JP4267390B2

JP4267390B2 - 高炉用フェロコークスの製造方法

Info

Publication number: JP4267390B2
Application number: JP2003206474A
Authority: JP
Inventors: 健次加藤; 誠章内藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2023-08-07
Also published as: JP2005053982A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス原料として低品質炭（非微粘結炭等）を使用し、高炉用の高強度フェロコークスを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉操業においては、従来から、粉状の粘結炭や非微粘結炭を成形、乾留して製造した成形コークスが、室炉コークスに代替する還元材として用いられているが、コークスは、高炉内の通気性を確保するため所要の強度を備えている必要があり、成形コークスの強度向上を図る技術が、これまで数多く開示されている（例えば、特許文献１〜３、参照）。
【０００３】
特許文献１には、粘結性の少ない原料炭に、石炭系結合剤を添加して成形した塊成炭を、直立型乾留炉で、塊成炭の炉内滞留時間を制御しながら乾留する成形コークスの方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、成形炭を固体熱媒（６００℃以上溶融温度以下に加熱された塊状又は塊成化した還元鉄又は酸化鉄）で直接加熱して乾留する成形コークスの製造方法が開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、非微粘結炭を所定量含有する粉炭にバインダーを添加して塊成化した成形炭を、竪型乾留炉で、羽口から吹き込む熱媒ガスの温度及び流量を調節しながら乾留する成形コークスの製造方法が開示されている。
【０００６】
このように、コークス用の高品質炭（強粘結炭）が枯渇傾向にあることを踏まえ、低品質炭（非微粘結炭）を使用する成形コークスの製造技術が開示されているが、低品質炭を原料とするが故、従来技術ではコークス強度の向上に限界があるのが実情である。
【０００７】
そこで、本発明者は、低品質粉炭の熱的特性に着目し、予熱後分級、分級微粉炭の急速加熱、急速加熱後の熱間成形、分級粗粒炭との混合乾留を基本工程とする高炉用コークスの製造方法を提案した（特許文献４、参照）。
【０００８】
特許文献４の方法は、原料炭の炭種拡大、生産性の向上等の点で効果の大きいものである。
【０００９】
また、高炉操業においては還元効率の向上が求められ、この観点から、鉄鉱石等の含鉄原料を含むフェロコークスが製造され使用されてきた（例えば、特許文献５〜８、参照）。
【００１０】
例えば、特許文献５には、石炭粉及び粉状鉄源に粘結材を加えて混練、加圧成形してブリケットを製造し、原料石炭粉と混合して乾留するフェロコークスの製造方法が開示されている。
【００１１】
また、特許文献６には、粉状鉄源と粉石炭との混合成形物をシャフト炉に装入して成形フェロコークスを製造するに際し、シャフト炉の炉頂ガスをシャフト炉に供給する成形フェロコークスの製造方法が開示されている。
【００１２】
また、特許文献７には、溶融還元製鉄法において、粉状含鉄原料と粉状石炭の混合物からなる成形物を乾留して得た成形フェロコークスを用いることが開示されている。
【００１３】
さらに、特許文献８には、室式コークス炉に、石炭と粉状鉄源を一定の比率で装入して乾留し、一部被還元された粉状鉄源を内包するフェロコークスを製造する方法が開示されている。
【００１４】
