(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドラムミキサーを用いて粗粒及び微粉からなる焼結鉱用の原料を擬似粒子に造粒し、焼結機に装入される造粒原料を製造する原料造粒方法において、
前記原料には粒子径５００μｍ未満の微粉が３０〜７０質量％の割合で含まれ、前記ドラムミキサーの内面に前記原料を撹拌する撹拌羽根を着脱可能に取付けると共に、該撹拌羽根の取付け位置を、前記ドラムミキサーの原料装入端を起点にして全機長の１／４〜１／３までの範囲とし、前記擬似粒子の微粉付着厚みを焼結の際における歩留が７７％以上、かつ通気性（ＪＰＵ）が１９．５以上となる範囲に設定することを特徴とする焼結機の生産性を向上させる原料造粒方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼結機に供給される焼結鉱用原料を造粒製造して、焼結機の生産性を向上させる原料造粒方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉に装入される焼結鉱は、鉄鉱石、石灰、コークス等を含む複数のそれぞれ粒度の異なる原料を造粒処理した後、この得られた造粒原料を焼結機の走行するパレット上に焼結層を形成させた状態で装入し、焼結層の下部から吹き込まれる空気によって原料中のコークスを燃焼させることによって製造されている。
このような造粒原料を効率的に製造するための方法として、例えば特開昭５９−２１３４３２号公報には、造粒を行うドラムミキサーから排出される排出原料の一部を循環させ、
この循環量を調整してドラムミキサーにおける造粒性を良好にする方法が示されている。
また、特公平７−７６３８３号公報には、造粒用の原料となる粉鉄鉱石と返鉱を予め特定量の水でドラムミキサーを用いて混合した後、粉コークス、石灰石、副原料と水を添加してドラムミキサー内で擬似粒子化させて造粒原料を製造して、造粒原料中のコークスへの着火、燃焼を高めて生産性よく焼結鉱を製造する方法が示されている。
さらに特開昭６２−２２５２３８号公報には、ドラムミキサー内の装入原料運動領域に噴霧管を設置して擬似粒子化促進剤を添加することにより、この得られた造粒原料で焼結層を形成した時の通気性を向上させる方法が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５９−２１３４３２号公報に示されるようなドラムミキサーから排出される処理原料の一部をドラムミキサーに循環させて造粒性を向上させる方法では、造粒性の良好な粒子であってもドラムミキサーに戻されて再処理されるため、全体の処理効率が悪く処理費用が増加する上、ドラムミキサーに装入される原料の粒度構成が変化した場合に、これに対応して効率よく調整させることが困難であるという問題があった。
また、特公平７−７６３８３号公報に示される、ドラムミキサーを用いて粉鉄鉱石と返鉱を予め特定量の水で混合した後、粉コークス、石灰石、副原料と水を添加して擬似粒子化させる方法は、ドラムミキサーで２段階の処理が必要となるため処理効率を増大させるのには限界があり、水分の添加量の調整だけで適正な燃焼性と通気性とを兼ね備えた擬似粒子を製造することは実際上困難となっていた。
さらに、特開昭６２−２２５２３８号公報に示される、ドラムミキサー内の装入原料運動領域に噴霧管を設置して擬似粒子化促進剤を添加し、得られる造粒原料の通気性を向上させる方法は、高価な擬似粒子化促進剤が必要となる他に、原料の粒度構成、即ち粗粒部分と微粉部分との比率が変わるような場合には、ドラムミキサー内における原料に付与される撹拌力が変化するため、これに対応して適正な撹拌効果が得られるように調整することが困難であった。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ドラムミキサーに装入される原料の粒度構成が変化しても、これに対応して常時適正な通気性、燃焼性を有した擬似粒子を製造することのできる焼結機の生産性を向上させる原料造粒方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る焼結機の生産性を向上させる原料造粒方法は、ドラムミキサーを用いて粗粒及び微粉からなる焼結鉱用の原料を擬似粒子に造粒し、焼結機に装入される造粒原料を製造する原料造粒方法において、
