JP6973627B2 - 造粒物の製造方法および焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンベア搬送性が改善された製鉄プロセスで発生するスラジを含む造粒物、当該造粒物の製造方法および当該造粒物を用いた焼結鉱の製造方法に関する。

製銑、製鋼、圧延などの種々の製鉄プロセスでは、多量のダストおよびスラジが発生する。これらのダストおよびスラジには、鉄分や炭素分が多く含まれるので廃棄するのではなく、鉄源、熱源としての再利用することが好ましい。一般的にダストおよびスラジは、製銑および製鋼における高温プロセスに用いられる。ダストおよびスラジは、高温プロセスで再溶融され、溶銑へ溶け込ませて鉄源として再利用される。

ダストは、鉄を含有する水分含有量が０〜２０質量％、多くの場合、水分含有量が０〜５質量％の微粉であり、水分含有量が少なく、ベルトコンベアで搬送されると発塵する。一方、スラジは、鉄を含有し水分含有量が２０質量％以上の微粉であり、水分含有量が多く付着性が高いので、ベルトコンベアで搬送されると、コンベアジャンクションに付着して詰まりが生じる。微粉は平均粒径が０．５ｍｍ以下であり、付着や発塵の問題が特に大きい。このように、ダストおよびスラジがベルトコンベアで搬送されると発塵や付着による詰まりが生じる。搬送過程において、発塵は集塵設備を設けることで問題を緩和できるが、スラジの付着は特に問題が大きい。

このような問題に対し、特許文献１には、ドラム内を公転する撹拌翼と、撹拌翼とともに公転し自転する撹拌ロータを備えた造粒物製造装置を用いて、ケーキ状の製鉄スラジを解砕し、固化剤と製鉄ダストを加えて造粒処理する造粒物の製造方法が開示されている。上記方法を用いることで、特別な乾燥処理を施すことなく適切に造粒でき、高温プロセスに好適に用いられる造粒物を造粒できることが開示されている。

特許文献２には、ダストやスラジに粉コークスと、粗粒を混合して振動混練造粒機で造粒し、さらに粉コークスを外装被覆造粒する焼結原料の造粒方法が開示されている。

特許文献３には、含水スラッジに細粒焼結鉱を混合した混合物の水分を３〜１５％の範囲とすることで焼結鉱の凹部にスラッジを保持する方法が開示されている。

特開２０１２−９７２９５号公報 国際公開第２００７／６３６０３号 特開昭４９−３８８１１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された造粒物は水分含有量が多いので、当該造粒物をベルトコンベアで搬送するとコンベアジャンクションへの付着量が多くなる。特に、製鉄所ではベルトコンベアが屋外に設置されており、雨天時にはベルトコンベアにも雨が降る。このため、雨天時には造粒物の水分含有量がさらに多くなってコンベアジャンクションへの付着量が増え、当該付着によって造粒物の詰まりが生じるという問題があった。

特許文献２では、スラジの水分含有量について考慮されていないので輸送中における造粒物の付着を解決できる方法ではないという問題があった。特許文献３の方法では、スラジを焼結鉱に付着させることで、輸送工程での輸送阻害を軽減できる。しかしながら、特許文献３の方法は、造粒する工程を含んでいないので、混合後の水分含有率を３〜１５％にしなければならないという制約がある。このため、スラッジの混合量を３０質量％以上にすると好ましい結果が得られず、適用範囲が狭いという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、コンベアジャンクションへの付着量を少なくできる造粒物を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）３０質量％より多く９０質量％以下のスラジと、１０質量％以上７０質量％未満の焼結鉱粉とを含み、前記焼結鉱粉に前記スラジが付着した造粒粒子を含む、造粒物。
（２）前記造粒粒子は、さらにダストを含む、（１）に記載の造粒物。
（３）前記スラジの水分含有量が２０質量％以上３０質量％未満である、（１）または（２）に記載の造粒物。
（４）スラジを脱水して脱水ケーキとする脱水工程と、前記脱水ケーキと、焼結鉱粉とを混合して造粒する造粒工程と、を有する、造粒物の製造方法。
（５）前記造粒工程では、さらにダストを混合する、（４）に記載の造粒物の製造方法。
（６）前記脱水ケーキの水分含有量が２０質量％以上３０質量％未満である、（４）または（５）に記載の造粒物の製造方法。
（７）（４）から（６）のいずれか１つに記載の造粒物の製造方法で製造された造粒物と、鉄含有原料と、ＣａＯ含有原料と、凝結材と、を配合して焼結原料にする配合工程と、前記焼結原料に水を添加して造粒する造粒工程と、造粒された前記焼結原料を焼結機で焼結して焼結鉱とする焼結工程と、を有する、焼結鉱の製造方法。

