TWI849926B - 燒結用造粒原料的製造方法及燒結礦的製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明藉由對考慮到發生變動（微粉化等）的鐵礦石的性狀的攪拌條件（攪拌的能量）的優化進行研究而確立更先進的燒結用造粒原料的製造技術，並提出一種用於藉由使用如下造粒原料，即藉由採用該技術而獲得的造粒原料來提高燒結礦的製造性的方法。一種燒結用造粒原料的製造方法及使用其的燒結礦的製造方法，所述燒結用造粒原料的製造方法的特徵在於，於將燒結調配原料高速攪拌後進行造粒來製造燒結用造粒原料時，藉由燒結調配原料中的含鐵原料的粒度分佈來調整高速攪拌時的攪拌動力。

Description

燒結用造粒原料的製造方法及燒結礦的製造方法

本發明是有關於一種DL式燒結機等中所使用的燒結用造粒原料的製造方法與使用其的燒結礦的製造方法。

燒結礦是藉由在燒結調配原料中添加水分並進行混合-造粒，將所得的造粒原料裝入燒結機中進行煆燒而製造，所述燒結調配原料是在多個品項的粉鐵礦石（通常125~1000 μm左右的稱作燒結料（sinter feed）的物質）中調配各為適量的石灰石或矽石、蛇紋石等副原料粉；粉塵、鏽皮、返礦等雜原料粉；及粉焦等固體燃料而成。

燒結調配原料通常因包含水分而於造粒時相互凝聚並形成準粒子（pseudoparticle）。而且，已知有：該經準粒子化的燒結用造粒原料於裝入至德懷特-勞埃德（Dwight Lloyd，DL）燒結機的托板（pallet）上時，發揮確保燒結原料裝入層的良好的通氣的作用，使燒結反應順利地進行。於該燒結反應時，被加熱的造粒原料粒子的水分蒸發，下風的造粒原料粒子成為高水分，形成強度降低的區域（濕潤帶）。而且，該濕潤帶中，所述造粒原料的粒子容易被壓潰，阻礙原料填充層中的流動，從而使通氣性惡化。

另一方面，近年來，正在進行鐵礦石的微粉化，已知有使用微粉鐵礦石製造的造粒粒子的強度小。特別是，當於微粉鐵礦石中加入水時，強度大幅降低，導致通氣性降低。另外，微粉鐵礦石於燒結用造粒原料的製造中有時亦難以造粒。於圍繞著燒結用鐵礦石粉的此種環境中，最近提出了如下技術：用於使用包含大量微粉且具難造粒性的鐵礦石來製造高品質燒結礦的技術。

例如，所述先前技術之一有如專利文獻1中所記載般的混合造粒燒結（Hybrid Pelletized Sinter，HPS）法。該技術欲藉由使用圓筒混合器與造粒機而將鐵分高的微粉鐵礦石造粒來製造低爐渣比、高被還原性的燒結礦。然而，該技術中，於大量造粒微粉鐵礦石時，需要設置多個造粒機，存在製造成本增大的課題。

其次，提出了如下方法：於燒結調配原料粉的造粒步驟之前，用高速旋轉混合器對包含微粉鐵礦石的原料進行預處理或造粒的方法。即，作為該方法，提出了於造粒步驟之前，用攪拌混合機將微粉鐵礦石與煉鐵粉塵預先混合，緊接著用該攪拌混合機進行造粒的方法；或用攪拌機將以微粉為主體的燒結原料攪拌後，用造粒機進行造粒的方法（專利文獻2~3）。然而，該些方法中，造粒粒子為微粉原料主體，與使用較造粒粒子而言強度高的核粒子（鐵礦石）的情況相比，存在造粒粒子的強度降低的課題。

其次，亦提出了利用艾氏混合器（Eirich mixer）將調配有微粉與燒結料的燒結原料預先混合處理，之後利用圓筒混合器進行造粒的方法（專利文獻4～6）。然而，該些方法中，於微粉比例增加時，附著粉層變得過量，造粒粒子的燃燒性有可能惡化。另外，亦存在因核粒子不足而造粒性惡化，於造粒不完全的狀態下進行煆燒等課題。

