JP5017966B2

JP5017966B2 - フェロコークスの製造方法

Info

Publication number: JP5017966B2
Application number: JP2006233964A
Authority: JP
Inventors: 英和藤本; 泉下山; 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: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2026-08-30
Also published as: JP2008056777A

Description

本発明は、石炭と鉄鉱石との混合物を成型して製造するフェロコークス原料成型物およびフェロコークス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）。
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

熱間の状態で石炭と鉄鉱石との混合物を成型するには、粘結性の高い石炭を使用する必要があり、また、加熱しながらの成型となるため、発生ガスの影響で成型が困難となる。従って、粘結性の高い石炭だけでなく通常の石炭を用いても、石炭と鉄鉱石との混合物を成型できる方法としては、冷間で成型を行い、バインダーの使用量を大幅に削減することが望ましいと考えられる。しかし、冷間で成型を行い、単純にバインダーの使用量を削減すると、成型物の強度および該成型物から製造されるフェロコークスの強度が低下するという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、少量のバインダー使用であっても石炭と鉄鉱石との混合物の冷間成型物の強度および、該成型物から製造されるフェロコークスの強度を維持することが可能な、フェロコークス原料成型物および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）、石炭と鉄鉱石とバインダーとを混合し、冷間で成型して成型物を製造し、次いで当該成型物をシャフト炉で乾留してフェロコークスを製造するフェロコークスの製造方法であって、前記鉄鉱石としてペレットフィードを用い、前記バインダーとして軟ピッチを用い、前記石炭と前記ペレットフィードと前記軟ピッチとを加熱しながら混合し、前記軟ピッチの添加率が、前記石炭と前記ペレットフィードの混合物に対して１．５ｍａｓｓ％以上３ｍａｓｓ％以下であることを特徴とするフェロコークスの製造方法。
（２）、石炭と前記ペレットフィードとを混合し、該混合物にバインダーとして軟ピッチを加熱混合する際に、前記軟ピッチの粘度を５０〜６００ｃＰに調整することを特徴とする上記（１）に記載のフェロコークスの製造方法。
（３）、前記軟ピッチを、石炭と前記ペレットフィードとの混合物に混合する際の混合温度を７０〜１５０℃とすることを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載のフェロコークスの製造方法。

本発明によれば、バインダーの添加量を削減しながら成型物の強度を維持することが可能な、石炭と鉄鉱石との混合物の冷間成型方法を提供できる。これにより低コストでフェロコークスを製造することができる。

フェロコークスは石炭および鉄鉱石の成型物を成型し、該成型物を乾留して得られるものである。シャフト炉等を用いてフェロコークスを製造するために、本発明においては石炭および鉄鉱石をバインダーとともに混合して、冷間において成型物を成型し、該成型物を乾留する方法を用いるが、冷間での成型において、成型物におけるバインダーの使用量を減らすために、バインダーとして軟化点が１００℃以下の有機バインダーを用いることを特徴としている。

軟化点が１００℃以下という、軟化点の低いバインダーを用いることで、熱間での成型によらなくても、バインダーと石炭および鉄鉱石とを十分に混合することが可能であり、高強度を有する成型物を製造できる。また、石炭および鉄鉱石との混合時のバインダーの粘度を適度に高めることができるため、石炭と鉄鉱石との混合時に、石炭の粒子の細孔部にバインダーが浸透し難く、粒子表面にバインダーが十分塗布される。これにより粒子間の接着強度を維持しながら、バインダーの使用量を減らすことができる。バインダーとして無機バインダーを用いる場合、無機バインダーは成型物の乾留の際に軟化溶融せず、石炭との濡れ性も悪いため、無機バインダー周辺で亀裂が発生し、フェロコークスの強度が低下する。また、無機バインダーはスラグ化する点でも好ましくなく、バインダーとしては有機バインダーを用いるものとする。

軟化点が１００℃以下の有機バインダーとしては、軟ピッチ（ＳＯＰ：軟化点４０℃）、中ピッチ（軟化点７０〜８５℃）、タール、石炭の溶媒抽出材、ＰＤＡ（プロパン脱瀝アスファルト）、ポリビニルアルコール、でんぷんなどの水溶性有機バインダー、廃油や廃液等を用いることができる。

