本发明涉及对烧结原料造粒后使用dl式烧结机等制造的、作为高炉原料的烧结矿的制造方法。
背景技术：
烧结矿可以这样制造：向多种品牌的粉状铁矿石(通常被称为125～1000μm左右的烧结原料(sinterfeed))中，分别适量配合辅助原料(石灰石、石英岩、蛇纹石等)、杂原料粉(粉尘、氧化皮(scale)、返矿等)、以及粉状焦炭等固体燃料，向由此得到的烧结配合原料中添加水分并进行混合-造粒，将所得的造粒原料装入烧结机并进行烧成。通常，上述烧结配合原料通过含有水分而在造粒时彼此聚集从而形成准粒子(quasi-particles)。另外，当将这种形成了准粒子的烧结用造粒原料装入了烧结机的烧结台车(pallet)上之时，其发挥确保烧结原料装入层的良好的通气的作用，使得烧结反应平稳地进行。
然而，近年来，烧结用粉状铁矿石随着高品质铁矿石的枯竭而品级日益降低。即，铁矿石的低品级化导致炉渣成分增加、微粉化的趋势，因此，由氧化铝含量的增大、微粉比率的增大而导致造粒性降低。另一方面，作为在高炉中使用的烧结矿，从通过高炉制造铁液的制造成本的降低、co2产生量的降低这样的观点考虑，需要低炉渣比、高被还原性、高强度的烧结矿。
在围绕烧结用粉状铁矿石的上述这样的环境之中，最近提出了下述技术，所述技术用于使用被称为球团原料(pelletfeed)的、在球团矿用途中使用的难造粒性的微粉状铁矿石来制造高品质的烧结矿。例如，这样的现有的技术之一包括hybridpelletizedsinter法(混合球团烧结法，以下，称为“hps法”)。这种技术为下述这样的技术：使用鼓式混合机和造粒机，对包含大量球团原料那样的微粉状铁矿石的烧结配合原料进行造粒，由此，制造低炉渣比·高被还原性的烧结矿(专利文献1、专利文献2、专利文献3、专利文献4、专利文献5)。
此外，还提出了下述方案：在烧结原料粉造粒工序之前，通过高速旋转混合机进行调湿混合的方法(专利文献6)；在造粒工序之前，通过搅拌混合机将微粉状铁矿石与制铁粉尘预先混合的方法(专利文献7)；通过eirich混合机将微粉(球团原料)预先混合处理，然后通过鼓式混合机造粒的方法(专利文献8)；在将包含60重量％以上的粒径为250μm以下的粒子的铁矿石原料混炼后，通过鼓式混合机造粒的方法(专利文献9)；等等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公平2-4658号公报
专利文献2：日本特公平6-21297号公报
专利文献3：日本特公平6-21298号公报
专利文献4：日本特公平6-21299号公报
专利文献5：日本特公平6-60358号公报
专利文献6：日本特开昭60-52534号公报
专利文献7：日本特开平1-312036号公报
专利文献8：日本特开平7-331342号公报
专利文献9：日本特开2001-247020号公报
技术实现要素：
发明要解决的课题
然而，对于球团原料等微粉状铁矿石、特别是对于包含大量超微粉状铁矿石的烧结配合原料而言，在将它们使用如上述专利文献1～5中记载那样的hps法进行造粒、或使用如上述专利文献6～9中记载那样的高速搅拌机等预先进行混合处理的方法中，存在下述这样的问题。
即，如图1所示，在这些方法中，不仅会生成细粒(小于0.5mm)，还会生成许多粗大(大于10mm)的准粒子。这是由于，对于球团原料那样的微粉状铁矿石而言，当润湿性相同时，越是细粒比表面积越大，因此易于吸收水分，并且易于在粉体间保持许多水分，因此，各个微粉状铁矿石变得易于优先吸收水分。其结果，易于生成微粉彼此仅仅简单聚集而形成的粒子、在核粒子的周围附着有微粉的形态的、粒径不一致的粗大的准粒子。此外，在上述这些方法中，还存在下述这样的问题：粉体附着的问题；微粉、水分的均匀分散不良，并且设备产能利用率降低。