前記原料には粒子径５００μｍ未満の微粉が３０〜７０質量％の割合で含まれ、前記ドラムミキサーの内面に前記原料を撹拌する撹拌羽根を着脱可能に取付けると共に、該撹拌羽根の取付け位置を、前記ドラムミキサーの原料装入端を起点にして全機長の１／４〜１／３までの範囲とし、前記擬似粒子の微粉付着厚みを焼結の際における歩留が７７％以上、かつ通気性（ＪＰＵ）が１９．５以上となる範囲に設定する。従って、この造粒原料を焼結機に装入したとき、造粒原料によって形成される焼結層に適正範囲となる燃焼性と通気性とが付与されるので、焼結機の生産性を増大させることができる。
【０００６】
ドラムミキサーにおける撹拌羽根の取付け状態である撹拌羽根の取付け位置をドラムミキサーの全機長に対し原料装入端を起点にして取付け位置が１／４より少なくなる場合には、撹拌力が小さくなって充分な混合効果を出すことができず、良好な形態又は特性を有した擬似粒子の造粒が困難になるので好ましくない。
【０００７】
さらに、撹拌羽根のドラムミキサー中心方向に向かう長さを、例えば１００〜５００ミリメートルの範囲で調整して撹拌羽根によって原料に付与される撹拌力を必要な微粉付着厚みを有する擬似粒子が形成される範囲に維持させるようにしてもよい。この場合には、ドラムミキサーの回転数を変化させることなく撹拌力の大きさを調整することが可能である。
ドラムミキサーに装入する原料には、粒子径５００μｍ未満の微粉が３０〜７０質量％の割合で含まれる。粒子径５００μｍ未満となる微粉の含有量が、３０質量％より少ないと、十分な厚みを有する微粉付着層を形成することができなくなる。また、７０質量％を超えるような場合には、微粉付着層の厚みが限度を超えて厚くなり易くなるために、微粉付着層の厚みのコントロールが困難となるので好ましくない。なお、ここで微粉の粒子径を５００μｍ未満に、即ち、微粉と粗粒との境界値を５００μｍに設定したのは以下の理由による。即ち、原料は５００μｍ以上のサイズの粒子の運動エネルギーに大きく依存した微粉付着分布をとり易く、ある運動エネルギー値で付着効率が最大となるため、これを指標として用いるのが好ましいことによる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。ここに図１は本発明の一実施の形態に係る焼結機の生産性を向上させる原料造粒方法を適用する原料造粒設備の説明図、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ同原料造粒設備におけるドラムミキサーの断面図、拡大正面図、拡大側面図、図３は原料及び造粒原料の粒度分布を示すグラフ、図４は粗粒に付着する微粉の付着効率と粒子単体に付与される運動エネルギーとの関係を示すグラフ、図５は微粉付着厚みと撹拌エネルギー比との関係を示すグラフ、図６は残存微粉と撹拌エネルギー比との関係を示すグラフ、図７は生産率と微粉付着厚みとの関係を示すグラフである。
【０００９】
図１及び図２（ａ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る焼結機の生産性を向上させる原料造粒方法を適用する原料造粒設備１０は、焼結鉱となる鉄鉱石、コークス、石灰その他の副原料がそれぞれ所定量配合され粗粒及び微粉からなる原料を搬送するコンベアベルト１１と、コンベアベルト１１を介して装入される原料を撹拌しながら擬似粒子を形成させるためのドラムミキサー１２とを有している。
