CN102378805A - 高炉用焦炭的制造方法 - Google Patents

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Abstract

在该高炉用焦炭的制造方法中，将煤类的液体粘结材料加热到所述煤类的所述液体粘结材料的粘度达到100cP的液化温度以上且石油类的固体粘结材料的粘度达到100cP的液化温度以下的温度；使所述石油类的所述固体粘结材料溶解到所述煤类的所述液体粘结材料中来制备混合粘结材料；将原料煤与所述混合粘结材料混合来制备混合原料；将所述混合原料干馏。

Description

高炉用焦炭的制造方法
技术领域
本发明涉及一种使用了粘结材料的高炉用焦炭的制造方法。
本申请基于2009年4月9日在日本申请的特愿2009-094521号并主张优先权，将其内容引用于此。
背景技术
作为即使提高低品位原料煤(非粘结煤和非微粘结煤)的使用比例、也能够以低成本制造更高强度的高炉用焦炭的方法，提出了不使固体粘结材料液化地混合到原料煤中，装入焦炭炉进行干馏的方法(专利文献1)。
在上述专利文献1的高炉用焦炭的制造方法中，如图4A所示，原料煤(煤)1通过粉碎机2粉碎成规定的粒度，输送到混炼机3。另一方面，固体粘结材料4通过包括粉碎机的整粒机5整粒成规定的粒度构成(粒径小于3mm的细粒为50重量％以上)，供给到混炼机3中而与原料煤1混炼。在该混炼机3中，混合相对于原料煤1粒度构成类似的固体粘结材料4。例如，该原料煤1具有粒径小于3mm的煤粒子为75～80重量％的粒度构成。进而，从混炼机3向焦炭炉6输送配合了固体粘结材料4的煤1，制造焦炭7。
这样，由于原料煤1的粒度构成和固体粘结材料4的粒度构成类似，所以固体粘结材料4在煤粒子中均匀分散，使得原料煤1与固体粘结材料4的接触面积增加。因此，能够在原料煤1和固体粘结材料4之间获得理想的接触状态，使焦炭强度增加。
另外，如图4B所示，提出了将煤焦油等液体粘结材料8添加到粉碎的煤1中的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-002052号公报
发明内容
发明所要解决的课题
作为粘结材料，例如，可使用焦油、沥青以及石油系粘结材料。焦油等在常温下为液态的粘结材料通常优选均匀地混炼到原料煤中。另外，沥青等在常温下为固态的粘结材料通常优选加热到熔点以上液化后，混炼到原料煤中。
如上述那样，作为粘结材料，已知有固体粘结材料和液体粘结材料。作为粘结材料，本发明人关注于例如沥青等石油类重质残渣即低软化点的固体粘结材料。
该低软化点的固体粘结材料例如如图3的数据A所示，在常温下具有10000cP以上的粘度，可作为固体处理。然而，如专利文献1那样，在用粉碎机等使固体粘结材料细粒化的情况下，粉碎时产生的热量使得固体粘结材料的粘度降低，附着在装置上，所以作为固体的处理变得困难。因此，低软化点的固体粘结材料不适于细粒化。
另外，还可以考虑将低软化点的固体粘结材料通过加热进行液化。然而，如图3所示那样，为了使粘度(cP)达到作为液化的基准(后述)的100cP以下，必须使用热源将低软化点的固体粘结材料加热到230℃以上。但是，通过通常的工业用低压蒸汽不能获得230℃的加热温度，因此，需要与上述热源不同的热源，因而成本增加。
鉴于上述观点，本发明的目的在于提供一种能够提高焦炭强度、降低膨胀压的高炉用焦炭的制造方法。另外，本发明的目的在于提供能够使用在粉碎的情况下操作困难的低软化点的固体粘结材料作为粘结材料的高炉用焦炭的制造方法。
用于解决课题的手段
本发明的主旨如下。
