JP2017082075A - 製鉄原料用組成物、製鉄原料用成型物、高炉用製鉄原料、及び高炉用製鉄原料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、強度の高い製鉄原料を低コストで得られる製鉄原料用組成物及びこれを成型した製鉄原料用成型物の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の製鉄原料用組成物は、石炭と、鉄鉱石と、バインダ材料とを含む製鉄原料用組成物であって、上記バインダ材料が、無灰炭を原料とする粘結性補填材と、無灰炭を原料とし、上記粘結性補填材より軟化開始温度が低い強度維持材とを含む。上記石炭及び鉄鉱石の和１００質量部に対する粘結性補填材及び強度維持材の含有量としては、それぞれ１質量部以上１０質量部以下が好ましい。上記粘結性補填材の軟化開始温度としては、１８０℃以上４００℃以下が好ましく、また上記強度維持材の軟化開始温度としては、５０℃以上１８０℃未満が好ましい。本発明は、当該製鉄原料用組成物を成型した製鉄原料用成型物を含む。
【選択図】なし

Description

本発明は、製鉄原料用組成物、製鉄原料用成型物、高炉用製鉄原料、及び高炉用製鉄原料の製造方法に関する。

鉄鉱石を還元して銑鉄を製造する高炉では、還元剤及び熱源（燃料）としてコークスが使用されている。この高炉操業では、二酸化炭素の排出量の削減、すなわち高炉操業の効率化が強く求められている。製造原料面からの高炉操業の効率化として、鉄鉱石に還元剤としての炭素成分（炭材）を配合し鉄鉱石の被還元速度を改善する方法や、コークスにガス触媒としての鉄分を配合し高反応性コークスとする方法が実用化されている。このような炭材を配合した鉄鉱石や鉄分を配合したコークスは、生産効率の観点から成型して供給される。特に、鉄分を配合したコークス（フェロコークス）は、その鉄分を含むため従来型のコークス炉では製造できず、シャフト炉での乾留が必要であり、予めコークスの原料となる石炭と鉄鉱石とを成型する必要がある。ここで、コークス等の炭材と鉄鉱石との間には十分な結合力はないため、成型するためにはバインダ材料が必要とされる。

ここで、高炉では製鉄原料である鉄鉱石とコークスとは、交互に層をなすように配置される。このような層構造とすることで炉内の通気性が確保され、鉄鉱石の還元反応効率が向上する。鉄鉱石やコークスに十分な強度がない場合、この反応時に鉄鉱石やコークスの著しい破壊（粉化）が生じ、上記層構造が崩れてしまうため、高炉内の通気性が悪化してしまう。従って、上記バインダ材料には、強度の高い製鉄原料を得られる強い結合力が望まれる。

また、バインダ材料を用いる場合、高炉内でバインダ材料から多量のガス成分が発生すると、高炉内の通気阻害要因となるため、バインダ材料には、強い結合力と共にガスや揮発成分を多量に排出しない熱的安定性が必要である。

これに対し、強度の高い製鉄原料を得る製造方法として、バインダとして軟化開始温度が３５０〜４００℃である石炭抽出物を用いる鉄鉱石含有コークスの製造方法が提案されている（特開２０１１−３２３７１号公報参照）。この方法では、軟化開始温度が３５０〜４００℃の石炭抽出物を用いているため、乾留中にバインダが軟化溶融する時期を遅延でき、鉄鉱石含有コークスの強度を高めることができる。しかしながら、この従来のバインダの結合力は十分とは言えず、さらに強い結合力を有するバインダ材料が求められている。

特開２０１１−３２３７１号公報

本発明は上述のような事情に基づいてなされたものであり、本発明の目的は、強度の高い製鉄原料を低コストで得られる製鉄原料用組成物及びこれを成型した製鉄原料用成型物の提供である。また、本発明の別の目的は、製造コストが低くかつ強度の高い高炉用製鉄原料及びその製造方法の提供である。

本発明者らは、鋭意検討した結果、無灰炭を原料とし、軟化開始温度の異なる２種類のバインダ材料を石炭に配合することで強度の高い製鉄原料を低コストで製造できることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、上記課題を解決するためになされた発明は、石炭と、鉄鉱石と、バインダ材料とを含む製鉄原料用組成物であって、上記バインダ材料が、無灰炭を原料とする粘結性補填材と、無灰炭を原料とし、上記粘結性補填材より軟化開始温度が低い強度維持材とを含む製鉄原料用組成物である。

