CN107207966B - 铁焦的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种铁焦制造方法，对在不引起成型物彼此熔合的情况下制造高强度的铁焦有效。在将煤和铁矿石的混合物成型并干馏而制造铁焦的方法中，作为煤使用坩埚膨胀序数(CSN)为2.0以下的难软化性煤。作为优选例，煤为难软化性煤和易软化性煤的混煤，并且难软化性煤是坩埚膨胀序数(CSN)为1.0且挥发成分为17％以上的煤，易软化性煤是将易软化性煤的CSN和全部煤中的配合比相乘而得的值为0.3～5.2的范围的煤。另外，作为优选例，煤为难软化性煤和易软化性煤的混煤，难软化性煤是坩埚膨胀序数(CSN)为1.5～2.0的煤，并且易软化性煤是将易软化性煤的CSN和全部煤中的配合比相乘而得的值为5.0以下的范围的煤。

Description

铁焦的制造方法
技术领域
本发明涉及将煤和铁矿石的混合物干馏而得到的铁焦的制造方法。
背景技术
近年来，从对地球环境的担心考虑，对高炉作业强烈要求提高炉内的还原反应，作为其中一环，将煤和铁矿石的混合物成型、干馏而得到的铁焦的使用备受关注。
一般使用煤干馏中显示软化熔融性的易软化性煤(粘结煤、强粘结煤)或抑制成型物彼此的熔合的难软化性煤(非微粘结煤、非粘结煤)来制造上述铁焦。上述难软化性煤是在JIS M 8801所记述的吉塞勒塑性计(Gieseler Plastometer)进行的测定中最高流动度小于2ddpm的煤。另外，对铁焦而言，重要的是反应性优异，然而在高炉内容易粉化则导致在高炉内的通气性的恶化，因此需要一定程度的强度。一般来说，大多情况下将煤与铁矿石的配合比率为7：3左右，如果铁矿石的比率在该值以下，则有铁焦的反应性降低的趋势，另一方面，即便在该值以上，也存在反应性的提高小、铁焦强度大幅降低的趋势。关于强度，例如，在独立行政法人新能源·产业技术总合开发机构自2006年度实施的“关于革新的炼铁工艺的研究”中，作为目标的铁焦转鼓强度(150转6mm指数)定义为82以上。
以往，作为这样的铁焦的一个例子，专利文献1公开了配合挥发成分18质量％以下的半无烟煤和/或无烟煤而用于抑制铁焦的熔合和维持强度的粒度调整法。另外，专利文献2中公开了配合难软化性煤(专利文献2中记述了非粘结煤、无粘结性的煤)时，基于铁矿石中的Fe与O的比率确定非粘结煤的配合比率。此外，专利文献3中公开了使用铁砂作为铁源，根据铁砂的配合率来决定非粘结煤的配合比率。这些文献中公开的铁焦均是以无粘结性的煤，即最高流动度的值为0ddpm的物质，例如，非粘结煤、褐煤、无烟煤、石油焦、煤等作为原料。
这样，以往的铁焦主要以无粘结性的煤等(最高流动度的值为0ddpm的物质，例如，非粘结煤、褐煤、无烟煤、石油焦类、煤)作为原料。但是，最高流动度(以下，简记为“MF”)的值为0ddpm的煤中，还存在JIS M 8801记载的坩埚膨胀序数(button index，以下，简记为“CSN”)评价中稍微膨胀的煤，因此推测MF为0ddpm的煤中是否也存在进一步提高铁焦强度的煤。应予说明，上述的CSN是将测试样品加入专用的坩埚在820℃迅速加热，将再固化后的焦饼的形状与标准曲线图进行比较拟合，用1、1.5、2……、9等离散值的指数表示数值。其值越小越缺乏粘结性。
关于上述坩埚膨胀序数(CSN)，作为不是有关铁焦而是有关成型焦的制造的以往技术，例如有专利文献4中公开的技术。该文献的实施例中公开了配合CSN为0.5的劣质煤的例子。另外，专利文献5、6中公开了配合CSN为0～1的非粘结煤、微粘结煤的例子。而且，专利文献7中公开了配合CSN为0～1的非粘结煤或微粘结煤以及CSN为1.5的微粘结煤的例子，但配合CSN为1.5的微粘结煤的例子中成型焦强度低。
