JP2010059491A - 製鉄原料用タブレットおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 取り扱い性に優れるとともに充分な機械的強度を有し、簡単に低コストで製造することができ、しかも製造時および使用時の熱効率に優れた製鉄原料用タブレットおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 酸化鉄粉末を熱可塑性樹脂と混合し、タブレット状に成形した後、２００〜３５０℃に加熱し、熱分解により炭素化された熱可塑性樹脂によって内部に独立気泡ないし連続気泡が形成された状態で酸化鉄粉末を結合する製鉄原料用タブレット１の製造方法。また、この製造方法によって得られる製鉄原料用タブレット１。前記酸化鉄粉末が砂鉄であってもよい。前記熱可塑性樹脂がＥＶＡであってもよい。さらに、リグニンが含有された製鉄原料用タブレット。さらに、セメントが含有された製鉄原料用タブレット。
【選択図】 図１

Description

本発明は、酸化鉄を主成分とする製鉄原料用タブレットとその製造方法とに関するものである。

一般に、赤鉄鋼（Ｆｅ_２Ｏ_３)、褐鉄鋼(Ｆｅ_２Ｏ_３・ｎＨ_２Ｏ) 、磁鉄鋼(Ｆｅ_３Ｏ_４)、菱鉄鋼（ＦｅＣＯ_３)などの鉄鉱石（酸化鉄）を製鉄原料として利用する場合は、これら鉄鉱石を塊状に砕くか、または粉状の鉄鉱石を固めて１０００℃以上の温度で加熱し、ペレット（塊状）化する手法が知られている。

これらの製鉄原料は、コークスと混合して溶鉱炉内で１５００〜１６００℃にまで加熱され、得られる銑鉄は、平戸、ＬＤ転炉などで製鋼される。

鉄鉱石のみからなるペレットは、貯蔵および移送の段階で粉状化し易く、機械的強度が不十分という不都合がある。また、上記手法で粉状の鉄鉱石を焼結するには１０００℃以上の温度が必要であり、ペレットの製造に多大な熱エネルギーを要する不都合もある。

そこで本発明者は、酸化鉄粉末を、熱分解により炭素化された熱硬化性樹脂で結合してなる製鉄原料用ペレットを開発した（特許文献１参照）。
特開平６−２４０３７２号公報

しかし、上記従来の製鉄原料用ペレットの場合、熱硬化性樹脂としては、炭素含有量などからフェノール樹脂が用いられているが、このフェノール樹脂を加熱して炭素化させる際に、アルデヒドなどの有害ガスが発生するといった不都合を生じる。

また、昨今の原油価格高騰の現状を鑑みると、フェール樹脂の使用量を低減することが求められている。

さらに、上記従来の製鉄原料用ペレットは、炭素化された熱硬化性樹脂で結合しているため、ペレット製造の際には、熱硬化性樹脂を炭素化することが可能な充分な熱エネルギーを要することとなる。

さらに、所望の圧縮強度を得るためには、２５０ｋｇｆ／ｃｍ² 以上の高い圧力で、しかも高温で加熱圧縮成形しなければならないといった不都合を生じていた。また、高圧高温で加熱圧縮成形するため、得られたペレットは、圧縮強度の向上とともに密度が高くなってしまう。したがって、このようなペレットを加熱して銑鉄を製鉄する際に、ペレット表面に比べてペレット内部に熱が回り難く、還元効率も低下してしまうことになり、銑鉄の製造に多大な熱エネルギーが消費されると共に、多量のＣＯ_２を発生することが懸念される。

本発明は、係る実情に鑑みてなされたものであって、取り扱い性に優れるとともに充分な機械的強度を有し、簡単に低コストで製造することができ、しかも製造時および使用時の熱効率に優れた製鉄原料用タブレットおよびその製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための本発明の製鉄原料用タブレットは、酸化鉄粉末を熱可塑性樹脂と混合し、タブレット状に成形した後、２００〜３５０℃に加熱し、この熱可塑性樹脂が熱分解により炭素化されて独立気泡ないし連続気泡が形成された状態で酸化鉄粉末が結合されたものである。

