特許 7605329 造粒装置、造粒焼結原料の製造方法および焼結鉱の製造方法

(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】

(24)【登録日】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】造粒装置、造粒焼結原料の製造方法および焼結鉱の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22B 1/16 20060101AFI20241217BHJP

   C22B 1/216 20060101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

C22B1/16 K

C22B1/216

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2023546184

(86)(22)【出願日】2023-04-14

(86)【国際出願番号】 JP2023015187

(87)【国際公開番号】W WO2023210412

(87)【国際公開日】2023-11-02

【審査請求日】2023-07-31

(31)【優先権主張番号】P 2022073926

(32)【優先日】2022-04-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100184859

【弁理士】

【氏名又は名称】磯村 哲朗

(74)【代理人】

【識別番号】100123386

【弁理士】

【氏名又は名称】熊坂 晃

(74)【代理人】

【識別番号】100196667

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100130834

【弁理士】

【氏名又は名称】森 和弘

(72)【発明者】

【氏名】岩見 友司

(72)【発明者】

【氏名】志村 康成

(72)【発明者】

【氏名】藤原 頌平

(72)【発明者】

【氏名】廣澤 寿幸

(72)【発明者】

【氏名】樋口 隆英

【審査官】池田 安希子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－０３９９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５０－１０４１０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２２Ｂ １／００ － ６１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

造粒装置を用いて、鉄含有原料、ＣａＯ含有原料および凝結材を含む焼結原料を造粒する造粒焼結原料の製造方法であって、
前記造粒装置は前記焼結原料が投入される投入口と、造粒された焼結原料が排出される排出口と、が設けられ、横方向を回転軸として回転する筒状のドラムを有し、
前記ドラム内であって、前記投入口と前記排出口との中間位置から前記排出口までの間の後半部分のみで前記焼結原料に蒸気を吹き込んで造粒焼結原料とし、
前記造粒装置から排出される造粒焼結原料の温度が６０℃以上となる場合に、前記焼結原料に０．５質量％以上４．５質量％以下の水分をさらに添加する、造粒焼結原料の製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の造粒焼結原料の製造方法で造粒された造粒焼結原料を焼結機で焼結して焼結鉱を製造する、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、焼結原料を造粒する造粒装置、造粒焼結原料の製造方法および焼結鉱の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

高炉用原料である焼結鉱は、一般に、鉄鉱石粉、製鉄所内回収粉、焼結鉱篩下粉などの鉄含有原料と、石灰石及びドロマイトなどの含ＣａＯ原料と、粉コークスや無煙炭などの炭材（固体燃料）とを焼結原料として、無端移動型焼結機であるドワイトロイド式焼結機（以下、「焼結機」と記載する場合がある。）を用いて製造される。焼結原料は、焼結機の無端移動式のパレットに装入され、装入層が形成される。装入層の厚さ（高さ）は４００～８００ｍｍ程度である。その後、装入層の上方に設置された点火炉により、装入層表層の炭材に点火される。パレットの下に配設されている風箱を介して空気を下方に吸引することにより、装入層中の炭材を順次燃焼させる。この燃焼は、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、焼結ケーキが生成される。その後、得られた焼結ケーキは、排鉱部において破砕され、クーラーで冷却され、整粒されて成品焼結鉱となる。

【0003】

上述した焼結機を用いた焼結鉱の製造では、焼結原料を予熱乾燥することで装入層の湿潤帯が占める割合を縮小させて装入層の通気性を向上させ、焼結鉱の生産性を向上させる技術が知られている。例えば、特許文献１には、焼結原料を造粒する造粒時に水蒸気などの蒸気を吹込み、焼結原料を加熱する造粒焼結原料の製造方法が開示されている。特許文献１によれば、水蒸気を吹込みながら焼結原料を造粒することで焼結原料が予熱乾燥され、装入層の通気性が向上して焼結鉱の生産率が向上できるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開２０１９／１６７８８８号

