JP6016210B2 - 高炉吹込み炭の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉吹込み炭の製造方法に関する。

高炉設備は、鉄鉱石や石灰石やコークスの原料を高炉本体の頂部から内部に装入すると共に、当該高炉本体の側部の下方寄りの羽口から熱風及び補助燃料として高炉吹込み炭（微粉炭）を吹き込むことにより、鉄鉱石から銑鉄を製造することができるようになっている。

ところで、前記高炉設備の操業を安定に行うために、前記高炉吹込み炭が前記高炉本体の内部へ至る経路で高炉吹込み炭灰の付着あるいは当該高炉吹込み炭灰による閉塞を抑制することが求められている。

例えば、微粉炭の灰の軟化点が１３００℃未満のものに石灰石や蛇紋岩などＣａＯ源の造滓剤を添加して、微粉炭中の灰の軟化点を１３００℃以上に調整処理し、次いで、微粉炭中の灰の軟化点が１３００℃以上の微粉炭のみを高炉本体の羽口から内部に吹き込むことにより、高炉吹込み炭の燃焼性を向上させることが提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

また、例えば、富化酸素量を増減するか、微粉炭の組成や粒径などを調節してより燃焼しにくく制御して、レースウェイ内で最高到達温度を下げて、微粉炭の吹き込み量が極めて大きい操業でも、通気性を改善できる高炉微粉炭吹き込み操業方法が提案されている（例えば、下記特許文献２参照）。

特開平５−１５６３３０号公報（例えば、明細書の段落［００１４］−［００２３］、［図１］など参照） 特開平１１−１５２５０８号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載される微粉炭（高炉吹込み炭）は、上述したような造滓剤を微粉炭にわざわざ添加して、灰の軟化点を１３００℃以上に調整処理した微粉炭のみを使用しているため、ランニングコストの増加を招くものとなっている。

また、前記特許文献２に記載される高炉微粉炭吹き込み操業方法では、微粉炭の吹き込み量が極めて大きく、微粉炭の組成や粒径をわざわざ調節する必要があるため、やはりランニングコストの増加を招くものとなってしまう。

このようなことから、本発明は、前述した課題を解決するために為されたものであって、低コストにて高炉吹込み炭が高炉本体の内部へ至る経路で高炉吹込み炭灰の付着あるいは高炉吹込み炭灰による閉塞を抑制することができる高炉吹込み炭の製造方法を提供することを目的としている。

上述した課題を解決する第１の発明に係る高炉吹込み炭の製造方法は、高炉設備の高炉本体の内部に羽口から吹き込む高炉吹込み炭を製造する高炉吹込み炭の製造方法であって、石炭の灰の組成及び融点を分析すると共に、鉄鋼製造工程で発生する鉄鋼スラグの組成を分析する分析工程と、前記鉄鋼スラグが、前記石炭の灰よりも酸化カルシウムを多く含有するものであり、前記石炭の灰の組成及び融点と前記鉄鋼スラグの組成とに基づき、当該石炭の灰及び当該鉄鋼スラグの主成分である二酸化ケイ素と酸化マグネシウムと酸化アルミニウムと酸化カルシウムの４元系状態図にて酸化カルシウムの含有量が灰の融点で１４００℃以上となるように、前記石炭と前記鉄鋼スラグとを混合する混合工程を行うことを特徴とする。

上述した課題を解決する第２の発明に係る高炉吹込み炭の製造方法は、前述した第１の発明に係る高炉吹込み炭の製造方法であって、前記石炭は、平均粒径１ｍｍ以下に粉砕したものであり、前記鉄鋼スラグが、粒径２０μｍ〜１００μｍに粉砕したものであることを特徴とする。

上述した課題を解決する第３の発明に係る高炉吹込み炭の製造方法は、前述した第２の発明に係る高炉吹込み炭の製造方法であって、前記混合工程にて、バインダ及び水をさらに加え前記石炭及び前記鉄鋼スラグと共に混合し、前記混合工程で得られた混合物をブリケット状に成形する成形工程を行うことを特徴とする。

