JP2017172020A - 焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子およびそれを用いた焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炭材装入造粒粒子を含む焼結原料を焼結機に装入して焼成する際の通気悪化を抑制し、生産量を低下させずに焼結鉱を製造することができる炭材内装造粒粒子を提供する。【解決手段】炭材核とその炭材核の周囲を鉄鉱石粉とＣａＯ源粉とからなる混合粉で被覆した外層とを有する、焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子であって、前記鉄鉱石粉の比表面積が１０００ｃｍ２／ｇ以上とする。【選択図】図１

Description

本発明は、高炉などで製鉄原料として使用される焼結鉱の製造技術に関するものであり、具体的には、焼結鉱の製造に用いる焼結原料としての炭材内装造粒粒子とそれを用いた焼結鉱の製造方法に関するものである。

高炉製鉄法では、現在、鉄源として、鉄鉱石や焼結鉱などの鉄含有原料を主に用いている。ここで、上記焼結鉱は、粒径が１０ｍｍ以下の鉄鉱石の他に、珪石や蛇紋岩、精錬ニッケルスラグなどからなるＳｉＯ_２含有原料や、石灰石、生石灰などのＣａＯ含有原料などからなる副原料、粉コークスや無煙炭などからなる凝結材である固体燃料（炭材）等から構成された造粒原料に適量の水を添加し、ドラムミキサーなどを用いて混合・造粒して擬似粒子である焼結原料とした後、該焼結原料を焼結機の循環移動するパレット上に装入し、上記擬似粒子中に含まれる炭材を燃焼させて焼結し、得られた焼結ケーキを破砕し、整粒して、一定の粒径以上のものを成品として回収した塊成鉱の一種である。

ところで、近年、上記塊成鉱として、鉄鉱石やダスト等の鉄源と、コークス等の炭材とを近接配置したものが注目を浴びている。その理由は、例えば、鉄鉱石等の鉄源と炭材とを一つの塊成鉱の中で近接配置すると、鉄源側の還元反応（発熱反応）と炭材側のガス化反応（吸熱反応）とが速い速度で繰り返して起こることから、製鉄効率が向上するとともに、高炉などの炉内温度を低下させることもできるからである。

上記塊成鉱としては、例えば、特許文献１に開示の、高炉・転炉ダスト、圧延スケール、スラッジ、鉄鉱石粉等の製鉄工程で発生する鉄含有粉をそれぞれ単独あるいは混合した原料に、石炭、コークス等の炭材、澱粉を加えて混合、混練し、さらに造粒機で澱粉溶液を供給して造粒したものがある。しかし、上記特許文献１に開示の塊成鉱は、焼結鉱製造時にペレット中の炭材が焼失してしまうため、実際には鉄鉱石等の鉄含有原料と炭材とが近接配置されたものとはなっていない。また、近接配置を目的として、鉄鉱石や炭材の粒径を単に小さくしただけでは、熱を伝搬するガスの移動抵抗が大きくなり過ぎ、却って、反応速度の低下を招いて、製鉄効率を低下させてしまう。

そこで、鉄鉱石と炭材との近接配置を目的とした技術が幾つか提案されている（例えば、特許文献２〜５参照）。これらに開示の技術は、基本的には、鉄鉱石等の鉄含有原料とコークス等の炭材とを混合したのち、熱間成形して塊成化したものを、あるいは焼成せずに生粒子のままで、高炉等において製鉄用原料として使用するものである。しかし、これらの塊成物は、均一混合物もしくは多層化造粒物からなる非焼成のものであるため、強度が不足し、粉化が激しいため、これを高炉等に装入すると、脱水粉化や還元粉化を招いて、高炉の通気性を阻害するため、使用量が制限されてしまうという問題点がある。

