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技術 焼結鉱の製造方法

出願人 JFEスチール株式会社
発明者 宮田浩臣樋口隆英森川泰之栗木陽介
出願日 2012年5月25日 (8年7ヶ月経過) 出願番号 2012-119569
公開日 2013年12月9日 (7年0ヶ月経過) 公開番号 2013-245377
状態 特許登録済
技術分野 金属の製造または精製
主要キーワード 平均風量 調和平均径 造粒能力 成品歩留まり 調和平均 鉄鋼生産 存在箇所 造粒原料
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (5)

課題

焼結鉱の生産率を低下させることなく、製鋼スラグ焼結原料の一部として積極的に有効活用することができる焼結鉱の製造方法を提案する。

解決手段

主として鉄鉱石CaO系原料、SiO2系副原料、返鉱および固体燃料から構成される造粒原料造粒粒子とし、これを焼結原料として焼結機パレット上に装入して焼結鉱を製造する方法において、前記焼結原料の一部として転炉スラグを用いる際、転炉スラグと転炉スラグ以外の原料とを分別し、それぞれを別々に造粒して転炉スラグ由来の造粒粒子と転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子とするとともに、前記転炉スラグ由来の造粒粒子を、造粒原料に転炉スラグに対して質量比で1未満の融点降下剤を添加し、かつ、質量平均径が転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子以上となるように造粒した上で、転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子中に分散させてパレット上に装入する。

概要

背景

高炉製鉄法において主要な鉄源となる焼結鉱は、一般に、次のような工程で製造されている。先ず、主原料となる約10mm以下の粉鉱石に、返鉱、フラックスとしての、石灰石ドロマイト製鋼スラグなどのCaO系原料と、珪石蛇紋岩などのSiO2系副原料、および、固体燃料炭材)としての粉コークス等を均一に混合して造粒原料とし、これに適量の水を加えて造粒して擬似粒化である造粒粒子とする。

次いで、上記造粒粒子を焼結原料としてグレート式の焼結機パレット上に充填して焼結原料層装入層)を形成した後、上記装入層の表層部中に含まれるコークス点火し、パレット下方に配設されたウインドボックスで空気を吸引して装入層内に酸素を供給しながらコークスを燃焼させ、その燃焼熱で焼結原料を1200〜1380℃の温度に加熱し、溶融して焼結反応を起こさせ、得られた焼結ケーキを焼結機の出側でクラッシャー等で粉砕し、例えば5mm篩スクリーニングし、+5mmは成品として高炉に送り、−5mmは返鉱として、繰り返し造粒粒子の原料として使用する。

このようにして製造した焼結鉱の特性としては、冷間強度被還元性還元粉化性などの特性に優れていることが要求される。そして、この品質を確保するため、銘柄によって異なる特性が異なる鉄鉱石性状に合わせて副原料の配合割合コークス粉添加量等を適宜調整している。また、近年、鉄鋼生産量の増加に伴い、焼結鉱の生産量を高めることが求められている。さらに、高炉の生産性を高めるため、より高品質の焼結鉱を製造することも求められている。そのため、近年の焼結機においては、高品質の焼結鉱を生産性よく製造することが課題となっている。

ところで、製鋼工程から発生する製鋼スラグとしては、転炉等の脱炭工程で発生する脱炭スラグ転炉スラグ)、脱珪工程で発生する脱珪スラグ脱硫工程で発生する脱硫スラグ脱燐工程で発生する脱燐スラグ、二次製錬工程で発生する二次製錬スラグおよび連続鋳造工程で発生する連鋳スラグなどがある。なお、脱珪スラグ、脱硫スラグおよび脱燐スラグは、溶銑予備処理スラグと称されることもある。

しかし、上記製鋼スラグは、鉄鋼製造分野では余り有効に再利用されていない。というのは、例えば、脱炭スラグは、脱燐工程でリサイクルされる場合があるが、融点が高いため、脱燐炉において多量にリサイクルすることは難しい。そのため、製鋼スラグは、従来、土木分野を中心に再利用されており、生産量の約40%が埋立て廃棄処分されている。しかし、近年、環境規制強化に伴い、埋立てや廃棄処分される量も徐々に減少してきている。また、セメント原料としても使用されているが、その量はわずかでしかない。

