JP5453993B2 - フェロコークスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、炭素含有物質と鉄含有物質との混合物を成型して乾留して製造するフェロコークスの製造方法に関する。

高炉の操業を効率よく行うために、石炭をコークス炉で乾留して製造したコークスが高炉に装入されている。高炉内に装入されたコークスには、高炉内の通気をよくするためのスペーサーの役割、還元材としての役割、熱源としての役割などがある。近年、コークスの反応性を向上させるという観点から、石炭に鉄鉱石を混合して成型して乾留し、冶金用のフェロコークスを得る技術が知られている。

石炭等の炭素含有物質、鉄鉱石等の鉄含有物質を原料として、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）石炭と粉鉄鉱石の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。

近年、連続式成型コークス製造法が開発されているが、フェロコークスも同じ製造法での製造が検討されている。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。成型炭は竪型シャフト炉内を降下しながら徐々に成型コークスとなり竪型シャフト炉底部より送風される冷却ガスにより冷却されて、炉外へ排出される。成型炭は降下中に磨耗を受け粉化するため、高い磨耗強度が要求される。フェロコークスの開発においても磨耗強度を表すＩ型強度（３０回転、１６ｍｍ指数）を重視している。

連続式成型コークス製造法の開発では、成型条件の検討は行われているが、石炭配合条件と成型物強度との関係を検討した例は少ない。フェロコークスを竪型シャフト炉を用いて実際に製造することを想定した場合、炭素含有物質として用いる石炭原料には配合炭を用いると考えられる。しかし、使用する石炭銘柄により、炭素含有物質と鉄含有物質との混合物の成型性が異なると予想され、実操業上は前記混合物の成型物の強度を管理する上で、石炭配合条件の変更にともなう成型物強度を予測する必要がある。

燃料協会 「コークス技術年報」１９５８年、ｐ．３８

フェロコークスを製造する際、その原料として用いる石炭は、その時々で入手できる銘柄や入荷量が異なるため、特定銘柄の石炭を集中して使用することは好ましくなく、実操業では複数銘柄の石炭を配合した配合炭を使用することになる。したがって、各種の配合炭について、あらかじめ製造された炭素含有物質と鉄含有物質との混合物の成型物（ブリケット）の強度を調べておけば、ある程度の成型物強度の予測は可能である。しかし、フェロコークス用の石炭は冶金用石炭以外に高炉微粉炭吹き込み用に用いられる非粘結炭も原料となるため、石炭銘柄は通常のコークス製造の場合以上に多種多様であり、このような配合炭を用いて製造する成型物（ブリケット）の強度を推測するのは困難である。しかし成型物の強度を推測することなく、日々の操業において、石炭配合を設計し、該設計に基づいて配合された配合炭を用いて製造した成型物の強度を測定し、該測定値を石炭配合にフィードバックすることは効率的でなく、フェロコークス製造歩留まりの低下を招き、望ましくない。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、事前にフェロコークス製造の原料として用いる炭素含有物質と鉄含有物質との混合物の成型物の強度を予測可能であって、多様な銘柄の石炭を用いる場合であっても高強度を有する成型物を製造することのできる、フェロコークスの製造方法を提供することが目的である。

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）複数銘柄の石炭を配合した配合炭と鉄含有物質とを混合して成型した配合炭成型物を乾留してフェロコークスを製造する際に、前記配合炭を構成する各単銘柄の石炭と鉄含有物質とを混合して成型した単銘柄成型物の強度を用いて、前記配合炭成型物の強度を推定することを特徴とするフェロコークスの製造方法。
（２）配合炭成型物の強度を単銘柄成型物の強度の加重平均として推定し、前記配合炭成型物の強度が目標強度となるように石炭の配合を決定することを特徴とする（１）に記載のフェロコークスの製造方法。

本発明によれば、あらかじめフェロコークス製造の原料として用いる炭素含有物質と鉄含有物質との混合物の成型物の強度を予測することができる。これにより、多様な銘柄の石炭を用いる場合であっても高強度な成型物を製造することができ、フェロコークス製造の際の石炭配合の設計が容易となる。

石炭中カーボン割合と成型物Ｉ型強度（３０回転、１６ｍｍ指数）との関係を示すグラフ。 配合炭成型物の強度と予測強度値との関係を示すグラフ。（石炭粉砕粒度−３ｍｍ、バインダー５ｍａｓｓ％） 配合炭成型物の強度と予測強度値との関係を示すグラフ。（石炭粉砕粒度−１．５ｍｍ、バインダー６ｍａｓｓ％）

フェロコークスは炭素含有物質と鉄含有物質とを混合して成型した成型物を乾留して製造する。炭素含有物質として複数銘柄の石炭を配合した配合炭を用いて鉄含有物質と混合して成型し、配合炭成型物を製造すると、用いる石炭銘柄や、配合する各銘柄石炭の配合量が変化した場合、配合炭成型物の強度も変化する。本発明では、配合炭を構成する各単銘柄の石炭と鉄含有物質とを混合して成型した単銘柄成型物の強度を用いて、配合炭成型物の強度を推定する。尚、単銘柄成型物と配合炭成型物は同じ成型条件で製造するものとする。