また、上記特許文献２〜５の技術の問題点を解決する技術として、例えば、特許文献６には、金属鉄を５ｗｔ％以上および／または炭素を５ｗｔ％以上含有した原料で核を形成し、金属鉄を１０ｗｔ％以上および炭素を５ｗｔ％以下含有した原料で前記核を内包した一層以上の外周層を形成した後、３００〜１３００℃の酸化雰囲気で焼成して塊成化した製鉄用塊成鉱が提案されている。しかし、特許文献６に開示の塊成鉱も、原料に金属鉄を使用することが必須であり、使用する原料に量的制約があるため、製鉄用塊成鉱として製造できる量に制約があるという問題がある。

そこで、上記特許文献１〜６が抱える上記問題点を克服する技術として、炭材内装塊成鉱の技術が提案されている。例えば、特許文献７には、小塊コークスからなる炭材核のまわりに、造粒機を使って、製鉄ダストやミルスケール等の金属鉄含有酸化鉄粉を被覆して低酸化度の酸化鉄殻を被覆形成した後、大気中で２００℃以上３００℃未満の温度で、０．５〜５時間加熱する酸化処理をすることにより、該酸化鉄殻表面にのみ高酸化度の酸化鉄からなる硬質薄層を形成することにより炭材内装塊成鉱を得る技術が、また、特許文献８には、製鉄ダストやミルスケール等の酸化鉄粉もしくは鉄鉱石粉と炭材とを、造粒機を使って混合造粒し、次いで、その造粒物の外表面に金属鉄含有酸化鉄粉を被覆して低酸化度の酸化鉄殻を被覆形成することで、酸化鉄粉もしくは鉄鉱石粉の中に、３ｍｍ以下の大きさのコークス粉を分散状態で含む塊成鉱を得る技術が開示されている。

また、特許文献９には、炭材を鉄鉱石粉とＣａＯ含有原料で被覆した湿潤ペレットを作製し、これを焼結原料に混合後、下方吸引型焼結機において焼成する方法が開示されている。

特開２００１−３４８６２５号公報 特許第３５０２００８号明細書 特許第３５０２０１１号明細書 特開２００５−３４４１８１号公報 特開２００２−２４１８５３号公報 特開平１０−１８３２６２号公報 特開２０１１−１９５９４３号公報 特開２０１１−２２５９２６号公報 特許第５７９０９６６号明細書

上記特許文献７および８に開示の技術によれば、製鉄原料として適当な大きさと十分な強度を有し、しかも、鉄含有原料と炭材とが近接配置され、製鉄反応を起こし易く、低温還元が可能な構造の炭材内装塊成鉱を得ることができる。しかしながら、上記技術は、金属鉄が多いと炭材との濡れ性が悪くなるため、炭材核表面への金属鉄含有酸化鉄粉の被覆形成が難しく、低酸化度の酸化鉄殻を形成するため、造粒後、酸化処理が必要であることから製造コストが嵩むこと、また、製鉄ダストやミルスケール等の金属鉄含有酸化鉄粉は発生量が少ないことから、生産量に制限があるという問題がある。

また、上記特許文献９に開示の技術では、粒径が１０〜１０００μｍのペレットフィードを用いるとの記述があるが、「粒径」という言葉が個々粒子の代表径を指すのか、あるいは粒子群の算術平均径、調和平均径、またはメジアン径を指すのか、曖昧である。また、仮にメジアン径が１００μｍ以上の精鉱微粉を用いるとすると、粒径が大きいため粒子同士の接触点数あるいはバインダーである水による液架橋数が不足し、十分な強度をもつ湿潤ペレットを作ることは困難である。これではベルトコンベアでの搬送等のハンドリングで該ペレットが摩耗あるいは崩壊し、焼結機に装入して焼成する際に通気を悪化させ、生産量の低下を招いてしまう恐れがある。

本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、発生量が限られる製鉄ダストやミルスケール等の金属鉄含有酸化鉄粉を最小限もしくは用いることなく、かつ搬送等のハンドリングにも十分耐えうる強度を有する炭材内装造粒粒子を得るための原料条件を規定し、該造粒粒子を含む焼結原料を焼結機に装入して焼成する際の通気悪化を抑制し、生産量を低下させずに焼結鉱を製造することができる炭材内装造粒粒子を提供することにある。

