(57)【要約】【課題】ミニペレットの原料として、発生量の少ない乾燥ダストに代えて、製鋼スラグを用いることにより、製鋼スラグおよび湿潤ダストの在庫量を削減するとともに、製鋼スラグに起因した弊害を抑止することができる焼結原料の製造方法を提案する。【解決手段】鉄鋼製造過程で発生した湿潤ダストと乾燥ダストを原料とするミニペレットを焼結鉱の通常原料中に混合して得た焼結原料をドワイトロイド式焼結機で焼結して高炉用焼結鉱を製造するときの、上記焼結原料の製造方法であって、上記ミニペレットは、ミニペレットの全原料に対して製鋼スラグを０ｍａｓｓ％超え２５ｍａｓｓ％以下の範囲で配合して造粒したものであり、好ましくは、上記ミニペレットを、焼結鉱の通常原料を造粒する造粒設備の前、中間および後のいずれかの位置で、焼結鉱の通常原料中に混合することを特徴とする焼結原料の製造方法。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鋼製造過程で発生した湿潤ダストと乾燥ダストを原料とするミニペレットを焼結鉱の通常原料中に混合して得た焼結原料をドワイトロイド式焼結機で焼結して高炉用焼結鉱を製造するときの、上記焼結原料の製造方法であって、
上記ミニペレットは、ミニペレットの全原料に対して製鋼スラグを０ｍａｓｓ％超え２５ｍａｓｓ％以下の範囲で配合して造粒したものであることを特徴とする焼結原料の製造方法。
【請求項２】
上記ミニペレットを、焼結鉱の通常原料を造粒する造粒設備の前、中間および後のいずれかの位置で、焼結鉱の通常原料中に混合することを特徴とする請求項１に記載の焼結原料の製造方法。
【請求項３】
上記湿潤ダストを、ミニペレットの全原料に対して０ｍａｓｓ％超え５０ｍａｓｓ％以下の範囲で、ミニペレット原料中に配合することを特徴とする請求項１または２に記載の焼結原料の製造方法。
【請求項４】
上記ミニペレットの含水率を１０〜１３ｍａｓｓ％の範囲とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の焼結原料の製造方法。
【請求項５】
上記ミニペレットを、全焼結原料中における製鋼スラグの比率が０ｍａｓｓ％超え５ｍａｓｓ％以下となる範囲で、焼結鉱の通常原料中に混合することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の焼結原料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼スラグを焼結鉱の原料の一部に用いた焼結原料をドワイトロイド式焼結機で焼結して高炉用焼結鉱を製造するときの、上記焼結原料の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下方吸引するドワイトロイド式焼結機で高炉用焼結鉱を製造するときの焼結原料には、主原料となる鉄鉱石（粉鉱石）と、ＣａＯ系やＳｉＯ２系の副原料および焼結熱源となるコークス、無煙炭等の凝結材（炭材）等から構成される焼結鉱の原料（以下、この原料を「通常原料」ともいう）を、適度な大きさに造粒した造粒粒子（擬似粒子ともいう）を用いるのが普通である。
【０００３】
また、製鉄所内で発生するダストやスラグ、副産物等も、その含有成分に応じて、許容できる範囲で焼結用の原料として再使用されている。たとえば、表１に示すように、製銑工程の高炉で発生したダストを電気集塵機やサイクロン集塵機等の乾式集塵装置で回収したいわゆる乾燥ダストや、湿式集塵装置で回収した湿潤ダスト、製銑工場や製鋼工場の側溝などから回収した煤塵、熱間圧延工程で発生したミルスケールをシックナー等の排水処理設備で回収したいわゆる湿潤ダストには、鉄分が多く含まれているため、造粒してミニペレット化し、これを通常の焼結原料中に混合して使用されている。また、製鋼工程で発生する脱硫予備処理スラグや、転炉スラグ（脱Ｐスラグ、脱炭スラグ）などの製鋼スラグは、Ｃａ分を多く含有しているため、焼結原料に添加されるＣａＯの代替品として使用されている。
