JP2004359718A

JP2004359718A - Method for producing high strength ferrocoke and apparatus therefor

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Publication number: JP2004359718A
Application number: JP2003156601A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Okada; 敏彦岡田; Minoru Asanuma; 稔浅沼; Shozo Itagaki; 省三板垣; Tatsuro Ariyama; 達郎有山
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2004-12-24
Anticipated expiration: 2023-06-02
Also published as: JP4218426B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing ferrocoke, which enables the good stabilization of the operation of a shaft furnace and the easy treatment of a produced gas. <P>SOLUTION: The method for producing the ferrocoke from at least coal and iron ore as raw materials comprises a process for molding the raw materials to produce the molded coal, a process for subjecting the molded coal to an infusibilizing treatment in the presence of oxygen, and a process for carbonizing the molded coal. The infusibilizing treatment is preferably carried out by thermally treating the molded coal with a gas containing oxygen at a molded coal temperature of 250 to 400°C for 10 to 60 minutes. When the molded coal is subjected to the infusibilizing treatment, carbon-carbon bonds and carbon-oxygen bonds produced from coal and a binder with oxygen are produced close to the surface of the molded coal. Thereby, the cohesiveness of the molded coal is reduced, and the strength of the molded coal is increased. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭及び鉄鉱石からフェロコークスを製造し、得られた成型フェロークスを高炉等の原料とする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から室炉コークス法に替わる冶金用成型コークスの製造方法として、縦型シャフト炉を用い、循環ガスを用いて加熱することにより、成型炭を乾留し、成型コークスを製造する方法が開発されている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載の方法では完全密閉が可能である。また連続式の生産方法であること、石炭が事前にバインダにより成型されるため、資源埋蔵量の多い非微粘結炭の大量使用が可能であること等の利点を有する。
【０００４】
室炉コークス炉では原料中に鉄が存在すると、使用している珪石レンガがファイアライト（２ＦｅＯ・ＳｉＯ_２）を生成し、損傷するため、原料として鉄を共存させることができなかった。しかし、循環ガスを熱源とするシャモットレンガを使用したシャフト炉では鉄の存在は問題なく、原料として石炭と鉄鉱石を用いることにより、フェロコークスの製造も可能となる（特許文献２参照）。特許文献１に記載の方法では、原料として配合した鉄鉱石が乾留の過程でコークスに還元されるため、高炉での炭酸ガス発生を抑制できることが期待される。
【０００５】
【特許文献１】特公昭６０−３８４３７号公報
