JP2007277489A - フェロコークスの製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成型後の成型物のハンドリング強度、乾留後のフェロコークスの製品強度を共に向上することができる新たなフェロコークスの製造方法を提供する。
【解決手段】石炭、鉄源原料及びバインダを含む原料を塊成型物に成型し、該塊成型物を乾留してフェロコークスを製造するフェロコークスの製造方法において、石炭、鉄源原料、軟化点が１５０℃以上の高軟化点バインダ、及び軟化点が１５０℃未満の低軟化点バインダを含む原料を１２０℃〜２４０℃の範囲で加熱しながら撹拌する撹拌工程と、撹拌した原料を塊成型物に成型する成型工程と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、石炭、鉄鉱石等の鉄源原料を原料として冶金用のフェロコークスを製造するフェロコークスの製造方法及び装置に関する。

高炉の操業を効率よく行うために、石炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークスを高炉に投入することが行われている。高炉内でのコークスには、高炉内の通気をよくするためのスペーサの役割、還元剤としての役割、熱源としての役割などがある。近年、コークスの反応性を向上したり、あるいは鉄鉱石中の鉄源を有効利用するという観点から、石炭に鉄鉱石を混合して冶金用のフェロコークスを得る技術が知られている（例えば特許文献１、特許請求の範囲参照）。石炭リッチの配合比にするのか、鉄鉱石リッチの配合比にするのかは、コークスの代替を目指すのか、鉄源として有効利用するかによって定められる。

このフェロコークスを製造する工程において、石炭及び鉄鉱石を成型機で塊成型物に成型する必要がある。塊成型物に成型する方法には、原料にバインダを添加して常温で成型する方法と、２５０℃以上の高温で石炭を軟化溶融させ、バインダを添加せずに石炭の粘結性を利用して成型する方法がある。例えば特許文献２には、石炭、鉄鉱石及びバインダを混練機で混練し、その後、常温で成型する方法が開示されている（特許文献２、２頁参照）。特許文献３には、石炭及び鉄鉱石を混合し、２５０℃以上に急速加熱して加圧成型する方法が開示されている（特許文献３、請求項３参照）。成型後に塊成型物は乾留炉で乾留される。
特開２００５−１５７００号公報 特開昭６４−８１８８９号公報 特開２００５−５３９８６号公報

上述のようにフェロコークスの製造工程には、一旦塊成型物を成型する工程と、その後塊成型物を乾留してフェロコークスの製品を得る工程とがある。フェロコークスを製造するに際して、成型後の成型物のハンドリング強度が高いことと共に、高炉に投入されるので乾留後のフェロコークスの製品強度も高いことが要求される。しかし、特許文献２に記載の冷間での成型方法では、成型後の成型物のハンドリング強度が十分でなく、乾留後のフェロコークスの製品強度も冷間での強度を反映して十分ではなかった。成型物のハンドリング強度を向上すべくバインダの添加量を増やすと、乾留工程において、バインダに含まれる揮発分により成型物に膨れや亀裂などの欠陥が生じ、乾留後強度が低下するおそれがある。特許文献３に記載の高温成型方法では、成型後の成型物やフェロコークスの製品強度を得るために高品位の石炭が不可欠になるので、原料コストが高くなるという問題や、投入熱量が大きくなるという問題がある。

