(57)【要約】【課題】石炭と鉄鉱石とを混合して成形した成形炭を、竪型炉を用いて連続的に乾留してフェロコークスを製造するにあたり、棚吊りの原因となる成形炭の相互溶着やコークス割れの発生を抑制することを可能とする原料配合の調整方法を提供することを課題とする。【解決手段】原料となる石炭の配合毎に、予め鉄鉱石の配合率に対する比容積及び収縮率の関係をそれぞれ求めておき、目標とするコークス強度を満たす石炭の比容積の範囲を決定するとともに、目標とするコークス反応率を満たす粉鉄鉱石の配合率を決定し、この鉄鉱石の配合率に対応する前記比容積と収縮率を求め、これらの値が所定範囲に収まるような配合を石炭の原料配合として選択し、この選択された石炭に鉄鉱石を前記決定された配合率で混合して成形炭とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭に鉄鉱石を混合して成形した成形炭を、竪型炉を用いて連続的に乾留するフェロコークスの製造方法において、
原料となる石炭の配合ごとに、予め鉄鉱石の配合率に対する比容積及び収縮率の関係をそれぞれ求めておき、目標とするコークス強度を満たす石炭の比容積の範囲を決定するとともに、目標とするコークス反応率を満たす粉鉄鉱石の配合率を決定し、この鉄鉱石の配合率に対応する前記比容積と収縮率を求め、これらの値が所定範囲に収まるような配合を石炭の原料配合として選択し、この選択された石炭に、鉄鉱石を前記決定された配合率で混合して成形炭とすることを特徴とするフェロコークスの製造方法。
【請求項２】
前記石炭の原料配合を選択するにあたり、
（Ａ）予め、（a1）石炭の比容積と成形炭の密度との積に対するコークス強度の関係を求めておくとともに、石炭の配合ごとに、（a2）鉄鉱石の配合率に対するコークス反応率の関係、（a3）鉄鉱石の配合率に対する比容積の関係、（a4）鉄鉱石の配合率に対するコークス収縮率の関係をそれぞれ求めておき、
（Ｂ）それぞれの石炭の配合において、
（b1）前記（a1）で求めた関係を用いて、目標とするコークス強度を満たす前記積の値の範囲を求め、その範囲を満たす比容積の範囲を決定し、
（b2）前記（a2）で求めた関係を用いて、目標とするコークス反応率を満たす粉鉄鉱石の配合率を決定し、
（b3）前記（a3）で求めた関係を用いて、その鉄鉱石の配合率に対する比容積が前記の範囲を満たすかどうかを判定し、
（b4）前記（a4）で求めた関係を用いて、その鉄鉱石の配合率に対するコークス収縮率が目標とする範囲を満たすかどうかを判定し、
（Ｃ）前記（b3）及び（b4）でいずれも範囲を満たすと判定された配合を石炭の原料配合として選択する、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭に鉄鉱石を混合して成形した成形炭を用いたフェロコークスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石炭と鉄鉱石とを混合して乾留したフェロコークスは、反応性が高いため、高炉の還元材比を低減させ、高炉操業の生産性を向上させる目的で用いられている。
【０００３】
このようなフェロコークスは、石炭と鉄鉱石とを混合してブリケットに成形した成形炭を、竪型のシャフト炉を用いて連続的に乾留する成形コークス法によって製造されている。
この方法では、成形炭を竪型炉の上部より装入し、炉内を降下する途中の成形炭を加熱・乾留した後、炉の下部から製造されたコークスを排出している。このような竪型炉を用いる場合の問題として、炉内での成形炭の棚吊りがある。この棚吊りが発生するとシャフト炉の操業が困難になるという問題が生じる。
【０００４】
例えば、乾留前に成形炭が軟化し、成形炭どうしが相互に融着してしまう場合、成形炭が炉内で棚吊りする原因となる。
また、コークスの製造過程において、揮発分の脱離とともにコークスは収縮し、亀裂が多数発生する。通常の室炉法による製造では、このような亀裂の発生は問題にならないが、成形コークス法においては、亀裂が発生して成形コークスが割れる場合も炉内での棚吊りの原因となる。
【０００５】
このため、竪型炉を用いた成形フェロコークスの製造では、成形炭の軟化融着や割れの発生を防ぐことは大きな課題である。