其次，提出了對包含微粉且包含大量結晶水的難造粒性礦石進行處理的技術（專利文獻7～9）。然而，該些先前技術中，存在如下問題：因於燒結中大量水分自高結晶礦石蒸發，而難以防止濕潤帶中的壓損上升。而且，該些方法中，於使用大量造粒粒子的強度容易降低的微粉鐵礦石的情況下，亦存在濕潤帶中的壓損容易進一步上升的課題。

進而，關於使用微粉時的高速攪拌的使用方法，提出了考慮到攪拌條件或裝置尺寸及核礦石等礦石性狀的造粒方法（專利文獻10、11）。然而，實際情況是該些文獻中所揭示的提案尚未提出對結合礦石性狀的攪拌條件的研究。 [現有技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開昭62-37325號公報 專利文獻2：日本專利特開平1-312036號公報 專利文獻3：日本專利特開2007-247020號公報 專利文獻4：日本專利特開平11-061282號公報 專利文獻5：日本專利特開平7-331342號公報 專利文獻6：日本專利特開平7-48634號公報 專利文獻7：日本專利特開2005-194616號公報 專利文獻8：日本專利特開2006-63350號公報 專利文獻9：日本專利特開2003-129139號公報 專利文獻10：國際公開第2017/094255號 專利文獻11：國際公開第2017/150428號

[發明所欲解決之課題]

因此，本發明中，為了確立可克服所述先前技術所存在的課題的技術，藉由特別是對考慮到天天發生變動（微粉化等）的鐵礦石的性狀的攪拌條件（攪拌的能量）的優化進行研究而確立更先進的燒結用造粒原料的製造技術，並提出一種用於藉由使用如下造粒原料，即藉由採用該技術而獲得的造粒原料來提高燒結礦的製造性的方法。 [解決課題之手段]

對所述先前技術所存在的課題進行努力研究的過程中，發明者等人著眼於鐵礦石的性狀、特別是微粉部分的附著性而反覆研究。其結果，於所述微粉的附著性差的鐵礦石的情況下，藉由多進行攪拌或不進行攪拌處理，可最大限度地發揮高速攪拌的作用效果。另一方面，於附著性低的鐵礦石的情況下，注意到有效的是藉由賦予低的攪拌能量而發揮高度攪拌的效果。此處，攪拌能量並非可藉由葉片的圓周速度或葉片的長度來推測，而會因與原料的黏著性相關的水分、礦物種或原料於哪個高度的哪個位置碰到葉片等機械性條件而改變，難以推測。

特別是可知，藉由著眼於考慮到鐵礦石自身的粒度分佈的指數：即粒度分佈指數（Size Distribution Index，SDI），能夠對先前技術所存在的課題進行控制。因此，藉由該指數（SDI）來決定攪拌燒結調配原料時的賦予能量，從而實現燒結用造粒原料及燒結礦的生產性的最大化。

即，本發明提出一種燒結用造粒原料的製造方法，其特徵在於，於將燒結調配原料高速攪拌後進行造粒來製造燒結用造粒原料時，藉由燒結調配原料中的含鐵原料的粒度分佈來調整所述高速攪拌時的攪拌動力。

另外，本發明提出一種燒結礦的製造方法，其特徵在於，將基於所述燒結用造粒原料的製造方法而製造的燒結用造粒原料裝入至燒結機中進行燒結。

再者，於本發明中，認為如下的採用是更佳的實施方式。 （1）於高速攪拌所述燒結調配原料時，基於下述式(1)的粒度分佈指數（SDI）來進行攪拌動力的調整， ···(1) 其中， 含鐵原料中粒徑為500 μm以下的粒子的比例：W _io500（質量%） 含鐵原料中粒徑為15 μm-500 μm的粒子的比例：W _fL（質量%） 含鐵原料中粒徑小於15 μm的粒子的比例：W _fS（質量%） 含鐵原料中粒徑為15 μm-500 μm的粒子的平均粒徑：d _L（mm） 含鐵原料中粒徑小於15 μm的粒子的平均粒徑：d _S（mm）。 （2）於高速攪拌所述燒結調配原料時，使用所述式(1)所表示的粒度分佈指數（SDI）滿足SDI＞7的關係的燒結調配原料； （3）於高速攪拌所述燒結調配原料時，以滿足下述式(2)的攪拌動力進行高速攪拌， 0.172×{1+(1.12SDI-8.95)}×Q＞0  ···(2) 其中，Q（kWh/t）為負載時與無負載時之間的攪拌葉片的轉子的消耗電力（kWh）的差除以實施高速攪拌的燒結調配原料的重量（t）而得者（負載時：有燒結調配原料；無負載時：無燒結調配原料的空運轉時）。 [發明的效果]

