(57)【要約】【課題】成形焼結原料の強度を向上させるために用いる有機系バインダーの使用量を低減させてもなお、高い強度の成形焼結原料を得ることができる方法、および焼結時間の短縮ならびに、炭材添加量の減少を実現し、良好な生産性を達成する上で有利に用いられる成形焼結原料の製造方法を提案する。【解決手段】鉄鉱石原料粉の他、粉コークスや副原料粉を混合し、その混合焼結原料に水およびバインダーを添加して成形し、その後乾燥して水分量４.０mass%以下の成形焼結原料を製造する方法において、前記混合焼結原料の水分量を造粒適正水分量よりも多い８〜１０mass%に調整すると共に、この混合焼結原料に水が蒸発した後もバインダーとしての作用を有するガム系物質またはセルロース系増粘剤からなる粉状の有機系バインダー、または該粉状の有機バインダーと無機バインダーとの混合バインダーを添加して成形する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鉱石原料粉の他、粉コークスや副原料粉を混合し、得られたその混合焼結原料に水およびバインダーを添加して成形し、その後乾燥して水分量４.０mass%以下の成形焼結原料を製造する方法において、
前記混合焼結原料の水分量を造粒適正水分量よりも多い８〜１０mass%に調整すると共に、この混合焼結原料には、水が蒸発した後もバインダーとしての作用を有するガム系物質またはセルロース系増粘剤からなる粉状の有機系バインダー、または該粉状の有機バインダーと無機バインダーとの混合バインダーを添加して成形することを特徴とする成形焼結原料の製造方法。
【請求項２】
前記混合焼結原料の水分量の調整に当たり、水の添加は、混合焼結原料への粉状バインダーの添加の前に行うか、または該粉状バインダーの添加と同時に行うことを特徴とする請求項１に記載の成形焼結原料の製造方法。
【請求項３】
前記ガム系物質が、グアガムまたはアラビアガムであることを特徴とする請求項１に記載の成形焼結原料の製造方法。
【請求項４】
前記セルロース系増粘剤が、カルボキシメチルセルロースであることを特徴とする請求項１に記載の成形焼結原料の製造方法。
【請求項５】
前記無機バインダーが、ベントナイト、水ガラスからなるグループから選択された少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載の成形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、ＤＬ焼結機によって焼結鉱を製造する際に用いられる成形焼結原料の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＬ焼結機の操業においては、パレット上に配置された点火炉により焼結原料装入層の表面に点火が行われると、該装入層中に含まれる炭材が、この層の表層部から下層部へ吸引される吸引ガスの作用により燃焼するが、その燃焼は、パレットの移動に伴って次第に下層にかつ前方に進むようになる。それと同時に、焼結原料の装入層の上層部で蒸発した水分は、下層部に移行する過程において、温度の低い下層部で冷却されて凝縮することが知られている。そのため、該装入層の下層部には、「湿潤帯」と呼ばれる水分の高い層が形成される。この湿潤帯の濃度がある程度以上に大きくなると、吸引ガスの流路である原料粒子間の空隙を水分が埋めるようになり、通気抵抗が増大することになる。とくに、装入層の全通気抵抗の約半分以上は、前記湿潤帯の通気抵抗が占めていることが知られている。このような環境の中で、焼結鉱の生産性を向上させるためには、少なくともこの湿潤帯における水分の凝縮に伴う通気抵抗を減らすことが有効であると考えられる（図１参照）。
【０００３】
このような問題点に対し、従来、混合焼結原料を成形（造粒）して成形（造粒）焼結原料を製造する際に、該混合焼結原料の水分量を８mass%未満となるように水分調整した上で成形すると共に、その成形焼結原料を成形機に高温排ガスを導くなどして乾燥し、最終的に水分量が４mass%以下となるように乾燥した成形焼結原料をパレット上に装入することで、湿潤帯の影響を低減する技術が提案されている（特許文献１〜４）。しかしながら、これらのいずれの方法も、成形焼結原料の乾燥が不足し、焼結鉱を製造する方法としては、なお不十分であり、未だ実用化されていないのが実情である。
【０００４】
これに対し、従来、上記問題点を解決するため、混合焼結原料の成形に、消石灰や生石灰だけでなく有機バインダーを使用する新たな方法が開発され、焼結鉱の生産効率を高めると共に、焼結鉱の製造に必要な炭材量の削減を可能にした技術が提案されている（特許文献５）。