【文献】特開２０２２-３９９６６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示の方法は、蒸気を吹き込みながら焼結原料を造粒する方法であるものの、ドラムミキサー内において焼結原料が移動する下流側の領域（後半部分）にて蒸気を吹き込むことについての開示や示唆はなされていない。このため、特許文献１に開示された方法を用いた場合には、排出口から排出される前に、造粒焼結原料の温度が低下してしまう。また、特許文献２に開示の方法は、造粒済みの原料を加熱装置にて加熱する方法であるため、加熱装置を経た後であっても、原料内部への熱伝達の困難性から、目標温度に達しない可能性がある。本発明は、このような従来技術の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、焼結原料に蒸気を吹き込んで、効率的に焼結原料を加熱できる造粒装置、造粒焼結原料の製造方法および当該造粒焼結原料の製造方法を用いた焼結鉱の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
［１］鉄含有原料、ＣａＯ含有原料および凝結材を含む焼結原料を造粒する造粒装置であって、前記焼結原料が投入される投入口と、造粒された焼結原料が排出される排出口と、が設けられ、横方向を回転軸として回転する筒状のドラムと、前記ドラム内であって、前記投入口と前記排出口との中間位置から前記排出口までの間の後半部分のみに設けられる蒸気配管と、前記蒸気配管に接続され、前記焼結原料の堆積面に蒸気を噴出させる複数のノズルと、を有する、造粒装置。
［２］造粒装置を用いて、鉄含有原料、ＣａＯ含有原料および凝結材を含む焼結原料を造粒する造粒焼結原料の製造方法であって、前記造粒装置は前記焼結原料が投入される投入口と、造粒された焼結原料が排出される排出口と、が設けられ、横方向を回転軸として回転する筒状のドラムを有し、前記ドラム内であって、前記投入口と前記排出口との中間位置から前記排出口までの間の後半部分のみで前記焼結原料に蒸気を吹き込んで造粒焼結原料とする、造粒焼結原料の製造方法。
［３］前記造粒装置から排出される造粒焼結原料の温度が６０℃以上となる場合に、前記焼結原料に０．５質量％以上４．５質量％以下の水分をさらに添加する、［２］に記載の造粒焼結原料の製造方法。
［４］［２］または［３］に記載の造粒焼結原料の製造方法で造粒された造粒焼結原料を焼結機で焼結して焼結鉱を製造する、焼結鉱の製造方法。

【発明の効果】

【0007】

本発明に係る造粒装置を用いることで、焼結原料に蒸気を吹き込んで効率的に加熱できるので、造粒時に用いる蒸気の使用量を削減できる。この加熱された造粒焼結原料を用いることで、装入層の通気性が向上し焼結鉱の生産率が向上するので、本発明に係る造粒装置を用いることで、焼結鉱の生産率の向上と焼結鉱の製造コスト上昇の抑制とが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本実施形態に係る造粒装置であるドラムミキサー３２を有する焼結鉱製造設備１０の一例を示す模式図である。

【図2】図２は、焼結機のパレット装入時の擬似粒子の温度上昇分と、焼結鉱の生産性の上昇率との関係を示すグラフである。

【図3】図３は、実験例１～３の焼結原料の水分量を示すグラフである。

【図4】図４は、実験例１～３の擬似粒子の粒子径と、装入層の通気性指数ＪＰＵを示すグラフである。

【図5】図５は、実験例１～３の焼結鉱の生産率を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、発明の実施形態を通じて本発明を説明する。図１は、本実施形態に係る造粒装置であるドラムミキサー３２を有する焼結鉱製造設備１０の一例を示す模式図である。ヤード１１に保管された鉄含有原料１２は、搬送コンベア１４によって配合槽２２に搬送される。鉄含有原料１２は、種々の銘柄の鉄鉱石および製鉄所内発生ダストを含む。

