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技術 焼結用原料の造粒方法及び造粒装置

出願人 日本製鉄株式会社
発明者 上城親司
出願日 2016年9月14日 (4年3ヶ月経過) 出願番号 2016-179837
公開日 2018年3月22日 (2年9ヶ月経過) 公開番号 2018-044209
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 鉄系原料 総高さ グリーンボール 焼結用原料 COガス濃度 残留率 下層部分 高炉用
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(2018年3月22日)のものです。
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図面 (3)

課題

炭材内装造粒物を工業的に連続して作製することが可能な、新規かつ改良された焼結用原料造粒方法及び造粒装置を提供する。

解決手段

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、粒度3mm以上の核用炭材をドラムミキサー内に投入し、核用炭材の総質量に対して2〜3質量%の水分で核用炭材を加湿し、粒度0.25mm未満の粒子を20質量%以上含む鉄鉱石を含む中間層用原料をドラムミキサー内に投入し、中間層用原料の質量に対して4.5〜5.5質量%の水分で中間層用原料を加湿し、核用炭材及び中間層用原料を8分以上造粒し、粒度1mm未満の被覆用炭材を核用炭材及び中間層用原料の総質量に対して2〜3質量%の割合でドラムミキサー内に投入し、核用炭材、中間層用原料、及び被覆用炭材を1.5〜3分造粒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。

概要

背景

高炉においては、炉頂から鉄系原料酸化鉄を含む原料。主として、焼結鉱)及びコークスを層状に装入し、高炉下部の羽口から熱風送風する。これにより、高炉内を降下する酸化鉄を加熱するともに、主としてCOからなる還元ガスにより還元する。すなわち、銑鉄を製造する。

このような高炉操業において、省エネルギーなどの観点から還元材比を低減する技術について検討が重ねられている。ここで、還元材比は、例えば高炉に導入される全ての還元材原単位、すなわちコークスの原単位及び羽口から吹き込まれる微粉炭の原単位の総和として示される。

概要

炭材内装造粒物を工業的に連続して作製することが可能な、新規かつ改良された焼結用原料造粒方法及び造粒装置を提供する。上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、粒度3mm以上の核用炭材をドラムミキサー内に投入し、核用炭材の総質量に対して2〜3質量%の水分で核用炭材を加湿し、粒度0.25mm未満の粒子を20質量%以上含む鉄鉱石を含む中間層用原料をドラムミキサー内に投入し、中間層用原料の質量に対して4.5〜5.5質量%の水分で中間層用原料を加湿し、核用炭材及び中間層用原料を8分以上造粒し、粒度1mm未満の被覆用炭材を核用炭材及び中間層用原料の総質量に対して2〜3質量%の割合でドラムミキサー内に投入し、核用炭材、中間層用原料、及び被覆用炭材を1.5〜3分造粒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。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

粒度3mm以上の核用炭材ドラムミキサー内に投入する核用炭材投入工程と、前記核用炭材の総質量に対して2〜3質量%の水分で前記核用炭材を加湿する第1の加湿工程と、粒度0.25mm未満の粒子を20質量%以上含む鉄鉱石を含む中間層用原料を前記ドラムミキサー内に投入する中間層用原料投入工程と、前記中間層用原料の質量に対して4.5〜5.5質量%の水分で前記中間層用原料を加湿する第2の加湿工程と、前記核用炭材及び前記中間層用原料を8分以上造粒する第1の造粒工程と、粒度1mm未満の被覆用炭材を前記核用炭材及び中間層用原料の総質量に対して2〜3質量%の割合で前記ドラムミキサー内に投入する被覆用炭材投入工程と、前記核用炭材、前記中間層用原料、及び前記被覆用炭材を1.5〜3分造粒する第2の造粒工程と、を含むことを特徴とする、焼結用原料造粒方法

請求項2

ドラムミキサーと、粒度3mm以上の核用炭材を前記ドラムミキサー内に投入する核用炭材投入部と、前記核用炭材の総質量に対して2〜3質量%の水分で前記核用炭材を加湿する第1の加湿部と、粒度0.25mm未満の粒子を20質量%以上含む鉄鉱石を含む中間層用原料を前記ドラムミキサー内に投入する中間層用原料投入部と、前記中間層用原料の質量に対して4.5〜5.5質量%の水分で前記中間層用原料を加湿する第2の加湿部と、粒度1mm未満の被覆用炭材を前記中間層用原料の質量に対して2〜3質量%の割合で前記ドラムミキサー内に投入する被覆用炭材投入部と、を備え、前記ドラムミキサーは、前記中間層用原料投入部と前記被覆用炭材投入部との間に配置され、前記核用炭材及び前記中間層用原料を8分以上造粒する第1の造粒部と、前記被覆用炭材投入部と前記ドラムミキサーの後端部との間に配置され、前記核用炭材、前記中間層用原料、及び前記被覆用炭材を1.5〜3分造粒する第2の造粒部と、を備えることを特徴とする、焼結用原料の造粒装置