本発明に係る高炉吹込み炭の製造方法によれば、酸化カルシウムの含有量で灰の融点が１４００℃以上となるように、石炭と鉄鋼スラグとを混合したことで、灰の融点が高炉本体の羽口から内部に吹き込む熱風の温度よりも１００〜１５０℃以上高くなり、また、前記鉄鋼スラグが鉄鋼製造プロセスで排出されるものであることから、当該鉄鋼スラグを有効に利用することができ、石炭に混合する酸化カルシウム源を別途用意する必要がなく、高炉吹込み炭が高炉本体の内部へ至る経路で高炉吹込み炭灰の付着あるいは高炉吹込み炭灰による閉塞を抑制することができる高炉吹込み炭を低コストで容易に製造することができる。

本発明に係る高炉吹込み炭の製造方法の第一番目の実施形態の手順を表すフローチャート図である。 本発明に係る高炉吹込み炭の製造方法の第二番目の実施形態の手順を表すフローチャート図である。 高炉吹込み炭についてＳｉＯ₂−ＣａＯ−ＭｇＯ−２０％Ａｌ₂Ｏ₃の４元系状態図である。

本発明に係る高炉吹込み炭の製造方法の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は、図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。

［第一番目の実施形態］
本発明に係る高炉吹込み炭の製造方法の第一番目の実施形態を図１に基づいて説明する。

本実施形態に係る高炉吹込み炭は、石炭の灰の組成及び融点を予め分析すると共に、高炉設備で排出される高炉スラグの組成を予め分析しておき、前記高炉スラグが前記石炭の灰よりも酸化カルシウムを多く含有するものであり、前記石炭の灰の組成及び融点と前記高炉スラグの組成とに基づき、当該石炭の灰及び当該高炉スラグの主成分である二酸化ケイ素と酸化マグネシウムと酸化アルミニウムと酸化カルシウムとの４元系状態図で酸化カルシウムの含有量で灰の融点で高炉設備の高炉本体の側部の下方側の羽口から内部に吹き込む熱風（１２００℃）よりも高い１４００℃以上となるように、前記石炭と前記高炉スラグとを混合したものである。

このような本実施形態に係る高炉吹込み炭１３は、図１に示すように、亜瀝青炭や褐炭等の低品位石炭である石炭１１の組成及び灰の融点を分析する（分析工程Ｓ１１−１）と共に、高炉設備から排出される高炉スラグ１２の組成を分析し（分析工程Ｓ１１−２）、次いで石炭１１を微粉砕する（微粉砕工程Ｓ１２−１）と共に、高炉スラグ１２を微粉砕した（微粉砕工程Ｓ１２−２）後、石炭１１と高炉スラグ１２とを混合し（混合工程Ｓ１３）、混合物を粉砕する（粉砕工程Ｓ１４）ことにより、容易に製造することができる。なお、粉砕工程Ｓ１４は、高炉設備に吹き込む直前で行うことが望ましい。

前記高炉スラグ１２は、酸化カルシウム含有量が、例えば４１．７ｗｔ．％であり、前記石炭１１の灰の酸化カルシウム含有量よりも多いものである。

前記微粉砕工程Ｓ１２−１では、石炭１１を平均粒径１ｍｍ以下に微粉砕するようにしている。これは、石炭１１が平均粒径１ｍｍよりも大きいと、混合工程Ｓ１３で高炉スラグ１２と混合したときに均一化しにくくなるからである。

前記微粉砕工程Ｓ１２−２では、高炉スラグ１２を粒径２０μｍ〜１００μｍに微粉砕するようにしている。これは、高炉スラグ１２が粒径２０μｍよりも小さいと、高炉本体の内部に吹き込むと、高炉本体の内部をガス気流に乗ったまま通過して燃焼することなく排出されてしまうからである。高炉スラグ１２が粒径１００μｍよりも大きいと、混合工程Ｓ１３で石炭１１と混合したときに均一化しにくくなるからである。

