CN107709523A - 铁焦的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请发明提供一种铁焦制造方法，其抑制铁焦、成型焦炭的强度降低，并且能够使用高灰分的廉价劣质煤，对于使用竖型炉的干馏时经常成为问题的熔合问题，也无需进行特别的煤配合。是在将煤和铁矿石的混合物成型、干馏而制造铁焦的方法中，上述煤使用如下不粘结和/或微粘结煤：由多种煤的混煤或单种煤构成，该煤的灰分的加权平均值为10.7％以上，且平均最大反射率的加权平均值为0.81％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁焦的制造方法，是将煤和铁矿石的混合物成型、干馏而制造铁焦。
背景技术
作为室炉焦炭的作用之一可举出确保高炉内填充层内的通气性。为了进行通气性的确保，要求在高炉内的下降中焦炭不易粉化，要求制造高强度焦炭。
以往，以高强度焦炭的制造为目的，研究有多种煤的配合理论。在焦炭制造现场，以煤的最大反射率(Ro)为约1.2％，最高流动度(MF)在约200～1000ddpm(非专利文献1)的范围内的方式进行煤的配合。冶金用焦炭中在使用低灰分、粘结性高的高品质的煤。但是，根据非专利文献2可知，煤的可开采年数为112年。对于室炉用的焦炭而言，其可开采年数应该会进一步减少。
因此认为今后需要设想使用灰分含有率高的煤。但是，如果将高灰分煤作为焦炭原料，则需要注意焦炭产率的降低、伴随煤MF降低的焦炭强度的降低等。因此，一直以来，提出了很多高灰分煤的脱灰方法。例如，可举出油团聚法(专利文献1)、浮游选煤法(专利文献2)等。
近年，出于对地球环境的考虑，作为室炉焦炭的部分代替，将煤和铁矿石的混合物成型、干馏而得到的铁焦的使用受到注目。在铁焦的制造中使用专用的竖型炉的例子中，如果煤的配合出现错误，则有可能在竖型炉内发生成型物彼此的熔合，无法操作。因此，在铁焦的制造中，为了抑止成型物彼此的熔合配合难软化性煤(专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开昭56－125491号公报
专利文献2:日本特开昭60－35094号公报
专利文献3:日本专利第5017969号说明书
非专利文献
非专利文献1:日本能源学会“煤的化学与技术”2013年、p.51
非专利文献2:日本能源学会“煤的化学与技术”2013年、p.9
发明内容
室炉焦炭由于利用重力装入将煤装入焦炭炉，所以煤粒子间的距离大。因此，作为室炉用煤优选在干馏中具有流动性且具有一定程度的膨胀性的煤。如果将高灰分煤用于室炉焦炭用途，则煤的流动性减少，因此高灰分煤的使用有限制。如果对高灰分煤应用各种脱灰法，则大多被良好地脱灰，但是焦炭制造单价大幅上升。此外，由于以上的脱灰是以将煤质和灰分进行单体解离为前提，因此欲脱灰率大幅上升时，仅适用于微粉的煤。
另一方面，在将铁焦、成型煤所代表的煤进行成型的过程中，将压缩成型煤而成的制品装入专用的竖型炉、室炉焦炭等进行干馏。由于伴有压缩成型，煤的流动性可以低于室炉焦炭用煤。铁焦、成型煤的制造用途中使用高灰分煤时，由于预先将脱灰进行强化的必要性低，所以能够避免焦炭制造单价的上升。但是向高炉装入灰分含有率高的焦炭，因此需要注意高炉的热值单位的上升等不良影响。由于铁焦、成型焦炭被定位为室炉焦炭的副原料，因此作为高炉原料，铁焦、成型焦炭的使用量比室炉焦炭少。因此，通过室炉焦炭的灰分调整能够减少来自铁焦、成型焦炭的灰分所引起的不良影响。
对于铁焦、成型焦炭，使用竖型炉进行干馏是常见的，但是干馏中的成型物有可能会发生彼此的熔合。因此，需要配合防止熔合的煤，但这样则会产生受到品种制约的缺点。对于灰分高的煤而言，由于煤的膨胀性会降低，因此有可能避免伴随煤膨胀的熔合。
