特許第5835099号(P5835099)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5835099
(24)【登録日】2015年11月13日
(45)【発行日】2015年12月24日
(54)【発明の名称】焼結原料の事前処理方法
(51)【国際特許分類】
   C22B 1/16 20060101AFI20151203BHJP
   B01J 2/28 20060101ALI20151203BHJP
   B01J 2/00 20060101ALI20151203BHJP
【FI】
   C22B1/16 K
   C22B1/16 C
   B01J2/28
   B01J2/00 A
【請求項の数】3
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2012-115830(P2012-115830)
(22)【出願日】2012年5月21日
(65)【公開番号】特開2013-241651(P2013-241651A)
(43)【公開日】2013年12月5日
【審査請求日】2014年8月11日
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100090697
【弁理士】
【氏名又は名称】中前 富士男
(74)【代理人】
【識別番号】100127155
【弁理士】
【氏名又は名称】来田 義弘
(74)【代理人】
【識別番号】100163267
【弁理士】
【氏名又は名称】今中 崇之
(74)【代理人】
【識別番号】100176142
【弁理士】
【氏名又は名称】清井 洋平
(72)【発明者】
【氏名】長田 淳治
(72)【発明者】
【氏名】八ヶ代 健一
(72)【発明者】
【氏名】大山 浩一
(72)【発明者】
【氏名】樫村 茂
(72)【発明者】
【氏名】石山 理
【審査官】 向井 佑
(56)【参考文献】
【文献】 特開昭61−177336(JP,A)
【文献】 特開2008−297585(JP,A)
【文献】 特開2002−105542(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C22B 1/16
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
鉄鉱石として、500μmアンダーが50質量%以上かつ10μmアンダーが5質量%以下の粒度の粉鉱石である微粉原料を用いる焼結原料A群を、250μmアンダーが50質量%以上の粒度を有する生石灰及び消石灰のいずれか1又は2を用いて造粒して造粒物とすることを特徴とする焼結原料の事前処理方法。
【請求項2】
請求項1記載の焼結原料の事前処理方法において、鉄鉱石として、500μmアンダーが50質量%未満又は10μmアンダーが5質量%超の粒度の粉鉱石を用いる焼結原料B群に、250μmアンダーが10質量%以上50質量%未満の粒度を有する生石灰及び消石灰のいずれか1又は2を配合し、前記焼結原料A群の造粒物との合流前又は合流後に造粒して造粒物とすることを特徴とする焼結原料の事前処理方法。
【請求項3】
請求項2記載の焼結原料の事前処理方法において、前記焼結原料B群には少なくとも酸化発熱する凝結材が添加されていることを特徴とする焼結原料の事前処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、焼結原料を造粒する際の焼結原料の事前処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
焼結原料は鉄鉱石からなる粉鉱石であり、必要に応じて成分調整する副原料や凝結材を配合し、焼成前に、この粉鉱石に水とバインダーを混合し造粒処理することで、焼結機へ装入する微粉量を低減している。この造粒は、焼結生産性の維持改善に重要な操作であり、従来から各種の造粒技術が提案されてきた。
例えば、特許文献1には、焼結鉱の製造において、二系列の造粒ラインを用い、この両ラインで使用する生石灰の合計量を変えることなく、各造粒ラインで使用する生石灰の配合比を変えることで、焼結原料の造粒性を改善する方法が開示されている。これにより、微粉で高結晶水である焼結性の悪い原料(マラマンバ鉱石)を、焼結原料として使用できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平5−9601号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、近年、劣質な鉄鉱石を粉砕処理し浮遊選鉱処理して得られる難造粒性の粉鉱石(即ち、微粉原料)が増加してきており、この微粉原料を従来の方法で造粒処理しようとすると、高価なバインダーの添加量を大幅に増加させる必要があった。
