JP6521259B2

JP6521259B2 - 焼結鉱製造用焼結原料の製造方法

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Publication number: JP6521259B2
Application number: JP2016129842A
Authority: JP
Inventors: 友司岩見; 山本　哲也; 哲也山本; 一洋岩瀬; 大山　伸幸; 伸幸大山
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2036-06-30
Also published as: PH12018550208A1; WO2018003648A1; JP2018003081A

Description

本発明は、焼結鉱の製造に用いる焼結原料の製造方法に関するものである。

高炉製銑法の主原料である焼結鉱は、一般に、鉄鉱石粉、製鉄所内回収粉、焼結鉱篩下粉、石灰石及びドロマイトなどの副原料、粉コークスや無煙炭などの炭材（固体燃料）を原料として無端移動床型火格子式焼結機であるドワイトロイド（ＤＬ）焼結機（以下、単に「焼結機」と記載する。）を用いて製造される。焼結鉱の焼結原料は、ドラムミキサー等により適量の水を加えながら混合、続いて造粒され、３．０〜６．０ｍｍの平均径を有する擬似粒子として焼結原料が形成される。形成された焼結原料は、乾燥後、焼結機の無端移動式のパレット上に装入され、焼結ベッドとも呼ばれる装入層が形成される。装入層の厚さ（高さ）は４００〜８００ｍｍ前後である。その後、装入層の上方に設置された点火炉により、この装入層中の炭材に点火する。パレットの下に配設されているウインドボックスを介して装入層中の空気を下方に吸引することにより、装入層中の炭材は順次に燃焼し、その燃焼はパレットの移動につれて次第に下層にかつ前方に進行する。このときに発生する燃焼熱によって、焼結原料が燃焼、溶融し、焼結ケーキが生成する。その後、得られた焼結ケーキは、破砕後クーラーで冷却されて、整粒され、所定粒度（例えば、５．０ｍｍ以上）の塊成物からなる成品焼結鉱として回収される。

焼結機の生産量（ｔ／ｈｒ）は、一般に、焼結生産率（ｔ／ｈｒ・ｍ^２）×焼結機面積（ｍ^２）により決定される。即ち、焼結機の生産量は、焼結機の機幅や機長、原料堆積層の厚さ（装入層厚さ）、焼結原料の嵩密度、焼結（燃焼）時間、歩留などにより変化する。そして、焼結鉱の生産量を増加させるには、装入層の通気性（圧損）を改善して焼結時間を短縮する、あるいは、破砕前の焼結ケーキの冷間強度を高めて歩留を向上することなどが有効であると考えられている。一般の焼結操業では、装入層中の炭材の量を増減することで、焼結層内の温度を制御し、冷間強度、歩留の向上を実践している。

焼結工程で使用される炭材は主に粉コークスである。コークスは粘結炭等の石炭をコークス炉で乾留し、揮発分を取り除き、燃焼熱を高めたものであり、この中で比較的粒度が小さいものが焼結用の粉コークスとして使用される。石炭をそのまま使用すると、発熱量が小さく、多くの石炭が必要になることや、焼結反応中に揮発分が放散、もしくは燃焼し、排出されるガスの大規模な処理設備が必要になる。

しかし、コークス炉が無い工場、または、コークス炉の生産能力が低い工場では、コークスの代替として無煙炭を用いることがある。以下の表１に代表的なコークスと無煙炭、一般的な石炭の成分を示す。コークスの原料となる粘結炭や発電等に使用される一般炭は揮発分が高く、そのまま焼結工程に使用することはできない。無煙炭は揮発分を殆ど含まない石炭であり、焼結工程においても唯一使用できる炭種として挙げられる。また、褐炭は非常に高い揮発分、少ない炭素量から、現在までに余り使用されていない。

近年、新興国の発展に伴い、無煙炭の使用量が増加し、無煙炭の高騰、また、市場に出回る無煙炭の量自体が少なくなっており、焼結で使用する無煙炭の入手が困難となっている。

こうした問題点に鑑み、低品位の石炭チャーを使用する焼結方法が提案されている。例えば、特許文献１は、褐炭又は非粘結の亜瀝青炭の少なくともいずれかを熱分解し、揮発分を５．１ｍａｓｓ％以下まで低下させたものを焼結原料として使用している。

また、特許文献２では低品位炭から発生する２５０μｍ以下の微粉が焼結工程において問題となることを懸念し、熱処理の際に雰囲気中の空気量を調整し、微粉のみを燃焼させる方法が提案されている。

さらに、特許文献３では、熱分解して得られた石炭チャーの強度が低いことを懸念し、得られた石炭チャーに焼結で使用できるマイクロストレングスの範囲を提示し、その範囲の石炭チャーを使用する方法を提案している。

