(57)【要約】【課題】焼結鉱の生産効率を向上させるとともに、表面に高強度のカルシウムフェライトを生成させ、内部に被還元性の高いヘマタイトを生成させた焼結鉱を製造するに好適な焼結原料の造粒方法を提供する。【解決手段】高炉用焼結鉱を製造する際、石灰石と粉コークスを除いた焼結原料をドラムミキサーで造粒した後、その造粒擬似粒子に石灰石と粉コークスを添加して造粒擬似粒子の表面に石灰石と粉コークスを付着させる焼結原料の造粒方法において、石灰石と粉コークスを除いた焼結原料を造粒する際に造粒水の粘度を500mPa・ｓ以上の粘度として調整し、造粒した後、造粒した擬似粒子に石灰石と粉コークスを添加し、造粒擬似粒子に石灰石と粉コークスを付着させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉用焼結鉱を製造する際、石灰石と粉コークスを除いた焼結原料をドラムミキサーで造粒した後、その造粒擬似粒子に石灰石と粉コークスを添加して造粒擬似粒子の表面に石灰石と粉コークスを付着させる焼結原料の造粒方法において、前記石灰石と前記粉コークスを除いた焼結原料を造粒する際に造粒水の粘度を500mPa・ｓ以上の粘度として調整し、造粒した後、造粒した擬似粒子に石灰石と粉コークスを添加し、造粒擬似粒子に石灰石と粉コークスを付着させることを特徴とする焼結原料の造粒方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉で使用する焼結鉱を製造する原料（以下、焼結原料という）を、ドワイトロイド式焼結機に装入するに先立って造粒する方法に関するものである。詳しくは、焼結鉱の生産効率を向上させるとともに、表面に高強度のカルシウムフェライトを生成させ、内部に被還元性の高いヘマタイトを生成させた焼結鉱を製造するに好適な焼結原料の造粒方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に焼結鉱は、図７に示すような工程を経て製造される。まず、10mm以下で重量平均径1.0〜5.0mmの各種原料、たとえば
(a)鉄鉱石粉，石灰石，ドロマイト等のCaＯを含有する原料、
(b)製鉄所内で回収された各種の粉体、
(c)焼結鉱の篩下粉、
(d)生石灰等の造粒助剤、
(e)粉コークス，無煙炭等の凝結剤
を所定の割合で各ホッパー２から切り出してドラムミキサー3aに装入する。ドラムミキサー3a内でこれら(a)〜(e)の焼結原料を混合しながら水４を添加して調湿し、次いでドラムミキサー3bで造粒して、平均粒径が3.0〜6.0mmの粒子（以下、擬似粒子という）とする。なお図７には２台のドラムミキサーを使用する例を示したが、１台のみで混合，調湿，造粒を行なう例（図示せず）もある。
【０００３】
この擬似粒子をサージホッパー５に一旦貯留してドラムフィーダー６で切り出し、シュート７を介して無端移動式のパレット８上に400〜600mmの高さで充填する。パレット８は矢印ａの方向へ常時移動するので、シュート７からパレット８に充填された擬似粒子は点火炉９を通過する。点火炉９にて、パレット８に充填された擬似粒子の表層に分布する粉コークス（上記の(e)参照）に点火する。
【０００４】
点火炉９を通過した後は、パレット８の下方に設置された排風機によって空気を吸引
するので、順次、表層の炭材から底層に分布する炭材が点火される。このようにしてパレット８に充填された擬似粒子内の凝結剤が燃焼し、その燃焼熱で擬似粒子の焼結が進行する。得られた焼結ケーキを破砕，整粒して粒径5.0mm以上の焼結鉱を高炉（図示せず）に装入する。
【０００５】
このようにして製造される焼結鉱の生産量は、ドワイトロイド式焼結機１の機長，パレット８の幅，パレット８上の充填層厚，擬似粒子の嵩密度（原料の銘柄による）に応じて定まる。また、これらの条件が一定である場合には、パレット８上の充填層の通気性を改善して焼結時間を短縮する、あるいは焼結ケーキの冷間強度を高めて歩留りを向上することによって、焼結鉱の生産効率を高めることができる。