そこで、製鋼スラグにはCaO分が多く含まれていることに着目し、これを焼結鉱の製造プロセスにおいてフラックスとして再利用することが検討されている。例えば、特許文献1には、焼結配合原料に転炉スラグを用いるに際して、ミルスケールを混合することで焼結鉱の品質を向上する技術が、特許文献2には、ゲーサイト成分の多い鉄鉱石に、鉄鉱石との反応性の低い転炉スラグを混合することで、焼結鉱の強度を弱める反応を抑制する技術が開示されている。また、特許文献3には、石灰石と比較して鉄鉱石との反応性に劣る転炉スラグの粒度を細かくして反応面積を大きくし、反応速度を高めることで、フラックスとして使用する技術が開示されている。また、特許文献4には、焼結鉱の品質低下を招く難焼結性のドロマイトを易焼結性の製鋼スラグと選択的に組み合わせることで、焼結鉱の品質低下を防止しつつ効率的に製鋼スラグをリサイクルする技術が開示されている。

概要

焼結鉱の生産率を低下させることなく、製鋼スラグを焼結原料の一部として積極的に有効活用することができる焼結鉱の製造方法を提案する。主として鉄鉱石、CaO系副原料、SiO2系副原料、返鉱および固体燃料から構成される造粒原料を造粒粒子とし、これを焼結原料として焼結機のパレット上に装入して焼結鉱を製造する方法において、前記焼結原料の一部として転炉スラグを用いる際、転炉スラグと転炉スラグ以外の原料とを分別し、それぞれを別々に造粒して転炉スラグ由来の造粒粒子と転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子とするとともに、前記転炉スラグ由来の造粒粒子を、造粒原料に転炉スラグに対して質量比で1未満の融点降下剤を添加し、かつ、質量平均径が転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子以上となるように造粒した上で、転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子中に分散させてパレット上に装入する。

目的

本発明は、製鋼スラグが有する上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、焼結鉱の生産率を低下させることなく、製鋼スラグ、中でも転炉スラグを、焼結原料の一部として積極的に有効活用することができる焼結鉱の製造方法を提案することにある

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
0件

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請求項1

主として鉄鉱石CaO系原料、SiO2系副原料、返鉱および固体燃料から構成される造粒原料造粒して造粒粒子とし、これを焼結原料として焼結機パレット上に装入し、焼結して焼結鉱を製造する方法において、前記焼結原料の一部として転炉スラグを用いる際、転炉スラグと転炉スラグ以外の原料とを分別し、それぞれを別々に造粒して転炉スラグ由来の造粒粒子と転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子とするとともに、前記転炉スラグ由来の造粒粒子を、造粒原料に転炉スラグに対して質量比で1未満の融点降下剤を添加し、かつ、質量平均径が転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子以上となるように造粒した上で、転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子中に分散させてパレット上に装入することを特徴とする焼結鉱の製造方法。

請求項2

前記融点降下剤として、CaOを主成分とするフラックスおよび/またはFeを主成分とするフラックスを添加することを特徴とする請求項1に記載の焼結鉱の製造方法。

請求項3

前記CaOを主成分とするフラックスとして、石灰石生石灰および脱硫スラグのいずれか1以上を添加することを特徴とする請求項2に記載の焼結鉱の製造方法。

請求項4

前記Feを主成分とするフラックスとして、ミルスケール、鉄鉱石および転炉ダストのいずれか1以上を添加することを特徴とする請求項2に記載の焼結鉱の製造方法。

請求項5

前記CaOを主成分とするフラックスを、転炉スラグに対するCaOの質量比で0.25以下の範囲で添加することを特徴とする請求項2または3に記載の焼結鉱の製造方法。

請求項6

前記Feを主成分とするフラックスを、転炉スラグに対するFeの質量比で0.35以下の範囲で添加することを特徴とする請求項2または4に記載の焼結鉱の製造方法。

請求項7

前記転炉スラグ由来の造粒粒子の質量平均径を、転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子の1.5倍以上とすることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、高炉に主要鉄源として装入する焼結鉱の製造方法に関し、具体的には、上記焼結鉱を製造する際の焼結原料の一部として製鋼スラグ転炉スラグ)を用いる焼結鉱の製造方法に関するものである。

背景技術

0002

高炉製鉄法において主要な鉄源となる焼結鉱は、一般に、次のような工程で製造されている。先ず、主原料となる約10mm以下の粉鉱石に、返鉱、フラックスとしての、石灰石ドロマイト、製鋼スラグなどのCaO系原料と、珪石蛇紋岩などのSiO2系副原料、および、固体燃料炭材)としての粉コークス等を均一に混合して造粒原料とし、これに適量の水を加えて造粒して擬似粒化である造粒粒子とする。

