JPWO2011115262A1 - 焼結用固体燃料の製造方法、焼結用固体燃料およびこれを用いた焼結鉱の製造方法 - Google Patents

Abstract

この焼結用固体燃料の製造方法では、石炭をロータリーキルンにより３００〜１１５０℃の温度範囲で加熱乾留することで、焼結用固体燃料として使用されるチャーを製造する。そして、前記ロータリーキルンの成品排出側から、燃料の燃焼に必要な理論燃焼空気量と、前記石炭から発生する粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の燃焼に必要な理論燃焼空気量との合計量の９０〜１１０％の範囲内の量の空気及び前記燃料を供給し、前記ロータリーキルン内で前記石炭から発生する粒径２５０μｍ未満の前記微粉粒子を燃焼により除去し、前記石炭を乾留する。

Description

本発明は、製鉄原料用の焼結鉱を製造する際に熱源として使用する焼結用固体燃料の製造方法、焼結用固体燃料およびこれを用いた焼結鉱の製造方法に関する。
本願は、２０１０年３月１９日に、日本に出願された特願２０１０−６４２０７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

製鉄原料用の焼結鉱を製造する一般的な製造工程では、粉状鉄鉱石等の鉄含有原料、石灰石等の副原料および焼結返鉱などに、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が使用される。この焼結原料を、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焼結パレット上に装入して原料充填層を生成した後、着火炉で原料充填層の表層部中の固体燃料に着火する。その後、焼結パレット下部の吸引部（ウインドボックス）から空気を吸引して原料充填層の上方から下方へと燃焼点を移動させ、焼結反応を連続的に進行させて得られた焼結ケーキを破砕することで所定粒度の焼結鉱を製造する。

このとき、焼結用固体燃料として、高炉用コークスを製造する際に副次的に発生し、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細粒のコークスを、５ｍｍ以下の粒度に破砕調製した粉コークスが使用されている。

また、粉コークスの発生量不足を補う焼結用固体燃料として、無煙炭などの揮発分が少ない石炭が、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。

焼結用固体燃料として使用する粉コークスでは、コークス炉で製造したコークスの内の高炉で使用されるコークス量と高炉で使用されないコークス量とのバランスによって、粉コークスの在庫量が大きく変動することがある。高炉での銑鉄の増産時には、高炉用コークスの使用量が増加するため、焼結用固体燃料として使用できる粉コークスが不足する。

また、焼結用固体燃料として使用する無煙炭に関しては、無煙炭が海外からの輸入品であると同時に無煙炭の資源国が限定されているため、需給の変動リスクが大きいことが問題である。

したがって、焼結用固体燃料として、従来から主に使用されてきた粉コークス及び無煙炭以外に使用可能な燃料の選択肢を拡大させることが重要である。

粉コークス及び無煙炭の代替燃料として、コークス炉で副次的に生成するタール及びピッチを焼結原料に配合する方法では、揮発分が多量に発生し、これらの揮発分が熱源として使用されずに排ガス中へ混入するため、集塵機内での油分凝縮や集塵効率低下などの問題を招くおそれがある。

また、褐炭及び亜瀝青炭は、安価な石炭であるが、揮発分が高いため、そのままの状態で褐炭及び亜瀝青炭を焼結用固体燃料として使用する場合には、上記と同様の問題が生じる。

そこで、この揮発分に係る問題点を解決する手段として、石炭を３００〜９００℃の温度範囲で熱分解して得られるチャーを焼結用の固体燃料として使用する技術が開示されている（特許文献１）。

日本国特開平５−２３０５５８号公報

しかしながら、石炭チャーを焼結用の固体燃料として使用する場合、以下のような問題が指摘されている。

この問題は、石炭チャーの中に多量の粉が混在することである。褐炭や亜瀝青炭のように水分の多い石炭を加熱乾留して石炭チャーを製造する場合、加熱乾留過程において、石炭中に含まれる石炭粉の乾留と一部の石炭の粉化とによって、粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の含有率の高いチャーが生じる。微粉粒子の含有率の高い石炭チャーを固体燃料として含む焼結原料を用いて焼結鉱を製造する場合、固体燃料中の微粉粒子の燃焼速度が速過ぎるため、この固体燃料は、初期昇温過程で燃焼し、焼結反応で必要な高温領域での燃焼に寄与しない。また、固体燃料中の微粉粒子が多くなると、焼結充填層内の通気性が低下するため、焼結反応の進行を阻害し、生産性を悪化させる。

