(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鉄プロセスでの焼結原料を球形に造粒する装置であって、造粒皿の内側に配置された内輪部と、その外側に配置された外輪部とからなる二重構造を有し、前記内輪部の側壁高さ（Ｈ2）が前記外輪部の側壁高さ（Ｈ1）より低く、かつ、外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の直径（Ｄ2）の比（Ｄ2／Ｄ1）が０．６３〜０．７９であり、かつ、外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の側壁高さ（Ｈ2）の比（Ｈ2／Ｄ1）が０．１１〜０．１３であることを特徴とする二重皿型造粒機。
【請求項２】
請求項１に記載の二重皿型造粒機を用いて、製鉄プロセスでの焼結原料を球形に造粒することを特徴とする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、化学工業、冶金、窯業などの分野で用いられている粉体の造粒機に関し、特に、製鉄プロセスの焼結原料を球形に転動造粒する際に適した皿型造粒機に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉体の造粒に用いられる造粒装置には、転動型、振動型、圧縮成型など、種々のものがある。
【０００３】
転動型造粒装置の代表的なものとして皿型造粒機が知られている。この皿型造粒機は、所定高さの外周側壁を有する造粒皿を傾斜配置し、原料は、傾斜した回転面上を斜め上方に所定高さ（原料の比重、粘性などの原料性状と、造粒皿の回転数、傾斜角度など造粒皿の仕様の関係から決まる）まで持ち上げられ、造粒物の自重により下方へ転がり落ちる、転動落下の繰り返しによって、雪だるま式に球状の造粒物となり、所定の成品粒径の造粒物を大量に製造することができる。
【０００４】
造粒物の成品粒径と強度は、転動落下の際に造粒皿の回転面上を斜め上方に持ち上げられる距離と、転がり落ちる距離により影響を受ける。
【０００５】
この皿型造粒機の機能を向上させた改善型造粒機として、例えば、段付型やカラー型の造粒機が知られている（例えば、非特許文献１、参照）。
【０００６】
段付型の造粒機は、例えば、図１に示すように、造粒皿の内輪部１の外側に２段の外輪部２を備え、最外輪部から内輪部にかけて段階的に深さが異なる構造を有する。この造粒機は、造粒皿の内輪部に装入した原料が転動造粒されるに従い、順次造粒された造粒物が外輪部の方に流れ、外輪部で所定の成品粒径の造粒物となる。
【０００７】
このように、造粒皿の多段化によって整粒作用は改善され、造粒物の生産性（Ｔ／Ｈ）の向上を図ることができる。しかし、内輪部の直径（Ｄ3）は、通常の一段型造粒機に比較して小さくなるため、内輪部での初期造粒の際に転がり落ちる距離が十分に得られず、その結果、最終造粒物の密度も低下し、成品強度が低下する欠点がある。
【０００８】
カラー付型の造粒機は、例えば、図２に示すように、内輪部１の外側にカラー部３を備えた構造を有し、段付型の造粒機に比べてカラー部３から内輪部１への戻りがないため、カラー部３での第２原料のコート操作が可能となるものである。しかし、第２原料のコート操作の機能を有するカラー部３の容量は小さいため、従来の皿型造粒機に比べて成品強度を十分に向上されることは困難であった。
【０００９】
さらに、上記段付型とカラー型を組み合わせたような二重皿型造粒機も提案されている（例えば、特許文献１、参照）。この造粒機は、図３に示すように、３段の段付内輪部４の外側に十分な容量のカラー部５を備えた構造とし、３段の段付内輪部で造粒した後、さらに、カラー部で転動圧密の作用を加えることにより、造粒物の強度改善が図られる。しかし、カラー部で転動圧密作用による造粒物の強度向上効果は十分なものではなく、成品強度向上の点で技術的課題があった。
【００１０】
【特許文献１】特公昭４６−５１２１号公報
