JP7024647B2 - 焼結用原料の造粒方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼結用原料の造粒方法に関する。

焼結鉱の製造方法は概略以下の通りである。まず、焼結鉱の原料となる焼結用原料を所定の比率で配合した後、水とともに造粒する。ここに、焼結用原料は、主原料である鉄含有原料、焼結反応及び成分調整のために必要な副原料、熱源である炭材（固体燃料）、及び返鉱等で構成される。鉄含有原料は、例えば粉鉱石、微粉鉱石等の鉄鉱石、および製鉄ダスト（製鉄ダスト、製鋼ダスト、スケール等）等である。副原料は、石灰石、ドロマイト、転炉スラグ、蛇紋岩、珪石および橄欖岩等である。炭材は、例えばコークス粉および無煙炭等である。

ついで、焼結用原料の造粒物を焼結機の焼結パレットに層状に装入する。ついで、原料充填層の表面から原料充填層中の固体燃料に着火し、原料充填層の上から下の厚み方向に吸引通風する。これによって、原料充填層の燃焼点を順次下層側に移行させ、焼結反応を進行させる。焼成後の焼結パレット内の焼結ケーキは高炉用焼結鉱として適した所定粒度となるように解砕、整粒される。以上の工程により、焼結鉱が作製される。

焼結用原料を造粒物としてから焼結機に装入することで、原料充填層の空隙率及び気孔を大きくすることができる。したがって、原料充填層の通気性が向上するので、焼結鉱の生産性が向上することが期待される。

特許第５６４４９５５号 特開２０１６－７９４６７号公報 特開２０１６－１９１１２２号公報 国際公開第２０１２／１０２２６５号 特開２０１６－３１６７号公報

河内ら／新日本製鐵（株）、鉄と鋼、Ｖｏｌ．９４（２００８）、Ｎｏ．１１、ｐ．１５－２２「最適造粒水分に及ぼす鉄鉱石中微粒子の定量的影響」 芝田ら、資源処理技術、Ｖｏｌ．４０（１９９３）、ｐ．９９－１０４「高濃度スラリーの粘度低減に関する研究」

ところで、近年、鉄鉱石に含まれる鉄分の低下、脈石成分の増加が進行しており、その対策として、選鉱処理によって鉄分を高めた微粉鉱石の使用量を増加させていくことが有効と考えられている。この場合、粉鉱石を核粒子として使用し、粉鉱石に微粉鉱石を付着させることで造粒物を作製する。しかし微粉鉱石は造粒性に劣るため、微粉鉱石の使用量を増加させると、造粒物の粒度が小さくなる。この結果、上述した原料充填層の通気性が低下し、ひいては、焼結鉱の生産性が低下するという問題があった。

このため、非特許文献１には、微粉鉱石の造粒性を改善する技術として、粒度１０μｍ未満の鉄鉱石微粒子をバインダとして使用する技術が開示されている。

本発明者は上記知見についてさらに検討を重ね、鉄鉱石微粒子の作製方法として、鉄鉱石を湿式破砕する方法を見出した（特許文献１、２）。この方法では、鉄鉱石を例えばタワーミルで湿式破砕することで粒度１０μｍ未満の破砕鉱石を含むスラリーを作製する。そして、このスラリーを焼結用原料と混練することで、原料混練物を作製する。ついで、原料混練物を造粒することで、造粒物を作製する。さらに、本発明者は、焼結用原料に添加する破砕鉱石の好ましい質量比が焼結用原料及び破砕鉱石の総質量、すなわち造粒物の総質量に対して３質量％以上７質量％未満であることを見出した（特許文献３）。

ところで、本発明者は、特許文献１～３に開示された技術についてさらに検討を重ねたところ、スラリーを焼結用原料に添加する技術には、以下の問題点があることがわかった。焼結用原料である鉄鉱石は、製鉄所へ入荷後ヤードに一時保管される。その後、鉄鉱石は、適宜焼結工場へと払い出されて造粒ラインに持ち込まれることとなる。ここに、造粒ラインに持ち込まれた鉄鉱石は、ヤード保管中の降雨や、発塵防止の観点から実施される散水等によって、ある程度の水分を保持している。したがって、造粒ラインには、鉄鉱石に含まれる水分が持ち込まれることとなる。以下、造粒ラインに鉄鉱石とともに持ち込まれる水分を「鉱石持込み水分」とも称する。

さらに、特許文献１～３に開示された方法では、焼結用原料にスラリーが添加される。スラリーは、破砕鉱石及び水分を含む。したがって、造粒ラインには、鉱石持込み水分の他、スラリー中の水分が持ち込まれる。以下、スラリーによって造粒ラインに持ち込まれる水分を「スラリー持込み水分」とも称する。なお、スラリーによって焼結用原料に添加される破砕鉱石の質量は、スラリー濃度及びスラリーの添加量によって自動的に決定される。ここに、スラリー濃度は、スラリーの固体濃度である。すなわち、スラリー濃度は、スラリーの総質量に対する破砕鉱石の質量％となる。このように、造粒ラインには、鉱石持込み水分及びスラリー持込み水分が持ち込まれる。

ところで、焼結用原料に添加する水分量が多いほど、造粒物の粒度（厳密には、粒度分布等から求まる平均粒度。平均粒度は例えば粒度の算術平均値（ＪＩＳ－Ｍ８７０６（２００８）付属書Ｊ）となる。）が大きくなる傾向がある。そして、造粒物の粒度が大きいほど、原料充填層の空隙率及び気孔が大きくなる。しかし、水分量が所定値以上となる場合、造粒物の粒度が過剰となり、例えば直径２０ｍｍを超える様な粒子が生成され始める。この様な粗大擬似粒子は、焼結機に充填され焼成工程を経ても粒子中心部まで十分に加熱されず、溶融不足ひいては強度不足の焼成体となり成品歩留を低下させる要因となってしまう。したがって、造粒物の含水量の質量比には適正値が存在する。以下、このような適正値を適正水分割合とも称する。微粉鉱石を配合した造粒物の適正水分割合は、造粒物の総質量に対して９～１２質量％程度であることがわかっている。ここに、適正水分割合は所謂外数で示した。以下の説明における各水分割合は、いずれも外数である。