【０００６】
そこで焼結時間の短縮に着目すると、充填層の通気性を改善するためには、充填する擬似粒子の強度を増加して、焼結過程で擬似粒子が崩壊し難くする必要がある。したがって強度を増加するためには、造粒助剤を使用して各種原料を強固に付着させなければならない。焼結原料の造粒助剤、すなわちバインダーは、代表的には生石灰が用いられるが、近年、粘度の高いバインダーを用いた焼結原料の造粒方法の提案がなされている。すなわち、造粒粒子である擬似粒子の強度を増加する有効な手段として、粘度の高いバインダーを使用して擬似粒子の強度を増加させ、粒子径を大きくすることが挙げられる。
【０００７】
ここで、擬似粒子である造粒体の強度σは、下記の(1)式で与えられる。
σ＝６ΨＳ（〔１−ε〕／ε）（γ／Ｄ）cosθ
＋（３πμＲ4 ／２）（da／dt）      ・・・(1)
σ：造粒体の引張強度
γ：架橋物質の表面張力
θ：粉体との接触角
μ：架橋物質の粘度
Ｓ：粉体の表面積
Ψ：液充満度（＝0.6）
ε：造粒物の空隙率
Ｄ：比表面積相当径
ａ：架橋液体の曲率半径
なお(1)式の６ΨＳ（〔１−ε〕／ε）（γ／Ｄ）cosθは毛細管力による吸引圧力を指し、（３πμＲ4／２）（da／dt）は外力に対する抗力を指す。
【０００８】
これによると、造粒体の強度σを向上させるためには、粉体と架橋物質（一般的には水とバインダーの混合溶融体である造粒水）との接触角を低下させる方法、あるいは架橋物質（造粒水）の粘度を増加させる方法がある。
しかし、これまでに高粘度バインダーを用いて造粒水の粘度を増加させると、造粒粒子の強度が増加し、造粒粒子径が増加するが、粉状の石灰石やコークスも鉄鉱石粉とともに造粒粒子内に取り込まれるために、燃焼反応や溶融反応が円滑に進まない。その結果、操業成績が芳しくないことが知られていた。つまり、粘度の高いバインダー（以下、高粘度バインダーという）を使用すると、造粒水粘度が上昇し、粘度の高い造粒水を使用した造粒では、擬似粒子の強度は高まるものの、鉄鉱石とともに石灰石（上記の(a)参照）や粉コークス（上記の(e)参照）が擬似粒子の中に取り込まれるので、燃焼反応と溶融反応が円滑に進行せず、焼結鉱の生産性は向上できなかった。
【０００９】
たとえば特許文献１〜３に開示された技術では、粘度の高いカルボキシル基等の使用によって粉コークスが擬似粒子内に取り込まれるので、粉コークスの燃焼性が悪化して燃焼反応の進行が阻害され、焼結鉱の生産効率に問題を起こすことがあった。
つまり、高粘度バインダーを用いて擬似粒子の強度を増加させ、焼結鉱の生産効率を向上させる技術は、未だ実用化に至っていない。
【特許文献１】特開2002-241851号公報
【特許文献２】特開2004-76137号公報
【特許文献３】特開2004-76134号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、ドワイトロイド式焼結機で焼結鉱を製造するにあたって、新たな設備を必要とせず、焼結鉱の生産効率を向上させるとともに、表面に高強度のカルシウムフェライトを生成させ、内部に被還元性の高いヘマタイトを生成させた焼結鉱を製造するに好適な焼結原料の造粒方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者らは、高粘度バインダーを用いて擬似粒子の強度を増加し、かつ焼結鉱の生産効率を向上する方法について鋭意検討した。すなわち、高粘度バインダーを使用し、擬似粒子強度を高め、内在された粉コークスの燃焼性に問題を生じるということは、一旦擬似粒子化されていれば、擬似粒子の崩壊が少なく、そのような擬似粒子に対して副原料である石灰石と凝結剤である粉コークスとを擬似粒子の表面に付着（すなわち外装化）させることができれば、最も好ましい焼結用擬似粒子を得ることができるという知見を得た。
【００１２】
本出願人は特許文献４の技術を保有している。その技術では、擬似粒子の表面に石灰石と粉コークスを外装化することによって、表面に高強度のカルシウムフェライトを生成させ、内部に被還元性の高いヘマタイトを生成させた焼結鉱を得ることができる。
