JP5017967B2

JP5017967B2 - フェロコークスの製造方法

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Publication number: JP5017967B2
Application number: JP2006233965A
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: JP2008056778A

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およびアスファルトピッチを用いて、前記石炭と前記ペレットフィードと前記軟ピッチと前記アスファルトピッチとを加熱状態で混合し、前記アスファルトピッチの添加率が、前記石炭と前記ペレットフィードとの混合物に対して１ｍａｓｓ％以上２ｍａｓｓ％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）、前記アスファルトピッチの添加率が、前記石炭と前記ペレットフィードとの混合物に対して１．５ｍａｓｓ％以上２ｍａｓｓ％以下であり、前記軟ピッチおよび前記アスファルトピッチを混合し、前記アスファルトピッチを膨潤および／または溶解させた後に、前記石炭と前記ペレットフィードとに混合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。

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の高い有機バインダーと軟化点の低い有機バインダーとを混合して用いることを特徴としている。高軟化点有機バインダーと低軟化点有機バインダーとが混合されることで、高軟化点有機バインダーが膨潤および／または溶解し、成形物が高強度化する。石炭および鉄鉱石との混合前に、高軟化点有機バインダーと低軟化点有機バインダーとをあらかじめ混合することで、高軟化点有機バインダーを十分に膨潤および溶解させることができ、バインダー機能が向上する。このようにして製造した成型物は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ものが製造でき、この成型物を乾留してフェロコークスを製造すると、低コストで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。

軟化点が１００℃超の有機バインダー（高軟化点有機バインダー）としては、アスファルトピッチ（ＡＳＰ）、固形ピッチ、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、溶媒抽出材等を用いることができる。

軟化点が１００℃以下の有機バインダー（低軟化点有機バインダー）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。

尚、バインダーとして無機バインダーを用いると、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。

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。

以下に、高軟化点有機バインダーと低軟化点有機バインダーと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。

バインダーとして高軟化点有機バインダーと低軟化点有機バインダーとを用いる場合、まず粉砕した高軟化点有機バインダーを、石炭と鉄鉱石と混合し、その後低軟化点有機バインダーを混合することができる。粉砕した高軟化点有機バインダーは石炭と鉄鉱石と固体として混合することができる。高軟化点有機バインダーの混合は、石炭と鉄鉱石とを混合後に行なうことも、石炭と鉄鉱石との混合と同時に行なうこともできる。石炭と鉄鉱石と高軟化点有機バインダーとを混合後、加熱状態で低軟化点有機バインダーを混合する。石炭と鉄鉱石と高軟化点有機バインダーの混合物、または低軟化点有機バインダー、またはその両方を７０〜１５０℃程度に加熱して、混合することが好ましい。

より好ましい方法として、あらかじめ高軟化点有機バインダーと低軟化点有機バインダーとを混合し、バインダー混合物を石炭と鉄鉱石との混合物に混合する。粉砕した高軟化点有機バインダーと低軟化点有機バインダーを加熱混合して、高軟化点有機バインダーを十分に膨潤および／または溶解させて、バインダーの粘度を高めた後に、石炭と鉄鉱石との混合物と混合する。加熱温度は、７０〜１５０℃とすることが好ましい。石炭と鉄鉱石とはバインダーと同程度の温度まで、加熱混合しておくことが好ましい。バインダー混合物を用いることで、成型物の強度がさらに向上する。

上記のようにして、バインダーを、石炭と鉄鉱石と混合した後、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。

軟化点の高い有機バインダーとしてアスファルトピッチ（ＡＳＰ）、軟化点の低い有機バインダーとして軟ピッチ（ＳＯＰ）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（配合炭）の品位は、平均最大反射率１．０５％、最高流動度２ｄｄｐｍである。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）にアスファルトピッチあるいは軟ピッチを添加し（アスファルトピッチは混合物の２ｍａｓｓ％、軟ピッチは混合物の３ｍａｓｓ％添加）、ミキサーで攪拌後（ミキサー内混合物温度１４０℃）、線圧５ｔ/ｃｍ、成型温度２５℃のもとで成型した。成型物の大きさを６ｃｃとした。成型物の強度を図１に示す。成型物の強度はＪＩＳドラムで５回転の６ｍｍ指数（ＤＩ５／６）で評価した。アスファルトピッチを単独で添加した場合、バインダー無添加の場合とほぼ同じ強度であったが、軟ピッチを単独に添加した場合ではドラム指数が上昇した。アスファルトピッチは軟化点が１８０℃であり、ミキサー内での混合時の温度が１４０℃であったため溶解せず、バインダーの機能が発揮できなかったためと考えられる。