0003

次いで、上記造粒粒子を焼結原料としてグレート式の焼結機パレット上に充填して焼結原料層(装入層)を形成した後、上記装入層の表層部中に含まれるコークス点火し、パレット下方に配設されたウインドボックスで空気を吸引して装入層内に酸素を供給しながらコークスを燃焼させ、その燃焼熱で焼結原料を1200〜1380℃の温度に加熱し、溶融して焼結反応を起こさせ、得られた焼結ケーキを焼結機の出側でクラッシャー等で粉砕し、例えば5mm篩スクリーニングし、+5mmは成品として高炉に送り、−5mmは返鉱として、繰り返し造粒粒子の原料として使用する。

0004

このようにして製造した焼結鉱の特性としては、冷間強度被還元性還元粉化性などの特性に優れていることが要求される。そして、この品質を確保するため、銘柄によって異なる特性が異なる鉄鉱石性状に合わせて副原料の配合割合コークス粉添加量等を適宜調整している。また、近年、鉄鋼生産量の増加に伴い、焼結鉱の生産量を高めることが求められている。さらに、高炉の生産性を高めるため、より高品質の焼結鉱を製造することも求められている。そのため、近年の焼結機においては、高品質の焼結鉱を生産性よく製造することが課題となっている。

0005

ところで、製鋼工程から発生する製鋼スラグとしては、転炉等の脱炭工程で発生する脱炭スラグ(転炉スラグ)、脱珪工程で発生する脱珪スラグ脱硫工程で発生する脱硫スラグ脱燐工程で発生する脱燐スラグ、二次製錬工程で発生する二次製錬スラグおよび連続鋳造工程で発生する連鋳スラグなどがある。なお、脱珪スラグ、脱硫スラグおよび脱燐スラグは、溶銑予備処理スラグと称されることもある。

0006

しかし、上記製鋼スラグは、鉄鋼製造分野では余り有効に再利用されていない。というのは、例えば、脱炭スラグは、脱燐工程でリサイクルされる場合があるが、融点が高いため、脱燐炉において多量にリサイクルすることは難しい。そのため、製鋼スラグは、従来、土木分野を中心に再利用されており、生産量の約40%が埋立て廃棄処分されている。しかし、近年、環境規制強化に伴い、埋立てや廃棄処分される量も徐々に減少してきている。また、セメント原料としても使用されているが、その量はわずかでしかない。

0007

そこで、製鋼スラグにはCaO分が多く含まれていることに着目し、これを焼結鉱の製造プロセスにおいてフラックスとして再利用することが検討されている。例えば、特許文献1には、焼結配合原料に転炉スラグを用いるに際して、ミルスケールを混合することで焼結鉱の品質を向上する技術が、特許文献2には、ゲーサイト成分の多い鉄鉱石に、鉄鉱石との反応性の低い転炉スラグを混合することで、焼結鉱の強度を弱める反応を抑制する技術が開示されている。また、特許文献3には、石灰石と比較して鉄鉱石との反応性に劣る転炉スラグの粒度を細かくして反応面積を大きくし、反応速度を高めることで、フラックスとして使用する技術が開示されている。また、特許文献4には、焼結鉱の品質低下を招く難焼結性のドロマイトを易焼結性の製鋼スラグと選択的に組み合わせることで、焼結鉱の品質低下を防止しつつ効率的に製鋼スラグをリサイクルする技術が開示されている。

先行技術

0008

特開昭59−205421号公報
特開平05−043953号公報
特開平05−051653号公報
特開平11−229046号公報

発明が解決しようとする課題

0009

しかしながら、表1に、転炉スラグと脱硫スラグの成分組成例を示したように、製鋼スラグは、その種類によって成分組成や融点が大きく異なり、また、脱硫スラグは、CaO以外に、多くのAl2O3を含んでいるのが特徴である。このAl2O3は、焼結鉱を焼成する際、必要な溶融相溶融温度を上昇させて流動性を低下するため、焼結鉱の生産性を著しく阻害する。また、転炉スラグは、融点が比較的高いので、脱硫スラグと同様、焼結に必要な溶融相の生成温度を上昇させるという問題がある。そのため、製鋼スラグを焼結原料として再使用することについては、従来、あまり積極的に行われていないのが実情である。

0010

0011

本発明は、製鋼スラグが有する上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、焼結鉱の生産率を低下させることなく、製鋼スラグ、中でも転炉スラグを、焼結原料の一部として積極的に有効活用することができる焼結鉱の製造方法を提案することにある。