特許第５４１２９４０号明細書特許第４８４２４１０号明細書特開２０１４−１３３９３７号公報

上記のように、低品位炭を熱分解して使用する焼結方法が提案されている。しかし、上記方法では低品位炭を熱分解することによる微粉の発生や強度の低下を選別することで解決するものであり、熱分解した石炭チャー全てを使用することができなかった。

本発明の目的は、褐炭などを熱分解した石炭チャーを用いた場合でも、造粒粒子の粒度を高めるとともに炭材の燃焼性を向上できる焼結原料を得ることができ、得られた焼結原料を用いて焼結鉱を製造することで焼結鉱の燃焼歩留りおよび生産率を高めることができる、焼結鉱製造用焼結原料の製造方法を提案することにある。

上述した従来技術が抱えている課題について鋭意検討を重ねた結果、発明者らは、炭材として褐炭などの揮発分を１０ｍａｓｓ％以下まで低減させた石炭チャーを用いること、および、炭材以外の焼結原料の造粒中、もしくは、炭材以外の焼結原料の造粒後、炭材を添加すること、の効果により、造粒粒子の粒度を高めるとともに炭材の燃焼性を向上できる焼結原料を得ることができることを突き止めて、本発明を開発した。

即ち、本発明は、焼結鉱の製造に用いる焼結原料の製造方法であって、炭材を含む焼結原料の製造方法において、前記炭材として揮発分が１０ｍａｓｓ％以下の炭材を用い、前記炭材以外の焼結原料の造粒中、もしくは、前記炭材以外の焼結原料の造粒後、前記炭材を添加することを特徴とする焼結鉱製造用焼結原料の製造方法にある。

なお、前記のように構成される本発明に係る焼結鉱製造用焼結原料の製造方法においては、
（１）前記炭材として褐炭の揮発分を１０ｍａｓｓ％以下まで低減させた石炭チャーを用いること、
（２）前記炭材の添加時期を、前記炭材以外の焼結原料の全造粒時間（１００％）に対し、前記炭材の添加後造粒時間が６０％以下となるようにすること、
（３）前記炭材の添加時期を、前記炭材以外の焼結原料の全造粒時間（１００％）に対し、前記炭材の添加後造粒時間が２０〜４０％となるようにすること、
がより好ましい解決手段となるものと考えられる。

本発明によれば、揮発分が１０ｍａｓｓ％以下の炭材を用いるか、褐炭などを熱分解し、揮発分を無煙炭と同様のレベルである１０ｍａｓｓ％以下まで低下させた炭材を用いることにより、焼結層内における褐炭からの揮発分の揮発による吸熱反応を抑制し、かつ焼結排ガスの大規模な浄化設備が不要となるとともに、この石炭チャーは一般の石炭と異なり、酸素官能基が多いため親水性であることから、水を用いた焼結原料の造粒中、もしくは造粒後に混合することで、造粒粒子の外周に炭材の層を形成し、造粒粒子の粒度を高めることができ、通気性改善による焼結生産性の向上を享受することができる。また、褐炭は非常に燃焼しやすい炭材であることから、造粒粒子の外周に賦存することによる炭材の燃焼性向上の効果を助長することが可能となる。

（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の焼結鉱製造用焼結原料の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。焼結原料を得る際の炭材の添加時期と疑似粒子調和平均径との関係を示すグラフである。焼結原料を得る際の炭材の添加時期と得られた焼結原料を使用して焼結鉱を製造した際の焼結歩留りとの関係を示すグラフである。焼結原料を得る際の炭材の添加時期と得られた焼結原料を使用して焼結鉱を製造した際の生産率との関係を示すグラフである。焼結原料を得る際の炭材の添加時期と得られた焼結原料を使用して焼結鉱（揮発分を変えた褐炭改質炭）を製造した際の生産率との関係を示すグラフである。

図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の焼結鉱製造用焼結原料の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。以下、図１（ａ）、（ｂ）を参考にして、本発明の焼結鉱製造用焼結原料の製造方法を説明する。

図１（ａ）に示す例では、まず、揮発分が１０ｍａｓｓ％以下の炭材または褐炭などの揮発分を１０ｍａｓｓ％以下まで低減させた石炭チャーからなる炭材と、炭材以外の焼結原料、例えば、鉄鉱石粉、製鉄所内回収粉、焼結鉱篩下粉、石灰石及びドロマイトなどの副原料を準備する。次に、炭材以外の焼結原料を、ドラムミキサー等により適量の水を加えながら混合して造粒する。図１（ａ）に示す例では、この造粒過程において炭材を添加し、さらに造粒を所定時間続ける。これにより、本発明の焼結鉱製造用焼結原料を得ることができる。

