铁焦用成型物的制造方法与流程

本发明涉及一种铁焦用成型物的制造方法，其使用粘合剂将煤和铁源原料进行成型而制造铁焦用成型物。

背景技术：

近年，在国内外倡导削减碳酸气体排放量的必要性。制铁业的碳酸气体排放量非常多，日本国内的碳酸气体排放量中钢铁占有的比例约为12％(非专利文献1)。

据称来自将铁矿石利用碳还原而制造铣铁的高炉的碳酸气体排放量，在制铁工厂中也属于特别高。因此，最近对于高炉正在努力通过低还原剂比作业来减少碳酸气体排放量。即，可作为室炉焦炭的部分代替的铁焦的使用受到关注，该铁焦是将煤和铁矿石的混合物成型干馏而得到的。作为铁焦的制造方法，主流的是使用专用的竖型炉将成为原料的成型物干馏的方法。由于该方法将成型物直接投入竖型炉，因此为了制造稳定的铁焦，制成高强度的成型物是必需条件。

因此，以往以来进行了各种各样的用于提高铁焦用成型物强度的研究。例如，关于添加粘合剂而成型的情形，公开有配合高软化点粘合剂和低软化点粘合剂的方法(专利文献1)，在添加原料前事先混合高软化点粘合剂(固体)和低软化点粘合剂(液体)的方法(专利文献2)，降低混炼温度，提高低软化点粘合剂的粘性的方法(专利文献3)等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利第4853090号说明书

专利文献2:日本专利第5017967号说明书

专利文献3:日本专利第5017966号说明书

非专利文献

非专利文献1:日本国温室效应气体目录报告书2014年，p.35

技术实现要素：

专利文献1提出了将含有煤、铁源原料、软化点为150℃以上的高软化点粘合剂和软化点不足150℃的低软化点粘合剂的原料在120℃～240℃的范围边加热边搅拌的方法。该方法具有以下特征：通过添加高软化点粘合剂和低软化点粘合剂这两者，从而介由两者的相互作用提高成型物的强度。该方法虽然简便，但是存在使用高软化点粘合剂和低软化点粘合剂这两者所产生的效果小的问题。

与此相对，专利文献2由于在使低软化点粘合剂熔解后，事先将两者混合，所以两者的相互作用变大。但是，由于该方法向低软化点粘合剂添加了高软化点粘合剂(固体物)所以固体体积率上升，而且由于两者多少会相互熔合，所以粘性大幅上升。作为其结果，需要大幅提高用于输送两者的混合物的齿轮泵的运输能力。另外，即便是提高了齿轮泵的运输能力，泵内部的齿轮的磨耗变快，泵交换的频度提高，或者，容易发生运输过程中的配管内的堵塞等操作故障。

专利文献3记载了抑制低软化点粘合剂向原料粒子内部的浸透，使低软化点粘合剂的添加效果上升，使混炼温度降低的方法，但是该方法随着低软化点粘合剂的粘性上升，也与专利文献2同样地需要提高将粘合剂输送至混炼机的泵的运输能力。

因此，本发明的目的在于提出一种铁焦用成型物的制造方法，该方法可有利地制造高强度的铁焦用成型物，不需要进行特别的设备投资，不引起操作故障。

针对上述的现有技术存在的课题，发明人等进行了深入研究的结果发现，通过将事先加热的铁矿石和高软化点粘合剂，或者，将铁矿石和事先加热的高软化点粘合剂，投入混炼机(优选同时投入混炼机)，在混炼机内使高软化点粘合剂容易熔解，从而不进行特别的设备投资就引发与低软化点粘合剂的顺畅的相互作用，进而实现了铁焦用成型物的强度的提高，实现了本发明的开发。

