(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿潤状態の高炉原料に水分吸収剤を添加して混合し、混合した状態で篩い分けを行い、湿潤高炉原料を篩い下粉と、微粉除去後の高炉行き原料とに分離し、微粉が除去された高炉行き原料である篩い上を高炉に装入することを特徴とする高炉の操業方法。
【請求項２】
水分吸収剤として、高分子吸水材を用いることを特徴とする、請求項１に記載の高炉の操業方法。
【請求項３】
前記水分吸収剤を密閉状態にある貯留タンクから圧力により配管中を気送運搬し、圧力を利用して高炉原料に吹き付け添加することを特徴とする、請求項１または２に記載の高炉の操業方法。
【請求項４】
ベルトコンベア上の高炉原料上に水分吸収剤を添加し、前記ベルトコンベアの乗り継ぎ落差における衝撃を利用して前記高炉原料と前記水分吸収剤とを混合することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄プロセスにおいて、鉄鉱石等の高炉原料を篩い分けし、微粉を事前除去して高炉操業を効率的に行う手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉を始めとする竪型炉による製鉄プロセスにおいては、充填層内に還元ガスを流通させて鉄鉱石を還元する必要があるため、効率的な操業を行う為には還元ガスが流通可能な空隙を確保する必要があり、鉄鉱石、コークス、焼結鉱等の装入原料は事前に微粉を除去しておく事が望ましい。このため各製鉄所においてはこれらの製鉄用原料から微粉を除去する篩い設備（振動篩い）を有している。しかしながらヤードで保管する原料等は、原料の保管の際、雨天等により水分含有率が高くなると微粉の付着力が高まるため、従来の篩いによる微粉除去は十分ではなかった。特に鉄鉱石は水分との親和性が高く、湿潤時の微粉の除去が非常に困難である。また、篩いのスクリーン上に粘土状の原料が付着して目詰まりを発生させる要因となっている。このため水分付着性の高い原料の篩い設備においては、通常目開きが大きい篩いが使用されてきた。たとえば、同じ高炉原料でも、焼結工場から直接送られる焼結鉱は殆ど水分を含まず微粉が落下しやすい為、微粉除去のために通常目開き４〜６ｍｍの篩いが使用されているが、水分を含み微粉が付着している事が多い鉄鉱石の場合、粉の除去性能を高め目詰まりを抑制するため通常目開き１０ｍｍ程度の篩いが使用されている。つまり通常高炉原料としてそのまま使用できる４〜１０ｍｍの範囲の原料も篩い落とす事になり、歩留まりを大幅に低下させる要因となっている。また、目開き１０ｍｍの篩いを用いた場合でも、依然１ｍｍ以下の微粉の一部は１０ｍｍ以上の鉱石に付着して落下せず、粉除去効率は大幅には向上していない。
【０００３】
鉄鉱石のような湿潤状態の原料の粉除去効率を向上させることのできる篩い分け手段としては、伸縮可能な篩網と、これを上下左右に連動させて変形しながら原料を運搬する可動機構を有する特殊スクリーン、例えばジャンピングスクリーン（登録商標）が知られている。ジャンピングスクリーン（登録商標）では、ウレタン製の網目に対して引っ張り・ゆるめの繰り返し運動を与える事により原料を跳ね上げ、落下の際の衝撃力で付着粉を分散させる効果が期待できる。また、網目が常に変形する為、湿潤原料を使用しても目詰まりが起こりにくいとされている。
【０００４】
篩い分け以外の湿潤状態の原料の付着粉除去方法として、微粉が付着した鉄鉱石をスクリーン式ジェット洗浄機で水洗処理して付着粉を除去する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。洗浄水をスクリーン上で勢い良く噴射するため鉄鉱石付着粉がきれいに洗浄され、付着粉を含んだ洗浄液はスクリーン式脱水機と液体サイクロンによって効率的に処理が可能であるとされている。
【特許文献１】特許第３２５５７７５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、従来、湿潤時の付着粉が多い高炉原料は目開きの大きな篩い目を有する篩いで分級されてきたが、歩留が大幅に低下するものの依然篩い上に付着粉が混入し、付着粉除去効果は大きくなかった。
