微粉原料の造粒方法
【課題】微粉を主体とする焼結原料の造粒に適しており、目標とする粒度分布を備えた造粒物を製造でき、しかもその収率を従来よりも向上できる微粉原料の造粒方法を提供する。
【解決手段】粒径２５０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含む焼結原料１０を、内面１１が平滑なドラムミキサー１２で造粒して造粒物を製造する方法であって、ドラムミキサー１２の静止状態で、ドラムミキサー１２内の底部１３に溜まった焼結原料１０の積層厚みｈ１を３０ｍｍ以下にする。
【解決手段】粒径２５０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含む焼結原料１０を、内面１１が平滑なドラムミキサー１２で造粒して造粒物を製造する方法であって、ドラムミキサー１２の静止状態で、ドラムミキサー１２内の底部１３に溜まった焼結原料１０の積層厚みｈ１を３０ｍｍ以下にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粉を主体とする焼結原料（鉄鉱石原料を主体）の造粒に適し、目標とする粒度分布を備えた造粒物を製造可能な微粉原料の造粒方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉原料用焼結鉱（以下、単に焼結鉱ともいう）は、各種鉄鉱石に、例えば、石灰と石炭を配合した焼結原料を、焼結機に装入しながら積層してその上部に点火した後、積層した焼結原料の下方へ空気を吸引して焼結原料中を通気させ、焼結原料を焼成することで得られる。
従来、この焼成の際に焼結原料中の通気性を良好に保ち、焼結機による焼結鉱の生産性を高く保つ目的で、焼結原料の造粒を事前に行っている。この造粒は、一般的に、円筒状のドラムミキサーを使用し、微粉から粗粒物までの幅広い粒度分布を有する焼結原料を一括して転動させ、核となる粗粒物の周囲に微粉を付着させる方法を用いている。そこで、従来から、このような転動造粒を良好に確保するための操作条件が検討されてきた。
例えば、特許文献１には、ドラムミキサーでの原料の占積率を８〜１８％に保つことで、また特許文献２には、占積率を９％以上、フルード数を１２．８×１０-3以上とすることで、焼結原料の転動状態を良好に確保できることが開示されている。
【０００３】
ここで、占積率とは、ドラムミキサーの断面積に占める焼結原料の面積割合を示した数値である。また、フルード数とは、焼結原料に作用する慣性力と重力の比であり、ドラムミキサーの回転によって原料に与えられる掻き上げ力と、掻き上げられた焼結原料を下方へ導く重力のバランスで、ドラムミキサー内での焼結原料の転動状態が決定されることを表す指標である。なお、ドラムミキサーの直径（内径）をＤ、ドラムミキサーの回転周速をｕ、ドラムミキサーの回転数をＮ、焼結原料の重力加速度をｇとした場合、フルード数Ｆｒは、次式で表される。
Ｆｒ＝ｕ2／Ｄ／ｇ＝Ｄ×Ｎ2／ｇ
また、特許文献１、２には、ドラムミキサーの焼結原料の占積率を正常転動域内に調整することで、焼結原料の転動状態が良好になるのに対し、占積率がこれより小さくなれば（スリップ域）、ドラムミキサーの内面に対して焼結原料がスリップを起こし、一方占積率が大きくなれば（飛び跳ね域）、ドラムミキサー内の焼結原料が飛び跳ね状態となって、良好な造粒ができないことが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５２−１０１６０２号公報
【特許文献２】特開昭５３−１４１１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の造粒条件は、前記したように、核となる粗粒物とその周囲に付着する微粉が、同重量割合程度に混合された焼結原料において適用できるものである。このため、近年のように、従来使用してきた良質な鉄鉱石原料の枯渇が進み、結晶水含有率が高く微粉を多く含む鉄鉱石原料の割合が増加してきている状況下では、前記した方法を適用できない。これは、微粉を多量に含む焼結原料が、核となる粗粒物が少ないため転動し難く、また微粉主体のため比表面積が大きく、造粒に多くの水分が必要になり、焼結原料同士の付着性が強くなって、焼結原料が転動しにくい条件となることに起因する。
このように、本願発明の対象とする微粉を主体とする焼結原料では、従来の適正条件においても、焼結原料がスリップ現象を引き起し、安定な転動を確保できないことが判明した。即ち、微粉を主体とする焼結原料の転動現象は、従来の転動現象と大きく異なることが判明し、その結果、微粉を主体とする焼結原料を安定に転動させて造粒する新たな造粒技術を確立する必要が生じた。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、微粉を主体とする焼結原料の造粒に適しており、目標とする粒度分布を備えた造粒物を製造でき、しかもその収率（歩留り）を従来よりも向上できる微粉原料の造粒方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的に沿う第１の発明に係る微粉原料の造粒方法は、一方側から投入された焼結原料を転動させて造粒し、製造された造粒物を他方側へ移動させて排出することにより、焼結原料を連続的に造粒処理するドラムミキサーを用い、粒径２５０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含む焼結原料を、内面が平滑な前記ドラムミキサーで造粒して造粒物を製造する方法であって、
前記ドラムミキサーの静止状態で、該ドラムミキサー内の底部に溜まった前記焼結原料の積層厚みを３０ｍｍ以下にする。
【０００８】
前記目的に沿う第２の発明に係る微粉原料の造粒方法は、一方側から投入された焼結原料を転動させて造粒し、製造された造粒物を他方側へ移動させて排出することにより、焼結原料を連続的に造粒処理するドラムミキサーを用い、焼結原料の滑りを抑制する複数の滑り抑制部材を前記ドラムミキサーの内面から突出させて設け、粒径２５０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含む焼結原料を前記ドラムミキサーで造粒して造粒物を製造する方法であって、
前記ドラムミキサーの前記内面からの前記滑り抑制部材の突出高さを３０ｍｍ以下とし、前記ドラムミキサーの静止状態で、該ドラムミキサー内の底部に溜まった前記焼結原料の積層厚みを、前記滑り抑制部材の突出高さを超え３００ｍｍ以下にする。
【０００９】
第１、第２の発明に係る微粉原料の造粒方法において、前記造粒物の水分含有量を８質量％以上１１質量％以下の範囲にすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１〜３記載の微粉原料の造粒方法は、ドラムミキサー内に入れる微粉を主体とする焼結原料の積層厚みを規定するので、ドラムミキサーを使用して焼結原料を造粒する際に、ドラムミキサーの内面に対する焼結原料の滑り現象と焼結原料の飛び跳ね現象を抑制でき、必要とする粒度を備えた造粒物を効率的に製造できる。また、この造粒物の収率も、従来よりも向上できる。
請求項２及びこれに従属する請求項３記載の微粉原料の造粒方法は、ドラムミキサーの内面に、微粉の焼結原料の滑りを抑制する滑り抑制部材を設け、しかもこの滑り抑制部材の突出高さを規定しているので、滑り抑制部材が無い場合よりも多くの焼結原料を造粒処理でき、造粒物の生産性を向上できる。
特に、請求項３記載の微粉原料の造粒方法は、製造する造粒物の水分含有量を規定するので、造粒物の水分含有量を焼結原料の造粒に適した量に調整でき、必要とする粒度を備えた造粒物の収率を更に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る微粉原料の造粒方法に使用するドラムミキサーの正断面図である。
【図２】従来技術における造粒条件と造粒状況との関係を示す説明図である。
【図３】（Ａ）は粗粒物と微粉が混在する原料の転動状態を示す説明図、（Ｂ）は微粉を主体とする原料の転動状態を示す説明図である。
【図４】鉄鉱石原料の積層厚み及びドラムミキサーの直径と目標粒度の造粒物の収率との関係を示す説明図である。
【図５】ドラムミキサー内の鉄鉱石原料の積層状態を示す説明図である。
【図６】ドラムミキサー内の鉄鉱石原料の積層厚みと原料の造粒性との関係を示す説明図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る微粉原料の造粒方法に使用するドラムミキサーの正断面図である。