従来、成形炭の乾留時の性状や乾留後の成形フェロコークスの性能を向上するために、製造時の原料配合条件を調整することが行われており、このような技術として、例えば、下記の特許文献１〜４で開示されている技術が知られている。
【０００６】
特許文献１には、石炭と不活性物質との混合物を乾留した後のコークスボタンの強さから求めた粘結力指数によって、石炭の粘着性の強さを分類し、粘結力指数の値に応じて、鉄粉などの触媒物質の添加量と触媒物質含有石炭の配合量を選択することにより強度が高く、高反応性の成形コークスを製造することが記載されている。
【０００７】
特許文献２には、石炭と鉄鉱石とを混合し、成形して成形物を製造する際に、前記石炭として、揮発分１８ｍａｓｓ％以下の半無煙炭あるいは無煙炭と、揮発分１８ｍａｓｓ％超の軟化溶融を示す石炭とを混合した配合炭を用いることにより、原料成形物が軟化融着することがなく、従来と同等の強度を有するフェロコークスを製造することが記載されている。
【０００８】
特許文献３には、石炭として、粘結炭と非粘結炭との混合物を用い、鉄鉱石に含まれる酸化鉄中のＦｅとＯとの比率に基づき、強度が最適になるような非粘結炭の混合割合を定めるフェロコークスの製造方法が記載されている。
【０００９】
特許文献４には、フェロコークスを製造する際に、原料中の石炭に対する鉄鉱石中の結晶水の割合に応じて石炭のギーセラー最高流動度（ＭＦ）あるいは膨張圧を決定し、決定されたＭＦあるいは膨張圧を有するような石炭を用いてフェロコークスを製造することが記載されている。
【００１０】
以上の特許文献では、石炭の粘結性についてなどの点からコークス強度について検討されているが、竪型のシャフト炉を用いて連続的に成形炭を乾留してフェロコークスを製造するプロセスにおいて必須である、亀裂の発生を抑制し、かつ、膨れによる成形炭の相互融着を抑制するための方法については十分に検討されていない。
このため、乾留時の成形炭について、き裂の発生及び膨れや軟化融着現象の発生を抑制して、棚吊りの発生の恐れなく成形フェロコークスを得る原料配合条件を確立することが必要である。
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−３００１７０号公報
【特許文献２】特開２００８−５６７９１号公報
【特許文献３】特開２００７−１２６５０５号公報
【特許文献４】特開２００７−１１９６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、石炭と鉄鉱石とを混合して成形した成形炭を、竪型のシャフト炉を用いて連続的に乾留してフェロコークスを製造するにあたり、原料配合の調整により、棚吊りの原因となる成形炭どうしの相互溶着やコークスにおける割れの発生を抑制することを可能とする成形フェロコークスの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、成形炭どうしの相互溶着やコークスの割れの発生を抑制するための条件として、乾留時の石炭の膨れと収縮に着目した。そして、石炭の膨れと収縮に関連する指標として比容積と収縮率を用い、これらの値が鉄鉱石の配合率によって変化すること着目して、石炭の膨れと収縮が所定範囲に収まるようにする、石炭配合と鉄鉱石の配合率の条件を求める方法を見出した。
【００１４】
そのようにしてなされた本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）石炭に鉄鉱石を混合して成形した成形炭を、竪型炉を用いて連続的に乾留するフェロコークスの製造方法において、原料となる石炭の配合ごとに、予め鉄鉱石の配合率に対する比容積及び収縮率の関係をそれぞれ求めておき、目標とするコークス強度を満たす石炭の比容積の範囲を決定するとともに、目標とするコークス反応率を満たす粉鉄鉱石の配合率を決定し、この鉄鉱石の配合率に対応する前記比容積と収縮率を求め、これらの値が所定範囲に収まるような配合を石炭の原料配合として選択し、この選択された石炭に鉄鉱石を前記決定された配合率で混合して成形炭とすることを特徴とするフェロコークスの製造方法。
