(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿潤状態の冶金用コークスに水分吸収後の状態で使用する篩い目を通過する粒径の粉状の水分吸収剤を添加して混合し、篩い分けを行った篩い上の冶金用コークスを竪型炉に装入することを特徴とする竪型炉の操業方法。
【請求項２】
水分吸収剤として、高分子吸水材を用いることを特徴とする、請求項１に記載の竪型炉の操業方法。
【請求項３】
水分吸収剤の粒径は篩目の１／２以下として用いることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の竪型炉の操業方法。
【請求項４】
ベルトコンベア上の冶金用コークス上に水分吸収剤を散布して添加し、前記ベルトコンベアの乗り継ぎ落差における衝撃を利用して前記冶金用コークスと前記水分吸収剤とを混合することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の竪型炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄プロセス等において、原料となる冶金用コークスを篩い分けし、粉を事前除去して高炉やキュポラなどの竪型炉操業を効率的に行う竪型炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉やキュポラを始めとする竪型炉による精錬プロセスにおいては、充填層内に還元ガスを流通させて鉄鉱石等を還元する必要があるため、効率的な操業を行う為には還元ガスが流通可能な空隙を確保する必要があり、鉄鉱石、コークス、焼結鉱等の装入原料に含まれる粉は事前に除去しておく事が望ましい。このため各製鉄所においてはこれらの製鉄用原料から粉を除去する篩設備（振動篩い）を有している。しかしながらヤードで保管する原料等は、原料の保管の際、雨天等により水分含有率が高くなると微粉の付着力が高まるため、従来の篩による粉除去は困難であった。さらに原料の水分含有率が高い場合、篩いのスクリーン上に粘土状の原料が付着し目詰まりを発生させる要因となっている。このため水分付着性の高い原料の篩設備においては、通常目開きが大きいふるいが使用されてきた。たとえば、同じ高炉原料でも、コークス工場からＣＤＱ（コークス乾式消火設備）を経て直接送られるコークスは殆ど水分を含まず粉が落下しやすい為、粉除去のために通常目開き８ｍｍ程度の篩が使用されているが、ヤードに保管していたため水分を含み粉が付着していることが多いコークスの場合、粉の除去性能を高めるとともに目詰まりを抑制するため目開き１０ｍｍ程度の篩が使用されている。つまり通常高炉原料としてそのまま使用できる８〜１０ｍｍの範囲の原料も篩い落とすことになり、歩留まりを低下させる要因となっている。また、目開き１０ｍｍの篩いを使用しても依然１ｍｍ以下の粉の一部は１０ｍｍ以上の原料に付着して落下せず、粉除去効率は大幅には向上していない。
【０００３】
湿潤原料の粉除去効率を向上させる篩い分け手段としては伸縮可能な篩網と、これを上下左右に連動させて変形しながら原料を運搬する可動機構を有する特殊スクリーン、例えばジャンピングスクリーン（登録商標）が知られている。ジャンピングスクリーン（登録商標）では、ウレタン製の網目に対して引っ張り・ゆるめの繰り返し運動を与えることにより原料を跳ね上げ、落下の際の衝撃力で付着粉を分散させる効果が期待できる。また、網目が常に変形する為、湿潤原料を使用しても目詰まりが起こりにくいとされている。
【０００４】
篩い分け以外の製鉄原料付着粉除去方法として、粉が付着した鉄鉱石をスクリーン式ジェット洗浄機で水洗処理し付着粉を除去する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。洗浄水をスクリーン上で勢い良く噴射するため鉄鉱石付着粉がきれいに洗浄され、付着粉を含んだ洗浄液はスクリーン式脱水機と液体サイクロンによって効率的に処理が可能であるとされている。
【０００５】
また、原料から粉を除去する技術ではないが、野積み堆積物の含水量低減方法として、野外貯蔵ヤードに、ばら物原材料を積みつけまたは払い出す際に吸水性樹脂からなる吸水体成形物と混合する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。吸水体成形物は篩い分けで原材料と分離可能なように、膨潤時に原材料よりも大きな寸法になるものを使用する。
【特許文献１】特許第３２５５７７５号公報