しかし、高炉用フェロコークスにおいても、当然に、所要のコークス強度が求められ、コークス用の高品質炭（強粘結炭等）が枯渇状態にある現在、低品質粉炭をコークス原料として使用し、高炉用の高強度フェロコークスを製造する技術の開発が求められている。
【００１５】
【特許文献１】
特公昭６０−３８４３７号公報
【特許文献２】
特公昭６２−４５９１４号公報
【特許文献３】
特開平７−１４５３８５号公報
【特許文献４】
特開平８−２０９１５０号公報
【特許文献５】
特開昭６３−１３７９８９号公報
【特許文献６】
特開昭６４−８１８８９号公報
【特許文献７】
特開平４−２８８１０号公報
【特許文献８】
特開平１０−２８７８８３号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実情・現状に鑑み、コークス原料として低品質炭（非微粘結炭等）の粉炭を使用し、高炉用の高強度フェロコークスを製造することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鉄原料を含むフェロコークスの製造においても、非微粘結炭の処理如何がコークス強度を左右するとの前提のもとに、コークス強度の向上を図る非微粘結炭の処理について鋭意検討した。
【００１８】
その結果、非微粘結粉炭の熱的特性に立脚する一連の処理（予熱後分級、急速加熱、熱間成形）により、非微粘結微粉炭の粘結性が改善され、コークス強度が向上することを知見した。
【００１９】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は、以下のとおりである。
【００２０】
（１）非微粘結炭と鉄原料を混合、成形し、乾留して高炉用フェロコークスを製造する方法において、
（ａ）前記非微粘結炭の粉炭を２５０〜３５０℃に予熱して、粒径０．３ｍｍ以下の微粉炭と粒径０．３ｍｍ超の粗粒炭に分級し、
（ｂ）上記微粉炭と粒径０．０１〜１０ｍｍの粉状鉄原料を、微粉炭１００質量部に対し、５〜６０質量部混合し、
（ｃ）上記混合物を、２５０℃以上で、かつ、非微粘結炭の軟化開始温度以下の温度に１×１０ ^２〜１×１０ ^５ ℃／分の加熱速度で急速加熱して、５〜１，０００ｋｇ／ｃｍ ^２の圧力で加圧成形し、次いで、
（ｄ-1）上記成形物を単独で、又は、上記粗粒炭及び／又は粘結炭と適宜混合して室炉式コークス炉で乾留する、
ことを特徴とする高炉用フェロコークスの製造方法。
【００２１】
（２）非微粘結炭と鉄原料を混合、成形し、乾留して高炉用フェロコークスを製造する方法において、
（ａ）前記非微粘結炭の粉炭を２５０〜３５０℃に予熱して、粒径０．３ｍｍ以下の微粉炭と粒径０．３ｍｍ超の粗粒炭に分級し、
（ｂ）上記微粉炭と粒径０．０１〜１０ｍｍの粉状鉄原料を、微粉炭１００質量部に対し、５〜６０質量部混合し、
（ｃ）上記混合物を、２５０℃以上で、かつ、非微粘結炭の軟化開始温度以下の温度に１×１０ ^２〜１×１０ ^５ ℃／分の加熱速度で急速加熱して、５〜１，０００ｋｇ／ｃｍ ^２の圧力で加圧成形し、次いで、
（ｄ-2）上記成形物を上記粗粒炭及び／又は粘結炭と適宜混合してブリケットに成形後、縦型シャフト炉で乾留する、
ことを特徴とする高炉用フェロコークスの製造方法。
【００３３】
（３）前記粉状鉄原料が、製鉄ダストを含むことを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の高炉用フェロコークスの製造方法。
【００３６】
（４）前記成形物が、円相当径０．３ｍｍ以上の柱状物ないし棒状物であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の高炉用フェロコークスの製造方法。
【００４０】
【発明の実施の形態】
本発明について、図面に基づいて詳細に説明する。図１に、本発明の実施態様を示す。
【００４１】