【０００４】
【表１】
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【０００５】
ところで、上記製鋼工程で発生する製鋼スラグを焼結原料中に添加するＣａＯの代替品として使用する場合には、各種鉄鉱石（粉鉱石）をブレンドするベッディング工程で鉄鉱石中に混合するのが一般的である。しかし、製鋼スラグは、表２にその分析結果の一例を示すように、ＣａＯ，Ｆｅ，ＳｉＯ２を主成分とするものであるが、ＣａＯ以外にＡｌ２Ｏ３が高いことが特徴である。そのため、製鋼スラグをＣａＯの代替品として、そのまま焼結原料の一部に使用すると、製鋼スラグ中のＡｌ２Ｏ３が焼結原料側に溶出し、焼結原料（造粒粒子）全体の融点が上昇し、焼結不足や焼結反応の不均一を招き、成品焼結鉱の強度低下や歩留り低下、ひいては生産性の低下を招く。上記問題点を回避するためには、凝結材（炭材）を不必要に増加したり、焼結速度を落として高温保持時間を確保したりする必要があるため、生産性を阻害する要因ともなっている。それ故、製鋼スラグを焼結鉱の原料として使用する量は、鉄鉱石全体の１〜２ｍａｓｓ％程度に限られている。
【０００６】
【表２】
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【０００７】
そこで、製鋼スラグを焼結原料として利用する技術よりも、製鉄所内で発生した乾式ダストや湿潤ダストをミニペレット化して焼結鉱の原料の一部として活用する技術が先行して開発されている。しかし、湿潤ダストは、表１からわかるように、１５〜４０ｍａｓｓ％程度の水分を含有するため、そのままでは造粒することが難しい。そこで、乾式ダストと湿潤ダストを混合して水分を１０ｍａｓｓ％前後とした後、ペレタイザー等で造粒することが行われている。
【０００８】
例えば、特許文献１には、含鉄微粉鉱および鉄鋼製造プロセスから発生する集塵ダスト（高炉ダスト、焼結ダスト、転炉ダスト）等を予め１〜５ｍｍ程度の粒径のミニペレットと称される球状物に造粒してから焼結原料中に混ぜ、焼結鉱の原料として使用する際、ミニペレットの水分を０〜６％に乾燥脱水して使用する技術が開示されている。また、特許文献２には、湿潤ダストは水分含有量が多いため、ミニペレットの原料に使用する際必要となる乾燥工程を省略するため、製鉄所から発生する湿潤ダストと乾燥ダストを混合し、調湿工程を経た両ダストを造粒してミニペレットを製造するに際し、濃縮脱水過程を経た前記湿ダストの水分を測定し、その水分測定値に基づき、混合後の水分が１０〜１３％になるように乾燥ダストの配合比を定めて混合調湿し、造粒する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５４−０８５１０１号公報
【特許文献２】特開昭６２−２６７４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、製鉄所内で発生する乾燥ダストは、湿潤ダストと比べて発生量が少ないため、ミニペレットの生産に支障を来たしたり、湿潤ダストの在庫量が増大したり、湿潤ダストの乾燥コストが嵩むという問題がある。また、使用量が限定されている製鋼スラグについても、在庫量の削減、リサイクル率向上のため、焼結鉱の原料としての使用量の更なる拡大が望まれている。
【００１１】
