JP2001294944A

JP2001294944A - 炭材内装塊成化物の製造方法

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Publication number: JP2001294944A
Application number: JP2000106469A
Authority: JP
Inventors: Akito Kasai; 昭人笠井; Yoshiyuki Matsui; 良行松井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2001-10-26
Anticipated expiration: 2020-04-07
Also published as: JP3502008B2

Abstract

(57)【要約】【課題】バインダーを添加することなく、粘結炭の使
用量を低減しても、高炉やキューポラなどの竪型炉に装
入しうる高強度の炭材内装塊成化物が製造できる方法を
提供する【解決手段】粉状の鉄鉱石と粉状の炭材との混合物を
２５０〜５５０℃で熱間成型して行う炭材内装塊成化物
の製造方法であって、前記炭材が１種類または２種類以
上の炭材で構成され、そのうちの少なくとも１種類の炭
材がギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞１の軟化
溶融性を有する炭材であり、かつその軟化溶融性を有す
る炭材の合計体積が前記混合物の体積の３０％以上であ
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉、キューポラ
などの竪型炉用装入原料としての炭材内装塊成化物の製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高炉原料として、従来より用いられてき
た焼結鉱、ペレット、塊鉱石のほかに、固体炭材（例え
ば、石炭粉、コークス粉等）と粉鉱石または製鉄ダスト
（炭素、酸化鉄等の混合物）にバインダーを加えて冷間
成形された炭材内装コールドペレットあるいはブリケッ
ト（以下、炭材内装コールドペレット等）と称するもの
がある。そして炭材内装コールドペレット等は高炉に装
入するとガス利用率が向上することが報告〔井上ら：鉄
と鋼（１９８６）Ｓ８８５〕されており、高炉の生産性
の向上、燃料比の低減に寄与することが期待され、さら
には従来の焼結鉱やペレットの製造と異なり焼成燃料が
不要で排ガス処理も不要となるなどメリットは大きい。
また、炭材内装コールドペレット等をコークスとともに
キューポラなどの竪型炉に装入して還元・溶解して溶銑
を製造する提案もなされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、炭材内
装コールドペレット等が搬送中や高炉、キューポラなど
の竪型炉への装入の際に粉化しないよう一定以上の強度
（圧潰強度で約５００Ｎ／個以上）を確保する必要があ
り、通常、冷間成型に際してセメント類をバインダーと
して添加する方法が用いられている。この方法では、炭
材内装コールドペレット等が強度を発現するまで数日か
かるため広大な養生スペースを必要とし、さらには高炉
内等でスラグ比が上昇し通液性が悪化すること、セメン
ト類の結晶水が分解する際の吸熱による昇温遅れに伴い
還元が遅延すること等の問題が懸念される。一方、これ
らを改善するためセメント類以外のバインダーを用いた
場合には費用が高くコストメリットがなくなる。

【０００４】一方、本願出願人は、特開平１１−０９２
８３３号において粉鉱石と粘結炭の混合物を熱間成型
後、脱ガスすることによりバインダーを添加せずとも高
強度の炭材内装塊成化物（ブリケット）を製造できる方
法を提案した。しかしながら、この方法では、粘結炭の
費用が高いため、たとえバインダーの費用が削減できて
も、コスト低減効果は小さいという問題点が残ってい
る。

【０００５】そこで、本発明は上記の問題を解決するた
めになされたもので、バインダーを添加することなく、
粘結炭の使用量を低減しても、高強度の炭材内装塊成化
物が製造できる方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、粉状の
鉄鉱石と粉状の炭材との混合物を２５０〜５５０℃で熱
間成型して行う炭材内装塊成化物の製造方法であって、
前記炭材が１種類または２種類以上の炭材で構成され、
そのうちの少なくとも１種類の炭材がギーセラー最高流
動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞１の軟化溶融性を有する炭材で
あり、かつその軟化溶融性を有する炭材の合計体積が前
記混合物の体積の３０％以上であることを特徴とする炭
材内装塊成化物の製造方法である。

