JP2008291275A

JP2008291275A - 高炉用コークスの製造方法

Info

Publication number: JP2008291275A
Application number: JP2008199627A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Yamamoto; 哲也山本; Koji Hanaoka; 浩二花岡; Koichi Nushishiro; 晃一主代; Tetsuo Uchida; 哲郎内田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-08-01
Filing date: 2008-08-01
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2022-12-26
Also published as: JP4888452B2

Abstract

【課題】強度等のコークス特性のばらつきの少ない、高炉用コークスを簡便に製造する方法を提案する。
【解決手段】膨張圧が０．１〜０．４ｋＰａ以下の膨張特性を有し、かつ配合量が単独で３０ｍａｓｓ％以上になる単味銘柄の原料炭を少なくとも一種は配合してなる配合炭を乾留することで高炉用コークスを製造する方法において、前記配合炭中に、膨張圧が10ＫPa以上の膨張特性を示す高膨張圧原料炭を５〜２０ｍａｓｓ％配合する高炉用コークスの製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、原料炭を単味で多量に配合してなる配合炭を用いて強度等のコークス特性のばらつきの小さい高炉用コークスを簡便に製造する方法を提案する。

一般的な高炉用コークスの製造においては、10〜20銘柄（種類）の原料炭を配合してなる配合炭を用いるのが普通である。このように、配合炭中に多種類の原料炭を少量ずつ配合する理由は、配合炭の石炭化度や流動性等が標準品位となるように調整するのに都合がよく、得られるコークスの強度や粒度、灰分などのコークス品質が安定するからである。
ところで、原料炭とする石炭は、産出国や、炭鉱、炭層などによってそれぞれ特性（石炭化度や流動性）が異なるので、安定した品質のコークスを製造するためには、石炭の配合管理が重要になる。特に、コークス強度の低下は、高炉操業時に炉内の通気性悪化を招き、高炉炉況不調の原因となるため、コークスの強度維持は配合管理を行う上で極めて重要である。

しかしながら、原料炭となる石炭は、近年、価格競争力のある石炭に集約されてきており、石炭ヤードや入船の状況により同一銘柄の石炭を多量に配合する必要に迫られている。この場合、単味銘柄の石炭を多量に使用しなければならなくなるため、多銘柄（種類）の石炭（原料炭）を少量ずつ配合するのに比べると、その多量に配合する銘柄の石炭品位（特性）の影響を受けやすく、いわゆる品位変動等によるコークス強度のばらつきが増大する。この弊害を避けるため、どうしても平均品位を高くしておくなどの対策が必要とされていた。

従来、多銘柄の原料炭を配合してなる配合炭から得られたコークスの強度推定については、例えば、配合炭を２種石炭の組み合わせからなる集合体とみなして、コークス強度を精度よく推定する方法などが提案されている（特許文献１）。しかし、この方法では、少数の単味銘柄の原料炭を多量に配合する場合を想定しておらず、しかも、そうした単味銘柄の原料炭の品位測定は通常、入船毎に行われているため、平均品位は正確に測定できるが、各品位はばらつきがあるため、これら単味銘柄の原料炭を多量に用いた場合のコークス品位の変動については推定が困難であり、コークス品位のばらつきが大きくなるという問題があった。

特開昭４９−２５５９６６号公報

そこで、本発明の目的は、配合炭中に単味銘柄の原料炭を多量に配合したときに起こる上述した問題を克服することができ、ひいては強度等のコークス特性のばらつきが小さい、高炉用コークスを簡便に製造する方法を提案することにある。

上記の目的の実現に向けた研究の中で、発明者らは、単味銘柄の原料炭を多量に配合してなる配合炭を用いてコークスを製造した時のそのコークス強度のばらつきの原因がコークス中の粗大な気孔であることを突き止め、そして、その粗大な気孔を低減させるためには、前記配合炭中に、高膨張圧炭を所定量添加することが有効であることを見い出し、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明は、膨張圧が０．１〜０．４ｋＰａ以下の膨張特性を有し、かつ配合量が単独で３０ｍａｓｓ％以上になる単味銘柄の原料炭を少なくとも一種は配合してなる配合炭を乾留することで高炉用コークスを製造する方法において、前記配合炭中に、膨張圧が10ＫPa以上の膨張特性を示す高膨張圧原料炭を５〜２０ｍａｓｓ％配合することを特徴とする高炉用コークスの製造方法である。

以上説明したように、本発明によれば、特定の単味銘柄の配合割合が極端に増加した場合でも少量の高膨張圧石炭を適正量配合することで、コークス強度のばらつきを簡便に低減させることができる。このため、所定のコークス強度を満たすために配合炭の平均品位を上げる必要がなく、安価な石炭を多量に使用することができる。