本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ミニペレットの原料として、発生量の少ない乾燥ダストに代えて、製鋼スラグを用いることにより、製鋼スラグおよび湿潤ダストの在庫量を削減するとともに、製鋼スラグに起因した弊害を抑止することができる焼結原料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、上記課題を解決し、製鋼スラグを有効活用する方策について、乾燥ダストと湿潤ダストを質量比５０：５０で混合したミニペレットをベース条件として鋭意検討を重ねた。その結果、発生量の少ない乾燥ダストに代えて、含水量は乾燥ダスとよりも高いが、湿潤ダストより含水量が低い製鋼スラグを、乾燥ダストの代替品として乾燥ダストに対して最大５０ｍａｓｓ％（ミニペレット全原料に対して最大２５ｍａｓｓ％）まで置換して用いても、焼結鉱の生産性に悪影響を及ぼすことがないことを見出し、本発明を開発するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明は、鉄鋼製造過程で発生した湿潤ダストと乾燥ダストを原料とするミニペレットを焼結鉱の通常原料中に混合して得た焼結原料をドワイトロイド式焼結機で焼結して高炉用焼結鉱を製造するときの、上記焼結原料の製造方法であって、上記ミニペレットは、ミニペレットの全原料に対して製鋼スラグを０ｍａｓｓ％超え２５ｍａｓｓ％以下の範囲で配合して造粒したものであることを特徴とする焼結原料の製造方法を提案する。
【００１４】
本発明の焼結原料の製造方法は、上記ミニペレットを、焼結鉱の通常原料を造粒する造粒設備の前、中間および後のいずれかの位置で、焼結鉱の通常原料中に混合することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の焼結原料の製造方法は、上記湿潤ダストを、ミニペレットの全原料に対して０ｍａｓｓ％超え５０ｍａｓｓ％以下の範囲で、ミニペレット原料中に配合することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の焼結原料の製造方法は、上記ミニペレットの含水率を１０〜１３ｍａｓｓ％の範囲とすることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の焼結原料の製造方法は、上記ミニペレットを、全焼結原料中における製鋼スラグの比率が０ｍａｓｓ％超え５ｍａｓｓ％以下となる範囲で、焼結鉱の通常原料中に混合することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ミニペレットの原料として、発生量の少ない乾燥ダストに代えて製鋼スラグを使用することができるので、ミニペレットを安定生産することが可能となる。また、本発明によれば、製鋼スラグ使用に起因した焼結鉱の生産性に及ぼす悪影響を抑止することができるので、製鋼スラグのリサイクル率向上にも寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】配合率が異なる４種類のミニペレット原料を造粒したときの外観写真である。
【図２】従来のミニペレット原料Ｔ１と、製鋼スラグを２５ｍａｓｓ％添加したミニペレット原料Ｔ４から得られた造粒粒子の粒径分布図である。
【図３】焼結実験に用いた５種類の焼結原料の製造工程を説明する図である。
【図４】図３に示した製造方法が異なる５種類の焼結原料を用いて焼結実験を行った結果を比較して示したグラフである。
【図５】製鋼スラグを配合したミニペレットを混合して実機焼結機で焼結を行ったときの生産性に及ぼす影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
従来、乾燥ダストと湿潤ダストは、質量比５０：５０程度で配合し、含水率を１０ｍａｓｓ％程度に調湿した後、これをペレタイザー等で造粒してミニペレットとし、焼結原料としていた。しかし、乾燥ダストの発生量は湿潤ダストと比較して少ないため、ミニペレットの安定生産に支障を来たしたり、湿潤ダストの在庫量が増大したりするという問題があった。
【００２１】
