JP4414902B2 - 高反応性コークスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉の燃料比を低減させ、生産性を向上させて高炉を操業するための高反応性コークスの製造方法に関する。

通常の高炉においては、炉頂から鉄鉱石（焼結鉱）及びコークスを層状に装入し、この鉄鉱石を炉内で還元した後、溶融状態にある銑鉄を製造している。
ところで、高炉には、熱保存帯と呼ばれる温度が１０００℃程度で略一定の領域があり、この温度がコークスのガス化開始温度に相当する。即ち、高炉内で、Ｃ＋ＣＯ₂ →２ＣＯで表されるコークスのガス化反応が起こるためには、約１０００℃以上の温度が必要となる。鉄鉱石の還元は、その約７０％が熱保存帯より高温領域で生じるが、温度が高くなるに伴い、還元平衡ガス組成が高ＣＯ濃度側になり、還元反応を進めるためには、より高いＣＯ濃度組成のガスが必要となる。更に、約１１００℃以上で、鉄鉱石からの融液生成が見られ、その結果として鉄鉱石中への還元ガスの浸透が抑制されてしまう。
このため、熱保存帯温度が高いと、ＣＯガスによる鉄鉱石の間接還元を有効に活用できず、還元効率もある値以上に向上しない。

そこで、コークスの反応性を向上させることが試みられてきた。
例えば、特許文献１には、めっき工程で排出される廃液とコークスとを接触させて、高反応性コークスを製造する方法が開示されている。
また、特許文献２には、Ｆｅ及びＣａのいずれか一方又は双方のみが添加された液体をコークスと接触させて、高反応性コークスを製造する方法が開示されている。

特開２００３−１７６４８４号公報 特開２００２−２２６８６５号公報

しかしながら、特許文献１の方法は、廃液が酸性であることから、その中和をアンモニア水で行っているため、このアンモニア水はコークスの反応性の向上に寄与できず、廃液中の化学成分だけでは、コークスの反応性を更に向上させることができない。
また、特許文献２の方法は、コークスの反応性の向上に寄与するＦｅ及びＣａをコークスに添加しているが、このＦｅ及びＣａのみの添加では、到達できる反応性（ＪＩＳ−ＲＩ）は４５％程度で、コークスの更なる反応性の向上を図ることができない。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、コークスの反応性を向上させることにより、従来よりも高炉の燃料比を低減させ、生産性を向上できる高反応性コークスの製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る高反応性コークスの製造方法は、Ｆｅ、ＣａＯ、及びＮｉを含み、このＦｅの溶解量が１４ｇ／Ｌ以上１５０ｇ／Ｌ以下で、更にＣａＯ及びＮｉの各溶解量が、前記Ｆｅの溶解量に対して、ＣａＯ：０．５倍以上１．５倍以下、Ｎｉ：１．５×１０^-4倍以上３．０×１０^-4倍以下である水溶液を、コークスの表面に散布する。
ここで、コークスの表面への水溶液の散布方法としては、例えば、配管に多数の吐出口が設けられた散水手段を使用できる。

また、本発明に係る高反応性コークスの製造方法において、前記水溶液の散布量は、前記コークスの質量の３質量％以上５質量％以下であることが好ましい。
そして、本発明に係る高反応性コークスの製造方法において、前記水溶液は、製鉄所から発生する酸洗廃液に石灰ダストが添加されたものであることが好ましい。

本発明の高反応性コークスの製造方法は、Ｆｅ、ＣａＯ、及びＮｉが所定量含まれる水溶液をコークスに散布するので、コークスの反応性を従来よりも向上することができ、高炉の燃料比を低減させ、生産性を向上できる。
また、水溶液の散布量をコークスの質量の３質量％以上５質量％以下にした場合には、コークスへの最適な付着量を確保することが可能になり、コークスへの過剰な水分の付着を防止でき、高炉の熱エネルギーコストの上昇を抑制できるので好ましい。
そして、水溶液として、製鉄所から発生する酸洗廃液に石灰ダストが添加されたものを使用した場合には、例えば、従来処分されていたものを再利用でき、環境保全に貢献できると共に経済的である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る高反応性コークスの製造方法の説明図、図２はコークスの水分量及びコークスへの付着割合とコークスへの水溶液散布量との関係を示す説明図である。

図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る高反応性コークスの製造方法は、Ｆｅ、ＣａＯ、及びＮｉを含む水溶液１０をコークス１１の表面に散布し、コークス１１の反応性を向上させる方法である。なお、水溶液１０が散布されるコークス１１の粒径は、例えば、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下程度である。以下、詳しく説明する。

