JP5017969B2 - 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 - Google Patents

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。

石炭と鉄鉱石とを混合して成型した成型物を乾留して製造されるフェロコークスは、鉄鉱石が一部還元されていると同時に、鉄鉱石の触媒効果でコークスの反応性を高めることができ、焼結鉱、塊鉱石、ペレット等ともに高炉原料として使用するのに有効である。

一方で、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）。この方法はすなわち、シャフト炉を用いたフェロコークスの製造方法である。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際にはバインダーを添加する必要がある。
特開平６−６５５７９号公報

しかし、シャフト炉を用いてフェロコークスを製造する際にも、使用する石炭の粘結性が高い場合にはシャフト炉内でフェロコークス原料成型物が軟化融着し、シャフト炉操業が困難になる場合がある。一方で粘結性のない、無煙炭、半無煙炭をフェロコークス原料とすると、フェロコークスの強度が低下する場合があり問題である。

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、フェロコークス原料成型物が軟化融着することがなく、しかも製造されるフェロコークスの強度が従来のフェロコークスよりも低下することのない、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）、石炭と鉄鉱石とを混合し、成型して成型物を製造するフェロコークス原料成型物の製造方法であって、前記石炭が揮発分１８ｍａｓｓ％以下の半無煙炭および／または無煙炭と、揮発分１８ｍａｓｓ％超の軟化溶融を示す石炭とを混合した配合炭であり、前記半無煙炭および／または無煙炭の平均粒径が、前記軟化溶融を示す石炭の平均粒径の３〜５倍であることを特徴とするフェロコークス原料成型物の製造方法。
（２）、上記（１）に記載のフェロコークス原料成型物の製造方法によって製造されたフェロコークス原料成型物を乾留してフェロコークスを製造することを特徴とするフェロコークスの製造方法。

本発明によれば、フェロコークス原料成型物の軟化融着や割れの発生を抑制できる。また、フェロコークス原料として無煙炭、半無煙炭を用いても、製造されるフェロコークスの強度を従来以上とすることができる。

フェロコークスは石炭および鉄鉱石の成型物を成型し、該成型物中の石炭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混合して成型物を成型し、該成型物を乾留する方法を用いるが、フェロコークス原料として、軟化溶融し難い石炭と、軟化溶融を示す石炭とを混合した配合炭を用いることを特徴とする。石炭および鉄鉱石は、必要に応じてバインダーとともに混合して、成型物を成型することができる。また、成型物の成型は、冷間または熱間において行なうことができる。

通常のフェロコークス原料には、軟化溶融を示す石炭を用いるが、本発明では軟化溶融し難い石炭を用いてフェロコークスを製造する。軟化溶融し難い石炭とは、石炭化度の高い半無煙炭および／または無煙炭であり、半無煙炭および／または無煙炭は揮発分を１８ｍａｓｓ％以下含有する石炭とする。軟化溶融を示す石炭とは、揮発分の含有率が１８ｍａｓｓ％超の石炭とする。

揮発分１８ｍａｓｓ％以下の半無煙炭および／または無煙炭（以下、「軟化溶融しない石炭」と記載する。）と、揮発分１８ｍａｓｓ％超の軟化溶融を示す石炭（以下、「軟化溶融する石炭」と記載する。）との混合量は、使用する石炭の品種に応じて適宜調整することが好ましい。石炭全体における軟化溶融しない石炭の配合量を５０ｍａｓｓ％以上とすると、十分にフェロコークス原料成型物の融着を抑制することができる。