本發明中，藉由可適當地進行作為先於造粒的處理的高速攪拌，而可使其進一步接近完全的混合狀態，能夠改善所謂的高速攪拌後的造粒性。而且，藉此，能夠實現燒結礦的增產。

首先，為了提高作為先於造粒的處理的高速攪拌時的作用效果，本發明者等人對附著粉層的物性進行研究。其結果，查明了如下情況，即於附著粉的附著性差的情況下，已相互附著的物質反而會因高速攪拌而剝落，之後的造粒處理需要更多的時間；另一方面，於附著性高的附著粉的情況下，若為完全混合狀態，則附著性高，雖然有助於促進造粒，但於未混合的情況下，粒度分佈未達到最佳化，造粒時粒徑難以生長的情況，從而開發了本發明。

以下說明為了確認本發明的效果而進行的實施例。基於該實施例的研究中，首先，將包含含鐵原料的燒結調配原料高速攪拌，緊接著利用圓筒混合器進行造粒而製成燒結用造粒原料，之後使用該造粒原料並藉由DL燒結機進行燒結，並對作為其結果的燒結礦生產率的提高效果進行研究。

表1中示出此時的原料配方。該試驗中，關於含鐵原料，針對燒結料、作為濃縮物（精礦）的礦石C、作為顆粒料的礦石D這三種品牌，使調配率變化後使用。實施基礎配方及增添作為微粉精礦的礦石C、礦石D的試驗，並進行將各微粉精礦調配至15質量%的水準的試驗。礦石D由於為顆粒料，因此與礦石C相比，非常細，能夠對細粒的影響進行評價。再者，此處，作為微粉的含鐵原料，使用顆粒料（礦石D），但亦可使用與顆粒料（礦石D）同樣地包含粒徑小於15 μm的粒子的煉鐵步驟中產生的粉塵。

表1

樣品No.	實例1	實例2	實例3	實例4
燒結料	78.0	73.4	65.0	65.0
精礦：礦石C	0.0	5.3	13.4	0.0
顆粒料：礦石D	0.0	0.0	0.0	13.4
白雲石	7.6	6.8	7.1	6.9
氧化皮	1.9	2.2	2.2	2.2
石灰石	11.5	11.1	10.6	10.9
生石灰	1.0	1.1	1.1	1.1
合計	100.0	100.0	100.0	100.0
煤屑	4.5	4.4	4.4	4.4

該試驗中，為了評價高速攪拌機的性能而對相對於高速攪拌機內的滯留時間（攪拌時間）而言的造粒粒徑的變化進行了調查。再者，該攪拌機是以連續作業的方式使用，因此滯留時間：T（sec）如下述式(3)所示，由投入原料量M _f（t/sec）及裝載量M _in（t）的比決定。 ···(3)

另外，為了評價應攪拌的原料所耗費的攪拌能量而對高速攪拌機所附帶的攪拌葉片的轉子的消耗電力進行了測定。作為原料所耗費的電力，藉由在各條件下放入時的電力減去未放入原料時（空轉時）的值而求出，並根據電力與所述式(3)的滯留時間來計算消耗電量。該消耗電量除以裝載量而得的值為對每單位原料施加的消耗電量，將其定義為每單位原料的攪拌能量。

圖1表示礦石C、礦石D的造粒粒徑與實機攪拌機中的每單位原料的攪拌能量的關係。如該圖所示，於無微粉精礦的情況下，藉由攪拌能量增加而造粒粒徑變大。另外，於作為精礦（濃縮物）的礦石C為5.3質量%的情況下，藉由高速攪拌法而造粒粒徑稍微增加，但於大量加入至13.4質量%的情況下，造粒粒徑反而降低。另一方面，於將作為顆粒料的礦石D大量加入至13.4質量%的情況下，藉由高速攪拌法而造粒粒徑大幅增加。

