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技術 焼結鉱の製造方法

出願人 新日鐵住金株式会社
発明者 川崎勇輔戸田欣樹古田源幸小林剛石山理右田光伸楠田良介
出願日 2015年3月31日 (5年8ヶ月経過) 出願番号 2015-074320
公開日 2016年11月17日 (4年1ヶ月経過) 公開番号 2016-194113
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 通気抵抗性 原料銘柄 付着粉 燃焼点 凝結材 セメントミキサー 輸送設備 水分添加
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年11月17日)のものです。
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図面 (6)

課題

消石灰品質を適正化し、難造粒性微粉鉱石の造粒性を向上させる焼結鉱の製造方法を提供すること。

解決手段

焼結原料を、主焼結原料と副焼結原料とに分け、それぞれを混合・造粒する、主造粒工程と、副造粒工程とを並列で有し、 前記主造粒工程と前記副造粒工程で製造したそれぞれの造粒物を合わせ、前記合わせた造粒物を焼成する焼結鉱の製造方法であって、 前記副造粒工程は、細粒鉱石と、粗粒鉱石と、生石灰水和当量比が1.3以上1.5未満の範囲の水和反応により製造された消石灰と、を混合・造粒することを特徴とする焼結鉱の製造方法。

概要

背景

製鐵所における下方吸引型焼結機を用いた焼結鉱の製造は、次のようにして行われる。焼結原料は、主原料である鉄鉱石製鉄プロセスで発生する製鉄ダストなどの鉄含有原料焼結反応に必要となる石灰石蛇紋岩などの副原料及び熱源としてのコークス粉等の炭材とを配合して形成される。

焼結原料は、下方吸引型焼結機に装入する前に、ドラム型ミキサーなどの混合・造粒機を用いて、水添加しながら混合、造粒し、主として、粒径1mm以上の核粒子と、その周囲に付着した粒径0.5mm以下の付着粉とからなる擬似粒子とする。
このことにより、焼結機に装入した後、焼結パレット内に形成された原料充填層内通気性を維持し、焼結原料の焼結反応を促進し、高い生産性を確保することができる。

擬似粒子化された焼結原料は、焼結機の給鉱部で、焼結パレット内に装入され、原料充填層を形成する。その後、点火炉で、その表面のコークス粉を着火するとともに、焼結機下層に空気を吸引することにより、コークス粉の燃焼点を下方に移動させる。

燃焼熱により原料充填層の上層から下層にかけて焼結反応は順次進行し、焼結パレットが移動し排鉱部に到達するまでに焼結は完了する。焼結パレット内の焼結ケーキ(塊)は、排鉱部から排出された後、破砕され、所定粒度高炉用の焼結鉱が製造される。焼結鉱の製造において発生した高炉用の焼結鉱としての所定粒径より小さい焼結鉱粉は、返鉱として、焼結原料中に配合されて、再度焼結される。

大量の銑鉄を製造する製鉄所高炉にとって、焼結機の生産性の向上が重要である。
焼結機の生産性を向上させる手段としては、焼結原料に生石灰を配合し、強固な擬似粒子を形成する技術がある。即ち、焼結原料中の粒径0.25mm以下の割合が多い場合、原料銘柄によっては造粒が困難で、擬似粒子の強度が脆弱なものとなり、焼結パレット内に装入した原料充填層の通気抵抗性を悪化させ、焼結機の生産性を低下させてしまう。この場合、脆弱な擬似粒子から強固な擬似粒子にすることが必要である。又、更なる生産性の向上が要求される場合に、更に強固な擬似粒子を形成が必要となる。
かかる場合に焼結原料に生石灰を配合し、混合・造粒することにより、生石灰が焼結原料の粒子を結合する造粒剤としての効果を発揮し、強固な擬似粒子が形成されることにより焼結機の生産性の向上を図ることができる。

大量の鉄鋼を製造する大型製鉄所においては、生石灰は、他社より購入され、製鋼工程において大量に使用されている。そこで、焼結工程においては、購入される生石灰の一部を使用し、生産性の向上を目指している。しかし、生石灰は、石灰石に比較して高価であるため、生石灰のより効果的な使用方法が望まれている。
又、同じCaを含有することより、生石灰に替わり消石灰を使用する技術もある。