即，本发明提供一种铁焦用成型物的制造方法，其特征在于，在将由煤、铁源原料和软化点为150℃以上的高软化点粘合剂以及软化点不足150℃的低软化点粘合剂构成的混合原料进行成型而制造铁焦用成型物的方法中，将上述铁源原料或高软化点粘合剂的至少任意一个预先加热至比高软化点粘合剂的软化点低20℃的温度以上的温度后进行混合成型。

应予说明，在如上述所示而构成的本发明所涉及的铁焦用成型物的制造方法中，更优选以下解决手段：

(1)作为上述铁源原料使用平均粒径为2.0mm以下的铁源粒子，将上述铁源原料加热至比高软化点粘合剂的软化点低20℃的温度以上后，使其与高软化点粘合剂混合，然后再混合软化点不足150℃的低软化点粘合剂而得到混合原料，将该混合原料进行成型，

(2)作为上述铁源原料使用平均粒径为2.0mm以下的铁源粒子，将上述高软化点粘合剂加热至比高软化点粘合剂的软化点低20℃的温度以上后，使其与铁源原料混合，其后再混合软化点不足150℃的低软化点粘合剂而得到混合原料，将该混合原料进行成型，

(3)将上述铁源原料和上述高软化点粘合剂同时投入混炼机，

(4)将上述铁源原料或上述高软化点粘合剂加热至比高软化点粘合剂的软化点高10℃的温度以下，

(5)上述铁源原料的平均粒径为0.58～1.64mm。

通过设为如上述所示的构成，根据本发明，调整铁矿石的粒度，并且将铁矿石或高软化点粘合剂事先升温至比高软化点粘合剂的融点低20℃的温度以上，将加热的铁矿石或高软化点粘合剂，或者，将加热的高软化点粘合剂与铁矿石，优选同时投入混炼机，从而不设置特别的设备就能够制造高强度的成型物。

附图说明

图1是表示成型物强度和高软化点粘合剂的加热温度的关系的坐标图。

图2是表示使用软化点为180℃的高软化点粘合剂时的成型物强度和铁矿石加热温度的关系的坐标图。

图3是表示使用软化点为160℃的高软化点粘合剂时的成型物强度和铁矿石加热温度的关系的坐标图。

图4是表示煤加热用的气体中的氧浓度和干燥中的煤温度与成型物强度的关系的坐标图。

图5是表示成型物强度和铁矿石平均粒径的关系的坐标图。

图6是表示成型物强度和铁矿石温度的关系的坐标图。

具体实施方式

本发明人等进行深入研究，结果发现在将含有煤、铁源原料和粘合剂的原料进行成型而制造铁焦用成型物的方法中，将高软化点粘合剂事先加热至软化点附近，然后投入至混炼机中的原料，添加低软化点粘合剂进行混炼，则混炼物的成型物的强度上升。另外，发现即使代替对高软化点粘合剂的加热，对加热至高软化点粘合剂的软化点以上时也没有安全上、品质上的问题的铁矿石进行加热，向混炼机投入煤后，将铁矿石和高软化点粘合剂优选同时投入混炼机，并添加低软化点粘合剂，则成型物强度上升。由此完成了本发明。这里，粘合剂的软化点可利用环球法(jisk2425)测定。

以下，对本发明的铁焦用成型物的制造方法所使用的各构成部件进行说明，并对这些各构成部件和成型物强度的关系进行说明。

本发明使用的煤的性状是平均最大反射率ro(jism8816)为1.3％，灰分(jism8812)为9.3质量％。作为铁源原料的铁矿石的性状，总铁含有率为57.1质量％(jism8212)。作为高软化点粘合剂，使用软化点为180℃(挥发成分38质量％)或160℃(挥发成分45质量％)的石油系的沥青。作为低软化点粘合剂，使用软化点为40℃的煤系软沥青。煤、铁矿石、高软化点粘合剂、低软化点粘合剂的配合率各自设为66.5质量％、28.5质量％、2质量％、3质量％。粒度调整是对于煤以总量2.8mm以下，对于铁矿石以总量3mm以下(平均粒径为1.04mm，平均粒径由各筛的残留率和相邻的网眼尺寸的平均值的乘积的总和算出)，对于高软化点粘合剂以总量1mm以下的方式进行粉碎的。高软化点粘合剂的粉碎后的水分为0.3％。

