JP3951825B2

JP3951825B2 - 焼結原料の造粒方法

Info

Publication number: JP3951825B2
Application number: JP2002181005A
Authority: JP
Inventors: 伸幸大山; 晃一主代
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: JP2004027245A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドワイトロイド式焼結機を用いて焼結鉱を製造する際に用いる焼結原料の造粒方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉用原料として用いられる焼結鉱は、種々の焼結原料を混合して造粒した後、さらにドワイトロイド式焼結機を用いて焼結して製造される。その焼結原料は下記の４種類に大別される。
(a) 粉鉱石：主原料となる鉄鉱石の粒径10mm以下の粉末
(b) SiＯ₂含有副原料粉：珪石，蛇紋岩，ニッケルスラグ等のSiＯ₂を含有する粉末原料
(c) CaＯ含有副原料粉：石灰石等のCaＯを含有する粉末原料
(d) 固体燃料粉：コークス，無煙炭等の熱源となる粉末原料
上記の４種類の焼結原料を用いてドワイトロイド式焼結機で焼結鉱を製造するにあたって、一般に事前処理として、ドラムミキサーに焼結原料を装入し、混合および造粒を行なう。
【０００３】
すなわち図５に示すように、まず、粉鉱石１，SiＯ₂含有副原料粉２，CaＯ含有副原料粉３および固体燃料粉４をドラムミキサー５に装入し、さらに適量の水分を添加して造粒し、擬似粒子７を製造する。
この擬似粒子７をドワイトロイド式焼結機（図示せず）へ搬送してパレット上に装入し、厚さ 500〜700mm 程度に堆積させる。その後、パレット上に堆積した原料層の表層部に点火して、擬似粒子７中の固体燃料粉４を燃焼させる。原料層の表層部に位置する擬似粒子７中の固体燃料粉４に着火すると、下方に向けて空気を吸引しながら原料層の中層部および下層部に位置する擬似粒子７中の固体燃料粉４を順次燃焼させて、その燃焼熱によって擬似粒子７中に配合された粉鉱石１，SiＯ₂含有副原料粉２，CaＯ含有副原料粉３を焼結させて焼結ケーキとする。
【０００４】
こうしてドワイトロイド式焼結機から排出された焼結ケーキは、破砕され、さらに整粒される。こうして粒径が所定の範囲内の焼結鉱を得ることができる。粒径が所定の範囲を超えるものは、再度、破砕と整粒を施される。一方、粒径が所定の範囲に満たないものは、返鉱として、再度、焼結原料に使用される。
このようにして製造された焼結鉱の被還元性は、ＪＩＳ規格M8713 で定義されており、従来から指摘されているように、高炉の操業を大きく左右する因子となる。
【０００５】
また、高炉で焼結鉱を還元して銑鉄を製造する際のコークス比と焼結鉱の被還元性との間には高い相関があることは、従来から良く知られている。つまり焼結鉱の被還元性を向上させると、高炉におけるコークス比を低減できる。したがって焼結鉱の被還元性の向上は、燃料コストの削減のみならず、炭酸ガスの排出量の低減にも効果がある。
【０００６】
さらに焼結鉱の冷間強度も高炉の操業に影響を及ぼす因子であり、特に高炉の通気性が多大な影響を受ける。そこで高炉を操業するにあたって、各々の高炉の特性に応じて焼結鉱の冷間強度の下限値を設けて、その基準を満足する焼結鉱を選別して使用している。
したがって高炉の操業においては、被還元性に優れ、かつ冷間強度の高い焼結鉱を使用する必要がある。
【０００７】
焼結鉱を形成する主要な鉱物組織であるカルシウムフェライト（すなわちCaＯ・ｎFe₂Ｏ₃），ヘマタイト（すなわちFe₂Ｏ₃），カルシウムシリケート（すなわちCaＯ・ｘFeＯ・ｙSiＯ₂），マグネタイト（すなわちFe₃Ｏ₄）の被還元性（％）と引張強度（MPa ）を表１に示す。表１から明らかなように、被還元性の高い組織はヘマタイトであり、引張強度の高い組織はカルシウムフェライトである。