このような本実施形態に係る製造方法により製造された高炉吹込み炭１３においては、酸化カルシウムの含有量で灰の融点が１４００℃以上となるように、石炭１１と高炉スラグ１２とを混合したことで、灰の融点が高炉本体の羽口から内部に吹き込む熱風の温度よりも１００〜１５０℃以上高くなり、高炉吹込み炭１３の灰（高炉吹込み炭灰）が熱風で溶融しないことから、高炉吹込み炭が高炉本体の内部へ至る経路で高炉吹込み炭灰の付着あるいは高炉吹込み炭灰による閉塞を抑制することができる。また、前記高炉スラグ１２が高炉設備の銑鉄製造プロセスで排出されるものであることから、当該高炉スラグ１２を有効に利用することができ、石炭１１に混合する酸化カルシウム源を別途用意する必要がなく、低コストである。

このため、本実施形態に係る高炉吹込み炭１３では、新たに石灰石や蛇紋岩等の造滓剤を含有させることをしなくても、高炉設備から排出される、石炭１１の灰よりも酸化カルシウムを多く含有する高炉スラグ１２を当該石炭１１に含有させるだけで、石炭１１の灰の融点が１１００〜１３００℃と低かったものを、高炉吹込み炭１３の灰（高炉吹込み炭灰）の融点で１４００℃以上まで高めることができ、熱風でも当該高炉吹込み炭１３の灰（高炉吹込み炭灰）が溶融しなくなることから高炉吹込み炭が高炉本体の内部へ至る経路で高炉吹込み炭灰の付着あるいは高炉吹込み炭灰による閉塞を抑制することができる。

したがって、本実施形態によれば、低コストで、高炉吹込み炭が高炉本体の内部へ至る経路で高炉吹込み炭灰の付着あるいは高炉吹込み炭灰による閉塞を抑制することができる。

なお、本実施形態に係る高炉吹込み炭の製造方法においては、石炭１１と混合する鉄鋼スラグとして、酸化カルシウム含有量が石炭の灰組成の酸化カルシウム含有量よりも多い高炉スラグ１２を用いた場合について説明したが、鉄鋼製造工程で発生し、酸化カルシウム含有量が石炭の灰組成の酸化カルシウム含有量よりも多い鉄鋼スラグであれば良く、例えば、転炉設備で排出される転炉系スラグ（例えば、酸化カルシウム含有量が４５．８ｗｔ．％程度）や、例えば、鉄スクラップを溶解・還元製錬して生成する還元スラグ（例えば、酸化カルシウム含有量が５５．１ｗｔ．％程度）を用いることも可能である。

［第二番目の実施形態］
本発明に係る高炉吹込み炭の製造方法の第二番目の実施形態を図２に基づいて説明する。なお、前述した実施形態の場合と同様な部分については、前述した実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した実施形態での説明と重複説明を省略する。

本実施形態に係る高炉吹込み炭は、石炭の灰の組成及び融点を予め分析すると共に、高炉設備で排出される高炉スラグの組成を予め分析しておき、前記高炉スラグが前記石炭の灰よりも酸化カルシウムを多く含有するものであり、前記石炭の灰の組成及び融点と前記高炉スラグの組成とに基づき、当該石炭の灰及び当該高炉スラグの主成分である二酸化ケイ素と酸化マグネシウムと酸化アルミニウムと酸化カルシウムとの４元系状態図で酸化カルシウムの含有量で灰の融点で高炉設備の高炉本体の側部の下方側の羽口から内部に吹き込む熱風（１２００℃）よりも高い１４００℃以上となるように、前記石炭と前記高炉スラグとを混合し、さらにバインダ及び水を混合したものである。

