(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鉄工程から発生する粉状金属酸化物に、少なくとも還元剤、水分、およびバインダーを加えて非連続式成型機内に投入し、混合、混練して成型する回転炉床式還元炉用ペレットの成型方法において、
混練中のペレットの成長速度Ａを所定の時間毎に下記（a）式で求め、求められた前記成長速度Ａが0.3超（%/s）の場合に巨大化状態と判断して乾燥粉を添加して再度混合および混練し、前記成長速度Ａが0.2未満（%/s）の場合に非成長状態と判断して水を添加して再度混練し、前記成長速度Ａが0.2〜0.3（%/s）の場合に安定成長状態と判断して直ちに成型工程に移行し、成型することを特徴とするペレットの成型方法。
ペレット成長速度Ａ＝ （ｂｅ−ｂｓ）/ｔ・・・・ (a) 式
ｔ：混練時間（ｓ）
ｂｓ：前記混練時間・当初の６mm以上の粒径の割合（%）
ｂｅ：前記混練時間・最後の６mm以上の粒径の割合（%）
【請求項２】
前記還元剤として、コークス粉、石炭粉、ＣＤＱ粉から選ばれる少なくとも１以上からなることを特徴とする請求項１に記載のペレットの成型方法。
【請求項３】
前記粉状金属酸化物として、前記製鉄工程の設備である転炉、高炉、焼結、圧延設備から選ばれる少なくとも１以上の設備から副生される粉状金属酸化物からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のペレットの成型方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉状金属酸化物に、少なくとも還元剤、水分、およびバインダーを加えて非連続式成型機内に投入し、混合、混練して成型する回転炉床式還元炉向けペレットの成型方法に関する。例えば、製鉄工程から発生する各種製鉄ダストを成型して回転炉床式還元炉で還元処理する場合の非連続式成型機において、原料ダストの性状に左右されずに強度が高く、容易に安定成型が可能となるペレットの成型方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粉状金属酸化物、還元剤、水分、およびバインダーを含む原料を混練して球状のペレットを成型し、これを高温で還元して経済的な還元鉄を製造する設備として回転炉床式還元炉が知られている。前記還元炉は、固定した耐火物の天井と側壁の下で、中央部を欠いた円盤状の耐火物の炉床がレールの上を一定速度で回転する型式の焼成炉（以下、回転炉と称す）である。回転炉の炉床直径は１０〜５０メートルかつ、炉床幅は２〜６メートルである。炉床は回転しながら、原料供給部、加熱帯、還元帯、製品排出部を移動していく。原料ペレットは１０００℃程度と高温の原料供給部に投入される。その後、加熱帯で、約１２００℃以上まで加熱されたのちに、還元帯で、炭素と酸化金属が反応して、還元金属が生成する。回転炉床法では、加熱が迅速なために、反応は７〜２０分で終了する。還元ペレットは、炉内から排出されて冷却され、その後、電気炉や高炉の原料として使用される。
【０００３】
前記回転炉による還元鉄の製造において、前記ペレットの強度が不十分である場合、崩壊したペレットが炉床耐火物にビルトアップして、岩盤化され排出スクリューのブレードを摩耗させる問題がある。このように、ペレットを還元するプロセスでは、安定的な操業の実現のためにペレットの強度が高いことが重要である。特に還元剤を原料とするペレットでは、主に還元剤及び水分の割合が適正でない場合には成型がし難く、強度が上がりづらい問題があり、強度を上げることが望まれている。
【０００４】
実際のペレット製造プロセスにおいて、前記ペレットの強度は原料性状の変動、例えば、前記粉状金属酸化物及び還元剤が保有している水分、粒径、配合割合、前記粉状金属酸化物及び還元剤に添加する水分、バインダーの添加量、前記粉状金属酸化物を構成する主として転炉、高炉、焼結、圧延設備から副生される各粉状金属酸化物の設備毎の配合割合など、数多くのパラメータにより成型のし易さや成型されるペレットの強度が異なる。よって、現実には、熟練したオペレータが成型機の機側で目視観察・検査を運転中に常時実施し、種々の成型条件を都度、経験則により適宜変更・操作して粒径の安定した強度の高いペレットを成型しており、安定的に強度の高いペレットを容易に成型することが難しい。