このような微粉粒子による問題を解決する方法として、石炭チャーの製造後に、石炭チャー中の粒径２５０μｍ未満の微粉粒子を篩い分けにより除去することが考えられる。しかし、一般的に、篩い分けにより粒径２５０μｍ未満の微粉粒子を分離することは難しく、多量の石炭チャーを処理する場合に、篩い目の詰まり発生等により作業効率及び生産性が低下しやすいため、実用面で問題がある。また、この方法で分離回収した粒径２５０μｍ未満の微粉粒子は、そのままの状態では利用価値が低く、貯蔵及び搬送を行うにあたっては、発塵対策等の環境保全上の処理を施す必要がある。

本発明は、上記現状に鑑みてなされ、本発明では、焼結用の固体燃料として使用されるチャーの製造工程において粒径２５０μｍ未満の微粉粒子を燃焼により除去することによって、焼結通気性を阻害する微粉粒子を低減し、成品チャーの粒度分布を改善し、焼結鉱製造工程における焼結鉱の生産性を向上させている。すなわち、本発明では、粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の比率を大幅に低減した焼結用固体燃料、焼結用固体燃料の製造方法および焼結用固体燃料を提供する。

本発明者等は、石炭の種類及び粒度を変えて、試験乾留炉やロータリーキルンなどの反応装置を用いてチャーを試作し、これら試作チャーを焼結用固体燃料として使用して焼結を行い、燃焼性についての研究開発を進めてきた。その中で、本発明者等は、チャー製造における乾留前の石炭の粒度及びロータリーキルンの運転条件によって変化するチャーの粒度分布が焼結工程での燃焼性及び焼結性に影響を与えることに着目し、燃焼性及び焼結性を大幅に改善できる固体燃料の条件を見出した。

本発明は、以上の知見に基づいてなされたもので、以下のように構成される。
（１）本発明の第一の態様に係る焼結用固体燃料の製造方法は、石炭をロータリーキルンにより３００〜１１５０℃の温度範囲で加熱乾留することで、焼結用固体燃料として使用されるチャーを製造する焼結用固体燃料の製造方法であって、前記ロータリーキルンの成品排出側から、燃料の燃焼に必要な理論燃焼空気量と、前記石炭から発生する粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の燃焼に必要な理論燃焼空気量との合計量の９０〜１１０％の範囲内の量の空気及び前記燃料を供給し、前記ロータリーキルン内で前記石炭から発生する粒径２５０μｍ未満の前記微粉粒子を燃焼により除去し、前記石炭を乾留する。
（２）本発明の第二の態様に係る焼結用固体燃料の製造方法は、石炭をロータリーキルンにより３００〜１１５０℃の温度範囲で加熱乾留することで、焼結用固体燃料として使用されるチャーを製造する焼結用固体燃料の製造方法であって、前記ロータリーキルンの成品排出側から、前記石炭から発生する粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の燃焼に必要な理論燃焼空気量の９０〜１１０％の範囲内の量の空気を供給し、前記ロータリーキルン内で前記石炭から発生する粒径２５０μｍ未満の前記微粉粒子を燃焼により除去し、前記石炭を乾留する。
（３）上記（１）または（２）に記載の高強度コークスの製造方法では、前記ロータリーキルンの成品排出側から、成品として排出されるチャー中に占める粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の含有率を１０質量％未満に調整してもよい。
（４）本発明の一態様に係る焼結用固体燃料は、上記（１）または（２）に記載の焼結用固体燃料の製造方法で製造される。
（５）本発明の一態様に係る焼結鉱の製造方法では、上記（４）に記載の焼結用固体燃料を焼結原料中に配合する。

本発明の上記第一の態様または第二の態様に係る焼結用固体燃料の製造方法によれば、成品チャー中の粒径２５０μｍ未満の微粉粒子を燃焼により除去することができ、焼結における燃焼性および通気性に優れた焼結用固体燃料を製造することができる。

本発明の上記第一の態様または第二の態様に係る焼結鉱の製造方法によれば、上記の焼結用固体燃料を配合した焼結原料を使用することにより、焼結反応域が十分に高温になるように焼結用固体燃料を燃焼させ、焼結層全体の通気性を改善することができるため、良好な品質の焼結鉱を効率的に生産することができる。

