(57)【要約】【課題】比較的粒径の小さいフェロコークスを製造する際に、原料となる鉄鉱石の粒度を適正化することにより、目標の還元率を維持しながら、高強度なフェロコークスを製造することのできる冶金用成型フェロコークスの製造方法を提供すること。【解決手段】石炭と、最大粒径が１〜２ｍｍの鉄鉱石とを混合して成型物を製造し、該成型物を乾留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。鉄鉱石の鉄含有率が６３ｍａｓｓ％以下であること、石炭と鉄鉱石との合計量に対する前記鉄鉱石の配合率が４０ｍａｓｓ％以下であること、鉄鉱石が、篩い目１〜２ｍｍの篩いで篩い分けした篩い下であることが好ましい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭と、最大粒径が１〜２ｍｍの鉄鉱石とを混合して成型物を製造し、該成型物を乾留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】
前記鉄鉱石の鉄含有率が６３ｍａｓｓ％以下であ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】
石炭と鉄鉱石との合計量に対する前記鉄鉱石の配合率が４０ｍａｓｓ％以下であ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。
【請求項４】
前記鉄鉱石が、篩い目１〜２ｍｍの篩いで篩い分けした篩い下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のフェロコークスの製造方法。
【請求項５】
前記石炭の粒径が、３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のフェロコークスの製造方法。
【請求項６】
石炭と、最大粒径が１〜２ｍｍの鉄鉱石と、バインダーとを混合して前記成型物を製造することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のフェロコークスの製造方法。
【請求項７】
前記バインダーの添加量が、石炭と鉄鉱石との合計量に対して、４〜６ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項６に記載のフェロコークスの製造方法。
【請求項８】
前記フェロコークスのサイズが、５〜８ｃｃであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項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て乾留して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】
高炉の操業を効率よく行うために、石炭を室炉式のコークス炉で乾留して製造したコークスが高炉に装入されている。高炉内に装入されたコークスには、高炉内の通気をよくするためのスペーサーの役割、還元材としての役割、熱源としての役割などがある。近年、コークスの反応性を向上させるという観点から、石炭に鉄鉱石を混合して成型して乾留し、冶金用のフェロコークスを得る技術が知られている。
【０００３】
近年、竪型乾留炉を用いた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。）が、フェロコークスについても同様の竪型乾留炉による製造が検討されている。連続式成型コークス製造法では、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、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。成型炭は竪型シャフト炉内を降下しながら徐々に成型コークスとなり竪型シャフト炉底部より送風される冷却ガスにより冷却されて、炉外へ排出される。成型炭は降下中に磨耗を受け粉化するため、高い磨耗強度が要求される。フェロコークスの開発においても同様であり、磨耗強度を表すI型強度（３０回転、１６ｍｍ指数）を重視している。また、上記の竪型乾留炉を用いて乾留して製造されたフェロコークスは高炉の原料として使用する際には、通常コークス（以下、室炉式コークス炉で製造された通常の冶金用コークスを、「室炉コークス」と記載する。）より高炉内での反応負荷が大きいため、高強度なフェロコークスであることが望ましい。
【０００４】