【非特許文献１】造粒便覧、日本粉体工業会編、オーム社、１９７５年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の皿型造粒機は、整粒性や生産性（Ｔ／Ｈ）の点で優れているものの、造粒物の強度を向上する点では必ずしも十分ではなく、整粒性や生産性を維持しつつ造粒物の強度向上を図るためには、造粒皿の大型化、荷重増加やトルクが大きくなり、装置構造が複雑になるという技術的課題があった。
【００１２】
本発明は、既存の一重皿型造粒機の一部改造も可能となる簡易な構造を有し、かつ、従来に比べて造粒物の生産性を維持しつつ、従来に比べて造粒物の強度を向上することができる二重皿型造粒機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】
【００１３】
本発明は、上記技術的課題を解決するものであり、その要旨とするところは、製鉄プロセスでの焼結原料を球形に造粒する装置であって、造粒皿の内側に配置された内輪部と、その外側に配置された外輪部とからなる二重構造を有し、前記内輪部の側壁高さ（Ｈ2）が前記外輪部の側壁高さ（Ｈ1）より低く、かつ、外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の直径（Ｄ2）の比（Ｄ2／Ｄ1）が０．６３〜０．７９であり、かつ、外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の側壁高さ（Ｈ2）の比（Ｈ2／Ｄ1）が０．１１〜０．１３であることを特徴とする二重皿型造粒機である。
また、上記二重皿型造粒機をも用いて、製鉄プロセスでの焼結原料を球形に造粒することを特徴とする焼結原料の製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡易な構造を有し、かつ、造粒物の生産性と成品強度に優れた造粒物の製造を可能とする皿型造粒機を提供することができる。本発明を、例えば、製鉄プロセスにおける焼結原料の造粒工程に適用することにより、製鉄原料である焼結鉱の成品歩留と生産性の向上を図ることができるので、産業上の利用意義は多大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施形態を説明する。
【００１６】
図４に、本発明の二重皿型造粒機の断面図を示す。
【００１７】
本発明の二重皿型造粒機は、図４に示すように、造粒皿の内側に配置された内輪部１と、その外側に配置された外輪部２とからなる二重構造を有し、内輪部の側壁高さ（Ｈ2）を外輪部の側壁高さ（Ｈ1）より低くし、外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の直径（Ｄ2）の比（Ｄ2／Ｄ1）、および、外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の側壁高さ（Ｈ2）の比（Ｈ2／Ｄ1）を所定範囲とした点に特徴がある。
【００１８】
本発明は、従来のカラー付型の造粒機に比べて、内輪部の側壁高さ（Ｈ2）を外輪部の側壁高さ（Ｈ1）に対して低くすることで、外輪部２における未造粒粒子または崩壊粒子を内輪部１へ循環させ、内輪部で転動造粒することにより、従来の段付型の造粒機と同様の整粒作用を促進できる。
【００１９】
また、本発明は、外輪部の直径（Ｄ1）に対する相対比で、内輪部の直径（Ｄ2）、および、内輪部の側壁高さ（Ｈ2）を定めたことで、従来のカラー付型の造粒機に比べて、外輪部２での転動造粒の際に、造粒物が転がり落ちて内輪部の側壁６に衝突して、造粒物の密度および強度が高まる作用を促進することが可能となる。
【００２０】
図５は、造粒皿の外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の直径（Ｄ2）の比（Ｄ2／Ｄ1）と造粒物の収率および擬似粒化指数との関係を示す図である。
【００２１】
