(57)【要約】【課題】焼結鉱製造の生産性をさらに向上しうる焼結原料の装入方法を提供する。【解決手段】焼結機のパレット上に焼結原料を装入して焼結原料充填層を形成するに際し、前記形成された焼結原料充填層をその上半分を上層部、残り下半分を下層部に二分したとき、その上層部では下方に向かうにしたがって前記焼結原料の平均粒径が増大するように前記焼結原料を粒度偏析装入する一方、その下層部では前記焼結原料を高さ方向に粒度偏析させずに装入することを特徴とする焼結原料の装入方法。【選択図】図４
2012001758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結機のパレット上に焼結原料を装入して焼結原料充填層を形成するに際し、前記形成された焼結原料充填層をその上半分を上層部、残り下半分を下層部に二分したとき、その上層部では下方に向かうにしたがって前記焼結原料の平均粒径が増大するように前記焼結原料を粒度偏析装入する一方、その下層部では前記焼結原料を高さ方向に粒度偏析させずに装入することを特徴とする焼結原料の装入方法。
【請求項２】
焼結機のパレット上に焼結原料を装入して焼結原料充填層を形成するに際し、前記形成された焼結原料充填層をその上半分を上層部、残り下半分を下層部に二分したとき、その上層部では下方に向かうにしたがって前記焼結原料の平均粒径が増大し、かつ該平均粒径の最大値と最小値の比が１．５〜３．０となるように前記焼結原料を粒度偏析装入する一方、その下層部では前記焼結原料の平均粒径の最大値と該下層部全体における前記焼結原料の平均粒径との比が１．２以下となるように前記焼結原料をできるだけ粒度偏析させずに装入することを特徴とする焼結原料の装入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドワイトロイド（ＤＬ）型焼結機のパレット上に焼結原料を装入する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結鉱は、通常、複数銘柄の粉状鉱石に、スケール、返鉱等の雑原料と、石灰石、生石灰、珪石、蛇紋岩等の副原料と、コークス粉等の炭材を適量配合した焼結配合原料に、水分を添加してドラムミキサやディスクペレタイザで混合造粒して擬似粒子化した後、この擬似粒子化した焼結原料をＤＬ型焼結機（以下、単に「焼結機」ということあり。）のパレット上に充填し、この焼結原料充填層（以下、単に「充填層」ともいう。）の表層部の炭材に着火し、大気を下向き吸引することにより焼成して得られる。
【０００３】
ここで、ＤＬ型焼結機の生産性は、焼成速度と焼成後のシンターケーキから成品焼結鉱が採取できる割合である成品歩留により大きな影響を受ける。
焼成速度は焼結原料充填層の通気性が高くなるほど大きくなるので、通気性を改善するために焼結原料を充填層の高さ方向に粒度偏析させて装入することが志向されている。
【０００４】
焼結原料を充填層の高さ方向に粒度偏析させて装入する具体的な手段として、ドラムフィーダで切り出した焼結原料をスローピングシュートやローラーフィーダ、リングスリットワイヤ（ｒｓｗ）等を用いて分級し、充填層の上層部側には細粒を、下層部側には粗粒を配置させることが行われている（例えば、特許文献１〜４参照）。図１は、粒度偏析装入を志向した際における、充填層高さ方向の平均粒径分布の典型例である。
【０００５】
ここで、焼成時には、充填層の上層部側は炭材の燃焼と同時に常温の空気を吸引するため熱レベルが低く熱不足を生じやすいのに対し、下層部側は炭材の燃焼熱に加えて上層部側からの高温燃焼ガスが吸引されるため熱レベルが高く熱余剰を生じやすい。一方、粗粒の焼結原料は内部まで熱が伝わりにくいため、十分に焼成するためには細粒の焼結原料より高い熱レベルを必要とする。
【０００６】
したがって、上記のような装入手段により、熱レベルの低い充填層の上層部側には細粒の焼結原料を、熱レベルの高い下層部側には粗粒の焼結原料を配置させることで、均一な焼成が図れ、成品歩留が向上すると考えられていた。
【０００７】
しかしながら、上記図１に示すように、充填層の最上面から下方に向かうにしたがって焼結原料の平均粒径が漸次大きくなり、最下層で平均粒径が最大になるような偏析装入を行うと、焼成後の成品歩留が悪化する傾向が認められた。
【０００８】
上記のような偏析装入により焼成後の成品歩留が悪化する原因について以下のように考察を行った。
【０００９】