【0005】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、バインダーの使用量増加を抑制し、焼結原料の造粒性を改善して、難造粒性を有する微粉原料の造粒を可能とし、更には、造粒物の崩壊を抑制して、焼結鉱の製造に使用できるようにする焼結原料の事前処理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】
【0006】
前記目的に沿う本発明に係る焼結原料の事前処理方法は、鉄鉱石として、500μmアンダーが50質量%以上かつ10μmアンダーが5質量%以下の粒度の粉鉱石である微粉原料を用いる焼結原料A群を、250μmアンダーが50質量%以上の粒度を有する生石灰及び消石灰のいずれか1又は2を用いて造粒して造粒物とする。
【0007】
本発明に係る焼結原料の事前処理方法において、鉄鉱石として、500μmアンダーが50質量%未満又は10μmアンダーが5質量%超の粒度の粉鉱石を用いる焼結原料B群に、250μmアンダーが10質量%以上50質量%未満の粒度を有する生石灰及び消石灰のいずれか1又は2を配合し、前記焼結原料A群の造粒物との合流前又は合流後に造粒して造粒物とすることもできる。
【0008】
本発明に係る焼結原料の事前処理方法において、前記焼結原料B群には少なくとも酸化発熱する凝結材が添加されていることが好ましい。
【発明の効果】
【0009】
本発明に係る焼結原料の事前処理方法は、鉄鉱石として微粉原料を使用する焼結原料A群を、250μmアンダーが50質量%以上の粒度を有する生石灰及び消石灰のいずれか1又は2を用いて造粒するので、バインダーとなる生石灰や消石灰の使用量を顕著に増加させることなく、造粒性を改善して、焼結原料A群を造粒でき、更には、造粒物の崩壊を抑制して、焼結鉱を製造できる。
これは、粒度構成が、10μmオーバー500μmアンダー程度に揃った焼結原料A群のみを造粒した際には、造粒物内部に空間が形成されるため、上記した粒度を有する生石灰や消石灰を用いることで、これらが造粒物内部の空間に充填されることによる。
なお、前記した特許文献1に記載のマラマンバ鉱石は、10μmアンダーの微粒子が多い焼結原料(後述する焼結原料B群に該当する焼結原料)であり、上記した焼結原料A群程度の難造粒性は呈さない。
【0010】
また、焼結原料B群に、250μmアンダーが10質量%以上50質量%未満の粒度を有する生石灰及び消石灰のいずれか1又は2を配合して造粒する場合、生石灰や消石灰の全てを細粒化することなく、焼結原料A群の造粒性を確保できる。
これは、焼結原料B群が、上記した焼結原料A群と比較して、易造粒性となる粒度を有するため、比較的細粒の生石灰や消石灰を焼結原料A群に使用すると共に、比較的粗粒の生石灰や消石灰を焼結原料B群に使用できることによる。
【0011】
そして、焼結原料B群に少なくとも凝結材が添加されている場合、焼結現象(酸化発熱現象)を促進することができるため、凝結材の添加量を抑制することが可能となる。また、凝結材の添加量を変えない場合は、焼結鉱の生産性を向上できる。
一般に凝結材は、焼結鉱の強度等を確保する目的で焼結原料に添加するが、凝結材の使用はコストの上昇を招くため、その添加量は必要最小限であることが求められている。一方、凝結材が微粉(粒度構成:10μmオーバー500μmアンダー程度)の付着により造粒物内部に埋没すると、酸化発熱現象に寄与し難くなるため、凝結材の添加量を抑制することが困難となる。
このため、凝結材を微粉の少ない焼結原料B群に添加することで、凝結材の埋没を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】添加するバインダーの種類が造粒物の造粒性に及ぼす影響を示すグラフである。
図2】(A)は原料中の500μmアンダーの割合が造粒後の粉率に及ぼす影響を示すグラフ、(B)は原料中の10μmアンダーの割合が造粒後の粉率に及ぼす影響を示すグラフである。
図3】生石灰中の250μmアンダーの割合が造粒後の粉率に及ぼす影響を示すグラフである。
図4】(A)〜(E)はそれぞれ焼結原料の造粒過程を示す説明図である。
図5】易造粒性原料への凝結材の添加割合が焼結生産性に及ぼす影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