这里，作为铁源原料，主要的铁源原料是铁矿石，但是不只是铁矿石，还可以考虑使用制铁灰尘等其他铁源原料。另外，作为高软化点粘合剂，可使用asp(asphaltpitch)等，作为低软化度粘合剂，可使用sop(软沥青)、pda(丙烷脱沥青)等。

本发明使用的混炼机使用有效容积75l的高速搅拌型混合机。成型机是辊的尺寸为650mmφ×104mm的双辊型成型机。向辊的原料供给是通过重力装入进行的，通过设置于2个辊间的上部的调整板的上下运动而调整原料向辊的流入量，进行成型压力的调整。以辊的圆周速度为0.2m/s、线压为4～5t/cm的方式成型。成型物的尺寸为30mm×25mm×18mm(6cc)，形状为蛋型。

成型物的强度使用i型转鼓试验装置(内径为130mm×700mm的圆筒状)，通过以1分钟20转的旋转速度旋转30转后的16mm以上的残存率进行强度评价(id强度30/16)。

接着，考察在本发明的制造方法中，事先加热高软化点粘合剂时的高软化点粘合剂加热温度和成型物强度的关系。原料的干燥和加热按照以下方式进行。粉碎的煤在氧浓度1％的气氛中加热至150℃。铁矿石在空气气氛中加热至150℃。将规定量的两者投入混炼机内。接着边使混炼机的主轴旋转叶片旋转，边在160℃(比高软化点粘合剂的软化点低20℃)、170℃(低10℃)、180℃(相同温度)、190℃(高10℃)的4个温度水准进行加热，将加热的高软化点粘合剂立即投入至混炼机。作为高软化点粘合剂使用软化点为180℃的粘合剂。随后添加规定量的加热至160℃的低软化点粘合剂进行混炼。将从低软化点粘合剂的添加到排出为止的时间设为90秒，混炼结束后从混炼机将混炼物排出。混炼机排出温度为170～175℃。将混炼物立即投入双辊型成型机制造煤饼。

图1示出高软化点粘合剂的加热温度对于成型物强度的影响。伴随着高软化点粘合剂的加热温度上升，成型物强度上升。混炼物的温度均是高软化点粘合剂的软化点以下。但是，一旦预先将高软化点粘合剂加热至软化点左右或其以上的温度，则由于高软化点粘合剂略微软化，因此与低软化点粘合剂进行混合时促进高软化点粘合剂的膨润或熔解，两粘合剂的相互作用变大，粘合剂的功能提高。

使低软化点粘合剂熔解(在试验装置的制约下为120℃)，相对于熔解的低软化点粘合剂重量添加33质量％的高软化点粘合剂，进行热过滤。将滤液进行高频电感耦合等离子体(icp)分析，则从滤液中检测出低软化点粘合剂所不含有但属于高软化点粘合剂的成分的镍金属。确定了高软化点粘合剂的成分向低软化点粘合剂溶出。本分析中低软化点粘合剂温度低，但是伴随高软化点粘合剂和低软化点粘合剂的混合温度上升，越进行高软化点粘合剂的熔解。因此，认为图1示出的高软化点粘合剂的加热温度越上升，成型物强度越上升。

接着，不是对高软化点粘合剂事先进行加热，而是将在空气中即使加热至高温也不会性状变化的铁矿石加热至160℃(比高软化点粘合剂的软化点低20℃)、170℃(低10℃)、180℃(相同温度)、190℃(高10℃)、200℃(高20℃)的5个温度水准。作为高软化点粘合剂使用软化点为180℃的粘合剂。向加热至规定温度的铁矿石混合规定重量的高软化点粘合剂30秒钟，与预先加热至150℃的煤原料一起投入混炼机。立即添加规定重量的软沥青进行混炼。将从低软化点粘合剂的添加到排出为止的时间设为90秒，混炼结束后从混炼机将混炼物排出。混炼物排出温度为170～175℃。