【0010】

原料供給部２０は、複数の配合槽２２、２４、２５、２６、２８を備える。配合槽２２には、鉄含有原料１２が貯留される。配合槽２４には、石灰石や生石灰等を含むＣａＯ含有原料１６、配合槽２５にはドロマイトや精錬ニッケルスラグ等を含むＭｇＯ含有原料１７がそれぞれ貯留される。配合槽２６には、ロッドミルを用いて粒径１ｍｍ以下に破砕された粉コークスや無煙炭を含む凝結材１８が貯留される。配合槽２８には、焼結鉱の篩下となった粒径５ｍｍ以下の返鉱（焼結鉱篩下粉）が貯留される。原料供給部２０の配合槽２２～２８から、各原料が所定量切り出され、これらが配合されて焼結原料となる。焼結原料は、搬送コンベア３０によってドラムミキサー３２に搬送される。ＭｇＯ含有原料１７は、任意配合原料であって、焼結原料に配合されてもよく、配合されなくてもよい。

【0011】

ドラムミキサー３２は、焼結原料に蒸気を吹き付けながら造粒する造粒装置である。ドラムミキサー３２は、横方向を回転軸として回転する筒状のドラム３３と、蒸気配管３６と、蒸気配管３６に接続され、焼結原料の堆積面に水蒸気３８を噴出させる複数のノズル３７とを有する。なお、水蒸気は蒸気の一例である。ドラムミキサー３２における回転軸は、略水平にしてよい。また、擬似粒子を効率良く排出するため、投入口３４に対して排出口３５が鉛直方向の下方に位置するように回転軸を傾けてもよい。

【0012】

筒状のドラム３３には、当該ドラム３３の一端面側に設けられ、焼結原料が投入される投入口３４と、ドラム３３の他端面側に設けられ、造粒された造粒焼結原料（以後、擬似粒子と記載する。）が排出される排出口と、が設けられている。蒸気配管３６は、ドラム３３内であって、投入口３４と排出口３５との中間位置から排出口３５までの間の後半部分となる領域のみに設けられ、当該位置から複数のノズル３７を通じて焼結原料の堆積面に向けて水蒸気を吹き込む。

【0013】

このように、ドラム３３の後半部分において焼結原料に水蒸気を吹き込みながら焼結原料を造粒することで、水蒸気を吹き込まないで造粒された焼結原料よりも高い温度の平均粒径３．０ｍｍ程度の擬似粒子を製造している。擬似粒子は、搬送コンベア３９によって焼結機４０に搬送される。本実施形態において、擬似粒子の平均粒径は算術平均粒径であって、Σ（Ｖｉ×ｄｉ）（但し、Ｖｉはｉ番目の粒度範囲の中にある粒子の存在比率であり、ｄｉはｉ番目の粒度範囲の代表粒径である。）で定義される粒径である。また、ドラムミキサー３２は、焼結原料を造粒する造粒装置の一例である。

【0014】

焼結機４０は、例えば、下方吸引式のドワイトロイド式焼結機である。焼結機４０は、焼結原料供給装置４２と、無端移動式のパレット台車４４と、点火炉４６と、ウインドボックス４８とを有する。焼結原料供給装置４２から焼結原料がパレット台車４４に装入され、焼結原料の装入層が形成される。装入層は点火炉４６で点火される。ウインドボックス４８を通じて空気を吸引することで、装入層内で凝結材１８を燃焼させつつ装入層内の燃焼・溶融帯を装入層の下方へ移動させる。これにより、装入層は焼結されて焼結ケーキが形成される。本実施形態では、気体燃料供給装置４７を備えても良い。気体燃料供給装置４７から供給される気体燃料は、高炉ガス、コークス炉ガス、高炉・コークス炉混合ガス、転炉ガス、都市ガス、天然ガス、メタンガス、エタンガス、プロパンガス、シェールガスおよびそれらの混合ガスのうちから選ばれるいずれかの可燃性ガスである。