【０００５】
一方、前記強度の高いペレットの成型方法に関しては従来から種々の提案がなされており、例えば、特許第３６３５２５３号公報（下記特許文献１）には、非連続式成型機であるパン式成型機でペレットを製造する方法として、原料の10μm以下の粒径の粒子を２０〜８０%含むように予め調整する方法が記載されている。
【０００６】
しかし、この特許文献１の方法は、原料を事前に粉砕すると共に所定の粒径に合うように原料を選択する必要があるため、ペレット成型前の事前工程に多大な時間を要し、実用的な技術として適用できない。また、成型の制御方法として予め原料の水分を測定しておき8〜13%の範囲で水分を制御すると記載されているが具体的な制御方法は開示されていなく、前記のとおり粉状金属酸化物及び還元剤の保有する水分量は種々相違するため安定的に強度の高いペレットを成型することは難しく、同様に実用的な技術でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３６３５２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決するものであって、強度の高いペレットを、前記原料の性状が変動しても、運転者の技量に関係なく、安定して、短時間で容易に成型が可能なペレットの成型方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、その要旨とするところは、特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
(1)製鉄工程から発生する粉状金属酸化物に、少なくとも還元剤、水分、およびバインダーを加えて非連続式成型機内に投入し、混練して成型する回転炉床式還元炉用ペレットの成型方法において、混練中のペレットの成長速度Ａを所定の時間毎に下記（a）式で求め、求められた前記成長速度Ａが0.３超（%/s）の場合に巨大化状態と判断して乾燥粉を添加して再度混合および混練し、前記成長速度Ａが0.2未満（%/s）の場合に非成長状態と判断して水を添加して再度混練し、前記成長速度Ａが0.2〜0.3（%/s）の場合に安定成長状態と判断して直ちに成型工程に移行し、成型することを特徴とするペレットの成型方法。
ペレット成長速度Ａ＝ （ｂｅ−ｂｓ）/ｔ・・・・(a) 式
ｔ：混練時間（ｓ）
ｂｓ：前記混練時間・当初の６mm以上の粒径の割合（%）
ｂｅ：前記混練時間・最後の６mm以上の粒径の割合（%）
(2)前記還元剤として、コークス粉、石炭粉、ＣＤＱ粉から選ばれる少なくとも１以上からなることを特徴とする(1)に記載のペレットの成型方法。
(3)前記粉状金属酸化物として、前記製鉄工程の設備である転炉、高炉、焼結、圧延設備から選ばれる少なくとも１以上の設備から副生される粉状金属酸化物からなることを特徴とする(1)または(2)に記載のペレットの成型方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、前記原料性状が変動しても、運転者の技量に関係なく強度の高いペレットを安定して成型することが可能となった。また成型を対象とする原料の粉砕及び粒径に合うように原料の選択が不要、即ち、ぺレット成型前の事前工程が皆無となり、成型時間を大幅に短縮することが可能で実用的に適する技術となった。更に、成型状況を連続で把握することができるので、成型不具合発生時に迅速にその対応が可能となるペレットの成型方法を提供することができるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用する回転炉床式還元プロセスを例示する図である。
【図２】本発明のペレットの成型方法における予備テスト１のペレット成型状態を説明する図である。
