JP2006307010A

JP2006307010A - コークスの製造方法

Info

Publication number: JP2006307010A
Application number: JP2005131427A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Fujimoto; 英和藤本; Izumi Shimoyama; 泉下山; Takashi Anyashiki; 孝思庵屋敷; Kiyoshi Fukada; 喜代志深田; Tetsuya Yamamoto; 哲也山本; Hiroyuki Sumi; 広行角
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】石炭をコークス炉に装入する際の嵩密度を高くも低くも自由に設定可能であり、コークス強度を低下させること無く、コークス炉の操業状況に応じて石炭装入嵩密度を調整できる、コークスの製造方法を提供すること。
【解決手段】あらかじめコークス炉内に装入する石炭の装入嵩密度を設定し、該設定した装入嵩密度が得られる石炭の粒度分布を算出し、該算出した粒度分布を目標として粉砕した石炭をコークス炉内に装入して乾留することを特徴とするコークスの製造方法を用いる。コークス炉に装入すべき石炭を少なくとも２つのグループに分け、各グループ毎に石炭を粉砕し、２グループ以上の石炭を混合してコークス炉に装入すること、石炭のイナート含有量に応じて石炭を複数のグループに分け、イナート含有量に応じて石炭の粉砕条件を調整することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、コークス炉を用いて石炭を乾留して行なうコークスの製造方法に関する。

高炉用に代表される各種コークスは、多数の銘柄の石炭を配合して粉砕した後、コーク炉に装入して製造される。装入された石炭は炉内で高温乾留されてコークスとなる。コークスの生産性を上げること、あるいはコークス需要量に余裕があり、コークス炉体延命を考えた操業を行う手法の一つとして、コークス炉への石炭装入嵩密度を制御することが考えられる。

石炭装入嵩密度の制御には、石炭装入嵩密度を上げることと下げることの二つの考え方がある。すなわち一つ目は、（ａ）コークス炉が定容積反応器であることから石炭装入嵩密度を上げることでコークスの生産性を上げることができると考えられる。二つ目は、（ｂ）コークス炉は建設されて３０年以上経過したものが多く、炉壁の傷みなどから来るコークス押し止まりによるコークス減産が報告されている。そのため、コークス押し止まりが頻繁する炉に対しては石炭装入嵩密度を下げて炉体延命と押し止まりによる減産を抑制することが必要と考えられる。

石炭装入嵩密度を向上させる方法として、コークス炉に装入した原料石炭を押し固める方法（スタンプチャージ）、乾燥した微粉炭を造粒する方法、コークス炉内で最密充填となるようなFurnas分布に基づく石炭最密充填化を指向する方法が考えられる。一方、石炭装入低嵩密度化には原料石炭の装入粒度を小さくする方法が考えられる。

しかしながら、原料石炭を押し固める方法では、スタンプチャージするための設備費の増大が問題になり、造粒する方法では、ペレタイザーなどの設置によって設備費が増大したり、微粉を分級して造粒するため工程が複雑化したりする点が問題になる。

また、石炭の装入粒度を変更する場合は、コークス強度の変化についても考慮する必要がある。コークス強度は、装入石炭の配合条件が同じであっても、粉砕後の装入石炭の粒度によって異なることが知られている。装入石炭の粒度分布について、通常はコークス強度の向上を考えて３ｍｍ以下の粒径の石炭が７０〜９０ｍａｓｓ％程度となるように管理・操業されている。

コークス強度、コークス生産性向上を考慮して、石炭を最密充填化するために、近年のこの種の技術として、特許文献１では、コークス化し難い非微粘結炭を使用しながらコークス強度低下を抑制し、さらにコークス生産性を向上するためにFurnas分布に基づく石炭最密充填化を提案している。この特許文献１では、全不活性成分量と石炭軟化溶融時の最高流動度をパラメータとして石炭を４分類し、全不活性成分量が少なく最高流動度が高い石炭は大粒径となるように粉砕する。大粒径の最大粒径を測定し、最密充填となるようにFurnas分布に基づき残りの石炭を石炭性状に応じて中粒径あるいは小粒径に粉砕する。
特開２００３−１２９０６５号公報

しかしながら、石炭装入高嵩密度化において、Furnas分布に基づいて石炭粉砕粒度を決定する方法では、下記の（ａ）〜（ｃ）の問題がある。（ａ）全不活性成分量が少なく最高流動度が高い石炭の粉砕後最大粒径を測定するまでは、その他の石炭の粉砕粒度が決定できないこと、（ｂ）前記したようにコークス炉体によっては、石炭装入の低嵩密度化を指向する必要があり、そのような場合に対応できないこと、（ｃ）また石炭装入の最密充填化を指向するとコークスの粒径低下が懸念されるなど、最密充填化によるコークス品質の低下が予想される。

