(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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１と最高流動度が２ｄｄｐｍ以上の易溶融性炭材５とからなり、難溶融性炭材１と鉄鉱石２とを混合して造粒物とし、該造粒物と易溶融性炭材５とを混合して成型物９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を用いる。難溶融性炭材１と鉄鉱石２とバインダー３とを造粒機４で造粒物とし、該造粒物と易溶融性炭材５とバインダー６とをミキサーに投入して攪拌して成型物９を製造することが好ましい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項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、前記難溶融性炭材と前記鉄鉱石とを混合して造粒物とし、該造粒物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。
【請求項２】
難溶融性炭材と鉄鉱石とバインダーとをミキサーに投入して攪拌し、前記難溶融性炭材と前記鉄鉱石との造粒物とし、さらに前記ミキサーに易溶融性炭材とバインダーとを投入して攪拌して成型物を製造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。
【請求項３】
難溶融性炭材と鉄鉱石とバインダーとを造粒機で造粒物とし、該造粒物と易溶融性炭材とバインダーとをミキサーに投入して攪拌して成型物を製造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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３１５６６４号公報
【特許文献２】特開平６−６５５７９号公報
【特許文献３】特開２００４−２１７９１４号公報
【特許文献４】特開２００５−５３９８２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】燃料協会  「コークス技術年報」１９５８年、ｐ．３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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と鉄鉱石とを混合して造粒物とすることにより、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。
【００１２】
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、前記難溶融性炭材と前記鉄鉱石とを混合して造粒物とし、該造粒物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ミキサーに投入して攪拌し、前記難溶融性炭材と前記鉄鉱石との造粒物とし、さらに前記ミキサーに易溶融性炭材とバインダーとを投入して攪拌して成型物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造粒機で造粒物とし、該造粒物と易溶融性炭材とバインダーとをミキサーに投入して攪拌して成型物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。
【発明の効果】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態を示すフロー図。
【図２】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）難溶融性炭材と鉄鉱石を造粒
【図３】本発明の一実施形態を示すフロー図。
【図４】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）難溶融性炭材と鉄鉱石を造粒
【図５】「単純混合」と「難溶融性炭材と鉄鉱石を造粒」で製造したフェロコークスの、フェロコークス強度と還元率を比較したグラフ。
【図６】「単純混合」と「難溶融性炭材と鉄鉱石を造粒」で製造したフェロコークスの、フェロコークス強度と還元率を比較したグラフ。
【図７】フェロコークス強度に及ぼす「難溶融性炭材と鉄鉱石の造粒物」の粒径の影響を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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と混合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。すなわち、鉄鉱石を難溶融性炭材に混ぜ、易溶融性炭材とはできるだけ混ざらないようにするものである。難溶融性炭材表面と鉄鉱石とを混合して造粒物とすることにより、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周辺に発生し、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。