つまり、擬似粒子から石灰石と粉コークスを除外し、擬似粒子の表面に石灰石と粉コークスを外装化する際、石灰石と粉コークスを除外した焼結原料の擬似粒子の造粒過程で、高粘度バインダーを使用することによって擬似粒子の強度を増加させ、その後、出願人が保有する外装化の技術、すなわち擬似粒子の表面に焼結時の熱源として必要な粉コークスおよび高炉操業に必要な石灰石を付着させることによって、焼結時の燃焼反応と溶融反応を確保することにより、焼結鉱の生産効率向上と、表面に高強度のカルシウムフェライトを生成させ、内部に被還元性の高いヘマタイトを生成させた焼結鉱を得ることができる。
【００１３】
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、高炉用焼結鉱を製造する際、石灰石と粉コークスを除いた焼結原料をドラムミキサーで造粒した後、その造粒擬似粒子に石灰石と粉コークスを添加して造粒擬似粒子の表面に石灰石と粉コークスを付着させる焼結原料の造粒方法において、石灰石と粉コークスを除いた焼結原料を造粒する際に造粒水の粘度を500mPa・ｓ以上の粘度として調整し、造粒した後、造粒した擬似粒子に石灰石と粉コークスを添加し、造粒擬似粒子に石灰石と粉コークスを付着させる焼結原料の造粒方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ドワイトロイド式焼結機で焼結鉱を製造するにあたって、新たな設備を必要とせず、焼結鉱の生産効率を向上させるとともに、表面に高強度のカルシウムフェライトを生成させ、内部に被還元性の高いヘマタイトを生成させた焼結鉱を製造するに好適な焼結原料を造粒できる。また本発明によって、高粘度バインダーを使用する際の弊害を一挙に解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明について図面を参照して説明する。
図１は、焼結鉱の被還元性と高炉のガス利用率との関係を示すグラフである。焼結鉱の被還元性はＪＩＳ規格で定義されており、ここではJIS-RIと記す。高炉のガス利用率ηCOは下記の(2)式で算出される値である。
ηCO＝ＣＯ2（％）／〔ＣＯ（％）＋ＣＯ2（％）〕              ・・・(2)
図１から明らかなように、焼結鉱の被還元性JIS-RIが増加すると、高炉のガス利用率ηCOが増加する。
【００１６】
図２は、高炉のガス利用率ηCOと高炉の燃料比との関係を示すグラフである。高炉の燃料比は銑鉄１tonあたりのコークス使用量を指す。図２から明らかなように、高炉のガス利用率ηCOが増加すると、燃料比が減少する。
これらの図１，図２から、JIS-RIが増加すると、燃料比が減少することが分かる。燃料比の減少は、コークス使用量の低減を意味しており、高炉操業における原料コストの削減に寄与する。つまり焼結鉱の被還元性JIS-RIを向上すれば、高炉操業のコストダウンを達成できる。
【００１７】
また、焼結鉱の冷間強度は高炉の操業に多大な影響を及ぼす。つまり、冷間強度の低い焼結鉱は崩壊し易いので、高炉に装入されるときに容易に粉砕され、高炉内の通気性を阻害する。したがって、被還元性に優れかつ冷間強度の高い焼結鉱は、高炉の操業に好適な焼結鉱である。
焼結鉱を構成する鉱物組織は、ヘマタイト（HE），カルシウムフェライト（CF），カルシウムシリケート（CS），マグネタイト（MG）であり、各鉱物組織の引張強度とJIS-RIは表１に示す通りである。表１から明らかなように、被還元性が最も高い鉱物組織はヘマタイト（HE）であり、引張強度が最も大きい鉱物組織はカルシウムフェライト（CF）である。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
