炭材の改質処理設備
【課題】低温領域でのＮＯｘの発生を経済的に抑制可能な炭材の改質処理設備を提供する。
【解決手段】焼結原料に用いる炭材の表面に、カルシウム成分を３０質量％以上含有する被覆物を、炭材に対する質量％で２質量％以上５０質量％未満の割合で被覆した表面被覆炭材を製造し、表面被覆炭材と焼結配合原料を混合機１１で混合して焼結原料にするための炭材の改質処理設備１０であり、表面被覆炭材の原料となる石灰系原料と炭材を混練する混練機１２に、有機バインダーの供給装置１４を設け、混練機１２内で、石灰系原料、炭材、及び有機バインダーを混練して、石灰系原料を炭材の表面に有機バインダーを介して被覆処理する。
【解決手段】焼結原料に用いる炭材の表面に、カルシウム成分を３０質量％以上含有する被覆物を、炭材に対する質量％で２質量％以上５０質量％未満の割合で被覆した表面被覆炭材を製造し、表面被覆炭材と焼結配合原料を混合機１１で混合して焼結原料にするための炭材の改質処理設備１０であり、表面被覆炭材の原料となる石灰系原料と炭材を混練する混練機１２に、有機バインダーの供給装置１４を設け、混練機１２内で、石灰系原料、炭材、及び有機バインダーを混練して、石灰系原料を炭材の表面に有機バインダーを介して被覆処理する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘの発生を抑制可能にする炭材の改質処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結鉱の製造においては、燃料として使用する炭材の燃焼により、排ガス中に窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生する。このＮＯｘの低減は、大気汚染の改善において重要な課題である。
ＮＯｘを低減する手段としては、例えば、特許文献１に、ＣａＯ含有量が５〜５０質量％であるＣａＯ−ＦｅｘＯ系複合酸化物を主成分とする触媒によるＮＯｘの除去技術が開示されている。
しかし、上記したＣａＯ−ＦｅｘＯ系複合酸化物は、石灰系原料と鉄鉱石を溶融成形して製造されるため、通常の焼結で副原料として使用される石灰系原料に比べて高価だった。
【０００３】
そこで、上記のような高価な酸化物を用いることなく、通常の焼結副原料として用いられる石灰系原料を使用し、この石灰系原料とコークスを混合し造粒してコークスの表面を石灰系原料で覆い、炭材燃焼時のＮＯｘを低減させることが検討されている。
ここで、石灰系原料とコークスを造粒する方法としては、例えば、特許文献２に記載の技術が開示されている。具体的には、粒径０．３ｍｍ以下の含有量が５０質量％以上のコークスに、生石灰と消石灰の１種又は２種（以下、単に石灰という）を配合し、その後、造粒し養生する方法である。なお、配合する石灰の平均粒度は０．５〜３ｍｍである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１５１７４号公報
【特許文献２】特開２００６−２９０９２５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、特許文献２に記載の技術は、コークスの粒径が石灰の粒径よりも小さいことから、これを造粒すると、石灰の周囲にコークスが付着することになる。このため、コークスが低温領域で燃焼してしまい、ＮＯｘが多量に発生してＮＯｘの低減が図れない。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、低温領域でのＮＯｘの発生を経済的に抑制可能な炭材の改質処理設備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】
上記の課題を解決するためになされた本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）焼結原料に用いる炭材の表面に、カルシウム成分を３０質量％以上含有する被覆物を、前記炭材に対する質量％で２質量％以上５０質量％未満の割合で被覆した表面被覆炭材を製造し、該表面被覆炭材と焼結配合原料を混合機で混合して前記焼結原料にするための炭材の改質処理設備であって、
前記表面被覆炭材の原料となる石灰系原料と前記炭材を混練する混練機に、有機バインダーの供給装置を設け、該混練機内で、該石灰系原料、該炭材、及び該有機バインダーを混練して、該石灰系原料を該炭材の表面に該有機バインダーを介して被覆処理することを特徴とする炭材の改質処理設備。
【０００８】
（２）前記有機バインダーに、天然糊及び化学糊のいずれか一方又は双方を使用することを特徴とする（１）記載の炭材の改質処理設備。
【０００９】
（３）前記混練機の撹拌羽根は、１軸もしくは複数軸のスクリュー羽根、又は１軸もしくは複数軸の螺旋状に配置したパドル羽根であることを特徴とする（１）又は（２）記載の炭材の改質処理設備。
【００１０】
（４）前記混練機と前記混合機の間に造粒機を設けたことを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１に記載の炭材の改質処理設備。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る炭材の改質処理設備は、表面被覆炭材の原料となる石灰系原料と炭材を混練する混練機に、有機バインダーの供給装置を設けることで、混練機内でこれらを混練し、石灰系原料を炭材の表面に有機バインダーを介して被覆処理できるので、炭材の表面への最適厚みの被覆物の被覆効率を向上できる。
従って、焼結工程での炭材燃焼時におけるＮＯｘの発生を経済的に抑制できる。
【００１２】
また、混練機の撹拌羽根を、スクリュー羽根又はパドル羽根とした場合、撹拌羽根のない混練機に比べて、炭材の表面への被覆物の被覆効率を高めることができる。
【００１３】
そして、混練機と混合機の間に造粒機を設けた場合、炭材への被覆物の付着強度を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ＮＯｘ転換率と温度との関係を示すグラフである。
【図２】表面被覆炭材の顕微鏡観察結果を示す写真である。
【図３】被覆物がＮＯｘ転換率に及ぼす影響を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施の形態に係る炭材の改質処理設備の説明図である。
【図５】変形例に係る炭材の改質処理設備の説明図である。
【図６】燃焼試験における被覆物量とＮＯｘ転換率の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
まず、本発明の炭材の改質処理設備に想到した経緯について説明する。
焼結で生成（発生）するＮＯｘは、炭材中の窒素が酸化したものであり、図１に示されるように、１１００℃以下では、燃焼温度が低下するほど生成量が多くなることが確認されている。この図１の縦軸のＮＯｘ転換率は、式（１）により算出したものである。
｛ＮＯｘ転換率（ｍｏｌ％）｝
＝１００×｛ＮＯｘ発生量（ｍｏｌ）｝／｛炭材中の窒素量（ｍｏｌ）｝ ・・・（１）
従って、ＮＯｘ生成を抑制するためには、炭材を極力、高温燃焼させることが重要である。
【００１６】
前記した特許文献１には、ＣａＯ含有量が５〜５０質量％のＣａＯ−ＦｅｘＯ系複合酸化物を表面に被覆した炭材を用いて、ＣａＯ−ＦｅｘＯ系複合酸化物の触媒作用により、炭材の燃焼時に生成するＮＯｘを還元又は分解し除去することが開示されている。このＣａＯ含有量を５０質量％以下に制限したＣａＯ−ＦｅｘＯ系複合酸化物は融点が低く、１２００℃以上の高温域で溶融するため、これを炭材の表面に被覆することで、ある程度のＮＯｘ低減効果は期待される。
しかしながら、ＣａＯ−ＦｅｘＯ系複合酸化物は、石灰系原料と鉄鉱石を溶融成形して製造されるため、通常の焼結で副原料として使用される石灰系原料に比べて高価である。
【００１７】
そこで、本発明者らは、上記した高価な酸化物を用いることなく、通常の焼結副原料として用いられる石灰系原料を炭材の表面の被覆物（被覆材）として用いることにより、炭材燃焼時のＮＯｘ低減を可能とした。
本発明においては、図２の顕微鏡観察結果に例示したように、炭材の表面に被覆物である石灰系原料を最適厚み、即ち５〜５００μｍの層厚で被覆する点に特徴がある。
ここで、表面被覆炭材の燃焼試験によって確認されたＮＯｘ転換率の改善結果の一例を、図３に示す。