課題を解決するための手段

0012

発明者らは、上記課題の解決に向けて鋭意検討を重ねた結果、以下のことに想到した。従来、焼結原料(造粒粒子)を製造するに際しては、製鋼スラグを鉄鉱石や石灰石などの主原料と均一に混合することだけを考えていた。しかし、均一に混合した場合には、製鋼スラグの悪影響が焼結原料全体に及んでしまう。そこで、製鋼スラグと、製鋼スラグ以外の原料とを分別して別々に造粒した上で、製鋼スラグ由来の造粒粒子を製鋼スラグ以外の原料由来の造粒粒子中に分散して混合させて焼結機のパレット上に装入してやれば、製鋼スラグによる弊害を製鋼スラグ由来の造粒粒子内に封じ込めることができるので、製鋼スラグ以外の原料由来の造粒粒子にまで悪影響を及ぼすことがないことに想到した。

0013

さらに、製鋼スラグの中でも転炉スラグを使用する場合には、造粒原料としての転炉スラグに、融点降下剤として、CaOを主成分とするフラックスあるいはFeを主成分とするフラックスを添加することによって、転炉スラグ由来の造粒粒子の溶融温度を転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子と同程度の温度まで低下させることができるので、焼結時に生成する融液量が増加し、周囲の転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子との溶融同化が促進され、焼結組織が改善されること、その結果、転炉スラグを添加した焼結鉱の強度が向上し、成品歩留まりも向上することを見出し、本発明を完成させるに至った。

0014

すなわち、本発明は、主として鉄鉱石、CaO系副原料、SiO2系副原料、返鉱および固体燃料から構成される造粒原料を造粒して造粒粒子とし、これを焼結原料として焼結機のパレット上に装入し、焼結して焼結鉱を製造する方法において、前記焼結原料の一部として転炉スラグを用いる際、転炉スラグと転炉スラグ以外の原料とを分別し、それぞれを別々に造粒して転炉スラグ由来の造粒粒子と転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子とするとともに、前記転炉スラグ由来の造粒粒子を、造粒原料に転炉スラグに対して質量比で1未満の融点降下剤を添加し、かつ、質量平均径が転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子以上となるように造粒した上で、転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子中に分散させてパレット上に装入することを特徴とする焼結鉱の製造方法である。

0015

本発明の焼結鉱の製造方法は、上記融点降下剤として、CaOを主成分とするフラックスおよび/またはFeを主成分とするフラックスを添加することを特徴とする。

0016

また、本発明の焼結鉱の製造方法は、上記CaOを主成分とするフラックスとして、石灰石、生石灰および脱硫スラグのいずれか1以上を添加することを特徴とする。

0017

また、本発明の焼結鉱の製造方法は、上記Feを主成分とするフラックスとして、ミルスケール、鉄鉱石および転炉ダストのいずれか1以上を添加することを特徴とする。

0018

また、本発明の焼結鉱の製造方法は、上記CaOを主成分とするフラックスを、転炉スラグに対するCaOの質量比で0.25以下の範囲で添加することを特徴とする。

0019

また、本発明の焼結鉱の製造方法は、上記Feを主成分とするフラックスを、転炉スラグに対するFeの質量比で0.35以下の範囲で添加することを特徴とする。

0020

また、本発明の焼結鉱の製造方法は、上記転炉スラグ由来の造粒粒子の質量平均径を、転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子の1.5倍以上とすることを特徴とする。

発明の効果

0021

本発明によれば、転炉スラグと転炉スラグ以外の造粒原料とを分別してそれぞれを別々に造粒して転炉スラグ由来の造粒粒子と転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子とした後、転炉スラグ由来の造粒粒子を転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子中に分散させて焼結機のパレット上に装入するようにしたので、転炉スラグによる悪影響を転炉スラグ由来の造粒粒子内に封じ込め、他の造粒粒子に及ぼす悪影響を最小限に抑制することができる。

0022

また、本発明によれば、転炉スラグ由来の造粒粒子を、転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子以上の粒子径とするので、焼結時の通気性を妨げることなく焼結操業を行うことが可能となる。さらに、本発明によれば、転炉スラグに融点降下剤を添加し、転炉スラグ由来の造粒粒子の融点を低下させるので、焼結時における融液の発生量が増大し、転炉スラグ由来の造粒粒子と他の造粒粒子との溶融同化が促進されるので、焼結鉱の強度を向上することができる。

