JP2017128786A

JP2017128786A - 炭材内装鉱およびその製造方法

Info

Publication number: JP2017128786A
Application number: JP2016010874A
Authority: JP
Inventors: 諭弘中; Satoshi Hironaka; 享太前野; Kyota Maeno; 智郎山本; Tomoo Yamamoto
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2017-07-27
Anticipated expiration: 2036-01-22
Also published as: JP6326074B2

Abstract

【課題】効率的に製造できる炭材内装鉱を提供する。
【解決手段】酸化鉄含有原料と炭材とに有機バインダーを添加し、水分を調整して、混合および造粒して非焼成で製造された炭材内装鉱である。この炭材内装鉱は、酸化鉄含有原料由来の炭素量をＸとし、炭材由来の炭素量をＹとした場合において、３．５Ｘ＋Ｙ≧２５で示す関係を満足し、かつ、０．２Ｘ＋Ｙ≦２０で示す関係を満足するように原料を調整する。そして、３．５Ｘ＋Ｙ≧２５で示す関係を満足することで、被還元性を向上できる。また、０．２Ｘ＋Ｙ≦２０で示す関係を満足することで、高炉用原料として必要な圧潰強度を確保できる。
【選択図】なし

Description

本発明は、高炉で製鉄原料として使用される炭材内装鉱およびその製造方法に関する。

近年、高炉操業における還元材比の低減を目的として、炭材と酸化鉄含有原料とを混合および造粒して形成された炭材内装鉱が提案されている。

高炉用原料として使用する炭材内装鉱は、強度や低温域での還元粉化性に加えて、優れた被還元性が求められる。

この種の圧潰強度および被還元性に優れた非焼成の炭材内装鉱を製造する方法としては、特許文献１に示すように、粒度が１０μｍ以上５０μｍ以下の高結晶水鉱石を含む鉄含有原料と、粒度が１００μｍ以下の微粉コークスおよびセメント等の水硬性バインダーとを混合および成型し、炭材内装鉱の炭素含有量を１８質量％以上２５質量％以下とし、かつ、気孔率を２０％以上３０％以下とする方法が知られている。

また、冷間圧潰強度および被還元性に優れた炭材内装鉱を製造する方法としては、特許文献２に示すように、ＢＥＴ法による比表面積が０．６ｍ^２／ｇ以上１０ｍ^２／ｇ以下となるよう鉄含有原料と軟化溶融性を有する炭材との混合物を２５０℃以上５５０℃以下の熱間で成型する方法が知られている。

国際公開第２０１１／０２１５６０号特開２００７−７７４８４号公報

しかしながら、上述の特許文献１の方法では、成型後の一次養生、二次養生およびその後の乾燥処理に時間および費用がかかり、効率的に製造できない問題が考えられる。

また、上述の特許文献２の方法では、原料を２５０〜５５０℃に加熱して熱間で成型する必要があるため、非焼成の場合に比べてエネルギーロスが大きく、設備も複雑化してしまい、効率的に製造できない問題が考えられる。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、効率的に製造できる炭材内装鉱およびその製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載された炭材内装鉱は、酸化鉄含有原料と炭材と有機バインダーとを用いて形成された炭材内装鉱であって、酸化鉄含有原料由来の炭素量をＸとし、炭材由来の炭素量をＹとした場合において、３．５Ｘ＋Ｙ≧２５で示す関係を満足し、かつ、０．２Ｘ＋Ｙ≦２０で示す関係を満足するものである。

請求項２に記載された炭材内装鉱は、請求項１記載の炭材内装鉱において、酸化鉄含有原料は、炭素の含有量が５質量％以上３０質量％未満であるものである。

請求項３に記載された炭材内装鉱は、請求項１または２記載の炭材内装鉱において、炭材は、炭素の含有量が７０質量％以上であるものである。

請求項４に記載された炭材内装鉱の製造方法は、粉状の酸化鉄含有原料および粉状の炭材に有機バインダーを添加するとともに水分を調整し、混合および造粒して非焼成で製造する炭材内装鉱の製造方法であって、酸化鉄含有原料由来の炭素量をＸとし、炭材由来の炭素量をＹとした場合において、３．５Ｘ＋Ｙ＞２５で示す関係を満足し、かつ、０．２Ｘ＋Ｙ＜２０で示す関係を満足するように原料を調整するものである。

請求項５に記載された炭材内装鉱の製造方法は、請求項４記載の炭材内装鉱の製造方法において、酸化鉄含有原料は、炭素の含有量が５質量％以上３０質量％未満であるものである。