一般来说，成型焦的原料全部由碳原料构成，但含有与煤性质不同的铁矿石的铁焦时，由于铁矿石没有煅烧成铁焦时赋予强度的功能，因此认为优选使用MF大于0ddpm且CSN为0以上的煤作为碳原料。但是，对于铁焦的原料配合，以往的实际情况是虽然有像专利文献2、3那样关于配合比率的记载，但是没有深入到其性状(MF、CSN)的研究。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第5017969号说明书
专利文献2:日本专利第4892929号说明书
专利文献3:日本专利第4892930号说明书
专利文献4:日本特开昭57－80481号公报
专利文献5:日本特公昭62－45914号公报
专利文献6:日本特公昭59－8313号公报
专利文献7:日本特公昭52－20481号公报
发明内容
铁焦一般是通过将诸如煤的碳原料和作为铁源的铁矿石的混合原料的成型物用专用的竖型炉进行干馏而制造的。而且，对于该铁焦要求高反应性、高强度。为了实现铁焦的高反应性化，可考虑增加铁矿石或含碳率低的易软化性煤的配合，但认为铁矿石的配合增加容易导致铁焦的强度的降低，因此更优选使用强度的降低也小的含碳率低的易软化性煤。另一方面，由于含碳率低的易软化性煤的挥发成分高，所以铁焦的气孔率有可能上升，与含碳率高的煤相比，存在引起强度降低的可能性高的问题。
为了解决该问题，即便是对出于抑制竖型干馏炉内的成型物彼此的熔合的目的而配合的难软化性煤，也需要使用改善铁焦强度的煤。一般来说，已知在配合大量容易膨胀的煤或收缩量小的煤时容易产生成型物彼此的熔合。因此，为了实现铁焦的高强度化，需要选择使用膨胀和收缩量一定程度上小的煤，难软化性煤的选择也与易软化性煤的选择同样重要。
本发明的目的在于提出一种对在不引起成型物彼此的熔合的情况下制造高强度的铁焦有效的方法。
发明人等对前述的以往技术中的课题进行了深入研究，结果查明如果使作为铁焦制造用原料的煤的难软化性煤的坩埚膨胀序数在合适的范围，则能够在不引起成型物彼此的熔合的情况下提高铁焦的强度，进而开发了本发明。并且，发现根据难软化性煤的性状而使易软化性煤的性状和配合量适当设定，则也能够得到相同的结果，进而实现了能够在更宽的范围内选择原料。
即，本发明是一种铁焦的制造方法，其特征在于，在将煤和铁矿石的混合物成型并干馏而制造铁焦的方法中，作为上述煤，使用坩埚膨胀序数(CSN)为2.0以下的难软化性煤。
另外，本发明的铁焦的制造方法的更优选的解决手段如下：
(1)作为上述煤，使用坩埚膨胀序数(CSN)为1.5～2.0的难软化性煤；
(2)上述煤为难软化性煤和易软化性煤的混煤，并且该难软化性煤是坩埚膨胀序数(CSN)为1.0且挥发成分为17％以上的煤，该易软化性煤的将该易软化性煤的CSN和全部煤中的配合比相乘而得的值在0.3～5.2的范围；
(3)上述易软化性煤在全部煤中的配合比为0.8以下；以及
(4)上述煤为难软化性煤和易软化性煤的混煤，该难软化性煤是坩埚膨胀序数(CSN)为1.5～2.0的煤，并且该易软化性煤的将该易软化性煤的CSN和全部煤中的配合比相乘而得的值在5.0以下的范围。
通过如上所述构成，根据本发明，仅使用难软化性煤也能够制造所需强度的铁焦，另外，通过根据难软化性煤的性状选择易软化性煤，能够在更宽的范围内选择煤，即便使用含碳率低、价格便宜的煤作为易软化性煤，也能够制造高强度的铁焦。另外，应用本发明而能够使用含碳率低的煤，则能够得到更高反应性的铁焦，大大有助于高炉的低还原剂比作业。
附图说明
图1是表示使用坩埚膨胀序数(CSN)：1.0的难软化性煤时影响干馏后强度的易软化性煤CSN与易软化性煤配合比的关系的图。
图2是表示使用坩埚膨胀序数(CSN)：1.5、2.0的难软化性煤时影响干馏后强度的易软化性煤CSN与易软化性煤配合比的关系的图。
图3是表示熔合的铁焦的外观照片的图。
图4是表示难软化性煤的CSN对熔合率的影响的图。
图5是竖型干馏炉的示意图。
图6是表示竖型干馏炉内的加热模式的图。
图7是表示铁焦强度的经时变化的图。
具体实施方式
