TWI596213B

TWI596213B - Sinter manufacturing method

Info

Publication number: TWI596213B
Application number: TW105122674A
Authority: TW
Inventors: Toshiyuki Hirosawa; Takahide Higuchi; Tetsuya Yamamoto; Nobuyuki Oyama
Original assignee: Jfe Steel Corp
Priority date: 2015-08-11
Filing date: 2016-07-19
Publication date: 2017-08-21
Also published as: JP6380762B2; PH12018550011B1; PH12018550011A1; CN107849633A; KR102085054B1; TR201801470T1; KR20180030596A; CN107849633B; WO2017026203A1; JP2017036480A; TW201706417A

Description

燒結礦的製造方法

本發明是有關於一種對燒結原料進行造粒後使用維-勞氏(Dwight-Lloyd，DL)式燒結機等所製造的作為高爐原料的燒結礦的製造方法。

燒結礦是藉由以下方式而製造：於多個品種的粉鐵礦石(通常為125μm~1000μm左右的被稱為燒結料(sinter feed)的粉鐵礦石)中，調配分別為適量的石灰石或矽石、蛇紋岩等副原料粉、塵(dust)、鏽皮(scale)、返礦等雜原料粉、以及焦炭粉等固體燃料而獲得燒結調配原料，於該燒結調配原料中添加水分並進行混合-造粒，將所得的造粒原料裝入至燒結機中進行煅燒。該燒結調配原料通常含有水分，由此於造粒時彼此凝聚而成為準粒子(pseudoparticle)。而且，該已準粒子化的燒結用造粒原料於裝入至燒結機的托板(pallet)上時，於確保燒結原料裝入層的良好通氣的方面發揮作用，順暢地進行燒結反應。

再者，燒結用粉鐵礦石近年來因高品質鐵礦石的枯竭而低品質化。即，鐵礦石的低品質化導致爐渣(slag)成分的增加或微粉化的傾向，故因氧化鋁含量增大或微粉比率增大而導致造粒性降低。另一方面，關於高爐中使用的燒結礦，就降低高爐中的熔鐵製造成本或減少CO₂產生量的觀點而言，亦需求低爐渣比、高被還原性、高強度者。

於圍繞燒結用粉鐵礦石的此種環境中，最近提出有如下技術：使用被稱為團礦料(pellet feed)的一直被用作團粒用的難造粒性的微粉鐵礦石，來製造高品質的燒結礦。例如，此種現有技術之一有混合團粒燒結法(以下稱為「HPS(Hybrid Pelletized Sinter)法」)。該技術使用轉筒混合機(drum mixer)及造粒機(pelletizer)對大量含有團礦料般的微粉鐵礦石的燒結調配原料進行造粒，藉此而欲製造低爐渣比、高被還原性的燒結礦(專利文獻1、專利文獻2、專利文獻3、專利文獻4、專利文獻5)。

除此以外，亦提出有以下方法：於燒結原料粉造粒步驟之前，利用高速旋轉混合機進行調濕混合的方法(專利文獻6)；或於造粒步驟之前，利用攪拌混合機將微粉鐵礦石與製鐵灰塵預先混合的方法(專利文獻7)；利用愛立許混合機(EIRICH Mixer)將微粉(團礦料)預先進行混合處理後，利用轉筒混合機進行造粒的方法(專利文獻8)；將含有60重量%以上的粒徑250μm以下的粒子的鐵礦石原料混練後，利用轉筒混合機進行造粒的方法(專利文獻9)等。

[現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特公平2-4658號公報

[專利文獻2]日本專利特公平6-21297號公報

[專利文獻3]日本專利特公平6-21298號公報

[專利文獻4]日本專利特公平6-21299號公報

[專利文獻5]日本專利特公平6-60358號公報

[專利文獻6]日本專利特開昭60-52534號公報

[專利文獻7]日本專利特開平1-312036號公報

[專利文獻8]日本專利特開平7-331342號公報

[專利文獻9]日本專利特開2001-247020號公報

然而，對於大量含有團礦料等微粉鐵礦石、特別是超微粉鐵礦石的燒結調配原料而言，於使用所述專利文獻1~專利文獻5中記載般的HPS法對其進行造粒、或使用所述專利文獻6~專利文獻9中記載般的高速攪拌裝置等預先進行混合處理的方法中，存在如下問題。

