JP5381478B2 - 高炉への原料装入方法 - Google Patents

Description

本発明は、石炭と鉄鉱石との混合物を成型、乾留して製造するフェロコークスと、室炉コークスの双方を高炉原料として使用する際の、高炉への原料装入方法に関する。なお、室炉コークスとは石炭を室炉式コークス炉で乾留して製造されるコークスである。

高炉の還元材比低下のためには、高炉原料としてフェロコークスを使用し、フェロコークスを用いることによる高炉の熱保存帯温度低下効果を利用する手法が有効である（例えば、特許文献１参照。）。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、高反応性のため焼結鉱の還元を促進するとともに、一部還元された鉄鉱石が含まれているので高炉の熱保存帯温度を下げることができ、還元材比を低下させることができる。

フェロコークスの製造に際し、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、低融点のファイア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、工業的に実施されていない。

一方、室炉式コークス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、竪型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。フェロコークスの製造においては、上記したように珪石煉瓦で構成された室炉コークス炉の使用が困難であるため、成型コークスと同様のシャモット煉瓦にて構成される竪型乾留炉を用いるのが望ましいと考えられる。

従って、フェロコークスは従来の室炉コークスとは異なる設備で製造されるが、フェロコークス製造においても排ガスは水素やメタンを含むため、従来のコークス炉ガスと同様に燃料として利用できる。また、従来のコークス炉と同様にタール類も生成するため、これらを処理する設備が必要となる。これらの排ガス、タールの処理を勘案すると、フェロコークス炉新設にあたっては既存の室炉コークス炉の付帯設備が共用できれば効率的であり、かつ設備費のコスト削減を図ることができる。従って、フェロコークス炉は既存の室炉コークス炉の近くに設置されることが望ましい。

一方、フェロコークスを高炉原料として使用する方法としては、特許文献１に開示されているように、焼結鉱とフェロコークスを混合して高炉内に装入し、室炉コークスは単独で高炉内に装入してコークス層を形成させる方法が挙げられる。したがって、室炉コークスとフェロコークスとは別ラインで高炉に搬送されることが望ましく、この際、単独で高炉内に装入される室炉コークスと、フェロコークスとは、分離された状態とするために、前者は高炉貯骸槽（コークス貯蔵ホッパー）、後者は高炉貯鉱槽（鉱石貯蔵ホッパー）等の異なるホッパー類から炉内に供給される必要がある。

ここで、現状の室炉コークスの高炉への搬送フローの一例を図３に示す。設備間の搬送はベルトコンベアによって行われる。高炉へ装入される室炉コークスは、鉱石と交互にコークス単独で高炉に装入される粒径の大きなコークス（以下、「塊コークス」と記載する。）と、塊コークスよりサイズが小さく、かつあるサイズ以上に粒度調整され、鉱石層に混合して使用するコークス（以下、「小塊コークス」と記載する。）とに大別される。塊コークスと小塊コークスの分離、小塊コークスの粒度調整は篩い分けによって行われる。図３に示した例では、コークス炉２で製造されるコークスは、コークス炉と高炉の間に設置された篩い分け設備３、貯骸槽４に設置された篩い５、ホッパー６に設置された篩い７によって塊コークスｂ、鉱石層へ混合する小塊コークスｃ、高炉で使用しない粉コークスａ、ｄに分離される。

フェロコークスを鉱石と混合して高炉原料として使用する場合、貯鉱槽を経由する等して鉱石類とともに高炉に装入される必要がある。貯鉱槽へフェロコークスを直接搬入するために、既存の室炉コークスとは独立したフェロコークス用の搬送ラインを新設すると、例えば図４に示すようなレイアウトとなる。先述したようにフェロコークス炉を既存の室炉コークス炉の近傍に設置した場合、既存のコークス搬送ラインと同等の距離の搬送ラインの新設が必要となり、その設備費がかかるという問題がある。フェロコークスのみをトラック等で輸送する方法も考えられるが、その場合は輸送能力の不足や、輸送コストが問題となる。

また、既存の室炉コークス搬送ラインを利用する場合、図５に示すように途中でダンパー等を用いた分岐設備１４を設置して、室炉コークスとフェロコークスを分離する手段が考えられる。そのためには室炉コークスとフェロコークスを同じライン上で、タイミングが重複しないようにして搬送する必要がある。この場合、室炉コークス、フェロコークス各々のコークス製造設備から搬送する際のスケジュール管理が複雑となるばかりでなく、生産量が多い状況では室炉コークスとフェロコークスとが搬送ライン上で重複しないタイミングが確保できない場合も想定される。

特開２００６−２８５９４号公報

上記のように、高炉原料としてフェロコークスと室炉コークスとを併用して用いる場合、フェロコークス専用の搬送設備を新設することはコスト高であるが、既存のコークス搬送設備をフェロコークスと室炉コークスとの兼用の設備として利用して、高炉に至る前に両者を分離して高炉への装入を行うことは困難である。

