JP5842843B2 - フェロコークスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄鉱石等の鉄源原料と石炭とを原料として冶金用のフェロコークスを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コークスを製造し、コークスを高炉に投入することが行われている。高炉内でのコークスには、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冶金用のフェロコークスを得る技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。石炭に鉄鉱石を混合する際には、石炭リッチの配合比にするか、鉄鉱石リッチの配合比にするかは、コークス代替を目指すか、鉄源として利用するかによって定められている。

コークス代替として、石炭リッチな配合によるフェロコークスを製造する際には、基本原料（石炭、鉄鉱石）を成型機で塊成化する必要がある。塊成化する方法として、基本原料にバインダーを添加して成型する方法がある。例えば、特許文献２、３には、成型用原料（石炭、鉄鉱石、バインダー）を撹拌機で撹拌・混練し、その後、成型機で成型する方法が開示されている。

特開２００５−１５７００号公報 特開昭６４−８１８８９号公報 特開２００９−２３５２２２号公報

フェロコークスを製造する場合は、上述のように原料を撹拌機で撹拌・混練し成型機で成型して塊成化する成型工程と、その後、塊成化された原料（成型物）を乾留炉で乾留して製品を得る乾留工程とがある。

したがって、フェロコークスを製造するに際して、塊成化された成型物のハンドリング強度（成型物強度）が高いことが要求されるとともに、製品（フェロコークス）は高炉に投入されるため、乾留後の製品の強度（製品強度：フェロコークス強度）も高いことが要求される。また、製造コストという点では、特に、成型工程における良好な成型物の歩留まり（成型物歩留まり）が重要となる。

しかし、一対の成型ロールを備えたダブルロール成型機を用いて成型する場合、それぞれの成型ロールの外周面に形成されている凹みに充填された原料が結合した形状の成型物が加圧成型されるが、成型条件によっては、未成型物として、成型ロールのそれぞれの凹みに充填された原料が互いに反発しあって結合しないで反発割れを起こし片方の成型ロールの凹みのみの形状に成型されたもの（反発割れ片）や、成型ロール外周面における凹み以外の面で加圧されたもの（バリ）や、その他の粒状物が発生し、成型物歩留まりの低下を招く可能性がある。しかも、これらの未成型物（特に、反発割れ片）は、乾留炉に搬送されると、乾留炉内で装入物の棚つりを生じさせたり、乾留炉内の通気性を悪化させたりする原因となり、乾留工程に支障をきたす。

これに対して、上記特許文献２、３では、成型する温度や使用する原料の種類の検討が行われているが、成型物歩留まりの向上や乾留の円滑化を充分には考慮されていない。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、成型物歩留まりの向上と乾留の円滑化を充分に考慮した効率的なフェロコークスの製造方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］石炭と鉄源原料とバインダーを含む成型用原料を撹拌機で混練してダブルロール成型機によって成型物に成型し、該成型物を乾留用原料として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において、
ダブルロール成型機によって成型された後の成型用原料を篩い分けして、反発割れ片を含んだ未成型物を成型物から分離し、前記成型物は乾留用原料とし、前記反発割れ片を含んだ未成型物を成型用原料として再利用することを特徴とするフェロコークスの製造方法。

［２］反発割れ片を含んだ未成型物を前記撹拌機に投入して粉砕した後、その上に、反発割れ片を含んだ未成型物以外の、石炭と鉄源原料とバインダーを含む成型用原料を前記撹拌機に投入して混練することを特徴とする前記［１］に記載のフェロコークスの製造方法。

［３］反発割れ片を含む未成型物を前記撹拌機に投入して粉砕する時の撹拌機の撹拌羽根の周速を２．０ｍ／ｓｅｃ〜８．０ｍ／ｓｅｃとすることを特徴とする前記［１］または［２］に記載のフェロコークスの製造方法。

［４］前記未成型物は、厚さが成型物の厚さの０．３〜０．７倍で、長辺が１０ｍｍ以上の反発割れ片、および１０ｍｍ角の篩で篩うと篩い下となる粉状物であることを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載のフェロコークスの製造方法。

本発明においては、成型用原料をダブルロール成型機によって成型する際に生じる、反発割れ片を含んだ未成型物を成型物から分離して、成型用原料として再利用することによって、廃炭や廃鉱石となる原料を低減させて、成型物歩留まりの向上を図るとともに、乾留炉内での装入物の棚つり等を抑止して、乾留の円滑化を図ることが可能となり、効率的にフェロコークスの製造を行うことができる。