本発明の一実施形態に係るロータリーキルンによるチャー製造における石炭の乾留及び微粉粒子の燃焼を説明する模式図である。 本実施形態の焼結用固体燃料の製造方法を有効に実施できるロータリーキルンを含む焼結用固体燃料の製造装置の概略構成図である。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る焼結用固体燃料の製造方法について説明する。

石炭の乾留設備として、室式コークス炉、ロータリーキルン、流動層などが使用されるが、本実施形態の焼結用固体燃料の製造方法では、以下の理由からロータリーキルンを用いる。

ロータリーキルンは、粉状石炭を乾留する場合に、室式コークス炉に比べて熱伝達率が高く、乾留速度を相対的に大きくすることができるため、チャーの生産性の点において有利である。

流動層は、ロータリーキルンに比べて乾留速度が速い。しかしながら、流動層では、石炭やチャーの粒子同士が激しく衝突するため、ロータリーキルンに比べて微粉粒子の発生量が増大する。したがって、本実施形態では、焼結用固体燃料の製造設備としてロータリーキルンを使用する。ロータリーキルンは、原料と加熱燃焼ガスとを接触させ、熱交換により原料を加熱する内燃式ロータリーキルンと、原料と加熱媒体とを直接接触させず、原料の外部から原料を加熱する外燃式ロータリーキルンとに分けられる。なお、本実施形態では、内燃式ロータリーキルンと外燃式ロータリーキルンとの両方が適用できる。

本実施形態では、密閉状態にある内燃式ロータリーキルンの一端の原料投入側（石炭投入口）から原料である粉状石炭を投入し、粉状石炭をロータリーキルン内で転動させながら加熱乾留し、ロータリーキルンの他端の成品排出側から成品であるチャーを排出する。その際、ロータリーキルンの成品排出側から原料投入側に向けて、重油や天然ガスなどの燃料を燃焼用空気と共に供給し、ロータリーキルン内で燃料を燃焼させて原料を加熱する。

本実施形態では、上記ロータリーキルンへの空気の供給方法に特徴がある。すなわち、内燃式ロータリーキルンを用いる場合には、ロータリーキルンに供給する燃料の燃焼に必要な理論燃焼空気量の空気に加えて、ロータリーキルン内で石炭から発生した粒径２５０μｍ未満の微粉粒子を燃焼させるために十分な量の空気を供給する。

図１に、本実施形態のロータリーキルンによるチャー製造における石炭の乾留及び微粉粒子の燃焼を説明する模式図を示す。

本実施形態では、ロータリーキルンへの空気の供給量の調整によって、図１に示すように、内燃式ロータリーキルン内において、「燃料燃焼ゾーン」と、「石炭乾留ゾーン」と、「微粉粒子燃焼ゾーン」とを形成させることができる。「燃料燃焼ゾーン」では、燃料が空気中の酸素によって燃焼し、「石炭乾留ゾーン」では、燃焼により加熱された空気によって石炭が乾留される。「微粉粒子燃焼ゾーン」は、「燃料燃焼ゾーン」と「石炭乾留ゾーン」との間に形成され、石炭の加熱及び乾留により発生した粒径２５０μｍ未満の微粉粒子が燃焼する。

通常のロータリーキルンの操業においては、燃料からの煤発生を防止するために、空気比が燃料の燃焼に必要な理論燃焼空気量の１．２〜１．４倍程度になるように供給空気量を調整する。この空気量の調整では、燃料燃焼ゾーンにおける煤発生を抑制することができるが、石炭の加熱及び乾留により発生した粒径２５０μｍ未満の微粉粒子を燃焼して、成品として排出されるチャーから除去することはできない。

本実施形態では、ロータリーキルン内において、石炭乾留ゾーンまでに発生した粒径２５０μｍ未満の微粉粒子を燃焼により除去するために、燃料の燃焼に必要な理論燃焼空気量と、石炭から発生する粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の燃焼に必要な理論燃焼空気量との合計量（以下では、目標値と称することもある）の９０〜１１０％の範囲内の量の空気を供給する。ここで、供給する空気の量については、炭材毎に燃焼特性が異なるため、必ずしも目標値と同じ量（目標値の１００％）にする必要はなく、目標値の９０〜１１０％の空気量を調製することが好ましい。目標値の９０％未満の空気量では、２５０μｍ未満の粉が燃焼不足により残存しやすい。一方、目標値の１１０％以上の空気量では、２５０μｍ以上の粒子の燃焼が起こるため、成品となるチャーの収率と粒度が低下する。