高炉用コークスを室炉（コークス炉）で製造するために使用する配合炭中には、一般に、特性の異なる複数種の石炭（原料炭）が配合されている。これらの原料炭は、それぞれが天然の産物であるため、単味銘柄（同一銘柄）であっても、その組織や成分あるいは炭化度や流動性などの諸特性にはばらつきがあるのが普通である。

この場合、もし配合設計のときに使用する前記原料炭のうちの少なくとも一つの配合量が多くなった場合、すなわち単味銘柄の原料炭を多量に使用する場合、配合炭のたとえば炭化度や流動性などの特性が平均特性となるように配合設計を行ったとしても、実際には前記ばらつきに大きく影響を受け、製品コークスの強度等のコークス特性が大きく変動することがわかった。

一般に、原料炭配合設計において、単味銘柄の原料炭配合割合が増大すると、コークス強度に大きなばらつきができるとしても、そのばらつきについては、他の銘柄の原料炭を組み合わせることによってある程度は解消できる。しかしながら、このようなばらつきの抑制効果というのは、前記単味銘柄、すなわち特定銘柄原料炭の配合量が30 mass％程度になると臨界となり、これを超えると、他銘柄の原料炭との組み合わせ配合をもってしても強度等のコークス特性が急激に大きくばらつく傾向がある。この傾向は、特定銘柄の原料炭、特に膨張圧が０．１〜０．４ｋＰａ以下（表１より）の原料炭を多量に使用する場合、天然の産物に由来するばらつきのため避けることができず、このばらつきを避けるためには、使用量を制限する他ないのである。

発明者らは、単味銘柄の原料炭を多量に配合した場合に、上述したコークス特性のばらつきが生じる原因を、その典型的な例について検討したところ、その多くは、コークス中の粗大気孔によるものであることがわかった。
すなわち、発明者らは、見掛け密度測定法により、コークス中の全気孔量を測定する一方、水銀圧入式の気孔径分布測定法により、200μｍ以下の気孔量を測定することにより、その両者の差を粗大気孔量として定量化し、コークスのこの粗大気孔量とコークス強度との関係を調べた。その結果、コークス中の粗大気孔量の増大に伴ってコークス強度のばらつきもまた大きくなっていることがわかったのである。
このことは、単味銘柄の原料炭の配合割合が多くなった場合、たとえば、配合炭中に、イナート成分（不活性成分：フジニットやセミフジニット）が局所的に偏在する部分などができ、このことが、コークス化する際に局所的に融着性の劣化を招き、そのために、粗大な空隙（気孔）がそのまま残留することになることが原因と考えられるのである。

そこで、本発明では、コークス化時の融着性の劣化を防ぎ、粗大気孔の残留を防ぐ方法として、新たに、配合炭中に前記の多量に配合する単味銘柄原料炭の配合をする場合は、その原料炭に併せて、膨張圧が10ＫPa以上の膨張特性を示す高膨張圧石炭をも所定量配合することを試みた。その結果、この高膨張圧石炭が膨満して前記粗大気孔の部分を封塞し、その数を著しく低減することがわかった。即ち、膨張圧10ＫPa以上の高膨張圧を示す石炭は、溶融、再固化の温度が高く、そのために、他の石炭が再固化してセミコークス化し気孔構造ができあがりつつある段階において、この高膨張圧炭が溶融および膨張することになるため、いわゆる前記粗大気孔を塞いで低減する作用になることがわかった。

そして、発明者らの研究によれば、上述した粗大気孔（空隙）の低減という上記作用効果を得るためには、前記高膨張圧石炭を少なくとも５mass％以上配合することが必要になることがわかった。該高膨張圧石炭をこの程度配合量すれば、コークス中の粗大気孔（空隙）の減少に有効であり、ひいては単味銘柄原料石炭を多量に配合した際のコークス強度のばらつきを従来と同程度またはそれ以上に抑えることができるようになる。

ただし、この高膨張圧石炭をあまり多量に配合すると、コークス炉内でコークスケーキが膨張し押し詰まり等の操業トラブルを引き起こす原因となる。そこで、本発明では、この高膨張圧石炭の配合割合としては、20mass％程度以下を上限とすることが好ましいと言える。より好ましくは、５mass％〜15mass％程度とする。

以下、実施例を示して本発明をより詳細に説明する。
表1に示す特性をもつ原料炭Ａ〜Ｄ及びその他の石炭を使用し、表２に示す配合を行った配合炭（１）〜（１６）を調製し、調湿炭設備により水分を6％程度に調整し、その後、前記配合炭（装入炭）炭化室内容積が41.3ｍ³のコークス炉内に装入（嵩密度0.78ｔ／ｍ³に調整）して加熱乾留し、ＣＤＱ設備で乾式消火したコークスを製造し、これをサンプリングして供試材を得た。得られた供試材について次のような冷間強度試験を行った。なお、表１の原料炭Ａ、Ｂは、膨張圧が０．１ｋＰａと０．４ｋＰａという低膨張圧の単味原料炭を、配合炭に添加し、原料炭Ｃ、Ｄは、膨張圧が１４．３ｋＰａと３２．５ｋＰａの２種の高膨張圧石炭として使用する例を示し、いずれも豪州炭の中で得ることのできる原料炭である。

