JP2004035739A - 冶金用コークスの製造方法及び擬似粒子 - Google Patents

Abstract

【課題】気孔生成材を核としてその周囲に気孔壁強化材を付着させた擬似粒子を作成し、該擬似粒子を配合炭に添加するコークスの製造方法を発展させ、コークス強度を低下させることなく気孔率の高い低嵩密度コークスを製造することができる新たな冶金用コークスの製造方法を提供する。
【解決手段】気孔生成材を核として、その周囲に気孔壁強化材を被覆してなる擬似粒子を製造する。気孔生成材に、最大平均反射率（Ｒｏ）が１．３％以上でギーセラー流動性（ＭＦ）が５０ｄｄｐｍ以下である気孔壁強化材（Ａ）を先に被覆し、その後最大平均反射率（Ｒｏ）が１．０％以上でギーセラー流動性（ＭＦ）が８００ｄｄｐｍ以上である気孔壁強化材（Ｂ）を被覆する。ギーセラー流動性の低い気孔壁強化材Ａが気孔生成材の界面に発生する微細亀裂を閉塞させるので、コークスの強度低下を抑制する。またギーセラー流動性の高い気孔壁強化材Ａは流動性が高いため、擬似粒子周辺の広範囲な気孔壁の強化が行える。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭を乾留して冶金用コークスを製造する冶金用コークスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の高炉操業においては、特に微粉炭の多量吹き込み操業の定常化に伴って、炉下部の通気性の低下が問題として挙げられている。この通気性の低下は、微粉炭多量吹き込みに伴う微粉炭の未燃焼チャーの増加、及び炉内の通気性を確保するためのコークス装入量の減少によって生じるものである。高炉操業においては、通気性を確保するために、炉内におけるコークス充填層内の空隙率を増やすことが必要である。そのために、大粒径のコークスを装入してコークス間の空隙を大きくすること、およびコークス自体の気孔率を高めて低嵩密度とし、空隙率を確保することが検討されている。
【０００３】
コークス自体の気孔率を高めて低嵩密度にする方法としては、石炭にプラスチック等の気孔生成材を添加して乾留することにより、コークスの塊内に任意の気孔を生成する方法が検討されている。このような方法でコークスの気孔率を高める場合、気孔率が高くなるとコークスの強度自体が低下してしまい、高炉内へ装入した際に炉内で劣化が進み、炉下部で細粒化する。この結果、炉下部の通気性の低下に関する問題が残存する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、コークスの組織構造を塊全体に均一でなく部分的に制御することにより、塊そのものの品質を制御する方法を見出している（特開平１１−２４１０７２号公報参照）。すなわち、気孔生成材を核としてその周囲に気孔壁強化材を付着させた擬似粒子を作成し、該擬似粒子を配合炭に添加することにより、低嵩密度でありながら高強度であるコークスを製造できる。
【０００５】
そして本発明は、気孔生成材を核としてその周囲に気孔壁強化材を付着させた擬似粒子を作成し、該擬似粒子を配合炭に添加するコークスの製造方法を発展させ、コークス強度を低下させることなく気孔率の高い低嵩密度コークスを製造することができる新たな冶金用コークスの製造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】
気孔生成材を単純に添加した場合にコークス強度が低下する原因として、以下の２つの原因が考えられる。一つは、気孔生成材と周囲との界面に微細亀裂が発生することであり、もう一つは、気孔生成材の揮発分が高いので気孔生成材の周囲が高気孔率化し、これにより気孔壁厚みが低下することである。
【０００７】
本発明者らは、ギーセラー流動性が低い低ＭＦ炭はその流動性が低いため、気孔生成材の界面に発生する微細亀裂を閉塞させる一方、高ＭＦ炭はその流動性が高いため、擬似粒子周辺の広範囲な気孔壁の強化が行えることを知見し、気孔壁強化材としてこれらのギーセラー流動性の異なる２種類の石炭を含ませた。