フェロコークスの製造設備を示す概略図である。 撹拌機を示す図である。 ダブルロール成型機を示す図である。 ダブルロール成型機の成型ロールの斜視図である。 成型物の強度に及ぼす未成型添加量の影響を示す図である。 成型物の強度に及ぼす未成型添加量の影響を示す図である。 成型物の強度に及ぼす未成型添加量の影響を示す図である。 成型物の強度に及ぼす未成型添加量の影響を示す図である。 フェロコークスの強度に及ぼす未成型添加量の影響を示す図である。 フェロコークスの強度に及ぼす未成型添加量の影響を示す図である。 成型物の強度に及ぼす未成型添加量の影響を示す図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、この実施形態におけるフェロコークスの製造設備を示している。

石炭２０と鉄源原料（ここでは、鉄鉱石２１）が、粉砕機（図示せず）にて所定の粒度以下に粉砕された後、所定の割合で配合される。例えば、石炭は２ｍｍ以下の粒度に、鉄源原料は０．５ｍｍ以下の粒度に粉砕される。そして、例えば、石炭６０〜９０質量％、鉄源原料１０〜４０質量％の割合で配合される。なお、鉄源原料としては、主に鉄鉱石が使用されるが、鉄鉱石の替わりに、高炉ダスト、転炉ダスト、圧延スラッジなどの製鉄所内で副生する鉄源原料を用いてもよい。

配合された石炭２０と鉄鉱石２１は混練機（撹拌機）１に投入され、加熱されながら撹拌・混練される。その際、撹拌機１には、バインダータンク５からバインダーが添加される。バインダーには通常使用されるＳＯＰ（軟ピッチ）、中ピッチ、ＰＤＡ（プロパン脱瀝アスファルト）、ＡＳＰ（アスファルトピッチ）などが使用され、１種類もしくは２種類以上を併用して使うこともできる。

撹拌機１から排出された混練後の原料（混合原料）は、ダブルロール成型機２で高圧成型される。ダブルロール成型機２は撹拌機１からの排出直後に混合原料を成型する。このため、ダブルロール成型機２の成型温度は撹拌機１の撹拌温度に近い。ダブルロール成型機２自身は加温されなくてもよい。

その後、通常は、ダブルロール成型機２で成型された成型物は、成型物搬送ライン６を経由して乾留炉４に搬送されて乾留用原料となり、乾留炉４で乾留されて、フェロコークスが製造される。

図２は、撹拌機１の詳細を示している。撹拌機１は、原料が装入される容器本体８と、この容器本体８の内部に設けられて原料を撹拌する撹拌羽根９を有している。石炭２０と鉄鉱石２１の分散性を考えると、スクリューで撹拌するスクリュー式の撹拌機よりも高速回転する撹拌羽根９で撹拌する撹拌羽根式の撹拌機１が望ましい。容器本体８の周囲には、加熱部として高温オイルまたは高圧水蒸気が流れ込むジャケット１０が設けられている。ジャケット１０は、原料が１２０℃〜２４０℃の範囲になるように容器本体８を加熱する。撹拌・混練された混合原料は、排出部１１から排出される。バインダーは、石炭２０と鉄鉱石２１を撹拌機１に投入すると同時にもしくは撹拌の最中にバインダータンク５から添加される。

図３、図４は、ダブルロール成型機２の詳細をしている。図３に示すように、ダブルロール成型機２は、互いに反対方向に回転する一対の成型ロール１２を有し、図４に示すように、成型ロール１２の外周面には凹み１３が形成されている。

ダブルロール成型機２では、一対の成型ロール１２の接触点に成型圧がかかる。成型圧は、線圧（ｔｏｎ／ｃｍ）＝加圧力（ｔｏｎ）／ロール幅（ｃｍ）で表される。ダブルロール成型機２の線圧は２〜８ｔｏｎ／ｃｍが好ましく、特に４〜６ｔｏｎ／ｃｍが好ましい。成型圧が２ｔｏｎ／ｃｍよりも小さいと、成型物の密度が小さくなり、ハンドリング強度及び乾留後強度共に期待できない。成型圧が８ｔｏｎ／ｃｍより大きくなると、成型物の密度は高くなるが、反発割れが多くなり、成型歩留が下がる。