（２）前記石炭の原料配合を選択するにあたり、（Ａ）予め、（a1）石炭の比容積と成形炭の密度との積に対するコークス強度の関係を求めておくとともに、石炭の配合ごとに、（a2）鉄鉱石の配合率に対するコークス反応率の関係、（a3）鉄鉱石の配合率に対する比容積の関係、（a4）鉄鉱石の配合率に対するコークス収縮率の関係をそれぞれ求めておき、
（Ｂ）それぞれの石炭の配合において、（b1）前記（a1）で求めた関係を用いて、目標とするコークス強度を満たす前記積の値の範囲を求め、その範囲を満たす比容積の範囲を決定し、（b2）前記（a2）で求めた関係を用いて、目標とするコークス反応率を満たす粉鉄鉱石の配合率を決定し、（b3）前記（a3）で求めた関係を用いて、その鉄鉱石の配合率に対する比容積が前記の範囲を満たすかどうかを判定し、（b4）前記（a4）で求めた関係を用いて、その鉄鉱石の配合率に対するコークス収縮率が目標とする範囲を満たすかどうかを判定し、（Ｃ）前記（b3）及び（b4）でいずれも範囲を満たすと判定された配合を石炭の原料配合として選択する、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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、鉄鉱石の配合率の調整によって、成形炭の相互融着が起こらない石炭配合の下で、成形炭の収縮率を低下させることが可能となり、亀裂の発生を抑制して割れの抑制を可能として、竪型炉による成形炭の乾留時の棚吊りの発生を防止できるようになる。また、従来、亀裂発生のために使用できない配合炭であっても、鉄鉱石の配合によって収縮率が低下し、フェロコークスの原料として使用できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明者は、石炭に鉄鉱石を混合してブリケットに成形した成形炭を、竪型のシャフト炉を用いて連続的に乾留してフェロコークスを製造する場合において、棚吊りの原因となる成形炭の相互融着や亀裂の発生を防止できる原料配合について検討した。
その結果、石炭の比容積とその石炭を用いたコークスの収縮率が鉄鉱石の配合率に依存すること、鉄鉱石の配合率に応じて前記比容積と収縮率の値を所定範囲に収まるようにすれば、成形炭の相互融着や亀裂の発生を防止できることを見出した。
【００１７】
以下、鉄鉱石の配合率に応じて、比容積と収縮率の値が所定の範囲に収まるような石炭の配合を求めるための手順を、図１を用いて説明する。
（Ａ）まず、（ａ１）石炭の比容積と成形炭の密度の積の値に対するコークス強度の関係を予め求めておくとともに、原料となる石炭の配合ごとに、（ａ２）原料全体における鉄鉱石の配合率に対するコークス反応率の関係、（ａ３）鉄鉱石の配合率に対する比容積の関係、及び（ａ４）鉄鉱石の配合率に対するコークス収縮率の関係を、それぞれ予め求めておく。
これら（ａ１）〜（ａ４）の関係について、以下説明する。
【００１８】
（ａ１）の関係
配合炭の全膨張率が大きいと、石炭の軟化時に石炭粒同士が充分に接着し、コークス強度が向上する。配合炭の全膨張率は、石炭自体の膨脹率と成形炭の密度によるものとして、それらの積の大きさで評価する。また、石炭の膨脹率を示す指標としては、石炭の比容積を採用する。
そして、種々の比容積の石炭を準備し、それをブリケットに成形して、乾留後のコークスの強度を調べ、図１ａの模式図に示すような、（石炭の比容積×成形炭の密度）の値に対するコークス強度の関係を示すグラフを作成する。
ブリケット密度を一定とした場合、比容積の小さい場合は、石炭どうしの融着が十分でなく、強度が低い（領域Ｉ）。逆に、比容積が大きくなると、膨れが大きくなり強度が低下するとともに、最終的には相互融着による操業不良が発生する（領域III）。
【００１９】
（ａ２）の関係
フェロコークスの製造に用いられる種々の配合の石炭を用い、それに混合する鉄鉱石の配合率を変えた条件で、ブリケットを作成し、これを乾留して成形コークスを製造する。
得られた成形コークスの反応性を調査し、図１ｂのような、鉄鉱石の配合率に対するコークス反応率の関係を示すグラフを作成する。
【００２０】
（ａ３）の関係
種々の配合の石炭について、鉄鉱石の配合率を変えて成形コークスにしたときの比容積を調査し、図１ｃのような、鉄鉱石の配合率に対する比容積の関係を示すグラフを作成する。図では、配合イと配合ロの石炭について調査した例を示している。