ここで、燃料の燃焼に必要な理論空気量Ａｏ（Ｎｍ^３／ｈｒ）、および、石炭から発生する粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の燃焼に必要な理論燃焼空気量Ａｏｃ（Ｎｍ^３／ｈｒ）は、以下のように定義される。

Ａｏ＝（１／０．２１）・｛（２２．４／１２）・Ｃ＋（１１．２／２）・（Ｈ−ＯＸ／８）＋（２２．４／３２）・Ｓ｝・・・（１）
ここで、Ａｏ：燃料の燃焼に必要な理論燃焼空気量（Ｎｍ^３／ｈｒ）、Ｃ：燃料中の炭素原子量（ｋｇ／ｈｒ）、Ｈ：燃料中の水素原子量（ｋｇ／ｈｒ）、ＯＸ：燃料中の酸素原子量（ｋｇ／ｈｒ）、Ｓ：燃料中の硫黄原子量（ｋｇ／ｈｒ）である。

Ａｏｃ＝（１／０．２１）・｛（２２．４／１２）・Ｃｃ+（１１．２／２）・（Ｈｃ−ＯＸｃ／８）＋（２２．４／３２）・Ｓｃ｝・・・（２）
ここで、Ａｏｃ：粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の燃焼に必要な理論燃焼空気量（Ｎｍ^３／ｈｒ）、Ｃｃ：粒径２５０μｍ未満の微粉粒子中の炭素原子量（ｋｇ／ｈｒ）、Ｈｃ：粒径２５０μｍ未満の微粉粒子中の水素原子量（ｋｇ／ｈｒ）、ＯＸｃ：粒径２５０μｍ未満の微粉粒子中の酸素原子量（ｋｇ／ｈｒ）、Ｓｃ：粒径２５０μｍ未満の微粉粒子中の硫黄原子量（ｋｇ／ｈｒ）である。

本実施形態では、内燃式ロータリーキルンにおいて、（１）式および（２）式を用いて、燃料の燃焼に必要な理論燃焼空気量Ａｏ（Ｎｍ^３／ｈｒ）と粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の燃焼に必要な理論燃焼空気量Ａｏｃ（Ｎｍ^３／ｈｒ）とをそれぞれ求め、その合計量Ａ（＝Ａｏ＋Ａｏｃ）（Ｎｍ^３／ｈｒ）をロータリーキルン内に供給する空気量の目標値に決定する。

また、本実施形態の変形例として、外燃式ロータリーキルンを用いる場合には、（２）式を用いて、粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の燃焼に必要な理論燃焼空気量Ａｏｃ（Ｎｍ^３／ｈｒ）を求め、これをロータリーキルン内に供給する空気量の目標値に決定する。すなわち、この場合には、粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の燃焼に必要な理論燃焼空気量の９０〜１１０％の範囲内の量の空気を供給する。

なお、本実施形態では、下記（３）式で定義される空気比ｍが、１．０である。

ｍ ＝Ａ／Ａｏ ・・・（３）
ここで、ｍ：空気比（−）である。
また、（１）および（２）式における、燃料中の炭素原子量Ｃ（ｋｇ／ｈｒ）、水素原子量Ｈ（ｋｇ／ｈｒ）、酸素原子量ＯＸ（ｋｇ／ｈｒ）、および、硫黄原子量Ｓ（ｋｇ／ｈｒ）、並びに、粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の炭素原子量Ｃｃ（ｋｇ／ｈｒ）、水素原子量Ｈｃ（ｋｇ／ｈｒ）、酸素原子量ＯＸｃ（ｋｇ／ｈｒ）、および、硫黄原子量Ｓｃ（ｋｇ／ｈｒ）は、予めバッチの乾留試験を行い、石炭及びチャーの微粒子の化学分析を行うことによって測定できる。