技術分野

0001

本発明は、焼結用原料造粒方法及び造粒装置に関する。

背景技術

0002

高炉においては、炉頂から鉄系原料酸化鉄を含む原料。主として、焼結鉱)及びコークスを層状に装入し、高炉下部の羽口から熱風送風する。これにより、高炉内を降下する酸化鉄を加熱するともに、主としてCOからなる還元ガスにより還元する。すなわち、銑鉄を製造する。

0003

このような高炉操業において、省エネルギーなどの観点から還元材比を低減する技術について検討が重ねられている。ここで、還元材比は、例えば高炉に導入される全ての還元材原単位、すなわちコークスの原単位及び羽口から吹き込まれる微粉炭の原単位の総和として示される。

0004

特開2011−195943号公報
特開2011−225926号公報
特開2005−139502号公報
特開2005−213593号公報
特開2015−129353号公報
特開2002−285250号公報
特開2004−190045号公報
特開2005−171388号公報
特開2012−126985号公報

先行技術

0005

ISIJ International,Vol49 (2009), p.1498−1504

発明が解決しようとする課題

0006

本発明者は、還元材比を低減することを目的として、焼結鉱の構造に着目した。ここで、焼結鉱は、高炉に投入される鉄源一種である。焼結鉱は、鉄鉱石炭材(例えば、粉コークス無煙炭、高炉灰等)、副原料(例えば、石灰石、橄欖岩、ドロマイト生石灰等)および雑原料(例えば、スケール等)と共に焼き固めることで作製される。以下、焼結鉱の作製に必要な原料を「焼結用原料」とも称する。焼結用原料には、上述した鉄鉱石、炭材、副原料、及び雑原料が含まれる。

0007

具体的には、本発明者は、焼結鉱周辺COガス濃度を上昇させて焼結鉱の還元速度を上昇させる手段として、焼結鉱と炭材を密接に配置する方法を検討し、焼結鉱内に炭材を内包させる技術を創生した。焼結鉱内に炭材を内包させることができれば、高炉内で鉄鉱石と炭材をより密接に配置できるので、焼結鉱の還元でCOがCO2に変化しても、そのCO2と炭材が直ちに反応してCOガスに戻るので焼結鉱周囲のCOガス濃度は高位に保たれるからである。その結果、焼結鉱の還元反応を効率的に進行させることができ、還元材比の低減が期待できる。

0008

この結果、非特許文献1に開示されるように、本発明者は、3層構造造粒物を作製することを発案した。この造粒物は、核用炭材と、核用炭材を被覆する中間層と、中間層を被覆する被覆層とで構成される。中間層は、少なくとも鉄鉱石を含む。被覆層は、被覆用炭材で構成される。そして、本発明者は、このような3層構造の造粒物(以下、「炭材内装造粒物」とも称する)を焼成したところ、炭材を内包する焼結鉱(以下、このような焼結鉱を「炭材内包焼結鉱(CIS)」とも称する)を作製することに成功した。

0009

しかし、非特許文献1には、炭材内装造粒物を工業的に連続して作製する方法に関する知見は開示されていなかった。具体的には、本発明者は、パンペレタイザーを用いて少量の炭材内装造粒物を作製することはできたが、炭材内装造粒物を工業的に連続して作製する知見を得ることができなかった。このため、炭材内装造粒物を工業的に連続して作製する技術が強く求められていた。

0010

なお、多層構造の造粒物に関する技術は特許文献1〜5に、ドラムミキサーを用いて多層構造の造粒物を作製する技術は特許文献6〜9にそれぞれ開示されている。しかし、いずれの特許文献にも炭材内装造粒物を工業的に連続して作製するための知見は何ら開示されていない。

0011

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、炭材内装造粒物を工業的に連続して作製することが可能な、新規かつ改良された焼結用原料の造粒方法及び造粒装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0012

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、粒度3mm以上の核用炭材をドラムミキサー内に投入する核用炭材投入工程と、核用炭材の総質量に対して2〜3質量%の水分で核用炭材を加湿する第1の加湿工程と、粒度0.25mm未満の粒子を20質量%以上含む鉄鉱石を含む中間層用原料をドラムミキサー内に投入する中間層用原料投入工程と、中間層用原料の質量に対して4.5〜5.5質量%の水分で中間層用原料を加湿する第2の加湿工程と、核用炭材及び中間層用原料を8分以上造粒する第1の造粒工程と、粒度1mm未満の被覆用炭材を核用炭材及び中間層用原料の総質量に対して2〜3質量%の割合でドラムミキサー内に投入する被覆用炭材投入工程と、核用炭材、中間層用原料、及び被覆用炭材を1.5〜3分造粒する第2の造粒工程と、を含むことを特徴とする、焼結用原料の造粒方法が提供される。

0013

本発明の他の観点によれば、ドラムミキサーと、粒度3mm以上の核用炭材をドラムミキサー内に投入する核用炭材投入部と、核用炭材の総質量に対して2〜3質量%の水分で核用炭材を加湿する第1の加湿部と、粒度0.25mm未満の粒子を20質量%以上含む鉄鉱石を含む中間層用原料をドラムミキサー内に投入する中間層用原料投入部と、中間層用原料の質量に対して4.5〜5.5質量%の水分で中間層用原料を加湿する第2の加湿部と、粒度1mm未満の被覆用炭材を中間層用原料の質量に対して2〜3質量%の割合でドラムミキサー内に投入する被覆用炭材投入部と、を備え、ドラムミキサーは、中間層用原料投入部と被覆用炭材投入部との間に配置され、核用炭材及び中間層用原料を8分以上造粒する第1の造粒部と、被覆用炭材投入部とドラムミキサーの後端部との間に配置され、核用炭材、中間層用原料、及び被覆用炭材を1.5〜3分造粒する第2の造粒部と、を備えることを特徴とする、焼結用原料の造粒装置が提供される。

