JP2015193898A - 着磁成分原料を含有する焼結配合原料の装入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼結原料装入層の通気性を良好にして焼結性の向上を目指す上で有効な着磁成分原料を含有する焼結配合原料の装入方法を提案すること。【解決手段】焼結機のパレット上に焼結配合原料をスローピングシュートを介して装入することで焼結原料の装入層を形成する方法において、該焼結配合原料がマグネタイト系微粉鉄鉱石等の着磁成分原料を合計で５〜１５ｍａｓｓ％を含む場合に、この焼結配合原料を、背面に磁石を設置したスローピングシュートを用いてパレット上に装入する際に、該着磁成分原料を焼結原料装入層の上層部に堆積させる焼結配合原料の装入方法。【選択図】図６

Description

本発明は、マグネタイト系微粉鉄鉱石等の着磁成分原料を含有する焼結配合原料の装入方法に関し、特に、高炉の精錬に適した焼結鉱を製造するのに有効な、該焼結配合原料のＤＬ焼結機パレット上への装入方法に関する。

高炉製銑法の主原料である焼結鉱は、図１に示すように、鉄鉱石粉やミルスケールや製鉄ダスト等の製鉄所内回収粉、焼結鉱篩下粉（返鉱）の他、石灰石及びドロマイトのような含ＣａＯ原料、生石灰のような造粒助剤、粉コークス、無煙炭のような炭材（固体燃料）などからなる焼結配合原料を、主としてＤＬ焼結機を用いて製造されている。前記焼結配合原料は、複数種の焼結原料粉を、ドラムミキサー等により混合し、引き続き造粒することによって、平均径が６．０ｍｍ程度以下の擬似粒子としたものが多い。このようして得られた焼結鉱製造用の配合原料（即ち、「焼結配合原料」）は、乾燥後、焼結機のパレット上に装入され、単に装入層とも呼ばれる焼結原料装入層を形成するための原料となる。

一般に、前記焼結原料装入層の厚さ（高さ）は４００〜８００ｍｍ前後である。その後、該焼結原料装入層は、パレットの上方に設置された点火炉によりこの焼結原料装入層中に含まれる炭材に点火される。そして、前記パレット下に配設されているウインドボックスを介して該焼結原料装入層中の空気を下方に吸引することにより、該焼結原料装入層中の炭材を順次に燃焼させると共に、その燃焼をパレットの移動に合わせて次第に下層かつ前方に進行させ、このときに発生する燃焼熱によって、当該焼結配合原料を溶融し、焼結ケーキを生成させる。その後、得られた焼結ケーキは、破砕後クーラーで冷却し、整粒して、所定粒度（例えば、５．０ｍｍ以上）の塊成物からなる成品焼結鉱となる。

焼結鉱の生産量は、一般に、焼結生産率（ｔ／ｈｒ・ｍ^２）×焼結機面積（ｍ^２）により決定される。即ち、焼結鉱の生産量は、焼結機の機幅や機長、原料堆積層の厚さ（焼結原料層の厚さ）、焼結配合原料の嵩密度、焼結（燃焼）時間、歩留などにより変化する。そして、この焼結鉱の生産量を増加させるためには、焼結原料装入層の通気性（圧損）を改善して焼結時間を短縮するか、あるいは破砕前の焼結ケーキの冷間強度を高めて歩留を向上させることなどが有効であると考えられている。

近年、前記焼結配合原料中に配合される鉄鉱石粉に限っては、Ａ１_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等の脈石成分が増加する一方、Ｆｅ分は低下する傾向にある。そのため、高炉や転炉におけるスラグの発生量が増加し、このスラグの処理が大きな負担となっている。これに対し、従来、これまでは焼結用原料としては使用されてこなかったＦｅＯ成分の多いマグネタイト系微粉鉄鉱石等の着磁成分原料の使用が注目されている。

表１は、一般的な鉄鉱石Ａ、Ｂおよびマグネタイト系微粉鉄鉱石やミルスケール、製鉄ダスト（高炉ダスト、製鋼ダスト等）等の着磁成分原料の化学成分及び平均粒径の一例を示す。マグネタイト系微粉材料の特徴は、脈石成分（ＳｉＯ_２）の含有量が低く、多くのＦｅ分を含有していることである。しかし、図２に示すように、このマグネタイト系微粉鉄鉱石の粒度は、ペレットフィードほどではないものの、通常の焼結用粉鉄鉱石と比較すると微細であり、焼結処理工程での通気性悪化を招き、生産性を低下させてしまうおそれがある。

