JP2007177214A

JP2007177214A - フェロコークスの製造方法

Info

Publication number: JP2007177214A
Application number: JP2006294141A
Authority: JP
Inventors: Takashi Anyashiki; 孝思庵屋敷; Izumi Shimoyama; 泉下山; Hideaki Sato; 秀明佐藤; Kiyoshi Fukada; 喜代志深田; Hidekazu Fujimoto; 英和藤本; Hiroyuki Sumi; 広行角; Tetsuya Yamamoto; 哲也山本
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2026-10-30
Also published as: JP5011955B2

Abstract

【課題】粉状鉄源を高炉装入原料として用いる際に、フェロコークスを製造すると共に、設備コストを増加させることなく、焼結機の焼結パレット上の焼結原料層の通気性を改善可能な方法を提供すること。
【解決手段】石炭と返鉱とを主成分とする原料を混合して乾留し、フェロコークスを製造することを特徴とするフェロコークスの製造方法を用いる。焼結鉱を製造する際に、焼結された焼結原料を破砕後に篩い分けにより、大粒径の製品焼結鉱と、中粒径の返鉱と、小粒径の返鉱とに分離し、前記中粒径の返鉱を焼結原料に再利用し、前記小粒径の返鉱をフェロコークスの原料とすること、石炭と鉄鉱石含有物質とを主成分とする原料を混合して成型後に乾留すること、粒径３ｍｍ以下である小粒径の返鉱をフェロコークス原料として使用することが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、石炭および返鉱を主成分として製造される、フェロコークスの製造方法に関する。

製鉄原料に用いられる鉄源としては、塊鉄鉱石、焼結鉱などのように塊状であり、そのまま高炉に装入できるものの他に、粉鉄鉱石、焼結粉、ダスト、ミルスケールなどの粉状のものがある。これらの粉状の鉄源は、そのままの状態で高炉に装入すると炉内の通気性を悪化させる。しかしながら、高炉一貫製鉄のトータルコストを下げるには、上記のような粉状の鉄源も有効に活用する必要があり、そのための各種の技術が開発されている。粉状鉄源を粉状石炭と混合して還元し、フェロコークスを製造して高炉に装入する技術もその一つである。

一方で、製鉄高炉用焼結鉱を製造するにあたっては、鉄鉱石、粉コークス、石灰石ならびに焼結機の破砕篩分装置で発生する返鉱とを主原料とし、これらの原料を一次破砕および二次ミキサーにて、混合、調湿、粒状化し、焼結配合原料とし、サージホッパーより焼結機のパレットに装入する。一方、焼結パレットのグレート上には通気性の確保ならびにグレートへの融着防止を目的として、整粒された焼結鉱を床敷として用い、床敷層を形成せしめ、その上に通常の焼結配合原料を装入する。次いで焼結パレット上に配合原料により形成された焼結原料層（焼結レイヤー）は、点火炉のバーナーによって点火され、焼結原料層上部より下向に順次焼結される。焼結用空気は焼結排風機により焼結原料層表面より下向きに吸引され焼結燃焼ガスとなり、除塵後大気中に排煙される。焼結を完了した焼結原料層は、一次クラッシャーで破砕後クーラー冷却し、一次スクリーン（篩い目５０mm）で篩別後、粒径５０ｍｍ以上の粒度（＋５０ｍｍ）の焼結鉱は二次クラッシャーで再粉砕し、これらを二次スクリーン（篩い目１５mm）、三次スクリーン（篩い目８ｍｍ）、四次スクリーン（篩い目５ｍｍ）の順にて篩い分けし、各スクリーンの各粒径のものを高炉用焼結原料とし、四次スクリーンの粒径５ｍｍ未満の粒度（−５ｍｍ）は返鉱とし、返鉱原料ホッパーに送鉱し、再度焼結原料に用いている。

以上のようにして焼結鉱を製造する際に、微粉原料が増加すると、焼結原料層の通気性が悪化し焼結鉱の生産性が低下する。従来は生石灰をバインダーとして原料に添加し、造粒性を改善することで、この通気性の悪化を防止していた。しかしながら、生石灰の製造は、通常ロータリーキルンあるいはシャフト炉で、石灰石を重油等の燃料を用い分解焼成して行われるので、その製造コストは非常に高く、焼結原料に用いた場合、焼結鉱の製造単価を上昇せしめることとなる。

このような問題を解決するために、現在まで数多くの提案がなされている。例えば微粉原料を使用する方法としてフォアペレット法やセミペレット法がある。フォアペレット法は、全焼結原料をドラムミキサーまたはディスクペレタイザー等によって造粒処理してから焼結機に装入する方法である。また、セミペレット法は、微粉原料および微粉原料に一部粗粒を含有している粉原料を造粒機によって粒径２〜１０ｍｍ程度の小球状生ペレットとなし、これを一般粉鉱石および粉原料に混合して焼結機に供給する方法である。