酸化鉄粉末としては、天然資源として産出される各種の鉄鉱石、または天然に砂鉄として採取される磁性酸化鉄などを用いることができる。前記砂鉄はそのままの状態で使用でき、前記鉄鉱石は周知の手法で粉砕して粉末化して使用する。

砂鉄( Ｆｅ_３Ｏ_４)を用いる場合には、鉄鉱石（Ｆｅ_２Ｏ_３)を粉砕したものを用いる場合に比して、製鋼時の熱分解温度を低下させることができる点で有利である。

また、砂鉄は鉄鉱石の７〜１０倍の量が地球上に存在しており、しかも粒度が０．５ｍｍ〜１．７ｍｍ程度で安定しているので焼成成形を容易に行うことができるとともに、融点が１２００℃と低いので熱効率にも優れた能力を発揮することができる。

酸化鉄粉末の平均粒径としては限定的ではないが、０．５ｍｍ〜１．７ｍｍ程度が好ましい。

熱可塑性樹脂としては、特に限定されるものではなく、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン（ポリスチロール、スチロール樹脂）、合成ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリル酸誘導体、ポリアクリル酸アミド、ポリエーテル、ポリエステル（飽和ポリエステル）、ポリカーボネート、セルロース系樹脂、ポリアクリロニトリル、ナイロン（ポリアミド）、ポリイミド及びポリアミドイミド、ポリフルオルエチレン（フッ素樹脂）、ポリスルホンなどの各種熱可塑性樹脂を用いることができる。

これらのうち、特に、ＥＶＡ、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂が水蒸気の発生が大なので好ましい。

これらの熱可塑性樹脂は、加熱分解した後にタブレット内に炭素成分として残存するとともに、分解時に発生する水蒸気によってタブレットに独立気泡ないし連続気泡を形成する。

熱可塑性樹脂の形態としては、特にどのような形態のものであっても良いが、酸化鉄粉末との分散性を考慮した場合、上記酸化鉄粉末と同様に粉末状となされたものを用いることが好ましく、０．２〜３ｍｍ、特に好ましくは上記酸化鉄粉末と同じ０．５〜１．７ｍｍの粉末状となされたものを用いることが好ましい。

この熱可塑性樹脂の使用量としては、タブレット組成物中の３〜１５重量％、好ましくは５〜１０重量％である。

この使用量が３重量％未満の場合は、形成された製鉄原料用タブレットに充分な炭素と独立気泡ないし連続気泡を形成することができなくなってしまう。

また、１５重量％を越えると、熱可塑性樹脂の炭素化に時間がかかってタブレットの製造効率が低下し、炭素化、結合したタブレットの強度が低下する恐れがあり、又タブレットに形成される独立気泡ないし連続気泡による還元効果が限界に達する恐れがあるので好ましくない。

製鉄原料用タブレットは、上記した酸化鉄粉末および熱可塑性樹脂に、水や低級アルコール更にＣＭＣやポリエチレングリコール等のゲル剤に溶媒を加え、ヘンシェルミキサーなどの高速回転ミキサーで混合して各成分が充分に分散したシャーベット状またはスラリー状とした後、このシャーベット状またはスラリー状の原料をタブレット成形用の型に流し込んで加熱圧縮成形することによって形成するものであってもよいし、溶媒を加えることなく充分に分散混合した粉体の状態のままタブレット成形用の型に投入して加熱圧縮成形するものであってもよい。

ただし、タブレット原料としては、溶媒を加えてシャーベット状またはスラリー状とした方が取り扱い性が良く、またタブレット原料に加えた溶媒は加熱成形時に蒸発してタブレット内部の独立気泡ないし連続気泡の形成に寄与することとなる。

なお、タブレット原料には、他の成分として、籾殻の粉砕品、タルク、カオリン、シリカ、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、セメントなどの無機粉末からなる流動性改良剤を添加してもよい。

