JP5386840B2

JP5386840B2 - 冶金用フェロコークスの製造方法

Info

Publication number: JP5386840B2
Application number: JP2008073626A
Authority: JP
Inventors: 英和藤本; 泉下山; 孝思庵屋敷; 喜代志深田; 広行角
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: JP2009227783A

Description

本発明は、石炭と鉄鉱石との混合物を成型して乾留して製造する冶金用フェロコークスの製造方法に関する。

原料石炭に粉鉄鉱石を配合し、この混合物を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）石炭と粉鉄鉱石との粉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、低融点のファイヤライト（２ＦｅＯ・ＳｉＯ₂）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、工業的には実施されていない。

上記問題を回避するため、乾留後のコークスに鉄含有物質を含浸させて高反応性コークス（フェロコークス）を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法では、コークス中に鉄含有物質を含浸させるのが困難であり、内部まで鉄の濃度を上昇させるには時間がかかり、生産性を大幅に低下させてしまう。またハンドリング時の衝撃で含浸させた鉄含有物がはがれ落ちてしまい、効果が低下する等の問題が残されている。

近年、室炉式コークス製造法に替わるコークス製造方法として、連続式成型コークス製造法が開発されている。連続式成型コークス法では、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、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。資源埋蔵量が豊富で安価な非微粘結炭を多量に使用しても、通常の室炉式コークス炉と同等の強度を有するコークスが製造可能なことが確認されているが、使用する石炭の粘結性が高い場合にはシャフト炉内で成型炭が軟化融着し、シャフト炉操業が困難になると共に変形や割れ等のコークス品質低下を招く。

連続式コークス製造法でのシャフト炉内での融着抑制のために、石炭に鉄鉱石を全体量の１５〜４０％となるように添加し、冷間で成型物を製造し、シャフト炉に装入する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この方法では、鉄鉱石には粘結性がないので、冷間の状態で成型物を製造するために高価なバインダーを添加する必要がある。そこで、原料としての石炭と鉄鉱石あるいは鉄原料を、加熱した熱間の状態で塊成型物に成型する方法も提案されている（例えば、特許文献３、特許文献４参照。）。
特開２００４−３１５６６４号公報特開平６−６５５７９号公報特開２００４−２１７９１４号公報特開２００５−５３９８２号公報燃料協会「コークス技術年報」１９５８年、ｐ．３８

しかしながら、上記特許文献２〜４において、石炭と、鉄鉱石あるいは鉄原料とでは、乾留時における熱的挙動が異なることから、乾留後の強度低下が大きいという問題が残されている。

鉄鉱石と炭材との成型物を乾留してフェロコークスを製造する際、還元率の上昇とともに炭材が鉱石の還元に使用されるため、フェロコークス中に欠陥構造が発生し強度低下が顕著となる。また、成型物の乾留中に成型物同士の融着を抑制する必要があるので、鉱石比率が５０ｍａｓｓ％以下のフェロコークスを製造する場合には炭材として難溶融性炭材を配合する必要が生じる。難溶融性炭材はフェロコークスの強度向上に寄与しないため、難溶融性炭材を用いる場合は特に、高い還元率を維持しながらフェロコークスの強度を確保するのは困難である。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、炭材と鉄鉱石とからなる成型物を乾留してフェロコークスを製造する際に、鉄鉱石の還元が進行してもフェロコークス強度の低下が抑制される、冶金用フェロコークスの製造方法を提供することにある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、フェロコークス強度向上に寄与しない難溶融性炭材表面に鉄鉱石を被覆させることにより、主に難溶融性炭材に鉄鉱石還元に伴う欠陥構造を発生させ、フェロコークス強度向上に寄与する軟化溶融を示す易溶融性炭材には欠陥構造を極力発生させないことにより高強度の冶金用フェロコークスを得るものである。