焼結原料を造粒して得られる擬似粒子の乾燥後強度に応じて、乾燥後強度の弱い銘柄グループついてのみ生石灰、消石灰又はこれらの混合物を配合する焼結原料の処理方法の発明が開示されている(特許文献1)。

鉄鉱石、雑原料、副原料、造粒剤からなる新原料に、凝結材及び返鉱を加えた配合原料に水を添加し、混合・造粒して擬似粒化した原料を製造し、前記擬似粒子化した原料を焼成する焼結鉱の製造方法において、前記造粒剤は、前記新原料の合計量に対し、内数で、生石灰2質量%以上3質量%以下及び消石灰であることを特徴とする焼結鉱の製造方法の発明が開示されている(特許文献2)。

また、バインダーとして、生石灰を湿式粉砕して消石灰スラリーを製造し、当該消石灰スラリーを焼結原料ミキサー内に添加して焼結原料と混合し、焼結原料を造粒することを特徴とする焼結原料の造粒方法の発明が開示されている(特許文献3)。

さらに、焼結原料に用いる炭材の表面に、石灰系原料由来のCaを36質量%以上含有する被覆物を、前記炭材に対する質量%で2質量%以上30質量%未満の割合で被覆した表面被覆炭材を製造し、該表面被覆炭材と焼結配合原料混合機で混合して前記焼結原料にするための炭材の改質処理設備であって、生石灰に水分を添加して消石灰を含む前記被覆物を製造する消化機と、該被覆物と前記炭材に水分を添加して混練し該炭材の表面に該被覆物を被覆する混練機とを有することを特徴とする炭材の改質処理設備の発明が開示されている(特許文献4)。

概要

消石灰の品質を適正化し、難造粒性微粉鉱石の造粒性を向上させる焼結鉱の製造方法を提供すること。焼結原料を、主焼結原料と副焼結原料とに分け、それぞれを混合・造粒する、主造粒工程と、副造粒工程とを並列で有し、 前記主造粒工程と前記副造粒工程で製造したそれぞれの造粒物を合わせ、前記合わせた造粒物を焼成する焼結鉱の製造方法であって、 前記副造粒工程は、細粒鉱石と、粗粒鉱石と、生石灰を水和当量比が1.3以上1.5未満の範囲の水和反応により製造された消石灰と、を混合・造粒することを特徴とする焼結鉱の製造方法。

目的

しかし、生石灰は、石灰石に比較して高価であるため、生石灰のより効果的な使用方法が望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

焼結原料を、主焼結原料と副焼結原料とに分け、それぞれを混合・造粒する、主造粒工程と、副造粒工程とを並列で有し、前記主造粒工程と前記副造粒工程で製造したそれぞれの造粒物を合わせ、前記合わせた造粒物を焼成する焼結鉱の製造方法であって、前記副造粒工程は、細粒鉱石と、粗粒鉱石と、生石灰水和当量比が1.3以上1.5未満の範囲の水和反応により製造された消石灰と、を混合・造粒することを特徴とする焼結鉱の製造方法。

請求項2

前記細粒鉱石は、ペレットフィードであり、前記粗粒鉱石は、平均粒径が1mm以上の鉄鉱石であ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

前記消石灰は、消化率が82質量%以上であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の焼結鉱の製造方法。

請求項4

前記消石灰は、平均粒径が40μm以下、付着水分が、0.5%以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の焼結鉱の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、焼結鉱の製造方法に関する。特に、消石灰を用いた焼結鉱の製造方法に関する。

背景技術

0002

製鐵所における下方吸引型焼結機を用いた焼結鉱の製造は、次のようにして行われる。焼結原料は、主原料である鉄鉱石製鉄プロセスで発生する製鉄ダストなどの鉄含有原料焼結反応に必要となる石灰石蛇紋岩などの副原料及び熱源としてのコークス粉等の炭材とを配合して形成される。