表１に示す鉱物組織で構成される焼結鉱の被還元性と冷間強度を共に向上させるためには、焼結鉱の表面に引張強度の大きいカルシウムフェライトを生成させ、焼結鉱の内部に被還元性の高いヘマタイトを生成させる必要がある。発明者らの研究によれば、石灰石と粉コークスを除いた焼結原料をドラムミキサーにて水を添加しながら造粒して擬似粒子とし、さらにドラムミキサー内で擬似粒子の表面に石灰石と粉コークスとを水によって付着させた造粒物を焼結することによって、カルシウムフェライトを表面に、ヘマタイトを内部に選択的に生成させた焼結鉱を製造できることが判明した。
【００２０】
図３は、その説明図であり、焼結原料をそのまま造粒すると、図３(A)に示すように、擬似粒子は、鉄系原料，CaＯ系原料，SiＯ2 系原料，熱源を同時に混合して得るため、焼結鉱にはヘマタイト（HE），カルシウムフェライト（CF），カルシウムシリケート（CS），マグネタイト（MG）の４種の鉱物組織が混在することになる。
そこで図３(B)に示すように、焼結原料から石灰石と粉コークスを除いた擬似粒子の周囲に石灰石と粉コークスとを付着させた造粒物とすると、得られた焼結鉱の組織がカルシウムフェライト（CF）を表面に、ヘマタイト（HE）を内部に選択的に生成させたものになる。
【００２１】
本出願人の発明である特許文献４では、焼結原料から石灰石と粉コークスを除いた擬似粒子の周囲に石灰石と粉コークスとを付着させた造粒物となるため、石灰石と粉コークスの添加後のドラムミキサー内の滞留時間を制御することによって実現していた。
しかし、このような石灰石や粉コークスの外装化効果をより多く発現させるには、図３における核鉱石（粗粒の粒子）＋粉鉱石（粗粒より細粒の粒子）の部分、すなわち石灰石と粉コークスを除いて得た擬似粒子部分を、より強固に、より大きくすることの実現が望まれていた。これが実現できれば、特に石灰石と核鉱石＋粉鉱石部分の接触する境界層が完成し、その境界層において石灰石と鉄系原料が反応し、カルシウムフェライト（CF）が確実に形成されることになるからである。また、粉コークスについては、擬似粒子の外周部分に存在するため、燃焼性が悪化して燃焼反応の進行が阻害され、焼結鉱の生産効率に問題を起こすことはない。
【００２２】
そこで発明者らは、石灰石と粉コークスを除いた焼結原料を造粒して擬似粒子とする過程で、高粘度バインダーを用い、その結果、得られる造粒水の粘度と擬似粒子の強度について検討した。
その結果、高粘度バインダーを使用して、粘度500mPa・ｓ以上の造粒水を使用すれば、ドラムミキサーによる造粒の過程で、擬似粒子の粒径が上昇し、擬似粒子化した後のドラムミキサー内の滞留においても、擬似粒子の崩壊が少ない強固な擬似粒子を得ることができることを見出した。したがって、本発明で使用する造粒水の粘度は500mPa・ｓ以上とする。
【００２３】
500mPa・ｓ以上の造粒水を得るための高粘度バインダーの種類は、カルボキシル基群、またカルボキシル基の中でもセルロース系増粘剤（たとえばカルボキシルメチルセルロース等）、またガム系物質（たとえばグアガム，アラビアガム等）、あるいはバインダーにさらに粘度調整剤として水ガラス，ベントナイトを用いるものが好ましい。これらのバインダーを水に溶解して、所定の粘度になるように調整して使用する。粘度調整は、バインダーの添加量を調整することによって行なう。
【００２４】
図４は、造粒時の添加水中に含まれるバインダーの濃度と粘度との関係の一例を示すグラフである。バインダーとしての添加剤Ａは生石灰，添加剤Ｂはグアガム，添加剤Ｃはカルボキシメチルセルロースを指す。図４から明らかなように、生石灰では粘度の上昇は少ないが、グアガムやカルボキシメチルセルロースでは0.3質量％の添加でほぼ500mPa・ｓに達し、高粘度バインダーとして使用する際の経済的負担も少ない。なお、図４の造粒時の添加水分は７質量％である。
【００２５】
