JP4935133B2

JP4935133B2 - フェロコークスおよび焼結鉱の製造方法

Info

Publication number: JP4935133B2
Application number: JP2006074084A
Authority: JP
Inventors: 英和藤本; 泉下山; 秀明佐藤; 孝思庵屋敷; 喜代志深田; 哲也山本; 広行角
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2026-03-17
Also published as: JP2007246786A

Description

本発明は、高炉原料として用いるのに好適な、石炭および鉄鉱石を原料として乾留して製造するフェロコークスの製造方法と、焼結鉱の製造方法に関する。

原料石炭に粉鉄鉱石を配合し、この混合物を通常の室炉式コークス炉で乾留してフェロコークスを製造する技術としては、（ａ）石炭と粉鉄鉱石との粉混合物を室炉式コークス炉に装入する方法、（ｂ）石炭と鉄鉱石を冷間、すなわち室温で成型し、その成型物を室炉式コークス炉に装入する方法などが検討されてきた（例えば、非特許文献１参照。）。しかし通常の室炉式コークス炉は珪石煉瓦で構成されているので、鉄鉱石を装入した場合に鉄鉱石が珪石煉瓦の主成分であるシリカと反応し、低融点のファイヤライトが生成して珪石煉瓦の損傷を招く。このため室炉式コークス炉でフェロコークスを製造する技術は、工業的には実施されていない。

近年室炉式コークス炉製造方法に替わるコークス製造方法として連続式成型コークス製造法が開発されている。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、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。資源埋蔵量が豊富で安価な非粘結炭を多量に使用しても、通常の室炉式コークス炉と同等の強度を有するコークスが製造可能なことが確認されているが、使用する石炭の粘結性が高い場合にはシャフト炉内で成型炭が軟化融着し、シャフト炉操業が困難になると共に変形や割れ等のコークス品質低下を招く。

連続式成型コークス製造法でシャフト炉内での融着抑制のために、石炭に鉄鉱石を全体量の１５〜４０％となるように添加し、冷間で成型物を製造し、シャフト炉に装入する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、鉄鉱石に粘結性がないため、冷間の状態で成型物を製造するために高価なバインダーを添加する必要があるので、石炭と鉄鉱石を加熱した熱間の状態で塊成型物に成型する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

上記のように石炭と鉄鉱石とを混合した成型物を熱処理して、強度に優れた成型コークス（フェロコークス）を製造するためには、鉄鉱石に最適な粒度があり、２ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の粗粒割合を最適化した成型コークスの製造方法が知られている（例えば、特許文献３参照。）。また、石炭と鉄鉱石とを混合したペレットについても、還元後の強度に優れた炭材内装ペレットとして、鉄鉱石中の１０μｍ以下の微粉割合を最適化したものが知られている（例えば、特許文献４参照。）。
燃料協会「コークス技術年報」１９５８年、ｐ．３８特開平６−６５５７９号公報特開２００４−２１７９１４号公報特開平８−１２９７５号公報特開２０００−１６０２１９号公報

上記のように、原料鉄鉱石の品質のうち、粒度がフェロコークスに及ぼす影響の検討は多くなされている。しかしながら、その多くは鉄鉱石の事前処理工程での最適粉砕粒度を如何に設定するかであり、粉砕工程におけるコストが高く、フェロコークスの製造方法としては簡便な手法ではない点が問題である。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、フェロコークスの原料の一つである鉄鉱石を所定粒度とする際の事前処理方法を簡便なものとし、強度などの品質を低下させることなく、通常よりも安価にフェロコークスを製造する方法を提供することにある。

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）りん（Ｐ）を０．０８ｍａｓｓ％以上含有する鉄鉱石である高りん鉱石を原料に用いてフェロコークスおよび焼結鉱を製造する際に、前記高りん鉱石を篩い分けして、篩下である小粒径の高りん鉱石をフェロコークス原料とし、篩上である大粒径の高りん鉱石を焼結鉱原料として用いることを特徴とするフェロコークスおよび焼結鉱の製造方法。
（２）篩い分けに用いる篩目が３ｍｍ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および焼結鉱の製造方法。

本発明によれば、鉄鉱石の事前処理を低コストで行なうことが可能となり、フェロコークスを安価に製造することができる。また、同時に焼結鉱を製造する際の通気性の問題を改善でき、焼結鉱の生産性も向上する。