即，如圖1所示，該些方法中，不僅生成細粒(小於0.5mm)，而且大量生成粗大(超過10mm)的準粒子。其理由在於：團礦料般的微粉鐵礦石若濡濕性相同，則越為細粒比表面積越大，故容易吸收水分，且容易於粉體間保持大量的水分，故各微粉鐵礦石容易優先吸收水分。結果，容易生成微粉彼此僅簡單地凝聚而成者、或微粉附著於核粒子周圍的形態下的粒徑不一致的粗大的準粒子。進而，該些方法中亦有粉體附著的問題、或者微粉或水分的均勻分散差且導致設備運作率的降低等問題。

關於此方面，亦根據發明者等人所進行的下述實驗而明確。首先，於該實驗中，使用含有團礦料等難造粒性的微粉鐵礦石(釩含量：40mass%)的調配原料來進行造粒，此時，對所生成的造粒粒子(準粒子)的粒度分佈及團礦料的粒度分佈進行測量。將其結果示於圖2中的(a)、圖2中的(b)中。首先，如圖2中的(a)所示，燒結調配原料中大量含有團礦料者與不含團礦料者相比，形成粗粒(超過8mm)的比例變高。其重量比例達到75mass%左右。另外，所造粒的準粒子中的團礦料的粒度分佈(圖2的(b))顯示出與造粒粒子的粒度分佈(圖2的(a))相同的傾向。即得知，粗粒中的團礦料的比例高達80mass%左右，團礦料大部分偏向存在於該粗粒中。由此得知，所謂粗大的準粒子，是因團礦料彼此凝聚在一起而形成。而且得知，另外，屬於粗粒範圍的該準粒子的水分量亦高(圖2的(b))。由此，團礦料優先吸收水分，因此團礦料彼此凝聚在一起而形成粗大的準粒子，結果，於粗大的準粒子中吸收大量的水分。

對於如此般大量含有團礦料等微粉鐵礦石的調配原料而言，若對其進行造粒，則無論如何粒徑亦變得不一致，並且微粉彼此僅簡單地凝聚，容易生成結合強度弱的粗大的準粒子。因此，若將此種準粒子裝入至燒結機的托板上並使其堆積，則如圖3中的(a)所示，燒結原料裝入層成為密集的堆積結構，體積密度變大。而且，此種粗大的準粒子若於燒結機的托板上以一定的層厚堆積，則於對該準粒子施加負載(壓縮力)時容易被破壞，因此會粉化而導致空隙率的降低，而且導致通氣性的劣化而成為妨礙燒結機作業的主要原因。結果，有燒結時間變長，導致燒結礦的良率降低而生產性降低之虞。進而，不得不增加用於造粒的作為黏合劑的生石灰的使用量，而導致燒結礦製造成本的增大，於後續步驟中被覆焦炭粉等固體燃料時，導致燒結原料整體的焦炭粉等的賦存狀態的不均勻。結果，導致燃燒或著熱不良而使煅燒速度降低。

本發明的目的在於提出一種燒結礦的製造方法，其可於使用微粉鐵礦石作為燒結礦製造用調配原料的情形時，製造適當的準粒子，提高燒結機中的生產性。

本發明者等人對所述現有技術所抱有的課題反覆進行了潛心研究，結果查明，藉由利用高速攪拌裝置對含有既定量的既定粒度的微粉的燒結原料進行預先處理，可於其後的造粒時，阻止產生粒徑不一致且結合強度弱的粗大的造粒粒子(準粒子)，可製造適當的準粒子，提高燒結機中的生產性，從而開發出了本發明。