冷間での成型とは、室温での成型であり、成型の際に加熱工程を有さない成型方法である。

石炭と鉄鉱石とを混合し、該混合物にバインダーを混合する際に、バインダーの粘度を５０〜６００ｃＰに調整することが好ましい。バインダーの粘度が６００ｃＰを超えると、石炭と鉄鉱石の混合物表面にバインダーが十分に広がらないため成型物の強度が低下する傾向がある。一方で、バインダーの粘度が５０ｃＰ未満であると、石炭粒子内部への浸透が大きくなるため、バインダー量を少なくすると成型物の強度が低下する。

バインダーの粘度を５０〜６００ｃＰとするためには、バインダーを、石炭と鉄鉱石との混合物に混合する際の混合温度を７０〜１５０℃として調整することが好ましい。したがってバインダーを７０〜１５０℃に加熱して溶解させた状態で、石炭と鉄鉱石との混合物に混合することが好ましい。石炭と鉄鉱石との混合物も、あらかじめ７０〜１５０℃に加熱しておくことが好ましい。

上記のようにして製造した成型物を乾留してフェロコークスを製造すると、バインダー量が少量であっても、従来程度の強度を有するフェロコークスを製造することが可能となる。

以下に、軟化点の低いバインダーを用いてフェロコークスを製造する本発明の一実施形態を説明する。

フェロコークス原料の成型物は、石炭と鉄鉱石と軟化点の低いバインダーとを混合して製造する。石炭としては、粘結性の高い石炭であっても、粘結性の低い石炭であっても使用可能であり、半無煙炭、無煙炭等の一般炭に加え、膨潤炭やＳＲＣなどの溶剤処理炭を用いることもできる。粒径は３mm以下が８０ｍａｓｓ％程度とすることが好ましい。鉄鉱石としては、Ｆｅ₂Ｏ₃や、Ｆｅ₃Ｏ₄を主成分として含む鉄鉱石に加えて、ペレットフィード、酸化鉄を含有した還元鉄、鉄分含有スラッジ等を用いることができ、粒径は１００ミクロン以下とすることが好ましい。

まず、石炭と鉄鉱石とを所定の比率で混合し、混合物を製造する。混合にはミキサー等を用いることが好ましく、加熱しながら混合することが望ましい。加熱する場合の加熱温度は１５０℃程度とすることが一般的であるが、本発明では軟化点の低いバインダーを用いて、バインダーの粘度を５０〜６００ｃＰとするために、バインダーを、石炭と鉄鉱石との混合物に混合する際の混合温度を７０〜１５０℃とする。混合温度を７０〜１５０℃とするためには、石炭と鉄鉱石との混合物の温度、またはバインダー温度、または混合物温度とバインダー温度との両方を、７０〜１５０℃とする。混合物温度は上記のように混合時に加熱することで調整し、バインダー温度は事前に加熱して溶解させる際の温度として調整する。混合温度は、１００〜１４０℃とすることが、特に好ましい。

バインダーを、石炭と鉄鉱石との混合物に７０〜１５０℃で混合した後、攪拌し、室温で冷間成型して成型物を製造する。成型物は、例えば体積５〜１００ｃｃのマセック型とすることができる。

成型した成型物は、フェロコークス原料成型物として、シャフト炉等で乾留して、フェロコークスを製造する。

軟化点の低いバインダーとして軟ピッチ（ＳＯＰ）またはタールを用い、それぞれが石炭と鉄鉱石との成型物強度に及ぼす影響を評価した。試験に用いた石炭は３種類で、平均最大反射率０．７％、１．０％、１．７％のものを用いた。鉄鉱石には粒径１００ミクロン以下（−１００ミクロン）のペレットフィードを用いた。石炭と鉄鉱石との成型手順は以下の通りである。石炭と鉄鉱石の混合物（７：３の比率）をミキサー内で設定温度まで加熱攪拌した。軟化点の低いバインダーを事前に、上記のミキサーでの設定温度を溶解温度として加熱して溶解させておき、石炭と鉄鉱石の混合物に溶解させたバインダーを添加して２分間攪拌した後、排出した。バインダー添加率は石炭と鉄鉱石の混合物に対して３ｍａｓｓ％とした。次に、線圧５ｔ／ｃｍ、成型温度２５℃のもとで冷間成型した。成型物の大きさを６ｃｃとした。バインダーを添加しない成型物も、比較のために成型した。