【０００７】上記の軟化溶融性を有する炭材のギーセラ
ー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞１．５であり、かつそ
の軟化溶融性を有する炭材の合計体積が前記混合物の体
積の２０％以上である上記の炭材内装塊成化物の製造方
法である。また、粉状の鉄鉱石、製鉄ダストおよび粉状
の炭材の混合物を２５０〜５５０℃で熱間成型して行う
炭材内装塊成化物の製造方法であって、前記製鉄ダスト
の体積が前記混合物の体積の２０％以下であり、前記炭
材が１種類または２種類以上の炭材で構成され、そのう
ちの少なくとも１種類の炭材がギーセラー最高流動度Ｍ
ＦがｌｏｇＭＦ＞１．５の軟化溶融性を有する炭材であ
り、かつその軟化溶融性を有する炭材の合計体積が前記
混合物の体積の３０％以上であることを特徴とする炭材
内装塊成化物の製造方法である。

【０００８】軟化溶融性を有する炭材は約２５０℃を超
えると熱分解反応が始まり軟化溶融し、約５５０℃を超
えると固化する。したがって、この温度域で粉状鉄鉱石
に軟化溶融性を有する炭材を混合し加圧成型すると、粉
状鉄鉱石の粒子間の空隙に溶融した炭材が容易に浸入
し、粉状鉄鉱石同士を強固に連結する。粉状鉄鉱石の他
に軟化溶融しない炭材が混合されても、軟化溶融性を有
する炭材を混合し加圧成型すれば同様に強固な連結が形
成される。このため、バインダーが不要となり高炉内で
のスラグ量の増加を防止することができる。

【０００９】また、炭材中に含まれている揮発分やター
ル分は、熱間成型時に大部分が脱揮および脱タールして
おり、塊成化物を高炉に装入してもタール分が揮発し、
ガス処理設備へ付着する問題は起こらない。

【００１０】軟化溶融性を有する炭材として、ギーセラ
ー最高流動度MFがｌｏｇＭＦ＞１の炭材を用いる場合に
は、その軟化溶融性を有する炭材の体積を、熱間成型前
の粉状鉄鉱石と炭材との混合物の体積の３０％以上とす
ることが好ましい。熱間成型前の混合物中の空隙率は３
０〜４０％程度であり、熱間成型時に溶融した炭材が混
合物の空隙をほぼ埋めるので、炭材が固化した後、強固
な結合が得られる。

【００１１】軟化溶融性を有する炭材として、ギーセラ
ー最高流動度MFがｌｏｇＭＦ＞１．５、好ましくはｌｏ
ｇＭＦ＞３の炭材を用いる場合には、その軟化溶融性を
有する炭材の体積は、上記の混合物の体積の２０％以上
でよい。溶融した炭材は粘度が低く、その溶融した炭材
の内部から揮発分が発生することにより溶融した炭材が
膨張し、少ない炭材量で混合物の空隙を埋めることがで
きる。

【００１２】粉状鉄鉱石の一部を製鉄ダストに置き換え
ることができる。ただし、製鉄ダストは非常に粒度が小
さく、製鉄ダスト粒子間の隙間には溶融した炭材は浸入
し難いので、製鉄ダストの配合率は体積割合で２０％以
下に制限し、軟化溶融性を有する炭材としては、溶融時
の粘性の低いギーセラー最高流動度MFがｌｏｇＭＦ＞
１．５、好ましくはｌｏｇＭＦ＞３の炭材を体積割合で
３０％以上とする必要がある。

【００１３】なお、炭材の体積は、炭材粒子内の気孔を
含む見掛けの体積をいい、質量を見掛け比重で割って求
めることができる。鉄鉱石についても同様である。

【００１４】また、塊成化物中の固化した炭材は粉状鉄
鉱石（および製鉄ダスト）に密着し、固化した炭材と粉
状鉄鉱石（および製鉄ダスト）との接触面積が大きくな
る。そのため、塊成化物を、焼結鉱、ペレット、塊鉱石
等の従来の高炉原料とともに高炉に装入すると、従来の
高炉原料のみを装入した場合には反応が起こらなかった
低温域（７００〜８００℃程度）から、塊成化物中の炭
材と酸化鉄が見かけ上直接還元反応（ＦｅＯ＋Ｃ→Ｆｅ
＋ＣＯ等）を開始する。直接還元反応により発生するＣ
Ｏガスは、塊成化物の間にある焼結鉱、ペレット、塊鉱
石等の原料の還元に利用され、ガス利用率が向上し、燃
料比が低下する。また、還元により生じたＣＯ₂ガス
は、塊成化物中に内装した炭材と優先して反応するため
炉頂から装入した塊コークスとは反応が抑制される結
果、コークスの粉発生量が低下し、高炉内の通気性が向
上する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を詳細
に説明する。