当該製鉄原料用組成物は、成型する際に主に強度維持材が製鉄原料用成型物の強度を維持するバインダとして機能するので、高密度かつ高強度の製鉄原料用成型物が得られる。このため、当該製鉄原料用組成物は、この製鉄原料用成型物を乾留する際に鉄鉱石及び石炭粒子同士が融着し易い。また、当該製鉄原料用組成物は、乾留する際に主に粘結性補填材が石炭粒子同士の融着を促進し、石炭同士の結合となる粘結性補填材と強度維持材との結合と相まって、鉄鉱石の粒子同士、石炭の粒子同士及び鉄鉱石と石炭との粒子同士を強く結合させる。その結果、強度の高い製鉄原料が得られる。また、粘結性補填材及び強度維持材は、無灰炭を原料とするのでピッチ系のバインダ材料を用いる場合に比べ安価である。従って、当該製鉄原料用組成物を用いることで、強度の高い製鉄原料を低コストで製造することができる。

上記石炭及び鉄鉱石の和１００質量部に対する粘結性補填材及び強度維持材の含有量としては、それぞれ１質量部以上１０質量部以下が好ましい。このように粘結性補填材及び強度維持材の含有量をそれぞれ上記範囲内とすることで、低コストを維持しつつさらに強度の高い製鉄原料を製造できる。

上記粘結性補填材の軟化開始温度としては、１８０℃以上４００℃以下が好ましく、また上記強度維持材の軟化開始温度としては、５０℃以上１８０℃未満が好ましい。このように粘結性補填材の軟化開始温度及び強度維持材の軟化開始温度を上記範囲内とすることで、強度維持材及び粘結性補填材の上記作用をより確実に奏することができるので、さらに強度の高い製鉄原料を製造できる。

本発明は、当該製鉄原料用組成物を成型した製鉄原料用成型物を含む。当該製鉄原料用成型物は、上述のように当該製鉄原料用組成物を成型したものであるので、この製鉄原料用成型物を乾留することで、鉄鉱石の粒子同士、石炭の粒子同士及び鉄鉱石と石炭との粒子同士が強く結合するため、強度の高い製鉄原料が得られる。また、当該製鉄原料用組成物のバインダ材料である粘結性補填材及び強度維持材は、無灰炭を原料とするのでピッチ系のバインダ材料を用いる場合に比べ安価である。従って、当該製鉄原料用成型物を用いることで、強度の高い製鉄原料を低コストで製造することができる。

上記課題を解決するためになされた別の発明は、石炭に由来する炭素成分と、鉄鉱石に由来する鉄化合物と、上記石炭及び鉄鉱石のバインダに由来する炭素成分とを含む高炉用製鉄原料であって、上記バインダに由来する炭素成分が、第１の無灰炭に由来する炭素成分と、上記第１の無灰炭よりも軟化開始温度が低い第２の無灰炭に由来する炭素成分とを含む高炉用製鉄原料である。

当該高炉用製鉄原料は、バインダとして含まれる第２の無灰炭に由来する炭素成分により石炭及び鉄鉱石が高密度化され、第１の無灰炭に由来する炭素成分により高充填された石炭や鉄鉱石の粒子同士が強固に融着されているので強度が高い。また、当該高炉用製鉄原料は、上記炭素成分が無灰炭に由来するので、ピッチ系の材料に由来する場合に比べ製造コストが低い。

上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、石炭と、鉄鉱石と、バインダ材料とを成型する工程、及び上記成型物を熱処理する工程を備え、上記バインダ材料が、無灰炭を原料とする粘結性補填材と、無灰炭を原料とし、上記粘結性補填材より軟化開始温度が低い強度維持材とを含む高炉用製鉄原料の製造方法である。

当該高炉用製鉄原料の製造方法は、成型工程において高炉用製鉄原料を成型する際に主に強度維持材が強度を維持するバインダとして機能するので、高密度かつ高強度の製鉄原料用成型物が得られる。このため、この製鉄原料用成型物を熱処理する際に石炭や鉄鉱石の粒子同士が融着し易い。また、当該高炉用製鉄原料の製造方法は、熱処理工程において主に粘結性補填材が石炭や鉄鉱石の粒子同士の融着を促進し、粘結性補填材と強度維持材との結合と相まって、鉄鉱石の粒子同士、石炭の粒子同士及び鉄鉱石と石炭との粒子同士を結合させる。その結果、強度の高い製鉄原料が得られる。また、粘結性補填材及び強度維持材は、無灰炭を原料とするのでピッチ系の原料を用いる場合に比べ安価である。従って、当該高炉用製鉄原料の製造方法は、強度の高い高炉用製鉄原料を低コストで製造することができる。

上記熱処理工程における熱処理温度としては、６００℃以上９５０℃以下が好ましい。このように熱処理工程における熱処理温度を上記範囲内とすることで、低コストを維持しつつさらに強度の高い製鉄原料を製造できる。

ここで、「軟化開始温度」とは、ＪＩＳ−Ｍ８８０１：２００８に準拠して測定される温度である。

以上説明したように、本発明の製鉄原料用組成物及びこれを成型した製鉄原料用成型物は、強度の高い製鉄原料を低コストで得られる。また、本発明の高炉用製鉄原料は製造コストが低く、かつ強度が高い。さらに、本発明の高炉用製鉄原料の製造方法は、強度の高い高炉用製鉄原料を低コストで製造できる。