＊ 製鉄ダストのT.Fe中には、metallic Feが44.0mass%含まれる

微粉鉄鉱石を焼結原料とする上述した課題に鑑み、従来、一般的な微粉鉄鉱石を有効に使用するための種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１では、配合の段階で上記のような微粉鉄鉱石と核となる粉鉄鉱石との比率を調整し、核の周りに微粉鉱石を効率よく付着させた擬似粒子とすることで、原料の造粒性を向上させて通気性の悪化を抑制する方法を提案している。

さらに、特許文献２には、微粉鉱石を使用する場合、これを別ラインで粉砕−攪拌し、バインダーを混ぜることで造粒性を向上させてなる焼結配合原料を製造するための技術が提案されている。

特開２００８−１０１２６３号公報 特開２００７−７７５１２号公報

上述したように、焼結配合原料の構成成分として微粉鉱石などを使用する場合、まず、造粒性の向上を図ることが検討されてきた。例えば、特許文献１の方法では、今後さらに粉鉱石の脈石成分の含有量や微粉鉱石等の使用量が増加すると、擬似粒子を形成するための核粒子と微粉との比率を合わせられなくなり、核となる粉鉱石の比率が生産性の律速になってしまうおそれがある。また、特許文献２では、マグネタイト系微粉鉄鉱石がペレットフィードほど小さくないため、新たにこれを粉砕工程する必要になること、及びバインダー等の使用によってコスト高になるという課題が残されている。

そこで、本発明の目的は、焼結原料装入層の通気性を良好にして焼結性の向上を目指す上で有効なマグネタイト系微粉鉄鉱石等の着磁成分原料を含有する焼結配合原料の好ましい装入方法を提案することにある。

焼結原料装入層の通気性悪化の原因となるマグネタイト系微粉鉄鉱石等の着磁成分原料を含む焼結配合原料を使用するときの前述した課題を解決するために開発した本発明の構成は以下のとおりである。即ち、本発明は、焼結機のパレット上に焼結配合原料をスローピングシュートを介して装入することで装入層を形成する方法において、該焼結配合原料が、マグネタイト系微粉鉄鉱石、ミルスケールおよび製鉄ダストのうちから選ばれるいずれか１種以上の着磁成分原料を合計で５〜１５ｍａｓｓ％を含む場合に、この焼結配合原料を背面に磁石を配設したスローピングシュートを用いてパレット上に装入することにより、該焼結配合原料中の着磁成分原料を焼結原料装入層の上層部に堆積させることを特徴とする着磁成分原料を含有する焼結配合原料の装入方法である。

本発明に係る上記の着磁成分原料を含有する焼結配合原料の装入方法では、
（１）前記着磁成分原料の含有量は、合計で５〜１０ｍａｓｓ％であること、
（２）前記着磁成分原料は、ＦｅＯを４．５ｍａｓｓ％以上６０ｍａｓｓ％以下含有するものであること、
（３）前記着磁成分原料は、算術平均粒径が０．２〜２．５ｍｍの大きさを有し、かつ２５０μｍ以下のものが６０ｍａｓｓ％以下であること、
が、より特徴的である。

前記の構成からなる本発明に係る装入方法によれば、背面に磁石を配置したスローピングシュートを用いてマグネタイト系微粉鉄鉱石等の着磁成分原料（ただし、ここでは着磁成分として焼結返鉱は含まない）を含む造粒した焼結配合原料を焼結機のパレット上に装入する際、一定量（５〜１５ｍａｓｓ％）の着磁成分原料を含む該焼結配合原料を焼結原料装入層（以下、単に「装入層」ともいう）中に偏析装入させること、即ち、その着磁成分を焼結原料の上層部に選択的に堆積させることができるので、該焼結原料装入層における通気性の悪化を抑制することができるようになる。その結果、焼結鉱の製造における生産率、歩留り、冷間強度等の品質を向上させることができる。