0023

したがって、本発明によれば、焼結機の生産性を害することなく、転炉スラグを焼結原料の一部として積極的に再利用することが可能となるので、製鋼スラグのリサイクル率の向上に大きく寄与する。

図面の簡単な説明

0024

従来の焼結原料(造粒粒子)の製造方法を説明する図である。
本発明の焼結原料(造粒粒子)の製造方法を説明する図である。
焼結試験に本発明の焼結原料(造粒粒子)を装入した状態を説明する模式図である。
焼結実験の結果を示すグラフである。

0025

発明者らは、転炉スラグを焼結原料として積極的に活用する方策について鋭意検討を重ねた。その結果、従来、転炉スラグを焼結原料の一部として用いる際、鉄鉱石や石灰石などの原料と均一に混合した後、造粒粒子としていた。そこで、従来とは発想転換し、転炉スラグを、転炉スラグ以外の原料と分別して造粒し、その他の原料由来の造粒粒子中に、転炉スラグ由来の造粒粒子を均一かつ離間させた状態にして(分散させて)、焼結機のパレットに装入してやれば、転炉スラグの弊害を転炉スラグ由来の造粒粒子内に封じ込めることができるのではないかと考えた。すなわち、従来は、転炉スラグを他の造粒原料と均一に混合していたため、焼結原料全体に転炉スラグの弊害が及んでいたが、転炉スラグを、他の原料とは分別して別々に造粒し、他の原料から得られる造粒粒子から分離してやれば、転炉スラグの弊害はその造粒粒子内にとどまり、他の造粒粒子に悪影響を及ぼすことがなくなるのではないかと考えた。

0026

また、転炉スラグの融点は、前述したように比較的高温であり、焼結時に発生する融液の生成量が少ないため、焼結組織が脆弱となり、転炉スラグ由来の造粒粒子が存在する部分が、焼結鉱の破壊の起点となるおそれがある。そこで、転炉スラグに、例えば、CaOを主成分とする石灰石等やFeを主成分とするミルスケールや鉄鉱石等の融点降下剤を添加し、転炉スラグ由来の造粒粒子の融点を低下してやれば、焼結時に生成する融液が増大して、周囲の造粒粒子との溶融同化が促進されるので、焼結鉱の強度を高めることができるのではないかと考えた。

0027

そこで、発明者らは、配合条件を表2に示したT1〜4のように4水準に変えた造粒原料を準備し、以下の方法で造粒粒子とした後、焼結試験鍋を用いた焼結実験を行った。なお、本実験では、転炉スラグとして、表1に示した比較的低融点の転炉スラグAを0.5mm以下に粉砕したものを用いた。
・T1:図1に示したように、転炉スラグ以外の原料をミキサー投入して均一に混合し、適量の水を添加した後、ドラムミキサーで造粒粒子とした。得られた造粒粒子の粒子径は、質量平均で3.3mm、調和平均で1.10mmであった。
・T2:T1と同様、転炉スラグと転炉スラグ以外の原料のすべての原料をミキサーに投入して均一に混合し、適量の水を添加した後、ドラムミキサーで造粒粒子とした。得られた造粒粒子の粒子径は、質量平均径で3.2mm、調和平均で0.90mmであった。
・T3:図2に示しように、転炉スラグ以外の原料は、ミキサーおよびドラムミキサーを用いて、質量平均径で3.3mmの大きさの造粒粒子とし、また、転炉スラグは、1mm以下に粉砕した後、ペレタイザを用いて質量平均径で3.3mmの造粒粒子とした。次いで、上記転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子と転炉スラグ由来の2種類の造粒粒子を混合した。混合後の粒子調和平均径は1.10mmであった。
・T4:転炉スラグ以外の原料は、T3同様に造粒し、転炉スラグは、1mm以下に粉砕した後、ペレタイザを用いて質量平均径で6.7mmの造粒粒子とした。次いで、2種類の造粒粒子を混合した。混合後の粒子の調和平均径は1.20mmであった。

0028

ここで、転炉スラグを含む全ての造粒原料を均一に混合して造粒したT2の造粒後の調和平均径が、転炉スラグを含まない造粒原料を造粒したT1よりも小さくなっている理由は、転炉スラグが造粒性を阻害しているためと考えられる。また、転炉スラグとその他の原料を分別して別々に造粒した後、それらを配合したT3,T4において配合後の調和平均径を大きくできた理由は、転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子の粒子径はT1と同じであるが、転炉スラグ由来の造粒粒子を造粒性に優れるペレタイザを用いて、質量平均径が転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子以上となるように造粒したためである。