また、本発明者らの検討によれば、粒径５００μｍ未満の石炭では、ロータリーキルン内の加熱による乾燥過程において石炭中に含有する水分及び揮発分が放出されて体積が減少し、さらに乾留過程において溶融軟化後の再固化及び揮発分の放出により固体組織が緻密化する結果、粒径５００μｍ未満の石炭のほぼ全てが粒径２５０μｍ未満の微粉粒子になることが確認されている。したがって、予めバッチの乾留試験を行い、チャーの微粒子の化学分析を行う場合には、粒径５００μｍ未満の石炭粒子を用いて乾留試験を行うことができる。また、乾留試験では、石炭原料中の粒径５００μｍ未満の石炭粒子の比率から、乾留試験で得られるチャー中の粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の比率を推定することができる。

本実施形態では、ロータリーキルン内の乾留ゾーンを通過したチャーの微粉粒子は、転動作用によって浮遊するため、微粉粒子燃焼ゾーンにおいて効果的に微粉粒子を燃焼除去できる。そのため、成品チャー中の粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の含有率を１０質量％未満に低減することができる。

ロータリーキルン内の温度は、原料投入側から成品排出側に向かうにつれて上昇して温度分布を形成する。また、石炭中の成分の熱分解温度に応じて石炭から発生するガスの組成が異なり、約３００〜４００℃の低温では主にタール成分が発生し、４００〜６５０℃ではメタンやエタンのような炭化水素ガスが発生し、６５０〜８５０℃では水素が発生する。

これらの石炭の加熱（熱分解）により生成する揮発分（ＶＭ）などの可燃性物質は、ロータリーキルンの原料投入側から中央部の乾留ゾーンまでの範囲内で主に発生し、成品排出側から供給された燃料の燃焼により加熱された燃焼ガスとともに原料投入側へ移動し排出される。本実施形態では、ロータリーキルンの成品排出側から燃料を供給するとともに、この燃料及び石炭乾留ゾーンまでに発生した粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の燃焼に必要な理論燃焼空気量の空気を供給する。そのため、供給された空気中の酸素は、ロータリーキルンの燃料燃焼ゾーンおよび微粉粒子燃焼ゾーンで消費される。したがって、石炭乾留ゾーンおよび石炭乾燥ゾーンで発生したＶＭを燃焼により消費することなく燃焼ガスとともに回収し利用することができ、加熱（乾燥及び乾留）により発生した成品チャー中の微粉粒子のみを効果的に燃焼により除去することができる。また、微粉粒子の燃焼により乾留に必要とされる熱をロータリーキルン内に供給することもできる。

本実施形態では、ロータリーキルン内の原料投入側から成品排出側に向かうにつれて温度が上昇しており、ロータリーキルン内の温度は、３００〜１１５０℃の範囲内であることが望ましい。上記温度範囲における下限温度（３００℃）は、原料投入側の下限温度に相当する。この下限温度よりも低い温度では、ほとんど石炭の乾留が起こらないため、石炭の乾留効率が低下する。上記温度範囲における上限温度（１１５０℃）は、成品排出側の上限温度に相当する。この上限温度よりも高い温度では、燃料および空気の供給ノズルの変形などが起こりやすく設備管理が非常に難しい。

図２は、本実施形態による焼結用固体燃料の製造方法を有効に実施できるロータリーキルンを含む焼結用固体燃料の製造装置の概略構成図である。

焼結用固体燃料として使用される成品チャーの原料である石炭は、石炭ホッパー１より切り出しコンベア２を経由して切り出され、ロータリーキルン４の一端側に設けた石炭投入口３よりロータリーキルン４の内部に供給される。ロータリーキルン４内に供給された石炭は、ロータリーキルン４の回転運動に伴って、ロータリーキルン４の他端側（成品排出側）へ転動しながら徐々に移動しつつ、還元雰囲気下での加熱により乾留される。乾留が終了したチャー９は、散水などの冷却装置７および排出コンベア８を介して系（ロータリーキルン４）の外に排出される。

本実施形態において、ロータリーキルン４の他端（成品排出側）の端壁を貫通するように、ロータリーキルン４の一端（原料投入側）に向けて燃料を供給する燃料供給バーナー５をロータリーキルン４の内部に配置し、この燃料供給バーナー５にエアーコンプレッサー６から所定量の空気を供給する。ロータリーキルン４の成品排出側に設けた燃料供給バーナー５から原料投入側に向けて供給された重油もしくは天然ガスなどの燃料は、同時に成品排出側から供給された空気中の酸素により燃焼し、その燃焼熱により加熱された燃焼ガスが原料投入側に移動する。