本发明是即便使用劣质的煤也不引起强度的降低的情况下制造高强度、高反应性的铁焦的方法。即，该方法的特征是将煤和铁矿石的混合物成型后干馏而制造铁焦时，作为难软化性煤，使用显示坩埚膨胀序数(CSN)为2.0以下的性状的煤。本发明中将难软化性煤的坩埚膨胀序数(CSN)限定为2.0以下是因为在CSN值超过2.0的煤时，将该难软化性煤和铁矿石(相对于难软化性煤和铁矿石的混合重量的铁矿石重量比例为30质量％的情况)的成型物进行干馏时，会不可避免地发生成型物彼此的熔合，得不到由添加难软化性煤得到的抑止熔合的效果。
另外，难软化性煤的坩埚膨胀序数(CSN)的下限没有特别限定，难软化性煤的坩埚膨胀序数(CSN)为1.0时，如后述的实施例所示，有时因难软化性煤的挥发成分而无法实现目标强度，因此优选使难软化性煤的坩埚膨胀序数(CSN)为1.5～2.0。
并且，在煤为难软化性煤和易软化性煤的混煤且难软化性煤是坩埚膨胀序数(CSN)为1.5～2.0的煤的本发明的例子中，易软化性煤优选将该易软化性煤的CSN和全部煤中的配合比相乘而得的值在5.0以下的范围。另外，在煤为难软化性煤和易软化性煤的混煤且该难软化性煤是坩埚膨胀序数(CSN)为1.0的煤的本发明的例子中，优选难软化性煤是挥发成分为17％以上的煤，并且该易软化性煤的将该易软化性煤的CSN和全部煤中的配合比相乘而得的值在0.3～5.2的范围。应予说明，挥发成分根据JIS M 8812进行测定，用无灰无水基表示。
实施例
以下，根据实施例，说明使用了难软化性煤和易软化性煤的混煤的上述优选例进行。
该实验按下述的顺序进行。评价了改变难软化性煤和易软化性煤的各CSN(含碳率、MF随着CSN的变化而变化)而制造的成型物的干馏后强度(铁焦强度)。难软化性煤和易软化性煤分别是以成为规定的CSN、含碳率的方式配合多个品种的煤而成的。关于所使用的煤的品质，在表1中示出易软化性煤的品质，表2中示出难软化性煤的品质。铁矿石使用总含铁率57质量％的铁矿石。煤、铁矿石的粉碎粒度都是总量3mm以下。另外，表2中的最高流动度MF是利用吉塞勒塑性计(Gieseler Plastometer)测定的。在MF低的范围灵敏度低。因此，本案的难软化性煤的MF测定中，分别进行5次测定，求出其平均值作为MF值。
[表1]
品种 CSN(-) MF(ddpm) 灰分(％)
A 2.5 30 21.5
B 3.0 4 9.7
C 3.5 2 18.1
D 4.5 33 8.8
E 5.0 29 8.0
F 5.5 82 7.8
G 6.0 81 8.9
H 6.5 85 7.3
I 7.0 2 8.8
[表2]
Figure GDA0001360931060000071
应予说明，上述的成型处理按以下的方法实施。即，相对于总原料重量，煤、铁矿石、粘结剂的配合率分别为65.8质量％、28.2质量％、6质量％的方式进行混合。煤是易软化性煤和难软化性煤这2种的配合。混合原料用高速混合器在140～160℃混炼约2分钟，将该混炼的原料用双辊式成型机制成坯块。辊的尺寸为直径650mm×宽度104mm，以圆周速度0.2m/s、线压4t/cm进行成型。成型物的尺寸为30mm×25mm×18mm(6cc)，形状为蛋形。
接下来，将如上所述得到的成型物按照以下的实验室规模的干馏手法进行干馏。即，在纵横300mm、高度400mm的干馏罐中填充3kg成型物，在炉壁温度1000℃保持6小时后，在氮气中冷却。然后，采取冷却至室温的干馏物，进行强度测定和熔合率的评价。强度的评价以转鼓强度(DI150 6)进行。应予说明，该DI150 6是根据JIS K2151的旋转强度试验法在15rpm、150转的条件下测定粒径6mm以上的焦炭的质量比例而得的值。目标强度为82以上。熔合率以相对于干馏物总重量的熔合物的重量百分率进行评价。
<实施例1：混煤中的难软化性煤的CSN及挥发成分与易软化性煤的性状的优选例>
关于上述实验的结果，将易软化性煤的CSN和相对于煤总重量的易软化性煤重量的比例相乘而得到的值，相对于铁焦强度制作标示位置，将如此得到的图示于图1。难软化性煤使用CSN为1.0的煤且挥发成分为13.6％和17.2％。上述的表2中作为难软化性煤的品种J、K记载了2种CSN1.0的煤，挥发成分13.6％的情况下，使品种J、K以各50质量％配合，另外，挥发成分17.2％的情况下，使品种L、M以各50质量％配合。