0029

0030

次いで、上記のようにして得たT1〜T4の造粒粒子を焼結原料として、焼結実験を行った。焼結実験は、内径が290mmφ、高さが400mmの焼結試験鍋を用い、T1およびT2の造粒粒子は、造粒粒子をそのまま焼結原料として試験鍋に充填し、一方、T3およびT4の造粒粒子は、図3に示したように、転炉スラグ由来の造粒粒子が、転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子中に分散するように混合して試験鍋に充填した後、充填層の最表面に点火し、試験鍋の下方からブロアを用いて一定圧力で吸引して空気を充填層内に導入し、焼結原料中の粉コークスを燃焼させることにより行った。なお、上記焼結実験においては、焼結開始から終了するまでの所要時間、焼結中に試験鍋内を通過する平均の空気量(風量)および得られた焼結鉱の強度を測定し、それらの結果から、焼結鉱の生産率を求めた。

0031

図4に、上記焼結実験結果について、焼結原料(造粒粒子)の調和平均径と併せて示した。図4について、転炉スラグを含まない原料のみを用いたT1をベースとして他の条件を対比してみると、転炉スラグを均一に混合した造粒粒子の調和平均径が小さいT2では、焼結時の平均風量、焼結鉱の冷間強度が低下し、生産率も大きく減少している。
これに対して、転炉スラグ由来の原料と、転炉スラグ以外の原料とを分別して造粒し、転炉スラグ由来の造粒粒子が転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子中に分散するように混合し、かつ、混合後の調和平均径をT1と同じ1.10mmとしたT3では、焼結時の平均風量、焼結鉱の冷間強度、生産率とも若干の低下するものの、T2ほど大きな低下は認められない。
さらに、混合後の調和平均径をT3より大きい1.20mmとしたT4の場合には、転炉スラグ用いているにもかかわらず、焼結時の平均風量、焼結鉱の冷間強度、生産率のいずれもT1を超えており、焼結原料として転炉スラグを活用することに成功している。
本発明は、上記の新規知見に、さらに検討を加えて完成したものである。

0032

上記のように、本発明は、鉄鉱石、CaO系副原料、SiO2系副原料、返鉱および固体燃料(粉コークス等の炭材)から主として構成される造粒原料を混合し、適量の水を添加し、均一に混合した後、造粒して擬似粒子である造粒粒子とし、これを焼結原料としてパレット上に充填して焼結原料層(装入層)を形成し、その後、上記焼結原料層中の固体燃料(コークス等)に点火し、パレット下方に配設されたウインドボックスで空気を装入層内に導入し、焼結原料を燃焼・溶融させて焼結鉱を製造する方法である点において、従来技術との違いはない。

0033

しかし、本発明は、上記焼結原料の一部として転炉スラグを用いるに際しては、従来技術のように転炉スラグを他の造粒原料と均一に混合するのではなく、転炉スラグと転炉スラグ以外の原料とを分別し、それぞれを別々に造粒するとともに、転炉スラグ由来の造粒粒子を、転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子中に分散させて焼結機のパレット上に装入し、焼結することによって、転炉スラグによる弊害を転炉スラグ由来の造粒粒子内に封じ込め、他の原料由来の造粒粒子に上記弊害が及ぶのを防止するようにしたところに第一の特徴がある。

0034

さらに、上記封じ込めの効果をより高めるためには、転炉スラグ由来の造粒粒子の粒子径(質量平均径)を転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子以上となるように造粒してやることが必要であり、好ましくは1.5倍以上、より好ましくは2倍以上とするのが望ましい。これによって、転炉スラグ由来の造粒粒子数(存在箇所)を低減できるので、転炉スラグ由来の造粒粒子が、転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子に及ぼす悪影響を最小限に留めることができる。さらに、造粒粒子径を大きくすることは、焼結時における通気性を改善され、焼結時間が短縮されることにもなるので、生産率の向上にも寄与する。その結果、上記効果がより顕著となり、転炉スラグを焼結原料として有効活用することが可能となる。

0035

なお、転炉スラグ由来の造粒粒子を大きくするための造粒装置として、パンペレタイザの他、アイリッヒミキサー、例えば、ペレガイア((株)鉄工所製))等の混合強化型の造粒装置を好ましく用いることができる。ただし、これらの造粒装置は、処理能力が比較的小さいので、転炉スラグ由来の造粒粒子の造粒のみに適用するのが好ましい。したがって、造粒能力に優れるものであれば、他の設備を用いてもよい。

