JPH07278563A - コークス改質法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高炉内で鉄鉱石の還元効率を向上させる高反
応性コークス、および鉱石の還元効率向上と、炉下部で
のコークス粉化を抑制出来る多層構造コークスの製造法
を提供する。 【構成】 赤熱コークス、または室温まで冷却されたコ
ークスに粉状鉄鉱石を０．２〜２５重量％、製鉄所内各
プロセスで発生する粉状回収物を０．２〜３０重量％付
着、添加する事で目標とするコークス性状へ改質する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高炉操業時に単体もし
くは焼結鉱とともに装入されるコークスを、ガス化反応
性に優れたコークス、すなわち高反応性コークスへ改質
する方法、および塊コークスの表面と中心部で異なる反
応性を示す多層構造コークスの製造法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】高炉操業では装入物である焼結鉱、コー
クスを交互に装入する。炉内で装入物は層状に堆積し、
高温下、コークスは酸化性ガスによりガス化し、焼結鉱
は還元ガスとの反応により金属鉄を生成し漸次降下す
る。近年焼結鉱に１０〜２５ｍｍφのコークスを混合装
入し、高炉内の７００〜１２００℃領域での還元効率を
向上させる事により燃料比の低減を計る技術が開発さ
れ、実高炉で積極的に取り入れられている。

【０００３】更に、コークスのガス化に対する反応性を
高める事により、高炉内での還元効率を向上させ、トー
タルとしての燃料比の低減を計る事が出来る。

【０００４】また多層構造コークス（すなわちコークス
塊表面（無次元半径が０．９程度）の反応性は高く、内
部は強度保障）を使用した際、高炉内のコークス機能か
ら高炉内７００〜１２００℃の領域では高反応性を示し
還元効率向上による燃料比低減のメリットが享受でき、
炉下部では表面の高反応性部分は反応により消費され、
残留中心部コークスは高強度であることより安定操業を
阻害するコークス粉の発生は抑制される。

【０００５】従来より冶金用コークスに要求される最も
重要な性状は冷間強度、熱間強度である。これら強度の
高いコークスを得るには、適度に石炭化度が高く４００
〜５００℃の温度領域で流動性を示す原料炭が選択され
る。これらの原料炭は一旦液層状態を経る事からラメラ
の配列が促進され固化後のコークス炭素質のガス化反応
性は低くなる。

【０００６】高反応性コークスを原料石炭を用い乾留に
より製造する方法特願平４−２９１４５０は、原料炭に
非微粘結炭や微粘結炭を多量配合したり、触媒を添加す
る方法である。しかし充分な強度は得られていない。

【０００７】コークスのガス化反応性を支配する要因
は、１．コークスの炭素質 ２．コークスの比表面積
３．触媒である。

【０００８】このコークスガス化反応性を制御する方策
は、 １）原料石炭の選択と乾留法による方法 ２）生成したコークスを改質する方法とがある。

【０００９】通常冶金用コークスの反応性をＣＲＩ（コ
ークス２００ｇを１１００℃、２時間炭酸ガスと反応さ
せた際のガス化反応量）で現すと約３０以下であり、高
反応性コークスとは通常冶金コークスのＣＲＩより高い
値を示すコークスを指す。

【００１０】石炭を乾留しガス化反応性の制御する方策
１）は、反応性の支配する要因のうち１．炭素質構造、
および２．比表面積は原料である石炭性状でほぼ決定さ
れるため、３．の触媒による方法がとられている。

【００１１】従来室炉式コークス炉で製造されるコーク
スは、高炉使用上最も重要とされる性質である冷間、熱
間強度が要求される。強度の向上は反応性の低下を必ず
ともない、反応性を向上すれば強度は低下する。

【００１２】また石炭の配合を調整し高反応性コークス
を得る方法として、非粘結炭、微粘結炭を多量に配合
し、バインダー等を加え混練、加圧成型し乾留するコー
クス製造法が考えられるが、バインダー添加にたいする
混練機、加圧成型機、あるいは特殊な乾留炉が必要とな
る。

【００１３】更に多層構造コークスについては、室炉式
コークス製造法、成型コークス製造法いずれの場合も現
在製造されていない。

【００１４】既に生成しているコークスのガス化反応性
の制御する方策２）は、高温の水蒸気処理による方法が
あるが、水蒸気処理を実施する装置が必要となる。また
実高炉で使用する際は大量生産を行う必要があり、その
生産コストを引き上げる大きな原因となり工業的にみて
困難である。