【００２１】
（ａ４）の関係
さらに、同様に、成形コークスの収縮率を調査し、図１ｄのような、鉄鉱石の配合率に対するコークス収縮率の関係を示すグラフを作成する。図では、配合イと配合ロの石炭から作成したコークスについて調査した例を示している。
【００２２】
（Ｂ）以上のようにして、（ａ１）〜（ａ４）の関係が求められたら、次に、この関係を用いて、比容積と収縮率が所定の範囲内となるような石炭の配合と、その配合に対する鉄鉱石の配合率を決定する。
【００２３】
（ｂ１）のステップ
まず、目標とするコークス強度を決め、このコークス強度を満たし、相互融着による操業不良が発生しない（石炭の比容積×成形炭の密度）の範囲を（ａ１）の関係（図１ａのグラフ）から求める。
ブリケット密度は、使用するブリケット成形機に依存するものであり、そのブリケット密度を用いて、比容積の範囲Ｈ１〜Ｈ２を求める。
【００２４】
（ｂ２）のステップ
目標とするコークス反応率を決め、この反応率を満たす鉄鉱石の配合率Ｚを（ａ２）の関係（図１ｂのグラフ）から求める。
【００２５】
（ｂ３）のステップ
配合イと配合ロの石炭において、ステップ(ｂ２)で求められた鉄鉱石の配合率Ｚが、比容積の範囲を満たしているかどうかを、（ａ３）の関係（図１ｃのグラフ）から判定する。
鉄鉱石の配合率Ｚでの比容積がＨ２を超える石炭の配合の場合は、膨れにより成形炭が溶着する危険性が高いと判断される。
なお、図１ｃでは、配合イと配合ロの石炭のいずれもが比容積の範囲を満たしている例を示している。
【００２６】
（ｂ４）のステップ
予め、実験等により、棚吊りにつながるような割れの発生する恐れがない上限の収縮率Ｓを決めておく。そして、配合イと配合ロの石炭において、目標とする鉄鉱石の配合率Ｚの場合に、コークス収縮率が目標とする値以下かどうかを、（ａ４）の関係（図１ｄのグラフ）から判定する。
鉄鉱石の配合率Ｚのときの収縮率が目標とする収縮率Ｓを超える場合は、その配合では、乾留時に収縮により割れが発生しやすくなると判定される。
図１ｄでは、配合イが目標とする収縮率Ｓを超えている例を示している。
【００２７】
（Ｃ）前記（ｂ３）と（ｂ４）のステップでいずれも所定の範囲を満たすと判定された石炭の配合があれば、その配合を成形炭の原料とし、その場合の鉄鉱石の配合率をＺとする。図１ｃ、ｄの例では、配合ロが該当している。
（ｂ３）と（ｂ４）のステップで、いずれも範囲を満たすと判定された石炭の配合がない場合は、さらに別の石炭の配合について、（ｂ２）のステップから繰り返して、（ｂ３）と（ｂ４）のステップで、いずれも範囲を満たすと判定されるまで、繰り返す。
【００２８】
そして、以上によって決定された原料配合を用いて、フェロコークスを製造することにより、棚吊りの発生なく安定して製造することができる。
特に、図１ｄに示すように、鉄鉱石の配合によって収縮率を低下させることが可能であり、亀裂の発生を抑制し、割れを抑制することができる。また、配合炭ロのように鉄鉱石配合なしでは亀裂発生のために使用できないものが、鉄鉱石の配合により使用可能になる。
なお、鉄鉱石の配合率を増加すれば、コークスの反応性が上昇し、収縮率が低下するが、鉄鉱石の配合率増加に伴いコークス強度は低下する。このためコークス強度の点から配合率は制限され、上記のように目標とする反応率から決定される。
【００２９】
以上の説明では、それぞれグラフに基づいて、値を選択したり、判定を実施したりするように説明したが、図１ａ、図１ｂに示されたグラフの関数系を導き出し、それぞれの範囲を計算によって求めるようにしてもよい。また、図１ｃ、図１ｄに示されたグラフによる判定も同様に行ってもよい。
【００３０】
フェロコークスの製造に用いられる配合石炭について、上記（ａ１）〜（ａ４）の関係を予め求めるにあたり、石炭の比容積やコークスの反応率、収縮率及び強度は次のようにして求める。
【００３１】
石炭の比容積は、例えば、特開２００５−１９４３５８号公報に記載の方法で求める。具体的には、ＪＩＳ  Ｍ  ８８０１のディラトメーターにより測定される全膨張率ｂ（％）から、次の関係式