以下、本発明に係る製鉄原料用組成物、製鉄原料用成型物、高炉用製鉄原料、及び高炉用製鉄原料の製造方法の実施形態について説明する。

＜製鉄原料用組成物＞
当該製鉄原料用組成物は、石炭と、鉄鉱石と、バインダ材料とを含む。

〔石炭〕
当該製鉄原料用組成物に含まれる石炭は特に限定されず、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．、ｄｒｙ ａｓｈ ｆｒｅｅ）が７８％未満である石炭化度の低い褐炭から炭素含有率が９１％超の石炭化度の高い無煙炭まで、各種公知の石炭を使用できる。中でも炭素含有率が７８％以上９１％以下の石炭化度を有する石炭が好ましい。このような石炭としては、瀝青炭及び亜瀝青炭を挙げることができる。なお、「炭素含有率」とは、石炭の水分と灰分とを除いた有機質（Ｃ、Ｈ、Ｎ、Ｓ、Ｏ）に対する炭素の含有率（質量％）をいい、ＪＩＳ−Ｍ８８１９：１９９７に準じて測定することができる。

また、製鉄原料の製造コストの観点から、上記石炭は、亜瀝青炭、褐炭等低品位炭や一般炭などの粘結性の低いが安価な劣質炭を含むことが好ましく、特に劣質炭を含むことが好ましい。なお、「劣質炭」とは、炭素含有率が８５質量％以下であり、最高流動度の対数値ＬｏｇＭＦ［ｌｏｇｄｄｐｍ］が１以下の石炭を指す。ここで、「最高流動度ＭＦ［ｄｄｐｍ］」は、ＪＩＳ−Ｍ８８０１：２００４に準拠しギーセラープラストメータ法にて測定される値を指す。

当該製鉄原料用組成物に含まれる石炭全体に対する劣質炭の割合の下限としては、２０質量％が好ましく、３０質量％がより好ましい。一方、石炭全体に対する劣質炭の割合の上限としては、６０質量％が好ましく、５０質量％がより好ましい。石炭全体に対する劣質炭の割合が上記下限未満である場合、劣質炭を使用することによる製鉄原料の製造コストの低減効果が不十分となるおそれがある。逆に、石炭全体に対する劣質炭の割合が上記上限を超える場合、製造される製鉄原料の強度が不足するおそれがある。

上記石炭は、微細に粉砕された粒子状とすることが好ましい。上記石炭を粒子状とする場合、質量累計９０％の粒子径の上限としては、４ｍｍが好ましく、２ｍｍがより好ましい。上記石炭の粒子径が上記上限を超える場合、石炭の粒子間にバインダ材料が十分に入り込めず、得られるコークスの強度が不十分となるおそれがある。なお、「質量累計９０％の粒子径」とは、全粒子をＪＩＳ−Ｚ８８０１−１：２００６に規定される金属製網篩で篩分けした際に、粒子全体の９０質量％の粒子が篩を通過できる篩の目開きの値を意味する。

なお、上記石炭は、風乾等により乾燥炭としてもよいが、水分を含んだ状態のものを用いてもよい。

〔鉄鉱石〕
当該製鉄原料用組成物に含まれる鉄鉱石は特に限定されず、例えば赤鉄鉱（ヘマタイト；Ｆｅ_２Ｏ_３）、磁鉄鉱（マグネタイト；Ｆｅ_３Ｏ_４）、褐鉄鉱（Ｆｅ_２Ｏ_３・ｎＨ_２Ｏ）、オキシ水酸化鉄（ＦｅＯＯＨ）等を挙げることができる。オキシ水酸化鉄を用いる場合は、予め脱水して酸化鉄にして使用することが好ましい。なお、これらの鉄鉱石は単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

上記鉄鉱石は、微細に粉砕された粒子状とすることが好ましい。上記鉄鉱石を粒子状とする場合、質量累計９０％の粒子径の上限としては、２００μｍが好ましく、１７０μｍがより好ましく、１５０μｍがさらに好ましい。上記粒子径が上記上限を超える場合、鉄鉱石の界面に働く応力が大きくなるため、得られる製鉄原料の強度が低下するおそれがある。

石炭及び鉄鉱石の和に対する鉄鉱石の割合は、製鉄原料として炭材を配合した鉄鉱石（炭材内装鉱）を製造する場合及び製鉄原料として鉄分を配合したコークス（フェロコークス）を製造する場合で異なる。炭材内装鉱を製造する場合、石炭及び鉄鉱石の和に対する鉄鉱石の割合の下限としては、６０質量％が好ましく、７０質量％がより好ましい。一方、石炭及び鉄鉱石の和に対する鉄鉱石の割合の上限としては、９０質量％が好ましく、９５質量％がより好ましい。石炭及び鉄鉱石の和に対する鉄鉱石の割合が上記下限未満である場合、石炭の還元剤としての反応性向上効果が頭打ちとなり、高炉操業コストに対する効果が不十分となるおそれがある。逆に、石炭及び鉄鉱石の和に対する鉄鉱石の割合が上記上限を超える場合、石炭の含有量が少ないため、鉄鉱石の被還元速度の改善効果が不足するおそれがある。