図２は、一定粒径範囲の擬似粒子（焼結原料）を焼成した後の成品歩留を、擬似粒子の粒径との関係で示したものである。ここに、成品歩留は、粒径１０ｍｍ以上のシンターケーキ１０ｋｇを２ｍの高さから４回鉄板上に落下させた後における、粒径１０ｍｍ以上の粒子の質量割合で評価した。同図に示すように、擬似粒子の粒径が大きくなると成品歩留は低下する傾向にある。この理由としては、粒径の大きい擬似粒子で形成された原料充填層は、空隙も大きくなるためと考えられる。すなわち、焼結反応では、高温で微粉鉄鉱石と副原料が反応して融液が生成し、未溶融の粗粒鉱石等を結合した焼結組織が形成される。このとき、原料充填層の空隙が大きいと、一つの空隙を充填する融液の必要量が多くなる。また、擬似粒子の粒径が大きいと、その比表面積が小さいため、伝熱速度が低下し、融液生成速度も低下する。したがって、融液が一つの空隙を充填するのに要する時間も長くなる。このため、焼成時間がほぼ同じなら、空隙が残りやすくなり、このような残存空隙が破壊の起点として作用して焼成後のシンターケーキの強度が低下し成品歩留が悪化するものと考えられる。
【００１０】
また、図３は、擬似粒子の平均粒径と擬似粒子中の炭素濃度との関係を示す一例である。本例は、粒径１５ｍｍ以下の原料鉱石と、粒径６ｍｍ以下の炭材を用いて造粒し、得られた造粒物（擬似粒子）を、湿状態のままで１０ｍｍ、５ｍｍ、３ｍｍの篩で篩い分けし、−３ｍｍの擬似粒子については、湿状態のままでは篩目に付着してうまく篩えないので乾燥機で十分乾燥した後、さらに、０．２５ｍｍの篩で篩い分け、各粒径範囲ごとに化学分析を行い、炭素濃度（乾量基準）を測定して求めたものである。なお、擬似粒子の平均粒径として、篩目の上下限値の算術平均径を採用した。ただし、１０ｍｍ超のものは篩目の上限を１６ｍｍと仮定して平均粒径を１３ｍｍとした。同図に示すように、擬似粒子の平均粒径が大きくなるにしたがって、炭素濃度が低下することが認められる。本例のように、原料鉱石と炭材との間に粒度差（原料鉱石粒度＞炭材粒度）があることが多く、したがって、粗粒の擬似粒子が集まる領域では、炭材が不足して焼成に必要な熱量が不足する。このため、充填層に極端な粒度偏析を設けることにより、粗粒の擬似粒子が集まる下層部において熱量が不足して焼成不足が生じ、焼成後の焼結鉱の歩留が低下する。
【００１１】
このように、原料充填層の高さ方向に焼結原料の粒度偏析を設けることで、充填層の通気性が改善され焼成速度を上昇させることが可能となるものの、焼成後の焼結鉱の成品歩留が低下するため、トータルとして十分に生産性の向上に結びつかないのが現状であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−２５７８７２号公報
【特許文献２】特開２０００−６３９６１号公報
【特許文献３】特開２００５−２２６１１３号公報
【特許文献４】特開２００５−３２０５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明は、焼結鉱製造の生産性をさらに向上しうる焼結原料の装入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】
【００１４】
請求項１に記載の発明は、焼結機のパレット上に焼結原料を装入して焼結原料充填層を形成するに際し、前記形成された焼結原料充填層をその上半分を上層部、残り下半分を下層部に二分したとき、その上層部では下方に向かうにしたがって前記焼結原料の平均粒径が増大するように前記焼結原料を粒度偏析装入する一方、その下層部では前記焼結原料を高さ方向に粒度偏析させずに装入することを特徴とする焼結原料の装入方法である。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、焼結機のパレット上に焼結原料を装入して焼結原料充填層を形成するに際し、前記形成された焼結原料充填層をその上半分を上層部、残り下半分を下層部に二分したとき、その上層部では下方に向かうにしたがって前記焼結原料の平均粒径が増大し、かつ該平均粒径の最大値と最小値の比が１．５〜３．０となるように前記焼結原料を粒度偏析装入する一方、その下層部では前記焼結原料の平均粒径の最大値と該下層部全体における前記焼結原料の平均粒径との比が１．２以下となるように前記焼結原料をできるだけ粒度偏析させずに装入することを特徴とする焼結原料の装入方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、原料充填層の上層部では高さ方向に粒度偏析を設け、下層部では粒度偏析させないように焼結原料を均一装入することで、充填層全体の通気性を改善して焼成速度を上昇させつつ、過度の粒度偏析による下層部の焼成不足を防止して焼成後の焼結鉱の成品歩留を上昇させることが可能となり、その結果として、従来の最上部から最下部まで粒度偏析させる装入方法よりもさらに焼結鉱製造の生産性を向上することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の焼結原料装入方法により形成された原料充填層の高さ方向における焼結原料の粒径分布を示すグラフ図である。
