JP2014201763A - 焼結用造粒原料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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供する。【解決手段】配合原料に水分を添加してドラムミキサー４で混合する混合工程と、混合後の配合原料をパンペレタイザー３にて造粒する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、前記混合工程と造粒工程との間に解砕機７を配し、粗大粒子を含む混合後の配合原料を粒径に基づき、粗大粒子を選択的に圧壊して、解砕すること。【選択図】図４

Description

本発明は、ドワイトロイド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、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すると、個々の微粉鉄鉱石が水分を優先的に吸収するため、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生成するという問題があった。その原因は、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と考えられている。

このような粒径が不揃いで、結合強度の弱い粗大な擬似粒子が生成すると、粒度分布が広くなるため、これを焼結機のパレット上へ充填すると、図１（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、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った。

そこで、発明者らは、従来のＨＰＳ法において粗大な擬似粒子が発生する要因について検討してみた。その結果、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使用すると、それをドラムミキサーで混合した時点で既に、核粒子となる大きめの粒子に微粉や細粒が付着したり、微粉や細粒同士が凝集して、粒径の不揃いな粗大な擬似粒子が形成されること、そして、このような粗大な擬似粒子は、ペレタイザー内部において、その転動運動による衝撃によって一部は破壊されるものの、大部分は造粒の進行によってさらに粒子径が増加（肥大化）していくことがわかった。

本発明は、従来技術の抱える上記問題を解決するため、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１（ｃ）で示すように、微粉や細粒同士が凝集または、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、パンペレタイザーによる造粒処理に先立ち、まず混合原料（配合原料）、とくに粒径の大きな粒子を選択的に解砕することにより、焼結用造粒原料中に結合強度の弱い粗大な擬似粒子が生成するのを阻止し、粒径が比較的揃った粒度分布の小さい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、配合原料に水分を添加してドラムミキサーで混合する混合工程と、混合後の配合原料をパンペレタイザーにて造粒する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、前記混合工程と造粒工程との間で、粗大粒子を含む混合後の配合原料を解砕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。

本発明のより好ましい解決手段は、
（１）前記粗大粒子は、前記粗大粒子は、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／または細粒が凝集した擬似粒子であること、
（２）前記粗大粒子は、粒径１０ｍｍ以上の粒子であること、
（３）前記解砕工程後の配合原料の平均粒径は、８ｍｍ以下であること、
（４）前記解砕は、ドラムミキサーからパンペレタイザーへ配合原料を供給するための移送用ベルトコンベア排出端直下に配設されている解砕機を用いて行うこと、
（５）前記解砕は、解砕機によって粗大粒子を粒径に基づき選択的に圧壊することにより行うこと、
（６）前記解砕機は、連結する２以上のベルトコンベア排出端のそれぞれに配設されていること、
（７）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、前記粗大粒子を解砕する機構を有すること、
（８）前記造粒工程の後に、この工程を経て製造された擬似粒子にコークス粉を付着させる工程を有すること、
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、歩留まりおよび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。 擬似粒子の構造（ａ）、（ｂ）と従来の焼結用造粒原料の製造プロセス（ｃ）の模式図である。 本発明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。 粗粒の解砕工程の一例を示す略線図である。 粗粒の解砕工程の他の例を示す略線図である 解砕機の構造例を示す説明図である。 従来法と本発明方法により造粒した粒子の粒度分布図である。 従来法と本発明法（ペレットフィード４０ｍａｓｓ％配合時）との焼結試験での操業結果を示す比較グラフである。

図２は、代表的な擬似粒子の構造を示すものである。図２（ａ）は、ペレットフィード使用時に形成される擬似粒子のうち、鉄鉱石の細粒あるいは微粉同士が水分を介して凝集した、微粉鉄鉱石を多く含む結合強度の弱い粗大な擬似粒子の例（凝集粒子）を示すものであり、これに対し、図２（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２（ｂ）の擬似粒子の方が強度が大きく粒径が揃ったものになる。なお、微粉鉄鉱石としては、通常の配合原料をそのまま用いても微粉としての挙動は同じであり、また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を使用することも可能である。

一般的な焼結用造粒原料の製造プロセスフローは、図２（ｃ）に示すように、配合槽１から切り出された配合原料である鉄鉱石粉および副原料粉をまず、ドラムミキサー２にて混合した後（混合工程）、パンペレタイザー３に送給して造粒処理し（造粒工程）、さらに別のドラムミキサー４により粉コークス等の固体燃料や必要に応じて用いられる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が製造される。なお、混合工程および造粒工程ではそれぞれ水分を添加して所定の造粒水分になるように調整することで、所定の擬似粒子が得られる。

本発明では、上記製造プロセスにおいて、図３に示したようにドラムミキサー２による混合工程と、パンペレタイザー３による造粒工程との間に、解砕工程５を設け、混合工程を経た配合原料に含まれる粗大な粒子、即ち、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／または細粒が凝集した擬似粒子のうち、一定の大きさ以上の粒径をもつものを、造粒工程に先立って解砕することを特徴としている。例えば、ドラムミキサー２出口において粒径が１０ｍｍ以上、好ましくは８ｍｍ以上の粗大な粒子を、後述する解砕機を使って選択的に解砕して、平均粒径が８ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下になるように整粒化した後、パンペレタイザー３へと投入するのである。