即，本發明是一種燒結礦的製造方法，其對燒結原料進行造粒後利用燒結機進行燒結而獲得燒結礦，並且所述燒結礦的製造方法的特徵在於：利用高速攪拌裝置對含有10mass%~50mass%的125μm以下的微粉鐵礦石的燒結原料進行預先處理後，利用造粒裝置進行造粒。

再者，可認為於如上所述般構成的本發明的燒結礦的製造方法中，以下情況成為較佳的解決手段： (1)對於所述高速攪拌裝置的攪拌翼的周速U(m/s)，於將所述高速攪拌裝置的攪拌時間設為t(秒)的情形時，以滿足300<U×t<2000的條件的方式進行預先處理；(2)對於所述高速攪拌裝置的攪拌翼的周速U(m/s)，於將所述高速攪拌裝置的攪拌時間設為t(秒)的情形時，以滿足400<U×t<1200的條件的方式進行預先處理；(3)所述造粒裝置為轉筒混合機及/或圓盤造粒機；(4)於所述造粒裝置的造粒中，對經處理的原料被覆石灰石，於其造粒粒子的表面上被覆固體系燃料；(5)所述燒結原料的至少一種以上含有結晶水礦石，且將結晶水的含量設為4mass%以上；(6)於所述125μm以下的微粉鐵礦石中含有5mass%以上的石灰石；(7)於利用所述高速攪拌裝置進行處理的燒結原料中，除了被覆的石灰成分以外，添加3mass%以下的消石灰或生石灰；(8)於所述高速攪拌裝置中使用的燒結原料中，於微粉鐵礦石的比例為30mass%以上的情形時對原料進行乾燥處理。

本發明提出一種燒結用造粒原料的製造方法，所述燒結用造粒原料包含微粉鐵礦石與細粒牢固地凝聚而成者、或微粉鐵礦石等附著於核粒子周圍的結構的粒徑比較一致而粒度分佈小的準粒子。藉由此種方法所得的燒結用造粒原料於將其裝入至燒結機的托板上時，可實現與形成於托板上的燒結原料裝入層的密度降低、或通氣性提高相伴隨的煅燒時間的縮短，而且於使高品質燒結礦的生產性提高的方面有效。

11‧‧‧燒結原料

12‧‧‧高速攪拌裝置

13‧‧‧轉筒混合機

14‧‧‧燒結機

15‧‧‧高爐

圖1為微粉鐵礦石調配的有無時的準粒子的粒度分佈的比較圖表。

圖2的(a)、圖2的(b)為表示各準(造粒)粒子的粒徑的團礦料的分佈及水分的分散狀況的圖表。

圖3的(a)、圖3的(b)為現有的造粒粒子堆積層(a)與本發明的造粒粒子堆積層(b)的比較圖。

圖4為用以對實施本發明的燒結礦的製造方法的設備列的一例加以說明的圖。

圖5為用以對用於研究造粒前的預先處理的影響的設備列加以說明的圖。

圖6為表示調和平均徑與追加混合時間的關係的圖表。

圖7為表示粒度分佈函數與追加混合時間的關係的圖表。

圖8為表示相對通過風量與追加混合時間的關係的圖表。

圖9為表示將周速U固定為U=9m/s的條件且使攪拌時間t於t=0秒~240秒的範圍內變化的情形的生產率與(U×t)的關係的圖表。

圖10為表示將攪拌時間t固定為t=120秒的條件且使周速U 於U=0m/s~18m/s的範圍內變化的情形的生產率與(U×t)的關係的圖表。

圖11為表示將周速U固定為U=9m/s的條件且使攪拌時間t於t=0秒~240秒的範圍內變化的情形的生產率與(U×t)的關係的圖表。

圖12為表示以U<8m/s與U≧8m/s的情形表示(U×t)與生產率的關係的散布狀態的圖表。

<關於作為本發明的特徵事項的造粒前的預先處理>

圖4為用以對實施本發明的燒結礦的製造方法的設備列的一例加以說明的圖。若依照圖4對本發明的燒結礦的製造方法加以說明，則首先準備含有10mass%~50mass%的125μm以下的微粉鐵礦石的燒結原料11。燒結原料11較佳為包含所述的10mass%~50mass%的125μm以下的作為團礦料或尾礦的微粉鐵礦石、以及剩餘部分為燒結料的粉鐵礦石及返礦、矽石、石灰、生石灰等其他原料。再者，於本發明中，將燒結原料11限定於含有10mass%~50mass%的125μm以下的微粉鐵礦石者的理由如下。

