JP2011037963A

JP2011037963A - フェロコークスの製造方法

Info

Publication number: JP2011037963A
Application number: JP2009185413A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Fujimoto; 英和藤本; Takashi Anyashiki; 孝思庵屋敷; Hideaki Sato; 秀明佐藤; Takeshi Sato; 健佐藤; Hiroyuki Sumi; 広行角
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2009-08-10
Publication date: 2011-02-24

Abstract

【課題】炭素含有物質と鉄含有物質との成型物を乾留して製鉄所内でフェロコークスを製造する際に、炭素含有物質である石炭の粉砕量を削減しながら、低コストで高強度のフェロコークスを製造できる、フェロコークスの製造方法を提供すること。
【解決手段】炭素含有物質と鉄含有物質との成型物を乾留してフェロコークスを製造する方法であって、室炉コークス製造プロセスから発生する粉コークスを前記炭素含有物質の一部として使用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。粉コークスの使用量が炭素含有物質の質量の６ｍａｓｓ％以下であること、炭素含有物質の質量に対する粉コークスの使用量の最大値（粉コークス最大添加率）を粉コークスの平均粒径から決定することが好ましい。
【選択図】図４

Description

本発明は、炭素含有物質と鉄含有物質との混合物を成型して乾留して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、石炭を室炉式のコークス炉で乾留して製造したコークスが高炉に装入されている。高炉内に装入されたコークスには、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成型して乾留し、冶金用のフェロコークスを得る技術が知られている。

近年、竪型乾留炉を用いた連続式成型コークス製造法が開発されている（例えば、非特許文献１参照。）が、フェロコークスについても同様の竪型乾留炉による製造が検討されている。連続式成型コークス製造法では、乾留炉として、珪石煉瓦ではなくシャモット煉瓦にて構成される竪型シャフト炉を用い、石炭を冷間で所定の大きさに成型後、竪型シャフト炉に装入し、循環熱媒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。成型炭は竪型シャフト炉内を降下しながら徐々に成型コークスとなり竪型シャフト炉底部より送風される冷却ガスにより冷却されて、炉外へ排出される。成型炭は降下中に磨耗を受け粉化するため、高い磨耗強度が要求される。フェロコークスの開発においても同様であり、磨耗強度を表すI型強度（３０回転、１６ｍｍ指数）を重視している。また、上記の竪型乾留炉を用いて乾留して製造されたフェロコークスを高炉の原料として使用する際には、通常コークス（以下、室炉式コークス炉で製造された通常の冶金用コークスを、「室炉コークス」と記載する。）より高炉内での反応負荷が大きいため、高強度なフェロコークスであることが望ましい。

高強度なフェロコークスを製造するには、粘結性の高い石炭を配合することが効果的であるものの、竪型乾留炉内での成型物同士の融着を回避する必要があるため、粘結性の高い石炭を用いると配合の制約が大きいと考えられる。他の高強度化の方法としては、粉砕強化が挙げられる。例えば成型コークス製造の際には、室炉コークス用の石炭粉砕（粒度分布：３ｍｍ以下、約８０ｍａｓｓ％）以上に石炭の粉砕を強化することが求められ、全量３ｍｍ以下（３ｍｍ以下、１００ｍａｓｓ％）に、より好ましくは全量１．５ｍｍ以下（１．５ｍｍ以下、１００ｍａｓｓ％）の粉砕が必要である（例えば、非特許文献２参照。）。しかし、石炭の粉砕を強化すると、粉砕に必要な電流値の増大や、粉砕機のメンテナンス費用が増加して、コスト高であるという問題がある。

フェロコークス原料成型物が軟化融着することがなく、しかも製造されるフェロコークスの強度が従来のフェロコークスよりも低下することのない、フェロコークスの製造方法も知られている（例えば、特許文献１参照。）。この方法では、石炭として揮発分１８ｍａｓｓ％以下の半無煙炭および／または無煙炭と、揮発分１８ｍａｓｓ％超の軟化溶融を示す石炭とを混合した配合炭を用いることが特徴である。

特開２００８−５６７９１号公報

日本鉄鋼協会「連続式成型コークス製造技術の研究成果報告書」１９７８−１９８６年日本鉄鋼協会「連続式成型コークス製造技術の研究成果報告書」１９８６年、ｐ．４１〜４７