石炭軟化時の比容積(ｃｍ3／ｇ）＝最大膨張時の石炭体積（ｃｍ3)／ディラトメーター
への石炭装入量(ｇ）＝0．9 6π(１+ｂ／100)／ディラトメーターへの石炭装入量（ｇ)
により計算することができる。また全膨張率は、ＪＩＳ  Ｍ  ８８０１の膨張率を用いることができる。
【００３２】
コークス反応率ＣＲＩは、それぞれの配合石炭から製造されたコークス２００ｇ（サイズ２０±１ｍｍ）を、反応容器内で、１１００℃、２時間炭酸ガスと反応させた際のガス化反応率に相当し、次式
（１−反応後の質量／反応前の質量）×１００
の値として求める。
【００３３】
コークス収縮率は、特開２００５−２３２３４９号公報に記載の方法で求める。具体的には、石炭を容器内において石炭の再固化温度以上の温度Ｔ（℃）まで加熱し、再固化温度と温度Ｔ とにおける内容物の容積差又は長さ差を再固化温度における容積又は長さで除した値をその石炭から生成したコークスの温度Ｔ における収縮率とする。
【００３４】
コークス強度は、例えば、ＪＩＳ Ｋ２１５１に記載のコークスの回転強度試験方法のドラム法により測定した、１５０回転後の１５ｍｍ篩上指数（DI15015）として求める。
あるいは、内径１３０ｍｍ長さ７００ｍｍの鉄製のＩ型ドラム試験機に、所定粒度（例えば２０±１ｍｍ）の試料を所定量（例えば２００ｇ）入れ、６００回転（２０ｒｐｍ×３０分）の衝撃を加えた後の１ｍｍ篩上重量百分率で表されるI型強度指数（I6001）で求めてもよい。
【実施例】
【００３５】
配合石炭Ａ〜Ｃを用いて、図２〜５に示すグラフを作成した。
図２において、目標とするコークス強度Ｉ6001を８５以上とすると、比容積×成形炭密度の範囲は１．４１〜１．８０となる。成形炭密度を１．２とすると、比容積の範囲は１．１７５〜１．５となる。
また、図３において、目標とする反応率を６０とすると、それに対応する微粉鉄鉱石配合比率は２５％となる。
【００３６】
微粉鉄鉱石配合比率が２５％のとき、比容積の範囲が１．１７５〜１．５の範囲となる配合は、図３より配合Ｂと配合Ｃであり、配合Ａは比容積の範囲を満たさないため、使用することができない。
図４において、割れが生じない収縮率の範囲の上限を１２％以下としたとき、微粉鉄鉱石配合比率が２５％で、収縮率の範囲が１２％以下の範囲となる配合は、配合Ｂであり、配合Ｃこの範囲を満たさないため、使用することができない。
したがって、石炭として配合Ｂを用い、微粉鉄鉱石配合比率が２５％と決定した。
【００３７】
なお、図２で得られた曲線は、近似式、たとえば６次式で近似的に表すことができる。係数を求めるには、回帰分析法により求めればよい。この時、最低７点以上の測定点があることが望ましい。また、図３で得られた直線は、ｙ＝１．２ｘ＋３０で表すことができる。これらの数式を用いれば、比容積×成形炭密度の範囲や微粉鉄鉱石配合比率の値を計算で求めることができる。
【００３８】
次に、配合Ｂの石炭に微粉鉄鉱石を配合比率２５％で混合した原料を成形して、密度１．２のブリケットとし、これを竪型炉で乾留して、コークスを製造した。
その際、棚吊りの発生がなく操業率製造できた。また製造されたコークスの性能を評価したところ、Ｉ6001が８６で、ＣＲＩが６０のコークスであった。
比較のため、収縮率が１２％以上であった配合Ｃの石炭を用いて同様にコークスを製造したところ、棚吊りが発生し、操業が不能になった。また、配合Ａの石炭を用いて同様にコークスを製造したところ、棚つりが発生し、操業が不能になった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】成形フェロコークス製造時の原料配合条件を決定するための手順を説明するための模式図である。
【図２】石炭の比容積×成形炭密度の値に対するコークス強度の関係の１例を示す図である。
【図３】鉄鉱石の配合率に対するコークス反応率の関係の１例を示す図である。
【図４】鉄鉱石の配合率に対する比容積の関係の１例を示す図である。
【図５】鉄鉱石の配合率に対するコークス収縮率の関係の１例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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