【０００６】
また特殊スクリーンを用いた篩い分け法では、湿潤状態の原料の付着粉の分離性能は期待できるものの、スクリーン材質がウレタン等の樹脂材質で構成されており、さらに常に変形・伸縮するため、特に鉄鉱石などの硬質で比重の大きい材料を用いる場合、耐久性に問題がある。スクリーンの耐久性が低いと、スクリーン交換に伴うランニングコストが高額になるばかりでなく、交換のためにラインを止める頻度が高くなり、生産性悪化の大きな要因となる可能性が有る。また、従来製鉄所内で用いられている振動スクリーンとは形式が大きく異なるため、従来のスクリーンを撤去して新たに特殊スクリーンの設備を建設する必要があり、莫大な設備費用が必要になると予測される。従って、特殊スクリーンは製鉄原料用の篩い分け方法としてあまり普及していない。
【０００７】
さらに、スクリーン式ジェット洗浄機を用いて鉄鉱石を水洗処理する方法では、スクリーン式ジェット洗浄機、スクリーン式脱水機、液体サイクロン等の設備を新たに建設するために巨額の建設コストが必要となる。また特に鉄鉱石微粉を含んだ水処理に際しては、設備の磨耗が激しいためメンテナンスコストが高額になるという問題がある。さらに洗浄後の鉄鉱石に付着した水分による高炉への持ち込み水分が増加し、高炉炉頂温度を低下させ、操業を不安定化する要因となる可能性が有る。
【０００８】
そこで、本発明では、従来の篩い設備をそのまま有効活用することが可能であり、比較的安価に鉄鉱石等の高炉原料の付着粉除去性能を向上させることのできる高炉の操業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】
【０００９】
本発明者らは、前記課題を解決するために、従来用いられている汎用の振動篩いを用いて、高炉原料の水分による付着粉を効率的に除去する手法について検討した。付着粉は水分の架橋効果によって高炉原料に付着しているものと考えられる。よって、水分を除去する事が出来れば水分架橋の数が低減し、除去量が増加する可能性が有る。そこで水分量による付着粉除去効果について実験を行った。乾燥した鉄鉱石を準備し、一定の粒度分布になるように配合し、それぞれ鉱石質量比３％〜１２％の水分を添加し、２０ｃｍφ丸篩いを用いて９．５ｍｍの網目で篩い分け試験を行った。各試験において鉱石質量は１ｋｇとした。また篩い分けに際してはロータップ式の振動篩いを用い、同一の振動を３０秒間与えるものとし、この際発生した篩い下を十分に乾燥し、質量を測定した。結果を、表１に示す。
【００１０】
【表１】
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【００１１】
篩い下質量比率（篩い下質量÷初期質量×１００）が少ないものほど篩い上鉄鉱石に対する付着粉が多いと考えられるので、表１の結果によれば、水分添加量が３ｍａｓｓ％〜７ｍａｓｓ％（水分含有量：２．９ｍａｓｓ％〜６．５ｍａｓｓ％）では、水分添加量が多いほど付着粉量が増える事が示されている。しかしながら水分添加量７〜９ｍａｓｓ％（水分含有量：６．５ｍａｓｓ％以上）においては逆に水分量が増加するに従い付着粉が減少することが確認された。これは、添加水分量９％以上（水分含有量８．３％以上）においては、水分が粒子全体に充満しさらに過剰な状態にあるため水分により洗浄されるような形態となり、微粉が落下しやすくなるためであると考えられる。このような水分過多の条件下では粉除去性能は向上するが、篩い下粉は泥水状となり、ベルトコンベアでの運搬が困難になる等、篩い下粉の取り扱いが困難に成るため実際には適用不可能である。このように水分含有濃度によって付着粉の挙動が変化するため、水分添加量７ｍａｓｓ％を境として水分を除去もしくは水分を更に添加することにより付着粉除去が可能であるが、水分を添加して洗浄状態にする事は現篩い設備においては現実的ではないので、水分を積極的に除去すべきであると考えられる。そして、全ての水分濃度において付着粉を効率的に除去する為には、高い水分含有量条件下でも素早く大量に水分を吸収し、乾燥状態に近づける事の出来る高い水分吸収性能を持った水分吸収剤を篩い前に添加することが有効であることを見出した。