【図８】リフター高さ及び鉄鉱石原料の積層厚みと目標粒度の造粒物の収率との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る微粉原料の造粒方法は、粒径２５０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含む焼結原料１０を、内面１１が平滑な円筒状のドラムミキサー１２で造粒して造粒物を製造する方法であり、ドラムミキサー１２の静止状態で、ドラムミキサー１２内の底部１３に溜まった焼結原料１０の積層厚みｈ１を適正範囲に設定する。ここで、ドラムミキサー１２の内面１１が平滑とは、円筒の内面に凹凸がなく滑らかな状態をいう。また、焼結原料１０の積層厚みｈ１とは、ドラムミキサー１２の静止状態、即ち焼結原料１０をドラムミキサー１２の底部１３に、その上面が平坦となるようにした場合に、焼結原料１０の積層厚みが最も厚くなる部分を意味する。この積層厚みｈ１は、ドラムミキサー１２の長手方向の積層厚みの平均値である。以下、詳しく説明する。
【００１３】
まず、ドラムミキサー１２に焼結原料１０を入れ、更に水とバインダーを入れて、これらを造粒処理する。
ここで、焼結原料１０は、粒径２５０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含むものであり、鉄鉱石原料を主体（例えば、焼結原料の５０質量％を超え、更に好ましくは６０質量％〜７０質量％程度である）とし、例えば、焼結鉱の微粉部分を再度焼結原料として使用する返鉱（約２０質量％程度）、粉コークス等の燃料（５質量％弱、約４質量％程度）、生石灰及び蛇紋岩を含む副原料（約１０質量％程度）を含むものである。
また、焼結原料を構成する鉄鉱石原料は、焼結原料と同様、粒径２５０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含むものであり、例えば、微粉を多量に含む原料、篩選別により前記構成に調整した原料、微粉のみを篩選別により分離した原料、更には粉砕した原料を使用できる。
この鉄鉱石原料は、例えば、褐鉄鉱（Ｆｅ2Ｏ3・ｎＨ2Ｏ）、磁鉄鉱（Ｆｅ3Ｏ4）、及び赤鉄鉱（Ｆｅ2Ｏ3）のいずれか１又は２以上である。なお、褐鉄鉱としては、例えば、マラマンバ鉱石（産地銘柄：ウエストアンジェラス）、ピソライト鉱石（産地銘柄：ヤンディー、ローブリバー）、及び高燐ブロックマン鉱石がある。なお、鉄鉱石原料の構成としては、例えば、塊状鉱石を篩った後の篩下粉と、微粉が多い輸入鉄鉱石（例えば、マラマンバ鉱石）とを、１対６の比率に配合したものがある。
【００１４】
焼結原料として、粒径が０μｍを超え２５０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含む原料を対象としたのは、このような構成の原料を従来の方法で造粒する場合、前記したように、造粒が不完全となるためである。
このことから、本実施の形態では、粒径２５０μｍ以下、好ましくは２２０μｍ以下、更に好ましくは２００μｍ以下の粒子を、６０質量％以上、好ましくは７０質量％以上、更に好ましくは８０質量％以上含む焼結原料を混練の対象とする。なお、微粉の粒子量の上限を規定していないのは、全て微粉であってもよいためであり、焼結原料は、例えば、粒径が１ｍｍ以下の粒子が１００質量％であってもよい。
このように、本実施の形態では、微粉を主体とする焼結原料を対象としているため、焼結原料に更に微粉の含鉄原料を含ませることもできる。この含鉄原料は、例えば、ダスト（混練ダスト又は粉塵ダスト）及びペレット原料（ペレットフィードともいう）のいずれか１又は２を使用できる。このダストの粒径は１００μｍ以下程度であり、ペレット原料の粒径は２５０μｍ以下程度である。
【００１５】
バインダーは、造粒物の強度向上に寄与させるため、従来から使用している例えば、生石灰又は石灰岩のような無機系バインダーを使用できる。また、バインダーとして、例えば、パルプ廃液又はコーンスターチ（水溶液又はコロイド状になったもの）を含む有機系バインダー、及び固体架橋を促進する分散剤（分散剤を添加した水溶液又はコロイドを含む）のいずれか１又は２を使用することが好ましいが、これと無機系バインダーを併用してもよい。なお、バインダーの添加量は、焼結原料量に対し外掛けで１質量％以下程度でよい。
前記した焼結原料を、ドラムミキサー１２を使用して単に造粒しても、焼結機（図示しない）への供給に適した目標とする粒度分布３ｍｍ以上１０ｍｍ以下（以下、単に目標粒度ともいう）の造粒物を高い収率（本実施の形態では５０質量％以上）で得ることができない。そこで、目標粒度の造粒物を高い収率で得るため、以下の検討を行った。
【００１６】
図１に示すように、ドラムミキサー１２においては、焼結原料１０を連続的に造粒処理するため、ドラムミキサー１２の一方側から焼結原料１０を投入し、回転するドラムミキサー１２内で転動させて造粒し、製造した造粒物を他方側へ移動させて排出している。ここで、ドラムミキサー１２内の焼結原料１０の積層厚みｈ１は、ドラムミキサー１２への焼結原料１０の投入速度（供給速度）と、ドラムミキサー１２内での焼結原料１０の滞留時間（ドラムミキサー１２の回転周速とドラムミキサー１２の入口から出口への傾斜角度により設定）により決まる。
【００１７】
このとき、ドラムミキサー１２の断面積に対する焼結原料１０の占める面積割合が占積率となる。なお、ドラムミキサーの傾斜角度は小さいため（例えば、５度以下）、焼結原料の占積率は、ドラムミキサーの長手方向のいずれの場所においても、略同程度である。
この占積率は、ドラムミキサーによる造粒物の生産性を高くする場合、可能な限り大きくすることが好ましいが、良好な造粒を行うために、焼結原料の正常な転動を確保できる領域、即ち正常転動域に設定する必要がある。なお、この正常転動域は、従来の粗粒物から微粉までが混在した焼結原料の造粒操作では、占積率が８〜１８％程度の範囲に相当する。
【００１８】
この占積率は、図２に示すように、正常転動域より過小になると、原料が転動せずドラムミキサーの内面を滑る状態となり、一方、過大になると、原料が飛び跳ねる状況になることが知られていた。
本願発明においては、微粉を主体とする焼結原料を用いることから、その影響で転動状況がどのように変化するかを実験用ドラムミキサーを用いて詳細に調査した。その結果、内面が平滑なドラムミキサーを用い、焼結原料の占積率が正常転動域になるように、ドラムミキサー内に焼結原料を積層した場合、焼結原料が転動せず、積層されたままドラムミキサーの内面を滑る状態となった。
このことから、ドラムミキサー内で微粉を主体とする焼結原料を転動させるためには、占積率を従来技術よりかなり低減する必要があった。これは、微粉を主体とした焼結原料を造粒するため、造粒に必要な水分レベルを従来より上げる必要があるが、これによって粉体の付着性が増し粉体層の凝集力が強くなるため、この粉体層を解砕して転動させるには、従来より大きな力を要することから推定される。
【００１９】
ここで、原料の粒度構成とドラムミキサー内での原料の転動性のイメージについて、図３（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら説明する。なお、図３（Ａ）は、粗粒物と微粉（細粒）が混在した原料の転動イメージであり、図３（Ｂ）は微粉を主体とする原料の転動イメージである。
図３（Ａ）に示すように、粗粒物と微粉が混在する原料の場合、粗粒物がドラムミキサーの内面からせん断力を受けて活発に転動することで、微粉も含めた粉体層全体の流動性が確保されるため、比較的大きな占積率でも原料の転動性を確保できると考えられる。
一方、図３（Ｂ）に示すように、微粉を主体とする原料の場合、ドラムミキサーの内面近傍の粒子は、せん断力を受けるため転動するものの、粒子個々の慣性力が小さいため、層全体へ転動力が伝わりにくくなる。また一方で、比表面積が相対的に大きいことから、原料の表面を湿潤させるのに要する水分量が多くなるため、原料同士の付着性が増し、団塊化し易くなり、一層転動しにくい条件になると考えられる。
【００２０】
以上のことから、原料の微粉化と水分量の上昇に伴い、原料同士の付着性が増加したことに対し、原料の転動を確保するためには、ドラムミキサー内での原料の積層厚みを低減することで、微粉で構成される原料層に対する転動力を相対的に強化して、原料層を解砕する必要があると考えられる。なお、このとき、ドラムミキサーの回転周速（回転数）を上げること、即ちＦｒ数を大きくすることで、原料の積層厚みを若干厚くできる傾向にある。
また、ここで、原料の転動に及ぼすドラムミキサーの規模の影響を調査した結果を、図４を参照しながら説明する。なお、焼結原料はその主成分が鉄鉱石原料であり、その粒度分布は同様であるため、原料として鉄鉱石原料を使用し調査した（以下に示す図５、図６、及び図８についても同様）。また、ドラムミキサーとしては、直径０．５５ｍ（●）と直径１ｍ（△）のものを使用した。ここで、ドラムミキサーの直径が０．５５ｍの場合、その回転数を３５ｒｐｍ、造粒処理時間を２分とし、またドラムミキサーの直径が１ｍの場合、その回転数を２０ｒｐｍとし、造粒処理時間を２分として、ドラムミキサーへの鉄鉱石原料の投入速度を種々変更することで、鉄鉱石原料の積層厚みｈ１を変え、水分含有量が９．５質量％の造粒物をそれぞれ製造した。また、評価は、最終的に得られる目標粒度を備えた造粒物の収率（目標値：５０質量％）で行った。