ドラムミキサー１２は、モータ１３の駆動により一定速度、例えば約７ｒｐｍ（４〜１５ｒｐｍ）の回転数で回転させることできる内直径４メートル、長さ２０メートルの円筒状の回転体であり、原料の排出側に向けて所定の下向きの角度で傾斜配置されている。
その内壁面１４には、ドラムミキサー１２の回転軸心に向かって所定長さ、例えば２５０ミリメートル（２００〜３００ミリメートル）の長さで突出し、互いに約３００ミリメートル(２００〜５００ミリメートル）のピッチ間隔を有して着脱可能に配置された幅２００ミリメートル（１５０〜４００ミリメートル）の矩形状の撹拌羽根１５、を多数備えている。なお、撹拌羽根１５の突出長さ、幅長さは原料に付与させる撹拌力の大きさに応じて適宜それぞれの長さを調整することができる。
そして、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように撹拌羽根１５は、Ｌ字型の取付け治具１７を用いてドラムミキサー１２の内壁面１４にボルトナット等の締結部材１８を介して着脱可能に取付けられている。これら撹拌羽根１５の取付け位置は、ドラムミキサー１２の原料装入側の端部を領域の始点（起点）として全機長Ｌに対してＬ／４〜Ｌ／２の図１に斜線で示す範囲に領域の終点が位置するようにしている。
【００１０】
続いて、前記原料造粒設備１０に適用する焼結機の生産性を向上させる原料造粒方法について説明する。
この際、ドラムミキサー１２の内壁に取付ける撹拌羽根１５は、ドラムミキサー１２の長手方向範囲に、原料装入端を始点としてそのそれぞれの終点が全長に対し（Ａ）０（撹拌羽根１５を設置しない）、（Ｂ）１／４、（Ｃ）１／３、（Ｄ）１／２となる４種類の範囲となるようにして設置し、それぞれについて造粒を行った。
ここで使用した原料には、豪州系鉄鉱石４０質量％、ブラジル系鉄鉱石１５質量％、その他鉄鉱石１５質量％を用い、これに石灰粉１２質量％、焼結粉鉱８質量％を配合して、残部にダスト、蛇紋岩、生石灰を加えて１００質量％とした。そして、さらに、返鉱１６質量％、カーボン分３．５質量％を加えてドラムミキサー１２に装入する原料とした。
この原料の粒度分布を調査したところ、図３に破線で示すように５００μｍ未満の微粉分が４０〜４５質量％となっていた。そして、粒径が５０００〜２０００μｍの範囲に二番目の最大値を有し、この範囲の粒子の割合が約２７質量％となるような粒度構成となっている。
【００１１】
次に、このような特定の粒度構成を有する原料に必要に応じて擬似粒子化促進剤や水分等を添加して、水分量を約３〜８質量％の範囲に調整し、コンベアベルト１１を用いて、所定の装入速度で装入するか又は一括してドラムミキサー１２に装入する。そして、ドラムミキサー１２を定速度で回転させながら、１分間混合した時点で水分を重量比で６．５パーセント分加え、更に３．５分間造粒した。
この造粒して得られる擬似粒子は図３に実線で示されるような粒度分布を有している。なお、図に○印、及び△印で示すデータはそれぞれ実機テスト、ラボテストでの結果を表している。同図に示されるように、造粒前後で５００μｍ未満の粒子が３０〜４５質量％から１０質量％以下のレベルに減少している。従って、この５００μｍ未満の微粉粒子が核となる粗粒の表面に付着して微粉付着層を形成していることが分かる。
そして、この造粒された造粒原料を図示しない焼結機のパレット上に層厚み５５０ミリメートルとなるように焼結層を形成して装入し、雰囲気温度１２００℃、３０秒間の条件で点火し、その後およそ１５００Ｎｍ3／ｈ・ｍ2の風量で焼成し、前記（Ａ）〜（Ｄ）の撹拌羽根の設置条件に対応する焼結鉱をそれぞれ製造した。
このそれぞれの造粒原料からなる焼結層の通気性を以下のＪＰＵ指標で評価すると共に、