図３に示すように、コークス（炭材）の表面に被覆物を形成しない場合（被覆物なし）、ＮＯｘ転換率は３０ｍｏｌ％程度であったが、コークス表面に被覆物を５００μｍ被覆することで、ＮＯｘ転換率を２８．３ｍｏｌ％以下程度まで低減できることが分かった。
以上のことから、炭材の表面に石灰系原料を被覆することで、焼結の際にＮＯｘ発生量を効果的に低減することができる。
【００１８】
図４に示すように、本発明の一実施の形態に係る炭材の改質処理設備（以下、単に改質処理設備ともいう）１０は、焼結原料に用いる炭材（例えば、粉コークス）の表面に、カルシウム成分（Ｃａ）を３０質量％以上含有する被覆物を、炭材に対する質量％で２質量％以上５０質量％未満の割合で被覆した表面被覆炭材を製造し、この表面被覆炭材と焼結配合原料を混合機１１で混合して焼結原料にするための設備であり、表面被覆炭材の原料となる石灰系原料を、炭材の表面に有機バインダーを介して被覆処理する混練機１２を有している。以下、詳しく説明する。
【００１９】
混練機１２は、石灰系原料と炭材が供給され、更に、石灰系原料を炭材の表面に付着させるための有機バインダー（水分を含む）が供給されるものであり、転動もしくは撹拌羽根による混練操作によって、炭材の表面に石灰系原料を効果的に被覆する装置である。
この混練機１２は、被覆物を炭材の表面に被覆可能な構成であれば、特に限定されるものではなく、例えば、ドラムミキサー、ダウミキサー、レディゲミキサー、アイリッヒミキサー、又はセメントミキサー等の汎用的な混練機を使用できるが、特にダウミキサーのように、２軸のスクリュー型の撹拌羽根を備えるものが好ましい。
【００２０】
この混練機１２の撹拌羽根１３には、１軸もしくは複数軸（例えば、２軸）のスクリュー羽根、又は、１軸もしくは複数軸（例えば、２軸）の螺旋状に配置したパドル羽根を使用できる。なお、この撹拌羽根１３の回転数は、５ｒｐｍ（回／分、以下同様）以上８０ｒｐｍ未満であるのがよい。
ここで、撹拌羽根の回転数が５ｒｐｍ未満の場合、回転数が遅過ぎて混練不足が発生し、炭材と被覆物の混合が不十分になる。一方、回転数が８０ｒｐｍ以上の場合、回転数が速過ぎて撹拌羽根のせん断力が高まり、被覆物を炭材表面から剥離する作用が働く。
従って、撹拌羽根１３の回転数を、５ｒｐｍ以上８０ｒｐｍ未満の範囲内で調整することが好ましい。
【００２１】
上記した混練機１２には、有機バインダーの供給装置（以下、単に供給装置ともいう）１４が設けられている。
この供給装置１４は、有機バインダーを貯留する貯留タンク１５と、この有機バインダーを混練機１２内へ供給する供給手段（図示しない）とを有している。
ここで、貯留タンク１５は、例えば、有機バインダーを撹拌可能な構成であり、予め水分が添加されて希釈調整された有機バインダーを撹拌しながら貯留することも、また有機バインダーの固形分と水分を混合して希釈調整することも可能である。この貯留タンクの構成は、特に限定されるものではなく、例えば、大容量の貯留タンク内に、回転可能な撹拌翼が設けられた構成のタンクを使用できる。
【００２２】
また、供給手段は、混練機１２内の上流側上方に設けられ、貯留タンク１５からの有機バインダーを下方へ滴下（噴霧）するものであり、例えば、混練機１２の長手方向（炭材の搬送方向）に沿って１又は複数（２以上）設けることが好ましい。この供給手段は、例えば、１又は複数のノズルで構成することも、また長手方向に渡って多数の噴霧孔（ノズル）が設けられた配管で構成することもできる。
これにより、混練機１２内に石灰系原料と炭材を装入し、混練機１２内の上方から有機バインダーを供給して撹拌することで、石灰系原料を炭材の表面に有機バインダーを介して被覆処理して、被覆物を形成できる。
【００２３】
上記した混練機１２の下流側には、混合機１１が配置されている。
この混合機１１は、上記した表面被覆炭材の製造に用いられる原料の一部又は全部を除いた焼結鉱の配合原料（即ち、焼結配合原料）と、製造した表面被覆炭材とを混合し造粒する装置であり、例えば、ドラムミキサーやその他の混合機等を使用できる。なお、混合機１１には、混練機１２で製造した表面被覆炭材を混合機１１内部に装入するコンベア（装入装置）１６が、表面被覆炭材の装入位置が混合機１１内の下流側領域にくるように取り付けられ、表面被覆炭材を造粒途中の焼結配合原料に供給できる構成になっている。
一般の焼結機においては、焼結配合原料の混合度を高めるため、２つ以上の混合機を直列もしくは並列、あるいは直列と並列を組み合わせた構成に配置した例が多い。この場合、コンベア１６を最も下流側に位置する混合機に設置し、この混合機に表面被覆炭材を装入して混合処理を行う。
【００２４】
ここで、上記した混練機１２と混合機１１（コンベア１６）の間には、図５に示すように、造粒機１７を設けることもできる。この造粒機１７は、炭材への被覆物の付着強度を向上させる装置であり、例えば、パンペレタイザーやドラムミキサー等の転動造粒機を使用できる。
また、混合機１１の上流側、例えば、図４においては、混練機１２と混合機１１（コンベア１６）の間、また図５においては、造粒機１７と混合機１１（コンベア１６）の間に、貯留槽（図示しない）を設けることもできる。この貯留槽は、混練機１２、更には造粒機１７で製造した表面被覆炭材を、一時的に貯留可能な槽である。なお、貯留槽は、混練機１２あるいは造粒機１７がトラブルで停止した際に、安定した成分の原料を焼結機へ供給するためのバッファーでもある。
【００２５】
続いて、上記した炭材の改質処理設備１０を用いた焼結鉱の製造方法（炭材の改質処理方法）について説明する。
本発明では、改質処理設備１０を用いて、焼結で使用する炭材の全部もしくは一部に、石灰系原料由来の被覆物を被覆する処理を行った後、混合機１１を用いて、表面被覆炭材と、それ以外の焼結配合原料とを混合する。そして、この混合原料を焼結機において焼成し、焼結鉱を製造する。
【００２６】
表面被覆炭材は、以下に示す手順で製造する。
図４に示すように、貯留ホッパー１８から被覆物となる石灰系原料を、また貯留ホッパー１９から炭材（ここでは、粉コークス）を、それぞれ混練機１２へ供給し、この混練機１２内に、貯留タンク１５から供給される有機バインダーを添加して混練し、石灰系原料を炭材の表面に被覆させて、表面被覆炭材を形成する。なお、混練機１２内には、水分も供給されるが、この水分は、有機バインダーと共に供給してもよく、また有機バインダーとは別系統で供給してもよい。
【００２７】
炭材には、例えば、コークス（粉コークス）、無煙炭、その他の焼結鉱製造に用いられる燃料を使用できる。
この炭材は、通常、焼結原料として使用している粒径５ｍｍ以下のものでもよいが、その中の粒径０．５ｍｍ未満の微粉炭材の累積質量を２０質量％以下にした粗粒炭材を使用することが好ましく、更には１１．０質量％以下とするのが望ましい。一方、粒径０．５ｍｍ未満の炭材の累計質量の下限値は、上記した理由から特に規定していないが、篩網による篩分け限界を考慮すれば５質量％である。
更に、粒径０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の炭材の累積質量は、４０質量％以上であることが望ましく、７０質量％以上であることが特に望ましい。
【００２８】
また、石灰系原料には、石灰石（炭酸カルシウム）、製鋼スラグ、電気炉スラグ等が使用可能である。
炭材への被覆効果を高めるには、０．５ｍｍ以下の粉を４０質量％以上含有する粒度であることが望ましいが、好ましくは、０．５ｍｍ以下の粉が７０質量％以上、更に好ましくは１００質量％とすることが特に有効である。
【００２９】
そして、有機バインダーには、天然糊及び化学糊のいずれか一方又は双方を使用することができる。なお、天然糊には、例えば、でんぷん、コーンスターチ、アラビアゴム、グアガム等があり、化学糊には、例えば、カルボキシメチルセルロース（以下、ＣＭＣともいう）、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡともいう）等がある。
これらはいずれも、水に可溶な化合物であり、混練機１２内部での混練性を高める観点から、１．０Ｐａ・ｓ以下の粘度となるように、予め希釈調整しておくことが好ましい。
これらは、単独のバインダーとして使用することもできるが、複数の異なる種類のバインダーを混合して使用することもできる。
【００３０】
この有機バインダーの使用量は、乾燥状態の炭材１００質量％に対する有機バインダーの固形分の質量％（外掛け）で、０．０１〜２．０質量％の範囲内で調整することが好ましい。