造粒試験は、造粒皿の外輪部の直径（Ｄ1）を１２００ｍｍ一定とし、内輪部の直径（Ｄ2）を６００ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲で変えることにより、外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の直径（Ｄ2）の比（Ｄ2／Ｄ1）を０．５〜０．８３の範囲で変化させた。原料は、事前に５ｍｍ以下に篩出した粉状鉄鉱石を、高速攪拌ミキサーを用いて水分１０％に調整したものを、二重皿型造粒機に投入した。
【００２２】
なお、造粒皿の外輪部の側壁高さ（Ｈ1）及び内輪部の側壁高さ（Ｈ2）は、１６８ｍｍ、１４４ｍｍと一定とし、外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の側壁高さ（Ｈ2）の比（Ｈ1／Ｄ1）は０．１２である。
【００２３】
造粒物の収率は、原料の投入を開始してから２分後、定常状態に達した時点で、造粒機から排出される造粒物を採取し、その中の粒径２〜５ｍｍの造粒物の比率（質量％）と定義した。造粒物の収率は、生産性（Ｔ／Ｈ）の指標となるものである。
【００２４】
また、造粒物の擬似粒化指数は、造粒前の原料中の１ｍｍ以下の質量％と、造粒した後、造粒物を水分３％まで乾燥した後の１ｍｍ以下の質量の測定値から、下記（１）式で定義される指数である。この造粒物の擬似粒化指数は造粒物の強度の指標となるものである。
［擬似粒化指数（質量％）］＝（１−［造粒物を乾燥した後の１ｍｍ以下の質量％］／［造粒前の原料中の１ｍｍ以下の質量％］）×１００                      …（１）
【００２５】
図５に示すように、外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の直径（Ｄ2）の比（Ｄ2／Ｄ1）は、０．６３〜０．７９の範囲で、造粒物の収率および擬似粒化指数はともに十分に高くなり、造粒物の生産性と成品強度に優れた造粒物の製造が可能となることがわかった。
【００２６】
したがって、本発明では、二重皿型造粒機の造粒皿において、外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の直径（Ｄ2）の比（Ｄ2／Ｄ1）は、０．６３〜０．７９の範囲と規定した。
【００２７】
図６は、造粒皿の外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の側壁高さ（Ｈ2）の比（Ｈ2／Ｄ1）と造粒物の収率および擬似粒化指数との関係を示す図である。
【００２８】
造粒試験は、造粒皿の外輪部の直径（Ｄ1）を１２００ｍｍ一定とし、内輪部の側壁高さ（Ｈ2）を１２０ｍｍ〜１６８ｍｍ（＝外輪部の側壁高さ（Ｈ1））に変えることにより、外輪直径（Ｄ1）に対する比率（Ｈ2／Ｄ1）を０．１０〜０．１４の範囲で変化させた。
【００２９】
内輪部の直径（Ｄ2）を８００ｍｍ、外輪部の側壁高さ（Ｈ1）を１６８ｍｍと一定とし、外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の直径（Ｄ2）の比（Ｄ2／Ｄ1）は、０．６７である。その他の条件、試験方法は図５の場合と同じである。
【００３０】
図６に示すように、外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の側壁高さ（Ｈ2）の比（Ｈ2／Ｄ1）は、０．１１〜０．１３の範囲で、造粒物の収率および擬似粒化指数はともに十分に高くなり、造粒物の生産性と成品強度に優れた造粒物の製造が可能となることがわかった。
【００３１】
したがって、本発明では、二重皿型造粒機の造粒皿において、外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の側壁高さ（Ｈ2）の比（Ｈ2／Ｄ1）は０．１１〜０．１３と規定した。
【００３２】
本発明は、構造も簡易であり、既存の一重皿型造粒機に内輪を取り付けるだけで実現できる実現性の高いものである。
【００３３】