このようにして、一対の成型ロール１２の接触箇所で混合原料が加圧成型されて、凹み１３の形状に合わせた成型物２２が成型される。成型物のサイズは特に限定されるものではなく、３〜９５ｃｍ^３程度、好ましくは６〜６０ｃｍ^３程度である。高炉での使用目的によって、成型サイズは異なる。

ただし、上述したように、一対の成型ロール１２を有するダブルロール成型機２を用いて成型する場合、それぞれの成型ロール１２の外周面に形成されている凹み１３に充填された原料が結合した形状の成型物２２が加圧成型されるが、成型条件によっては、未成型物として、それぞれの成型ロール１２の凹み１３に充填された原料が互いに反発しあって結合しないで反発割れを起こし片方の成型ロール１２の凹み１３のみの形状に成型されたもの（反発割れ片）や、成型ロール１２の外周面における凹み以外の面で加圧されたもの（バリ）や、その他の粒状物が発生し、成型物歩留まりの低下を招く可能性がある。しかも、これらの未成型物（特に、反発割れ片）は、乾留炉４に搬送されると、乾留炉４内で装入物の棚つりを生じさせたり、乾留炉４内の通気性を悪化させたりする原因となり、乾留に支障をきたす。

なお、未成型物は、例えば、厚さが成型物の厚さの０．３〜０．７倍で、長辺が１０ｍｍ以上の反発割れ片、および１０ｍｍ角の篩で篩うと篩い下となる粉状物である。

ちなみに、ここでいう長辺とは、成型物または反発割れ片の最も長い部分の長さであり、厚さとは、成型物または反発割れ片の最も薄い部分の厚さを言う。

そこで、この実施形態においては、図１に示すように、ダブルロール成型機２によって成型した後の成型用原料を篩い３によって篩い分けし、反発割れ片を含んだ未成型物（篩い３の篩い下）を成型物（篩い３の篩い上）から分離し、成型物は乾留用原料として成型物搬送ライン６を経由して乾留炉４に搬送し、乾留炉４で乾留してフェロコークスにするとともに、反発割れ片を含んだ未成型物は未成型物搬送ライン７を経由して撹拌機１に搬送し、成型用原料として再利用するようにしている。

このように、反発割れ片を含む未成型物を成型用原料として再利用することにより、廃炭や廃鉱石となる原料が低減して、見掛け成型物歩留まりが１００％になり、成型物歩留まりの向上が図られるとともに、乾留炉４内での装入物の棚つり等が抑止されて、乾留の円滑化が図られるようになり、効率的にフェロコークスの製造を行うことができる。

なお、篩い３の篩い目は特に限定されるものではないが、正常な成型物が篩い上に残る篩い目が好ましく、そのサイズは成型物の成型サイズによって異なる。また、反発割れ片を篩い下とするためには、篩い目が正方形ではなく長方形の方がよい。長方形の長辺と短辺の長さは成型物のサイズによって異なるが、好ましくは長辺が成型物の長辺の１．２倍〜２．２倍、さらに好ましくは１．５倍〜２．０倍がよく、短辺は成型物の厚みの０．５倍〜０．９倍が好ましく、さらに好ましくは０．６倍〜０．８倍がとなるような篩い目がよい。

また、反発割れ片を含む未成型物は、成型用原料として撹拌機１に投入されるが、その投入量（添加量）は、石炭と鉄源原料の合計量に対し、好ましくは１５質量％以上、より好ましくは１５〜３０質量％程度である。反発割れ片を含む未成型物の添加量が石炭と鉄源原料の合計量に対し１５質量％未満の場合、撹拌機１に投入する前に一時的に貯留しておくことが必要になる余剰の未成型物が増加し、それらの余剰の未成型物の温度が下がり、バインダーと共に固まってしまい、撹拌機１に投入するためには、粉砕などの新たな処理が必要となる可能性がある。一方、未成型物搬送ライン７の仕様によっても異なるが、反発割れ片を含む未成型物の添加量が石炭と鉄源原料の合計量に対し３０質量％以下の場合、篩い３における反発割れ片を含む未成型物の発生量と、撹拌機１に投入する反発割れ片を含む未成型物の投入量の需給バランスを適正化することができ、安定した成型サイクルを保持することができる。

また、反発割れ片を含む未成型物を成型用原料とする際には、未成型物中の反発割れ片が成型機２への投入原料として１質量％以上配合され、撹拌機１で十分に破砕されずに残ると成型物の強度が低下する問題が発生するので、反発割れ片を含んだ未成型物以外の、石炭と鉄源原料とバインダーを含む成型用原料を撹拌機１に投入する前に、反発割れ片を含んだ未成型物を投入し、予め粉砕しておくことがより好ましい。