ここで、有機バインダーの使用量が０．０１質量％未満の場合、十分なバインダー効果が得られないため、石灰系原料を炭材に被覆させることができない。一方、有機バインダーの使用量が２．０質量％を超える場合、バインダー効果が飽和する。
従って、有機バインダーの使用量として好ましい範囲は、０．０１〜２．０質量％であり、より好ましくは、下限が０．０５質量％、上限が１．０質量％、である。
【００３１】
なお、混練機１２へ供給する有機バインダー（水分も含む）量は、改質処理前の炭材の水分を考慮して、改質処理後の製品、即ち表面被覆炭材の含有水分量が９．５質量％以上１９質量％未満の範囲内の定めた目標値となるように調整するのがよい。
ここで、改質処理前の炭材の水分量とは、炭材がもともと含有する水分であり、乾燥状態の炭材１００質量％に対する質量％（外掛け）である。また、含有水分量とは、最終的な製品（混合機１１へ装入される前の表面被覆炭材）の水分量であり、乾燥状態の表面被覆炭材（被覆物及び炭材）１００質量％に対する質量％（外掛け）である。
これにより、表面被覆炭材の含有水分量が調整され、炭材の表面への最適厚み、即ち５〜５００μｍの被覆物の被覆効率を向上できる。
【００３２】
前記した被覆物は、カルシウム成分を３０質量％以上含有している。
ここで、被覆物のカルシウム成分が３０質量％未満の場合、溶剤量が少な過ぎて、周囲は鉄鉱石濃度が高い状態であるため、炭材表面での溶融反応が遅くなり、炭材の燃焼を促進させる効果が小さくなる。
一方、被覆物中のカルシウム成分が多くなるほど、炭材の燃焼を促進させる効果が大きくなるため、上限値については特に規定していないが、被覆物中のカルシウム成分を３３質量％以上とすることが望ましく、更には３６質量％以上とすることが特に望ましい。
また、上限としては１００質量％でも良い。
しかしながら、このカルシウム成分の高い原料としては、金属カルシウム（１００質量％）や水素化カルシウム（９５質量％）などがあり、これらを被覆材として用いることも可能であるが、いずれも水との反応性が高いため、炭材中の水分と反応して水酸化カルシウムに容易に変化する。従って、被覆物の実操業的なカルシウム成分の上限は、水酸化カルシウムのカルシウム成分量に相当する５３質量％程度であると想定される。
【００３３】
この被覆物は、炭材１００質量％に対する質量％（外掛け）で２質量％以上５０質量％未満の割合で、炭材に被覆する必要がある。
ここで、被覆物の炭材に対する質量％が２質量％未満の場合、炭材表面全体を包囲する十分な被覆物（被覆層）の形成が難しくなり、炭材表面の一部が露出したり、また被覆物層厚が薄くなり過ぎて、低温域での大気中の酸素の遮断によるＮＯｘ低減効果が得られなくなる。一方、炭材表面の被覆物量が５０質量％以上の場合、被覆物層厚が厚くなり過ぎて粉コークスの燃焼性が悪化し、焼結鉱の強度や焼結成品の歩留りが低下する。
このため、炭材表面の被覆物を、炭材に対する質量％で２質量％以上５０質量％未満としたが、下限を５質量％、更には１０質量％、また上限を４０質量％、更には３０質量％とすることが望ましい。
【００３４】
ここで、燃焼試験において、コークス（炭材）に対する被覆物量（＝（被覆物量）／（コークス）×１００）が、ＮＯｘ転換率に及ぼす影響を示した結果を、図６に示す。
図６から明らかなように、コークスに対する被覆物量を２質量％以上とすることで、ＮＯｘ転換率を低減できることを確認できた。なお、被覆物量が５０質量％以上になると、上記したように、焼結鉱の強度や焼結成品の歩留りが低下することから好ましくない。
【００３５】
以上の方法で製造した表面被覆炭材を、コンベア１６を介して、混合機１１内の造粒途中の焼結配合原料に供給する。
焼結配合原料を混合し造粒する前に、表面被覆炭材を添加した場合、焼結配合原料の混合時や造粒時に、炭材表面の被覆物が崩壊し剥離してしまう。そこで、この剥離を避けるため、造粒途中（終盤）の焼結配合原料に、表面被覆炭材を供給し、焼結配合原料と表面被覆炭材を、例えば、１０〜４０秒間程度、軽く（短時間）混合するのがよい。
なお、炭材表面からの被覆物の剥離を更に抑制するには、表面被覆炭材を造粒後の焼結配合原料に供給することが好ましい。
この表面被覆炭材の供給量は、例えば、焼結機へ装入する全焼結原料の０．５質量％以上４．５質量％以下程度であり、低減するＮＯｘ量に応じて調整することができる。
【００３６】
また、混練機１２で製造した表面被覆炭材は、炭材への被覆物の付着強度を向上させるため、図５に示すように、更に造粒機１７で造粒処理するのがよい。
造粒機における水分の添加については、０質量％であっても造粒機による造粒効果が得られるため、特に規定していないが、造粒時の自然蒸発で消失する水分量を補う程度の水分調整（５質量％以下）によって、被覆物の付着性を一段と向上させることができる。
更に、混練機１２で製造、更には造粒機１７で製造された表面被覆炭材は、混合機１１に供給しているが、混合機１１に供給する前に、貯留槽に供給して貯留することもできる。これにより、例えば、表面被覆炭材を製造する混練機１２の操業を停止しなければならない状態が発生しても、また、低減させるＮＯｘ量に応じて混合機１１に供給する表面被覆炭材量が変動しても、表面被覆炭材を混合機１１へ安定供給できる。
【００３７】
焼結で生成するＮＯｘは、前記したように、炭材の１１００℃以下の低温燃焼で多く生成される。従って、ＮＯｘ生成を抑制するためには、炭材の低温燃焼を抑制し、極力高温燃焼させることが必要である。
上記した表面被覆炭材は、炭材の燃焼初期である低温領域で、炭材表面が被覆物で覆われているため、被覆物内の炭材の燃焼を抑えてＮＯｘの発生を抑制する。
一方、１２００℃以上の高温領域に到達すると、被覆物中の石灰系原料由来のＣａＯは、周囲の鉱石と反応し、低融点のカルシウムフェライトとして溶融し、溶け落ちる。これにより、炭材表面は、被覆物が消失して裸の状態になるが、裸の状態であっても、炭材は１２００℃以上の高温領域で燃焼されるため、ＮＯｘ発生は少なく、しかも活発な燃焼によって生産性を損うこともない。このとき、炭材と被覆物を接着している有機バインダーについては、高温で完全燃焼することが確かめられており、排ガス成分及び溶融反応のいずれに対しても、何ら有害な影響を及ぼすことはない。
従って、本発明の炭材の改質処理設備を使用することで、低温領域でのＮＯｘの発生を経済的に抑制できる。
【実施例】
【００３８】
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。
準備した焼結原料は、鉄鉱石、石灰石、生石灰、蛇紋岩、返鉱、及び粉コークス（炭材）である。なお、鉄鉱石は８２．８５質量％、石灰石は１３．１質量％、生石灰は１．００質量％、蛇紋岩は３．０５質量％であり、この合計量（１００質量％）に対して、返鉱を１５．０質量％、粉コークスを４．２質量％、それぞれ添加する構成にしている。
ここで、表面被覆炭材を製造にするに際し、上記した焼結原料中の粉コークス４．２質量％のうち、３〜４質量％分を使用した。また、炭材の表面に被覆する被覆物（石灰系原料）として、石灰石を１ｍｍ以下に粉砕した粉砕品（以下、微粉石灰石という）、又は微粉石灰石と製鋼スラグを使用した。この被覆物の使用量は、炭材に対する外枠配合（外掛け）で、０又は０を超え５０質量％以下の範囲で変更した。
【００３９】
この焼結原料を用いて、表面被覆炭材の調製条件が、ＮＯｘの生成に及ぼす影響を調査する焼結鍋試験を行った。
使用した焼結鍋試験装置は、直径３００φ、層高６００ｍｍの鍋形状であり、この鍋に焼結原料を装入して、点火炉で焼結原料中の炭材に９０秒間点火し、焼結試験を行った。このとき、鍋の下方に設置した風箱より、吸引ブロアーで１５ｋＰａの一定負圧で排気を行い、焼結燃焼に伴う排気ガスの成分を分析した。
また、焼結配合原料の混合は、直径１０００ｍｍのドラムミキサーを用いて６分間行った。一方、各種の調整条件で製造した表面被覆炭材は、上記したドラムミキサーでの混合開始から５分４５秒後に、上記した混合後の焼結配合原料に添加し、その混合処理を１５秒間行うこととした。
表面被覆炭材の製造条件を、表１に示す。また、製造した表面被覆炭材を焼結配合原料に混合した焼結試験における焼結生産率、成品歩留、及びＮＯｘ転換率を、表２に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】
【００４２】