しかし一方で、「軟化溶融しない石炭」の配合割合が増加すると、「軟化溶融しない石炭」粒子間の界面で割れが発生しやすく、フェロコークスの強度が低下する場合がある。そこで本発明では、フェロコークス原料成型物内部において、軟化溶融しない石炭の表面に軟化溶融する石炭を配置させる構造をとることによって、乾留後フェロコークスの強度を維持・向上させることができる。軟化溶融しない石炭の表面に軟化溶融する石炭を配置させる構造とは、軟化溶融しない石炭の粒径を大、軟化溶融する石炭の粒径を小として、軟化溶融しない石炭の表面を軟化溶融する石炭の小粒子で被覆するような構造である。軟化溶融しない石炭に対して軟化溶融する石炭の粒径を小さくすることで、軟化溶融しない石炭の周辺に軟化溶融する石炭が被覆される構造となり、成型物強度が高くなる。ただし、軟化溶融する石炭があまりに細かすぎると、粒子群の表面積が大きくなり、フェロコークス原料の成型時にバインダーが不足すると、フェロコークス原料成型物の強度が低下するため、フェロコークス原料成型物を乾留したフェロコークスの強度が低下すると考えられる。このため、軟化溶融しない石炭の平均粒径を、軟化溶融する石炭の平均粒径の２倍以上とすることが好ましく、３〜５倍とすることが特に好ましい。尚、平均粒径は質量規準で求めるものとする。

石炭Ａ〜Ｄを用いてフェロコークス原料成型物を製造した。石炭Ａ〜Ｄの性状を表１に示す。

表１においては各石炭の性状として、工業分析結果（水分（ｍａｓｓ％）、灰分（ｍａｓｓ％）、揮発分（ｍａｓｓ％）、全硫黄量（ｍａｓｓ％））、ボタン指数（−）、ギーセラー流動度（軟化開始温度（℃）、最高流動温度（℃）、再固化温度（℃）、最高流動度（ｄｄｐｍ））、平均最大反射率（％）、全イナート量（ｍａｓｓ％）を示しているが、これより石炭Ａが揮発分１８ｍａｓｓ％超の軟化溶融を示す石炭（軟化溶融する石炭）であり、石炭Ｂ〜Ｅが揮発分１８ｍａｓｓ％以下の半無煙炭（軟化溶融しない石炭）である。

バインダー（アスファルトピッチと軟ピッチの混合物）を５ｍａｓｓ％添加して石炭と鉱石とを混合し、冷間成型して成型物を製造した。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。石炭の粒度は、全量を３ｍｍ以下（−３ｍｍ）に粉砕したものを用いた。成型物は、石炭と鉄鉱石の混合物（７：３の質量比率）にバインダーを添加し、ミキサーで攪拌後、線圧５ｔ/ｃｍ、成型温度２５℃で６ｃｃのブリケットを成型した。このブリケットを専用の乾留炉であるシャフト炉で加熱して石炭を乾留し、フェロコークスを製造した。石炭Ａまたは石炭Ｂを用いて製造されたフェロコークスの外観写真を図１に示す。図１（ａ）の、石炭Ａに鉱石を添加した成型物を用いた場合は、フェロコークス同士が融着して、塊成化していた。一方で、図１（ｂ）のように石炭Ｂを用いた成型物で製造されたフェロコークスは、フェロコークス１つ１つが良好に分離することがわかった。石炭Ａのように融着が激しい場合は、シャフト炉内で成型物が軟化融着し、シャフト炉操業が困難になる恐れがある。

図２に、石炭Ａに対して、石炭Ｂ〜Ｄを１対１の割合で配合した２銘柄配合の石炭を用いてフェロコークスを製造した場合の、フェロコークス外観写真を示す。融着の激しい石炭Ａを用いた場合でも、揮発分が低い軟化溶融しない石炭を混合することで、フェロコークス同士の融着が起こらないことが明確になった。

次に、軟化溶融する石炭Ａと、軟化溶融しない石炭Ｂの配合比率を７対３、６対４、５対５、４対６で変更した場合のフェロコークスの外観写真を図３に示す。石炭Ａ／石炭Ｂ比率が７／３や６／４の場合、多少の融着が認められるが、石炭Ｂの比率を増加させると融着が認められなかった。揮発分の低い軟化溶融しない石炭の配合比率を調整することでフェロコークスの融着を制御することが可能なことが分かった。

