(57)【要約】【課題】コークスの反応性を向上させるコークスの前処理方法を提供する。【解決手段】高炉に装入するコークスの前処理方法であって、コークスに有機系のバインダーを散布する散布工程１００と、バインダーで濡れたコークスをミルスケールと混合し、コークスのまわりにミルスケールを付着させる第一混合工程２００と、を備え、コークスは、粒径が１０〜３５ｍｍの小中塊コークスであり、第一混合工程２００の次工程として、ミルスケールが付着したコークスを焼結鉱と混合する第二混合工程３００をさらに備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉に装入するコークスの前処理方法であって、
コークスに有機系のバインダーを散布する散布工程と、
前記バインダーで濡れたコークスをミルスケールと混合し、前記コークスのまわりに前記ミルスケールを付着させる第一混合工程と、を備えることを特徴とするコークスの前処理方法。
【請求項２】
前記コークスは、粒径が１０〜３５ｍｍの小中塊コークスであり、
前記第一混合工程の次工程として、前記ミルスケールが付着したコークスを焼結鉱と混合する第二混合工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のコークスの前処理方法。
【請求項３】
前記バインダーの濃度を２０％以上としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のコークスの前処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉に装入するコークスの前処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉では炉温上昇のための燃料かつ装入原料である酸化鉄の還元材としてコークスを使用している。
溶銑コストの削減、ＣＯ2排出量削減にはコークスの使用量を低減させることが必要であるが、コークスの使用量を低減させる方法として、高炉内での還元効率を向上させることが有効である。
そして、高炉内の還元効率を向上させるには、コークスの反応性を向上させるか酸化鉄源の還元性を向上させることが考えられる。
【０００３】
ここで、コークスの反応性を向上させるには触媒の利用が知られており、触媒により反応を活性化する方法としては、触媒をコークスに内包するまたは触媒をコークスの外周に付着する方法がある（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
コークスの触媒としてはアルカリ金属化合物やアルカリ土類金属化合物、遷移金属化合物等が有効であることは過去からよく知られており、銑鉄を生産する設備である高炉においては遷移金属の中でも特に鉄の利用が適切と考えられる。
【０００５】
特許文献１の発明では、コークスに触媒として粉状鉄鉱石又は粉状回収物を付着又は添加する。
特許文献２の発明では、まず、触媒を溶解又は分散させた水溶液に接着機能を有する物質を添加する。そして、その液体をコークスに接触させることで、触媒をコークスに付着させる。
【０００６】
これらの方法によると、コークスの反応性が向上するので高炉内の還元効率が向上し、これに伴い溶銑の生産コストやＣＯ2排出量が低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３３８８０１４号公報
【特許文献２】特許第３９３６５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら特許文献１の発明は、バインダーを使用していないので、粉状鉄鉱石等のコークスへの付着率が低い。すなわち、コークスの反応性について改善の余地がある。
特許文献２の発明では、触媒の付着率が向上しコークスの反応性もよい。
【０００９】
一方、本出願人は創意工夫を重ねることにより特許文献２以外の方法によってもコークスの反応性を向上させることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明の目的とするところは、コークスの反応性を向上させるコークスの前処理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】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載のコークスの前処理方法は、高炉に装入するコークスの前処理方法であって、コークスに有機系のバインダーを散布する散布工程（１００）と、前記バインダーで濡れたコークスをミルスケールと混合し、前記コークスのまわりに前記ミルスケールを付着させる第一混合工程（２００）と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載のコークスの前処理方法は、前記コークスは、粒径が１０〜３５ｍｍの小中塊コークスであり、前記第一混合工程（２００）の次工程として、前記ミルスケールが付着したコークスを焼結鉱と混合する第二混合工程（３００）をさらに備えることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に記載のコークスの前処理方法は、前記バインダーの濃度を２０％以上としたことを特徴とする。
【００１４】
ここで、上記括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に掲載された対応要素または対応事項を示す。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１に記載のコークスの前処理方法によれば、コークスに有機系のバインダーを散布するので、コークスとの濡れ性がよい有機系のバインダーがコークス全体に浸透する。