そこで本発明は、成型後の成型物のハンドリング強度、乾留後のフェロコークスの製品強度を共に向上することができる新たな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。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、石炭、鉄源原料及びバインダを含む原料を塊成型物に成型し、該塊成型物を乾留してフェロコークスを製造するフェロコ
ークスの製造方法において、石炭、鉄源原料、軟化点が１５０℃以上の高軟化点バインダ、及び軟化点が１５０℃未満の低軟化点バインダを含む原料を１２０℃〜２４０℃の範囲で加熱しながら撹拌する撹拌工程と、撹拌した原料を塊成型物に成型する成型工程と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフェロコークスの製造方法において、前記高軟化点バインダは、ＡＳＰ（アスファルトピッチ）であり、そして前記低軟化点バインダは、ＳＯＰ(軟ピッチ)、ＰＤＡ（プロパン脱瀝アスファルト）及び中ピッチの群から一種類以上選ばれたバインダであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、石炭、鉄源原料及びバインダを含む原料を塊成型物に成型し、該塊成型物を乾留してフェロコークスを製造するフェロコークスの製造方法において、石炭、鉄源原料、ＡＳＰ（アスファルトピッチ）からなる高軟化点バインダ、並びにＳＯＰ(軟ピッチ)、ＰＤＡ（プロパン脱瀝アスファルト）及び中ピッチの群から一種類以上選ばれた低軟化点バインダを含む原料を、１２０℃〜２４０℃の範囲で加熱しながら撹拌する撹拌工程と、撹拌した原料を塊成型物に成型する成型工程と、を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３いずれかに記載のフェロコークスの製造方法において、前記撹拌工程では、前記石炭及び前記鉄源原料に前記高軟化点バインダを添加し、その後、前記石炭、前記鉄鉱石及び前記高軟化点バインダの撹拌中に前記低軟化点バインダを添加することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のフェロコークスの製造方法において、前記成型工程では、ダブルロール成型機を用いて原料を２〜８トン／ｃｍの線圧で成型することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、石炭、鉄源原料及びバインダを含む原料を撹拌機で加熱しながら撹拌し、混合した原料を成型機で塊成型物に成型し、該塊成型物を乾留炉で乾留してフェロコークスを製造するフェロコークスの製造装置において、前記撹拌機は、石炭、鉄源原料、軟化点が１５０℃以上の高軟化点バインダ、及び軟化点が１５０℃未満の低軟化点バインダを含む原料が装入される容器本体と、この容器本体の内部に設けられて前記原料を撹拌する撹拌羽根と、前記原料が１２０℃〜２４０℃の範囲になるように前記容器本体を加熱する加熱部と、を有することを特徴とする。

請求項１ないし３いずれかに記載の発明によれば、低軟化点バインダが成型後の成型物のハンドリング強度を向上させ、高軟化点のバインダが乾留後のフェロコークスの製品強度を向上させる。それゆえ、ハンドリング強度、製品強度が共に高いフェロコークスが得られる。

請求項４に記載の発明によれば、低軟化点バインダの揮発分を抑えて原料中に留めることができる。それゆえ、成型後のハンドリングの強度を高めることができる。

請求項５に記載の発明によれば、ハンドリング強度及び製品強度共に向上させることができる。

請求項６に記載の発明によれば、低軟化点バインダが成型後の成型物のハンドリング強度を向上させ、高軟化点のバインダが乾留後のフェロコークスの製品強度を向上させる。それゆえ、ハンドリング強度、製品強度が共に高いフェロコークスが得られる。

以下添付図面に基づいて本発明の一実施形態におけるフェロコークスの製造方法を説明する。図１はフェロコークス製造装置を示す。石炭及び鉄鉱石は、粉砕機にて所定の粒度以下に粉砕された後、所定の割合で配合される。例えば石炭は３ｍｍ以下に、鉄鉱石は０．５ｍｍ以下に粉砕される。そして、例えば石炭６０〜９０質量％、鉄鉱石１０〜４０質量％の割合で配合される。鉄鉱石の替わりに高炉ダスト、転炉ダスト、圧延スラッジなどの製鉄所内で副生する鉄源原料を用いてもよい。