【００２１】
図４から明らかなように、造粒物の収率は、ドラムミキサーの大きさに関係なく、鉄鉱石原料の積層厚みｈ１が２０ｍｍを超えると急激に低下した。これは、ドラムミキサーの内面に対して鉄鉱石原料のスリップが発生し、特に鉄鉱石原料の積層厚みｈ１が３０ｍｍを超える場合に、スリップの発生が顕著になり、鉄鉱石原料の正常な転動が確保できなくなったことに起因する。
ここで、焼結原料の代わりに使用した鉄鉱石原料の積層厚みｈ１が、ドラムミキサーの直径に関係なく決定される根拠を、図５、図６を参照しながら説明する。
図５は、ドラムミキサー１２が停止した状態での鉄鉱石原料（焼結原料１０）の積層状態を示しており、鉄鉱石原料の転動力は、鉄鉱石原料が接触するドラムミキサー１２の内面１１の面積Ｓから、体積Ｖの鉄鉱石原料に対して与えられると考えることができる。即ち、ＳとＶのバランスを示す（Ｖ／Ｓ）が、鉄鉱石原料の転動状態（原料の造粒性）を決定すると考えられ、（Ｖ／Ｓ）が大きくなることで鉄鉱石原料の転動力が不足し、スリップ状態になると想定される。
【００２２】
また、図６から、ＳとＶのバランス（Ｖ／Ｓ）は、鉄鉱石原料の積層厚みｈ１が厚くなるに伴って大きくなることが明らかであり、ある限界値以上で鉄鉱石原料がスリップ領域に入ることが推測される。また、ドラムミキサーの直径が異なっても、鉄鉱石原料の積層厚みｈ１に対する（Ｖ／Ｓ）はほぼ同じであることから、スリップ限界となる積層厚みｈ１は、ドラムミキサーの直径によらないことも説明される。
以上のことから、内面１１が平滑なドラムミキサー１２を使用し、焼結原料１０を造粒して造粒物を製造する場合、ドラムミキサー１２の静止状態で、ドラムミキサー１２内の底部１３に溜まった焼結原料１０の積層厚みｈ１を３０ｍｍ以下にする。なお、最終的に得られる粒度３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の造粒物の収率を更に向上させるためには、積層厚みｈ１を２５ｍｍ以下、更には２０ｍｍ以下にすることが好ましい。一方、焼結原料の積層厚みｈ１が小さくなるに伴って、前記した造粒物の収率を向上できるため、下限値については規定していないが、造粒物の生産性を考慮すれば、焼結原料の積層厚みｈ１を５ｍｍ以上、更には１０ｍｍ以上にすることが好ましい。
【００２３】
このように、焼結原料の積層厚みｈ１を、従来よりも薄くすることで、微粉を主体とする焼結原料の転動を良好に実施し、目標粒度の造粒物の収率を向上できるが、造粒物の生産性の観点からみると、ドラムミキサーでの処理量を更に向上させることが好ましい。なお、造粒物の生産性を上げるには、ドラムミキサーを大型化すればよいが、ドラムミキサーの内面が平滑な場合、ドラムミキサーを大型化しても焼結原料の積層厚みｈ１が３０ｍｍ以下程度に抑えられるため、生産性を大きく向上させることができない。また、造粒物の生産性を上げるためには、前記したように、焼結原料の占積率を上げる手段が必要になるが、占積率を上げて（Ｖ／Ｓ）を上げても、焼結原料のスリップを回避するために、ドラムミキサーの内面と焼結原料間の摩擦抵抗を上げる必要がある。
そこで、図７に示すように、ドラムミキサー１５の内面１６に設け、焼結原料１０の滑りを抑制する複数のリフター（滑り抑制部材の一例）１７を活用した。
【００２４】
このリフター１７は、薄板状のものであり、ドラムミキサー１５の中央に向かって突出させて設けられ、しかもドラムミキサー１５の内面１６に対して垂直に設けられている。なお、リフターの形状は、これに限定されるものではなく、断面形状を例えば凹状とし、この底部分をドラムミキサー１５にボルト止めしてもよい。また、リフターは、ドラムミキサーの内面に対して傾斜させて設けてもよい。
このリフター１７は、ドラムミキサー１５の内側に、周方向に等間隔（等角度）に複数個、例えば、ドラムミキサー１５の規模に応じて４個以上１２以下（ここでは、８個）程度設けられ、しかもドラムミキサー１５の長手方向に渡って直線的かつ連続的に設けられている。なお、リフターは、ドラムミキサーの軸心を中心として螺旋状に設けてもよく、また、ドラムミキサーの長手方向に渡って断続的に設けてもよい。
【００２５】
このように、ドラムミキサー１５の内面１６にリフター１７を設ける場合、焼結原料１０を強制的に掻き上げるのに十分な高さを確保する必要があるが、ドラムミキサー１５の底部１８であって、ドラムミキサー１５の内面１６からリフター１７の上端１９までに存在する焼結原料１０は、リフター１７に阻まれて転動できない。このため、隣り合うリフター１７の間にある焼結原料１０は、焼結原料１０の造粒性に寄与し難いと考えられることから、リフター１７の突出高さ（リフター高さともいう）Ｈを適正範囲に設定する必要がある。
ここで、リフター１７の突出高さＨと鉄鉱石原料の積層厚みｈ２による目標粒度の造粒物の収率の変化を調査した結果を、図８を参照しながら説明する。なお、ここでは、ドラムミキサーとして、直径が１．０ｍのものを使用し、その回転数を２０ｒｐｍ、造粒処理時間を２分として、鉄鉱石原料の投入速度を種々変更することで、鉄鉱石原料の積層厚みｈ２を変え、水分含有量が９．５質量％の造粒物を製造した。
【００２６】
図８に示すように、目標粒度の造粒物の収率は、リフターを設けることで高められ、その突出高さＨが１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲では、リフターの突出高さＨが高くなるに伴って低下する傾向がある。このことから、リフターの突出高さＨが３０ｍｍを超えると、前記した掻き上げ作用が過剰となって造粒物の収率が更に低下すること、また鉄鉱石原料の積層厚みｈ２が過剰に大きくなると、目標粒度の造粒物の収率が更に低下することが分かる。なお、リフターの突出高さＨが３０ｍｍの場合、鉄鉱石原料の積層厚みｈ２が３００ｍｍまで、目標粒度の造粒物の収率を５０質量％以上確保できた。
以上のことから、内面１６に複数のリフター１７が設けられたドラムミキサー１５を使用し、焼結原料１０を造粒して造粒物を製造する場合、リフター１７の突出高さＨを３０ｍｍ以下とし、ドラムミキサー１５の静止状態で、ドラムミキサー１５内の底部１８に溜まった焼結原料１０の積層厚みｈ２を３００ｍｍ以下にする。
【００２７】
なお、最終的に得られる粒度３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の造粒物の収率を更に向上させるためには、リフターの突出高さＨを２５ｍｍ以下、更には２０ｍｍ以下にすることが好ましい。一方、リフターが無くても、前記したように、焼結原料の積層厚みｈ２を調整すれば、目標粒度の造粒物を収率よく製造できるため、下限値については規定していないが、リフターによる効果を顕著にするには、リフターの突出高さＨを５ｍｍ以上、更には１０ｍｍ以上にすることが好ましい。
また、目標粒度の造粒物の収率を更に向上させるためには、焼結原料の積層厚みｈ２を２５０ｍｍ以下、更には２３０ｍｍ以下にすることが好ましい。一方、焼結原料の積層厚みｈ２の下限値は、前記したように、ドラムミキサーの底部であって、ドラムミキサーの内面からリフターの上端までに存在する焼結原料が、リフターに阻まれて転動できないため、リフターの突出高さＨよりも高くした。なお、目標粒度の造粒物を安定に製造し、しかもその収率を更に向上させるためには、焼結原料の積層厚みｈ２を、｛（リフターの突出高さＨ）＋２０｝ｍｍ以上、更には、１００ｍｍ以上にすることが好ましい。
【００２８】
このように、微粉を主体とした焼結原料１０を、ドラムミキサー１２（１５も同様）により造粒する場合、造粒性に及ぼす水分の影響が非常に大きい。そこで、本実施の形態における条件では、造粒物の水分含有量が８質量％以上１１質量％以下の範囲になるように、焼結原料１０に水を添加した。
ここで、造粒物の水分含有量が８質量％未満の場合、水分不足に起因して造粒不足となり、一方、１２質量％を超える場合、例えば、造粒過剰となって粗大粒が増加したり、またドラムミキサーの内面へ原料が付着する恐れがあるため、造粒性を保つことが困難となる。
【００２９】
そこで、更に品質を高めた造粒物の収率を向上させるため、造粒物の水分含有量の下限値を、８．５質量％、更には９質量％とすることが好ましく、また、上限値を、１０．５質量％とすることが好ましい。
以上の結果に基づき、ドラムミキサー１２を使用して、焼結原料１０を、例えば１分以上（上限は特にないが５分程度）造粒処理することにより、粒度分布３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の造粒物の収率を５０質量％以上にできる。なお、製造した造粒物は、必要に応じて篩選別機で篩分けされた後、更に乾燥機（図示しない）で乾燥処理され、焼結機へ供給される。
【実施例】