图2示出铁矿石加热温度对成型物强度的影响。如果使铁矿石加热温度上升则成型物强度上升。由于混炼物排出温度为170～175℃时，低软化点粘合剂的粘性不变，因此低软化点粘合剂的分散性没有差异。通过使铁矿石温度上升而将与铁矿石事先混合的高软化点粘合剂的温度上升，在与低软化点粘合剂混合时促进高软化点粘合剂的膨润或熔解，两粘合剂的相互作用变大，粘合剂的功能提高。发现如果将成型物强度的目标值设为85，则需要将铁矿石加热温度加热至比高软化点粘合剂的软化点低20℃的温度以上。

将高软化点粘合剂由软化点180℃变更为160℃的石油系粘合剂进行试验。将铁矿石加热至140℃(比高软化点粘合剂的软化点低20℃)、150℃(低10℃)、160℃(相同温度)、170℃(高10℃)、180℃(高20℃)的5个温度水准。混炼机排出温度为155～160℃。图3示出铁矿石加热温度对于成型物强度的影响。混炼物的排出温度比高软化点粘合剂的软化点略低，但是与图2同样如果使铁矿石加热温度上升则成型物强度上升。可知如果使用加热至比高软化点粘合剂的软化点低20℃的铁矿石则成型物强度降低，但是目标的成型物强度(id强度30/16)保持在85以上。认为即使在使用软化点160℃的粘合剂的情形中，通过将加热至与软化点相同或其以上的铁矿石和粘合剂混合，能使高软化点粘合剂和低软化点粘合剂的相互作用上升。

图2中通过进行铁矿石的加热而间接地进行高软化点粘合剂的加热。在此，代替铁矿石进行煤的加热。图4示出煤加热用的气体中的氧浓度和干燥中的煤温度与成型物强度的关系。加热时间设为30分钟。加热气体使用氮和氧的混合气体。煤温度为150℃时，如果氧浓度为5％以下，则成型物强度能够保持目标的85以上。但是，发现煤温度为160℃以上时，如果氧浓度为2％则目标的成型物强度降低。推测氧浓度和煤温度上升则成型物强度降低的原因是因该加热处理而煤表面被氧化，煤的表面被氧化则粘合剂和煤的湿润性降低，所以粘合剂引起的煤的粘合功能丧失。由于在实际工艺中一直将氧浓度保持为2％以下是困难的，所以优选将铁矿石或高软化点粘合剂进行加热。

从高温的铁矿石向高软化点粘合剂热传递时，需要考虑实现短时间内的传热，认为下述的传导传热式(1)的k·a/r[j/s/k]的值变重要。

q＝(k·a/r)·δt＝k·(6·w/ρ/d)/r·δt(1)

q：传热速度[j/s]、k：热传导率[j/s/m/k]、a：铁矿石每单位重量的面积[m²]、r：高软化点粘合剂的半径[m]、δt：铁矿石与高软化点粘合剂的温度差、w：铁矿石的重量[kg]、ρ：铁矿石的密度[kg/m³]、d：铁矿石的直径[m]。

由(1)式预知传热速度相对于铁矿石直径的上升线性降低，铁矿石直径的上升对于实现短时间内的升温是不利的。因此，变更铁矿石的粉碎粒度实施了混炼和成型试验。作为矿石平均粒径在0.42～2.17mm的范围内进行粒度不同的8水平的试验。表1示出使用的网眼(jis)和各粒度构成。将预先加热至150℃的煤投入混炼机，边使混炼机的主轴旋转叶片以低速搅拌，边将加热至高软化点粘合剂的软化点的铁矿石和软化点为180℃的高软化点粘合剂同时投入混炼机。投入结束后，立即添加规定量的低软化点粘合剂，搅拌90秒后，由混炼机排出进行成型(a的情形)。作为试验对照将铁矿石与粘合剂和铁矿石分别加热至180℃投入混炼机的情形也进行了试验(b的情形)。