(1)一种高炉用焦炭的制造方法，其将煤类的液体粘结材料加热到所述煤类的所述液体粘结材料的粘度达到100cP的液化温度以上且石油类的固体粘结材料的粘度达到100cP的液化温度以下的温度；使所述石油类的所述固体粘结材料溶解到所述煤类的所述液体粘结材料中来制备混合粘结材料；将原料煤与所述混合粘结材料混合来制备混合原料；将所述混合原料干馏。
(2)上述(1)中记载的高炉用焦炭的制造方法中，所述石油类的所述固体粘结材料可以具有180℃以下的软化点。
(3)上述(1)中记载的高炉用焦炭的制造方法中，所述石油类的所述固体粘结材料可以为沥青。
(4)上述(1)中记载的高炉用焦炭的制造方法，所述煤类的所述液体粘结材料可以为煤焦油。
(5)上述(1)中记载的高炉用焦炭的制造方法中，所述煤类的所述液体粘结材料的加热温度可以为150℃以下。
(6)上述(1)中记载的高炉用焦炭的制造方法中，所述温度下的所述混合粘结材料的粘度可以为100cP以下。
(7)上述(1)中记载的高炉用焦炭的制造方法中，所述原料煤可以为微粉煤。
(8)上述(7)中记载的高炉用焦炭的制造方法中，所述微粉煤可以通过将煤粉碎后进行分级而得到。
发明效果
根据本发明，通过将混合有煤类的液体粘结材料和石油类的固体粘结材料的液体状的混合粘结材料添加到原料煤中，提高了焦炭强度，抑制了膨胀压。
另外，根据本发明，通过将沥青等石油类的固体粘结材料在加热中的煤焦油等煤类的液体粘结材料中溶解，能够使用通常的工业用低压蒸汽在工业上处理低软化点的固体粘结材料。
附图说明
图1为表示本发明的高炉用焦炭的制造方法的第1实施方式的框图。
图2为表示本发明的高炉用焦炭的制造方法的第2实施方式的框图。
图3为表示温度与粘结材料的粘度(cP)的关系的图。
图4A为表示以往的高炉用焦炭的制造方法的框图。
图4B为表示以往的高炉用焦炭的制造方法的框图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。
[第1实施方式]
图1为表示本发明的高炉用焦炭的制造方法的第1实施方式的框图。
在图1中，将焦炭的原料煤即煤1用粉碎机2粉碎，供给到混炼机3。另外，煤类的液体粘结材料8被送入加热容器12内。该加热容器12通过供给有通常的工业用低压蒸汽的加热盘管等加热器而被加热。加热容器12内的煤类的液体粘结材料8的温度为液体粘结材料8的液化温度以上且石油类的固体粘结材料11的液化温度以下。该加热温度例如为140℃。因此，在加热容器12内，液体粘结材料8以液体存在。另外，在本发明中，根据JISK 2531测定软化点。另外，例如还可以根据ASTM D36测定该软化点，再转换为JISK 2531的软化点。另外，将粘度达到100cP的温度定义为液化温度，以100cP的粘度(0.1Pa·s)为基准来判断粘结材料的状态(固体或液体)。
进而，向加入有液体粘结材料8的加热容器12中投入石油类的固体粘结材料11的块，通过使该固体粘结材料11溶解来制备液态的混合粘结材料13。将该混合粘结材料13与在混炼机3中粉碎的煤1混炼，来制备混合原料。将与混合粘结材料11混合的煤1(混合原料)供给到焦炭炉6，通过将该煤1(混合原料)在焦炭炉6中进行干馏来制造焦炭7制造。
石油类的固体粘结材料11例如为沥青(asphalt pitch)、石油类溶剂脱沥青的沥青、石油类重质馏分、石油沥青。尤其是作为石油类的固体粘结材料11，优选使用原油精制时作为重油残渣的沥青。石油类的固体粘结材料11还可以为将沥青加工而成的粘结材料。
另外，煤类的液体粘结材料8例如为焦油(煤焦油)、焦油中的重质成分、煤焦油沥青、软沥青。尤其是作为煤类的液体粘结材料8，优选使用焦油(煤焦油)。煤类的液体粘结材料8还可以为将焦油(煤焦油)加工而成的粘结材料。