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）炭材と鉄鉱石とからなる成型物を乾留してフェロコークスを製造する方法であって、前記炭材がギーセラープラストメータで測定される最高流動度が２ｄｄｐｍ未満である難溶融性炭材と最高流動度が２ｄｄｐｍ以上の易溶融性炭材とからなり、前記鉄鉱石が含浸された前記難溶融性炭材と、前記易溶融性炭材とを混合して成型物を製造することを特徴とする冶金用フェロコークスの製造方法。
（２）難溶融性炭材と鉄鉱石とバインダーとを押し出し成型機を用いて混練し、前記鉄鉱石を前記難溶融性炭材内部に強制的に含浸させて前記鉄鉱石が含浸された前記難溶融性炭材を製造することを特徴とする（１）に記載の冶金用フェロコークスの製造方法。
（３）難溶融性炭材と鉄鉱石とバインダーとを押し出し成型機を用いて混練して押し出し後にせん断して押し出し成型物とし、該押し出し成型物を前記鉄鉱石が含浸された前記難溶融性炭材として用いる際に、前記押し出し成型物の最大粒径を１２ｍｍ以下とすることを特徴とする（２）に記載の冶金用フェロコークスの製造方法。

本発明によれば、難溶融性炭材を用いてフェロコークスを製造する場合であっても、高強度のフェロコークスが得られる。

これにより、フェロコークスを高炉で使用した場合に、ＣＯ₂ガスとの反応より発生する粉の発生を抑制し、フェロコークス使用による圧力損失の上昇を抑制しつつ、フェロコークスとＣＯ₂ガスとの反応速度の増大により熱保存帯温度を低下させることができ、高炉の還元材比を低減することが可能となる。

本発明は、炭材と鉄鉱石とからなる成型物を乾留してフェロコークスを製造する方法であって、炭材が難溶融性炭材と易溶融性炭材とからなり、鉄鉱石が難溶融性炭材に含浸された状態で易溶融性炭材と混合して成型物を成型して乾留して冶金用フェロコークスを製造する。鉄鉱石が難溶融性炭材に含浸された状態とすることにより、鉄鉱石の還元により生成する欠陥構造は難溶融性炭材の内部に発生し、フェロコークス強度を発現させる軟化溶融を示す易溶融性炭材内部には欠陥構造を発生させないフェロコークスとなる。これによりフェロコークス内の鉄鉱石の還元が進行してもフェロコークスの強度低下が抑制可能である。

なお、難溶融性炭材とは、ギーセラープラストメータで測定される最高流動度（ＭＦ）が２ｄｄｐｍ未満である石炭等の炭材であり、易溶融性炭材とは最高流動度（ＭＦ）が２ｄｄｐｍ以上の難溶融性炭材よりも溶融しやすい石炭等の炭材である。

難溶融性炭材に鉄鉱石を含浸させてフェロコークスを製造するには、押し出し成型機を用いる方法や、ボールミルを用いて難溶融性炭材と鉄鉱石とを混合する方法等を用いることができる。押し出し成型機を用いる場合は、難溶融性炭材と鉄鉱石と少量のバインダーとを押し出し成型機に投入して混練しながら押し出し機のシリンダー内を通して、その間に鉄鉱石を難溶融性炭材内部に強制的に含浸させる。この鉄鉱石が含浸された難溶融性炭材の粒子群を適当なサイズにせん断して易溶融性炭材とバインダーとともにミキサーに投入し、ダブルロール成型機のような成型機を用いて成型し、成型物を製造する。得られた成型物を乾留してフェロコークスを製造する。

鉄鉱石が含浸された難溶融性炭材である難溶融性炭材と鉄鉱石と少量のバインダーとの押出し成型物の大きさは、せん断等により切断することで１２ｍｍ以下とすることが好ましい。１２ｍｍ以下とすることで、製造されるフェロコークスの強度を向上させることができる。これは、フェロコークス内において鉄鉱石が難溶融性炭材の位置に集中しているため、鉄鉱石が含浸された難溶融性炭材の径が大きい場合、還元に伴う欠陥構造が大きくなる。この大きな欠陥を基点に磨耗破壊が起こるため強度が低下すると推察される。

