(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭と鉄鉱石との混合物を成型し乾留してフェロコークスを製造する方法において、
前記石炭が、複数の石炭の配合炭もしくは単味炭からなり、該石炭の灰分の荷重平均値が１０．７％以上、かつ、平均最大反射率の荷重平均値が０．８１％以上の非微粘結性の石炭を用い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】
前記石炭と鉄鉱石との混合物の成型にあたり、密度１４００ｋｇ/ｍ３以上となるように圧縮成型すること特徴とする請求項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、石炭と鉄鉱石との混合物を成型し乾留してフェロコークスを製造するフェロコークスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
室炉コークスの役割の一つに高炉内充填層内での通気性確保が挙げられる。通気性確保を行うためには、高炉内での荷下がり中にコークスが粉化しにくいことが求められ、高強度コークスの製造が求められている。【０００３】
高強度コークスの製造を目的として、従来、石炭の配合理論が数多く検討されている。コークス製造現場では、石炭の最大反射率（Ｒｏ）が約１．２％、最高流動度（ＭＦ）が概ね２００〜１０００ｄｄｐｍ（非特許文献１）の範囲内に収まるように石炭の配合が組まれている。冶金用コークスには低灰分で粘結性の高い高品質な石炭が用いられている。しかし、非特許文献２によれば、石炭可採年数は１１２年とされている。室炉用のコークスの場合はさらに可採年数は減少すると考えられる。【０００４】
そのため、今後は、灰分含有率の高い石炭の使用を想定する必要が考えられる。ただし、高灰分炭をコークス原料とするとコークス歩留まりの低下、石炭ＭＦ低下に伴うコークス強度の低下などが懸念される。このため、従来から高灰分炭の脱灰方法が数多く提案されている。例えば、オイルアグロメレーション法（特許文献１）や浮遊選炭法（特許文献２）などが挙げられる。【０００５】
近年、室炉コークスの一部代替として、地球環境への配慮から石炭と鉄鉱石との混合物を成型し乾留して得られるフェロコークスの使用が注目されている。フェロコークスの製造に専用のシャフト炉を使用するケースでは、石炭の配合を間違えるとシャフト炉内で成型物同士の融着が発生し、操業不能に陥る恐れが高い。このため、フェロコークスの製造には、成型物同士の融着を抑止するための難軟化性石炭の配合が考えられている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５６−１２５４９１号公報
【特許文献２】特開昭６０−３５０９４号公報
【特許文献３】特許第５０１７９６９号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】日本エネルギー学会  「石炭の化学と技術」２０１３年、ｐ．５１
【非特許文献２】日本エネルギー学会  「石炭の化学と技術」２０１３年、ｐ．９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
室炉コークスは、石炭を重力装入によりコークス炉へ装入するため、石炭粒子間距離が大きい。このため、室炉用石炭としては乾留中に流動性をもつある程度膨張性のある石炭が望まれる。高灰分炭を室炉コークス用に使用すると石炭の流動性が減少するため、高灰分炭の使用は限定される。高灰分炭に対し各種脱灰法を適用すると、良好に脱灰されることが多いが、コークス製造単価が大幅に上昇する。また、以上の脱灰は、炭素質と灰分が単体分離されていることが前提となるため、脱灰率を大幅に上昇させたい場合は微粉の石炭にのみ適用される。【０００９】
