(57)【要約】【課題】竪型乾留炉を用いてフェロコークスの製造を行なう際に、製造されたフェロコークスの最高到達温度を直接測定することなく、簡便で安価な方法で推定して、推定された最高到達温度を迅速にフィードバックして竪型乾留炉の操業条件を調整して、最高到達温度が所定の範囲となるように制御できる、フェロコークスの製造方法を提供すること。【解決手段】竪型乾留炉を用いてフェロコークスを製造する際に、乾留後のフェロコークスの電気抵抗率を測定することにより、竪型乾留炉内におけるフェロコークスの最高到達温度を推定し、該推定値を用いて竪型乾留炉の操業条件を調整することを特徴とする、フェロコークスの製造方法を用いる。乾留後のフェロコークスを粉砕して圧密化した圧密体の電気抵抗率を測定すること、フェロコークスの電気抵抗率と最高到達温度との関係の検量線を作成し、該検量線を用いて最高到達温度を推定することが好ましい。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
竪型乾留炉を用いて、炭素含有物質と鉄含有物質との混合物を成型した成型物を竪型乾留炉で連続的に乾留してフェロコークスを製造する際に、乾留後のフェロコークスの電気抵抗率を測定することにより、前記竪型乾留炉内におけるフェロコークスの最高到達温度を推定し、該推定値を用いて前記竪型乾留炉の操業条件を調整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】
乾留後のフェロコークスを粉砕して圧密化した圧密体の電気抵抗率を測定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。
【請求項３】
フェロコークスの電気抵抗率と最高到達温度との関係の検量線を作成し、該検量線を用いて最高到達温度を推定することを特徴とする請求項１または請求項２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、炭素含有物質と鉄含有物質との混合物の成型物を竪型乾留炉で連続的に乾留するフェロコークスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
室炉式コークス製造方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（例えば、非特許文献１参照。）。連続式成型コークス製造法では、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、竪型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。竪型シャフト炉を用いる理由としては、通常の室炉コークスでは押し詰まりが懸念されること、加熱源に熱媒ガスを用いると伝熱が大きく生産性向上が見込まれること、開口部が少ないため環境対策が行ない易いこと、などが挙げられる。
【０００３】
一方で、近年検討されている反応性の向上を図ったコークスの一つとして、コークスに金属鉄を内包したフェロコークスが知られている。石炭に鉄鉱石等の鉄含有物質を加えて乾留したフェロコークス（例えば、非特許文献２参照。）の使用により、高炉内のガス化反応が低温から促進されることで高炉還元材比低減の効果が期待されている。金属鉄がコークスと近接して配置されている方がコークスの反応性は向上するとされており（例えば、非特許文献３参照。）、工業的に大量生産されることを想定すると成型コークス同様に石炭および鉄鉱石等の鉄含有物質の混合物で構成される成型物を乾留することが望ましい。前述のように成型物の乾留に対しては室炉式コークス炉よりシャフト炉の方が好ましく、さらに室炉式コークス炉は珪石煉瓦で構成されているので、フェロコークス製造を目的として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、低融点のファイアライトが生成して珪石煉瓦の損傷を招くという問題もある。従って、フェロコークスの製造は室炉コークス炉を使用して行なうよりも、石炭と鉄鉱石の混合物を成型しシャモット煉瓦にて構成される成型コークスと同様の竪型乾留炉を用いて行なうことが望ましいと考えられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】日本鉄鋼協会  「連続式成型コークス製造技術の研究成果報告書」１９７８−１９８６年
【非特許文献２】燃料協会  「コークス技術年報」１９５８年、ｐ．３８
【非特許文献３】Ｙ．Ｋａｓｈｉｗａｙａ他著  「ＩＳＩＪ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ」４１、２００１年、ｐ．８１８