因此本发明的目的在于提出一种铁焦制造方法，其抑制铁焦、成型焦炭的强度降低，并且能够使用高灰分的廉价劣质煤，对于使用竖型炉的干馏中经常成为问题的熔合问题，也无需进行特别的煤配合。
发明人等对于前述的以往技术中存在的课题进行了深入研究，结果发现通过将高灰分煤应用于与铁焦、成型焦炭那样的伴随压缩成型的工艺，从而能够抑制铁焦、成型焦炭的强度降低，并且能够使用高灰分的廉价劣质煤，对于使用竖型炉的干馏中经常成为问题的熔合问题，也无需进行特别的煤配合，从而开发了本发明。
即，本发明提供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，上述煤使用如下不粘结和/或微粘结煤：由多种煤的混煤或单种煤构成的，该煤的灰分的加权平均值为10.7％以上且平均最大反射率的加权平均值为0.81％以上。
其中，最大反射率可以按照JIS M 8816进行测定。
应予说明，在如上构成的本发明涉及的铁焦用成型物的制造方法中，(1)在将上述煤和铁矿石的混合物成型时，以密度成为1400kg/m3以上的方式进行压缩成型是更优选的解决手段。
通过前述的构成，根据本发明，在制造铁焦时，通过使用由规定的高灰分且具有规定的平均最大反射率的混煤或单种煤构成的不粘结和/或微粘结煤，能够避免干馏中的成型物彼此的熔合且能够得到高强度的铁焦。
附图说明
图1是表示煤的灰分和煤最高流动度(MF)的关系的图。
图2是表示煤的填充密度和焦炭强度的关系的图。
图3是表示煤流动性和熔合率的关系的图。
图4是表示各煤品种的Ro和铁焦强度的关系的图。
图5是表示混煤品种的Ro和铁焦强度的关系的图。
图6是竖型干馏炉的概略图。
图7是表示铁焦强度的经时变化的图。
具体实施方式
本发明人等进行深入研究，结果发现如果对灰分10.7％以上的高灰分煤的平均最大反射率的范围进行限定，则即使在灰分含有率高的铁焦中也能够实现目标强度。此外，发现如果使用灰分10.7％以上的高灰分煤，则成为成型物彼此不会熔合的煤，不用考虑特别的配合就能抑制熔合。基于此完成了本发明。
以下，对于本发明的铁焦的制造方法使用的各构成部件进行说明，并且对这些各构成部件和铁焦强度的关系进行说明。
本发明定义的煤的灰分，按照JIS M 8818实施，以干基准的值表示。图1中示出变更煤的选煤程度而得到的灰分不同的煤和未选煤的煤的最高流动度(MF)的结果。MF按照JIS M 8801实施。可知对于所有的煤，伴随灰分的上升，煤的MF降低，灰分为10％以下时logMF为2～3.3ddpm，而为10.7％以上时，logMF降低至1.5ddpm以下。
将对于灰分高的煤改变煤的填充密度进行干馏的结果示于图2。作为原料以煤以外的成分成为总原料的30mass％的方式配合铁矿石。高灰分煤的灰分为16％。作为试验对象还将灰分8％的低灰分煤供于试验。关于填充密度，将粉碎的煤和铁矿石的混合原料15kg装入纵横400mm、高度600mm的干馏罐，对装入物进行压缩而调整填充密度。干馏按照以下的实验室规模的干馏手法进行。将干馏罐装入干馏炉，在炉壁温度1000℃保持6小时后，在氮气中冷却。采取冷却至室温的干馏物，进行强度测定。强度的评价以转鼓强度(DI150/15)进行。DI150/15是利用JIS K 2151的旋转强度试验法在15rpm、150转的条件下测定粒径15mm以上的焦炭的质量比例而得到的转鼓强度。在低灰分煤的情况下，在表观密度为800kg/m3的条件下也能制造高强度铁焦。但是，在高灰分煤的情况下，如果填充密度低，则铁焦强度与使用低灰分煤时相比强度低。可知如果使填充密度上升，则铁焦强度上升，为了提高焦炭强度，需要1400kg/m3以上的填充密度。