一方、石炭装入低嵩密度化では、装入粒度を小さくする方法を用いることができるが、あまりに石炭を細かくするとコークス強度の低下が予想され、さらに石炭装入時のキャリーオーバー（微粉炭の巻き上がり）が大きく、操業トラブルが発生する。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、石炭をコークス炉に装入する際の嵩密度を高くも低くも自由に設定可能であり、コークス強度を低下させること無く、コークス炉の操業状況に応じて石炭装入嵩密度を調整できる、コークスの製造方法を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）あらかじめコークス炉内に装入する石炭の装入嵩密度を設定し、該設定した装入嵩密度が得られる石炭の粒度分布を算出し、該算出した粒度分布を目標として粉砕した石炭をコークス炉内に装入して乾留することを特徴とするコークスの製造方法。
（２）コークス炉に装入すべき石炭を少なくとも２つのグループに分け、各グループ毎に石炭を粉砕し、２グループ以上の石炭を混合してコークス炉に装入することを特徴とする（１）に記載のコークスの製造方法。
（３）石炭のイナート含有量に応じて石炭を複数のグループに分け、イナート含有量に応じて石炭の粉砕条件を調整することを特徴とする（２）に記載のコークスの製造方法。

本発明によれば、コークス炉内に装入する石炭の装入嵩密度を任意に設定可能であり、コークスを増産する操業、コークス押出し時の押詰りを抑制する操業、炉体を延命させる操業等の、任意の操業形態を実現することができる。

また、石炭を一定の粒度に粉砕する従来の石炭粒度管理に比べて石炭装入量の予測が可能となる。このため、効果的に石炭装入量を増加させたり、炉体状況によって過剰に粉砕することなく石炭装入量を低下させたりすることが可能となる。

本発明では、コークスを製造する際に、コークス炉内に装入する石炭の装入嵩密度を任意に設定可能とするために、あらかじめコークス炉内に装入する石炭の装入嵩密度を設定し、該設定した装入嵩密度が得られる石炭の粒度分布を算出し、該算出した粒度分布を目標として粉砕した石炭をコークス炉内に装入して乾留することを特徴とする。コークス炉に装入する石炭の粒度分布と装入嵩密度との関係は、以下に述べるように、数式モデルを用いることで求めることができる。設定した嵩密度を有するように原料石炭を粉砕することで、石炭の装入嵩密度を高くする操業も、低くする操業も、任意に行なうことが可能となる。

コークス炉に装入すべき石炭を粉砕する際には、石炭を少なくとも２つのグループに分け、各グループ毎に石炭を粉砕し、２グループ以上の石炭を混合してコークス炉に装入することが好ましい。

たとえば、石炭の装入嵩密度を高くする操業を行なう場合、数式モデルを用いた計算によれば、石炭の粒度分布を、細粒の割合を少なくする方向の粒度分布となるように粉砕することが望ましい（粗粒化）。しかし、単純に石炭の粉砕時間を短くすることや、粉砕機の粉砕力を低下させることにより粉砕を緩和すると、製造されるコークスの強度が低下する場合がある。このようなコークス強度低下の問題は、石炭を複数のグループに分け、各グループ毎に石炭を粉砕し、２グループ以上の石炭を混合して算出した粒度分布を得ることで解決できる。石炭の粉砕緩和によるコークス強度の低下の程度は石炭銘柄により異なるため、粉砕緩和によるコークス強度の低下の程度が小さい銘柄を優先して粉砕緩和するように、グループ別に粉砕することが望ましい。この際には、併せて、粉砕を強化するグループの石炭を適切に選択することが好ましい。粉砕の強化は、例えば石炭の粉砕時間を長くすることや、粉砕機の粉砕力を大きくすることで実施する。粉砕緩和によるコークス強度の低下の程度が小さい銘柄とは、イナート（非溶融成分）量が少ない石炭や粘結炭である。また、粉砕を強化する石炭としては、イナート含有量の多い石炭や非微粘炭を用いることが好ましい。同じ品種の石炭を別のグループとして、異なる条件で粉砕して、異なる粒度分布を有するグループとして混合することも可能である。

したがって、石炭のイナート含有量に応じて石炭を複数のグループに分け、イナート含有量に応じて石炭の粉砕条件を調整することが好ましく、石炭のイナート量あるいは粘結性に応じて石炭を複数のグループに分け、イナート含有量の多い石炭や非微粘炭は粉砕を強化し、イナート含有量の少ない石炭は粉砕を緩和することが好ましい。

