JP2008101112A - フェロコークス原料成型物およびフェロコークスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フェロコークス原料成型物が軟化融着することがなく、しかも製造されるフェロコークスの強度が従来のフェロコークスよりも低下することのない、フェロコークス原料成型物およびフェロコークスの製造方法を提供すること。
【解決手段】石炭と鉄鉱石とバインダーとを混合し、冷間で成型して成型物を製造する際に、前記バインダーとして軟化点が１００℃以下の有機バインダーと、粒径が０．５ｍｍ以下の軟化点が１００℃超の有機バインダーとを用いることを特徴とするフェロコークス原料成型物の製造方法を用いる。軟化点が１００℃以下の有機バインダーおよび軟化点が１００℃超の有機バインダーを混合し、前記軟化点が１００℃超の有機バインダーを膨潤および／または溶解させた後に、石炭と鉄鉱石とに混合することが好ましい。これらのフェロコークス原料成型物を乾留してフェロコークスを製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、石炭と鉄鉱石との混合物を成型して製造するフェロコークス原料成型物およびフェロコークスの製造方法に関する。

原料石炭に粉鉄鉱石を配合し、この混合物を通常の室炉式コークス炉で乾留してフェロコークスを製造する技術としては、（ａ）石炭と粉鉄鉱石との粉混合物を室炉式コークス炉に装入する方法、（ｂ）石炭と鉄鉱石を冷間、すなわち室温で成型し、その成型物を室炉式コークス炉に装入する方法などが検討されてきた（例えば、非特許文献１参照。）。しかし通常の室炉式コークス炉は珪石煉瓦で構成されているので、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、低融点のファイヤライトが生成して珪石煉瓦の損傷を招く。このため室炉式コークス炉でフェロコークスを製造する技術は、工業的には実施されていない。

近年室炉式コークス炉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。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、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。資源埋蔵量が豊富で安価な非粘結炭を多量に使用しても、通常の室炉式コークス炉と同等の強度を有するコークスが製造可能なことが確認されているが、使用する石炭の粘結性が高い場合にはシャフト炉内で成型炭が軟化融着し、シャフト炉操業が困難になると共に変形や割れ等のコークス品質低下を招く。

連続式成型コークス製造法でシャフト炉内での融着抑制のために、石炭に鉄鉱石を全体量の１５〜４０％となるように添加し、冷間で成型物を製造し、シャフト炉に装入する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、鉄鉱石に粘結性がないため、冷間の状態で成型物を製造するために高価なバインダーを添加する必要があるので、石炭と鉄鉱石を加熱した熱間の状態で塊成型物に成型する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
燃料協会 「コークス技術年報」１９５８年、ｐ．３８ 特開平６−６５５７９号公報 特開２００４−２１７９１４号公報

シャフト炉を用いてフェロコークスを製造する場合について検討すると、熱間の状態で石炭と鉄鉱石との混合物を成型するには、粘結性の高い石炭を使用する必要があり、また、加熱しながらの成型となるため、発生ガスの影響で成型が困難となる。従って、粘結性の高い石炭だけでなく通常の石炭を用いても、石炭と鉄鉱石との混合物を成型できる方法としては、冷間で成型を行うことが望ましいと考えられる。しかし、使用する石炭の品位が同じであっても、バインダーの添加量が多い場合にはシャフト炉内でフェロコークス原料成型物が軟化融着し、シャフト炉操業が困難になる場合がある。一方で粘結性のない、無煙炭、半無煙炭をフェロコークス原料とすると、フェロコークスの強度が低下する場合があり問題である。

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、フェロコークス原料成型物が軟化融着することがなく、しかも製造されるフェロコークスの強度が従来のフェロコークスよりも低下することのない、フェロコークス原料成型物およびフェロコークスの製造方法を提供することにある。