0003

焼結原料は、下方吸引型焼結機に装入する前に、ドラム型ミキサーなどの混合・造粒機を用いて、水添加しながら混合、造粒し、主として、粒径1mm以上の核粒子と、その周囲に付着した粒径0.5mm以下の付着粉とからなる擬似粒子とする。
このことにより、焼結機に装入した後、焼結パレット内に形成された原料充填層内通気性を維持し、焼結原料の焼結反応を促進し、高い生産性を確保することができる。

0004

擬似粒子化された焼結原料は、焼結機の給鉱部で、焼結パレット内に装入され、原料充填層を形成する。その後、点火炉で、その表面のコークス粉を着火するとともに、焼結機下層に空気を吸引することにより、コークス粉の燃焼点を下方に移動させる。

0005

燃焼熱により原料充填層の上層から下層にかけて焼結反応は順次進行し、焼結パレットが移動し排鉱部に到達するまでに焼結は完了する。焼結パレット内の焼結ケーキ(塊)は、排鉱部から排出された後、破砕され、所定粒度高炉用の焼結鉱が製造される。焼結鉱の製造において発生した高炉用の焼結鉱としての所定粒径より小さい焼結鉱粉は、返鉱として、焼結原料中に配合されて、再度焼結される。

0006

大量の銑鉄を製造する製鉄所高炉にとって、焼結機の生産性の向上が重要である。
焼結機の生産性を向上させる手段としては、焼結原料に生石灰を配合し、強固な擬似粒子を形成する技術がある。即ち、焼結原料中の粒径0.25mm以下の割合が多い場合、原料銘柄によっては造粒が困難で、擬似粒子の強度が脆弱なものとなり、焼結パレット内に装入した原料充填層の通気抵抗性を悪化させ、焼結機の生産性を低下させてしまう。この場合、脆弱な擬似粒子から強固な擬似粒子にすることが必要である。又、更なる生産性の向上が要求される場合に、更に強固な擬似粒子を形成が必要となる。
かかる場合に焼結原料に生石灰を配合し、混合・造粒することにより、生石灰が焼結原料の粒子を結合する造粒剤としての効果を発揮し、強固な擬似粒子が形成されることにより焼結機の生産性の向上を図ることができる。

0007

大量の鉄鋼を製造する大型製鉄所においては、生石灰は、他社より購入され、製鋼工程において大量に使用されている。そこで、焼結工程においては、購入される生石灰の一部を使用し、生産性の向上を目指している。しかし、生石灰は、石灰石に比較して高価であるため、生石灰のより効果的な使用方法が望まれている。
又、同じCaを含有することより、生石灰に替わり消石灰を使用する技術もある。

0008

焼結原料を造粒して得られる擬似粒子の乾燥後強度に応じて、乾燥後強度の弱い銘柄グループついてのみ生石灰、消石灰又はこれらの混合物を配合する焼結原料の処理方法の発明が開示されている(特許文献1)。

0009

鉄鉱石、雑原料、副原料、造粒剤からなる新原料に、凝結材及び返鉱を加えた配合原料に水を添加し、混合・造粒して擬似粒化した原料を製造し、前記擬似粒子化した原料を焼成する焼結鉱の製造方法において、前記造粒剤は、前記新原料の合計量に対し、内数で、生石灰2質量%以上3質量%以下及び消石灰であることを特徴とする焼結鉱の製造方法の発明が開示されている(特許文献2)。

0010

また、バインダーとして、生石灰を湿式粉砕して消石灰スラリーを製造し、当該消石灰スラリーを焼結原料ミキサー内に添加して焼結原料と混合し、焼結原料を造粒することを特徴とする焼結原料の造粒方法の発明が開示されている(特許文献3)。

0011

さらに、焼結原料に用いる炭材の表面に、石灰系原料由来のCaを36質量%以上含有する被覆物を、前記炭材に対する質量%で2質量%以上30質量%未満の割合で被覆した表面被覆炭材を製造し、該表面被覆炭材と焼結配合原料混合機で混合して前記焼結原料にするための炭材の改質処理設備であって、生石灰に水分を添加して消石灰を含む前記被覆物を製造する消化機と、該被覆物と前記炭材に水分を添加して混練し該炭材の表面に該被覆物を被覆する混練機とを有することを特徴とする炭材の改質処理設備の発明が開示されている(特許文献4)。