一方、製鋼スラグは、そのまま用いると、Ａｌ２Ｏ３を多く含むため、ベッディングヤードで鉄鉱石（粉鉱石）に配合し、焼結原料の一部として用いる場合には、焼結原料全体の融点を上昇させ、焼結不足や焼結反応の不均一を引き起こし、成品焼結鉱の強度低下（歩留り低下）や生産性の低下を招いていた。そのため、製鋼スラグの添加量は、焼結原料全体の１〜２ｍａｓｓ％程度に限られていた。
【００２２】
発明者らは、上記問題点を回避するため、ミニペレットの原料として、発生量の少ない乾燥ダストに代えて、湿潤ダストより含有水分の低い製鋼スラグを使用することを検討するため下記の実験を行った。
表１に示した乾燥ダストと湿潤ダストを、従来技術と同様、質量比で５０：５０で配合する条件をベース（Ｔ１）とし、これに対して、乾燥ダストに代えて製鋼スラグを配合し、調湿した条件（Ｔ２，Ｔ３）、および、乾燥ダスト量を減少させ、乾燥ダストの代替品として製鋼スラグを加えて、湿潤ダストと調湿した条件（Ｔ４）において、湿潤ダスト、乾燥ダストおよび製鋼スラグの配合比率を表３のＴ２〜Ｔ４に示したように変えた造粒原料を用意し、６００ｍｍφのペレタイザーを用いて回転数２０ｒｐｍで１２０秒の造粒を行い、造粒性を調べた。また、造粒粒子の水分（含水率）についても測定し、その結果を表３に併記した。
【００２３】
【表３】
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【００２４】
図１は、上記Ｔ１〜Ｔ４の造粒後の外観写真を示したものである。この結果から、Ｔ１の配合条件では、造粒粒子を造粒することができたが、一部に粗大な造粒粒子が認められ、大きさが不均一であった。これは、原料の湿潤ダストと乾燥ダストの水分量が大きく異なるため、ペレタイザーで混合しても、水分の分布が十分に均一化できなかったためであると考えられる。また、乾燥ダストに代えて、製鋼スラグを使用し、製鋼スラグと湿潤ダストを２５：７５で配合したＴ３では、造粒することができなかった。また、Ｔ３よりも製鋼スラグの配合量を増やして製鋼スラグと湿潤ダストを５０：５０で配合したＴ２でも同様であった。この原因は、製鋼スラグに含まれる水分によって、原料全体としての水分が過剰となり、べたついてしまったためと考えられる。
【００２５】
これに対して、湿潤ダストの配合率は５０のままで、乾燥ダストの半量を製鋼スラグに代えて配合したＴ４の条件では、造粒することができ、かつ、Ｔ１の配合条件よりも粒子の大きさを均一化することができた。この原因は、製鋼スラグ中にも水分が含まれているため、Ｔ１よりも水分が均一化したためであると考えられる。これらの結果から、造粒性の観点からは、乾燥ダストと湿潤ダストを、質量比５０：５０で混合してミニペレットを製造する場合には、上記乾燥ダストの半量程度（ミニペレット全体の２５ｍａｓｓ％）まで、製鋼スラグで置き換えることができることがわかった。
【００２６】
次いで、上記Ｔ１およびＴ４で得られた造粒粒子（ミニペレット）の焼結性を事前に予測するため、造粒粒子の粒度分布を測定し、その結果を図２に示した。この図から、乾燥ダストに代えて、製鋼スラグを２５ｍａｓｓ％添加したＴ４の造粒粒子は、従来のＴ１と比較し、成品歩留りを低下させる篩目８ｍｍ超えの粗大粒子の数が少なく、逆に、通気性を改善する篩目２．８ｍｍ超え８ｍｍ以下の粒子の数が増加していること、また、造粒粒子の平均粒径は、Ｔ１が１．５ｍｍであるのに対して、Ｔ４は３．２４ｍｍで全体として粒子径大きくなっていることがわかった。これらの点から、製鋼スラグを２５ｍａｓｓ％添加したＴ４の造粒粒子は、従来のＴ１の造粒粒子より、通気性が改善され、生産性が向上することが期待された。
【００２７】
そこで、上記Ｔ４の配合条件（製鋼スラグ２５ｍａｓｓ％、湿潤ダスト５０ｍａｓｓ％、乾燥ダスト２５ｍａｓｓ％）の造粒粒子（ミニペレット）を用いて、下記の焼結実験を行った。