【特許文献２】特開昭６１−６０７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、従来、湿潤時の付着粉が多い高炉原料は目開きの大きな篩い目を有する篩いで分級されてきたが、歩留が大幅に低下するものの依然篩い上に付着粉が混入し、付着粉除去効果は大きくなかった。なかでも高炉原料であるコークスは、表面が多孔であって付着粉が混入しやすく、とりわけ湿式消火法により製造されたコークス、また、ヤード等に一旦仮置きされ保管されたコークスは、水分含有量が高くなり篩い上に付着粉が混入しやすく、付着粉除去効果は大きくなかった。
【０００７】
また、特殊スクリーンを用いた篩い分け法では、湿潤状態の原料の付着粉の分離性能は期待できるものの、スクリーン材質がウレタン等の樹脂材質で構成されており、さらに常に変形・伸縮するため、特に冶金用コークスなどの硬質の材料を用いる場合、耐久性に問題がある。スクリーンの耐久性が低いと、スクリーン交換に伴うランニングコストが高額になるばかりでなく、交換のためにラインを止める頻度が高くなり、生産性悪化の大きな要因となる可能性が有る。また、従来製鉄所内で用いられている振動スクリーンとは形式が大きく異なるため、従来のスクリーンを撤去して新たに特殊スクリーンの設備を建設する必要があり、莫大な設備費用が必要になると予測される。さらに、篩分け設備に含水樹脂等が付着し篩い目が閉塞した場合、スクリーンの清掃のためラインを止める必要があり、生産性悪化の大きな要因となる。従って、特殊スクリーンは製鉄原料用の篩い分け方法としてあまり普及していない。
【０００８】
さらに、スクリーン式ジェット洗浄機を用いて原料を水洗処理する方法では、スクリーン式ジェット洗浄機、スクリーン式脱水機、液体サイクロン等の設備を新たに建設するために巨額の建設コストが必要となる。また特に鉄鉱石やコークスの微粉を含んだ水処理に際しては、設備の磨耗が激しいためメンテナンスコストが高額になるという問題がある。さらに洗浄後の原料に付着した水分による高炉への持ち込み水分が増加し、高炉炉頂温度を低下させ、操業を不安定化する要因となる可能性が有る。
【０００９】
一方で、特許文献２に記載の方法では、ヤードに貯留している期間に雨が降った場合、一時的には雨水を吸収することができるもののいかに高性能の吸水性樹脂でも吸収できる量が限られているため効果が限定されること、一旦吸収した水分は放散されにくいため場合によっては含水量を増加させてしまうこと、という問題がある。またこの野積み堆積物を篩い分けする場合、吸水体成形物とした吸水性樹脂を用いているために膨れた樹脂による篩い分け時での篩い目の閉塞や、吸水性樹脂の篩上の原料への混入、という問題がある。
【００１０】
そこで、本発明では、従来の篩い設備をそのまま有効活用することが可能であり、比較的安価に冶金用コークスの付着粉除去性能を向上させることができるとともに、篩設備における篩い目の閉塞等のトラブルが起きにくく、竪型炉の操業を安定化することのできる竪型炉の操業方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、前記課題を解決するために、従来用いられている汎用の振動篩いを用いて、冶金用コークスの水分による付着粉を効率的に除去する手法について検討した。付着粉は水分の架橋効果によって冶金用コークスに付着しているものと考えられる。よって、水分を除去する事が出来れば水分架橋の数が低減し、粉の除去量が増加する可能性が有る。そこで水分量による付着粉除去効果について実験を行った。乾燥したコークスを準備し、一定の粒度分布になるように配合し、それぞれコークス質量比５％〜２０％の水分を添加し、２０ｃｍφ丸篩によって９．５ｍｍの網目で篩い分け試験を行った。各試験においてコークス質量は３００ｇとした。また篩い分けに際してはロータップ式の振動篩いを用い、同一の振動を３０秒間与えるものとし、この際発生した篩下を十分に乾燥し、質量を測定した。結果を、表１に示す。
【００１２】
【表１】
0005141214.tif 000002
【００１３】
篩下質量比率（篩い下質量÷初期質量×１００）が少ないものほど篩上コークスに対する付着粉が多いと考えられるが、表１の結果によれば、水分添加率が５ｍａｓｓ％〜２０ｍａｓｓ％（水分含有率：４．８ｍａｓｓ％〜１６．７ｍａｓｓ％）では、添加水分量が多いほど篩下質量比率が減り、篩上の付着粉量が増える事が示された。上記篩上に残ったもののうち篩下として落ちるはずの粉率（篩上中の粒径９．５ｍｍ以下の粉（−９．５ｍｍ）質量÷篩上質量×１００）を表１に併せて示す。表１によれば、篩いに装入するコークスの水分含有率が高いと、篩上として分離されたコークス中の粉の比率が増加することとなり、高炉等の竪型炉に持ち込む粉の量が増加することとなることが分かる。