即，因形成粒徑不一致且結合強度弱的粗大粒子而設定所述微粉鐵礦石的發明範圍，若少於10%則不形成結合強度弱的準粒子等，另外若超過50%則同樣有形成結合強度弱的粗大粒子的問題，但實質上並無超過50mass%而調配125μm以下的微粉鐵礦石的情形而將上限設為50%。將粒徑設為125μm以下的理由在於：於粒徑為125μm以下的情形時，表示添加有水分的粉體填充層中的粒子層彼此的接著性的附著力增加，故顯示出造粒性大不相同的行為，因此將125μm設定為粒度的區間。

繼而，利用高速攪拌裝置12來實施所準備的燒結原料11的預先處理。高速攪拌裝置12的目的在於：為了抑制粗大的造粒粒子的生成，而於造粒前將成為粗大造粒粒子的種的微粉的凝聚體破碎。為了有效率地將微粉的凝聚體破碎，微觀上有效的是對凝聚體自身施加剪切力而直接使微粉剝離。關於高速攪拌裝置12的一例，例如可使用愛立許混合機(日本愛立許(EIRICH)製造)、配樂吉亞混合機(Pellegaia mixer)(北川鐵工製造)、普洛沙混合機(Proshare mixer)(太平洋機工)等。其中，愛立許混合機是作為「高速攪拌造粒」機而為人所知，是兼具與由液體交聯所致的粒子的凝聚、成長相伴隨的造粒功能的設備。

繼而，藉由轉筒混合機13，將利用高速攪拌裝置12進行了預先處理的燒結原料11於水分添加下攪拌混合而造粒。造粒後的燒結原料11被供給於燒結機14，於燒結機14中成為燒結礦。繼而，燒結礦與焦炭、石灰石等一併作為高爐原料而被供給於高爐15，製造銑鐵。

為了研究成為本發明的特徵的造粒前的預先處理的影響，對於含有30mass%的125μm的微粉鐵礦石的相同的燒結原料，如圖5所示般，藉由高速攪拌混合機(愛立許混合機)與轉筒混合機實施造粒前的預先處理。使各混合機的混合時間於0秒 ~160秒之間變化，預先處理後利用轉筒混合機進行160秒造粒，對造粒後的燒結原料求出粒度分佈，據此求出由以下的式子所定義的Is、Ip，將各自的調和平均徑Dp(mm)、粒度分佈函數Isp、進而燒結前填充層的相對通過風量示於圖6、圖7及圖8中。再者，對於任一例而言，轉筒混合機的預先處理為0秒的例均成為先前例。對於高速攪拌混合機而言，可獲得因使用而調和平均徑增加、由粒度分佈函數Isp所得的粒度分佈變窄(sharp)的效果。關於相對通過風量，亦可獲得增加效果。此處，相對通過風量越為大的值，於以一定負壓進行作業的燒結機中越可增大氣體量，生產性越變高。

Dp=1/Σ(wi/di)

Isp=100√(Is×Ip)

Is=Dp²Σwi(1/di-1/Dp)²

Ip=(1/Dp)²Σwi(di-Dp)²

此處，Dp：調和平均徑(mm)

wi：區間中的重量存在率(-)

di：區間的代表平均徑(mm)

Isp：粒度分佈函數

Is：細粒的粒度分佈函數(-)

Ip：粗粒的粒度分佈函數(-)