上述した従来技術が抱えている課題について鋭意検討を重ねた結果、発明者らは、鉄鉱石粉の比表面積で規定した原料を炭材内装造粒粒子の被覆原料として用いることで、該炭材内装造粒粒子を含む焼結原料を焼結機に装入して焼成する際の通気悪化を抑制し、焼結鉱の生産量を低下させずに焼結鉱を製造できることを突き止め、本発明を開発した。

即ち、本発明は、炭材核とその炭材核の周囲を鉄鉱石粉とＣａＯ源粉とからなる混合粉で被覆した外層とを有する、焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子であって、前記鉄鉱石粉の比表面積が１０００ｃｍ^２／ｇ以上であることを特徴とする焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子にある。

なお、前記のように構成される本発明に係る焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子においては、
（１）前記ＣａＯ源粉は、生石灰、石灰石、ドロマイト等のＣａＯ含有原料とし、前記混合粉中のＣａＯ含有量が１０ｍａｓｓ％以下であること、
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、前記焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子を、その他の焼結用造粒粒子と合流させて両造粒粒子を混在させたのち、混在させた造粒粒子を焼結機に装入して焼結することで、焼結鉱を得ることを特徴とする焼結鉱の製造方法にある。

本発明によれば、鉄鉱石粉の比表面積が１０００ｃｍ^２／ｇ以上の原料を炭材内装造粒粒子の外層形成用被覆原料として用いることで、炭材内装造粒粒子を含む焼結原料を焼結機に装入して焼成する際の通気悪化を抑制し、焼結鉱の生産量を低下させずに焼結鉱を製造することができる。

本発明の炭材内装造粒粒子を焼結原料として用いた焼結鉱の製造方法を実施する設備列の一例を説明するための図である。 実施例１における炭材内装造粒粒子の配合比率と比生産率との関係を示すグラフである。

図１は、本発明の炭材内装造粒粒子を焼結原料として用いた焼結鉱の製造方法を実施する設備列の一例を説明するための図である。図１に従って本発明で用いる焼結鉱の製造方法を説明する。

図１に示す例において、３ｍｍ以上の核粒子となるコークス粒子と、１５０μｍ以下の精鉱微粉（ＰＦ）と、融剤としての生石灰をペレタイザーに装入して混合し、造粒して８ｍｍ以上の大きさの炭材内装造粒粒子とする。上記原料は、粒径の大きなコークス粒子が核となって造粒が行われるため、同時に添加しても構わない。また、コークス粒子とＰＦの装入比率は、核粒子となるコークス粒子に対して外層のＰＦ層の厚みが２ｍｍ以上になるように決定する。

次いで、上記のようにして得た炭材内装造粒粒子は、従来の原料をドラムミキサー等で攪拌し、造粒することで得られる通常の焼結用造粒粒子（擬似粒子）と合流させて両造粒粒子を混在させて焼結機のサージホッパーに搬入し、該サージホッパーから焼結機の循環移動するパレット上に装入する。なお、炭材内装造粒粒子は、通常の焼結用造粒粒子（擬似粒子）より粒子径が大きいため、装入時の偏析によって、焼結時の温度が上層側よりも高くなり易い中層および下層側に多く含まれるので、焼結反応を十分に進行させることができる。

上記のように、本発明の炭材内装造粒粒子（塊成鉱）は、実機焼結機を利用して生産できるため、安価にかつ大量生産することができる。

上述した設備列により本発明の焼結鉱の製造を実施するが、本発明の特徴は、焼結鉱製造用の焼結原料として、炭材核とその炭材核の周囲を鉄鉱石粉とＣａＯ源粉とからなる混合粉で被覆した外層とを有する、焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子であって、前記鉄鉱石粉の比表面積が１０００ｃｍ^２／ｇ以上である炭材内装造粒粒子を含む焼結原料を使用する点にある。

本発明の焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子の製造については、被覆層を構成する鉄鉱石粉の比表面積を１０００ｃｍ^２／ｇ以上とすることができれば、従来から知られているような製造方法を用いることができる。

