JP2009235222A - フェロコークスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原料を塊成化する成型工程における成型歩留まりの向上を考慮した、効率的な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２０、鉄源原料２１およびバインダーを含む成型用原料を成型した成型物を乾留してフェロコークスを製造する際に、成型後の成型物を篩い３で篩い分けして、フェロコークス製造用成型物と粉状部とに分離し、フェロコークス製造用成型物を乾留炉４で乾留し、粉状部を粉状部搬送ライン７で搬送して成型物の成型用原料として用い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。粉状部の粒径が６ｍｍ以下であること、石炭と鉄源原料との合計量に対して、３質量％〜１５質量％の粉状部を、成型用原料として用いること、ダブルロール成型機２を用いて成型物を成型することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄鉱石等の鉄源原料と、石炭と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ーの役割、還元材としての役割、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させるという観点から、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１参照。）。フェロコークス原料を、石炭リッチの配合比にするか、鉄鉱石リッチの配合比にするかは、コークス代替を目指すか、鉄源として利用するかによって任意に定められている。

このフェロコークスを製造する工程において、石炭および鉄鉱石を成型機で塊成化する必要がある。塊成化する方法として、原料にバインダー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、バインダー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。前者の方法としては、石炭、鉄鉱石およびバインダーを混練機で混練し、その後、常温で成型する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。後者の方法としては、石炭および鉄鉱石を混合し、２５０℃以上に急速加熱して加圧成型する方法が知られている（例えば、特許文献３参照。）。塊成化された成型物は、乾留炉で乾留され、フェロコークスが製造される。
特開２００５‐１５７００号公報 （特許請求の範囲） 特開昭６４‐８１８８９号公報 （第２頁） 特開２００５‐５３９８６号公報 （請求項３）

上述のようにフェロコークスの製造には、原料を塊成化する成型工程と、その後、塊成化された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、塊成化後の成型物のハンドリング強度が高いと共に、高炉に投入されるため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が、製造コストという点では成型工程での成型歩留まりが重要となる。しかし、上記特許文献１〜３では、成型する温度、使用する原料の種類、副原料の検討が行われているが、成型歩留まりを考慮した検討がなされてない。

そこで本発明では、原料を塊成化する成型工程における成型歩留まりの向上を考慮した、効率的な新たなフェロコークスの製造方法を提供することを目的とする。

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、鉄源原料およびバインダーを含む成型用原料を成型した成型物を乾留してフェロコークスを製造する際に、
成型後の成型物を篩い分けして、フェロコークス製造用成型物と粉状部とに分離し、前記フェロコークス製造用成型物を乾留し、前記粉状部を前記成型物の成型用原料として用いることを特徴とするフェロコークスの製造方法。
（２）粉状部の粒径が６ｍｍ以下であ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）石炭と鉄源原料との合計量に対して、３質量％〜１５質量％の粉状部を、成型用原料として用い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）ダブルロール成型機を用いて成型物を成型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、乾留前の成型物から粉状部を除去するので、廃炭、廃鉱石となる原料がなくなり、成型歩留まりの向上を考慮した効率的なフェロコークスの製造を行うことができる。

また、ダブルロール成型を行うことで、成型物からの粉状部の分離が容易になり、篩い効率が向上し効率的な成型を行うことができる。

以下、図面に基づいて本発明のフェロコークスの製造方法の一実施形態を説明する。図１はフェロコークスの製造設備を示す概略図である。石炭２０および鉄源原料２１は粉砕機（図示せず。）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、鉄源原料は０.５ｍｍ以下に粉砕される。そして、例えば石炭６０〜９０質量％、鉄源原料１０〜４０質量％の割合で配合される。鉄源原料２１としては、主に鉄鉱石が使用されるが、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無いで副生する鉄源原料を用いてもよい。本実施形態においては、鉄源原料２１として鉄鉱石を用いるものとする。

配合された石炭、鉄鉱石は攪拌機１に投入される。攪拌機１には、バインダータンク５よりバインダーが添加される。バインダーには通常使用されるＳＯＰ（軟ピッチ）、中ピッチ、ＰＤＡ（プロパン脱瀝アスファルト）、ＡＳＰ（アスファルトピッチ）などが使用され、１種類もしくは２種類以上を併用して使用することもできる。