一方、石炭は、ロータリーキルン４の他端側（原料投入側）から供給され、燃焼ガスの移動方向とは逆の方向に移動しながら燃焼ガスとの熱交換により加熱される。その結果、ロータリーキルン４内の温度は、原料投入側から成品排出側に向かうにつれて上昇し、この温度分布によりロータリーキルン４内の原料投入側から成品排出側にかけて、石炭乾燥ゾーン、石炭乾留ゾーン、微粉粒子燃焼ゾーンが順次形成される。

燃料供給バーナー５から供給した燃料が空気中の酸素により燃焼した後、ロータリーキルン４の成品排出側に形成された微粉粒子燃焼ゾーンでは、主に乾留ゾーンで生成した２５０μｍ未満の微粉粒子がロータリーキルン内での転動により舞い上がり、供給空気の余剰酸素によって効果的に燃焼して除去される。

ロータリーキルン４内の他端側（成品排出側）から一端側（原料投入側）に向かう燃焼ガスは、石炭との熱交換後、排ガス（キルン排ガス）としてロータリーキルン４の外に排出される。ロータリーキルン４の一端側（原料投入側）には、排ガス燃焼炉１０が接続され、この排ガス燃焼炉１０では、排ガスが吸引処理される。

本実施形態において、主に乾留ゾーンで生成した粒径２５０μｍ未満の微粉粒子のほとんどは、原料石炭中の粒径５００μｍ未満の石炭粒子から生成するため、この石炭の燃焼に必要な理論燃焼空気量と供給燃料の燃焼に必要な理論燃焼空気量との合計量に略相当する量（合計量の９０〜１１０％）の空気をロータリーキルン内に供給した。通常の原料石炭中の粒径５００μｍ未満の石炭粒子の比率は、炭種及び粒度によって大きく異なるが、ロータリーキルンでの乾留に適する３０ｍｍ未満の粒度に原料石炭を粉砕調整した場合には、１０〜５０質量％程度である。

したがって、本実施形態においては、ロータリーキルン内に供給する空気量を上記のように設定することにより、ロータリーキルン４内で発生する粒径２５０μｍ未満の微粉粒子を微粉粒子燃焼ゾーンで効率的に燃焼して除去し、成品排出側の成品チャー中の粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の含有率を１０質量％未満に低減させている。

排ガス燃焼炉１０に向けて排出されたガス状生成物および粉を含む燃焼排ガスは、排ガス燃焼炉１０および集塵機１１などのガス清浄設備を経由して系外へ排出されても良い。経済的な観点から廃熱回収ボイラー１２を設置して排ガスの顕熱回収を行い、スタック（煙突）１３を介して排ガスを排出してもよい。また、設備のコンパクト化を図る観点より、揮発分を含む可燃性ガスを排ガス燃焼炉１０で燃焼させずに、この可燃性ガスをガス消費設備へそのまま供給しても良い。

本実施形態において、石炭ホッパー１からロータリーキルン４内に供給される焼結用固体燃料の原料である石炭の粒度を、予め調整して、成品チャー中に占める１５ｍｍ以上の粗粒塊を２０質量％未満にすることが好ましい。これにより、焼結工程で焼結層の最下層に塊状の固体燃料が偏析することがなく、原料充填層の全てで焼結反応を効率的に行うことができる。

本実施形態では、内燃式ロータリーキルンを使用した例を示したが、本実施形態の変形例として、外燃式ロータリーキルンを使用することもできる。この外燃式ロータリーキルンでは、ガスバーナーによりその外側からロータリーキルンを加熱することができる。この場合、ロータリーキルン内に燃料を供給する燃料供給バーナー５からは、燃料を全く供給せず、ロータリーキルン４内の主に乾留ゾーンで発生する粒径２５０μｍ未満の微粉粒子を燃焼させるために必要な理論空気量と略同じ量（理論空気量の９０〜１１０％）の空気のみを供給する。このように、外燃式ロータリーキルンでは、内燃式ロータリーキルンを用いる上記実施形態の条件のうち、少なくともロータリーキルン内に供給する空気量のみを変更すればよい。