【００１７】
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。
【００１８】
難溶融性炭材と鉄鉱石とを混合して造粒物として、フェロコークスを製造するには、以下のＡ）、Ｂ）のような方法を用いることができる。鉄鉱石と混合された難溶融性炭材の造粒物と、易溶融性炭材とを混合して混練した混練物を成型工程で成型し、得られた成型物を乾留してフェロコークスを製造する
Ａ）、まず、難溶融性炭材と鉄鉱石と少量のバインダーとを予め高速攪拌型ミキサーに投入して攪拌し、鉄鉱石と難溶融性炭材とを混合する。さらに易溶融性炭材とバインダーとを高速攪拌型ミキサーに投入して攪拌して混練し、混練物を得る。
Ｂ）、まず、ディスクペレタイザーのような造粒機を用いて難溶融性炭材と鉄鉱石と少量のバインダーを混合して混合粒子の造粒物を製造してから、易溶融性炭材とバインダーとともに高速攪拌ミキサーに投入して攪拌して混練し、混練物を得る。
混練物は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。
【００１９】
図１に上記Ａ）の場合の本発明の一実施形態であるフロー図を示す。
【００２０】
難溶融性炭材１と微粉鉄鉱石２とは、バインダー３とともに高速攪拌ミキサー７に投入し攪拌する。高速攪拌ミキサー７内で難溶融性炭材１と微粉鉄鉱石２とが混合されて造粒物が製造される。この造粒物と易溶融性炭材５、さらにバインダー６を高速攪拌ミキサー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。この場合は、高速攪拌ミキサーだけで混練までの工程を行なうことができ、比較的低コストでフェロコークスを製造することができる。
【００２１】
図２に、従来の製造方法で製造されたフェロコークスと、上記Ａ）の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、鉄鉱石と難溶融性炭材を完全混合した後、易溶融性炭材を添加することで、図２（ｂ）に示すように難溶融性炭材１に鉄鉱石２が濃縮し、易溶融性炭材５には鉄鉱石の存在する割合が小さい。したがって、鉄鉱石２の還元に伴う欠陥構造の生成を難溶融性炭材１周辺にとどめることが可能であり、易溶融性炭材５には還元に伴う欠陥の発生は起きにくいと考えられる。このように考えると、図２（ｂ）のフェロコークスでは鉱石の還元に伴うフェロコークスの強度低下は減じられると推察される。
【００２２】
図２（ｂ）においては、難溶融性炭材１に鉄鉱石２が存在する割合が高いが、易溶融性炭材５と鉄鉱石２との混在が少し認められる。易溶融性炭材５と鉄鉱石２との混在をさらに減らすためには、上記Ｂ）の方法を用いることが望ましい。
【００２３】
図３に上記Ｂ）の場合の本発明の一実施形態であるフロー図を示す。
【００２４】
難溶融性炭材１と微粉鉄鉱石２とは、バインダー３とともにディスクペレタイザー４等の造粒機を用いて混合することで難溶融性炭材１と微粉鉄鉱石２との造粒物を製造する。この造粒物と易溶融性炭材５、さらにバインダー６を高速攪拌ミキサー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。高速攪拌ミキサー７での攪拌において造粒物が壊れないように、高速攪拌ミキサー７での攪拌温度で劣化しないようなバインダーを用いて造粒物を固めることが好ましい。造粒物が壊れないように、高速攪拌ミキサーの回転速度や攪拌時間を減らして調整することも可能である。
【００２５】
図４に、従来の製造方法で製造されたフェロコークスと、上記Ｂ）の方法で製造されたフェロコークスとの比較を示す。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４（ａ）のようになる。図４（ｂ）に示すように鉄鉱石２を難溶融性炭材１周辺に配置させることで、鉄鉱石２の還元に伴う欠陥構造の生成を難溶融性炭材１周辺にとどめることが可能であり、易溶融性炭材５には還元に伴う欠陥の発生は起きにくいと考えられる。図４（ｂ）では、図２（ｂ）よりも易溶融性炭材５と鉄鉱石２との混在が少なく、よりいっそう鉱石の還元に伴うフェロコークスの強度低下が減じられると推察される。
【実施例１】
【００２６】
図１に示すフローと同様の方法で難溶融性炭材と鉄鉱石との造粒物を易溶融性炭材と混合して製造した場合（難溶融性炭材と鉄鉱石を造粒：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。
【００２７】
原料石炭には平均最大反射率が０．７％、最高流動度（ＭＦ）が２０ｄｄｐｍ、粒径３ｍｍ以下の微粘炭（易溶融性炭材）と、平均最大反射率が１．７％、最高流動度（ＭＦ）が０ｄｄｐｍ、粒径１ｍｍ以下の非粘炭（難溶融性炭材）を５０ｍａｓｓ％ずつ配合した配合炭を用いた。鉄鉱石は粒径０．１ｍｍ以下に粉砕したペレットフィードを用い、３０ｍａｓｓ％配合とした（易溶融性炭材／難溶融性炭材／鉄鉱石の質量比率は３５／３５／３０）。バインダーには石炭系軟ピッチを用い、内数で５ｍａｓｓ％添加した。これらの原料を混合してカップサイズ６ｃｃ（３０ｍｍ×２５ｍｍ×１５ｍｍ）の成型物を成型した。成型物の乾留は９００℃で２時間とした。
