(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023082324
(43)【公開日】2023-06-14
(54)【発明の名称】焼結鉱の製造方法
(51)【国際特許分類】
C22B 1/20 20060101AFI20230607BHJP
【FI】
C22B1/20 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021196012
(22)【出願日】2021-12-02
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】松村 勝
(72)【発明者】
【氏名】原 恭輔
(72)【発明者】
【氏名】石山 理
(72)【発明者】
【氏名】山口 泰英
【テーマコード(参考)】
4K001
【Fターム(参考)】
4K001AA10
4K001BA02
4K001CA42
(57)【要約】
【課題】成品歩留の向上のみならず生産性をも向上または維持させる。
【解決手段】点火炉と、該点火炉の下流側に所定の間隔を空けて配置される再点火炉とを備え、下方吸引により焼結を進行させるDL式焼結機の操業において、焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間でのみ下方吸引の風量を抑制する。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
点火炉と、該点火炉の下流側に所定の間隔を空けて配置される再点火炉とを備え、下方吸引により焼結を進行させるDL式焼結機の操業において、焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間でのみ下方吸引の風量を抑制することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
【請求項2】
前記焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間で吸引される大気の平均空筒風速を、前記再点火炉出口より下流側の区間で吸引される大気の平均空筒風速に対して60%以上80%以下とすることを特徴とする請求項1に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項3】
前記焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間のウインドボックス若しくはウインドレグにおける平均負圧を、再点火炉出口より下流側の区間のウインドボックス若しくはウインドレグにおける平均負圧に対して40%以上70%以下とすることを特徴とする請求項1に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項4】
点火炉入口から前記再点火炉出口までのパレット移送時間を0.5分以上2.0分以下とすることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の焼結鉱の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、焼結鉱の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
現在、高炉製銑法の主原料は、焼結鉱である。焼結鉱は、通常、次のように製造される。まず、原料となる鉄鉱石(粉)、製鋼ダスト等の含鉄雑原料、橄欖岩等のMgO含有副原料、石灰石等のCaO含有副原料、返鉱、燃焼熱によって焼結鉱を焼結(凝結)させる燃料となる炭材(凝結材とも言う)を、所定の割合で混合する。混合した配合原料を造粒して原料造粒物とする。次に、造粒された原料造粒物を、ホッパより、下方吸引式のドワイトロイド(DL)式焼結機のパレット上に搭載して、原料充填層を形成する。形成した原料充填層の上部(表面層)から、点火炉(点火器)により原料充填層中の炭材に点火する。そして、パレットを連続的に移動させながらパレットの下方から空気を吸引する。吸引により酸素を供給し、原料充填層中の炭材の燃焼を上部から下部に向けて進行させて、炭材の燃焼熱により原料充填層を順次焼結させる。焼結により得られた焼結部(焼結ケーキ)は、所定の粒度に粉砕、篩分け等により整粒され、高炉の原料である焼結鉱となる。
【0003】
DL式焼結機では、上述のように上層から下層に向けて下方吸引により順次焼結させるため、一般的に、焼結過程において、原料充填層の下層部では熱量が十分であっても、上層部では熱量不足となる。そのため、熱量不足となる上層部では焼結が十分に進行せず、焼結鉱の強度不足を引き起こし、全体の歩留も悪くなる。
【0004】
このような熱量不足による上層部の焼結不良の改善を目的として、機長方向に所定距離を離して直列に配置された2つの点火炉(上流側の点火炉と下流側の再点火炉)を備える焼結機を用いて、原料充填層を断続的に二度点火する技術(再点火技術)が開示されている。再点火を行うことにより、上層部の高温保持時間不足も改善することができる。例えば、特許文献1には、点火炉と再点火炉との間に点火を行わない区間である大気吸引領域を設け、点火炉による点火から再点火炉による再点火(フレーム加熱ともいう)までの経過時間(以下、離間時間という)は0.5分~3分が適正であるとしている。ここで、離間時間は、点火炉のバーナーノズル直下から、再点火炉のバーナーノズル直下までの距離(離間距離)を、原料層(パレット)が移動する際に要する所要時間(離間距離移動時間)である。