先行技術

0012

特開昭61−177334号公報
特開2014−37603号公報
特開昭62−56533号公報
特開2012−201972号公報

発明が解決しようとする課題

0013

特許文献1に記載の発明は、擬似粒子の乾燥後強度の弱い銘柄グループついてのみ生石灰、消石灰又はこれらの混合物を用いるものであるが、消石灰は外部から購入するものであり、燒結鉱製造工程で、燒結鉱製造に適した燒結鉱品質造りこむものではない。そして、燒結鉱製造に適した燒結鉱品質についての記述はない。
特許文献2に記載の発明は、造粒剤が前記新原料の合計量に対し、内数で、生石灰2質量%以上3質量%以下であり、それ以上に必要な場合に消石灰を用いるものであり、消石灰のみの造粒剤を用いるものではない。生石灰と消石灰のそれぞれに設備が必要であるという問題がある。また、生石灰と消石灰の併用効果を得るために、消石灰は、粒径の中央値(D50)が20μm以下の微粒であるという問題がある。

0014

特許文献3に記載の発明は、微粒の消石灰を得るため、生石灰を湿式粉砕し、消石灰スラリーとし焼結原料ミキサー内に添加して焼結原料造粒するものであり、消石灰スラリーの製造のための設備費が高額になるという問題がある。
特許文献4に記載の発明は、燒結鉱製造時の排煙中のNOxを低減するために、炭材の周囲にCa含有被覆材を被覆する設備についての発明である。Ca含有被覆材用のCa源として生石灰を消化し消石灰とするが、付着水分が1.5質量%以上で、高いという問題がある。また、消石灰は、排煙中のNOx低減を目的とするものであり、難造粒性微粉鉱石の造粒性を向上させることを目的とするものではない。

0015

本発明の目的は、消石灰の品質を適正化し、難造粒性の微粉鉱石の造粒性を向上させる焼結鉱の製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0016

本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
(1)焼結原料を、主焼結原料と副焼結原料とに分け、それぞれを混合・造粒する、主造粒工程と、副造粒工程とを並列で有し、
前記主造粒工程と前記副造粒工程で製造したそれぞれの造粒物を合わせ、前記合わせた造粒物を焼成する焼結鉱の製造方法であって、
前記副造粒工程は、細粒鉱石と、粗粒鉱石と、生石灰を水和当量比が1.3以上1.5未満の範囲の水和反応により製造された消石灰と、を混合・造粒することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
(2)前記細粒鉱石は、ペレットフィードであり、前記粗粒鉱石は、平均粒径が1mm以上の鉄鉱石であることを特徴とする(1)に記載の焼結鉱の製造方法。
(3)前記消石灰は、消化率が82質量%以上であることを特徴とする(1)または(2)に記載の焼結鉱の製造方法。
(4)前記消石灰は、平均粒径が40μm以下、付着水分が、1.5%以下であることを特徴とする(1)乃至(3)のいずれかに記載の焼結鉱の製造方法。

発明の効果

0017

消石灰の品質を適正化することにより、ペレットフィード等の粒径が小さく、難造粒性の細粒鉱石の造粒性を向上させることができる。

図面の簡単な説明

0018

本発明実施の工程を示す図。
水和当量比と消石灰温度を示す図。
水和当量比と消石灰付着水分を示す図
水和当量比と消化率を示す図。
消石灰の粒度を示す図。

0019

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明は、ペレットフィード等の微粒子で、難造粒性の鉱石を造粒するに当たり、主造粒工程とは別の副造粒工程で、バインダーとして消石灰を用いる場合に、消石灰の品質の適正化を図り、難造粒性の鉱石を造粒する焼結鉱の製造方法である。
ペレットフィード等の微粒子は、擬似粒子の形成が困難である。従来、粒径が1mm以上の粗粒鉱石を核とし、その周辺に微粒子鉱石を付着させるために、バインダーとして生石灰が用いられてきた。この場合、製鉄所では、生石灰は、他社より購入され、製鋼工程において大量に使用されており、その一部が、焼結工程において使用されてきた。
しかし、生石灰は、高価であり、その使用量を低減するため、全焼結原料の1〜3%程度の少量が使われてきた。また、主造粒工程とは別の副造粒工程で、主に、ペレットフィード等の微粒鉄鉱石を造粒する試みもなされてきた。

