特開 2024-43832 フェロコークスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024043832

(43)【公開日】2024-04-02

(54)【発明の名称】フェロコークスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C10B 53/08 20060101AFI20240326BHJP

   C10B 43/02 20060101ALI20240326BHJP

   C10B 47/20 20060101ALI20240326BHJP

【ＦＩ】

C10B53/08

C10B43/02

C10B47/20

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022149033

(22)【出願日】2022-09-20

(71)【出願人】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001542

【氏名又は名称】弁理士法人銀座マロニエ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】辻 幸大

【テーマコード（参考）】

4H012

【Ｆターム（参考）】

4H012KA06

(57)【要約】

【課題】竪型乾留炉内の通気性悪化を解消して、安定した品質のフェロコークスを得ることができるフェロコークスの製造方法を提案する。
【解決手段】原料として炭素含有物質と鉄含有物質とを含有する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得るフェロコークス製造方法であって、竪型乾留炉内の水平方向に温度偏差が生じた際に、通常操業の成型物の炉頂からの装入を切り替えて、好ましくはドラム強度（ＤＩ（１５０／１５））が７６以上であるフェロコークスを炉頂から装入して炉下部から切り出すことで、フェロコークスを炉頂から炉下部まで循環させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原料として炭素含有物質と鉄含有物質とを含有する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得るフェロコークス製造方法であって、竪型乾留炉内の水平方向に温度偏差が生じた際に、前記成型物をフェロコークスに切り替えて、フェロコークスを炉頂から装入して炉下部から切出すことで、フェロコークスを炉頂から炉下部まで循環させ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】

前記フェロコークスの炉頂からの装入量を、通常操業における炉内のフェロコークスの量Ｗ（ｔｏｎ）に対し０．５Ｗ～Ｗと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】

炉頂から５ｍ以内の高さに、水平方向に設置した複数の温度計の温度の最大値と最小値の差が５０℃以上となった場合に、炉頂からの装入する成型物をフェロコークスに切り替えることを特徴とする、請求項１または２に記載のフェロコークス製造方法。

【請求項4】

前記フェロコークスのドラム強度（ＤＩ（１５０／１５））が７６以上であることを特徴とする、請求項１または２に記載のフェロコークスの製造方法。

【請求項5】

前記フェロコークスのドラム強度（ＤＩ（１５０／１５））が７６以上であることを特徴とする、請求項３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を含有する成型物を竪型乾留炉で乾留してフェロコークスを得るフェロコークス製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

製鉄の分野においては、原料である鉄鉱石をコークスとともに高炉に装入し、両者を高温で反応させることによって銑鉄を製造している。コークスは、石炭を乾留することによって得られるものであり、高炉内においては、通気をよくするためのスペーサー、熱源、および還元材として機能する。近年、高炉における製鉄プロセスの効率を高めるために、高炉へ装入されるコークスの一部をフェロコークスに置き換えることが提案されている。

【0003】

フェロコークスとは、粉状の鉄鉱石等の鉄含有物質とともに、粉状の石炭等の炭素含有物質を圧縮成型した後、乾留して製造されるものであり、その内部には鉄含有物質が還元されて生成した微粒子状の金属鉄が含まれている。この金属鉄は、高炉内での反応の進行に伴って生成したＣＯ_２がコークス（Ｃ）と反応して、還元ガスであるＣＯを再生する反応を促進する触媒機能を有している。そのため、フェロコークスを使用することにより、高炉内の低温部からコークスのガス化反応を開始させ、熱保存帯の温度を低くすることができる。したがって、フェロコークスの使用は、還元材比を大きく低減させるので、省エネルギーおよびＣＯ_２排出量削減に寄与するものと期待されている。このような有用性のため、フェロコークスの製造技術に関する研究が進められている。

【0004】

現在用いられている一般的な冶金用コークスは、原料である石炭を室炉式コークス炉で乾留して製造される。そこで、同様に、室炉式コークス炉を用いてフェロコークスを製造する方法が検討された。例えば（ａ）石炭と粉鉄鉱石の混合物を室炉式コークス炉に装入して乾留する方法、（ｂ）石炭と鉄鉱石を冷間で成型し、得られた成型物を室炉式コークス炉に装入して乾留する方法、などが提案されている（非特許文献１）。