図５(A)，(B)に、高粘度バインダーを用いて粘度調整を行ない、造粒に使用した際の造粒水粘度と、焼結鉱生産効率（焼結時間，生産率）を示し、図５(C)，(D)に、得られた焼結鉱の歩留り（歩留り向上は冷間強度上昇を指す）と、JIS-RIとの関係を示す。図５から明らかなように、造粒水粘度500mPa・ｓで焼結時間および生産率の向上が発現され、本発明で粘度を500mPa・ｓ以上とする理由である。また、粘度5000mPa・ｓが上限であり、好ましくは1000〜4000mPa・ｓである。
【００２６】
なお、造粒水の粘度調整として使用する高粘度バインダーは、造粒時の添加水に予め添加，混合，溶解させ、粘度調整を行なって使用すること、あるいは高粘度バインダーと石灰石と粉コークスを除く焼結原料を混合して、その造粒過程で添加水と接することで、粘度を発現させるようにしても構わない。いずれであっても、造粒水は粘度を帯びて同様な効果を得ることができる。
【実施例】
【００２７】
図６に示すように、石灰石と粉コークスを除く焼結原料をホッパー2cからそれぞれ切り出して所定量をドラムミキサー３に装入し、かつ高粘度バインダー10を添加して造粒した。また、ホッパー2a，2bから石灰石と粉コークスを切り出して所定量をドラムミキサー３の出側から装入した。なお、高粘度バインダー10は、カルボキシメチルセルロースを水に溶解して粘度が1000mPa・ｓとなるように調整したものを使用した。
【００２８】
このようにして、石灰石と粉コークスを除く焼結原料からなる擬似粒子の表面に石灰石と粉コークスを付着させた造粒物をサージホッパー５に一旦貯留してドラムフィーダー６で切り出し、ドワイトロイド式焼結鉱１にて焼結を行なった。これを発明例とする。
一方、比較例１として、高粘度バインダー10の代わりに水と生石灰（２質量％添加）を使用し、それ以外は発明例と同様の方法で得られた造粒物をドワイトロイド式焼結鉱１に装入して焼結を行なった。
【００２９】
また比較例２として、石灰石と粉コークスを除くことなく、焼結原料をそのまま造粒し、その造粒の際、カルボキシメチルセルロースを水に溶解して粘度が1000mPa・ｓとなるように調整したものを使用して、得られた造粒物をドワイトロイド式焼結機１に装入して焼結を行なった。
発明例の焼結時間は27分，生産性は1.78ton／hr・ｍ2 ，JIS-RIは75％であった。比較例１の焼結時間は35分，生産性は1.4ton／hr・ｍ2 ，JIS-RIは65％であった。比較例２の焼結時間は42分，生産性は1.0ton／hr・ｍ2 ，JIS-RIは53％であった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】焼結鉱の被還元性JIS-RIと高炉のガス利用率ηCOとの関係を示すグラフである。
【図２】高炉のガス利用率ηCOと燃料比との関係を示すグラフである。
【図３】造粒粒子と焼結鉱の例を模式的に示す断面図である。
【図４】バインダーの濃度と粘度との関係を示すグラフである。
【図５】造粒水粘度と焼結時間，生産率，歩留り，JIS-RIとの関係を示すグラフである。
【図６】本発明の方法で造粒した焼結原料を用いて焼結鉱を製造する工程の例を示すフロー図である。
【図７】従来の焼結鉱の製造工程の例を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ドワイトロイド式焼結機
２  ホッパー
2a  石灰石のホッパー
2b  粉コークスのホッパー
2c  その他の原料のホッパー
３  ドラムミキサー
3a  ドラムミキサー
3b  ドラムミキサー
４  水
５  サージホッパー
６  ドラムフィーダー
７  シュート
８  パレット
９  点火炉
10  高粘度バインダー
【図１】
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【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６】
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【図７】
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