【特許文献２】特開平６−６５５７９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の石炭及び鉄鉱石からなるフェロコークスの製造方法では、石炭の粘結性が高い場合やバインダを添加した場合、成型炭を乾留する際に、成型炭がシャフト炉内で軟化融着して操業が困難になるという問題がある。一方、石炭の粘結性が低い場合やバインダが少ない場合は成型炭の冷間強度が低いため、シャフト炉内での粉化が起こり、歩留まりの低下とともに発生ガス中に粉コークスが混入等するので、処理に問題がある。
【０００７】
本発明は、良好なシャフト炉の操業を安定化することができ、しかも発生ガス処理を容易にできるフェロコークスの製造方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、成型炭の乾留に先立ち、該成型炭を酸素存在下、不融化処理を行うことを特徴とする。
【０００９】
すなわち本発明は、少なくとも石炭及び鉄鉱石を原料としてフェロコークスを製造する方法において、前記原料を成形して成型炭を製造する工程と、該成型炭を酸素存在下、不融化処理する工程と、前記成型炭を乾留する工程と、を備える。
【００１０】
本発明のように不融化処理すれば、成型炭の表面近傍に酸素により石炭やバインダの炭素炭素間結合や炭素酸素間結合が生成され、成型炭の粘結性が減少したり、成型炭の強度が増加したりする。
【００１１】
本発明に用いられる石炭や鉄鉱石は特に限定されることはなく、例えば現在製鉄業で使用されているものを用いることができる。
【００１２】
前記不融化処理は、酸素を含有するガスを用いて、成型炭を２５０〜４００℃の温度、１０〜６０分の時間の条件で熱処理するのが望ましい。
【００１３】
鉄鉱石の他に粘結性を示さない木材（例えば建設リサイクル法で対象となっている廃木材）などのバイオマスを配合することで、乾留過程で成型炭がシャフト炉内で融着するのを抑制できる。
【００１４】
また廃プラスチックの熱可塑性を利用し、廃プラスチックを加熱した熱間の状態で成型することにより、バインダの使用量を減らしても成型炭を製造することができる。
【００１５】
また本発明は、少なくとも石炭及び鉄鉱石を原料としてフェロコークスを製造する装置において、前記原料を成形して成型炭を製造する成形機と、該成型炭を酸素存在下、不融化処理する不融化炉と、前記成型炭を乾留するシャフト炉と、を備えるフェロコークスの製造装置としても構成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態におけるフェロコークス製造方法について説明する。図１はフェロコークス製造方法が実施されるシステムの全体構成図を示す。原料としては鉄鉱石、石炭、バイオマスを使用する。石炭には、冶金用ではなく、例えば一般炭である非微粘結炭を使用する。バイオマスの代わりに又はバイオマスと併用して廃プラスチックを使用してもよい。
【００１７】
ここでバイオマスとは、すべての生物、すなわちエネルギ資源として再生可能な全有機体をいい、例えば木材、パルプ廃液、紙、油が挙げられる。また廃プラスチックとは、あらゆる産業分野、日常生活分野で利用されているプラスチックが使用後に廃棄物として排出されたものをいう。廃プラスチックは、主に家庭から排出される一般廃棄物、及び事業所から排出される産業廃棄物の双方に含まれて排出される。また廃プラスチック以外にも、汚泥、タイヤ等の有機系廃棄物を原料として使用してもよい。
【００１８】
原料の鉄鉱石、石炭及びバイオマスは粉砕機１にて所定の粒度以下に粉砕された後、前処理装置３にて加熱され、含有水分が除去される。前処理装置３には例えば流動層炉やキルンが用いられる。
【００１９】
次に、原料を混練機４により混合した後、成型機５により熱間成型する。得られた成型炭は、不融化炉６にて不融化処理される。具体的には成型炭を酸素存在下、２５０〜４００℃の温度条件、及び処理時間１０分〜６０分の時間条件にて熱処理する。処理に用いる不融化炉や方法は特に限定されないが、キルンやトンネル炉等の移動層反応装置を用い、２５０℃〜４００℃の温度に加熱した空気を吹き付ける方法等が採用できる。
【００２０】
次に不融化された成型炭をシャフト炉に装入・乾留する。シャフト炉内に装入された成型炭はシャフト炉内を降下する。まず、シャフト炉低温乾留室７では、上部低温加熱ガス吹き込み羽口８よりガスを吹き込み、成型炭を昇温・熱分解する。次に、シャフト炉高温乾留室９において、下部高温加熱ガス吹き込み羽口１０より加熱した回収ガスを吹き込み、成型炭の熱分解と鉄鉱石の還元反応を進行させる。次にシャフト炉下部冷却室１１にて、回収ガスにより冷却し、成型フェロコークスを回収する。
【００２１】
シャフト炉からは発生ガスが回収されるが、図示しない熱交換機器、タールミストセパレータ、デカンターなどにより降温され、高温ガス加熱炉１２、低温ガス加熱炉１３に供給される。
【００２２】
〈実施例１〉
図１に示される本実施形態の装置にて以下の配合及び操業条件でフェロコークス製造試験を実施した。表１及び表２に示す組成及び配合比で石炭及び鉄鉱石を配合する。粉砕機１にて粉砕後、前処理装置３にて約３５０℃にて含有水分を蒸発し、混練機４により混合した後、熱間成型により成型炭とした。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【表２】