比較例１は、炭材の改質処理設備を使用することなく、即ち、表面被覆炭材を製造することなく、造粒した焼結原料を焼結させた結果である。
また、比較例２、３は、被覆物（微粉石灰石）量を適正範囲外（２質量％未満又は５０質量％以上）にした表面被覆炭材を製造し、比較例４は、被覆物中のＣａ量を適正範囲外（３０質量％未満）にした表面被覆炭材を製造し、これらをそれぞれ焼結配合原料と共に混合処理して焼結させた結果である。
【００４３】
一方、実施例１〜１１は、焼結原料の粉コークスの一部を使用し、被覆物量を適正範囲内（２質量％以上５０質量％未満）、かつ被覆物中のＣａ量を適正範囲内（３０質量％以上）にし、更に、被覆物の層厚が最適厚みとなるように、混練機で有機バインダー（水分も含む）を添加して、表面被覆炭材を製造し、これを焼結配合原料と共に混合処理して焼結させた結果である。
なお、実施例１〜１１においては、有機バインダーに、αでんぷん、カルボキシメチルセルロース、及びポリビニルアルコールを、炭材に対する固形分配合量として、それぞれ０．５〜２．０質量％の範囲内で調整した。また、混練機には、２軸のスクリュー型ミキサー（２軸スクリュー）、アイリッヒミキサー（アイリッヒ）、レディゲミキサー（１軸レディゲ）、又は２軸のパドル羽根を備えるダウミキサー（２軸パドル）を、使用した。
【００４４】
表２から明らかなように、表面被覆炭材を使用しなかった比較例１のＮＯｘ転換率は、３１．７ｍｏｌ％（モル％）であり、表面被覆炭材を使用した比較例２〜４と比較して、同等かそれより高かった。なお、比較例２は、被覆物量が適正範囲の下限値未満であったため、ＮＯｘ転換率が比較例１と同程度であった。また、比較例３は、被覆物量が適正範囲の上限値を超えたため、ＮＯｘ転換率の改善効果は小さかった。そして、比較例４は、被覆物中のＣａ量を適正範囲の下限値未満であったため、ＮＯｘ転換率が比較例１と同程度であった。
一方、実施例１〜１１は、被覆物量とＣａ量を適正範囲とした条件下で、混練機に有機バインダーを添加して表面被覆炭材を製造し使用したため、ＮＯｘ転換率を３０ｍｏｌ％以下に低減できた。
【００４５】
ここで、実施例１、２は、被覆物中の石灰系原料の種類を変更した結果である。なお、実施例１は、石灰系原料に微粉石灰石を使用し、実施例２は、実施例１の微粉石灰石に更に製鋼スラグを添加している。
有機バインダーを使用することで、炭材の表面への最適厚みの被覆物の被覆効率を向上できたため、被覆物を構成する石灰系原料の種類に関係なく、ＮＯｘ転換率を低減させることができた。
【００４６】
また、実施例３は、実施例１の条件において、有機バインダーの種類と混練機の種類を変更した結果である。
実施例３に示すように、有機バインダーの種類と混練機の種類を変更することで、炭材の表面への最適厚みの被覆物の被覆効率を向上できたため、ＮＯｘ転換率を低減させることができた。
【００４７】
実施例４〜６は、有機バインダーにポリビニルアルコールを使用し、その使用量を変更した結果である。
実施例４〜６に示すように、有機バインダーの使用量の増加に伴って、ＮＯｘ転換率を低減させることができた。これは、有機バインダーの使用量を増加させることで、炭材からの被覆物の剥離を抑制できたことに起因すると考えられる。
【００４８】
実施例７、８は、２種類の有機バインダーを混合して使用した結果である。なお、実施例７は、有機バインダーにαでんぷんとカルボキシメチルセルロースを使用し、実施例８は、有機バインダーにαでんぷんとポリビニルアルコールを使用している。
実施例７、８に示すように、有機バインダーを複数種類混合して使用しても、ＮＯｘ転換率を低減させることができた。これは、有機バインダーを混合使用しても、バインダー効果が損なわれなかったことに起因すると考えられる。
【００４９】
実施例９、１０は、石灰系原料、炭材、及び有機バインダーを混練する混練機の種類を変更した結果である。なお、実施例９はレディゲミキサー、実施例１０はダウミキサーを、それぞれ使用した。
実施例９、１０に示すように、混練機の種類を変更しても、ＮＯｘ転換率を低減させることができた。
また、実施例１１は、実施例９で製造した表面被覆炭材を、更にパンペレタイザーで造粒処理した結果であるが、造粒処理を行うことにより、炭材への被覆物の付着強度を向上させることができ、実施例９よりもＮＯｘ転換率を低減させることができた。
【００５０】
以上に示したように、実施例１〜１１では、ＮＯｘ転換率を３０ｍｏｌ％以下（最大で２６ｍｏｌ％程度）に低減できた。このとき、焼結鉱の歩留まり（成品歩留）を７９質量％以上（最大で８３質量％程度）まで向上できると共に、焼結生産率を２９トン／日／ｍ２以上（最大で３１トン／日／ｍ２程度）まで向上できるなど、副次的効果も得られることが判明した。
【００５１】
次に、上記した鍋試験における実施例の効果を、実機の焼結機で確認した。
パレット幅５．５ｍ、ストランド長１２０ｍ、焼結面積６６０ｍ２の焼結機を用い、層厚７２０ｍｍ、吸引負圧１８．３ｋＰａの操業条件において、炭材の一部を粉コークスから表面被覆炭材に振り替え操業評価試験を行った。焼結原料の条件としては、ブレンド鉱石６４.４質量％、石灰石１０．８質量％、生石灰１．２質量％、ドロマイト２．８質量％、及び返鉱２０．８質量％の焼結配合原料をベースに、炭材３．８質量％（外枠配合）中の３．６質量％を、消石灰８質量％（対炭材質量％）の被覆物を被覆した表面被覆炭材に置き換えた。
【００５２】
表面被覆炭材は、図５に示す製造工程で連続して改質処理を行った。
混練機１２には２軸のダウミキサーを用い、２０ｒｐｍの回転数で撹拌しながら、炭材に対する質量％で１．２質量％のポリビニルアルコールを供給し、混練機１２で水分を添加して、含有水分量が１４．２質量％の表面被覆炭材を製造した。また、製造された表面被覆炭材（表面改質炭材）は、直列２系統に配置されたドラムミキサーのうち、後段のドラムミキサー（混合機１１）の出側から３ｍの位置に、投入用ベルトコンベア１６で供給した。
【００５３】
粉コークスを表面被覆炭材へ振り替えたことにより、ＮＯｘ転換率は、３０．７ｍｏｌ％から２８．１ｍｏｌ％へと低減できることが、実機の焼結機で確認された。また、成品歩留が２．０質量％向上すると共に、焼結生産率が約３．１％改善するなど、副次的な操業改善効果も得られることが判明した。
以上のことから、本発明の炭材の改質処理設備を使用することで、低温領域でのＮＯｘの発生を経済的に抑制できることを確認できた。
【００５４】
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炭材の改質処理設備を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、表面被覆炭材の被覆物が、石灰石等の石灰系原料を含有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。つまり、被覆物がカルシウム成分を３０質量％以上含有していれば、石灰系原料以外に、粉鉄鉱石やその他の原料が含まれていてもよい。なお、粉鉄鉱石やその他の原料には、粉鉄鉱石（製鉄所内の発生ダストも含む）、石灰系原料以外の副原料（珪石、蛇紋岩、かんらん岩等）がある。
【符号の説明】
【００５５】
１０：炭材の改質処理設備、１１：混合機、１２：混練機、１３：撹拌羽根、１４：有機バインダーの供給装置、１５：貯留タンク、１６：コンベア、１７：造粒機、１８、１９：貯留ホッパー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘの発生を抑制可能にする炭材の改質処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結鉱の製造においては、燃料として使用する炭材の燃焼により、排ガス中に窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生する。このＮＯｘの低減は、大気汚染の改善において重要な課題である。
ＮＯｘを低減する手段としては、例えば、特許文献１に、ＣａＯ含有量が５〜５０質量％であるＣａＯ−ＦｅｘＯ系複合酸化物を主成分とする触媒によるＮＯｘの除去技術が開示されている。
しかし、上記したＣａＯ−ＦｅｘＯ系複合酸化物は、石灰系原料と鉄鉱石を溶融成形して製造されるため、通常の焼結で副原料として使用される石灰系原料に比べて高価だった。
【０００３】
