JP2018178224A - 焼結原料の造粒方法 - Google Patents

Abstract

【課題】造粒物の一部を再造粒することなく、造粒物に含まれる微粉の割合を従来に比べて低減することが可能な焼結原料の造粒方法を提供する。
【解決手段】粒径０．２５ｍｍ以下の粒子を１３質量％以上含む焼結原料を造粒機１３を用いて造粒する方法において、造粒機１３の前段にドラムミキサー１２を設置し、ドラムミキサー１２内に装入した焼結原料の運動状態が飛び跳ね領域に属するようになる回転数で処理を行い、圧密化した焼結原料を造粒機１３に装入する。
【選択図】図２

Description

本発明は、微粉を多く含む焼結原料を造粒機を用いて造粒する方法に関する。

焼結原料のうち粒径０．２５ｍｍ以下の粒子（以下、本明細書では「微粉」と呼ぶ。）が焼結機内で単独で存在すると、焼結時の通気性が阻害され、焼結鉱の生産性が低下する。このため、焼結原料は、擬似粒子に造粒して、単独で存在する微粉の割合を減らした後、焼結機に装入される。

近年、鉄鉱石資源の枯渇により微粉割合の多い鉄鉱石を使用せざるを得ない状況となっている。微粉の入量が増加すると、従来の造粒方法では、擬似粒子に造粒されずに単独で存在する微粉の量も増加する。従って、焼結鉱の生産性を確保するためには、単独で存在する微粉の割合を従来に比べて効率的に減少させることのできる新しい造粒技術が必要となる。

他方、焼結原料の造粒工程における微粉処理に関連する技術として、特許文献１には、原料槽から切り出された焼結原料を第１、第２ドラムミキサーで転動造粒した後、分級装置で粗粒と細粒に分級し、粗粒は焼結機へ搬送し、細粒は第３ドラムミキサーで転動造粒して再度、第２ドラムミキサーの排出端部に装入する技術が開示されている。
また、特許文献２には、焼結原料の造粒工程において、ドラムミキサーから排出される造粒物のうち粒径が３．０ｍｍ以下の細粉を分取してドラムミキサーの装入側へ還元しながら造粒する技術が開示されている。

特開平１０−６０５５０号公報 特開昭６０−２１３３８号公報

特許文献１や２記載の技術は、原料配合で焼結鉱成分をコントロールする焼結工程において、ドラムミキサーから排出される焼結原料を粒度で篩い分けしてしまうため、焼結機に装入される造粒物、ひいては成品焼結鉱の成分配合が、ねらった配合と異なってしまうおそれがある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、微粉を多く含む原料を造粒するに際し、造粒後の造粒物に含まれる微粉の割合を従来に比べて低減することが可能な焼結原料の造粒方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、粒径０．２５ｍｍ以下の粒子を１３質量％以上含む焼結原料を造粒機を用いて造粒する方法において、
前記造粒機の前段にドラムミキサーを設置し、該ドラムミキサー内に装入した前記焼結原料の運動状態が飛び跳ね領域に属するようになる回転数で処理を行い、圧密化された前記焼結原料を前記造粒機に装入することを特徴としている。

本発明者らは、粒径０．２５ｍｍ以下の粒子（微粉）を１３質量％以上含む焼結原料を造粒する場合、造粒機の前段にドラムミキサーを設置し、ドラムミキサーの回転数を上げて処理を行うことで、その後の造粒機での焼結原料の造粒性が向上することを見出した。ドラムミキサーの回転数を上げて、従来、適性運転点とされていた正常転動域ではなく、飛び跳ね領域で操業することによって焼結原料が圧密化されること、圧密化した焼結原料はその後の造粒が進行しやすく、また造粒物の強度も高まるため造粒物崩壊が起こりにくくなることを見出した。

本発明に係る焼結原料の造粒方法では、造粒機の前段にドラムミキサーを設置し、微粉割合の高い焼結原料をドラムミキサーに装入して圧密化した後、造粒機で造粒するので、造粒物の崩壊が起こりにくい。そのため、造粒物の一部を再造粒することなく、造粒物に含まれる微粉の割合を従来に比べて低減することができる。

１次ドラムミキサーの回転数と微粉低減割合との関係を示したグラフである。 本発明の一実施の形態に係る焼結原料の造粒方法が実施される造粒設備の一例を示す模式図である。 ドラムミキサー内の焼結原料の運動状態をフリュード数と占積率との関係で表したグラフである。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。