0020

しかし、生石灰(CaO)は、CO2を吸収しCaCO3になりやすく、製鉄所に入荷後、使用前に活性度が失われるという問題がある。
これに対し、水和反応し安定した消石灰(Ca(OH)2)を購入するという考えもある。しかし、生石灰は、製鉄所の製鋼工程で大量に使用されており、これとは別に焼結工程のみに高価n消石灰を購入するのは、好ましくない。
また、購入した消石灰をバインダーとして用いると、ダマになって分散しないために、バインダーとしての効果が十分に発揮できないという問題もある。これに対して生石灰が水和する反応過程では、微細化しながら分散する。したがって、焼結工場でのオンラインで、生石灰を水和させながらバインダーとして添加する方法が有効である。

0021

本発明者は、製鉄所で購入する生石灰を用い、焼結製造工程内で焼結製造に適した品質の消石灰を製造し、燒結鉱を製造する検討をし、本発明に至った。

0022

(本発明の実施工程)
図1に、本発明実施の工程を示す。本発明実施の工程は、主造粒工程1と副造粒工程2を有する。主造粒工程1においては、鉄鉱石槽3、副原料槽4及び凝結剤槽5からそれぞれ、鉄鉱石、副原料及び凝結剤(コークス等)を切り出し、造粒機6に装入して、擬似粒子を造粒する。副造粒工程2においては、微粒鉄鉱石槽7及び粗粒鉄鉱石槽8から、微粒鉄鉱石及び粗粒鉄鉱石を切り出す。微粒鉄鉱石は、ペレットフィード等の難造粒性鉱石である。粗粒鉄鉱石は、主に、粒径1mm以上であり、擬似粒子の核となるものである。副造粒工程2は、更に、生石灰槽10と消化機9を有する。生石灰槽10から切り出された生石灰を消化機9に投入し、水と接触させることで、生石灰は、水和され、消化されて消石灰が製造される。消化機9は、ケーシング内に1軸又は複数軸回転羽根を有しているものが好ましい。この消化機9の構成は、その他に、例えば、ダウミキサーレディゲミキサー又はセメントミキサーなどの汎用的な混連機に、給水管を設けたものでもよい。

0023

消化機9で製造された消石灰は、前記微粒鉄鉱石及び前記粗粒鉄鉱石と共に混合機11で混合された後、造粒機12で、擬似粒子に造粒される。混合機11は、アイリッヒミキサーの他、ダウミキサー、レディゲミキサー又はセメントミキサーなどの汎用的な混連機でもよい。また、造粒機12は、パンペレタイザーの他、ドラムミキサー等でもよい。

0024

主造粒工程1の造粒機6で造粒された擬似粒子と、副造粒工程2の造粒機12で造粒された擬似粒子はベルト上で合流し、焼結機13に送られ、焼結される。
この場合、副造粒工程2の造粒機12で造粒された擬似粒子を、主造粒工程1の造粒機6に投入し、主造粒工程1の鉄鉱石、副原料及び凝結剤(コークス等)と共に、造粒機6により、造粒してもよい(図中点線によるルート)。

0025

(生石灰の消化実験
生石灰(CaO)は、消化機9内で水と接触し、水和反応(式(1))により、消石灰(Ca(OH)2)となる。この時、生成物は消化の進行とともに微細化する。そして、水和により、発熱する。
CaO+H2O → Ca(OH)2・・・・・・・・・・式(1)

