JP2005213461A

JP2005213461A - コークス炉装入用石炭の製造方法

Info

Publication number: JP2005213461A
Application number: JP2004024694A
Authority: JP
Inventors: Koji Hanaoka; 浩二花岡; Shozo Itagaki; 省三板垣
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2024-01-30
Also published as: JP4265422B2

Abstract

【課題】安価な非微粘炭100%で、ノーバインダによる比較的低温な条件での熱間成形を行うことができ、成形炭製造時のコストダウンおよび省エネを達成できるコークス炉装入用石炭の製造方法を提供する。
【解決手段】コークス炉装入用の石炭を、コークス炉に装入する前にブリケットに成形するコークス炉装入用石炭の製造方法において、ダブルロール成形機３にて、成形温度110〜200℃、ロール周速0.25m/s以下、成形線圧1.6t/cm以上で石炭を成形する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コークス炉装入用石炭をブリケットに成形する方法において、コークス化に適さないとされてきた炭化度及び熱的流動性が低い非微粘炭を比較的低温の熱間で成形する方法に関する。

コークスは銑鉄製造のための高炉法では、なくてはならない原料の一つである。高炉でのコークスの役割としては、主に鉄鉱石を還元するための還元材、高炉という容器の中の充填材（鉄鉱石は溶融して液状の銑鉄となるので高炉炉下部から多量の熱風を吹き込むためには、強固な固体充填物が必要となる）、還元された鉄を溶融する熱源などである。このような高炉法にとって重要である原料のコークスは、現状コークス炉で石炭より製造されている。強度が高い、優良なコークスを製造するためには、石炭の中でも粘結性を有する強粘結炭と呼ばれる良質で高価な石炭が必須である。しかし、これら良質で高価な石炭の配合比率を少なくすることは、コークス製造のコストダウンにつながる。つまり、粘結炭を少なくして、より安価で粘結性が粘結炭より劣っている弱粘炭や、さらに安価で粘結性が殆どない非微粘炭を少しでも多く配合することが、コークス製造のコスト削減となるのである。

けれども、このような弱粘炭や非微粘炭の配合率を増加させていくと、コークス強度は低下していく。このような強度低下を軽減させる方法としては、コークス炉に投入する配合炭の水分を低下させて、コークス炉炭化室での配合炭の充填密度を増加させたり、充填密度の高い成形炭(ブリケット)を混入して炭化室内充填密度を上昇させたりする方法がとられてきた。炭化室内の充填密度を増加させることができれば、コークス炉で使用する配合炭のうち安価である弱粘炭や非微粘炭の配合比率を増加させることができる。

成形炭をコークス炉炭化室に粉の配合炭と同時に混入させる方法は、成形炭装入法といわれ、日本でも数ヶ所の製鉄所で実施されている。石炭を成形する方法としては、ダブルロール型、打ち抜き型、押し出し型、ペレタイザーなどの成形機による方法などがある。石炭粉には成形のための粘結剤を添加したりしなかったりするが、冷間成形(100℃前後)法では、普通、粘結剤としてタールやピッチを10%前後添加する。また、熱間の成形 (300〜500℃)では、主に粘結剤等は使用せず、石炭自体の持つ熱可塑性を利用して成形する。

熱間成形方法の特許文献として、特許文献１（特公昭63-32839号公報）、特許文献２（特開昭64-62394号公報）、特許文献３（特開平7-109464号公報）、特許文献４（特開平7-109465号公報）、特許文献５（特開平7-118661号公報）、特許文献６（特開平7-118662号公報）、特許文献７（特開平7-126656号公報）、特許文献８（特開平7-126657号公報）等がある。熱間の成形温度は、特許文献１では200〜400℃、特許文献２では300℃前後、また、特許文献５と特許文献６では軟化開始温度-50(℃)〜軟化開始温度まで、特許文献８では軟化開始温度-150(℃)〜軟化開始温度までとなっている。