シャッター試験により歩留を求め、焼成時間と歩留から生産率を算出して、以下の表１に示す結果を得た。なお、ＪＰＵ指標は、ＪＰＵ＝（風量／焼成面積）×（焼結層の厚み／負圧）0.6で定義される値である。ここで風量、焼成面積、焼結層の厚み、負圧の単位はそれぞれ、Ｎｍ3／ｍｉｎ、ｍ2、ｍｍ、ｍｍＡｑである。また、シャッター試験による歩留は高さ２ｍより焼結鉱を落下させる操作を４回繰り返した後、破壊されずに残った１０ｍｍ以上の焼結鉱粒子の重量割合で算出したものである。
【００１２】
【表１】
0004022018.tif 000002
【００１３】
この表１に示すように、撹拌羽根１５は設置範囲、設置面積を次第に拡大させるのに伴い、歩留は７５パーセントから８０パーセントに改善するものの、通気性の悪化（２０ＪＰＵから１８ＪＰＵへの減少）により風量が減少し、焼成速度が遅れてくる。その結果、生産性は撹拌羽根１５をドラムミキサー１２の原料装入端から１／３の範囲に設置する場合で最大（３０Ｔ／ｄｍ2）となっている。このように、ドラムミキサー１２に装入する原料の粒度構成に応じて撹拌羽根１５を適正配置することにより、焼結機における生産性を最大化、もしくは向上させることが可能となる。
【００１４】
即ち、焼結原料における造粒とは、５００μｍ以上の粒にそれ以下の粉を付着させる操作であり、それぞれの粒子は各運動エネルギーに応じた付着分布をとり、ある運動エネルギー値で付着効率が最大となり、その前後で低下かする分布を示す。
そして、粉の付着厚みは、可能な限り薄いほうがコークス等の燃焼性が増し、歩留が向上するため、比表面積がより大きな微小粒子を付着させることが望ましい。このためには、
ドラムミキサー１２内での運動エネルギーをできるだけ大きくするように撹拌力を増すことが望ましい。
一方、粉と粒との境となる２５０μｍ近傍の粒子は造粒されず残存し、通気を阻害する。
この未造粒粉は原料中の２５０μｍ以下の微粉比率が３０質量％以下の場合、撹拌力をアップさせると増加する傾向にあり通気を悪化させる。
従って、原料中の微粉量比率に応じて、ドラムミキサー１２の撹拌力を適正に制御することで粉の付着厚みによる歩留調整と未造粒微粉による通気調整とを制御することが可能となり、ある原料構成下において、微粉付着を適正な厚みにすれば焼結機の生産性を最大化することができる。
【００１５】
ここで、図４〜図７は、以上説明した焼結機における生産性を最適化させる造粒条件を設定するために行った実機テスト及びラボテストの実験例を示している。
図４は擬似粒子を形成させる際、その核となる粗粒に付着する微粉の付着効率と撹拌羽根１５等によって粒子単体に付与される運動エネルギーとの関係を示している。同図に示すように、粒子単体の運動エネルギーがおよそ１０-9〜１０-7ｋｇｍ2／ｓ2となる範囲に設定すれば、付着効率を最大化できることが分かる。なお、○印で示すデータは撹拌羽根１５を始点から１／２の範囲に設けた場合のように撹拌力が比較的大きいケースを示している。また、△印で示すデータは、撹拌羽根１５を始点から１／４の範囲に設けた場合の撹拌力が小さいケースを示している。また、図４中に矢印で示すように、同じ粒径の粒子であっても、付与する撹拌力の大小によって、付着効率の増減傾向が異なることが分かる。
例えば２５０μｍ、５００μｍの粒径の粒子は、撹拌力を増加させることにより、その付着効率を向上させることができるが、２０００μｍを超えるような大きい粒子の場合には撹拌力の増加と共に逆に付着効率が低下する傾向となるのが分かる。
【００１６】
図５は造粒された擬似粒子における微粉付着厚みと直径１ｍの実験用ミキサーに撹拌羽根を取付けない場合を１として表した撹拌エネルギー比との関係を示すグラフであり、撹拌エネルギー比の増大と共に微粉付着厚みが次第に減少する傾向にあることを示している。
また、図６はドラムミキサー１２から排出される造粒原料に未造粒の状態で残る残存微粉の量と、撹拌エネルギー比との関係を示している。また図７は、焼結機において造粒原料を焼結処理した場合の生産率と、造粒原料の微粉付着厚みとの関係を示しており、この場合には微粉付着厚みをおよそ２００〜３００μｍとなるような範囲に撹拌羽根１５の取付け状態を調整して、生産率を最大化もしくは適正化することが可能となる。