【０００５】
しかしながら、特許文献５に開示されている方法は、造粒の粉化や乾燥時の破壊を防止するのには有効であったが、一般の成形焼結原料の製造技術と比較すると、成品焼結鉱のコストがアップし、有機バインダーを用いることの効果（通気性改善による生産効率の向上や炭材量の低減による経済効果）が減殺されるという問題があった。
【特許文献１】特開昭５８-１９９８２７号公報
【特許文献２】特開昭６０-０８９５２６号公報
【特許文献３】特開昭６１-２３８９２５号公報
【特許文献４】特開平３-２１５６２９号公報
【特許文献５】特願２００６−３１６６５３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、成形焼結原料の強度を向上させるために用いる有機系バインダーの使用量を低減させてもなお、高い強度の成形焼結原料を得ることができる方法を提案することにある。
また、本発明の他の目的は、焼結機の操業に当たって、装入層の通気性を改善することにより、焼結時間の短縮ならびに、炭材添加量の減少を実現し、良好な生産性を達成する上で有利に用いられる成形焼結原料の製造方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者らは、上記従来技術が抱えている上述した課題を解決することができ、上掲の目的を実現する方法について鋭意研究を重ねた結果、以下の要旨構成に係る本発明を開発するに到った。
すなわち、本発明は、鉄鉱石原料粉の他、粉コークスや副原料粉を混合し、得られたその混合焼結原料に水およびバインダーを添加して成形し、その後乾燥して水分量４.０mass%以下の成形焼結原料を製造する方法において、前記混合焼結原料の水分量を造粒適正水分量よりも多い８〜１０mass%に調整すると共に、この混合焼結原料には、水が蒸発した後もバインダーとしての作用を有するガム系物質またはセルロース系増粘剤からなる粉状の有機系バインダー、または該粉状の有機バインダーと無機バインダーとの混合バインダーを添加して成形することを特徴とする成形焼結原料の製造方法である。
【０００８】
また、本発明においては、前記混合焼結原料の水分量の調整に当たり、水の添加は、混合焼結原料への粉状バインダーの添加の前に行うか、または該粉状バインダーの添加と同時に行うこと、前記ガム系物質が、グアガムまたはアラビアガムであること、前記セルロース系増粘剤が、カルボキシメチルセルロースであること、および前記無機バインダーが、ベントナイト、水ガラスからなるグループから選択された少なくとも一つであることがより好ましい解決手段になる。
【発明の効果】
【０００９】
上記の構成に係る成形焼結原料の製造方法では、鉄鉱石原料粉と粉コークスや副原料粉を混合してなる混合焼結原料の成形（造粒）時の水分量を、従来技術、とくに有機バインダーの添加と乾燥工程を採用しないときの造粒適正水分量（６〜７．５mass%）よりも多い、８〜１０mass％に調整すると共に、バインダーとして、ガム系物質またはセルロース系増粘剤からなる粉状の有機バインダーを添加することにより、少ない有機バインダー添加量で高い強度の焼結鉱が得られるようになる。
【００１０】
そして、本発明に係る成形焼結原料を用いて焼結機の操業を行う場合、パレット上の装入層の通気性が改善され、焼結鉱の生産性を向上させることができる。また、本発明によれば、焼結鉱の製造に必要とされる炭材の使用量の低減を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
発明者らは、まず、成形用バインダーについて検討した。その結果、成形（造粒）粒子を、ロータリーキルン中で転動攪拌させて乾燥させるときに崩壊することなく、初期の粒子形状をそのまま維持できるような強度を付与するためには、有機バインダーを用いることが有利であることがわかった。
【００１２】
そこで、本発明では、水に溶解しまたは溶解することなく、粉状で存在し、かつ１００℃で水が蒸発してもなお、バインダーとしての作用を発揮する粉状の有機バインダー、またはこの有機バインダーと従来から用いられてきた汎用の無機バインダーとの混合バインダーを用いることにした。このような有機バインダー等であれば、造粒時に強固な造粒粒子を製造することができ、しかも、乾燥によって水分が除去された後でも、該粒子の崩壊を確実に防止することができる。また、本発明によれば、乾燥後も造粒時の平均粒度を維持した造粒粒子を、焼結機のパレット上に装入することができるようになり、ひいては、焼結原料装入層の通気性悪化の問題を解消することができるようになる。