上述方面也可以通过本申请的发明人所进行的下述实验而明确。首先，在该实验中，使用含有球团原料等难造粒性的微粉状铁矿石(钒含量：40质量％)的配合原料进行造粒，此时，对生成的造粒粒子(准粒子)的粒度分布和球团原料的粒度分布进行计测。将其结果示于图2。首先，如图2(a)所示，与不含球团原料的情况相比，在烧结配合原料中含有大量球团原料情况中，成为粗粒(大于8mm)的比例变高。其重量比例达到75质量％左右。另外，造粒而得的准粒子中的球团原料的粒度分布(图2(b))显示出与造粒粒子的粒度分布(图2(a))相同的趋势。即，了解到对于粗粒中的球团原料而言，其比例高达80质量％左右，几乎所有的球团原料局部存在于该粗粒中。由此可知，所谓粗大的准粒子，是球团原料彼此聚集在一起而形成的。另外，还了解到归属于粗粒区域的上述准粒子的水分量也高(图2(b))。由此可知，球团原料优先吸收水分，因此，球团原料彼此聚集在一起从而形成粗大的准粒子，其结果，粗大的准粒子中将吸收许多水分。
对于上述这样的球团原料等包含许多微粉状铁矿石的配合原料而言，若将其造粒，则粒径无论如何也不能一致，并且微粉彼此仅仅简单地聚集，从而变得易于生成结合强度弱的粗大的准粒子。因此，若将如上所述的准粒子装入烧结机的烧结台车上并将其堆积，则如图3(a)所示，烧结原料装入层形成致密的堆积结构，体积密度变大。并且，若将上述这样的粗大的准粒子以一定的层厚堆积在烧结机的烧结台车上，则当对该准粒子施加载荷(压缩力)时其容易破裂，因此，发生粉化从而导致孔隙率降低、进而导致通气性劣化，成为阻碍烧结机操作的主要因素。作为其结果，烧结时间可能变长、导致烧结矿的成品率降低，从而生产率降低。此外，将不得不增加造粒中使用的粘结剂即生石灰的使用量，导致烧结矿制造成本增大，在后续工序中，当被覆粉状焦炭等固体燃料时，导致对于烧结原料整体而言，粉状焦炭等存在状态不均匀。其结果，导致燃烧、着热不良从而使烧成速度降低。
本发明的目的在于，提出一种烧结矿的制造方法，其中，在将微粉状铁矿石用作烧结矿制造用配合原料时，能够造出适当的准粒子，从而提高烧结机中生产率。
用于解决课题的手段
本申请的发明人对前述现有技术所具有的课题反复进行了深入研究，结果发现，通过对具有规定量的规定粒度的微粉的烧结原料进行基于高速搅拌装置的事先处理，由此，在这之后的造粒时，能够抑制粒径不一致且结合强度弱的粗大造粒粒子(准粒子)的发生，能够造出适当的准粒子，从而提高烧结机中的生产率，由此开发出了本发明。
即，本发明为烧结矿的制造方法，其特征在于，所述烧结矿的制造方法为在将烧结原料造粒后通过烧结机烧结从而得到烧结矿的方法，其中，通过高速搅拌装置对包含10～50质量％的125μm以下的微粉状铁矿石的烧结原料进行事先处理，然后，通过造粒装置进行造粒。
需要说明的是，在以上述方式构成的本发明涉及的烧结矿的制造方法中，可考虑以下解决手段作为优选的解决手段。
(1)当相对于上述高速搅拌装置的叶片的圆周速度u(m/秒)而将利用上述高速搅拌装置的搅拌时间设为t(秒)时，以满足300<u×t<2000的条件的方式进行事先处理；
(2)当相对于上述高速搅拌装置的叶片的圆周速度u(m/秒)而将利用上述高速搅拌装置的搅拌时间设为t(秒)时，以满足400<u×t<1200的条件的方式进行事先处理；
(3)上述造粒装置为鼓式混合机及/或圆盘造粒机；
(4)在上述造粒装置的造粒中，对经处理的原料被覆石灰石，向该造粒的粒子的表面被覆固体系燃料；