配合貯槽１から非微粘結粉炭Ａを切り出し、乾燥予熱機２で、好ましくは８０〜３５０℃に加熱して乾燥予熱する。この乾燥予熱は、非微粘結炭の粘結性を改善し、高強度のフェロコークスを製造する処理工程における最初の工程として重要である。
【００４２】
加熱温度が８０℃未満であると乾燥予熱が充分でなく、石炭中の微粉炭が水分によって凝集して疑似粒子化しているために、後工程における分級に支障をきたし、また、後工程の急速加熱によっても、石炭の粘結性の改善に至らない場合がある。
【００４３】
一方、加熱温度が３５０℃超であると、石炭の熱分解が始まり、そのために、石炭が変質する。
【００４４】
乾燥予熱した粉炭を、サイクロンのような分級機３で、微粉炭Ａ1と粗粒炭Ａ２に分級する。石炭は、銘柄や含水量により被粉砕性が異なり、粉砕後の粒度分布も異なるので、本発明で微粉炭として扱う粒径範囲は、特に限定されるものではない。
【００４５】
微粉炭と粗粒炭を区分する臨界粒径は、石炭の銘柄や含水量、さらに、所望のコークス強度に応じて適宜設定すればよい。通常、粒径０．３ｍｍ以下の石炭を微粉炭として扱っているので、本発明においても、粒径０．３ｍｍ以下の石炭を微粉炭として扱うのが好ましい。
【００４６】
次に、分級した微粉炭Ａ1と、配合貯槽４から切り出した粉状鉄原料Ｂを、混合機７で混合する。
【００４７】
この場合、微粉炭Ａ1は予熱された状態で混合機７へ送給されるので、粉状鉄原料Ｂについても、微粉炭Ａ1の予熱状態程度まで加熱して、混合機７へ送給するのが好ましい。
【００４８】
粉状鉄原料の混合割合は、高炉用コークスとしての強度を安定的に確保し、かつ、炉内還元効率の一定の向上を確保する点で、微粉炭１００質量部に対し、５〜６０質量部が好ましい。
【００４９】
上記混合割合が５質量部未満であると、炉内還元効率の向上は期待できないし、一方、６０質量部を超えると、所望のコークス強度を安定的に確保することが難しくなる。
【００５０】
粉状鉄原料としては、主として粉状鉄鉱石を用いるが、基本的には、鉄及び鉄酸化物を所要量含有している粉状の物質であればよく、鉄鉱石以外では、製鉄ダスト等を用いることができる。
【００５１】
粉状鉄原料Ｂと微粉炭Ａ1を混合機７で混合する場合、均一に混合するため、粉状鉄原料の粒径を、微粉炭の粒径に対応して適宜設定する。例えば、粒径０．３ｍｍ以下の微粉炭と混合する場合、粉状鉄原料は、粒径０．０１〜１０ｍｍのものが好ましい。
【００５２】
微粉炭Ａ1と粉状鉄原料Ｂを混合機７で均一に混合した後、この混合物を、急速加熱機８へ送給し、２５０℃以上石炭の軟化開始温度以下の温度まで急速加熱する。この急速加熱が、非微粘結微粉炭の粘結性を改善するうえで、乾燥予熱と相俟って重要な処理である。
【００５３】
加熱速度は１×１０²〜１×１０⁵℃／分が好ましい。加熱速度が１×１０²℃／分未満であると、粘結性改善効果が充分に発現せず、この限りで、加熱速度は１×１０²℃／分以上であればよいが、実現可能な加熱速度として、上限値を１×１０⁵℃／分に設定した。
【００５４】
非微粘結粉炭の乾燥予熱に続き、微粉炭と粗粒炭に分級し、分級した微粉炭を、２５０℃以上で、かつ、石炭の軟化開始温度以下の温度に急速加熱すれば、非微粘結微粉炭自体の粘結性が向上することは、本発明者が、既に、特許文献４で開示したことであるが、本発明は、非粘結性の粉状鉄原料を所要量含むフェロコークスの製造であるから、非微粘結微粉炭自体の粘結性を高めても、それがコークス強度の向上に直結しないことが予想される。
【００５５】
そこで、本発明者は、粒径０．３ｍｍ以下の微粉炭と粒径０．０１〜１０ｍｍの粉状鉄鉱石を、混合割合を変えて混合し、成形、乾留し、該微粉炭の急速加熱温度とコークス強度の関係を調査した。
【００５６】
その結果、非粘結性の粉状鉄鉱石との混合状態においても、基本的には、非微粘結微粉炭自体の粘結性の向上が、コークス強度の向上をもたらすことが判明した。