発明の効果

0014

以上説明したように本発明によれば、ドラムミキサーを用いて炭材内装造粒物を作製することができるので、炭材内装造粒物を工業的に連続して作製することができる。

図面の簡単な説明

0015

本発明の実施形態に係る焼結用原料の造粒装置の概略構成を示す説明図である。
試験方法の内容を説明するための側断面図である。

0016

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。

0017

<1.焼結用原料の造粒装置>
まず、図1に基づいて、本実施形態に係る焼結用原料の造粒装置10(以下、単に「造粒装置10」とも称する)の構成について説明する。

0018

造粒装置10は、ドラムミキサー20と、核用炭材投入部21と、第1の加湿部22と、中間層用原料投入部23と、第2の加湿部24と、被覆用炭材投入部25とを備える。

0019

ドラムミキサー20は、後述する核用炭材、中間層用原料、及び被覆用炭材を撹拌(すなわち、造粒)することで、炭材内装造粒物を作製する。核用炭材は、炭材内装造粒物の中心を構成する。中間層用原料は、炭材内装造粒物の中間層を構成する。中間層は、上述したように、核用炭材を被覆する層である。被覆用炭材は、被覆層を構成する。被覆層は、上述したように、中間層を覆う層である。炭材内装造粒物は、グリーンボールとも称される。ドラムミキサー20の内径内周面の直径)は特に制限はされないが、例えば4.6〜5.6mであってもよい。内径は5.0〜5.2mであることが好ましく、5.1mであることがより好ましい。また、ドラムミキサー20の回転数も特に制限はされないが、造粒中に原料が飛び跳ねない範囲の回転数であればよく、例えば内径が5.1mとなる場合、回転数の好適な条件は6〜11rpmである。ドラムミキサー20の長さは、後述するドラムミキサー20の各機能が実現される程度の長さであればよいが、好ましくは、25〜27mであり、さらに好ましくは、26mである。また、ドラムミキサー20は、その長さ方向に沿って3つの領域、すなわち核用炭材搬送部20A、第1の造粒部20B、及び第2の造粒部20Cに区分される。これらの領域の位置及び機能については後述する。

0020

核用炭材投入部21は、粒度3mm以上の核用炭材をドラムミキサー20の先端からドラムミキサー20内に投入する。ここで、核用炭材は、炭材内装造粒物の中心を構成する炭材である。核用炭材の種類は特に問われず、焼結用原料として使用可能な炭材であればよい。ただし、核用炭材は、無煙炭であることが好ましい。

0021

また、核用炭材の粒度は3mm以上であることが必要である。核用炭材の粒度が3mm未満となる場合、中間層用原料が核用炭材に十分に付着しない。この結果、炭材内装造粒物の焼成時に核用炭材の大半が燃焼してしまう。すなわち、炭材内包焼結鉱の炭素含有量が低下してしまう。核用炭材投入部21は、例えば、ベルトコンベア等によって実現可能である。なお、本実施形態における「粒度」は、の目開きの大きさによって特定される。例えば、目開きの大きさが3mmとなる篩を通過した核用炭材は、粒度が3mm未満となる。一方、この篩に残った核用炭材は、粒度が3mm以上となる。

0022

核用炭材搬送部20Aは、ドラムミキサー20の先端側に配置される。そして、核用炭材搬送部20Aは、核用炭材投入部21から投入された核用炭材をドラムミキサー20の後端側に向けて搬送する。核用炭材搬送部20A内を核用炭材が滞留する時間(言い換えれば、核用炭材搬送部20A内を核用炭材が移動するのに要する時間)は特に制限されないが、例えば、1分程度であれば良い。

0023

第1の加湿部22は、核用炭材搬送部20A内の核用炭材を加湿する。第1の加湿部22から核用炭材搬送部20A内に投入される水分量(具体的には、単位時間当りの水分量)は、核用炭材の質量(具体的には、単位時間当りにドラムミキサー20内に投入される核用炭材の質量)に対して2〜3質量%である。水分量が2質量%未満となる場合、核用炭材が十分に加湿されないので、中間層用原料が核用炭材に十分に付着しない。この結果、炭材内装造粒物の焼成時に核用炭材の大半が燃焼してしまう。一方、水分量が3質量%を超える場合、核用炭材に中間層用原料が過剰に付着する。この結果、炭材内装造粒物中の炭材の質量%が低減する。したがって、焼成後に得られる炭材内包焼結鉱中の炭材の質量%も減少する。