【００２８】
「単純混合」のフェロコークスは、石炭、鉄鉱石、バインダー（石炭系軟ピッチ）を攪拌型ミキサーで単純に均等になるように混合し、ダブルロール成型機で成型して６ｃｃの大きさの成型物とし、乾留して製造した。
【００２９】
「難溶融性炭材と鉄鉱石を造粒」のフェロコークスは、難溶融性炭材と鉄鉱石とに少量のバインダー（石炭系軟ピッチ）を添加して高速攪拌型ミキサーで１６０℃で混合した。その後易溶融性炭材と残りの石炭系軟ピッチを添加して、鉄鉱石と難溶融性炭材の混合時間よりも短時間でさらに混合した。バインダーは２回に分けて投入した。バインダーは３ｍａｓｓ%分を鉄鉱石と難溶融性炭材の混合に、残りの２ｍａｓｓ%分を易溶融性炭材の配合時に添加した。そして得られた混合物をダブルロール成型機で６ｃｃに成型した。成型物を乾留してフェロコークスを製造した。
【００３０】
フェロコークスの強度と還元率の測定結果を図５に示す。
【００３１】
「難溶融性炭材と鉄鉱石を造粒」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、鉱石還元率は変化せず、フェロコークス強度は０．４ポイント程度上昇した。
【００３２】
以上のように、従来の「単純混合」で製造したフェロコークスと比較して、「難溶融性炭材と鉄鉱石を造粒」して製造したフェロコークスは、高強度を有するものであった。
【実施例２】
【００３３】
図３に示すフローと同様の方法で難溶融性炭材と鉄鉱石との造粒物を易溶融性炭材と混合して製造した場合（難溶融性炭材と鉄鉱石を造粒：図４（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４（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。
【００３４】
原料石炭、鉄鉱石は実施例１と同様のものを用いた。バインダーには有機バインダーを用いた。
【００３５】
「単純混合」のフェロコークスは、石炭、鉄鉱石、バインダー（石炭系軟ピッチ）を攪拌型ミキサーで単純に均等になるように混合し、ダブルロール成型機で成型して６ｃｃ（３０ｍｍ×２５ｍｍ×１５ｍｍ）の大きさの成型物とし、乾留して製造した。
【００３６】
「難溶融性炭材と鉄鉱石を造粒」のフェロコークスは、難溶融性炭材と鉄鉱石とに少量のバインダー（有機バインダー）を添加してディスクペレタイザーで混合造粒して造粒物を製造した。難溶融性炭材と鉄鉱石との造粒物の粒径は１〜５ｍｍとした。この造粒物と易溶融性炭材とを、残りのバインダーともに攪拌型ミキサーで１６０℃で混合した。バインダーは３ｍａｓｓ%分を鉄鉱石と難溶融性炭材の造粒時に、残りの２ｍａｓｓ%分を易溶融性炭材の配合時に添加した。そして得られた混合物をダブルロール成型機で成型した。成型物のカップサイズは６ｃｃ（３０ｍｍ×２５ｍｍ×１５ｍｍ）であった。成型物を乾留してフェロコークスを製造した。
【００３７】
フェロコークスの強度と還元率の測定結果を図６に示す。
【００３８】
「難溶融性炭材と鉄鉱石を造粒」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、鉱石還元率は変化せず、フェロコークス強度は１ポイント程度上昇した。
【００３９】
以上のように、従来の「単純混合」で製造したフェロコークスと比較して、「難溶融性炭材と鉄鉱石を造粒」して製造したフェロコークスは、高強度を有するものであった。
【００４０】
次に、フェロコークス強度に及ぼす難溶融性炭材と鉄鉱石との造粒物の大きさの影響について調査した。難溶融性炭材と鉄鉱石との造粒物の粒径を１〜３ｍｍ、１〜５ｍｍ、１〜７ｍｍで変化させてフェロコークスを製造し、強度の測定を行なった。本実施例における難溶融性炭材と鉄鉱石との造粒物の製造条件では、製造される最大粒径が７ｍｍであり１〜３ｍｍおよび１〜５ｍｍの造粒物は篩により調製して得たものである。図７に測定結果を単純混合の場合の結果と併せて示す。粒径１〜３ｍｍの造粒物の歩留まりは約６０ｍａｓｓ％であったが、この大きさの造粒物を添加すると、単純混合に比較して乾留後強度は約２．５ポイント上昇した。粒径１〜７ｍｍでは、単純混合に比較して乾留後強度は低下した。粗大な造粒物は乾留後に構造欠陥となりやすいため強度が低下したものと推察される。
【符号の説明】
【００４１】
１    難溶融性炭材
２    鉄鉱石
３    バインダー
４    ペレタイザー
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
【図１】
2010159314.tif 000003
【図２】
2010159314.tif 000004
【図３】
2010159314.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010159314.tif 000007
【図６】
2010159314.tif 000008
【図７】
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