【００１６】図１に本発明の実施に係わる炭材内装塊成
化物の製造フローの概念図を示す。鉄鉱石（および製鉄
ダスト）と、炭材のうち軟化溶融しない炭材（例えば、
コークス粉、一般炭、無煙炭、オイルコークス等）は、
必要な場合には粉砕して、７４μｍ以下の粒子が７０％
程度の粉状にする。炭材のうち、軟化溶融性を有する炭
材（例えば、粘結炭、ＳＲＣ等）も上記の軟化溶融しな
い炭材ほど細かくする必要はないが、粉状鉄鉱石（およ
び製鉄ダスト）および軟化溶融しない炭材との混合状態
を良好に保つために１ｍｍ以下程度に粉砕するのが望ま
しい。

【００１７】粉状の鉄鉱石と炭材の乾燥・予熱に関して
は、炭材はロータリードライヤー等で２００℃以下の温
度で乾燥し、付着水分を除去する。一方、鉄鉱石は、炭
材と混合したときに目標温度の２５０〜５５０℃となる
ように、ロータリーキルン等で４００〜８００℃程度に
予熱する。ただし、鉄鉱石の一部を置き換えて製鉄ダス
ト（高炉ダスト、転炉ダスト、電気炉ダスト、ミルスケ
ール等）を用いる場合には、製鉄ダストは炭素や金属鉄
を含むため予熱すると燃焼するので、製鉄ダストは予熱
せずにそのまま混合して用いる。

【００１８】乾燥・予熱した炭材と鉄鉱石（および予熱
しない製鉄ダスト）との混合には、炭材の一部の過熱を
防止するために短時間で混合できるこの業種で常用され
ている、例えば二軸型のミキサーを用いる。また、ミキ
サーは成型温度を確保するために保温する。混合後の炭
材と鉄鉱石（および製鉄ダスト）は、例えば熱間成型用
の双ロール型成型機を用いて塊成化物（ブリケット）に
加圧成型する。加圧成型は塊成化物が成型機から高炉炉
頂装入までのハンドリングに耐え得るに十分な強度約５
００Ｎ／個（３０ｍｍ×２５ｍｍ×１５ｍｍ程度の大き
さに対して）が得られるよう、成型加圧力を１０ｋＮ／
ｃｍ以上、好ましくは２０ｋＮ／ｃｍ以上とする。この
ようにして成型した塊成化物は、鉄鉱石（および製鉄ダ
スト）および軟化溶融しない炭材粒子間の空隙に、溶融
した軟化溶融性を有する炭材が浸入し、鉄鉱石（および
製鉄ダスト）および軟化溶融しない炭材の粒子同士を強
固に連結し、さらに、鉄鉱石（および製鉄ダスト）と溶
融・固化後の炭材との接触面積も大きくなっている。ま
た、ミキサーと成型機は密閉構造とし、ミキサーおよび
成型機で発生する炭材の熱分解ガスは炭化水素が主成分
であるので、このガスをエジェクター等を用いて吸引回
収し、回収したガスはロータリーキルン等の加熱燃料と
して利用する。

【００１９】成型後の塊成化物は、バンカー内で不活性
ガスにより冷却した後、バンカーから排出して篩い、篩
下の粉は再びミキサーに戻して原料として利用し、篩上
は目的とする高強度の高炉原料となる。