そこで、上記のような高価な酸化物を用いることなく、通常の焼結副原料として用いられる石灰系原料を使用し、この石灰系原料とコークスを混合し造粒してコークスの表面を石灰系原料で覆い、炭材燃焼時のＮＯｘを低減させることが検討されている。
ここで、石灰系原料とコークスを造粒する方法としては、例えば、特許文献２に記載の技術が開示されている。具体的には、粒径０．３ｍｍ以下の含有量が５０質量％以上のコークスに、生石灰と消石灰の１種又は２種（以下、単に石灰という）を配合し、その後、造粒し養生する方法である。なお、配合する石灰の平均粒度は０．５〜３ｍｍである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１５１７４号公報
【特許文献２】特開２００６−２９０９２５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、特許文献２に記載の技術は、コークスの粒径が石灰の粒径よりも小さいことから、これを造粒すると、石灰の周囲にコークスが付着することになる。このため、コークスが低温領域で燃焼してしまい、ＮＯｘが多量に発生してＮＯｘの低減が図れない。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、低温領域でのＮＯｘの発生を経済的に抑制可能な炭材の改質処理設備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】
上記の課題を解決するためになされた本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）焼結原料に用いる炭材の表面に、カルシウム成分を３０質量％以上含有する被覆物を、前記炭材に対する質量％で２質量％以上５０質量％未満の割合で被覆した表面被覆炭材を製造し、該表面被覆炭材と焼結配合原料を混合機で混合して前記焼結原料にするための炭材の改質処理設備であって、
前記表面被覆炭材の原料となる石灰系原料と前記炭材を混練する混練機に、有機バインダーの供給装置を設け、該混練機内で、該石灰系原料、該炭材、及び該有機バインダーを混練して、該石灰系原料を該炭材の表面に該有機バインダーを介して被覆処理することを特徴とする炭材の改質処理設備。
【０００８】
（２）前記有機バインダーに、天然糊及び化学糊のいずれか一方又は双方を使用することを特徴とする（１）記載の炭材の改質処理設備。
【０００９】
（３）前記混練機の撹拌羽根は、１軸もしくは複数軸のスクリュー羽根、又は１軸もしくは複数軸の螺旋状に配置したパドル羽根であることを特徴とする（１）又は（２）記載の炭材の改質処理設備。
【００１０】
（４）前記混練機と前記混合機の間に造粒機を設けたことを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１に記載の炭材の改質処理設備。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る炭材の改質処理設備は、表面被覆炭材の原料となる石灰系原料と炭材を混練する混練機に、有機バインダーの供給装置を設けることで、混練機内でこれらを混練し、石灰系原料を炭材の表面に有機バインダーを介して被覆処理できるので、炭材の表面への最適厚みの被覆物の被覆効率を向上できる。
従って、焼結工程での炭材燃焼時におけるＮＯｘの発生を経済的に抑制できる。
【００１２】
また、混練機の撹拌羽根を、スクリュー羽根又はパドル羽根とした場合、撹拌羽根のない混練機に比べて、炭材の表面への被覆物の被覆効率を高めることができる。
【００１３】
そして、混練機と混合機の間に造粒機を設けた場合、炭材への被覆物の付着強度を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ＮＯｘ転換率と温度との関係を示すグラフである。
【図２】表面被覆炭材の顕微鏡観察結果を示す写真である。
【図３】被覆物がＮＯｘ転換率に及ぼす影響を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施の形態に係る炭材の改質処理設備の説明図である。
【図５】変形例に係る炭材の改質処理設備の説明図である。
【図６】燃焼試験における被覆物量とＮＯｘ転換率の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
まず、本発明の炭材の改質処理設備に想到した経緯について説明する。
焼結で生成（発生）するＮＯｘは、炭材中の窒素が酸化したものであり、図１に示されるように、１１００℃以下では、燃焼温度が低下するほど生成量が多くなることが確認されている。この図１の縦軸のＮＯｘ転換率は、式（１）により算出したものである。
｛ＮＯｘ転換率（ｍｏｌ％）｝
＝１００×｛ＮＯｘ発生量（ｍｏｌ）｝／｛炭材中の窒素量（ｍｏｌ）｝ ・・・（１）
従って、ＮＯｘ生成を抑制するためには、炭材を極力、高温燃焼させることが重要である。
【００１６】
前記した特許文献１には、ＣａＯ含有量が５〜５０質量％のＣａＯ−ＦｅｘＯ系複合酸化物を表面に被覆した炭材を用いて、ＣａＯ−ＦｅｘＯ系複合酸化物の触媒作用により、炭材の燃焼時に生成するＮＯｘを還元又は分解し除去することが開示されている。このＣａＯ含有量を５０質量％以下に制限したＣａＯ−ＦｅｘＯ系複合酸化物は融点が低く、１２００℃以上の高温域で溶融するため、これを炭材の表面に被覆することで、ある程度のＮＯｘ低減効果は期待される。
しかしながら、ＣａＯ−ＦｅｘＯ系複合酸化物は、石灰系原料と鉄鉱石を溶融成形して製造されるため、通常の焼結で副原料として使用される石灰系原料に比べて高価である。
【００１７】
そこで、本発明者らは、上記した高価な酸化物を用いることなく、通常の焼結副原料として用いられる石灰系原料を炭材の表面の被覆物（被覆材）として用いることにより、炭材燃焼時のＮＯｘ低減を可能とした。
本発明においては、図２の顕微鏡観察結果に例示したように、炭材の表面に被覆物である石灰系原料を最適厚み、即ち５〜５００μｍの層厚で被覆する点に特徴がある。
ここで、表面被覆炭材の燃焼試験によって確認されたＮＯｘ転換率の改善結果の一例を、図３に示す。
図３に示すように、コークス（炭材）の表面に被覆物を形成しない場合（被覆物なし）、ＮＯｘ転換率は３０ｍｏｌ％程度であったが、コークス表面に被覆物を５００μｍ被覆することで、ＮＯｘ転換率を２８．３ｍｏｌ％以下程度まで低減できることが分かった。
以上のことから、炭材の表面に石灰系原料を被覆することで、焼結の際にＮＯｘ発生量を効果的に低減することができる。
【００１８】
図４に示すように、本発明の一実施の形態に係る炭材の改質処理設備（以下、単に改質処理設備ともいう）１０は、焼結原料に用いる炭材（例えば、粉コークス）の表面に、カルシウム成分（Ｃａ）を３０質量％以上含有する被覆物を、炭材に対する質量％で２質量％以上５０質量％未満の割合で被覆した表面被覆炭材を製造し、この表面被覆炭材と焼結配合原料を混合機１１で混合して焼結原料にするための設備であり、表面被覆炭材の原料となる石灰系原料を、炭材の表面に有機バインダーを介して被覆処理する混練機１２を有している。以下、詳しく説明する。
【００１９】
混練機１２は、石灰系原料と炭材が供給され、更に、石灰系原料を炭材の表面に付着させるための有機バインダー（水分を含む）が供給されるものであり、転動もしくは撹拌羽根による混練操作によって、炭材の表面に石灰系原料を効果的に被覆する装置である。
この混練機１２は、被覆物を炭材の表面に被覆可能な構成であれば、特に限定されるものではなく、例えば、ドラムミキサー、ダウミキサー、レディゲミキサー、アイリッヒミキサー、又はセメントミキサー等の汎用的な混練機を使用できるが、特にダウミキサーのように、２軸のスクリュー型の撹拌羽根を備えるものが好ましい。
【００２０】
この混練機１２の撹拌羽根１３には、１軸もしくは複数軸（例えば、２軸）のスクリュー羽根、又は、１軸もしくは複数軸（例えば、２軸）の螺旋状に配置したパドル羽根を使用できる。なお、この撹拌羽根１３の回転数は、５ｒｐｍ（回／分、以下同様）以上８０ｒｐｍ未満であるのがよい。
ここで、撹拌羽根の回転数が５ｒｐｍ未満の場合、回転数が遅過ぎて混練不足が発生し、炭材と被覆物の混合が不十分になる。一方、回転数が８０ｒｐｍ以上の場合、回転数が速過ぎて撹拌羽根のせん断力が高まり、被覆物を炭材表面から剥離する作用が働く。
従って、撹拌羽根１３の回転数を、５ｒｐｍ以上８０ｒｐｍ未満の範囲内で調整することが好ましい。