【0015】

焼結ケーキは、破砕機５０によって破砕され焼結鉱にされる。破砕機５０で破砕された焼結鉱は、冷却機５２によって冷却される。冷却機５２によって冷却された焼結鉱は、複数の篩を有する篩分け装置５４によって篩分けされ、粒径５ｍｍ超の成品焼結鉱５６と、粒径５ｍｍ以下の返鉱５８とに篩分けされる。成品焼結鉱５６は、高炉原料として用いられる。一方、返鉱５８は、搬送コンベア６０によって原料供給部２０の配合槽２８に搬送される。本実施形態において、成品焼結鉱５６の粒径および返鉱５８の粒径は、篩によって篩分けられる粒径を意味し、例えば、粒径５ｍｍ超とは、目開き５ｍｍの篩を用いて篩上に篩分けされる粒径であり、粒径５ｍｍ以下とは、目開き５ｍｍの篩を用いて篩下に篩分けされる粒径である。成品焼結鉱５６および返鉱５８の粒径の各値は、あくまで一例であり、この値に限定するものではない。

【0016】

このように、焼結鉱製造設備１０を用いた焼結鉱の製造では、ドラムミキサー３２で焼結原料に水蒸気を吹き込んで焼結原料を加熱しながら造粒している。これにより、焼結原料の装入層の通気性が向上し、焼結原料の生産率が向上する。

【0017】

図２は、焼結機のパレット台車４４へ装入される擬似粒子の上昇温度と、焼結鉱の生産性の上昇率との関係を示すグラフである。図２の横軸は焼結機のパレット台車４４への装入時の擬似粒子の上昇温度（℃）である。上昇温度は、パレット台車４４への装入時における水蒸気を吹き込んで造粒した擬似粒子の平均温度と水蒸気を吹き込まずに造粒した擬似粒子の平均温度との差である。なお、水蒸気を吹き込まずに造粒した擬似粒子の平均温度は１８．３℃であり、図中の各プロットは、パレット台車４４装入時の擬似粒子の平均温度が、３８．０℃、３５．０℃、３５．５℃、４５．０℃、５１．０℃の例である。また、図２の縦軸は焼結鉱の生産率の向上効果（％）であり、下記（１）式で算出される値である。

【0018】

（Ｔ２－Ｔ１）×１００／Ｔ１・・・（１）
上記（１）式において、Ｔ１は、水蒸気を吹き込まずに造粒した擬似粒子を用いて焼結鉱を製造したときの焼結鉱の生産率（ｔ／（ｈｒ×ｍ^２））であり、Ｔ２は、水蒸気を吹き込んで造粒した擬似粒子を用いて焼結鉱を製造した時の焼結鉱の生産率（ｔ／（ｈｒ×ｍ^２））である。

【0019】

図２に示すように、パレット台車４４への装入時の擬似粒子の平均温度が高くなるに従って、焼結鉱の生産性の上昇率は高くなった。この結果から、ドラムミキサー３２で焼結原料に水蒸気を吹き込んで高温の擬似粒子とし、当該擬似粒子を用いて焼結鉱を製造することで、焼結鉱の生産率を向上できることがわかる。

【0020】

一方、擬似粒子の平均温度が６０℃以上になると、水分が蒸発してしまい、所定の粒径の擬似粒子が造粒されなくなる。擬似粒子の粒径が小さくなると装入層の通気性が悪化し、焼結鉱の生産性が大きく低下する。

【0021】

図３は、実験例１～３の焼結原料の水分量を示すグラフである。図３において斜線ハッチングで示した棒グラフはドラムミキサー入り側の焼結原料の水分量（質量％）を示し、横線ハッチングで示した棒グラフは焼結機装入時の焼結原料の水分量（質量％）を示す。実験例１は焼結機への装入時の焼結原料の平均温度が３３℃である擬似粒子を用いた製造例である。実験例２は、焼結機への装入時の焼結原料の平均温度が６０℃である擬似粒子を用いた製造例である。実験例３は、焼結機への装入時の焼結原料の平均温度が６２℃である擬似粒子を用いた製造例である。

