JP2001303143A

JP2001303143A - 炭材内装塊成化物の製造方法

Info

Publication number: JP2001303143A
Application number: JP2000122522A
Authority: JP
Inventors: Akito Kasai; 昭人笠井; Yoshiyuki Matsui; 良行松井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2000-04-24
Filing date: 2000-04-24
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2020-04-24
Also published as: JP3502011B2

Abstract

(57)【要約】【課題】粉状鉄含有原料と粉状炭材との混合物を２５
０〜５５０℃で熱間成型して行う炭材内装塊成化物の製
造方法において、加熱された炭材から発生する熱分解ガ
スにより前記混合物が膨張しても、高炉に装入しうる高
強度の炭材内装塊成化物が製造できる方法を提供するこ
とを目的とする。【解決手段】前記粉状鉄含有原料のかさ密度が１．５
ｇ／ｃｍ³以上であること、さらに好ましくは、前記混
合物に振動を加えて密充填にした後、熱間成型すること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉、キューポラ
などの竪型炉用装入原料としての炭材内装塊成化物の製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高炉原料として、従来より用いられてき
た焼結鉱、ペレット、塊鉱石のほかに、固体炭材（例え
ば、石炭粉、コークス粉等）と粉鉱石または製鉄ダスト
（炭素、酸化鉄等の混合物）にバインダーを加えて冷間
成形された炭材内装コールドペレットあるいはブリケッ
ト（以下、炭材内装コールドペレット等）と称するもの
がある。そして炭材内装コールドペレット等は高炉に装
入するとガス利用率が向上することが報告〔井上ら：鉄
と鋼（１９８６）Ｓ８８５〕されており、高炉の生産性
の向上、燃料比の低減に寄与することが期待され、さら
には従来の焼結鉱やペレットの製造と異なり焼成燃料が
不要で排ガス処理も不要となるなどメリットは大きい。
また、炭材内装コールドペレット等をコークスとともに
キューポラなどの竪型炉に装入して還元・溶解して溶銑
を製造する提案もなされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、炭材内
装コールドペレット等が搬送中や高炉への装入の際に粉
化しないよう一定以上の強度（圧潰強度で約４００Ｎ／
個以上、より好ましくは約５００Ｎ／個以上）を確保す
る必要があり、通常、冷間成型に際してセメント類をバ
インダーとして添加する方法が用いられている。この方
法では、炭材内装コールドペレット等が強度を発現する
まで数日かかるため広大な養生スペースを必要とし、さ
らには高炉内でスラグ比が上昇し通液性が悪化するこ
と、セメント類の結晶水が分解する際の吸熱による昇温
遅れに伴い還元が遅延すること等の問題が懸念される。
一方、これらを改善するためセメント類以外のバインダ
ーを用いた場合には費用が高くコストメリットがなくな
る。

【０００４】そこで、本願出願人は、特開平１１−０９
２８３３号において粉鉱石と粘結炭の混合物を熱間成型
後、脱ガスすることによりバインダーを添加せずとも高
強度の炭材内装塊成化物（ブリケット）を製造できる方
法を提案した。しかしながら、この方法では、使用する
鉄鉱石の種類や粒度によっては、加熱された炭材から発
生する熱分解ガスにより熱間成型機装入前の粉状鉄鉱石
および炭材の混合物が疎充填になり、疎充填のまま熱間
成型機に装入されると成型機への噛み込みが悪く熱間成
型された塊成化物は空隙の多い構造になり、圧潰強度が
低下したり成型できないという問題が生じた。さらに、
粉状鉄鉱石の粒度が大きいと、鉄鉱石と炭材の接触面積
が減少し、塊成化物の基質強度が低下して圧潰強度が低
下するという問題も生じた。

【０００５】そこで、本発明は上記の問題を解決するた
めになされたもので、たとえ加熱された炭材から発生す
る熱分解ガスや粉状鉄鉱石の粒度が大きいことにより熱
間成型機装入前の粉状鉄鉱石および炭材の混合物が疎充
填であっても、熱間成型機装入時点において混合物が密
充填となることにより高強度の炭材内装塊成化物が製造
できる方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、粉状鉄
含有原料と粉状炭材との混合物を２５０〜５５０℃で熱
間成型して行う炭材内装塊成化物の製造方法であって、
前記粉状鉄含有原料のかさ密度が１．５ｇ／ｃｍ³以上
であることを特徴とする炭材内装塊成化物の製造方法で
ある。