【００２５】
得られた成型炭を不融化炉６に装入し、約４００℃に加熱された空気を用い、炉内温度３８０℃、滞留時間１５分で不融化処理した。さらに不融化された成型炭をシャフト炉７に装入・乾留した。
【００２６】
シャフト炉低温乾留室７では、上部低温加熱ガス吹き込み羽口８より６５０℃、１１５０Ｎｍ^３／ｔ−原料のガスを吹き込み、成型炭を昇温・熱分解する。さらにシャフト炉高温乾留室９において、下部高温加熱ガス吹き込み羽口１０より、１０８０℃、２６５Ｎｍ^３／ｔ−原料に加熱した回収ガスを吹き込み、熱分解と鉄鉱石の還元反応を進行させる。さらにシャフト炉下部冷却室１１にて、５５℃、７１５Ｎｍ^３／ｔ−原料の回収ガスにより冷却し、６１０ｋｇ／ｔ−原料の成型フェロコークスを回収した。シャフト炉からは４１０℃、３７０Ｎｍ^３／ｔ−原料の発生ガスが回収されるが、図示しない熱交換機器、タールミストセパレータ、デカンターなどにより降温され、高温ガス加熱炉１２、低温ガス加熱炉１３に供給される。表２に製造された成型フェロコークスの粒度分布を示す。２５ｍｍ以下の低強度に由来する粉コークスと５０ｍｍ以上の融着したコークスの発生量が極めて少なく、本実施例の優位性が分かる。
【００２７】
〈実施例２〉
表２に示される配合比でバインダを添加し、冷間で成型して成型炭を製造する。実施例１と同条件で乾留し、６０２ｋｇ／ｔ−原料の成型フェロコークスを回収した。表２に製造された成型フェロコークスの粒度分布を示したが、２５ｍｍ以下の粉コークスと５０ｍｍ以上のコークスの発生量が少ないのがわかる。
【００２８】
〈実施例３〉
表２の配合比でバイオマスとして廃木材を添加後、実施例１と同条件で成型炭を製造・乾留し、６２２ｋｇ／ｔ−原料の成型フェロコークスを回収した。表２に製造された成型フェロコークスの粒度分布を示したが、２５ｍｍ以下の低強度に由来する粉コークスと５０ｍｍ以上の融着したコークスの発生量が極めて少ない。
【００２９】
〈比較例１〉
不融化処理を実施しないことを除き、実施例１と同じ配合、成型、乾留条件により、５８１ｋｇ／ｔ−原料の成型フェロコークスを回収した。歩留まりが実施例１に比べ低い。表２に製造された成型フェロコークスの粒度分布を示すが、２５ｍｍ以下の低強度に由来する粉コークスと５０ｍｍ以上の融着したコークスの発生量が多い。
【００３０】
〈比較例２〉
不融化処理をしないことを除き、実施例２と同じ配合、成型、乾留条件により、５８６ｋｇ／ｔ−原料の成型フェロコークスを回収した。歩留まりが実施例１に比べ低い。表２に製造された成型フェロコークスの粒度分布を示すが、２５ｍｍ以下の低強度に由来する粉コークスと５０ｍｍ以上の融着したコークスの発生量が多い。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、成型炭のシャフト炉内での軟化融着やシャフト炉内での粉化を抑制できる。このため、良質な成型フェロコークスが製造可能になり、これを高炉で使用することにより高炉での冶金用コークスの使用量の削減に寄与し、炭酸ガスの発生抑制に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるフェロコークス製造方法が実施される装置の全体構成図。
【符号の説明】
１・・・粉砕機
２・・・搬送手段
３・・・前処理装置
４・・・混練機
５・・・熱間成型機
６・・・不融化炉
７・・・シャフト炉低温乾留室
８・・・上部低温加熱ガス吹き込み羽口
９・・・シャフト炉高温乾留室
１０・・・下部高温加熱ガス吹き込み羽口
１１・・・シャフト炉下部冷却室
１２・・・高温ガス加熱炉
１３・・・低温ガス加熱炉[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing ferrocoke from coal and iron ore, and using the obtained molded ferrokes as a raw material for a blast furnace or the like.
[0002]
[Prior art]
As a method of manufacturing molded coke for metallurgy, which replaces the conventional furnace coke method, a method has been developed that uses a vertical shaft furnace and heats using circulating gas to dry carbonize molded coal and produce molded coke. (Patent Document 1).
[0003]
The method described in Patent Literature 1 allows complete sealing. In addition, there are advantages such as a continuous production method, and the fact that coal is preliminarily molded with a binder, so that a large amount of non-sintered coal with a large resource reserve can be used.
[0004]
In a room furnace coke oven, if iron is present in the raw material, the silica brick used generates firelite (2FeO.SiO ₂ ) and is damaged, so that iron cannot coexist as a raw material. However, in a shaft furnace using a chamotte brick using a circulating gas as a heat source, the presence of iron is not a problem, and the use of coal and iron ore as raw materials enables production of ferrocoke (see Patent Document 2). In the method described in Patent Literature 1, iron ore blended as a raw material is reduced to coke in the process of dry distillation, and thus it is expected that carbon dioxide gas generation in a blast furnace can be suppressed.
[0005]
[Patent Document 1] Japanese Patent Publication No. Sho 60-38437 [Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-65579
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional method for producing ferro-coke made of coal and iron ore, when the coal has high caking properties or when a binder is added, when the coal is carbonized, the coal is softened and fused in a shaft furnace. There is a problem that operation becomes difficult. On the other hand, when the caking property of coal is low or the amount of binder is small, the cold strength of the molded coal is low, so powdering occurs in the shaft furnace, and coke breeze is mixed in the generated gas with a decrease in yield. So there is a problem with the processing.
[0007]
An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for producing ferrocoke that can stabilize the operation of a good shaft furnace and can easily process generated gas.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is characterized in that prior to dry distillation of shaped coal, the shaped coal is subjected to infusibilization treatment in the presence of oxygen.
[0009]
That is, the present invention provides a method for producing ferro-coke using at least coal and iron ore as raw materials, a step of forming the raw material to produce molded coal, and a step of infusifying the molded coal in the presence of oxygen, And carbonizing the shaped coal.
[0010]
If the infusibilization treatment is performed as in the present invention, carbon-carbon bonds or carbon-oxygen bonds of coal or a binder are generated by oxygen near the surface of the molded coal, and the caking property of the molded coal is reduced, Or increase in strength.