0036

ところで、転炉スラグを焼結原料の一部として使用する場合には、前述したように、転炉スラグ単体の融点が比較的高温であることに起因して、転炉スラグ由来の造粒粒子部分が焼結鉱の破壊の起点となるおそれがある。
そこで、上記問題点を回避するため、造粒原料となる転炉スラグに対して、融点降下剤を適量添加し、転炉スラグ由来の造粒粒子の融点を低下させるところに、本発明の第二の特徴がある。すなわち、融点降下剤の添加によって、焼結時に生成する融液の量が増大し、転炉スラグ由来の造粒粒子と、周囲の転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子との溶融同化が促進されるため、焼結鉱全体としての組織が改善されて、焼結鉱の強度を高めることができ、ひいては、焼結鉱の歩留向上や焼結機の生産性向上を達成することができる。上記融点降下剤の添加は、表1に示した転炉スラグBやCのような、融点が比較的高温であるがために従来あまり再利用されていなかった転炉スラグに対して特に有効である。

0037

上記融点降下剤の融点を下げる効果は、少量の添加でも発現する。しかし、多量の添加は、融点を下げる効果は十分に得られるものの、転炉スラグ由来の造粒粒子の量が増加し、既存のペレタイザ等の造粒設備では処理能力が小さいため、新たな造粒設備が必要となり、設備コストの上昇につながるおそれがある。したがって、本発明では転炉スラグに添加する融点降下剤は、転炉スラグに対する質量比で1未満とする。なお、融点降下の効果は0超えであれば得られるが、確実に融点を下げるためには、転炉スラグに対する質量比で0.20以上添加するのが好ましい。

0038

ここで、転炉スラグに添加する上記融点降下剤としては、CaOを主成分とするフラックスおよび/またはFeを主成分とするフラックスを用いることができる。
CaOを主成分とするフラックスとしては、CaOを40mass%以上含有するものが好ましく、具体的には、石灰石や生石灰、脱硫スラグ等を挙げることができる。これらを用いる場合の添加量は、転炉スラグに対するフラックス中に含まれるCaOの質量比で0.25以下の範囲とするのが好ましい。0.25以下の添加で十分な効果が得られる一方で、過剰の添加は転炉スラグ由来の造粒粒子の造粒負荷が高まるからである。なお、添加効果は0超えであれば得られるが、融点の低下効果を確実に得るためには、転炉スラグの融点の高低によっても変わるが、0.05以上とするのがより好ましい。

0039

また、上記CaOを主成分とするフラックスとして、脱硫工程で発生する脱硫スラグを用いた場合は、転炉スラグの使用量を減らすことなく製鋼スラグである脱硫スラグを追加利用できるので、製鋼スラグの再利用をさらに拡大することが可能となる。

0040

一方、Feを主成分とするフラックスとしては、具体的には、Feを50mass%以上含有するものが好ましく、ミルスケールや鉄鉱石、転炉ダスト、焼結ダスト、焼結返鉱等を挙げることができる。これらを用いる場合の添加量は、転炉スラグに対するフラックス中に含まれるFeを質量比で0.35以下の範囲とするのが好ましい。0.35以下の添加で十分な効果が得られる一方で、過剰の添加は転炉スラグ由来の造粒粒子の造粒負荷が高まるからである。なお、添加効果は0超えであれば得られるが、融点の低下効果を確実に得るためには、転炉スラグの融点の高低によっても変わるが、0.05以上とするのがより好ましい。

0041

また、転炉スラグに添加する融点降下剤として、CaOを主成分とするフラックスとFeを主成分とするフラックスを併用する場合には、両フラックスの転炉スラグに対する質量比が1未満の条件を満たす限り、それぞれを上記した範囲で添加することができる。

0042

次に、本発明における転炉スラグ由来の造粒粒子と、転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子の造粒方法と、上記転炉スラグ由来の造粒粒子を転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子中に分散させて焼結機に装入する方法について説明する。
転炉スラグ以外の造粒原料は、図2上段に示したように、混合ミキサーで均一に混合し、造粒用ドラムミキサーに供給して造粒粒子(擬似粒子)とした後、ベルトコンベア等で焼結機に搬送する。一方、転炉スラグは、必要な融点降下剤を添加して均一に混合した後、図2下段に示したように、ペレタイザ等を用いて転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子より大きな粒子径の造粒粒子に造粒した後、ベルトコンベア等で焼結機搬送する。