上述したように、特許文献１～３に開示された方法では、造粒ラインに鉱石持込み水分及びスラリー持込み水分が持ち込まれる。したがって、鉱石持込み水分割合及びスラリー持込み水分割合の合計が適正割合に対して不足している場合には、不足分の水分を造粒ラインに持ち込めば（すなわち、焼結用原料に添加すれば）良い。鉱石持込み水分割合は、造粒物の総質量に対する鉱石持込み水分の質量％である。スラリー持込み水分割合は、造粒物の総質量に対するスラリー持込み水分の質量％である。以下、鉱石持込み水分及びスラリー持込み水分とは別に造粒ラインに持ち込まれる水分を造粒添加水分とも称する。

ここに、微粉鉱石は保水能力が高く、鉄鉱石ヤードから造粒ラインに持ち込まれる時点で他の粉鉱石と比較して水分を多く含んでおり、特に含水割合の多い銘柄では、含水割合は微粉鉱石の総質量に対して１０質量％程度に達している。

本発明者は、特許文献３において、焼結用原料に破砕鉱石を３質量％以上７質量％未満の質量比で添加することが好ましいことを提示した。しかし、適正水分割合及び鉱石持込み水分割合の制約から、焼結用原料に破砕鉱石を好ましい質量比で添加できない場合があった。以下、鉱石持込み水分が６．０質量％となる鉄鉱石及びスラリー濃度が４０質量％であるスラリーを用いて含水割合が１０．５質量％となる造粒物を作製する場合を例としてこの問題を説明する。

なお、この例では、焼結用原料は粉鉱石及び微粉鉱石とする。微粉鉱石に含まれる水分は、微粉鉱石の総質量に対して１０質量％程度に達することが多いが、粉鉱石に含まれる水分は微粉鉱石に比べると少ない。したがって、鉱石持込み水分は１０質量％よりも低く、この例では６質量％となる。

また、この例では、造粒ラインに４．５質量％の水分を持ち込む必要がある。そして、４．５質量％の水分の全てをスラリー持込み水分で賄う場合、焼結用原料に添加される破砕鉱石の質量％は造粒物の総質量に対して概ね３．０質量％程度となる。したがって、破砕鉱石の質量％は、上述した好ましい範囲の下限値となる。しかし、造粒物の含水割合を適正水分割合の範囲内でさらに減らす場合、あるいは、鉱石持込み水分割合が６．０質量％よりも多い場合には、破砕鉱石の添加量は３．０質量％よりも小さくなってしまう。例えば、造粒物の含水割合を１０．０質量％とする場合、焼結用原料に添加される破砕鉱石の質量％は２．７質量％程度となってしまう。そして、鉱石持込み水分割合は、鉄鉱石性状やヤード保管中の天候等にも左右される。さらに、造粒物の含水割合の適正値は、鉄鉱石性状あるいは目標とする造粒物粒径等によって変動する。このため、鉱石持込み水分割合及び造粒物の含水割合の適正値を制御することは困難である。

つまり、適正水分割合及び鉱石持込み水分割合によって、スラリー持込み水分割合の上限値が決まる。したがって、スラリー持込み水分割合が上限値を超えない範囲で、破砕鉱石の添加量を造粒物の総質量に対して３質量％以上７質量％未満とする必要がある。しかし、スラリー濃度が低い場合、このような処理を行うことができない場合があった。特に、鉱石持込み水分割合及び造粒物の含水割合の適正値を制御することは困難であるため、スラリー濃度が低いままでは、破砕鉱石の添加量を造粒物の総質量に対して３質量％以上７質量％未満とできないことが多くなると想定される。

この問題を解決する方法として、スラリー濃度を高めるという方法が挙げられる。上記の例において、造粒物の含水割合をさらに減らす必要がある場合、あるいは、鉱石持込み水分が６．０質量％よりも多い場合には、スラリー濃度を４０質量％よりも大きくすれば良い。

ただし、スラリー濃度を高めた場合、スラリーの流動性が低下する。この場合、スラリーのハンドリング性が著しく低下するという問題があった。そして、スラリーのハンドリング性が低下した場合、例えば、スラリーの製造工程で不具合が生じ、操業が停止する等の問題が生じうる。このような不具合として、上述したタワーミル内でスラリーが目詰まりを起こす、スラリーを一時貯留するタンク内でスラリーが相分離を起こす等が挙げられる。