尚、石炭を過剰に粉砕すると、石炭が空気と触れる面積が大きくなり劣化しやすく、装入密度が大幅に低下するため気孔の多いコークスが形成されること、また石炭の粒径が小さいと膨張性が阻害されることにより、コークス強度が低下する恐れがあり、適度な粉砕条件を設定することが好ましい。

以上のように、本発明を用いれば、石炭の装入嵩密度を任意に設定することができる。石炭の装入嵩密度を増加させれば、コークスを増産する操業を実施することができ、石炭の装入嵩密度を減少させれば、コークス押出し時の押詰りの抑制および／またはコークス炉体延命を目的とする操業を実施することができる。

以下、本発明の一実施形態を詳しく説明する。

まず、石炭のグループ（系列）別粉砕方法について説明する。コークス強度を向上させる目的で、石炭の粉砕後粒度を石炭性状に応じて変化させる方法が特開昭５６−３２５８７号公報、特開平８−２５９９５３号公報、特開２００１−１８１６４４号公報に開示されている。いずれも石炭を複数のグループに分割し、グループ別に粉砕した石炭を混合してコークス炉に装入するものである。石炭のグループの数はいくつであってもよいが、たとえば特開２００１−１８１６４４号公報の場合と同様に、低反射率非微粘結炭（グループ１）、高反射率非微粘結炭（グループ２）、粘結炭（グループ３）というように石炭を３グループに分割した場合について説明する。各グループの粒度分布と３グループの石炭を混合した後の石炭装入嵩密度の関係を表す数式モデルを用いて、グループごとの最適粒度分布を決定する。

数式モデルとしては、Lee et al., Journal of Paint Technology, 42(550) 579-587 1970、Bierwagen et al., Powder Technology, 10 111-119 1974、伊藤ら、日本金属学会誌, 50(8) 740-746 1986などに記載のもののように多数提出されているが、うまく評価できればどのようなモデルを用いても良く、たとえば以下に示すモデルを用いることができる。以下においては、伊藤らのモデルを用いた。伊藤らによれば、石炭体積分率は以下の数１、数２に示す（１）式、（２）式のように表せる。

ここで、P；石炭体積分率(-)、Pi；充填関数、f；サイズの異なる２成分系の充填定数、X；各グループの混合割合、F(x)；粒子粒度分布関数である。

ここで、粒子粒度分布関数として、数３に（３）式で示すRosin-Rammler分布を考える。

ここで、De；粒子特性数、m；均等数である。粒子特性数が小さいと微粉が多く、均等数が小さいと粒度分布に幅があることを示す。図１に、粒子特性数や均等数が変化した場合の粒度分布（F(x)）の変化を示す。

（１）〜（３）式より各グループの混合割合、粒子特性数、均等数を入力すれば、石炭体積分率が計算できる。石炭装入嵩密度は石炭体積分率から、数４に示す（４）式により算出できる。

ここで、PD；石炭装入嵩密度（kg／m³）、a；水分，石炭形状などを表す定数（−）、ρ；石炭真比重（kg／m³）である。

図２に、高さ３ｍの所から上記のグループ２の石炭（38 wet-kg-coal）を長さ350mmの立方体の箱に落としたときの石炭装入嵩密度の実測値と数式モデルから算出した値を比較した試験の結果を示す。粒子特性数（De）は2.0、均等数（m）が0.8〜1.2となるように粒度調整を行った石炭を用いて実験を行った。ａは石炭水分や形状などによって変化する係数であるが、ａを0.77とすると両者が良好に一致することが分かった。図３には試験に用いた石炭の粒度分布の、均等数による変化を示す。

グループ１、２、３ぞれぞれの粒子特性数（De）を1.6、2.0、2.5mm、グループ３の均等数（m）を0.8とした場合のグループ１、２の均等数（m）と石炭装入嵩密度の関係を図４に示す。図４によれば、粒子の均等数（m）が変化すれば石炭装入嵩密度が大きく異なることがわかる。したがって、図４に示すようなグラフを実操業で想定される配合割合や粒度分布の場合についてあらかじめ作成しておき、実操業の際には、コークス炉体状況を見ながら図４のようなグラフを用いて、装入石炭の粒度分布管理を行うことで、石炭装入嵩密度を制御することができる。

ただし、グループ１に割り振られる石炭は低反射率非微粘結炭であるため、粗粉砕を行うとコークス強度の低下が懸念される。そのため、コークス強度の面から粒度分布に対し制約条件が発生するが、事前にグループ１の粒度分布とコークス強度の関係を実験などで把握しておき、制約条件を決定すればよい。各グループについて目標の粒度分布にするには、粉砕機（ハンマークラッシャー、インペラーなど）や粉砕方法（分級するかどうか）、粉砕条件（負荷量、回転数、ギャップなど）の選定などで粉砕の程度を適宜調整する。