このような本実施形態に係る高炉吹込み炭２３は、図２に示すように、前記低品位石炭である石炭１１を前述した実施形態と同様にして組成及び灰の融点を分析する（分析工程Ｓ１１−１）と共に、高炉設備から排出される高炉スラグ１２の組成を前述した実施形態と同様にして分析し（分析工程Ｓ１１−２）、次いで前述した実施形態と同様にして石炭１１を微粉砕する（微粉砕工程Ｓ１２−１）と共に、前述した実施形態と同様にして高炉スラグ１２を微粉砕した（微粉砕工程Ｓ１２−２）後、石炭１１及び高炉スラグ１２とバインダ２４及び水２５とを混合し（混合工程Ｓ１３）、混合物をブリケット状に成形し（成形工程Ｓ２５）、ブリケット状の成形物を粉砕する（粉砕工程Ｓ１４）ことにより、容易に製造することができる。なお、粉砕工程Ｓ１４は、高炉設備に吹き込む直前で行うことが望ましい。

つまり、本実施形態においては、前記混合工程Ｓ１３で前記石炭１１及び前記高炉スラグ１２と前記バインダ２４及び前記水２５とを混合してなる混合物を前記成形工程Ｓ２５でブリケット状に成形することで、石炭１１の灰及び高炉スラグ１２の主成分である二酸化ケイ素と酸化マグネシウムと酸化アルミニウムと酸化カルシウムとを均一化し粉砕工程Ｓ１４で粉砕して高炉吹込み炭２３を得るようにしたものである。

前記高炉スラグ１２は、酸化カルシウム含有量が、例えば４１．７ｗｔ．％であり、前記石炭１１の灰の酸化カルシウム含有量よりも多いものである。

前記バインダ２４としては、成形工程Ｓ２５で、混合物をブリケット状に成形可能で、高炉吹込み炭２３の灰（高炉吹込み炭灰）の融点に影響を及ぼしにくく、高炉内で完全燃焼するものであれば良く、例えば、コーンスターチ、糖蜜、アスファルトなどが挙げられる。

前記バインダ２４の混合量は、石炭１１及び高炉スラグ１２の混合物をペレット状に成形可能な量であって、例えば、前記石炭１１と前記高炉スラグ１２の混合物に対して１ｗｔ．％以上５ｗｔ．％以下の範囲である。これは、バインダ２４の混合量が１ｗｔ．％よりも少ないと、前記石炭１１及び前記高炉スラグ１２の混合物をブリケット状に成形できないからであり、バインダ２４の混合量が５ｗｔ．％よりも多いとランニングコストの悪化を招くからである。また、前記水２５の混合量は、石炭１１及び高炉スラグ１２の混合物をペレット状に成形可能な量であって、例えば、前記石炭１１と前記高炉スラグ１２の混合物に対して２ｗｔ．％以上８ｗｔ．％以下の範囲である。これは、水２５の混合量が２ｗｔ．％よりも少ないと、前記石炭１１及び前記高炉スラグ１２の混合物をブリケット状に成形できないからであり、水２５の混合量が８ｗｔ．％よりも多いと水分の蒸発のために高炉設備での粉砕、乾燥工程で余分なエネルギを消費してしまうからである。

つまり、本実施形態においては、前記石炭１１及び前記高炉スラグ１２の混合物にバインダ２４及び水２５を加えてさらに混合してから、前記成形工程Ｓ２５で当該混合物をペレット状に成形することにより、主成分である二酸化ケイ素と酸化マグネシウムと酸化アルミニウムと酸化カルシウム等を均質化すると共に、取扱い性（輸送や貯蔵など）を向上させるようにしている。