また、フェロコークスを製造する場合、石炭及び鉄鉱石の和に対する鉄鉱石の割合の下限としては、５質量％が好ましく、１０質量％がより好ましい。一方、石炭及び鉄鉱石の和に対する鉄鉱石の割合の上限としては、４０質量％が好ましく、３０質量％がより好ましい。石炭及び鉄鉱石の和に対する鉄鉱石の割合が上記下限未満である場合、鉄鉱石の共存による高炉操業の効率向上効果が不足するおそれがある。逆に、石炭及び鉄鉱石の和に対する鉄鉱石の割合が上記上限を超える場合、鉄鉱石による反応性向上効果が頭打ちとなり、高炉操業コストに対する効果が不十分となるおそれがある。

〔バインダ材料〕
上記バインダ材料は、粘結性補填材と、強度維持材とを含む。

（粘結性補填材）
粘結性補填材は、無灰炭を原料とする。無灰炭は、熱流動性に優れると共に粘結性が高いため、石炭の粘結性を補填することができる。ここで、無灰炭（ハイパーコール、ＨＰＣ）は、石炭を改質した改質炭の一種であり、溶剤を用いて石炭から灰分と非溶解性成分とを可能な限り除去した改質炭である。しかしながら、無灰炭の流動性や膨張性を著しく損ねない範囲で、無灰炭は灰分を含んでもよい。一般に石炭は７質量％以上２０質量％以下の灰分を含むが、製鉄原料用組成物に用いる無灰炭においては２質量％程度、場合によっては５質量％程度の灰分を含んでもよい。なお、「灰分」とは、ＪＩＳ−Ｍ８８１２：２００４に準拠して測定される値を意味する。

粘結性補填材の原料としては無灰炭以外の例えば公知のピッチ系材料等を含めることもできるが、無灰炭のみを原料とする、すなわち粘結性補填材として無灰炭を用いることが好ましい。

粘結性補填材の軟化開始温度の下限としては、１８０℃が好ましく、１９０℃がより好ましく、２００℃がさらに好ましい。一方、粘結性補填材の軟化開始温度の上限としては、４００℃が好ましく、３５０℃がより好ましく、３００℃がさらに好ましい。上記粘結性補填材の軟化開始温度が上記下限未満である場合、当該製鉄原料用組成物を成型する際に粘結性補填材が軟化してしまい、当該製鉄原料用組成物の成型物である製鉄原料用成型物を乾留する際に製鉄原料の強度向上効果が不十分となるおそれがある。逆に、上記粘結性補填材の軟化開始温度が上記上限を超える場合、当該製鉄原料用組成物の成型物である製鉄原料用成型物を乾留する際に粘結性補填材が十分に軟化せず、製鉄原料の強度向上効果が不十分となるおそれがある。

石炭及び鉄鉱石の和１００質量部に対するに対する粘結性補填材の含有量の下限としては、１質量部が好ましく、２質量部がより好ましい。一方、上記粘結性補填材の含有量の上限としては、１０質量部が好ましく、６質量部がより好ましい。上記粘結性補填材の含有量が上記下限未満である場合、当該製鉄原料用組成物の成型物である製鉄原料用成型物を乾留する際、製鉄原料の強度向上効果が不十分となるおそれがある。逆に、上記粘結性補填材の含有量が上記上限を超える場合、製鉄原料の強度向上効果が頭打ちとなり、製鉄原料の製造コストに対する効果が不十分となるおそれがある。

粘結性補填材は、粒子径が上記石炭の粒子径より小さくなるように粉砕された粒子状とすることが好ましい。具体的には、粘結性補填材の質量累計９０％の粒子径の上限としては、２ｍｍが好ましく、１．５ｍｍがより好ましい。上記粘結性補填材の粒子径が上記上限を超える場合、粘結性補填材が石炭や鉄鉱石の粒子間の空隙に十分に入り込むことができず、製鉄原料の強度向上効果が不十分となるおそれがある。

粘結性補填材に用いる無灰炭は、例えばスラリー加熱工程、分離工程及び無灰炭取得工程を備える製造方法により製造できる。

まず、スラリー加熱工程で、無灰炭の原料となる石炭と溶剤とを混合して調製されたスラリーを加熱して、溶剤に可溶な石炭成分（溶剤可溶成分）を抽出する。上記溶剤としては、石炭を溶解する性質を有するものであれば特に限定されないが、例えばベンゼン、トルエン、キシレン等の単環芳香族化合物や、ナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、トリメチルナフタレン等の２環芳香族化合物などを挙げることができる。上記石炭に対する溶剤の質量比としては、特に限定されないが、例えば３倍以上１０倍以下とできる。