【００２１】
上記した混練機１２には、有機バインダーの供給装置（以下、単に供給装置ともいう）１４が設けられている。
この供給装置１４は、有機バインダーを貯留する貯留タンク１５と、この有機バインダーを混練機１２内へ供給する供給手段（図示しない）とを有している。
ここで、貯留タンク１５は、例えば、有機バインダーを撹拌可能な構成であり、予め水分が添加されて希釈調整された有機バインダーを撹拌しながら貯留することも、また有機バインダーの固形分と水分を混合して希釈調整することも可能である。この貯留タンクの構成は、特に限定されるものではなく、例えば、大容量の貯留タンク内に、回転可能な撹拌翼が設けられた構成のタンクを使用できる。
【００２２】
また、供給手段は、混練機１２内の上流側上方に設けられ、貯留タンク１５からの有機バインダーを下方へ滴下（噴霧）するものであり、例えば、混練機１２の長手方向（炭材の搬送方向）に沿って１又は複数（２以上）設けることが好ましい。この供給手段は、例えば、１又は複数のノズルで構成することも、また長手方向に渡って多数の噴霧孔（ノズル）が設けられた配管で構成することもできる。
これにより、混練機１２内に石灰系原料と炭材を装入し、混練機１２内の上方から有機バインダーを供給して撹拌することで、石灰系原料を炭材の表面に有機バインダーを介して被覆処理して、被覆物を形成できる。
【００２３】
上記した混練機１２の下流側には、混合機１１が配置されている。
この混合機１１は、上記した表面被覆炭材の製造に用いられる原料の一部又は全部を除いた焼結鉱の配合原料（即ち、焼結配合原料）と、製造した表面被覆炭材とを混合し造粒する装置であり、例えば、ドラムミキサーやその他の混合機等を使用できる。なお、混合機１１には、混練機１２で製造した表面被覆炭材を混合機１１内部に装入するコンベア（装入装置）１６が、表面被覆炭材の装入位置が混合機１１内の下流側領域にくるように取り付けられ、表面被覆炭材を造粒途中の焼結配合原料に供給できる構成になっている。
一般の焼結機においては、焼結配合原料の混合度を高めるため、２つ以上の混合機を直列もしくは並列、あるいは直列と並列を組み合わせた構成に配置した例が多い。この場合、コンベア１６を最も下流側に位置する混合機に設置し、この混合機に表面被覆炭材を装入して混合処理を行う。
【００２４】
ここで、上記した混練機１２と混合機１１（コンベア１６）の間には、図５に示すように、造粒機１７を設けることもできる。この造粒機１７は、炭材への被覆物の付着強度を向上させる装置であり、例えば、パンペレタイザーやドラムミキサー等の転動造粒機を使用できる。
また、混合機１１の上流側、例えば、図４においては、混練機１２と混合機１１（コンベア１６）の間、また図５においては、造粒機１７と混合機１１（コンベア１６）の間に、貯留槽（図示しない）を設けることもできる。この貯留槽は、混練機１２、更には造粒機１７で製造した表面被覆炭材を、一時的に貯留可能な槽である。なお、貯留槽は、混練機１２あるいは造粒機１７がトラブルで停止した際に、安定した成分の原料を焼結機へ供給するためのバッファーでもある。
【００２５】
続いて、上記した炭材の改質処理設備１０を用いた焼結鉱の製造方法（炭材の改質処理方法）について説明する。
本発明では、改質処理設備１０を用いて、焼結で使用する炭材の全部もしくは一部に、石灰系原料由来の被覆物を被覆する処理を行った後、混合機１１を用いて、表面被覆炭材と、それ以外の焼結配合原料とを混合する。そして、この混合原料を焼結機において焼成し、焼結鉱を製造する。
【００２６】
表面被覆炭材は、以下に示す手順で製造する。
図４に示すように、貯留ホッパー１８から被覆物となる石灰系原料を、また貯留ホッパー１９から炭材（ここでは、粉コークス）を、それぞれ混練機１２へ供給し、この混練機１２内に、貯留タンク１５から供給される有機バインダーを添加して混練し、石灰系原料を炭材の表面に被覆させて、表面被覆炭材を形成する。なお、混練機１２内には、水分も供給されるが、この水分は、有機バインダーと共に供給してもよく、また有機バインダーとは別系統で供給してもよい。
【００２７】
炭材には、例えば、コークス（粉コークス）、無煙炭、その他の焼結鉱製造に用いられる燃料を使用できる。
この炭材は、通常、焼結原料として使用している粒径５ｍｍ以下のものでもよいが、その中の粒径０．５ｍｍ未満の微粉炭材の累積質量を２０質量％以下にした粗粒炭材を使用することが好ましく、更には１１．０質量％以下とするのが望ましい。一方、粒径０．５ｍｍ未満の炭材の累計質量の下限値は、上記した理由から特に規定していないが、篩網による篩分け限界を考慮すれば５質量％である。
更に、粒径０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の炭材の累積質量は、４０質量％以上であることが望ましく、７０質量％以上であることが特に望ましい。
【００２８】
また、石灰系原料には、石灰石（炭酸カルシウム）、製鋼スラグ、電気炉スラグ等が使用可能である。
炭材への被覆効果を高めるには、０．５ｍｍ以下の粉を４０質量％以上含有する粒度であることが望ましいが、好ましくは、０．５ｍｍ以下の粉が７０質量％以上、更に好ましくは１００質量％とすることが特に有効である。
【００２９】
そして、有機バインダーには、天然糊及び化学糊のいずれか一方又は双方を使用することができる。なお、天然糊には、例えば、でんぷん、コーンスターチ、アラビアゴム、グアガム等があり、化学糊には、例えば、カルボキシメチルセルロース（以下、ＣＭＣともいう）、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡともいう）等がある。
これらはいずれも、水に可溶な化合物であり、混練機１２内部での混練性を高める観点から、１．０Ｐａ・ｓ以下の粘度となるように、予め希釈調整しておくことが好ましい。
これらは、単独のバインダーとして使用することもできるが、複数の異なる種類のバインダーを混合して使用することもできる。
【００３０】
この有機バインダーの使用量は、乾燥状態の炭材１００質量％に対する有機バインダーの固形分の質量％（外掛け）で、０．０１〜２．０質量％の範囲内で調整することが好ましい。
ここで、有機バインダーの使用量が０．０１質量％未満の場合、十分なバインダー効果が得られないため、石灰系原料を炭材に被覆させることができない。一方、有機バインダーの使用量が２．０質量％を超える場合、バインダー効果が飽和する。
従って、有機バインダーの使用量として好ましい範囲は、０．０１〜２．０質量％であり、より好ましくは、下限が０．０５質量％、上限が１．０質量％、である。
【００３１】
なお、混練機１２へ供給する有機バインダー（水分も含む）量は、改質処理前の炭材の水分を考慮して、改質処理後の製品、即ち表面被覆炭材の含有水分量が９．５質量％以上１９質量％未満の範囲内の定めた目標値となるように調整するのがよい。
ここで、改質処理前の炭材の水分量とは、炭材がもともと含有する水分であり、乾燥状態の炭材１００質量％に対する質量％（外掛け）である。また、含有水分量とは、最終的な製品（混合機１１へ装入される前の表面被覆炭材）の水分量であり、乾燥状態の表面被覆炭材（被覆物及び炭材）１００質量％に対する質量％（外掛け）である。
これにより、表面被覆炭材の含有水分量が調整され、炭材の表面への最適厚み、即ち５〜５００μｍの被覆物の被覆効率を向上できる。
【００３２】
前記した被覆物は、カルシウム成分を３０質量％以上含有している。
ここで、被覆物のカルシウム成分が３０質量％未満の場合、溶剤量が少な過ぎて、周囲は鉄鉱石濃度が高い状態であるため、炭材表面での溶融反応が遅くなり、炭材の燃焼を促進させる効果が小さくなる。
一方、被覆物中のカルシウム成分が多くなるほど、炭材の燃焼を促進させる効果が大きくなるため、上限値については特に規定していないが、被覆物中のカルシウム成分を３３質量％以上とすることが望ましく、更には３６質量％以上とすることが特に望ましい。
また、上限としては１００質量％でも良い。
しかしながら、このカルシウム成分の高い原料としては、金属カルシウム（１００質量％）や水素化カルシウム（９５質量％）などがあり、これらを被覆材として用いることも可能であるが、いずれも水との反応性が高いため、炭材中の水分と反応して水酸化カルシウムに容易に変化する。従って、被覆物の実操業的なカルシウム成分の上限は、水酸化カルシウムのカルシウム成分量に相当する５３質量％程度であると想定される。
