JP2009161705A

JP2009161705A - コークスの製造方法

Info

Publication number: JP2009161705A
Application number: JP2008002846A
Authority: JP
Inventors: Shigeto Miyashita; 重人宮下; Kazuya Uebo; 和弥上坊; Sadanori Aizawa; 禎典愛澤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2008-01-10
Publication date: 2009-07-23
Anticipated expiration: 2028-01-10
Also published as: JP5151490B2

Abstract

【課題】石炭に配合する粘結材を細かく粉砕する専用設備を設けずに、粘結材を所望の粒径以下に粉砕して、高炉用コークスを製造する。
【解決手段】粘結材を１種又は２種以上の石炭と混合した後に、石炭の平均ＨＧＩに基づいて、粘結材と石炭の混合物の粉砕後粒度である２．８ｍｍ以下の粒子が、石炭の平均ＨＧＩが６５以下の場合には７０％より大きくなるように、石炭の平均ＨＧＩが６５超７５以下である場合には７５％より大きくなるように、又は石炭の平均ＨＧＩが７５超８５以下である場合には８５％より大きくなるように調整し、調整した粉砕後粒度となるように混合物を粉砕する工程を含む、コークスの製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、コークスの製造方法に関し、具体的には、コークス用原料として使用する粘結材を粉砕してコークスを製造する方法に関する。

高炉の炉内の通気性を確保して安定した操業を行うためには、炉内に還元材として装入される高炉用コークスが高強度を有することが望ましい。また、近年の大型の高炉における、排出ＣＯ_２の削減を目指した低還元材比操業を行うために、高炉用コークスにはいっそう高強度であることが求められる。コークスの強度を高めるためには、その原料として良質な粘結炭を用いることが有効である。

この良質な粘結炭には、高価であるとともに資源的にみてその存在量が少ない等の問題があるため、コークスの原料には、劣質でかつ安価な非微粘結炭をできるだけ多量に配合せざるを得ない。しかし、非微粘炭を多量に配合するとコークスの強度が低下するので、高炉用コークスの強度（以下、単に「強度」とも称する）を高めるという要請に反する。

そこで、非微粘結炭を多量に配合することにより生じる粘結性の低下を補填するために、例えばアスファルト熱分解ピッチからなる粘結材が配合される。すなわち、非微粘結炭を多量に配合することにより生じる粘結性の不足及びコークスの強度の低下を、この粘結材を配合することによって補うものである。また、粘結材を配合することにより強度の低下が十分に補われ、強度に余裕が生じる場合には、良質な粘結炭の配合量を低下することができる。

このように、高炉用のコークスは、コークス用原料として、良質な粘結炭に非微粘結炭をできるだけ多量に配合し、さらに粘結材を配合することにより、製造される。
コークス用原料は、事前に望ましい粒度に粉砕された後にコークス炉へ装入される。通常、原料の粒度は３ｍｍ以下の粒子質量割合で管理されており、その値は一般に７０〜８０％程度である。ただし石炭類の試験方法を規定したＪＩＳ法の篩には目開きが３ｍｍのものはなく、最も近い目開きは２．８ｍｍである。粉砕石炭の粒度分布はＲｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒが提唱した分布関数（Ｒｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒ式）で表現されることが多く、通常の粒度管理下ではＲｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒ式における均等数ｎは０．７程度である。この通常の粒度管理下において、２．８ｍｍ以下の粒子割合をＲｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒ式により３ｍｍ以下の粒子割合に読み替えると、３ｍｍ以下の粒子割合は２．８ｍｍ以下の粒子割合より１〜２％程度大きな値となる。

そして、コークス用原料の粉砕は、一般的に（ａ）コークス炉へ供する石炭と粘結材を混合した後に一括して粉砕する方法、（ｂ）石炭の性状に基づいて分類される幾つかの石炭グループのいずれかに粘結材を混合してから粉砕する方法のいずれかにより行われる。