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、室炉コークスとフェロコークスとを高炉原料として併用し、室炉コークスの内の塊コークスはコークス単独層として高炉に装入し、室炉コークスの内の小塊コークスとフェロコークスとを鉱石に混合して鉱石層として高炉に装入する高炉操業を行う際に、既存の搬送設備を用いて室炉コークスとフェロコークスとを搬送することにより設備投資を抑制することを可能とする、高炉への原料装入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）室炉コークスとフェロコークスとを高炉原料として併用し、前記室炉コークスの内の塊コークスはコークス単独層として高炉に装入し、前記室炉コークスの内の小塊コークスと前記フェロコークスとを鉱石と混合して鉱石層として高炉に装入する高炉操業を行う際に、
前記フェロコークスの粒径を前記小塊コークスの粒径の範囲内として製造し、
前記フェロコークスと前記室炉コークスとを、同一の搬送設備を用いて搬送した後、
前記フェロコークスと前記室炉コークスとを篩い分けにより、篩い上を塊コークス、篩い下を小塊コークスおよびフェロコークスとして分離し、
該分離後の塊コークスをコークス単独層として、前記分離後の小塊コークスおよびフェロコークスを鉱石と混合して鉱石層として、高炉に装入することを特徴とする高炉への原料装入方法。
（２）磁力を用いて、篩い分けによる分離後の篩い下である小塊コークスとフェロコークスとを分離することを特徴とする（１）に記載の高炉への原料装入方法。

本発明によれば、フェロコークスの搬送設備を新たに建設する必要が無く、既存の搬送設備を用いて、室炉コークス（塊コークス）とフェロコークスとを分離した状態で高炉へ装入することが可能となる。

これにより低コストでフェロコークスを高炉原料として利用することができ、高炉の還元材比低減を促進できる。

本発明の一実施形態を示すコークス搬送系統概略図。 本発明の一実施形態を示すコークス搬送系統概略図（磁選処理有り）。 従来のコークス搬送系統概略図。 参考例のコークス搬送系統概略図（フェロコークス搬送ライン新設）。 参考例のコークス搬送系統概略図（フェロコークスを途中で分岐）。 本発明の実施例のコークス搬送系統、および篩い条件を示す図。 本発明の実施例のコークス搬送系統、および篩い条件を示す図（磁選処理有り）。

室炉コークスとフェロコークスとを高炉原料として併用し、室炉コークスの内の塊コークスはコークス単独層として高炉に装入し、室炉コークスの内の小塊コークスとフェロコークスとを鉱石に混合して鉱石層として高炉に装入する高炉操業を行う際に、フェロコークス炉と既存の室炉コークス炉とが近接立地するという前提で、既存の搬送設備を用いることでフェロコークスと室炉コークス各々の搬送ラインを共有化する方法について検討した。そして、篩いで分離する方法を見出し、本発明を完成した。

篩いで分離するための前提として、フェロコークスの粒径を小塊コークスの粒径の範囲内として製造する。フェロコークスはブリケットで成型したものを乾留して製造されるため粒径を任意に設定できる特徴がある。具体的には、フェロコークス粒径を、高炉ヘ単独で装入する塊コークスと小塊コークスとを分離する篩い目よりも小さく、かつ、小塊コークスと高炉へ装入しない粉コークスとを分離する篩い目よりも大きくすることである。フェロコークスを小塊コークスと同程度の大きさとして製造することにより、既存の設備を利用して、高炉ヘ単独で装入する塊コークスと、フェロコークスおよび小塊コークスとを分離することができる。フェロコークスと室炉コークスとを、同一の経路を経由してコークス炉〜高炉間に位置する篩い分け設備や、高炉貯骸槽に装入し、篩い分け設備や貯骸槽に付随する篩いで、篩い上の塊コークスと、篩い下の小塊コークスおよびフェロコークスとに分離し、分離された塊コークスは単独で、小塊コークスおよびフェロコークスは鉱石と混合して高炉で使用する。篩い下の小塊コークスおよびフェロコークスは、さらに篩い分けを行い、粉コークスを篩い下として分離除去することが好ましい。このような本発明の一実施形態のフローを図１に示す。

図１において、フェロコークス炉１で製造されたフェロコークスを既存の室炉コークスと同じ搬送ラインを用いて高炉貯骸槽４へ送っても、塊コークスと、小塊コークスおよびフェロコークスとを分離できる。フェロコークスを上記のように小塊コークスと同程度の大きさとして製造することで、フェロコークスは塊コークスや粉コークスとは分離される。図１の例では、小塊コークスｃおよびフェロコークスｅは鉱石系の装入ラインの貯鉱槽９に送られ、鉱石類（焼結鉱、塊鉱石）ｆとともに鉱石リザービングホッパー１３を経て、高炉に装入される。