【００３０】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここでは、直径１ｍの実験用ドラムミキサーを使用して、（１）原料の積層厚みと目標粒度（３ｍｍ以上１０ｍｍ以下）の造粒物の収率（目標５０質量％以上）との関係、（２）リフターの突出高さ及び原料の積層厚みと目標粒度の造粒物の収率との関係を検討した結果と、この検討結果に基づき、実機用ドラムミキサーを使用して、前記（１）、（２）の関係を検討した結果について説明する。なお、実機用ドラムミキサーとしては、直径が、例えば、２ｍ以上４ｍ以下のものがあるが、ここでは、３ｍのものについて検討した。
まず、直径１ｍの実験用ドラムミキサーを使用し、その回転数を２０ｒｐｍ、造粒処理時間を２分として、原料の投入速度を種々変更することで、原料の積層厚みを変え、水分含有量が９．５質量％の造粒物を製造した結果について、表１を参照しながら説明する。なお、前記したように、焼結原料はその主成分が鉄鉱石原料であり、その粒度分布は鉄鉱石原料と同様であるため、原料として、粒径２５０μｍ以下の粒子を６０質量％含む鉄鉱石原料を使用した。
【００３１】
【表１】
【００３２】
表１に示すように、リフターを備えていない内面が平滑なドラムミキサーを使用した場合、鉄鉱石原料の積層厚みが、１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲で、目標粒度の造粒物の収率が比較的高くなった。しかし、積層厚みを１００ｍｍ以上にすると、ドラムミキサーの内面での鉄鉱石原料のスリップが生じ、造粒不良となった。
一方、内面にリフターを備えたドラムミキサーを使用した場合、リフター高さが５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲においては、鉄鉱石原料の積層厚みをリフター高さよりも高くすることで、目標粒度の造粒物の収率を従来よりも向上でき、特に１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下までの範囲で、目標収率５０質量％以上を得ることができた。しかし、鉄鉱石原料の積層厚みを４００ｍｍまで上昇させると、鉄鉱石原料の転動状態が悪化して造粒物の収率が低下した。また、リフター高さを３０ｍｍまで高くすると、鉄鉱石原料の掻き上げ傾向が顕著となって、目標粒度の造粒物の収率が低下する傾向が見られたが、目標収率５０質量％以上は確保できた。
【００３３】
以上のことから、リフター無しのドラムミキサーを使用する場合、鉄鉱石原料の積層厚みを３０ｍｍ以下にし、またリフター有りのドラムミキサーを使用する場合、リフター高さを３０ｍｍ以下とし、鉄鉱石原料の積層厚みを、リフター高さを超え、特に１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下にすることで、目標粒度の造粒物の収率を、５０質量％以上にできる知見が得られた。
次に、この知見に基づいて、直径３ｍの実機用ドラムミキサーを使用し、その回転数を６．５ｒｐｍ、造粒処理時間を２分として、鉄鉱石原料の投入速度を種々変更することで、鉄鉱石原料の積層厚みを変え、水分含有量が９．５質量％の造粒物を製造した結果について、表２を参照しながら説明する。なお、ここでは、従来方法との比較のため、ドラムミキサーの断面積に占める鉄鉱石原料の面積割合を示した数値、即ち占積率を併記した。
【００３４】
【表２】
【００３５】
表２から明らかなように、直径３ｍの実機用ドラムミキサーについても、前記した実験用ドラムミキサーと同様の結果が得られた。
また、表２において、リフター無しのドラムミキサーを使用した場合、積層厚みが３０ｍｍ以下で目標粒度の造粒物の収率は高められるが、鉄鉱石原料の占積率が１％未満であり、造粒物の生産性の観点からは好ましくなかった。しかし、リフター有りのドラムミキサーを使用することで、鉄鉱石原料の積層厚みを３００ｍｍ（特に好ましくは２３０ｍｍ）、即ち占積率で５質量％程度（特に好ましくは３．５％）まで上昇させても、目標粒度の造粒物の収率５０質量％を確保することができ、造粒物の生産性を向上できることを確認できた。
【００３６】
ここで、粒径２５０μｍ以下の粒子量を７０質量％まで増加させた鉄鉱石原料を使用した場合の結果についても説明する。
まず、リフター無しのドラムミキサーを使用し、積層厚み３０ｍｍと１００ｍｍにおける目標粒度の造粒物の収率を比較した。表２に示すように、微粉の粒子を６０質量％含む鉄鉱石原料を使用した場合、積層厚みを１００ｍｍから３０ｍｍへと変えることで、目標粒度の造粒物の収率が１２質量％から５９質量％へと５倍程度増加した。一方、微粉の粒子を７０質量％含む鉄鉱石原料を使用した場合、目標粒度の造粒物の収率が９質量％から６５質量％へと７倍以上増加した。
【００３７】
次に、高さ２０ｍｍのリフターを備えたドラムミキサーを使用し、積層厚み２０ｍｍと３０ｍｍにおける目標粒度の造粒物の収率を比較した。表２に示すように、微粉の粒子を６０質量％含む鉄鉱石原料を使用した場合、積層厚みを２０ｍｍから３０ｍｍへと変えることで、目標粒度の造粒物の収率が３質量％から２９質量％へと１０倍程度増加した。一方、微粉の粒子を７０質量％含む鉄鉱石原料を使用した場合、目標粒度の造粒物の収率が３質量％から３６質量％へと１２倍程度増加した。
このことから、本願発明の微粉原料の造粒方法は、微粉割合が増加するほど、その効果が顕著に現れることを確認できた。
【００３８】
続いて、直径３ｍの実機用ドラムミキサーを使用して製造した造粒物の水分含有量について検討した結果について、表３、表４を参照しながら説明する。なお、表３はリフター無しのドラムミキサーを使用して鉄鉱石原料の積層厚みを２０ｍｍ（占積率：０．０９％）に設定した場合の結果であり、表４は高さ１０ｍｍのリフターが設けられたドラムミキサーを使用して鉄鉱石原料の積層厚みを２００ｍｍ（占積率：２．９％）に設定した場合の結果である。
【００３９】
【表３】
【００４０】
【表４】
【００４１】
表３、表４から明らかなように、リフターの有無に関わらず、造粒物の水分含有量が８質量％未満の場合（７質量％）は、水分不足のため造粒不足による微粉分が増加し、目標粒度の造粒物の収率が低下する傾向がみられた。一方、造粒物の水分含有量が１１質量％を超える場合（１１．５質量％）は、鉄鉱石原料同士の付着力が過剰となり、造粒物の直径が目標粒度以上に大きくなり、目標粒度の造粒物の収率が低下する傾向がみられた。
このことから、目標粒度の造粒物の収率の更なる向上を図るには、造粒物の水分含有量を８質量％以上１１質量％以下の範囲に設定することが好ましい。
以上の結果から、本願発明の微粉原料の造粒方法を使用することで、微粉を主体とする焼結原料から、目標とする粒度分布を備えた造粒物を、収率よく製造できることを確認できた。
【００４２】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の微粉原料の造粒方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１０：焼結原料、１１：内面、１２：ドラムミキサー、１３：底部、１５：ドラムミキサー、１６：内面、１７：リフター（滑り抑制部材）、１８：底部、１９：上端
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粉を主体とする焼結原料（鉄鉱石原料を主体）の造粒に適し、目標とする粒度分布を備えた造粒物を製造可能な微粉原料の造粒方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉原料用焼結鉱（以下、単に焼結鉱ともいう）は、各種鉄鉱石に、例えば、石灰と石炭を配合した焼結原料を、焼結機に装入しながら積層してその上部に点火した後、積層した焼結原料の下方へ空気を吸引して焼結原料中を通気させ、焼結原料を焼成することで得られる。
従来、この焼成の際に焼結原料中の通気性を良好に保ち、焼結機による焼結鉱の生産性を高く保つ目的で、焼結原料の造粒を事前に行っている。この造粒は、一般的に、円筒状のドラムミキサーを使用し、微粉から粗粒物までの幅広い粒度分布を有する焼結原料を一括して転動させ、核となる粗粒物の周囲に微粉を付着させる方法を用いている。そこで、従来から、このような転動造粒を良好に確保するための操作条件が検討されてきた。
例えば、特許文献１には、ドラムミキサーでの原料の占積率を８〜１８％に保つことで、また特許文献２には、占積率を９％以上、フルード数を１２．８×１０-3以上とすることで、焼結原料の転動状態を良好に確保できることが開示されている。
【０００３】
ここで、占積率とは、ドラムミキサーの断面積に占める焼結原料の面積割合を示した数値である。また、フルード数とは、焼結原料に作用する慣性力と重力の比であり、ドラムミキサーの回転によって原料に与えられる掻き上げ力と、掻き上げられた焼結原料を下方へ導く重力のバランスで、ドラムミキサー内での焼結原料の転動状態が決定されることを表す指標である。なお、ドラムミキサーの直径（内径）をＤ、ドラムミキサーの回転周速をｕ、ドラムミキサーの回転数をＮ、焼結原料の重力加速度をｇとした場合、フルード数Ｆｒは、次式で表される。