一方、フェロコークスや成型炭に代表される石炭を成型するプロセスでは、石炭を圧縮成型したものを専用のシャフト炉や室炉コークスなどに装入し乾留される。圧縮成型を伴うため、石炭の流動性は室炉コークス用の石炭より低くてよい。フェロコークスや成型炭の製造用に高灰分炭を使用する場合、事前に脱灰を強化する必要性が低いため、コークス製造単価の上昇は避けられる。ただし、高炉へは灰分含有率の高いコークスが装入され、高炉の熱量原単位の上昇などの悪影響が懸念される。フェロコークスや成型コークスは室炉コークスの副原料という位置づけであるため、高炉原料としてフェロコークスや成型コークスの使用量は室炉コークスより少ない。そのため、フェロコークスや成型コークス由来の灰分による悪影響を室炉コークスの灰分調整により減じることが可能である。【００１０】
フェロコークスや成型コークスでは、シャフト炉を用いて乾留を行うのが一般的であるが、乾留中の成型物同士の融着の恐れが発生する。このため、融着を防止する石炭の配合を行う必要があるが、銘柄制約を受けてしまうデメリットが生じる。灰分の高い石炭は、石炭の膨張性を低下させることになるため、石炭膨張に伴う融着が回避される可能性がある。【００１１】
そこで本発明の目的は、フェロコークスや成型コークスの強度低下を抑制しながら高灰分な安価劣質石炭の使用を可能とし、シャフト炉を用いた乾留でしばしば問題となる融着に対しても特別な石炭配合を行うことのないフェロコークス製造方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述した従来技術が抱えている課題について鋭意検討を重ねた結果、発明者らは、高灰分炭をフェロコークスや成型コークスのような圧縮成型を伴うプロセスへ適用することによって、フェロコークスや成型コークスの強度低下を抑制しながら高灰分な安価劣質石炭の使用を可能とし、シャフト炉を用いた乾留でしばしば問題となる融着に対しても特別な石炭配合を行うことのないことを突き止めて、本発明を開発した。【００１３】
即ち、本発明は、石炭と鉄鉱石との混合物を成型し乾留してフェロコークスを製造する方法において、前記石炭が、複数の石炭の配合炭もしくは単味炭からなり、該石炭の灰分の荷重平均値が１０．７％以上、かつ、平均最大反射率の荷重平均値が０．８１％以上の非微粘結性の石炭を用いることを特徴とするフェロコークスの製造方法にある。
ここで、最大反射率はＪＩＳ  Ｍ  ８８１６に従い測定することができる。【００１４】
なお、前記のように構成される本発明に係るフェロコークス用成型物の製造方法においては、
（１）前記石炭と鉄鉱石との混合物の成型にあたり、密度１４００ｋｇ/ｍ３以上となるように圧縮成型すること、
がより好ましい解決手段となるものと考えられる。
【発明の効果】
【００１５】
前述のように構成することで、本発明によれば、フェロコークスを製造する際、所定の高灰分で所定の平均最大反射率を有する配合炭または単味炭からなる非微粘結性の石炭を用いることで、乾留中の成型物同士の融着を回避しつつ高い強度のフェロコークスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】石炭の灰分と石炭最高流動度（ＭＦ）との関係を示すグラフである。
【図２】石炭の充填密度とコークス強度との関係示すグラフである。
【図３】石炭流動性と融着率の関係を示すグラフである。
【図４】各石炭銘柄のＲｏとフェロコークス強度との関係を示すグラフである。
【図５】配合炭銘柄のＲｏとフェロコークス強度との関係を示すグラフである。
【図６】竪型乾留炉の概略図である。