つまり、これらをまとめてみると熱間の成形温度は、200〜500℃弱程度の範囲である。これは、熱間成形の特徴でもあるノーバインダでの成形を達成させるために、石炭自身の熱可塑性を利用しようとするため、石炭の軟化溶融温度領域前後での成形条件となっている。しかし、もし熱間の成形温度が低下できれば、プロセス的にも大幅な省エネとコストダウンを達成できる。

また、熱間成形における配合中の非微粘炭の比率は、特許文献１と特許文献２では低品位炭100%(低品位炭の定義の記載なし)ではあるが、特許文献３と特許文献４では40〜60%配合、特許文献６では0〜60%配合となっている。これは、粘結炭の方が、熱可塑性が高いために、非微粘炭を多く使用すると熱間成形時に粒子の融着不足になり、成形炭の強度が発現しないためである。しかし、安価な非微粘炭をできるだけ多く使用することができれば、成形炭製造、ひいては、成形炭を装入する成形炭装入法で製造するコークスの製造コストを大幅に低減することができる。

特公昭63-32839号公報特開昭64-62394号公報特開平7-109464号公報特開平7-109465号公報特開平7-118661号公報特開平7-118662号公報特開平7-126656号公報特開平7-126657号公報

熱間成形で使用する石炭を全量安価な非微粘炭にできれば、配合コストを大幅に低下できる。また、成形温度を比較低温である200℃以下で成形できれば、コスト面のみならず、省エネおよび環境面でも大幅な優れた技術となり得る。しかし、前述の技術をみてみると、強粘結炭を使用せずにノーバインダで熱間成形するためには、200℃以上の高温で成形を行っている。これは先程も述べたように、石炭自身の熱可塑性を引出すためである。

本発明は、前述の従来技術の問題点を解決し、安価な非微粘炭100%で、ノーバインダによる比較的低温な条件での熱間成形を行うことができ、成形炭製造時のコストダウンおよび省エネを達成できるコークス炉装入用石炭の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、熱可塑性の低い非微粘炭を、比較的低温な110〜200℃での成形するためには、ゆっくりと、高圧をかけて成形すればよいことを知見した。

具体的には、請求項１の発明は、コークス炉装入用の石炭を、コークス炉に装入する前にブリケットに成形するコークス炉装入用石炭の製造方法において、ダブルロール成形機にて、成形温度110〜200℃、ロール周速0.25m/s以下、成形線圧1.6t/cm以上で石炭を成形することを特徴とする。

成形炭強度及び成形歩留りを著しく向上させるために、請求項２の発明のように、ダブルロール成形機にて、ロール周速0.1m/s以下、成形線圧3.2t/cm以上で石炭を成形することが望ましい。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のコークス炉装入用石炭の製造方法において、前記ブリケットに成形される石炭は、石炭粒度3ｍｍ以下100％、且つ水分が実質的に0％であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし３いずれかに記載のコークス炉装入用石炭の製造方法において、前記ブリケットに成形される石炭の原料は、石炭炭化度Ｒ₀が算術平均0.95以下で、石炭最高流動度ＭＦ（log(ddpm)）が算術平均1.2以上2.0以下となるような多種銘柄の石炭又は単一銘柄100％であることを特徴とする。

本発明によれば、ノーバインダによる比較的低温な110〜200℃での成形温度で、非微粘炭100%の配合の石炭をブリケットに成形することができ、したがってブリケット製造コストを大幅に低減できるとともに、大幅な省エネを達成することができる。また、得られるブリケットの成形炭強度は、目標強度(25kgf/個)以上に達成させることができる。目標強度よりもさらに成形炭強度の高いブリケットを作製するためにはロール周速を0.1m/s以下、成形線圧を3.2t/cm以上に保持することが好ましい。

以下本発明の一実施形態におけるコークス炉装入用石炭の製造方法について説明する。本発明に従ってコークスを製造するためには、まず、定法に基づき、石炭を予め微粉砕し、粒度３ｍｍ以下になるように調整する。