本発明の実施形態の一例として、焼結原料の造粒工程における難造粒性鉄鉱石の部分造粒処理に、本発明の二重皿型造粒機を適用した例を説明する。なお、本発明の目的に反しない限り、以下の実施形態に限定させるものではない。
【００３４】
図７に示すように、製鉄原料である高炉用の焼結鉱の製造プロセスは、一般に、粉状鉄鉱石、製鉄ダスト等の鉄含有原料、石灰石、珪石、蛇紋岩、ドロマイトなどの副原料、炭材からなる焼結原料１１をドラムミキサー１２で水を添加しつつ混合・造粒し、約１ｍｍ以上の核粒子の周囲に約１ｍｍ未満の微粉が付着した擬似粒子とした後、焼結機１３に装入し、加熱焼成して焼結鉱１４を製造する。
【００３５】
焼結原料の造粒工程では、焼結機内の通気性を良好に維持して、焼結鉱の強度等の品質、成品歩留、生産性を良好に維持するために、造粒物の歩留、生産性とともに、装入時および加熱時の崩壊を抑制するに足る造粒物の強度が要求される。特に、主原料の鉄鉱石の銘柄による性状や鉱物組成の違いに起因して、焼結原料の造粒性は大きく影響される。
【００３６】
このため、主原料の鉄鉱石のうちで、微粉部の含有量が多い鉄鉱石または造粒性を阻害する鉱物組成を多く含むような難造粒性鉄鉱石２１の場合は、別ライン（部分造粒ライン２０）において、高速攪拌ミキサー２２などの混合機で予め混合し、ドラムミキサーに比べて造粒機能の高い皿型造粒機２３など用いて、１０％程度の水を加水しつつ造粒して部分造粒物とし、その後、本造粒ライン１０で、擬似造粒された残りの焼結原料と混合する方法（部分造粒法）が採用されている。
【００３７】
本発明の二重皿型造粒機は、上記部分造粒ライン２０において、難造粒性鉄鉱石２１を部分造粒する際の造粒機として用いることにより、従来の皿型造粒機に比べて、造粒物の生産性と成品強度に優れた造粒物を製造することができ、その結果、装入時および加熱時の焼結原料擬似粒子の崩壊を抑制し、焼結鉱の強度等の品質、成品歩留、生産性を良好に維持することが可能となる。
【実施例】
【００３８】
以下に、本発明による効果を実施例により説明する。
【００３９】
鉄鉱石焼結工程において、難造粒性鉄鉱石の部分造粒処理に本発明を適用した例を述べる。
【００４０】
図７に示す焼結造粒ラインにより、表１に示す各種原料から構成される焼結原料１１をドラムミキサー１２で、７％の水を加水しつつ２分間混合・造粒した後、高さ６００ｍｍ、直径２５０ｍｍの焼結鍋を用いて、吸引負圧１５ｋＰａで焼成して焼結鉱１４を製造した。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
この際、本発明法として、鉄鉱石のうちで、表１の微粉および難造粒性鉱石であるＭＡＣ鉱石を、高速攪拌ミキサー２２を用いて混合し、さらに、造粒機能の高い造粒機２３として、本発明の二重皿型造粒機を用いて、１０％の水を加水しつつ連続的に造粒して部分造粒物とし、その後、本造粒ライン１０で擬似造粒された残りの焼結原料と混合した。
【００４３】
比較法とし、ＭＡＣ鉱石の部分造粒を行なわず、全焼結原料を本造粒ライン１０で擬似造粒する方法（比較例１）、ＭＡＣ鉱石を部分造粒ラインで通常の一段皿型造粒機を用いて部分造粒する方法（比較例２）を行った。
【００４４】
また、本発明法により、ＭＡＣ鉱石を部分造粒ラインでＭＡＣ鉱石を本発明の二重型皿形造粒機を用いて部分造粒する場合には、二重型皿形造粒機の造粒皿において、外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の側壁高さ（Ｈ2）の比（Ｈ2／Ｄ1）、および、外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の側壁高さ（Ｈ2）の比（Ｈ2／Ｄ1）をそれぞれ変えた条件で部分造粒を行なった。
【００４５】
そして、部分造粒ラインでＭＡＣ鉱石を部分造粒して得られた造粒物の収率および擬似粒化指数を測定した。
【００４６】
粒物の収率は、原料の投入を開始してから２分後、定常状態に達した時点で、造粒機から排出される造粒物を採取し、その中の粒径２〜５ｍｍの造粒物の比率と定義した。造粒物の収率は、生産性（Ｔ／Ｈ）の指標となるものである。