【００１４】
全ての水分濃度において付着粉を効率的に除去する為には、高い水分含有量条件下でも素早く大量に水分を吸収し、乾燥状態に近づける事の出来る高い水分吸収性能を持った水分吸収剤を篩い分けを行う前に添加することが有効である。これらの特徴を有する水分吸収剤としては、高分子吸水材もしくはシリカゲル等が考えられる。
【００１５】
水分吸収剤を篩い分けの前に添加すれば、コークスの水分含有率が低下し、篩い分け時には粉体と塊を結合する水架橋の数が減少するため、コークス粉を効率良く分離できるようになる。したがって、篩上のコークスでは、水分吸収剤を添加しない場合と比較して粉率が低下するので、高炉等の竪型炉操業における圧損の低下が期待できる。
【００１６】
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下の通りである。
（１）湿潤状態の冶金用コークスに水分吸収後の状態で使用する篩い目を通過する粒径の粉状の水分吸収剤を添加して混合し、篩い分けを行った篩い上の冶金用コークスを竪型炉に装入することを特徴とする竪型炉の操業方法。
（２）水分吸収剤として、高分子吸水材を用いることを特徴とする、（１）に記載の竪型炉の操業方法。
（３）水分吸収剤の粒径は篩い目の１／２以下として用いることを特徴とする、（１）または（２）に記載の竪型炉の操業方法。
（４）ベルトコンベア上の冶金用コークス上に水分吸収剤を散布して添加し、前記ベルトコンベアの乗り継ぎ落差における衝撃を利用して前記冶金用コークスと前記水分吸収剤とを混合することを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の竪型炉の操業方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、従来の篩い設備を用いながら、雨水等にさらされた影響により湿潤状態にあるコークスの篩い分けが容易に行えるようになる。これにより竪型炉に装入されるコークスの粉状部分を十分に抑制する事が可能となり、竪型炉内の通気性が確保され操業安定性が向上する。
【００１８】
また、コークスから竪型炉内に持ち込む水分量も減少できる。
【００１９】
さらに、従来湿潤原料を篩い分けする際、水分を含んだ篩下粉がベルト上に付着しベルトコンベアの故障の原因となる事があったが、本発明の方法を用いることで水分が水分吸収剤に補足されるため篩下粉の付着性が小さくなり、これらのトラブルを回避できるため、生産性も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明では、冶金用コークスに粉状の水分吸収剤を添加して混合し、篩い分けを行うことで、水分の存在により湿潤状態にある冶金用コークスから水分を除去し、水分架橋による粉の付着を少なくできる為、従来の篩設備を用いながら容易に粉を除去できるようになる。そして、篩い分けにより粉が除去された篩い上を、竪型炉に装入して操業を行ない、銑鉄等を製造する。本発明は湿潤状態にある全ての冶金用コークスに対して適用可能である。
【００２１】
尚、湿潤状態とは、冶金用コークスの粒子表面に水分が存在する状態である。冶金用コークスの水分含有量に対する水分吸収剤の効果は、コークスの粒子内部の気孔分布により異なるが（コークス内部の気孔に水分が吸収された後の粒子表面の水分が問題となるため）、原料の水分含有量が５ｍａｓｓ％以上の場合に効果が大きい。
【００２２】
本発明に用いる水分吸収剤としては、水分吸収速度が非常に早く、また水分吸収後に分子構造内に水分を捕獲する事により粘着性を示さない物質が望ましい。これらの物質の一例としてシリカゲルや各種高分子吸水材が挙げられるが、特に高分子吸水材は自重の数百倍以上の水分を取り込む事が可能であり、また水分吸収速度も格段に速いため、より適している。また、ゼオライト、活性炭を用いることも特に好ましい。水分吸収剤は水分吸収後には、篩い下として冶金用コークスから除去する必要があるので、水分吸収後の状態で使用する篩い目を通過する粒径の粉状である必要がある。
【００２３】
なお、湿潤状態のコークスとしては、表１に示すように５ｍａｓｓ％程度以上に水分を含んでいれば水分による架橋を低減することで効果が得られると考えられ、本発明は湿式消火法で消火した水分の多いコークスなどに適用すると効果的である。また、保管時のハンドリングにより粉を発生することが多いため、ヤード等で保管していたコークスに適用することが好ましい。さらにヤード保管のコークスは、粉の発生量が多いことの他、雨水により水分を多く含有する傾向にあり、ヤード保管コークスに適用することが特に好ましい。