本発明の造粒物を用いることで、コンベアジャンクションへの造粒物の付着量を少なくできる。これにより、ベルトコンベア搬送時における造粒物の詰まりの発生を抑制できる。

図１は、造粒物１０の断面拡大写真を示す。 図２は、本実施形態に係る造粒物の製造に用いられる撹拌機３０の内部斜視図である。 図３は、撹拌機３０の平面図である。 図４は、付着性評価装置５０を示す側面図である。 図５は、付着量の評価結果を示すグラフである。 図６は、付着量の評価結果を示すグラフである。

以下、発明の実施形態を通じて本発明を説明する。本実施形態に係る造粒物は、製鉄プロセスで発生するスラジを３０質量％より多く９０質量％以下で含み、焼結鉱粉を１０質量％以上７０質量％未満で含み、焼結鉱粉にスラジが付着した造粒粒子が含まれるように造粒された造粒物である。この造粒物には、製鉄プロセスで発生するダストが含まれていてもよい。

図１は、造粒物の断面拡大写真である。図１（ａ）は、従来の造粒物１０の断面拡大写真であり、図１（ｂ）は、本実施形態に係る造粒物２０の断面拡大写真である。従来の造粒物１０とは、製鉄プロセスで発生するスラジを含む造粒原料をドラム式造粒機で造粒した造粒物である。本実施形態に係る造粒物２０は、製鉄プロセスで発生するスラジと、焼結鉱粉とを含む造粒原料を造粒した造粒物である。

図１（ａ）に示すように、従来の造粒物１０の中央には黒い部分が確認された。この黒い部分は、顕微鏡観察するために造粒物１０を樹脂で固定した後、断面観察のために研磨した際に造粒物１０の中央が脱落して生じた空隙１２である。従来の造粒物１０の中央には水分を多く含む脆弱部があり、この部分が研磨によって脱落し造粒物の中央に空隙１２が生じたと考えられる。

このような脆弱部を中央に有する造粒物１０は、ベルトコンベア搬送時の衝撃によって容易に崩壊し、微粉が生じるとともに内部の水分が放出される。この造粒物１０の微粉化と水分の放出により、コンベアジャンクションへの造粒物の付着量が多くなる。

図１（ｂ）に示すように、本実施形態に係る造粒物２０には、焼結鉱粉２４にスラジ２８が被覆するように付着した造粒粒子２２が含まれる。焼結鉱粉２４は細孔を有し、焼結鉱の製造過程で高温の状態から気体で冷却されるので水分含有量が少ない。このため、焼結鉱粉２４とスラジ２８を含む造粒原料を造粒すると、焼結鉱粉２４を核として造粒粒子２２が造粒されるとともに焼結鉱粉２４によってスラジ２８の水分が吸収されるので、造粒粒子２２の中央に水分を多く含む強度の弱い脆弱部が生じない。このため、ベルトコンベア搬送時に衝撃を受けても崩壊せず、仮に崩壊したとしても水分が放出されない。このように、本実施形態に係る造粒物２０は、微粉が生じにくく、付着の原因となる水分の放出量も少ない造粒粒子２２を含むので、従来の造粒物１０よりもベルトコンベア搬送時におけるコンベアジャンクションへの付着が少なくなる。

