(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、炭材をイナート含有量４０ｍａｓｓ％以上の高イナート炭材と、該高イナート炭材よりもイナート含有量の低い低イナート炭材とに分離し、該分離した前記高イナート炭材と前記鉄鉱石の少なくとも一部とを混合して高イナート炭材に鉄鉱石を含浸させた後に、低イナート炭材と鉄鉱石の残部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を用いる。炭材を粒径により、高イナート炭材と低イナート炭材とに分離することが好ましい。【選択図】図２
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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、前記炭材をイナート含有量４０ｍａｓｓ％以上の高イナート炭材と、該高イナート炭材よりもイナート含有量の低い低イナート炭材とに分離し、該分離した前記高イナート炭材と前記鉄鉱石の少なくとも一部とを混合して前記高イナート炭材に前記鉄鉱石を含浸させた後に、前記低イナート炭材と前記鉄鉱石の残部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】
炭材を粒径により、高イナート炭材と低イナート炭材とに分離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、炭材中の高イナート炭材（イナート濃縮炭材）を分離し、この高イナート炭材に鉄鉱石を含浸させることにより、高イナート炭材周辺に鉄鉱石還元に伴う欠陥構造を発生させる。そして、高イナート炭材を分離した残りの低イナート炭材（軟化溶融しやすい炭材）に対する鉄鉱石の含有率を相対的に下げることにより、鉄鉱石の還元に伴う欠陥構造を発生させないことで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、前記炭材をイナート含有量４０ｍａｓｓ％以上の高イナート炭材と、該高イナート炭材よりもイナート含有量の低い低イナート炭材とに分離し、該分離した前記高イナート炭材と前記鉄鉱石の少なくとも一部とを混合して前記高イナート炭材に前記鉄鉱石を含浸させた後に、前記低イナート炭材と前記鉄鉱石の残部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）炭材を粒径により、高イナート炭材と低イナート炭材とに分離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】鉄鉱石の高イナート炭材への分配率と、フェロコークス強度との関係を示すグラフ。
【図２】鉄鉱石の高イナート炭材への分配率と、成型フェロコークス強度との関係を示すグラフ。
【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、炭材をイナート含有量が４０ｍａｓｓ％以上の高イナート炭材と、該高イナート炭材よりもイナート含有量の低い低イナート炭材とに分離し、鉄鉱石が高イナート炭材に含浸された状態で低イナート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。鉄鉱石がイナート含有量４０ｍａｓｓ％以上の高イナート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高イナート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低イナート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、高イナート炭材とはイナート含有量が４０ｍａｓｓ％以上のイナート含有量の高い難溶融性の炭材であり、低イナート炭材とは、前記高イナート炭材に比較してイナート含有量が４０ｍａｓｓ％未満のイナート含有量の低い軟化溶融しやすい炭材をさす。
【００１８】
炭材のイナート含有量を測定して高イナート炭材と低イナート炭材とに分離することも可能であるが、炭材を粒径により、高イナート炭材と低イナート炭材とに分離することが好ましい。コークスとして使用される石炭のイナートの含有量は、通常２０〜４０ｍａｓｓ%である。イナートとはセミフジニット、フジニットなどの加熱中に軟化溶融しにくい成分のことを指す。一般に石炭を粉砕したとき、イナートは粗い粒子に濃縮されやすいという性質がある。そこでこの性質を利用し、複数種類の石炭が混合されている配合炭を用いて、粒径１０ｍｍ以下に粉砕後の石炭を篩い分けすることにより高イナート炭材の分離を試みた。平均最大反射率１．０％、最高流動度３００ｄｄｐｍ、イナート含有量（トータルイナート）３２ｍａｓｓ％の配合炭を篩目６ｍｍの篩で分級し、粒径６ｍｍ以上と以下の石炭粒子の質量割合とイナート含有量を測定した。粒径６ｍｍ以上の石炭の質量割合は約２０ｍａｓｓ％でイナート含有量は４０ｍａｓｓ％以上であった。一方、粒径６ｍｍ未満では質量割合が約８０ｍａｓｓ％でイナート含有量は３０ｍａｓｓ％だった。これにより粒径６ｍｍ以上の石炭にイナートが濃縮され、粒径により配合炭を高イナート炭材と低イナート炭材とに分離できることが分かり、また、粒径６ｍｍ未満では低イナート炭材が混じり易いことが分かった。