ＤＬ焼結プロセスを説明する模式図である。 着磁成分原料等の粒度分布を示す図である。 装入層内における温度と圧力の分布を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、焼結機内における装入層内温度分布と歩留分布の図である。 マグネタイト系微粉鉱石の装入層上層部への偏折状態を示す模式図である。 シュート上での粒子の動きを説明する模式図である。 試験装置を使って行なった装入シミュレーターの模式図である。 試験装置を使って装入したときのマグネタイト系微粉鉱石の偏析結果を示す図である。 着磁成分原料配合率と生産率を比較した図である。

図３に示すように、一般に、パレット上に装入されて堆積している焼結配合原料の装入層（焼結原料装入層）内における圧力損失は、装入した湿原料が堆積している領域（湿潤帯）、および粉コークス等の炭材が燃焼して焼結配合原料の焼結反応が進行している領域（反応溶融帯）で生じており、焼結反応が完了した後の焼結鉱が存在する領域（焼結鉱帯）では圧力損失はあまり生じないことが知られている。そして、焼結性を向上させるには、圧力損失を全体的に低減させて装入物全体での通気性の向上を図ることが重要である。

そこで、本発明では、前記焼結配合原料が、その中に通気性を悪化させるマグネタイト系微粉鉄鉱石等の着磁成分原料を含む場合、そのマグネタイト系微粉鉄鉱石等の着磁成分原料を意図的に焼結配合原料の装入層の上層部に堆積（偏析装入）させて、焼結反応を早期に終了させ、このことにより、該焼結配合原料中に着磁成分原料をより多く配合することによる通気性悪化の影響を最小限に止めることで、上記の問題を解決するようにしたのである。

本発明のこのような考え方については、図４（ａ）〜（ｃ）から理解することができる。即ち、図４（ａ）は、焼結機パレット上の焼結配合原料の装入層の焼結過程を示しており、図４（ｂ）は、該装入層内の焼結過程における温度分布（ヒートパターン）を示し、そして図４（ｃ）は、焼結ケーキの歩留分布を示したものである。図４（ｂ）から分かるように、該装入層の上層部は下層部に比べて温度が上昇し難く、高温域保持時間も相対的に短くなる傾向にある。そのため、この装入層の上層部では、燃焼溶融反応（焼結化反応）が不十分となって、焼結ケーキの強度が低くなるため、図４（ｃ）に示すように、歩留が低く、生産性の低下を招く要因となっている。

発明者らの知見によると、この問題に対しは、焼結配合原料中にＦｅＯ等のマグネタイトをより多く含む微粉鉄鉱石を配合したものを、パレット上に装入する際に、これを装入層の上層部に偏析させて堆積させること（偏析装入法）で、解決を図ることができることが分った。一般に（Ｔｒａｎｓ．ＡＩＭＥ２１８（１９６０）、１１６）、焼結反応における成分の影響を示す状態図では、ＦｅＯ成分の増加に伴い、焼結反応に必要な融液を発生させる融点が低下することが知られている。従って、焼結配合原料の装入層の上層部に、ＦｅＯを含むマグネタイト系微粉鉄鉱石などを選択的に装入して堆積させる偏析装入されていれば、その上層部は温度が上がり難い状況の中でも焼結反応が促進され、歩留や強度の改善を図ることができる。

また、焼結配合原料をパレット上に装入して形成される焼結配合原料の堆積層である焼結原料装入層は、一般的に、スローピングシュートの上を滑り落ちるときのパーコレーションによる粒度偏析作用を伴い、該装入層の上層部、中層部には粒度の小さい細粒の焼結配合原料が多く分布し、一方、下層部には粒度の大きい粗粒の焼結配合原料が堆積して、装入層内に偏析が生じる。しかしながら、微粉が多く含まれる場合には偏析状態が不十分であり、本発明では正に、こうした微粉、細粉が多く含まれる焼結配合原料を装入するときの問題を解決する。