【図７】フェロコークス強度の経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、灰分１０．７％以上の高灰分炭の平均最大反射率の範囲限定を行えば、灰分含有率の高いフェロコークスにおいても目標強度を達成することが可能なことを見出した。また、灰分１０．７％以上の高灰分炭を用いれば、成型物同士の融着の恐れがない石炭となり特別な配合を考えることなく融着が抑制されることを見出した。これらより本発明を完成した。
【００１８】
以下、本発明のフェロコークスの製造方法で用いる各構成部材について説明するとともに、それらの各構成部材とフェロコークス強度との関係について説明する。
【００１９】
本発明で定義される石炭の灰分は、ＪＩＳ  Ｍ  ８８１８に従い実施し、ドライベースの値で表示している。図１に石炭の選炭度合いを変更して得られた灰分の異なる石炭および未選炭の石炭最高流動度（ＭＦ）の結果を示す。ＭＦはＪＩＳ  Ｍ  ８８０１に従い実施した。いずれの石炭も灰分の上昇に従い石炭のＭＦが低下し、灰分１０％以下でｌｏｇＭＦが２〜３．３ｄｄｐｍであったものが、１０．７％以上ではｌｏｇＭＦは１．５ｄｄｐｍ以下まで低下することがわかる。
【００２０】
灰分の高い石炭について、石炭の充填密度を変えて乾留した結果を図２に示す。原料として石炭以外に全原料の３０ｍａｓｓ％となるように鉄鉱石を配合した。高灰分炭の灰分は１６％である。試験対象として灰分８％の低灰分炭も試験に供した。充填密度は、粉砕した石炭および鉄鉱石の混合原料１５ｋｇを縦横４００ｍｍ高さ６００ｍｍの乾留缶に装入し、装入物に対し圧縮し充填密度を調整した。乾留は以下のラボスケールの乾留手法に従い行った。乾留缶を乾留炉へ装入し炉壁温度１０００℃で６時間保持した後、窒素中で冷却した。室温まで冷却した乾留物を採取し、強度測定を行った。強度の評価はドラム強度（ＤＩ１５０／１５）により行った。ＤＩ１５０／１５はＪＩＳ  Ｋ  ２１５１の回転強度試験法により１５ｒｐｍ、１５０回転の条件で粒径１５ｍｍ以上のコークスの質量割合を測定したドラム強度である。低灰分炭の場合、見掛け密度８００ｋｇ／ｍ３の条件でも高強度フェロコークスが製造できた。しかし、高灰分炭の場合は、充填密度が低いとフェロコークス強度は低灰分炭使用時に比較して強度は低かった。充填密度を上昇させるとフェロコークス強度は上昇し、コークス強度向上には１４００ｋｇ／ｍ３以上の充填密度が必要なことがわかった。
【００２１】
本発明のフェロコークスの製造方法は、下記の試験手順に従い得られた。灰分１０．７％〜２３．５％の高灰分炭を準備し、各単味炭または配合炭と鉄鉱石との混合物に対しバインダーを添加して混練および成型した。ラボ乾留炉により成型物を乾留した。乾留物をＮ２雰囲気中で冷却し、フェロコークス強度の評価を行った。使用した石炭（単味炭）の品位を以下の表１に示す。鉄鉱石は全鉄含有率５７ｍａｓｓ％のものを使用した。石炭、鉄鉱石の粉砕粒度はともに全量２ｍｍ以下である。
【００２２】
【表１】
0006016001.tif 000002
【００２３】
成型は以下に従って実施した。石炭、鉄鉱石、バインダーの配合率がそれぞれ全原料重量に対し６５．８ｍａｓｓ％、２８．２ｍａｓｓ％、６ｍａｓｓ％となるように混合した。石炭は２〜４の複数銘柄の配合炭とした。鉄鉱石の配合率は、２８．２ｍａｓｓ％以下ではフェロコークス反応性が低下し、それ以上では反応性の向上が小さくまたフェロコークス強度が大幅に低下する。このことから鉄鉱石の配合率を決定した。混合原料を高速ミキサーにて１４０〜１６０℃で約２分間混練した。混練した原料をダブルロール型成型機にてブリケットを製造した。ロールのサイズは６５０ｍｍφＸ１０４ｍｍとし、周速０．２ｍ/ｓ、線圧４〜５ｔ/ｃｍで成型した。成型物のサイズは３０ｍｍＸ２５ｍｍＸ１８ｍｍ（６ｃｃ）で形状は卵型である。成型物の見掛け密度は概ね１５５０ｋｇ／ｍ３である。