上記スラリーの加熱温度としては、溶剤に可溶な石炭成分が抽出できる限り、特に限定されないが、例えば３００℃以上４２０℃以下とできる。また、上記スラリーの加熱は、不活性ガス雰囲気中で加圧して行うとよい。このようにスラリーの加熱を不活性ガス雰囲気中ですることで、石炭が酸化することを防止できる。また、スラリーの加熱を加圧して行うことで、溶剤の揮発を抑止し、効率よく可溶成分を抽出できる。上記不活性ガスとしては、特に限定されないが、例えば窒素を用いることができる。また、加圧する圧力としては、加熱抽出の際の温度や用いる溶剤の蒸気圧にもよるが、例えば１ＭＰａ以上３ＭＰａ以下とすることができる。

次に、分離工程で、溶剤可溶成分を含む溶液部と、灰分等の溶剤に不溶な石炭成分を含む固形分濃縮液とに分離する。スラリーを液体成分と固体成分とに分離する方法としては、特に限定されず、濾過法、遠心分離法、重力沈降法等の公知の分離方法を用いることができる。

最後に、無灰炭取得工程で、この溶剤可溶成分を含む溶液部から溶剤を分離して、無灰炭を得る。溶液部から溶剤を分離する方法としては、特に限定されず、公知のスプレードライ法等の蒸発法、蒸留法などを用いることができる。

（強度維持材）
強度維持材の軟化開始温度の下限としては、５０℃が好ましく、７０℃がより好ましく、８０℃がさらに好ましい。また、強度維持材の軟化開始温度としては、１８０℃未満が好ましく、１５０℃未満がより好ましく、１００℃未満がさらに好ましい。上記強度維持材の軟化開始温度が上記下限未満である場合、比較的低温で軟化するため、当該製鉄原料用組成物の取り扱いに支障をきたすおそれがある。逆に、上記強度維持材の軟化開始温度が上記上限以上である場合、当該製鉄原料用組成物を成型する際に強度維持材が十分に軟化せず、成型により得られる製鉄原料用成型物の高強度化及び高密度化が不十分となるおそれがある。

粘結性補填材と強度維持材との軟化開始温度の差の下限としては、７０℃が好ましく、１００℃がより好ましい。一方、上記軟化開始温度の差の上限としては、２５０℃が好ましく、２００℃がより好ましい。上記軟化開始温度の差が上記下限未満である場合、当該製鉄原料用組成物を成型する際に、選択的に強度維持材を軟化させることができないおそれがある。逆に、上記軟化開始温度の差が上記上限を超える場合、当該製鉄原料用組成物の成型時と、当該製鉄原料用組成物を成型した製鉄原料用成型物を乾留する時の加熱温度差が不要に大きくなり、製鉄原料の製造コストが増大するおそれがある。

石炭及び鉄鉱石の和１００質量部に対する強度維持材の含有量の下限としては、１質量部が好ましく、２質量部がより好ましい。一方、上記強度維持材の含有量の上限としては、１０質量部が好ましく、６質量部がより好ましい。上記強度維持材の含有量が上記下限未満である場合、当該製鉄原料用組成物を成型して得られる製鉄原料用成型物の高強度化及び高密度化が不十分となるおそれがある。逆に、上記強度維持材の含有量が上記上限を超える場合、当該製鉄原料用組成物を成型して得られる製鉄原料用成型物の高密度化及び高密度化効果が頭打ちとなり、製鉄原料の製造コストに対する効果が不十分となるおそれがある。

粘結性補填材の含有量に対する強度維持材の含有量の比の下限としては、０．３が好ましく、０．５がより好ましい。また、粘結性補填材の含有量に対する強度維持材の含有量の比の上限としては、４が好ましく、３がより好ましく、１がさらに好ましい。上記強度維持材の含有量の比が上記下限未満である場合、当該製鉄原料用組成物を成型して得られる製鉄原料用成型物の高強度化及び高密度化が不十分となるおそれがある。逆に、上記強度維持材の含有量の比が上記上限を超える場合、製鉄原料の強度向上効果が不十分となるおそれがある。

強度維持材は、粒子径が上記石炭の粒子径より小さくなるように粉砕された粒子状とすることが好ましい。強度維持材の粒子径は、粘結性補填材の粒子径と同様とできる。

強度維持材に用いる無灰炭は、上述の粘結性補填材に用いる無灰炭の製造方法において、スラリー加熱工程で使用する溶剤として、溶解力の比較的低い溶剤、例えばトルエンやテトラヒドロフラン等を用いることで製造できる。このように溶解力の比較的低い溶剤を用いて無灰炭を抽出することにより、軟化開始温度が低い無灰炭を得ることができる。なお、軟化開始温度が低い無灰炭を得るには、スラリーの加熱温度は比較的低い温度、例えば２０℃以上３００℃以下が好ましい。また、スラリー加熱工程で溶剤に混合する石炭の代わりに、上記粘結性補填材を用いることもできる。