【００１３】
使用する有機バインダーを選定するに当たり、発明者らはまず、乾燥後の成形（造粒）粒子（以下、「擬似粒子」とも言う）の引張強度に着目した。具体的には、擬似粒子の引張り強度は、下記の式（１）に示すように、有機バインダーなどの架橋物質の表面張力に起因する毛細管力による吸引圧力と、架橋物質の粘度による外力に対する抗力との和で表わされる。そして、その内の外力に対する抗力（粉体の粉化に対する抗力）は、架橋物質すなわちバインダーの粘度μに大きく依存し、バインダー粘度μが高くなると、擬似粒子の引張強度は上昇し、崩壊し難くなることがわかっている。
【数１】
2009024190.tif 000002
ここで、σ：擬似粒子の引張強度、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：粉体表面積、Ψ：液充満度（＝０．６）、ε：擬似粒子の空隙率、Ｄ：比表面積相当径、a：架橋液体の曲率半径、である。
【００１４】
その結果、本発明においては、有機バインダーとして、中性多糖類であるガム系物質またはセルロース系増粘剤を用いることにした。ガム系物質としては、グアガムやアラビアガムをも用いることができる。また、有機バインダーは、単独で用いても、あるいは、何種類かのバインダーを組み合わせて用いてもよく、また、上記ガム系物質、セルロース系増粘剤の使用に加えて、増粘剤の分散強化剤として、カルボン酸基を有する物質を併用、あるいは後述するベントナイト、水ガラスからなる無機バインダーとの併用も可能である。
【００１５】
図２は、各種のバインダーを用いて成形した擬似粒子（成形焼結原料）の、ロータリーキルンによる乾燥前後における粒子径累積割合変化を示したものである。（ａ）は成形（造粒）時に、焼結原料に水と、バインダーとして生石灰を添加した例である。ロータリーキルン入側では、粗粒であった擬似粒子径分布が、ロータリーキルン内での乾燥と転動により崩壊して、ロータリーキルン出側においては細粒部分が大きく増加している。
【００１６】
また、図２の（ｂ）は、バインダーとして、上記（ａ）の生石灰に代えて、有機バインダーとしてガム系物質であるアラビアガムを使用したときの例、また、図２の（ｄ）は、同じく生石灰に代えて、セルロース系増粘剤であるＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）を使用したときの例を示したものである。いずれの場合も、ロータリーキルン入側と出側と粒子径累積割合にほとんど変化が認められない。すなわち、ロータリーキルン内での乾燥と転動によっても崩壊を起こすことなく乾燥が進行していることがわかる。
【００１７】
なお、有機バインダーとしての上記アラビアガムは、生産量が世界的に少ないため、アラビアガムに代えて、同じ中性多糖類であるグアガムを用いることができる。そこで、有機バインダーとして、このグアガムを用いた例を図２（ｃ）に示した。この図に示すように、焼結原料をバインダーを添加することなく、そのまま用いると、ロータリーキルン入側では粗粒であった擬似粒子が、ロータリーキルン内での乾燥と転動により崩壊して、出側では細粒部分が増加するが、グアガムを添加、混合して造粒することにより、アラビアガムとほぼ同様の変化を示すようになる。
【００１８】
なお、本発明において、アラビアガムやグアガム、ＣＭＣ等の有機バインダーを使用するときは、粉末のものを用いる。その理由は、これらのバインダーを水に溶解させてから焼結原料に添加すると、成形（造粒）体の全表面に有機バインダーが均一に、かつ薄く付着する態様でコーティングすることになるため、所望の結合強度を発現させるには、その使用量の増加が必須となるからである。
【００１９】
そして、この粉状有機バインダーを混合焼結原料に添加するに際しては、まず、該混合焼結原料に水を添加して、上述した水分調整を行った後で、その粉状有機バインダーを添加して混合する方法を採用する。また、造粒時にこの粉状の有機バインダーを、造粒水の添加と同時に添加して混合し、造粒する。このような添加方法をとることにより、該有機バインダーは、混合焼結原料粒子相互間の接触部にのみ懸垂状態で存在するようになり、少ない添加量で必要な強度を発現させることができるようになる。
【００２０】