【００２４】
水分吸収剤の添加は、湿潤コークスの篩い分けを行うまでの搬送ライン上のいずれかの場所で添加することが好ましい。例えば、ヤードに保管しておいたコークスの場合、ヤードでの切出しから篩に至るまでの間であり、湿式消火したコークスであれば消火電車から篩に至るまでの間で水分吸収剤を添加する。ヤード等で長期に保管する際に水分吸収剤を添加するとその後の降雨等の影響を受けるため、ヤードで水分吸収剤を添加する場合はヤードから切り出す際に水分吸収剤を添加する。これにより水分吸収剤添加後にヤード等で雨にさらされることがなく、湿潤コークスがもつ水分以外の影響をできるだけ低減することができ、水分吸収剤の効果を十分に発現させることができる。また、通常、竪型炉に装入するコークスを貯めておくホッパーである貯骸槽の下には発生粉を除去するための篩があるので、貯骸槽に入れる前に水分吸収剤を添加すれば、貯骸槽内でコークスと水分吸収剤とが混合されて、水分吸収のための時間が確保されるので好ましい。
【００２５】
水分吸収剤の冶金用コークスへの添加方法としては、ヤード上で切り出しの際に添加し重機で混合する方法、もしくはベルトコンベア上で高炉原料上に添加し、ベルトコンベアの乗り継ぎシュートにおける落下衝撃を利用して混合する方法などがあるが、後者の方法がより低コストであるため望ましい。また、ベルトコンベア上で水分吸収剤を添加する位置は、篩からなるべく離れていることが好ましく、原料ヤード側に近い位置とすることが望ましい。これは乗り継ぎ落差をより多く通過し、より多くの時間をかけて搬送されたほうが冶金用コークス全体に水分吸収剤が行き渡りやすくなり、また吸水に必要な時間をより多く確保する事が可能となるためである。
【００２６】
さらに、水分吸収剤を冶金用コークスに添加する際の水分吸収剤の切り出し方法としては、振動フィーダーによる切り出しなど、各種粉体定量切出し方法を適用可能であるが、水分吸収剤は空気中の水分を取り込み劣化もしくは凝結する可能性があるため、冶金用コークスへの添加直前まで外気と遮断された密閉状態にある事が望ましい。よって以上の観点から、密閉状態にある貯留タンクから圧力により配管中を気送運搬し、圧力を利用して冶金用コークスに吹き付ける手法が最も適している。水分吸収剤を添加、混合後、従来の篩設備にて篩い分けをおこなうが、篩い設備は従来と同様の運転条件で操業可能であり、特別な操作を必要としない。
【００２７】
また篩い上コークスに水分を吸収した水分吸収剤が混入するのを防止するため、さらにまた篩分け設備に含水水分吸収剤が付着し篩い目が閉塞するのを防止するため、水分吸収剤の粒径は篩い目の１／２以下とすることが好ましい、さらに湿潤コークス表面に水分吸収剤が均一に分散するため、水分吸収剤の粒径は１ｍｍ以下とすることがより好ましい。このような粒径であれば、水分吸収後も充分に篩い目を通過できるので、湿潤コークスに付着していたコークス粉とともに篩い下として回収され、篩い上の竪型炉で使用されるコークスへの混入を防止することができる。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態を示すフロー図である。粉が付着した湿潤コークス１を高炉の原料として用いる際に、密閉状態にある貯留タンク内の水分吸収剤２を、気送ライン３により湿潤コークス１に上部から吹き付けて添加する。水分吸収剤２を添加された湿潤コークス１をベルトコンベア４で搬送し、ベルトコンベア４の乗り継ぎシュート部分４ａで落下する際に、水分吸収剤と湿潤コークスとが混合される。この状態で湿潤コークス１を、従来高炉装入前の原料の篩い分けに用いている篩い設備５を用いて篩い分けを行うことで、湿潤コークス１は篩い下粉６と粉除去後の高炉行きコークス７とに分離され、高炉行きコークス７を高炉に装入することで、粉の割合の少ない原料を高炉に装入することが可能となる。
【実施例１】
【００２９】
本発明による効果を確認する為に、以下の条件で篩い分け試験を行った。
【００３０】
高炉で使用するコークスを用意し、幅２ｍ、長さ３．５ｍ、目開き８ｍｍの振動篩に約５トンを供して篩い分けを行った。コークスの含有水分量を乾燥法で測定したところ、３．９ｍａｓｓ％であった。
【００３１】
これと同じコークスに水分を散水した後、ショベルを用いてよく混合し、水分をなじませる為に数時間静置して湿潤状態とした。ここで再びコークスの水分含有量を乾燥法で測定したところ、9．3ｍａｓｓ%となった。この湿潤コークスを前述の振動ふるいに約５トン供し、篩い分けを行った。