【０００７】例えば、かさ密度が１．５ｇ／ｃｍ³以上
の粉状鉄鉱石を４００〜８００℃に加熱し、粉状炭材を
２５０℃以下で乾燥し、ついで前記粉状鉄鉱石と前記粉
状炭材を混合して２５０〜５５０℃の混合物とし、その
混合物を熱間成型することを特徴とする炭材内装塊成化
物の製造方法である。

【０００８】あるいは、粉状鉄鉱石と製鉄ダストを混合
したときにその混合物のかさ密度が１．５ｇ／ｃｍ³以
上となるように前記粉状鉄鉱石と前記製鉄ダストの配合
率を定めた後、前記粉状鉄鉱を４００〜８００℃に加熱
し、粉状炭材を２５０℃以下で乾燥し、ついで前記粉状
鉄鉱石、前記粉状炭材および加熱しない前記製鉄ダスト
を混合して２５０〜５５０℃の混合物とし、その２５０
〜５５０℃の混合物を熱間成型することを特徴とする炭
材内装塊成化物の製造方法である。

【０００９】２５０〜５５０℃の粉状鉄含有原料と粉状
炭材との混合物を熱間成型して行う炭材内装塊成化物の
製造方法であって、前記混合物に振動を加えて密充填に
した後、熱間成型をすることを特徴とする炭材内装塊成
化物の製造方法である。

【００１０】さらに、前記粉状鉄含有原料のかさ密度が
１．４ｇ／ｃｍ³以上であることが好ましい。

【００１１】例えば、かさ密度が１．４ｇ／ｃｍ³以上
の粉状鉄鉱石を４００〜８００℃に加熱し、粉状炭材を
２５０℃以下で乾燥し、ついで前記粉状鉄鉱石と前記粉
状炭材を混合して２５０〜５５０℃の混合物とし、その
混合物に振動を加えて密充填にした後、熱間成型するこ
とを特徴とする炭材内装塊成化物の製造方法である。

【００１２】あるいは、粉状鉄鉱石と製鉄ダストを混合
したときにその混合物のかさ密度が１．４ｇ／ｃｍ³以
上となるように前記粉状鉄鉱石と前記製鉄ダストの配合
率を定めた後、前記粉状鉄鉱を４００〜８００℃に加熱
し、粉状炭材を２５０℃以下で乾燥し、ついで前記粉状
鉄鉱石、前記粉状炭材および加熱しない前記製鉄ダスト
を混合して２５０〜５５０℃の混合物とし、その２５０
〜５５０℃の混合物に振動を加えて密充填にした後、熱
間成型することを特徴とする炭材内装塊成化物の製造方
法である。

【００１３】なお、「鉄含有原料」とは、鉄鉱石、製鉄
ダスト（高炉ダスト、転炉ダスト、電気炉ダスト、ミル
スケールなど）など主として酸化鉄を含有する原料をい
い、「炭材」とは、石炭、ＳＲＣなど加熱時に軟化溶融
性を示す炭素質物質をいう。

【００１４】また、「かさ密度」は、金属粉に対して用
いられるＪＩＳ−Ｚ２５０４に基づいて測定した疎充填
かさ密度である。

【００１５】炭材は約２５０℃を超えると熱分解反応が
始まり軟化溶融し、約５５０℃を超えると固化する。し
たがって、この温度域で粉状鉄含有原料に軟化溶融性を
有する炭材を混合し加圧成型すると、粉状鉄含有原料の
粒子間の空隙に溶融した炭材が容易に浸入し、粉状鉄含
有原料同士を強固に連結する。このため、バインダーが
不要となり高炉内でのスラグ量の増加を防止することが
できる。

【００１６】また、炭材中に含まれている揮発分やター
ル分は、熱間成型時に大部分が脱揮および脱タールして
おり、塊成化物を高炉に装入してもタール分が揮発し、
ガス処理設備へ付着する問題は起こらない。