撹拌機１内に、１０ｍｍ未満である反発割れ片と、反発割れ片を含む未成型物以外の成型用原料（石炭と鉄鉱石）が混在すると、反発割れ片は撹拌機１内で浮いて、撹拌羽根９に弾き飛ばされ、粉砕効率が悪くなるからである。

撹拌機１の撹拌羽根９の周速（最外縁の周速）は、好ましくは２．０ｍ／ｓｅｃ〜８．０ｍ／ｓｅｃ、さらに好ましくは４．０ｍ／ｓｅｃ〜６．０ｍ／ｓｅｃがよい。撹拌機１の撹拌羽根９の周速が２．０ｍ／ｓｅｃ未満では、反発割れ片を粉砕するための撹拌時間が長くなり、周速が８．０ｍ／ｓｅｃ超えでは、粉状物の粉砕が進み、反発割れ片は撹拌羽根９に弾き飛ばされ、粉砕効率が悪くなる。

本発明の実施例として、上記の本発明の一実施形態に基づいて、以下の手順でフェロコークスを製造し、その品質評価を行った。なお、比較のために、未成型物を成型用原料として再利用しないで、フェロコークスを製造した。

まず、フェロコークス用原料（石炭、鉄鉱石）の調整を行って、石炭はジョークラッシャーで粒径２ｍｍ以下（−２ｍｍ）に調整したものを使用し、この石炭に篩い目３ｍｍで篩った鉄鉱石（ペレットフィード）を３０質量％の割合で配合した。石炭には、揮発分１９．４％、灰分７．２％、固定炭素７３．４％の微粘炭と、揮発分１５．２％、灰分１０．７％、固定炭素７４．１％の非粘炭を５０％ずつ配合した配合炭を用いた。鉄鉱石には、ヘマタイト鉱石のペレットフィードを用いた。石炭と鉱石の性状をそれぞれ表１と表２に示す。

石炭と鉄鉱石を撹拌機に投入して周速１４．５ｍ／ｓｅｃで１２０秒間加熱撹拌し、原料の排出直前にバインダーとして軟ピッチを５質量％添加してさらに撹拌を続け、１８０℃で原料を排出した。排出した原料をダブルロール成型機により６ｃｍ^３（３０ｍｍ×２５ｍｍ×１６ｍｍ）の成型物に成型した。成型物は、正常な成型物と反発割れ片を含む未成型物（例えば、厚さが成型物の厚さの０．３〜０．７倍で、長辺が１０ｍｍ以上の反発割れ片、および１０ｍｍ角の篩で篩うと篩い下となる粉状物）に篩いで篩い分け、篩い上の正常な成型物は乾留温度９００℃で２時間乾留して、フェロコークスを製造した。

その際に、ダブルロール成型機に投入した成型用原料に対して、反発割れ片として１５質量％、１０ｍｍ以下の粉状物として１５質量％の未成型物が発生した。

次に、成型直後の未成型物（反発割れ片と１０ｍｍ以下の粉状物の発生比率は上記の場合と同じ）を、未成型物と未成型物以外の成型用原料（石炭と鉄鉱石）の合計に対し、１０質量％、１５質量％、２０質量％、２５質量％、３０質量％とし、未成型物以外の成型原料と混合して、上記と同様にして成型した。その際に、予め、反発割れ片を含む未成型物を撹拌機に投入して粉砕してから、石炭と鉄鉱石とバインダーを撹拌機に投入して更に、周速１４．５ｍ／ｓｅｃで１２０秒間攪拌した。

未成型物の粉砕条件としては、撹拌羽根の周速５．０ｍ／ｓｅｃで撹拌時間４０ｓｅｃ、撹拌羽根の周速１．５ｍ／ｓｅｃで撹拌時間９０ｓｅｃ、撹拌羽根の周速１０．０ｍ／ｓｅｃで撹拌時間１０ｓｅｃ、撹拌羽根の周速１０．０ｍ／ｓｅｃで撹拌時間９０ｓｅｃの条件で行った。それぞれの成型物は、上記と同様に乾留温度９００℃で２時間乾留して、フェロコークスを製造した。