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。
まず、本発明に想到した経緯について説明する。
はじめに、粉鉱石(鉄鉱石)のうち、難造粒性を示す微粉原料の造粒性について説明する。
篩目10μmアンダーの粒子(微粒子)が5質量%以下と極めて少なく、500μmアンダーの粒子が50質量%以上と非常に多い微粉原料(鉄鉱石)が、通常の鉄鉱石と異なる点は、10μmアンダーの粒子が極めて少ない点であり、例えば、鉄鉱石の粉砕処理と水による比重選鉱処理を繰り返すことで、この特徴が得られることがわかった。なお、500μmアンダーの粒子の質量%の測定に際しては、微粉原料(2kg)を、150℃で1時間乾燥した後、0.5mmの篩目(JIS Z8801−1「試験用ふるい−第1部:金属製網ふるい」に拠る)で分級し、篩下の質量%を求めた。また、10μmアンダーの微粒子の質量%の測定に際しては、上記乾燥後の微粉原料を対象に、レーザー回折散乱法の測定機器(日機装株式会社製 MICROTRAC(登録商標) MT3300型、測定範囲:0.02〜1400μm)を用いた。
【0014】
ここで、鉄鉱石として少なくとも1種又は複数種の粉鉱石(微粉原料の場合を含む)を含むものが焼結原料であり、この焼結原料に、副原料(成分調整用原料)や凝結材(例えば、コークス粉や石炭粉等)が含まれるか否かは任意であり、本実施の形態での焼結原料とは、生石灰と消石灰(バインダー)を含まないものをさす。なお、焼結原料に副原料や凝結材が含まれる場合、焼結原料中の副原料と凝結材の合計量が質量比で30質量%以下程度(焼結原料中の鉄鉱石量:例えば、焼結原料の70〜100質量%程度)となるように、鉄鉱石に副原料と凝結材を添加する場合があるが、焼結原料の造粒性や造粒物の強度は、これらの添加量では改善しにくい。
【0015】
上記した粒度構成、即ち10μmオーバーかつ500μmアンダー程度に概ね揃った微粉原料を造粒すると、隣接する原料粒子の間に空間が形成される。
しかし、上記したように、微粉原料中には、この空間を充填する10μmアンダーの微粒子が極めて少ないため、微粉原料は空間を内包したまま造粒され、造粒物の強度が極めて低くなる。このため、例えセルロース等の粘着質のバインダーを用いて微粉原料を造粒し、隣接する微粉原料の粒子同士を粘着できたとしても、造粒物内部には空間が残留するため、造粒物の強度を向上しにくい。
更に一般に、粉鉱石は水を用いて造粒するが、結晶水を4質量%以上含む高結晶水鉱石を、微粉原料に30質量%以上60質量%以下含める場合、高結晶水鉱石の気孔に水が吸収され、造粒物強度が経時劣化(低下)する問題もある。
上記状況において、上記した微粉原料の造粒に用いるバインダーには、10μmアンダーの微粒子を供給でき、上記した空間を充填できるものが好ましいことに想到した。
【0016】
なお、固形バインダーには、ベントナイトや炭酸カルシウム等があるが、通常の混練処理程度では、上記した微粉原料へ固形バインダーを均一分散させるのが難しいことが判明した。
これは、上記したように、微粉原料の粒径が10μmオーバーかつ500μmアンダー程度の大きさに概ね揃っており、一般には広範囲な粒度分布を持つことで混練による原料の混合が進むため、粒子が微粒化せず溶解もしないベントナイトや炭酸カルシウム等を添加しても分散が進まないものと考えられ、この観点からも、別の手段で10μmアンダーの微粒子を添加することが好ましいと考えられた。
以上のことから、本発明者らは、鉄鉱石として、500μmアンダーが50質量%以上かつ10μmアンダーが5質量%以下の粒度である微粉原料を用いた焼結原料A群を造粒するに際し、混練や造粒を容易化するバインダーとして、生石灰と消石灰に想到した。なお、焼結パレットに入れる焼結原料は混練を行わない場合もある。
【0017】
次に、生石灰と消石灰による造粒メカニズムについて説明する。
生石灰は、混練や造粒中に水と接触することで一部が吸湿し消化(消石灰化)して微粒化し、水と共に微粉原料に均一に混ざり易くなるものであると考えられる。なお、生石灰としては、CaOが例えば84質量%以上のものが多用されている。
ここで、生成した消石灰の一部については、水に溶解することでも、微粉原料に均一に混ざり易くなる。
なお、微粉原料に、生石灰の代わりに、又は生石灰と共に、消石灰を添加する場合も同様であり、一部の消石灰が水に溶解して、微粉原料中に均一に混ざり易くなる。
【0018】