特許文献１の実施例においては、石炭の粒度は、全量を粒径３ｍｍ以下（−３ｍｍ）に粉砕したものを用いている。しかし、石炭を全量粒径３ｍｍ以下に粉砕することはフェロコークスの製造コストの上昇を招く。

石炭を全量粒径３ｍｍ以下、より好ましくは全量粒径１．５ｍｍ以下に粉砕するには、従来の室炉コークス製造用に用いている粉砕機を流用できない場合もある上に、石炭の事前乾燥、粉砕機への送炭速度（抑制）、粉砕機の回転数（上昇）等の粉砕条件を変更する必要がある。しかし、このような条件変更を行うと石炭の乾燥エネルギーコスト増大、粉砕速度の減少による生産性の低下、粉砕機の回転数上昇によるエネルギーコスト増大やメンテナンス費用の上昇を招く。したがって、フェロコークスを製造する際には、粉砕工程による石炭の粉砕をできるだけ行わないことが望ましいことになる。

そこで本発明では、このような従来技術の課題を解決し、炭素含有物質と鉄含有物質との成型物を乾留して製鉄所内でフェロコークスを製造する際に、炭素含有物質である石炭の粉砕量を削減しながら、低コストで高強度のフェロコークスを製造できる、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）炭素含有物質と鉄含有物質との成型物を乾留してフェロコークスを製造する方法であって、室炉コークス製造プロセスから発生する粉コークスを前記炭素含有物質の一部として使用することを特徴とするフェロコークスの製造方法。
（２）粉コークスの使用量が炭素含有物質の質量の６ｍａｓｓ％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）炭素含有物質の質量に対する粉コークスの使用量の最大値を前記粉コークスの平均粒径から決定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。

本発明によれば、製鉄所内の既設プロセスで生産あるいは発生する微粉炭材を利用することにより、フェロコークス用原料の粉砕コスト、粉砕機メンテナンスコストを減ずることができる。これにより低コストで高強度を有するフェロコークスを製造できる。

粗粉コークスの粒度分布を示すグラフ。微粉コークスの粒度分布を示すグラフ。粉コークス比率とフェロコークス強度の関係を示すグラフ。粉コークス平均粒径と粉コークス最大添加率の関係を示すグラフ。

本発明では、炭素含有物質と鉄含有物質との成型物を乾留してフェロコークスを製造する際に、室炉コークス製造プロセスから発生する粗粉あるいは微粉の粉コークスを炭素含有物質の一部として利用する。室炉コークス製造プロセスから発生する粉コークスはフェロコークス原料として好適であり、必要量の確保も容易である。このような粉コークスをフェロコークス原料の炭素含有物質の一部として用いることで、その分炭素含有物質を粉砕する必要がなくなり、炭素含有物質の粉砕処理量を削減することになる。

例えば連続式フェロコークス製造法を用いる場合、特許文献１には原料となる石炭は非粘結炭と微粘結炭との配合炭を使用することが記載されている。室炉コークス製造プロセスから発生する微粉炭材として、既設のコークス製造プラントの一つであり、コークスを冷却するＣＤＱ（Coke Dry Quenching：コークス乾式消火）設備より発生する粉コークス（ＣＤＱ粉）を用いることができる。ＣＤＱ粉は、粒径は通常４ｍｍ以下であり、非粘結炭の代替として利用することができる。

粉コークスの使用量は炭素含有物質の質量全体の６ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。炭素含有物質の質量全体に対する粉コークスの質量割合を「粉コークス比率」とすると、粉コークス比率が６ｍａｓｓ％を超える場合は、微粉の粉コークスを添加する場合であっても、フェロコークス強度が低下する場合がある。

上記のようにフェロコークス強度は粉コークス比率が高くなると低下する場合があるが、この強度低下の傾向は粉コークスの粒径により変化する。フェロコークス強度が、粉コークスを添加しても粉コークスを添加しない場合に比べて低下しないような、フェロコークス強度が維持される最大の粉コークス比率を「粉コークス最大添加率」とした場合、「粉コークス最大添加率」は粉コークスの粒径に伴い、下記（ａ）式に示すように変化する。
粉コークス最大添加率（ｍａｓｓ％）＝−７．４×平均粒径（ｍｍ）＋７．８・・・（ａ）
したがって、炭素含有物質の質量に対する粉コークスの使用量の最大値は、上記（ａ）式を用いて粉コークスの平均粒径から決定することができる。