【図２】擬似粒子の平均粒径と焼成後の焼結鉱の成品歩留との関係を示すグラフ図である。
【図３】擬似粒子の平均粒径と擬似粒子中の炭素濃度との関係を示すグラフ図である。
【図４】本発明例と比較例の、原料充填層の高さ方向における、焼結原料の平均粒径分布および炭素濃度の分布を示すグラフ図である。
【図５】本発明例と比較例の、焼成後の焼結鉱の成品歩留を比較して示すグラフ図である。
【図６】本発明例と比較例の、原料充填層内各部における温度履歴を示すグラフ図である。
【図７】本発明に係る焼結原料の装入装置の構成を示す概略図である。
【図８】本発明に係る焼結原料の装入装置の別の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１９】
本発明に係る焼結原料の装入方法は、例えば、複数銘柄の粉状鉱石に、スケール、返鉱等の雑原料と、石灰石、生石灰、珪石、蛇紋岩等の副原料と、粉コークス、粉状無煙炭等の炭材とを適量配合し、これに水分を添加してドラムミキサやディスクペレタイザで混合造粒して擬似粒子化し焼結原料とした後、この焼結原料を焼結機のパレット上に装入して焼結原料充填層を形成するに際し、前記形成された焼結原料充填層をその上半分を上層部、残り下半分を下層部に二分したとき、その上層部では下方に向かうにしたがって前記焼結原料の平均粒径が増大するように前記焼結原料を粒度偏析装入する一方、その下層部では前記焼結原料を高さ方向に粒度偏析させずに装入（すなわち、均一装入）することを特徴とするものである。
【００２０】
「その上層部では下方に向かうにしたがって前記焼結原料の平均粒径が増大するように前記焼結原料を粒度偏析装入する」ことで、図３に示すように、擬似粒子（焼結原料）の平均粒径が大きくなるほど該擬似粒子中の炭素濃度が低くなることから、充填層の上層部における高さ方向の炭素濃度分布は、充填層の最上面で最も高く（すなわち、炭材量が最も多く）、下方に向かうにしたがって低下する（すなわち、炭材量が減少する）。
【００２１】
このような充填層の上層部における高さ方向の、擬似粒子の平均粒径分布および炭素濃度分布により、充填層最上面近傍では、炭材の燃焼発熱量が最大になり、高い熱レベルが実現されるとともに、擬似粒子への伝熱速度も最高になり、熱不足がより確実に解消される。そして、充填層最上面から下方に行くにしたがって、擬似粒子の平均粒径が大きくなるとともに炭素濃度が低下し、炭材の燃焼発熱量が減少するとともに、擬似粒子への伝熱速度も低下するが、充填層最上面側からの高温燃焼ガスが吸引されるため高い熱レベルが維持される。その結果、上層部の高さ方向全体にわたって高い焼結鉱強度が確保される。
【００２２】
一方、「その下層部では前記焼結原料を高さ方向に粒度偏析させずに装入する」ことで、充填層の下層部では、擬似粒子（焼結原料）の平均粒径をできるだけ一定に近づけることで、充填層の最下層部への粗大な擬似粒子の集中が防止されるとともに、同最下層部における炭素濃度の過度の低下が防止され、該最下層部の焼結鉱強度も確保される。その結果、下層部の高さ方向全体にわたっても高い焼結鉱強度が確保される。
【００２３】
したがって、上記のようにして、充填層の高さ方向全体にわたって高い焼結鉱強度が確保されるので、焼成後の焼結鉱の歩留が確実に向上する。
【００２４】
上記上層部における粒度偏析装入の程度としては、該上層部での焼結原料の平均粒径の最大値と最小値の比が１．５〜３．０（さらには、１．７〜２．７、特に１．９〜２．４）となるようにする一方、上記下層部における非粒度偏析装入（均一装入）の程度としては、その下層部での前記焼結原料の平均粒径の最大値と該下層部全体における前記焼結原料の平均粒径との比が１．２以下（さらには、１．１５以下、特に１．１以下）となるようにすることが好ましい。
【００２５】
上記上層部での焼結原料の平均粒径の最大値と最小値の比を１．５〜３．０（さらには、１．７〜２．７、特に１．９〜２．４）としたのは、この比が小さすぎると、粒度偏析が不十分となり、充填層最上部において熱不足を招くおそれが生じるためであり、一方、上記比が大きくなりすぎると、粒度偏析が過度となり、充填層最上部に細粒が集まりすぎて通気性が悪化するおそれが生じるためである。