【非特許文献４】「製鉄研究」３１５号、１９８４年、ｐ．６５  尚、非特許文献４は、下記の発明が解決しようとする課題で参照する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のようにフェロコークスの製造は竪型乾留炉を用いて行なうことが望ましいが、竪型乾留炉は室炉式コークス炉と異なり、固体とガスとの向流移動層において加熱・乾留が行われる。従って、目標とする生産量（すなわち固体の降下速度）や、原料条件の変更に伴う固体比熱の変化等によって固体とガスの熱交換条件が変化することが想定される。乾留炉内のフェロコークスの最高到達温度は、鉄鉱石の金属化率（フェロコークス中の全鉄質量に対する金属鉄の質量の割合）やコークス部自体の反応性を介して、重要な性状であるフェロコークスの反応性に大きく関与する。従って、フェロコークス製造の際の竪型乾留炉の運転において、フェロコークスの温度が目標温度に到達しているか、または過剰に加熱されて目標温度を超えた状態になっていないかを確認する必要がある。竪型乾留炉は室炉コークスのようなバッチ式とは異なり連続して運転される方式であるため、操業変化に応じて直ちに製品フェロコークスの最高到達温度を把握し、必要に応じて操炉条件を変更して最適化を図ることが望ましい。小型のラボ乾留炉を用いてフェロコークスを製造する場合であれば、熱電対を炉内に設置あるいは原料の成型物内部に熱電対を埋め込むなどして最高到達温度の測温は可能であるが、ある一定規模以上の大きさの乾留炉では、炉内に熱電対のような温度測定装置を設置するのは困難である。
【０００６】
コークスの最高到達温度を推定する方法として、黒鉛化度の測定により行なうものが知られている（例えば、非特許文献４参照。）。黒鉛化度の測定にはＸ線回折装置が必要であるが、乾留炉の運転に際し適時分析を行って炉の操業に反映させるためには、乾留炉の近傍にＸ線回折装置を設置する必要があり、そのための費用が発生する。生産現場の近傍で製品フェロコークスの最高到達温度の推定を行うためには、より簡便で安価な方法が望ましい。
【０００７】
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、竪型乾留炉を用いてフェロコークスの製造を行なう際に、製造されたフェロコークスの最高到達温度を直接測定することなく、簡便で安価な方法で推定して、推定された最高到達温度を迅速にフィードバックして竪型乾留炉の操業条件を調整して、最高到達温度が所定の範囲となるように制御できる、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】
【０００８】
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。
（ａ）竪型乾留炉を用いて、炭素含有物質と鉄含有物質との混合物を成型した成型物を竪型乾留炉で連続的に乾留してフェロコークスを製造する際に、乾留後のフェロコークスの電気抵抗率を測定することにより、前記竪型乾留炉内におけるフェロコークスの最高到達温度を推定し、該推定値を用いて前記竪型乾留炉の操業条件を調整することを特徴とする、フェロコークスの製造方法。
（ｂ）乾留後のフェロコークスを粉砕して圧密化した圧密体の電気抵抗率を測定することを特徴とする、（ａ）に記載のフェロコークスの製造方法。
（ｃ）フェロコークスの電気抵抗率と最高到達温度との関係の検量線を作成し、該検量線を用いて最高到達温度を推定することを特徴とする（ａ）または（ｂ）に記載のフェロコークスの製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フェロコークスの乾留における最高到達温度を容易に推定でき、竪型乾留炉を用いた連続運転でフェロコークスを製造する際に、操炉条件の最適化を迅速に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電気抵抗率の測定装置の概略図。
【図２】フェロコークスの電気抵抗率と乾留時最高到達温度との関係を示すグラフ。
【図３】０．３ｔ／ｄ竪型乾留炉概略図。
【図４】０．３ｔ／ｄ竪型乾留炉内のヒートパターンを示すグラフ。
【図５】０．３ｔ／ｄ竪型乾留のフェロコークスの電気抵抗率と乾留時最高到達温度との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
フェロコークスの乾留過程においては、炭素含有物質（石炭）は乾留が進行するに従いコークス化が進行し電流が流れやすくなる。また、鉄含有物質（鉄鉱石）はカーボン共存下で加熱されると温度上昇に従い金属鉄へ変化するため、電気抵抗が小さくなる。このような炭素含有物質の構造変化および鉄含有物質の還元に伴う金属鉄の生成により、電気抵抗が変化すると考えられる。従って、乾留後のフェロコークスの電気抵抗は、乾留時のフェロコークスの最高到達温度と相関を有することが予測される。そこで、小型の乾留炉を用いて３ｋｇの石炭と鉄鉱石との混合物を成型した成型物（質量比で石炭：鉄鉱石＝０．７：０．３）を８５０〜９５０℃の設定温度で乾留し、各々の温度で製造したフェロコークスについて電気抵抗を測定した。成型物は固定層の状態で加熱され、成型物中に熱電対を埋め込んで測定した温度と炉の設定温度が一致することを確認した。
【００１２】
フェロコークスは石炭（炭素含有物質）と鉄鉱石（鉄含有物質）との混合物を乾留して製造されるため、その内部がコークス部、鉄鉱石（還元された金属鉄も含む）および気孔から構成される。局所的な不均一性が大きく、均質化する処理を行なわないと電気抵抗の測定誤差が大きくなる可能性がある。そこで、フェロコークスを粉砕処理し、圧密した圧密体の電気抵抗を測定した。
【００１３】