作为一个例子，图3表示温度与各粘结材料的粘度的关系。低软化点的固体粘结材料A(图3中的数据A)为沥青。液体粘结材料B(图3中的数据B)为煤焦油。液体粘结材料C(图3中的数据C)为通过蒸馏除去了煤焦油的轻质成分的重质化煤焦油。
另外，混合粘结材料M1(图3中的数据M1)通过以3∶1的质量比使固体粘结材料A溶解到液体粘结材料C中而得到。混合粘结材料M2(图3中的数据M2)通过以3∶1的质量比使固体粘结材料A溶解到液体粘结材料B中而得到。混合粘结材料M3(图3中的数据M3)通过以1∶1的质量比使固体粘结材料A溶解到液体粘结材料B中而得到。
如图3所示，为了使固体粘结材料A的粘度达到100cP以下，必须将固体粘结材料A加热到230℃以上的温度。因此，为了将固体粘结材料A单独液化，如上述那样需要专用的热源，因而成本增加。另外，将加热到的液体状态的固体粘结材料A添加到煤时，固体粘结材料A因温度降低而凝固，不能与煤均匀地混合。因此，需要将混炼机3整体加热到固体粘结材料A的粘度达到100cP以下的液化温度以上的温度，因而成本增加。
另一方面，液体粘结材料B和C的粘度在100℃以下为100cP以下。并且，如图3中的M1、M2以及M3所示，通过将单独在140℃以下不能液化的固体粘结材料A与液体粘结材料B或C混合，能够使混合粘结材料的粘度在140℃下降低到100cP以下。因此，在将固体粘结材料A的块投入至加热到140℃的加热容器12的液体粘结材料B或C中时，固体粘结材料A溶解。即，将加热容器12内的煤类的液体粘结材料8加热到石油类的低软化点的固体粘结材料11的液化温度以下且煤类的液体粘结材料8的液化温度以上的温度，将低软化点的固体粘结材料11投入到加热容器12内的液体粘结材料8中，由此，低软化点的固体粘结材料11溶解。
优选该加热容器12内的煤类的液体粘结材料8的加热温度为150℃以下。此时，加热容器12内的煤类的液体粘结材料8的粘度为100cP以下。另外，考虑到石油类的固体粘结材料11的溶解速度，优选煤类的液体粘结材料8的温度为60℃以上。另外，即使在添加了石油类的固体粘结材料11的情况下，通过使加热容器12的温度保持为一定的值，煤类的液体粘结材料8的温度能够保持在规定的值。因此，混合粘结材料13的温度与液体粘结材料8的温度相同。在该温度下，优选混合粘结材料的粘度为100cP以下。
另外，为了使石油类的固体粘结材料11有效地溶解在煤类的液体粘结材料8中，优选石油类的固体粘结材料11具有180℃以下的软化点。此时，石油类的固体粘结材料11的粘度达到100cP的温度(液化温度)为350℃以下。另外，考虑到分馏等的制造条件，该石油类的固体粘结材料11的粘度达到100cP以下的温度(液化温度)也可以为60℃以上。进而，为了使混合粘结材料13的粘度达到100cP的温度为150℃以下，优选使石油类的固体粘结材料11溶解在煤类的液体粘结材料8中来制备混合粘结材料13。另外，考虑到煤类的液体粘结材料8的粘度，混合粘结材料13的粘度达到100cP以下的温度也可以为40℃以上。另外，优选煤(混合原料)中的全部粘结材料(混合粘结材料)的添加率为0.5重量％以上且10重量％以下。
在本发明的第1实施方式中，通过在微粒化的煤1中添加该混合粘结材料13，与在煤1中只添加固体粘结材料11的情况相比，能够使每单位量的粘结材料的焦炭强度的增加量大幅提高，还能够使膨胀压降低。进而，能够不会伴有处理困难地使用石油类的低软化点的固体粘结材料。
这样的焦炭强度的提高效果(每单位量的粘结材料的焦炭强度的增加量的提高)考虑是如以下这样产生。石油类粘结材料(低软化点的粘结材料)与煤粒子的化学结构有较大不同，因此，难以与煤粒子融合。然而，通过在容易与煤粒子融合的煤类粘结材料(液体粘结材料)中伴有石油类粘结材料，能够使石油类的固体粘结材料渗透到煤粒子之间。因此，通过使石油类的固体粘结材料溶解到煤类的液体粘结材料中，能够使固体粘结材料极其良好地分散到煤粒子之间。通过该石油类的固体粘结材料和煤的液体粘结材料，煤粒子有效地结合，从而产生了上述的焦炭强度的提高效果。