【０００８】
【表１】

【０００９】
したがって焼結鉱の望ましい組織とは、図４に示すように、強度の高いカルシウムフェライト相13の基地に、被還元性の高いヘマタイト相14を分散させた組織であり、強度および被還元性の低いカルシウムシリケートの生成は可能な限り抑制する必要がある。
しかし図５に示すように、従来から、ほとんどのドラムミキサー５において粉鉱石１，SiＯ₂含有副原料粉２，CaＯ含有副原料粉３および固体燃料粉４を同時に装入して造粒する。その結果、図６に示すように、主原料である粉鉱石１のうちの粒径が比較的大きい核となる粉鉱石（以下、核鉱石９という）の表面に、微細な粒径の粉鉱石（以下、微細鉱石粉末10という）が付着し、さらにSiＯ₂含有副原料粉２やCaＯ含有副原料粉３からなる副原料粉18や固体燃料粉４がそれぞれ個別に付着した擬似粒子７となる。
【００１０】
この擬似粒子７をドワイトロイド式焼結機で焼結すると、得られる焼結鉱の組織は、図７に示すように、カルシウムフェライト相13，ヘマタイト相14，カルシウムシリケート相15およびマグネタイト相16が混在する組織となる。このような組織を有する焼結鉱は、被還元性および冷間強度の向上を達成できない。
そこでカルシウムフェライト相13とヘマタイト相14を多く生成させるために、種々の造粒方法や焼結方法が試みられてきた。たとえば、焼結温度が高い場合にカルシウムシリケート相15の生成量が増えることから、特開昭63-149331 号公報には、粉状の鉄鉱石にバインダや石灰石を加えて造粒した後、熱源である粉コークスを擬似粒子の表面に被覆することによって擬似粒子の燃焼性を改善し、低温で焼結して被還元性を向上する技術が提案されている。
【００１１】
しかしながら特開昭63-149331 号公報に開示された技術では、粉鉱石１，SiＯ₂含有副原料粉２およびCaＯ含有副原料粉３を同時に造粒するので、カルシウムシリケート相15の生成を十分に抑制できない。その結果、図４に示すような組織を有する焼結鉱は得られなかった。
そこで本発明者らは、図４に示すような組織を有する焼結鉱を得るために、擬似粒子７の造粒方法について鋭意検討した。その結果、図３に示すように、核鉱石９の表面に微細鉱石粉末10とSiＯ₂含有副原料粉２からなる第１被覆層11を形成し、さらに第１被覆層11の外側に、CaＯ含有副原料粉３と固体燃料粉４からなる第２被覆層12を形成し、この第１被覆層11および第２被覆層12を有する擬似粒子７をドワイトロイド式焼結機で焼結することによって、図４に示すような組織を有する焼結鉱が得られることを見出した。
【００１２】
この知見に基づき本発明者らは、図３に示すような擬似粒子７を造粒するために、粉鉱石１とSiＯ₂含有副原料粉２をドラムミキサー５に装入して造粒し、その後、CaＯ含有副原料粉３と固体燃料粉４を添加してドラムミキサー５で造粒する方法を試みた。
ところが特開2000-96154号公報，特開2000-96153号公報，特開2000-169915 号公報に示されるように、コークス粉末（微粉コークス，コークススラッジ等）を有効に再利用するため、焼結原料ヤードに撒布して焼結原料を積みつけることが行なわれ、この場合は、焼結原料中に固体燃料粉であるコークスが含有されることになる。
【００１３】
こうしてコークス粉末が、粉鉱石１やSiＯ₂含有副原料粉２に混入して、造粒される第１被覆層11に含有され、固体燃料粉４と同様に焼結時の熱源となる。その結果、焼結温度が上昇して、カルシウムシリケート相15の生成量が増えるので、本発明で期待する図４に示すような組織を有する焼結鉱は得られないという問題があった。
【００１４】