【００５７】
次に、急速加熱機８で、２５０℃以上で、かつ、石炭の軟化開始温度以下の温度に急速加熱した“粉状鉄原料と微粉炭の混合物”を加圧成形機９に送給し、コークス炉に装入した時、できるだけ嵩密度を高め得る形状の成形物に加圧成形する。
【００５８】
加圧成形においては、上記混合物を、５〜１，０００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で、円相当径０．３ｍｍ以上の柱状物ないし棒状物に成形することが好ましい。
【００５９】
加圧力が５ｋｇ／ｃｍ²未満であると、成形時の圧力が小さ過ぎ、成形物の歩留りが低下し、一方、１，０００ｋｇ／ｃｍ²を超えると、成形機で加圧成形する際に成形物内に亀裂が入り割れてしまうことがある。
【００６０】
上記圧力範囲にある圧力で成形することにより、成形後のハンドリングが容易で、かつ、所要のコークス強度を安定的に確保できる成形物を、歩留りよく得ることができる。
【００６１】
成形物の形状は柱状ないし棒状が好ましい。成形物が柱状物ないし棒状物であれば、成形物を単独で、又は、粗粒炭及び／又は粘結炭と混合してコークス炉内に装入した場合でも、コークス原料の嵩密度を高めることができ、コークス強度の向上に貢献する。
【００６２】
加圧成形機９で成形した成形物は、コークス炉へ装入する前、一旦、配合貯槽１２に貯蔵してもよい。この時、分級機３で分級した粗粒炭Ａ２、及び／又は、配合貯槽５から切り出して乾燥予熱機６で乾燥予熱した粘結炭Ｃと混合して、配合貯槽１２に貯蔵してもよい。
【００６３】
本発明においては、加圧成形機９で成形した成形物を、単独で、又は、粗粒炭Ａ２及び／又は粘結炭Ｃと適宜混合して、乾留炉で乾留する。
【００６４】
コークス炉として、通常、室炉式コークス炉１３又は縦型シャフト炉１５を用いるが、本発明においては、所要の乾留を実施できればよいから、その限りで、他の形式の炉を用いてもよい。
【００６５】
乾留炉として室炉式コークス炉１３を用いる場合には、上記成形物、又は、該成形物と粗粒炭Ａ２及び／又は粘結炭Ｃとの混合物を配合貯槽１２から切り出して、室炉式コークス炉１３に装入する。
【００６６】
ただし、乾留炉として縦型シャフト炉１５を用いる場合には、配合貯槽１２から切り出した上記成形物と粗粒炭Ａ２及び／又は粘結炭Ｃとの混合物を、ブリケット成形機１４でブリケットに成形して、縦型シャフト炉１５に装入する。
【００６７】
このように、配合貯槽１２から切り出した混合物をブリケットに成形して乾留することにより、高強度の成形コークスを製造することができる。
【００６８】
なお、乾留温度は、いずれの炉を用いる場合でも、通常の９５０〜１２００℃でよい。
【００６９】
成形物と粗粒炭及び／又は粘結炭との混合割合は、特に、限定されるものではない。選択する炉や、所望のコークス強度を考慮して、適宜設定すればよい。
【００７０】
本発明によれば、このようにして、高炉用の高強度フェロコークスを、安定的に歩留りよく製造することができる。
【００７１】
図２に、本発明の別の実施態様を示す。なお、図２中、図１に示すものと同じものについては、図１中の数字、記号と同じ数字、記号で示した。
【００７２】
図２に示す実施態様は、
（ｉ）微粉炭Ａ1だけを、急速加熱機８で、２５０℃以上で、かつ、石炭の軟化開始温度以下の温度に急速加熱する点、及び、
（ii）急速加熱後、微粉炭Ａ１と粉状鉄原料Ｂを混合機７で混合する点、
で、図１に示す実施態様と異なる。
【００７３】
なお、混合機７による混合に際しては、粉状鉄原料Ｂを、微粉炭Ａ1の温度に近い温度まで予熱することが、混合機７で両者の均一な混合を図るうえで好ましい。
【００７４】
