JP2000063846A

JP2000063846A - コークス強度の推定方法

Info

Publication number: JP2000063846A
Application number: JP23279398A
Authority: JP
Inventors: Seiji Nomura; 誠治野村; Kenji Kato; 健次加藤; Yuji Fujioka; 裕二藤岡; Kouji Saito; 公児齋藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-08-19
Filing date: 1998-08-19
Publication date: 2000-02-29
Anticipated expiration: 2018-08-19
Also published as: JP3914641B2

Abstract

(57)【要約】【課題】石炭の性状を測定して乾留後のコークス品質
を精度よく推定する。【解決手段】コークス炉に装入する石炭の貯蔵弾性率
Ｇ' 、損失弾性率Ｇ''、損失正接tan δ＝Ｇ''／Ｇ' お
よび複素粘性率η* の測定値により、乾留後のコークス
の冷間強度（ドラム強度）および熱間反応後強度（ＣＳ
Ｒ）を推定することを特徴とするコークス強度の推定方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、品質の安定したコ
ークスを得るために、乾留後のコークス品質を精度よく
推定する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コークスの品質（冷間強度（ドラム強
度）および熱間反応後強度（ＣＳＲ））は高炉の操業に
大きな影響を与えるため、コークス炉で製造したコーク
スの品質を安定化させることは極めて重要である。ま
た、所定の品質のコークスを製造するために適切な石炭
配合条件およびコークス化条件を選択することは、コー
クス製造コストの低減につながる。このため、製鐵所に
おいてコークス品質を予測して適切なアクションをとる
ことは、極めて重要な課題である。

【０００３】コークス品質はコークスの構造によって決
まり、コークスの構造の主要部分は石炭が軟化溶融して
いる領域においてほとんど決定される。そのため、軟化
溶融している領域における石炭の物性はコークス品質に
大きな影響を及ぼし、ギーセラー・プラストメーター法
で測定される流動度（ＪＩＳ−Ｍ８８０１）等がコーク
ス品質の推定式に用いられてきた。この推定式は、ギー
セラープラストメーター法で測定される流動度が高い
と、溶融状態にある石炭粒子同士がよく混ざり合い、芳
香族環が再配列して大きな積層構造を形成しやすいため
にコークスの強度が向上するという考えに基づいてい
る。

【０００４】しかしながら、ギーセラー・プラストメー
ター法で測定される流動度は、粘度と類似の指数ではあ
るが、（３５０〜５００）℃に加熱して液状の石炭軟化
物と熱分解発生ガスが混在した状態の中に特殊な形状の
羽を挿入し、一定トルクで回転させた時の最大回転速度
を測定しているにすぎず、いわゆる物性としての粘度と
は大きく異なる量である。特に、流動度が高い粘結炭等
においては測定誤差が大きい。そのため、石炭のコーク
ス化現象において軟化過程がコークスの構造を決定する
最も重要な過程であるにもかかわらず、軟化溶融状態に
ある石炭物性を正確に測定することが困難であったた
め、コークス炉操業において原料配合変化に伴うコーク
ス品質変化を精度良く推定することはできないという問
題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、品質の安定
したコークスを得るために、石炭の性状を測定して乾留
後のコークス品質を精度よく推定することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するため、軟化溶融状態にある石炭の動的粘弾性を測
定し、動的粘弾性パラメーターを用いてコークスの品質
を推定することを特徴とする。本発明の要旨は、（１）コークス炉に装入する石炭の貯蔵弾性率Ｇ' 、
損失弾性率Ｇ''、損失正接tan δ＝Ｇ''／Ｇ' および複
素粘性率η* の測定値により、乾留後のコークスの冷間
強度（ドラム強度）および熱間反応後強度（ＣＳＲ）を
推定することを特徴とするコークス強度の推定方法であ
る。（２）コークス炉に装入する石炭の貯蔵弾性率Ｇ' 、
損失弾性率Ｇ''、損失正接tan δ＝Ｇ''／Ｇ' 、複素粘
性率η* の測定値、およびコークス炉の操業パラメータ
ーにより、乾留後のコークスの冷間強度（ドラム強度）
および熱間反応後強度（ＣＳＲ）を推定することを特徴
とするコークス強度の推定方法である。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者らは、コークス炉内においては再固化過程にあ
る層は隣接する軟化溶融層によって圧縮されるため、軟
化溶融〜再固化過程にある石炭の被圧縮性もコークスの
構造・強度を支配する大きな要因であると考え、軟化溶
融状態にある石炭の粘性のみでなく弾性にも着目した。