本发明的铁焦的制造方法，按照下述的试验顺序得到。准备灰分10.7％～23.5％的高灰分煤，向各单种煤或混煤与铁矿石的混合物添加粘合剂进行混炼和成型。利用实验室干馏炉将成型物干馏。将干馏物在N2气氛中冷却，进行铁焦强度的评价。将使用的煤(单种煤)的品质示于以下的表1。铁矿石使用总铁含有率为57mass％的铁矿石。煤、铁矿石的粉碎粒度均为总量2mm以下。
表1
| 种类 | 灰分(％) | Ro(％) | logMF |
| a | 11.7 | 0.53 | 0.3 |
| b | 15.4 | 0.59 | 0.8 |
| c | 12.8 | 0.66 | 1.1 |
| d | 10.9 | 0.69 | 1.1 |
| e | 10.7 | 0.71 | 1.9 |
| f | 16.5 | 0.78 | 1.6 |
| g | 15.6 | 0.83 | 1.2 |
| h | 18.4 | 0.90 | 1.1 |
| 1 | 11.0 | 0.93 | 0.6 |
| j | 23.5 | 0.97 | 1.1 |
| k | 16.8 | 1.07 | 0.8 |
| 1 | 15.9 | 1.15 | 0.3 |
| m | 17.8 | 1.27 | 0.6 |
| n | 13.8 | 1.41 | 0.3 |
| o | 13.3 | 1.61 | 0.0 |
成型按照以下方式实施。相对于总原料重量，煤、铁矿石、粘合剂的配合率分别为65.8mass％、28.2mass％、6mass％的方式进行混合。煤为2～4的多个品种的混煤。铁矿石的配合率为28.2mass％以下，则铁焦反应性降低；如果为其以上，则反应性的提高小，且铁焦强度大幅降低。基于此决定铁矿石的配合率。混合原料用高速混合器在140～160℃混炼约2分钟。将混炼的原料用双辊式成型机制造坯块。辊的尺寸为650mmφ×104mm，以圆周速度0.2m/s、线压4～5t/cm进行成型。成型物的尺寸为30mm×25mm×18mm(6cc)，形状为蛋型。成型物的表观密度为约1550kg/m3。
成型物的干馏按照以下的实验室规模的干馏手法(固定层)进行。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。采取冷却至室温的干馏物，进行强度测定。强度的评价以转鼓强度(DI150/15)进行。DI150/15是利用JIS K 2151的旋转强度试验法在15rpm、150转的条件下测定粒径15mm以上的焦炭的质量比例而得到的值为转鼓强度。目标强度设为82以上。如果铁焦的强度低，则在高炉中使用时对于在炉上部的利用粉化的作业有不良影响。因此，在通常的室炉焦炭中将DI150/15的目标强度设为85以上的情况多。另一方面，铁焦在高炉内与CO2气体活泼地反应增加还原铁矿石的CO气体的产生，因此将其装入高炉。室炉焦炭这样确保高炉内的通气性不是铁焦装入的目的。因此，可以将目标强度设定为低于室炉焦炭，所以将目标强度设为82。
测定将单种煤和铁矿石的混合原料的成型物干馏得到的铁焦的熔合率。熔合率是指制造的铁焦质量中的熔合的铁焦的质量比例。已知熔合率为10％时，在之后示出的实验室规模的连续式干馏炉中，无问题地将铁焦排出，对于实验室规模的干馏试验，将熔合率的上限设为10％。将熔合率的结果示于图3。
虽然伴随煤的MF上升，熔合率上升，但是在logMF为2.1ddpm的e煤中，熔合率为7％，其为上限以下。可知高灰分煤时，logMF不变高，至少为2.1ddpm以下，则避免熔合问题。将灰分不足10.7％的低灰分煤作为铁焦的原料时，由于干馏中的熔合成为问题，所以如专利文献3那样产生添加难软化性煤的需要，在配合中产生制约。但是，如果使用灰分10.7％以上的煤，则这些全部成为防止熔合的煤，因此，表明没有必要考虑用于抑止熔合的配合。
