JP5011956B2

JP5011956B2 - フェロコークスおよび焼結鉱の製造方法

Info

Publication number: JP5011956B2
Application number: JP2006294142A
Authority: JP
Inventors: 孝思庵屋敷; 泉下山; 秀明佐藤; 喜代志深田; 英和藤本; 広行角; 哲也山本
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2026-10-30
Also published as: JP2007169603A

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）フェロコークスおよび焼結鉱の原料である鉄鉱石を篩い分けして、篩下である小粒径の鉄鉱石をフェロコークス原料とし、篩上である大粒径の鉄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、粉砕工程を有する場合には、フェロコークス用原料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、石灰石ならびに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。

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。

フェロコークス原料中の鉄鉱石の粒度および鉄鉱石の割合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の調整を行ない、石炭と鉄鉱石の配合割合および鉄鉱石の種類（鉄鉱石Ａ、Ｂの２種類）を変更し、各種の原料を調整した。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、粒径３ｍｍ以上の鉄鉱石をロールミルで粉砕して全量を粒径３ｍｍ以下（−３ｍｍ）に調整した鉄鉱石（粉砕整粒）、または、篩により粒径３ｍｍ以上を除き全量を粒径３ｍｍ以下（−３ｍｍ）に調整した鉄鉱石（篩整粒）を、配合割合を変化させて加えて混合した後、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。尚、フェロコークスの目標強度を１５０回転６ｍｍ指数で８２と設定した。

フェロコークス用原料として使用した鉄鉱石Ａ、鉄鉱石Ｂの整粒前の粒度分布を図１、２に示す。これらの鉄鉱石を、粉砕整粒または篩整粒したものを、フェロコークス原料全体の１０ｍａｓｓ％、または３０ｍａｓｓ％の割合で石炭と配合した場合の、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３に示す。

図３によれば、鉄鉱石を機械的に粉砕し−３ｍｍに整粒した粉砕整粒による原料を用いて製造したフェロコークスと、篩により−３ｍｍに整粒した篩整粒による原料を用いて製造したフェロコークスの強度は同じレベルであることが分かる。したがって、粉砕処理を行なわずに、本発明方法を用いて鉄鉱石を篩い分けして、篩下である小粒径の鉄鉱石をフェロコークス原料とする場合も、従来と同等の強度を有するフェロコークスを製造可能であることが示された。

次に、上記の鉄鉱石Ａ、鉄鉱石Ｂについて、原料鉱石をそのまま用いた場合と、上記で−３ｍｍに篩整粒した残部である、粒径３ｍｍ以上（＋３ｍｍ）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。表１に焼結鍋試験に使用した原料の配合を示す。

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４に示す。図４によれば、比較例である篩分処理を行なわなかった場合（篩分処理：無）に比べて、本発明例である篩い分け処理を行ない、＋３ｍｍの篩上を焼結用鉄源として配合した場合（篩分処理：有）には、焼結原料層通気性指数ＪＰＵが向上し、篩い分け処理により小粒径の鉄鉱石を含まない場合に焼結原料層の通気性が向上することが分かった。

鉄鉱石Ａの整粒前の粒度分布を示すグラフ。鉄鉱石Ｂの整粒前の粒度分布を示すグラフ。鉱石種、整粒方法、配合量を変化させ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。

Claims

フェロコークスおよび焼結鉱の原料である鉄鉱石を篩い分けして、篩下である小粒径の鉄鉱石をフェロコークス原料とし、篩上である大粒径の鉄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。