本発明者は、本発明において、上記（ｉ）及び（ii）の工程を採用する実施態様においても、高炉用の高強度フェロコークスを、安定的に歩留りよく製造できることを実験的に確認した。
【００７５】
図３に、本発明のさらに別の実施態様を示す。なお、図３中、図１及び図２に示すものと同じものについては、図１及び図２中の数字、記号と同じ数字、記号で示した。
【００７６】
図３に示す実施態様は、
（ｉ）微粉炭Ａ1を、急速加熱後、造粒機１０で造粒する点、及び、
（ii）造粒炭と粉状鉄原料Ｂを、混合加圧成形機１１で混合し、加圧成形する点、
で、図２に示す実施態様と異なる。
【００７７】
造粒炭の形状は、造粒直後の粉状鉄原料との均一な混合を図るうえで、粒径０．３ｍｍ未満の球状又は枕型が好ましい。造粒機１０は、どのような種類の造粒機でもよいが、球状又は枕型に造粒し得る造粒機又は塊成機として、例えば、ダブルロールプレス型の成形機、又は、ロールコンパクターなどが好ましい。
【００７８】
上記（ii）の混合加圧成形は、造粒炭と粉状鉄原料Ｂを、２５０℃以上で、かつ、石炭の軟化開始温度以下の温度に加熱して行う。この加熱により、混合加圧成形機１１において、均一な混合をなし、円滑な加圧成形を行うことができる。
【００７９】
本発明者は、上記（ｉ）及び（ii）の工程を採用する実施態様においても、高炉用の高強度フェロコークスを、安定的に歩留りよく製造できることを実験的に確認した。
【００８０】
なお、本発明において、コークス強度とは、ＪＩＳＫ２１５１に従って、ドラム試験機でコークスサンプルに対して１５０回転の衝撃を与えた後に、１５ｍｍの篩の上に残存する割合で表わす指標（ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅）で示す。
【００８１】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例における条件は、本発明の実施可能性及び効果を実証するために採用した一条件例であり、本発明は、該条件例に限定されるものではない。
【００８２】
本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、適宜、条件を設定し得るものである。
【００８３】
（実施例１）
粉炭を８０℃に予熱して、粒径０．３ｍｍ以下の微粉炭と粒径０．３ｍｍ超の粗粒炭に分級した。上記微粉炭と、粒径０．０１〜１．０ｍｍの鉄鉱石、及び／又は、粒径０．０１〜０．５ｍｍの製鉄ダスト等の粉状鉄原料を、表１に示す割合で混合して、混合物(ａ)（微粉炭９０ｍａｓｓ％、鉄鉱石１０ｍａｓｓ％の割合で混合）、及び、混合物(ｂ)（微粉炭８５ｍａｓｓ％、鉄鉱石１０ｍａｓｓ％、製鉄ダスト５ｍａｓｓ％の割合で混合）を調製した。
【００８４】
これらの混合物(ａ)及び混合物(ｂ)を、加熱速度１５０℃／分で２８０℃（２５０℃以上で、かつ、石炭の軟化開始温度以下の温度）に急速加熱し、ダブルロールプレス型の成形機を用い、５００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で、直径１５ｍｍの柱状に加圧成形した。
【００８５】
次いで、上記柱状成形物を単独で、又は、粒径０．３ｍｍ超の粗粒炭及び／又は粒径０．０１〜５．０ｍｍの粘結炭と、表２に示す混合割合で適宜混合して室炉式コークス炉に装入し、１０５０〜１１００℃で乾留した。
【００８６】
得られたフェロコークスの性状を表３に示す。表３から、得られたコークスのドラム強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅）は８２．３〜８３．４であり、高炉用コークスとして充分に使用し得るコークスが得られていることが解かる。
【００８７】
【表１】

【００８８】
【表２】

【００８９】
【表３】

【００９０】
（実施例２）