まず、高反応性、例えば、ＪＩＳ反応性が６０％以上のコークスを得るため、製造したコークス（ＪＩＳ反応性：２０％程度）の表面に、Ｆｅ、ＣａＯ、及びＮｉを含む水溶液１０を付着させる。なお、コークスの反応性は、ＪＩＳ Ｋ２１５１の評価法で得られるＪＩＳ反応性（ＪＩＳ−ＲＩ）で示す。
この水溶液１０としては、製鉄所から発生する酸洗廃液に石灰ダストを添加したものを使用できる。
この酸洗廃液としては、例えば、普通鋼又はステンレス鋼を塩酸溶液で洗浄した後の廃液を使用することが好ましい。その酸性溶液として、例えば、硫酸、硝酸、リン酸、シュウ酸、及びフッ酸の各廃液のいずれか１又は２以上を使用できる。

また、酸洗廃液に添加する石灰ダストは、高反応性コークスを製造するために必要となるＣａＯを主成分とするものであり、酸洗廃液の中和（例えば、ｐＨが５以上７以下程度）も行うことができる。
ここで、塩酸廃液に石灰ダストを添加した水溶液１０中に含まれる主要な化学成分を表１に示す。

表１から明らかなように、この水溶液１０中には、高反応性コークスを製造するために必要となるＦｅ、ＣａＯ、及びＮｉが含まれている。
ここで、水溶液中に含まれるＦｅ、ＣａＯ、及びＮｉの量について説明する。

水溶液は、Ｆｅ（Ｔ−Ｆｅ）の溶解量が１４ｇ／Ｌ（グラム／リットル）以上１５０ｇ／Ｌ以下で、ＣａＯ及びＮｉの各溶解量が、Ｆｅの溶解量に対して、ＣａＯ：０．５倍以上１．５倍以下、Ｎｉ：１．５×１０^-4倍以上３．０×１０^-4倍以下である。なお、Ｆｅの溶解量は、１００ｇ／Ｌ以下とすることが好ましく、更には５０ｇ／Ｌ以下とすることが好ましい。また、ＣａＯの溶解量は、Ｆｅの溶解量の０．８倍以上とすることが好ましく、更には１．０倍以上とすることが好ましい。そして、Ｎｉの溶解量は、Ｆｅの溶解量の１．７×１０^-4倍以上とすることが好ましく、更には１．９×１０^-4倍以上とすることが好ましい。
ここで、水溶液中にＦｅ、ＣａＯ、及びＮｉが含まれていなければ、未処理のコークスのＪＩＳ反応性を向上させる効果がない。

なお、Ｆｅ、ＣａＯ、及びＮｉの各溶解量が、前記した下限値未満の場合、コークスのＪＩＳ反応性を現状よりも向上させる効果が少ない。一方、Ｆｅ及びＣａＯの各溶解量が、前記した上限値を超える場合、水溶液の粘性が大きくなり、コークスへの散布ができなくなったり、また均一な散布ができなくなる可能性がある。また、Ｎｉの溶解量が前記した上限値を超える場合は、水溶液の製造コストがかかり経済的でない。
以上のことから、水溶液中のＦｅ、ＣａＯ、及びＮｉの各溶解量を、前記した範囲内に設定する。

前記した表１の水溶液１０中のＦｅ、ＣａＯ、及びＮｉ量は、上記した範囲を満足するものである。なお、水溶液に含まれるＦｅ、ＣａＯ、及びＮｉ量が上記した範囲よりも多い場合は、必要に応じて水溶液に水分を添加し、希釈することも可能である。
この水溶液１０を、例えば、ベルトコンベア（搬送手段の一例）上に積載され高炉へ搬送されているコークス１１の表面に、例えば、配管に多数の吐出口が設けられた散水手段を使用して散布する。

ここで、水溶液の散布量は、コークスの質量の３質量％以上５質量％以下であることが好ましい。
図２に示すように、水溶液の散布量の増加に伴ってコークスの水分量が増加するが、コークス表面に付着し残存する水溶液の割合は減少する。
なお、コークスは高炉へ供給されるため、コークスの水分量が増加するということは、高炉での熱エネルギーの上昇を招き経済的ではない。また、熱エネルギーの上昇を防止するため、高炉へ供給される前に予め乾燥することも考えられるが、作業性が良好でない。
以上のことから、高反応性コークスの製造に際しては、水溶液の散布量の下限を、コークスの質量の３質量％、好ましくは３．５質量％とし、散布量の上限を、コークスの質量の５質量％、好ましくは４質量％にする。
これにより、高反応性コークスを製造できる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
実施例として、塩酸廃液に石灰ダストを添加し、Ｆｅ、ＣａＯ、及びＮｉの各溶解量が本発明の範囲（以下、最適範囲という）を満足した水溶液をコークスに散布したもの（実施例１〜実施例４）を使用した。一方、比較例として、塩酸廃液に石灰ダストを添加したもの（比較例１及び比較例４）、塩酸廃液のみをコークスに散布したもの（比較例２）、及びベルト洗浄スラリーのみをコークスに散布したもの（比較例３）を、それぞれ使用した。
この比較例３で使用するベルト洗浄スラリーとは、焼結鉱搬送コンベアのベルト洗浄の際に発生する洗浄スラリーである。このベルト洗浄スラリーに含まれる主要成分を表２に示す。