高炉用コークスの製造における粘結材の役割は、上述したように、劣質な非微粘結炭によるコークスの強度の低下を補うものであって、コークス炉への装入時において粘結材の粒径が小さいほどコークスの強度の向上効果が大きい傾向にある。このため、同一の種類の原料を配合する場合には、粘結材を細かく粉砕することにより、コークスの高強度化を図ることができる。つまり、粘結材を細かく粉砕することによるコークスの強度の増加分だけ、高価な粘結炭の使用量を少なくして非微粘結炭の配合量を増加することが可能であるので、配合する粘結材を細かく粉砕することが望ましい。このため、これまでにも、粘結材の粉砕に関する発明が開示されている。

特許文献１には、粘結材のみを単独で細かく粉砕し、配合のために粉砕した石炭に混合する方法に係る発明が開示されている。
さらに、特許文献２には、粘結材の平均粒径を４．６ｍｍ、２．４ｍｍさらには０．８ｍｍと小さくすることに応じてコークスの強度を上昇し得ること、及び粘結材を石炭とともに粉砕する場合には石炭の平均粒径を４．６ｍｍ以下とすることが開示されている。
特開２００７−００２０５２号公報特開２００７−０１６１８６号公報

しかし、特許文献１により開示された発明を実施するには、粘結材のみを単独粉砕する設備を別途設ける必要があるとともに、石炭と均一に混合させる混合機等の設備を設ける必要があり、設備コストが嵩む。

また、特許文献２により開示された発明にしたがって粘結材によって強度を十分に向上するには、石炭の平均粒径を４．６ｍｍ以下とするだけでは不十分であり、粘結材もできるだけ細かく粉砕することが望まれる。しかし、一般的に、被粉砕物の粒径が細かくなるよう被粉砕物を粉砕するには必要な動力が増大する。また、ある粒径以下に粉砕するには、粉砕された微粒子が粉砕衝撃時に緩衝材として作用し、粉砕に必要な動力が著しく増大する。このため、被粉砕物の目標の粒径がこの粒径以下である場合には、この粒径以下に粉砕するための専用の設備を新たに設ける必要があり、やはり設備コストの上昇は否めない。

このように、コークス、特に高炉用のコークスの製造では、石炭に配合する粘結材を所望の平均粒径に粉砕するための設備を新たに設けることなく、粘結材を所望の平均粒径以下に粉砕することが求められている。

本発明者らは、上述した課題を解決するために鋭意検討を重ね、石炭の粉砕性（ＨＧＩ）の違いに着目した。原料である石炭の粉砕性を表す指標として、ハードグローブ粉砕性指数（ＨＧＩ）が一般に用いられる。ＨＧＩは、ＪＩＳＭ８８０１（石炭類−試験方法）に記載された粉砕性評価指標であり、ＨＧＩが高いほど粉砕性が良好であることを意味する。

そして、粘結材を石炭と混合して粉砕する際には、混合する石炭の平均ＨＧＩに基づいて粘結材及び石炭の混合物の粉砕後粒度を調整又は決定し、調整又は決定した粉砕後粒度となるように混合物を粉砕することとすれば、粘結材を所望の粒径に粉砕するための設備を新たに設けることなく、粘結材を所望の粒径以下に細かく粉砕することが可能となることを知見して、本発明を完成した。

本発明は、粘結材を１種又は２種以上の石炭と混合した後に、この石炭の平均ＨＧＩに基づいて粘結材と石炭の混合物の粉砕後粒度を調整し、調整した粉砕後粒度となるように混合物を粉砕する工程を含むことを特徴とするコークスの製造方法である。

また、本発明は、粘結材を１種又は２種以上の石炭と混合した後に、この石炭の平均ＨＧＩに基づいて粘結材及び石炭の混合物の粉砕後粒度を決定し、決定した粉砕後粒度となるように混合物を粉砕する工程を含むことを特徴とするコークスの製造方法である。

これらの本発明では、「ＨＧＩ」とは、ＪＩＳＭ８８０１（石炭類−試験方法）により規定される粉砕性評価指標である、ハードグローブ粉砕性指数を意味する。また、本発明では、「粉砕後粒度」とは、２．８ｍｍ以下の粒子の質量割合を意味する。