請求項６に記載された炭材内装鉱の製造方法は、請求項４または５記載の炭材内装鉱の製造方法において、炭材は、炭素の含有量が７０質量％以上であるものである。

本発明によれば、酸化鉄含有原料由来の炭素量をＸとし、炭材由来の炭素量をＹとした場合において、３．５Ｘ＋Ｙ≧２５で示す関係を満足し、かつ、０．２Ｘ＋Ｙ≦２０で示す関係を満足するように、酸化鉄含有原料および炭材の種類や配合を調整するだけで、被還元性を向上できるとともに高炉用原料としての圧潰強度を確保できるため、効率的に製造できる。

炭材内装鉱の還元率を測定する際の還元試験の条件を示すグラフである。炭材内装鉱炭素含有量と還元率との関係を示すグラフである。炭材内装鉱の炭素含有量と圧潰強度との関係を示すグラフである。炭材内装鉱の３．５Ｘ＋Ｙで示す値と還元率との関係を示すグラフである。炭材内装鉱の０．２Ｘ＋Ｙで示す値と圧潰強度との関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施の形態の構成について詳細に説明する。

炭材内装鉱は、粉状の酸化鉄含有原料と粉状の炭材とを所定の割合で配合し、有機バインダーを添加するとともに、水分を添加して適宜水分を調整した後、混合および造粒して製造される。

酸化鉄含有原料は、酸化鉄を含むものであり、例えば、鉄鉱石、製鉄所内の集塵機から回収されるダスト、および、高炉ガス灰や製鉄所内で発生する雑物を含む混合物等が用いられる。なお、これらの原料が単独で用いられるだけでなく、複数種を所定の割合で配合してもよい。また、これらの原料に限定されず、他の酸化鉄含有原料を用いてもよい。

酸化鉄含有原料に含まれる炭素量は、炭材内装鉱の被還元性を向上するためには５質量％以上とすることが好ましい。一方、酸化鉄含有原料に含まれる炭素量が３０質量％以上になると、炭材内装鉱の圧潰強度が低下する可能性がある。そのため、酸化鉄含有原料に含まれる炭素量は、５質量％以上３０質量％未満が好ましい。

炭材は、例えば、粉コークス、一般炭、無煙炭およびコークスダスト等が用いられる。なお、これらの原料が単独で用いられるだけでなく、複数種を所定の割合で配合してもよい。また、これらの原料には限定されず他の炭材を用いてもよい。

炭材に含まれる炭素量は、炭材内装鉱の被還元性を確保するために７０質量％以上が好ましい。

有機バインダーは、例えばパルプ廃液、糖蜜、各種ポリマー、澱粉およびカルボキシメチルセルロース等が適宜用いられる。なお、これらを単独で用いられるだけでなく、複数種を所定の割合で配合してもよい。また、これらの有機バインダーに限定されず、他の有機バインダーを用いてもよい。

さらに、原料として、有機バインダーに加えて、例えば生石灰やベンナイト等の無機バインダーを、原料中のスラグ量が増加しない範囲で添加してもよい。

有機バインダーの添加量は適宜決定できるが、各種原料全体における有機バインダーの割合が、固形分換算で１％未満であると高炉用原料として十分な圧潰強度が確保できない可能性があり、固形分換算で１０％を超えると強度向上効果が飽和して材料コストの増加を招く。そのため、有機バインダーの添加量は、固形分換算で１％以上１０％以下が好ましい。

原料を造粒する際には、例えば一対の成型ロールを有するブリケットマシンでピロー型ブリケットやアーモンド型ブリケットを製造する圧縮造粒法、および、パンペレタイザーで球形に成型する転動造粒法等で適宜行われるが、これらの方法に限定されず、他の方法にて造粒してもよい。

成型直後の非焼成の炭材内装鉱は、高炉までの輸送および高炉装入時の粉化に耐えるため、一定の強度が必要である。そのため、成型後の生の炭材内装鉱は、強度向上のため乾燥処理を行う。このような乾燥処理は、例えば１００℃以上３００℃以下の熱風にて、短材内装鉱の水分含有量が３％以下になるように行うことが好ましい。

ここで、炭材内装鉱の被還元性には炭素量が大きく影響し、炭素量が多いほど被還元性が向上して、高炉還元材比の低減効果は大きくなる。一方、炭材内装鉱中の炭素量が増加すると圧潰強度が低下する。そのため、従来は炭材内装鉱として求められる圧潰強度と被還元性とを満足する炭素量で製造される。

しかしながら、炭材内装鉱中の炭素には、炭材に含まれる炭素だけでなく、酸化鉄含有原料由来のものもあり、このような炭素源の違いにより、炭材内装鉱の圧潰強度や被還元性等の特性にどのような影響を及ぼすかを検討した。