また、CaＯ含有副原料粉３と固体燃料粉４を添加した後の造粒時間が長い場合には、その擬似粒子７から得られた焼結鉱は、被還元性向上の効果が十分に発揮されないという問題があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題を解消し、優れた被還元性を有し、かつ優れた冷間強度を有する焼結鉱を安定して製造するために、事前処理として焼結原料を造粒する際に、第１被覆層および第２被覆層を有する擬似粒子を得ることができる造粒方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ドワイトロイド式焼結機を用いて焼結鉱を製造するプロセスの事前処理として、焼結原料をドラムミキサーを用いて造粒するに際し、粉鉱石およびSiＯ₂含有副原料粉をドラムミキサーに装入して造粒し、得られた擬似粒子にCaＯ含有副原料粉および固体燃料粉を添加してさらに造粒する焼結原料の造粒方法において、粉鉱石およびSiＯ₂含有副原料粉に混入したコークス粉末の混入量が、粉鉱石およびSiＯ₂含有副原料粉の合計質量に対して 1.5質量％以下であり、前記擬似粒子に前記 Ca Ｏ含有副原料粉および前記固体燃料粉を添加してさらに 10 〜 90 秒造粒する焼結原料の造粒方法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の具体的な実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の造粒工程の例を示す系統図である。本発明では、粉鉱石１およびSiＯ₂含有副原料粉２をドラムミキサー５に装入する。さらに必要に応じて適量の水分を添加する。こうしてドラムミキサー５を用いて粉鉱石１とSiＯ₂含有副原料粉２を造粒する。得られた擬似粒子７は、図３に示すように、核鉱石９の表面に微細鉱石粉末10とSiＯ₂含有副原料粉２からなる第１被覆層11が形成される。
【００１９】
この第１被覆層11を有する擬似粒子７にCaＯ含有副原料粉３および固体燃料粉４を添加して、さらに造粒する。その際、図１に示すようにドラムミキサー５の排出口近傍にCaＯ含有副原料粉３および固体燃料粉４を添加しても良いし、あるいは図２に示すように、ドラムミキサー５の後段にドラムミキサー６を個別に配置して、第１被覆層11を有する擬似粒子７にCaＯ含有副原料粉３および固体燃料粉４を後段のドラムミキサー６に装入して造粒しても良い。
【００２０】
このようにして第１被覆層11の外側に、CaＯ含有副原料粉３と固体燃料粉４からなる第２被覆層12が形成される。その結果、図３に示すように、核鉱石９の表面に第１被覆層11が形成され、第１被覆層11の外側に第２被覆層12が形成される。
この第１被覆層11と第２被覆層12を有する擬似粒子７をドワイトロイド式焼結機で焼結すると、第２被覆層12中に含有されるCaＯ含有副原料粉３によって、強度の高いカルシウムフェライト相13と被還元性の高いヘマタイト相14の生成量が増加し、図４に示すようなカルシウムフェライト相13の基地にヘマタイト相14を分散させた組織を有する焼結鉱が安定して得られる。このような組織を有する焼結鉱は、前記した通り、被還元性に優れ、かつ冷間強度の高い焼結鉱である。また第２被覆層12中に含有される固体燃料粉４によって、焼結時の燃焼性を改善してコークス比の低減を図り、焼結鉱の被還元性を向上させることができる。
【００２１】
しかも擬似粒子７に第１被覆層11と第２被覆層12を形成することによって、粒子径が増大して、焼結時の冷間の通気性が向上する。また第２被覆層12にCaＯ含有副原料粉３を含有させることによって、焼結時に生成する融液の流動性が改善され、熱間の通気性が向上する。その結果、ドワイトロイド式焼結機の生産性が向上し、かつ得られた焼結鉱の歩留りが向上する。
【００２２】
ここで擬似粒子７の粒子径の増大について説明する。各種の焼結原料に水を添加してドラムミキサーで造粒する場合には、焼結原料と水との濡れ性が擬似粒子７の粒子径に多大な影響を及ぼす。つまり濡れ易い焼結原料を造粒すると擬似粒子７の粒子径は増大するが、濡れ難い焼結原料を造粒しても擬似粒子７は成長しない。ドワイトロイド式焼結機のパレット上の原料層は擬似粒子７の充填層であるので、擬似粒子７の粒子径が大きいほど通気性が改善され、ドワイトロイド式焼結機の生産性が向上し、かつ焼結鉱の歩留りが向上することになる。