另外，使固体状态的固体粘结材料细粒化并分散到煤粒子的间隙中时，不能得到与固体粘结材料的添加量相应的充分的焦炭强度的提高效果。然而，在本发明的第1实施方式中，通过使石油类的固体粘结材料溶解在煤类的液体粘结材料(粘合剂)中，能够得到充分的焦炭强度的提高效果。
在本发明的第1实施方式中，不仅能够使焦炭强度提高，还能够大幅度抑制膨胀压。如上述那样，可以认为由于固体粘结材料在煤粒子之间充分地分散，从而膨胀压被大幅度抑制。
[第2实施方式]
图2为表示本发明的高炉用焦炭的制造方法的第2实施方式的框图。
在该第2实施方式中，与第1实施方式同样地，通过在加热容器12中的液体粘结材料8中投入固体粘结材料11的块来制备液态的混合粘结材料13。然而，将用粉碎机2粉碎的煤1在干燥分级机14内分级为微粉煤15和粗粒煤16。将该微粉煤15供给到混炼机3中，并在该混炼机3中添加混合粘结材料13。在混炼机13中，将微粉煤15和混合粘结材料13混炼(混合)来制备混合原料。另外，粗粒煤16添加到与混合粘结材料13混合的微粉煤15(混合原料)中，送入焦炭炉6中。通过将该微粉煤15和粗粒煤16在焦炭炉6进行干馏来制造焦炭7。在该情况下，也使焦炭强度提高，并使膨胀压降低。如此，与混合粘结材料的混合的原料煤可以为微粉煤。另外，该微粉煤可以将煤粉碎后分级而得到。另外，粗粒煤没必要直接与混合粘结材料混合，只要与上述的混合原料混合即可。
即，上述的第1的实施方式和第2的实施方式至少共同的方法，如下所述。将煤类的液体粘结材料加热到煤类的液体粘结材料的液化温度以上且石油类的固体粘结材料的液化温度以下的温度。然后，使石油类的固体粘结材料溶解到煤类的液体粘结材料中来制备混合粘结材料。将该混合粘结材料和原料煤混合而制备混合原料后，将该混合原料干馏来制造焦炭。
根据上述的方法，能够使焦炭强度增加，使焦炭的收率提高。另外，能够抑制装入到焦炭炉中的原料煤的膨胀压，减轻对焦炭炉的负荷。进而，使得在工业上使用困难的廉价的低软化点的固体粘结材料的处理变得容易，并且能够最大限度地利用固体粘结材料的粘结特性。
实施例
表1中表示石油类的固体粘结材料A1～A3和煤类液体粘结材料B及C。表1中的石油类的固体粘结材料A1～A3具有180℃以下的低的软化点。表2中表示实施例1～7和比较例1～7的焦炭的原料条件以及焦炭强度、膨胀压等的焦炭制造结果。实施例1～7中，将表1所示的石油类的固体粘结材料A1、A2、或A3的块溶解到100℃～150℃的煤类的液体粘结材料B或C中而得到混合粘结材料。进而，将该混合粘结材料添加到原料煤中。在比较例2和4～7中，将石油类的固体粘结材料A1粉碎而使用。通过将表2所示的焦炭原料混合后进行干馏，制造焦炭。
另外，表2中的原料煤b是挥发成分VM为27.0％、总膨胀率TD为70％的配煤。在此，挥发成分VM通过JIS M 8812“煤类以及焦炭类的工业分析方法”的挥发成分定量方法求出。另外，总膨胀率TD(以下记为“TD(％)”)为通过JIS M 8801的膨胀性试验方法测定的收缩率和膨胀率的和。
另外，表1中的软化点通过JIS K 2531(与ASTM D36类似的方法)的软化点试验方法测定。另外，表2中的焦炭强度D150 15通过JIS K 2151的旋转强度试验方法(转鼓法)测定。表2中的膨胀压用下面的方法测定。在炉宽为400mm、炉长为1000mm、炉高为1000mm的活动壁型试验焦炭炉中以0.85t/m3的装入密度装入水分调节为3％的配煤，将该配煤在1250℃的温度干馏18小时。连续测定该干馏过程中作用于活动壁上的负荷，将测定的最大负荷除以煤所接触的炉壁面积，求出膨胀压。