図１に鉄鉱石を難溶融性炭材表面に含浸させて、易溶融性炭材とバインダーとともに成型物を製造する本発明の一実施形態であるフロー図を示す。

難溶融性炭材１と微粉鉄鉱石２とは、バインダー３とともにスクリュー押し出し成型機４等を用いて混練することで難溶融性炭材１中に微粉鉄鉱石２を含浸させた粒子群を製造する。この粒子群は押し出し後にせん断して適当なサイズとした後に、易溶融性炭材５、さらにバインダー６とともに高速攪拌ミキサー７に投入し攪拌する。以上が混練工程である。混練工程で得られた攪拌物を成型工程で成型する。例えば高圧成型機８を用いて成型し、成型物９を得る。この成型物９を乾留してフェロコークスを得る。

図２に、従来の製造方法で製造されたフェロコークスと、本発明方法で製造されたフェロコークスとの比較を示す。フェロコークスの製造において、鉄鉱石の配合率が５０ｍａｓｓ％以下の場合、成型物を乾留すると成型物同士の融着が起こる恐れが高いため、炭材には易溶融性炭材として粘結炭や微粘炭の他に非粘炭を代表とする難溶融性炭材を配合する必要があり、通常フェロコークス中の炭材と鉄鉱石（金属鉄）の配置は図２（ａ）のようになる。フェロコークスの強度向上には、易溶融性炭材５が寄与し、成型物同士の融着防止には難溶融性炭材１が寄与する。鉄鉱石の還元が進行して金属鉄となると、金属鉄周辺に多くの欠陥が生成し、フェロコークス強度の低下を招くと考えられる。そこで、図２（ｂ）に示すように鉄鉱石２を難溶融性炭材１内に含浸させることで、金属鉄２が難溶融性炭材１の内部にある状態となり、還元に伴う欠陥が難溶融性炭材１内部に発生し、易溶融性炭材５は欠陥構造が発生しない。このため、図２（ａ）の場合に比較して、図２（ｂ）のフェロコークスは強度が向上すると考えられる。ただし、図２（ｂ）においては金属鉄が均一に分散していないため、還元率はやや低下する。

鉄鉱石を含浸させた難溶融性炭材と、易溶融性炭材と混合して製造した場合（難溶融性炭材に含浸：図２（ｂ）の場合）と、難溶融性炭材、易溶融性炭材および鉄鉱石を単純に混合して製造した場合（単純混合：図２（ａ）の場合）の、フェロコークス強度と還元率との比較を行った。

原料石炭には平均最大反射率が０．７％の微粘炭（石炭１）と、平均最大反射率が１．７％の非粘炭（石炭２）を５０ｍａｓｓ％ずつ配合した配合炭を用いた。石炭１が易溶融性炭材であり、石炭２が難溶融性炭材に相当する。鉄鉱石は粒径１００ミクロン以下に粉砕したカラジャス鉱石を用い、３０ｍａｓｓ％配合とした。鉄鉱石の性状を表１に、石炭の性状を表２に示す。

「単純混合」のフェロコークスは、石炭、鉄鉱石、石炭系軟ピッチ（バインダー）をミキサーで単純に混合し、ロール成型機で成型して６ｃｃの大きさの成型物とし、乾留温度９００で２時間乾留して製造した。

「難溶融性炭材に含浸」のフェロコークスは、図１に示す方法と同様にして製造した。鉄鉱石を強制的に難溶融性炭材へ含浸させるために、鉄鉱石と難溶融性炭材と、鉄鉱石と難溶融性炭材との合計量の１ｍａｓｓ％の石炭系軟ピッチを混合し、スクリュー型押出し成型機でダイスを用いて押し出し成型を行い、カッターで切断して錠剤型成型物を製造した。ダイス径は３ｍｍとし、長さが径と同じ長さになるようにカッターで切断した。この錠剤型成型物を易溶融性炭材と石炭系軟ピッチとともにミキサー内で混合し、ダブルロール型成型機にて成型物を成型した。成型物のカップサイズは６ｃｃ（３０ｍｍ×２５ｍｍ×１５ｍｍ）である。石炭系軟ピッチの添加量は、錠剤型成型物と易溶融性炭材との合計量の２ｍａｓｓ％とした。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。

フェロコークスの強度と還元率の測定結果を図３に示す。

「難溶融性炭材に含浸」のフェロコークスは、「単純混合」のフェロコークスに比較して、鉱石還元率は２％程度低下したものの、乾留後のフェロコークス強度は大幅に上昇した。鉄鉱石を難溶融性炭材に含浸させる効果は非常に大きいことが分かる。