＜製鉄原料用成型物＞
当該製鉄原料用成型物は、当該製鉄原料用組成物を成型することで得られる。当該製鉄原料用成型物の形状としては、特に限定されないが、例えばブリケット状やペレット状とできる。当該製鉄原料用成型物の平均体積としては、例えば２ｍｌ以上２０ｍｌ以下とできる。

当該製鉄原料用成型物は、上述のように当該製鉄原料用組成物を成型したものであるので、この製鉄原料用成型物を乾留することで、鉄鉱石の粒子同士、石炭の粒子同士及び鉄鉱石と石炭との粒子同士が強く結合するため、強度の高い製鉄原料が得られる。また、当該製鉄原料用組成物のバインダ材料である粘結性補填材及び強度維持材は、無灰炭を原料とするのでピッチ系のバインダ材料を用いる場合に比べ安価である。従って、当該製鉄原料用成型物を用いることで、強度の高い製鉄原料を低コストで製造することができる。

＜高炉用製鉄原料＞
当該高炉用製鉄原料は、石炭に由来する炭素成分と、鉄鉱石に由来する鉄化合物と、上記石炭及び鉄鉱石のバインダに由来する炭素成分とを含み、上記バインダに由来する炭素成分が、第１の無灰炭に由来する炭素成分と、上記第１の無灰炭よりも軟化開始温度が低い第２の無灰炭に由来する炭素成分とを含む。

当該高炉用製鉄原料は、バインダとして含まれる第２の無灰炭に由来する炭素成分により石炭及び鉄鉱石が高密度化され、第１の無灰炭に由来する炭素成分により高充填された石炭及び鉄鉱石の粒子同士が強固に融着されているので強度が高い。また、当該高炉用製鉄原料は、上記炭素成分が無灰炭に由来するので、ピッチ系の材料に由来する場合に比べ製造コストが低い。

＜高炉用製鉄原料の製造方法＞
当該高炉用製鉄原料の製造方法は、石炭と、鉄鉱石と、バインダ材料とを成型する工程、及び上記成型物を熱処理する工程を備える。

（成型工程）
成型工程では、石炭と、鉄鉱石と、バインダ材料である粘結性補填材及び強度維持材とを成型することで、製鉄原料用成型物を得る。ここで、上記バインダ材料は、無灰炭を原料とする粘結性補填材と、無灰炭を原料とし、上記粘結性補填材より軟化開始温度が低い強度維持材とを含む。上記石炭、鉄鉱石及びバインダ材料は、当該製鉄原料用組成物で説明したものと同様である。

成型方法は、特に限定されず、例えば平ロールによる双ロール成型機、アーモンド型ポケットを有する双ロール成型機、単軸プレスやローラタイプの成型機、押出し成型機等の成型機を用いる方法を挙げることができる。中でも生産性の高い双ロール成型機を用いることが好ましい。

また、成型は加熱して行われる。成型時の加熱温度は、例えば１００℃以上１５０℃以下である。上記加熱温度は、強度維持材の軟化開始温度以上の温度であることが好ましい。このように上記加熱温度を強度維持材の軟化開始温度以上の温度とすることで、強度維持材が軟化し、製鉄原料用成型物の高強度化及び高密度化が促進される。また、上記加熱温度は、粘結性補填材の軟化開始温度以下の温度であることが好ましい。このように加熱温度を粘結性補填材の軟化開始温度以下の温度とすることで、成型工程では粘結性補填材が軟化せず、次に述べる熱処理工程での粘結性補填材による製鉄原料の強度向上効果が高まる。

（熱処理工程）
熱処理工程では、上記製鉄原料用成型物を乾留処理することで、製鉄原料用成型物を製鉄原料とする。製鉄原料用成型物を乾留する方法としては、特に限定されず、例えば縦型シャフト炉を用いて炉の上方から製鉄原料用成型物を連続的に装入し、炉内を上から下へ向かって移動する間に乾留する方法等を挙げることができる。

熱処理工程における加熱温度の下限としては、６００℃が好ましく、７００℃がより好ましい。一方、熱処理工程における加熱温度の上限としては、９５０℃が好ましく、９００℃がより好ましい。上記加熱温度が上記下限未満である場合、粘結性補填材の軟化が不十分となり製鉄原料の強度が低下するおそれがある。逆に、上記加熱温度が上記上限を超える場合、炉の耐熱性や燃料消費の観点から製造コストが上昇するおそれがある。

熱処理工程における加熱時間の下限としては、５分間が好ましく、１０分間がより好ましい。一方、熱処理工程における加熱時間の上限としては、２４時間が好ましく、１６時間がより好ましい。上記加熱時間が上記下限未満の場合、石炭の溶融が不十分となりコークスの強度が低下するおそれがある。逆に、上記加熱時間が上記上限を超える場合、燃料消費の観点から製造コストが上昇するおそれがある。