(5)上述烧结原料中的至少1种以上包含结晶水矿石，并且结晶水的含量为4质量％以上；
(6)在上述125μm以下的微粉状铁矿石中包含5质量％以上的石灰石；
(7)在通过上述高速搅拌机处理的烧结原料中，除了被覆的石灰石以外，添加3质量％以下的熟石灰或生石灰；
(8)在上述高速搅拌机中使用的烧结原料之中，当微粉状铁矿石的比例为30质量％以上时，对原料进行干燥处理。
发明效果
本发明提出了下述这样的烧结用造粒原料的制造方法，所述烧结用造粒原料包含微粉状铁矿石与细粒牢固地聚集而形成的聚集体、或者在核粒子的周围附着有微粉状铁矿石等的构造的、粒径比较一致并且粒度分布小的准粒子。对于通过这种方法所得到的烧结用造粒原料而言，当将其装入烧结机的烧结台车上时，能够降低在烧结台车上形成的烧结原料装入层的密度、随着通气性的提高而能够缩短烧成时间，进而对提高高品质烧结矿的生产率而言是有效的。
附图说明
[图1]为微粉状铁矿石配合的有无中的准粒子的粒度分布的比较图表。
[图2]为按照准(造粒)粒子的粒径示出球团原料的分布和水分的分散状况的图表。
[图3]为现有的造粒粒子堆积层(a)与本发明的造粒粒子堆积层(b)的比较图。
[图4]为用于说明用以实施本发明的烧结矿的制造方法的设备线的一个例子的图。
[图5]为用于说明用以调查造粒前的事先处理的影响而使用的设备线的图。
[图6]为示出调和平均粒径与追加混合时间之间的关系的图表。
[图7]为示出粒度分布函数与追加混合时间之间的关系的图表。
[图8]为示出相对通过风量与追加混合时间之间的关系的图表。
[图9]为下述这样的图表，其示出了将圆周速度u固定于u＝9m/秒的条件，在t＝0～240秒的范围内改变搅拌时间t时，生产率与(u×t)之间的关系。
[图10]为下述这样的图表，其示出了将搅拌时间t固定于t＝120秒的条件，在u＝0～18m/秒的范围内改变圆周速度u时，生产率与(u×t)之间的关系。
[图11]为下述这样的图表，其示出了将圆周速度u固定于u＝9m/秒的条件，在t＝0～240秒的范围内改变搅拌时间t时，生产率与(u×t)之间的关系。
[图12]为下述这样的图表，其示出了(u×t)与生产率之间的关系在u<8m/秒和u≥8m/秒的情况下的分散状态。
具体实施方式
<关于本发明的特征事项即造粒前的事先处理＞
图4为用于说明用以实施本发明的烧结矿的制造方法的设备线的一个例子的图。参照图4对本发明的烧结矿的制造方法进行说明，首先，准备包含10～50质量％的125μm以下的微粉状铁矿石的烧结原料11。除了上述10～50质量％的125μm以下的球团原料、作为尾矿的微粉状铁矿石、余部为作为烧结原料(sinterfeed)的粉状铁矿石以外，烧结原料11还优选包含返矿、石英岩、石灰、生石灰等其他原料。需要说明的是，在本发明中，作为烧结原料11，之所以限定为包含10～50质量％的125μm以下的微粉状铁矿石，理由如下。
即，上述微粉状铁矿石的发明范围是由于产生粒径不一致且结合强度弱的粗大粒子而设定的，当小于10％时，得不到结合强度弱的准粒子等，而当大于50％时，存在会产生结合强度同样弱的粗大粒子的问题，但实质上无需配合超过50质量％的125μm以下的微粉状铁矿石，将上限设为50％。将粒径设为125μm以下的理由如下：当粒径为125μm以下时，表示添加有水分的粉体填充层中的粒子层彼此的粘接性的附着力增加，从而显示出造粒性大大不同的行为，因此，将125μm设为粒度的极限。