表3中作为图1的图的数据，示出上述难软化性煤中配合的易软化性煤的配合条件、将易软化性煤的CSN和相对于煤总重量的易软化性煤重量的比例相乘而得的值、以及由与难软化性煤的CSN为1.0的煤组合而成的混煤得到的铁焦的强度。可知不论使用哪种易软化性煤，只要难软化性煤的CSN为1.0且挥发成分13.6％的情况下，干馏后强度显著低于目标强度，与专利文献公开的实施例不同。认为铁焦含有与碳成分完全没有相容性的铁矿石，因此如果配合几乎不软化熔融的不显示膨胀性的难软化性煤，则该铁焦强度容易大幅降低。
图1中横轴的值为0时的标示位置表示仅有难软化性煤的配合结果，挥发成分为13.6％的情况下，强度大幅降低。另一方面，挥发成分为17.2％的情况下，仅配合有其时，强度接近目标。可知易软化性煤的配合比为0.1～0.8的情况下，将易软化性煤的CSN和易软化性煤重量的配合比相乘而得的值为0.3～5.2时超过目标强度。挥发成分为17.2％的情况下CSN也为1.0，膨胀性低，但因为是与强粘结煤相比稍进行了碳化的状态的煤，所以与挥发成分为13.6％相比容易引起伴随加热的碳结构的缓和。因此，推测像本试验这样(实机的竖炉中也为迅速加热条件)的迅速加热的干馏条件下，将略微软化，确认到了超过目标强度的范围。应予说明，认为将易软化性煤的CSN和易软化性煤重量的配合比相乘而得的值存在最佳范围是因为如果值小则煤的膨胀小而粒子间粘附降低，另外，如果值大则伴随干馏物的膨胀的气孔率的增加而干馏后强度降低。
[表3]
Figure GDA0001360931060000091
<实施例2：混煤中的难软化性煤的CSN和易软化性煤的性状的优选例>
接下来，研究难软化性煤的CSN为1.5和2.0的煤。即，如表2所示，对分别配合了各50质量％的CSN1.5的煤N、O以及CSN2.0的煤P、Q的情况进行研究。对该研究结果，表4中示出上述难软化性煤中配合的易软化性煤的配合条件、将易软化性煤的CSN和相对于煤总重量的易软化性煤重量的比例相乘而得的值、以及由与难软化性煤的CSN为1.5和2.0的煤组合而成的混煤得到的铁焦的强度。而且，根据该表4的结果，将易软化性煤的CSN和相对于煤总重量的易软化性煤重量的比例相乘而得的值，相对于铁焦强度制作标示位置，将如此得到的图示于图2。
[表4]
Figure GDA0001360931060000101
根据表4和图2所示的结果，可知易软化性煤的配合比为0.8以下的情况下，将易软化性煤的CSN和易软化性煤重量的配合比相乘而得的值不论在什么范围，都得到与图1所示的难软化性煤的CSN为1.0的情况相比更高的强度。另外，可知将易软化性煤的CSN和易软化性煤重量的配合比相乘而得的值为5.0以下的范围时，达到目标强度以上。应予说明，将易软化性煤的CSN和易软化性煤重量的配合比相乘而得的值存在最佳范围是因为如果值大则伴随干馏物的膨胀的气孔率的增加而使干馏后强度降低。
<实施例3：混煤中的难软化性煤的CSN的优选例>
在难软化性煤的CSN为2.5的情况下，有可能发生干馏物的熔合。图3中示出熔合的例子的照片。表5和图4表示关于难软化性煤的CSN为2.0和2.5这两种情况的、对于将易软化性煤的CSN和易软化性煤重量的配合比相乘而得的值的实验室规模进行干馏时的熔合试验结果。表2中作为难软化性煤的P、Q记载了2种CSN：2.5的煤，该试验中分别将它们各配合50质量％。根据图4所示的结果可知难软化性煤的CSN为2.0的情况下，熔合率为10％以下。另一方面，可知难软化性煤的CSN为2.5的情况下，熔合率基本为20％以上。应予说明，这里，“熔合率”是所制造的铁焦质量中的如图3所示熔合的铁焦的质量比例。
[表5]
Figure GDA0001360931060000111