石炭には、安価な非微粘炭のみを使用する。非微粘炭とは、石炭炭化度Ｒ_０が算術平均0.95以下で、石炭最高流動度ＭＦ（log(ddpm)）が算術平均1.2以上2.0以下となるような多種銘柄の石炭又は単一銘柄100％である。本実施形態では、成形炭装入法で製造するコークスの製造コストを大幅に低減するという観点から、非微粘炭のみを使用するが、非微粘炭に弱粘結炭あるいは粘結炭を配合してもよいのは勿論である。

粉砕・粒度調整された石炭は、乾燥機にて乾燥される。乾燥機では、石炭を水分が実質的に0%になるまで、高温で加熱・乾燥する。

石炭をコークス炉に装入する前に、石炭をダブルロール成形機にてブリケットに成形する。成形する際、非微粘炭100%でもノーバインダで比較的低温の110〜200℃で熱間成形できるように、ダブルロール成形機の成形条件の最適化を測ってブリケットを製造する。具体的には、ダブルロール成形機にて、成形温度110〜200℃、ロール周速0.25m/s以下、成形線圧1.6t/cm以上で石炭を成形する。

図１は、ダブルロール成形機を含めたコークス炉装入用石炭の製造装置を示す。原料としての非微粘炭は原料ホッパ１に投入される。非微粘炭は例えば単羽型スクリュ等の切り出し装置２によって切り出され、ダブルロール成形機３へ搬送される。原料ホッパ１からダブルロール成形機３まで搬送される途中、非微粘炭は例えば移動層型電気炉等の加熱装置４で加熱される。加熱装置４は、ダブルロール成形機に供給される非微粘炭の温度が成形温度110〜200℃になるように非微粘炭を加熱する。この加熱によって、非微粘炭の水分は実質的に0％になる。

ダブルロール成形機３のスクリューフィーダホッパ５に投入される非微粘炭の温度は、熱電対６で測定される。この熱電対６の測定温度が110〜200℃になるように、加熱装置４が制御される。スクリューフィーダホッパ５に投入された非微粘炭は、スクリューフィーダ７によって一対の成形ロール８，８間に供給される。所定容積のカップを有する一対の成形ロール８，８が、非微粘炭を熱間成形する。

図２は、ダブルロール成形機の一対のロールの詳細図を示す。ダブルロール成形機では、一対の成形ロール８，８の接触点に成形線圧がかかるので、成形線圧は下記の式で表される。

成形線圧（ton/cm）＝加圧力(ton)／ロール幅(cm)

以下の実施例に比較例を示しているが、条件さえ最適化すれば、非微粘炭100%の配合でも、ノーバインダの成形を比較的低温な110〜200 ℃での成形温度で達成することができる。つまり、熱可塑性の低い非微粘炭を比較的低温な110〜200℃での成形するためには、ゆっくりと、高圧をかけて成形すればよい。ただ、生産性が低下するという問題点はあるかもしれないが、これは、コークス炉への成形炭装入法で成形炭製造が時間的に律速な場合はこの限りではないが、成形プロセス側で余裕があれば、非微粘炭100%の成形炭を何割か製造すれば、その分コストダウンにつながる。

得られたブリケット状の成形炭は、通常の装入炭に配合された後、コークス炉に送り込まれる。コークス炉では、成形炭及び通常の装入炭を乾留してコークスを得る。

本発明者は、ロール径480mm、カップサイズ50mmL×50mmW×15mmDの容量50mlのカップをもったダブルロールで各種石炭(単味炭の選択および配合により石炭性状を調整)の熱間成形実験を行い、成形したブリケットの圧潰強度をオートグラフにより測定して評価した。実験条件は、表１に示すように、石炭の性状である石炭炭化度Ro、最大流動度MF(log(ddpm)(RoとMFは、配合炭の場合各指数の算術平均値)の非微粘炭領域のRo≦0.95、1.2≦MF≦2.0での各変化に対して、成形条件である成形温度、成形線圧、およびロール周速をそれぞれ変化させて実験を行った。