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）、石炭と鉄鉱石とバインダーとを混合し、冷間で成型して成型物を製造する際に、前記バインダーとして軟化点が１００℃以下の有機バインダーと、粒径が０．５ｍｍ以下の軟化点が１００℃超の有機バインダーとを用いることを特徴とするフェロコークス原料成型物の製造方法。
（２）、軟化点が１００℃以下の有機バインダーおよび軟化点が１００℃超の有機バインダーを混合し、前記軟化点が１００℃超の有機バインダーを膨潤および／または溶解させた後に、石炭と鉄鉱石とに混合することを特徴とする（１）に記載のフェロコークス原料成型物の製造方法。
（３）、（１）または（２）に記載のフェロコークス原料成型物を乾留してフェロコークスを製造することを特徴とするフェロコークスの製造方法。

本発明によれば、フェロコークス原料成型物の軟化融着や割れの発生を抑制できる。また、フェロコークス原料として無煙炭、半無煙炭を用いても、製造されるフェロコークスの強度を従来以上とすることができる。

フェロコークスは石炭および鉄鉱石の成型物を成型し、該成型物を乾留して得られるものである。シャフト炉等を用いてフェロコークスを製造するために、本発明においては石炭および鉄鉱石をバインダーとともに混合して、冷間において成型物を成型し、該成型物を乾留する方法を用いるが、冷間での成型において、バインダーとして軟化点の高い有機バインダーと軟化点の低い有機バインダーとを混合して用いることを特徴としている。高軟化点有機バインダーと低軟化点有機バインダーとが混合されることで、高軟化点有機バインダーが膨潤および／または溶解し、成形物が高強度化する。また、軟化点の低いバインダーの使用量を少なくできるので、シャフト炉内でフェロコークス原料成型物の軟化融着を防止することができる。

軟化点が１００℃超の有機バインダー（高軟化点有機バインダー）としては、アスファルトピッチ（ＡＳＰ）、固形ピッチ、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、溶媒抽出材等を用いることができる。本発明においては、粒径が０．５ｍｍ以下の高軟化点有機バインダーを用いるものとする。高軟化点有機バインダーを粉砕し、粒径を０．５ｍｍ以下とすることで、フェロコークス原料成型物およびフェロコークスの強度を向上させることができる。したがって、バインダーの添加量を減らしても、従来のフェロコークスと同等の強度を得ることが可能となる。なお、粒径０．５ｍｍ以下とは、粉砕後の高軟化点有機バインダーを篩い目が０．５ｍｍの篩い等を用いて篩い分けした、篩い下の状態であり、粒度−０．５ｍｍ（０．５ｍｍアンダー）、１００ｍａｓｓ％とも記載する。

軟化点が１００℃以下の有機バインダー（低軟化点有機バインダー）としては、軟ピッチ（ＳＯＰ：軟化点４０℃）、中ピッチ（軟化点７０〜８５℃）、タール、石炭の溶媒抽出材、ＰＤＡ（プロパン脱瀝アスファルト）、ポリビニルアルコール、でんぷんなどの水溶性有機バインダー、廃油や廃液等を用いることができる。

尚、バインダーとして無機バインダーを用いると、無機バインダーは成型物の乾留の際に軟化溶融せず、石炭との濡れ性も悪いため、無機バインダー周辺で亀裂が発生し、フェロコークスの強度が低下する。また、無機バインダーはスラグ化する点でも好ましくなく、バインダーとしては有機バインダーを用いるものとする。

冷間での成型とは、室温での成型であり、成型の際に加熱工程を有さない成型方法である。

高軟化点有機バインダーと低軟化点有機バインダーとを、石炭および鉄鉱石に別々に添加して混合する際には、まず高軟化点有機バインダーを石炭および鉄鉱石に添加して混合し、その後に低軟化点有機バインダーを添加して混合することが好ましい。固体状態の高軟化点有機バインダーを混合後に、液体状態の低軟化点有機バインダーを添加する方が、均一混合が容易である。