以上説明したように、本実施の形態においては、これらの条件を総合的に勘案して、撹拌羽根１５を適正配置して、焼結機における造粒原料の生産率を最大化させることができるようになっている。
【００１７】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない条件の変更は全て本発明の適用範囲である。例えば、本実施の形態においては、撹拌羽根の取付け状態として、ドラムミキサー内の取付け位置を限定するようにしたが、撹拌羽根の設置個数、設置密度、面積、形状等の各要素毎に、それぞれの撹拌力等を評価して、造粒される粒子（造粒原料）の燃焼性、通気性が最適となるように微粉付着厚みを調整して、この造粒原料を焼結機で処理する際の生産性を最大化させるようにしてもよい。この場合には、各変更要素とこれにより変化する生産性との関係を実験的に求めておき、これらの関係から生産性を最大化させたり、向上させたりするための条件を設定することができる。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１記載の焼結機の生産性を向上させる原料造粒方法においては、装入する原料や造粒原料の条件によって、撹拌羽根の取付け位置を適宜設定することができるので、原料の粗粒及び微粉の粒度構成に応じて撹拌羽根の取付け状態を調整して、擬似粒子の微粉付着厚みを焼結の際における燃焼性と通気性を最適化させる範囲に設定して、造粒原料によって形成される焼結層に適正範囲となる燃焼性と通気性とを付与して、焼結機の生産性を増大させることができる。
【００１９】
特に、この焼結機の生産性を向上させる原料造粒方法においては、ドラムミキサーにおける撹拌羽根の取付け状態である撹拌羽根の取付け位置を限定しているので、ドラムミキサーの回転によって原料の各粒子に付与される撹拌力が過大になって、特に形成初期のぜい弱な擬似粒子の破壊を抑制して、良好な形態又は特性を有した擬似粒子をさらに効率的に製造することができる。
【００２０】
そして、ドラムミキサーに装入する原料には、粒子径５００μｍ未満の微粉割合を特定範囲としているので、必要十分な厚みを有する微粉付着層を形成することができると共に、
微粉付着層の厚みのコントロールを容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る焼結機の生産性を向上させる原料造粒方法を適用する原料造粒設備の説明図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ同原料造粒設備におけるドラムミキサーの断面図、拡大正面図、拡大側面図である。
【図３】原料及び造粒原料の粒度分布を示すグラフである。
【図４】粗粒に付着する微粉の付着効率と粒子単体に付与される運動エネルギーとの関係を示すグラフである。
【図５】微粉付着厚みと撹拌エネルギー比との関係を示すグラフである。
【図６】残存微粉と撹拌エネルギー比との関係を示すグラフである。
【図７】生産率と微粉付着厚みとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０：原料造粒設備、１１：コンベアベルト、１２：ドラムミキサー、１３：モータ、１４：内壁面、１５：撹拌羽根、１７：取付け治具、１８：締結部材
【図１】
0004022018.tif 000003
【図２】
0004022018.tif 000004
【図３】
0004022018.tif 000005
【図４】
0004022018.tif 000006
【図５】
0004022018.tif 000007
【図６】
0004022018.tif 000008
【図７】
0004022018.tif 000009