このような問題を解決する方法として、スラリーの流動性を高めることが挙げられる。スラリーの流動性を高める方法としては、特許文献４、５、非特許文献２に開示されているように、スラリー温度の上昇、スラリーへの添加剤の添加等によってスラリー中の固体粒子間の相互作用力を低下させる方法が知られている。添加剤としては、スラリーのｐＨを適正化するための酸、アルカリ、スラリーの分散性を改善するための分散剤等が挙げられる。しかし、スラリーに添加剤を添加する方法では、スラリーの製造コストを高め、ひいては、造粒物の製造コストを高めてしまう。特に鉄鉱石焼結プロセスの様な大規模処理プロセスでは多量の薬品が必要となる為、分散剤の添加等による製造コスト増は望ましくない。また、従来では、スラリーの製造工程で不具合が生じないための適正なスラリー温度については何ら検討がされていなかった。そこで、本発明者がスラリーの温度について検討したところ、単にスラリーの温度を上昇させただけでは、スラリーの製造工程で不具合が生じる場合があることが判明した。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、スラリーのハンドリング性を低コストで高めることが可能な、新規かつ改良された焼結用原料の造粒方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、全焼結用原料のうち、粉鉱石及び微粉鉱石を含む副焼結用原料を造粒する副造粒工程と、全焼結用原料のうち、副焼結用原料以外の主焼結用原料を造粒する主造粒工程と、を含み、副造粒工程は、スラリー製造装置を用いて粒度１０μｍ未満のバインダ用鉄鉱石を含むスラリーを作製するスラリー製造工程と、副焼結用原料と、スラリーとを高速撹拌ミキサーで混練することで、原料混練物を作製する混練物作製工程と、原料混練物を造粒する造粒工程と、を含み、スラリー製造装置は、湿式竪型粉砕機及び湿式横型粉砕機からなる群から選択される何れか１種であり、湿式竪型粉砕機を用いてスラリーを作製する場合、スラリー濃度を４０質量％以上８０質量％未満に調整し、スラリー濃度が４０質量％以上６０質量％以下となる場合、湿式竪型粉砕機内のスラリー温度を２５℃以上８０℃未満に保持し、スラリー濃度が６０質量％超８０質量％未満となる場合、湿式竪型粉砕機内のスラリー温度を４０℃以上８０℃未満に保持し、湿式横型粉砕機を用いてスラリーを作製する場合、スラリー濃度を４０質量％以上６０質量％以下に調整し、かつ、湿式横型粉砕機内のスラリー温度を２５℃以上８０℃未満に保持することを特徴とする、焼結用原料の造粒方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、スラリー製造装置として湿式竪型粉砕機及び湿式横型粉砕機のいずれかを使用し、かつ、スラリー製造装置毎にスラリー濃度及びスラリー温度を調整してスラリーを作製する。このため、スラリーのハンドリング性を高めることができる。すなわち、スラリー製造工程において不具合が生じにくくなる。さらに、添加剤を使用することなくスラリーのハンドリング性を高めることができる。

本発明の実施形態に係る造粒ラインの概要を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．本発明者による検討＞
本発明者は、スラリー濃度と撹拌時間について鋭意検討した結果、本実施形態に係る焼結用原料の造粒方法に想到した。そこで、まず、本発明者が行った検討について説明する。

粉鉱石及び微粉鉱石を焼結用原料として用いて造粒物を作製する場合、粉鉱石は、造粒物の核粒子として機能する。すなわち、粉鉱石のうち、粒度が１ｍｍ以上の粒子が核粒子となり、この核粒子の表面に微粉鉱石が付着する。これにより、造粒物が作製される。ここに、微粉鉱石は造粒性が劣っているので、粒度１０μｍ未満の破砕鉱石をバインダとして使用する。具体的には、破砕鉱石が分散したバインダを粉鉱石及び微粉鉱石に添加する。

ここに、適正水分割合及び鉱石持込み水分割合によって、スラリー持込み水分割合の上限値が決まる。したがって、スラリー持込み水分割合が上限値を超えない範囲で、破砕鉱石の添加量を造粒物の総質量に対して３質量％以上７質量％未満とする必要がある。しかし、スラリー濃度が低い場合、このような処理を行うことができない場合があった。

この問題を解決する方法として、スラリー濃度を高めることが挙げられる。ただし、スラリー濃度を高めた場合、スラリーの流動性が低下する。ただし、スラリー濃度を高めた場合、スラリーの流動性が低下する。この場合、スラリーのハンドリング性が著しく低下するという問題があった。そして、スラリーのハンドリング性が低下した場合、例えば、スラリーの製造工程で不具合が生じ、操業が停止する等の問題が生じうる。

このような問題を解決する方法として、スラリーの流動性を高めることが挙げられる。スラリーの流動性を高める方法としては、特許文献４、５、非特許文献２に開示されているように、スラリー温度の上昇、スラリーへの添加剤の添加等によってスラリー中の固体粒子間の相互作用力を低下させる方法が知られている。しかし、スラリーに添加剤を添加する方法では、スラリーの製造コストを高め、ひいては、造粒物の製造コストを高めてしまう。また、単にスラリーの温度を上昇させただけでは、スラリーの製造工程で不具合が生じる場合があった。

そこで、本発明者は、スラリーの製造工程で不具合を生じさせないためのスラリー温度、さらにはスラリー製造装置について詳細に検討を重ね、本実施形態に係る焼結用原料の造粒方法に想到した。以下、本実施形態について詳細に説明する。

＜２．焼結鉱製造システムの構成＞
まず、図１に基づいて、本実施形態に係る焼結鉱製造システム１の構成について説明する。焼結鉱製造システム１は、主造粒ライン１０、副造粒ライン２０、及び焼結機３０を備える。なお、図１では副造粒ライン２０は１本であるが、副造粒ライン２０は複数用意されても良い。

主造粒ライン１０は、全焼結用原料のうち、主焼結用原料を造粒することで、主造粒物を作製するラインである。ここに、焼結用原料は、主原料である鉄含有原料、焼結反応及び成分調整のために必要な副原料、熱源である炭材（固体燃料）、及び返鉱等で構成される。鉄含有原料は、例えば粉鉱石、微粉鉱石等の鉄鉱石、および製鉄ダスト（製鉄ダスト、製鋼ダスト、スケール等）等である。副原料は、石灰石、ドロマイト、転炉スラグ、珪石および橄欖岩等である。炭材は、例えばコークス粉および無煙炭等である。

粉鉱石は、例えば粒度が１０ｍｍ未満となる鉄鉱石である。粉鉱石の平均粒度は２～３ｍｍ程度であってもよい。平均粒度は、例えば粒度の算術平均値である。もちろん、本実施形態に適用可能な粉鉱石はこの例に限られず、焼結鉱の分野において粉鉱石と称される鉄鉱石は全て本実施形態に適用可能である。なお、本実施形態における粒度は、篩によって測定される。粒度は、目開きの異なる篩によって測定される。例えば、焼結用原料を目開きがＸｍｍの篩に掛けた場合に、篩に残った粒子の粒度はＸｍｍ以上となり、篩から落ちた粒子の粒度はＸｍｍ未満となる。