［本発明の技術思想］
ドラムミキサーの運転点は、ドラムミキサー内の原料の運動状態によって以下の３領域に分けられる。
正常転動域は、従来最も造粒性が高いとして指向されてきた運転領域である。この領域では、ドラムミキサー内壁との摩擦で持ち上げられた原料は原料斜面を転動しながら落下する。造粒は転動によって進行するため、この領域において造粒が最も進行する。
正常転動域よりも高回転数や低占積率側にシフトした領域が飛び跳ね領域である。この領域では、ドラムミキサー内壁との摩擦で持ち上げられた原料が転動せずにドラムミキサー内を放物落下する。飛び跳ね状態の初期では、原料が一部飛び跳ねる程度であるため造粒化は良いが、全体が飛び跳ねる状態となれば、一度造粒されたものが落下時に再破砕されるため、造粒そのものはあまり進行しない。
正常転動域よりも低回転数や高占積率側にシフトした領域は滑り領域と称される。滑り領域では、ドラムミキサー内壁との摩擦で持ち上がった原料全体が一斉に内壁を滑るように低い位置へ移動するため、造粒は進行しない。
従って、ドラムミキサーの操業では正常転動域が指向され、飛び跳ね領域及び滑り領域における操業は避けられてきた。

一方、微粉割合の高い焼結原料の造粒性を向上させるためには、造粒の前に回転羽根で原料を混練する強混練機等を用いて焼結原料を圧密化することが有効である。
本発明者らは、焼結原料の圧密化促進をドラムミキサーで実現することを目指し、ドラムミキサーの飛び跳ね領域に着目して、放物落下の衝撃で原料の圧密化が図れる可能性があると考えた。
ドラムミキサー１台だけで造粒する場合、この領域での運転は避けるべきであるが、ドラムミキサーが２台ある場合、前段のドラムミキサーをこの飛び跳ね領域で操業し、後段のドラムミキサーを正常転動域で操業して造粒機として使用すれば、圧密化して造粒しやすい焼結原料にしたあとで造粒が行えるため、焼結原料の造粒性が高まると共に、得られた造粒物の強度を高めることができる。なお、ドラムミキサーの後ろに別の造粒機がある場合も、ドラムミキサーを飛び跳ね領域で操業し、造粒機で造粒を行えば、同様な効果が得られる。

２台のドラムミキサーを直列配置した造粒設備において、粒径０．２５ｍｍ以下の粒子（微粉）の割合が異なる焼結原料に対して、前段の１次ドラムミキサーの回転数をパラメータとする造粒試験を実施した。具体的には、前段の１次ドラムミキサーに微粉を含む焼結原料を装入し、回転数を変えて処理を行い、１次ドラムミキサーから排出される焼結原料を後段の２次ドラムミキサーに装入して焼結原料の造粒を行った。２次ドラムミキサーの回転数は正常転動域である６ｒｐｍとした。
そして、２次ドラムミキサーから排出される造粒物に含まれる微粉の割合を測定し、１次ドラムミキサー装入前の微粉割合に対する２次ドラムミキサー排出後における微粉割合の減少率を微粉低減割合として求めた。図１にその結果を示す。

微粉割合が１０質量％の焼結原料の場合、微粉低減割合が最も大きくなる１次ドラムミキサーの回転数の最適値は７ｒｐｍであった。一方、微粉割合が１３質量％と１７質量％の焼結原料の場合、１次ドラムミキサーの回転数の最適値は、ともに９ｒｐｍであった。
本試験に使用した１次ドラムミキサーでは、焼結原料の運動状態が正常転動域から飛び跳ね領域に移行する回転数は７．５ｒｐｍである。このことから、微粉割合の高い焼結原料の場合、１次ドラムミキサーを飛び跳ね領域で操業すると、焼結原料の造粒性が向上し、微粉割合が低減することが判明した。

ドラムミキサー内の原料は、ドラムミキサーの自転によるエネルギーを受けている。このエネルギーは、主に原料の混合の他、原料の造粒、原料の圧密化、造粒物崩壊の形で消費される。この内、原料の圧密化は、原料を構成する粒子間距離の近接化であり、圧密化した原料はその後の造粒が進行しやすく、また造粒物の強度も高まるため造粒物崩壊が起こりにくくなる。一方、原料の圧密化には限度があり、その限度を超えてドラムミキサーの回転数を上げると、圧密化のメリットに比べて造粒物崩壊のデメリットが顕著になる。そのため、１次ドラムミキサーの回転数に対する微粉低減割合は図１に示すような極大値を持つと推定される。従って、飛び跳ね領域となる下限の回転数＋３ｒｐｍを１次ドラムミキサーの回転数の上限値とすることが好ましい。

［焼結原料の造粒方法］
本発明の一実施の形態に係る焼結原料の造粒方法が実施される造粒設備の一例を図２に示す。本造粒設備は、焼結原料が貯蔵されている原料槽１１と、焼結原料を圧密化する１次ドラムミキサー１２と、１次ドラムミキサー１２によって圧密化された焼結原料を造粒する２次ドラムミキサー１３（造粒機の一例）とを備えている。