熱処理雰囲気としては、特に限定されないが、石炭の酸化による劣化を防止するため、非酸化性ガス雰囲気、例えば窒素雰囲気が好ましい。

＜利点＞
当該製鉄原料用組成物は、成型する際に主に強度維持材が製鉄原料用成型物の強度を維持するバインダとして機能するので、高密度かつ高強度の製鉄原料用成型物が得られる。このため、当該製鉄原料用組成物は、この製鉄原料用成型物を乾留する際に鉄鉱石及び石炭粒子同士が融着し易い。また、当該製鉄原料用組成物は、乾留する際に主に粘結性補填材が石炭粒子同士の融着を促進し、石炭同士の結合となる粘結性補填材と強度維持材との結合と相まって、鉄鉱石の粒子同士、石炭の粒子同士及び鉄鉱石と石炭との粒子同士を強く結合させる。その結果、強度の高い製鉄原料が得られる。また、粘結性補填材及び強度維持材は、無灰炭を原料とするのでピッチ系のバインダ材料を用いる場合に比べ安価である。従って、当該製鉄原料用組成物を用いることで、強度の高い製鉄原料を低コストで製造することができる。

また、当該高炉用製鉄原料の製造方法は、バインダ材料が、無灰炭を原料とする粘結性補填材と、無灰炭を原料とし、上記粘結性補填材より軟化開始温度が低い強度維持材とを含むので、強度維持材及び粘結性補填材の上記作用により強度の高い製鉄原料を低コストで製造することができる。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（石炭）
石炭としては、表１のような分析値を持つ火力発電用一般炭を用いた。なお、上記石炭は、全石炭に対する粒子径３ｍｍ以下の石炭の割合が９０質量％以上となるように粉砕して使用した。

なお、表１の灰分の量は、石炭を乾燥させたときの質量を基準（ｄ．ｂ．）として示しており、ＪＩＳ−Ｍ８８１２：２００６に準じて測定した値である。また、ＶＭとは、揮発分を意味し、ＪＩＳ−Ｍ８８１２：２００６に準じて測定できる。また、Ｏｄｉｆｆとは、酸素の含有量をＪＩＳ−Ｍ−８８１３：２００６の附属書５に従い、１００からＣ、Ｈ、Ｎ、Ｓの含有量を減じて求めた値を意味する。

（鉄鉱石）
鉄鉱石としては、表２のような分析値を持つ鉄鉱石を用いた。なお、上記鉄鉱石は、全鉄鉱石に対する粒子径１００μｍ以下の鉄鉱石の割合が９０質量％以上となるように粉砕して使用した。

なお、表２中で「Ｔ．Ｆｅ」とは酸化鉄（ＦｅＯ）も含めた鉄の総量を意味する。

（粘結性補填材）
以下の方法により無灰炭を製造した。まず、オーストラリア産瀝青炭を無灰炭の原料石炭とし、この原料石炭１ｋｇ（乾燥炭換算質量）と、溶剤としての４倍量（４ｋｇ）の１−メチルナフタレン（新日鉄化学社製）とを混合して、スラリーを調製した。このスラリーを内容積１０Ｌのバッチ式オートクレーブ中に入れ窒素を導入して１．２ＭＰａに加圧し、３８０℃で１時間加熱した。このスラリーを上述の温度及び圧力を維持した状態で加圧濾過器により溶液部と固形分濃縮液とに分離し、溶液部から蒸留法で溶剤を分離及び回収して、０．５ｋｇの無灰炭を得た。得られた無灰炭の最高流動度の対数ｌｏｇＭＦは、測定上限である４．７ｌｏｇｄｄｐｍ以上であった。また、上記無灰炭の軟化開始温度は２１０℃であった。この無灰炭を粘結性補填材として用いた。なお、上記粘結性補填材は、全粘結性補填材に対する粒子径１ｍｍ以下の粘結性補填材の割合が９０質量％以上となるように粉砕して使用した。

（強度維持材）
粉砕後の上記粘結性補填材１質量部に対し１０質量部の割合でメチルナフタレンを加え、５０℃の温度で１時間撹拌した後、溶剤可溶成分を抽出した。上記抽出後の溶液から不溶成分を濾過分離し、濾液から溶剤を留去して、抽出成分を得た。粘結性補填材に対する収率は４０質量％であった。また、上記抽出成分の軟化開始温度は９０℃であった。この抽出成分を強度維持材として用いた。なお、上記強度維持材は、全強度維持材に対する粒子径１ｍｍ以下の強度維持材の割合が９０質量％以上となるように粉砕して使用した。