根據圖6、圖7及圖8的結果得知，利用高速攪拌混合機實施造粒前的預先處理的本發明例與不實施預先處理的先前例及利用轉筒混合機實施造粒前的預先處理的比較例相比，可獲得更高的調和平均徑(圖6)、更低的粒度分佈函數(圖7)及更高的燒結前填充層的相對通過風量(圖8)，可獲得良好性狀的燒結原料。

<關於高速攪拌裝置的較佳作業條件>

為了研究本發明的燒結礦的製造方法中的高速攪拌裝置的較佳作業條件，對於含有30mass%的125μm的微粉鐵礦石的相同的燒結原料，著眼於高速攪拌裝置的高速旋轉的攪拌翼的周速U(m/s)與攪拌時間t(秒)的關係。而且，對於將周速U固定為U=9m/s的條件且使攪拌時間t於t=0秒~240秒的範圍內變化的例子、將攪拌時間t固定為t=120秒的條件且使周速U於U=0m/s~18m/s的範圍內變化的例、及將周速U固定為U=6m/s的條件且使攪拌時間於0秒~240秒的範圍內變化的例子，求出造粒後利用燒結機進行燒結所得的燒結礦的生產率，並且以(U×t)進行整理。

此處，關於可阻止產生粒徑不一致且結合強度弱的粗大的造粒粒子(準粒子)且可製造適當的準粒子的條件，著眼於將周速U乘以攪拌時間t的U×t。U×t的維數具有具備長度「m」的維數的物理量，可想到由高速旋轉的攪拌翼所賦予的移動距離，故想到可根據不同的周速及攪拌時間來進行整理。高速攪拌裝置為自上部投入的原料向下部流出的結構，故於裝置內的原料的佔有率為一定的情形時，於變更投入速度的情形時攪拌時間變化。此時得知，可藉由設定適當的範圍U×t而製造穩定品質的燒結礦。

將使周速U固定為U=9m/s的條件且使攪拌時間t於t=0秒~240秒的範圍內變化的情形的生產率(t/hr/m²)與(U×t)的關係示於圖9及以下的表1中，將使攪拌時間t固定為t=120秒的條件且使周速U於U=0m/s~18m/s的範圍內變化的情形的生產率(t/hr/m²)與(U×t)的關係示於圖10及以下的表2中，將使周速U固定為U=6m/s的條件且使攪拌時間t於t=0秒~240秒的範圍內變化的情形的生產率(t/hr/m²)與(U×t)的關係示於圖11及以下的表3中。

[表2]

根據圖9~圖11(基於表1~表3的資料)的結果，對U<8m/s與U≧8m/s此兩個條件求出(U×t)與生產率的關係，以散布圖的形式示於圖12中。由圖12的結果得知，於任一例中，均較佳為以使U×t滿足300<U×t<2000的條件的方式藉由高速攪拌裝置進行預先處理，更佳為以使U×t滿足400<U×t<1200的條件的方式藉由高速攪拌裝置進行預先處理。於任一例中，U×t的較佳範圍均大致相同，故得知，對於高速攪拌裝置的周速及攪拌時間的各種例，所述U×t的範圍亦可作為較佳例而普遍化。

另外，由圖9的結果得知，於利用高速攪拌裝置進行的燒結原料的預先處理中，於將高速攪拌裝置的高速旋轉的攪拌翼的周速U設為9(m/s)時，較佳為將高速攪拌裝置的攪拌時間設為30秒以上。進而，由圖10的結果得知，於將高速攪拌裝置的攪拌時間設為120秒時，較佳為將高速攪拌裝置的高速旋轉的攪拌翼的周速U(m/s)設為6≦U≦12。進而，另外由圖11的結果得知，於利用高速攪拌裝置進行的燒結原料的預先處理中，於將高速攪拌裝置的高速旋轉的攪拌翼的周速U設為6(m/s)時，較佳為將高速攪拌裝置的攪拌時間設為60秒以上。