Ｆｒ＝ｕ2／Ｄ／ｇ＝Ｄ×Ｎ2／ｇ
また、特許文献１、２には、ドラムミキサーの焼結原料の占積率を正常転動域内に調整することで、焼結原料の転動状態が良好になるのに対し、占積率がこれより小さくなれば（スリップ域）、ドラムミキサーの内面に対して焼結原料がスリップを起こし、一方占積率が大きくなれば（飛び跳ね域）、ドラムミキサー内の焼結原料が飛び跳ね状態となって、良好な造粒ができないことが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５２−１０１６０２号公報
【特許文献２】特開昭５３−１４１１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の造粒条件は、前記したように、核となる粗粒物とその周囲に付着する微粉が、同重量割合程度に混合された焼結原料において適用できるものである。このため、近年のように、従来使用してきた良質な鉄鉱石原料の枯渇が進み、結晶水含有率が高く微粉を多く含む鉄鉱石原料の割合が増加してきている状況下では、前記した方法を適用できない。これは、微粉を多量に含む焼結原料が、核となる粗粒物が少ないため転動し難く、また微粉主体のため比表面積が大きく、造粒に多くの水分が必要になり、焼結原料同士の付着性が強くなって、焼結原料が転動しにくい条件となることに起因する。
このように、本願発明の対象とする微粉を主体とする焼結原料では、従来の適正条件においても、焼結原料がスリップ現象を引き起し、安定な転動を確保できないことが判明した。即ち、微粉を主体とする焼結原料の転動現象は、従来の転動現象と大きく異なることが判明し、その結果、微粉を主体とする焼結原料を安定に転動させて造粒する新たな造粒技術を確立する必要が生じた。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、微粉を主体とする焼結原料の造粒に適しており、目標とする粒度分布を備えた造粒物を製造でき、しかもその収率（歩留り）を従来よりも向上できる微粉原料の造粒方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的に沿う第１の発明に係る微粉原料の造粒方法は、一方側から投入された焼結原料を転動させて造粒し、製造された造粒物を他方側へ移動させて排出することにより、焼結原料を連続的に造粒処理するドラムミキサーを用い、粒径２５０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含む焼結原料を、内面が平滑な前記ドラムミキサーで造粒して造粒物を製造する方法であって、
前記ドラムミキサーの静止状態で、該ドラムミキサー内の底部に溜まった前記焼結原料の積層厚みを３０ｍｍ以下にする。
【０００８】
前記目的に沿う第２の発明に係る微粉原料の造粒方法は、一方側から投入された焼結原料を転動させて造粒し、製造された造粒物を他方側へ移動させて排出することにより、焼結原料を連続的に造粒処理するドラムミキサーを用い、焼結原料の滑りを抑制する複数の滑り抑制部材を前記ドラムミキサーの内面から突出させて設け、粒径２５０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含む焼結原料を前記ドラムミキサーで造粒して造粒物を製造する方法であって、
前記ドラムミキサーの前記内面からの前記滑り抑制部材の突出高さを３０ｍｍ以下とし、前記ドラムミキサーの静止状態で、該ドラムミキサー内の底部に溜まった前記焼結原料の積層厚みを、前記滑り抑制部材の突出高さを超え３００ｍｍ以下にする。
【０００９】
第１、第２の発明に係る微粉原料の造粒方法において、前記造粒物の水分含有量を８質量％以上１１質量％以下の範囲にすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１〜３記載の微粉原料の造粒方法は、ドラムミキサー内に入れる微粉を主体とする焼結原料の積層厚みを規定するので、ドラムミキサーを使用して焼結原料を造粒する際に、ドラムミキサーの内面に対する焼結原料の滑り現象と焼結原料の飛び跳ね現象を抑制でき、必要とする粒度を備えた造粒物を効率的に製造できる。また、この造粒物の収率も、従来よりも向上できる。
請求項２及びこれに従属する請求項３記載の微粉原料の造粒方法は、ドラムミキサーの内面に、微粉の焼結原料の滑りを抑制する滑り抑制部材を設け、しかもこの滑り抑制部材の突出高さを規定しているので、滑り抑制部材が無い場合よりも多くの焼結原料を造粒処理でき、造粒物の生産性を向上できる。
特に、請求項３記載の微粉原料の造粒方法は、製造する造粒物の水分含有量を規定するので、造粒物の水分含有量を焼結原料の造粒に適した量に調整でき、必要とする粒度を備えた造粒物の収率を更に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る微粉原料の造粒方法に使用するドラムミキサーの正断面図である。
【図２】従来技術における造粒条件と造粒状況との関係を示す説明図である。
【図３】（Ａ）は粗粒物と微粉が混在する原料の転動状態を示す説明図、（Ｂ）は微粉を主体とする原料の転動状態を示す説明図である。
【図４】鉄鉱石原料の積層厚み及びドラムミキサーの直径と目標粒度の造粒物の収率との関係を示す説明図である。
【図５】ドラムミキサー内の鉄鉱石原料の積層状態を示す説明図である。
【図６】ドラムミキサー内の鉄鉱石原料の積層厚みと原料の造粒性との関係を示す説明図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係る微粉原料の造粒方法に使用するドラムミキサーの正断面図である。
【図８】リフター高さ及び鉄鉱石原料の積層厚みと目標粒度の造粒物の収率との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る微粉原料の造粒方法は、粒径２５０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含む焼結原料１０を、内面１１が平滑な円筒状のドラムミキサー１２で造粒して造粒物を製造する方法であり、ドラムミキサー１２の静止状態で、ドラムミキサー１２内の底部１３に溜まった焼結原料１０の積層厚みｈ１を適正範囲に設定する。ここで、ドラムミキサー１２の内面１１が平滑とは、円筒の内面に凹凸がなく滑らかな状態をいう。また、焼結原料１０の積層厚みｈ１とは、ドラムミキサー１２の静止状態、即ち焼結原料１０をドラムミキサー１２の底部１３に、その上面が平坦となるようにした場合に、焼結原料１０の積層厚みが最も厚くなる部分を意味する。この積層厚みｈ１は、ドラムミキサー１２の長手方向の積層厚みの平均値である。以下、詳しく説明する。
【００１３】
まず、ドラムミキサー１２に焼結原料１０を入れ、更に水とバインダーを入れて、これらを造粒処理する。
ここで、焼結原料１０は、粒径２５０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含むものであり、鉄鉱石原料を主体（例えば、焼結原料の５０質量％を超え、更に好ましくは６０質量％〜７０質量％程度である）とし、例えば、焼結鉱の微粉部分を再度焼結原料として使用する返鉱（約２０質量％程度）、粉コークス等の燃料（５質量％弱、約４質量％程度）、生石灰及び蛇紋岩を含む副原料（約１０質量％程度）を含むものである。
また、焼結原料を構成する鉄鉱石原料は、焼結原料と同様、粒径２５０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含むものであり、例えば、微粉を多量に含む原料、篩選別により前記構成に調整した原料、微粉のみを篩選別により分離した原料、更には粉砕した原料を使用できる。
この鉄鉱石原料は、例えば、褐鉄鉱（Ｆｅ2Ｏ3・ｎＨ2Ｏ）、磁鉄鉱（Ｆｅ3Ｏ4）、及び赤鉄鉱（Ｆｅ2Ｏ3）のいずれか１又は２以上である。なお、褐鉄鉱としては、例えば、マラマンバ鉱石（産地銘柄：ウエストアンジェラス）、ピソライト鉱石（産地銘柄：ヤンディー、ローブリバー）、及び高燐ブロックマン鉱石がある。なお、鉄鉱石原料の構成としては、例えば、塊状鉱石を篩った後の篩下粉と、微粉が多い輸入鉄鉱石（例えば、マラマンバ鉱石）とを、１対６の比率に配合したものがある。
【００１４】
焼結原料として、粒径が０μｍを超え２５０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含む原料を対象としたのは、このような構成の原料を従来の方法で造粒する場合、前記したように、造粒が不完全となるためである。
