい微鉄鉱石を多く使用する場合には、湿潤帯での圧損がさらに上昇しやすいという課題もある。
さらに、微粉使用時における高速撹拌の使用方法については、撹拌条件や装置サイズ、また核鉱石などの鉱石性状を考慮した造粒方法の提案がなされている（特許文献１０、１１）。しかしながら、これらの文献に開示されている提案は、鉱石性状に合わせた撹拌条件の検討までには至っていないというのが実情である。
そこで、本発明では、前述した従来技術が抱えている課題を克服できる技術の確立を目指し、とくに日々変動（微粉化等）する鉄鉱石の性状を考慮した撹拌条件（撹拌のエネルギー）の適正化について検討することにより、より進歩した焼結用造粒原料の製造技術の確立と、この方法の採用によって得られた造粒原料を用いることで焼結鉱の製造性を向上させるための方法を提案する。
前述した従来技術が抱えている課題について鋭意検討する中で、発明者らは、鉄鉱石の性状、とくに微粉部分の付着性に着目して研究を重ねた。その結果、その微粉の付着性が悪い鉄鉱石の場合は撹拌を多く行うかまたは撹拌処理をしないようにすることで、高速撹拌の作用効果を最大限に引き出すことができる。一方で、付着性が低い鉄鉱石の場合は、低い撹拌エネルギーの付与で高速撹拌の効果を引き出すことが有効になることに気づいた。ここで撹拌エネルギーは、羽根の周速や羽根の長さで推定できるものではなく、原料の粘着性に関わる水分、鉱物種または羽根にどの高さのどの位置で原料があたるかなど機械的な条件で変わるものであり、容易に推定することが困難である。
特に、鉄鉱石自体の粒度分布を考慮した指数：すなわち粒度分布指数（ＳＤＩ）に着目することにより、従来技術が抱えている課題の制御が可能になることが分かった。そこで、この指数（ＳＤＩ）によって、焼結配合原料撹拌時の付与エネルギーを決定し、焼結用造粒原料および焼結鉱の生産性の最大化を図ることにした。
即ち、本発明は、焼結配合原料を高速撹拌した後、造粒して焼結用造粒原料を製造するに当たり、焼結配合原料中の鉄含有原料の粒度分布により、上記高速撹拌時の撹拌動力を調整する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。
また、本発明は、前記焼結用造粒原料の製造方法に基づいて製造された焼結用造粒原料を焼結機に装入して焼結することを特徴とする焼結鉱の製造方法を提案する。
なお、本発明においては、
（１）前記焼結配合原料の高速撹拌に当たっては、下記（１）式の粒度分布指数（ＳＤＩ）に基づいて撹拌動力の調整を行うこと、
ここで、
鉄含有原料の－５００μｍの割合：Ｗｉｏ５００（mass％）
鉄含有原料中おける粒径１５－５００μｍの粒子の割合：ＷｆL（mass％）
鉄含有原料中おける粒径１５μｍ未満の粒子の割合：ＷｆS（mass％）
鉄含有原料中おける粒径１５－５００μｍの粒子の平均粒径：ｄL（ｍｍ）
鉄含有原料中おける粒径１５μｍ未満の粒子の平均粒径：ｄＳ（ｍｍ）
である。
（２）前記焼結配合原料の高速撹拌に当たっては、前記（１）式で表される粒度分布指数（ＳＤＩ）が、ＳＤＩ＞７の関係を充足する焼結配合原料を用いること、
（３）前記焼結配合原料の高速撹拌に当たっては、下記（２）式を満足する撹拌動力で高速撹拌すること、
ここでＱ（ｋＷｈ／ｔ）は、負荷時と無負荷時の間の、撹拌羽根のローターの消費電力（ｋＷｈ）の差を、高速攪拌を実施する焼結配合原料の重量（ｔ）で除したものである。（負荷時：焼結配合原料あり。無負荷時：焼結配合原料無しの空運転時。）
の採用がより好ましい実施の形態になると考えられる。
（１）前記焼結配合原料の高速撹拌に当たっては、下記（１）式の粒度分布指数（ＳＤＩ）に基づいて撹拌動力の調整を行うこと、
鉄含有原料の－５００μｍの割合：Ｗｉｏ５００（mass％）
鉄含有原料中おける粒径１５－５００μｍの粒子の割合：ＷｆL（mass％）
鉄含有原料中おける粒径１５μｍ未満の粒子の割合：ＷｆS（mass％）
鉄含有原料中おける粒径１５－５００μｍの粒子の平均粒径：ｄL（ｍｍ）