換言すれば、本発明は、粘結材を１種又は２種以上の石炭と混合した後に粉砕する方法であって、粘結材と混合する石炭の平均ＨＧＩに基づいて、粘結材及び石炭の混合物の粉砕後粒度を調整又は決定し、調整又は決定した粉砕後粒度となるように混合物を粉砕することを特徴とする粘結材の粉砕方法である。

これらの本発明において、平均ＨＧＩ≦６５である石炭と粘結材とを混合した後粉砕するに際し、２．８ｍｍ以下の粒子が質量割合が７０％より大きくなるよう粉砕することが望ましい。

また６５＜平均ＨＧＩ≦７５である石炭と粘結材とを混合した後粉砕するに際し、２．８ｍｍ以下の粒子が質量割合で７５％より大きくなるよう粉砕し、また７５＜平均ＨＧＩ≦８５である石炭と粘結材とを混合した後粉砕するにあたっては、２．８ｍｍ以下の粒子が質量割合で８５％より大きくなるよう粉砕することが望ましい。

ここで、本発明における「石炭の平均ＨＧＩに基づいて・・・混合物の粉砕後粒度を調整し・・・」との発明特定事項について補足する。
鉄鋼業における代表的な石炭の粉砕工程に関して補足説明する。この石炭の粉砕としては、コークス用の原料石炭の粉砕と、高炉羽口から吹き込む微粉炭用の粉砕とがある。ハードグローブ粉砕性指数ＨＧＩが石炭の試験方法としてＪＩＳに規定されることから理解されるように、石炭の粉砕に際してＨＧＩを考慮することは当業者にとって周知慣用の事項である。

上述したように、コークス用原料は事前に望ましい粒度に粉砕する必要がある。この粒度の制御のため、石炭について検討する性状は、粉砕前粒度や水分と並んで粉砕性（石炭の硬軟）があり、ＨＧＩは粉砕性の指標として代表的に使用される。一方、粉砕機側では、粉砕ギャップやローター等の回転数の調整（粉砕機の形式により具体的な操作内容は異なる）が挙げられる。また、石炭と粉砕機の両面に渡る操作因子として石炭処理量がある。

このため、本発明における「石炭の平均ＨＧＩに基づいて・・・混合物の粉砕後粒度を調整し・・・」との発明特定事項は、石炭の平均ＨＧＩ等の石炭条件を勘案して、石炭処理量を含めた複数の操作要因を適宜組み合わせて粉砕機を操作することによって、目標の粉砕後粒度を得ることを意味する。

本発明により、コークス、特に高炉用のコークスの製造に際して、石炭に配合する粘結材を所望の粒径に粉砕するための設備を新たに設けることなく、粘結材を所望の粒径以下に粉砕することができるようになる。このため、粘結材が有するコークスの強度の向上効果を十分に得ることができるので、所定のコークス強度を満足するために必要な高価な粘結炭の使用量を抑制するとともに安価な非微粘結炭の配合割合を増加させることができ、これにより、所望の高強度を有するコークスを低コストで製造することができるようになる。

以下、本発明に係るコークスの製造方法を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

はじめに、本発明の原理を簡単に説明する。
一般的に、単独のコークス用原料に同一の動力を与えて粉砕する場合を考えると、粉砕性が良いコークス用原料は、粉砕性が悪いコークス用原料に比較すると粉砕され易いため、より細かく粉砕される。これは、２銘柄以上のコークス用原料を混合して粉砕する場合においても成立し、粉砕性が悪いコークス用原料に対して相対的に粉砕性が良いコークス用原料を混合して粉砕すると、粉砕性が良いコークス用原料には過大な動力が作用するため、粉砕性が良いコークス用原料は細かく粉砕される。

一般的に、粘結材は、石炭と比較すると粉砕性が良いので、粉砕性が悪い石炭と混合した後に粉砕することにより、上述した理由と同様の理由によって、細かく粉砕するための専用の設備を新たに設けることなく、粘結材を細かく粉砕することができる。

さらに、粘結材と混合する石炭の粉砕性が比較的良い場合には、粉砕する粒度をより小さく設定することにより、粘結材を細かく粉砕することができる。つまり、粘結材を粉砕性が悪い石炭と混合した後に粉砕する場合においては、所望の粘結材の粒径を得るにも粉砕後の粒度が粗くて済むが、反対に粉砕性が良い石炭と混合した後に粉砕する場合においては、粉砕後粒度をより細かく設定することにより所望の粘結材粒径を得ることが可能である。