本発明では、炭材内装造粒粒子の原料となる精鉱微粉の大きさを表す指標として、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に規定されるブレーン空気透過法で測定される比表面積を用いることが好ましい。本法はセメント業や鉱業において、粉末状個体の粉末度あるいは粉砕度を表す指標として広く用いられ、本発明に係る技術においても、選鉱の過程で粉砕された鉄鉱石粉の大きさ、つまり粉砕の度合いが湿潤ペレットの強度を決定する重要な因子であることから、該比表面積を、原料粉の大きさを表す指標として用いた。

さらにいえば、粉砕した鉱石のように広い粒度分布をもつ紛体の場合、粒径をもって該紛体の大きさを表そうとすると、算術平均径を用いるのか、あるいは調和平均径やメジアン径を用いるかで値が大きく異なるうえ、同一の粒径であっても粒度分布が一意に定まるとは限らない。その点上述の比表面積は粉砕の度合いを直接定量化できる指標であり、測定法も極めて簡便である。

また、炭材を被覆する原料粉中にＣａＯ含有原料を配合するのは鉄鉱石粒子をより低温で溶融させ、焼結を促進するためである。ただし、原料粉中のＣａＯ含有量が１０ｍａｓｓ％を超えると、焼成中に被覆層が過剰に溶融し、ペレットとしての形状を保てなくなる。その結果、内包させたコークスが露出し燃焼、消失してしまう。これを防ぐために原料粉中のＣａＯ含有量は１０ｍａｓｓ％以下であると好ましい。

以下に、本発明に係る実施例、および比較例を示す。

＜実施例１：炭材内装造粒粒子の外層を構成する鉄鉱石粉の比表面積と比生産率との関係＞
本試験では、直径３００ｍｍ、高さ６００ｍｍの鍋試験装置を用い、焼結鉱製造試験を実施した。表１に試験条件を示す。比表面積は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に規定されるブレーン空気透過法に従って測定した。

比表面積の異なる試料には、一種類の粉鉱石を粉砕し、比表面積を所定の値に調整したものを用意した。直径５ｍｍの粉コークス周囲に、厚さが５ｍｍとなるように、比表面積を調整した鉄鉱石粉を用いて被覆層を形成し、炭材内装造粒粒子を作製した。

全原料に対して、５〜３０ｍａｓｓ％の範囲で炭材内装造粒粒子の配合量を変更し、焼結鉱製造試験を実施した。炭材内装造粒粒子を配合しない条件を基準とし、それに対する比生産率を求めた。また、層高さ方向での炭材内装造粒粒子の偏析については、事前に調査した実機の偏析挙動に合わせた。図２に試験結果を示す。尚、比生産率は図２に示すように炭材内装造粒粒子の配合比率が０の場合を１．０として求めた値である。

比表面積が５００ｃｍ^２／ｇ、８００ｃｍ^２／ｇの鉄鉱石粉の外層を有する炭材内装造粒粒子では、その配合量に伴いベース条件よりも比生産率が低下し、３０ｍａｓｓ％まで配合した場合、５００ｃｍ^２／ｇで約１０％、８００ｃｍ^２／ｇで約５％生産性が低下した。一方、本発明の実施例である１０００ｃｍ^２／ｇ、１５００ｃｍ^２／ｇ、２２００ｃｍ^２／ｇでは、生産率の低下はほとんど見られず、２２００ｃｍ^２／ｇの実施例３では、炭材内装造粒粒子３０ｍａｓｓ％を配合したにもかかわらず、生産率が約５％上昇していた。

＜実施例２：炭材内装造粒粒子の外層を構成する鉄鉱石粉の比表面積と落下強度および圧壊強度との関係＞
本試験では、比表面積の異なる精鉱微粉を用いて炭材内装造粒粒子を作製し、該造粒粒子の強度を測定した。表２に用いた精鉱微粉の比表面積の値と強度試験結果を示す。比表面積は、ＪＩＳ Ｒ ５２０１に規定されるブレーン空気透過法に従って測定した。