炭素含有量の違いや酸化鉄含有原料の配合量の違いにより炭材内装鉱の被還元性に及ぼす影響を確認するため、炭素含有量や各炭素源からの炭素量を変化させて、炭材内装鉱を製造し、圧潰強度および還元率を測定した。

まず、表１に示す割合で４種類の酸化鉄含有原料を配合した。

また、表２に示す割合で炭材である粉状のコークスと一般炭とを配合した。

これら各種割合で配合した酸化鉄含有原料および炭材に、表３に示す２種類の有機バインダーを添加し、水分を加えながら混錬した後、ブリケットマシンを用い圧縮成型し、炭材内装鉱を作製した。炭材内装鉱（生ブリケット）は２５ｍｍ×１８ｍｍ×１０ｍｍのアーモンド型である。

そして、生ブリケットを１０５℃で２時間以上乾燥させた後、圧潰強度を測定するとともに、還元試験に供した。なお、圧潰強度はＪＩＳＭ８７１８に準じて測定した。また、還元試験は、図１に示す温度・ガス履歴で行い、試験後の成分から還元率を測定した。

図２には、酸化鉄含有原料として炭素を含有しない鉄鉱石Ａを用いた場合と、酸化鉄含有原料として炭素を８質量％含有する所内ダストを用いた場合とのそれぞれにおける炭材内装鉱の炭素含有量と還元率との関係を示す。

酸化鉄含有原料として炭素を含有しない鉄鉱石Ａを用いた場合には、炭素含有量の増加にともない還元率は増加する。これに対して、炭素を含有する所内ダストを酸化鉄含有原料として用いた場合には、炭素含有量によらず還元率が１００％であり、鉄鉱石Ａを用いた場合よりも還元率が高くなった。また、同一炭素含有量で比較した場合、酸化鉄含有原料として炭素を含有する所内ダストを用いた方が還元率は高くなった。

つまり、酸化鉄含有原料に含まれる炭素の方が炭材内装鉱の被還元性を向上させる効果が高いことが分かる。

図３には、酸化鉄含有原料として炭素を含有しない鉄鉱石Ａを用いた場合と、酸化鉄含有原料として炭素を８質量％含有する所内ダストを用いた場合とのそれぞれにおける炭材内装鉱の炭素含有量と圧潰強度との関係を示す。

炭素を含有しない鉄鉱石Ａを酸化鉄含有原料として用いた場合、および、炭素を含有する所内ダストを用いた場合のいずれも、炭素量が所定量を越えると圧潰強度が急激に低下する。

また、鉄鉱石Ａを用いた場合と所内ダストを用いた場合とでは、圧潰強度が急激に低下する炭素量が異なり、所内ダストを用いた場合の方が高炭素量で強度低下が起こる。

つまり、炭材に含まれる炭素の方が、酸化鉄含有原料に含まれる炭素より炭材内装鉱の圧潰強度を低下させる悪影響が小さい。

このように、酸化鉄含有原料由来の炭素と炭材由来の炭素とでは、圧潰強度や被還元性に及ぼす影響が異なるため、圧潰強度および被還元性に優れる炭材内装鉱を製造するには、炭素源による影響の違いを考慮して原料の配合比率を適正化する必要がある。

そこで、圧潰強度および被還元性と、酸化鉄含有原料由来の炭素量（Ｘ）と、炭材由来の炭素量（Ｙ）との関係を確認した。

なお、酸化鉄含有原料由来の炭素量（％）であるＸは、酸化鉄含有原料中のＣ量と炭材内装鉱中の酸化鉄含有原料の配合比率とを乗じた値であり、炭材由来の炭素量（％）であるＹは、炭材中のＣ量と炭材内装鉱中の炭材の配合比率とを乗じた値である。

還元率は、図４に示すように３．５Ｘ＋Ｙで示す値と相関があり、圧潰強度は図５に示すように０．２Ｘ＋Ｙで示す値と相関があることが分かった。

具体的には、炭材内装鉱の還元率は、酸化鉄含有原料の種類によらず３．５Ｘ＋Ｙで示す値の増加にともなって上昇し、３．５Ｘ＋Ｙで示す値が２５以上で還元率が１００％程度に達する。

一方、圧潰強度は、０．２Ｘ＋Ｙで示す値が２０を超えると、いずれの酸化鉄含有原料でも大きく低下する。

以上の結果より、酸化鉄含有原料由来の炭素量（Ｘ）と炭材由来の炭素量（Ｙ）とが、３．５Ｘ＋Ｙ≧２５で示す関係を満足し、かつ、０．２Ｘ＋Ｙ≦２０で示す関係を満足するように原料の配合を調整すれば、圧潰強度および被還元性に優れる炭材内装鉱を製造できる。