焼結実験は、上記のミニペレットを、図３のＴ４ａ〜Ｔ４ｃに示したように、焼結鉱の通常原料を造粒する直列配置された２基のドラムミキサーの前、間、後の３箇所のいずれかの位置で通常原料中に、上記ミニペレットと焼結鉱の通常原料の質量比が１：４（焼結原料全体に対する製鋼スラグの比率が５ｍａｓｓ％）となるように投入し、図３に示した所定時間の造粒を行い、焼結原料Ｔ４ａ、Ｔ４ｂおよびＴ４ｃを得た。なお、ドラムミキサー出側では、凝結材（炭材）として、粉コークスを５ｍａｓｓ％となるよう外装添加した。
【００２８】
次いで、上記のようにして得た焼結原料を、内径が３００ｍｍφ、高さが４００ｍｍの焼結原料充填部を有する試験鍋に装入した後、上記充填層の上部に点火し、試験鍋の下方から−７００ｍｍＡｑで吸引して空気を充填層内に導入し、炭材を燃焼させることによって、上記焼結原料を焼結させた。
また、比較例として、焼結鉱の通常原料のみ（製鋼スラグ添加なし）を上記造粒設備で造粒した焼結原料（図３のＴ０）と、ベッディングヤードでの製鋼スラグの粉鉱石への配合を模擬して、上記ドラムミキサー前の原料撹拌工程で、製鋼スラグを通常原料中に５ｍａｓｓ％添加した焼結原料（図３のＴ５）についても、上記と同様にして焼結実験を行った。
【００２９】
上記焼結実験では、焼結に要した時間を測定するとともに、得られた成品焼結鉱について、ＪＩＳ  Ｍ８７１１に準じて落下強度ＳＩ（ｏｒ  ＪＩＳ  Ｍ８７１２に準じて回転強度ＴＩ）を測定して成品歩留りを求め、それらの結果から生産性を算出し、それらの結果を図４に示した。ここで、上記生産性とは、パレット単位面積（ｍ２）、単位時間（ｈｒ）当たりの成品焼結鉱の生産量（ｔ）であり、焼結時間、成品焼結鉱の歩留りから求められる。
【００３０】
図４から、従来技術のように製鋼スラグをベッディングヤードで混合するＴ５の条件では、通常の焼結原料のみを焼結するＴ０の場合と比較して、焼結時間が大幅に延長するとともに、成品焼結鉱の歩留りも大きく低下するため、生産性が著しく低下している。
これに対して、本発明に適合した条件で製造した焼結原料（ミニペレット）Ｔ４ａ〜Ｔ４ｃでは、いずれの場合も通常の焼結原料Ｔ０を焼結する場合と比較し、焼結時間が延長しているが、成品焼結鉱の歩留りが逆に向上するため、生産性の低下は抑制されている。これは、本発明のミニペレットでは、製鋼スラグと湿潤ダストおよび乾燥ダストとを混合して造粒しているため、製鋼スラグの弊害が希釈されることと、ミニペレットを通常原料の造粒工程に投入したことにより、ミニペレットの表面に未造粒の通常原料の粒子が付着しているため、ミニペレットと、通常原料からなる造粒粒子と焼結時の融合が促進される結果、成品焼結鉱の強度が上昇したためと考えられる。
【００３１】
また、製鋼スラグを使用したミニペレットＴ４ａ〜Ｔ４ｃを比較すると、上記ミニペレットを焼結鉱の通常原料の造粒工程の上流側で投入した方が、焼結鉱の強度は低下するが、焼結時間がそれ以上に短縮されるため、生産性は高くなり、通常原料からなる焼結原料Ｔ０を焼結する場合に近いレベルの生産性を確保することができる。
したがって、ミニペレットを通常原料の造粒工程で投入する位置は、生産性を重視する場合には、造粒工程の上流側、逆に、歩留りを重視する場合には、造粒工程の下流側とするのが好ましい。
【００３２】
ここで、本発明の製鋼スラグを配合したミニペレット（造粒粒子）中に含まれる水分の量（含水率）は１０〜１３ｍａｓｓ％の範囲とすることが好ましい。１０ｍａｓｓ％未満では、水分が少な過ぎて造粒することができず、一方、１３ｍａｓｓ％を超えると、焼結原料と混合して使用する際、焼結原料中の水分が過多となり、湿潤帯の形成が促進されて、焼結時間の延長につながるためである。
【００３３】
また、上記含水率とするためには、ミニペレットの原料中に配合する製鋼スラグの配合量を、ミニペレット全体に対して０ｍａｓｓ％超え２５ｍａｓｓ％以下の範囲とすることが望ましい。０ｍａｓｓ％では、従来のミニペレットと変わりがなく、一方、２５ｍａｓｓ％を超えると、造粒粒子中の水分が、ミニペレットの造粒に適正な含水率の上限（１３ｍａｓｓ％）を超えるからである。