即ち、本発明では、ＦｅＯ分が多く（４．５〜６０ｍａｓｓ％）、かつ粒径が比較的小さい（平均粒径：０．２〜２．５ｍｍ、２５０μｍ以下が６０ｍａｓｓ％以下）マグネタイト系微粉鉄鉱石などを含む焼結配合原料を、図５の模式図に示すように、スローピングシュートを使ってパレット上に装入するときに、該スローピングシュートの背面に永久磁石または電磁石を配設して、該焼結配合原料の流れに磁力を作用させる。このことにより、焼結配合原料中に含まれる強磁性のマグネタイト系微粉鉄鉱石やミルスケール、製鉄ダスト（高炉ダスト、製鋼ダスト等）のような着磁成分原料およびこれを多く含む焼結配合原料（粒度の小さいもの）は、こうした磁力の作用を受けて落下速度が低下（制御）するために、該スローピングシュートの表面上を滑り降りる該着磁成分原料については、焼結配合原料の装入層の上層部側に導かれて堆積する。

即ち、着磁成分原料をより多く含有する焼結配合原料を、該スローピングシュートによってパレット上に装入する際、これらの原料はスローピングシュートの背面側に配設された永久磁石または電磁石により、磁力の作用を受けることになる。この磁力の作用によって、粒径の小さい着磁成分原料については、スローピングシュート上で落下速度が弱められる。その結果、非着磁性（しかも相対的に粗粒である）の焼結配合原料の方が先に落下して下層部を形成する一方、マグネタイト系微粉鉄鉱石等の着磁成分原料をより多く含有する焼結配合原料の方は磁力によって落下速度が低下するので後に落下して、焼結原料装入層の上層部に落下して堆積されることとなる。

この場合において、着磁成分原料中のＦｅＯ分が４．５ｍａｓｓ％より少ない場合には、磁力の影響を受けにくく、落下速度の低減効果が得られない。一方、ＦｅＯ分が６０ｍａｓｓ％以上と高い場合には、着磁成分原料がシュート上に滞留して、円滑な原料の装入ができなくなる。
また、着磁成分原料の算術平均粒径が２．５ｍｍ以上の場合、非着磁性の原料との粒径差が小さく、着成分を上層部にうまく偏析させることが難しくなる。さらに、着磁成分原料の算術平均粒径が０．２ｍｍ以下の場合、または、２５０μｍ以下の粒度を６０ｍａｓｓ％以上含む場合、焼結ベッドでの通気性への影響が著しく大きく、着磁成分原料を焼結原料装入層の上層部に堆積させても、焼結機の生産性を低下させてしまう可能性がある。

図６は、焼結配合原料中にマグネタイト系微粉鉄鉱石等の着磁成分原料をより多く含有する焼結配合原料についての、背面に磁石を備えるスローピングシュート上における粒子の動きを説明する図である。この図に示すように、着磁成分原料を含有する焼結配合原料が該スローピングシュート上を落下するときに、この原料粒子に作用する力は、重力の粒子運動方向成分を（１）とし、重力と磁力による摩擦抵抗を（２）とし、粒子の運動に伴う空気抵抗を（３）とするとき、粒子運動方向（シュート水平面方向）における運動方程式は下記のように表わされる。

本発明では、前述した特性の焼結配合原料の装入に当たって、粒度や着磁成分原料の量が変化した場合、例えば、上記式に基づき磁石とシュートとの距離を制御することにより、該シュート表面上での粒子に生じる上記式のＦ_Ｍを調整したり、シュートの角度（θ）を変更したりして、加速度（ａ）が常に正になるようにすることで、落下する着磁成分原料含有焼結配合原料の落下速度を低減させて、着磁成分原料の上層部への偏析装入を実現することが好ましい。

上記のような要請に応えうる着磁成分原料とは、ＦｅＯを４．５ｍａｓｓ％以上６０ｍａｓｓ％以下含有するものであって、基本的には算術平均粒径が０．２〜２．５ｍｍの大きさであり、そして、２５０μｍ以下のものを６０ｍａｓｓ％以下含有するものが用いられる。さらに好ましくは、この原料の粒径については、１２５μｍ以下のものの粒度比率が１０ｍａｓｓ％以上のものを用いる。