【００１２】
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下の通りである。
（１）湿潤状態の高炉原料に水分吸収剤を添加して混合し、混合した状態で篩い分けを行い、湿潤高炉原料を篩い下粉と、微粉除去後の高炉行き原料とに分離し、微粉が除去された高炉行き原料である篩い上を高炉に装入することを特徴とする高炉の操業方法。
（２）水分吸収剤として、高分子吸水材を用いることを特徴とする、（１）に記載の高炉の操業方法。
（３）前記水分吸収剤を密閉状態にある貯留タンクから圧力により配管中を気送運搬し、圧力を利用して高炉原料に吹き付け添加することを特徴とする、（１）または（２）に記載の高炉の操業方法。
（４）ベルトコンベア上の高炉原料上に水分吸収剤を添加し、前記ベルトコンベアの乗り継ぎ落差における衝撃を利用して前記高炉原料と前記水分吸収剤とを混合することを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１に記載の高炉の操業方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来の篩い設備を用いながら、雨水等にさらされた影響により湿潤状態にある高炉原料の篩い分けが容易に行えるようになる。これにより高炉に装入される微粉原料を十分に抑制する事が可能となり、高炉内の通気性が確保され操業安定性が向上する。
【００１４】
また、近年高炉操業においてはコークス使用量の削減により高炉炉頂温度が低下し水分が凝集してダスト排出が妨げられ易い状況にあるが、高炉装入原料の水分含有量が減少すると原料の乾燥に必要な熱量が少なくなるため、炉頂部において必要な温度（１００℃以上）を確保しやすくなり、ダスト排出性能が向上し通気性を確保し易くなるという効果もある。
【００１５】
さらに、従来湿潤原料を篩い分けする際、水分を含んだ篩い下粉がベルト上に付着しベルトコンベアの故障の原因となる事があったが、本発明の方法を用いることで水分が水分吸収剤に補足されるため篩い下粉の付着性が小さくなり、これらのトラブルを回避できるため、生産性も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明では、高炉原料に水分吸収剤を添加して混合し、篩い分けを行うことで、水分の存在により湿潤状態にある高炉原料から水分を除去し、水分架橋による微粉の付着を少なくできる為、従来の篩い設備を用いながら容易に微粉を除去できるようになる。そして、篩い分けにより微粉が除去された高炉原料である篩い上を、高炉に装入して操業を行ない、銑鉄を製造する。本発明は湿潤状態にある全ての高炉原料に対して適用可能であるが、特に水分の付着性が強い鉄鉱石、石炭、コークス、焼結鉱、石灰石等の篩い分けに適用した場合顕著な効果を示す。
【００１７】
尚、湿潤状態とは、鉄鉱石等の粒子表面に水分が存在する状態である。鉄鉱石等の原料の含有水分量に対する界面活性剤の効果は、原料の粒子内部の気孔分布により異なるが（対象粒子内部の気孔に水分が吸収された後の粒子表面の水分が問題となるため）、原料の水分含有量が５ｍａｓｓ％以上の場合に効果が大きい。
【００１８】
本発明に用いる水分吸収剤としては、水分吸収速度が非常に早く、また水分吸収後に分子構造内に水分を捕獲する事により粘着性を示さない物質が望ましい。これらの物質の一例としてシリカゲルや各種高分子吸水剤が挙げられるが、特に高分子吸水剤は自重の数百倍以上の水分を取り込む事が可能であり、また水分吸収速度も格段に速いため、より適している。従って、水分吸水剤としては、高分子吸水剤を用いることが特に好ましい。また、ゼオライト、活性炭を用いることも特に好ましい。
【００１９】
