JP5439830B2

JP5439830B2 - 焼結用燃料炭材の製造方法

Info

Publication number: JP5439830B2
Application number: JP2009021135A
Authority: JP
Inventors: 誠治野村; 俊次笠間
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2029-02-02
Also published as: JP2010174203A

Description

本発明は、ＣＤＱ（Coke Dry Quencher）と呼ばれるコークス乾式消火装置に焼結用燃料炭材の原料となるチャー原料を投入して焼結用燃料炭材を製造する製造方法に関する。

鉄鉱石焼結鉱を製造する一般的な製造工程は、鉄鉱石,副原料および返鉱などに、熱源としての粉コークスや無煙炭などの固体燃料を加えた焼結原料を、例えばドワイトロイド式の焼結機における無端回動するシンターケーキ支持スタンドに装入し、着火炉で表層部の固体燃料に着火させ、上方から空気を吸引して下方へと焼結反応を連続的に進行させて所定粒度の焼結鉱を製造する。

このとき、固体燃料として使用する粉コークスは、高炉用の冶金コークスを製造する際に副次的に発生する細粒のコークスであり、粒度が小さすぎるために高炉へ装入することができない。そのため、一般的には粉コークスを５ｍｍ以下の粒度に破砕調製して、焼結用の熱源として使用されている。

また、無煙炭はＮＯｘの発生原因となるＮ分が少ない固体燃料として、あるいは粉コークスの発生量不足を補う固体燃料として、粉コークスと同様に破砕調製された後、焼結工程で広く使用されている。

しかしながら、粉コークスに関しては、コークス炉での生産と高炉での使用のバランスによって在庫量が大きく変動することがある。また、無煙炭に関しては、海外からの輸入品であると同時に資源国が限定されており、需給の変動リスクが大きい。

斯かる観点より焼結用固体燃料の新規な原料として、褐炭や亜瀝青炭といった低品位の石炭、あるいはバイオマスが利用できれば、低価格で安定して焼結用固体燃料の供給が可能となるが、これらの焼結用固体燃料の新規な原料を熱分解（乾留）させて焼結用燃料炭材にするには、新規設備が必要となる。

そこで、例えば製鉄所内における既存設備の利用といった観点から種々検討したところ、コークス乾式消火装置（ＣＤＱ）を用いれば、これらの焼結用固体燃料の新規な原料を熱分解できることに着目した。

従来、ＣＤＱ内にバイオマスを投入し、赤熱コークスの顕熱によりバイオマスを熱処理することが提案されている（特許文献１―３）。

特許文献１では、ＣＤＱにおける赤熱コークスの投入空間であるプレチャンバーに木質系，農業系のバイオマスを投入し、赤熱コークスの顕熱によりバイオマスを乾留し、回収コークス量の増加を図ることが開示されている。

特許文献２では、ＣＤＱのプレチャンバーに、木材，下水汚泥ケーキ等のバイオマスを投入し、バイオマスの所持している熱量を熱分解及び燃焼により回収し利用することが開示されている。

特許文献３では、ＣＤＱの冷却室上部のプレチャンバーに木材，下水汚泥ケーキ等のバイオマスを投入し、赤熱コークスの顕熱によりバイオマスを熱分解させ、熱分解により生成した可燃ガスを冷却ガスとして利用し、余剰の可燃ガスを燃料ガスとして回収するにあたり、プレチャンバーをバイオマスの熱分解に適した温度にするために、バイオマスの熱分解により生成した可燃ガスの一部を燃焼させることが開示されている。

特開２００３−１２９０６０号公報特開２００４−２１７８２０号公報特開２００４−２１７８３４号公報

上述したように、ＣＤＱ内にバイオマスを投入し、赤熱コークスの顕熱を利用してバイオマスを熱分解させる技術は、乾留したバイオマスをコークスの代替品として使用し、あるいはバイオマスの持つ可燃性ガスを利用するもので、このままではＣＤＱのプレチャンバーに褐炭，亜瀝青炭あるいはバイオマス等を投入し、熱分解させて焼結鉱の燃料となる焼結用炭材を製造することはできない。

すなわち、バイオマスをコークスの代替品とする場合には、炭化したバイオマスを冷却されたコークスと共にＣＤＱのコークス排出口から排出すれば良く、特にバイオマス炭化物をコークスから選別するという技術は不要である。