フォアペレット法は、数多くの製鉄所でドラムミキサーを用いて採用されている方法であるが、一次および二次ミキサーを設置した現在でも、得られる擬似粒子に微粉が十分付着しておらず、しかも十分な強度を有していない。このことから三次ミキサーを設置する等により混合時間を長くすることも考えられるが、設備コストが増加し、造粒粒子が壊れるおそれもある。

一方、セミペレット法は、微粉原料以外の原料、即ちセミペレット化を行っていない原料中に存在する微粉について考慮していないため、焼結機上で原料の通気性の向上、ひいては生産性の向上に限界がある。

また、セミペレット法の一種として、セミペレット化を行った原料とセミペレット化を行っていない原料とを更に造粒機に装入して造粒を強化する、セミペレット法とフォアペレット法とを組合わせた方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

さらに、造粒を行わずに焼結原料層の通気性を改善する試みもなされている。焼結パレット上の焼結原料層の下部より空気またはＣＯ₂ガスを上向きに噴出させることにより焼結原料層の嵩密度を低下させ、焼結原料層の通気を改善して生産性を向上させる焼結鉱の製造方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。さらに、焼結原料層を形成しているパレットの火格子下方から上方に空気を通風することにより、焼結原料層の嵩密度を低下させ、焼結原料層の通気を改善して生産性を向上させる焼結鉱の製造方法が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
特公昭３９−１８０１号公報特開昭６１−７３８４０号公報特開昭６１−１２４５３５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法は、有力な方法であるが、微粉原料および微粉原料に一部粗粒を含有している粉原料を全量セミペレット化する必要があるため、処理すべき微粉原料が多量にある現状では、設備コストの増加は避けられない。また、特許文献２、特許文献３に記載の方法は、焼結原料層の嵩密度が低下し、焼結原料層の通気を改善して生産性を向上させることはできるが、気体排出用のブローワーなど付帯設備が必要となるため、やはり設備コストの増加は避けられない。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、粉状鉄源を高炉装入原料として用いる際に、フェロコークスを製造すると共に、設備コストを増加させることなく、焼結機の焼結パレット上の焼結原料層の通気性を改善可能な方法を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）石炭と返鉱とを主成分とする原料を混合して乾留し、フェロコークスを製造することを特徴とするフェロコークスの製造方法。
なお、主成分とするとは、本件においては８０ｍａｓｓ％以上、望ましくは９０ｍａｓｓ％以上含有することを言う。
（２）焼結鉱を製造する際に、焼結された焼結原料を破砕後に篩い分けにより、大粒径の製品焼結鉱と、中粒径の返鉱と、小粒径の返鉱とに分離し、前記中粒径の返鉱を焼結原料に再利用し、前記小粒径の返鉱をフェロコークスの原料とすることを特徴とする（１）に記載のフェロコークスの製造方法。
（３）石炭と返鉱とを主成分とする原料を混合して成型後に乾留することを特徴とする（１）または（２）に記載のフェロコークスの製造方法。
（４）粒径３ｍｍ以下である小粒径の返鉱をフェロコークス原料として使用することを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載のフェロコークスの製造方法。

本発明によれば、設備コストを増加させることなく、焼結原料層の通気性を改善することができ、これにより焼結鉱の生産性が向上する。また、返鉱の一部をフェロコークス用原料として使用することでフェロコークス製造工程における鉄鉱石の粉砕工程を省略化することができ、フェロコークスの製造コストを下げることができる。

本発明では、焼結鉱の製造工程において発生する返鉱の少なくとも一部をフェロコークス用原料として使用するフェロコークスの製造方法を用いることで、返鉱を効率よく再利用するとともに、焼結機の焼結パレット上の焼結原料層の通気性を改善する。

返鉱は、製品焼結鉱としての粒径を充たさない、所定粒径以下の焼結鉱である。従来より、通常は有効利用のために焼結原料として再利用されているが、微粉の焼結原料の割合が増加すると、焼結原料層の通気性が悪化し焼結鉱の生産性が低下する。したがって、このような返鉱のうち、小粒径のものから優先してフェロコークス原料として用いることで、高炉原料としての鉄源全体としての使用量を保ちながら、焼結鉱の製造工程における焼結原料層の通気性を改善することが可能となる。

また、フェロコークスを製造する観点からは、返鉱を用いることで、フェロコークス原料の粉砕工程を省略することが可能となる。特に原料を成型してフェロコークスを製造する際には、成型物のサイズにより決定される成型機のロール間隔により、使用できる原料の粒径の上限に制限がある場合があり、あらかじめ所定粒径以下とされた返鉱を原料として用いることは非常に効率的である。