図５〜図８に、それぞれの条件で成型した成型物の強度を示す。また、図９、図１０に、それぞれの条件で成型・乾留して製造したフェロコークスの強度を示す。

図５〜図８に示すように、未成型物を添加した成型物の強度は、未成型物を添加しない成型物の強度に比べ、未成型物の添加量と共に低下する傾向にあるが、未成型物の粉砕条件として、撹拌羽根の周速が２．０ｍ／ｓｅｃ〜８．０ｍ／ｓｅｃの範囲である図５の場合、未成型物の添加量が３０質量％以下であれば、ハンドリング強度として十分である。

図６は、攪拌羽根の周速が２．０ｍ／ｓｅｃを下回った例である。攪拌時間を９０秒に延ばすことで、図５に比べて成型物の強度はやや低下したが、未成型物の添加量が２５質量％以下であれば、ハンドリング強度として十分である。

図７は、攪拌羽根の周速が８．０ｍ／ｓｅｃを上回った例である。未成型物の添加量が１５質量％以上では、攪拌（粉砕）時間が１０秒では不足して、ハンドリング強度が不足した。

図８は、図７と同じ攪拌羽根の周速で攪拌（粉砕）時間を９０秒に延ばした例である。攪拌時間を調整した結果、未成型物の添加量が２５質量％以下であれば、ハンドリング強度として十分となる結果が得られた。しかしながら、図５と比べると攪拌時間が長いにも関わらず、成型物の強度が低めであることから、周速が８．０ｍ／ｓｅｃ超えでは、粉状物の粉砕が進み、反発割れ片は撹拌羽根に弾き飛ばされ、粉砕効率が悪くなったといえる。

また、図９、図１０に示すように、フェロコークスの強度は、成型物強度と同様に、未成型物の添加量と共に低下する傾向にあるが、未成型物の粉砕条件として、撹拌羽根の周速が２．０ｍ／ｓｅｃ〜８．０ｍ／ｓｅｃである図９の場合、未成型物の添加量が２５質量％以下であれば、製品強度として充分である。

更に、成型後２時間経過した未成型物を、成型用原料（石炭と鉄鉱石）に対し、１０質量％、１５質量％、２０質量％、２５質量％、３０質量％添加し、上記と同様にして成型した。未成型物の粉砕条件としては、撹拌羽根の周速５．０ｍ／ｓｅｃで撹拌時間４０ｓｅｃの条件で行った。図１１に、この条件で成型した成型物の強度を示す。

図１１に示すように、未成型物の添加量が２５質量％以下であれば、ハンドリング強度として十分である。しかしながら、図５と比べると、成型後２時間経過した未成型物を添加した場合（図１１）では、成型直後の未成型物を添加した場合（図５）に比べ、成型物強度が低下している。これは、成型機によって一度成型された未成型物がバインダーと共に冷却されて固化し、凝集物として撹拌機に投入されるため、成型用原料が不均一になるとともに、バインダーの分散性が悪化するためである。

１ 混練機（撹拌機）
２ ダブルロール成型機
３ 篩い
４ 乾留炉
５ バインダータンク
６ 成型物搬送ライン
７ 未成型物搬送ライン
８ 容器本体
９ 撹拌羽根
１０ ジャケット
１１ 排出部
１２ 成型ロール
１３ 凹み
２０ 石炭
２１ 鉄鉱石
２２ 成型物

Claims (4)

1. 石炭と鉄源原料とバインダーを含む成型用原料を撹拌機で混練してダブルロール成型機によって成型物に成型し、該成型物を乾留用原料として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において、
   ダブルロール成型機によって成型された後の成型用原料を篩い分けして、反発割れ片を含んだ未成型物を成型物から分離し、前記成型物は乾留用原料とし、前記反発割れ片を含んだ未成型物を粉砕した後成型用原料として再利用することを特徴とするフェロコークスの製造方法。
2. 反発割れ片を含んだ未成型物を前記撹拌機に投入して粉砕した後、その上に、反発割れ片を含んだ未成型物以外の、石炭と鉄源原料とバインダーを含む成型用原料を前記撹拌機に投入して混練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。
3. 反発割れ片を含んだ未成型物を前記撹拌機に投入して粉砕する時の撹拌機の撹拌羽根の周速を２．０ｍ／ｓｅｃ〜８．０ｍ／ｓｅｃとすることを特徴とする請求項１または２に記載のフェロコークスの製造方法。
4. 前記未成型物は、厚さが成型物の厚さの０．３〜０．７倍で、長辺が１０ｍｍ以上の反発割れ片、および１０ｍｍ角の篩で篩うと篩い下となる粉状物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフェロコークスの製造方法。

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