0024

第1の加湿部22は、散水ノズル及び散水ノズルに水を供給する配管によって実現可能である。すなわち、先端に散水ノズルを取り付けた配管をドラムミキサー20の先端または後端からドラムミキサー20内に挿入する。そして、配管の先端、すなわち散水ノズルを核用炭材搬送部20A内の適宜の位置に配置する。そして、散水ノズルから水を散水する。これにより、第1の加湿部22が実現される。なお、散水ノズルの位置は核用炭材搬送部20A内であれば特に制限されないが、なるべくドラムミキサー20の先端に近い位置であることが好ましい。水と核用炭材との混練時間をなるべく長くするためである。

0025

中間層用原料投入部23は、中間層用原料をドラムミキサー20内に投入する。ここで、中間層用原料は、焼結用原料のうち、炭材を除く原料である。すなわち、中間層用原料は、少なくとも鉄鉱石を含み、さらに副原料、雑原料を含んでいても良い。

0026

ここで、中間層用原料に含まれる鉄鉱石は、粒度0.25mm未満の粒子を鉄鉱石の質量に対して20質量%以上含む。鉄鉱石がこのような微細な粒子を含むことで、鉄鉱石をより確実に核用炭材に付着させることができる。粒度0.25mm未満の粒子の含有率が20質量%未満となる場合、鉄鉱石が核用炭材に付着しにくくなる。したがって、炭材内装造粒物の焼成時に核用炭材の大半が燃焼してしまう。粒度0.25mm未満の粒子が多ければ多いほど、鉄鉱石は核用炭材の表面に付着しやすくなる。したがって、粒度0.25mm未満の粒子の質量%は大きければ大きいほど好ましく、上限値はない。すなわち、100質量%であってもよい。副原料は、例えば、石灰石、橄欖岩、ドロマイト、生石灰等である。雑原料は、例えば、スケール等である。鉄鉱石以外の原料の粒度は特に制限されず、例えば従来の焼結用原料に使用される原料の粒度であれば良い。もちろん、粒度0.25mm未満の粒子が多ければ多いほど好ましい。

0027

中間層用原料投入部23は、例えばベルトコンベアによって実現される。すなわち、ベルトコンベアをドラムミキサー20の先端または後端からドラムミキサー20内に挿入する。そして、ベルトコンベアの先端をドラムミキサー20内の適宜の位置に配置する。そして、ベルトコンベアによって中間層用原料を搬送し、ベルトコンベアの先端から中間層用原料をドラムミキサー20内に落下させる。これにより、中間層用原料投入部23が実現される。中間層用原料投入部23の設置位置(具体的には、ベルトコンベアの先端)は、ドラムミキサー20内の核用炭材搬送部20A、第1の造粒部20B、及び第2の造粒部20Cが各々の機能を実現できるように設定される。なお、ドラムミキサー20の先端から中間層用原料投入部23の設置位置までの領域が核用炭材搬送部20Aとなる。

0028

第1の造粒部20Bは、核用炭材及び中間層用原料を8分以上造粒する。これにより、第1の造粒部20Bは、核用炭材を中間層用原料で覆うことができる。すなわち、核用炭材の表面に中間層を形成することができる。第1の造粒部20Bによる造粒時間が8分未満となる場合、中間層用原料が核用炭材に十分に付着しない。この結果、炭材内装造粒物の焼成時に核用炭材の大半が燃焼してしまう。第1の造粒部20Bによる造粒時間は10分以上であることがより好ましい。この場合、炭材内包焼結鉱内により多くの炭材を残すことができる。

0029

第2の加湿部24は、第1の造粒部20B内の中間層用原料を加湿する。第2の加湿部24から第1の造粒部20B内に投入される水分量(具体的には、単位時間当りの水分量)は、中間層用原料の質量(具体的には、単位時間当りにドラムミキサー20内に投入される中間層用原料の質量)に対して4.5〜5.5質量%である。水分量が4.5質量%未満となる場合、中間層用原料が十分に加湿されないので、中間層用原料が核用炭材に十分に付着しない。この結果、炭材内装造粒物の焼成時に核用炭材の大半が燃焼してしまう。一方、水分量が5.5質量%を超える場合、核用炭材に中間層用原料が過剰に付着する。この結果、炭材内装造粒物中の炭材の質量%が低減する。したがって、焼成後に得られる炭材内包焼結鉱中の炭材の質量%も減少する。

0030

第2の加湿部24は、第1の加湿部22と同様の方法により実現される。なお、散水ノズルの位置は第1の造粒部20B内であれば特に制限されないが、なるべく第1の造粒部20Bの先端、すなわち中間層用原料投入部23の設置位置になるべく近いことが好ましい。水と中間層用原料との混練時間をなるべく長くするためである。

0031

なお、中間層用原料は、予め加湿された状態でドラムミキサー20内に投入されてもよい。この場合、第2の加湿部24が不要になる。

0032

被覆用炭材投入部25は、被覆用炭材をドラムミキサー20内に投入する。ここで、被覆用炭材の粒度は1mm未満となっている。また、単位時間当りにドラムミキサー20内に投入される被覆用炭材の質量%は、核用炭材及び中間層用原料の総質量(具体的には、単位時間当りにドラムミキサー20内に投入される核用炭材及び中間層用原料の総質量)に対して2〜3質量%となる。被覆用炭材の粒度が1mm以上となる場合、被覆用炭材は付着力が低下して中間層を十分に被覆することができない。したがって、炭材内装造粒物の焼成時に中間層の焼成が不十分となる。中間層の焼成が不十分となる場合、中間層による空気の遮断効果が不十分になるので、核用炭材に多くの空気が接触する。そして、核用炭材の多くが燃焼してしまう。