実施例1〜12までは、本発明で示した範囲内にある各種条件で実験を行った。また、成形炭強度の管理値としては、これまで成形炭装入法で使用した配合炭で作製したブリケット(冷間成形のバインダ入り)の圧潰強度25kgf/個以上とした。本発明の範囲内の条件で実験を行った実施例1〜12はいずれの条件でも、圧潰強度25kgf/個以上となっており目標強度を上廻った。特に、成形線圧3.2t/cmで成形炭を成形した実施例7〜9と、ロール周速0.1m/sで成形した実施例10〜12の成形炭強度は、40kgf/個以上となり、大幅に目標値を上廻った。

これに対し、成形温度110℃以下で成形した場合(比較例1、2)や、成形線圧1.6t/cm未満に成形した場合(比較例3、4)、さらには、ロール周速0.25m/s超えで成形した場合(比較例5、6)には、成形炭強度は、目標値の25kgf/個以下となった。ただ、成形温度が80℃でも、成形線圧を3.2t/cmにした場合(比較例7)や、ロール周速0.10m/sにした場合(比較例8)は目標値の成形炭強度25kgf/個を上廻った。しかし、成形線圧を1.0t/cmに減少させた場合は、成形温度を200℃に増加させても(比較例9)、また、ロール周速を0.10m/sに低下させても(比較例10)、目標値の成形炭強度25kgf/個に達しなかった。一方、ロール周速が0.40m/sと大きい場合には、成形温度を200℃に増加させても(比較例11)、成形炭強度は目標値の25kgf/個に達しなかったが、成形線圧を3.2t/cmに増加させる(比較例12)と成形強度は辛うじて目標値25kgf/個をクリアした。しかし、これらの実施例、および、比較例を総じて見てみると、いくらロール周速を0.1m/s以下、または、成形線圧を3.2t/cmにしても、成形条件全体が、成形温度110〜200℃、かつ、ロール周速0.25m/s以下、かつ、成形線圧1.6t/cm以上となっていなければ、目標成形炭強度(25kgf/個)に達することはできなかった。

つまり、以上のことをまとめると、石炭をノーバインダでダブルロール成形機にてブリケットに成形する技術において、石炭炭化度Ｒ_oが算術平均0.95以下で、石炭最高流動度ＭＦ(log(ddpm))が算術平均1.2以上2.0以下となるような多種銘柄の石炭配合または単一銘柄100%を、成形炭にして成形炭強度を目標強度(25kgf/個)に達成させるためには、石炭粒度3mm以下100%にして、水分０%の石炭を成形温度110〜200℃、ロール周速0.25m/s以下、かつ、成形線圧1.6t/cm以上で成形することが必要であり、この条件内でさらに成形炭強度の高いブリケットを作製するためにはロール周速を0.1m/s以下、または、成形線圧を 3.2t/cm以上に保持することが好ましいことがわかった。

コークス炉装入用石炭の製造装置を示す概略図。ダブルロール成形機の一対のロールの詳細図。

符号の説明

３…ダブルロール成形機
８…成形ロール

Claims

コークス炉装入用の石炭を、コークス炉に装入する前にブリケットに成形するコークス炉装入用石炭の製造方法において、
ダブルロール成形機にて、成形温度110〜200℃、ロール周速0.25m/s以下、成形線圧1.6t/cm以上で石炭を成形することを特徴とするコークス炉装入用石炭の製造方法。
ダブルロール成形機にて、ロール周速0.1m/s以下、成形線圧3.2t/cm以上で石炭を成形することを特徴とする請求項１に記載のコークス炉装入用石炭の製造方法。
前記ブリケットに成形される石炭は、石炭粒度3mm以下100％、且つ水分が実質的に0％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコークス炉装入用石炭の製造方法。
前記ブリケットに成形される石炭の原料は、石炭炭化度Ｒ_０が算術平均0.95以下で、石炭最高流動度ＭＦ（log(ddpm)）が算術平均1.2以上2.0以下となるような多種銘柄の石炭又は単一銘柄100％であることを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のコークス炉装入用石炭の製造方法。