0043

上記のようにして得た転炉スラグ由来の造粒粒子は、転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子中に均一に分散させて焼結機のパレットに装入する。この方法としては、例えば、ベルトコンベアで搬送中の転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子上に、転炉スラグ由来の造粒粒子を払い出して積層状態とした後、あるいは逆に、ベルトコンベアで搬送中の転炉スラグ由来の造粒粒子上に転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子を払い出したりして積層状態とした後、焼結原料を一時貯留しておくサージホッパ搬入して、このサージホッパ内で混合する方法、上記積層状態にした造粒粒子をベルトコンベアで搬送中に、ジャンクション乗り継ぎ)部分で2種類の造粒粒子を混合させる方法、混合用ドラムミキサーを別途設置し、このミキサーで上記2種類の造粒粒子を混合する方法等を好ましく挙げることができる。

0044

なお、上記に説明した造粒方法や装入方法は、単なる例示であり、他の方法を用いてもよいことは勿論である。

0045

表1に示した、融点が比較的高めの転炉スラグBおよびCと、表3に示した、各種の造粒原料を準備し、これらの原料を転炉スラグと転炉スラグ以外の原料とに分別し、下記の方法で造粒粒子とした。
・比較例1,2:分別した造粒原料を均一に混合した後、図1に示した混合造粒法で造粒粒子とした。なお、上記造粒粒子の粒子径は、質量平均粒子径は3.1mmであった。
・発明例1〜10:転炉スラグと転炉スラグ以外とに分別した造粒原料を、図2に示した分別造粒法で造粒し、転炉スラグ以外の造粒粒子および転炉スラグ由来の造粒粒子とした。なお、転炉スラグ以外の造粒粒子の粒子径は質量平均で3.2mm、転炉スラグ由来の造粒粒子の粒子径は質量平均で4.8mm(1.5倍)であった。

0046

0047

次いで、上記のようにして得た造粒粒子を焼結原料とし、先述した実験と同じ、内径が290mmφ、高さが400mmの焼結試験鍋を用いて焼結実験を行った。
焼結実験は、比較例1,2の場合には、混合造粒法で造粒した造粒粒子をそのまま焼結原料として試験鍋に充填し、一方、発明例1〜10の場合には、図3に示したように、転炉スラグ由来の造粒粒子が、転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子中に均一に分散するように試験鍋に充填し、その後、充填層の最表面に点火し、試験鍋の下方でブロアを用いて一定圧力で吸引して空気を充填層内に導入することにより行った。なお、上記焼結実験では、焼結に要した時間と、得られた焼結鉱(焼結ケーキ)の成品歩留り(焼結実験で得られた焼結ケーキを破砕し、い分けしたときの粒径が10mm以上の粒子の質量%)を測定し、これらの値から焼結鉱の生産率を求めた。

実施例

0048

上記焼結実験の生産率の結果を表3に併記した。
同じ造粒原料を用いた比較例1と発明例1との比較、および、比較例2と発明例6との比較から、転炉スラグと転炉スラグ以外の造粒原料を均一に混合して造粒した造粒粒子をそのまま試験鍋に装入した比較例よりも、転炉スラグと転炉スラグ以外の造粒原料とを分別し、それぞれを別々に造粒した後、転炉スラグ由来の造粒粒子を転炉スラグ以外の原料由来の造粒粒子中に分散させて試験鍋中に装入した発明例の方が、焼結鉱の生産率が向上していることがわかる。
さらに、発明例1と発明例2、3および5との比較、および、発明例6と発明例7、8との比較から、転炉スラグに、転炉スラグに対する質量比で1未満のフラックス(融点降下剤)を添加した場合には、焼結鉱の生産率がさらに向上していることがわかる。この理由は、転炉スラグにフラックスを添加したことによって、転炉スラグ由来の造粒粒子の融点が低下し、焼結鉱の強度が向上したためと推察される。
また、発明例1と発明例4との比較、および、発明例6と発明例9,10との比較から、フラックスとして製鋼スラグの1種である脱硫スラグを添加しても、同様の効果が得られること、また、この場合には、転炉スラグと脱硫スラグの合計である製鋼スラグ使用量を、転炉スラグ単味のときの1.5倍に増やしても、焼結鉱の生産率にはほとんど悪影響を及ぼさないことがわかる。
上記実験の結果から、本発明によれば、焼結機の生産性を害することなく、焼結原料として製鋼スラグを再利用することができることが確認された。

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