於圖2中示出利用實機的試驗中混合微粉性精礦時的造粒粒徑與燒結生產性的關係。如該圖所示，可知，無論增加礦石C、礦石D中的哪一微粉，與調配5.3質量%的作為基礎條件（先前方法）的礦石C進行造粒的情況相比，於先前法及高速攪拌法這兩者中，造粒粒徑均變小，燒結生產率均降低。另一方面，當著眼於基於高速攪拌的預處理的效果時，將調配5.3質量%的礦石C的情況與先前法相比，藉由高速攪拌，燒結生產率自1.01 t/h/m ²增加0.03 t/h/m ²而成為1.04 t/h/m ²，於礦石C為13.4質量%的情況下，由高速攪拌所帶來的影響小。另一方面，於添加作為顆粒料的礦石D的情況下，藉由高速攪拌法，與不進行攪拌的情況相比，生產率自0.92 t/h/m ²增加0.07 t/h/m ²而成為0.99 t/h/m ²

根據以上的實施結果，認為於在實機燒結製程中使用細粒的微粉精礦的情況下，不可避免是燒結生產性隨著造粒粒徑的降低而降低，但根據所述結果而可知，藉由導入依據本發明的高速攪拌法，可抑制造粒粒徑的降低，可改善燒結生產性。

其次，為了定量地明確本發明的燒結用造粒原料的製造方法中具特徵性的高速攪拌的效果，而對攪拌能量對造粒粒徑的上升值帶來的影響進行研究。其結果，造粒粒徑的上升值可以說是於相同的微粉精礦種、添加比例的條件下，高速攪拌法中的造粒粒徑減去先前法的造粒粒徑而得的值。因此，首先，對微粉精礦為0質量%的原料中的基於高速攪拌法所得的造粒粒徑的上升值進行評價。即，將微粉精礦為0質量%的條件下的基於高速攪拌法所得的造粒粒徑的上升值設為ΔD（Q）（mm），將攪拌能量設為Q（kWh/t）的函數。然後，當根據圖1而以函數的形式求出Q與ΔD(Q)的關係時，獲得下述式(4)。 ΔD(Q)=0.172Q  ···(4)

進而，為了評價圖2所示的微粉精礦種及添加量對任意條件下的造粒粒徑的上升值ΔD _p（mm）帶來的影響，針對各微粉精礦種，根據式(4)來定義影響係數α時，獲得下述式(5)。 α=(ΔD _p-ΔD(Q))/ΔD(Q)  ···(5)

另外，認為以15 μm為界，該粒度以下的超微粉會提高礦石彼此的附著性，其以上的粒度會使附著性降低（S.Kawachi, S.Kasama：Tetsu-to-Hagane, 94（2008）, 475.）。因此，使用被認為是附著粉的含鐵原料中粒徑為500 μm以下的粒子的比例：W _io500（質量%）及含鐵原料中粒徑為15 μm-500 μm的粒子比例：W _fL（質量%）、小於15 μm的粒子比例：W _fS（質量%）、粒徑為15 μm-500 μm的粒子的平均粒徑：d _L（μm）、粒徑小於15 μm的粒子的平均粒徑：d _S（μm），重新定義粒度分佈指數（Size Distribution Index：SDI）。

此處，粒徑為15 μm-500 μm的粒子的平均粒徑使用15 μm與500 μm的幾何平均即87 μm，對於粒徑小於15 μm的粒子，使用1 μm與15 μm的幾何平均即4 μm。再者，於下述式(6)中，各粒子各自的重量比例除以各自的平均粒徑d _L、d _S的理由在於，反映出被認為對附著性帶來影響的粒子的比表面積的影響。 ···(6)

再者，於本發明中，粒徑是使用依據日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS）Z 8801-1的標稱篩孔的篩子進行篩分而得的粒徑。例如，所謂粒徑為1 mm以下，是指全部通過依據JIS Z 8801-1的標稱篩徑為1 mm的篩子的粒徑，以下亦記為-1 mm。另外，JIS（日本工業標準）Z 8801-1所規定的標稱篩孔的最小值為20 μm，於較其小、例如為15 μm以下的情況下，是指利用依據JIS Z 8825的雷射繞射-散射法或依據JIS Z8820-2的液相重力沈殿法而求出的粒徑為15 μm以下的累計分率為大致100%的粒徑。

其次，使用圖2所示的資料，根據由式(5)的影響係數α與式(6)的粒度分佈指數SDI的關係獲得的解析結果，獲得下述式(7)。將其關係示於圖3中。 α=1.12SDI-8.95 ···(7)