このように、粘結材を１種又は２種以上の石炭と混合した後にこの混合物を粉砕する場合には、この石炭の粉砕性を表す指標であるハードグローブ粉砕性指数の平均値（平均ＨＧＩ）に基づいて、混合物の粉砕後粒度（すなわち２．８ｍｍ以下の粒子の質量割合）を調整又は決定し、調整又は決定された粉砕後粒度（すなわち２．８ｍｍ以下の粒子の質量割合）となるように混合物を粉砕することが、有効である。

具体的には、（Ａ）平均ＨＧＩ≦６５である石炭と粘結材を混合した後粉砕する場合には、２．８ｍｍ以下の粒子が質量割合で７０％より大きくなるよう粉砕すること、（Ｂ）６５＜平均ＨＧＩ≦７５である石炭と粘結材を混合した後粉砕する場合には、２．８ｍｍ以下の粒子が質量割合で７５％より大きくなるよう粉砕すること、（Ｃ）７５＜平均ＨＧＩ≦８５である石炭と粘結材を混合した後粉砕する場合には、２．８ｍｍ以下の粒子が質量割合で８５％より大きくなるよう粉砕することが、望ましい。

なお、粘結材と混合する石炭の平均ＨＧＩの上限は８５以下であることが望ましい。すなわち、平均ＨＧＩが大きな石炭との粉砕では、粘結材を１ｍｍ以下にするために粉砕後の２．８ｍｍ以下の粒子の質量割合を少なくとも８５％よりも大きくする必要がある。ただし、一般に粘結炭のＨＧＩは大きく、粘結炭の過粉砕は乾留後のコークス強度の低下を招くため望ましくない。そのため、混合する石炭の平均ＨＧＩの上限を、粘結炭の多くが除かれるよう８５以下とすることが望ましい。

このようにして粉砕されたコークス用原料は、その後に周知慣用の手法により、コークス炉に装入されて乾留されることにより、コークスが製造される。このため、本実施の形態によれば、所望の高強度を有する高炉用コークスを低コストで製造することができるようになる。

さらに、本発明を、実施例を参照しながらより具体的に説明する。
本発明者らが調査した結果、粘結材の粉砕に必要な動力が著しく増加する粘結材の粉砕後粒径は１ｍｍであることが判明した。

そこで、石炭の粉砕性（ＨＧＩ）の違いに着目し、粘結材を石炭と混合して粉砕する場合に、混合する石炭の平均ＨＧＩに基づいて粉砕後粒度を調整することにより、細かく粉砕するための専用の設備を新たに設けることなく、粘結材を１ｍｍ以下に粉砕する方法を検討した。

表１には、試料Ａ〜Ｌの平均ＨＧＩと８種の石炭種ａ〜ｈの配合内訳とを併せて示す。表１の石炭種ａ〜ｈを用いて平均ＨＧＩが異なる１２種類の試料Ａ〜Ｌを準備した。

また、粘結材として、硫黄分含有率が６．５質量％程度、ＨＧＩが１４０程度のアスファルト熱分解ピッチを用いた。アスファルト熱分解ピッチは代表的な粘結材であるが、本実施例において粘結材としてアスファルト熱分解ピッチを用いた理由は、アスファルト熱分解ピッチの硫黄分含有率は石炭の１０倍程度と高いために、粘結材と石炭との混合物中の硫黄分を分析することによって、粘結材と石炭との混合物中における粘結材の存在比率を精度よく算出することが可能だからである。

本実施例では、各試料Ａ〜Ｌに粘結材を外数で５質量％混合した後、種々の粒度に粉砕した。そして、粉砕後に篩分けを行い、篩目毎の粘結材含有量を、硫黄分濃度について粘結材を添加せずに粉砕した場合と比較することにより、粉砕後の粘結材の平均粒径を推定した。