そして、バインダーで濡れたコークスをミルスケールと混合するので、コークスのまわりにミルスケールがよく付着する。
すなわち、コークス、バインダー、及びミルスケールを同時に投入して混合するとミルスケール単体で造粒してしまい、コークスの反応性が向上しないが、本発明のように先にコークスをバインダーで濡らせておくことで、コークスのまわりにミルスケールが付着しコークスの反応性が向上する。
その結果、高炉内での還元効率が向上するので、溶銑の生産コストやＣＯ2排出量が低減する。
【００１６】
また、請求項２に記載のコークスの前処理方法によれば、請求項１に記載の発明の作用効果に加え、コークスは、粒径が１０〜３５ｍｍの小中塊コークスであるので、コークスの表面積が大きくガスとの接触機会が多い。
そして、ミルスケールが付着したコークスを焼結鉱と混合するので、還元がより促進される。
【００１７】
また、請求項３に記載のコークスの前処理方法によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用効果に加え、バインダーの濃度を２０％以上としたので、高炉への装入時にコークスを落下させてもミルスケールの付着率が高い。
つまり、実験室レベルだけでなく、高炉の操業時においても確実にコークスの反応性を高く維持することが可能である。
【００１８】
なお、本発明のコークスの前処理方法のように、散布工程の後に第一混合工程を備える点は、上述した特許文献１には全く記載されていない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係るコークスの前処理方法を示す工程図である。
【図２】本発明の実施形態に係るコークスの前処理方法における触媒の違いによる反応性を示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態に係るコークスの前処理方法におけるバインダーの濃度によるミルスケールの付着率を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態に係るコークスの前処理方法におけるミルスケールの計算値と実測値を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態に係るコークスの前処理方法におけるガス利用率と還元材比を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１乃至図５を参照して、本発明の実施形態に係るコークスの前処理方法を説明する。
このコークスの前処理方法では、コークス、バインダー、ミルスケールを使用する。
【００２１】
コークスは、通気性確保、熱源とするため、また鉄鉱石や焼結鉱を還元するために使用される。本実施形態においては粒径が１０〜３５ｍｍの小中塊コークスであり、総表面積が大きくガスとの接触機会が多い。
コークスの反応は還元ガスの発生源となる（Ｃ＋ＣＯ2＝２ＣＯ）。
【００２２】
なお、小中塊コークスとともに高炉に装入される大塊コークス（平均粒径約４５ｍｍ）は通気を確保するために粒径を大きく保つ必要がある。
仮に、大塊コークスの反応性を向上させると反応に伴って塊の強度が低下してしまう。大塊コークスの強度の低下は高炉内での大塊コークスの粉化を促進し、通気悪化の要因となる。
よって、本実施形態で用いるコークスとしては小中塊コークスを採用しており、大塊コークスと混合しないようにしている。
【００２３】
バインダーは、液体の有機系バインダーである。
このバインダーの主成分はリグニンスルホン酸塩（商品名：サンエキスＭ１００（登録商標）、販売元：日本製紙株式会社）である。
【００２４】
ここで、通常の水をバインダーとして用いた場合、コークスは水との濡れ性が悪いため、全体に浸透しないが、一方、有機系バインダーはコークスとの濡れ性がよく、全体に浸透する。
また、通常の水をバインダーとして用いた場合、比重の重いミルスケールは乾燥によって剥離してしまうが、本実施形態で採用した有機系バインダーは乾燥後でもミルスケールがコークスに付着した状態を保持することができる。
また、バインダーの濃度を２０％以上とした。
【００２５】
ミルスケールは、還元反応における触媒であって、製鉄所の圧延工程で生じる黒皮である。つまり、ミルスケールは鉄分を多く含むリサイクル品である。
触媒効果はアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属等が期待できるが、鉄以外の金属は高炉内の耐火煉瓦損傷の要因になることやスラグ比が上昇するといったデメリットが考えられる。
一方、触媒が本実施形態のように鉄の場合は、溶融して溶銑となるため、有効である。
【００２６】
次に、これらのコークスを使用する、コークスの前処理方法について説明する。
このコークスの前処理方法は、散布工程１００と、第一混合工程２００と、第二混合工程３００と、を備える。
【００２７】
散布工程１００では、コークスに有機系のバインダーを散布し、コークスをバインダーで湿らせる。
【００２８】
第一混合工程２００は、散布工程１００の次工程であって、バインダーで濡れたコークスをミルスケールと混合し、コークスのまわりにミルスケールを付着させる。
ここで、製鉄所内には焼結鉱製造工程、リサイクル品の処理工程、スラグの処理工程等の様々な工程で混合設備を所有していることが多く、特に連続式で大量生産が可能なドラム型ミキサーが多い。