生石灰の消化で生成する消石灰や、水の蒸発等によって再晶出する消石灰は、粒径が10μmアンダーの微粒子であり、更にはサブミクロンオーダーの微粒子も多く含まれており、固体架橋によって上記微粉原料の造粒性向上や造粒物の強度向上に大きく寄与する。
従って、極力多くの生石灰を消化させることが重要となる。
上記したことから、難造粒性の微粉原料と、その他の原料(例えば、造粒が容易な易造粒性原料)を混合する場合は、難造粒性の微粉原料に対して、粒径を小さくする処理を施した生石灰や消石灰の添加や、その添加量を多くすること等も重要となる。
【0019】
なお、炭酸カルシウム(分子式:CaCO)は、生石灰や消石灰と同様にCaOを含み、そのCaO含有率が56質量%程度のものであり、石灰石あるいは単に石灰と称される場合がある。しかし、炭酸カルシウムは、化学的に安定な物質であって、吸湿による消化や水への溶解は起こりにくい。
従って、上記した生石灰や消石灰に、炭酸カルシウムは含まれない。
ここで、添加するバインダーの種類が造粒物の造粒性に及ぼす影響について、図1を参照しながら説明する。
【0020】
なお、試験は、結晶水を4質量%以上含む高結晶水鉱石を0又は0を超え10質量%以下配合した500μmアンダーが50質量%以上かつ10μmアンダーが5質量%以下の粒度である微粉原料(焼結原料A群)に、バインダー(炭酸カルシウム、消石灰、生石灰)を外掛けで2質量%添加し、これを万能ミキサー(自転する撹拌羽根の軸を公転させる竪型ミキサー)で混練した後、ドラムミキサーで造粒処理した。ここでは、バインダー添加の評価基準として、バインダーを添加していない難造粒性の微粉原料(原料)のみのものについても、万能ミキサーで混練した後、ドラムミキサーで造粒処理した。
詳細条件は、水分:9〜12質量%の範囲で一定、混練:周速2.2m/秒、処理時間90秒、造粒:周速1.0m/秒、処理時間60秒、である。なお、周速は、万能ミキサー(混練機)とドラムミキサー(造粒機)において、回転するもの(羽根、ドラム等)で、一番速い部分の速度を意味する。
【0021】
また、評価は、以下の手順で行った。
まず、上記した造粒処理した微粉原料(2kg)を、150℃で1時間乾燥した後、0.5mmの篩目(JIS Z8801−1「試験用ふるい−第1部:金属製網ふるい」に拠る)で分級し、0.5mmアンダーの割合を粉率と定義した。なお、粉率は、バインダーを添加していない微粉原料のみの粉率を「1.0」として、それぞれ算出した。
図1から、微粉原料に対して炭酸カルシウムを添加した場合、造粒性の改善が小さい(粉率:0.70)のに対し、微粉原料に対して生石灰又は消石灰を添加した場合は、造粒性が著しく改善(生石灰:0.41、消石灰:0.43)することを、本発明者らは初めて発見した。
これは、生石灰が水と接触することにより微粒化し、更に生成した消石灰(添加した消石灰)の一部が水に溶解することで、微粉原料に均一に混ざり易くなり、固体架橋によって微粉原料の造粒性向上や造粒物の強度向上に大きく寄与したためと考えられる。
【0022】
上記粉率は平均値であり、いずれのバインダーを用いた場合も、粉率値は5%程度のばらつきをもった。
一方、上記試験に用いた微粉原料として、結晶水を4質量%以上含む高結晶水鉱石を30〜60質量%配合したものを用いた場合、粉率が全体的に悪化(増加)し、特に、バインダーとして炭酸カルシウムを用いた場合は、概ね2〜3割程度のばらつきを示すのに対し、バインダーとして生石灰や消石灰を用いた場合は、炭酸カルシウムの粉率値のばらつきよりも小さな1割程度であった。これは、造粒時や造粒後に気孔に水が吸収され得る高結晶水鉱石を用いたとしても、バインダーとして炭酸カルシウムを用いると上記した固体架橋が安定せず、一方、生石灰や消石灰を用いると上記した固体架橋が安定するものと推定され、吸湿による消化や水への溶解が起きると、気孔への吸水が起こっても固体架橋が比較的安定しているものと推定された。
【0023】
以上のことから、本発明者らは、難造粒性を有する微粉原料の造粒性を向上できる焼結原料の事前処理方法に想到した。即ち、鉄鉱石として、500μmアンダーが50質量%以上かつ10μmアンダーが5質量%以下の粒度の粉鉱石である微粉原料を用いた焼結原料A群(難造粒性微粉原料)を、250μmアンダーが50質量%以上の粒度を有する生石灰及び消石灰のいずれか1又は2を用いて造粒して造粒物とする方法である。更に、鉄鉱石として、500μmアンダーが50質量%未満又は10μmアンダーが5質量%超の粒度の粉鉱石を用いる焼結原料B群(易造粒性原料)に、250μmアンダーが10質量%以上50質量%未満の粒度を有する生石灰及び消石灰のいずれか1又は2を配合し、焼結原料A群の造粒物との合流前又は合流後に造粒して造粒物とすることができる。