（成型）
上記石炭、鉄鉱石、粘結性補填材及び強度維持材を表３に示す割合で混合し、製鉄原料用組成物を調製した。この製鉄原料用組成物を容量５ｍｌのアーモンド型ポケットを有する双ロール型成型機を用いて１００℃に加熱しながら成型することで、製鉄原料用成型物を得た。

（乾留）
上記製鉄原料用成型物を室炉に装入し、窒素雰囲気中で５℃／分の速度で８５０℃まで昇温し、１０分間保持することで乾留処理を行った。このようにして、実施例１〜２２及び比較例１〜４の高炉用製鉄原料を得た。なお、実施例１〜１１及び比較例１、２が石炭を主成分とするフェロコークスであり、実施例１２〜２２及び比較例３、４が鉄鉱石を主成分とする炭材内装鉱である。

（評価）
得られた実施例及び比較例の全てについて、成型後及び乾留後の外観試験及び圧壊荷重試験を行った。結果を表３に示す。

外観試験では、以下の評価基準により外観を判定した。
Ａ：良好である。
Ｂ：わずかな変形が認められる。
Ｃ：大きな変形が認められる。
Ｄ：破損が著しい。

圧壊荷重試験は、円筒状のタブレットの中心軸に対して垂直の方向に圧縮荷重を加えて、破壊に至る荷重［ＭＰａ］を測定することにより行った。

表３中で、「−」は、成型後又は乾留後の製鉄原料の破損が著しいため、強度や外観の評価ができなかったことを意味する。

表３の結果から、製鉄原料用組成物が石炭、鉄鉱石、粘結性補填材及び強度維持材を含む実施例１〜２２は、製鉄原料用組成物の成型後の外観に破損が認められず、かつ乾留後の製鉄原料の強度が高い。これに対して、比較例１及び比較例３は強度維持材を含まないため、製鉄原料用組成物を成型することができず、比較例２及び比較例４は粘結性補填材を含まないため、乾留後の製鉄原料が破損し、高強度の製鉄原料が得られない。このことから、製鉄原料用組成物が石炭、鉄鉱石、粘結性補填材及び強度維持材を含むことで、高強度の製鉄原料が得られることが分かる。

また、石炭及び鉄鉱石の和１００質量部に対する粘結性補填材及び強度維持材の含有量が、それぞれ２質量部以上６質量部以下である実施例４〜７、９、１０、１５〜１８、２０、２１は、粘結性補填材又は強度維持材のいずれかの含有量が２質量部未満又は６質量部超である実施例１〜３、８、１１〜１４、１９、２２よりも乾留後の製鉄原料の強度が高い。このことから、石炭及び鉄鉱石の和１００質量部に対する粘結性補填材及び強度維持材の含有量をそれぞれ２質量部以上６質量部以下とすることで、さらに製鉄原料を高強度化できることが分かる。

以上説明したように、本発明の製鉄原料用組成物及びこれを成型した製鉄原料用成型物は、強度の高い製鉄原料を低コストで得られる。また、本発明の高炉用製鉄原料は製造コストが低く、かつ強度が高い。さらに、本発明の高炉用製鉄原料の製造方法は、強度の高い高炉用製鉄原料を低コストで製造できる。

Claims (7)

1. 石炭と、鉄鉱石と、バインダ材料とを含む製鉄原料用組成物であって、
   上記バインダ材料が、無灰炭を原料とする粘結性補填材と、無灰炭を原料とし、上記粘結性補填材より軟化開始温度が低い強度維持材とを含む製鉄原料用組成物。
2. 上記石炭及び鉄鉱石の和１００質量部に対する粘結性補填材及び強度維持材の含有量が、それぞれ１質量部以上１０質量部以下である請求項１に記載の製鉄原料用組成物。
3. 上記粘結性補填材の軟化開始温度が１８０℃以上４００℃以下であり、
   上記強度維持材の軟化開始温度が５０℃以上１８０℃未満である請求項１又は請求項２に記載の製鉄原料用組成物。
4. 請求項１、請求項２又は請求項３に記載の製鉄原料用組成物を成型した製鉄原料用成型物。
5. 石炭に由来する炭素成分と、鉄鉱石に由来する鉄化合物と、上記石炭及び鉄鉱石のバインダに由来する炭素成分とを含む高炉用製鉄原料であって、
   上記バインダに由来する炭素成分が、第１の無灰炭に由来する炭素成分と、上記第１の無灰炭よりも軟化開始温度が低い第２の無灰炭に由来する炭素成分とを含む高炉用製鉄原料。
6. 石炭と、鉄鉱石と、バインダ材料とを成型する工程、及び
   上記成型物を熱処理する工程
   を備え、
   上記バインダ材料が、無灰炭を原料とする粘結性補填材と、無灰炭を原料とし、上記粘結性補填材より軟化開始温度が低い強度維持材とを含む高炉用製鉄原料の製造方法。
7. 上記熱処理工程において、熱処理温度が６００℃以上９５０℃以下である請求項６に記載の高炉用製鉄原料の製造方法。