前記した実施例１〜４及び比較例１〜４で使用した水溶液中のＦｅ、ＣａＯ、及びＮｉの各溶解量、水溶液のコークスへの散布量、及びこの水溶液を散布したコークスのＪＩＳ反応性を測定した結果を表３に示す。なお、水溶液散布前の未処理のコークスのＪＩＳ−ＲＩは２９．４％である。ここで、ＪＩＳ−ＲＩとしては、前記したように６０％以上を目標としている。

表３に示すように、実施例１〜３においては、水溶液中のＴ−Ｆｅ溶解量が１４．６ｇ／Ｌであり、ＣａＯ溶解量がＦｅ溶解量の１．３７倍であり、Ｎｉ溶解量がＦｅ溶解量の１．９×１０^-4倍となっている。また、実施例４においては、水溶液中のＴ−Ｆｅ溶解量が３１．６ｇ／Ｌであり、ＣａＯ溶解量がＦｅ溶解量の０．７９倍であり、Ｎｉ溶解量がＦｅ溶解量の２．８×１０^-4倍となっている。
このように、水溶液中のＦｅ、ＣａＯ、及びＮｉの各溶解量は、前記した最適範囲を満足している。

一方、比較例１は、水溶液中のＮｉ溶解量が適正範囲の下限値を逸脱したもの（１．４×１０^-4倍）であり、比較例２は、水溶液中のＣａＯ溶解量が適正範囲の下限値を逸脱したもの（２×１０^-4倍）であり、比較例３は、水溶液のＦｅ、ＣａＯ、及びＮｉの各溶解量が最適範囲を逸脱したものであり、比較例４は、水溶液のＦｅ溶解量が最適範囲の下限値を逸脱したもの（１３ｇ／Ｌ）である。

表３から明らかなように、Ｆｅ、ＣａＯ、及びＮｉを前記量含む水溶液を、最適散布量の範囲内でコークスに散布した実施例１の場合、ＪＩＳ−ＲＩが８５．２％であり、ＪＩＳ反応性を十分に向上できることを確認できた。
また、水溶液の散布量が最適範囲の下限（３質量％）を下回る実施例２の場合、ＪＩＳ−ＲＩが７０％であり、実施例１の場合と比較して若干の低下はあったが、ＪＩＳ反応性を目標値以上に向上できることを確認できた。

そして、水溶液の散布量が最適範囲の上限（５質量％）を上回る実施例３の場合、コークス中の水分が大幅に向上したが、ＪＩＳ−ＲＩが８５．２％であり、実施例１の場合と比較してＪＩＳ反応性に遜色がないことを確認できた。
なお、実施例４は、他の実施例１〜３と比較してＦｅ溶解量が多く、Ｆｅ溶解量に対するＣａＯ及びＮｉの各溶解量が小さいが、水溶液中のＦｅ、ＣａＯ、及びＮｉの各溶解量が最適範囲を満足することで、ＪＩＳ−ＲＩが６１．１％であり、ＪＩＳ反応性を目標値以上に向上できることを確認できた。

一方、比較例１〜４においては、ＪＩＳ−ＲＩがいずれも６０％を下回っており、目標とするＪＩＳ反応性を達成することはできなかった。
このように、本発明の製造方法を使用することにより、従来よりも高い反応性を備えたコークスを製造できるので、高炉の燃料比を低減させ、生産性を向上できる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の高反応性コークスの製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、Ｆｅ、ＣａＯ、及びＮｉを所定量含む水溶液として、製鉄所から発生する塩酸廃液に石灰ダストを添加したものを使用した場合について説明したが、Ｆｅ、ＣａＯ、及びＮｉが含まれている水溶液であれば、これに限定されるものではない。

本発明の一実施の形態に係る高反応性コークスの製造方法の説明図である。 コークスの水分量及びコークスへの付着割合とコークスへの水溶液散布量との関係を示す説明図である。

符号の説明

１０：水溶液、１１：コークス

Claims (3)

1. Ｆｅ、ＣａＯ、及びＮｉを含み、このＦｅの溶解量が１４ｇ／Ｌ以上１５０ｇ／Ｌ以下で、更にＣａＯ及びＮｉの各溶解量が、前記Ｆｅの溶解量に対して、ＣａＯ：０．５倍以上１．５倍以下、Ｎｉ：１．５×１０^-4倍以上３．０×１０^-4倍以下である水溶液を、コークスの表面に散布することを特徴とする高反応性コークスの製造方法。
2. 請求項１記載の高反応性コークスの製造方法において、前記水溶液の散布量は、前記コークスの質量の３質量％以上５質量％以下であることを特徴とする高反応性コークスの製造方法。
3. 請求項１及び２のいずれか１項に記載の高反応性コークスの製造方法において、前記水溶液は、製鉄所から発生する酸洗廃液に石灰ダストが添加されたものであることを特徴とする高反応性コークスの製造方法。

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