このことから、本実施の形態では、粒径２５０μｍ以下、好ましくは２２０μｍ以下、更に好ましくは２００μｍ以下の粒子を、６０質量％以上、好ましくは７０質量％以上、更に好ましくは８０質量％以上含む焼結原料を混練の対象とする。なお、微粉の粒子量の上限を規定していないのは、全て微粉であってもよいためであり、焼結原料は、例えば、粒径が１ｍｍ以下の粒子が１００質量％であってもよい。
このように、本実施の形態では、微粉を主体とする焼結原料を対象としているため、焼結原料に更に微粉の含鉄原料を含ませることもできる。この含鉄原料は、例えば、ダスト（混練ダスト又は粉塵ダスト）及びペレット原料（ペレットフィードともいう）のいずれか１又は２を使用できる。このダストの粒径は１００μｍ以下程度であり、ペレット原料の粒径は２５０μｍ以下程度である。
【００１５】
バインダーは、造粒物の強度向上に寄与させるため、従来から使用している例えば、生石灰又は石灰岩のような無機系バインダーを使用できる。また、バインダーとして、例えば、パルプ廃液又はコーンスターチ（水溶液又はコロイド状になったもの）を含む有機系バインダー、及び固体架橋を促進する分散剤（分散剤を添加した水溶液又はコロイドを含む）のいずれか１又は２を使用することが好ましいが、これと無機系バインダーを併用してもよい。なお、バインダーの添加量は、焼結原料量に対し外掛けで１質量％以下程度でよい。
前記した焼結原料を、ドラムミキサー１２を使用して単に造粒しても、焼結機（図示しない）への供給に適した目標とする粒度分布３ｍｍ以上１０ｍｍ以下（以下、単に目標粒度ともいう）の造粒物を高い収率（本実施の形態では５０質量％以上）で得ることができない。そこで、目標粒度の造粒物を高い収率で得るため、以下の検討を行った。
【００１６】
図１に示すように、ドラムミキサー１２においては、焼結原料１０を連続的に造粒処理するため、ドラムミキサー１２の一方側から焼結原料１０を投入し、回転するドラムミキサー１２内で転動させて造粒し、製造した造粒物を他方側へ移動させて排出している。ここで、ドラムミキサー１２内の焼結原料１０の積層厚みｈ１は、ドラムミキサー１２への焼結原料１０の投入速度（供給速度）と、ドラムミキサー１２内での焼結原料１０の滞留時間（ドラムミキサー１２の回転周速とドラムミキサー１２の入口から出口への傾斜角度により設定）により決まる。
【００１７】
このとき、ドラムミキサー１２の断面積に対する焼結原料１０の占める面積割合が占積率となる。なお、ドラムミキサーの傾斜角度は小さいため（例えば、５度以下）、焼結原料の占積率は、ドラムミキサーの長手方向のいずれの場所においても、略同程度である。
この占積率は、ドラムミキサーによる造粒物の生産性を高くする場合、可能な限り大きくすることが好ましいが、良好な造粒を行うために、焼結原料の正常な転動を確保できる領域、即ち正常転動域に設定する必要がある。なお、この正常転動域は、従来の粗粒物から微粉までが混在した焼結原料の造粒操作では、占積率が８〜１８％程度の範囲に相当する。
【００１８】
この占積率は、図２に示すように、正常転動域より過小になると、原料が転動せずドラムミキサーの内面を滑る状態となり、一方、過大になると、原料が飛び跳ねる状況になることが知られていた。
本願発明においては、微粉を主体とする焼結原料を用いることから、その影響で転動状況がどのように変化するかを実験用ドラムミキサーを用いて詳細に調査した。その結果、内面が平滑なドラムミキサーを用い、焼結原料の占積率が正常転動域になるように、ドラムミキサー内に焼結原料を積層した場合、焼結原料が転動せず、積層されたままドラムミキサーの内面を滑る状態となった。
このことから、ドラムミキサー内で微粉を主体とする焼結原料を転動させるためには、占積率を従来技術よりかなり低減する必要があった。これは、微粉を主体とした焼結原料を造粒するため、造粒に必要な水分レベルを従来より上げる必要があるが、これによって粉体の付着性が増し粉体層の凝集力が強くなるため、この粉体層を解砕して転動させるには、従来より大きな力を要することから推定される。
【００１９】
ここで、原料の粒度構成とドラムミキサー内での原料の転動性のイメージについて、図３（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら説明する。なお、図３（Ａ）は、粗粒物と微粉（細粒）が混在した原料の転動イメージであり、図３（Ｂ）は微粉を主体とする原料の転動イメージである。
図３（Ａ）に示すように、粗粒物と微粉が混在する原料の場合、粗粒物がドラムミキサーの内面からせん断力を受けて活発に転動することで、微粉も含めた粉体層全体の流動性が確保されるため、比較的大きな占積率でも原料の転動性を確保できると考えられる。
一方、図３（Ｂ）に示すように、微粉を主体とする原料の場合、ドラムミキサーの内面近傍の粒子は、せん断力を受けるため転動するものの、粒子個々の慣性力が小さいため、層全体へ転動力が伝わりにくくなる。また一方で、比表面積が相対的に大きいことから、原料の表面を湿潤させるのに要する水分量が多くなるため、原料同士の付着性が増し、団塊化し易くなり、一層転動しにくい条件になると考えられる。
【００２０】
以上のことから、原料の微粉化と水分量の上昇に伴い、原料同士の付着性が増加したことに対し、原料の転動を確保するためには、ドラムミキサー内での原料の積層厚みを低減することで、微粉で構成される原料層に対する転動力を相対的に強化して、原料層を解砕する必要があると考えられる。なお、このとき、ドラムミキサーの回転周速（回転数）を上げること、即ちＦｒ数を大きくすることで、原料の積層厚みを若干厚くできる傾向にある。
また、ここで、原料の転動に及ぼすドラムミキサーの規模の影響を調査した結果を、図４を参照しながら説明する。なお、焼結原料はその主成分が鉄鉱石原料であり、その粒度分布は同様であるため、原料として鉄鉱石原料を使用し調査した（以下に示す図５、図６、及び図８についても同様）。また、ドラムミキサーとしては、直径０．５５ｍ（●）と直径１ｍ（△）のものを使用した。ここで、ドラムミキサーの直径が０．５５ｍの場合、その回転数を３５ｒｐｍ、造粒処理時間を２分とし、またドラムミキサーの直径が１ｍの場合、その回転数を２０ｒｐｍとし、造粒処理時間を２分として、ドラムミキサーへの鉄鉱石原料の投入速度を種々変更することで、鉄鉱石原料の積層厚みｈ１を変え、水分含有量が９．５質量％の造粒物をそれぞれ製造した。また、評価は、最終的に得られる目標粒度を備えた造粒物の収率（目標値：５０質量％）で行った。
【００２１】
図４から明らかなように、造粒物の収率は、ドラムミキサーの大きさに関係なく、鉄鉱石原料の積層厚みｈ１が２０ｍｍを超えると急激に低下した。これは、ドラムミキサーの内面に対して鉄鉱石原料のスリップが発生し、特に鉄鉱石原料の積層厚みｈ１が３０ｍｍを超える場合に、スリップの発生が顕著になり、鉄鉱石原料の正常な転動が確保できなくなったことに起因する。
ここで、焼結原料の代わりに使用した鉄鉱石原料の積層厚みｈ１が、ドラムミキサーの直径に関係なく決定される根拠を、図５、図６を参照しながら説明する。
図５は、ドラムミキサー１２が停止した状態での鉄鉱石原料（焼結原料１０）の積層状態を示しており、鉄鉱石原料の転動力は、鉄鉱石原料が接触するドラムミキサー１２の内面１１の面積Ｓから、体積Ｖの鉄鉱石原料に対して与えられると考えることができる。即ち、ＳとＶのバランスを示す（Ｖ／Ｓ）が、鉄鉱石原料の転動状態（原料の造粒性）を決定すると考えられ、（Ｖ／Ｓ）が大きくなることで鉄鉱石原料の転動力が不足し、スリップ状態になると想定される。
【００２２】
また、図６から、ＳとＶのバランス（Ｖ／Ｓ）は、鉄鉱石原料の積層厚みｈ１が厚くなるに伴って大きくなることが明らかであり、ある限界値以上で鉄鉱石原料がスリップ領域に入ることが推測される。また、ドラムミキサーの直径が異なっても、鉄鉱石原料の積層厚みｈ１に対する（Ｖ／Ｓ）はほぼ同じであることから、スリップ限界となる積層厚みｈ１は、ドラムミキサーの直径によらないことも説明される。
以上のことから、内面１１が平滑なドラムミキサー１２を使用し、焼結原料１０を造粒して造粒物を製造する場合、ドラムミキサー１２の静止状態で、ドラムミキサー１２内の底部１３に溜まった焼結原料１０の積層厚みｈ１を３０ｍｍ以下にする。なお、最終的に得られる粒度３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の造粒物の収率を更に向上させるためには、積層厚みｈ１を２５ｍｍ以下、更には２０ｍｍ以下にすることが好ましい。一方、焼結原料の積層厚みｈ１が小さくなるに伴って、前記した造粒物の収率を向上できるため、下限値については規定していないが、造粒物の生産性を考慮すれば、焼結原料の積層厚みｈ１を５ｍｍ以上、更には１０ｍｍ以上にすることが好ましい。
【００２３】