特に、酸化カルシウム、炭酸カルシウムなどのカルシウム系の化合物は、製鉄時に発生するスラグの除去剤として作用するため、好ましい。

酸化カルシウム、炭酸カルシウムなどのカルシウム系の化合物の含有量は、特に限定されるものではなく、６〜１０重量％、好ましくは４〜７重量％である。

また、セメントは製鉄原料用タブレットのバインダーとしても作用するため、流動性改良剤としてだけでなく、タブレットの機械的強度を高める点でも好ましい。セメントの含有量は、特に限定されるものではなく、５〜１０重量％、好ましくは６〜８重量％である。

さらに、他の成分としては、製鉄原料用タブレットの炭素分を補足するために、カーボンブラックやリグニンなどを添加してもよい。

カーボンブラックの含有量は、特に限定されるものではなく、５〜８重量％、好ましくは５〜６重量％である。

リグニンの含有量は、特に限定されるものではなく、７〜１５重量％、好ましくは８〜１０重量％である。

カーボンブラック、リグニンの何れも酸化鉄粉末や熱可塑性樹脂と同様に粉末で入手可能である。

上記タブレット原料は、粉体の状態または溶媒を加えてシャーベット状またはスラリー状の状態としてからタブレット成形用の型に流し込むものであってもよいし、充分に分散させた原料全体を加熱して熱可塑性樹脂を溶融させたシャーベット状またはスラリー状にしてからタブレット成形用の型に流し込むものであってもよい。

後者の場合、原料が予備加熱されているので、後に加熱圧縮成形する際、熱の周りが早くなり、熱可塑性樹脂の炭素化と、分解による独立気泡ないし連続気泡の形成を促進することができる。

前者の場合であっても、圧縮成形時の加熱の際に電磁誘導加熱を併用することで原料内部への熱の周りを促進して熱可塑性樹脂の炭素化と、分解による独立気泡ないし連続気泡の形成を図ることができる。

成形条件としては、２００〜３５０℃の温度で６〜５０ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力で５〜６０分間の成形時間で行う。形成後、場合によっては１０分間程度の焼結工程を取り入れてもよい。

温度が２００℃未満の場合、タブレット内を充分に炭素化することができず、所定の独立気泡ないし連続気泡を形成することもできない。また、３５０℃を越えると、経済的に無駄であり、炭素化した炭素が消失することが懸念される。

圧力は６ｋｇｆ／ｃｍ² 未満の場合、十分に成形することができなくなり、所要の強度が得られない恐れがある。また、５０ｋｇｆ／ｃｍ² を越えると、熱可塑性樹脂の熱分解によって形成されるタブレットの独立気泡ないし連続気泡が形成され難くなるので好ましくない。

このようにして得られるタブレットは、熱分解により生成した炭素体によって酸化鉄粉末が結合され、充分な機械的強度が得られることとなる。したがって、搬送や溶鉱炉への投入などの作業を容易に行うことができる。

また、熱可塑性樹脂が熱分解によって炭素化されるとともに、熱分解によって独立気泡ないし連続気泡が形成されることとなる。したがって、タブレットを加熱溶融させて銑鉄を製造する際、タブレット内部への一酸化炭素の進入によってタブレット全体の酸化還元反応を生じさせ、反応効率の向上を図ることができるのであり、その結果、ＣＯ_２の発生を著しく抑制することができる。即ち、溶融、還元効率が向上することとなり、加熱時間の削減、コークス使用量の削減を図ることが可能となる。

また、タブレット製造時の温度は、２００〜３５０℃と比較的低温で製造することができるので、製造コストの低減を図ることができる。

なお、タブレットの大きさとしては、高さ３０ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ６０ｍｍを標準サイズとして±５０％の大きさのものまでを含む。

また、図１（ａ）ないし（ｅ）に示すように、タブレット１の形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、楕円柱型、溝付の楕円柱型、孔付の楕円柱型、卵型、俵型などの各種形状のものであってもよい。