主な炭素含有物質として石炭、鉄含有物質として鉄鉱石をフェロコークス原料として用い、実機ＣＤＱより発生する粗粉と微粉のコークス粉を採取し、フェロコークス用石炭原料へ添加し成型試験を行った。粗粉コークスの粒度分布を図１に、微粉コークスの粒度分布を図２に示す。粗粉コークスは全量粒径４ｍｍ以下で平均粒径は０．６８ｍｍ、微粉コークスは全量１ｍｍ以下で平均粒径は０．２７ｍｍであった。平均粒径は各篩いに残ったサンプル質量割合と、各篩いの篩い目と一つ上の篩い目との平均値と、の積を積算して算出した。

フェロコークス原料成型物の成型条件を表１に示す。

成型物を成型する際にバインダーを石炭、鉱石原料質量に対し５ｍａｓｓ％添加し、高速ミキサーにて１４０〜１６０℃で約２分間混練した。ダブルロール型成型機を用いて混練した原料でブリケットを製造した。成型機のロールのサイズは６５０ｍｍφ×１０４ｍｍとし、周速０．２ｍ/ｓ、線圧４〜５ｔ/ｃｍで成型した。成型物のサイズは３０ｍｍ×２５ｍｍ×１８ｍｍ（６ｃｃ）であり、形状は卵型である。

成型物の原料条件を表２に示す。

石炭は全量粒径３ｍｍ以下となるように粉砕した。鉄鉱石は微粉のＦｅ含有率６５ｍａｓｓ％のものを石炭質量に対して３０ｍａｓｓ％となるように石炭に配合した。石炭は微粘結炭と非粘結炭およびコークス粉を配合したものとしているが、微粘結炭は４０ｍａｓｓ％一定とし、非粘結炭およびコークス粉の和を６０ｍａｓｓ％一定とした。成型物は縦横３００ｍｍ、高さ４００ｍｍの乾留缶に成型物を３ｋｇ充填し、炉壁温度１０００℃で６時間乾留し、フェロコークスを製造した。

図３に粗粉または微粉コークスを添加したフェロコークスの強度と粉コークス比率の関係を示す。粉コークス比率は石炭原料中の粉コークス質量割合を表す。フェロコークス強度はI型ドラム試験装置（内径１３０ｍｍ×７００ｍｍの円筒状）を用いて、１分間に２０回転の回転速度で６００回転させた後の粒径６ｍｍ以上の残存率により強度評価を行った。粗粉コークスの場合、３ｍａｓｓ％配合まではベースである粉コークス無添加のフェロコークスＩＤ強度（粉コークス比率０ｍａｓｓ％のＩＤ強度）を維持している（ＩＤ強度≧８２）。さらに粉コークス比率を上昇させるとＩＤ強度は低下した。一方、微粉コークスでは、６ｍａｓｓ％配合まではベースのフェロコークスＩＤ強度を維持している。室炉コークス同様に石炭へ粉コークスを配合するとフェロコークス強度は低下するが、粉コークスの粒度によってＩＤ強度≧８２を満足する、すなわちフェロコークス強度を維持する粉コークス比率（粉コークス最大添加率）が異なっている。

粉コークス最大添加率が粉コークスの粒度に依存するため、粗粉コークスを粉砕し、平均粒径と粉コークス最大添加率の関係を調査した。図４に結果を示す。

図４によれば、平均粒径と粉コークス最大添加率には直線関係が認められ、粉コークス最大添加率（ｍａｓｓ％）＝−７．４×平均粒径（ｍｍ）＋７．８と表せることが分かった。

Claims

炭素含有物質と鉄含有物質との成型物を乾留してフェロコークスを製造する方法であって、室炉コークス製造プロセスから発生する粉コークスを前記炭素含有物質の一部として使用することを特徴とするフェロコークスの製造方法。
粉コークスの使用量が炭素含有物質の質量の６ｍａｓｓ％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。
炭素含有物質の質量に対する粉コークスの使用量の最大値を前記粉コークスの平均粒径から決定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。