【００３３】
この被覆物は、炭材１００質量％に対する質量％（外掛け）で２質量％以上５０質量％未満の割合で、炭材に被覆する必要がある。
ここで、被覆物の炭材に対する質量％が２質量％未満の場合、炭材表面全体を包囲する十分な被覆物（被覆層）の形成が難しくなり、炭材表面の一部が露出したり、また被覆物層厚が薄くなり過ぎて、低温域での大気中の酸素の遮断によるＮＯｘ低減効果が得られなくなる。一方、炭材表面の被覆物量が５０質量％以上の場合、被覆物層厚が厚くなり過ぎて粉コークスの燃焼性が悪化し、焼結鉱の強度や焼結成品の歩留りが低下する。
このため、炭材表面の被覆物を、炭材に対する質量％で２質量％以上５０質量％未満としたが、下限を５質量％、更には１０質量％、また上限を４０質量％、更には３０質量％とすることが望ましい。
【００３４】
ここで、燃焼試験において、コークス（炭材）に対する被覆物量（＝（被覆物量）／（コークス）×１００）が、ＮＯｘ転換率に及ぼす影響を示した結果を、図６に示す。
図６から明らかなように、コークスに対する被覆物量を２質量％以上とすることで、ＮＯｘ転換率を低減できることを確認できた。なお、被覆物量が５０質量％以上になると、上記したように、焼結鉱の強度や焼結成品の歩留りが低下することから好ましくない。
【００３５】
以上の方法で製造した表面被覆炭材を、コンベア１６を介して、混合機１１内の造粒途中の焼結配合原料に供給する。
焼結配合原料を混合し造粒する前に、表面被覆炭材を添加した場合、焼結配合原料の混合時や造粒時に、炭材表面の被覆物が崩壊し剥離してしまう。そこで、この剥離を避けるため、造粒途中（終盤）の焼結配合原料に、表面被覆炭材を供給し、焼結配合原料と表面被覆炭材を、例えば、１０〜４０秒間程度、軽く（短時間）混合するのがよい。
なお、炭材表面からの被覆物の剥離を更に抑制するには、表面被覆炭材を造粒後の焼結配合原料に供給することが好ましい。
この表面被覆炭材の供給量は、例えば、焼結機へ装入する全焼結原料の０．５質量％以上４．５質量％以下程度であり、低減するＮＯｘ量に応じて調整することができる。
【００３６】
また、混練機１２で製造した表面被覆炭材は、炭材への被覆物の付着強度を向上させるため、図５に示すように、更に造粒機１７で造粒処理するのがよい。
造粒機における水分の添加については、０質量％であっても造粒機による造粒効果が得られるため、特に規定していないが、造粒時の自然蒸発で消失する水分量を補う程度の水分調整（５質量％以下）によって、被覆物の付着性を一段と向上させることができる。
更に、混練機１２で製造、更には造粒機１７で製造された表面被覆炭材は、混合機１１に供給しているが、混合機１１に供給する前に、貯留槽に供給して貯留することもできる。これにより、例えば、表面被覆炭材を製造する混練機１２の操業を停止しなければならない状態が発生しても、また、低減させるＮＯｘ量に応じて混合機１１に供給する表面被覆炭材量が変動しても、表面被覆炭材を混合機１１へ安定供給できる。
【００３７】
焼結で生成するＮＯｘは、前記したように、炭材の１１００℃以下の低温燃焼で多く生成される。従って、ＮＯｘ生成を抑制するためには、炭材の低温燃焼を抑制し、極力高温燃焼させることが必要である。
上記した表面被覆炭材は、炭材の燃焼初期である低温領域で、炭材表面が被覆物で覆われているため、被覆物内の炭材の燃焼を抑えてＮＯｘの発生を抑制する。
一方、１２００℃以上の高温領域に到達すると、被覆物中の石灰系原料由来のＣａＯは、周囲の鉱石と反応し、低融点のカルシウムフェライトとして溶融し、溶け落ちる。これにより、炭材表面は、被覆物が消失して裸の状態になるが、裸の状態であっても、炭材は１２００℃以上の高温領域で燃焼されるため、ＮＯｘ発生は少なく、しかも活発な燃焼によって生産性を損うこともない。このとき、炭材と被覆物を接着している有機バインダーについては、高温で完全燃焼することが確かめられており、排ガス成分及び溶融反応のいずれに対しても、何ら有害な影響を及ぼすことはない。
従って、本発明の炭材の改質処理設備を使用することで、低温領域でのＮＯｘの発生を経済的に抑制できる。
【実施例】
【００３８】
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。
準備した焼結原料は、鉄鉱石、石灰石、生石灰、蛇紋岩、返鉱、及び粉コークス（炭材）である。なお、鉄鉱石は８２．８５質量％、石灰石は１３．１質量％、生石灰は１．００質量％、蛇紋岩は３．０５質量％であり、この合計量（１００質量％）に対して、返鉱を１５．０質量％、粉コークスを４．２質量％、それぞれ添加する構成にしている。
ここで、表面被覆炭材を製造にするに際し、上記した焼結原料中の粉コークス４．２質量％のうち、３〜４質量％分を使用した。また、炭材の表面に被覆する被覆物（石灰系原料）として、石灰石を１ｍｍ以下に粉砕した粉砕品（以下、微粉石灰石という）、又は微粉石灰石と製鋼スラグを使用した。この被覆物の使用量は、炭材に対する外枠配合（外掛け）で、０又は０を超え５０質量％以下の範囲で変更した。
【００３９】
この焼結原料を用いて、表面被覆炭材の調製条件が、ＮＯｘの生成に及ぼす影響を調査する焼結鍋試験を行った。
使用した焼結鍋試験装置は、直径３００φ、層高６００ｍｍの鍋形状であり、この鍋に焼結原料を装入して、点火炉で焼結原料中の炭材に９０秒間点火し、焼結試験を行った。このとき、鍋の下方に設置した風箱より、吸引ブロアーで１５ｋＰａの一定負圧で排気を行い、焼結燃焼に伴う排気ガスの成分を分析した。
また、焼結配合原料の混合は、直径１０００ｍｍのドラムミキサーを用いて６分間行った。一方、各種の調整条件で製造した表面被覆炭材は、上記したドラムミキサーでの混合開始から５分４５秒後に、上記した混合後の焼結配合原料に添加し、その混合処理を１５秒間行うこととした。
表面被覆炭材の製造条件を、表１に示す。また、製造した表面被覆炭材を焼結配合原料に混合した焼結試験における焼結生産率、成品歩留、及びＮＯｘ転換率を、表２に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】
【００４２】
比較例１は、炭材の改質処理設備を使用することなく、即ち、表面被覆炭材を製造することなく、造粒した焼結原料を焼結させた結果である。
また、比較例２、３は、被覆物（微粉石灰石）量を適正範囲外（２質量％未満又は５０質量％以上）にした表面被覆炭材を製造し、比較例４は、被覆物中のＣａ量を適正範囲外（３０質量％未満）にした表面被覆炭材を製造し、これらをそれぞれ焼結配合原料と共に混合処理して焼結させた結果である。
【００４３】
一方、実施例１〜１１は、焼結原料の粉コークスの一部を使用し、被覆物量を適正範囲内（２質量％以上５０質量％未満）、かつ被覆物中のＣａ量を適正範囲内（３０質量％以上）にし、更に、被覆物の層厚が最適厚みとなるように、混練機で有機バインダー（水分も含む）を添加して、表面被覆炭材を製造し、これを焼結配合原料と共に混合処理して焼結させた結果である。
なお、実施例１〜１１においては、有機バインダーに、αでんぷん、カルボキシメチルセルロース、及びポリビニルアルコールを、炭材に対する固形分配合量として、それぞれ０．５〜２．０質量％の範囲内で調整した。また、混練機には、２軸のスクリュー型ミキサー（２軸スクリュー）、アイリッヒミキサー（アイリッヒ）、レディゲミキサー（１軸レディゲ）、又は２軸のパドル羽根を備えるダウミキサー（２軸パドル）を、使用した。
【００４４】
表２から明らかなように、表面被覆炭材を使用しなかった比較例１のＮＯｘ転換率は、３１．７ｍｏｌ％（モル％）であり、表面被覆炭材を使用した比較例２〜４と比較して、同等かそれより高かった。なお、比較例２は、被覆物量が適正範囲の下限値未満であったため、ＮＯｘ転換率が比較例１と同程度であった。また、比較例３は、被覆物量が適正範囲の上限値を超えたため、ＮＯｘ転換率の改善効果は小さかった。そして、比較例４は、被覆物中のＣａ量を適正範囲の下限値未満であったため、ＮＯｘ転換率が比較例１と同程度であった。
一方、実施例１〜１１は、被覆物量とＣａ量を適正範囲とした条件下で、混練機に有機バインダーを添加して表面被覆炭材を製造し使用したため、ＮＯｘ転換率を３０ｍｏｌ％以下に低減できた。
【００４５】
ここで、実施例１、２は、被覆物中の石灰系原料の種類を変更した結果である。なお、実施例１は、石灰系原料に微粉石灰石を使用し、実施例２は、実施例１の微粉石灰石に更に製鋼スラグを添加している。