鉄含有原料中おける粒径１５μｍ未満の粒子の平均粒径：ｄＳ（ｍｍ）
である。
（２）前記焼結配合原料の高速撹拌に当たっては、前記（１）式で表される粒度分布指数（ＳＤＩ）が、ＳＤＩ＞７の関係を充足する焼結配合原料を用いること、
（３）前記焼結配合原料の高速撹拌に当たっては、下記（２）式を満足する撹拌動力で高速撹拌すること、
の採用がより好ましい実施の形態になると考えられる。
本発明では、造粒に先立つ処理としての高速撹拌を適正に行うことができることで、より完全な混合状態に近づけていくことができるようになり、いわゆる高速撹拌後の造粒性を改善することが可能となった。そして、このことにより、焼結鉱の増産につなげることが可能になる。
まず、本発明者らは、造粒に先立つ処理としての高速撹拌時の作用効果を上げるために、付着粉層の物性について検討した。その結果、付着粉の付着性が悪い場合には、既に付着し合っていたものが高速撹拌により却って剥がれ落ちてしまい、その後の造粒処理に更なる時間を要するようになる。一方で、付着性が高い付着粉の場合は、完全混合状態であれば付着性が高く造粒の促進につながるものの、未混合の場合には粒度分布が最適化されず、造粒時に粒径が成長しにくいことを突き止めて本発明を開発するに至った。
以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。この実施例による検討では、まず鉄含有原料を含む焼結配合原料を高速撹拌し、引き続きドラムミキサーによる造粒を行って焼結用造粒原料とし、その後この造粒原料を用いてＤＬ焼結機により焼結し、その結果としての焼結鉱生産率の向上効果について検討した。
表１に、このときの原料配合を示す。この試験では、鉄含有原料として、シンターフィード、コンセントレート（精鉱）である鉱石Ｃ、ペレットフィードである鉱石Ｄ、の３銘柄について、配合率を変化させて用いた。ベース配合および微粉精鉱である鉱石Ｃ、Ｄを増配する試験を実施し、各微粉精鉱を１５mass％まで配合した水準の試験を行った。鉱石Ｄはペレットフィードであるため鉱石Ｃに比べ、非常に細かく、細粒の影響についての評価が可能である。なお、ここでは、微粉の鉄含有原料としては、ペレットフィード（鉱石Ｄ）を用いているが、ペレットフィード（鉱石Ｄ）と同様に粒径が１５μｍ未満の粒子を含む製鉄工程で発生するダストを用いてもよい。
この試験では、高速撹拌機の性能を評価をするため、高速撹拌機内での滞留時間（撹拌時間）に対する造粒粒子径の変化を調査した。なお、この撹拌機は連続操業で用いるので、滞留時間：Ｔ（ｓｅｃ）は、下記（３）式に示すとおり、投入原料量：Ｍｆ（ｔ／ｓｅｃ）および積載量：Ｍｉｎ（ｔ）の比で決定される。
また、撹拌すべき原料にかかる撹拌エネルギーを評価するため、高速撹拌機に付属している撹拌羽根のローターにおける消費電力を測定することにした。原料にかかる電力としては、各条件の下で入れた際の電力から原料を入れていない場合（空転時）の値を引くことによって求め、電力と上記式(３)の滞留時間から消費電力量を計算した。この消費電力量を積載量で除した値が単位原料あたりに加わる消費電力量であり、これを単位原料あたりの撹拌エネルギーと定義した。
図１は、実機撹拌機における単位原料あたりの撹拌エネルギーに対する鉱石Ｃ、Ｄの造粒粒子径との関係を示す。この図に示すとおり、微粉精鉱がない場合、撹拌エネルギーが増加することで造粒粒子径が大きくなっている。また、精鉱（コンセントレート）である鉱石Ｃが５．３mass％の場合は、高速撹拌法によりやや造粒粒子径が増加したが、１３．４mass％と多量に加えた場合は、造粒粒子径は逆に低下した。一方、ペレットフィードである鉱石Ｄを１３．４mass％と多量に加えた場合は、高速撹拌法により造粒粒子径が大きく増加していた。