従来の石炭の粒度管理は、粒径3mm以下の粒子割合等で行なっていたが、本実施形態のような数式モデルを用いた粒度分布管理を行うことにより、石炭装入嵩密度を任意に設定可能であり、石炭装入量の予測が可能になる。このため、効果的に石炭装入量を増加させたり、炉体状況によって過剰に粉砕することなく、石炭装入量を低下させたりすることが可能となる。

コークス炉において、コークス生産量を向上させるために石炭の装入嵩密度を増加させることを指向する操業を行なった。現状の石炭の粉砕粒度は、粒径3mm以下が75mass%（-3ｍｍ75%）であり、石炭水分が6mass％の時、石炭装入嵩密度は763ｋｇ/ｍ^３と計算できた（（４）式において、a＝0.77として計算）。石炭装入嵩密度を増加させて、767ｋｇ/ｍ^３とする操業を行なう際には、数式モデルを用いた計算より、石炭の粉砕粒度を粒径3mm以下を72.5mass%（-3ｍｍ72.5%）としてコークス炉に装入することとした。

この場合、石炭を粉砕緩和することで-3ｍｍ72.5%の粒度を実現すると、粉砕緩和することに伴う粗い粒子の発生によるコークス強度の低下が懸念された。そこで原料石炭の系統別粉砕を行なった。３グループ粉砕として、粉砕強化グループ、粉砕緩和グループ、中間の粉砕グループの３グループを採用し、低反射率非微粘結炭を粉砕強化グループ、イナート含有率の高い石炭を中間の粉砕グループ、イナート含有率の低い粘結炭を粉砕緩和グループとした。石炭充填密度を763→767ｋｇ/ｍ^３とするために、粉砕強化グループ、粉砕緩和グループ、中間の粉砕グループの粉砕粒度を、それぞれ粒径3ｍｍ以下が78mass％、68mass%、75mass%とした。このような粒度分布とすることで、粗い粒子の発生によるコークス強度低下を極力回避しながら、石炭の装入嵩密度の増加が可能であった。しかも粉砕緩和グループでは粉砕が緩和されたため、キャリーオーバーによる押し詰まりが回避できた。以上のように、コークスの強度を低下させることなく、コークスの増産を行うことができた。

次に、コークス操業における押出しトラブルを回避するために石炭の装入嵩密度を低下させることを指向する操業を行なった。石炭装入嵩密度が763ｋｇ/ｍ^３であったものを758ｋｇ/ｍ^３とする操業を行なうには、数式モデルを用いた計算によれば、石炭の粉砕粒度を-3ｍｍ75%を-3mm79%とする必要があることが分かった。このように微粒の割合が増加する場合には、コークス強度は向上するものの微粉発生に伴うキャリーオーバーによる押し詰まりが懸念された。そこで上記と同様の３グループ粉砕を採用して、粉砕強化グループ、粉砕緩和グループ、中間の粉砕グループの粉砕粒度を、それぞれ粒径3ｍｍ以下が80mass％、70mass%、78mass%とした。このような粒度分布とすることで、キャリーオーバーによる押し詰まりを極力回避しながら、石炭の装入嵩密度の減少が可能であった。しかも粉砕強化グループ、中間の粉砕グループについて従来よりも粉砕強化の条件で粉砕したので、コークス強度が向上した。

（ａ）粒子特性数が変化した場合の粒度分布曲線の変化を示すグラフ。（ｂ）均等数が変化した場合の粒度分布曲線の変化を示すグラフ。石炭装入嵩密度の実験値と、計算値の関係を示すグラフ。石炭粒子径分布を示すグラフ。各グループの均等数と石炭装入嵩密度との関係を示すグラフ。

Claims

あらかじめコークス炉内に装入する石炭の装入嵩密度を設定し、該設定した装入嵩密度が得られる石炭の粒度分布を算出し、該算出した粒度分布を目標として粉砕した石炭をコークス炉内に装入して乾留することを特徴とするコークスの製造方法。
コークス炉に装入すべき石炭を少なくとも２つのグループに分け、各グループ毎に石炭を粉砕し、２グループ以上の石炭を混合してコークス炉に装入することを特徴とする請求項１に記載のコークスの製造方法。
石炭のイナート含有量に応じて石炭を複数のグループに分け、イナート含有量に応じて石炭の粉砕条件を調整することを特徴とする請求項２に記載のコークスの製造方法。