0033

また、被覆用炭材の質量%が2質量%未満となる場合、被覆用炭材量が少なく中間層を十分に被覆することができない。したがって、炭材内装造粒物の焼成時に中間層の焼成が不十分となる。また、被覆用炭材の質量%が3質量%を超える場合、被覆用炭材は中間層を過剰に被覆する。したがって、炭材内装造粒物の焼成時に中間層が過剰に加熱されるので、中間層が溶融する。この結果、核用炭材が露出するので、核用炭材の多くが燃焼してしまう。

0034

被覆用炭材投入部25は、中間層用原料投入部23と同様に、例えばベルトコンベアによって実現される。すなわち、ベルトコンベアをドラムミキサー20の先端または後端からドラムミキサー20内に挿入する。そして、ベルトコンベアの先端をドラムミキサー20内の適宜の位置に配置する。そして、ベルトコンベアによって被覆用炭材を搬送し、ベルトコンベアの先端から被覆用炭材をドラムミキサー20内に落下させる。これにより、被覆用炭材投入部25が実現される。被覆用炭材投入部25の設置位置(具体的には、ベルトコンベアの先端)は、ドラムミキサー20内の核用炭材搬送部20A、第1の造粒部20B、及び第2の造粒部20Cが各々の機能を実現できるように設定される。なお、中間層用原料投入部23の設置位置から被覆用炭材投入部25の設置位置までの領域が第1の造粒部20Bとなる。また、被覆用炭材投入部25の設置位置からドラムミキサー20の後端部までの領域が第2の造粒部20Cとなる。

0035

第2の造粒部20Cは、核用炭材中間層用原料、及び被覆用炭材を1.5〜3分造粒する。これにより、第2の造粒部20Cは、中間層の表面を被覆用炭材で覆うことができる。すなわち、中間層の表面に被覆層を形成することができる。第2の造粒部20Cによる造粒時間が1.5分未満となる場合、被覆用炭材は中間層を十分に被覆することができない。したがって、炭材内装造粒物の焼成時に中間層の焼成が不十分となる。第2の造粒部20Cによる造粒時間が3分を超える場合、被覆層炭材が中間層内に埋没してしまう。この場合、炭材内装造粒物の焼成時に被覆用炭材が空気と十分に接触することができない。したがって、中間層の焼成が不十分となる。造粒時間は2〜2.5分が好ましい。この場合、炭材内包焼結鉱内により多くの炭材を残すことができる。第2の造粒部20Cによって作製された炭材内装造粒物は、ドラムミキサー20の後端から排出される。

0036

<2.焼結用原料の造粒方法>
つぎに、上述した造粒装置10を用いた造粒方法について説明する。本実施形態に係る造粒方法では、まず、核用炭材投入部21から核用炭材をドラムミキサー内に投入する(核用炭材投入工程)。ついで、核用炭材搬送部20Aは、核用炭材投入部21から投入された核用炭材をドラムミキサー20の後端側に向けて搬送する。ここで、第1の加湿部22は、核用炭材搬送部20A内の核用炭材を加湿する(第1の加湿工程)。

0037

ついで、中間層用原料投入部23から中間層用原料をドラムミキサー20内に投入する(中間層用原料投入工程)。ついで、核用炭材及び中間層用原料を8分以上造粒する(第1の造粒工程)。ここで、第2の加湿部24は、第1の造粒部20B内の中間層用原料を加湿する(第2の加湿工程)。なお、第2の加湿部24は、中間層間から露出した核用炭材が存在する場合、核用炭材の露出部分も加湿する。このため、当該露出部分に中間層用原料が付着しやすくなる。ついで、被覆用炭材投入部25から被覆用炭材をドラムミキサー20内に投入する(被覆用炭材投入工程)。ついで、核用炭材、中間層用原料、及び被覆用炭材を1.5〜3分造粒する。以上の工程により、炭材内装造粒物を作製する。

0038

このように、本実施形態によれば、ドラムミキサー20を用いて炭材内装造粒物を作製することができるので、炭材内装造粒物を工業的に連続して作製することができる。さらに、ドラムミキサー20自体は従来の焼結用原料の造粒に使用されるものであればよい。したがって、既存の設備をほぼ流用することができるので、低コストで本実施形態を実現可能となる。すなわち、低コストで低還元材比操業が可能となる。なお、上述した各原料の質量%、水分量の質量%、造粒時間等のパラメータは極めて重要である。これらのパラメータのうち、いずれのパラメータが上記の範囲を逸脱した場合、後述する実施例に示されるように、核用炭材が十分に残った炭材内包焼結鉱を作製することができない。また、炭材内装造粒物は、特許文献1〜9のいずれにも開示されていない。本発明者は、特許文献1〜9に開示された技術を炭材内装造粒物の作製に適用できるか検証したが、これらの技術では、実用に耐えうる炭材内装造粒物を作製することができなかった。本発明者は、炭材内装造粒物の構造、ドラムミキサーの特性等に関して多くの検証を重ねた結果、上述したパラメータに想到することができた。