石炭および鉄鉱石を混合して成型し、乾留して得られるフェロコークスを製造する際に、原料である鉄鉱石の最適な粒度は、成型工程で成型する成型物の大きさによって異なるが、石炭粒子よりも大きな鉄鉱石粒子を用いると、成型により石炭と鉄鉱石粒子との界面に空隙を形成しやすいため、成型後の強度が低下する。そこで成型後の強度を低下させないために、鉄鉱石を事前に粉砕して、成型時に石炭との界面に生じる空隙を減らす試みがなされている。しかしながら、鉄鉱石のように高硬度の原料の粉砕は、製造コストに大きく影響するため、粉砕コストの低減化が望まれる。そこで本発明では、成型後の強度を低下させることなく、また、安価にフェロコークスを製造するために、鉄鉱石の粉砕工程を簡便化する方法について検討した。そして、原料鉄鉱石を粉砕することなく、篩を用いて篩い分けし、篩上は焼結鉱用原料の鉄源として使用し、篩下をフェロコークス用原料の鉄源として使用することで、鉄鉱石を所定粒径以下となるまで粉砕することに比べて低コストで、フェロコークス製造に好適な所定粒径以下の鉄鉱石を得ることができることを見出した。また、篩上を焼結鉱原料として有効に利用することで、以下で説明するように焼結鉱を製造する際の通気性の問題を改善できるという優れた効果を有するものである。また、鉄鉱石が塊鉱石の場合等、粉砕工程が必要であり、粉砕後に篩い分けを行なう場合であっても、焼結鉱用原料とフェロコークス用原料との粉砕工程と兼ねて粉砕を実施することができるので、この点でも製造コストが低下する効果がある。

高炉において製鉄用原料として用いる焼結鉱を製造するにあたっては、鉄鉱石、粉コークス、石灰石および焼結機の破砕篩分装置で発生する返鉱とを主原料とし、これらの原料を一次破砕および二次ミキサーにて、混合、調湿、粒状化し、焼結配合原料とし、サージホッパーより焼結機のパレットに装入する。一方、焼結パレットのグレート上には通気性の確保ならびにグレートへの融着防止を目的として、整粒された焼結鉱を床敷として用い、床敷層を形成せしめ、その上に通常の焼結配合原料を装入する。次いで焼結パレット上に配合原料により形成された焼結原料層は、点火炉のバーナーによって点火され、焼結原料層上部より下向きに順次焼結される。焼結用空気は焼結排風機により焼結原料層表面より下向きに吸引され焼結燃焼ガスとなり、除塵後大気中に排煙される。焼結を完了した焼結原料層は、クラッシャーで破砕後クーラー冷却し、多段のスクリーンで篩い分けし、各スクリーンの篩上を高炉用焼結鉱とし、最終スクリーンの篩下である小粒径のものは返鉱とし、返鉱原料ホッパーに送鉱し、再度焼結原料に用いている。以上のようにして焼結鉱を製造する際に、微粉原料が増加すると、焼結原料層の通気性が悪化し焼結鉱の生産性が低下する。したがって、比較的粗粒の鉄鉱石を焼結鉱原料として用いることで、焼結機の焼結パレット上の焼結原料層の通気性を改善可能であり、鉄鉱石を篩い分けして篩下をフェロコークス原料とする際に、篩上を焼結鉱原料に用いることで、これを実現することができる。

また本発明では、りんを０．０８ｍａｓｓ％以上含有する鉄鉱石である高りん鉱石を原料に用いてフェロコークスおよび焼結鉱を製造することが重要である。りん（Ｐ）含有量の高い鉄鉱石を高炉原料として使用することは、製造される溶銑のＰ濃度を高め、脱燐処理の負荷を増大させることになるため、従来はほとんど使用されていなかった。しかし、良質な鉄鉱石の供給量が減少しつつあることから、高りん鉱石についても、焼結原料として相当量配合することが検討されつつある。本発明者らが各種鉱石の組成を検討したところ、高りん鉱石は他の鉱石に比較してアルミナが高く、また微粉の割合が多い特徴があることが分かった。さらに、その微粉の部分にアルミナが濃縮していることが分かった。例えば、通常の鉱石（一般的に焼結鉱の原料として用いられている製鉄所内でブレンドされた鉱石、以下「ブレンド鉱石」と言う。）では粒径０．０６３ｍｍ以下の質量割合が２１％程度であり、その部分のアルミナ含有量は全アルミナ含有量の２４％程度であるのに対し、高りん鉱石では、粒径０．０６３ｍｍ以下の質量割合が約２４％であり、その部分に全アルミナ含有量の４１％が濃縮していた。このようなアルミナが高く、また微粉の割合が多い高りん鉱石を焼結原料として用いた場合、焼結中の通気性悪化が大きく、焼結鉱の生産率や、歩留りが悪化し、焼結鉱の品質も低下する。しかし、本発明方法を用いて篩い分けにより高りん鉱石の微粉部分を除去して焼結原料として用いれば、上記の問題を解決することが可能である。一方で、篩い下であるアルミナが濃縮された微粉部分をフェロコークス原料として用いると、フェロコークス原料製造のための粉砕コストを削減できるだけでなく、製造されるフェロコークスの強度が向上する効果もある。したがって、高りん鉱石を効果的に焼結鉱原料およびフェロコークス原料として使用することができる。