強度試験に供する炭材内装造粒粒子の作製には、直径６００ｍｍの皿型造粒機（パンペレタイザーともいう）を用いた。該造粒機に直径が３〜５ｍｍのコークスと、比表面積の異なる精鉱微粉およびＣａＯ源としての生石灰（５ｍａｓｓ％）を混合した原料粉を投入し、散水しながら造粒することで、直径１２〜１４ｍｍ、水分含有量が８〜１０ｍａｓｓ％の炭材内装湿潤ペレットを作製した。

該炭材内装造粒粒子を湿潤状態のまま、落下強度試験と圧壊強度試験に供した。落下強度試験とは、搬送する際のベルトコンベアの乗継ぎ等、落下衝撃に対する耐性を試験するものであり、鉄鉱石粉を主体とした炭材内装造粒粒子の強度測定法として広く行われているものである。試験方法は、対象となる炭材内装造粒粒子を４５ｃｍの高さから鉄板上に自由落下させ、落下の衝撃で該炭材内装造粒粒子の表面の亀裂が目視で確認できるか、あるいは該炭材内装造粒粒子が破壊されるまでに要した落下回数を数え、その回数を落下強度とする。本試験では、１０個の炭材内装造粒粒子の落下強度試験を実施し、その平均回数をもって落下強度とした。

また、圧壊強度試験とは、オートグラフ試験機を用いて炭材内装造粒粒子の上方から徐々に荷重を加え、該炭材内装造粒粒子が破壊された時点の荷重（ｋｇｆ）を圧壊強度としたもので、該炭材内装造粒粒子を敷き詰め充填層を形成した際に、該炭材内装造粒粒子に掛かる荷重に対する耐性を試験するためのものである。

炭材内装造粒粒子が、造粒後の搬送や焼成工程で充填層を形成した際の荷重に耐えるために具備すべき強度の基準は、鉄鉱石ペレットプラントの長年に亘る運転経験から、落下強度で５回以上、圧壊強度で１ｋｇｆ以上というのが一般的である。本試験の結果、精鉱微粉の比表面積が５４ｃｍ^２／ｇの場合はすべての炭材内装造粒粒子が１回の落下で崩壊し、圧壊強度は測定不能であった。比表面積が３９１ｃｍ^２／ｇおよび５１８ｃｍ^２／ｇの場合は落下強度、圧壊強度ともに上述の基準値未満であるが、１００９ｃｍ^２／ｇの場合に落下強度５．５回、圧壊強度１．０４ｋｇｆと基準値以上の強度を得た。さらに比表面積１５２７ｃｍ^２／ｇおよび２１２７ｃｍ^２／ｇの場合、落下強度、圧壊強度ともに向上した。

上述した実施例１および実施例２の結果から、炭材内装造粒粒子の外層を構成する鉄鉱石粉の比表面積を１０００ｃｍ^２／ｇ以上とすることで、比生産率、落下強度および圧壊強度のいずれも良好になることがわかる。

本発明の焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子によれば、本発明に係る炭材内装造粒粒子を含む焼結原料を用いて焼結鉱を製造することで、高い生産性で高品位の焼結鉱を得ることができる。そのため、高炉原料として得られた焼結鉱を利用することで、高い生産性の高炉操業を行うことが可能となる。

Claims (3)

1. 炭材核とその炭材核の周囲を鉄鉱石粉とＣａＯ源粉とからなる混合粉で被覆した外層とを有する、焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子であって、前記鉄鉱石粉の比表面積が１０００ｃｍ^２／ｇ以上であることを特徴とする焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子。
2. 前記ＣａＯ源粉は、生石灰、石灰石、ドロマイト等のＣａＯ含有原料とし、前記混合粉中のＣａＯ含有量が１０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子。
3. 請求項１または２に記載の焼結鉱製造用の炭材内装造粒粒子を、その他の焼結用造粒粒子と合流させて両造粒粒子を混在させたのち、混在させた造粒粒子を焼結機に装入して焼結することで、焼結鉱を得ることを特徴とする焼結鉱の製造方法。

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