【0005】

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ため、鉄鉱石を装入して乾留を行うと、珪石煉瓦の主成分であるシリカが鉄鉱石と反応し、低融点のファイアライトが生成する。この反応による珪石煉瓦の損傷が問題となるため、従来の室炉式コークス炉を用いたフェロコークスの製造は、工業的には実施されていない。そこで、室炉式コークス製造方法に代わるフェロコークス製造方法として、竪型乾留炉を用いる方法が提案されている（特許文献１、２）。これらの方法においては、竪型乾留炉として、珪石煉瓦ではなくシャモット煉瓦で構成される竪型シャフト炉が使用される。また、原料である石炭と鉄鉱石はバインダーとともに混合し、冷間で所定の大きさに成型して得られる成型炭として、前記竪型乾留炉に装入される。そして、竪型乾留炉内に羽口から熱媒ガスを吹込んで加熱することにより成型炭を乾留し、成型フェロコークスが製造される。この方法によれば、鉄鉱石による煉瓦の損傷を受けることなく乾留を行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４６６６１１４号公報

【特許文献2】特許第５５０４７３１号公報

【特許文献3】特開２０１７－１３７３７３号公報

【特許文献4】特開２０１４－１６９３４８号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】「コークス技術年報」燃料協会、１９５８年、ｐ．３８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、上記竪型乾留炉を用いた方法でフェロコークスを製造する場合、得られるフェロコークスの乾留度合いにばらつきが生じるという問題があった。これは、炉内のガス流れが不均一になることによって竪型乾留炉内に温度偏差が生じ、部分的に成型物の乾留効率が低下することが原因である。炉内のガス流れが不均一になる原因として、羽口に流入した成型物によるガス流路閉塞や炉内へ持ち込まれた粉による通気性悪化があり、それぞれ対策が講じられている。すなわち、ガス流路閉塞に対しては羽口構造の工夫により成型物の羽口への流入を防止する方法（特許文献３）が、通気性悪化に対しては装入前の成型物を篩い分けて持込み粉量を減らす方法（特許文献４）が取られている。しかしながら、通気性悪化に関して、特許文献４の方法だけでは、篩い分け後の搬送過程や炉内での粉発生が防止できないため不十分であった。

【0009】

本発明は、かかる実状に鑑みてなされたものであって、その目的は安定した品質のフェロコークスを得るためのフェロコークスの製造方法を提案することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のフェロコークスの製造方法は、上述した課題を解決するために、原料として炭素含有物質と鉄含有物質とを含有する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得るフェロコークス製造方法であって、竪型乾留炉内の水平方向に温度偏差が生じた際に、前記成型物をフェロコークスに切り替えて、フェロコークスを炉頂から装入して炉下部から切出すことで、フェロコークスを炉頂から炉下部まで循環させることを特徴とする、フェロコークスの製造方法である。

【0011】

なお、前記のように構成される本発明に係るフェロコークスの製造方法においては、
（１）前記フェロコークスの炉頂からの装入量を、通常操業における炉内のフェロコークスの量Ｗ（ｔｏｎ）に対し０．５Ｗ～Ｗとすること、
（２）炉頂から５ｍ以内の高さに、水平方向に設置した複数の温度計の温度の最大値と最小値の差が５０℃以上となった場合に、炉頂からの装入する成型物をフェロコークスに切り替えること、
（３）前記フェロコークスのドラム強度（ＤＩ（１５０／１５））が７６以上であること、
がより好ましい解決手段となるものと考えられる。
なお、ここで「ドラム強度（ＤＩ（１５０／１５））」とは、ＪＩＳ Ｋ２１５１で規定されたドラム強度：ＤＩ（１５０／１５）のことをいう。

【発明の効果】

【0012】

本発明のフェロコークスの製造方法によれば、本来の装入物である炭素含有物質と鉄含有物質とを含有する成型物に切り替え、炉頂からフェロコークスを装入して炉下部から切り出すことしている。これにより、フェロコークスを炉頂から炉下部まで循環させることができ、水平方向の温度偏差の原因となっている竪型乾留炉内に付着した粉を炉外に排出することができる。そのため、その後通常操業することで、竪型乾留炉内の成型物の温度偏差を解消することができ、品質（≒フェロコークスの強度）の安定したフェロコークスを生産することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の設備構成の一例を説明するための概略図である。

【図2】本発明の設備構成の要部の一例を説明するための概略図である。

【図3】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の対策をしない場合の炉体温度の推移を示すグラフおよびフェロコークスの強度の推移を示すグラフである。

【図4】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の対策をした場合の炉体温度の推移を示すグラフおよびフェロコークスの強度の推移を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【0015】