本実施形態に係る造粒物における焼結鉱粉２４の含有割合は、１０質量％以上が必要である。造粒物２０は、焼結鉱粉２４を１０質量％以上含有することで、コンベアジャンクションへの付着量が少なくなる。焼結鉱粉２４の含有割合は、２５質量％以上であることがより好ましく、５０質量％以上であることがさらに好ましい。５０質量％までは焼結鉱粉２４の含有割合が高くなるに従ってコンベアジャンクションへの付着量が少なくなる。焼結鉱粉２４の含有割合を５０質量％にすることでコンベアジャンクションへの付着量がほぼ０になるので、これ以上、焼結鉱粉２４の含有割合を高めてもコンベアジャンクションへの付着量低減の効果はなく、スラジ２８の処理量が減少する。このため、コンベアジャンクションへの付着量低減という観点では、焼結鉱粉２４の含有割合の上限は７０質量％未満としてよいが、スラジ２８の処理量を増やすという観点では、焼結鉱粉２４の含有割合を５０質量％以下とすることが好ましい。本実施形態に係る造粒物におけるスラジ２８の含有割合は、焼結鉱粉２４の含有割合に対応させ、３０質量％より多く９０質量％以下としている。

次に、本実施形態に係る造粒物の製造方法について説明する。まず、圧縮型の脱水装置を用いて製鉄プロセスで発生したスラジ２８を脱水して脱水ケーキとする脱水工程が実施される。次いで、当該脱水ケーキと、焼結鉱粉２４とを撹拌機で混合、造粒する造粒工程が実施される。本実施形態において、造粒機に供給する原料の質量はすべて水分を含む原料の質量である。この際に、製鉄プロセスで発生したダストを添加し、これらを混合、造粒してもよい。このようにして、本実施形態に係る造粒物は製造される。圧縮型の脱水装置としては、例えば、フィルタープレスやバキュームフィルターを用いることができる。脱水装置は圧縮型には限られず、撹拌機に供給可能な状態にまでスラジを脱水できればよい。脱水されたスラジの水分含有量としては２０〜４０質量％程度が好ましい。スラジの脱水を強化して、スラジ（脱水ケーキ）の水分含有量を２０質量％以上３０質量％未満とすることがより好ましい。これにより、スラジの処理効率および造粒性を上げることができる。

本実施形態で用いるスラジは、製鉄プロセスである製銑工程、製鋼工程、圧延工程、鍍金工程または酸洗工程等で発生したスラジである。脱水前のスラジは水分含有量が多く、その水分含有量は４０〜７０質量％程度である。

本実施形態に係る造粒物はダストを含んでもよく、造粒物の製造に用いるダストは、製鉄プロセスである製銑工程、焼結製造工程、製鋼工程等で発生したダストである。ダストは乾式集塵などの方法で回収され、水分含有量が少なく、その水分含有量は０〜２０質量％、多くの場合０〜５質量％程度である。

本実施形態で用いる焼結鉱粉とは、粒径が５ｍｍ以下の焼結鉱であって、焼結鉱の製造過程または搬送過程、焼結鉱を高炉に装入する装入過程で、目開き径５ｍｍの篩で篩下に篩分けられた焼結鉱粉である。焼結されて製造された焼結鉱は、水分含有量が少ないので、その水分含有量は０質量％以上５質量％以下である。焼結鉱粉を核としてスラジに被覆された造粒物を製造するには、焼結鉱粉の粒径は２ｍｍ以上であることが好ましい。目開き径５ｍｍの篩で篩下に篩分けられた粒径が５ｍｍ以下の焼結鉱粉には、粒径が０．１〜５ｍｍの粒子が多く含まれているので、あえて粒径が２ｍｍ以下の微粉を取り除く必要はない。ある程度の大きさの焼結鉱粉が含まれるように、焼結鉱粉の平均粒径が２ｍｍ以上となるように焼結鉱粉の粒径を管理してもよい。

図２は、本実施形態に係る造粒物の製造に用いられる撹拌機３０の内部斜視図である。図３は、撹拌機３０の平面図である。撹拌機３０は、スラジ２８を脱水した脱水ケーキを微細に解砕するとともに、微細に解砕された脱水ケーキに焼結鉱粉２４を混合し、場合によりダストを加えて混合し、これらを造粒する装置である。

撹拌機３０は、脱水ケーキやダストが投入される円筒容器３２と、撹拌羽根３４と、堰３６とを有する。堰３６は、造粒原料をかき取るために設けることが好ましいが、なくてもよい。円筒容器３２は、円筒３８と、円形状の底板４０とを備える。円筒容器３２には脱水ケーキやダストの供給および排出のための開口（不図示）が設けられている。底板４０は、円筒３８と一体的に設けられており、底板４０は、駆動力を受けて円筒３８とともに回転する。円筒容器３２は、円筒容器３２の上側を封止する天板を有していてもよい。