0039

<1.実施例1>
(1−1.炭材内装造粒物の作製>
上述した造粒方法を用いて炭材内装造粒物(すなわち、グリーンボール)を作製した。ここで、ドラムミキサー20の内径は0.6m、回転数は原料が飛び跳ねない回転数とし、実験に使用したドラムミキサーの場合30rpmであった。また、核用炭材として、無煙炭を準備した。そして、核用炭材中の炭素量をJIS8812に準拠して測定した。炭素量の測定は複数のサンプルを用いて行い、各サンプルの測定値平均値を核用炭材の炭素量とした。また、核用炭材を粒度が1〜8mm、2〜8mm、3〜8mm、4〜8mm、5〜8mmとなるように分級した。なお、粒度範囲に関し、「A〜B」は、粒度がA以上B未満であることを示す。すなわち、実施例1では、粒度の異なる複数種類の核用炭材を準備した。そして、これらを用いて炭材内装造粒物を作製した。核用炭材の質量%は、核用炭材及び中間層用原料の総質量に対して5.6質量%とした。

0040

また、中間層用原料として、粒度0.25mm未満の粒子を20質量%含む鉄鉱石、粒度0.25mm未満の珪石、粒度0.25mm未満の石灰石、粒度0.25mm未満の生石灰を準備した。鉄鉱石、珪石、石灰石、及び生石灰の質量%は、核用炭材及び中間層用原料の総質量に対してそれぞれ78.8質量%、3.3質量%、9.9質量%、2.4質量%とした。

0041

また、被覆用炭材として、粒度が1mm未満の無煙炭を準備した。被覆用炭材の核用炭材及び中間層用原料の総質量に対する質量%(すなわち、外数)は2.0質量%とした。また、第1の加湿部22からドラムミキサー20内に投入される水分量、すなわち核用炭材の加湿量は2.0質量%とした。また、第2の加湿部24からドラムミキサー20内に投入される水分量、すなわち中間層用原料の加湿量は5.0質量%とした。また、核用炭材搬送部20A内の核用炭材の滞留時間(すなわち、第1の加湿部22から投入された水分と核用炭材との混練時間)は1分とした。また、第1の造粒部20Bによる造粒時間は8分とし、第2の造粒部20Cによる造粒時間は1.5分とした。

0042

(1−2.鍋試験
上述した炭材内装造粒物を用いて、鍋試験を行った。まず、図2に基づいて、鍋試験に使用される鍋試験装置100の概要について説明する。鍋試験装置100は、鍋本体110と、鍋本体110の下端部に設置されるブロワ120とを備える。鍋本体110の底面110Aは火格子である。鍋本体110の内径Lは300mm、高さH(中空部分の高さ)は500mmである。鍋本体110内には、炭材内装造粒物210等が装入される。

0043

次に、鍋試験装置100を用いた鍋試験について説明する。まず、鍋本体110の底面110A上に床敷鉱を敷設する。床敷鉱からなる層の高さhは20mmとした。ついで、床敷鉱上に上述した工程で作製された炭材内装造粒物210を20kg(乾燥時質量)装入した。ついで、炭材内装造粒物210上に粉体原料220を装入した。ここで、粉体原料の組成は、表1に示される通りである。なお、表1中の質量%は、粉体原料220及び炭材内装造粒物210の総質量に対する質量%である。すなわち、炭材内装造粒物210の上層には、通常の焼結用原料を装入した。表1には、炭材内装造粒物210の質量%も示した。粉体原料220からなる層及び炭材内装造粒物210からなる層の総高さHは480mmとした。この時、粉体原料220の質量は36kg(乾燥時質量)であった。なお、炭材内装造粒物210を下層に配置したのは、炭材内装造粒物210の粒度は粉体原料220の粒度に対して大きいので、焼成により大きな熱量が必要だからである。すなわち、鍋試験では、上層の上端点火しつつ、下方に吸引を行うので、下層の温度は上層よりも高くなる。従って、下層に供給される熱量は、上層に供給される熱量よりも大きい。このため、炭材内装造粒物210を下層に配置した。

0044

0045

ついで、ブロワ120により9.8kPaの圧力で鍋本体110内を吸引しつつ、粉体原料220の上端をLPGバーナで1分間着火した。これにより、粉体原料220及び炭材内装造粒物210を焼成した。焼成中、排ガス温度を測定し、排ガス温度が最高温度に到達してから3分後にブロワ120を停止し、焼成を終了した。ついで、下層部分、すなわち炭材内包焼結鉱からなる焼結ケーキを取り出し、高さ2mの位置から焼結ケーキを鉄板上に落下させた。これにより、炭材内包焼結鉱を作製した。炭材内包焼結鉱を室温まで冷却した後、炭材内包焼結鉱の炭素量をJIS8812に準拠して測定した。炭素量の測定は複数のサンプルを用いて行い、測定値の平均値を炭材内包焼結鉱の炭素量とした。そして、炭材内包焼結鉱の炭素量を上述した核用炭材の炭素量で除算することで、炭材残留率(質量%)を測定した。炭材残留率が大きいほど、多くの炭材が炭材内包焼結鉱内に残留していることとなる。実施例1及び後述する各実施例では、炭材残留率が2質量%以上となる場合を合格ベルとした。非特許文献1に開示される通り、炭材残留率が2質量%以上となる炭材内包焼結鉱を高炉用の鉄源として用いることで、圧力損失を大きく低減することができる。したがって、還元材比の低減が可能となる。核用炭材の粒度と炭材残留率との対応関係を表2に示す。なお、表2には、炭材内装造粒物の粒度も併せて示す。