ここで、難造粒性微粉原料と易造粒性原料の粒度の関係を、表1に示す。
【0024】
【表1】
【0025】
上記した難造粒性微粉原料、即ち500μmアンダー(−500μm)が50質量%以上かつ10μmアンダー(−10μm)が5質量%以下の粒度を有する原料は、表1中の「A」に該当する。
一方、粉鉱石(鉄鉱石)から、上記した難造粒性微粉原料を除いた焼結原料である易造粒性原料は、表1中の「B1」、「B2」、及び「B3」に該当する。即ち、500μmアンダーが50質量%未満かつ10μmアンダーが5質量%以下の粒度を有する原料は、表1中の「B1」に、500μmアンダーが50質量%以上かつ10μmアンダーが5質量%超の粒度を有する原料は、表1中の「B2」に、500μmアンダーが50質量%未満かつ10μmアンダーが5質量%超の粒度を有する原料は、表1中の「B3」に、それぞれ該当する。
以上のように、造粒処理する焼結原料は、表1のように分類できる。
【0026】
なお、上記した「B1」、「B2」、「B3」の分類は、粒度分布を調べた鉄鉱石銘柄で決定でき、これらの配合後でも、粒度分布に基づいて決定できる。更に、篩処理や粉砕処理によっても粒度が調整できるため、上記した「A」、「B1」、「B2」、「B3」の分類に決定できる。この篩処理と粉砕処理のいずれか一方(単独)又は双方の処理方法は、粒度が安定するため、造粒状況が安定して好ましい。
【0027】
次に、難造粒性微粉原料の粒度構成を、上記した範囲に規定した理由について、図2(A)、(B)を参照しながら説明する。
試験は、結晶水を4質量%以上含む高結晶水鉱石を30〜60質量%配合した原料に生石灰(粒度:250μmアンダーが50質量%未満)を、外掛けで2質量%添加し、これを前記した万能ミキサーで混練した後、ドラムミキサーで造粒して行った。この原料には、図2(A)の場合、原料中の10μmアンダーの質量割合を5質量%に固定し、500μmアンダーの質量割合を、20質量%、50質量%、75質量%に変更した原料を、図2(B)の場合、原料中の500μmアンダーの質量割合を50質量%に固定し、10μmアンダーの質量割合を、2.5質量%、5質量%、8質量%に変更した原料を、それぞれ使用した。
なお、水分、混練、及び造粒の各条件は、前記した詳細条件と同一である。
【0028】
また、評価についても、前記した0.5mmアンダーの割合を粉率と定義して行った。なお、粉率は、図2(A)の場合、原料中の10μmアンダーの質量割合を5質量%に固定し、500μmアンダーの質量割合を50質量%にした造粒物の粉率を、また図2(B)の場合、原料中の500μmアンダーの質量割合を50質量%に固定し、10μmアンダーの質量割合を5質量%にした造粒物の粉率を、それぞれ「1」として算出した。
図2(A)に示すように、原料中の10μmアンダーの質量割合を5質量%に固定した場合、500μmアンダーの質量割合が50質量%以上になることで、造粒物の粉率が急激に上昇する傾向が得られた。
また、図2(B)に示すように、原料中の500μmアンダーの質量割合を50質量%に固定した場合、10μmアンダーの質量割合が5質量%以下になることで、造粒物の粉率が急激に上昇する傾向が得られた。
【0029】
以上のことから、本発明は、造粒物の粉率が高くなる難造粒性を示す微粉原料の粒度として、500μmアンダーが50質量%(更には60質量%)以上かつ10μmアンダーが5質量%(更には4質量%)以下を規定した。なお、500μmアンダーの上限値を規定していないのは100質量%でもよく、また10μmアンダーの下限値を規定していないのは0質量%でもよいためである。
以上から、500μmアンダーが50質量%以上かつ10μmアンダーが5質量%以下の粒度の微粉原料であれば、造粒物の粉率が極めて上昇(悪化)することがわかる。また、これに対し、500μmアンダーが50質量%未満又は10μmアンダーが5質量%超の粒度の粉鉱石であれば、粉率が一定レベル下がる(改善する)ことがわかる。
【0030】
続いて、微粉原料に添加する生石灰の粒度構成について、図3を参照しながら説明する。
試験は、結晶水を4質量%以上含む高結晶水鉱石を30〜60質量%配合した500μmアンダーが50質量%以上かつ10μmアンダーが5質量%以下の粒度である難造粒性微粉原料と、結晶水を4質量%以上含む高結晶水鉱石を30〜60質量%配合した500μmアンダーが50質量%未満又は10μmアンダーが5質量%超の粒度である易造粒性原料に、それぞれ250μmアンダーの質量割合が異なる生石灰を、外掛けで2質量%添加し、これを前記した万能ミキサーで混練した後、ドラムミキサーで造粒して行った。なお、水分、混練、及び造粒の各条件は、前記した詳細条件と同一である。