接下来，通过高速搅拌机12实施所准备的烧结原料11的事先处理。高速搅拌机12的目的在于，为了抑制粗大的造粒粒子的生成，而在造粒前将微粉的聚集体(其成为粗大的造粒粒子之种(nuclear))破碎。为了高效的将微粉的聚集体破碎，有效的是微观地对聚集体自身施加剪切力，从而直接将微粉剥离。作为高速搅拌机12的一个例子，例如，能够使用eirich混合机(日本eirich制)、perretgaia混合机(北川铁工制)、proshare混合机(太平洋机工)等。其中，eirich混合机已知为“高速搅拌造粒”机，是兼具由液体交联引起的粒子的聚集、伴随着生长的造粒功能的设备。
接下来，在水分添加下，通过鼓式混合机13对通过高速搅拌机12进行了事先处理的烧结原料11进行搅拌混合，从而造粒。造粒后的烧结原料11供给至烧结机14，在烧结机14中形成烧结矿。然后，将烧结矿与焦炭、石灰石等一同作为高炉原料供给至高炉15，从而制备铁液。
为了对作为本发明的特征的、造粒前的事先处理的影响进行调查，如图5所示，利用高速搅拌混合机(eirich混合机)和鼓式混合机，对包含30质量％的125μm的微粉状铁矿石的相同烧结原料实施造粒前的事先处理。在0～160秒的范围内改变利用各个混合机的混合时间，在事先处理后，通过鼓式混合机进行160秒造粒，对所得的烧结原料求出粒度分布，在此基础上，求出由以下式定义的is、ip，将各自的调和平均粒径dp(mm)、粒度分布函数isp、以及烧结前填充层的相对通过风量示于图6、图7及图8。需要说明的是，在任意例子中，将利用鼓式混合机的事先处理为0秒的例子作为现有例。通过高速搅拌混合机的使用，调和平均粒径增加，得到了基于粒度分布函数isp的粒度分布变得尖锐的效果。对于相对通过风量而言，也得到的增加效果。这里，相对通过风量的值越大，越能够增大以一定负压进行操作的烧结机中的气体量，生产率变高。
dp＝1/σ(wi/di)
isp＝100√(is×ip)
is＝dp2σwi(1/di-1/dp)2
ip＝(1/dp)2σwi(di-dp)2
其中，
dp：调和平均粒径(mm)
wi：区间内的重量存在率(-)
di：区间的代表的平均直径(mm)
isp：粒度分布函数
is：细粒中的粒度分布函数(-)
ip：粗粒中的粒度分布函数(-)
由图6、图7及图8的结果可知，与未进行事先处理的现有例及通过鼓式混合机实施造粒前的事先处理的比较例相比，通过高速搅拌混合机实施了造粒前的事先处理的本发明例中，能够得到高调和平均粒径(图6)、低粒度分布函数(图7)及高的烧结前填充层的相对通过风量(图8)，可得到良好性状的烧结原料。
<关于高速搅拌机的优选的操作条件＞
为了对本发明的烧结矿的制造方法中的高速搅拌机的优选的操作条件进行调查，对包含30质量％的125μm的微粉状铁矿石的相同烧结原料，关注高速搅拌机的高速旋转的叶片的圆周速度u(m/秒)与搅拌时间t(秒)之间的关系。另外，针对下述例子，在造粒后，求出通过烧结机烧结而得到的烧结矿的生产率，并且通过(u×t)分类：将圆周速度u固定于u＝9m/秒的条件下，在t＝0～240秒的范围内改变搅拌时间t的例子；将搅拌时间t固定于t＝120秒的条件下，在u＝0～18m/秒的范围内改变圆周速度u的例子；将圆周速度u固定于u＝6m/秒的条件下，在0～240秒的范围内改变搅拌时间的例子。
这里，作为能够阻止粒径不一致且结合强度弱的粗大造粒粒子(准粒子)的产生、能够造出适当的准粒子的条件，着眼于圆周速度u乘以搅拌时间t而得到的u×t。作为u×t的量纲，其具有下述物理量，所述物理量具有长度“m”的量纲，可认为是由高速旋转的叶片产生的移动距离，因此认为，能够借助不同的圆周速度及搅拌时间来分类。在高速搅拌机中，由于是从上部投入的原料向下部流出的构造，因此，当装置内的原料占有率一定的情况下，当投入速度改变时，搅拌时间发生变化。此时了解到，通过在适当范围内确定u×t，能够制造品质稳定的烧结矿。