撹拌羽根３４は、回転軸４２と、複数の撹拌板４４とを有する。回転軸４２は、円筒容器３２の中心から偏心した位置に設けられる。撹拌羽根３４は、円筒容器３２の上側に設けられた不図示の駆動部から駆動力を受けて回転する。このように、円筒容器３２と撹拌羽根３４は、異なる駆動部から駆動力を受けて回転するのでそれぞれ独立して回転する。回転軸４２は、円筒容器３２の中心に設けられてもよい。

撹拌板４４は、回転軸４２から放射状に外側に突出して設けられている。撹拌板４４は、回転軸４２における上下方向の２箇所において、６０°間隔で６方向に設けられている。撹拌板４４を設ける上下方向の位置および数は、円筒容器３２内に充填する脱水ケーキおよびダストの量に対応させて適宜変更してよい。

円筒容器３２に脱水ケーキが投入された状態で、底板４０は、例えば、右周りに回転し、撹拌羽根３４は、左周りに回転する。底板４０が右周りに回転することで、円筒容器３２内に投入された脱水ケーキは、底板４０の回転方向に沿って右周りに回転する。右周りに回転された脱水ケーキは、左周りに回転した撹拌羽根３４に衝突することによって解砕される。底板４０および撹拌羽根３４の回転方向は、右周りであっても左回りであってもよい。底板４０および撹拌羽根３４の回転方向は、互いに異なっていてもよく、同じであってもよい。

図２および図３では、撹拌機３０は、水平に設置した例を示したが、撹拌機３０を水平面に対して傾けて使用してもよい。撹拌羽根３４は、鉛直方向に軸支させたままにし、円筒容器３２のみを水平面に対して傾けて使用してもよい。

図２および図３に示した撹拌機３０を用いることで、脱水ケーキは微細に解砕され、解砕された脱水ケーキと焼結鉱粉２４とが混合される。これにより、脱水ケーキの内部に含まれる水分が焼結鉱粉２４に効率よく吸収され、焼結鉱粉２４にスラジ２８が付着した造粒粒子２２を含む造粒物２０を製造できる。ダストは水分がスラジよりも少ないのでダストを添加すると造粒性がよくなることが多い。このため、製鉄プロセスで発生したダストを再利用することが求められる場合には、ダストをスラッジ、焼結鉱とともに造粒することが好ましい。

図２および図３に示した攪拌機において、撹拌羽根３４を有するという特徴が造粒物２０を効率的に造粒するという観点で特に好ましい。さらに円筒容器３２と撹拌羽根３４が独立して回転するという特徴も、造粒物２０を効率的に造粒するという観点で好ましい。さらに撹拌羽根３４と底板４０の回転方向が逆方向であるという特徴および撹拌羽根３４が底板４０の中心から偏芯した位置に回転軸を持つという特徴も、造粒物２０を効率的に造粒するという観点で好ましい。

本実施形態に係る造粒物２０は、焼結鉱の製造に用いることができる。例えば、鉄含有原料と、ＣａＯ含有原料と、凝結材と、を配合して焼結原料にする配合工程において本実施形態に係る造粒物２０を配合し、造粒工程で水を添加して当該焼結原料を造粒し、焼結工程で造粒された前記焼結原料を焼結機で焼結して焼結鉱を製造する。

さらに、配合工程で本実施形態に係る造粒物２０を配合することに代えて、本実施形態に係る造粒物２０を造粒工程の後半に配合し、造粒された焼結原料の外層が本実施形態に係る造粒物２０となるように配合してもよい。このように、本実施形態に係る造粒物２０は、焼結鉱の製造に用いることができ、焼結鉱の製造における鉄源および熱源として再利用できる。