図１に、測定に用いた電気抵抗率の測定装置の概略図を示す。図１に示すように内径１５ｍｍのテフロン（登録商標）製の円筒容器１に粒径１００μｍ以下に粉砕したフェロコークスを充填し、電極端子を兼ねたＳＵＳ製の押し具２、３を介して７００Ｎで圧縮して圧密し、圧密体となった粉砕試料４の層高（圧密体高さ）を測定した。圧密体面積は直径１５ｍｍの円の面積である。その後、直流電流発生器５を用いて粉砕試料４（圧密体）の上下の電極端子兼押し具２、３を介して粉砕試料４に５ｍＡの定電流を印加し（印加電流）、電位測定器６で電圧（電位差）を測定した。電気抵抗率は下記（１）式により算出した。
電気抵抗率（Ω・ｃｍ）  ＝  （Ｖ／Ｉ）×（Ｓ／Ｌ）  ・・・  （１）
但し、Ｖ：電位差（Ｖ）、Ｉ：印加電流（Ａ）、Ｓ：圧密体面積（圧密した面の面積）（ｃｍ2）、Ｌ：圧密体高さ（ｃｍ）である。
【００１４】
上記の方法で測定したフェロコークスの電気抵抗率と乾留時最高到達温度との関係を図２に示す。フェロコークスの乾留時の最高到達温度に応じて電気抵抗率が変化し、乾留が高温条件では電気抵抗率が低位となることが分かる。これは、高温ほどコークス部における結晶子が拡大する効果、並びに鉄鉱石が還元されて金属鉄の割合が増加した効果であると考えられる。
【００１５】
以上の結果より、フェロコークスの電気抵抗率と乾留時最高到達温度には相関があるため、フェロコークスの電気抵抗率を測定することで、乾留時最高到達温度を推定することが可能となる。
【００１６】
フェロコークスの電気抵抗率を測定する際には、上記のようにフェロコークスを粉砕して圧密化し、圧密体に成型した試料を用いることが好ましい。フェロコークスは、粒径０．１ｍｍ以下に粉砕することが好ましい。圧密化は圧縮成型で行なうことが好ましく、形、大きさ、密度が一定となりやすい打錠式が好ましく、例えば市販の錠剤成型器等を用いれば容易に電気抵抗率の測定試料が作製できる。
【００１７】
また、フェロコークスの電気抵抗率と乾留時最高到達温度との関係を測定し、検量線を予め作成しておくことで、フェロコークスの電気抵抗率を測定することにより、乾留時最高到達温度を推定することが容易となる。
【００１８】
上記の方法によればフェロコークスの乾留時最高到達温度を簡便で安価に推定できるので、フェロコークスの製造後直ちに最高到達温度を推定して、その結果を迅速にフィードバックして最高到達温度が所定の範囲となるように竪型乾留炉の操業条件を調整することができ、製品フェロコークスを安定した品質で製造できる。
【実施例１】
【００１９】
０．３ｔ／ｄ規模の竪型乾留炉で製造されたフェロコークスの乾留温度を、電気抵抗率の測定により推算した。０．３ｔ／ｄ規模の竪型乾留炉の概略図を図３に示す。竪型乾留炉１０は、反応管１１の寸法が径０．２５ｍ×高さ３ｍ（図３におけるａ）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１１の中心に約１０〜２０ｃｍ間隔で熱電対を設置し（測温位置を図３中に黒丸で示す。）、所定のヒートパターンとなるように加熱条件を決定している。本実施例では上段電気炉１２は７００℃、下段電気炉１３は８００〜９００℃に設定し、さらに炉下より高温ガス発生炉１４から８００〜９００℃の高温ガスを流量６０Ｌ／分で流通させている。１５はゲートバルブ、１６は原料投入ホッパー、１７はフェロコークス排出口、１８はタールトラップ、１９は燃焼炉である。
【００２０】
図４に下段電気炉１３および高温ガス発生炉１４からの高温ガスの温度を８００、８５０、９００℃に設定して運転した場合の炉内温度であるヒートパターンを示す。図４によれば、反応管１１中心の最高到達温度はそれぞれ８００、８５２、９０１℃であり、その温度における保持時間は約６０分である。二重弁であるゲートバルブ１５を通して石炭と鉄鉱石との混合物の成型物（グリーンブリケット）を炉頂より炉内（反応管１１内）へ投入し、炉下部のフェロコークス排出口１７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。上記の各温度で運転した場合について、フェロコークス排出開始から２時間後（定常状態）に排出されたフェロコークスを採取し、粒径１００μｍ以下に粉砕して、図１に示した装置を用いて電気抵抗率測定を実施した。結果を図５に示す。図５に示す検量線は、小型乾留炉を用いた実験で予め作成しておいた検量線（電気抵抗率と最高到達温度との関係）である。
【００２１】
図５に示すように、各最高到達温度条件で乾留して製造した製品フェロコークスの電気抵抗率は、小型乾留炉で予め作成しておいた検量線上にプロットされ、竪型乾留炉においてもフェロコークスの電気抵抗率を測定することによって、フェロコークスの最高到達温度の推定が可能であることが分かった。この手法を用いれば、より規模が大きく内部の温度測定ができない竪型乾留炉においても、製品の最高到達温度を推定することが可能となる。
【符号の説明】
【００２２】
１    円筒容器
２    上電極端子兼押し具
３    下電極端子兼押し具
４    粉砕試料（圧密体）
５    直流電流発生器
６    電位測定器
１０    竪型乾留炉
１１    反応管
１２    上段電気炉
１３    下段電気炉
１４    高温ガス発生炉
１５    ゲートバルブ
１６    原料投入ホッパー
１７    フェロコークス排出口
１８    タールトラップ
１９    燃焼炉
ａ    反応管高さ
【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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