図２に実機での試験における微粉性精鉱を混合した際の造粒粒子径と焼結生産性との関係を示す。この図に示すとおり、鉱石Ｃ、Ｄのどちらの微粉を増加しても、ベース条件（従来法）となる鉱石Ｃを５．３mass％配合して造粒した場合に比べて従来法および高速撹拌法の両方において、造粒粒子径は小さくなり、焼結生産率が低下することがわかった。一方、高速撹拌による事前処理の効果に着目すると、鉱石Ｃを５．３mass％配合した場合を従来法と比較すると、高速撹拌により焼結生産率は１．０１から１．０４ｔ／ｈ／ｍ２まで０．０３ｔ／ｈ／ｍ２増加し、鉱石Ｃが１３．４mass％の場合は、高速撹拌法による影響が小さかった。一方、ペレットフィードである鉱石Ｄを添加した場合、高速撹拌法により、撹拌をしない場合に比べ生産率が０．９２から0．９９ｔ／ｈ／ｍ２まで０．０７ｔ／ｈ／ｍ２増加した。
以上の実施結果から、実機焼結プロセスにおいて細粒の微粉精鉱を用いた場合、造粒粒子径の低下に伴う焼結生産性の低下が不可避であると考えられたが、前述の結果より本発明に従う高速撹拌法を導入することにより、造粒粒子径の低下を抑止でき、焼結生産性を改善できることが分かった。
次に、本発明に係る焼結用造粒原料の製造方法において特徴的な高速撹拌の効果を定量的に明らかにするため、造粒粒子径の上昇値に及ぼす撹拌エネルギーの影響について検討した。その結果、造粒粒子径の上昇値は、同じ微粉精鉱種、添加割合の条件の下では、高速撹拌法での造粒粒子径から従来法の造粒粒子径を引いた値と云える。そこで、まず、微粉精鉱が０mass％の原料での高速撹拌法による造粒粒子径の上昇値を評価した。即ち、微粉精鉱が０mass％の条件下における高速撹拌法による造粒粒子径の上昇値をΔＤ（Ｑ）（ｍｍ）とし、撹拌エネルギーをＱ（ｋＷｈ／ｔ）の関数とした。そして、図１よりＱとΔＤ（Ｑ）の関係を関数として求めると下記式（４）が得られる。
さらに、図２に示した微粉精鉱種および添加量が任意の条件における造粒粒子径の上昇値ΔＤｐ（ｍｍ）に及ぼす微粉精鉱種の影響を評価するため、各微粉精鉱種ごとに式（４）から影響係数αを定義すると、下記（５）式が得られた。
また、１５μｍを境に、この粒度以下の超微粉は鉱石同士の付着性を高め、これ以上の粒度は付着性を低下させると考えられる。（S. Kawachi, S. Kasama: Tetsu-to-Hagane, 94 (2008), 475.）そこで、付着粉と考えられる鉄鉱石の－５００μｍの割合：Ｗｉｏ５００（mass％）および鉄含有原料中における粒径１５－５００μｍの粒子割合：ＷｆＬ（mass％）、－１５μｍの粒子割合：ＷｆＳ（mass％）、粒径１５－５００μｍの粒子の平均粒径：ｄＬ（μｍ）、粒径－１５μｍの平均粒径：ｄＳ（μｍ）を用いて、粒度分布指数（Ｓｉｚｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ： ＳＤＩ）を新たに定義する。
ここで、粒径１５－５００μｍの平均径は、１５μｍと５００μｍの相乗平均の８７μｍ、粒径－１５μｍについては、１μｍと１５μｍの相乗平均である４μｍを用いた。なお、下記（６）式において、それぞれの平均粒径ｄＬ、ｄＳで各粒子それぞれの重量割合を除した理由は、付着性に影響を及ぼすとされる粒子の比表面積の影響を反映させるためである。
なお、本発明において、粒径は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る。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、以下－１ｍｍとも記す。また、ＪＩＳ（日本工業規格） Ｚ ８８０１－１で規定される公称目開の最小値は２０μｍであり、それよりも小さい、たとえば１５μｍ以下の場合は、ＪＩＳ Ｚ８８２５に準拠したレーザ回折・散乱法や、ＪＩＳ Ｚ８８２０－２に準拠した液相重力沈降法で求めた粒径１５μｍ以下の積算分率が略１００％である粒径をいう。
次に、図２に示すデータを用い、式（５）の影響係数αと式（６）の粒度分布指数ＳＤＩとの関係から得られる解析結果から、下記（７）式が得られる。その関係を図３に示す。