【0005】
また、特許文献2には、上述の再点火技術に、焼結ストランド方向における下方吸引の風量分布を制御する技術(風量分布制御技術)を組み合わせて実施する操業方法(以下、再点火・風量制御技術という)が開示されている。焼結ストランド前半の風量を絞る風量分布制御技術の単独実施では成品歩留は向上するものの焼結速度が低下するため、結果として生産性が低下する。それに対し、再点火・風量制御技術操業では、歩留の向上効果により生産性の低下を補填することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2020-2457号公報
【特許文献2】特開2021-42468号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献2には、再点火・風量制御技術として、焼結ストランド前半の風量を絞る技術が開示されている。そこでは、成品歩留は向上するものの、その効果が生産率を補填する程度に留まる。
【0008】
本発明の目的は、成品歩留の向上のみならず生産性をも向上または維持させることができる焼結鉱の製造方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
(1)点火炉と、該点火炉の下流側に所定の間隔を空けて配置される再点火炉とを備え、下方吸引により焼結を進行させるDL式(ドワイトロイド式)焼結機の操業において、焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間でのみ下方吸引の風量を抑制することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
(2)前記焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間のウインドボックス若しくはウインドレグにおける平均負圧を、再点火炉出口より下流側の区間のウインドボックス若しくはウインドレグにおける平均負圧に対して40%以上70%以下とすることを特徴とする(1)に記載の焼結鉱の製造方法。
(3)前記焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間で吸引される大気の平均空筒風速を、前記再点火炉出口より下流側の区間で吸引される大気の平均空筒風速に対して60%以上80%以下とすることを特徴とする(1)に記載の焼結鉱の製造方法。
(4)点火炉入口から前記再点火炉出口までのパレット移送時間を0.5分以上2.0分以下とすることを特徴とする(1)から(3)のいずれか1つに記載の焼結鉱の製造方法。
【発明の効果】
【0010】
吸引風量抑制を焼結ストランド上流側の再点火炉出口までに限定することにより、成品歩留のみならず生産率も向上する。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】本発明の実施形態に係る再点火・風量制御技術操業を実施するDL式焼結機の構成を示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下に、図面を参照して再点火技術、風量制御技術の各技術の概要を説明し、その後、両技術を組み合わせた再点火・風量制御技術について説明する。
図1は、再点火技術および風量制御技術を実施可能な焼結機の一例(パレットの図示は省略)を説明する概要図である。なお、これらの技術については、例えば上述した特許文献2(特開2021-42468号公報)などの文献を参照することによって実施可能であるため、ここでは基本構成に関する詳細な説明は省略する。
【0013】
(再点火技術)
再点火技術では、
図1に示すように、機長方向(焼結ストランド方向)に所定距離を離して直列に配置された2つの点火炉(上流側の点火炉1と下流側の再点火炉2)を備える焼結機10を用いる。点火炉1による点火後、再点火炉2による再点火を行うまでの間に、点火を行わずに大気を吸引する区間である大気吸引領域3を設ける。
【0014】
再点火技術では、大気吸引領域3を設けて原料充填層表面部に形成された燃焼帯に十分な酸素(大気)を供給することにより、コークス燃焼が促進され燃焼帯幅が拡大する。また、再点火を、大気吸引領域3における大気の供給により焼結ケーキが冷えてしまう前に実施することで上層部の1200℃以上の高温保持時間が増加する。適正なタイミングで再点火して熱量を供給することにより高温保持時間が増加し、成品歩留および焼結鉱冷間強度向上が期待できる。
【0015】
(風量制御技術)
風量制御技術では、
図1に示すように、下方吸引装置4により焼結ストランド方向(パレット進行方向)における吸引風量の分布を制御する。下方吸引装置4は、焼結ベッドの下方に焼結ストランド方向に連設される複数組のウインドボックス5およびウインドレグ6を備え、ウインドボックス5およびウインドレグ6はそれぞれダクト8を介してブロア9に接続されている。各組のウインドボックス5とウインドレグ6との接続部或いはウインドレグ6の途中にはダンパー7が設けられており、ダンパー7の開度調整によって風量分布制御が実施される。