0046

0047

表2から明らかな通り、核用炭材の粒度が3mm未満となる場合、中間層用原料が十分に核用炭材に付着せず、炭材内装造粒物の粒度が十分大きくならなかった。さらに、炭材残留率が著しく低下した。炭材内装造粒物から核用炭材が露出したために、核用炭材が燃焼してしまったと推定される。一方、核用炭材の粒度が3mm以上となる場合、炭材内装造粒物の粒度が十分大きくなり(具体的には、8mm以上となり)、炭材残留率も上昇した。

0048

<2.実施例2>
実施例2では、核用炭材の粒度を3〜8mmに固定し、鉄鉱石に含まれる粒度0.25mm未満の粒子の質量%を10、20、30、40、50、60質量%のいずれかに変更した。これら以外は実施例1と同様の処理を行った。すなわち、実施例2では、鉄鉱石に含まれる粒度0.25mm未満の粒子の質量%が異なる複数種類の炭材内装造粒物を作製し、これらの特性を評価した。結果を表3に示す。表3には、粒度が8mm以上となる炭材内装造粒物の質量%(炭材内装造粒物の総質量に対する質量%)も併せて示す。ここで、炭材内装造粒物の粒度として8mmに着目したのは、粒度が8mm以上であれば、炭材残留率の高い炭材内包焼結鉱を作製することができるからである。

0049

0050

表3から明らかな通り、粒度0.25mm未満の粒子の質量%が20質量%未満となる場合、核用炭材に中間層用原料を十分に付着させることができず、粒度8mm以上の炭材内装造粒物を作製することができなかった。また、炭材残留率も低くなった。炭材内装造粒物から核用炭材が露出したために、核用炭材が燃焼してしまったと推定される。これに対し、粒度0.25mm未満の粒子の質量%が20質量%以上であれば、粒度8mm以上の炭材内装造粒物を多く作製することができ、炭材残留率も良好であった。すなわち、核用炭材に中間層用原料を十分に付着させることができた。

0051

<3.実施例3>
実施例3では、核用炭材の粒度を3〜8mmに固定し、被覆用炭材の質量%を1、2、3、4、5質量%のいずれかに変更した。これら以外は実施例1と同様の処理を行った。すなわち、実施例3では、被覆用炭材の質量%が異なる複数種類の炭材内装造粒物を作製し、これらの特性を評価した。結果を表4に示す。表4には、炭材内包焼結鉱の焼結の程度も併せて示す。

0052

0053

表4から明らかな通り、被覆用炭材の質量%が2質量%未満となる場合、炭材残留率が著しく低下した。また、炭材内包焼結鉱はもろく、容易に崩壊した。これらの結果により、中間層の焼成が不十分であったと推定される。すなわち、中間層の焼成が不十分なため、中間層による空気の遮断効果が不十分になる。この結果、核用炭材の多くが燃焼してしまったと推定される。また、中間層の焼成が不十分なため、炭材内包焼結鉱が容易に崩壊したと推定される。一方、被覆用炭材の質量%が3質量%を超える場合にも、炭材残留率が低下した。また、焼成中に炭材内装造粒物が溶融した。したがって、炭材内装造粒物の焼成時に中間層が過剰に加熱されたと推定される。すなわち、中間層が過剰に加熱されたために、中間層が溶融し、核用炭材が露出してしまったと推定される。そして、核用炭材が燃焼してしまったと推定される。なお、被覆用炭材の質量%が4質量%となる場合、炭材残留率は2質量%と合格レベルの値となった。しかし、造粒物が溶融したため、実用に耐えうる炭材内包焼結鉱は作製できなかった。一方、被覆用炭材の質量%が2〜3質量%となる場合、炭材残留率は2質量%以上となり、焼結も過不足なく行うことができた。

0054

<4.実施例4>
実施例4では、核用炭材の粒度を3〜8mmに固定し、核用炭材の加湿量を1、2、3、4質量%のいずれかに変更した。これら以外は実施例1と同様の処理を行った。すなわち、実施例4では、核用炭材の加湿量が異なる複数種類の炭材内装造粒物を作製し、これらの特性を評価した。結果を表5に示す。表5には、炭材内装造粒物の作製の可否も併せて示す。