【００１７】粉状鉄含有原料は、粒度分布等を調整して
かさ密度を高く維持する（１．５ｇ／ｃｍ³以上とす
る）ことが好ましい。粉状炭材との混合物がその炭材か
ら発生した熱分解ガスにより膨張しても、熱間成型機装
入時点において混合物はまだ密な充填状態を維持できる
ので、熱間成型後の塊成化物は空隙の少ない緻密な構造
となり圧潰強度を高くできる。さらに、かさ密度が高く
なるように粉砕することにより鉄鉱石と炭材の接触面積
が増加し、熱間成型後の塊成化物の圧潰強度がより高く
なる効果もある。

【００１８】あるいは、粉状鉄含有原料のかさ密度を高
く維持するかわりに、熱分解ガスで疎充填になった混合
物に熱間成型前に振動を加えて密充填の状態にすると成
型機への噛み込みが良くなり、熱間成型する際に同様の
効果が得られる。

【００１９】このようにして製造した塊成化物中の固化
した炭材は粉状鉄含有原料に密着し、固化した炭材と鉄
含有原料との接触面積が大きくなる。そのため、塊成化
物を、焼結鉱、ペレット、塊鉱石等の従来の高炉原料と
ともに高炉に装入すると、従来の高炉原料のみを装入し
た場合には反応が起こらなかった低温域（７００〜８０
０℃程度）から、塊成化物中で炭材と鉄含有原料中の酸
化鉄が見かけ上直接還元反応（例えばＦｅＯ＋Ｃ→Ｆｅ
＋ＣＯ）を開始する。直接還元反応により発生するガス
はＣＯが主体なため、塊成化物の間にある焼結鉱、ペレ
ット、塊鉱石等の原料の還元に直接利用され、ガス利用
率が向上し、燃料比が低下する。また、還元反応により
生じたＣＯ₂ガスは塊成化物中に内装した炭材と優先し
て反応するため炉頂から装入した塊コークスとは反応が
抑制された結果、コークスの粉発生量が低下し、高炉内
の通気性が向上する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を詳細
に説明する。

【００２１】図１に本発明の実施に係わる炭材内装塊成
化物の製造フローの概念図を示す。鉄含有原料として、
予め測定したかさ密度が１．５ｇ／ｃｍ³以上の粉状鉄
鉱石を用いる。かさ密度が１．５ｇ／ｃｍ³に満たない
粉状鉄鉱石を用いる場合には、さらに粉砕してかさ密度
を１．５ｇ／ｃｍ³以上に調整するとよい。ただし、後
述の実施例１で説明するように、粉砕しすぎるとかえっ
てかさ密度が低下してしまうので、以下の方法によりか
さ密度の調整を行えばよい。すなわち、予め少量の鉄鉱
石を粉砕時間を変えるなどして粉砕粒度を変更し、各粉
砕粒度ごとにかさ密度を測定し、粉砕粒度（粉砕時間）
とかさ密度との関係を求めておき、かさ密度が１．５ｇ
／ｃｍ³以上となる粉砕粒度（粉砕時間）を選択すれば
よい。あるいは、２種類以上の粉状鉄鉱石（または、粉
状鉄鉱石と製鉄ダスト）を混合したときに、かさ密度が
１．５ｇ／ｃｍ³以上になるように配合率を決めてもよ
い。炭材は粒度に特に制限はないが、粉状鉄含有物との
混合状態を良好に保つために１ｍｍ以下に粉砕するのが
望ましい。

【００２２】粉状の鉄鉱石と炭材の乾燥・予熱に関して
は、炭材はロータリードライヤー等で２５０℃以下の温
度で乾燥し、付着水分を除去する。一方、鉄鉱石は、炭
材と混合したときに目標温度の２５０〜５５０℃となる
ように、ロータリーキルン等で４００〜８００℃程度に
予熱する。ただし、鉄鉱石の一部を置き換えて製鉄ダス
トを用いる場合には、製鉄ダストは炭素や金属鉄を含む
ため予熱すると燃焼するので、製鉄ダストは予熱せずに
そのまま混合して用いる。