[表1]

将预先加热至150℃的煤投入混炼机，边使混炼机的主轴旋转叶片以低速搅拌，边将加热至高软化点粘合剂的软化点的铁矿石和软化点为180℃的高软化点粘合剂同时投入混炼机。投入结束后，立即添加规定量的低软化点粘合剂，搅拌90秒后，由混炼机排出进行成型(a的情形)。作为试验对照将铁矿石与粘合剂和铁矿石分别加热至180℃投入混炼机的情形也进行了试验(b的情形)。

图5示出成型物强度和铁矿石平均粒径的关系。也示出了试验对照的结果。对于b的情形，铁矿石的平均粒径为1.26mm为止，伴随平均粒径变大成型物强度上升。1.26mm以上则显示略微降低的趋势。与此相对，对于a的情形，铁矿石的平均粒径为1.64mm以上则成型物强度大幅降低，与b的情形差别大。考虑到b的情形纯粹是铁矿石平均粒径对于成型物强度的影响，则由于铁矿石的平均粒径为1.64mm以上时a和b的情形的强度差变大，所以认为是高软化点粘合剂的升温少，与低软化点粘合剂的相互作用变小所致。

根据图5的结果，可知本发明中铁矿石的平均粒径需要是2mm以下。另外，平均粒径变小为0.42mm时，铁矿石粒子群的总外表面积变大，粘合剂覆盖其外表面，粘合剂量变不足，从而有时强度降低，在对高软化点粘合剂进行加热的方面，铁矿石的平均粒径为2mm以下则没有问题，优选为0.58～1.64mm。

实施例

该实施例作为混炼机使用有效容积375l的高速搅拌型混合机。成型机是辊的尺寸715mmφ×424mm的双辊型成型机。向辊的原料的供给是通过重力装入进行的，通过设置于2个辊间的上部的调整板的上下运动而调整原料向辊的流入量，进行成型压力的调整。以辊的圆周速度设为0.2m/s，线压设为3～4t/cm的方式成型。成型物的尺寸为30mm×25mm×18mm(6cc)，形状为蛋型。相对于总原料重量，将煤、铁矿石、高软化点粘合剂、低软化点粘合剂的配合率分别设为65.8质量％、28.2质量％、2质量％、3质量％。煤的粒度为总量2.8mm以下，煤的干燥加热使用间接加热型的窑，铁矿石使用直接加热型的窑。窑出口的煤温度为150℃，投入混炼机前为148℃。窑内的气氛的氧浓度以0.8％进行。以从窑入口到自混炼机的排出为止的时间成为约30分的方式决定窑的旋转数和在窑内流通的加热气体流量。

投入混炼机前的铁矿石温度是加热至150℃(比高软化点粘合剂软化点低30℃)、160℃(低20℃)、170℃(低10℃)、180℃(相同温度)、190℃(高10℃)、200℃(高20℃)、210℃(高30℃)的7个温度水准。作为高软化点粘合剂使用软化点为180℃的粘合剂。以铁矿石平均粒径为1.04mm的方式进行。铁矿石和低软化点粘合剂的添加结束后，投入低软化点粘合剂混炼90秒。混炼结束后，立即进行成型。图6示出成型物强度和铁矿石温度的关系。确认到铁矿石加热温度为160℃(比高软化点粘合剂软化点低20℃)以上时，超过目标的成型物强度。

产业上的利用可能性

根据本发明的铁焦用成型物的制造方法，不设置特别的设备就能够制造高强度的成型物，能够提供适合作为制造铁焦时使用的成型物的高强度的成型物。