有機バインダーを使用することで、炭材の表面への最適厚みの被覆物の被覆効率を向上できたため、被覆物を構成する石灰系原料の種類に関係なく、ＮＯｘ転換率を低減させることができた。
【００４６】
また、実施例３は、実施例１の条件において、有機バインダーの種類と混練機の種類を変更した結果である。
実施例３に示すように、有機バインダーの種類と混練機の種類を変更することで、炭材の表面への最適厚みの被覆物の被覆効率を向上できたため、ＮＯｘ転換率を低減させることができた。
【００４７】
実施例４〜６は、有機バインダーにポリビニルアルコールを使用し、その使用量を変更した結果である。
実施例４〜６に示すように、有機バインダーの使用量の増加に伴って、ＮＯｘ転換率を低減させることができた。これは、有機バインダーの使用量を増加させることで、炭材からの被覆物の剥離を抑制できたことに起因すると考えられる。
【００４８】
実施例７、８は、２種類の有機バインダーを混合して使用した結果である。なお、実施例７は、有機バインダーにαでんぷんとカルボキシメチルセルロースを使用し、実施例８は、有機バインダーにαでんぷんとポリビニルアルコールを使用している。
実施例７、８に示すように、有機バインダーを複数種類混合して使用しても、ＮＯｘ転換率を低減させることができた。これは、有機バインダーを混合使用しても、バインダー効果が損なわれなかったことに起因すると考えられる。
【００４９】
実施例９、１０は、石灰系原料、炭材、及び有機バインダーを混練する混練機の種類を変更した結果である。なお、実施例９はレディゲミキサー、実施例１０はダウミキサーを、それぞれ使用した。
実施例９、１０に示すように、混練機の種類を変更しても、ＮＯｘ転換率を低減させることができた。
また、実施例１１は、実施例９で製造した表面被覆炭材を、更にパンペレタイザーで造粒処理した結果であるが、造粒処理を行うことにより、炭材への被覆物の付着強度を向上させることができ、実施例９よりもＮＯｘ転換率を低減させることができた。
【００５０】
以上に示したように、実施例１〜１１では、ＮＯｘ転換率を３０ｍｏｌ％以下（最大で２６ｍｏｌ％程度）に低減できた。このとき、焼結鉱の歩留まり（成品歩留）を７９質量％以上（最大で８３質量％程度）まで向上できると共に、焼結生産率を２９トン／日／ｍ２以上（最大で３１トン／日／ｍ２程度）まで向上できるなど、副次的効果も得られることが判明した。
【００５１】
次に、上記した鍋試験における実施例の効果を、実機の焼結機で確認した。
パレット幅５．５ｍ、ストランド長１２０ｍ、焼結面積６６０ｍ２の焼結機を用い、層厚７２０ｍｍ、吸引負圧１８．３ｋＰａの操業条件において、炭材の一部を粉コークスから表面被覆炭材に振り替え操業評価試験を行った。焼結原料の条件としては、ブレンド鉱石６４.４質量％、石灰石１０．８質量％、生石灰１．２質量％、ドロマイト２．８質量％、及び返鉱２０．８質量％の焼結配合原料をベースに、炭材３．８質量％（外枠配合）中の３．６質量％を、消石灰８質量％（対炭材質量％）の被覆物を被覆した表面被覆炭材に置き換えた。
【００５２】
表面被覆炭材は、図５に示す製造工程で連続して改質処理を行った。
混練機１２には２軸のダウミキサーを用い、２０ｒｐｍの回転数で撹拌しながら、炭材に対する質量％で１．２質量％のポリビニルアルコールを供給し、混練機１２で水分を添加して、含有水分量が１４．２質量％の表面被覆炭材を製造した。また、製造された表面被覆炭材（表面改質炭材）は、直列２系統に配置されたドラムミキサーのうち、後段のドラムミキサー（混合機１１）の出側から３ｍの位置に、投入用ベルトコンベア１６で供給した。
【００５３】
粉コークスを表面被覆炭材へ振り替えたことにより、ＮＯｘ転換率は、３０．７ｍｏｌ％から２８．１ｍｏｌ％へと低減できることが、実機の焼結機で確認された。また、成品歩留が２．０質量％向上すると共に、焼結生産率が約３．１％改善するなど、副次的な操業改善効果も得られることが判明した。
以上のことから、本発明の炭材の改質処理設備を使用することで、低温領域でのＮＯｘの発生を経済的に抑制できることを確認できた。
【００５４】
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炭材の改質処理設備を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、表面被覆炭材の被覆物が、石灰石等の石灰系原料を含有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。つまり、被覆物がカルシウム成分を３０質量％以上含有していれば、石灰系原料以外に、粉鉄鉱石やその他の原料が含まれていてもよい。なお、粉鉄鉱石やその他の原料には、粉鉄鉱石（製鉄所内の発生ダストも含む）、石灰系原料以外の副原料（珪石、蛇紋岩、かんらん岩等）がある。
【符号の説明】
【００５５】
１０：炭材の改質処理設備、１１：混合機、１２：混練機、１３：撹拌羽根、１４：有機バインダーの供給装置、１５：貯留タンク、１６：コンベア、１７：造粒機、１８、１９：貯留ホッパー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結原料に用いる炭材の表面に、カルシウム成分を３０質量％以上含有する被覆物を、前記炭材に対する質量％で２質量％以上５０質量％未満の割合で被覆した表面被覆炭材を製造し、該表面被覆炭材と焼結配合原料を混合機で混合して前記焼結原料にするための炭材の改質処理設備であって、
前記表面被覆炭材の原料となる石灰系原料と前記炭材を混練する混練機に、有機バインダーの供給装置を設け、該混練機内で、該石灰系原料、該炭材、及び該有機バインダーを混練して、該石灰系原料を該炭材の表面に該有機バインダーを介して被覆処理することを特徴とする炭材の改質処理設備。
【請求項２】
請求項１記載の炭材の改質処理設備において、前記有機バインダーに、天然糊及び化学糊のいずれか一方又は双方を使用することを特徴とする炭材の改質処理設備。
【請求項３】
請求項１又は２記載の炭材の改質処理設備において、前記混練機の撹拌羽根は、１軸もしくは複数軸のスクリュー羽根、又は１軸もしくは複数軸の螺旋状に配置したパドル羽根であることを特徴とする炭材の改質処理設備。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭材の改質処理設備において、前記混練機と前記混合機の間に造粒機を設けたことを特徴とする炭材の改質処理設備。
【請求項１】
焼結原料に用いる炭材の表面に、カルシウム成分を３０質量％以上含有する被覆物を、前記炭材に対する質量％で２質量％以上５０質量％未満の割合で被覆した表面被覆炭材を製造し、該表面被覆炭材と焼結配合原料を混合機で混合して前記焼結原料にするための炭材の改質処理設備であって、
前記表面被覆炭材の原料となる石灰系原料と前記炭材を混練する混練機に、有機バインダーの供給装置を設け、該混練機内で、該石灰系原料、該炭材、及び該有機バインダーを混練して、該石灰系原料を該炭材の表面に該有機バインダーを介して被覆処理することを特徴とする炭材の改質処理設備。
【請求項２】
請求項１記載の炭材の改質処理設備において、前記有機バインダーに、天然糊及び化学糊のいずれか一方又は双方を使用することを特徴とする炭材の改質処理設備。
【請求項３】
請求項１又は２記載の炭材の改質処理設備において、前記混練機の撹拌羽根は、１軸もしくは複数軸のスクリュー羽根、又は１軸もしくは複数軸の螺旋状に配置したパドル羽根であることを特徴とする炭材の改質処理設備。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭材の改質処理設備において、前記混練機と前記混合機の間に造粒機を設けたことを特徴とする炭材の改質処理設備。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−１９２４（Ｐ２０１３−１９２４Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３２３１９（Ｐ２０１１−１３２３１９）
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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