配合炭成型物の強度は、単銘柄成型物の強度の加重平均として推定することができる。すなわち、各単銘柄成型物の強度値に配合率を乗じた値の総和を配合炭成型物の強度として推定する。たとえば、下記（ｚ）式を用いてｍ種類（銘柄番号、１〜ｍ）の銘柄の石炭を用いる場合の配合炭成型物の強度を推定することができる。
配合炭成型物ＩＤ強度（30/16）＝Σ（Ｘｎ・Ｓｎ）・・・（ｚ）
但し、Ｓ：単銘柄成型物の強度、Ｘ：配合率、ｎ：銘柄番号（１〜ｍ）
尚、ＩＤ強度（30/16）はＩ型ドラム試験装置を用いて測定したＩ型強度（３０回転、１６ｍｍ指数）である。

そして、この推定方法を用いて、配合炭成型物の強度が目標強度となるように石炭の配合を決定する。

予め単銘柄石炭を用いた場合の単銘柄成型物強度を各銘柄石炭について測定し、これらをデータベース化することにより、配合条件を変更するたびに配合炭成型物を成型して強度測定試験を行うことなく、単銘柄成型物の強度と配合率から配合炭成型物の強度が推定できる。したがって配合炭成型物の目標強度を定めれば、簡便に配合炭の配合率を決定することができ、目標強度を有する配合炭成型物を製造することができる。

炭素含有物質として石炭を、鉄含有物質として鉄鉱石を用い、石炭と鉄鉱石との混合物を成型してブリケット（成型物）を製造する試験を行った。成型条件、原料条件を表１、２に示す。

石炭は全量粒径３ｍｍ以下となるように粉砕した。鉄鉱石は微粉のＦｅ含有率６５ｍａｓｓ％のものを石炭質量に対して３０ｍａｓｓ％となるように石炭に配合した。バインダーは石炭、鉱石原料質量に対し５ｍａｓｓ％添加し、高速ミキサーにて１４０〜１６０℃で約２分間混練した。

ダブルロール型成型機を用いて、混練した原料でブリケットを製造した。ロールのサイズは６５０ｍｍφ×１００ｍｍとし、周速０．２ｍ/ｓ、線圧４〜５ｔ/ｃｍで成型した。成型物であるブリケットのサイズは３０ｍｍ×２５ｍｍ×１８ｍｍ（６ｃｃ）で形状は卵型である。

使用した石炭は１６銘柄である。各石炭の性状を表３に示す。

まず、単銘柄の石炭を用いてブリケットを製造し、強度を測定した。強度はＩ型ドラム試験装置（内径１３０ｍｍ×７００ｍｍの円筒状）を用いて、１分間に２０回転の回転速度で３０回転させた後の１６ｍｍ以上の残存率により評価した。結果を図１に示す。

図１は石炭中カーボン割合（ｍａｓｓ％）と成型物Ｉ型強度（３０回転、１６ｍｍ指数）との関係を示している。石炭中カーボンが概ね８７〜９０ｍａｓｓ％では成型物の強度は高いが、それ以外では強度低下が認められた。カーボン割合が低い場合は、石炭中の細孔量が高く、ミキサーでの混練中にバインダーの吸収量が高くなるため強度が低下するのではないかと推察される。カーボン割合の高い場合の強度低下は、バインダーとの濡れ性に起因していると推察される。

次に、表３に示した石炭より２〜１０銘柄を選び配合した石炭と鉄鉱石との成型物を製造し、強度測定を行った。結果を図２に示す。

成型物強度は上記と同様にＩ型ドラム試験装置を用いて測定した。配合炭成型物の成型条件と原料条件は表１、２の通りであり、各単銘柄成型物と配合炭成型物の成型条件は同じである。図２において、横軸は各単銘柄の強度値に配合率を乗じた値を積算した値（予測値）を、縦軸はそれぞれの場合の実測値である。

図２によれば、実測値と予測値の相関関係が高いことがわかる。成型物の強度は原料とバインダーとの接着性以外に成型物中の原料充填密度などにも依存するため、成型圧の違いや原料粒度分布の違いで成型物の強度は異なることが予想される。このため各石炭の粒度分布や成型条件の微妙な違いを考慮すれば、十分加成性が成り立つと考えられる。１０銘柄までの配合なら、事前に各単銘柄石炭の成型物強度を測定することによって、配合炭の成型物強度は予測可能である。

原料の条件が変わった場合に配合の加成性が成り立つかどうかを調べるため、石炭粉砕粒度を全量１．５ｍｍ以下とし、バインダー添加率６ｍａｓｓ％で原料に添加した。単銘柄と配合炭それぞれで成型物を製造し、強度測定試験を行った。成型条件は表１の通りである。図３に配合炭成型物の強度と強度の予測値との関係を示す。

図３によれば、原料条件を変更しても配合炭の成型条件と単銘柄の成型条件が同じであれば、成型物の強度と予測値の間に強い相関が認められ、配合の加成性が成り立つことが分かる。

Claims (1)

1. 複数銘柄の石炭を配合した配合炭と鉄含有物質とを混合して成型した配合炭成型物を乾留してフェロコークスを製造する際に、
   前記配合炭成型物の強度を、前記配合炭を構成する各単銘柄の石炭と鉄含有物質とを混合して成型した単銘柄成型物の強度の加重平均として推定し、
   前記配合炭成型物の強度が目標強度となるように石炭の配合を決定することを特徴とするフェロコークスの製造方法。

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