焼結工場

焼結工場では、 鉄鉱石の微粉（ダスト）を他の微粉材料と高温で凝集させて、 高炉で使用できる製品を作ります。最終製品である焼結物は、他の鉱物が少量混ざった小さくて不規則な鉄の塊です。焼結と呼ばれるこのプロセスにより、構成材料が融合して、成分の化学的性質をほとんど変えずに単一の多孔質の塊を作ります。焼結の目的は、鉄を鋼に変換することです。

焼結炉は高炉と組み合わせて非鉄金属の製錬にも使用されています。世界の一次鉛生産の約70％は今でもこの方法で生産されています。^[1]この組み合わせはかつて、ニューサウスウェールズ州ウーロンゴンの電解精錬・製錬所のように銅の製錬にも使用されていました。^[2]

インド、フランス、ドイツを含む多くの国では、鉄鉱石が粉塵（ブルーダスト）の形で地下に埋蔵されている。このような鉄鉱石は、高炉に直接装入することはできない。20世紀初頭、鉱石の微粉を高炉に装入できる塊状の物質に変える焼結技術が開発された。焼結技術が製鉄分野で受け入れられるまでに30年かかったが、現在では重要な役割を果たしている。当初は鋼鉄を生成するために開発されたが、現在では製鉄所で発生する冶金廃棄物を利用して高炉の操業を強化し、廃棄物を削減する手段となっている。最大の焼結工場はインドのチェンナイにあり、1万人の従業員を擁している。 ^[3]

焼結プラントへの主な供給物はベースミックスであり、これは鉄鉱石の微粉、コークスの微粉、フラックス（石灰石）の微粉で構成されています。ベースミックスに加えて、コークスの微粉、フラックスの微粉、焼結微粉、鉄粉（プラントの除塵システムと電気集塵機から収集）およびプラント廃棄物が、混合および団塊形成ドラムと呼ばれることが多い回転ドラムで割合（重量）に応じて混合されます。焼成石灰は、水とともに（すべて特定の重量割合で）混合材料の結合剤として使用され、約5〜7 mmのサイズの供給焼結物を形成します。この焼結球は焼結機に供給され、そこで燃焼されて高炉供給焼結物が生成されます。

材料は 2 層になって焼結機に置かれます。最下層の厚さは 30 ～ 75 ミリメートル (1.2 ～ 3.0 インチ) です。12 ～ 20 ミリメートルの焼結分が使用され、炉床層とも呼ばれます。2 番目の被覆層は混合材料で構成され、ベッドの全高は 350 ～ 660 ミリメートル (14 ～ 26 インチ) になります。混合材料はドラム フィーダーとロール フィーダーで供給され、焼結機全体の特定の深さに団塊が分配されます。上層はレベラーを使用して平滑化されます。材料 (チャージとも呼ばれる) は、点火炉に入り、マルチスリット バーナーの列に入ります。あるプラントの場合、最初の (点火) ゾーンには 11 個のバーナーがあります。次の (浸漬/アニーリング) ゾーンには通常 12 個のバーナーがあります。空気は、焼結機全体の混合材料のベッドの底から吸引されます。火は混合材料に徐々に浸透し、炉床層に達します。この燃焼の終点は燃え尽き点 (BTP) と呼ばれます。炉床層は小さなサイズの焼結物に過ぎず、熱い焼結物がパレットに付着するのを防ぎます。焼結機の特定のゾーンで BTP が達成され、プロセスが最適化されます。これには、焼結機全体に設置されたいくつかの温度測定器が使用されます。燃焼が完了すると、混合物は焼結物に変わり、焼結物ブレーカーによって小さなサイズに砕かれます。小さなサイズに砕かれた後、強制空気によって冷却器 (直線または円形) で冷却されます。焼結物冷却器から排出される時点では、焼結物の温度は低く保たれているため、熱い焼結物はゴム製のコンベア ベルトで輸送できます。ベルト内の火の存在を追跡するために必要な予防措置が講じられ、必要な消火は散水によって行われます。次に、この製品はジョークラッシャーに通され、焼結物のサイズがさらに小さく（約 50 mm）なります。次に、完全な混合物が 2 つのスクリーンに通されます。最小の焼結物微粒子（< 5 mm）は、配合ビンに保管され、混合および団粒化ドラムを介して再び焼結物を準備するために再利用され、焼結機に送られて燃焼されます。小さいものの一部（5～20 mm）は焼結機の炉床層に使用され、残りは最大サイズの焼結物とともに高炉に運ばれます。

温度は通常、点火ゾーンでは 1,150 ～ 1,250 °C (2,100 ～ 2,280 °F)、均熱ゾーンでは 900 ～ 1000 °C に維持され、焼結層の急激な冷却を防止します。スクリーンから出た上部 5 mm は、高炉用の焼結物を運ぶコンベアに送られ、高炉グレードの焼結物とともに焼結物貯蔵バンカーまたは高炉バンカーに送られます。高炉グレードの焼結物は、5 ～ 12 mm および 20 mm 以上の粒子で構成されています。

他の材料を使用する場合と比較して、焼結物を使用することには、煙道ダスト、ミルスケール、石灰ダスト、スラッジなどの微粉やその他の廃棄物をリサイクルするなど、いくつかの利点があります。焼結物を処理することで、材料を凝集させるために使用される結合材である生フラックスが除去され、加熱材料であるコークスが節約され、炉の生産性が向上します。

溶融ゾーンの軟化温度を高くし、軟化範囲を狭くすることで、粒状ゾーンの容積を増やし、凝集ゾーンの幅を狭くすることで、改善と効率が得られます。シリカ含有量を減らし、溶銑温度を高くすると、硫黄の除去量が増えます。

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