次に、本実施形態に係る造粒物を製造し、その搬送性を評価した実施例を説明する。本実施形態に係る造粒物を製造するために、異なる２つの造粒方法を用いて造粒物を製造した。一方の造粒方法としては、図２に示した撹拌機３０と同じ構成のアイリッヒ社製のインテンシブミキサー型式Ｒ０２を用いて造粒物を製造した。他方の造粒方法としては、ドラム式造粒機を用いて造粒物を製造した。まず、スラジを脱水して得た水分含有量が２５質量％の脱水ケーキと、水分含有量５質量％のダストとを質量比で４：１になるように各装置に投入し、これに、水分含有量が１．５質量％の焼結鉱粉を所定量加えて造粒物を製造した。試験に用いたダスト、スラジおよび焼結鉱粉の成分を表１に示し、造粒物の製造条件を表２に示す。表１の「Ｔ-Ｆｅ」は、トータルＦｅの略称であり、ダストまたはスラジ中の鉄原子の質量割合を示す。表１において、ダストおよびスラジの各成分の合計が１００にならないのは、表に記載していないＣａＯ等の他の成分を含むことによる。表２における撹拌羽根の周速は羽根先端部の周速であり、容器の回転数は、撹拌羽根とは反対向きであって、円筒容器３２の１分間あたりの回転数である。

このようにして製造した造粒物の付着性を評価した。図４は、付着性評価装置５０を示す側面図である。付着性評価装置５０は、ベルトコンベア５２と、コンベアジャンクションを模擬して設けたシュート５４とを有する装置である。造粒物の付着量の評価は、付着性評価装置５０を用いて、矢印５６の位置から造粒物を８ｋｇ投入し、ベルトコンベア５２で造粒物を搬送してシュート５４に落下させ、シュート５４に付着した付着量を測定した。造粒物の投入量およびベルトコンベア５２の速度は、造粒物の搬送速度が０．８ｋｇ／ｓｅｃになるように調整した。付着量は、同じ試験を４回行い、その合計量で評価した。

図５は、付着量の評価結果を示すグラフである。図５において、横軸は焼結鉱粉の含有割合（装置に投入された全質量に対する質量％）であり、縦軸はシュート５４への付着量（ｇ）を示す。三角プロットは、インテンシブミキサーを用いて製造された造粒物の付着性の評価結果を示す。丸プロットは、ドラム式造粒機を用いて製造された造粒物の付着性の評価結果を示す。

図５に示すように、インテンシブミキサーを用いて製造された造粒物では、焼結鉱粉の含有割合を１０質量％にすることで、焼結鉱粉を含まない造粒物よりもシュート５４への付着量が少なくなった。さらに、焼結鉱粉の含有割合を２５質量％にすることで、焼結鉱粉の含有割合が１０質量％の造粒物よりもシュート５４への付着量が少なくなった。

焼結鉱粉の含有割合を５０質量％にした造粒物を評価した所、シュート５４への付着量がほぼ０になった。このため、焼結鉱粉の含有割合を７０質量％にしてもシュート５４への付着量は低減せず、ダストおよびスラジの処理量が少なくなる結果となった。これらの結果から、焼結鉱粉の含有割合を１０質量％以上とすることが好ましく、２５質量％以上とすることがより好ましく、５０質量％以上とすることがさらに好ましいことがわかる。これにより、ベルトコンベア搬送時におけるシュート５４への付着量を低減できる。ダストを添加せず、脱水ケーキと焼結鉱粉を１：１（焼結鉱粉の含有割合＝５０質量％）として同様の実験を行った結果では、付着量は１．５ｇとなり、ダストを添加しない条件でもシュート５４への付着量の低減が確認できた。水分含有量２１質量％に脱水したスラジを７５質量％、焼結鉱粉を２５％含有する造粒物の付着性を測定したところ、付着量は２．１ｇであり、この条件でも付着量の低減が確認できた。

一方、ドラム式造粒機を用いて製造された造粒物においても、焼結鉱粉の含有割合を１０質量％にすることで、焼結鉱粉を含まない造粒物よりもシュート５４への付着量が少なくなった。さらに、焼結鉱粉の含有割合を２５質量％にすることで、焼結鉱粉の含有割合が１０質量％の造粒物よりもシュート５４への付着量が少なくなった。