本実施形態においては、例えば、粗粉砕により０〜３０ｍｍの粒度に調製した亜瀝青炭を原料石炭としてロータリーキルンに供給している。例えば、この原料石炭中の粒径５００μｍ未満の石炭粒子の比率は、約１５質量％である。この原料石炭を図２に示す廃熱回収ボイラー付きのロータリーキルンに投入し、乾留ならびに所定の空気供給による燃焼処理を行うと、ロータリーキルンの成品排出側から排出した直後の成品チャー中の粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の割合は、例えば、１質量％未満である。

上記実施形態の製造方法により製造された焼結用固体燃料を焼結用原料として使用し、鉄鉱石焼結鉱を製造する製造工程の一実施形態について以下に簡単に説明する。

粉状鉄鉱石等の鉄含有原料、石灰石等の副原料および焼結返鉱などに、熱源として上記実施形態に示す焼結用固体燃料を加えた焼結原料を、ドワイトロイド式の焼結機における無端回動する焼結パレット上に連続的に装入して原料充填層を生成させる。その後、着火炉で原料充填層の表層部中の固体燃料に着火し、焼結パレット下部の吸引部（ウインドボックス）から空気を吸引して原料充填層の上方から下方へと燃焼点を移動させ、焼結反応を連続的に進行させて焼結ケーキを得る。この焼結ケーキは、焼結機ストランドの排鉱部で焼結パレットが転回すると、適当なサイズに割れ、自重により下方に落下ながら破砕されて、所定粒度の焼結鉱が製造される。

本実施形態の焼結鉱の製造方法では、石炭を３００〜１１５０℃の温度で乾留して得られた固体燃料を用いるため、焼結工程中にタール、炭化水素ガス及びＮＯｘの発生が少ない。また、焼結通気性を阻害する粒径２５０μｍ未満の微粉粒子が少ないため、焼結鉱の生産性及び成品品質に優れた安定した焼結操業を行うことが可能である。

このため、集塵機内での油分凝縮や集塵効率の低下などの問題を防止することができ、ＮＯｘ等の排ガス処理設備が小さくて済む。また、焼結鉱の製造効率を高めて増産に対応することができる。

さらに、焼結用固体燃料中に塊混入物が混入していないので、焼結工程で焼結層の最下層に塊の固体燃料が偏析することがなく、所定時間内で焼結反応を終了させることができる。

なお、安価で、水分、揮発成分及びＮが多い、褐炭や亜瀝青炭のような劣質な石炭を原料として固体燃料を安価に製造することができるため、コークス原料として利用できない劣質な石炭資源の有効利用の点からも社会的意義が高い。

直径１．６ｍ、機長２２ｍの内燃式ロータリーキルンを用いて、以下の実験を行った。

比較例１では、ＶＭ含有量３０％の一般炭（石炭焚きボイラーの燃焼用に使用される石炭）を粒径２０ｍｍ以下の粒子が１００％含まれるように粉砕した原料石炭を使用して、３ｔ／ｈの供給速度でこの原料石炭をロータリーキルンに投入した。この原料石炭中の粒径５００μｍ未満の石炭粒子の比率は、１４質量％であった。加熱用の燃料として、３００リットル／ｈの重油を燃料供給プローブ（燃料供給バーナー）よりロータリーキルン内に供給した。

重油（燃料）供給量に対応する燃焼空気量として、ロータリーキルン内に３０００Ｎｍ^３／ｈの空気を供給した。この量は、重油（燃料）の燃焼に必要な理論空気量の１．２倍に相当する供給量であり、燃料からの煤の発生防止のために必要最低限の過剰空気を供給する条件である。

実施例１では、比較例１と全く同じ石炭を用いて、重油（燃料）使用量を４５リットル／ｈに低下させ、空気の供給量を５２００Ｎｍ^３／ｈに増加させた。この場合、燃料である重油の燃焼に必要な理論空気量は、約４２０Ｎｍ^３／ｈであり、残りの約４７８０Ｎｍ^３の空気量は、成品チャー中の粒径２５０μｍの微粉粒子の燃焼に必要な理論空気量である。この実施例１では、ロータリーキルン内の温度は、原料投入側で３００℃、成品チャー排出側で１１５０℃であった。

比較例２では、比較例１と同じ設備を用い、比較例１の乾留条件を一部変更した。すなわち、石炭原料の種類を変更し、乾留温度を低下させて乾留試験を行った。ここでは、原料石炭にＶＭ含有量３８％の亜瀝青炭を使用した。この原料石炭中の粒径５００μｍ未満の石炭粒子の比率は、１０質量％であった。さらに、重油（燃料）の供給量を２３０リットル／ｈに削減した。空気供給量は、理論空気量の１．２倍に相当する３３０Ｎｍ^３／ｈであった。