微粉鉱石は、例えば粒度が１０μｍ以上１００μｍ未満程度となる鉄鉱石である。上述したように、微粉鉱石は造粒性に劣っている。このため、本実施形態では、バインダ用鉄鉱石（詳細は後述するが、例えば破砕鉱石）によって微粉鉱石を強固に粉鉱石に付着させる。

主焼結用原料は、全焼結用原料のうち、後述する副焼結用原料以外の焼結用原料を意味する。詳細は後述するが、副焼結用原料は、例えば粉鉱石及び微粉鉱石を含む。さらに、副焼結用原料は、微粉鉱石を、副焼結用原料の総質量に対して５０～８５質量％含む。したがって、これら以外の焼結用原料が主焼結用原料となる。主焼結用原料の質量％は、全焼結用原料の総質量に対して５０質量％よりも大きくなることが好ましい。

主造粒ライン１０は、ドラムミキサー１１、１２を備える。ここに、主造粒ライン１０にドラムミキサー１１、１２を配置したのは、ドラムミキサー１１、１２は単位時間当りの処理量が大きいからである。主造粒ライン１０を用いた主焼結用原料の造粒方法は従来の造粒方法と同様であれば良い。すなわち、ドラムミキサー１１には、主焼結用原料が投入される。主焼結用原料には、主焼結用原料の造粒性を改善するためのバインダとして生石灰を添加しても良い。これにより、主造粒物の粒度が大きくなり、ひいては、原料充填層の通気性が向上する。また、主焼結用原料には、原料充填層の通気性を悪化させない程度に微粉鉱石を添加しても良い。主焼結用原料に対する微粉鉱石の添加量は、主焼結用原料の総質量に対して概ね１０質量％未満程度としてもよい。

ドラムミキサー１１は、主焼結用原料及び添加物を水分とともに混練する。ドラムミキサー１２は、ドラムミキサー１１から排出された主焼結用原料の混練物を造粒することで、主造粒物を作製する。以上の工程により、主焼結用原料を造粒する。このように、ドラムミキサー１１（１次ミキサー）は主焼結用原料を混練する機能を担い、ドラムミキサー１２（２次ミキサー）は主焼結用原料を造粒する機能を担う。

ここに、ドラムミキサー１１、１２は、焼結用原料の造粒に使用されるものであればどのようなものであってもよい。また、本実施形態では、ドラムミキサー１１、１２によって主焼結用原料を造粒することとしたが、主焼結用原料を造粒することができる装置であればどのような装置を用いても良い。

副造粒ライン２０は、全焼結用原料のうち、副焼結用原料を造粒することで、副造粒物を作製するラインである。ここに、副焼結用原料は、例えば粉鉱石及び微粉鉱石を含む。副焼結用原料は、微粉鉱石を、副焼結用原料の総質量に対して５０～８５質量％含むことが好ましい。つまり、微粉鉱石が副焼結用原料の過半を占めることが好ましい。このように、比較的造粒し難い鉄鉱石を主造粒ライン１０から分離して造粒することで、造粒を効率的に行うことができる。つまり、造粒しにくい微粉鉱石を副造粒ライン２０に集中させることで、スラリーの添加を副造粒ライン２０のみで行えばよいことになる。

副焼結用原料には、バインダ用鉄鉱石を含むスラリーが添加される。ここに、バインダ用鉄鉱石は、粒度が１０μｍ未満の鉄鉱石であり、例えば上述した破砕鉱石である。破砕鉱石を含むスラリーは、例えば特許文献１、２に開示された製造方法によって作製可能である。

副焼結用原料は、微粉鉱石を含むので、造粒性が劣る。そこで、バインダ用鉄鉱石を含むスラリーを副焼結用原料に添加することで、副焼結用原料の造粒性を高める。つまり、バインダ用鉄鉱石は、核粒子である粉鉱石の表面に付着し、さらに、粉鉱石と微粉鉱石、あるいは微粉鉱石同士を結着させる。

ここに、スラリー濃度は４０質量％以上８０質量％未満であることが好ましい。上述したように、副焼結用原料は微粉鉱石を含むので、副焼結用原料の鉱石持込み水分割合は多い。このため、スラリー濃度は比較的高い値、すなわち４０質量％以上とされることが好ましい。これにより、バインダ用鉄鉱石の添加量を３質量％以上７質量％未満とすることができる。ここに、副焼結用原料の鉱石持込み水分割合は、副造粒物の総質量に対する鉱石持込み水分の質量％である。本実施形態において、各水分割合は所謂外数となる。バインダ用鉄鉱石の添加量の質量％は、副造粒物の総質量に対する質量％となる。スラリー濃度が４０質量％未満となる場合、スラリー中に占めるバインダ用鉄鉱石の割合が少なく、バインダ用鉄鉱石の添加量を３質量％以上７質量％未満とすることが困難となる。また、スラリー濃度が８０質量％以上となる場合、スラリーは、スラリーとしての流動性をほぼ失い固体に近い状態となる、流動性がいわゆる流動限界値に達すると判断される為である。なお、本発明者は、鉄鉱石を湿式破砕することでスラリーを作製し、スラリー濃度を検証した。この結果、本発明者は、幾つかの鉄鉱石種において概ね同等の８０質量％程度の濃度で流動性が失われたことを確認した。

ここに、スラリー濃度及びスラリー添加量は以下の工程で決定される。すなわち、副造粒物の含水割合（副造粒物の総質量に対する水分の質量％）を決定する。例えば、副造粒物１００ｋｇに対して含水量が１０ｋｇとなる場合、含水割合は１０質量％となる。副造粒物の含水割合は、副造粒物の総質量に対して９～１２質量％程度とされることが好ましい。