<關於其他較佳作業條件>

於本發明的燒結礦的製造方法中，除了所述實施例中的作為造粒裝置的轉筒混合機以外，亦可將圓盤造粒機單獨使用或與轉筒混合機併用。

另外，於造粒裝置的造粒中，較佳為對經處理的原料被覆石灰石，進行於該造粒粒子的表面上被覆固體系燃料的所謂外飾。較佳為進行外飾的原因在於：藉由使石灰石外飾化，而於表面生成強度高的鈣肥粒鐵，並且其原因在於：由於固體系燃料的疏水性而對造粒性造成不良影響，因此藉由使其附著於表面而抑制所述不良影響，使造粒粒徑增加而提高生產性。

進而，關於燒結原料，較佳為至少一種以上是使用含有結晶水礦石、且將結晶水的含量設為4mass%以上者。較佳為將結晶水的含量設為4mass%以上的原因在於：結晶水高的礦石的比表面積高，可使微粉礦石的造粒性提高。進而，另外較佳為於125μm以下的微粉鐵礦石中含有5mass%以上的石灰石。較佳為含有5mass%以上的石灰石的原因在於：藉由含有微細的石灰石，可提高微粉礦石與石灰石的混合性，可促進燒結反應。

另外，於利用高速攪拌裝置進行處理的燒結原料中，較佳為除了被覆的石灰成分以外，添加3mass%以下的消石灰或生石灰。較佳為添加3mass%以下的消石灰或生石灰的原因在於：消石灰或生石灰的添加可使造粒粒子的壓壞強度提高而使燒結原料填充層中的通氣性提高。進而，於所述高速攪拌裝置中使用的燒結原料中，較佳為於微粉鐵礦石的比例為30mass%以上的情形時對燒結原料進行乾燥處理。較佳為以30mass%以上進行乾燥處理的原因在於：為了於燒結過程中使水分蒸發而需要潛熱，藉由預先進行乾燥，可減少必要的焦炭粉等炭材。

[產業上的可利用性]

根據本發明的燒結礦的製造方法，可使用各種燒結機以高生產性製造高品質的燒結礦，藉由將本發明中所得的燒結礦用作高爐原料，可進行高生產性的高爐作業。

11‧‧‧燒結原料

12‧‧‧高速攪拌裝置

13‧‧‧轉筒混合機

14‧‧‧燒結機

15‧‧‧高爐

Claims

一種燒結礦的製造方法，對燒結原料進行造粒後利用燒結機進行燒結而獲得燒結礦，並且所述燒結礦的製造方法的特徵在於：利用高速攪拌裝置，對於所述高速攪拌裝置的攪拌翼的周速U(m/s)，於將所述高速攪拌裝置的攪拌時間設為t(秒)的情形時，以滿足300<U×t<2000的條件的方式對含有10mass%~50mass%的125μm以下的微粉鐵礦石的燒結原料進行預先處理後，利用造粒裝置進行造粒。
如申請專利範圍第1項所述的燒結礦的製造方法，其中對於所述高速攪拌裝置的攪拌翼的周速U(m/s)，於將所述高速攪拌裝置的攪拌時間設為t(秒)的情形時，以滿足400<U×t<1200的條件的方式進行預先處理。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的燒結礦的製造方法，其中所述造粒裝置為轉筒混合機及/或圓盤造粒機。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的燒結礦的製造方法，其中於所述造粒裝置的造粒中，對經處理的原料被覆石灰石，於其造粒粒子的表面上被覆固體系燃料。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的燒結礦的製造方法，其中所述燒結原料的至少一種以上含有結晶水礦石，且將結晶水的含量設為4mass%以上。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的燒結礦的製造方法，其中於所述125μm以下的微粉鐵礦石中含有5mass%以上的石灰石。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的燒結礦的製造方法，其中於利用所述高速攪拌裝置進行處理的燒結原料中，除了被覆的石灰成分以外，添加3mass%以下的消石灰或生石灰。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的燒結礦的製造方法，其中於所述高速攪拌裝置中使用的燒結原料中，於微粉鐵礦石的比例為30mass%以上的情形時對原料進行乾燥處理。