0026

本発明者は、生石灰の消化条件を変更し、消石灰の品質に及ぼす影響を調査する実験を行った。
図2に、水和当量比と消石灰温度の関係を示す。
上記の式(1)で、CaOとH2Oは、1モルと1モルの反応であるが、この反応式通りに水和当量比が1.0の水分添加を行っても、生石灰の水和反応時に発生する熱により水分が蒸発するために、消化率は100%にならない。したがって、消化率を高めるためには、水和等量比1.0より過剰の水分添加を行う必要がある。
加えて、水和等量比が高くなると、水和反応による発熱分を消費することができ、反応後の消石灰の温度上昇を抑えることができる。これは、消化機9および、その後の輸送設備保全の点で、100℃未満とすることが好ましい。
図2に、水和当量比と、副造粒鉱石に添加される時点での消石灰温度の関係を示す。
水和当量比が、1.3の時点で、消石灰温度は80℃に達した。 水和等量比が1.3未満になると、すぐに100℃を超える危険性が高くなることが分かる。
尚、消化機9の後の輸送設備は、耐熱性スクリュウコンベアを用いる。

0027

図3に、水和当量比と消石灰の付着水分の関係を示す。図3において、水和当量比が、1.3では、消石灰の付着水分は、0.2質量%程度で、定位安定しているが、水和当量比が、1.5では、消石灰の付着水分は0.2質量%以上1.8質量%以下に大きく変動している。消石灰の付着水分は、1.5質量%以下が好ましい。

0028

付着水分が1.5%を超えてくると、搬送設備への負荷が高くなり、安定操業が保てなくなる。また、設備への付着がおこるため、搬送過程での消石灰のロスができてしまうため、付着水分は1.5%以下が好ましい。したがって、安定した付着水分を得られる水和等量比1.5未満が望ましい。

0029

図4に水和当量比と消化率の関係を示す。
図4より、水和等量比1.3以上1.5未満の範囲で、82%以上の消化率を得られており、バインダー効果としては十分である。したがって、水和等量比1.3~1.5未満の範囲が好ましい。
図5に消石灰の粒度を示す。生石灰の粒度と、水和当量比を1.45で消化した場合の消石灰の粒度である。平均粒径が127μmの生石灰は、上記(1)式の反応により、平均粒径が36.8μmの消石灰が生成された。
粒径が小さな消石灰は、粒径が大きな生石灰と比較し、バインダーとしての効果が大きく発揮するものと考えられる。

0030

焼結面積700m2の焼結機13において、本願発明の燒結鉱焼成実験を行った。
表1に実験を実施した設備の仕様を示す。設備フローは、図1に示す通りである。
生石灰の消化機9は、2軸の羽根を有するものである。

0031

0032

副造粒工程2で用いたペレットフィードは、カナダブルームレイクシンターフィードとし、粗粒鉱石は、豪州産ローブリバーとし、それぞれの粒度を表2に示す。

0033

0034

第3表に試験結果を示す。
試験は、実機の大型焼結機で実施するため、生産率一定の条件下で行った。副造粒物のバインダーは比較例として生石灰を用い、実施例として消石灰を用いた。
副造粒工程2の実施例の消石灰の使用量は、消化前の生石灰量で管理した。即ち、副造粒工程2において、同じ生石灰の使用量(0.50質量%)を比較例では、生石灰をそのまま、実施例では、消石灰に消化して使用した。

比較例の生石灰の使用に対し、実施例で消石灰を使用すると、副造粒工程2での造粒性が改善され、通気性が改善した。そこで、生産率を一定にするため、主造粒工程での生石灰を、比較例(0.50質量%)から実施例(0.20質量%)に低下することができた。消石灰の使用によるバインダーの微粒化により生石灰使用割合を低減することができた。

実施例

0035

0036

ペレットフィード等の粒径が小さく、難造粒性の鉄鉱石の造粒に利用することができる。

0037

1…主造粒工程、2…副造粒工程、3…鉄鉱石槽、4…副原料槽、5…凝結剤槽、6…造粒機、7…微粒鉄鉱石槽、8…粗粒鉄鉱石槽、9…消化機、10…生石灰槽、11…混合機、12…造粒機、13…焼結機。

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