【００２０】なお、特開平１１−９２８３３の発明で
は、成型後の塊成化物に残存する揮発分を減少するため
に脱ガス工程を設けているが、本発明においては必ずし
も脱ガス工程を必要としない。特開平１１−９２８３３
の発明の塊成化物は１２００〜１４００℃の高温雰囲気
の還元炉に装入されるため、残存する揮発分の急激な発
生による塊成化物の粉化を防止する目的で脱ガス工程を
設けたものであるのに対して、本発明の方法で製造され
た塊成化物は、高炉に装入され、高炉内で徐々に昇温さ
れるため、残存する揮発分も徐々に除去されるので塊成
化物の粉化は問題とならない。

【００２１】なお、鉄鉱石の一部を置き換えてＺｎを高
濃度に含有する製鉄ダストを用いる場合には、高炉内で
のＺｎ循環による炉壁耐火物への付着等の問題が生じな
いよう使用量を制限する必要がある。

【００２２】

【実施例】以下の説明において、「粘結炭」とは、ギー
セラー最高流動度ＭＦ＞１０ｄｄｐｍ（ｌｏｇＭＦ＞
１）である石炭をいい、「一般炭」とは、ＭＦ＜１ｄｄ
ｐｍである石炭をいう。

【００２３】（実施例１）図２に本実施例に用いられた
熱間成型機の概要を示す。表１に示す一般炭Ｂおよび表
２に示す鉄鉱石Ｃに、ギーセラー最高流動度（ＭＦ）が
異なる粘結炭を、粘結炭３０％、一般炭Ｂ２０％、鉄鉱
石Ｃ５０％の体積割合で、鉄鉱石Ｃのみを図示しない電
気炉で６００〜７００℃に予熱した後、オイルヒーター
で４００〜５００℃に保温されたミキサーに装入し混合
して４４０〜４５０℃とし、双ロール型成型機を用いて
ロール回転速度６ｒｐｍ、成型圧力２０〜２８ｋＮ／ｃ
ｍで３０ｍｍ×２５ｍｍ×１５ｍｍの卵形のブリケット
（塊成化物）に成型し、圧潰強度の変化を調べた。その
結果を図３に示す。なお、ギーセラー最高流動度はＪＩ
Ｓ−Ｍ８８０１に基づいて測定した。また、各炭材と鉄
鉱石の体積は、それぞれの質量を、予めＪＩＳ−Ｋ２１
５１またはＪＩＳ−Ｍ８７１６の方法に準じて測定した
それぞれの見掛け密度で割ることにより求めた。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】図３に示すように、最高流動度（ＭＦ）が
高くなるにしたがって圧潰強度が高くなり、ｌｏｇＭＦ
が約１以上で圧潰強度５００Ｎ／個以上が得られること
を確認した。また、ｌｏｇＭＦが１．５以上になると圧
潰強度はほぼ一定となることも分かった。

【００２７】（実施例2）実施例１と同じく図２に示し
た熱間成型機を用いた。表１に示す粘結炭Ａ、一般炭Ｂ
および表２に示す鉄鉱石Ｃを、鉄鉱石Ｃ５０％、粘結炭
Ａと一般炭Ｂの合計を５０％の体積割合とし、粘結炭Ａ
の体積割合を変更して、実施例１と同様の成型条件でブ
リケット（塊成化物）に成型し、圧潰強度の変化を調べ
た。その結果を図４に示す。なお、成型圧力については
２０〜２８ｋＮ／ｃｍの他に２９〜３８ｋＮ／ｃｍにつ
いても実施した。

【００２８】図４に示すように、粘結炭の体積割合を増
加するにしたがってブリケット（塊成化物）の圧潰強度
は上昇し、ｌｏｇＭＦが３以上の粘結炭（粘結炭A）を
体積割合で約２０％以上混合することにより圧潰強度約
５００Ｎ／個以上が得られることを確認した。なお、実
施例１で述べたように、ｌｏｇＭＦが１．５以上では圧
潰強度がほぼ一定となることから、ｌｏｇＭＦは必ずし
も３以上を必要とするものではなく、１．５以上あれば
よい。