＜本発明に係るフェロコークスの製造方法の通常操業について＞
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、この実施形態におけるフェロコークス乾留設備を示している。図１に示すように、本実施形態のフェロコークス乾留設備は、主として、貯蔵ホッパ１と、篩２と、装入装置３と、竪型乾留炉４と、排出装置５を備える。また、図２に示すように竪型乾留炉４には高さ方向及び炉幅方向に表裏合わせて計３２個の温度計６～９が設置されており、炉体温度を常時測定している。それぞれの温度計位置は、ａ＝４５００ｍｍ、ｂ＝２１５０ｍｍ、ｃ＝４５５０ｍｍ、ｄ＝５１００ｍｍ、ｅ＝５９０ｍｍの間隔となるように配置されている。また、水平方向の温度計配置間隔ｆは、１７７０ｍｍであった。

【0016】

通常、貯蔵ホッパ１には成型物が貯蔵されており、貯蔵ホッパ１から篩２を通して成型物を切出し、装入装置３により成型物を竪型乾留炉４内に装入する。装入された成型物は竪型乾留炉４に吹き込まれる熱風により乾留される。一方、竪型乾留炉４下部では乾留後のフェロコークスが排出装置５により一定速度で切出される。従って、竪型乾留炉４内への成型物の装入速度を一定にすることで、炉内の成型物の量は変わることなく、成型物は乾留されつつ竪型乾留炉４内を徐々に下がっていくことになる。排出装置の切出し速度は可変であり、乾留不良や過乾留を避けるため、望ましくは、炉内の成型物の量に対し時間当たりの切出し量がＷ／Ｘ（ｔｏｎ／ｈｒ）となるように設定する。ここで、Ｘの範囲は通常８≦Ｘ≦４０が好ましい。

【0017】

＜本発明に係るフェロコークスの製造方法について＞
本発明に係るフェロコークスの製造方法では、上述した操業方法と同様に、原料として炭素含有物質と鉄含有物質とを含有する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得ている。このフェロコークス製造方法において、竪型乾留炉内の水平方向に温度偏差が生じた際に、成型物をフェロコークスに切り替えて、フェロコークスを炉頂から装入して炉下部から切出すことで、フェロコークスを炉頂から炉下部まで循環させる点に特徴がある。

【0018】

通常、竪型乾留炉の設計思想として、炉内の同じ高さの炉壁温度は等しくなるように加熱している。そのため、水平方向に温度偏差が生じることは、バーナー等の設備不良か、炉内の通気性悪化が疑われるということになる。本発明では、フェロコークスを炉頂から炉下部まで循環させることで、水平方向の温度偏差の原因となっている竪型乾留炉内に付着した粉を炉外に排出することができる。その結果、その後通常の操業での通気性悪化を解消することができる。

【0019】

ここで、「竪型乾留炉内の水平方向の温度偏差」は、通常の操業時にリアルタイムで、図２において竪型乾留炉４の表面および裏面のそれぞれに水平方向に４個設けた温度計６～９において、全ての温度計６～９による水平方向の温度を求めそれらの偏差を利用してもよい。しかし、実際には、そのうちの上部の４個の温度計６を代表として水平方向の温度を求めそれらの最大値と最小値との偏差を利用することが好ましい。そして、図２に示す竪型乾留炉４において、上部の温度計６は、炉頂から５ｍ以内の高さに設けられることが好ましい。これは、竪型乾留炉４の上部の方が、水平方向の温度偏差の原因となる粉の付着が他の部分に比べて発生しやすいためである。また、炉内の上から下へと材が流れるという竪型乾留炉４の性質上、上部の温度計で粉率の増加を察知し、速やかに対応を取ることで、炉内に存在する粉の全体量を少なくできるという効果もある。

【0020】

また、水平方向に温度偏差が発生した場合に装入する通常操業時の成型物と切り替えて装入する「フェロコークス」としては、本発明のフェロコークスの製造方法に従って製造されたフェロコークスを使用することができる。製品としてのフェロコークスを使用することで、通常操業時の成型物と切り替えてフェロコークスを装入して本発明を達成しても、竪型乾留炉を循環したそのフェロコークスは、水平方向の温度偏差の原因となる粉とともに、下部から切り出される。そのため、水平方向の温度偏差の原因となる粉のみを除去すれば、製品としてのフェロコークスとしてそのまま利用することができる。以上の工程は、通常操業を止めることなく維持した状態で実行することができる。

【0021】

なお、上記フェロコークスについては、ＪＩＳ Ｋ２１５１で規定されたドラム強度（ＤＩ（１５０／１５））が７６以上のものを使用することが好ましい。竪型乾留炉で通常製造されるフェロコークスのドラム強度（ＤＩ（１５０／１５））は６０～８５である。そのうち製品として使用するフェロコークスのドラム強度（ＤＩ（１５０／１５））は７６以上であるため、本発明に従って循環させたフェロコークスをそのまま製品として使用することができる。