【００１５】従って、触媒の付着、添加による方法が望
ましい。従来技術としては、触媒を原料炭と共に乾留し
反応性を向上させる方法はあるが、コークスに付着また
は添加し反応性を高める技術は無い。

【００１６】コークスの反応性を向上させる触媒とし
て、アルカリ、アルカリ土類元素、鉄、ニッケル等遷移
金属があるが、これら触媒は、カリウムの場合高価なカ
リウム塩、カルシウムの場合は消石灰、生石灰、カルシ
ウム塩等を添加している。また、既に生成しているコー
クスの触媒添加法として二次的な処理（乾燥）を必要と
する海水の散布を行っている。しかし高反応生コーク
ス、多層コークスは大量に高炉で使用される事からその
生産コストは大幅に増加する。

【００１７】赤熱コークスに鉄鉱石を付着させた場合、
コークス塊の大きな場合 Ｆｅ₂ Ｏ₃ ＋２Ｃ＝ＦｅＯ＋２ＣＯ の反応による炭素消費により表面気孔構造は変化し、気
孔構造内にＦｅはガス化反応触媒としてコークス塊表面
に残留する。これによりコークス反応性の多層化が出来
る。一方コークス粒径が小塊（例えば１０〜３０ｍｍ）
の場合では塊全体が高反応性を示す。

【００１８】赤熱とは乾留炉より排出された際のコーク
ス温度をさし、コークス炉炉温により異なり８００〜１
２００℃の幅を持つ。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記コスト
引き上げ要因を内包する触媒を用いる場合について、そ
の代替えとして製鉄所内で発生する粉状鉄鉱石、あるい
は製鉄所の各プロセスより排出されるダスト等の利用価
値の低い粉状回収物を有効利用することを目的としてい
る。また、従来法の原料炭に触媒を添加し反応性を向上
させる方法は、反応性の向上効果は認められるが、強度
低下を伴う。更に、多層構造コークスの製造は不可能で
ある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】係る課題を解決するた
め、本発明の要旨とするところは、赤熱コークスまたは
室温まで冷却されたコークスに粉状鉄鉱石を０．２重量
％から２５重量％、または製鉄所内各プロセスで発生す
る粉状回収物を０．２重量％から３０重量％付着または
添加しコークスの反応性を向上させることである。ここ
で、製鉄所内各プロセスで発生する粉状回収物として
は、例えば焼結機、高炉あるいは転炉から発生し回収さ
れるダスト類である。また粉状とは粒径５００μｍ以下
と定義する。

【００２１】

【作用】コークスのガス化反応性を改善するために、ま
ず室温のコークスに触媒として製鉄所内で発生する粉状
鉄鉱石、および製鉄所内各プロセスより排出されるダス
ト等を付着、添加しガス化反応性を測定したところ、コ
ークスガス化反応性の制御が可能であることがわかっ
た。

【００２２】更に、小型乾留試験装置で製造し排出され
る赤熱コークス粉状鉄鉱石を付着、添加した後、冷却し
たコークスの反応性を測定したところ、大塊コークスに
ついては表面層のみの反応性が上昇し、中心部は従来の
反応性を維持していた。すなわち、ガス化反応性の多層
化が認められた。

【００２３】実高炉で本コークスを使用するには多量処
理が必要であり実コークス炉ラインで行われる事が望ま
しい。コークス生産ラインで上記高反応性コークス、多
層構造コークスを製造する方法としては、赤熱コークス
排出時コークスガイドからＣＤＱバケットに回収の際、
粉状鉄鉱石、製鉄所ダストを散布し付着する方法。また
ＣＤＱ装置内装入の際、ＣＤＱ上部冷却室での処理が望
ましく、ＣＤＱ装置上部に設置したノズルを介しガス化
反応触媒の添加が考えられる。また温間、室温で付着、
添加する方法としては、コークス整粒工程であるコーク
スカッター前で粉状回収物と混合付着する事で、製品コ
ークスと余剰の粉状回収物は分離される。

【００２４】赤熱コークス、冷間コークスに微粉鉄鉱
石、あるいは製鉄所内発生粉の付着、添加によるＣＲＩ
の向上効果は、コークス表面の微細気孔に侵入した添加
物中に存在する鉄、カルシウム、カリウム、ナトリウム
等の触媒効果および、ガス化反応進行過程で進展する反
応界面積の増加による反応ガスの拡散能の向上による。
また、赤熱コークスに添加した場合においては、上記理
由とともに、付着、添加時点での鉄の還元反応によるコ
ークス反応界面の増加にも起因する。二層構造コークス
については上記反応性向上効果がコークス塊表面に限定
されたものであり、高炉内では炉下部へ降下するに伴い
高反応性表面部は消費される。