上記のように高軟化点有機バインダーと低軟化点有機バインダーとを、別々に石炭および鉄鉱石に添加して混合しても良いが、石炭および鉄鉱石との混合前に、高軟化点有機バインダーと低軟化点有機バインダーとをあらかじめ混合することで、高軟化点有機バインダーを十分に膨潤および溶解させることができ、バインダー機能が向上する。このようにして製造した成型物はさらにバインダー量が少量であっても、従来程度の強度を有する成型物が製造でき、この成型物を乾留してフェロコークスを製造すると、より低コストで従来程度の強度を有するフェロコークスを製造することが可能となる。

以下に、低軟化点有機バインダーと、粒径が０．５ｍｍ以下の高軟化点有機バインダーとを用いてフェロコークスを製造する本発明の一実施形態を説明する。

フェロコークス原料の成型物は、石炭と鉄鉱石とバインダーとを混合して製造する。石炭としては、粘結性の高い石炭であっても、粘結性の低い石炭であっても使用可能であり、半無煙炭、無煙炭等の一般炭に加え、膨潤炭やＳＲＣなどの溶剤処理炭を用いることもできる。粒径は３mm以下が８０ｍａｓｓ％程度とすることが好ましい。鉄鉱石としては、Ｆｅ₂Ｏ₃や、Ｆｅ₃Ｏ₄を主成分として含む鉄鉱石に加えて、ペレットフィード、酸化鉄を含有した還元鉄、鉄分含有スラッジ等を用いることができ、粒径は１００ミクロン以下とすることが好ましい。

バインダーとして高軟化点有機バインダーと低軟化点有機バインダーとを用いる場合、まず粉砕した高軟化点有機バインダーを、石炭と鉄鉱石と混合し、その後低軟化点有機バインダーを混合することができる。粉砕した高軟化点有機バインダーは石炭と鉄鉱石と固体として混合することができる。高軟化点有機バインダーの混合は、石炭と鉄鉱石とを混合後に行なうことも、石炭と鉄鉱石との混合と同時に行なうこともできる。石炭と鉄鉱石と高軟化点有機バインダーとを混合後、加熱状態で低軟化点有機バインダーを混合する。石炭と鉄鉱石と高軟化点有機バインダーの混合物、または低軟化点有機バインダー、またはその両方を７０〜１５０℃程度に加熱して、混合することが好ましい。

より好ましい方法として、あらかじめ高軟化点有機バインダーと低軟化点有機バインダーとを混合し、バインダー混合物を石炭と鉄鉱石との混合物に混合する。粉砕した高軟化点有機バインダーと低軟化点有機バインダーを加熱混合して、高軟化点有機バインダーを十分に膨潤および／または溶解させて、バインダーの粘度を高めた後に、石炭と鉄鉱石との混合物と混合する。加熱温度は、７０〜１５０℃とすることが好ましい。石炭と鉄鉱石とはバインダーと同程度の温度まで、加熱混合しておくことが好ましい。バインダー混合物を用いることで、成型物の強度がさらに向上する。

上記のようにして、バインダーを、石炭と鉄鉱石と混合した後、室温で冷間成型して成型物を製造する。成型物は、例えば体積５〜１００ｃｃのマセック型とすることができる。

成型した成型物は、フェロコークス原料成型物として、シャフト炉等で乾留して、フェロコークスを製造する。

軟化点の高い有機バインダーとしてアスファルトピッチ（ＡＳＰ）、軟化点の低い有機バインダーとして軟ピッチ（ＳＯＰ）を用い、アスファルトピッチを２ｍａｓｓ％、軟ピッチを３ｍａｓｓ％として混合した後、石炭と鉱石とに添加して混合し、冷間成型して成型物を製造した。鉄鉱石には粒径１００ミクロン以下（−１００ミクロン）のペレットフィードを用いた。石炭には最大平均反射率１．０％の石炭を用いた。石炭の粒度は、全量を粒径３ｍｍ以下（−３ｍｍ）に粉砕したものを用いた。成型物は、石炭と鉄鉱石の混合物（７：３の質量比率）にバインダーを添加し、ミキサーで攪拌後、線圧５ｔ/ｃｍ、成型温度２５℃で６ｃｃのブリケットを成型した。このブリケットを専用の乾留炉であるシャフト炉で加熱して石炭を乾留し、フェロコークスを製造した。成型物およびフェロコークスの強度は、ＪＩＳドラムで５回転の６ｍｍ指数（ＤＩ５／６）で評価した。