【００２４】
成型物の乾留は以下のラボスケールの乾留手法（固定層）に従い行った。縦横３００ｍｍ高さ４００ｍｍの乾留缶に成型物を３ｋｇ充填し、炉壁温度１０００℃で６時間保持した後、窒素中で冷却した。室温まで冷却した乾留物を採取し、強度測定を行った。強度の評価はドラム強度（ＤＩ１５０／１５）により行った。ＤＩ１５０／１５はＪＩＳ  Ｋ  ２１５１の回転強度試験法により１５ｒｐｍ、１５０回転の条件で粒径１５ｍｍ以上のコークスの質量割合を測定したものがドラム強度である。目標強度は８２以上とした。フェロコークスの強度が低いと、高炉で使用されたときに炉上部での粉化による操業への悪影響がある。そのため、通常の室炉コークスではＤＩ１５０／１５の目標強度を８５以上とすることが多い。一方、フェロコークスは、高炉内でＣＯ２ガスと活発に反応して鉄鉱石を還元するＣＯガスの発生を増加させるために高炉へ装入される。室炉コークスのように高炉内の通気性確保が、フェロコークス装入の目的ではない。このため、室炉コークスよりも目標強度を低く設定できることから、目標強度を８２とした。
【００２５】
単味炭と鉄鉱石の混合原料の成型物を乾留して得られたフェロコークスの融着率を測定した。融着率とは、製造したフェロコークス質量のうち融着したフェロコークスの質量割合のことをいう。融着率が１０％の場合、後に示すベンチスケールでの連続式乾留炉においてトラブルなくフェロコークスが排出されることがわかっており、ラボスケールの乾留試験については融着率の上限を１０％とした。融着率の結果を図３に示す。
【００２６】
石炭のＭＦが上昇するに従い融着率は上昇するもののｌｏｇＭＦが２．１ｄｄｐｍのｅ炭においても融着率は７％で上限以下だった。高灰分炭の場合はｌｏｇＭＦが高くなることはなく、少なくとも２．１ｄｄｐｍ以下であれば、融着問題は回避されることがわかる。灰分が１０．７％未満の低灰分炭をフェロコークスの原料とする場合は、乾留中の融着が問題となるため、特許文献３のように難軟化性石炭を添加する必要が発生し、配合に制約が発生する。しかし、灰分１０．７％以上の石炭を用いるとそれらが全て融着を防止する石炭となるため、融着抑止のための配合を考える必要のないことが明らかとなった。
【００２７】
なお、融着率の上限については、乾留炉内での棚釣りによる排出不能が発生する最低限の融着率で考慮することができるので、ベンチスケールよりも大規模のパイロット設備あるいは実機設備では、ベンチスケールよりも棚つりは起こり難いと考えられ、融着率の上限は１０％よりも大きい値となることが想定できる。従って、上記した融着抑止のための配合について検討は、一般的に評価することができる。
【００２８】
各石炭銘柄のＲｏとフェロコークス強度との関係を図４に示す。Ｒｏの荷重平均値が０．６６％以下で強度が急低下することがわかる。フェロコークス強度はＲｏに大きく依存し、ＭＦの依存性は小さいと言える。強度の目標値をＤＩ１５０／１５で８２以上とすると石炭Ｒｏが０．８３％以上とする必要のあることがわかる。Ｒｏの低い石炭のみを使用すると石炭中の揮発分が大きくフェロコークスの気孔率が上昇すること、また、基質の強度が低下するためと推察される。Ｒｏ０．６６％以下ではこのことが顕著だったと推察される。
【００２９】