配合された石炭、鉄鉱石は、撹拌機１に投入される。撹拌機１には、軟化点が１５０℃以上の高軟化点バインダ、及び軟化点が１５０℃未満の低軟化点バインダが添加される。図２に示されるように、軟化点の測定にはMETTER社製の滴点・軟化点測定炉FP83が使用される。白金製試料容器４に試料を充填し、２℃／ｍｉｎで昇温させると、加熱により試料が軟化する。ＬＥＤ５とフォトダイオード６の間に試料が滴下した温度を軟化点とする。軟化点が１５０℃以下の低軟化点バインダには、ＳＯＰ(軟ピッチ)：５５℃、ＰＤＡ（プロパン脱瀝アスファルト）：６５℃、中ピッチ：７０℃があり、これらの群から一種類以上選んで低軟化点バインダとして使用する。軟化点が１５０℃以上の高軟化点バインダには、ＡＳＰ（アスファルトピッチ）：１９０℃がある。

図３は撹拌機１を示す。撹拌機１は、原料が装入される容器本体８と、この容器本体８の内部に設けられて原料を撹拌する撹拌羽根９と、を有する。石炭及び鉄鉱石の分散性を考えると、スクリュー式の撹拌機よりも高速回転する撹拌羽根９で撹拌する撹拌機１が望ましい。容器本体８の周囲には、加熱部として、高温のオイル又は高圧水蒸気が流れ込むジャケット１０が設けられる。ジャケット１０は、原料が１２０℃〜２４０℃の範囲になるように容器本体８を加熱する。撹拌された混合原料は、排出部１１から排出される。

１５０℃で固体状態の高軟化点バインダは、石炭、鉄鉱石を撹拌機１に投入するのと同時に撹拌機１に添加される。一方、１５０℃で液体状態の低軟化点バインダは、撹拌機１から混合原料を排出する直前に撹拌機１に添加される。具体的には、加熱される混合原料の温度が目標温度−２０℃程度になったときに低軟化点バインダを添加する。例えば目標温度が１６０℃であると１４０℃のときに低軟化点バインダを添加し、目標温度が２２０℃であると２００℃のときに低軟化点バインダを添加する。

軟化点が１５０℃以上の高軟化点バインダは溶融粘度が高い。原料である石炭、鉄鉱石と十分に馴染ませるためにも、また揮発分をある程度放出させるためにも、混合初期から添加することが好ましい。この高軟化点バインダは、成型後の塊成型物のハンドリング強度だけでなく、乾留後のフェロコークスの製品強度をも向上させる。揮発分を放出させるのは、乾留の際、揮発分の影響で塊成型物に膨れや亀裂といった欠陥が発生するのを抑制するためである。

一方、軟化点が１５０℃以下の低軟化点バインダは、成型後の塊成型物のハンドリング強度を向上させるために使用される。低軟化点バインダは溶融粘度が低い上、揮発分が多いため混合初期から添加すると、その殆どが揮発してしまい、バインダーとしての効力を十分に発揮できない。さらに、低軟化点バインダの原料への分散性、濡れ性を十分に引き出すためにも原料が十分乾いた状態で添加することが好ましい。このため、低軟化点バインダは高軟化点バインダよりも後に原料に添加される。原料の水分が十分に揮発する温度１５０℃前後で性状の異なる二種類のバインダを使用することで、成型後の塊成型物のハンドリング強度、乾留後のフェロコークスの製品強度いずれも向上させることができる。

撹拌時の加熱温度は１２０℃〜２４０℃が好ましく、１４０℃〜２２０℃がさらに好ま
しい。１２０℃より低い温度では、１５０℃で固体状態の高軟化点バインダのバインダ効果が期待できない。２４０℃よりも高い温度では、石炭によっては発火する危険性があり、しかも２４０℃で液体状態のバインダの殆どが揮発してしまうので、バインダとしての効果が期待できない。また、加熱温度を１２０℃〜２４０℃にすると、原料となる石炭及び鉄鉱石中の水分が殆ど蒸発するので、次の成型工程で水分が悪影響を及ぼすこともない。ただし、撹拌の際に石炭及び鉄鉱石が均一に混合分散されるような水分が残ることが望ましい。

図１に示されるように、撹拌機１から排出された混合原料はダブルロール成型機２で高圧成型される。ダブルロール成型機２は撹拌機１からの排出直後に混合原料を成型する。このため、ダブルロール成型機２の成型温度は撹拌機１の加熱温度に近い。ダブルロール成型機２自身は加温されてもされなくてもよい。