図１（ｂ）に示す例では、まず、図１（ａ）に示す例と同様に、揮発分が１０ｍａｓｓ％以下の炭材または褐炭などの揮発分を１０ｍａｓｓ％以下まで低減させた石炭チャーからなる炭材と、炭材以外の焼結原料、例えば、鉄鉱石粉、製鉄所内回収粉、焼結鉱篩下粉、石灰石及びドロマイトなどの副原料を準備する。次に、炭材以外の焼結原料を、ドラムミキサー等により適量の水を加えながら混合して造粒する。図１（ｂ）に示す例では、この所定時間の造粒終了後、炭材を添加して焼結鉱製造用焼結原料を得ることができる。

いずれの例においても、揮発分が１０ｍａｓｓ％以下の炭材または褐炭などの揮発分を１０ｍａｓｓ％以下まで低減させた石炭チャーよりなる炭材を、水を用いた炭材以外の焼結原料の造粒中もしくは造粒後に混合することで、造粒粒子の外周に炭材の層を形成し、造粒粒子の粒度を高めることができ、通気性改善による焼結生産性の向上を享受することができる。また、褐炭は非常に燃焼しやすい炭材であることから、造粒粒子の外周に賦存することによる炭材の燃焼性向上の効果を助長することが可能となる。

本発明において、褐炭などの揮発分が１０ｍａｓｓ％以下の炭材を使用する場合、炭材として褐炭の揮発分を１０ｍａｓｓ％以下まで低減させた石炭チャーを用いるのが好ましいのは、無煙炭と同様のレベルである１０ｍａｓｓ％以下まで低下させることにより、焼結層内における褐炭からの揮発分の揮発による吸熱反応を抑制し、かつ焼結排ガスの大規模な浄化設備が不要となるとともに、この石炭チャーは一般の石炭と異なり、酸素官能基が多いため親水性であることから、水を用いた焼結原料の造粒中、もしくは造粒後に混合することで、造粒粒子の外周に炭材の層を形成し、造粒粒子の粒度を高めることができ、通気性改善による焼結生産性の向上を享受することができるためである。

なお、本発明では、炭材として褐炭を用いる場合は、褐炭の揮発分は約４０ｍａｓｓ％であり、その揮発分を１０ｍａｓｓ％以下とした石炭チャーを使用する。本発明において、褐炭の揮発分を１０ｍａｓｓ％以下とする方法は、従来から知られているいずれの方法をもとることができ、例えば熱分解による方法を採用することができる。

また、造粒中の炭材の添加時期については、炭材以外の焼結原料の全造粒時間（１００％）に対し、炭材の添加後造粒時間が６０％以下となるようにすることが好ましい。さらに、本発明の焼結原料を使用して焼結鉱を得る方法については、焼結機が下方吸引式のドワイトロイド（ＤＬ）焼結機であることが好ましい。

以下に、本発明に係る実施例、および比較例を示す。

＜実験例１＞
直径が１ｍのラボドラムミキサーを用いて造粒試験を行った。実験には３種の炭材（コークスＣ（揮発分：１ｍａｓｓ％）、無煙炭Ａ（揮発分：１０ｍａｓｓ％）、褐炭改質炭Ｂ（揮発分：５ｍａｓｓ％）を用意し、粒度分布が同じとなるように調整した。同一種の鉄鉱石粉を用意し、ドラムミキサーに装入した後、炭材の添加タイミングを変更することで、造粒試験を行った。表２に実験条件を示す。

条件Ｃでは炭材としてコークス、条件Ａでは無煙炭、条件Ｂでは褐炭改質炭を使用している。本試験では条件として（添加後造粒時間／全造粒時間）を変更した。例えば、Ｃ１、Ａ１、Ｂ１の条件では（添加後造粒時間／全造粒時間）が１００％となっており、あらかじめ鉄鉱石粉と炭材を混合し、ドラムミキサーで造粒を行っている。Ｃ２、Ａ２、Ｂ２の条件では鉄鉱石粉のみを全造粒時間の４０％分造粒し、ここで炭材をドラムミキサーに加え、残りの造粒時間の６０％を造粒している。Ｃ５，Ａ５、Ｂ５の条件では鉄鉱石粉のみで造粒だけを完了し、それに炭材を混合しただけのものである。

上記の造粒物（焼結原料）を使用し、直径３００ｍｍ、層高４００ｍｍの焼結試験装置を用いて、焼結鉱製造試験を実施した。また、造粒物に関しては事前に粒度分布を測定し、調和平均径を算出している。原料の装入量は約４５ｋｇであり、床敷き鉱を２０ｍｍ分の厚みまで装入している。点火時間は３０秒、吸引差圧６．９ｋＰａで実験を実施した。