このタブレット１の成形は、成形型を用いて成形される。この際、成形型としては、特に限定されるものではなく、生産規模やタブレット１の形状などに併せて適宜設計したものを用いることができる。具体的な成形型としては、例えば、図２および図３に示すようなタブレット成形型１０を挙げることができる。

このタブレット成形型１０は、縦９４５ｍｍ、横９７０ｍｍ、厚さ５０ｍｍの枠板１１に、縦６０ｍｍ、横５０ｍｍの開口１１ａを縦１４列、横１７列で形成し、枠板１１の底面および天面に、各開口１１ａに合致して型閉じする底板１２および天板１３を設けて構成されている。底板１２および天板１３は、各開口１１ａの底面および天面から５ｍｍ入り込む突起１２ａ、１３ａを有し、枠板１１と同じ大きさに形成されている。

また、枠板１１は、底板側より天板側が縦横方向にそれぞれ０．５ｍｍ拡径するように各開口１１ａにテーパ加工が施されている。また、枠板１１に形成された各開口１１ａは、四隅が角張らないように曲率半径５ｍｍの曲面加工が施され、成形後の脱型が容易にできるように工夫されている。

成形後、天板１３および底板１２を外した後、各開口１１ａに対応した突起１４ａを有する脱型板１４上に枠板１１を載せると、突起１４ａに押されて枠板１１の各開口１１ａに形成されたタブレット１が枠板１１から脱型されることとなる。

このようなタブレット成形型１０を複数個用意し、コンベアで循環搬送しながら成形を反復することで、１日１００トン以上の効率でタブレット１の生産を行うことも可能である。

なお、上記図２および図３のタブレット１の成形工程では、１個毎にタブレット１を成形するようになされているが、成形型を変更することによって、図４に示すように、３個のタブレット１がランナ１ａで接続された３連の形状で成形されたものであってもよい。もちろん２連であっても、４連以上のものであってもよい。この場合、生産効率の向上を図ることができるとともに、ランナ１ａを簡単に折ってタブレット１を１個毎にすることができる。

以上述べたように、本発明によると、タブレットを製造するにあたり、熱可塑性樹脂が熱分解により炭素化されて独立気泡ないし連続気泡が形成された状態で酸化鉄粉末を結合した状態となるので、取り扱い性に優れ、充分な機械的強度を確保することができる。

しかも、熱可塑性樹脂は、２００〜３５０℃で熱分解しているため、タブレット成形時の熱エネルギーを抑え、低コストで形成することができる。

また、タブレットには独立気泡ないし連続気泡が形成されているため、タブレットを加熱溶融させて銑鉄を製造する際、タブレット内部への一酸化炭素の進入によってペレット全体の酸化還元反応を生じさせ、反応効率の向上を図ることができるのであり、その結果、ＣＯ_２の発生を著しく抑制することができる。即ち、溶融、還元効率が向上することとなり、加熱時間の削減、コークス使用量の削減を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

〔実施例１〕
赤鉄鋼石を微粉砕し、１．７ｍｍの篩を通過した粉末９４重量％と、この粉末と同じ１．７ｍｍの篩を通過したＥＶＡ樹脂３重量％と、リグニン３重量％とを高速ミキサーに投入し、適宜の水を溶媒として充分に混合分散させて原料を調製した。

この原料は、図２および図３に示すように、タブレット成形型１０の天板１３を外した後の枠板１１の各開口１１ａに、それぞれ計量して投入した後、天板１３を型閉じしてプレス機で加熱圧縮成形した。この際の成形条件は、２５０℃で８〜１０ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力で２０分間加熱圧縮成形した。

このようにして得られたタブレット１は、多少の衝撃では欠けることなく非常に硬いもの（圧縮強さ３５０ｋｇ／ｃｍ² 以上）であり、実際に堆積、コンベアなどによる移送を経ても粉状化することがなく、製鉄原料として使用に耐えるものが得られた。