即ち、本発明では、配合原料中に含まれている粗大な粒子をパンペレタイザー３による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整粒化することで、粗大な粒子内部に局在化していた微粉および水分が解放された状態でペレタイザー内部へと投入されることになり、たとえ、パンペレタイザー３内部において、該微粉や細粒が凝集して造粒されたとしても粒径が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ことがなく、粒度分布が小さく比較的粒径の揃っ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。

なお、造粒工程において、装入された配合原料は、パンペレタイザー３の回転運動にともない、該パンペレタイザー３内の上方位置に持ち上げられ、やがて自重により下方に向かって落下する運動を繰り返しながら次第に大きな粒子に成長していく。この際、装入された配合原料の平均粒径が８ｍｍを超えると、粒径１０ｍｍを超えるような肥大化した結合強度の弱い擬似粒子が発生するおそれがある。

なお、本発明においては、上記解砕は、図４に示すように、ドラムミキサー２からパンペレタイザー３へ配合原料を送給するためのベルトコンベア６の排出端直下に、後述する解砕機構を備える解砕機７を配設し、その解砕機７によって、一定の粒径以上の粗大な粒子を選別しながら圧壊することにより行うことが好ましい。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、パンペレタイザー３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造粒されることになる。
ところで、粗大な粒子とは、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、あるいは細粒や微粉が水分を介して凝集して粗粒化した擬似粒子であり、とくに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、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。

また、本発明では、図５に示すように解砕機７を、ドラムミキサー２からパンペレタイザー３との間の、連結する２以上のベルトコンベア６ａ、６ｂのそれぞれの排出端、すなわちベルトコンベア乗継部に設けることが好ましく、これによれば、図４の解砕機７を１台設けた場合に比べて、配合原料中に含まれる粗大粒子をより確実に選別して解砕し、整粒化した後にパンペレタイザー３内に投入することができるため、該パンペレタイザー３内での粗大な擬似粒子の生成（肥大化）を効果的に阻止することができ、粒子強度が大きい、粒度分布が小さく粒径の揃った擬似粒子を製造することができる。

このようにして生成した擬似粒子は、パンペレタイザー３から溢流してベルトコンベア上に排出された後、その表面に、さらに別のドラムミキサーを用いてコークス粉等の固体燃料や必要に応じて用いられる副原料をコーティングすることにより、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６の説明図に示すように、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間に配合原料を通過させることで、配合原料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７は、従来法と本発明の方法により製造した焼結用造粒原料（擬似粒子）の粒度分布を比較して示すものである。本発明では、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ている。即ち、本発明の方法では、１．０ｍｍ〜４．７５ｍｍの中間粒子の比率が増加し、粒径が均一化していることがわかる。また、平均粒径については、０．８ｍｍ減少しており、本発明の方法の採用が有効であることが確かめられた。

図８は、鉄鉱石中の４０ｍａｓｓ％についてペレットフィードを配合するという条件において、従来法と本発明の方法により焼結用造粒原料を製造し、これを用いて焼結鉱を製造した際の焼結生産率を示したものである。本発明の方法により製造した焼結用造粒原料によれば、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（焼結ベット）への装入嵩密度が小さく、焼成時間の短縮により焼結生産性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、焼結鉱製造歩留まりや焼結鉱の強度の向上も期待できる。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、ドラムミキサーからパンペレタイザーへ配合原料を送給するための、既設のベルトコンベアの排出端直下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 配合槽
２ ドラムミキサー
３ パンペレタイザー
４ ドラムミキサー
６、６ａ、６ｂ ベルトコンベア
７ 解砕機
８ａ、８ｂ 解砕歯
９ａ、９ｂ ロール

Claims (9)

1. 配合原料に水分を添加してドラムミキサーで混合する混合工程と、混合後の配合原料をパンペレタイザーにて造粒する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、前記混合工程と造粒工程との間で、粗大粒子を含む混合後の配合原料を解砕することを特徴とする焼結用造粒原料の製造方法。
2. 前記粗大粒子は、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／または細粒が凝集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. 前記粗大粒子は、粒径１０ｍｍ以上の粒子であ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. 前記解砕工程後の配合原料の平均粒径は、８ｍｍ以下であ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。
5. 前記解砕は、ドラムミキサーからパンペレタイザーへ配合原料を供給するための移送用ベルトコンベア排出端直下に配設されている解砕機を用いて行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の焼結用造粒原料の製造方法。
6. 前記解砕は、解砕機によって粗大粒子を粒径に基づき選択的に圧壊することにより行うことを特徴とする請求項５に記載の焼結用造粒原料の製造方法。
7. 前記解砕機は、連結する２以上のベルトコンベア排出端のそれぞれに配設されていることを特徴とする請求項５または６に記載の焼結用造粒原料の製造方法。
8. 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、前記粗大粒子を解砕する機構を有することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の焼結用造粒原料の製造方法。
9. 前記造粒工程の後に、この工程を経て製造された擬似粒子にコークス粉を付着させる工程を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の焼結用造粒原料の製造方法。

Images