[0011]
The coal or iron ore used in the present invention is not particularly limited, and for example, those currently used in the steel industry can be used.
[0012]
In the infusibilization treatment, it is desirable to heat-treat the molded coal at a temperature of 250 to 400 ° C. for 10 to 60 minutes using a gas containing oxygen.
[0013]
By blending biomass such as wood that does not show caking properties (eg, waste wood subject to the Construction Recycling Law) in addition to iron ore, it is possible to prevent coal from coalescing in the shaft furnace during the carbonization process. Can be suppressed.
[0014]
In addition, by utilizing the thermoplasticity of the waste plastic and molding the waste plastic in a heated state, the molded coal can be produced even when the amount of the binder used is reduced.
[0015]
The present invention also relates to an apparatus for producing ferrocoke using at least coal and iron ore as raw materials, a molding machine for producing the molded coal by molding the raw material, and an infusibilizing treatment for infusibilizing the molded coal in the presence of oxygen. It can also be configured as a ferro-coke producing apparatus including a furnace and a shaft furnace for carbonizing the molded coal.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a method for producing ferrocoke according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows an overall configuration diagram of a system in which a ferro-coke manufacturing method is performed. Iron ore, coal and biomass are used as raw materials. The coal is not metallurgical but a non-coking coal, for example, a thermal coal. Waste plastic may be used instead of or in combination with biomass.
[0017]
Here, biomass refers to all organisms, that is, all organisms that can be regenerated as energy resources, and includes, for example, wood, pulp waste liquid, paper, and oil. Waste plastic refers to plastics used in all industrial fields and daily life fields that are discharged as waste after use. Waste plastic is mainly included in general waste discharged from households and industrial waste discharged from business establishments and is discharged. In addition to waste plastics, organic wastes such as sludge and tires may be used as raw materials.
[0018]
Iron ore, coal, and biomass as raw materials are pulverized to a predetermined particle size or less by the pulverizer 1 and then heated by the pretreatment device 3 to remove water content. For example, a fluidized bed furnace or a kiln is used for the pretreatment device 3.
[0019]
Next, the raw materials are mixed by the kneading machine 4 and then hot-formed by the molding machine 5. The obtained coal is infusibilized in the infusibilizing furnace 6. Specifically, the formed coal is heat-treated in the presence of oxygen at a temperature of 250 to 400 ° C and a processing time of 10 to 60 minutes. The infusibilizing furnace and method used for the treatment are not particularly limited, and a method of blowing air heated to a temperature of 250 ° C to 400 ° C using a moving bed reactor such as a kiln or a tunnel furnace can be adopted.
[0020]
Next, the infusible coal is charged into a shaft furnace and carbonized. The charcoal charged in the shaft furnace descends in the shaft furnace. First, in the shaft furnace low-temperature carbonization chamber 7, gas is blown from the upper low-temperature heating gas blowing tuyere 8, and the coal is heated and pyrolyzed. Next, in the shaft furnace high-temperature carbonization chamber 9, heated recovery gas is blown from the lower high-temperature heated gas blowing tuyere 10 to promote the thermal decomposition of the formed coal and the reduction reaction of iron ore. Next, in the shaft furnace lower cooling chamber 11, it is cooled by the recovered gas to recover the molded ferro-coke.
[0021]
The generated gas is recovered from the shaft furnace, but is cooled by a heat exchange device (not shown), a tar mist separator, a decanter, or the like, and supplied to the high-temperature gas heating furnace 12 and the low-temperature gas heating furnace 13.
[0022]
<Example 1>
A ferro-coke production test was performed using the apparatus of the present embodiment shown in FIG. 1 under the following composition and operating conditions. Coal and iron ore are blended in the compositions and blending ratios shown in Tables 1 and 2. After pulverization by the pulverizer 1, the water content was evaporated at about 350 ° C. in the pre-treatment device 3, mixed by the kneader 4, and then formed into hot coal by hot forming.
[0023]
[Table 1]