また、得られたタブレット１を、水の入った水槽に沈めて静置後、タブレット１から発生した気泡の容量を測定し、この容量を連続気泡の容量と見なし、連続気泡によるタブレット１の空隙率を測定した。その結果、タブレット１の空隙率は２％であった。

〔実施例２〕
実施例１の赤鉄鋼石を粒径０．５〜１．７ｍｍの砂鉄をとし、この砂鉄８９重量％と、この粉末と同じ１．７ｍｍの篩を通過したＥＶＡ樹脂８重量％と、リグニン３重量％とをヘンシェルミキサーに投入し、適宜の水を溶媒として充分に混合分散させて原料を調製した。

この原料を用いて上記実施例１と同様にタブレット１を成形した。成形条件は、２５０℃で８〜１０ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力で６０分間加熱圧縮成形した。

得られたタブレット１の圧縮強さは３５０ｋｇ／ｃｍ² 以上であり、空隙率は４％であった。

〔実施例３〕
実施例２の砂鉄８７重量％と、この粉末と同じ１．７ｍｍの篩を通過したＥＶＡ樹脂１０重量％とをヘンシェルミキサーに投入し、適宜の水を溶媒として充分に混合分散させて原料を調製した。

この原料を用いて上記実施例１と同様にタブレット１を成形した。成形条件は、２５０℃で８〜１０ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力で６０分間加熱圧縮成形した。

得られたタブレット１の圧縮強さは３５０ｋｇ／ｃｍ² 以上であり、空隙率は７％であった。

上記実施例から、熱可塑性樹脂（本実施例ではＥＶＡ樹脂）を３重量％加えることによって２％の空隙率のタブレット１を得ることができる。ここで測定される空隙率は連続気泡のみなので、独立気泡を加えるとさらにそれ以上の空隙を有するタブレット１を得ることができていることは確実である。このタブレット１は、空隙を介して一酸化炭素の侵入を図り、タブレット全体の酸化還元反応を促進し、反応効率の向上を図ることができるものとなる。

また、熱可塑性樹脂の添加量を増やすと成形時間は長くなるが、その分、空隙率を向上させたより反応効率の良いタブレットを得ることができる。したがって、成形時間と空隙率との兼ね合いから、要求に応じた所望のタブレットを成形することができる。

本発明は、銑鉄製造時の製鉄原料用タブレットとして使用される。

（ａ）ないし（ｅ）は本発明に係る製鉄原料用タブレットの各種形状を示す斜視図である。 本発明に係る製鉄原料用タブレットを製造する際のタブレット成形工程を説明する工程の斜視図である。 本発明に係る製鉄原料用タブレットを製造する際のタブレット成形工程を説明する工程の部分断面図である。 （ａ）は本発明に係る製鉄原料用タブレットの製造方法によって製造されるタブレットの他の実施の形態を示す平面図、同図（ｂ）は側面図である。

符号の説明

１ タブレット

Claims (6)

1. 酸化鉄粉末を熱可塑性樹脂と混合し、タブレット状に成形した後、２００〜３５０℃に加熱し、この熱可塑性樹脂が熱分解により炭素化されて独立気泡ないし連続気泡が形成された状態で酸化鉄粉末が結合されていることを特徴とする製鉄原料用タブレット。
2. 前記酸化鉄粉末が砂鉄である請求項１記載の製鉄原料用タブレット。
3. 前記熱可塑性樹脂がＥＶＡである請求項１または２に記載の製鉄原料用タブレット。
4. リグニンが含有された請求項１ないし３のいずれか１に記載の製鉄原料用タブレット。
5. セメントが含有された請求項１ないし４のいずれか１に記載の製鉄原料用タブレット。
6. 酸化鉄粉末を熱可塑性樹脂と混合し、タブレット状に成形した後、２００〜３５０℃に加熱して当該熱可塑性樹脂を炭素化し、独立気泡ないし連続気泡が形成された状態で酸化鉄粉末を結合することを特徴とする製鉄原料用タブレットの製造方法。

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