【００３４】
また、上記ミニペレットの原料中の湿潤ダストの配合率は５０ｍａｓｓ％を基本とするが、ミニペレットの含水率を上記範囲に制御できる限り、２０〜５０ｍａｓｓ％の範囲内で適宜変化してもよい。５０ｍａｓｓ％以上の配合では、含水率が上昇し、乾燥工程が必要となり、一方、２０ｍａｓｓ％未満では、湿潤ダストの使用量が過小となり、在庫量の増加を招くことになるからである。
【００３５】
また、本発明の焼結原料の製造方法は、上記ミニペレットを焼結鉱の通常原料に対して、全焼結原料に対する製鋼スラグの比率が０ｍａｓｓ％超え５ｍａｓｓ％以下となる範囲で混合することが好ましい。本発明の焼結原料の製造方法では、製鋼スラグの混合量が２ｍａｓｓ％未満であれば、焼結鉱の生産性にほとんど悪影響を及ぼさないが、２ｍａｓｓ％を超えると生産性に影響が出始める。しかし、製鋼スラグの混合量が５ｍａｓｓ％以下であれば、従来の製鋼スラグ混合量の上限である２ｍａｓｓ％と同等以上の生産性を十分に確保することができるからである。
【実施例】
【００３６】
製鋼スラグと湿潤ダストおよび乾燥ダストを、それぞれ質量比２５：５０：２５で配合して撹拌した後、５５００ｍｍφのペレタイザーで造粒し、製鋼スラグを２５ｍａｓｓ％含有する造粒粒子（ミニペレット）を製造し、次いで、上記ミニペレットを、焼結鉱の通常原料を造粒するドラムミキサーの入口側で上記通常原料中に、ミニペレットの混合量が全焼結原料に対して０ｍａｓｓ％、４ｍａｓｓ％および８ｍａｓｓ％の３水準となるように変化させて投入し、表４に示すＴ０，Ｔ１およびＴ２の焼結原料とした。ここで、上記３水準の焼結原料における製鋼スラグの含有量は、Ｔ０が０ｍａｓｓ％、Ｔ１が１ｍａｓｓ％、Ｔ２が２ｍａｓｓ％に相当する。なお、凝結材（粉コークス）は、ドラムミキサーの後端部において、焼結原料全体に対して５ｍａｓｓ％となる量を投入した。
次いで、上記のようにして得た焼結原料を、実機焼結機に装入して焼結鉱を製造し、各水準の焼結原料の生産性を調査した。
【００３７】
【表４】
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【００３８】
なお、比較例として、上記焼結原料とは別に、製鋼スラグを、ベッディングヤードで粉鉱石に１ｍａｓｓ％および２ｍａｓｓ％の２水準で混合し、通常原料と同様にして造粒粒子とした焼結原料Ｔ３およびＴ４を製造しておき（凝結材の配合量：５ｍａｓｓ％）、これらの焼結原料に対して、別途製造しておいた湿潤ダストと乾燥ダストを５０：５０で配合（製鋼スラグなし）して造粒粒子としたミニペレットを、焼結原料Ｔ３に対しては全焼結原料に対して３ｍａｓｓ％となる量、焼結原料Ｔ４に対しては全焼結原料に対して６ｍａｓｓ％となる量を混合して実機焼結機に装入し、焼結鉱を製造し、上記Ｔ０〜Ｔ２の焼結原料と同様、生産性を調査した。なお、ミニペレット混合後の上記Ｔ３およびＴ４の焼結原料における製鋼スラグおよびミニペレットの配合率は、それぞれＴ１およびＴ２と同じである。
【００３９】
上記Ｔ０〜Ｔ４の合計５水準の焼結原料の生産性の調査結果を図５に示した。
図５から、製鋼スラグをベッディングヤードで粉鉱石に混合する従来技術の比較例Ｔ３およびＴ４では、製鋼スラグ１ｍａｓｓ％あたり、生産性が０．０７ｔ／ｈｒ・ｍ２（４．７％）と大きく低下しているのに対し、本発明に従い、製鋼スラグをミニペレットに混合して使用する方法では、製鋼スラグを２ｍａｓｓ％添加しても、生産性にはほとんど悪影響が生じていないことがわかる。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１】
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