【図３】本発明のペレットの成型方法における予備テスト２のペレット成長状態を説明する図である。
【図４】（ａ）（ｂ）本発明のペレットの成型方法における混練中のペレット成長速度の測定方法を説明する図である。
【図５】本発明のペレットの成型方法における好ましい実施形態を例示する図である。
【図６】本発明のペレットの成型方法における実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
まず、本発明を適用する回転炉床式還元プロセスを図１に示す。図１に示すように、粉状金属酸化物貯留槽１、還元剤貯留槽２、バインダー貯留槽３、からなる原料の貯留設備がある。さらに、混合原料槽４、成型装置５およびペレット乾燥装置６、からなる原料処理設備があり、また、焼成還元装置である回転炉床式還元炉７があり、これには、還元鉄冷却装置８と排ガス処理装置９が付随しており、本発明のペレットの成型方法は前記成型装置５に適用される。前記成型装置５には、混練状態を撮像し、画像解析する撮像手段10、該撮像手段の解析結果にもとづいて、制御手段11からの信号により前記成型装置５に水を供給する水ホッパー12、乾燥粉を供給する乾燥粉ホッパー13が付帯されている。14は流量調整弁である。
【００１３】
本発明のペレットの成型方法の完成において、本発明者らは、以下のステップにより、本発明を完成させた。まず、強度の高いペレットの成型において、その強度を左右する最大の因子として種々のテスト結果から、成型されるペレットには成型中、核となる適正粒径があると以下の知見を得た。以下に説明する。
【００１４】
＜予備テスト１＞
図２は製鉄工程から発生する粉状金属酸化物として、各々高炉、転炉、焼結、圧延設備から副生された各粉状金属酸化物、次に、前記４者の設備から副生された粉状金属酸化物を略同量の配合したものに対し、水分を１０重量％、バインダーとしてベントナイト１重量％混合し、非連続式成型機の一つであるペレガイアを用いて、予備テスト５種を実施した。その結果を図２に示す。図２から明らかなように、前記５種のテストにおいて、時間の経過とともに粒の成長は進み、いずれの場合も、平均粒径が６ｍｍ前後になると粒の成長が安定することが判明し、これにより、強度の高いペレットを成型するための核となる平均粒径は、約６ｍｍ前後と判明した。
【００１５】
＜予備テスト2＞
続いて、次のテストを実施した。図３は高炉、転炉各粉状金属酸化物に、バインダーとしてベントナイト１重量％混合したものに対し、水分の添加量を５、１０、１５重量％変更させ、前記予備テスト１と同様に、非連続式成型機の一つであるペレガイアを用いて、予備テスト２種を実施した。図３において、横軸が時間、縦軸を平均粒径が６ｍｍ以上の割合を示す。  図３から明らかなように、高炉、転炉各粉状金属酸化物において、何れも場合も、添加する水分の量が１０重量前後になると平均粒径６ｍｍ以上の割合増加が停止し、安定することが判明した。なお、前記平均粒径が６ｍｍ以上の割合の判定は、混錬時のペレットを撮像し、観察領域の内、粒径６mm以上の割合を画像処理により判定した。
【００１６】
これまでの事前予備テスト１及び２のテスト結果をふまえ、強度が高く、前記原料の性状が変動しても短時間で容易に安定したペレットを成型する方法を以下のとおり完成した。すなわち、前記ペレットを成型するには、前記核となる平均粒径が６ｍｍ以上の増加割合を以下のとおり、観察・判定し、該判定の結果、水又は粉状金属酸化物の乾燥粉を適宜添加して適正なる混練状態を達成し、その後、成型工程に移行することにより達成可能とし、本発明を完成した。
【００１７】
本発明によれば、ペレット成長速度(％/s)を測定することにより成型物の成型具合が容易に把握でき、成長速度が急激に増加した場合、成型物が異常成長し更には泥状となり成型不可となり、成長速度に変化が見られない場合、成型物は大きくならず粉状のままとなる。一方、成長速度がある範囲で緩やかに増加した場合、強度のある希望粒径をもつ成型物が製造可能となるので、混錬中のペレットの成長速度(％/s)を測定することにより、変動のない安定したペレットを製造できるうえ、事前に成型不具合が把握可能となり迅速な対応が可能となる。