また、評価についても、前記した0.5mmアンダーの質量割合を粉率と定義して行った。なお、粉率は、易造粒性原料の造粒に際し、粉率の低下が顕著でなくなる場合、即ち生石灰中の250μmアンダーの質量割合を10質量%にした場合を「1」として算出し、この粉率(図3中の点線)以下を合格とした。
【0031】
図3に示すように、難造粒性微粉原料の造粒に際しては、生石灰中の250μmアンダーの質量割合を50質量%以上にすることで、造粒物の粉率が急激に低下して、粉率が合格の基準を満たした(図3中の太線)。
また、易造粒性原料を造粒する場合、難造粒性微粉原料と比較して造粒性が良好であるため、生石灰中の250μmアンダーの質量割合を10質量%以上にすることで、造粒物の粉率が低下して、粉率が合格の基準を満たした(図3中の細線)。
なお、上記した結果は、生石灰の代わりに消石灰を使用した場合も、同様の傾向が得られた。
【0032】
以上のことから、難造粒性微粉原料を造粒するに際しては、250μmアンダーが50質量%(更には60質量%)以上の粒度を有する生石灰及び消石灰のいずれか1又は2を用いることとした。なお、ここで、250μmアンダーの上限値を規定していないのは、100質量%でもよいためである。
また、易造粒性原料を造粒する場合は、250μmアンダーが10質量%(更には20質量%)以上50質量%未満の粒度を有する生石灰及び消石灰のいずれか1又は2を用いる。
【0033】
なお、易造粒性原料に使用する生石灰や消石灰の250μmアンダーの量を50質量%未満としたのは、粉率が抑制できたためであり、更に、上記した難造粒性微粉原料を造粒するに際し、難造粒性微粉原料の造粒に使用した残りの生石灰や消石灰を、易造粒性原料の造粒に使用することが可能となり、生石灰や消石灰を有効利用できるためである。
これにより、生石灰や消石灰は、その全てを細粒化することなく、比較的粗粒の状態で易造粒性原料の造粒に使用できるため、製造コストの低減が図れて経済的である。
【0034】
上記した難造粒性微粉原料(以下、焼結原料A群ともいう)や易造粒性原料(以下、焼結原料B群ともいう)の造粒処理には、アイリッヒミキサーのような撹拌機や、レディゲミキサーのような混練機を用いることができ、またドラムミキサーや皿型造粒機のような転動型造粒機を用いてもよい。
なお、転動型造粒機であるドラムミキサーは、造粒の途中段階から、凝結材や副原料を添加することが可能であり、凝結材の埋没抑制や副原料の局所濃化による焼結時の原料溶融をコントロールできるため好適である。
【0035】
ここで、上記した焼結原料A群、更には焼結原料B群の造粒過程の一例を、図4(A)〜(E)に示す。
図4(A)に示すように、焼結原料A群と生石灰(及び/又は消石灰、以下同様)を、撹拌機で撹拌処理し、又は混練機で混練処理して、得られた造粒物を焼結機へ供給する。
また、図4(B)に示すように、焼結原料A群と生石灰を、転動型造粒機で造粒処理して、得られた造粒物を焼結機へ供給する。
そして、図4(C)に示すように、焼結原料A群と生石灰を、撹拌機で撹拌処理し、又は混練機で混練処理し、更に転動型造粒機で造粒処理して、得られた造粒物を焼結機へ供給する。
【0036】
更に、図4(D)に示すように、上記した方法による焼結原料A群の造粒処理と、焼結原料B群の造粒処理を並列して行い、双方の造粒処理で得られた造粒物を合流させて、この造粒物を焼結機へ供給することもできる(焼結原料B群の造粒処理は、焼結原料A群の造粒物との合流前に行う)。なお、焼結原料B群の造粒処理も、上記した焼結原料A群の造粒処理と同様の方法により実施できる(即ち、焼結原料B群と生石灰(及び/又は消石灰)に対し、図4(A)〜(C)の処理を行う)。
ここで、焼結原料A群の造粒物と焼結原料B群の造粒物との合流は、例えば、ベルトコンベア(搬送手段)上に、双方の造粒物を供給するものでもよく、また各造粒物をドラムミキサーで混合してもよい。
【0037】
また、図4(E)に示すように、上記した方法で得られた焼結原料A群の造粒物を、焼結原料B群に供給して合流させ、焼結原料A群の造粒物と焼結原料B群とを合流させたものに対し、上記した焼結原料B群の造粒処理を施して、得られた造粒物を焼結機へ供給することもできる(焼結原料B群の造粒処理は、焼結原料A群の造粒物との合流後に行う)。即ち、焼結原料A群の造粒物と、焼結原料B群と、生石灰(及び/又は消石灰)に対し、図4(A)〜(C)の処理を行う。