【００２５】なお室温での最大付着量は、粉状鉄鉱石で
２５重量％、回収ダスト類で３０重量％であった。すな
わち反応性を向上させる目的で、その効果を最大限引き
出す為に付着出来る量はコークス重量に対し粉鉄鉱石で
２５重量％、ダストで３０重量％である。また触媒効果
を発揮させるに必要な添加量は０．２％である。

【００２６】

【実施例】コークスに粉状鉄鉱石、製鉄所内発生ダスト
を付着、添加しガス化反応性を向上させた例を以下に示
す。

【００２７】１）コークスのガス化反応性を改善させる
ために、実炉で製造した小塊コークス（１３〜１８ｍｍ
φ）表面に添加物として表に示す組成の鉄鉱石のペレッ
トフィード（粒径２００μｍ以下）２種を付着させＣＲ
Ｉを測定した。

【００２８】粉状鉄鉱石を付着しない場合と、付着した
場合でＣＲＩ反応性は１０以上上昇した。

【００２９】

【表１】

【００３０】なお、添加した鉄鉱石の組成は以下であ
る。

【００３１】

【表２】

【００３２】２）コークスのガス化反応性を改善するた
めに、実炉で製造した小塊コークス（１３〜１８ｍｍ
φ）表面に添加物として表に示す組成の製鉄所内回収ダ
スト（粒度５μｍ以下）２種を付着させＣＲＩを測定し
た。回収ダストを付着しない場合と、付着した場合でＣ
ＲＩ反応性は約９上昇した。

【００３３】

【表３】

【００３４】なお、添加したダストの組成を以下に示
す。

【００３５】

【表４】

【００３６】３）図１にコークスの気孔率の異なる２種
コークス（気孔率４９％、５３％）に、粉状鉄鉱石の付
着量を変えＣＲＩを測定した際の鉄添加量とＣＲＩの関
係を示す。

【００３７】ガス化反応性は粉状鉄鉱石付着量の増加に
伴い向上するが、飽和する傾向が見受けられた。気孔率
の高いコークスの場合同一の付着量でもΔＣＲＩは若干
高くなるが、これは気孔率の高いコークスの塊表面部の
表面積が大きい事により、粉状鉄鉱石が触媒として有効
に付着している事と考えられる。

【００３８】なお、実施例１），２），３）の付着量に
ついては以下の通りである。室温コークスの場合、コー
クスと、その重量に対し２倍量の添加物を容器に採り充
分混合し付着する。その後余剰の添加物は篩い落とし、
篩い上コークスを改質コークスとした。

【００３９】４）小型コークス乾留炉により乾留し炭化
室中心温度が１１００℃に達した時点で排出した赤熱コ
ークスに粉状鉄鉱石Ａを上部より散布、付着し多層コー
クス製造した。冷却後大塊コークスをドラム式回転摩耗
強度測定装置で６００回転後に生成した１０ｍｍ以下粉
コークスと、１０ｍｍ以上残留塊コークスそれぞれ粉砕
し、熱天秤によりガス化反応速度を測定した。測定方法
は以下である。粉砕したコークスを１００ｍｇ採取し、
窒素１５０ｍｌ／ｍｉｎ気流中１０℃／ｍｉｎで１００
０℃まで昇温し、その後炭酸ガス１５０ｍｌ／ｍｉｎに
切り替えソリュウションロスによる重量減少を測定す
る。その結果を示す。

【００４０】

【表５】

【００４１】コークス塊表面より生成された粉コークス
の反応性は塊コークスに比し２．３倍であり、明らかに
反応性に対する多層化が計られている。

【００４２】

【発明の効果】本発明は、製鉄所内で発生する粉状鉄鉱
石、あるいは製鉄所内の各プロセスより排出されるダス
ト等の粉状回収物をコークスに付着、添加する事によ
り、従来コークスの反応性を飛躍的に向上させ、また製
造不可能であった二層コークスの製造を可能とすると共
に、利用価値の低い製鉄所内発生物を有効利用する事が
出来る点でその工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

図１は気孔率の異なるコークスに粉状鉄鉱石を付着させ
た際の付着量とコークスガス化反応性の関係を示す図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤熱コークスまたは室温まで冷却された
   コークスに粉状鉄鉱石を０．２重量％から２５重量％、
   または製鉄所内各プロセスで発生する粉状回収物を０．
   ２重量％から３０重量％付着または添加することを特徴
   とするコークス改質法。