このような本実施形態に係る製造方法により製造された高炉吹込み炭２３においては、前述した実施形態の場合と同様に、酸化カルシウムの含有量で灰の融点が１４００℃以上となるように、石炭１１と高炉スラグ１２とを混合したことで、灰の融点が高炉本体の羽口から内部に吹き込む熱風の温度よりも１００〜１５０℃以上高くなり、高炉吹込み炭２３の灰（高炉吹込み炭灰）が熱風で溶融しないことから、高炉吹込み炭が高炉本体の内部へ至る経路で高炉吹込み炭灰の付着あるいは高炉吹込み炭灰による閉塞を抑制することができる。また、前記高炉スラグ１２が高炉設備の銑鉄製造プロセスで排出されるものであることから、当該高炉スラグ１２を有効に利用することができ、石炭１１に混合する酸化カルシウム源を別途用意する必要がなく、低コストである。

前記石炭１１と前記高炉スラグ１２と前記バインダ２４と前記水２５を混合したものを成形工程Ｓ２５でブリケット状に成形した後に粉砕工程Ｓ１４で粉砕していることから、二酸化ケイ素と酸化マグネシウムと酸化アルミニウムと酸化カルシウムとが均質化することになり、前述した実施形態の場合よりも、高炉吹込み炭が高炉本体の内部へ至る経路で高炉吹込み炭灰の付着あるいは高炉吹込み炭灰による閉塞をさらに生じることなく高炉本体の側部の下方寄りの羽口から内部に吹き込むことができる。

このため、本実施形態に係る高炉吹込み炭２３では、新たに石灰石や蛇紋岩等の造滓剤を含有させることをしなくても、高炉設備から排出される、石炭１１の灰よりも酸化カルシウムを多く含有する高炉スラグ１２を当該石炭１１に含有させるだけで、石炭１１の灰の融点が１１００〜１３００℃と低かったものを、前述した実施形態の場合よりも、高炉吹込み炭２３の灰（高炉吹込み炭灰）の融点で１４００℃以上まで確実に高めることができ、熱風でも当該高炉吹込み炭２３の灰（高炉吹込み炭灰）が溶融しなくなることから、高炉吹込み炭が高炉本体の内部へ至る経路で高炉吹込み炭灰の付着あるいは高炉吹込み炭灰による閉塞を抑制することができる。

したがって、本実施形態によれば、前述した実施形態の場合よりも、低コストで、高炉吹込み炭が高炉本体の内部へ至る経路で高炉吹込み炭灰の付着あるいは高炉吹込み炭灰による閉塞を抑制することがさらに確実にできる。

本発明に係る高炉吹込み炭の製造方法の作用効果を確認するために行った実施例を以下に説明するが、本発明は、各種データに基づいて説明する以下の実施例のみに限定されるものではない。

前述した第二番目の実施形態に係る高炉吹込み炭の製造方法で用いられる石炭の灰の組成分析（元素分析）を行った。この石炭は、亜瀝青炭を４００℃で不活性雰囲気（例えば、窒素ガス）下で０．５時間熱処理して得られた改質炭である。前記石炭中の灰分含有量が７ｗｔ．％であった。前記石炭の灰（主成分）の組成分析の結果を下記の表１に示す。また、二酸化ケイ素と酸化マグネシウムと酸化カルシウムと酸化アルミニウムの４元系状態図を示す図３から、下記表１のときに点Ｐ１の位置となることから、前記石炭の灰の融点が１２１５℃であることが明らかとなった。

前述した第二番目の実施形態に係る高炉吹込み炭の製造方法で用いられる高炉スラグの組成分析（元素分析）を行った。前記高炉スラグ（主成分）の組成分析の結果を下記の表２に示す。

上述の図３において、灰の融点が１４００℃となる酸化カルシウムの含有量が３５ｗｔ．％（点Ｐ２の位置）であることから、前記石炭を９５ｗｔ％、前記高炉スラグを５ｗｔ．％で混合することで、混合後の灰組成が、下記の表３に示すように、酸化カルシウムの含有量が３５ｗｔ．％となり、灰の融点が１４００℃となることが明らかとなった。なお、バインダとしてコーンスターチを前記石炭と前記高炉スラグの混合物に対して３ｗｔ．％添加し、水を６ｗｔ．％添加した。