バインダーの溶解温度を１４０℃として、成型物を製造し、強度を測定した。３種の石炭を用いた際の、各成型物（ＳＯＰ添加、タール添加、バインダー無添加）の強度を図１に示す。成型物の強度はＪＩＳドラムで５回転の６ｍｍ指数によるドラム指数（ＤＩ５／６）で評価した。図１によれば、バインダー無添加に対してＳＯＰまたはタールを添加すると成型物のドラム指数が上昇し、強度が上昇したことが分かる。

次に、使用したバインダーの粘度の温度依存性を図２に示す。図２によれば、ＳＯＰ、タールともに温度が上昇するに従い、急激に粘度が低下することがわかる。バインダーの機能が十分に発揮されるには、石炭と鉄鉱石の混合物表面に十分にバインダーが塗布される必要があり、バインダーが粒子内部に浸透するとバインダーの機能が発揮されないと考えられる。

バインダー温度と成型物強度の関係を調べるために、平均最大反射率１．０％の石炭について、バインダー溶解温度を変えた場合の成型物強度を測定した。結果を図３に示す。ＳＯＰ、タールともに成型物強度が溶解温度に対して極大値を有することがわかる。両バインダーとも溶解温度が高いと粘度が低くなり、粒子内部への浸透が大きくなったためと考えられる。また、溶解温度が低い場合、粘度が高いために石炭と鉄鉱石の混合物表面にバインダーが十分に広がらなかったためと考えられる。図２の結果と対比させると、バインダー粘度として５０〜６００ｃＰに調整すると成型物強度を向上させる効果が大きいことがわかった。

さらに、ＳＯＰの溶解温度を１００℃とした場合のＳＯＰ添加率と成型物強度との関係を測定した。結果を図４に示す。図４には、溶解温度１４０℃の場合（ＳＯＰ添加率３ｍａｓｓ％）の結果も記載した。石炭の品位は平均最大反射率で１．０％のものを用いた。溶解温度が１００℃では、ＳＯＰの添加率を３ｍａｓｓ％とすると成型物強度は７５となり、溶解温度１４０℃の場合に比べて大幅に強度が上昇した。ＳＯＰの添加率を減少させるに従い成型物強度は低下したが、溶解温度１００℃／添加率１．５ｍａｓｓ％での成型物強度は、溶解温度１４０℃／添加率３ｍａｓｓ％の場合とほぼ同じであった。ＳＯＰの溶解温度を低下させて粘性を高めることにより、少ないＳＯＰの添加率で成型物の強度を維持できることが分かった。

成型物強度に及ぼすバインダー添加の影響を示すグラフ。バインダーの粘度の温度依存性を示すグラフ。成型物強度に及ぼすバインダー溶解温度の影響を示すグラフ。成型物強度に及ぼすバインダー溶解温度と添加量の影響を示すグラフ。

Claims

石炭と鉄鉱石とバインダーとを混合し、冷間で成型して成型物を製造し、次いで当該成型物をシャフト炉で乾留してフェロコークスを製造するフェロコークスの製造方法であって、
前記鉄鉱石としてペレットフィードを用い、前記バインダーとして軟ピッチを用い、前記石炭と前記ペレットフィードと前記軟ピッチとを加熱しながら混合し、
前記軟ピッチの添加率が、前記石炭と前記ペレットフィードの混合物に対して１．５ｍａｓｓ％以上３ｍａｓｓ％以下であることを特徴とするフェロコークスの製造方法。
石炭と前記ペレットフィードとを混合し、該混合物にバインダーとして軟ピッチを加熱混合する際に、前記軟ピッチの粘度を５０〜６００ｃＰに調整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。
前記軟ピッチを、石炭と前記ペレットフィードとの混合物に混合する際の混合温度を７０〜１５０℃とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフェロコークスの製造方法。