【００１９】
以上のように、炭材を篩い分けして、粒径の大きいものをイナート含有量４０ｍａｓｓ％以上の高イナート炭材、粒径の小さいものを低イナート炭材として分離することが可能である。篩い分けの際の篩目は、６ｍｍ〜８ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００２０】
イナート含有量４０ｍａｓｓ％以上の高イナート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高イナート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、高イナート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、その間に鉄鉱石を高イナート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高イナート炭材の粒子群を適当なサイズにせん断して低イナート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。
【００２１】
鉄鉱石の一部が高イナート炭材に混合されて含浸されれば、フェロコークス強度向上の効果があり、必ずしも鉄鉱石の全量を高イナート炭材に混合して含浸させる必要はない。鉄鉱石の一部を高イナート炭材に混合する場合には、鉄鉱石の残部は低イナート炭材とともに、鉄鉱石の一部と混合した高イナート炭材と混合して成型すればよい。鉄鉱石の全量を高イナート炭材と混合した場合は、残部の鉄鉱石は存在しないので、高イナート炭材と鉄鉱石とを混合して高イナート炭材に前記鉄鉱石を含浸させた後に、低イナート炭材を混合して成型物を製造することになる。
【実施例１】
【００２２】
高イナート炭材に鉄鉱石を含浸させる効果を確認するため、粉砕して篩い分けして得られた粒径６ｍｍ以上の石炭を高イナート炭材として、全量が粒径３ｍｍ以下となるように粉砕し、微粉鉄鉱石とともにボールミルに投入し１５分間粉砕した。なお、粒径６ｍｍ以上の石炭のイナート含有量は平均で４０ｍａｓｓ％以上であった。また、前記高イナート炭材である石炭は粒径０．３ｍｍ以下まで粉砕され、鉄鉱石は石炭に含浸された。一方、粒径６ｍｍ以下の石炭を低イナート炭材として、粒径３ｍｍ以下に粉砕した。鉄鉱石を含浸させた高イナート炭材と低イナート炭材とを混合し、１６ｋｇ乾留炉にて乾留した。石炭かさ密度は７５０ｋｇ／ｍ3で水分は全体で５ｍａｓｓ％とした。石炭質量に対し微粉鉄鉱石を５ｍａｓｓ％とした。鉄鉱石全量に対する、高イナート炭材と混合して含浸させた鉄鉱石量の割合（鉄鉱石の高イナート炭材への分配率）とコークス強度の関係を図１に示す。鉄鉱石全量を高イナート炭材と混合した場合は分配率１００ｍａｓｓ％となる。図１によれば、鉄鉱石の少なくとも一部を高イナート炭材に混合して含浸させればコークス強度向上の効果があり、鉄鉱石を高イナート炭材に混合する割合が大きいほどコークス強度は向上することが分かる。ただし、分配率８０ｍａｓｓ％と１００ｍａｓｓ％ではコークス強度にほとんど違いは見られなかった。これは、鉄鉱石を全量高イナート炭材に混合すると低イナート石炭が加熱中に発泡しコークスが多孔質化したためではないかと推察される。鉄鉱石の高イナート炭材および低イナート炭材への分配率を調整すれば、鉄鉱石の添加に伴うコークス強度の低下を抑制することが可能なことが分かった。
【実施例２】
【００２３】
成型フェロコークスの場合について検討した。用いた石炭は、平均最大反射率０．７％、最高流動度３ｄｄｐｍ、トータルイナート３５ｍａｓｓ％の石炭で、この石炭に対して篩目６ｍｍの篩で分級し、篩い上を高イナート炭材、篩い下を低イナート炭に分離した。篩い上の石炭はイナート含有量が平均４０ｍａｓｓ％以上の高イナート炭材であった。実施例１と同様に石炭質量に対し微粉鉄鉱石を５ｍａｓｓ％とし、微粉鉄鉱石を高イナート炭材および低イナート炭へ分配させた。すなわち、微粉鉄鉱石の高イナート炭材への分配率を０〜１００ｍａｓｓ％として混合して微粉鉄鉱石を高イナート炭材に含浸させた後、残部の微粉鉄鉱石と低イナート炭と混合して、成型物を製造した。成型にはバインダーを用い、カップサイズ6ｃｃの卵形ブリケットをダブルロール成型機で製造した後、乾留した。結果を図２に示す。
【００２４】
図２によれば、鉄鉱石の高イナート炭材への分配率が高いほど成型フェロコークス強度は向上し、鉄鉱石を高イナート炭材に含浸させる効果は非常に大きいことが分かる。したがって、実施例１の場合と同様に、鉄鉱石を高イナート炭材部分へ分配させてフェロコークスを製造すればよいことがわかった。
【図１】
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【図２】
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