【0022】

また、竪型乾留炉内に付着した粉を炉外に排出するために使用するフェロコークスの量については、炉内のフェロコークスの量Ｗ（ｔｏｎ）に対し、時間当たりの切出し量がＷ／Ｘ（ｔｏｎ／ｈｒ）であるときに、時間当たりの炉頂から装入するフェロコークスの量（Ｗ１）と炉下部から切出すフェロコークスの量（Ｗ２）とを同量に制御する操業を、０．５Ｘ～Ｘ（ｈｒ）継続することが好ましい。言い換えると、使用するフェロコークスの量を、通常操業における炉内のフェロコークスの量Ｗ（ｔｏｎ）に対し０．５Ｗ～Ｗとすることが好ましい。使用するフェロコークスの量が、通常操業における炉内のフェロコークスの量Ｗ（ｔｏｎ）に対し０．５Ｗ～Ｗであれば、本発明の竪型乾留炉内に付着した粉を炉外に排出する効果を十分に達成できる。

【実施例0023】

＜比較例＞
図３（ａ）、（ｂ）に従って、従来技術に基づく比較例を説明する。図３（ａ）は、炉内の成型物の量に対し時間当たりの切出し量が１３０／３０（ｔｏｎ／ｈｒ）のときの、本発明に従った対策をしない場合の炉体温度を示している。炉体温度の代表として、図２に示す炉体表面側の上から１段目の４か所の温度計６の推移を示す。図３（ａ）に示すように、２月７日より炉体温度の差が広がり始め、最も温度が高い場所（１ユニット）と最も温度が低い場所（３ユニット）の温度差は最大で約２００℃まで広がった。得られたフェロコークスの強度については、図３（ｂ）に示すように、炉体温度の差が広がり始めた２月７日以降、フェロコークスの強度指数であるドラム強度（ＤＩ（１５０／１５））も低下し始め、この期間の平均ドラム強度（ＤＩ（１５０／１５））は４９であった。

【0024】

＜本発明例＞
図４（ａ）、（ｂ）に従って、本発明の技術に基づく本発明例を説明する。図４（ａ）は、炉内の材の量に対し時間当たりの切出し量が１３０／３０（ｔｏｎ／ｈｒ）のときの、本発明に従った対策をした場合の炉体温度を示している。図４（ａ）に示すように、５月９日より炉体温度の差が広がり始め、温度の最大値と最小値の差が５０℃以上となった時点で装入物をフェロコークスに切り替え、その後３０時間継続してフェロコークスの装入と炉内の粉およびフェロコークスの排出を行った。この場合、フェロコークスの炉頂からの装入量は、通常操業における炉内のフェロコークスの量１３０（ｔｏｎ）に対し１３０（ｔｏｎ）であった。また、５月１１日より炉体温度の差が広がり始め、温度の最大値と最小値の差が５０℃以上となった時点で装入物をフェロコークスに切り替え、その後２５時間継続してフェロコークスの装入と炉内の粉およびフェロコークスの排出を行った。この場合、フェロコークスの炉頂からの装入量は、通常操業における炉内のフェロコークスの量１３０（ｔｏｎ）に対し１０８（ｔｏｎ）であった。

【0025】

その結果、最も温度が高い場所（１ユニット）と最も温度が低い場所（２ユニット）の温度差の拡がりは、最大でも約８０℃まで抑制することができた。そして、図４（ｂ）に得られたフェロコークスの強度の変化を示すように、この期間の平均ドラム強度（ＤＩ（１５０／１５））は６６であり、本発明に従った対策をしない場合（比較例）と比較して１７ポイント上昇した。

【産業上の利用可能性】

【0026】

本発明のフェロコークスの製造方法では、竪型乾留炉内の水平方向に温度偏差が生じた際に、通常操業の成型物の炉頂からの装入を切り替えて、フェロコークスを炉頂から装入して炉下部から切り出すことで、フェロコークスを炉頂から炉下部まで循環させている。これにより、炉内の通気性悪化を解消して、安定した品質のフェロコークスを得ることができ、産業上有用である。

【符号の説明】

【0027】

１ 貯蔵ホッパ
２ 篩
３ 装入装置
４ 竪型乾留炉
５ 排出装置
６ １段目温度計
７ ２段目温度計
８ ３段目温度計
９ ４段目温度計

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】