また、バイオマスの熱分解により可燃性ガスを取り出す場合、バイオマス熱分解後に発生する固形分を積極的に有効利用するというものではない。

本発明は、このような観点に鑑みなされたもので、ＣＤＱを利用して褐炭，亜瀝青炭あるいはバイオマス等を焼結鉱の焼結用固体燃料となる焼結用燃料炭材を製造できる焼結用燃料炭材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記技術的課題を解決するものであり、その発明の要旨とするところは以下の通りである。
焼結用燃料炭材となるチャー原料をコークス乾式消火装置における赤熱コークスの装入空間であるプレチャンバーに赤熱コークスと一体にあるいは独立して投入し乾留することによりチャーを得る乾留工程と、コークス排出口から冷却されたコークスと共に前記チャーを排出する排出工程と、前記排出工程で排出される排出物を複数段の分級処理により塊状コークスを選別し、最終の分級処理で粉コークスおよびチャーからなる混合物を通過物として得る分級工程と、前記分級工程において、最初の分級処理で塊状物を選別した際の通過物を粉砕整粒して粉コークスとチャーの混合物を得る粉砕整粒工程と、からなり、前記最終の分級処理で得られた粉コークスとチャーの混合物と、最初の分級処理で塊状物を選別した際の通過物を粉砕整粒して得られた粉コークスとチャーの混合物の両方を焼結用燃料炭材とした焼結用燃料炭材の製造方法であって、前記チャー原料は、褐炭，亜瀝青炭，褐炭または亜瀝青炭を粉砕して形成されたブリケット，前記褐炭あるいは亜瀝青炭または前記ブリケットの塊であり、前記プレチャンバーにおける乾留温度を６５０〜８５０℃とすることを特徴とする焼結用燃料炭材の製造方法。

本発明によれば、コークス乾式消火装置（ＣＤＱ）を用いて、褐炭，亜瀝青炭，褐炭または亜瀝青炭を粉砕して形成されたブリケット，前記褐炭あるいは亜瀝青炭または前記ブリケットの塊のチャー原料から焼結鉱の固体燃料をなす焼結用燃料炭材を製造することが可能となった。

特に、チャーだけでなく粉コークスも焼結用燃料炭材に含むので、焼結鉱の燃焼工程での燃焼性を向上させることができる。

また、ＣＤＱのプレチャンバーにおける乾留温度を６５０〜８５０℃とすることにより、チャーにはＶＭとして水素成分は残存するがタールや炭化水素ガスが存在しないので、焼結工程の低温領域で発生するＶＭの一部が燃焼に寄与せず、集塵機、ブロワーに吸引され、集塵機トラブル等を招くおそれがなく、また低温での燃焼反応を開始させることができ、焼結鉱の製造効率向上に寄与することができる。

さらに、褐炭あるいは亜瀝青炭等をチャー原料とすることができるので、低コストで焼結用燃料炭材を製造することができる。

本発明による焼結用燃料炭材の製造方法の一例を示すブロック図。図１に示すＣＤＱの概略図。石炭の乾留処理温度と揮発分（ＶＭ）との関係を示すグラフ。ＶＭとＨ/Ｃとの関係を示すグラフ。

以下本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。

図１は本発明による焼結用燃料炭材の製造方法の一例を示すブロック図、図２は図１に示すＣＤＱの概略図である。

ＣＤＱ２２のプレチャンバーには、コークス炉２０からの赤熱コークスが移動式バケット２１を介して投入される。焼結用燃料炭材であるチャーの原料となるチャー原料は、褐炭，亜瀝青炭，褐炭または亜瀝青炭を粉砕して形成されたブリケット，前記褐炭あるいは亜瀝青炭または前記ブリケットの塊，バイオマス等が用いられ、チャー原料をＣＤＱのプレチャンバーに投入する位置としては、第１例としては移動式バケット２１に投入し、チャー原料を赤熱コークスと共にプレチャンバーに投入する位置、あるいは第２例として赤熱コークスとチャー原料とをプレチャンバーに独立して投入する位置がある。

第１例の投入位置では、チャー原料を予め移動式コークス受骸バケット（移動式バケット２１）に装入し、その上にコークス炉２０から排出された赤熱コークスを入れ、ＣＤＱ２２にバケット２１内のコークスおよびチャー原料を投入する。