水分吸水剤の高炉原料への添加方法としては、ヤード上で添加し重機で混合する方法、もしくはベルトコンベア上で高炉原料上に添加し、ベルトコンベアの乗り継ぎシュートにおける落下衝撃を利用して混合する方法などがあるが、混合効果が十分であれば後者の方法がより低コストであるため望ましい。また、ベルトコンベア上で水分吸収剤を添加する位置は、篩いからなるべく離れていることが好ましく、原料ヤード側に近い位置とすることが望ましい。これは乗り継ぎ落差をより多く通過し、より多くの時間をかけて搬送されたほうが、水分吸水剤が対象物全体に行き渡りやすくなり、また吸水に必要な時間をより多く確保する事が可能となるためである。
【００２０】
さらに、水分吸水剤を高炉原料に添加する際の水分吸水剤の切り出し方法としては、振動フィーダーによる切り出しなど、各種粉体定量切出し方法を適用可能であるが、水分吸収剤は空気中の水分を取り込み、劣化もしくは凝結する可能性があるため、高炉原料への添加直前まで外気と遮断された密閉状態にある事が望ましい。よって以上の観点から、密閉状態にある貯留タンクから圧力により配管中を気送運搬し、圧力を利用して高炉原料に吹き付ける手法が最も適している。水分吸収剤を添加、混合後、従来の篩い設備にて篩い分けをおこなうが、篩い設備は従来と同様の運転条件で操業可能であり、特別な操作を必要としない。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態を示すフロー図である。微粉が付着した湿潤高炉原料１を高炉の原料として用いる際に、密閉状態にある貯留タンク内の水分吸収剤２を、気送ライン３により湿潤高炉原料１に上部から吹き付けて添加する。水分吸収剤２を添加された湿潤高炉原料１をベルトコンベア４で搬送し、ベルトコンベア４の乗り継ぎシュート部分４ａで落下する際に、水分吸収剤と湿潤高炉原料とが混合される。この状態で湿潤高炉原料１を、従来高炉装入前の原料の篩い分けに用いている篩い設備５を用いて篩い分けを行うことで、湿潤高炉原料１は篩い下粉６と微粉除去後の高炉行き原料７とに分離され、高炉行き原料７を高炉に装入することで、微粉の割合の少ない原料を高炉に装入することが可能となる。
【実施例】
【００２２】
本発明による効果を確認する為に、以下の条件で篩い分け試験を行った。
【００２３】
１、水分による粉付着性が高い鉄鉱石を用意し、幅２ｍ、長さ３．５ｍ、目開き７ｍｍの振動篩いに約５Ｔを供して篩い分けを行った。鉄鉱石の含有水分量を乾燥法で測定したところ、３．９ｍａｓｓ％であった。
【００２４】
２、上記１と同じ鉄鉱石に水分を散水した後、ショベルを用いてよく混合し、水分をなじませる為に数時間静置して湿潤状態とした。ここで再び鉄鉱石の水分含有量を乾燥法で測定したところ、９．３ｍａｓｓ％となった。この湿潤鉄鉱石を前述の振動ふるいに約５Ｔ供し、篩い分けを行った。
【００２５】
３、散水した上記ｂと同じ湿潤鉄鉱石にポリアクリル酸系の高分子吸水材を鉄鉱石に対して０．２５ｍａｓｓ％添加し、ショベルを用いてよく攪拌した後、約５Ｔを上述の振動ふるいに供して篩い分け試験を行った。
【００２６】
以上の１〜３の篩い分け後の「篩い下質量比率」と、「篩い下粒径５ｍｍ以下（−５ｍｍ）回収率」の測定結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
鉄鉱石に水分を添加した湿潤鉄鉱石を篩い分けすると、篩い下質量比率（篩い下質量÷篩い供給質量×１００）が大幅に低下した。そこで、篩い下−５ｍｍ回収率（篩い下−５ｍｍ質量÷篩い供給−５mm質量×１００）を計算すると、同様に回収率が大幅に低下しており、−５ｍｍ粉が大量に篩い上試料に付着している事が確認された。さらに、高分子吸水材を添加混合した条件においては、湿潤鉄鉱石のみの場合と比較して篩い下質量比率が大幅に増加した。篩い下−５ｍｍ回収率も水分添加前に近いレベルまで回復しており、高分子吸収剤により付着粉が篩い落とされる効果が確認さされた。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態を示すフロー図。
【符号の説明】
【００３０】
１    湿潤高炉原料
２    水分吸収剤
３    気送ライン
４    ベルトコンベア
４ａ    乗り継ぎシュート部分
５    篩い設備
６    篩い下粉
７    高炉行き原料
【図１】
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