【０００８】
すなわち請求項１の発明は、気孔生成材を核として、その周囲に気孔壁強化材を被覆してなる擬似粒子を製造し、該擬似粒子を石炭に添加する冶金用コークスの製造方法であって、前記気孔壁強化材が、ギーセラー流動性の異なる２種類の気孔壁強化材を含むことを特徴とする冶金用コークスの製造方法により、上述した課題を解決する。
【０００９】
この発明によれば、ギーセラー流動性の低い方の気孔壁強化材が気孔生成材の界面に発生する微細亀裂を閉塞させるので、コークスの強度低下を抑制する。またギーセラー流動性の高い方の気孔壁強化材は流動性が高いため、擬似粒子周辺の広範囲な気孔壁の強化を行う。したがって、コークス強度を低下させることなく気孔率の高い低嵩密度コークスを製造することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の冶金用コークスの製造方法において、前記気孔生成材に、ギーセラー流動性の低い方の気孔壁強化材（Ａ）を先に被覆し、その後ギーセラー流動性の高い方の気孔壁強化材（Ｂ）を被覆することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、気孔壁の強度を効果的に向上させることができる。
【００１２】
また請求項３に記載の発明は、気孔生成材を核として、その周囲に気孔壁強化材を被覆してなる擬似粒子を製造し、該擬似粒子を石炭に添加する冶金用コークスの製造方法であって、前記気孔壁強化材は、最大平均反射率（Ｒｏ）が１．３％以上でギーセラー流動性（ＭＦ）が５０ｄｄｐｍ以下である気孔壁強化材（Ａ）と、最大平均反射率（Ｒｏ）が１．０％以上でギーセラー流動性（ＭＦ）が８００ｄｄｐｍ以上である気孔壁強化材（Ｂ）とを含むことを特徴とする冶金用コークスの製造方法により、上述した課題を解決する。
【００１３】
気孔壁強化材として、高Ｒｏ低ＭＦ炭の気孔壁強化材（Ａ）はコークスの低嵩密度化に寄与し、中Ｒｏ高ＭＦ炭の気孔壁強化材（Ｂ）はコークスの高強度化、粒径拡大に寄与する。コークスの低嵩密度化、高強度化、大粒径化を目指すには、気孔壁強化材として、高Ｒｏ低ＭＦ炭の気孔壁強化材（Ａ）と、中Ｒｏ高ＭＦ炭の気孔壁強化材（Ｂ）とを同時に使用するのが望ましい。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項３に記載の冶金用コークスの製造方法において、前記気孔生成材に、最大平均反射率（Ｒｏ）が１．３％以上でギーセラー流動性（ＭＦ）が５０ｄｄｐｍ以下である気孔壁強化材（Ａ）を先に被覆し、その後最大平均反射率（Ｒｏ）が１．０％以上でギーセラー流動性（ＭＦ）が８００ｄｄｐｍ以上である気孔壁強化材（Ｂ）を被覆することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、気孔壁の強度を効果的に向上させることができる。
【００１６】
前記２種類の前記気孔壁強化材（Ａ）及び気孔壁強化材（Ｂ）の最大平均反射率（Ｒｏ）が、前記気孔生成材の最大平均反射率（Ｒｏ）よりも大きいことが望ましい。
【００１７】
また本発明は、請求項６〜１０に記載のように、気孔生成材を核として、その周囲に気孔壁強化材を被覆してなり、石炭に添加される冶金用コークス用の擬似粒子としても構成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について具体的に説明する。本実施形態においては、石炭として通常の配合炭を用い、これをコークス炉にて乾留することにより冶金用コークスを得る。この際に、気孔生成材を核としてその周囲に気孔壁強化材を被覆させた擬似粒子を配合炭に添加する。
【００１９】