通常のＣＤＱプロセスにおいては、ＣＤＱへのコークス投入口は高所にあり、バケット２１はＣＤＱ上部まで持ち上げられる。この方法では、チャー原料の投入位置は下部でよいので、搬送装置（コンベア）、貯蔵装置（ホッパー）の設置は下部（グランドレベル）で良く、装置は簡素であり、設備費も安い。また、チャー原料の上からコークスが投入されるので、チャー原料からの発塵も防止される。その一方で、チャー原料の投入タイミングをコークスの排出タイミングに合わせる必要がある。

第２例の投入位置では、チャー原料をＣＤＱ内に直接投入する。この場合、チャー原料は、ＣＤＱ上部まで搬送する必要がある。その一方で、チャー原料のＣＤＱ上部への投入タイミングはコークスのＣＤＱへの投入タイミングとは独立にすることができる。

焼結用の固体燃料として使用するためのチャー原料の処理温度は、８５０℃超であっても、焼結用の固体燃料チャーおよび高炉装入用チャーとして用いる上で問題はないが、以下の理由により８５０℃以下、好ましくは６５０〜８５０℃であることが好ましい。

図３は石炭を種々の温度で加熱乾留（熱分解）したときの揮発分（ＶＭ）の関係を示し、乾留処理温度が高いほどチャーに含まれるＶＭが低下する。

ここで、ＶＭが高いチャーを焼結用固体燃料として実機焼結機で使用すると、焼結工程の低温領域で発生するＶＭの一部が燃焼に寄与せず、集塵機、ブロワーに吸引され、集塵機トラブル等を招くおそれがある。

具体的には、石炭を乾留する、すなわち熱分解させると、石炭の熱分解過程において、熱分解温度に応じて発生するガスの組成が異なり、約２００〜４００℃の低温ではタール成分が発生し、４００〜６５０℃においてはメタンやエタンを中心とした炭化水素ガスが、６５０〜８５０℃においては水素が発生する。

そこで、集塵機トラブル等の発生を防止するには、焼結用固体燃料としてのチャーにおけるＶＭを１０％以下のものを用いるのが望ましく、図３によれば、チャーを製造する際の乾留処理温度６５０℃以上に相当する。なお、乾留処理温度６００℃で製造したチャーのＶＭは高いので好ましくない。

一方、ＶＭが１．０％以上の焼結用固体燃料としてのチャーは、化学構造が切れ易く、焼結工程において低温で反応を開始する特徴を有し、図４によれば乾留処理温度８５０℃以下に相当する。なお、乾留処理温度８５０℃超で製造したチャーはＶＭが低すぎるため、焼結工程において化学構造が切れ難く、反応開始温度が高いので好ましくない。ここで、反応開始温度が低いことは、焼結機での燃焼開始から終了までの時間を短縮でき、焼結機における原料搬送速度の増速化が図れて焼結鉱の増産化に繋がる。

このため、本発明ではＣＤＱプレチャンバーにおける好ましい石炭の加熱乾留（熱分解）温度範囲を６５０〜８５０℃としている。

次に、石炭を６５０〜８５０℃の温度範囲で加熱乾留すると、チャー中のＶＭ（揮発分）は図３に示すように、１〜１０％であり、ＶＭは水素成分が含まれるがタールや炭化水素ガスは既に抜けている。図４に示すように、ＶＭとＨ/Ｃ（炭素１原子当たりの水素の原子数の割合）の間には相関があり、ＶＭが増加するとＨ/Ｃは増加し、ＶＭ１．０％以上は原子数比Ｈ/Ｃが０．０４０以上に相当する。

ＣＤＱ２２は、図２に示すように、赤熱コークス１をＣＤＱ本体２上部のコークス装入口３から、蓋３ａを開放した後プレチャンバー４に装入して冷却室５に下降させる。

赤熱コークス１とチャー原料とを独立してプレチャンバー４に投入する上記第２例の場合には、チャー原料はチャー原料投入口８からプレチャンバー４に投入される。

そして、プレチャンバー４内でチャー原料は赤熱コークスの顕熱等により乾留されて焼結用燃料炭材であるチャーが得られる。

一方、冷却室５下部において冷却ガス管１４から供給する冷却ガスとしての不活性ガスを赤熱コークス１と熱交換させ、赤熱コークス１の熱を回収した高温の不活性ガスを環状ダクト６から煙道９を経由してボイラー１３に導入して熱交換した後、循環ブロワー１５で冷却室５下部へ圧送して循環させるようになっている。冷却されたコークスはＣＤＱ本体２最下部のコークス排出口７から排出され、前記チャーが冷却コークスと共に排出口７から排出される。