これは、焼結原料B群のみでも造粒性が良好であるところに、焼結原料A群の造粒物を合流させると、焼結原料A群の造粒物が核となって焼結原料B群の造粒が進み、より好適な造粒効果が得られるためである。
【0038】
また、上記した焼結原料A群と焼結原料B群を造粒した後、焼結機に装入するに際しては、凝結材も焼結機に装入している(例えば、焼結機に装入する全焼結原料に対して、外掛けで3〜6質量%程度)。
上記したように、凝結材は、最終的に焼結機に装入されればよいため、焼結原料A群及び焼結原料B群のいずれか一方又は双方に添加できるが、焼結原料B群に添加する方が好ましい。これは、焼結原料B群に凝結材を添加する方が、凝結材の埋没を抑制でき、焼結現象に寄与できることによって、焼結原料B群に添加する凝結材の割合を増やすほど、埋没の抑制効果が得られるためである。
これにより、凝結材の使用量削減や焼結鉱品質の向上に寄与できる。
【実施例】
【0039】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
試験は、原料に生石灰を外掛けで2質量%添加し、これを前記した万能ミキサーで混練した後、ドラムミキサーで造粒して行った。なお、水分、混練、及び造粒の各条件は、前記した詳細条件と同一である。
この原料には、表2に示す粒度を有する原料を使用した。なお、表2に記載の各鉱石種は、表1に記載の「A」、「B1」、「B2」、「B3」にそれぞれ該当し、焼結原料群の「A群」とは難造粒性微粉原料(結晶水を4質量%以上含む高結晶水鉱石を30〜60質量%配合した微粉原料)を、「B群」とは易造粒性原料を、それぞれ意味する。
また、原料に添加する生石灰には、表3に示す粒度を有する生石灰(CRやCF)を使用した。
【0040】
【表2】
【0041】
【表3】
【0042】
評価は、前記した0.5mmアンダーの割合を粉率と定義して行った。
ここで、試験条件と試験結果を、表4に示す。
【0043】
【表4】
【0044】
表4において、ライン1とライン2は、原料を造粒する別ラインであり、並列に配置したものである。つまり、ライン1で難造粒性微粉原料を、ライン2で易造粒性原料を、それぞれ造粒処理する場合は、難造粒性微粉原料の造粒処理と、易造粒性原料の造粒処理が、並列して行われることを意味する(図4(D)参照)。
また、表4中の従来例1は、ライン1で「B3」を、ライン2で「B2」を、それぞれ造粒するに際し、比較的粗粒の生石灰「CR」を使用した場合の結果であり、従来例2は、ライン1、2で「B1」をそれぞれ造粒するに際し、ライン1では比較的粗粒の生石灰「CR」を使用し、ライン2では生石灰を使用しなかった場合の結果である。
【0045】
そして、総合評価は、従来例1、2のライン1、2で造粒した各原料の粉率を用いて行った。なお、総合評価の欄において、「○」は実機で採用可、「×」は実機で採用不可を、それぞれ示しており、粉率で「×」の評価がある場合を、総合評価で「×」とした。
ここで、従来例1、2のライン1、2で造粒した各原料の粉率は、ベース1、ベース3、ベース2、ベース4の順に多くなっており、比較例1、2と実施例1〜7の粉率の評価においては、粉率が、ベース1〜4のいずれよりも高い場合を「×」とし、いずれよりも低い場合を「○」とし、「○」や「×」に該当しない場合を粉率が同等として「△」とした。
【0046】
表4に示すように、比較例1は、ライン1で難造粒性微粉原料「A」に生石灰「CR」を添加し、ライン2で易造粒性原料「B1」に生石灰「CR」を添加して、それぞれ造粒した場合の結果である。
ライン1では、難造粒性微粉原料の造粒に、比較的粗粒の生石灰「CR」を使用したため、造粒性が悪くなり、粉率がベース1〜4よりも悪化した(×)。また、ライン2は、従来例2のライン1と同様の条件であるため、粉率はベース3と同程度であった(△)。
従って、実機で採用できなかった(総合評価:×)。
なお、上記した比較例1は、原料への生石灰の添加量を、現状の2質量%から6質量%以上(外掛け)に増量すると、粉率の評価が「×」から「△」〜「○」となるが、生石灰の通常の添加量は5質量%以下(下限は0.1質量%程度)であるため、粉率の評価を「×」とし、総合評価も「×」とした。
【0047】
また、比較例2は、難造粒性微粉原料として、結晶水を4質量%以上含む高結晶水鉱石を0又は0を超え10質量%以下配合した微粉原料「A」を用い、当該微粉原料「A」に、生石灰「CR」を添加してライン1のみで造粒した場合の結果である。