図３は、造粒体の強度に及ぼすバインダーの賦存状態の影響を示すものである。この図は、混合焼結原料粉に対し、有機系バインダーを粉末で添加すると、造粒強度を高めることができる原理を説明する図である。すなわち、この図は、粉体充填層中におけるバインダーの分布状態を模式的に示したものであり、（ａ）は粉状のバインダーが濡れ性のない状態で存在している状態を示すものであり、（ｂ）は、粒子接触部のみに濡れ状態（懸垂状態）で存在している状態を示すものであり、（ｃ）は、コーティング状態（液状のバインダーを使用して粒子全表面を被覆した状態）を示すものである。
【００２１】
また、図４は、懸垂状態の結合強度とコーティング状態の結合強度との関係（「エンジニアリングセラミックス」発行：技報堂）を示すもので、縦軸の（Ｓ／Ｓｏ）は、（成形体強度／バインダー強度）であり、横軸は、バインダー添加量である。図４から、バインダー添加量が同一であっても、懸垂状態（懸垂状結合）の方が、コーティング状態（コーティング状結合）よりも数倍の成形体強度を得ることができることがわかる。つまり、有機バインダーを、粉末のままで添加して造粒すると、このバインダーが造粒水に完全に溶解しないまま、粒子間に止まって懸垂状態の結合を促して造粒体強度の向上をもたらす。即ち、この場合には、同量のバインダー添加量でも、数倍の強度を発現するため、少ない量の有機バインダーの添加で高強度のものにすることができる。
【００２２】
次に、発明者らは、粉状有機バインダーの添加時期について検討した。その目的は、粉状有機バインダーを、図３（ｂ）に示す懸垂状態結合させ、粉体（粒子）結合部位にのみ集中的に存在させる方法を開発することにある。
【００２３】
その結果、有機バインダーを、混合焼結原料に対し粉末状態で添加して、混合した後、成形（造粒）するに当たって成形機に造粒水を添加すると、混合焼結原料粒子相互間に存在する多数の空隙中に液状化したバインダーが侵入してしまい、造粒強度に寄与する鉱石表面のバインダー量が相対的に減少するということがわかった。即ち、一定の強度を確保するには、相対的に多量のバインダーの使用が多く必要となることがわかった。
【００２４】
そのため、有機バインダーの添加量を削減し、より低コスト化を実現するためには、粉状有機バインダーの使用の前に、混合焼結原料粒子相互間に存在する空隙を、予め水で塞ぎ、その後、粉状有機バインダーを添加して、造粒成形すれば、この粉状有機バインダーを、混合焼結原料粒子接触部の表面にのみ、よく留めることができるようになり、粒子間の強い結合を少ない有機バインダーの添加量で実現でき、望ましい造粒粒子の強度が得られる。即ち、混合焼結原料粒子の相互間に生じる空隙に侵入する無効なバインダー量を減らすことができるようになるため、より少ない添加量で、乾燥処理等に耐え得る造粒粒子強度を実現することができる。
【００２５】
そこで、本発明では、混合焼結原料である鉄鉱石粉と粉コークス等との混合焼結原料に、上記粉状有機バインダー等を加えて造粒する際、上述したように粒子相互間の空隙を、予め水で塞ぐために、該混合焼結原料の水分量を調整することにした。そのために本発明では、該混合焼結原料の水分量を、バインダーを用いないで成形（造粒）する、通常の方法の下で求められる適正水分量よりも多い水分量である８〜10mass％となるように調整しておくことにした。
【００２６】
なお、一般的な適性水分量とは、例えば、成形（造粒）処理時に必要な水分量（造粒水）のことである。この適正水分量は、鉱石種ごとに求められるものであり、整形用原料として配合する各鉱石の必要水分の平均値かあるいは濡れ性の悪い鉱石に合わせた必要造粒水として示される。この水分量は、通常、８mass％未満、一般には６〜7.5mass%程度である。これに対し、本発明では、粉状の有機バインダーを添加するため、従来の適正水分量では、結合不十分領域が生成するおそれがあることから、前記水分量を上記適正水分量よりも過剰（≧８mass%）に調整することにした。このようにすると、混合焼結原料粒子間の空隙間中に十分な水分が行き渡るため、添加した有機バインダーの結合不十分領域が生じるおそれがなくなる。なお、このような水分調整によって、水分が過剰になると、造粒後に得られる成形焼結原料を乾燥して4mass%以下、望ましくは２mass%程度以下にするため、焼結操業にとって悪影響を及ぼすようなことはない。
【００２７】
なお、本発明において、鉄鉱石原料粉と粉コーコス等との混合焼結原料の水分量を、８〜１０mass％の範囲としたのは、この水分量が、８mass％より少ないと、上記の効果が得られず、一方、上限値は、擬似粒子が得られる領域、スラリー化に至らぬ領域であればよいが、水分量を上げすぎると、乾燥に必要なコストが増加するため、実用上は１０mass％以下とする。なお、より好ましくは、８．５〜９．５mass％の範囲である。