篩い分けに用いる篩目は３ｍｍ以下とすることが好ましい。特に好ましくは、１ｍｍ〜３ｍｍである。一般に冶金用原料として用いるフェロコークスであれば、成型物のサイズは３〜９５ｃｍ³程度、特に好ましくは６〜６０ｃｍ³程度であり、原料である鉄鉱石は粒径が３ｍｍ以下であれば、十分な強度を有するフェロコークスが製造できる。また、焼結鉱原料として用いる鉄鉱石としては、粒径３ｍｍ未満の細粒のものを除去することで、焼結原料層の通気性を改善することができる。篩い分けの篩目をあまり大きく設定すると、製造されるフェロコークスの強度が低下し、また、篩目を小さく設定しすぎると、フェロコークス原料とする鉄鉱石の量が不足したり、焼結鉱製造の際の通気性の改善効果が低下するので、操業条件に合わせて、篩目は適宜調整することが望ましい。篩い効率を向上させるために、予め乾燥させた鉄鉱石を篩い分けすることが好ましい。現実的に篩い目を１ｍｍ未満として篩い分けを行なうには、鉱石を十分に乾燥させる必要があり、コスト高であるので、フェロコークスの強度を維持しながら、焼結鉱を製造する際の通気性を改善するためには篩目を１〜３ｍｍとすることが適当である。

フェロコークス原料中の鉄鉱石の粒度がフェロコークス品質に及ぼす影響を調べるために、フェロコークスの製造および品質評価を行なった。

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である鉄鉱石と石炭の調整を行なった。鉄鉱石は高りん鉱石を用いたが、焼結における通気性の比較の基準としてブレンド鉱石も用いた。ブレンド鉱石は、マラマンバ鉱石３０ｍａｓｓ％、南米ヘマタイト鉱石２０ｍａｓｓ％、豪州ヘマタイト鉱石３０ｍａｓｓ％、リモナイト鉱石２０ｍａｓｓ％で配合したものであり、高りん鉱石のりんの含有量は０．１ｍａｓｓ％であり、ブレンド鉱石のりんの含有量は０．０５ｍａｓｓ％であった。石炭はジョークラッシャーで粒径３ｍｍ以下（−３ｍｍ）に粉砕したものを使用し、この石炭に篩により所定粒径以上を除き全量を所定粒径以下に調整した鉄鉱石を混合した後、成型機により１８ｃｍ³の成型物を製造した。製造した成型物を熱処理炉で乾留してフェロコークスを得た。

製造したフェロコークスの品質評価はドラム試験機を用いて行った。ＪＩＳでは、１５０回転１５ｍｍ指数を使用することになっているが、フェロコークスは通常コークスと比較して密度が高いため体積破壊よりも表面破壊により破壊が進行する。そのため、１５０回転６ｍｍ指数（ＤＩ１５０／６）を用いて強度評価を行った。

使用した高りん鉱石、ブレンド鉱石の整粒前（篩い分け前）の粒度分布（各粒度範囲における質量割合）、各粒度範囲におけるＡｌ₂Ｏ₃濃度、および全Ａｌ₂Ｏ₃量に対する各粒度範囲におけるＡｌ₂Ｏ₃濃度の割合を図１に示す。図１によれば、高りん鉱石とブレンド鉱石とを比較すると、粒度分布は高りん鉱石の方がやや細粒が多い傾向があるが、大きな違いは見られない。Ａｌ₂Ｏ₃濃度に関しては、高りん鉱石では６３μｍ以下にＡｌ₂Ｏ₃が濃縮されており、鉱石中に含まれるＡｌ₂Ｏ₃の内４１ｍａｓｓ％が６３μｍ以下の鉱石に含有されていた。