図１は擬似粒子構造を示す。図中（Ａ）は乾留前の擬似粒子構造の模式図を示し、図中（Ｂ）は乾留後の擬似粒子構造の模式図を示す。
【００２０】
気孔生成材１としては、乾留中にガスを発生させてコークス中に気孔を生成する機能を有するものが用いられる。このような気孔生成材１としては、例えば、プラスチック、高ＶＭ炭、高石炭化度の風化炭、半無煙炭等を用いることができる。
【００２１】
気孔壁強化材Ａ及び気孔壁強化材Ｂは、コークスの気孔壁の強化および微細亀裂の閉塞のために用いられる。気孔壁強化材Ａは、気孔生成材の表面に設けられる気孔壁強化材Ａの内層と、気孔壁強化材Ａの内層の外側に設けられる気孔壁強化材Ｂの外層とを有する。
【００２２】
気孔壁強化材Ａ及び気孔壁強化材Ｂのギーセラー流動性ＭＦは互いに異なり、気孔壁強化材Ｂのギーセラー流動性ＭＦは気孔壁強化材Ａのギーセラー流動性ＭＦよりも大きい。
【００２３】
最大平均反射率Ｒｏはコークスの基質の強度を表す。同じ厚みを持ったコークスでも最大平均反射率Ｒｏが大きいほどコークスの基質の強度が高い。この実施形態では、気孔壁強化材Ａ及び気孔壁強化材Ｂの最大平均反射率Ｒｏはいずれも、気孔生成材１の最大平均反射率Ｒｏよりも大きく設定される。本実施形態においては、気孔壁強化材Ｂのギーセラー流動性ＭＦが気孔壁強化材Ａのギーセラー流動性ＭＦよりも大きいのが重要であり、最大平均反射率Ｒｏは気孔壁強化材Ａの方が大きくても気孔壁強化材Ｂの方が大きくてもよい。ただし、気孔壁強化材Ａにはギーセラー流動性ＭＦが低いものを使用するので、低ＭＦ低Ｒｏではコークス強度の低下を招いてしまう。このため気孔壁強化材Ａの最大平均反射率Ｒｏは、ある程度高いものを使用しなければならない。
【００２４】
このようなことから本実施形態では、気孔壁強化材Ａには低ＭＦ高Ｒｏの石炭を使用し、気孔壁強化材Ｂには高ＭＦ中Ｒｏの石炭を使用する。これらの気孔壁強化材Ａ及びＢはいずれもコークスの強度を向上させる石炭である。具体的には気孔壁強化材Ａには最大平均反射率Ｒｏが１．３％以上でギーセラー流動性ＭＦが５０ｄｄｐｍ以下である石炭を使用し、気孔壁強化材Ｂには最大平均反射率Ｒｏが１．０％以上でギーセラー流動性ＭＦが８００ｄｄｐｍ以上である石炭を使用する。気孔壁強化材Ａのギーセラー流動性ＭＦが低いほど界面の補強がし易い。その目安が５０ｄｄｐｍである。
【００２５】
気孔壁強化材の気孔生成材１への被覆方法としては、まず気孔生成材の表面に気孔壁強化材Ａを先に被覆する。その後、気孔生成材に被覆された気孔壁強化材Ａの表面に、気孔壁強化材Ｂを被覆する。これにより気孔壁強化材が、気孔壁強化材Ａの内層と気孔壁強化材Ｂの外層とで構成されるようになる。
【００２６】
擬似粒子はハンドリングに耐え得る強度を有する必要があり、成型用バインダとしては、ＰＤＡ、タール、ソフトピッチ、糖蜜やデンプンなどが利用可能である。
【００２７】
このような方法にて製造された擬似粒子を石炭に添加して乾留を行うことにより、コークス強度を低下させることなく気孔率の高いコークスを、品質のばらつきが小さくかつ高生産性にて得ることができる。
【００２８】
図１（Ｂ）は、気孔生成材１の周辺の気孔径分布と、気孔壁強化材Ａ，Ｂがコークス基質を補強する範囲の模式図を示す。気孔生成材１は揮発分が高いため、擬似粒子周辺の気孔径は大きく気孔率が高い。しかも、周囲との界面に石炭収縮率の差から生じる微細亀裂が発生するため、気孔生成材１を添加するとコークスの強度が低下する。高Ｒｏ低ＭＦ炭である気孔壁強化材Ａは、軟化溶融時の流動性が低いため、気孔生成材と周囲との界面の組織的不連続性やその近傍の微細亀裂によるコークス強度低下を防止すると考えられる。一方、中Ｒｏ高ＭＦ炭である気孔壁強化材Ｂは、軟化溶融時の流動性が高いため、擬似粒子周辺の広範囲なコークス基質強度の向上が行えると考えられる。すなわち気孔壁強化材の種類を変えることで、気孔生成材を添加したことによるコークスの強度を効果的に抑制することができると考えられる。