他方、煙道９には、衝突壁１０と、衝突壁１０によって分離された粉コークスとチャー（以下、ダストと称す）を回収するためのダストキャッチャ１１と、煙道９内のガス温度を計測するための温度センサ１２が設けられている。また、ボイラー１３と循環ブロワー１５との間の配管にはダスト分離のためのサイクロン１７が設けられ、サイクロン１７の出側には冷却ガス中のＣＯ、Ｈ２等の可燃ガス濃度を計測するための可燃ガス濃度センサ１６が設けられている。

さらに、循環ブロワー１５の出側と環状ダクト６を連結するバイパス管１８が設けられており、バイパス管１８の途中には、燃焼用空気導入口１９が設けられている。これによりバイパスされた冷却ガスと燃焼用空気とが混合され、この混合ガス、すなわちバイパスガスが環状ダクト６より導入されるようになっている。

以上の構成を有するＣＤＱ２２において、プレチャンバー４に投入されたチャー原料は、赤熱コークス１の顕熱により熱分解され、ＣＯ、Ｈ_２等の可燃ガスが発生する。可燃ガスは、冷却室５にて赤熱コークス１と熱交換した冷却ガスと混合され、環状ダクト６に導入される。一方、循環ブロワー１５を出てバイバス管１８によりバイパスされた冷却ガスの一部は、燃焼温度を維持・低減するためのバイパスガスとしてバイパス管１８の途中で燃焼用空気と予混合された後、環状ダクト６に導入される。循環ブロワー１５からの冷却ガスのバイパス量及び燃焼用空気の導入量は、温度センサ１２による計測温度が所定温度範囲内（６５０〜８５０℃）に維持され、かつ、可燃ガス濃度センサによる可燃ガス濃度が所定濃度以下となるように図示しない制御装置によりフィードバック制御される。具体的には、図示しない制御装置により、流量調整弁１８ａ、１９ａの開閉度を調整する。すなわち、チャー原料はガスと固形分（チャー）に転換し、該ガスは燃焼し、コークスより優先的に燃焼することによりコークスの回収率が向上し、また燃焼熱をボイラー１３で回収できる。

図１において、サイズの大きなチャーは、ＣＤＱ本体２のコークス排出口７から通常のコークスと共に製品として排出される。

前記製品は第１篩２３により分級される。第１篩２３は篩網サイズを２５ｍｍとし、製品中、２５ｍｍ以上（＋２５ｍｍ）の塊状物を選別する。２５ｍｍ以上の塊状物は、第１ホッパー２４を介して第２篩２５に送られて分級される。

第２篩２５は篩網サイズを３０ｍｍ（＋３０ｍｍ）とし、２５ｍｍ以上の塊状物中、３０ｍｍ以上の塊状物を選別する。ここで、通常コークスのサイズは３０ｍｍ以上であり、チャーは通常コークスに比べて小さいので、チャーはどんなに大きくても第２篩２５を通過して落下する。

ここで、チャーが通常コークスに比べて小さいのは、以下の理由による。チャー原料である褐炭、亜瀝青炭、バイオマスは、ＶＭが高く、乾留（熱分解）過程において揮発分を放出する過程で収縮し、亀裂が数多く発生するため、たとえ大きな塊を原料として投入してもサイズが小さくなる。

第２篩２５により選別された３０ｍｍ以上の塊状物は塊状コークスであり、高炉２６で使用される。

また、第２篩２５を通過した３０ｍｍ以下（−３０ｍｍ）の通過物は、第３篩２７により分級される。第２篩２５を通過した通過物には、塊状のコークスであっても前記通常コークスよりも小さい小塊コークスとチャーに加えて、分級処理中に粉化した粉コークスが含まれる。