図３に示すとおり、前記粒度分布指数ＳＤＩと影響係数αの間には明らかな正の相関があることがわかる。このことは、粒度分布指数ＳＤＩが大きいほど、高速撹拌法による造粒粒子径の上昇値ΔＤｐが大きくなることを示している。これらの結果より、高速撹拌により造粒粒子径の上昇を図るには、微粉精鉱の－１５μｍの粒子割合を増加させ、１５－５００μｍの粒子割合を低減させることが有効であることがわかる。なお、－１５μｍの粒子添加の効果としては、これらが高速撹拌時に原料粒子間に均一に分散されるため、その結果として、付着性の改善効果を発揮するためと考えられる。
一方、１５－５００μｍの粒子としては、付着性が低く粒子同士を繋ぎ止めることができず、むしろ造粒時に粒子同士の付着を阻害する働きを有するものと推察される。
次に、前記式（５）および式（７）とからΔＤｐ（造粒粒子径の上昇値）を解くと、下段式（８）が得られる。
次に、図４は、粒度分布指数ＳＤＩおよび撹拌エネルギーＱをパラメーターとして、造粒粒子径の上昇値：ΔＤｐに及ぼす影響を計算した結果を示す。この図４より、ＳＤＩが同一であれば、原料に加える撹拌エネルギー（ｋＷｈ／ｔ）が大きいほど、また撹拌エネルギーが同一なら、ＳＤＩが大きくなるほど造粒粒子径の上昇値ΔＤｐは大きくなることがわかる。従って、精鉱（コンセントレート）配合時のように、付着性を低下させる１５－５００μｍの粒子割合が増加し、ＳＤＩが小さくなる場合、同じ粒子径増加効果を得るためには、より大きな撹拌エネルギーが必要となる。反対にペレットフィード配合時のように、－１５μｍの粒子割合が増加してＳＤＩが大きくなる場合には、比較的小さい撹拌エネルギーの印可により高速撹拌法による造粒性改善効果を得ることが可能となる。
前記の結果より、焼結用造粒原料の製造時に、微粉鉱を多量に使用する場合、造粒性を保つためにはペレットフィードを優先的に多量に配合して、高速撹拌を行うことが重要となることが分かった。この効果は、付着粉層のペレットフィードが混合強化されることで、充填性を向上し、造粒粒子の付着性が向上するためと考えられる。
本発明は、焼結用造粒原料に止まらず、他の製鉄用原料の造粒および塊成化の技術としても適用が可能である。
Claims (5)
- 焼結配合原料を高速撹拌した後、造粒して焼結用造粒原料を製造するに当たり、焼結配合原料中の鉄含有原料の粒度分布により、上記高速撹拌時の動力を調整することを特徴とする焼結用造粒原料の製造方法。
- 前記焼結配合原料の高速撹拌に当たっては、下記（１）式の粒度分布指数（ＳＤＩ）に基づいて撹拌動力の調整を行う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。
ここで、
鉄含有原料の－５００μｍの割合：Ｗｉｏ５００（mass%）
鉄含有原料中おける粒径１５－５００μｍの粒子の割合：ＷｆL（mass%）
鉄含有原料中おける粒径１５μｍ未満の粒子の割合：ＷｆS（mass%）
鉄含有原料中おける粒径１５－５００μｍの粒子の平均粒径：ｄL（ｍｍ）
鉄含有原料中おける粒径１５μｍ未満の粒子の平均粒径：ｄＳ（ｍｍ）
である。 - 前記焼結配合原料の高速撹拌に当たっては、前記（１）式で表される粒度分布指数（ＳＤＩ）が、ＳＤＩ＞７の関係を充足する焼結配合原料を用いることを特徴とする請求項２に記載の焼結用造粒原料の製造方法。
- 前記焼結配合原料の高速撹拌に当たっては、下記（２）式を満足する撹拌動力で高速撹拌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。
ここでＱ（ｋＷｈ／ｔ）は、負荷時と無負荷時の間の、撹拌羽根のローターの消費電力（ｋＷｈ）の差を、高速攪拌を実施する焼結配合原料の重量（ｔ）で除したものである。（負荷時：焼結配合原料あり。無負荷時：焼結配合原料無しの空運転時。）
- 請求項４に記載の焼結用造粒原料の製造方法に基づいて製造された焼結用造粒原料を焼結機に装入して焼結することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
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