次に、「難溶融性炭材に含浸」のフェロコークスを製造する際に、ダイス径を３〜１５ｍｍで変更し、錠剤型成型物の径を調整し、径の影響について調査した。錠剤型成型物の長さは径と同じ長さになるようにカッターで切断した。この錠剤型成型物を用いて製造したフェロコークスの強度と還元率の変化の測定結果を図４に示す。

図４によれば、錠剤型成型物の粒径が３ｍｍと５ｍｍでは強度にほとんど違いは見られなかったが、５ｍｍ以上となるとフェロコークス強度が低下した。これは、鉄鉱石が難溶融性炭材に集中しているため、錠剤型成型物の径が大きい場合、還元に伴う欠陥構造が大きくなり、この大きな欠陥を基点に磨耗破壊が起こるためであると考えられる。ただし、錠剤型成型物の径が１２ｍｍの場合でも単純混合の場合に比較して強度は高く、鉄鉱石を難溶融性炭材に含浸させる効果は高いことが分かる。

実施例１と同様の原料を用いて「難溶融性炭材に含浸」のフェロコークスを製造した。鉄鉱石を強制的に難溶融性炭材へ含浸させるために、鉄鉱石と難溶融性炭材をボールミルで２０分間混合した。難溶融性炭材は１００ミクロン以下に粉砕されてしまったが、カラジャス鉱石が難溶融性炭材内部に突き刺さった状態となった。これを石炭系軟ピッチとともに易溶融性炭材と混合し、ミキサーで攪拌後、実施例１と同様にしてロール成型して乾留し、「難溶融性炭材に含浸」の場合とした。比較のために、鉄鉱石と難溶融性炭材を別々にボールミルで２０分間攪拌したものを石炭系軟ピッチとともに易溶融性炭材と混合し、ロール成型して乾留し、「単純混合」の場合とした。図５に「単純混合」と「難溶融性炭材に含浸」のフェロコークス強度と還元率を比較した結果を示す。還元率はベースに比較して４％低下したものの、フェロコークス強度は８ポイントも上昇した。通常のフェロコークスでは、還元率が４％の違いではフェロコークス強度は２ポイント程度しか変わらないため、鉄鉱石を難溶融性炭材に含浸させる効果は非常に大きいことが分かる。

本発明の一実施形態を示すフロー図。フェロコークス中の炭材と鉄鉱石の配置を示す模式図。（ａ）従来のフェエロコークス（単純混合）、（ｂ）難溶融性炭中に鉄鉱石を含浸（難溶融性炭材に含浸）「単純混合」と「難溶融性炭材に含浸」のフェロコークス強度と還元率を比較したグラフ（押出し成型機）。錠剤型成型物の粒径のフェロコークス強度に及ぼす影響を示すグラフ。「単純混合」と「難溶融性炭材に含浸」のフェロコークス強度と還元率を比較したグラフ（ボールミル）。

符号の説明

１難溶融性炭材
２鉄鉱石
３バインダー
４スクリュー押し出し成型機
５易溶融性炭材
６バインダー
７高速攪拌ミキサー
８高圧成型機
９成型物

Claims

炭材と鉄鉱石とからなる成型物を乾留してフェロコークスを製造する方法であって、
前記炭材がギーセラープラストメータで測定される最高流動度が２ｄｄｐｍ未満である難溶融性炭材と最高流動度が２ｄｄｐｍ以上の易溶融性炭材とからなり、
難溶融性炭材と鉄鉱石とバインダーとを押し出し成型機を用いて混練し、前記鉄鉱石を前記難溶融性炭材内部に強制的に含浸させ、
前記鉄鉱石が含浸された前記難溶融性炭材と、前記易溶融性炭材と、前記バインダーと、を混合して成型物を製造することを特徴とする冶金用フェロコークスの製造方法。
難溶融性炭材と鉄鉱石とバインダーとを押し出し成型機を用いて混練して押し出し後にせん断して押し出し成型物とし、該押し出し成型物を前記鉄鉱石が含浸された前記難溶融性炭材として用いる際に、前記押し出し成型物の最大粒径を１２ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１に記載の冶金用フェロコークスの製造方法。