したがって、本発明の一実施形態として、焼結鉱を製造する際に、焼結された焼結原料を破砕後に篩い分けにより、大粒径の製品焼結鉱と、中粒径の返鉱と、小粒径の返鉱とに分離し、小粒径の返鉱を、フェロコークスの原料とすることが好ましい。

また、フェロコークスを製造する際には、原料を混合して成型後に乾留することが好ましく、フェロコークス原料として使用する小粒径の返鉱としては、粒径３ｍｍ以下のものを用いることが好ましい。返鉱が小粒径であるほど、他のフェロコークス原料との大きな欠陥となる界面が少なくなり、フェロコークスの強度が向上する効果がある。高炉で使用する１００ｃｍ³程度までのフェロコークスの強度を維持向上させるためには、粒径３ｍｍ以下の返鉱を用いることが適当である。したがって、フェロコークスとして使用する粒径に合わせて、焼結鉱製造工程における焼結後の篩い分け工程における最終段階の篩目の大きさを設定し、その篩下をフェロコークス原料とすることが効率的である。

以下、具体的に本発明の一実施形態を説明する。上記で説明したように、従来の焼結鉱製造工程においては、下方吸引式焼結機において、焼結を完了した焼結原料層は、通常、一次クラッシャーで破砕後クーラー冷却し、一次スクリーンで篩別後、＋５０ｍｍの焼結鉱は二次クラッシャーで再粉砕し、これらを二次スクリーン（篩い目１５mm）、三次スクリーン（篩い目８ｍｍ）、四次スクリーン（篩い目５ｍｍ）の順にて篩い分けし、各スクリーンの各篩い目の粒径以上のものを高炉用焼結原料とし、四次スクリーンの篩い下である粒径５ｍｍ未満（−５ｍｍ粒度）のものは返鉱とし、返鉱原料ホッパーに送鉱し、再度焼結原料に用いられる。本発明を用いる場合は、例えば、返鉱を更に五次スクリーンにて中粒径のものと小粒径のものに分離して使用すれば良い。その他に、四次スクリーンを篩い目３ｍｍに設定し、篩上は焼結用鉄源として返鉱として使用し、篩下はフェロコークス用鉄源として使用する方法も可能である。すなわち、通常は返鉱として利用される細粒の焼結鉱の一部を、フェロコークス原料として使用する。

フェロコークスは、上記の本発明を用いる場合には、例えば以下のようにして製造することができる。四次または五次スクリーンの篩下は、フェロコークス原料用鉱石ホッパーに送鉱し、フェロコークス用石炭ホッパーから送炭される所定量の石炭と混合され成型機へと送り込む。成型機で成型された塊成型物はシャフト炉で熱風を用いた直接加熱法にて乾留する。シャフト炉の上部には、低温ガスを吹き込み、中部には高温ガスを吹き込み、また、熱効率を高めるため中部から上部にガスを循環させる。シャフト炉の下部には冷却ガスを吹き込むことで、室温ベースの成型フェロコークスを取り出すことができる。

以上の実施形態によれば、焼結鉱の製造工程において発生する返鉱の細粒部分をフェロコークスの鉄源として使用するため、焼結ベッドの通気性が改善するとともに、返鉱の一部をフェロコークス用原料として使用することでフェロコークス製造工程における鉄鉱石の粉砕工程を省略化することができ、フェロコークスの製造コストをも下げることができるため、非常に効果的である。

ドワイトロイド式の焼結機を用いて焼結鉱の製造を行ない、また同時にフェロコークスの製造も行なった。

焼結鉱の製造工程において、焼結を完了した焼結ケーキ（焼結原料層）は、一次クラッシャーで破砕後クーラー冷却し、一次スクリーン（篩い目５０mm）で篩別後、＋５０ｍｍの焼結鉱は二次クラッシャーで再粉砕し、これらを二次スクリーン（篩い目１５mm）、三次スクリーン（篩い目８ｍｍ）、四次スクリーン（篩い目３ｍｍ）の順にて篩い分けし、四次スクリーンの篩上は焼結鉱用鉄源として返鉱として使用し、篩下はフェロコークス用鉄源とした。この場合の、焼結機の通気性およびフェロコークス品質を調査した。

まず、焼結機の通気性の改善効果を確認するために、本発明例として四次スクリーンの篩い目を３ｍｍに設定し篩上を焼結用鉄源とする上記の場合として、鉄鉱石に篩い目３ｍｍの篩上を鉄鉱石の内数で２０ｍａｓｓ％添加した場合と、比較例として、鉄鉱石に、通常の返鉱である篩い目５ｍｍの四次スクリーンの篩下を、鉄鉱石の内数で２０ｍａｓｓ％添加した場合について検討した。