【００２８】
本発明は、また、無機バインダーの使用を妨げるものではない。前記無機バインダーが、ベントナイト、水ガラスからなるグループから選択されるときには、有機バインダーとの併用は有効である。ベントナイト、水ガラスから選ばれる無機バインダーは、有機バインダー使用時の増粘材として作用し、有機バインダーの添加量を削減する効果を発揮し、併用によって、バインダーとしての作用効果が減じられることはない。
【００２９】
上記以外に用いることができる有機系バインダーとしては、たとえば、ウエランガムの如き有機系バインダーあるいはカルボン酸基を有する有機系バインダー等を挙げることができる。この無機系バインダーおよび／または有機系バインダーの選択は、混合焼結原料との相性などを考慮して適宜に決定すればよい。
【００３０】
有機バインダーを使用するときには、生石灰をバインダーとして併用することを避けることが好ましい。生石灰と併用すると、ガム系物質、セルロース系増粘剤のカルボン酸基と生石灰に含まれるＣａ２＋イオンとが反応して、バインダー作用を減少させ、造粒性が低下して、通気性の悪化を招くからである。
【００３１】
また、有機バインダーを使用する場合において、有機バインダー量を低減し、低コスト化を狙うには、鉄鉱石原料粉として、焼結返鉱や焼結篩下粉の使用量を減少させるか、控えることが好ましい。多孔質である返鉱や篩下粉は、添加したバインダーを多孔内に吸収し、その効果を減ずる。そのため、返鉱や篩下粉の多量使用は、バインダーの使用量の増加を必要とし、また、吸収によりバインダーが不足したときには、擬似粒子の乾燥時における崩壊を引き起こすからである。
【実施例】
【００３２】
表１に示す混合焼結原料を、本発明に適合する方法と不適合の方法で造粒して得られた成形焼結原料を用いて、表２および表３に示す条件で焼結鉱を製造した。表２および表３に示すコークス量は、表１に示した鉄鉱石粉と副原料との合計量の外値で示している。その際の歩留、焼結時間、生産率および擬似粒子径を求めた。なお、有機系バインダーとしては、カルボキシメチルセルロース（実施例１〜６、比較例１〜４）とアラビアガム（アラビノガラクタン：75〜94mass％、アラビノガラクタン−プロテイン：5-20mass％、糖タンパク質：1〜5mass％）（実施例７〜１２、比較例５〜８）を用いた。また、実施例および比較例のすべてにおいて、混合焼結原料に水を加えた後、粉状の有機バインダーを添加した。焼結原料の装入厚は、実施例５、実施例１１、比較例４および比較例８は、700mmとし、それ以外はすべて400mmとした。
【００３３】
表２および表３に示す結果より、実施例と比較例とを比較すると、実施例では、造粒時の水分量を８〜１０mass%としたことにより、通気性が改善されて焼結時間が短縮し、生産性が向上していることがわかる。また、擬似粒子径については、実施例と比較例とを比較すると、実施例の方が大きく、乾燥時における崩壊が抑制され、擬似粒子強度が向上していることがわかった。
また、比較例４と実施例５、比較例８と実施例１１との比較から、装入厚を700mmとしても造粒時の水分量を８〜１０mass%に調整することで、高い生産率が得られることがわかった。
さらに、実施例６および実施例１２の結果より、有機バインダー量を0.07％まで低減しても高い生産率が得られていることから、造粒時の水分量を８〜１０mass%に調整することで、有機バインダーの添加量を低減できることがわかった。
【００３４】
【表１】
2009024190.tif 000003
【００３５】
【表２】
2009024190.tif 000004
【００３６】
【表３】
2009024190.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、製鉄用、とくに高炉用原料として使われる焼結鉱の製造技術として有用であり、その他の鉱石塊成化技術としても利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】焼結層内の圧損と温度分布を示す図である。
【図２】造粒擬似粒子の乾燥条件が焼結操業性に及ぼす影響を示す図である。
【図３】粒子充填層中におけるバインダーの分布状態を説明する模式図である。
【図４】バインダー添加量と造粒強度の関係に及ぼすバインダーの賦存状態の影響を示すグラフである。
【図１】
2009024190.tif 000006
【図２】
2009024190.tif 000007
【図３】
2009024190.tif 000008
【図４】
2009024190.tif 000009