上記冷間強度試験は、タンブラー試験ＴＩ（6／400）によった。
また、原料炭の膨張圧の試験は、図１に示す膨張圧測定装置を利用した。なお、この試験では、測定する石炭を粉砕して１〜３mmの粒度に調整し、その後、この粉砕石炭をφ50×70mmのカーボンるつぼ中に入れ、700℃の電気炉中にて１時間加熱保持した後、４℃／minの昇温速度で炭中温度1000℃まで加熱して乾留し、その乾留中、直径の１／４の位置で大気圧との差圧を測定し、その最大ガス圧を膨張圧と定義してこれを用いた。なお、るつぼ中心で測定した場合、石炭の収縮等で亀裂等が発生し測定が困難であるため、上記位置（直径の１／４）でガス圧を測定した。

表２に示す配合炭（１）〜（１６）は、その中に配合されている単味銘柄炭として使用するＡ、Ｂ炭（低膨張圧炭）と高膨張圧石炭（高膨張圧炭）として使用するＣ、Ｄ炭以外に、その他の石炭として、揮発分21〜37％、最高流動度ＭＦ1.8〜3.6（logddpm）の標準炭を５〜６銘柄を配合して、加重平均の揮発分29％±0.2％、ＭＦ2.5±0．02（logddpm）となるように調整したものである。なお、その他の石炭の膨張圧は、いずれも３ＫPa以下のものである。

かかる配合炭（１）〜（１６）について、同じ配合炭を用いて５日間操業し、得られた製品コークスについて、1日に6回のコークス強度の測定を行った。そして、コークス強度は、その５日間の平均値としては、ＴＩ（6／400）で84.3〜84.5と、ほぼ一定であった。

図２は、Ａ炭またはＢ炭の配合割合を20〜35mass％の範囲に変化させた配合炭（１）〜（１６）につき、コークス強度の偏差（σＴＩ）を測定しＡ、Ｂ石炭配合量との関係を示すものである。この図から明らかなように、高膨張圧石炭を添加していない、Ａ炭使用の配合炭（１）〜（４）を◇で、Ｂ炭使用の配合炭(５)〜（８）を□で示したように、タンブラー強度の偏差（σＴＩ）が増加しており、コークス強度の下限値を一定に管理するためには、コークス強度の平均値を高く設定する必要があることがわかった。
一方で、高膨張圧石炭であるＣ炭またはＤ炭を５％以上配合したＡ炭使用の配合炭（９）〜（１２）及びＢ炭使用の（１３）〜（１６）を示す◆、■の場合、Ａ炭またはＢ炭を30 mass％以上配合した場合でも、コークス強度の偏差はほとんど増加しないという結果となった。そして、Ａ炭またはＢ炭の30mass％未満での配合は、Ｃ炭、Ｄ炭の５％以上の添加で若干の効果は生じるが、不要であるとも言える。

図３は、上記の配合炭の冷間強度試験でサンプリングした供試材（配合炭（１）〜（１６））の粗大気孔量とタンブラー強度（ＴＩ）の偏差との関係を示したものである。全気孔量は、サンプリングしたコークス供試材について、水銀法により見掛け密度を測定し、真比重を1.9ｇ／cm³として、全気孔量を計算によって求めた。また、気孔径分布の測定も行ったが、これは水銀圧入法による200μｍ以下の気孔量を測定した。そして、全気孔量と200μｍ以下の気孔量との差を粗大気孔量とした。
その結果、高膨張圧炭を添加しない配合炭（１）〜（８）である◇□の場合、Ａ炭またはＢ炭を30％以上配合したことで粗大気孔量が増加し、コークス強度の偏差が増加した。一方、高膨張圧石炭であるＣ炭またはＤ炭を５mass％添加した◆、■で示すものの場合、Ａ炭またはＢ炭を30mass％以上添加しても粗大気孔量はほとんど増加せず、その結果、コークス強度の偏差が増加せずばらつきを抑制することができた。

膨張圧測定装置の模式図である。単味銘柄の原料炭配合割合とσＴＩ（６／４００）の関係を示すグラフである。コークス中の粗大気孔量とσＴＩ（６／４００）の関係を示すグラフである。

Claims

膨張圧が０．１〜０．４ｋＰａ以下の膨張特性を有し、かつ配合量が単独で３０ｍａｓｓ％以上になる単味銘柄の原料炭を少なくとも一種は配合してなる配合炭を乾留することで高炉用コークスを製造する方法において、前記配合炭中に、膨張圧が10ＫPa以上の膨張特性を示す高膨張圧原料炭を５〜２０ｍａｓｓ％配合することを特徴とする高炉用コークスの製造方法。