フェロコークスの強度を支配する因子の一つとして、鉄鉱石の粒度が挙げられる。特許文献１には、粒径１０ｍｍ以下の鉄鉱石を全体量に対し最大７５％配合した９２ｃｃサイズの成型フェロコークスを製造した旨の記載があり、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の粒径の鉄鉱石を全体量に対し６〜６５重量％配合すると鉄鉱石を内装した成型フェロコークスの強度は維持されるとされている。また、特許文献２によれば、フェロコークスは焼結鉱の還元性を促進するので、フェロコークスと焼結鉱（鉄鉱石）とを混合して高炉内に装入している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−０１２９７５号公報
【特許文献２】特開２００６−２８５９４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フェロコークスを高炉へ装入する場合、室炉コークスの装入量が減少するため、高炉の通気性確保が重要となる。このため、高炉上部におけるフェロコークスのサイズは、焼結鉱とほぼ同じ大きさ（６ｃｃ程度）とすることが望ましく、特許文献１に記載されている９２ｃｃでは大きすぎる。より小さなフェロコークスを製造する場合には配合される鉄鉱石のサイズの上限はより小さくなると考えられる。しかも、鉄鉱石の粒径が小さいと鉄鉱石の還元も進行しやすいので、どのような粒径の鉄鉱石をフェロコークス原料として用いるかは、非常に重要であると考えられる。
【０００８】
一般に製鉄所へ搬入される塊の鉄鉱石は、１０ｍｍ前後の篩目の篩いで篩い分けされ、粒径の大きい篩い上の鉄鉱石は高炉へ、粒径の小さい篩い下の鉄鉱石は焼結工場へと送られる。篩い下の鉄鉱石をフェロコークス用原料に利用すると粒径１０ｍｍ以下の鉄鉱石を石炭に配合することになる。篩い下の鉄鉱石をそのまま利用するのか適当な大きさに粉砕して原料とするのかによって、フェロコークス製造の設備構成、設備費、運転費などが変わってくる。したがって、フェロコークス品質（強度、還元率）に及ぼす鉄鉱石サイズの影響を検討する必要がある。粒径１０ｍｍの鉄鉱石を含有したフェロコークス（大きさ６ｃｃ、平均粒径２２ｍｍ）は、内部に大きな構造欠陥をもつことになり強度低下が懸念される。しかも鉄鉱石の粒径が大きいと、粒径が小さい場合と比較して、同じ乾留条件でも還元率の低下が考えられる。
【０００９】
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、比較的粒径の小さいフェロコークスを製造する際に、原料となる鉄鉱石の粒度を適正化することにより、目標の還元率を維持しながら、高強度なフェロコークスを製造することのできる冶金用成型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】
【００１０】
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）石炭と、最大粒径が１〜２ｍｍの鉄鉱石とを混合して成型物を製造し、該成型物を乾留することを特徴とするフェロコークスの製造方法。
（２）前記鉄鉱石の鉄含有率が６３ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする（１）に記載のフェロコークスの製造方法。
（３）石炭と鉄鉱石との合計量に対する前記鉄鉱石の配合率が４０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載のフェロコークスの製造方法。
（４）前記鉄鉱石が、篩い目１〜２ｍｍの篩いで篩い分けした篩い下であることを特徴とする（１）ないし（３）のいずれか１つに記載のフェロコークスの製造方法。
（５）前記石炭の粒径が、３ｍｍ以下であることを特徴とする（１）ないし（４）のいずれか１つに記載のフェロコークスの製造方法。
（６）石炭と、最大粒径が１〜２ｍｍの鉄鉱石と、バインダーとを混合して前記成型物を製造することを特徴とする（１）ないし（５）のいずれか１つに記載のフェロコークスの製造方法。
（７）前記バインダーの添加量が、石炭と鉄鉱石との合計量に対して、４〜６ｍａｓｓ％であることを特徴とする（６）に記載のフェロコークスの製造方法。
（８）前記フェロコークスのサイズが、５〜８ｃｃであることを特徴とする（１）ないし（７）のいずれか１つに記載のフェロコークスの製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、目標の還元率を維持しながら、高強度なフェロコークスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】成型物のグリーン強度と鉄鉱石粒径との関係を示すグラフ。