将圆周速度u固定于u＝9m/秒的条件下并在t＝0～240秒的范围内改变搅拌时间t时的、生产率(t/小时/m2)与(u×t)之间的关系示于图9及以下表1，将搅拌时间t固定于t＝120秒的条件下并在u＝0～18m/秒的范围内改变圆周速度u时的、生产率(t/小时/m2)与(u×t)之间的关系示于图10及以下表2，将圆周速度u固定于u＝6m/秒的条件下并在t＝0～240秒的范围内改变搅拌时间t时的、生产率(t/小时/m2)与(u×t)之间的关系示于图11及以下表3。
表1
表2
表3
由图9～图11(基于表1～表3的数据)的结果，针对u<8m/秒与u≥8m/秒这2个条件，求出(u×t)与生产率之间的关系，以散布图的形式示于图12。由图12的结果可知，在任意的例子中，优选以u×t满足300<u×t<2000的条件的方式通过高速搅拌机进行事先处理，进一步优选以u×t满足400<u×t<1200的条件的方式通过高速搅拌机进行事先处理。在任意例子中，由于u×t的优选范围几乎相同，因此可知，对于高速搅拌机的圆周速度及搅拌时间的各种例子而言，可将上述u×t的范围作为优选例而一般化。
另外，由图9的结果可知，在通过高速搅拌装置进行的烧结原料的事先处理中，当将高速搅拌装置的高速旋转的叶片的圆周速度u设为9(m/秒)时，优选将高速搅拌装置的搅拌时间设为30秒以上。此外，由图10的结果可知，当将高速搅拌装置的搅拌时间设为120秒时，优选将高速搅拌装置的高速旋转的叶片的圆周速度u(m/秒)设为6≤u≤12。此外，由图11的结果可知，在通过高速搅拌装置进行的烧结原料的事先处理中，当将高速搅拌装置的高速旋转的叶片的圆周速度u设为6(m/秒)时，优选将高速搅拌装置的搅拌时间设为60秒以上。
<关于其他优选的操作条件＞
在本发明的烧结矿的制造方法中，除了上述实施例中的作为造粒装置的鼓式混合机以外，也能够单独使用圆盘造粒机、或将其与鼓式混合机并用。
另外，在造粒装置的造粒中，优选的是，对经处理的原料被覆石灰石、在该造粒粒子的表面被覆固体系燃料、即优选进行所谓的外部涂装。之所以进行外部涂装是优选的，是由于通过将石灰石外部涂装从而在表面生成强度高的铁酸钙，并且抑制固体系燃料由于其疏水性而附着于表面从而对造粒性产生不良影响，由此使造粒粒径增加从而提高生产率。
此外，作为烧结原料，优选使用至少1种以上的烧结原料包含结晶水矿石，并且结晶水的含量为4质量％以上的烧结原料。之所以将结晶水的含量设为4质量％以上是优选的，是由于结晶水高的矿石的比表面积高，能够提高粉矿石的造粒性。此外，进一步优选的是，在125μm以下的微粉状铁矿石中包含5质量％以上的石灰石。之所以包含5质量％以上的石灰石是优选的，是由于通过包含微细的石灰石，能够提高微粉矿石与石灰石之间的混合性，能够促进烧结反应。
另外，优选的是，在通过高速搅拌机处理的烧结原料中，除了被覆的石灰石以外，还添加3质量％以下的熟石灰或生石灰。之所以添加3质量％以下的熟石灰或生石灰是优选的，是由于熟石灰或生石灰的添加能够提高造粒粒子的压碎强度从而提高烧结原料填充层中的通气性。此外，优选的是，在上述高速搅拌机中使用的烧结原料中，当微粉状铁矿石的比例为30质量％以上时，对烧结原料进行干燥处理。之所以当30质量％以上时进行干燥处理，是由于在烧结过程中，水分需要用于蒸发的潜热，通过事先进行干燥，能够减少所需的粉状焦炭等碳材。
产业上的可利用性
通过本发明的烧结矿的制造方法，能够使用各种烧结机以高生产率制造高品级的烧结矿，通过将本发明中得到的烧结矿用作高炉原料，能够进行高生产率的高炉操作。