この実施例は、図７に示す実機装入装置を模擬したシュミュレータ（実験装置）を用い、焼結配合原料の装入実験を行なった。この実験では、表２に示す配合（ただし、表示のもの以外に等量（２０ｍａｓｓ％）の焼結返鉱を含む）で、マグネタイト系微粉鉱石等の着磁成分原料を含む焼結配合原料を調整した。そして、上記シミュレータ上方に設置したホッパー内に上記焼結配合原料を充填し、表３に示す条件にてスローピングシュートを使って模擬パレット上に装入した。模擬パレット上に装入して得られた装入層の上層部、中層部、下層部からそれぞれ焼結配合原料を採取し、化学分析によるマグネタイト成分（Ｆｅ_３Ｏ_４）の偏析状況を調査した。さらにその後、装入後の焼結配合原料を焼結鍋試験装置に移して焼結実験を行ない、生産性への影響等を調査した。

＊外数で粉コークスを５ｍａｓｓ％配合
＊マグネタイト系微粉鉄鉱石のＦｅＯ：４．７ｍａｓｓ％、
算術平均粒径：０．２９ｍｍ、
２５０μｍ以下：６０ｍａｓｓ％
＊上記の配合には、さらに焼結返鉱が２０ｍａｓｓ％づつ含まれる
＊焼結返鉱のＦｅＯ：５．６９ｍａｓｓ％、
算術平均粒径：３．１５ｍｍ、
２５０μｍ以下：８ｍａｓｓ％

Ｔ：テスラ
＊１：ドラムへの切出速度
＊２：シュート上端での速度

前記焼結鍋試験装置による装入実験の結果によると、図８に示すように、背面に磁石を配置したスローピングシュートによって、マグネタイト系微粉鉄鉱石を１０ｍａｓｓ％配合した条件に係る本発明に適合する装入例（Ｔ３）と、磁石を配置していないスローピングシュートによる装入例である比較例（Ｔ６）とにおける、マグネタイト系着磁成分（Ｆｅ_３Ｏ_４）の偏析状況を比較したところ、磁石を設置したスローピングシュートを使って装入した発明例（Ｔ３）では、マグネタイト系の着磁成分を１０ｍａｓｓ％含有する焼結配合原料は、装入層の上層部に偏析していることが確認できた。

さらに、この実験における本発明例および比較例について、マグネタイト系微粉鉄鉱石の配合比率による生産率の変化を図９に示した。この図に示す結果から明らかなように、比較例（Ｔ１）では、マグネタイト系微粉鉄鉱石の配合率の増加に伴い、生産率が直線的に低下していた。一方、本発明に適合する発明例では、配合率が５〜１５ｍａｓｓ％近くまでの生産率の低下は少なく、１５ｍａｓｓ％超の配合率の場合に生産率が低下していることが判った。特に、配合率が５〜１０ｍａｓｓ％近くまでの生産率は低下せず好ましいことが判った。従って、本発明においては、焼結配合原料中の着磁成分原料の配合量は、５〜１０ｍａｓｓ％のときに効果が顕著に現れることがわかった。

本発明に係る技術は、本発明で指定したものよりも粒径が大きく、また、着磁成分の量が少ないか多い焼結配合原料を装入する場合においても、効果の差はるものの適用は可能である。

Claims (4)

1. 焼結機のパレット上に焼結配合原料をスローピングシュートを介して装入することで装入層を形成する方法において、該焼結配合原料が、マグネタイト系微粉鉄鉱石、ミルスケールおよび製鉄ダストのうちから選ばれるいずれか１種以上の着磁成分原料を合計で５〜１５ｍａｓｓ％を含む場合に、この焼結配合原料を背面に磁石を配設したスローピングシュートを用いてパレット上に装入することにより、該焼結配合原料中の着磁成分原料を焼結原料装入層の上層部に堆積させることを特徴とする着磁成分原料を含有する焼結配合原料の装入方法。
2. 前記着磁成分原料の含有量は、合計で５〜１０ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項１に記載の着磁成分原料を含有する焼結配合原料の装入方法。
3. 前記着磁成分原料は、ＦｅＯを４．５ｍａｓｓ％以上６０ｍａｓｓ％以下含有するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の着磁成分原料を含有する焼結配合原料の装入方法。
4. 前記着磁成分原料は、算術平均粒径が０．２〜２．５ｍｍの大きさを有し、かつ２５０μｍ以下のものが６０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の着磁成分原料を含有する焼結配合原料の装入方法。

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