次に、石炭と鉄鉱石との混合物にアスファルトピッチを２ｍａｓｓ％添加して、ミキサーで攪拌後（ミキサー内混合物温度１４０℃）、１４０℃で溶解した軟ピッチを３ｍａｓｓ％添加して混合したものを上記と同様にして成型した。成型物の強度を図１にＡＳＰ＋ＳＯＰとして併せて示す。アスファルトピッチおよび軟ピッチの両方を添加することで、成型物強度が大幅に上昇した。

また、アスファルトピッチと、軟化点の低い有機バインダーとして石炭タールを組み合わせたバインダーでも成型物強度は上昇した。加熱温度５０、９０℃でタールとアスファルトピッチとを撹拌して混合した場合の、粘度経時変化を測定した。結果を図２に示す。図２によれば、攪拌時間の増加とともに粘度が上昇していることがわかる。

さらに、アスファルトピッチ（ＡＳＰ）の添加率を１または２ｍａｓｓ％で変更して石炭と鉄鉱石とに混合した後、軟ピッチの添加率を３ｍａｓｓ％として添加して、上記と同様に成型物を製造した場合の成型物強度を測定した。成型物強度とＡＳＰの添加率の関係を図３に示す。アスファルトピッチの添加率を上昇させると成型物強度が上昇することが分かる。

軟ピッチあるいは石炭タールと、アスファルトピッチが混合すると、アスファルトピッチの一部が膨潤・溶解し、バインダーの粘性が上昇することで石炭、鉄鉱石の架橋が強くなったために成型物強度が上昇したと考えられる。

次にアスファルトピッチ（高軟化点有機バインダー）を軟ピッチ（低軟化点有機バインダー）に十分溶解させるために、アスファルトピッチと軟ピッチとを事前に１４０℃で溶解して混合してから石炭と鉄鉱石との混合物に添加して、上記と同様に成型物を製造した場合の成型物強度を測定した。前記の場合を「事前混合」とし、アスファルトピッチをあらかじめ石炭と鉄鉱石と混合し、その後軟ピッチを添加した場合を「別々に混合」として、成型物の強度を図４に併せて示す。

図４によれば、バインダーとしてアスファルトピッチと軟ピッチを使用する際、各々を分けて添加するより、十分混合してから添加する「事前混合」の方強度が高いことがわかる。事前に混合することによって、アスファルトピッチが十分に膨潤、溶解してバインダーの粘性が上昇するためと考えられる。

さらに、ＳＯＰとＡＳＰを同時に混合した際に、ＡＳＰの添加率を変化させて、成型物強度を測定した。結果を図５に示す。図５には、ＳＯＰとＡＳＰを別々に混合した場合の結果も記載した。石炭の品位は平均最大反射率１．０５％、最高流動度２ｄｄｐｍのものを用いた。ＳＯＰとＡＳＰを同時混合してもＡＳＰの添加率を減少させると成型物強度は大幅に低下したが、ＳＯＰとＡＳＰを別々に混合した場合のＡＳＰ添加率１．５ｍａｓｓ％での成型物強度は、ＳＯＰとＡＳＰを別々に混合した場合のＡＳＰ添加率２ｍａｓｓ％での強度とほぼ同じであった。ＳＯＰとＡＳＰを同時混合することで、少ないＡＳＰの添加率で成型物の強度を維持できることが分かった。

成型物の強度とバインダーの種類の関係を示すグラフ。ＡＳＰとタールの混合物の粘度変化を示すグラフ。成型物の強度とＡＳＰ添加率の関係を示すグラフ。成型物の強度とバインダー添加方法の関係を示すグラフ。成型物強度に及ぼすＳＯＰとＡＳＰの同時混合の効果を示すグラフ。

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およびアスファルトピッチを用いて、前記石炭と前記ペレットフィードと前記軟ピッチと前記アスファルトピッチとを加熱状態で混合し、
前記アスファルトピッチの添加率が、前記石炭と前記ペレットフィードとの混合物に対して１ｍａｓｓ％以上２ｍａｓｓ％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。
前記アスファルトピッチの添加率が、前記石炭と前記ペレットフィードとの混合物に対して１．５ｍａｓｓ％以上２ｍａｓｓ％以下であり、
前記軟ピッチおよび前記アスファルトピッチを混合し、前記アスファルトピッチを膨潤および／または溶解させた後に、前記石炭と前記ペレットフィードとに混合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。