しかしながら、ドラム式造粒機は、インテンシブミキサーよりも撹拌能力が低いのでインテンシブミキサーほど脱水ケーキを解砕できない。このため、ドラム式造粒機を用いて製造された造粒物には、インテンシブミキサーで製造された造粒物よりも中央に水分を多く含む脆弱部を有する造粒物が多く製造され、これにより、シュート５４への付着量が多くなったと考えられる。

次に、インテンシブミキサーの撹拌羽根の回転数および回転時間と、付着量との関係を確認した結果について説明する。表１に示したスラジを脱水して水分含有量が２５質量％とした脱水ケーキと、水分含有量５質量％のダストと、水分含有量が１．５質量％の焼結鉱粉と、質量比で１２：３：５（スラジ：６０質量％、ダスト：１５質量％、焼結鉱粉：２５質量％）になるようにインテンシブミキサーに投入し、回転数、回転時間を変えて造粒物を製造した。このようにして製造した造粒物の付着性を、図４に示した付着性評価装置５０を用いて評価した。本試験においても付着量は、同じ試験を４回行い、その合計量で評価した。

図６は、付着量の評価結果を示すグラフである。図６において、横軸は撹拌羽根の回転時間（ｓｅｃ）すなわち造粒時間であり、縦軸はシュート５４への付着量（ｇ）を示す。丸プロットは撹拌羽根の先端部の周速を２．３ｍ／ｓｅｃとして製造した造粒物の結果を示す。菱形プロットは撹拌羽根の先端部の周速を４．７ｍ／ｓｅｃとして製造した造粒物の結果を示す。三角プロットは撹拌羽根の先端部の周速を６．３ｍ／ｓｅｃとして製造した造粒物の結果を示す。

図６に示すように、撹拌羽根の先端部の周速に関わらず、撹拌羽根の回転時間を長くすることでシュート５４への付着量が少なくなる傾向が見られた。撹拌羽根の先端部の周速を速めることでシュート５４への付着量が少なくなる傾向が見られた。これらの結果から、撹拌羽根の回転時間を長くしたり、周速を速めることで解砕される脱水ケーキの量が増え、これにより、中央に水分を多く含む脆弱部を有する造粒物が減って焼結鉱粉にダストおよびスラジが付着した造粒粒子が増えたことでシュート５４への付着量が低減したと考えられる。撹拌羽根の周速が６．３ｍ／ｓｅｃの条件で比較すると、回転時間（造粒時間）は、３０ｓｅｃ以上であることが好ましいことがわかる。一方、造粒時間が長くなると撹拌機の処理能力が下がる。このため、処理能力を考慮すると、回転時間（造粒時間）は１８０ｓｅｃ以下であることが好ましい。回転時間が十分と考えられる６０ｓｅｃでの結果によれば、撹拌羽根の周速は４．７ｍ／ｓｅｃ以上であることが好ましい。

１０ 造粒物
１２ 空隙
２０ 造粒物
２２ 造粒粒子
２４ 焼結鉱粉
２８ スラジ
３０ 撹拌機
３２ 円筒容器
３４ 撹拌羽根
３６ 堰
３８ 円筒
４０ 底板
４２ 回転軸
４４ 撹拌板
５０ 付着性評価装置
５２ ベルトコンベア
５４ シュート
５６ 矢印

Claims (5)

1. スラジを脱水して脱水ケーキとする脱水工程と、
   前記脱水ケーキと、焼結鉱粉とを、前記焼結鉱粉の含有割合が５０質量％以上となるように混合し、撹拌羽根つきの撹拌機で撹拌して造粒する造粒工程と、
   を有する、造粒物の製造方法。
2. 前記造粒工程では、さらにダストを混合する、請求項１に記載の造粒物の製造方法。
3. 前記脱水ケーキの水分含有量が２０質量％以上３０質量％未満である、請求項１または請求項２に記載の造粒物の製造方法。
4. 前記攪拌を６０ｓｅｃ以上行う、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の造粒物の製造方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の造粒物の製造方法で製造された造粒物と、鉄含有原料と、ＣａＯ含有原料と、凝結材と、を配合して焼結原料にする配合工程と、
   前記焼結原料に水を添加して造粒する造粒工程と、
   造粒された前記焼結原料を焼結機で焼結して焼結鉱とする焼結工程と、
   を有する、焼結鉱の製造方法。

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