[0024]
[Table 2]

[0025]
The obtained molded coal was charged into the infusibilizing furnace 6 and infusibilized using air heated to about 400 ° C. at a furnace temperature of 380 ° C. and a residence time of 15 minutes. Further, the infusible coal was charged into the shaft furnace 7 and carbonized.
[0026]
In the shaft furnace low-temperature carbonization chamber 7, a gas of 650 ° C., 1150 Nm ³ / t-raw material is blown from the upper low-temperature heated gas blowing tuyere 8, and the coal is heated and pyrolyzed. Further, in the shaft furnace high-temperature carbonization chamber 9, a recovery gas heated to 1080 ° C., 265 Nm ³ / t-raw material is blown from the lower high-temperature heated gas blowing tuyere 10 to promote thermal decomposition and reduction reaction of iron ore. Further, in the lower cooling chamber 11 of the shaft furnace, the mixture was cooled at 55 ° C. and a recovery gas of 715 Nm ³ / t-raw material, and 610 kg / t-raw ferrocoke was recovered. The generated gas of 410 ° C., 370 Nm ³ / t-raw material is recovered from the shaft furnace, but the temperature is lowered by a heat exchange device (not shown), a tar mist separator, a decanter, etc., and the high temperature gas heating furnace 12 and the low temperature gas heating furnace 13 are cooled. Supplied. Table 2 shows the particle size distribution of the manufactured molded ferrocoke. The amount of coke breeze derived from low strength of 25 mm or less and fused coke of 50 mm or more was extremely small, indicating the superiority of this example.
[0027]
<Example 2>
Binders are added at the compounding ratios shown in Table 2 and molded cold to produce molded coal. Dry distillation was performed under the same conditions as in Example 1 to collect a molded ferrocoke of 602 kg / t-raw material. Table 2 shows the particle size distribution of the manufactured ferro-coke. It can be seen that the amount of generated coke powder of 25 mm or less and coke of 50 mm or more is small.
[0028]
<Example 3>
After adding waste wood as biomass at the mixing ratio shown in Table 2, molded coal was produced and carbonized under the same conditions as in Example 1 to collect 622 kg / t-raw molded ferrocoke. Table 2 shows the particle size distribution of the manufactured ferro-coke, and the amount of coke powder and coke fused to 50 mm or more derived from low strength of 25 mm or less is extremely small.
[0029]
<Comparative Example 1>
Except that the infusibilization treatment was not carried out, 581 kg / t-raw molded ferrocoke was recovered under the same blending, molding and dry distillation conditions as in Example 1. The yield is lower than in the first embodiment. Table 2 shows the particle size distribution of the molded ferro-coke produced. The amount of coke breeze derived from low strength of 25 mm or less and fused coke of 50 mm or more is large.
[0030]
<Comparative Example 2>
A molded ferrocoke of 586 kg / t-raw material was recovered under the same blending, molding and dry distillation conditions as in Example 2 except that the infusibilization treatment was not performed. The yield is lower than in the first embodiment. Table 2 shows the particle size distribution of the molded ferro-coke produced. The amount of coke breeze derived from low strength of 25 mm or less and fused coke of 50 mm or more is large.
[0031]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, softening and fusion of a molded coal in a shaft furnace and powdering in a shaft furnace can be suppressed. For this reason, it is possible to produce high-quality molded ferro-coke, and by using this in a blast furnace, it contributes to a reduction in the amount of metallurgical coke used in the blast furnace and can greatly contribute to the suppression of generation of carbon dioxide gas.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an apparatus in which a ferro-coke manufacturing method according to an embodiment of the present invention is performed.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pulverizer 2 ... Conveying means 3 ... Pretreatment device 4 ... Kneader 5 ... Hot molding machine 6 ... Infusibilizing furnace 7 ... Shaft furnace low temperature dry distillation chamber 8 ····························································································································・ Low temperature gas heating furnace

Claims

In a method for producing ferrocoke at least using coal and iron ore as raw materials,
Forming the raw material by molding the raw material,
A step of infusibilizing the shaped coal in the presence of oxygen;
A step of dry-distilling the molded coal.

The infusibilization treatment is
The method for producing ferrocoke according to claim 1, wherein the formed coal is heat-treated at a temperature of 250 to 400C and a treatment time of 10 to 60 minutes.

The method for producing ferrocoke according to claim 1 or 2, wherein biomass is used as a raw material other than the coal and the iron ore.

The method for producing ferrocoke according to any one of claims 1 to 3, wherein waste plastic is used as a raw material other than the coal and the iron ore.

In an apparatus for producing ferro-coke using at least coal and iron ore as raw materials,
A molding machine for producing the coal by molding the raw material,
An infusibilizing furnace for infusibilizing the molded coal in the presence of oxygen,
An apparatus for producing ferrocoke, comprising: a shaft furnace for carbonizing the molded coal.