ついで、鉱石持込み水分割合を特定する。ついで、副造粒物の含水割合と鉱石持込み水分割合の差分をスラリー持込み水分割合の上限値とする。鉱石持込み水分割合は、副造粒物の総質量に対する鉱石持込み水分の質量％である。スラリー持込み水分割合は、副造粒物の総質量に対するスラリー持込み水分の質量％である。ついで、スラリー持込み水分割合が上限値を超えず、かつ、バインダ用鉄鉱石の添加量が副造粒物の総質量に対して３．０質量％以上７．０質量％未満となるように、スラリー濃度及びスラリー添加量を決定する。スラリー持込み水分では副造粒物の水分が不足する場合、別途水分を副焼結用原料に添加しても良い。また、バインダとして生石灰をさらに副焼結用原料に添加しても良い。また、副焼結用原料及び生石灰だけでは焼結反応時に融液源となるＣａ分や熱源となるＣ分に乏しい場合、融液源及び熱源を補填するために、副原料やダストやスラグ類を副焼結用原料に添加しても良い。

副造粒ライン２０は、高速撹拌ミキサー２１、パンペレタイザ２２、スラリー製造装置２３、及び貯留タンク２４を備える。スラリー製造装置２３は、上述したスラリーを作製する装置である。スラリー製造装置２３は、湿式竪型粉砕機及び湿式横型粉砕機からなる群から選択される何れか１種である。湿式竪型粉砕機は、例えば特許文献１、２に開示されているタワーミルである。湿式竪型粉砕機の詳細な構成は特許文献１、２に開示されているとおりであるが、概要は以下のとおりである。なお、湿式竪型粉砕機の構成は以下の内容に限定されるものではない。湿式竪型粉砕機は、竪型の円筒容器と、円筒容器内に設けられる粉砕部とを備える。円筒容器の中心軸と鉛直軸とのなす角度は４５°未満である。粉砕部は、円筒容器の中心軸方向に伸びる回転軸と、回転軸の周面に設けられるスクリュー翼とを備える。また、円筒容器内には、粉砕用の媒体である多数の鋼球が装入されている。

そして、円筒容器内に水及び鉄鉱石が装入される。そして、粉砕部の回転軸が回転することで、鉄鉱石が鋼球とともに撹拌される。これにより、鉄鉱石が粉砕される。鉄鉱石は、粒度が１０μｍ未満となるまで粉砕される。これにより、上述したスラリーが作製される。

円筒容器に隣接する位置には、水簸槽が設けられている。水簸槽にはスラリーが導入される。そして、スラリー中の鉄鉱石のうち、粒度が大きい（すなわち、粒度が１０μｍ以上となる）鉄鉱石は、水簸槽の底面から排出され、円筒容器の下端部から円筒容器に戻される。すなわち、水簸槽では、鉄鉱石を重力によって分級する。具体的には、水簸槽の底面と円筒容器の下端部とが配管で連結されており、粒度が大きい鉄鉱石は、この配管を通って円筒容器に戻される。配管には、ポンプが設置されており、ポンプによる圧力で鉄鉱石が配管内を流動する。粒度が大きい鉄鉱石は、円筒容器内で再度粉砕される。

水簸槽に隣接する位置には、サイクロンが設けられている。サイクロンには、水簸槽から排出されたスラリーが導入される。サイクロンに導入されるスラリーには、粒度が小さい（すなわち、粒度が１０μｍ未満となる）鉄鉱石が多く含まれるが、粒度が大きい鉄鉱石も多少含まれる。そこで、サイクロンでは、さらに鉄鉱石の分級を行う。粒度が大きい鉄鉱石は、サイクロンの底面から排出され、水簸槽の上端部から水簸槽に戻される。具体的には、サイクロンの底面と水簸槽の上端部とが配管で連結されており、粒度が大きい鉄鉱石は、この配管を通って水簸槽に戻される。配管には、ポンプが設置されており、ポンプによる圧力で鉄鉱石が配管内を流動する。粒度が大きい鉄鉱石は、水簸槽を介して円筒容器に戻され、円筒容器内で再度粉砕される。サイクロンの上方からは、粒度が小さい鉄鉱石を含むスラリーが排出される。サイクロンの上方から排出されたスラリーは、貯留タンク２４に一時的に貯留される。

一方、湿式横型粉砕機は、湿式横型ボールミルとも称されるものであり、鉄鉱石を湿式粉砕する粉砕機として広く使用されているものである。すなわち、湿式横型粉砕機は、横型の円筒容器を備える。この円筒容器は、中心軸を回転軸として回転可能となっている。また、中心軸と鉛直軸とのなす角度は４５°以上９０°以下となる。円筒容器内には、粉砕用の媒体である多数の鋼球が装入されている。そして、円筒容器内に水及び鉄鉱石が装入される。そして、円筒容器自体が回転することで、鉄鉱石が鋼球とともに撹拌される。これにより、鉄鉱石が粉砕される。鉄鉱石は、粒度が１０μｍ未満となるまで粉砕される。これにより、上述したスラリーが作製される。湿式横型粉砕機から排出されたスラリーは、貯留タンク２４に一時的に貯留される。詳細は後述するが、湿式横型粉砕機で作製されるスラリーの濃度は、４０質量％以上６０質量％以下に調整される。スラリー濃度が６０質量％を超えると、スラリーの製造工程で不具合が生じる。

そこで、湿式横型粉砕機でスラリー濃度が６０質量％超のスラリーを作製したい場合、湿式横型粉砕機の出側に濃縮装置を設ければ良い。濃縮装置は、スラリー中の水分を蒸発させる装置である。濃縮装置は、この機能を有する装置であればどのような装置であっても良い。そして、濃縮装置によってスラリー濃度を高めた後に、スラリーを貯留タンク２４に貯留する。

貯留タンク２４は、スラリー製造装置２３から排出されたスラリーを一時的に貯留するタンクである。貯留タンク２４からは、必要量のスラリーが切り出され、副造粒ライン２０に供給される。貯留タンク２４は、スラリー内の鉄鉱石（すなわち、バインダ用鉄鉱石）の分散状態を維持するための攪拌装置が内蔵されていても良い。