一方で、フェロコークス中には製造過程で生成した金属鉄が含有されているため、磁力で選別できる特徴を持つ。従って、小塊コークスとフェロコークスとを分離する必要がある場合は、両者の混合物に磁選処理を施せば良い。このフローを図２に示す。

図２において、篩い５の篩い下、篩い７の篩い上として分離された小塊コークスとフェロコークスとは、磁選設備１５により小塊コークスｃとフェロコークスｅとに分離され、それぞれ高炉貯鉱槽１０、１１に送られる。

図６に示した搬送ラインおよび篩い条件により、フェロコークスと室炉コークスを併用して高炉に装入する操業試験を行った。フェロコークス炉１は既存の室炉コークス炉２、２の近傍に設置し、既存の室炉コークス搬送ラインに製品フェロコークスを合流させた。フェロコークスは、篩い設備３を経由して貯骸槽４に至る経路を室炉コークスと同じラインで搬送された。

フェロコークスは、石炭と鉱石の混合物をブリケットマシンで成型後、竪型シャフト炉であるフェロコークス炉１に装入し、乾留して製造され、その寸法は３０×２５×１８ｍｍの印籠型とした。また、フェロコークス中の鉄分は３０ｍａｓｓ%であった。貯骸槽４に設置した篩い５は３５ｍｍの篩い目であり、粒径３５ｍｍ以上の塊コークスｂはコークス秤量ホッパー１２を介して高炉ヘ装入される。粒径３５ｍｍ以下の小塊コークスおよびフェロコークスは、別のホッパー６に搬送され、篩い目８ｍｍの篩い７で篩われる。この篩い上のもの、すなわち粒径８〜３５ｍｍの粒度範囲に整粒された小塊コークスｃおよびフェロコークスｅが貯鉱槽９へ搬送され、鉱石リザービングホッパー１３を介して鉱石類ｆとともに高炉へ装入される。

図６の搬送ラインでの、フェロコークス使用前後の操業条件を表１に示す。

フェロコークス使用前は小塊コークスを鉱石と混合して使用していたが、フェロコークス使用後においてはフェロコークスを小塊コークスとともに鉱石と混合した。本発明の適用により、フェロコークス専用の搬送ラインを設置することなく、鉱石への混合が可能となり、還元材比低減を図ることができた。

実施例１に加えて、図７に示すように磁選設備１５を設置して、小塊コークスとフェロコークスの混合物に対して磁選処理を施し、小塊コークスｃは貯鉱槽１０に、フェロコークスｅは別の貯鉱槽１１に搬送した。この際も、小塊コークスｃおよびフェロコークスｅは鉱石リザービングホッパー１３を介して鉱石類とともに高炉へ装入される。フェロコークス使用前後の操業条件を表２に示す。

フェロコークス使用前は小塊コークスを鉱石と混合して使用していたが、フェロコークス使用後においてはフェロコークスと小塊コークスを別々に秤量し、それらを鉱石と混合した。本発明の適用により、フェロコークス専用の搬送ライン設置を最小限に抑えつつ、鉱石への混合が可能となり、還元材比低減を図ることができた。

１ フェロコークス炉
２ 室炉コークス炉
３ 篩い設備
４ 高炉貯骸槽
５ 高炉貯骸槽下篩い
６ コークスホッパー
７ コークスホッパー下篩い
８ 高炉貯鉱槽（鉱石類用）
９ 高炉貯鉱槽（フェロコークスおよび小塊コークス用）
１０ 高炉貯鉱槽（小塊コークス用）
１１ 高炉貯鉱槽（フェロコークス用）
１２ コークス秤量ホッパー
１３ 鉱石リザービングホッパー
１４ 分岐設備
１５ 磁選設備
ａ 粉コークス
ｂ 塊コークス
ｃ 小塊コークス
ｄ 粉コークス
ｅ フェロコークス
ｆ 鉱石類（焼結鉱、塊鉱）

Claims (2)

1. 室炉コークスとフェロコークスとを高炉原料として併用し、前記室炉コークスの内の塊コークスはコークス単独層として高炉に装入し、前記室炉コークスの内の小塊コークスと前記フェロコークスとを鉱石と混合して鉱石層として高炉に装入する高炉操業を行う際に、
   前記フェロコークスの粒径を前記小塊コークスの粒径の範囲内として製造し、
   前記フェロコークスと前記室炉コークスとを、同一の搬送設備を用いて搬送した後、
   前記フェロコークスと前記室炉コークスとを篩い分けにより、篩い上を塊コークス、篩い下を小塊コークスおよびフェロコークスとして分離し、
   該分離後の塊コークスをコークス単独層として、前記分離後の小塊コークスおよびフェロコークスを鉱石と混合して鉱石層として、高炉に装入することを特徴とする高炉への原料装入方法。
2. 磁力を用いて、篩い分けによる分離後の篩い下である小塊コークスとフェロコークスとを分離することを特徴とする請求項１に記載の高炉への原料装入方法。

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