図４はダブルロール成型機２を示す。ダブルロール成型機２は、互いに反対方向に回転する一対の成型ロール１３を有し、一対の成型ロール１３の接触箇所で混合原料を加圧成型する。図５に示されるように、成型ロール１３の外周面には凹み１３ａが形成されていて、凹み１３ａの形状に合せた塊成型物が成型される。一対の成型ロール１３の接触箇所には、スクリューフィーダ１５により混合原料が供給される。成型された塊成型物は受けボックス１６に収容される。

図５に示されるように、ダブルロール成型機２では、二つの成型ロール１３の接触点に成型圧がかかる。成型圧は、線圧（ｔｏｎ／ｃｍ）＝加圧力（ｔｏｎ）／ロール幅（ｃｍ）で表される。ダブルロール成型機２の線圧は２〜８トン／ｃｍが好ましく、特に４〜６トン／ｃｍが好ましい。成型圧が２トン／ｃｍよりも小さいと、成型物の密度が小さくなり、ハンドリング強度及び乾留後強度共に期待できない。成型圧が８トン／ｃｍより大きくなると、成型物の密度は高くなるが、反発割れが多くなり、成型歩留が下がる。成型物のサイズは特に限定されるものではなく、３〜９５ｃｍ^３程度、好ましくは６〜６０ｃｍ^３程度である。高炉での使用用途によっても成型サイズは異なる。

図１に示されるように、ダブルロール成型機２で成型された塊成型物は、乾留炉３で乾留される。乾留工程を経ることによりフェロコークスが製造される。乾留炉３としては、シャモット煉瓦を有する竪型シャフト炉を用いてもよいし、室炉式コークス炉を用いてもよい。乾留は例えば１５０℃〜２４０℃で行われる。乾留中に高軟化点バインダが軟化溶融し、乾留後のフェロコークス中で高軟化点バインダがバインダ効果を発揮する。

フェロコークス製造方法において、成型条件がハンドリング強度及び乾留後製品強度に及ぼす影響を調べるために、実験的にフェロークスを製造し、その品質評価を行った。

フェロコークスは以下の方法で製造した。まず、フェロコークス用原料の調整を行い、石炭と鉄鉱石の配合割合を変更し、原料を調整した。石炭はジョークラッシャで粒径３ｍｍ以下（−３ｍｍ）に調整したものを使用し、この石炭に粒径０．５ｍｍ以下（−０．５ｍｍ）にロールミルで粉砕した鉄鉱石を所定の割合で配合した。石炭及び鉄鉱石を撹拌機に投入し、アルファルトピッチを２質量％添加した後、加熱撹拌し、原料排出直前にソフトピッチを３質量％添加した。さらに撹拌を続けて２２０℃で原料を排出した。排出した原料をダブルロール成型機により６ｃｍ^３の成型物に成型した。製造した成型物を乾留炉で乾留してフェロコークスを得た。

製造した成型物及び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、体積破壊より表面破壊により破壊が進行する。そのため、１５０回転６ｍｍ指数（ＤＩ１５０／６）を用いて強度評価を行った。また、成型物の評価は５回転６ｍｍ指数（ＤＩ５／６）を用いた。成型物及びフェロコークスの目標強度はそれぞれ８８，８２と設定した。そして、成型物の成型歩留を評価するために、１５ｍｍの篩い上で原型を留めている重量割合を調べた。

表１は、原料の配合、成型条件及び品質評価結果を示す。

水準１は、アスファルトピッチ、ソフトピッチ共に添加しない例を示す。成型物強度、フェロコークス強度、成型歩留いずれも低いのがわかる。

水準２〜水準６は、本発明の成型条件で製造した例を示す。成型物強度、フェロコークス強度共に目標値を上回り、原型率も９０％以上確保できた。

水準７，８は、線圧が請求項５記載の発明の条件から外れている例を示す。線圧が低い水準７では、成型物強度、フェロコークス強度いずれも低下した。線圧が高い水準８では、成型物強度、フェロコークス強度の低下はそれほどでもないが、原型率が低下した。反発割れが多くなったのが原因である。