本発明者は、スラリーの製造工程で不具合を生じさせないためのスラリー温度、さらにはスラリー製造装置について詳細に検討を重ねた。この結果、スラリー製造装置が湿式竪型粉砕機となる場合、スラリー濃度及びスラリー温度によってスラリーのハンドリング性が変動することを見出した。具体的には、湿式竪型粉砕機を用いてスラリーを作製する場合、スラリー濃度を４０質量％以上８０質量％未満に調整する。

さらに、スラリー濃度が４０質量％以上６０質量％以下となる場合、湿式竪型粉砕機内のスラリー温度を２５℃以上８０℃未満に保持する。スラリー温度が８０℃以上になると、貯留タンク２４内でスラリー内の水分が過剰に蒸発するので、バインダ用鉄鉱石と水分との相分離が生じる可能性がある。この結果、貯留タンク２４内でスラリーの粘性が著しく増加するので、貯留タンク２４の出口、あるいは貯留タンク２４と高速撹拌ミキサー２１とを連結する配管内で目詰まりが生じてしまう可能性がある。また、当該配管内のスラリーは、当該配管に設置されたポンプによる圧力によって流動するが、当該ポンプを駆動するために多大な電力が必要となる可能性がある。また、ポンプ自体にも目詰まりが発生する可能性がある。その他、配管の先端のノズル（高速撹拌ミキサー２１にスラリーを導入する部分）にも目詰まりが発生する可能性がある。また、貯留タンク２４内の攪拌装置を駆動するために多大な電力が必要となる可能性がある。このように、スラリー温度が７０℃を超えると、スラリーの製造工程で不具合が生じる可能性がある。スラリー温度の上限値は７０℃以下であることが好ましい。一方、下限値である２５℃は所謂室温状態を意味する。これより低い温度でスラリーを管理すると、スラリーの粘性が著しく高くなるので、上記と同様の問題が生じる可能性がある。

また、スラリー濃度が６０質量％超８０質量％未満となる場合、湿式竪型粉砕機内のスラリー温度を４０℃以上８０℃未満に保持する。すなわち、スラリー濃度が高い場合、スラリー温度を上記よりも高めに保持する。スラリー温度が８０℃以上となる場合の問題点は上述したとおりである。スラリー温度の上限値は７０℃以下であることが好ましい。スラリー温度が４０℃未満となる場合、スラリーの粘性が増大し、円筒容器の内壁あるいは粉砕部に大量の鉄鉱石が付着する。そして、この鉄鉱石がバインダとなって鋼球が円筒容器の内壁あるいは粉砕部に付着する。この結果、スラリーの収率が著しく低下するか、鉄鉱石の粉砕がほとんどできなくなる可能性がある。また、スラリーが各配管内で目詰まりを起こす可能性がある。このように、スラリー温度が４０℃未満となる場合、スラリーの製造工程で不具合が生じる可能性がある。

ここに、湿式竪型粉砕機内のスラリー温度は、より具体的には、円筒容器内のスラリー温度である。円筒容器内のスラリー温度は、円筒容器内に温度計を設置することで測定可能である。また、スラリー温度を調整する（多くの場合、高める）方法は特に制限されないが、例えば、湿式竪型粉砕機に投入される水の温度を調整する方法、円筒容器内に高温の蒸気を吹き込む方法、蒸気配管を湿式竪型粉砕機内の各構成に巻きつけ、蒸気配管に高温の蒸気を流通させる方法等が挙げられる。これらの方法を用いて、測定温度を目標温度に一致させれば良い。

一方、湿式横型粉砕機を用いてスラリーを作製する場合、スラリー濃度を４０質量％以上６０質量％以下に調整し、かつ、湿式横型粉砕機内のスラリー温度を２５℃以上８０℃未満に保持する。スラリー温度の上限値は７０℃以下であることが好ましい。

スラリー濃度が６０質量％を超える場合、スラリー温度を高温に（例えば７０℃程度に）維持しても、スラリーの製造工程で不具合が生じる可能性がある。具体的には、スラリーの粘性が増大し、円筒容器の内壁に大量の鉄鉱石が付着する。そして、この鉄鉱石がバインダとなって鋼球が円筒容器の内壁に付着する。この結果、スラリーの収率が著しく低下するか、鉄鉱石の粉砕がほとんどできなくなる可能性がある。このように、スラリー濃度が６０質量％を超える場合、スラリーの製造工程で不具合が生じる可能性がある。

また、湿式横型粉砕機内のスラリー温度が８０℃以上となる場合の問題点は湿式竪型粉砕機と同様である。

ここに、湿式横型粉砕機内のスラリー温度は、より具体的には、円筒容器内のスラリー温度である。円筒容器内のスラリー温度は、円筒容器内に温度計を設置することで測定可能である。また、スラリー温度を調整する（多くの場合、高める）方法は湿式竪型粉砕機と同様である。これらの方法を用いて、測定温度を目標温度に一致させれば良い。

高速撹拌ミキサー２１は、内部に撹拌羽根（アジテータ）やそれに類する機構を有しており、試料に大きな混合、撹拌、せん断力を作用させるミキサーである。通常、攪拌羽根（アジテータ）の周速は、３～３０ｍ／秒に調整される（遊佐郁生：『粉体技術の基礎と応用』、化学装置９月号別冊、工業通信社、２００５年）。高速撹拌ミキサー２１としては、例えば、ミキサー容器と内部の撹拌羽根（アジテータ）が、それぞれ逆方向に回転することで大きな混合撹拌力を発生させる竪型の高速撹拌ミキサー（日本アイリッヒ社製）等が挙げられる。また、高速撹拌ミキサー２１の他の例として、レディゲミキサー／プロシェアミキサー（太平洋機工社製）、ダウミキサー等が挙げられる。もちろん、高速撹拌ミキサー２１はこれらの例に限られず、焼結鉱の分野において高速撹拌ミキサーと称されるものであれば本実施形態に適用可能である。副焼結用原料は、微粉鉱石を多量に含むため、比表面積が大きく、造粒されにくい。このため、ドラムミキサーでは副焼結用原料を十分混練することができない場合がある。そこで、本実施形態では、副焼結用原料を混練する装置として、高速撹拌ミキサー２１を使用する。