【図２】乾留後成型物の還元率と鉄鉱石粒径との関係を示すグラフ。
【図３】乾留後成型物の強度と鉄鉱石粒径との関係を示すグラフ。
【図４】鉄鉱石配合率と乾留後強度との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明では、石炭と鉄鉱石との成型物を乾留して粒径の小さい、５〜８ｃｃ程度のフェロコークスを製造する際に、最大粒径が１〜２ｍｍの範囲の鉄鉱石を用いて石炭と混合して成型物を製造する。なお、例えば最大粒径が１ｍｍの鉄鉱石とは、粉砕した鉄鉱石を１ｍｍの篩い目の篩を用いて篩い分けを行った、篩い下の鉄鉱石を指し、粒径１ｍｍ以下（−１ｍｍ）と記載する。したがって、本発明に用いる鉄鉱石としては、原料鉄鉱石をそのまま、あるいは粉砕後に、篩い目１〜２ｍｍの篩いで篩い分けを行い、篩い分けした篩い下を用いることが好ましい。
【００１４】
成型物原料として用いる鉄鉱石を粒径０．２５ｍｍ以下に粉砕すると、バインダーを多量に添加しないかぎり、成型物強度が低下する。したがって、鉄鉱石を粒径０．２５ｍｍ以下に粉砕することは好ましくない。一方で、鉄鉱石粒径が２ｍｍ以下であれば、成型物乾留後のフェロコークスの還元率を８０％以上とすることができる。また、鉄鉱石粒径が１ｍｍ以下から３ｍｍ以下までであれば、成型物乾留後のフェロコークスのドラム強度を十分に高く維持できる。したがって、粒径を１ｍｍ以下から２ｍｍ以下までに調整した鉄鉱石を原料として用いることで、還元率、ドラム強度共に高いフェロコークスを得ることができる。
【００１５】
鉄含有率が６３ｍａｓｓ％超えの鉄鉱石を用いる場合は、鉄鉱石粒径が大きいと鉄鉱石の還元により生成した金属鉄を基点に割れが生じやすくなるため、鉄含有率が６３ｍａｓｓ％以下の鉄鉱石を用いることが好ましい。６３ｍａｓｓ％以下の鉄含有率であると、鉄鉱石の粒径を大きくしても、鉄鉱石の還元により生成した金属鉄を基点に割れが生じることがない。前記鉄鉱石の鉄含有率が５５〜６３ｍａｓｓ％であるのがより好ましい。鉄含有率が６３ｍａｓｓ％超えの鉄鉱石を用いる場合は、鉄鉱石粒径は１ｍｍを超えないことが好ましい。
【００１６】
成型物原料として用いる石炭は、粒径３ｍｍ以下に粉砕して用いることが好ましい。粒径が３ｍｍを超えると、乾留中の成型物同士の融着が起きやすく、また成型物乾留後のフェロコークスの強度が向上しない場合がある。フェロコークスの強度向上の点からは、石炭の粒径を２ｍｍ以下とすることが、より好ましい。石炭は微粘結炭、非粘結炭を配合したものを用いることが好ましい。
【００１７】
鉄鉱石は原料全体量（石炭と鉄鉱石との合計量）に対して４０ｍａｓｓ％以下配合することが好ましい。前記鉄鉱石の配合率が１〜４０ｍａｓｓ％であるのがより好ましく、１０〜４０ｍａｓｓ％であるのが最も好ましい。鉄鉱石配合率が４０ｍａｓｓ％を超えると、成型物中で相対的に石炭の粘結成分が減少し、鉄鉱石の還元に伴いフェロコークス中のカーボンが消費されフェロコークス内部が多孔質化するため、強度が大幅に低下する。
【００１８】
成型物を製造する際には石炭と鉄鉱石とにバインダーを添加することが好ましい。バインダーの添加量は、石炭と鉄鉱石との合計量に対して、４〜６ｍａｓｓ％とすることが好ましい。
【００１９】
石炭と鉄鉱石との成型物は、例えば、石炭と鉄鉱石とバインダーとを高速ミキサーにて混練し、成型機を用いて製造する。成型物を乾留炉等を用いて乾留して、フェロコークスを製造する。
【００２０】
フェロコークスは、０．５〜２５ｃｃのサイズとすることができるが、５〜８ｃｃであるのが好ましい。高炉の通気性を確保するために、焼結鉱とほぼ同じ大きさの６ｃｃとすることが望ましいからである。
【実施例１】
【００２１】
石炭と鉄鉱石とを原料として、フェロコークスの製造試験を行った。フェロコークス原料成型物の成型条件を表１に示す。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
成型物を成型する際にバインダーを石炭、鉄鉱石原料質量全体に対し６ｍａｓｓ％添加し、高速ミキサーにて１４０〜１６０℃で約２分間混練した。ダブルロール型成型機を用いて、混練した原料でブリケットを製造した。成型機のロールのサイズは６５０ｍｍφ×１０４ｍｍとし、周速０．２ｍ／ｓ、線圧（成型圧）４〜５ｔ／ｃｍで成型した。成型物のサイズは３０ｍｍ×２５ｍｍ×１８ｍｍ（６ｃｃ）であり、形状は卵型である。