【０００８】そこで本発明者らは、各種石炭の動的粘弾
性パラメーター（貯蔵弾性率' Ｇ'、損失弾性率Ｇ''、
損失正接tan δ＝Ｇ''／Ｇ' および複素粘性率η* ）の
温度分散とコークス品質（冷間強度（ドラム強度）およ
び反応後強度（ＣＳＲ））の関係を調査した。その結
果、石炭の動的粘弾性パラメーターと乾留後のコークス
品質とは強い相関があることを見出した。これにより、
コークス炉に装入する石炭の動的粘弾性パラメーターを
測定することにより、コークス品質を精度よく推定でき
る可能性が示唆された。本発明は、これらの知見に基づ
いて完成された。以下、本発明を具体的に説明する。

【０００９】動的粘弾性パラメーターについては、各単
味炭の動的粘弾性パラメーターの温度分散を公知の方法
で測定した。具体的には、ペレット状に成型した石炭を
平行平板型装置にはさみ、所定の振動を与えて応答応力
を測定する際に、窒素気流中において所定の昇温速度で
昇温し、動的粘弾性パラメーターの温度変化を測定し
て、損失正接の最大値（tan δ_max ）、複素粘性率の最
小値（η^* _min）、再固化温度における複素粘性率
（η^* _r）を求める。配合炭については、これら単味炭の
動的粘弾性パラメーターの加成平均値を用いる。

【００１０】動的粘弾性パラメーターにおいて、貯蔵弾
性率（Ｇ' ）は硬さの指標であり、１周期当りに貯蔵さ
れ完全に回復するエネルギーの尺度、損失弾性率（Ｇ"
）は柔らかさの指標であり、１周期当りに熱として消
失するエネルギーの尺度である。また、損失正接（tan
δ）はＧ''／Ｇ' で表される。

【００１１】本発明者らは、ドラム強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅ ）
と動的粘弾性パラメーターの関係を実測し、ドラム強度
が損失正接の最大値（tan δ_max ）および再固化温度に
おける複素粘性率（η^* _r）に比例するという知見を得
た。

【００１２】すなわち、ドラム強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅ ）＝a₁・tan δ_max ＋a₂・log η^* _r＋a₃ ・・・・(1) また、熱間反応後強度（ＣＳＲ）と動的粘弾性パラメー
ターの関係を実測し、熱間反応後強度が損失正接の最大
値（tan δ_max ）および複素粘性率の最小値（η^* _min）
に比例するという知見を得た。

【００１３】すなわち、熱間反応後強度（ＣＳＲ）＝b₁・tan δ_max ＋b₂・log η^* _min＋b₃ ・・・・ (2) ここで、ドラム強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅ ）はＪＩＳ−２１５１
に規定されているコークスの冷間強度である。熱間反応
後強度（ＣＳＲ）はコークスを二酸化炭素と１１００℃
で２時間反応させた後の強度である（Nishi, T., et a
l, Journal of Fuel Society of Japan, Vol 61, 1982,
p.1066-1073, 2)ASTM-D5341)。

【００１４】また、ドラム強度および熱間反応後強度
は、炉温、置時間、石炭粒度、装入炭水分、装入密度等
の操業パラメーターに依存する。実際のコークス炉操業
においては、石炭配合のみでなく、上記の操業パラメー
ターも変化させることから、これらの操業パラメーター
を加えることにより、ドラム強度および熱間反応後強度
をさらに精度良く推定することができる。

【００１５】具体的には、例えばドラム強度について
は、ドラム強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅ ）＝a₁・tan δ_max ＋a₂・log η^* _r＋a₃＋a₄・炉温＋a₅・置時間＋a₆・石炭粒度（-3mm %）＋a₇・装入炭水分＋a₈・装入密度・・・・ (3) の関係がある。