【0016】
風量制御技術は、パレット進行方向において前半の吸引風量を後半の吸引風量よりも絞ることで焼結層上層部におけるコークス燃焼反応を遅らせて、焼結進行速度を低下させる技術である。焼結進行速度の低下は、焼結層が高温状態にさらされる時間を延ばすため、焼結の成品歩留向上や冷間強度向上する。その一方で、焼結進行速度の低下は生産性の低下を招くという問題がある。
【0017】
(再点火・風量制御技術)
再点火・風量制御技術は、
図1に示す通り、上述の再点火技術と風量制御技術とを組み合わせて実施する技術である。両方の技術を組み合わせて操業することにより、歩留をより向上させるとともに、生産性の低下を補填する効果を得ることができる。特許文献2には、再点火・風量制御技術の風量制御において、大気吸引領域を含めた焼結ストランド前半の風量を低下させる技術が開示されている。
【0018】
発明者らは、再点火・風量制御技術を用いた操業を実施する中で、再点火技術操業においては、焼結ストランド前半の風量抑制領域は再点火炉出口までに限定するのみで十分であって、むしろ再点火終了後は風量抑制を行わない方が生産率向上の観点から好ましいのではないかと考えた。加えて、低減する風量または再点火タイミング(離間距離)を適正化することにより、焼結速度低下抑制かつ成品歩留大幅向上によって、成品歩留のみならず生産率も向上する効果を得られるのではないかと考えた。
そして、上記観点から焼結実験を重ね、その結果から焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間のみ吸引風量を抑制する焼結鉱の製造方法を創案した。
【0019】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【0020】
本発明は、点火炉と、該点火炉の下流側に所定の間隔を空けて配置される再点火炉とを備え、下方吸引により焼結を進行させるDL式(ドワイトロイド式)焼結機の操業において、焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間Sでのみ下方吸引の風量を抑制することを特徴とする。再点火技術での操業においては、風量を低減(抑制)する領域を上記区間Sとすること、すなわち、焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間Sでは、再点火炉出口より下流側の区間よりも風量を抑制して下方吸引を行うことが歩留向上に有効であるからである。なお、
図1に示すように、焼結ストランド方向において、最も上流側のウインドボックス5が点火炉1の入口の直下に配設されている場合(最も上流側のウインドボックス5の上流端が点火炉1の上流端の直下に位置するように配設されている場合)には、上記区間Sは、焼結ストランドの点火炉1の入口から再点火炉2の出口までの区間に相当する。
【0021】
また、詳細は後述するが、風量低減の好適様態は、焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間Sで吸引される大気の平均空筒風速を再点火炉出口より下流側の区間で吸引される大気の平均空筒風速に対して60%以上80%以下にするか、または、上記区間Sのウインドボックス5若しくはウインドレグ6における平均負圧を、再点火炉出口より下流側の区間のウインドボックス5若しくはウインドレグ6における平均負圧に対して40%以上70%以下とすることである。
【0022】
ここに、平均空筒風速は、焼結ベッド表面、ウインドボックス5、またはウインドレグ6において計測する。区間Sで吸引される大気の平均空筒風速を、再点火終了後の60%以上80%以下とするのは、60%未満では焼結速度の低下が大きくなり生産性が悪化し、80%を超えると風量減による歩留向上効果が得られないためである。
【0023】
しかしながら、空筒風速(風量)測定は困難な場合もある。その場合は、各区間の平均負圧で管理することができる。焼結ベッドを通過する風量と吸引負圧の間には、下記のJPU(Japanese Permeability Unit)の式(1)で記述される関係がある。JPUは焼結ベッドの通気抵抗指数で、焼結機固有の定数となる。
JPU=v・(H/P)0.6 ・・・(1)
v:風速(Nm/min)
H:充填層層厚(mm)
ΔP:負圧(mH2O)
【0024】
上記(1)式から、風速60%(40%減)は負圧40%(60%減)に相当し、風速80%(20%減)は負圧70%(30%減)に相当することが導かれる。
【0025】
また、後述する実施例の結果から導かれるように、再点火タイミングの好適様態は、点火炉1の入口から再点火炉2の出口までのパレット移送時間が0.5分以上2.0分以下である。0.5分未満であると焼結層表面部の燃焼帯に十分な酸素を供給することができず、2.0分を超えると焼結層表面部が焼結反応以下の温度に低下し、再点火技術の歩留向上効果を得にくい。
【実施例0026】
本発明の効果を実証する実施例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【0027】