[表1]
Figure BDA0000096103300000081
*H/C为氢与碳的原子比。
Figure BDA0000096103300000091
如表2所示，在比较例1中，没有在原料煤中添加粘结材料。此时，制造的焦炭的焦炭强度DI150 15(转鼓指数DI150 15)为84.0。另外，比较例2～7、以及实施例1～7中的焦炭强度的增加量(DI增加量ΔDI150 15)以比较例1的焦炭强度为基准计算。即，焦炭强度的增加量为与比较例1的焦炭强度的差。
另外，在比较例1中，膨胀压为10.0kPa。该膨胀压过高时，由于有可能导致焦炭炉的炉壁损伤等，期望抑制膨胀压。
在比较例2中，将微粒化的石油类的固体粘结材料A1(粒径小于3mm的粒子的比例为85重量％)添加到原料煤b中。相对于全部原料，石油类的固体粘结材料A1的添加率为3重量％。与比较例1相比，焦炭强度DI150 15增加0.9，膨胀压降低。另外，固体粘结材料A1在实验室水平通过粉碎能够细粒化。然而，固体粘结材料A1由于在工业上因粉碎时的热量而软化(粘性降低)，不能细粒化。另外，粘结材料总添加率为将全部的粘结材料(固体粘结材料以及液体粘结材料)的添加率合计。焦炭强度的提高效果(DI提高效果ΔDI150 15/重量％)为每1重量％添加的粘结材料的焦炭强度的增加量。该焦炭强度的提高效果通过将焦炭强度的增加量除以粘结材料总添加率来计算。在比较例2中，焦炭强度的提高效果(DI提高效果)为0.30(0.9/3)/重量％。
在比较例3中，仅在原料煤b中添加了煤类的液体粘结材料B。相对于全部原料，煤类的液体粘结材料B的添加率为3重量％。与比较例1和2相比，焦炭强度增加，膨胀压降低。另外，DI提高效果比比较例2大。从该比较例2和比较例3的比较可知，易渗透到原料煤中的液体粘结材料有效地将原料煤之间结合。
在比较例4～7中，在原料煤b中添加了通过粉碎而细粒化的固体粘结材料A1(粒径小于3mm的粒子的比例为85重量％)以及液体粘结材料B。另外，在比较例4中，固体粘结材料A1的添加率为0.75重量％、液体粘结材料B的添加率为2.25重量％、粘结材料总添加率为3重量％。在比较例5中，固体粘结材料A1的添加率为1.5重量％、液体粘结材料B的添加率为1.5重量％、粘结材料总添加率为3重量％。在比较例6中，固体粘结材料A1的添加率为0.3重量％、液体粘结材料B的添加率为2.7重量％、粘结材料总添加率为3重量％。在比较例7中，固体粘结材料A1的添加率为1重量％、液体粘结材料B的添加率为3重量％、粘结材料总添加率为4重量％。
在实施例1～4中，按照上述的本发明的第1实施方式，在原料煤b中添加了使固体粘结材料A1溶解到液体粘结材料B中而得到的混合粘结材料。在实施例1中，固体粘结材料A1的添加率为0.75重量％、液体粘结材料B的添加率为2.25重量％、粘结材料总添加率为3重量％。在实施例2中，固体粘结材料A1的添加率为1.5重量％、液体粘结材料B的添加率为1.5重量％、粘结材料总添加率为3重量％。在实施例3中，固体粘结材料A1的添加率为0.3重量％、液体粘结材料B的添加率为2.7重量％、粘结材料总添加率为3重量％。在实施例4中，固体粘结材料A1的添加率为1重量％、液体粘结材料B的添加率为3重量％、粘结材料总添加率为4重量％。
另外，在实施例5中，按照上述的本发明的第1实施方式，在原料煤b中添加了使固体粘结材料A1溶解到液体粘结材料C中而得到的混合粘结材料。在实施例5中，固体粘结材料A1的添加率为1重量％、液体粘结材料B的添加率为3重量％、粘结材料总添加率为4重量％。