酸化鉄含有原料に含まれる炭素の方が被還元性の向上効果が大きい理由は、酸化鉄と炭材との間の距離が短く、炭材による被還元性の向上効果が大きいためと考えられる。また、酸化鉄含有原料に含まれる炭素の方が圧潰強度の低下させやすい理由は、酸化鉄含有原料より炭材の粒径が小さいためと考えられる。

次に、上記一実施の形態の効果等を説明する。

上記一実施の形態によれば、酸化鉄含有原料由来の炭素量をＸとし、炭材由来の炭素量をＹとした場合において、３．５Ｘ＋Ｙ≧２５で示す関係を満足し、かつ、０．２Ｘ＋Ｙ≦２０で示す関係を満足するように、酸化鉄含有原料および炭材の種類や配合を調整するだけで、被還元性を向上できるとともに高炉用原料としての圧潰強度を確保できる。したがって、成型後の後処理や焼成を行わずに、圧潰強度および被還元性に優れた炭材内装鉱を効率的に製造できる。

また、炭素量が５質量％以上３０質量％未満である酸化鉄含有原料を用いることにより、被還元性を向上させやすく、圧潰強度を確保しやすい。

さらに、炭素量が７０質量％以上の炭材を用いることにより、被還元性を確保しやすい。

以下、実施例および比較例について説明する。

まず、表４に示す配合の原料に水分を加えながら混練し、ブリケットマシンを用いて圧縮成型して、２５ｍｍ×１８ｍｍ×１０ｍｍのアーモンド型の生ブリケットを成型した。

また、生ブリケットを１０５℃で２時間以上乾燥させた後、ＪＩＳＭ８７１８に準じて圧潰強度測定を行うとともに、還元試験に供した。

各実施例および各比較例における酸化鉄含有原料由来の炭素量（Ｘ）と、炭材由来の炭素量（Ｙ）と、これらＸおよびＹの各種関係式と、各実験結果とを表５に示す。

３．５Ｘ＋Ｙで示す値が２５以上でかつ０．２Ｘ＋Ｙで示す値が２０以下の実施例であるＮｏ．１ないしＮｏ．６は、いずれも圧潰強度が０．７ｋＮ以上で高炉用原料として十分な圧潰強度を確保でき、還元率が１００％で被還元性が良好であった。

これに対して、比較例であるＮｏ．７は、０．２Ｘ＋Ｙで示す値が２０以下であり圧潰強度は高いものの、３．５Ｘ＋Ｙで示す値が２５未満であるため、還元率が９０．３％と低く、被還元性が劣っていた。

また、比較例であるＮｏ．８およびＮｏ．９は、３．５Ｘ＋Ｙで示す値が２５以上で被還元性が良好であるものの、０．２Ｘ＋Ｙで示す値が２０を超えるため、圧潰強度が０．７ｋＮより低く、高炉用原料として十分な圧潰強度を確保できていなかった。

Claims

酸化鉄含有原料と炭材と有機バインダーとを用いて形成された炭材内装鉱であって、
酸化鉄含有原料由来の炭素量をＸとし、炭材由来の炭素量をＹとした場合において、
３．５Ｘ＋Ｙ≧２５で示す関係を満足し、かつ、０．２Ｘ＋Ｙ≦２０で示す関係を満足する
ことを特徴とする炭材内装鉱。
酸化鉄含有原料は、炭素の含有量が５質量％以上３０質量％未満である
ことを特徴とする請求項１記載の炭材内装鉱。
炭材は、炭素の含有量が７０質量％以上である
ことを特徴とする請求項１または２記載の炭材内装鉱。
粉状の酸化鉄含有原料および粉状の炭材に有機バインダーを添加するとともに水分を調整し、混合および造粒して非焼成で製造する炭材内装鉱の製造方法であって、
酸化鉄含有原料由来の炭素量をＸとし、炭材由来の炭素量をＹとした場合において、
３．５Ｘ＋Ｙ＞２５で示す関係を満足し、かつ、０．２Ｘ＋Ｙ＜２０で示す関係を満足するように原料を調整する
ことを特徴とする炭材内装鉱の製造方法。
酸化鉄含有原料は、炭素の含有量が５質量％以上３０質量％未満である
ことを特徴とする請求項４記載の炭材内装鉱の製造方法。
炭材は、炭素の含有量が７０質量％以上である
請求項４または５記載の炭材内装鉱の製造方法。