実施例２では、比較例１と全く同じ石炭を用いて、重油（燃料）使用量を４０リットル／ｈに低下させ、空気の供給量を２５００Ｎｍ^３／ｈに増加させた。この場合、燃料である重油の燃焼に必要な理論空気量は、約３７０Ｎｍ^３／ｈであり、残りの空気量は、成品チャー中の粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の燃焼に必要な理論空気量である。この実施例２では、ロータリーキルン内の温度は、原料投入側で３００℃、成品チャー排出側で８５０℃であった。

比較例１、２および実施例１、２で製造したチャーの粒度分布を表１に示す。成品チャー中の粒径２５０μｍ未満（−０．２５ｍｍ）の微粉粒子の比率が、比較例では１８〜３０質量％であったが、実施例では著しく減少した（実施例１では１．９質量％、実施例２では３．８質量％）。

上記の成品チャーを使用して、直径３００ｍｍφ、高さ６００ｍｍの円筒形焼結試験装置を用いた焼結試験を行った。表２に示す各原料の配合率になるように、比較例１、比較例２、実施例１および実施例２の４種類のチャー（石炭乾留チャー）をその他の原料と配合して４種類の焼結原料を調製し、負圧１５ｋＰａの一定条件で焼成を行い、生産率、成品歩留および強度を測定した。

焼結試験の結果を表３に示す。粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の比率が低い実施例１および実施例２のチャーを使用すると、比較例１および比較例２に比べて、２０質量％以上の生産性向上（例えば、（実施例１の生産率３８．６−比較例１の生産率３１．４）／３８．６≒０．２）を図れ、成品歩留ならびに成品の強度も大幅に向上した。

焼結工程における固体燃料の燃焼性を本質的に改善し、焼結鉱製造工程の生産性向上効果を得るために必要な品質を有する焼結用固体燃料の製造方法を提供することができる。

１ 石炭ホッパー
２ 切り出しコンベア
３ 石炭投入口
４ ロータリーキルン
５ 燃料供給バーナー（バーナー）
６ エアーコンプレッサー
７ 冷却装置
８ 排出コンベア
９ チャー（成品チャー）
１０ 排ガス燃焼炉
１１ 集塵機
１２ 廃熱回収ボイラー（ボイラー）
１３ スタック（煙突）

Claims (5)

1. 石炭をロータリーキルンにより３００〜１１５０℃の温度範囲で加熱乾留することで、焼結用固体燃料として使用されるチャーを製造する焼結用固体燃料の製造方法であって、
   前記ロータリーキルンの成品排出側から、燃料の燃焼に必要な理論燃焼空気量と、前記石炭から発生する粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の燃焼に必要な理論燃焼空気量との合計量の９０〜１１０％の範囲内の量の空気及び前記燃料を供給し、前記ロータリーキルン内で前記石炭から発生する粒径２５０μｍ未満の前記微粉粒子を燃焼により除去し、前記石炭を乾留する
   ことを特徴とする焼結用固体燃料の製造方法。
2. 石炭をロータリーキルンにより３００〜１１５０℃の温度範囲で加熱乾留することで、焼結用固体燃料として使用されるチャーを製造する焼結用固体燃料の製造方法であって、
   前記ロータリーキルンの成品排出側から、前記石炭から発生する粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の燃焼に必要な理論燃焼空気量の９０〜１１０％の範囲内の量の空気を供給し、前記ロータリーキルン内で前記石炭から発生する粒径２５０μｍ未満の前記微粉粒子を燃焼により除去し、前記石炭を乾留する
   ことを特徴とする焼結用固体燃料の製造方法。
3. 前記ロータリーキルンの成品排出側から、成品として排出されるチャー中に占める粒径２５０μｍ未満の微粉粒子の含有率を１０質量％未満に調整することを特徴とする請求項１または２に記載の焼結用固体燃料の製造方法。
4. 請求項１または２に記載の焼結用固体燃料の製造方法で製造したことを特徴とする焼結用固体燃料。
5. 請求項４に記載の焼結用固体燃料を焼結原料中に配合することを特徴とする焼結鉱の製造方法。

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