水準９，１０は、撹拌温度が本発明の条件から外れている例を示す。撹拌温度が低い水準９でも、撹拌温度が高い水準１０でも、満足する成型物強度及びフェロコークス強度が得られない。バインダの効果が十分に発揮されていないからである。

水準１１，１２は、ソフトピッチをアスファルトピッチと同時に撹拌機に投入した例を示す。いずれの場合にも、フェロコークス強度は目標値を超えることができたが、成型物強度は目標値を越えることができなかった。攪拌中にソフトピッチが揮発してしまうからである。

フェロコークス製造装置の概略図 軟化点の測定方法を示す図 撹拌機を示す断面図 ダブルロール成型機を示す断面図 成型圧を示す概念図

符号の説明

１…撹拌機
２…ダブルロール成型機
３…乾留炉
８…容器本体
９…撹拌羽根
１０…ジャケット（加熱部）
１１…排出部
１３…成型ロール
１５…スクリューフィーダ

Claims (6)

1. 石炭、鉄源原料及びバインダを含む原料を塊成型物に成型し、該塊成型物を乾留してフェロコークスを製造するフェロコークスの製造方法において、
   石炭、鉄源原料、軟化点が１５０℃以上の高軟化点バインダ、及び軟化点が１５０℃未満の低軟化点バインダを含む原料を１２０℃〜２４０℃の範囲で加熱しながら撹拌する撹拌工程と、撹拌した原料を塊成型物に成型する成型工程と、を備えることを特徴とするフェロコークスの製造方法。
2. 前記高軟化点バインダは、ＡＳＰ（アスファルトピッチ）であり、そして前記低軟化点バインダは、ＳＯＰ(軟ピッチ)、ＰＤＡ（プロパン脱瀝アスファルト）及び中ピッチの群から一種類以上選ばれたバインダであ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。
3. 石炭、鉄源原料及びバインダを含む原料を塊成型物に成型し、該塊成型物を乾留してフェロコークスを製造するフェロコークスの製造方法において、
   石炭、鉄源原料、ＡＳＰ（アスファルトピッチ）からなる高軟化点バインダ、並びにＳＯＰ(軟ピッチ)、ＰＤＡ（プロパン脱瀝アスファルト）及び中ピッチの群から一種類以上選ばれた低軟化点バインダを含む原料を、１２０℃〜２４０℃の範囲で加熱しながら撹拌する撹拌工程と、撹拌した原料を塊成型物に成型する成型工程と、を備えることを特徴とするフェロコークスの製造方法。
4. 前記撹拌工程では、前記石炭及び前記鉄源原料に前記高軟化点バインダを添加し、その後、前記石炭、前記鉄鉱石及び前記高軟化点バインダの撹拌中に前記低軟化点バインダを添加することを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のフェロコークスの製造方法。
5. 前記成型工程では、ダブルロール成型機を用いて原料を２〜８トン／ｃｍの線圧で成型することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のフェロコークスの製造方法。
6. 石炭、鉄源原料及びバインダを含む原料を撹拌機で加熱しながら撹拌し、混合した原料を成型機で塊成型物に成型し、該塊成型物を乾留炉で乾留してフェロコークスを製造するフェロコークスの製造装置において、
   前記撹拌機は、石炭、鉄源原料、軟化点が１５０℃以上の高軟化点バインダ、及び軟化点が１５０℃未満の低軟化点バインダを含む原料が装入される容器本体と、この容器本体の内部に設けられて前記原料を撹拌する撹拌羽根と、前記原料が１２０℃〜２４０℃の範囲になるように前記容器本体を加熱する加熱部と、を有することを特徴とするフェロコークスの製造装置。

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