焼結原料を構成する各原料銘柄を原料槽１１から切出し、原料銘柄ごとの０．２５ｍｍ以下の粒子割合を配合率で加重平均することにより、造粒前の焼結原料における０．２５ｍｍ以下の粒子の割合を算出する。
本実施の形態では、粒径０．２５ｍｍ以下の粒子（微粉）を１３質量％以上含んでいる焼結原料を対象とする。なお、微粉割合の上限は２５質量％程度とする。

上記焼結原料を造粒する際には、１次ドラムミキサー１２内の焼結原料の運動状態が飛び跳ね領域に属するように１次ドラムミキサー１２の回転数を設定する。一方、造粒機として使用する２次ドラムミキサー１３は、２次ドラムミキサー１３内の焼結原料の運動状態が正常転動域に属するように２次ドラムミキサー１３の回転数を設定する。

ドラムミキサー内の焼結原料の運動状態は、以下に示すフリュード数Ｆｒと占積率φ（％）の関係で表すことができる。
Ｆｒ＝Ｄ×Ｎ^２／（ｇ×３６００） （１）
φ＝４×Ｑ×Ｔ／（Ｄ^２×π×Ｌ×ρ） （２）
ここで、、Ｄ：ドラムミキサーの内径（ｍ）、Ｎ：ドラムミキサーの回転数（ｒｐｍ）、ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ^２）、Ｑ：焼結原料給鉱量（ｔｏｎ／ｍｉｎ）、Ｔ：ドラムミキサー内原料滞留時間（ｍｉｎ）、Ｌ：ドラムミキサー胴長（ｍ）、ρ：焼結原料嵩密度（ｔｏｎ／ｍ^３）

フリュード数Ｆｒと占積率φの関係で表わされるドラムミキサー内焼結原料の運動状態は、ドラムミキサー内の構造等によって異なる。そのため、予め実験を行い、ドラムミキサー内焼結原料の運動状態をフリュード数Ｆｒと占積率φとの関係で表したグラフを作成しておく必要がある。
焼結原料の供給量、焼結原料の嵩密度等から占積率φが決まれば、予め求めておいたグラフから、ドラムミキサー内焼結原料の運動状態が飛び跳ね状態や正常転動域となるフリュード数Ｆｒが定まり、（１）式よりドラムミキサーの必要な回転数を得ることができる。

以上、本発明の一実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、上記実施の形態では、造粒機はドラムミキサーとしているが、これに限定されるものではなく、パンペレタイザーなど他の造粒機でもよい。

本発明の効果について検証するために実施した検証試験について説明する。
図２に示す造粒設備を用いて、０．２５ｍｍ以下の粒子を２０質量％含む焼結原料の造粒試験を実施した。
ドラムミキサーの内径Ｄは４．８ｍ、胴長Ｌは１７．１ｍ、焼結原料給鉱量Ｑは２２ｔｏｎ／ｍｉｎ、焼結原料嵩密度ρは１．８ｔｏｎ／ｍ^３、ドラムミキサー内原料滞留時間Ｔは２ｍｉｎであった。これらの数値を（２）式に代入すると、占積率φは７．９％となる。

本ドラムミキサーについて予め求めたフリュード数Ｆｒと占積率φの関係で表されるドラムミキサー内焼結原料の運動状態を図３に示す。
占積率φが７．９％のとき、ドラムミキサー内焼結原料が飛び跳ね状態となるフリュード数Ｆｒは、図３より５．６×１０^−３超となる。ドラムミキサーの内径Ｄが４．８ｍであるので１次ドラムミキサー内焼結原料が飛び跳ね状態となる、１次ドラムミキサーの必要回転数は（１）式より６．４ｒｐｍ超となる。

上記結果をもとに１次ドラムミキサーの回転数を９ｒｐｍに設定し、焼結原料の造粒を行った。また、比較のため、１次ドラムミキサーの回転数を、定常転動域となる回転数６ｒｐｍとして焼結原料の造粒を行った。
その結果、本発明の条件を満たす実施例では、造粒後の微粉低減割合は１１．８％となり、本発明の条件を満たさない比較例では、造粒後の微粉低減割合は８．０％となった。

１１：原料槽、１２：１次ドラムミキサー、１３：２次ドラムミキサー（造粒機の一例）

Claims (1)

1. 粒径０．２５ｍｍ以下の粒子を１３質量％以上含む焼結原料を造粒機を用いて造粒する方法において、
   前記造粒機の前段にドラムミキサーを設置し、該ドラムミキサー内に装入した前記焼結原料の運動状態が飛び跳ね領域に属するようになる回転数で処理を行い、圧密化された前記焼結原料を前記造粒機に装入することを特徴とする焼結原料の造粒方法。

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