図２に、攪拌機１部分をより詳細に示す。攪拌機１は、成型用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成型用原料を攪拌する攪拌羽根９と、を有する。石炭および鉄鉱石の分散性を考えると、スクリュー式の攪拌機よりも高速回転する攪拌羽根９で攪拌する攪拌機１を用いることが望ましい。容器本体８の周囲には、加熱部として高温オイルまた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、成型用原料が１２０℃〜２４０℃の範囲になるように容器本体８を加熱する。攪拌されて得られた混合原料は、排出部１１から排出される。

バインダーは、石炭および鉄鉱石を攪拌機１に投入すると同時に、もしくは攪拌の最中にバインダータンク５から添加される。

図１に示されるように、攪拌機１から排出された混合原料は、高圧成型機である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は攪拌機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の成型温度は攪拌機１の攪拌温度に近いものである。ダブルロール成型機２自体は、必ずしも加熱機構を有する必要はない。

図３に、ダブルロール成型機２をより詳細に示す。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１２を有し、一対の成型ロール１２の接触箇所で混合原料が加圧成型される。図４に、成型ロール１２の斜視図を示す。図４に示されるように、成型ロール１２の外周面には凹み１３が形成されていて、凹み１３の形状の成型物２２が成型される。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。高炉での使用状態によって、必要とされる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で成型された成型物は、篩い３でフェロコークス製造用成型物と粉状部（未成型物）とに分離され、篩い上のフェロコークス製造用成型物は、フェロコークス製造用成型物搬送ライン６から次工程の乾留炉４に搬送される。篩い下の粉状部（未成型物）は、乾留炉４に搬送されると乾留炉内で装入物の棚つりを生じさせたり、乾留炉内の通気性を悪化させたりする原因となり、乾留工程に支障をきたす。そこで本発明では、粉状部を粉状部搬送ライン７から攪拌機１へ搬送し、成型用原料として再利用する。成型物の粉状部を成型用原料として再利用することにより、見かけ成型歩留まりが１００％となり、効率的な成型を実現することができる。篩い３の篩い目は特に限定されるものではないが、フェロコークス製造用成型物が篩い上に残る篩い目が好ましく、そのサイズは成型物の成型サイズによって異なる。好ましくはは粒径１０ｍｍ以下が篩い下となるような篩い目、さらに好ましくは粒径６ｍｍ以下の粉状部が篩い下となるような篩い目がよい。

成型用原料として再利用される成型物の粉状部は、攪拌機１に添加されるが、その添加量は石炭２０および鉄源原料２１に対し、３〜１５質量％程度、好ましくは５〜１２質量％程度である。粉状部の添加量が石炭および鉄源原料に対し、３質量％未満では粉状部の残量が多くなり、成型用原料として再添加するまでに時間がかかる。その結果、粉状部の温度が下がりバインダーと共に粉状部が固まりとなり、再添加するためには、粉砕などの新たな工程が必要となるので、効率的に成型工程を行うことができない。一方、粉状部の添加量が石炭および鉄源原料に対し１５質量％より多い場合は、成型物のハンドリング強度が低くなり、より多くのバインダーを必要とするので好ましくない。

成型歩留まりを向上させるための効率的な成型方法として、成型物の粉状部を成型用原料として再利用するために、実験的にフェロコークスを製造し、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、石炭はジョークラッシャーで粒径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３０質量％の割合で配合した。石炭には平均最大反射率が０．７０％の微粘炭（石炭１）と平均最大反射率が１．７０％の非粘炭（石炭２）を５０質量％ずつ配合した配合炭を用いた。鉄鉱石には、カラジャス鉱石を用いた。鉄鉱石の性状を表１に、石炭の性状を表２示す。