0055

0056

表5から明らかな通り、核用炭材の加湿量が2質量%未満となる場合、炭材残留率が0質量%となり、炭材内装造粒物を作製することができなかった。したがって、中間層用原料が核用炭材に十分に付着せず、焼成時に核用炭材が燃焼してしまったと推定される。一方、核用炭材の加湿量が3質量%を超える場合、炭材内装造粒物を作製することはできたが、炭材残留率が著しく低下した。中間層用原料が核用炭材に過剰に付着したために、炭材内包焼結鉱内に占める炭材の質量%が相対的に低下したと推定される。一方、核用炭材の加湿量が2〜3質量%となる場合、炭材内装造粒物を作製することができ、炭材残留率も良好であった。

0057

<5.実施例5>
実施例5では、核用炭材の粒度を3〜8mm、核用炭材の加湿量を2質量%に固定し、中間層用原料の加湿量を3.5〜6.0質量%の間で0.5質量%ずつ変更した。これら以外は実施例1と同様の処理を行った。すなわち、実施例5では、中間層用原料の加湿量が異なる複数種類の炭材内装造粒物を作製し、これらの特性を評価した。結果を表6に示す。表6には、炭材内装造粒物の作製の可否も併せて示す。

0058

0059

表6から明らかな通り、中間層用原料の加湿量が4.5質量%未満となる場合、炭材残留率が2質量%未満となり、炭材内装造粒物を作製することができなかった。これは、中間層用原料が核用炭材に十分に付着せず、焼成時に核用炭材が燃焼してしまったと推定される。一方、中間層用原料の加湿量が5.5質量%を超える場合、炭材内装造粒物を作製することはできたが、炭材残留率が著しく低下した。中間層用原料が核用炭材に過剰に付着したために、炭材内包焼結鉱内に占める炭材の質量%が相対的に低下したと推定される。一方、中間層用原料の加湿量が4.5〜5.5質量%となる場合、炭材内装造粒物を作製することができ、炭材残留率も良好であった。

0060

<6.実施例6>
実施例6では、核用炭材の粒度を3〜8mmに固定し、第1の造粒部20Bによる造粒時間を2、4、6、8、10、12分のいずれかに変更した。これら以外は実施例1と同様の処理を行った。すなわち、実施例5では、第1の造粒部20Bによる造粒時間が異なる複数種類の炭材内装造粒物を作製し、これらの特性を評価した。結果を表7に示す。表7には、粒度が8mm以上となる炭材内装造粒物の有無も併せて示す。

0061

0062

表7から明らかな通り、第1の造粒部20Bによる造粒時間が8分未満となる場合、核用炭材に中間層用原料を十分に付着させることができず、粒度が8mm以上となる炭材内装造粒物を作製することができなかった。また、炭材残留率も0となった。核用炭材が露出したために、焼成時に核用炭材が燃焼してしまったと推定される。一方、造粒時間が8分以上となる場合、粒度が8mm以上となる炭材内装造粒物を作製することができ、炭材残留率も良好であった。したがって、核用炭材に中間層用原料を十分に付着させることができた。また、造粒時間が10分以上となる場合に、炭材残留率がさらに良好な値となった。したがって、造粒時間が10分以上となる場合、より多くの中間層用原料を核用炭材に付着させることができたことになる。

0063

<7.実施例7>
実施例7では、核用炭材の粒度を3〜8mmに固定し、第2の造粒部20Cによる造粒時間を1、1.5、2、2.5、3、3.5、4分のいずれかに変更した。これら以外は実施例1と同様の処理を行った。すなわち、実施例7では、第2の造粒部20Cによる造粒時間が異なる複数種類の炭材内装造粒物を作製し、これらの特性を評価した。結果を表8に示す。

0064

0065

表8から明らかな通り、第2の造粒部20Cによる造粒時間が1.5分未満となる場合、炭材残留率が0となった。この場合、被覆用炭材が中間層に十分に付着しないので、中間層の焼成が不十分であったと推定される。すなわち、中間層の焼成が不十分となる場合、中間層による空気の遮断効果が不十分になるので、核用炭材に多くの空気が接触する。この結果、核用炭材の多くが燃焼してしまったと推定される。また、造粒時間が3分を超える場合にも、炭材残留率が著しく低くなった。この場合、被覆層炭材が中間層内に埋没してしまうので、炭材内装造粒物の焼成時に被覆用炭材が空気と十分に接触することができない。したがって、中間層の焼成が不十分となったと推定される。一方、造粒時間が1.5〜3分となる場合、炭材残留率が良好であった。したがって、この場合、中間層を十分に焼成できた。造粒時間が2〜2.5分となる場合、炭材残留率がさらに良好な値となった。この場合、中間層をさらに強固に焼成できたことになる。

0066

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。

実施例

0067

例えば、上記実施形態では、ドラムミキサーを1台としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、ドラムミキサーは複数台使用してもよい。例えば、ドラムミキサーを2台用意し、一方のドラムミキサーで第1の造粒部20Bの途中までの工程を行い、他方のドラムミキサーで残りの工程を行うようにしても良い。この場合、短いサイズのドラムミキサーも使用可能なので、既存設備をより効果的に使用することができる。

0068

10造粒装置
20ドラムミキサー
20A 核用炭材搬送部
20B 第1の造粒部
20C 第2の造粒部
21 核用炭材投入部
22 第1の加湿部
23中間層用原料投入部
24 第2の加湿部
25被覆用炭材投入部

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