【００１８】
図４（ａ）、（ｂ）は、本発明のペレットの成型方法における混練中のペレット成長速度の測定方法を説明する図である。図示するように、混錬時間ｔ1のペレットを撮像し画像処理図４（ａ）、同様に、ｔ2のペレットを撮像し、画像処理図４（ｂ）を行うことによって、観察領域の内、粒径６mm以上の巨大粒の面積比率（%）を求め、ｔ1〜ｔ2（s）間に増加した粒径６mm以上の巨大粒の割合（%）を算定することによりペレット成長速度（%/s）を算定することができる。この画像処理によるペレット成長速度（%/s）を算定は、オンライン処理が適するが、より簡便な方法として６mm目の篩を用いて篩上と篩下の重量比を算定することにより求めることもできる。なお、前記、ペレットの成長速度を測定する頻度（時間）については、ペレットの成長度合いにもよるが３０〜６０秒とすることが好ましい。
【００１９】
図５は、本発明のペレットの成型方法における好ましい実施形態を例示する図であり、図５（a）は基本運転、図５（b）は巨大化時の対応、図５（c）は非成長時の対応を示す。
【００２０】
図５（a）の非連続式成型機の基本運転では、複数の原料を混ぜる混合（解砕）の後、水を添加してペレットの核を作る混錬を行った後、ペレットの核を成長させる成型を行う。混練工程中に、前記ペレット成型状態が巨大化状態の場合には、乾燥粉を添加して回転数を変化させて再度混合および混練することにより、ペレットの泥化による異常成長を防止することができる。
【００２１】
また、前記成型状態が非成長状態の場合には、混練工程後に、水を添加して回転数を変化させて再度混練することにより、粒成長を促進させることができる。
このように、本発明によれば、ペレット成型状態を連続で把握できるため、上記の成型不可の場合に迅速な対応（リカバリー）が可能となる。本発明に用いるペレット成型装置は問わないが、バッチ処理を行う非連続式成型装置を用いることにより、成型不可の場合の対応が容易である。
【実施例】
【００２２】
図６は、代表的なペレット原料として製鉄工程から発生する製鉄ダストを用いた本発明の実施例を示す。粉状金属酸化物として前記のとおり製鉄ダストを用い水分を１０重量％、バインダーとしてベントナイト１重量％混合し、非連続式成型機の一つであるペレガイアを用いて成型を実施した。
図６に前記実施例におけるペレット成長速度（%/s）を示す。
破線のようにペレット成長速度が0.3（%/s）超、粒径６mm以上の巨大粒が急激に増加する場合は泥状となり、または一点鎖線のように0.2（%/s）未満、粒径６mm以上の巨大粒が0.2(%)に届かず下方安定する場合は成型不可（粉のまま）だった。実線のようにペレット成長速度が0.2〜0.3（%/s）では成型が短時間で容易に可能だった。
【００２３】
以上に説明したように、本発明のペレットの成型方法により、原料性状の変動に左右されず、また、運転者の技量に関係なく安定した成型が可能となるうえ、成型状況を連続で把握することができるので、成型不具合発生時に迅速にその対応が可能となり、本発明の効果が確認できた。                                                                
【符号の説明】
【００２４】
１ 粒状金属酸化物貯留槽
２ 還元剤貯留槽
３ バインダー貯留槽
４ 混合原料槽
５ 成型装置
６ ペレット乾燥装置
７ 回転炉床式還元炉
８ 還元鉄冷却装置
９ 排ガス処理装置
10撮像手段
11制御手段
12水ホッパー
13乾燥粉ホッパー
14  流量調整弁
【図１】
0005731274.tif 000002
【図２】
0005731274.tif 000003
【図３】
0005731274.tif 000004
【図４】
0005731274.tif 000005
【図５】
0005731274.tif 000006
【図６】
0005731274.tif 000007