次に表１より４銘柄ずつ選択し、それぞれ２５％ずつ混合した配合炭を準備して成型およびラボ乾留を行った。配合炭のＲｏは各銘柄のＲｏの荷重平均値より算出した。本試験では配合炭Ｒｏを０．６２、０．７１、０．８１、０．９１、１．０３、１．２３、１．３６％で試験を行った。それぞれａ／ｂ／ｃ／ｄ炭、ｃ／ｄ／ｅ／ｆ炭、ｅ／ｆ／ｇ／ｈ炭、ｇ／ｈ／ｉ／ｊ炭、ｉ／ｊ／ｋ／ｌ炭、ｋ／ｌ／ｍ／ｎ炭、ｌ／ｍ／ｎ／ｏ炭を用いた。結果を図５に示す。図４の単味炭の結果と同様の傾向が認められ、フェロコークス強度は配合炭Ｒｏに相関し、Ｒｏが０．８１％以上で目標強度を上回った。配合炭より製造されたフェロコークスの融着率はいずれも３％以下でほとんど融着は認められなかった。
【００３０】
なお、上述した配合炭の例では、Ｒｏの比較的近い銘柄の石炭を配合しているが、コークス製造における石炭配合において、幅広いＲｏの値の銘柄を配合することは、通常行われていることであり、フェロコークスの製造において、幅広いＲｏの値の銘柄を配合しても、何ら問題はない。
【実施例】
【００３１】
この実施例では、石炭、鉄鉱石、バインダーの配合率がそれぞれ全原料重量に対し６５．８ｍａｓｓ％、２８．２ｍａｓｓ％、６ｍａｓｓ％となるように混合した。石炭として表１より選択した。配合炭Ｒｏは０．７１、０．８１、０．９１％とし、それぞれｃ／ｄ／ｅ／ｆ炭、ｅ／ｆ／ｇ／ｈ炭、ｇ／ｈ／ｉ／ｊ炭から配合した。【００３２】
乾留試験には図６に示す０．３ｔ／ｄ竪型乾留炉を用いた。寸法は径０．２５ｍＸ高さ３ｍのＳＵＳ製で発生ガスの冷却設備を備えた連続向流式炉である。炉頂より炉下部冷却帯に向かって反応管中心に約１０〜２０ｃｍ間隔で熱電対を設置し、所定のヒートパターンとなるように加熱条件を決定した。本実施例では上段電気炉７００℃、下段電気炉８５０℃に設定し、さらに炉下より８５０℃の高温ガスを流量６０Ｌ／分で流通させた。反応管中心の最高到達温度は、８５２℃であり、その温度における保持時間は約６０分である。二重弁を通して成型物を炉頂より炉内へ投入し、炉下部からは乾留されたフェロコークスが連続的に排出される。３０分間隔で排出されたフェロコークスを採取し、強度測定を実施した。【００３３】
強度測定の結果を図７に示す。図７の結果から、以下のことがわかる。まず、フェロコークス排出から２時間までは、成型物の乾留温度が十分でない条件の乾留物が排出されたため、フェロコークス強度はいずれも低強度だった。しかし、いずれのフェロコークスも排出開始から１．５〜２時間以上で定常となり、配合炭Ｒｏが０．８１、０．９１％のケースでは、排出開始から２時間以上で目標強度を安定的に保持した。一方、配合炭Ｒｏが０．７１％のケースでは、目標強度を下回った状態で一定値となった。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明のフェロコークスの製造方法によれば、劣質な高灰分炭を原料とした安価で高反応性のフェロコークスを製造することができ、得られたフェロコークスを炭材原料として用いることで、高炉での低還元材比操業を可能とすることができる。
【要約】
【課題】フェロコークスや成型コークスの強度低下を抑制しながら高灰分な安価劣質石炭の使用を可能とし、シャフト炉を用いた乾留でしばしば問題となる融着に対しても特別な石炭配合を行うことのないフェロコークス製造方法を提供する。
【解決手段】石炭と鉄鉱石との混合物を成型し乾留してフェロコークスを製造する方法において、前記石炭が、複数の石炭の配合炭もしくは単味炭からなり、該石炭の灰分の荷重平均値が１０．７％以上、かつ、平均最大反射率の荷重平均値が０．８１％以上の非微粘結性の石炭を用いる。
【選択図】図４【図１】
0006016001.tif 000003
【図２】
0006016001.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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