次に、フェロコークスの融着性に及ぼす軟化溶融する石炭性状の影響を調べた。原料石炭として、最高流動度は２０ｄｄｐｍで等しいが、平均最大反射率（Ｒｏ）が０.７、１．０、１．５％の３種類の異なる銘柄の軟化溶融する石炭を用い、それぞれについて軟化溶融しない石炭Ｂ（半無煙炭）を配合割合（配合率）を変化させて配合して上記と同様にして成型物を製造し、乾留したときのフェロコークス融着性を評価した。結果を図４に示す。融着性は、融着したフェロコークスの質量割合である融着率で評価した。軟化溶融する石炭の平均最大反射率を変化させても、石炭Ｂ（半無煙炭）の添加率が０のときは融着が激しく、平均最大反射率（Ｒｏ）が１．５％の石炭では、融着率が６８ｍａｓｓ％であった。各銘柄とも石炭Ｂ（半無煙炭）の配合率を増加させると融着率は大幅に低下し、平均最大反射率（Ｒｏ）が０.７％、１．０％、１．５％の場合それぞれについて、石炭Ｂ（半無煙炭）の配合率が５０ｍａｓｓ％、５７ｍａｓｓ％、７２ｍａｓｓ％で融着がなくなった。

図５に石炭Ａと石炭Ｂの粉砕粒径を変化させて成型物を製造し、成型物から製造したフェロコークスの強度試験を行った際の、コークス強度の変化を示す。コークスの強度はＪＩＳドラムで１５０回転の６ｍｍ指数（ＤＩ１５０／６）で評価した。石炭Ａの平均粒径を３、４、５ｍｍと変化させ、石炭Ｂと石炭Ａとの平均粒径の比（石炭Ｂ／石炭Ａ）を０〜８で変化させた。平均粒径は、各粒径の石炭の質量分布から求めた。平均粒径で石炭Ｂ／石炭Ａが３〜５となるように粒径を調整することでフェロコークス強度が高くなることが分かった。石炭Ｂに対して石炭Ａの粒径が小さくなると、強度が高くなるが、石炭Ａが細かくなりすぎると、フェロコークス原料成型物の強度が低下し、フェロコークス原料成型物を乾留したフェロコークスの強度が低下した。

（ａ）石炭Ａを用いた成型物で製造されたフェロコークスの外観写真、（ｂ）石炭Ｂを用いた成型物で製造されたフェロコークスの外観写真。 （ａ）石炭Ａに対して、石炭Ｂを１対１の割合で配合した石炭を用いて製造したフェロコークス外観写真、（ｂ）石炭Ａに対して、石炭Ｃを１対１の割合で配合した石炭を用いて製造したフェロコークス外観写真、（ｃ）石炭Ａに対して、石炭Ｄを１対１の割合で配合した石炭を用いて製造したフェロコークス外観写真。 石炭Ａと石炭Ｂの配合比率を変更した場合のフェロコークスの外観写真。（ａ）７対３、（ｂ）６対４、（ｃ）５対５、（ｄ）４対６。 フェロコークスの融着性に及ぼす軟化溶融する石炭性状の影響を示すグラフ。 石炭Ａと石炭Ｂの粒径を変化させて製造したフェロコークスの強度変化を示すグラフ。

Claims (2)

1. 石炭と鉄鉱石とを混合し、成型して成型物を製造するフェロコークス原料成型物の製造方法であって、
   前記石炭が揮発分１８ｍａｓｓ％以下の半無煙炭および／または無煙炭と、揮発分１８ｍａｓｓ％超の軟化溶融を示す石炭とを混合した配合炭であり、前記半無煙炭および／または無煙炭の平均粒径が、前記軟化溶融を示す石炭の平均粒径の３〜５倍であることを特徴とするフェロコークス原料成型物の製造方法。
2. 請求項１に記載のフェロコークス原料成型物の製造方法によって製造されたフェロコークス原料成型物を乾留してフェロコークスを製造することを特徴とするフェロコークスの製造方法。