【００４７】
また、造粒物の擬似粒化指数は、造粒前の原料中の１ｍｍ以下の質量％と、造粒した後、造粒物を水分３％まで乾燥した後の１ｍｍ以下の質量の測定値から、下記（１）式で定義される指数である。この造粒物の擬似粒化指数は造粒物の強度の指標となるものである。
［擬似粒化指数（質量％）］＝（１−［造粒物を乾燥した後の１ｍｍ以下の質量％］／［造粒前の原料中の１ｍｍ以下の質量％］）×１００                      …（１）
【００４８】
また、焼結鍋で焼成して焼結鉱を製造する際の成品歩留、生産率も評価した。
【００４９】
表２に、試験条件及び評価結果を示す。
【００５０】
【表２】
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【００５１】
表２に示すように、ＭＡＣ鉱石の部分造粒を行なわず、全焼結原料を本造粒ラインで擬似造粒する方法（比較例１）、および、ＭＡＣ鉱石を部分造粒ラインで通常の一段皿型造粒機を用いて部分造粒する方法（比較例２）に比較して、本発明法により、ＭＡＣ鉱石を部分造粒ラインでＭＡＣ鉱石を本発明の二重型皿形造粒機を用いて部分造粒した場合には、ＭＡＣ鉱石（難造粒性鉄鉱石）の部分造粒物の収率及び擬似粒化指数が向上し、その結果、焼結鉱の成品歩留、生産率ともに向上した。
【００５２】
また、本発明法により、ＭＡＣ鉱石を部分造粒ラインでＭＡＣ鉱石を本発明の二重型皿形造粒機を用いて部分造粒する場合に、外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の側壁高さ（Ｈ2）の比（Ｈ2／Ｄ1）、および、外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の側壁高さ（Ｈ2）の比（Ｈ2／Ｄ1）の条件が、本発明で規定する範囲内である発明例１〜発明例３は、これらの条件が発明で規定する範囲から外れた比較例４〜比較例６に比べて、ＭＡＣ鉱石（難造粒性鉄鉱石）の部分造粒物の収率及び擬似粒化指数が向上し、その結果、焼結鉱の成品歩留、生産率ともに向上した。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】段付型の皿型造粒機を示す図である。
【図２】カラー型の皿型造粒機を示す図である。
【図３】段付型とカラー型を組み合わせた皿型造粒機を示す図である。
【図４】本発明の二重皿型造粒機の断面図である。
【図５】造粒皿の外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の直径（Ｄ2）の比（Ｄ2／Ｄ1）と造粒物の収率および擬似粒化指数との関係を示す図である。
【図６】造粒皿の外輪部の直径（Ｄ1）に対する内輪部の側壁高さ（Ｈ2）の比（Ｈ2／Ｄ1）と造粒物の収率および擬似粒化指数との関係を示す図である。
【図７】高炉用焼結鉱の製造プロセスを示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１    段付型皿型造粒機、カラー型皿型造粒機、および、本発明の２重型皿型造粒機の内輪部
２    段付型皿型造粒機、および、本発明の２重型皿型造粒機の外輪部
３    カラー型皿型造粒機のカラー部
４    ２重型皿型造粒機の内輪部
５    ２重型皿型造粒機の外輪部
６    内輪壁
１０    本造粒ライン
１１    焼結用原料
１２    ドラム型造粒機
１３    焼結機
１４    焼結鉱
２０    部分造粒ライン
２１    難造粒性鉱石
２２    高速攪拌型造粒機
２３    従来の１重皿型造粒機、または、本発明に係る２重型皿型造粒機
Ｄ1、Ｄ2    外輪および内輪の直径
Ｈ1、Ｈ2    外輪および内輪の壁の高さ
【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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