【００２６】
また、上記下層部での焼結原料の平均粒径の最大値と該下層部全体における前記焼結原料の平均粒径との比を１．２以下（さらには、１．１５以下、特に１．１以下）としたのは、この比が大きくなりすぎると、最下層部に粗粒が集まり、炭素濃度も低下して熱不足を招くおそれが生じるためである。
【００２７】
上記のような、上層部は粒度偏析あり、下層部はできるだけ粒度偏析させないという、充填層高さ方向の粒径分布を実現するためには、例えば、図７に示すように、パレット１の進行方向に沿って前後に２台の給鉱装置５，６を設け、上流側の給鉱装置５からそのドラムフィーダ５ａで切り出した原料を直接パレット１上に装入して下層部３を形成し、その上に、下流側の給鉱装置６からそのドラムフィーダ６ａで切り出した原料をスローピングシュート２を介して装入し、上層部４を形成するようにすればよい。あるいは、図８に示すように、１台の給鉱装置５だけを用い、そのドラムフィーダ５ａで切り出した原料を分岐シュート７でパレット１の進行方向の上流側と下流側に分配し、上流側に分配された原料は直接パレット１上に装入して下層部３を形成し、その上に、下流側に分岐された原料をスローピングシュート２を介して装入し、上層部４を形成するようにしてもよい。
【実施例】
【００２８】
本発明の効果を確認するため、以下の焼結鍋試験を実施した。
【００２９】
加古川製鉄所の実機焼結工場で採取した同一ロットの焼結原料を用いて、内径１００ｍｍの焼結鍋の原料充填層高さ方向に種々の平均粒径分布を形成し、負圧３．５ｋＰａ（一定）で大気吸引の条件にて焼結鍋試験を実施した。
【００３０】
図４（ａ）に、原料充填層高さ方向の平均粒径分布を示す。ここに、比較例１は、スリットバー給鉱装置を用いて装入することにより、充填層高さ方向全体にわたって粒度偏析を設けたものである。また、比較例２は、充填層高さ方向全体に均一装入し、粒度偏析を設けなかったものである。そして、発明例は、充填層の下層部には均一装入して粒度偏析を設けず、その上層部にはスリットバー給鉱装置を用いて装入することにより粒度偏析を設けたものである。
【００３１】
なお、充填層高さ方向の平均粒径分布は、充填層の最上面から、充填層高さの１／１０の高さ分ずつ焼結原料を採取し、これを１０ｍｍ、５ｍｍ、３ｍｍ、０．２５ｍｍの篩で篩分けし、各篩間の上下限値の算術平均径を代表径とし、これに各篩間に存在する焼結原料の質量割合で加重平均して平均粒径を算出することにより測定したものである。ただし、１０ｍｍ超のものは篩目の上限を１６ｍｍと仮定して代表径を１３ｍｍとし、０．２５ｍｍ以下のものは篩目の下限を０ｍｍとして代表径を０．１２５ｍｍとした。
【００３２】
図４（ｂ）は、既述の図３における擬似粒子の平均粒径と擬似粒子中の炭素濃度との関係を参考にして、比較例１、２および発明例のそれぞれについて充填層高さ方向の炭素濃度分布を推定し、これらを模式的に示したものである。
【００３３】
図５は、比較例１、２および発明例のそれぞれについて焼成後の成品歩留を測定し、それらを比較して示したものである。同図に示すように、充填層高さ方向全体に粒度偏析を設けた比較例１では約４７％と低い成品歩留であったのに対し、充填層上層部は粒度偏析を設け、下層部は粒度偏析を設けずに均一装入した発明例では、充填層高さ方向全体に粒度偏析を設けずに均一装入した比較例２とほぼ同等の約５０％の高い成品歩留が得られた。したがって、本発明によれば、従来の、充填層高さ方向全体に粒度偏析を設けた場合よりも、成品歩留が明らかに向上することがわかった。
【００３４】
また、図６は、比較例１、２および発明例のそれぞれについて充填層各高さ位置における温度履歴を示すものである。同図に示すように、比較例１に比べ、発明例ではほぼ同等の高い焼成速度が得られるものの、比較例２では焼成速度が低くなることがわかった。したがって、本発明によれば、従来の、充填層高さ方向全体に粒度偏析を設けた場合とほぼ同等の高い焼成速度を維持できることがわかった。
【００３５】
そして、焼結鉱製造の生産性は成品歩留と焼成速度の積に比例することから、上記図５および図６の結果より、発明例は比較例１、２のいずれよりも高い生産性が得られることが明らかであり、このことから、本発明の生産性向上効果が確認された。
【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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【図８】
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