【００２９】
次に本発明の他の実施形態について説明する。上記実施形態では、気孔壁強化材は、気孔生成材１の表面に設けられる気孔壁強化材Ａの内層と、気孔壁強化材Ａの内層の外側に設けられる気孔壁強化材Ｂの外層とで構成されている。しかし気孔壁強化材は、気孔壁強化材Ａと気孔壁強化材Ｂとが混合された一層から構成されてもよい。気孔壁強化材Ａと気孔壁強化材Ｂとをあらかじめ混合させると、気孔壁強化材Ａ及び気孔壁強化材Ｂを気孔生成材に被覆するのが容易になる。気孔壁強化材Ａ及び気孔壁強化材Ｂのギーセラー流動度及び最大平均反射率Ｒｏは上記実施形態と同様に設定される。
【００３０】
また本発明の要旨を変更しない範囲で、本発明の実施形態は種々変更可能である。例えば気孔壁強化材Ａの内層と気孔壁強化材Ｂの外層との間に、気孔壁強化材の中間層を設けてもよく、さらに気孔壁強化材Ａ及び気孔壁強化材Ｂのみを混合するだけでなく、気孔壁強化材Ａ及び気孔壁強化材Ｂと異なるギーセラー流動性を有する気孔壁強化材Ｃを混合してもよい。
【００３１】
【実施例】
以下実施例について説明する。擬似粒子を配合炭に配合して乾留することによりコークスを製造した。図２は気孔壁強化材種がコークス性状に及ぼす影響を示す。図２中無添加は擬似粒子が無添加のコークスの性状を示し、図２中の気孔壁強化材Ａ又は気孔壁強化材Ｂは、気孔壁強化材Ａ又は気孔壁強化材Ｂが被覆された擬似粒子を配合炭に添加したコークスの性状を示す。この実施例における擬似粒子は気孔生成材に一層のみの気孔壁強化材Ａ又は気孔壁強化材Ｂが被覆された構造を有する。
【００３２】
擬似粒子を添加すると、擬似粒子無添加のベースに比べてコークス性状が向上した。気孔壁強化材に高Ｒｏ低ＭＦ炭の気孔壁強化材Ａを用いると、気孔率の向上が大きかったが、コークス粒径と強度の向上は小さかった。一方気孔壁強化材に中Ｒｏ高ＭＦ炭の気孔壁強化材Ｂを用いると、気孔率の向上は小さかったが、コークス粒径と強度が向上した。これは、高ＭＦ炭は軟化溶融時の流動性が高いため、擬似粒子周辺の微細亀裂や気孔を閉塞することに起因すると考えられる。
【００３３】
図３は気孔壁強化材Ａ及び気孔壁強化材Ｂの被覆方法を変えた場合のコークス性状を示す。図３中無添加は、擬似粒子が無添加のコークスの性状を示し、図３中一層造粒法は、気孔壁強化材Ａのみが被覆された擬似粒子を添加したコークスの性状を示し、図３中混合造粒法は、混合された気孔壁強化材Ａ及び気孔壁強化材Ｂが被覆された擬似粒子を添加したコークスの性状を示し、図中多層造粒法は、気孔壁強化材Ａの内層と気孔壁強化材Ｂの外層が被覆された擬似粒子を添加したコークスの性状を示す。
【００３４】
気孔壁強化材Ａ及び気孔壁強化材Ｂを使用することで、気孔壁強化材Ａを単独で使用する場合より、気孔率の低下を抑制しながら、コークス粒径、強度とも効果的に向上させることができる。これは、気孔壁強化材Ａのみでは擬似粒子周辺の広範囲なコークス基質を補強することはできないが、気孔壁強化材Ｂを用いることでこれが可能になったためと考えられる。
【００３５】
また気孔壁強化材Ａ及び気孔壁強化材Ｂを２層に分けて被覆すると、より一層この効果を奏することができる。これは気孔生成材の界面に発生する微細亀裂や周辺の広範囲なコークス基質を有効に補強できるためと考えられる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、ギーセラー流動性の低い気孔壁強化材Ａが気孔生成材の界面に発生する微細亀裂を閉塞させるので、コークスの強度低下を抑制する。またギーセラー流動性の高い気孔壁強化材Ｂは流動性が高いため、擬似粒子周辺の広範囲な気孔壁の強化が行える。したがって、コークス強度を低下させることなく気孔率の高い低嵩密度コークスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における擬似粒子の構造を示す模式図（図中（Ａ）は乾留前の構造を示し、図中（Ｂ）は乾留後の構造を示す）。