焼結機の通気性の確認は焼結鍋試験により行なった。焼結用原料を調整して、混合攪拌条件を統一して混合して焼結鍋試験装置に充填して焼結原料層を形成し、着火直後の焼結原料層の通気性指数ＪＰＵを測定した。表１に焼結鍋試験に使用した原料の配合を示す。また、使用した返鉱の粒度分布を図１に示す。図１は四次スクリーンの篩い目を５ｍｍとした場合の篩下の粒度分布である。

尚、焼結原料層の通気性指数ＪＰＵは、ボイスの式に準拠した下記計算式（ａ）より求められる値であり、ＪＰＵの値が高い程、通気性が良好であることを示している。

P＝Ｆ／Ａ（Ｈ／Ｓ）ⁿ・・・（ａ）
但し、Ｐ：通気度（ＪＰＵ）、Ａ：試料筒ロストル部断面積（ｃｍ²）、Ｆ：通過風量（ｄｌ／ｍｉｎ）、Ｈ：試料装入高さ（ｃｍ）、Ｓ：負圧（ｃｍＡｑ）、ｎ：０．６である。

焼結原料層の通気性指数ＪＰＵの測定結果を図２に示す。図２によれば、比較例である篩分四次スクリーン（篩い目５mm）篩下を鉄鉱石の２０ｍａｓｓ％添加した場合に比べ、本発明例である四次スクリーン（篩い目３mm）の篩上を焼結用鉄源として鉄鉱石の２０ｍａｓｓ％添加したものでは、焼結原料層通気性指数ＪＰＵが向上していることがわかり、返鉱粒径が通気性に影響を与えることが示された。

次に、フェロコークスの品質評価を行なった。フェロコークスは以下のようにして製造した。まず、フェロコークス用原料として、石炭と、焼結鉱製造過程で発生した篩目３ｍｍの四次スクリーンの篩下である小粒径の返鉱（従来の返鉱の一部）とを、篩下配合割合を１０〜３０ｍａｓｓ％で変更して原料を調整した。石炭と上記返鉱を混合したのち、成型機により１８ｃｍ³の成型物を製造した。製造した成型物を熱処理炉で乾留してフェロコークスを得た。また、比較例として、粉砕して粒径３ｍｍ以下とした（−３ｍｍ）鉄鉱石と、石炭とを用いて、同様にフェロコークスを製造した。図３に使用した原料鉄鉱石の粒度分布を示す。

製造したフェロコークスの品質評価はドラム試験機を用いて行った。ＪＩＳでは、１５０回転１５ｍｍ指数を使用することになっているが、フェロコークスは通常コークスと比較して密度が高いため体積破壊よりも表面破壊により破壊が進行する。従って、１５０回転６ｍｍ指数（ＤＩ１５０／６）を用いて強度評価を行った。尚、フェロコークスの目標強度を１５０回転６ｍｍ指数で８２と設定した。

ドラム試験の結果を図４に示す。図４によれば、焼結機の篩分四次スクリーンを３ｍｍに設定し、篩下をフェロコークス用原料として使用した、返鉱（−３ｍｍ）を原料とした場合と、鉄鉱石（−３ｍｍ）を原料として製造したフェロコークスの強度を比較すると、返鉱を使用した場合も、鉄鉱石を使用した場合と同じ強度レベルのフェロコークスが製造できることがわかった。

四次スクリーンの篩い目を５ｍｍとした場合の篩下である従来の返鉱の粒度分布を示すグラフ。焼結原料層の通気性指数ＪＰＵの測定結果を示すグラフ。フェロコークスの製造に使用した鉄鉱石の粒度分布を示すグラフ。製造したフェロコークスのドラム試験の結果を示すグラフ。

Claims

石炭と返鉱とを主成分とする原料を混合して乾留し、フェロコークスを製造することを特徴とするフェロコークスの製造方法。
焼結鉱を製造する際に、焼結された焼結原料を破砕後に篩い分けにより、大粒径の製品焼結鉱と、中粒径の返鉱と、小粒径の返鉱とに分離し、前記中粒径の返鉱を焼結原料に再利用し、前記小粒径の返鉱をフェロコークスの原料とすることを特徴とする請求項１に記載のフェロコークスの製造方法。
石炭と返鉱とを主成分とする原料を混合して成型後に乾留することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフェロコークスの製造方法。
粒径３ｍｍ以下である小粒径の返鉱をフェロコークス原料として使用することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のフェロコークスの製造方法。