【0022】

図３に示すように、実験例１と実験例３は、焼結機への装入時においても原料水分量６．５質量％が確保できていることがわかる。一方、実験例２では、ドラムミキサー入り側では６．５質量％の水分量を確保できていたものの加熱によって水分が蒸発したため、焼結機への装入時においては水分量が５．５質量％程度に低下した。

【0023】

図４は、実験例１～３の擬似粒子の粒子径と、装入層の通気性指数ＪＰＵを示すグラフである。図４において、斜線のハッチングで示した棒グラフは擬似粒子の粒子径（ｍｍ）を示し、横線のハッチングで示した棒グラフは通気性指数ＪＰＵ（－）（（－）は無次元を意味する。）を示す。なお、擬似粒子の粒子径は上述した算出平均粒径であり、装入層の通気性指数ＪＰＵは、下記（２）式を用いて算出される指数である。

【0024】

ＪＰＵ＝Ｖ／［Ｓ×（ΔＰ／ｈ）^０．６］・・・（２）
上記（１）式において、Ｖは風量（ｍ^３／ｍｉｎ）であり、Ｓは焼結機の有効面積（ｍ^２）であり、ｈは装入層高さ（ｍｍ）であり、ΔＰは圧力損失（ｍｍＨ_２Ｏ）である。

【0025】

図４に示すように、実験例１と実験例３は、粒子径が３ｍｍ程度の擬似粒子が造粒されたものの、実験例２では、粒子径が１ｍｍ程度の擬似粒子しか造粒されなかった。実験例２の擬似粒子の粒子径の低下は、図３に示した原料水分量の低下によるものと考えられる。実験例３では高温で、且つ、粒子径が３ｍｍ程度の擬似粒子が造粒されたので、装入層の通気性指数は１７程度になった。実験例１では同等の粒子径の擬似粒子が造粒されたものの当該擬似粒子の平均温度が低いために、装入層の通気性指数は１５程度になった。実験例２では高温の擬似粒子となったものの粒子径が１ｍｍ程度の擬似粒子しか造粒されなかったため、装入層の通気性指数は１２程度に大きく低下した。

【0026】

図５は、実験例１～３の焼結鉱の生産率を示すグラフである。焼結鉱の生産率は、装入層１ｍ^２当たり１時間で製造される成品焼結鉱の製造量（ｔ）である。図５に示すように、実験例１の生産率１．２９に対し、実験例３の生産率は１．３９になり、焼結鉱の生産率は大きく増加した。実験例３の生産率の向上は、図４に示した通気性の向上によるものと考えられる。一方、実験例２では、装入層の通気性が大きく低下し、焼結が進行せず焼結原料が塊成化されなかった。

【0027】

このように、造粒装置から排出される擬似粒子の平均温度が６０℃以上となる場合には、当該温度によって水分が蒸発するので、造粒に必要な水分が足りなくなり、所定の粒径の擬似粒子が造粒できず、逆に装入層の通気性が悪化する。そこで、ドラムミキサー３２から排出される擬似粒子の平均温度が６０℃以上８０℃未満になるように加熱した場合の水分蒸発量を確認した所、造粒後の水分量で０．５質量％以上３．０質量％以下の範囲内の水分量が蒸発することが確認された。さらに、ドラムミキサー３２から排出される擬似粒子の平均温度が８０℃以上になるように加熱した場合に水分蒸発量を確認した所、造粒後の水分量で２．０質量％以上４．５質量％以下の水分量が蒸発することが確認された。

【0028】

これらの結果から、造粒装置から排出される擬似粒子の平均温度を６０℃以上とする場合には、造粒中の焼結原料に造粒後の水分量で０．５質量％以上４．５質量％以下の範囲内の水分をさらに添加することが好ましい。これにより、擬似粒子を６０℃以上に加熱しても造粒に必要な水分量が確保でき、焼結原料から６０℃以上に加熱された粒子径３ｍｍ程度の擬似粒子を製造できる。この加熱された擬似粒子を用いて焼結鉱を製造することで、装入層の通気性が向上し、これにより、焼結鉱の生産率の向上が実現できる。なお、擬似粒子の平均温度を６０℃以上８０℃未満とする場合には造粒中の焼結原料に造粒後の水分量で０．５質量％以上３．０質量％以下の水分をさらに添加することが好ましく、擬似粒子の平均温度を８０℃以上とする場合には、造粒後の水分量で２．０質量％以上４．５質量％以下の水分をさらに添加することが好ましい。