【００２９】（実施例３）実施例１、２と同じく図２に
示した熱間成型機を用いた。表１に示す粘結炭Ａ、表２
に示す鉄鉱石Ｃおよび表３に示す高炉乾ダストＤを、混
合後の全Ｆｅ／Ｃ＝３．２（一定）となるように粘結炭
Ａの体積割合を変更し（それに応じて鉄鉱石Ｃと高炉乾
ダストＤの体積割合を調整し）、実施例２と同様の成型
条件でブリケット（塊成化物）に成型し、圧潰強度の変
化を調べた。その結果を図５に示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】図５に示すように、鉄鉱石の一部を置き換
えて製鉄ダスト（高炉乾ダストD）を用いたとき、製鉄
ダスト（高炉乾ダストD）の配合率が体積割合で約２０
％以下であれば、ｌｏｇＭＦが３以上の粘結炭（粘結炭
A）を体積割合で約３０％以上混合することにより、適
正な加圧力２９〜３８ｋN／ｃｍで成型すれば圧潰強度
５００Ｎ／個が得られることを確認した。なお、実施例
２と同様に、粘結炭のｌｏｇＭＦは必ずしも３以上を必
要とするものではなく１．５以上あればよい。

【００３２】さらに、以上の実施例１〜３において製造
したブリケット（塊成化物）をＪＩＳ−Ｍ８７１２に基
づくタンブラー回転強度試験を行い、その試験時の−１
ｍｍ粉率と圧潰強度との関係を図６に示す。図６に示す
ように、圧潰強度が５００Ｎ／個以上になると、−１ｍ
ｍ粉率は１５質量％以下と少なくなり、高炉への装入時
のハンドリングに十分耐えることを確認した。

【００３３】

【発明の効果】以上より、本発明によれば、バインダー
を用いることなく、高価な粘結炭を低減しても高炉やキ
ューポラなどの竪型炉に装入しうる強度を確保できる炭
材内装塊成化物の製造方法を確立できた。これにより炭
材内装塊成化物の製造コストの低減が図れた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に係わる炭材内装塊成化物の製造
フローの概念図である。

【図２】本実施例に用いられた熱間成型機の概要を示す
図である。

【図３】粘結炭の最高流動度（ＭＦ）と塊成化物の圧潰
強度との関係を示す図である。

【図４】鉄鉱石のみを用いる場合における、粘結炭の体
積割合とブリケット（塊成化物）の圧潰強度との関係を
示す図である。

【図５】鉄鉱石の一部を置き換えて高炉乾ダストを用い
る場合における、粘結炭の体積割合とブリケット（塊成
化物）の圧潰強度との関係を示す図である。

【図６】ブリケット（塊成化物）のタンブラー回転強度
試験時の−１ｍｍ粉率と圧潰強度との関係を示す図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粉状の鉄鉱石と粉状の炭材との混合物を
２５０〜５５０℃で熱間成型して行う炭材内装塊成化物
の製造方法であって、前記炭材が１種類または２種類以
上の炭材で構成され、そのうちの少なくとも１種類の炭
材がギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞１の軟化
溶融性を有する炭材であり、かつその軟化溶融性を有す
る炭材の合計体積が前記混合物の体積の３０％以上であ
ることを特徴とする炭材内装塊成化物の製造方法。
【請求項２】請求項１に記載の発明において、前記軟
化溶融性を有する炭材のギーセラー最高流動度ＭＦがｌ
ｏｇＭＦ＞１．５であり、かつその軟化溶融性を有する
炭材の合計体積が前記混合物の体積の２０％以上である
ことを特徴とする炭材内装塊成化物の製造方法。
【請求項３】粉状の鉄鉱石、製鉄ダストおよび粉状の
炭材との混合物を２５０〜５５０℃で熱間成型して行う
炭材内装塊成化物の製造方法であって、前記製鉄ダスト
の体積が前記混合物の体積の２０％以下であり、前記炭
材が１種類または２種類以上の炭材で構成され、そのう
ちの少なくとも１種類の炭材がギーセラー最高流動度Ｍ
ＦがｌｏｇＭＦ＞１．５の軟化溶融性を有する炭材であ
り、かつその軟化溶融性を有する炭材の合計体積が前記
混合物の体積の３０％以上であることを特徴とする炭材
内装塊成化物の製造方法。