【００１６】また、熱間反応後強度については、熱間反応後強度（ＣＳＲ）＝b₁・tan δ_max ＋b₂・log η^* _min＋b₃＋b₄・炉温＋b₅・置時間＋b₆・石炭粒度（-3mm %）＋b₇・装入炭水分＋b₈・装入密度・・・・(4) の関係がある。

【００１７】これらの式の係数は、種々の配合炭につい
て、単味炭の動的粘弾性パラメータの加成平均値、操業
パラメータとコークス強度の関係を調べることにより、
実験的に求めることができる。

【００１８】

【実施例】実施例１表１に示す石炭について、動的粘弾性パラメーターを測
定した。また、同一石炭を、装入密度７２０ｋｇ／ｍ
³ 、水分８％、粉砕粒度−３ｍｍ８０％の条件で、幅
４００ｍｍ、高さ４００ｍｍ、奥行き６００ｍｍの試験
コークス炉において乾留した。乾留時の炉温は１２００
℃とし、乾留時間は１８．５時間とした。乾留後コーク
スを窒素で冷却した後、ドラム強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅ ）およ
び熱間反応後強度（ＣＳＲ）を測定した。その結果よ
り、前述の（１）式と（２）式の各定数を求め、次式を
得た。

【００１９】ドラム強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅ ）＝8.503 ・tan δ_max ＋40.464・log η^* _r−178. 747 ・・・・（５）熱間反応後強度（ＣＳＲ）＝２７．５４１・tan δ_max −0.1 ・log η^* _min
＋1.52 8 ・・・・(6) この式より求めたドラム強度の推定値と実測値、および
熱間反応後強度の推定値と実測値とを比較したところ、
図１および図２に示すように、両者は良好な一致を示し
た。

【００２０】

【表１】

【００２１】実施例２各種の配合炭を、炉温および置時間を変えて試験コーク
ス炉で乾留した際の、コークスの熱間反応後強度を測定
し、前述の（４）式の各定数を求め、次式を得た。

【００２２】熱間反応後強度（ＣＳＲ）＝27.541・tan δ_max −0.1 ・log η^* _min−24＋ 0.02・炉温（℃）＋0.5 ・置時間（hr）・・・・( ７) この式より求めたドラム強度の推定値と実測値、および
熱間反応後強度の推定値と実測値とを比較したところ、
図３に示すように、両者は良好な一致を示した。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、本発明により、コークス
品質を精度よく推定可能となり、石炭評価精度の向上お
よびコークス製造コストの低減が達成され、その経済的
な効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における粘弾性パラメーターを用いた
ドラム強度推定値と測定値の関係を示す図である。

【図２】実施例１における粘弾性パラメーターを用いた
熱間反応後強度推定値と測定値の関係を示す図である。

【図３】実施例２における粘弾性パラメーターおよび操
業パラメーターを用いた熱間反応後強度推定値と測定値
の関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤岡裕二川崎市中原区井田３丁目35番１号新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者齋藤公児川崎市中原区井田３丁目35番１号新日本製鐵株式会社技術開発本部内Ｆターム(参考） 4H012 EA00 LA00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コークス炉に装入する石炭の貯蔵弾性率
Ｇ' 、損失弾性率Ｇ''、損失正接tan δ＝Ｇ''／Ｇ' お
よび複素粘性率η* の測定値により、乾留後のコークス
の冷間強度（ドラム強度）および熱間反応後強度（ＣＳ
Ｒ）を推定することを特徴とするコークス強度の推定方
法。
【請求項２】コークス炉に装入する石炭の貯蔵弾性率
Ｇ' 、損失弾性率Ｇ''、損失正接tan δ＝Ｇ''／Ｇ' 、
複素粘性率η* の測定値、およびコークス炉の操業パラ
メーターにより、乾留後のコークスの冷間強度（ドラム
強度）および熱間反応後強度（ＣＳＲ）を推定すること
を特徴とするコークス強度の推定方法。