【００２３】乾燥・予熱した炭材と鉄鉱石（および予熱
しない製鉄ダスト）との混合には、炭材の一部の過熱を
防止するために短時間で混合できるこの業種で常用され
ている、例えば二軸型のミキサーを用いる。また、ミキ
サーは成型温度を確保するために保温する。混合後の炭
材と鉄鉱石（および製鉄ダスト）は、好ましくは押し込
み機を有する熱間成型用の成型機を用いて塊成化物（ブ
リケット）に加圧成型する。加圧成型は塊成化物が成型
機から高炉炉頂装入までのハンドリングに耐え得るに十
分な圧潰強度約４００Ｎ／個（３０ｍｍ×２５ｍｍ×１
５ｍｍ程度の大きさに対して）が得られるよう、成型加
圧力を１０ＭＰａ以上、望ましくは２０ＭＰａ以上とす
る。このようにして成型した塊成化物は、密に充填され
た鉄鉱石（および製鉄ダスト）粒子間の空隙に、溶融し
た軟化溶融性を有する炭材が浸入し、鉄鉱石（および製
鉄ダスト）粒子同士を強固に連結し、また、鉄鉱石（お
よび製鉄ダスト）と溶融・固化後の炭材との接触面積も
大きくなっている。また、ミキサーと成型機は密閉構造
とし、ミキサーおよび成型機で発生する炭材の熱分解ガ
スは炭化水素が主成分であるので、このガスをエジェク
ター等を用いて吸引回収し、回収したガスはロータリー
キルン等の加熱燃料として利用する。

【００２４】成型直後の温度の高い塊成化物はやわらか
く強度が低いので、バンカー内で不活性ガスにより冷却
し十分強度を発現させた後、バンカーから排出して篩
い、篩下の粉は再びミキサーに戻して原料として利用す
る。篩上は目的とする約４００Ｎ／個以上の高強度を有
する塊成化物である。塊成化物の高炉炉頂までの搬送時
や高炉炉頂装入時のハンドリングをシミュレートしたタ
ンブラー回転強度試験（ＪＩＳ−Ｍ８７１２）におけ
る、塊成化物から生じる−１ｍｍ粉率と圧潰強度との関
係を図６に示す。図６に示すように、圧潰強度が４００
Ｎ／個以上になると、−１ｍｍ粉率は１７質量％以下と
少なくなるので、上記のハンドリングによる塊成化物の
粉化は問題とならない。

【００２５】なお、特開平１１−９２８３３の発明で
は、成型後の塊成化物に残存する揮発分を減少するため
に脱ガス工程を設けているが、本発明においては必ずし
も脱ガス工程を必要としない。特開平１１−９２８３３
の発明の塊成化物は１２００〜１４００℃の高温雰囲気
の還元炉に装入されるため、残存する揮発分の急激な発
生による塊成化物の粉化を防止する目的で脱ガス工程を
設けたものであるのに対して、本発明の方法で製造され
た塊成化物は、高炉に装入され、高炉内で徐々に昇温さ
れるため、残存する揮発分も徐々に除去されるので塊成
化物の粉化は問題とならない。

【００２６】なお、鉄鉱石の一部を置き換えてＺｎを高
濃度に含有する製鉄ダストを用いる場合には、高炉内で
のＺｎ循環による炉壁耐火物への付着等の問題が生じな
いよう使用量を制限する必要がある。

【００２７】かさ密度が１．５ｇ／ｃｍ³以上の粉状鉄
含有原料を用いるかわりに、例えば、ミキサー出口部シ
ュートにバイブレーターを設置し、ミキサー内で混合さ
れた炭材と鉄鉱石（および製鉄ダスト）の混合物をシュ
ートを介して成型機へ切り出す際にバイブレーターで振
動を加えてかさ密度を上げた後、成型機で加圧成型して
もよい。ミキサー内で混合物が炭材から発生した熱分解
ガスで膨張しても、振動を加えることにより混合物はシ
ュート内で密充填され、成型後の塊成化物は空隙の少な
い緻密な構造になり圧潰強度が高くなる。なお、密充填
の度合いはシュートの長さやバイブレータの振動強度を
適宜変更することにより調整しうるものである。