図２に造粒試験における疑似粒子の調和平均径比較を示す。調和平均径が大きい程通気性改善による焼結生産性の向上させることを可能とできる。あらかじめ炭材を混合した（添加後造粒時間／全造粒時間）＝１００％の条件においても褐炭改質炭を使用した条件で、疑似粒子径が大きい。（添加後造粒時間／全造粒時間）＝６０％、４０％、２０％の条件では、全ての炭材種において疑似粒子径が大きくなっているが、褐炭改質炭を使用した条件（実施例Ｂ２〜Ｂ４）の疑似粒子径が他と比較して非常に大きくなっている。また、（添加後造粒時間／全造粒時間）＝０％の条件ではコークス、無煙炭を使用した条件（実施例Ｃ５、実施例Ａ５）で疑似粒子径が大きく低下しているのに対し、褐炭改質炭を使用した条件（実施例Ｂ５）では大幅な疑似粒子径の低下は見られない。この褐炭改質炭は一般の石炭と異なり、酸素官能基が多いため親水性であることから、水を用いた焼結原料の造粒中、もしくは造粒後に混合することで、造粒粒子の外周に炭材の層を形成し、造粒粒子の粒径を大きくすることができたと考えらえる。

図３に焼結鉱製造試験における焼結歩留の結果を示す。本試験において焼結歩留は、焼結後の全試料を２ｍの高さから１回落下させた際の１０ｍｍ以上の比率を示している。図より、全ての条件において、コークスを使用したものが最も高い焼結歩留を示した。（添加後造粒時間／全造粒時間）＝１００％の条件では、無煙炭を使用した条件と褐炭改質炭を使用した条件でほぼ同等の焼結歩留を示しているが、（添加後造粒時間／全造粒時間）＝６０％、４０％、２０％、０％の条件（実施例Ｂ２〜Ｂ５）において、無煙炭を使用した条件と比較して焼結歩留が大幅に増加した。

図４に焼結鉱製造試験における生産率の結果を示す。図より、（添加後造粒時間／全造粒時間）＝１００％、６０％、４０％、２０％の条件では、コークスを使用した条件が高い生産率を示している。一方、（添加後造粒時間／全造粒時間）＝６０％、４０％、２０％の条件では、褐炭改質炭を使用した条件（実施例Ｂ２〜Ｂ４）で大幅に生産率が向上し、コークスを使用した条件と同等の生産率にまで達している。

＜実験例２＞
次に熱分解反応を制御し、褐炭の揮発分を１０ｍａｓｓ％、１５ｍａｓｓ％に調整した褐炭改質炭を用いて実験例１と同様の実験を行った。表３に実験条件を示す。

図５に焼結鉱製造試験における生産率の結果を示す。図中には、実験例１で実験した５ｍａｓｓ％の褐炭改質炭を用いた実験の結果を載せている。揮発分１０ｍａｓｓ％の条件では、いずれも揮発分５ｍａｓｓ％の条件と比較して生産率が低くなった。これは揮発分の揮発による吸熱反応により、揮発分５ｍａｓｓ％の条件と比較して熱不足になったため、歩留が低下したことと、タール等の揮発した成分が排ガスの集塵フィルターの目を一部閉塞したことによる圧損の増加によるものである。また、揮発分１５ｍａｓｓ％の条件では、集塵フィルターが殆どの目を閉塞してしまい、大幅に風量が低下したことによる焼結時間の延長に起因している。また、揮発分１５ｍａｓｓ％の条件では、風量の低下に伴い、十分な酸素が供給されなくなり、一部失火している場所も見受けられた。

以上のことから、本発明において、炭材として、揮発分１０ｍａｓｓ％以下の炭材または褐炭などの揮発分を１０ｍａｓｓ％以下まで低減させた石炭チャーからなる炭材を用い、炭材以外の焼結原料の造粒中、もしくは、炭材以外の焼結原料の造粒後、炭材を添加することが必要であることがわかる。また、炭材の添加時期として、炭材の添加時期を、炭材以外の焼結原料の全造粒時間（１００％）に対し、炭材の添加後造粒時間が６０％以下となるようにすること、が好ましいことがわかる。さらに、炭材の添加時期を、炭材以外の焼結原料の全造粒時間（１００％）に対し、炭材の添加後造粒時間が２０〜４０％となるようにすること、がさらに好ましいことがわかる。

本発明の焼結鉱製造用焼結原料の製造方法によれば、製造された焼結原料を用いて焼結鉱を製造することで、高い生産性で高品位の焼結鉱を得ることができる。そのため、高炉原料として得られた焼結鉱を利用することで、高い生産性の高炉操業を行うことが可能となる。

Claims

焼結鉱の製造に用いる焼結原料の製造方法であって、炭材を含む焼結原料の製造方法において、前記炭材として褐炭の揮発分を１０ｍａｓｓ％以下まで低減させた石炭チャーを用い、前記炭材以外の焼結原料の全造粒時間（１００％）に対し、前記炭材の添加後造粒時間が２０〜４０％となるように、前記炭材を添加することを特徴とする焼結鉱製造用焼結原料の製造方法。