上述的干馏试验是在成型物被固定的状态(固定层)下进行干馏。关于此，在连续制造的情况下，将是如同竖型炉那样边从炉的上部投入成型物边从炉下部连续排出干馏物的连续式。一般认为利用固定层进行干馏的方法比连续式更容易熔合。接下来，发明人等为了对利用固定层进行的干馏和连续式干馏时的熔合率的不同进行评价，对在连续式竖型干馏台工厂(bench plant)中引起伴随炉内熔合的排出不良的成型物以实验室规模的干馏炉进行了试验。该干馏试验中显示10％以上的熔合率的成型物在连续式干馏炉中发生伴随炉内熔合的排出不良。图4的虚线表示在连续式干馏炉中排出不良的熔合率的下限值。发现难软化性煤的CSN为2.5的情况下，连续式干馏中发生熔合的可能性大，判明了难软化性煤的CSN的上限为2.0。
<实施例4：其他优选例>
该实施例中，相对于总原料重量，以煤、铁矿石、粘结剂的配合率分别成为65.8质量％、28.2质量％、6质量％的方式进行混合。使用表1的A煤作为易软化性煤，使用表2的O煤作为难软化性煤。易软化性煤与难软化性煤的配合比为1/9和7/3。即，将易软化性煤的CSN和相对于煤总重量的易软化性煤重量的比例相乘而得的值为1/9的例子中，如果将A煤的CSN2.5乘以易软化性煤的配合比0.1则得到0.25。另外，7/3的例子中，将A煤的CSN2.5乘以易软化性煤的配合比0.7则得到1.75。
干馏试验中使用图5所示的0.3t/d竖型干馏炉。尺寸为直径0.25m×高度3m的SUS制的具备产生气体的冷却设备的连续逆流式炉。从炉顶向炉下部冷却带在反应管中心以约10～20cm间隔设置热电偶，以成为规定的加热模式的方式决定加热条件。本实施例中设定上段电炉700℃、下段电炉850℃，并从炉下使850℃的高温气体以流量60L/分钟流通。图6中示出将下段电炉和高温气体的温度设定为850℃时的加热模式。反应管中心的最高到达温度为852℃，该温度下的保持时间约为60分钟。通过二重阀从炉顶向炉内投入生坯块，从炉下部连续排出干馏的铁焦。按30分钟间隔采取排出的铁焦，实施强度测定。将结果示于图7。
根据图7的结果可知以下内容：首先，从铁焦排出到2小时为止，成型物的干馏温度不充分的条件的干馏物被排出，因此铁焦强度均为低强度。但是，所以铁焦从排出开始2小时以上时变为稳定，易软化性煤的CSN＊配合比为1.75的例子中，从排出开始2小时以上时，稳定地保持目标强度。另一方面，易软化性煤的CSN＊配合比为0.25的例子中，以低于目标强度的状态成为恒定值。
根据以上，可知用于制造强度高的铁焦的难软化性煤和易软化性煤的优选的条件如下。
首先，为了制造强度高的铁焦，以作为煤使用将易软化性煤和难软化性煤配合而成的混煤为前提，对于其中的难软化性煤，使用坩埚膨胀序数(CSN)为1.0的挥发成分为17.0％以上的煤或者坩埚膨胀序数(CSN)为1.5～2.0的煤，以及，对于易软化性煤重要的是将该易软化性煤的CSN和全部煤中的配合比相乘而得的值在0.3～5.2的范围。
另外，为了制造强度高的铁焦，以作为煤使用将易软化性煤和难软化性煤配合而成的混煤为前提，对于其中的难软化性煤，使用坩埚膨胀序数(CSN)为1.5～2.0的煤，以及，对于易软化性煤重要的是将该易软化性煤的CSN和全部煤中的配合比相乘而得的值在5.0以下的范围。产业上的可利用性
根据本发明的铁焦的制造方法，能够制造强度高、廉价、高反应性的铁焦，通过使用得到的铁焦作为煤原料，能够实现高炉中的低还原剂比(Reduction Agent Ratio)作业。

Claims (2)

1.一种铁焦的制造方法，其特征在于，在将煤和铁矿石的混合物成型、干馏而制造铁焦的方法中，所述煤为难软化性煤和易软化性煤的混煤，并且该难软化性煤是坩埚膨胀序数CSN为1.0且挥发成分为17％以上的煤，该易软化性煤是 将该易软化性煤的CSN和全部煤中的配合比相乘而得的值在0.3～5.2的范围。
2.根据权利要求1所述的铁焦的制造方法，其特征在于，在全部煤中的所述易软化性煤的配合比为0.8以下。
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