【００２８】なお、上記の混合物に振動を加える方法に
おいても、粉状鉄含有原料のかさ密度をある程度高く保
つことが塊成化物の圧潰強度を高くできるので好まし
い。例えば、後述の実施例２で示すように１．４ｇ／ｃ
ｍ³以上にすることが好ましく、１．５ｇ／ｃｍ³以上と
することがさらに好ましい。

【００２９】

【実施例】（実施例１）図２に本実施例に用いられた熱
間成型機の概要を示す。炭材としては、表１に示す粘結
炭Ａを用い、鉄含有原料としては、表２に示す鉄鉱石Ｂ
またはＣを用いた。なお、鉄鉱石Ｃについては、ボール
ミルにより粉砕時間を変えて粉砕し、その粒度を変更す
ることによりかさ密度を変化させたものを使用した。各
粉砕粒度ごとにかさ密度を測定し、その結果を図３に示
す。なお、粉砕粒度を表す指標として体積平均径を用い
た。図３より、粉砕粒度（体積平均径）を小さくしてい
くとかさ密度は若干上昇するが、ある粉砕粒度（体積平
均径）でかさ密度は最大となり、さらに粉砕粒度（体積
平均径）を小さくすると逆にかさ密度は低下することが
わかった。粘結炭Ａを２２質量％、鉄鉱石ＢまたはＣを
７８質量％の配合率で、鉄鉱石ＢまたはＣのみを図示し
ない電気炉で６００〜７００℃に予熱した後、オイルヒ
ーターで４００〜５００℃に保温されたミキサーに装入
し混合して４５０〜４６０℃とし、双ロール型成型機を
用いてロール回転速度６ｒｐｍ、成型圧力２０〜２９ｋ
Ｎ／ｃｍで３０ｍｍ×２５ｍｍ×１５ｍｍの卵形のブリ
ケット（塊成化物）に成型し、圧潰強度の変化を調べ
た。その結果を図４に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】図４に示すように、鉄鉱石のかさ密度が高
くなるにしたがって圧潰強度が高くなり、かさ密度が
１．５ｋｇ／ｃｍ³以上であれば圧潰強度約４００Ｎ／
個以上、かさ密度が１．７７ｋｇ／ｃｍ³以上であれば
より好ましい圧潰強度約５００Ｎ／個以上が得られるこ
とを確認した。

【００３３】（実施例２）熱間成型前の混合物に振動を
加えることによる密充填の効果を確認するため、図５に
示すように、実施例１で用いた熱間成型機のミキサー出
口部シュートにバイブレーターを設置した。実施例１と
同じ原料を用い、バイブレーターの運転以外は実施例１
と同じ成型条件でブリケット（塊成化物）に成型し、圧
潰強度の変化を調べた。なお、バイブレーターの振動強
度は、振幅１ｍｍ、振動数２３３３ｒｐｍ、０．１５ｋ
Ｗとした。その結果を図４に併せて示す。

【００３４】図４に示すように、バイブレーター設置前
にはほとんど成型ができなかったかさ密度が１．４２ｇ
／ｃｍ³の粉状鉄鉱石を用いた場合でも、熱間成型前の
混合物にバイブレータで振動を加えて密充填とすること
により、約４００Ｎ／個の圧潰強度が得られることを確
認した。

【００３５】

【発明の効果】以上より、本発明の方法によれば、かさ
密度が１．５ｇ／ｃｍ³以上の粉状鉄含有原料に粉状炭
材を混合した混合物を２５０〜５５０℃で熱間成型する
ことによって、高炉に装入しうる高強度の炭材内装塊成
化物が製造できる。

【００３６】また、粉状鉄鉱石と製鉄ダストを混合した
ときにその混合物のかさ密度が１．５ｇ／ｃｍ³以上と
なるように前記粉状鉄鉱石と前記製鉄ダストの配合率を
定めた後、前記粉状鉄鉱石を４００〜８００℃に加熱
し、粉状炭材を２５０℃以下で乾燥し、ついで前記粉状
鉄鉱石、前記粉状炭材および加熱しない前記製鉄ダスト
を混合して２５０〜５５０℃の混合物とし、その２５０
〜５５０℃の混合物を熱間成型することにより、製鉄ダ
ストを用いても高炉に装入しうる高強度の炭材内装塊成
化物が製造できる。