【００２３】
濡れ性を評価する指標として、接触角が広く知られている。接触角は、図８に示すように、表面を研摩した試料20に水滴19を滴下した状態で、水滴19の周縁部における水滴19表面の接線と試料20表面とのなす角θである。接触角θが小さいほど濡れ性に優れていることを示している。
そこで図９に示す実験装置を用いて、焼結原料の濡れ性を調査した。すなわち直径25mm，長さ250mm のガラス管21の下端の開口部をガーゼ22で覆い、次いでガラス管21内に焼結原料の粉体23を充填した後、ガラス管21の下端から２mmの位置まで水24中に浸漬した。このようにして水24が、ガラス管21内に充填された粉体23の間隙に浸透して上昇する高さ（以下、浸透高さという）を測定した。
【００２４】
なお実験を行なうにあたって粉体23として、最も広く使用される焼結原料の鉄鉱石，コークス，石灰石について浸透高さを測定した。その結果は、図10に示す通りである。
浸透高さｈ（cm）と接触角θ（°）は下記の (1)式の関係を有するから、浸透高さｈの測定値を用いて接触角θを算出した。
【００２５】
ｈ＝〔（φＲγ× cosθ）／（２η）〕^1/2×ｔ^1/2 ・・・ (1)
ｈ：浸透高さ（cm）
φ：係数（＝ 0.2）
Ｒ：粉体の平均粒径（cm）
γ：水の表面張力（＝ 72.25 dyn／cm）
θ：接触角（°）
η：水の粘度（＝ 0.0089 poise ）
ｔ：時間（秒）
その結果、コークスの接触角θの算出値は84°，石灰石の接触角θの算出値は55°，鉄鉱石の接触角θの算出値は45°であった。つまり鉄鉱石の濡れ性が最も優れており、コークスの濡れ性が最も劣っている。
【００２６】
そこで本発明の造粒方法では、濡れ性に優れた粉鉱石１およびSiＯ₂含有副原料粉２をドラムミキサー５に装入する。さらに必要に応じて適量の水分を添加する。こうしてドラムミキサー５を用いて、まず粉鉱石１とSiＯ₂含有副原料粉２を造粒する。次に、得られた擬似粒子７に、濡れ性の劣るCaＯ含有副原料粉３および固体燃料粉４を添加して、さらに造粒する。
【００２７】
このとき粉鉱石１とSiＯ₂含有副原料粉２に混入したコークス粉末の混入量が、粉鉱石１とSiＯ₂含有副原料粉２の合計質量に対して 1.5質量％を超えると、擬似粒子７の粒子径は成長しない。したがって、粉鉱石１とSiＯ₂含有副原料粉２に混入するコークス粉末の混入量は 1.5質量％以下に制限する。なおコークス粉末は、粉鉱石１やSiＯ₂含有副原料粉２に混入しない（すなわち混入量：０質量％）のが最も好ましい。なお、コークス粉末として説明しているが、通常、固体燃料粉４として使用されるコークス粉も同様に粉鉱石１とSiＯ₂含有副原料粉２に混入する混入量を 1.5質量％以下に制限することは同様である。
【００２８】
また、擬似粒子７にCaＯ含有副原料粉３および固体燃料粉４を添加した後の造粒時間が10秒未満では、第２被覆層12が十分に形成されない。一方、 90秒を超えると、ドラムミキサー５内では転動により、造粒・崩壊が繰り返されて造粒が進行していくために、コークス等の固体燃料粉４が内部に取り込まれ、第１被覆層11内に固体燃料粉４が存在することになる。したがって、擬似粒子７にCaＯ含有副原料粉３および固体燃料粉４を添加した後の造粒時間は10〜90秒の範囲内とする。
【００２９】
【実施例】
図１に示すように、本発明を適用して焼結原料を造粒した。すなわち粉鉱石１およびSiＯ₂含有副原料粉２をドラムミキサー５に装入した。このとき粉鉱石１とSiＯ₂含有副原料粉２に含まれるコークス粉末は、粉鉱石１とSiＯ₂含有副原料粉２の合計質量に対して 0.5質量％であった。さらに適量の水分を添加して造粒した。次に、得られた擬似粒子７にCaＯ含有副原料粉３と固体燃料粉４を添加して、ドラムミキサー５で30秒間造粒した。これを発明例とする。