高速撹拌ミキサー２１の駆動方式は、バッチ式であっても、連続式であっても良い。高速撹拌ミキサー２１がバッチ式となる場合、以下の処理が行われる。すなわち、ミキサー投入口に原料（ここでは、副焼結用原料及び添加物）を投入し、蓋をする。ついで、高速撹拌ミキサー２１内で原料が混合される。そして、混合後の原料が同じミキサー投入口から排出される。

高速撹拌ミキサー２１が連続式となる場合、以下の処理が行われる。すなわち、混練前の原料（すなわち、副焼結用原料及び添加物）が高速撹拌ミキサー２１の一端、例えば上部から投入され、もう一端、例えば底部から排出される。

パンペレタイザ２２は、高速撹拌ミキサー２１から排出された原料混練物を造粒することで、副造粒物を作製する。なお、原料混練物を造粒できる装置はパンペレタイザ２２に限られない。すなわち、原料混練物を造立できる装置であれば、どのような装置であっても良い。

副造粒物が作製された後、副造粒ライン２０は、主造粒ライン１０と合流する。これにより、主造粒物に副造粒物が混合される。その後、主造粒物及び副造粒物は焼結機３０に装入される。焼結機３０は、主造粒物及び副造粒物を焼成することで、焼結鉱を作製する。

＜３．焼結用原料の造粒方法＞
つぎに、上述した焼結鉱製造システム１を用いた焼結用原料の造粒方法について説明する。焼結用原料の造粒方法は、主焼結用原料を造粒する主造粒工程と、副焼結用原料を造粒する副造粒工程とを含む。主造粒工程は主造粒ライン１０で行われ、副造粒工程は副造粒ライン２０で行われる。主造粒工程は、従来と同様であればよい。

副造粒工程は、スラリー製造装置を用いて粒度１０μｍ未満のバインダ用鉄鉱石を含むスラリーを作製するスラリー製造工程と、副焼結用原料及びスラリーとを高速撹拌ミキサーで混練することで、原料混練物を作製する混練物作製工程と、原料混練物を造粒する造粒工程とを含む。ここに、スラリーは、上述したバインダ用鉄鉱石を含む。

上記各工程を行う前に、スラリー濃度及びスラリー添加量を決定する。すなわち、副造粒物の含水割合を決定する。副造粒物の含水割合は、副造粒物の総質量に対して９～１２質量％程度とされることが好ましい。

ついで、鉱石持込み水分割合を特定する。ついで、副造粒物の含水割合と鉱石持込み水分割合の差分をスラリー持込み水分割合の上限値とする。ついで、スラリー持込み水分割合が上限値を超えず、かつ、バインダ用鉄鉱石の添加量が副造粒物の総質量に対して３．０質量％以上７．０質量％未満となるように、スラリー濃度及びスラリー添加量を決定する。スラリー持込み水分では副造粒物の水分が不足する場合、別途水分を副焼結用原料に添加しても良い。

ついで、スラリー製造工程、混練物作製工程、及び造粒工程を順次行う。ここに、スラリー製造装置は、湿式竪型粉砕機及び湿式横型粉砕機からなる群から選択される何れか１種である。そして、湿式竪型粉砕機を用いてスラリーを作製する場合、スラリー濃度を４０質量％以上８０質量％未満に調整する。さらに、スラリー濃度が４０質量％以上６０質量％以下となる場合、湿式竪型粉砕機内のスラリー温度を２５℃以上８０℃未満に保持し、スラリー濃度が６０質量％超８０質量％未満となる場合、湿式竪型粉砕機内のスラリー温度を４０℃以上８０℃未満に保持する。一方、湿式横型粉砕機を用いてスラリーを作製する場合、スラリー濃度を４０質量％以上６０質量％以下に調整し、かつ、湿式横型粉砕機内のスラリー温度を２５℃以上８０℃未満に保持する。

以上により、本実施形態によれば、スラリー製造装置として湿式竪型粉砕機及び湿式横型粉砕機のいずれかを使用し、かつ、スラリー製造装置毎にスラリー濃度及びスラリー温度を調整してスラリーを作製する。このため、スラリーのハンドリング性を高めることができる。すなわち、スラリー製造工程において不具合が生じにくくなる。さらに、添加剤を使用することなくスラリーのハンドリング性を高めることができる。

本実施例では、豪州産ピソライト系鉄鉱石を用いてスラリーを作製する試験を行った。そして、スラリー作製時のハンドリング性を評価した。本実施例では、湿式竪型粉砕機として、日本アイリッヒ社製のタワーミルを準備した。また、湿式横型粉砕機として、湿式横型ボールミルを準備した。

＜１．貯留タンク内の沈殿試験＞
湿式竪型粉砕機を用いてスラリー濃度が４０、５０、６０、７０、８０質量％となるスラリーを準備した。そして、各濃度のスラリーを貯留タンク２４内に貯留した。そして、貯留タンク２４内のスラリー温度を２５、４０、５０、６０、７０、８０℃に調整し、貯留タンク２４内でのハンドリング性を評価した。なお、貯留タンク２４に蒸気配管を巻きつけ、この蒸気配管によってスラリー温度を調整した。

スラリー温度が７０℃以下となる場合、スラリー濃度に関わらず、スラリーのハンドリング性で特に問題は生じなかった。

一方、スラリー温度が８０℃となる場合、スラリーのハンドリング性に問題が生じた。具体的には、貯留タンク２４内でスラリー内の水分が過剰に蒸発し、バインダ用鉄鉱石と水分との相分離が生じた。この結果、貯留タンク２４内でスラリーの粘性が著しく増加し、貯留タンク２４内がドロドロになった。このため、貯留タンク２４の出口、あるいは貯留タンク２４と高速撹拌ミキサー２１とを連結する配管内で目詰まりが生じてしまう懸念が生じた。さらに、当該配管内のスラリーは、当該配管に設置されたポンプによる圧力によって流動するが、当該ポンプを駆動するために多大な電力が必要となる懸念が生じた。貯留タンク２４内の攪拌装置への供給電力を大きくすることで、多少の改善は見られたが、スラリー温度が７０℃以下となる場合に比べて消費電力が著しく増大した。この現象は、スラリー濃度が４０質量％となる場合であっても確認できた。この結果、スラリー製造装置の種類に関わらず、スラリー温度は２５℃以上、８０℃未満、好ましくは７０℃以下に調整する必要があることが判明した。