另外，在实施例6中，按照上述的本发明的第1实施方式，在原料煤b中添加了使固体粘结材料A2溶解到液体粘结材料B中而得到的混合粘结材料。在实施例6中，固体粘结材料A2的添加率为1重量％、液体粘结材料B的添加率为3重量％、粘结材料总添加率为4重量％。进而，在实施例7中，按照上述的本发明的第1实施方式，在原料煤b中添加了使固体粘结材料A3溶解到液体粘结材料B中而得到的混合粘结材料。在实施例7中，固体粘结材料A3的添加率为1重量％、液体粘结材料B的添加率为3重量％、粘结材料总添加率为4重量％。
在此，在比较例4和实施例1、比较例5和实施例2、比较例6和实施例3、以及比较例7和实施例4中，固体粘结材料A1和液体粘结材料B的添加率相同。另外，在比较例7和实施例5～7中，固体粘结材料和液体粘结材料的添加率相同，固体粘结材料或液体粘结材料的种类不同。
在比较例4～7以及实施例1～7中，与比较例1和2相比，焦炭强度增加，膨胀压降低。另外，表3中，对于表2中所示的比较例4～7以及实施例1～7，对应于上述的各粘结材料的添加量，汇总了焦炭强度、膨胀压、焦炭强度增加量以及DI提高效果。
[表3]
Figure BDA0000096103300000121
实施例1～7的焦炭强度比对应的比较例4～7的焦炭强度大。另外，实施例1～7的膨胀压比对应的比较例4～7的膨胀压小。尤其是，在实施例4～7中，进一步抑制了膨胀压。实施例1～7的DI提高效果均在0.6以上，比比较例4～7的DI提高效果大。另外，实施例1～7的DI提高效果是仅添加了固体粘结材料A1的比较例2的DI提高效果的2倍以上。
另外，仅添加了液体粘结材料3重量％的比较例3的焦炭强度为85.8，膨胀压为7.0kPa。然而，在使1重量％的固体粘结材料溶解到3重量％的液体粘结材料中的实施例4～7中，能够使焦炭强度增大到86.4以上，使膨胀压较大地降低到6.1kPa以下。进而，在实施例1～7中，含有固体粘结材料的混合粘结材料的处理与液体粘结材料的处理同样容易。并且，能够最大限度地利用固体粘结材料的粘结特性。
产业上的可利用性
在高炉用焦炭的制造方法中，能够将固体粘结材料作为添加到焦炭原料煤中的液态的粘结材料来使用，能够实现焦炭强度的提高和膨胀压的降低。
符号说明
1煤(原料煤)
2粉碎机
3混炼机
4固体粘结材料
5整粒机
6焦炭炉
7焦炭
8液体粘结材料
11固体粘结材料
12加热容器
13混合粘结材料
14干燥分级机
15微粉煤
16粗粒煤

Claims (8)

1.一种高炉用焦炭的制造方法，其特征在于，
将煤类的液体粘结材料加热到所述煤类的所述液体粘结材料的粘度达到100cP的液化温度以上且石油类的固体粘结材料的粘度达到100cP的液化温度以下的温度；
使所述石油类的所述固体粘结材料溶解到所述煤类的所述液体粘结材料中来制备混合粘结材料；
将原料煤与所述混合粘结材料混合来制备混合原料；
将所述混合原料干馏。
2.根据权利要求1所述的高炉用焦炭的制造方法，其特征在于，所述石油类的所述固体粘结材料具有180℃以下的软化点。
3.根据权利要求1所述的高炉用焦炭的制造方法，其特征在于，所述石油类的所述固体粘结材料为沥青。
4.根据权利要求1所述的高炉用焦炭的制造方法，其特征在于，所述煤类的所述液体粘结材料为煤焦油。
5.根据权利要求1所述的高炉用焦炭的制造方法，其特征在于，所述煤类的所述液体粘结材料的加热温度为150℃以下。
6.根据权利要求1所述的高炉用焦炭的制造方法，其特征在于，所述温度下的所述混合粘结材料的粘度为100cP以下。
7.根据权利要求1所述的高炉用焦炭的制造方法，其特征在于，所述原料煤为微粉煤。
8.根据权利要求7所述的高炉用焦炭的制造方法，其特征在于，所述微粉煤通过将煤粉碎后进行分级而得到。
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