【図２】気孔壁強化材種がコークス性状の及ぼす影響を示すグラフ。
【図３】造粒法がコークス性状に及ぼす影響を示すグラフ。
【符号の説明】
１・・・気孔生成材
Ａ・・気孔壁強化材
Ｂ・・・気孔壁強化材

Claims (10)

1. 気孔生成材を核として、その周囲に気孔壁強化材を被覆してなる擬似粒子を製造し、該擬似粒子を石炭に添加する冶金用コークスの製造方法であって、
   前記気孔壁強化材が、ギーセラー流動性の異なる２種類の気孔壁強化材を含むことを特徴とする冶金用コークスの製造方法。
2. 前記気孔生成材に、ギーセラー流動性の低い方の気孔壁強化材（Ａ）を先に被覆し、
   その後、ギーセラー流動性の高い方の気孔壁強化材（Ｂ）を被覆することを特徴とする請求項１に記載の冶金用コークスの製造方法。
3. 気孔生成材を核として、その周囲に気孔壁強化材を被覆してなる擬似粒子を製造し、該擬似粒子を石炭に添加する冶金用コークスの製造方法であって、
   前記気孔壁強化材は、最大平均反射率（Ｒｏ）が１．３％以上でギーセラー流動性（ＭＦ）が５０ｄｄｐｍ以下である気孔壁強化材（Ａ）と、最大平均反射率（Ｒｏ）が１．０％以上でギーセラー流動性（ＭＦ）が８００ｄｄｐｍ以上である気孔壁強化材（Ｂ）とを含むことを特徴とする冶金用コークスの製造方法。
4. 前記気孔生成材に、最大平均反射率（Ｒｏ）が１．３％以上でギーセラー流動性（ＭＦ）が５０ｄｄｐｍ以下である気孔壁強化材（Ａ）を先に被覆し、
   その後、最大平均反射率（Ｒｏ）が１．０％以上でギーセラー流動性（ＭＦ）が８００ｄｄｐｍ以上である気孔壁強化材（Ｂ）を被覆することを特徴とする請求項３に記載の冶金用コークスの製造方法。
5. 前記２種類の前記気孔壁強化材の最大平均反射率（Ｒｏ）が、前記気孔生成材の最大平均反射率（Ｒｏ）よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の冶金用コークスの製造方法。
6. 気孔生成材を核として、その周囲に気孔壁強化材を被覆してなり、石炭に添加される冶金用コークス用の擬似粒子であって、
   前記気孔壁強化材が、ギーセラー流動性の異なる２種類の気孔壁強化材を含むことを特徴とする冶金用コークス用の擬似粒子。
7. 前記気孔壁強化材が、前記気孔生成材の表面に設けられ、ギーセラー流動性（ＭＦ）が低い方の気孔壁強化材（Ａ）の層と、
   気孔壁強化材（Ａ）の層の外側に設けられ、ギーセラー流動性（ＭＦ）が高い方の気孔壁強化材（Ｂ）の層とを含むことを特徴とする請求項６に記載の冶金用コークス用の擬似粒子。
8. 気孔生成材を核として、その周囲に気孔壁強化材を被覆してなり、石炭に添加される冶金用コークス用の擬似粒子であって、
   前記気孔壁強化材は、最大平均反射率（Ｒｏ）が１．３％以上でギーセラー流動性（ＭＦ）が５０ｄｄｐｍ以下である気孔壁強化材（Ａ）と、最大平均反射率（Ｒｏ）が１．０％以上でギーセラー流動性（ＭＦ）が８００ｄｄｐｍ以上である気孔壁強化材（Ｂ）とを含むことを特徴とする冶金用コークス用の擬似粒子。
9. 前記気孔壁強化材が、前記気孔生成材の表面に設けられ、最大平均反射率（Ｒｏ）が１．３％以上でギーセラー流動性（ＭＦ）が５０ｄｄｐｍ以下である気孔壁強化材（Ａ）の層と、
   気孔壁強化材（Ａ）の層の外側に設けられ、最大平均反射率（Ｒｏ）が１．０％以上でギーセラー流動性（ＭＦ）が８００ｄｄｐｍ以上である気孔壁強化材（Ｂ）の層とを含むことを特徴とする請求項８に記載の冶金用コークス用の擬似粒子。
10. 前記２種類の前記気孔壁強化材の最大平均反射率（Ｒｏ）が、前記気孔生成材の最大平均反射率（Ｒｏ）よりも大きいことを特徴とする請求項５ないし９いずれかに記載の冶金用コークス用の擬似粒子。

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