篩いにより所定粒径以上をカットして所定粒径以下に整粒した高りん鉱石を、フェロコークス原料全体の１０ｍａｓｓ％の割合で石炭と配合して製造されたフェロコークスのドラム強度の測定結果を図２に示す。横軸は篩い目を示し、例えば篩い目１ｍｍでのコークス強度は、粒径１ｍｍ以下の高りん鉱石を用いて製造されたフェロコークスの強度を表す。図２の左端の「篩い分けなし」は、高りん鉱石を篩にかけず粒度調整しない場合であり、この場合をベースとして比較すると、フェロコークスの強度は高りん鉱石の粒度調整をすることによってベース以上となり、篩い目を３ｍｍ以下とすることが効果的であることが分かる。更に、１ｍｍ以下の鉱石のみを使用したフェロコークスの強度は大幅に向上することが分かる。これは、乾留に伴い生成するフェロコークス中の気孔や亀裂といった欠陥構造が小さいためと推察される。

次に、高りん鉱石、ブレンド鉱石について、原料鉱石をそのまま用いた場合と、６０μｍ以下に篩整粒した残部である、粒径６０μｍ以上の鉄鉱石を用いた場合について、焼結機の通気性の確認を焼結鍋試験により行なった。焼結用原料を調整して、混合攪拌条件を統一して混合して焼結鍋試験装置に充填して焼結原料層を形成し、着火直後の焼結原料層の通気性指数ＪＰＵを測定した。焼結鍋試験に使用した焼結用原料は、鉄鉱石６6．8ｍａｓｓ％、返鉱１６．７ｍａｓｓ％、石灰石１２．９ｍａｓｓ％、生石灰１．９ｍａｓｓ％、珪石１．０ｍａｓｓ％、蛇紋岩０．７ｍａｓｓ％の割合で配合した。

尚、焼結原料層の通気性指数ＪＰＵは、ボイスの式に準拠した下記計算式（ａ）より求められる値であり、ＪＰＵの値が高い程、通気性が良好であることを示している。

P＝Ｆ／Ａ（Ｈ／Ｓ）ⁿ・・・（ａ）
但し、Ｐ：通気度（ＪＰＵ）、Ａ：試料筒ロストル部断面積（ｃｍ²）、Ｆ：通過風量（ｄｌ／ｍｉｎ）、Ｈ：試料装入高さ（ｃｍ）、Ｓ：負圧（ｃｍＡｑ）、ｎ：０．６である。

焼結原料層の通気性指数ＪＰＵの測定結果を図３に示す。図３によれば、原料鉱石をそのまま用いた場合、高りん鉱石の方がＪＰＵの値が低く、通気性の悪いことがわかる。鉱石粒度分布に大きな違いが見られないため、アルミナ含有量の違いに起因していると推察される。６０μｍ以下をカットした６０μｍ篩い上の場合は、高りん鉱石、ブレンド鉱石ともにＪＰＵは向上したが、高りん鉱石では大幅にＪＰＵが向上し、改善率は高かった。６０μｍ以下の鉱石をカットしたことによってアルミナ含有量が大幅に低下したことが主原因であると考えられる。

次に、高りん鉱石を用いた際の、篩い目を変化させた場合のＪＰＵを測定した。各篩い目の篩い上鉱石を用いて、上記と同様にＪＰＵを測定した。結果を図４に示す。図４の左端の「ベース」は、高りん鉱石をそのまま用いた、篩にかけず粒度調整しない場合である。図４によれば、篩い目を大きくするに従い、ＪＰＵが高くなり通気性が改善することが分かった。篩い目を大きくすると焼結用原料に使用する鉱石粒径が大きくなるので、アルミナ含有率が低下するためと考えられる。

焼結原料層の通気性指数の測定結果と、フェロコークスの強度測定結果とから、高りん鉱石を篩い分け処理する場合、篩い目を３ｍｍ以下として、篩上を焼結用鉄源として配合すれば、焼結原料層通気性指数ＪＰＵが向上し、篩下をフェロコークス用原料とすればフェロコークスの強度向上が可能なことが分かった。

高りん鉱石、ブレンド鉱石の粒度分布、各粒度範囲のアルミナ濃度、各粒度範囲の全アルミナ含有量に対するアルミナ質量割合を示すグラフ。高りん鉱石含有フェロコークスの強度を示すグラフ。焼結原料層の通気性指数ＪＰＵの測定結果を示すグラフ。高りん鉱石篩い上鉱石の篩い目とＪＰＵの関係を示すグラフ。

Claims

りんを０．０８ｍａｓｓ％以上含有する鉄鉱石である高りん鉱石を原料に用いてフェロコークスおよび焼結鉱を製造する際に、前記高りん鉱石を篩い分けして、篩下である小粒径の高りん鉱石をフェロコークス原料とし、篩上である大粒径の高りん鉱石を焼結鉱原料として用いることを特徴とするフェロコークスおよび焼結鉱の製造方法。
篩い分けに用いる篩目が３ｍｍ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および焼結鉱の製造方法。