如圖3所示，可知所述粒度分佈指數SDI與影響係數α之間存在明確的正相關。這表明，粒度分佈指數SDI越大，基於高速攪拌法所得的造粒粒徑的上升值ΔD _p越大。根據該些結果而可知，為了藉由高速攪拌來實現造粒粒徑的上升，有效的是增加微粉精礦的小於15 μm的粒子比例，並減低15 μm-500 μm的粒子比例。再者，認為添加小於15 μm的粒子的效果的原因在於，由於該些於高速攪拌時均勻分散於原料粒子間，因此作為其結果，發揮附著性的改善效果。

另一方面，關於15 μm-500 μm的粒子，推測附著性低而無法將粒子彼此連接，反而具有於造粒時阻礙粒子彼此的附著的作用。

其次，當根據所述式(5)及式(7)來求解ΔD _p（造粒粒徑的上升值）時，獲得下式(8)。 ΔD _p=(1+α)·ΔD(Q) =(1+(1.12SDI-8.95))·ΔD(Q)  ···(8)

其次，圖4表示將粒度分佈指數SDI及攪拌能量Q設為參數來計算對造粒粒徑的上升值：ΔD _p帶來的影響而得的結果。根據該圖4而可知，若SDI相同，則對原料施加的攪拌能量（kWh/t）越大，造粒粒徑的上升值ΔD _p越大，另外，若攪拌能量相同，則SDI越大，造粒粒徑的上升值ΔD _p越大。因此，於如調配精礦（濃縮物）時般使附著性降低的15 μm-500 μm的粒子比例增加而SDI變小的情況下，為了獲得相同的粒徑增加效果，需要更大的攪拌能量。相反，於如調配顆粒料時般小於15 μm的粒子比例增加而SDI變大的情況下，藉由施加相對較小的攪拌能量，能夠獲得基於高速攪拌法所得的造粒性改善效果。

根據所述結果而可知，於製造燒結用造粒原料時，於大量使用微粉礦的情況下，重要的是優先大量調配顆粒料來進行高速攪拌，以便保持造粒性。認為該效果的原因在於，藉由對附著粉層的顆粒料進行混合強化而提高填充性，從而提高造粒粒子的附著性。 [產業上之可利用性]

本發明並不限於燒結用造粒原料，亦能夠用作其他的煉鐵用原料的造粒及成塊化的技術。

圖1是表示攪拌能量與造粒粒徑的關係的圖。 圖2是表示造粒粒徑與燒結生產性的關係的圖。 圖3是表示粒度分佈指數與影響係數的關係的圖。 圖4是表示攪拌能量與造粒粒徑的上升值的關係的圖。

Claims (3)

1. 一種燒結用造粒原料的製造方法，其特徵在於，於將燒結調配原料攪拌後進行造粒來製造燒結用造粒原料時，藉由燒結調配原料中的含鐵原料的粒度分佈來調整所述攪拌時的攪拌動力。於攪拌所述燒結調配原料時，基於下述式(1)的粒度分佈指數(SDI)來對攪拌動力進行調整；

   

   其中，含鐵原料中粒徑為500μm以下的粒子的比例：W_1o500，單位為質量%，含鐵原料中粒徑為15μm-500μm的粒子的比例：W_fL，單位為質量%，含鐵原料中粒徑小於15μm的粒子的比例：W_fS，單位為質量%，含鐵原料中粒徑為15μm-500μm的粒子的平均粒徑：d_L，單位為mm，含鐵原料中粒徑小於15μm的粒子的平均粒徑：d_S，單位為mm，於攪拌所述燒結調配原料時，以滿足下述式(2)的攪拌動力進行攪拌； 0.172×{1+(1.12SDI-8.95)}×Q>0…(2)其中，Q(kWh/t)為負載時與無負載時之間的攪拌葉片的轉子的消耗電力(kWh)的差除以實施攪拌的燒結調配原料的重量(t)而得者，負載時：有燒結調配原料；無負載時：無燒結調配原料的空運轉時。
2. 如請求項1所述的燒結用造粒原料的製造方法，其中，於攪拌所述燒結調配原料時，使用所述式(1)所表示的粒度分佈指數(SDI)滿足SDI>7的關係的燒結調配原料。
3. 一種燒結礦的製造方法，其特徵在於，將基於如請求項1所述的燒結用造粒原料的製造方法而製造的燒結用造粒原料裝入燒結機中進行燒結。