【0029】

添加する水分量は、所定の期間ごとにドラムミキサー３２から排出される擬似粒子の水分含有量を測定し、上記範囲内で定めてよい。また、水分の添加は、造粒中の焼結原料に工場用水や熱水あるいは凝縮水を添加すればよい。

【0030】

次に、ドラムミキサー３２における蒸気配管３６の設置位置について説明する。表１は、蒸気配管３６の設ける位置を投入口側と排出口側とに変えて、焼結原料への水蒸気の吹き込み実験を行った結果を示す。なお、表中の排出口出側の温度は、ドラムミキサー３２から排出される擬似粒子の平均温度である。

【0031】

【表1】

【0032】

実験例１１、１２は、蒸気配管３６を投入口３４から投入口と排出口との中間位置までの前半部分のみに設け、焼結原料に水蒸気を吹き込んで造粒した造粒例である。実験例１３～１５は、蒸気配管３６を投入口３４と排出口３５との中間位置から排出口３５までの間の後半部分のみに設け、焼結原料に水蒸気を吹き込んで造粒した造粒例である。

【0033】

実験例１１と実験例１３との比較、および、実験例１２と実験例１４との比較から、蒸気配管３６を後半部分に設けて水蒸気を吹き込んで造粒した擬似粒子の排出口出側の平均温度は、蒸気配管３６を前半部分に設けて水蒸気を吹込んで造粒した擬似粒子の排出口出側の平均温度よりも８～１１℃高くなった。また、実験例１１と実験例１５との比較から、擬似粒子の排出口出側の温度が同じであるなら、蒸気配管３６を後半部分に設けた方が造粒中に使用する水蒸気の吹込み量を１７％削減できた。これらの結果から、ドラムミキサー３２の後半部分のみに複数のノズル３７を有する蒸気配管３６を設け、当該ノズル３７から焼結原料に蒸気を吹込むことで、ドラムミキサー３２の他の位置に複数のノズルを有する蒸気配管を設けた場合よりも焼結原料を効率的に加熱できることが確認された。

【0034】

以上、説明したように本実施形態に係る造粒装置であるドラムミキサー３２は、焼結原料に蒸気を吹き込み、効率的に加熱できる。このため、蒸気使用量が同じであるならば、焼結原料をより高温に加熱でき、排出口出側の温度が同じであるならば、より少ない蒸気使用量で焼結原料を加熱できる。このように、本実施形態に係る造粒装置を用いることで焼結原料を所定温度に加熱しつつ焼結鉱製造時に使用する蒸気量を削減できるので、本焼結鉱の生産率の向上と焼結鉱の製造コスト上昇の抑制とが実現できる。

【符号の説明】

【0035】

１０ 焼結鉱製造設備
１１ ヤード
１２ 鉄含有原料
１４ 搬送コンベア
１６ ＣａＯ含有原料
１７ ＭｇＯ含有原料
１８ 凝結材
２０ 原料供給部
２２ 配合槽
２４ 配合槽
２６ 配合槽
２８ 配合槽
３０ 搬送コンベア
３２ ドラムミキサー
３３ ドラム
３４ 投入口
３５ 排出口
３６ 蒸気配管
３７ ノズル
３８ 水蒸気
３９ 搬送コンベア
４０ 焼結機
４２ 焼結原料供給装置
４４ パレット台車
４６ 点火炉
４８ ウインドボックス
５０ 破砕機
５２ 冷却機
５４ 篩分け装置
５６ 成品焼結鉱
５８ 返鉱
６０ 搬送コンベア
６２ 焼結原料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】