上記の石炭および鉄鉱石を攪拌機に投入し、加熱攪拌し、原料排出直前に軟ピッチを５質量％添加した。さらに攪拌を続け１８０℃で混合原料を排出した。排出した原料をダブルロール成型機により６ｃｍ³の成型物に成型した。成型物は、６ｍｍの篩いでフェロコークス製造用成型物と粉状部に篩い分け、篩い上のフェロコークス製造用成型物は乾留温度９００℃で２時間乾留し、フェロコークスを得た（粉状部の添加量０質量％に相当）。

次に、成型直後に篩い分けを行い、篩い下として得られた粉状部を直ちに、成型用原料のうち石炭、鉄鉱石の合計量に対し、５質量％、１０質量％、１５質量％、２０質量％添加し、上記と同様に成型した。成型物は同様に乾留温度９００℃で２時間乾留し、フェロコークスを得た。

それぞれの場合について、I型ドラム試験装置（内径１３０ｍｍΦ×７００ｍｍの筒状）を用いて、成型物の強度とフェロコークスの強度とを測定した。１分間に２０回転の回転速度で、成型物の強度は、３０回転させた後の６ｍｍ以上の残存率（ＤＩ３０／６）により、フェロコークスについては、６００回転させた後の６ｍｍ以上の残存率（ＤＩ６００／６）により強度評価を行った。図５に成型物の強度を、図６に乾留後のフェロコークス強度の測定結果を示す。

図５によれば、成型用原料に成型物の粉状部を添加した成型物強度は、粉状部未添加に比べ、粉状部の添加量と共に若干減少する傾にあるが、１５質量％まではハンドリング強度として十分であることが分かる。また、図６によれば、乾留後のフェロコークス強度は、成型物強度と同様に、粉状部を２０質量％添加したものでは、強度低下が大きいことが分かる。

更に、成型物から篩い分けした粉状部を成型用原料として、成型物を成型してから２時間後に、成型用原料のうち石炭、鉄鉱石の合計量に対し、５質量％、１０質量％、１５質量％、２０質量％添加し、上記と同様に成型した。図７に上記と同様に測定した成型物の強度を示す。

図７によれば、成型２時間後の粉状部を添加した場合は、成型直後の粉状部を添加したものに比べ強度の低下が大きい。これは、成型機によって一度圧密された成型用原料がバインダーと共に冷却され、凝集物として攪拌機に投入されるため、成型用原料が不均一化し、且つバインダーの分散性が悪化するためと考えられる。

以上のように成型直後の成型物の粉状部を所定量、成型用原料として使用することで、見かけの成型歩留まりを向上させ、効率的な成型を行うことができる。その結果、原料を浪費することがなくなり、製造コストを低くすることができる。

フェロコークスの製造設備を示す概略図。 攪拌機部分の説明図。 ダブルロール成型機の説明図。 ダブルロール成型機の成型ロールの斜視図。 成型物の強度に及ぼす粉状部の添加量の影響を示すグラフ（成型直後）。 フェロコークスの強度に及ぼす粉状部の添加量の影響を示すグラフ。 成型物の強度に及ぼす粉状部の添加量の影響を示すグラフ（成型２時間後）。

符号の説明

１ 高速攪拌機
２ ダブルロール成型機
３ 篩い
４ 乾留炉
５ バインダータンク
６ フェロコークス製造用成型物搬送ライン
７ 粉状部搬送ライン
８ 容器本体
９ 攪拌羽根
１０ ジャケット
１１ 排出部
１２ 成型ロール
１３ 凹み
２０ 石炭
２１ 鉄源原料
２２ 成型物

Claims (4)

1. 石炭、鉄源原料およびバインダーを含む成型用原料を成型した成型物を乾留してフェロコークスを製造する際に、
   成型後の成型物を篩い分けして、フェロコークス製造用成型物と粉状部とに分離し、前記フェロコークス製造用成型物を乾留し、前記粉状部を前記成型物の成型用原料として用いることを特徴とするフェロコークスの製造方法。
2. 粉状部の粒径が６ｍｍ以下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. 石炭と鉄源原料との合計量に対して、３質量％〜１５質量％の粉状部を、成型用原料として用い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。
4. ダブルロール成型機を用いて成型物を成型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。

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