発明者らは、鍋試験で本発明法の効果を確認した。鍋試験は、DL焼結機を模擬した条件で焼結を行うもので、DL焼結機のように原料充填層の移動こそないが、下方吸引できる所定の大きさの容器に燃料を含む焼結原料を装入し、上面から着火し、下方吸引させて焼結を進行させる試験である。試験ケースは、後述する表2に示すように、参考例1~2、比較例1~2、実施例1~4の8ケースである。
【0028】
(実験条件)
表1は、使用した焼結用の原料とその配合割合を示す。
試験ケースによらず、原料の配合は同一である。鉄鉱石、橄欖岩、生石灰、および石灰石を配合した新原料を100質量%として、粉コークス、返鉱の配合割合を、外数で、それぞれ、4.5質量%、15.0質量%とした。なお、表1の鉄鉱石A~Eはそれぞれ異なる産地のものを使用した。また、粉コークスは、いずれも粒度が-5mm(5mm未満)のもの(5mmの篩目の篩下のもの)を使用した。
【0029】
【0030】
配合原料は、一括して造粒した。造粒は、ドラムミキサーで4分間混合後、配合原料を100質量%として外数で6.5質量%の量の水分を添加し、さらに4分間混合した。
鍋試験装置は、直径100mm、高さ300mmの寸法のものを使用し、焼結層厚が270mmとなるようにした。
【0031】
(試験水準)
試験ケースは後述の試験結果も含めて表2に記載する。
点火時間および再点火時間は共に1分間(熱量25MJ/原料t)とした。表2の両点火間隔の欄に示すように、再点火を行った比較例1~2、および実施例1~4においては、再点火時刻を点火完了時刻の1分後、2分後、または3分後とした。また、参考例1~2では、再点火を行わなかった。
【0032】
吸引風量は送風機吸引側のバルブ開度により、鍋内の空筒風速が以下の条件0~3のいずれかとなるように調整した。
条件0.風量制御OFF: 風速0.80Nm/sで一定
条件1.風量制御ON1:
再点火終了まで風速0.60Nm/s、その後風速0.80Nm/s
条件2.風量制御ON2:
再点火終了まで風速0.53Nm/s、その後風速0.80Nm/s
条件3.風量制御ON3:
再点火終了まで風速0.27Nm/s、その後風速0.80Nm/s
表2の風量制御の欄に示すように、参考例1および比較例1では条件0(OFF)で、参考例2および実施例1では条件1(ON1)で、実施例2~4では条件2(ON2)で、比較例2では条件3(ON3)で試験を実施した。なお、再点火を行っていない参考例2においては、実施例2と同様、点火開始時刻から3分間風速が0.53Nm/sとなるように、風量制御を行った。
【0033】
鍋下では熱電対で温度計測も行った。焼結では、燃焼帯が焼結層の最下部に到達すると、鍋下温度が上昇を開始し、やがてピークを迎え、コークスの燃焼完了により低下する。鍋下のウインドボックス内の排ガス温度が最高温度となった3分後に送風機の吸引を停止した。なお、焼結時間は、点火開始時刻から排ガス温度の最高温度到達時刻までの時間とした。
【0034】
焼結後、得られた焼結ケーキを、2mの高さから4回落下処理を行い、床敷鉱を除く粒径+5mm(5mm超)を焼結成品とした。成品歩留は、焼結成品重量を、床敷を除く焼結ケーキ重量で除した値と定義した。生産率は、成品量を焼結時間と鍋底面積で割って算出した。燃焼速度(BTS: Burn through speed)は、原料層厚を焼結時間で割って求めた。
【0035】
【0036】
(試験結果)
表2に、各試験ケースの燃焼速度、成品歩留、生産率の結果を示す。試験結果において、成品歩留が68%以上であり、かつ、生産率が34.4t/(Dm2)以上となったケースが、本発明の実施例である。
【0037】
参考例1および参考例2の試験結果に示されるように、再点火無しの条件において風量制御を行うと、成品歩留向上(+2.0%)の効果が得られた。しかしながら、点火時刻から3分間の風量抑制による焼結速度の低下の影響が大きく、生産率は0.7t/(Dm2)低下した。
一方、比較例1、実施例1、および実施例2の試験結果に示されるように、両点火間隔を1分として再点火を行うと再点火を行わない場合(参考例1および参考例2)よりも成品歩留向上する。また、点火時刻から再点火終了時刻までの3分間において空筒風速を0.6Nm/sまたは0.53Nm/sに風量抑制を行った実施例1および実施例2では、風量抑制を行わない比較例1よりも、さらに歩留向上効果が拡大(+1.8%または+2.6%)して焼結速度低下に伴う減産を抑制でき、むしろ生産率が0.2t/(Dm2)または0.3t/(Dm2)改善した。
なお、比較例2に示すように、実施例2よりもさらに風量抑制を強める(空筒風速を低下させる)と、焼結速度低下の影響が大きくなり生産率が2.9t/(Dm2)低下した。
【0038】
さらに、実施例3の試験結果に示されるように、実施例2と同一の空筒風速条件で両点火間隔を2分へ増加した場合は、成品歩留がほぼ維持できる。しかしながら、実施例4の試験結果に示されるように、両点火間隔を3分へ増加した場合は、実施例3と比較して成品歩留が0.5%低下した。実施例4でも、参考例1に対して同等の生産率を維持しつつ成品歩留が7.0%高いが、より好適様態としては、両点火間隔が2分を超えないほうが望ましい。
1…点火炉、2…再点火炉、3…大気吸引領域、4…下方吸引装置、5…ウインドボックス、6…ウインドレグ、7…ダンパー、8…ダクト、9…ブロア、S…焼結ストランド上流側の再点火炉出口までの区間