実施例１で得た成形物（混合物(ａ)及び混合物(ｂ)を、加熱速度１５０℃／分で２８０℃［２５０℃以上で、かつ、石炭の軟化開始温度以下の温度］に急速加熱し、ダブルロールプレス型の成形機を用い、５００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で、直径１５ｍｍの柱状に加圧成形して得た成形物）と、粒径０．３ｍｍ超の粗粒炭及び／又は粒径０．０１〜５．０ｍｍの粘結炭を、表４に示す割合で混合して、容量が６２ｃｍ³のブリケットに成形した。
【００９１】
このブリケットを縦型シャフト炉に装入して、１０５０〜１１００℃で乾留した。
【００９２】
得られたフェロコークスの性状を表５に示す。表５から、得られたコークスのドラム強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅）は８３．０〜８３．９であり、高炉用コークスとして充分に使用し得るコークスが得られていることが解かる。
【００９３】
【表４】

【００９４】
【表５】

【００９５】
【発明の効果】
本発明によれば、非微粘結炭を用いて高強度のフェロコークスを、低コストで歩留りよく製造することができる。
【００９６】
したがって、本発明は、高炉の安定操業、生産性の向上に大きく貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様を示す図である。
【図２】本発明の別の実施態様を示す図である。
【図３】本発明のさらに別の実施態様を示す図である。
【符号の説明】
１、４、５、１２…配合貯槽
２、６…乾燥予熱機
３…分級機
７…混合機
８…急速加熱機
９…加圧成形機
１０…造粒機
１１…混合加圧成形機
１３…室炉式コークス炉
１４…ブリケット成形機
１５…縦型シャフト炉
Ａ…非微粘結粉炭
Ａ1…微粉炭
Ａ2…粗粒炭
Ｂ…粉状鉄原料
Ｃ…粘結炭

Claims

非微粘結炭と鉄原料を混合、成形し、乾留して高炉用フェロコークスを製造する方法において、
（ａ）前記非微粘結炭の粉炭を２５０〜３５０℃に予熱して、粒径０．３ｍｍ以下の微粉炭と粒径０．３ｍｍ超の粗粒炭に分級し、
（ｂ）上記微粉炭と粒径０．０１〜１０ｍｍの粉状鉄原料を、微粉炭１００質量部に対し、５〜６０質量部混合し、
（ｃ）上記混合物を、２５０℃以上で、かつ、非微粘結炭の軟化開始温度以下の温度に１×１０ ^２〜１×１０ ^５ ℃／分の加熱速度で急速加熱して、５〜１，０００ｋｇ／ｃｍ ^２の圧力で加圧成形し、次いで、
（ｄ-1）上記成形物を単独で、又は、上記粗粒炭及び／又は粘結炭と適宜混合して室炉式コークス炉で乾留する、
ことを特徴とする高炉用フェロコークスの製造方法。
非微粘結炭と鉄原料を混合、成形し、乾留して高炉用フェロコークスを製造する方法において、
（ａ）前記非微粘結炭の粉炭を２５０〜３５０℃に予熱して、粒径０．３ｍｍ以下の微粉炭と粒径０．３ｍｍ超の粗粒炭に分級し、
（ｂ）上記微粉炭と粒径０．０１〜１０ｍｍの粉状鉄原料を、微粉炭１００質量部に対し、５〜６０質量部混合し、
（ｃ）上記混合物を、２５０℃以上で、かつ、非微粘結炭の軟化開始温度以下の温度に１×１０ ^２〜１×１０ ^５ ℃／分の加熱速度で急速加熱して、５〜１，０００ｋｇ／ｃｍ ^２の圧力で加圧成形し、次いで、
（ｄ-2）上記成形物を上記粗粒炭及び／又は粘結炭と適宜混合してブリケットに成形後、縦型シャフト炉で乾留する、
ことを特徴とする高炉用フェロコークスの製造方法。
前記粉状鉄原料が、製鉄ダストを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の高炉用フェロコークスの製造方法。
前記成形物が、円相当径０．３ｍｍ以上の柱状物ないし棒状物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高炉用フェロコークスの製造方法。