このように、焼結原料の積層厚みｈ１を、従来よりも薄くすることで、微粉を主体とする焼結原料の転動を良好に実施し、目標粒度の造粒物の収率を向上できるが、造粒物の生産性の観点からみると、ドラムミキサーでの処理量を更に向上させることが好ましい。なお、造粒物の生産性を上げるには、ドラムミキサーを大型化すればよいが、ドラムミキサーの内面が平滑な場合、ドラムミキサーを大型化しても焼結原料の積層厚みｈ１が３０ｍｍ以下程度に抑えられるため、生産性を大きく向上させることができない。また、造粒物の生産性を上げるためには、前記したように、焼結原料の占積率を上げる手段が必要になるが、占積率を上げて（Ｖ／Ｓ）を上げても、焼結原料のスリップを回避するために、ドラムミキサーの内面と焼結原料間の摩擦抵抗を上げる必要がある。
そこで、図７に示すように、ドラムミキサー１５の内面１６に設け、焼結原料１０の滑りを抑制する複数のリフター（滑り抑制部材の一例）１７を活用した。
【００２４】
このリフター１７は、薄板状のものであり、ドラムミキサー１５の中央に向かって突出させて設けられ、しかもドラムミキサー１５の内面１６に対して垂直に設けられている。なお、リフターの形状は、これに限定されるものではなく、断面形状を例えば凹状とし、この底部分をドラムミキサー１５にボルト止めしてもよい。また、リフターは、ドラムミキサーの内面に対して傾斜させて設けてもよい。
このリフター１７は、ドラムミキサー１５の内側に、周方向に等間隔（等角度）に複数個、例えば、ドラムミキサー１５の規模に応じて４個以上１２以下（ここでは、８個）程度設けられ、しかもドラムミキサー１５の長手方向に渡って直線的かつ連続的に設けられている。なお、リフターは、ドラムミキサーの軸心を中心として螺旋状に設けてもよく、また、ドラムミキサーの長手方向に渡って断続的に設けてもよい。
【００２５】
このように、ドラムミキサー１５の内面１６にリフター１７を設ける場合、焼結原料１０を強制的に掻き上げるのに十分な高さを確保する必要があるが、ドラムミキサー１５の底部１８であって、ドラムミキサー１５の内面１６からリフター１７の上端１９までに存在する焼結原料１０は、リフター１７に阻まれて転動できない。このため、隣り合うリフター１７の間にある焼結原料１０は、焼結原料１０の造粒性に寄与し難いと考えられることから、リフター１７の突出高さ（リフター高さともいう）Ｈを適正範囲に設定する必要がある。
ここで、リフター１７の突出高さＨと鉄鉱石原料の積層厚みｈ２による目標粒度の造粒物の収率の変化を調査した結果を、図８を参照しながら説明する。なお、ここでは、ドラムミキサーとして、直径が１．０ｍのものを使用し、その回転数を２０ｒｐｍ、造粒処理時間を２分として、鉄鉱石原料の投入速度を種々変更することで、鉄鉱石原料の積層厚みｈ２を変え、水分含有量が９．５質量％の造粒物を製造した。
【００２６】
図８に示すように、目標粒度の造粒物の収率は、リフターを設けることで高められ、その突出高さＨが１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲では、リフターの突出高さＨが高くなるに伴って低下する傾向がある。このことから、リフターの突出高さＨが３０ｍｍを超えると、前記した掻き上げ作用が過剰となって造粒物の収率が更に低下すること、また鉄鉱石原料の積層厚みｈ２が過剰に大きくなると、目標粒度の造粒物の収率が更に低下することが分かる。なお、リフターの突出高さＨが３０ｍｍの場合、鉄鉱石原料の積層厚みｈ２が３００ｍｍまで、目標粒度の造粒物の収率を５０質量％以上確保できた。
以上のことから、内面１６に複数のリフター１７が設けられたドラムミキサー１５を使用し、焼結原料１０を造粒して造粒物を製造する場合、リフター１７の突出高さＨを３０ｍｍ以下とし、ドラムミキサー１５の静止状態で、ドラムミキサー１５内の底部１８に溜まった焼結原料１０の積層厚みｈ２を３００ｍｍ以下にする。
【００２７】
なお、最終的に得られる粒度３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の造粒物の収率を更に向上させるためには、リフターの突出高さＨを２５ｍｍ以下、更には２０ｍｍ以下にすることが好ましい。一方、リフターが無くても、前記したように、焼結原料の積層厚みｈ２を調整すれば、目標粒度の造粒物を収率よく製造できるため、下限値については規定していないが、リフターによる効果を顕著にするには、リフターの突出高さＨを５ｍｍ以上、更には１０ｍｍ以上にすることが好ましい。
また、目標粒度の造粒物の収率を更に向上させるためには、焼結原料の積層厚みｈ２を２５０ｍｍ以下、更には２３０ｍｍ以下にすることが好ましい。一方、焼結原料の積層厚みｈ２の下限値は、前記したように、ドラムミキサーの底部であって、ドラムミキサーの内面からリフターの上端までに存在する焼結原料が、リフターに阻まれて転動できないため、リフターの突出高さＨよりも高くした。なお、目標粒度の造粒物を安定に製造し、しかもその収率を更に向上させるためには、焼結原料の積層厚みｈ２を、｛（リフターの突出高さＨ）＋２０｝ｍｍ以上、更には、１００ｍｍ以上にすることが好ましい。
【００２８】
このように、微粉を主体とした焼結原料１０を、ドラムミキサー１２（１５も同様）により造粒する場合、造粒性に及ぼす水分の影響が非常に大きい。そこで、本実施の形態における条件では、造粒物の水分含有量が８質量％以上１１質量％以下の範囲になるように、焼結原料１０に水を添加した。
ここで、造粒物の水分含有量が８質量％未満の場合、水分不足に起因して造粒不足となり、一方、１２質量％を超える場合、例えば、造粒過剰となって粗大粒が増加したり、またドラムミキサーの内面へ原料が付着する恐れがあるため、造粒性を保つことが困難となる。
【００２９】
そこで、更に品質を高めた造粒物の収率を向上させるため、造粒物の水分含有量の下限値を、８．５質量％、更には９質量％とすることが好ましく、また、上限値を、１０．５質量％とすることが好ましい。
以上の結果に基づき、ドラムミキサー１２を使用して、焼結原料１０を、例えば１分以上（上限は特にないが５分程度）造粒処理することにより、粒度分布３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の造粒物の収率を５０質量％以上にできる。なお、製造した造粒物は、必要に応じて篩選別機で篩分けされた後、更に乾燥機（図示しない）で乾燥処理され、焼結機へ供給される。
【実施例】
【００３０】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここでは、直径１ｍの実験用ドラムミキサーを使用して、（１）原料の積層厚みと目標粒度（３ｍｍ以上１０ｍｍ以下）の造粒物の収率（目標５０質量％以上）との関係、（２）リフターの突出高さ及び原料の積層厚みと目標粒度の造粒物の収率との関係を検討した結果と、この検討結果に基づき、実機用ドラムミキサーを使用して、前記（１）、（２）の関係を検討した結果について説明する。なお、実機用ドラムミキサーとしては、直径が、例えば、２ｍ以上４ｍ以下のものがあるが、ここでは、３ｍのものについて検討した。
まず、直径１ｍの実験用ドラムミキサーを使用し、その回転数を２０ｒｐｍ、造粒処理時間を２分として、原料の投入速度を種々変更することで、原料の積層厚みを変え、水分含有量が９．５質量％の造粒物を製造した結果について、表１を参照しながら説明する。なお、前記したように、焼結原料はその主成分が鉄鉱石原料であり、その粒度分布は鉄鉱石原料と同様であるため、原料として、粒径２５０μｍ以下の粒子を６０質量％含む鉄鉱石原料を使用した。
【００３１】
【表１】
【００３２】
表１に示すように、リフターを備えていない内面が平滑なドラムミキサーを使用した場合、鉄鉱石原料の積層厚みが、１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲で、目標粒度の造粒物の収率が比較的高くなった。しかし、積層厚みを１００ｍｍ以上にすると、ドラムミキサーの内面での鉄鉱石原料のスリップが生じ、造粒不良となった。
一方、内面にリフターを備えたドラムミキサーを使用した場合、リフター高さが５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲においては、鉄鉱石原料の積層厚みをリフター高さよりも高くすることで、目標粒度の造粒物の収率を従来よりも向上でき、特に１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下までの範囲で、目標収率５０質量％以上を得ることができた。しかし、鉄鉱石原料の積層厚みを４００ｍｍまで上昇させると、鉄鉱石原料の転動状態が悪化して造粒物の収率が低下した。また、リフター高さを３０ｍｍまで高くすると、鉄鉱石原料の掻き上げ傾向が顕著となって、目標粒度の造粒物の収率が低下する傾向が見られたが、目標収率５０質量％以上は確保できた。
【００３３】
以上のことから、リフター無しのドラムミキサーを使用する場合、鉄鉱石原料の積層厚みを３０ｍｍ以下にし、またリフター有りのドラムミキサーを使用する場合、リフター高さを３０ｍｍ以下とし、鉄鉱石原料の積層厚みを、リフター高さを超え、特に１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下にすることで、目標粒度の造粒物の収率を、５０質量％以上にできる知見が得られた。