第一混合工程２００での混合はこの連続式ドラム型ミキサーを使用する。
【００２９】
第二混合工程３００は、第一混合工程２００の次工程であって、ミルスケールが付着したコークスを焼結鉱と混合する。
これにより、還元作用を向上させつつ大塊コークスの強度を保つことができ、高炉内の通気悪化を防止できる。
【００３０】
ここで、上記コークスの前処理方法における効果の検証を複数行った。
（１）触媒の違いによる反応性
コークスをバインダーに浸漬し、触媒としてダストまたはスケールを混合した。ダストはミルスケールよりも含有鉄分が少ない。また、触媒無しでも同じ測定を行う。
【００３１】
次に、触媒が付着したコークスを電子天秤に載せた。電子天秤は竪型の電気炉に備えられており、この電気炉でコークスを加熱しつつＣＯ2を流した。
そして、還元作用によるコークスの重量減少を測定し、重量減少の起こりはじめる温度を測定する。ここで、重量と成分から炭素当量を換算する。
その結果が図２であり、ダストよりもミルスケールのほうが低温で反応し始める、すなわちダストを付着させた場合よりもミルスケールを付着させた場合のほうが還元作用が大きいことがわかる。
【００３２】
（２）バインダーの濃度によるミルスケールの付着率
高炉操業時には高炉上部からコークスを装入し落下させるため、落下の衝撃でコークスに付着させたミルスケールが剥がれ落ちてしまうことが考えられる。上記（１）の検証における触媒無しの場合とミルスケールを付着させた場合の違いからわかるように、ミルスケールが剥がれ落ちると、還元作用が小さくなってしまう。
【００３３】
そこで、バインダー濃度を０〜３０％として、それぞれミルスケールが付着したコークスを１ｍの高さから落下させてそれを繰り返し、落下毎に重量測定を行って、付着率の変化を計算した。
ここでは、落下によって減少した重量は全てミルスケールが剥がれ落ちたものと仮定し、付着率＝付着したミルスケールの重量／付着後のコークスの重量とした。
また、コークスにミルスケールを付着させた直後の初期状態を１００％とした。
【００３４】
図３によると、バインダー濃度２０％以上では大きな差が見られなかったので、バインダー濃度は２０％以上であればミルスケールが剥がれ落ち難く多くコークスのまわりに残存することがわかった。
【００３５】
（３）付着率の調整
ミルスケールの付着率をコントロールするために、第一混合工程２００においてコークスに対して、スケールの割合＝α（ｗt％）、バインダーの割合＝β（％）、水の量＝γ（％）（バインダー希釈用）、そして横軸を計算付着率、縦軸を実測値として回帰直線を求めると、
付着率（％）＝１８．４α＋２６５．９β−４２．２γ＋１．３
であらわせる（図４参照）。
上式より、付着率をコントロール可能である。
【００３６】
（４）還元効率
前処理を行っていない従来の小塊コークスを、本実施形態に係る前処理方法を施したコークスに振り替えて、還元効率が向上するか否かの確認を行った。
それを図５に示す。
図５の縦軸は本実施形態に係る前処理方法を施したコークスを使用していないときを１としたときの各比率である。
また、ＲＡＲ：還元材比、ηＣＯ：ガス利用率＝ＣＯ2（％）／（ＣＯ＋ＣＯ2（％））である。
なお、ηＣＯは高炉炉頂において測定される値を使用した。このときのミルスケールの付着率は約６．０ｗｔ％（σ＝２．２）である（９サンプルの平均）。
【００３７】
図５から、本実施形態に係る前処理方法を施したコークスの使用割合が５０％以上において、高炉内の還元効率（ガス利用率）をあらわすηＣＯが上昇するとともにＲＡＲが低下したことを確認できた。
【００３８】
以上のように構成されたコークスの前処理方法によれば、上記検証からも以下のことがわかった。
コークスに有機系のバインダーを散布するので、コークスとの濡れ性がよい有機系のバインダーがコークス全体に浸透する。
そして、バインダーで濡れたコークスをミルスケールと混合するので、コークスのまわりにミルスケールがよく付着する。
【００３９】
すなわち、コークス、バインダー、及びミルスケールを同時に投入して混合するとミルスケール単体で造粒してしまい、コークスの反応性が向上しないが、本発明のように先にコークスをバインダーで濡らせておくことで、コークスのまわりにミルスケールが付着しコークスの反応性が向上する。
その結果、高炉内での還元効率が向上するので、溶銑の生産コストやＣＯ2排出量が低減する。
【００４０】
特に、コークスは、粒径が１０〜３５ｍｍの小中塊コークスであるので、コークスの表面積が大きくガスとの接触機会が多い。
そして、ミルスケールが付着したコークスを焼結鉱と混合するので、還元がより促進される。
【００４１】
また、バインダーの濃度を２０％以上としたので、高炉への装入時にコークスを落下させてもミルスケールの付着率が高い。
つまり、実験室レベルだけでなく、高炉の操業時においても確実にコークスの反応性を高く維持することが可能である。
【００４２】
なお、本実施形態において、第一混合工程２００の後に第二混合工程３００を備えたが、第二混合工程３００は必須ではない。
また、バインダーの濃度を２０％としたが、これに限られるものではない。
さらに、バインダーは有機系のものであれば例示したものに限られない。
【符号の説明】
【００４３】
１００    散布工程
２００    第一混合工程
３００    第二混合工程
【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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