【００３７】さらに、前記混合物に振動を加えて密充填
にした後、熱間成型をすることにより、粉状鉄含有原料
のかさ密度が１．５ｇ／ｃｍ³より低くても高炉に装入
しうる高強度の炭材内装塊成化物が製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に係わる炭材内装塊成化物の製造
フローの概念図である。

【図２】本実施例に用いられた熱間成型機の概要を示す
図である。

【図３】鉄鉱石の粉砕粒度（体積平均径）とかさ密度と
の関係を示す図である。

【図４】鉄鉱石のかさ密度とブリケット（塊成化物）の
圧潰強度との関係を示す図である。

【図５】ミキサー出口部シュートへのバイブレーター設
置の状況を示す図である。

【図６】塊成化物のタンブラー回転強度試験時の−１ｍ
ｍ粉率と圧潰強度との関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粉状鉄含有原料と粉状炭材との混合物を
２５０〜５５０℃で熱間成型して行う炭材内装塊成化物
の製造方法であって、前記粉状鉄含有原料のかさ密度が
１．５ｇ／ｃｍ³以上であることを特徴とする炭材内装
塊成化物の製造方法。
【請求項２】かさ密度が１．５ｇ／ｃｍ³以上の粉状
鉄鉱石を４００〜８００℃に加熱し、粉状炭材を２５０
℃以下で乾燥し、ついで前記粉状鉄鉱石と前記粉状炭材
を混合して２５０〜５５０℃の混合物とし、その混合物
を熱間成型することを特徴とする炭材内装塊成化物の製
造方法。
【請求項３】粉状鉄鉱石と製鉄ダストを混合したとき
にその混合物のかさ密度が１．５ｇ／ｃｍ³以上となる
ように前記粉状鉄鉱石と前記製鉄ダストの配合率を定め
た後、前記粉状鉄鉱石を４００〜８００℃に加熱し、粉
状炭材を２５０℃以下で乾燥し、ついで前記粉状鉄鉱
石、前記粉状炭材および加熱しない前記製鉄ダストを混
合して２５０〜５５０℃の混合物とし、その２５０〜５
５０℃の混合物を熱間成型することを特徴とする炭材内
装塊成化物の製造方法。
【請求項４】２５０〜５５０℃の粉状鉄含有原料と粉
状炭材との混合物を熱間成型して行う炭材内装塊成化物
の製造方法であって、前記混合物に振動を加えて密充填
にした後、熱間成型をすることを特徴とする炭材内装塊
成化物の製造方法。
【請求項５】請求項４に記載の発明において、前記粉
状鉄含有原料のかさ密度が１．４ｇ／ｃｍ³以上である
ことを特徴とする炭材内装塊成化物の製造方法。
【請求項６】かさ密度が１．４ｇ／ｃｍ³以上の粉状
鉄鉱石を４００〜８００℃に加熱し、粉状炭材を２５０
℃以下で乾燥し、ついで前記粉状鉄鉱石と前記粉状炭材
を混合して２５０〜５５０℃の混合物とし、その混合物
に振動を加えて密充填にした後、熱間成型することを特
徴とする炭材内装塊成化物の製造方法。
【請求項７】粉状鉄鉱石と製鉄ダストを混合したとき
にその混合物のかさ密度が１．４ｇ／ｃｍ³以上となる
ように前記粉状鉄鉱石と前記製鉄ダストの配合率を定め
た後、前記粉状鉄鉱を４００〜８００℃に加熱し、粉状
炭材を２５０℃以下で乾燥し、ついで前記粉状鉄鉱石、
前記粉状炭材および加熱しない前記製鉄ダストを混合し
て２５０〜５５０℃の混合物とし、その２５０〜５５０
℃の混合物に振動を加えて密充填にした後、熱間成型す
ることを特徴とする炭材内装塊成化物の製造方法。