【００３２】
さらに、前述の湿潤コークスの残部にポリアクリル酸系の高分子吸水材をコークスに対して質量比０．０１、０．１％、またはシリカゲルをコークスに対して質量比１．０%添加し、ショベルによりよく攪拌した後、約５トンを上述の振動ふるいに供して篩い分け試験を行った。
【００３３】
以上の場合について、篩い分け後の「篩い下質量比率」と、「篩い下粒径５ｍｍ以下（−５ｍｍ）回収率」の測定結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
0005141214.tif 000003
【００３５】
コークスに水分を添加した湿潤コークスを篩い分けすると、篩い下質量比率（篩い下質量÷篩い供給質量×１００）が大幅に低下した。そこで、篩下−５ｍｍ回収率（篩下−５ｍｍ質量÷篩供給−５ｍｍ質量×１００）を計算すると、同様に回収率が大幅に低下しており、−５ｍｍ粉が大量に篩上試料に付着している事が確認された。さらに、水分吸収剤である、高分子吸水材を添加混合した条件においては、湿潤コークスのみの場合と比較して篩下質量比率が大幅に増加した。篩下−５ｍｍ回収率も大幅に回復しており、高分子吸水材により付着粉が篩い落とされる効果が確認できた。篩いに入るコークスをサンプリングし、５ｍｍの篩いで篩い分け、篩上のコークスについて水分含有量を乾燥法で測定したところ、高分子吸水材０．１ｍａｓｓ％添加時に４．９ｍａｓｓ％であった。添加した高分子吸水材は−１ｍｍの粒径のものを使用したため、＋５ｍｍ中にはほとんど混在していないので、コークス部分の水分を反映したものと考えられる。水分吸収剤としてシリカゲルを使用した場合、高分子吸水材に比べ効果は小さいものの、篩下質量比率と篩下−５ｍｍ回収率は水分吸収剤無しの場合に比べて増加した。添加材の量は多いほど粉の分離効率は向上するものの、ランニングコストの増加を招くため１％以下とすることが望ましい。
【実施例２】
【００３６】
ヤードに保管していたコークスを通常使用しているコークスに質量比率で３０ｍａｓｓ％混合し、高炉原料として使用する操業試験を行なった。さらに、ポリアクリル酸系の高分子吸水材を水分吸収剤としてコークスに添加、混合した後に篩い分けを行う操業試験も行い、通常コークスを用いた操業の場合との比較を行った。
【００３７】
水分吸収剤を使用する場合、図１に示すものと同様の設備を用い、ベルトコンベヤ乗り継ぎ部にてコークスに高分子吸水材を０．１ｍａｓｓ％の割合でふりかけ、その後、さらにベルトコンベヤにより搬送し、ベルトコンベヤ乗り継ぎ部を経て、篩い目１０ｍｍの篩で篩い分けを行った。高炉の出銑量は１２０００トン／日、コークス比は３８０ｋｇ／ｔ−ｐ、微粉炭（ＰＣ）比１２０ｋｇ／ｔ−ｐ、コークスの強度、粒径および焼結鉱の強度、粒径はほぼ一定の条件とし、ヤードコークスの使用量および篩い前での添加剤使用の有無以外はできる限り一定の条件で操業を行った。ヤードコークスを使用し、篩い前での添加剤を使用する場合と使用しない場合、およびヤードコークスを使用しない場合で各１日操業した。
【００３８】
ヤードでのコークスの水分含有量を乾燥法で測定したところ、９．７ｍａｓｓ％であり、通常のコークスの水分含有量は３．５ｍａｓｓ％であった。ヤードコークス使用時に水分吸収剤を使用した場合、篩下質量比率は１9．9ｍａｓｓ％、篩下−５ｍｍ回収率７６．７ｍａｓｓ％であり、水分吸収剤を使用しなかった場合、篩下質量比率は１５．５ｍａｓｓ％、篩下−５ｍｍ回収率５９．８ｍａｓｓ％であった。表３に各操業時の日平均の高炉上部圧力損失値を示す。
【００３９】
【表３】
0005141214.tif 000004
【００４０】
表３によれば、水分含有量の多いヤードコークスを使用した場合は、使用していない場合に比べ高炉上部の圧力損失が増加する。高炉全体での圧力損失も表３に示した上部圧力損失と同様の増加傾向を示したが、その大部分は上部での圧力損失の変化により説明できた。一方、篩前で水分吸収剤（高分子吸水材）を使用した場合、圧力損失の増加が大幅に抑制されていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態を示すフロー図。
【符号の説明】
【００４２】
１    湿潤コークス
２    水分吸収剤
３    気送ライン
４    ベルトコンベア
４ａ    乗り継ぎシュート部分
５    篩い設備
６    篩い下粉
７    高炉行きコークス
【図１】
0005141214.tif 000005