第３篩２７は、高炉装入物としては最低１０ｍｍ以上のものを必要とすることから篩網サイズを１０ｍｍとし、第２篩２５の通過物中、３０−１０ｍｍ範囲内の小塊コークスとチャーの一部を選別（回収）する。この第３篩２７で回収された小塊コークスは高炉２６で使用され、回収されたチャーの一部も高炉で使用される。高炉において、チャーの反応性は極めて高く、高反応性コークスとして効果を発揮する。

第３篩２７を通過した通過物は１０ｍｍ以下（−１０ｍｍ）の粉コークスとチャーとの混合物であり、第２ホッパー２８を介して回収され、焼結用燃料炭材として用いられる。

一方、第１篩２３を通過した２５ｍｍ以下（−２５ｍｍ）の通過物は、チャーに加えて塊状のコークスも含まれている。ＣＤＱ本体２のコークス排出口７から排出されるチャーの多くはこの第１篩２３を通過するが、焼結用燃料炭材として使用するには５ｍｍ以下のサイズとするのが望ましい。そこで、粉砕、整粒工程２９において粉砕機等で５ｍｍ以下（５ｍｍ以下を目標）に粉砕し整粒することで、５ｍｍ以下（−５ｍｍ）の粉コークスとチャーが回収され、焼結用燃料炭材として用いられる。

また、ＣＤＱ２２において、大きな固形物はＣＤＱ本体下部のコークス排出口７より排出されるが、チャーの一部（微粒）は、ダストキャッチャ１１で粉コークスと共に回収され、この粉コークスとチャーの混合物を焼結用燃料炭材として使用する。

なお、第２ホッパー２８の製品を焼結機３０に直接供給せずに、二点鎖線で示すように、粉砕・整粒工程２９に供給し、５ｍｍ以下を目標とした粉コークスとチャーを焼結機３０に供給するようにしても良い。

また、図１の実施形態では、第１篩２３、第２篩２５、第３篩２７の篩網サイズを固定（２５ｍｍ、３０ｍｍ、１０ｍｍ）しており、この場合、チャー原料のサイズや形状、強度によりそれぞれの篩上下の比率が変わる。これに対し、チャー原料のサイズや形状、強度に応じて篩網サイズを調整すれば、篩上下の比率を一定にすることができる。

１赤熱コークス
２ＣＤＱ本体
３コークス装入口
４プレチャンバー
５冷却室
６環状ダクト
７コークス排出口
８チャー原料投入口
９煙道
１０衝突壁
１１ダストキャッチャ
１２温度センサ
１３ボイラー
１４冷却ガス管
１５循環ブロワー
１６可燃ガス濃度センサ
１７サイクロン
１８バイパス管
１８ａ流量調整弁
１９燃焼用空気導入口
１９ａ流量調整弁
２０コークス炉
２１移動式バケット
２２ＣＤＱ
２３第１篩
２４第１ホッパー
２５第２篩
２６高炉
２７第３篩
２８第２ホッパー
２９粉砕、整粒工程
３０焼結機

Claims

焼結用燃料炭材となるチャー原料をコークス乾式消火装置における赤熱コークスの装入空間であるプレチャンバーに赤熱コークスと一体にあるいは独立して投入し乾留することによりチャーを得る乾留工程と、
コークス排出口から冷却されたコークスと共に前記チャーを排出する排出工程と、
前記排出工程で排出される排出物を複数段の分級処理により塊状コークスを選別し、最終の分級処理で粉コークスおよびチャーからなる混合物を通過物として得る分級工程と、
前記分級工程において、最初の分級処理で塊状物を選別した際の通過物を粉砕整粒して粉コークスとチャーの混合物を得る粉砕整粒工程と、からなり、
前記最終の分級処理で得られた粉コークスとチャーの混合物と、最初の分級処理で塊状物を選別した際の通過物を粉砕整粒して得られた粉コークスとチャーの混合物の両方を焼結用燃料炭材とした焼結用燃料炭材の製造方法であって、
前記チャー原料は、褐炭，亜瀝青炭，褐炭または亜瀝青炭を粉砕して形成されたブリケット，前記褐炭あるいは亜瀝青炭または前記ブリケットの塊であり、
前記プレチャンバーにおける乾留温度を６５０〜８５０℃とすることを特徴とする焼結用燃料炭材の製造方法。