よって、本実施例によれば、前記石炭の灰の組成及び灰の融点を分析すると共に、高炉スラグの組成を分析し、分析結果に基づき、酸化カルシウムの含有量が灰の融点で１４００℃となるように、前記石炭と前記高炉スラグとを混合した高炉吹込み炭とすることで、高炉設備の高炉本体の側部の下方寄りの羽口から内部に吹き込む熱風よりも灰の融点を高めることができ、低コストで、高炉吹込み炭が高炉本体の内部へ至る経路で高炉吹込み炭灰の付着あるいは高炉吹込み炭灰による閉塞を抑制することができる。

なお、上記では、ＳｉＯ₂−ＣａＯ−ＭｇＯ−２０％Ａｌ₂Ｏ₃の４元系状態図を用いて、石炭と高炉スラグとの混合量を特定する高炉吹込み炭の製造方法について説明したが、これは、灰の融点が、二酸化ケイ素や酸化マグネシウムや酸化アルミニウムの含有量と比べて酸化カルシウムの含有量に大きく依存しており、酸化カルシウムの含有量を基準に石炭と高炉スラグとの混合量を調整しているからである。また、ＳｉＯ₂−ＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃の４元系にて酸化アルミニウムの含有量が２０ｗｔ．％の場合の状態図を用いたのは、石炭に対して高炉スラグを５〜１０％程度混合してもほとんど酸化アルミニウムの含有量の変化は小さく、酸化アルミニウムの含有量が２０ｗｔ．％の場合とほぼ同じ状態図となるからである。

本発明に係る高炉吹込み炭の製造方法は、低コストで、高炉吹込み炭が高炉本体の内部へ至る経路で高炉吹込み炭灰の付着あるいは高炉吹込み炭灰による閉塞を抑制することができるので、製鉄産業において極めて有益に利用することができる。

１１ 石炭
１２ 高炉スラグ
１３，２３ 高炉吹込み炭
２４ バインダ
２５ 水
Ｐ１ 石炭の灰の溶融温度
Ｐ２ 混合物の灰の溶融温度
Ｓ１１−１，Ｓ１１−２ 分析工程
Ｓ１２−１、Ｓ１２−２ 微粉砕工程
Ｓ１３ 混合工程
Ｓ１４ 粉砕工程
Ｓ２５ 成形工程

Claims (3)

1. 高炉設備の高炉本体の内部に羽口から吹き込む高炉吹込み炭を製造する高炉吹込み炭の製造方法であって、
   石炭の灰の組成及び融点を分析すると共に、鉄鋼製造工程で発生する鉄鋼スラグの組成を分析する分析工程と、
   前記鉄鋼スラグが、前記石炭の灰よりも酸化カルシウムを多く含有するものであり、前記石炭の灰の組成及び融点と前記鉄鋼スラグの組成とに基づき、当該石炭の灰及び当該鉄鋼スラグの主成分である二酸化ケイ素と酸化マグネシウムと酸化アルミニウムと酸化カルシウムの４元系状態図にて酸化カルシウムの含有量が灰の融点で１４００℃以上となるように、前記石炭と前記鉄鋼スラグとを混合する混合工程を行う
   ことを特徴とする高炉吹込み炭の製造方法。
2. 請求項１に記載された高炉吹込み炭の製造方法であって、
   前記石炭は、平均粒径１ｍｍ以下に粉砕したものであり、
   前記鉄鋼スラグが、粒径２０μｍ〜１００μｍに粉砕したものである
   ことを特徴とする高炉吹込み炭の製造方法。
3. 請求項２に記載された高炉吹込み炭の製造方法であって、
   前記混合工程にて、バインダ及び水をさらに加え前記石炭及び前記鉄鋼スラグと共に混合し、
   前記混合工程で得られた混合物をブリケット状に成形する成形工程を行う
   ことを特徴とする高炉吹込み炭の製造方法。

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