まず、ＡＳＰ（高軟化点有機バインダー）の粉砕条件を変更して、ＡＳＰの粒度を変化させて成型物を成型、強度を測定した。図１に成型物強度に及ぼすＡＳＰ粉砕粒度の影響を
示す。ＡＳＰを細かく粉砕するほど成型物強度は大幅に向上した。これは、ＡＳＰが石炭と鉱石との混合物中に均一に分散したことに加えて、ＳＯＰとＡＳＰの混合によりＡＳＰの少なくとも一部が膨潤または溶解したためと考えられる。成型物強度としてＤＩ５／６が９０を目標とするとＡＳＰ粒度は０．５ｍｍ以下に粉砕する必要があることが分かる。

次に、ＡＳＰ（高軟化点有機バインダー）の粒度を変化させた際の乾留物（フェロコークス）の強度を測定した。図２に乾留物強度に及ぼすＡＳＰ粉砕粒度の影響を
示す。成型物強度と同様でＡＳＰを細かく粉砕するほど成型物強度は大幅に向上した。これは、ＡＳＰは加熱されるとギーセラー流動度が１０の１０乗程度となるが、成型物中に粗大なＡＳＰが存在すると加熱により発砲し、大きな欠陥となりやすく、このため、ＡＳＰの粉砕粒度が大きくなるに従い、乾留物強度が低下したものと考えられる。

次に、各粒度のＡＳＰについて、ＡＳＰの添加率を変化させ、乾留物（フェロコークス）の強度を測定した。乾留物強度に及ぼすＡＳＰ添加率の影響
を図３に示す。ＡＳＰの粉砕粒度が−０．２５ｍｍ〜−３ｍｍのいずれの場合でも、ＡＳＰ添加率が１．０ｍａｓｓ％以下になると乾留物強度は低下傾向にあるが、粉砕粒度が０．５ｍｍ以下では低下幅が小さかった。粉砕粒度が２ｍｍ以上では、添加率を２ｍａｓｓ％にしても乾留物強度は低く、添加率を大幅に上昇させると乾留物強度は回復する可能性はあるが、バインダー費用がかさみ、さらに乾留中の融着が懸念される。一方、粉砕粒度を０．５ｍｍ以下にすると、添加率が１．０〜１．５ｍａｓｓ％においても乾留物強度は８０を超えている。ＡＳＰ粉砕粒度を０．５ｍｍ以下にすれば、ＡＳＰの添加率を大幅に減少させることができるため、原料費を削減し、融着を抑制することができる。また、融着を抑えることができるので、炭種の使用範囲を拡大することが可能となる。

成型物強度に及ぼすＡＳＰ粉砕粒度の影響を示すグラフ。 乾留物強度に及ぼすＡＳＰ粉砕粒度の影響を示すグラフ。 乾留物強度に及ぼすＡＳＰ添加率の影響を示すグラフ。

Claims (3)

1. 石炭と鉄鉱石とバインダーとを混合し、冷間で成型して成型物を製造する際に、前記バインダーとして軟化点が１００℃以下の有機バインダーと、粒径が０．５ｍｍ以下の軟化点が１００℃超の有機バインダーとを用いることを特徴とするフェロコークス原料成型物の製造方法。
2. 軟化点が１００℃以下の有機バインダーおよび軟化点が１００℃超の有機バインダーを混合し、前記軟化点が１００℃超の有機バインダーを膨潤および／または溶解させた後に、石炭と鉄鉱石とに混合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原料成型物の製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のフェロコークス原料成型物を乾留してフェロコークスを製造することを特徴とするフェロコークスの製造方法。

Images