次に、この知見に基づいて、直径３ｍの実機用ドラムミキサーを使用し、その回転数を６．５ｒｐｍ、造粒処理時間を２分として、鉄鉱石原料の投入速度を種々変更することで、鉄鉱石原料の積層厚みを変え、水分含有量が９．５質量％の造粒物を製造した結果について、表２を参照しながら説明する。なお、ここでは、従来方法との比較のため、ドラムミキサーの断面積に占める鉄鉱石原料の面積割合を示した数値、即ち占積率を併記した。
【００３４】
【表２】
【００３５】
表２から明らかなように、直径３ｍの実機用ドラムミキサーについても、前記した実験用ドラムミキサーと同様の結果が得られた。
また、表２において、リフター無しのドラムミキサーを使用した場合、積層厚みが３０ｍｍ以下で目標粒度の造粒物の収率は高められるが、鉄鉱石原料の占積率が１％未満であり、造粒物の生産性の観点からは好ましくなかった。しかし、リフター有りのドラムミキサーを使用することで、鉄鉱石原料の積層厚みを３００ｍｍ（特に好ましくは２３０ｍｍ）、即ち占積率で５質量％程度（特に好ましくは３．５％）まで上昇させても、目標粒度の造粒物の収率５０質量％を確保することができ、造粒物の生産性を向上できることを確認できた。
【００３６】
ここで、粒径２５０μｍ以下の粒子量を７０質量％まで増加させた鉄鉱石原料を使用した場合の結果についても説明する。
まず、リフター無しのドラムミキサーを使用し、積層厚み３０ｍｍと１００ｍｍにおける目標粒度の造粒物の収率を比較した。表２に示すように、微粉の粒子を６０質量％含む鉄鉱石原料を使用した場合、積層厚みを１００ｍｍから３０ｍｍへと変えることで、目標粒度の造粒物の収率が１２質量％から５９質量％へと５倍程度増加した。一方、微粉の粒子を７０質量％含む鉄鉱石原料を使用した場合、目標粒度の造粒物の収率が９質量％から６５質量％へと７倍以上増加した。
【００３７】
次に、高さ２０ｍｍのリフターを備えたドラムミキサーを使用し、積層厚み２０ｍｍと３０ｍｍにおける目標粒度の造粒物の収率を比較した。表２に示すように、微粉の粒子を６０質量％含む鉄鉱石原料を使用した場合、積層厚みを２０ｍｍから３０ｍｍへと変えることで、目標粒度の造粒物の収率が３質量％から２９質量％へと１０倍程度増加した。一方、微粉の粒子を７０質量％含む鉄鉱石原料を使用した場合、目標粒度の造粒物の収率が３質量％から３６質量％へと１２倍程度増加した。
このことから、本願発明の微粉原料の造粒方法は、微粉割合が増加するほど、その効果が顕著に現れることを確認できた。
【００３８】
続いて、直径３ｍの実機用ドラムミキサーを使用して製造した造粒物の水分含有量について検討した結果について、表３、表４を参照しながら説明する。なお、表３はリフター無しのドラムミキサーを使用して鉄鉱石原料の積層厚みを２０ｍｍ（占積率：０．０９％）に設定した場合の結果であり、表４は高さ１０ｍｍのリフターが設けられたドラムミキサーを使用して鉄鉱石原料の積層厚みを２００ｍｍ（占積率：２．９％）に設定した場合の結果である。
【００３９】
【表３】
【００４０】
【表４】
【００４１】
表３、表４から明らかなように、リフターの有無に関わらず、造粒物の水分含有量が８質量％未満の場合（７質量％）は、水分不足のため造粒不足による微粉分が増加し、目標粒度の造粒物の収率が低下する傾向がみられた。一方、造粒物の水分含有量が１１質量％を超える場合（１１．５質量％）は、鉄鉱石原料同士の付着力が過剰となり、造粒物の直径が目標粒度以上に大きくなり、目標粒度の造粒物の収率が低下する傾向がみられた。
このことから、目標粒度の造粒物の収率の更なる向上を図るには、造粒物の水分含有量を８質量％以上１１質量％以下の範囲に設定することが好ましい。
以上の結果から、本願発明の微粉原料の造粒方法を使用することで、微粉を主体とする焼結原料から、目標とする粒度分布を備えた造粒物を、収率よく製造できることを確認できた。
【００４２】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の微粉原料の造粒方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１０：焼結原料、１１：内面、１２：ドラムミキサー、１３：底部、１５：ドラムミキサー、１６：内面、１７：リフター（滑り抑制部材）、１８：底部、１９：上端
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方側から投入された焼結原料を転動させて造粒し、製造された造粒物を他方側へ移動させて排出することにより、焼結原料を連続的に造粒処理するドラムミキサーを用い、粒径２５０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含む焼結原料を、内面が平滑な前記ドラムミキサーで造粒して造粒物を製造する方法であって、
前記ドラムミキサーの静止状態で、該ドラムミキサー内の底部に溜まった前記焼結原料の積層厚みを３０ｍｍ以下にすることを特徴とする微粉原料の造粒方法。
【請求項２】
一方側から投入された焼結原料を転動させて造粒し、製造された造粒物を他方側へ移動させて排出することにより、焼結原料を連続的に造粒処理するドラムミキサーを用い、焼結原料の滑りを抑制する複数の滑り抑制部材を前記ドラムミキサーの内面から突出させて設け、粒径２５０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含む焼結原料を前記ドラムミキサーで造粒して造粒物を製造する方法であって、
前記ドラムミキサーの前記内面からの前記滑り抑制部材の突出高さを３０ｍｍ以下とし、前記ドラムミキサーの静止状態で、該ドラムミキサー内の底部に溜まった前記焼結原料の積層厚みを、前記滑り抑制部材の突出高さを超え３００ｍｍ以下にすることを特徴とする微粉原料の造粒方法。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の微粉原料の造粒方法において、前記造粒物の水分含有量を８質量％以上１１質量％以下の範囲にすることを特徴とする微粉原料の造粒方法。
【請求項１】
一方側から投入された焼結原料を転動させて造粒し、製造された造粒物を他方側へ移動させて排出することにより、焼結原料を連続的に造粒処理するドラムミキサーを用い、粒径２５０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含む焼結原料を、内面が平滑な前記ドラムミキサーで造粒して造粒物を製造する方法であって、
前記ドラムミキサーの静止状態で、該ドラムミキサー内の底部に溜まった前記焼結原料の積層厚みを３０ｍｍ以下にすることを特徴とする微粉原料の造粒方法。
【請求項２】
一方側から投入された焼結原料を転動させて造粒し、製造された造粒物を他方側へ移動させて排出することにより、焼結原料を連続的に造粒処理するドラムミキサーを用い、焼結原料の滑りを抑制する複数の滑り抑制部材を前記ドラムミキサーの内面から突出させて設け、粒径２５０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含む焼結原料を前記ドラムミキサーで造粒して造粒物を製造する方法であって、
前記ドラムミキサーの前記内面からの前記滑り抑制部材の突出高さを３０ｍｍ以下とし、前記ドラムミキサーの静止状態で、該ドラムミキサー内の底部に溜まった前記焼結原料の積層厚みを、前記滑り抑制部材の突出高さを超え３００ｍｍ以下にすることを特徴とする微粉原料の造粒方法。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の微粉原料の造粒方法において、前記造粒物の水分含有量を８質量％以上１１質量％以下の範囲にすることを特徴とする微粉原料の造粒方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２８７１２２（Ｐ２００９−２８７１２２Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０１９１８（Ｐ２００９−２０１９１８）
【出願日】平成２１年９月１日（２００９．９．１）
【分割の表示】特願２００６−８６０８９（Ｐ２００６−８６０８９）の分割
【原出願日】平成１８年３月２７日（２００６．３．２７）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１日（２００９．９．１）
【分割の表示】特願２００６−８６０８９（Ｐ２００６−８６０８９）の分割
【原出願日】平成１８年３月２７日（２００６．３．２７）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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