【００３０】
一方、比較例として、図５に示すように、粉鉱石１，SiＯ₂含有副原料粉２，CaＯ含有副原料粉３および固体燃料粉４をドラムミキサー５に装入した。さらに適量の水分を添加して造粒した。
発明例の擬似粒子７と比較例の擬似粒子７を、それぞれドワイトロイド式焼結機で焼結して、焼結鉱を製造した。その際のドワイトロイド式焼結機の生産率（ ton／hr・ｍ²）、および得られた焼結鉱の歩留り（％），被還元性（％）を調査した。その結果は、図11に示す通りである。なお図11には、ＲＤＩ（すなわち還元粉化性）を併せて示す。
【００３１】
図11から明らかなように、被還元性（％），生産率（ ton／hr・ｍ²），歩留り（％）は、いずれも発明例の方が向上した。
さらに発明例の擬似粒子７と比較例の擬似粒子７から製造した焼結鉱の組織をそれぞれ観察して、カルシウムフェライト相13，ヘマタイト相14，カルシウムシリケート相15およびマグネタイト相16の生成比率を調査した。その結果を表２に示す。
【００３２】
【表２】

【００３３】
表２から明らかなように、発明例は、比較例に比べてヘマタイト相14が増加し、カルシウムフェライト相13，カルシウムシリケート相15およびマグネタイト相16が減少している。したがって発明例では、図４に示すような焼結鉱の組織、すなわちカルシウムフェライト相13の基地に、ヘマタイト相14を分散させて、カルシウムシリケートの生成を抑制した組織が得られた。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、第１被覆層および第２被覆層を有する擬似粒子を得ることができ、その擬似粒子を焼結することによって優れた被還元性を有し、かつ優れた冷間強度を有する焼結鉱を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の造粒工程の例を示す系統図である。
【図２】本発明の造粒工程の他の例を示す系統図である。
【図３】本発明を適用して得られる擬似粒子を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明を適用して得られる焼結鉱の組織を模式的に示す断面図である。
【図５】従来の造粒工程を示す系統図である。
【図６】従来の擬似粒子の例を模式的に示す断面図である。
【図７】従来の焼結鉱の組織の例を模式的に示す断面図である。
【図８】水滴と接触角の関係を模式的に示す側面図である。
【図９】水の浸透高さを測定する実験装置を模式的に示す断面図である。
【図１０】水の浸透高さの推移を示すグラフである。
【図１１】被還元性，歩留り，生産率を示すグラフである。
【符号の説明】
１粉鉱石
２ SiＯ₂含有副原料粉
３ CaＯ含有副原料粉
４固体燃料粉
５ドラムミキサー
６後段のドラムミキサー
７擬似粒子
８給鉱ホッパー
９核鉱石
10 微細鉱石粉末
11 第１被覆層
12 第２被覆層
13 カルシウムフェライト相
14 ヘマタイト相
15 カルシウムシリケート相
16 マグネタイト相
17 気孔
18 副原料粉
19 水滴
20 試料
21 ガラス管
22 ガーゼ
23 粉体
24 水

Claims

ドワイトロイド式焼結機を用いて焼結鉱を製造するプロセスの事前処理として、焼結原料をドラムミキサーを用いて造粒するに際し、粉鉱石およびSiＯ₂含有副原料粉を前記ドラムミキサーに装入して造粒し、得られた擬似粒子にCaＯ含有副原料粉および固体燃料粉を添加してさらに造粒する焼結原料の造粒方法において、前記粉鉱石および前記SiＯ₂含有副原料粉に混入したコークス粉末の混入量が、前記粉鉱石および前記SiＯ₂含有副原料粉の合計質量に対して 1.5質量％以下であり、前記擬似粒子に前記 Ca Ｏ含有副原料粉および前記固体燃料粉を添加してさらに 10 〜 90 秒造粒することを特徴とする焼結原料の造粒方法。