【００２４】
成型物の原料条件を表２に示す。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
石炭は全量粒径３ｍｍ以下となるように粉砕した。石炭は微粘結炭と非粘結炭の配合とした。鉄鉱石の粒径は粉砕後の篩い分けにより、０．１ｍｍ以下（−０．１ｍｍ）、０．２５ｍｍ以下（−０．２５ｍｍ）、０．５ｍｍ以下（−０．５ｍｍ）、１．０ｍｍ以下（−１．０ｍｍ）、１．５ｍｍ以下（−１．５ｍｍ）、２．０ｍｍ以下（−２．０ｍｍ）、２．５ｍｍ以下（−２．５ｍｍ）、３．０ｍｍ以下（−３．０ｍｍ）のそれぞれに調製した。鉄鉱石は原料全体量に対して３０ｍａｓｓ％となるように石炭に配合した。鉄含有率の異なる鉄鉱石を４種類準備し、試験に供した。使用した各鉄鉱石の鉄含有率を表３に示す。
【００２７】
【表３】
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【００２８】
一例として、使用した鉄鉱石Ａの粒径−１．０ｍｍ、−１．５ｍｍ、−２．０ｍｍについての粒度分布を表４に示す。
【００２９】
【表４】
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【００３０】
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時間乾留し、フェロコークスを製造した。
【００３１】
図１に成型物の強度（グリーン強度）と鉄鉱石粒径との関係を示す。成型物強度はI型ドラム試験装置（内径１３０ｍｍ×７００ｍｍの円筒状）を用いて、１分間に２０回転の回転速度で３０回転させた後の１６ｍｍ以上の残存率により評価を行った。鉱石Ａ〜Ｄの、どの鉱石を用いた場合も、鉄鉱石を全量０．２５ｍｍ以下に粉砕すると、成型物強度は低下した。鉄鉱石を細かく粉砕すると粒子外表面積が上昇し必要なバインダー量が増加するが、本実験ではバインダー量一定で試験したためこのような結果になったと考えられる。鉄鉱石粒径０．５ｍｍ以下〜３ｍｍ以下まででは、鉱石種が変わらなければ、成型物の強度に大きな差は認められなかった。
【００３２】
図２に成型物乾留後の還元率と鉄鉱石粒径との関係を示す。鉄鉱石粒径が０．５ｍｍ以下であると還元率はほぼ一定だったが、それ以上の粒径では還元率は次第に低下し、鉄鉱石粒径３ｍｍ以下では概ね１０％低下している。鉄鉱石中心部分の還元が低下しているためであると推察される。目標の還元率を８０％以上とすると、いずれの鉱石種においても鉄鉱石粒径は２ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００３３】
図３に成型物乾留後の強度と鉄鉱石粒径との関係を示す。乾留後強度はドラム試験装置を用いて、１５０回転させた後の６ｍｍ以上の残存率により評価を行った。鉄含有率６３ｍａｓｓ％以下の鉱石Ａ、Ｂ、Ｃは鉄鉱石粒径０．５ｍｍ以下で強度が低下した。鉄鉱石粒径が細かくなると鉄鉱石の還元の進行に伴うコークス部分の多孔質化（気孔率上昇）が起こったことが一因と考えられる。乾留後強度（ドラム強度）の目標値を８２以上とすると、鉄鉱石粒径を全量１ｍｍ以下から３ｍｍ以下までとすれば、ドラム強度の目標値をクリアすることが分かる。一方、鉄含有率６５．５ｍａｓｓ％の鉱石Ｄでは鉄鉱石粒径が１ｍｍを超えると強度低下が認められた。鉄鉱石Ｄの粉砕後の外観を観察すると先のとがった扁平な形状の粒子が存在していることが分かり、鉄鉱石粒径が大きいと強度試験時の衝撃により鉄鉱石の還元により生成した金属鉄を基点に割れが生じたと推察される。鉄含有率６３ｍａｓｓ％以下の鉱石では、鉄鉱石粒径１ｍｍ以下から２ｍｍ以下まででは、目標還元率を維持し強度も目標値となることが分かる。
【００３４】
図４に鉱石Ａと鉱石Ｃについて、鉄鉱石配合率と乾留後強度との関係を示す。鉄鉱石配合率４０ｍａｓｓ％までは、鉄鉱石の配合比率が上昇するに従い乾留後強度は徐々に低下した。一方で鉄鉱石配合率が４０ｍａｓｓ％を超えると大幅な強度低下が認められた。鉄鉱石配合率が上昇すると石炭の粘結成分が減少すること、鉄鉱石の還元に伴いフェロコークス中のカーボンが消費されフェロコークス内部が多孔質化することが強度低下の原因と考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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