＜２．スラリー粉砕性評価試験＞
湿式竪型粉砕機及び湿式横型粉砕機を用いてスラリーを作製し、スラリー作製時のハンドリング性を評価した。具体的には、各粉砕機に投入する鉄鉱石及び水の配合比を変えることで、スラリー濃度が４０、５０、６０、７０、８０質量％となるスラリーを作製した。また、各粉砕機内のスラリー温度を２５、４０、５０、６０、７０℃に調整した。スラリー温度は、各粉砕機に加熱した水を投入し、かつ、各粉砕機の円筒容器内に高温の蒸気を吹き込むことで調整した。なお、スラリー温度が２５℃でハンドリング性に問題がなかった場合、それ以上での温度での試験は割愛した。温度が高いほどハンドリング性が良好になると言えるためである。

まず、湿式竪型粉砕機について検証した。スラリー濃度が４０質量％以上６０質量％以下となる場合、スラリー温度によらず、ハンドリング性に問題は生じなかった。一方、スラリー濃度が７０質量％となり、かつスラリー温度が２５℃となる場合、ハンドリング性に問題が生じた。具体的には、スラリーの粘性が増大し、円筒容器の内壁及び粉砕部に大量の鉄鉱石が付着した。そして、この鉄鉱石がバインダとなって鋼球が円筒容器の内壁あるいは粉砕部に付着した。この結果、鉄鉱石の粉砕がほとんどできなくなった。この現象は、スラリー温度が４０℃以上となる場合には確認されなかった。スラリー濃度が８０質量％となる場合、スラリー温度に関わらず、ハンドリング性に問題が生じた。

したがって、スラリー濃度は４０質量％以上８０質量％未満とする必要が有ることが判明した。さらに、スラリー濃度が４０質量％以上６０質量％以下となる場合、湿式竪型粉砕機内のスラリー温度を２５℃以上８０℃未満に保持し、スラリー濃度が６０質量％超８０質量％未満となる場合、湿式竪型粉砕機内のスラリー温度を４０℃以上８０℃未満に保持する必要が有ることが判明した。

つぎに、湿式横型粉砕機について検証した。スラリー濃度が４０質量％以上６０質量％以下となる場合、スラリー温度によらず、ハンドリング性に問題は生じなかった。しかし、スラリー濃度が７０質量％となる場合、スラリー温度を７０℃としてもハンドリング性に問題が生じた。具体的には、スラリーの粘性が増大し、円筒容器の内壁及び粉砕部に大量の鉄鉱石が付着した。そして、この鉄鉱石がバインダとなって鋼球が円筒容器の内壁あるいは粉砕部に付着した。この結果、鉄鉱石の粉砕がほとんどできなくなった。したがって、スラリー濃度を４０質量％以上６０質量％以下に調整し、かつ、湿式横型粉砕機内のスラリー温度を２５℃以上８０℃未満に保持する必要があることが判明した。

＜３．スラリー輸送性確認試験＞
貯留タンク２４と高速撹拌ミキサー２１とを連結する配管内での輸送性を確認したが、上述した各試験でハンドリング性に問題がなかった条件では、輸送性にも問題は生じなかった。つまり、配管内等での目詰まり、ポンプへの供給電力の過剰な増大等は確認されなかった。上記の結果を表１にまとめて示す。表１中、「○」はハンドリング性に問題がなかったことを意味し、「×」はハンドリング性に問題があったことを示す。また、「－」は、試験結果が予測できるという理由（例えば、より低いスラリー温度でハンドリング性に問題がなかった、より低いスラリー濃度でハンドリング性に問題があったという理由）により試験を行わなかったことを意味する。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１ 焼結鉱製造システム
１０ 主造粒ライン
１１、１２ ドラムミキサー
２０ 副造粒ライン
２１ 高速撹拌ミキサー
２２ パンペレタイザ
２３ スラリー製造装置
２４ 貯留タンク

Claims (1)

1. 全焼結用原料のうち、粉鉱石及び微粉鉱石を含む副焼結用原料を造粒する副造粒工程と、
   前記全焼結用原料のうち、前記副焼結用原料以外の主焼結用原料を造粒する主造粒工程と、を含み、
   前記副造粒工程は、スラリー製造装置を用いて粒度１０μｍ未満のバインダ用鉄鉱石を含むスラリーを作製するスラリー製造工程と、
   前記副焼結用原料と、前記スラリーとを高速撹拌ミキサーで混練することで、原料混練物を作製する混練物作製工程と、
   前記原料混練物を造粒する造粒工程と、を含み、
   前記スラリー製造装置は、湿式竪型粉砕機及び湿式横型粉砕機からなる群から選択される何れか１種であり、
   前記湿式竪型粉砕機を用いて前記スラリーを作製する場合、スラリー濃度を４０質量％以上８０質量％未満に調整し、
   前記スラリー濃度が４０質量％以上６０質量％以下となる場合、前記湿式竪型粉砕機内のスラリー温度を２５℃以上８０℃未満に保持し、
   前記スラリー濃度が６０質量％超８０質量％未満となる場合、前記湿式竪型粉砕機内のスラリー温度を４０℃以上８０℃未満に保持し、
   前記湿式横型粉砕機を用いて前記スラリーを作製する場合、スラリー濃度を４０質量％以上６０質量％以下に調整し、かつ、前記湿式横型粉砕機内のスラリー温度を２５℃以上８０℃未満に保持することを特徴とする、焼結用原料の造粒方法。

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