应予说明，对于熔合率的上限，由于可基于在干馏炉内的因挂架发生的不能排出的最低限度的熔合率进行考虑，因此认为在与实验室规模相比大规模的示范设备或实机设备中，与实验室规模比难以引起挂架，能够假想熔合率的上限为大于10％的值。因此，对于上述的为了抑止熔合的配合的研究，通常能够评价。
将各煤品种的Ro和铁焦强度的关系示于图4。可知如果Ro的加权平均值为0.66％以下，则强度急剧降低。可以说铁焦强度很大程度依赖于Ro，MF的依赖性小。可知如果将强度的目标值以DI150/15为82以上，则煤Ro需要设为0.83％以上。可推知这是因为仅使用Ro低的煤，则煤中的挥发成分大，铁焦的气孔率上升，而且基质的强度降低。可推知如果Ro为0.66％以下则这一效果显著。
接下来根据表1各选择4个品种，准备分别以每个25％进行混合的混煤，进行成型和实验室干馏。混煤的Ro由各品种的Ro的加权平均值算出。本试验中以混煤Ro为0.62、0.71、0.81、0.91、1.03、1.23、1.36％进行试验。分别使用a/b/c/d煤、c/d/e/f煤、e/f/g/h煤、g/h/i/j煤、i/j/k/l煤、k/l/m/n煤、l/m/n/o煤。将结果示于图5。确认了与图4的单种煤的结果同样的趋势，铁焦强度与混煤Ro相关，Ro为0.81％以上时高于目标强度。由混煤制造的铁焦的熔合率均为3％以下，基本没有发现熔合。
应予说明，上述的混煤的例子中，将Ro比较接近的品种的煤进行了配合，但是在焦炭制造的煤配合中，范围大的Ro值的品种的配合也是常见的，在铁焦的制造中，即使配合范围大的Ro值的品种，也没有任何问题。
实施例
在该实施例中，以相对于总原料重量，煤、铁矿石、粘合剂的配合率分别成为65.8mass％、28.2mass％、6mass％的方式进行混合。作为煤根据表1选择。混煤Ro为0.71、0.81、0.91％，分别由c/d/e/f煤、e/f/g/h煤、g/h/i/j煤配合而成。
干馏试验中使用图6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。本实施例中设定为上段电炉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。反应管中心的最高到达温度为852℃，在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成型物，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。
将强度测定的结果示于图7。根据图7的结果可知以下内容：首先，从铁焦排出至2小时为止，排出成型物的干馏温度不充分的条件下的干馏物，因此铁焦强度均为低强度。但是，从排出开始1.5～2小时以上时，全部铁焦变稳定，混煤Ro为0.81、0.91％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，混煤Ro为0.71％的例子中，以低于目标强度的状态成为恒定值。
产业上的可利用性
根据本发明的铁焦的制造方法，能够制造以劣质的高灰分煤为原料的廉价且高反应性的铁焦，通过使用所得的铁焦作为煤原料，能够实现高炉中的低还原剂比作业。
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，所述煤使用如下不粘结和/或微粘结煤：由多种煤的混煤或单种煤构成，该煤的灰分的加权平均值为10.7％以上，且平均最大反射率的加权平均值为0.81％以上。
2.根据权利要求1所述的铁焦的制造方法，其特征在于，在将所述煤和铁矿石的混合物成型时，以密度成为1400kg/m3以上的方式进行压缩成型。
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