上記したように、高結晶水鉱石の配合割合が低いため、比較例1よりも造粒性は向上するものと考えられるが、微粉原料「A」の粒度分布の影響や、比較的粗粒の生石灰「CR」を用いている影響で、粉率はベース1〜4よりも悪化した(×)。
従って、実機で採用できなかった(総合評価:×)。
【0048】
一方、実施例1〜4は、ライン1で難造粒性微粉原料「A」に生石灰「CF」を添加して造粒した場合の結果である。なお、実施例1、2、4のライン2は、易造粒性原料「B1」、「B2」、又は「B3」に生石灰「CF」を添加して、それぞれ造粒し、また実施例3のライン2は、易造粒性原料「B1」に生石灰を添加することなく造粒した。
ライン1では、難造粒性微粉原料の造粒に、比較的細粒の生石灰「CF」を使用したため、造粒性が良好になり、粉率がベース1〜4よりも低下した(○)。また、実施例1、2、4のライン2では、易造粒性原料の造粒に、比較的細粒の生石灰「CF」を使用したため、造粒性が良好になり、粉率がベース1〜4よりも低下した(○)。そして、実施例3のライン2は、従来例2のライン2と同様の条件であるため、粉率はベース4と同程度であった(△)。
従って、実機で採用できた(総合評価:○)。
【0049】
また、実施例5〜7は、ライン1で難造粒性微粉原料「A」に生石灰「CF」を添加し、ライン2で易造粒性原料「B1」、「B2」、又は「B3」に生石灰「CR」を添加して、それぞれ造粒した場合の結果である。
ライン1では、難造粒性微粉原料の造粒に、比較的細粒の生石灰「CF」を使用したため、造粒性が良好になり、粉率がベース1〜4よりも低下した(○)。また、ライン2は、従来例1のライン1、2、従来例2のライン1と同様の条件であるため、粉率はベース1〜3と同程度であった(△)。
従って、実機で採用できた(総合評価:○)。
なお、実施例5〜7では、細粒化処理せずに、粗い状態の生石灰を易造粒性原料の造粒に使用できるため、粉率全体の改善と、生石灰の安価化の両立が図れた。
以上の試験結果は、生石灰の代わりに消石灰を使用した場合も、同様の傾向が得られた。
【0050】
また、表4に示す実施例6については、凝結材を添加した造粒物を作製し、焼結生産性を検討した。
試験は、難造粒性微粉原料「A」に生石灰「CF」を添加した造粒物50質量%と、易造粒性原料「B2」に生石灰「CR」を添加した造粒物50質量%を、吸引圧1000mmAq(9.8kPa)のラボ焼結機(80kg焼成)に装入し焼結させることで行った。なお、凝結材は、難造粒性微粉原料「A」と易造粒性原料「B2」の合計量に、外掛けで4質量%添加することを前提条件にして、難造粒性微粉原料「A」と易造粒性原料「B2」への添加量を種々変更した。
【0051】
上記した試験結果を、図5に示す。
なお、図5の横軸は、易造粒性原料「B2」への凝結材の添加量を示しており、横軸「0質量%」は全て(上記した外掛けの4質量%)の凝結材を難造粒性微粉原料「A」に添加して造粒した場合を、また横軸「100質量%」は全ての凝結材を易造粒性原料「B2」に添加して造粒した場合を、それぞれ示している。また、図5の縦軸は、焼結生産性を示しており、全ての凝結材を難造粒性微粉原料「A」に添加して造粒した場合の焼結生産性を「1.00」として、評価している。なお、焼結生産性は、焼成速度と歩留の積で表され、焼成速度の単位は(kg/分)、歩留の単位は(質量%)、で表される。
【0052】
図5に示すように、易造粒性原料「B2」への凝結材の添加量が、0質量%から増加すると共に、一定の勾配で焼結生産性は増加し、全体の30質量%を添加すると、焼結生産性は1.05となった。そして、凝結材の添加量が30質量%から更に増加すると共に、勾配は少し緩やかに変化するものの焼結生産性は増加し、60質量%添加すると焼結生産性は1.08となった。凝結材の添加量を60質量%から更に増加すると、焼結生産性への効果は概ね飽和するものの徐々に増加し、100質量%添加すると、焼結生産性は1.09まで上昇した。
なお、本試験結果は、生石灰の代わりに消石灰を使用した場合も、同様の傾向が得られた。
【0053】
以上のことから、本発明の焼結原料の事前処理方法を使用することで、バインダーの使用量増加を抑制し、焼結原料の造粒性を改善して、微粉原料の造粒を可能とし、更には、造粒物の崩壊を抑制して、焼結鉱の製造に使用できることを確認できた。
【0054】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の焼結原料の事前処理方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
図1
図2
図3
図4
図5