粉砕後の粘結材の平均粒径と、粉砕後の粒度として２．８ｍｍ以下の粒子の質量割合（−２．８ｍｍ％）との関係を検討した。２．８ｍｍ以下の粒子の質量割合は、粉砕後の粘結材と石炭の混合物全体に対して、篩い目２．８ｍｍの篩いを通過した質量割合とした。その結果、粘結材の平均粒径が１ｍｍ以下となる、石炭の平均ＨＧＩと粉砕後粒度との関係を明らかにすることができた。

表２には、平均ＨＧＩが６５以下である試料Ａ〜Ｄに粘結材を混合した混合物を粉砕した際における、２．８ｍｍ以下の粒子の質量割合（−２．８ｍｍ％）が７０％前後の結果を示す。また、図１は、粘結材の平均粒径の推定結果と粉砕後の２．８ｍｍ以下の粒子の質量割合（−２．８ｍｍ％）との関係をプロットしたグラフである。

図１のグラフに示すように、平均ＨＧＩが６５以下である石炭との混合において、２．８ｍｍ以下の粒子の質量割合（−２．８ｍｍ％）が少なくとも７０％以上となるように粉砕することにより、粘結材の平均粒径を１ｍｍ以下にすることができる。

次に、表３には、平均ＨＧＩが６５より大きく７５以下である試料Ｅ〜Ｈに粘結材を混合した混合物を粉砕した際における、２．８ｍｍ以下の粒子の質量割合（−３ｍｍ％）が７５％前後の結果を示す。また、図２は、粘結材の平均粒径の推定結果と粉砕後の２．８ｍｍ以下の粒子の質量割合（−２．８ｍｍ％）との関係をプロットしたグラフである。

図２のグラフに示すように、平均ＨＧＩが６５より大きく７５以下である石炭との混合において、２．８ｍｍ以下の粒子の質量割合（−２．８ｍｍ％）が少なくとも７５％以上となるように粉砕することにより、粘結材の平均粒径を１ｍｍ以下にすることができる。

さらに、表４には、平均ＨＧＩが７５より大きく８５以下である試料Ｅ〜Ｈに粘結材を混合した混合物を粉砕した際における、２．８ｍｍ以下の粒子の質量割合（−２．８ｍｍ％）が８５％前後の結果を示す。また、図３は、粘結材の平均粒径の推定結果と粉砕後の２．８ｍｍ以下の粒子の質量割合（−２．８ｍｍ％）との関係をプロットしたグラフである。

図３のグラフに示すように、平均ＨＧＩが７５より大きく８５以下である石炭との混合において、２．８ｍｍ以下の粒子の質量割合（−２．８ｍｍ％）が少なくとも８５％以上になるように粉砕することにより、粘結材の平均粒径を１ｍｍ以下にすることができる。

図１は、平均ＨＧＩが６５以下である石炭と混合される粘結材の平均粒径の推定結果と粉砕後の２．８ｍｍ以下の粒子の質量割合（−２．８ｍｍ％）との関係をプロットしたグラフである。図２は、平均ＨＧＩが６５超７５以下である石炭と混合される粘結材の平均粒径の推定結果と粉砕後の２．８ｍｍ以下の粒子の質量割合（−２．８ｍｍ％）との関係をプロットしたグラフである。図３は、平均ＨＧＩが７５超８５以下である石炭と混合される粘結材の平均粒径の推定結果と粉砕後の２．８ｍｍ以下の粒子の質量割合（−２．８ｍｍ％）との関係をプロットしたグラフである。

Claims

粘結材を１種又は２種以上の石炭と混合した後に、該石炭の平均ＨＧＩに基づいて粘結材と石炭の混合物の粉砕後粒度を調整し、調整した該粉砕後粒度となるように前記混合物を粉砕する工程を含むことを特徴とするコークスの製造方法。
前記平均ＨＧＩが６５以下である場合には前記混合物の粉砕後の２．８ｍｍ以下の粒子が質量割合で７０％より大きくなるように、前記平均ＨＧＩが６５より大きく７５以下である場合には前記混合物の粉砕後の２．８ｍｍ以下の粒子が質量割合で７５％より大きくなるように、前記平均ＨＧＩが７５より大きく８５以下である場合には前記混合物の粉砕後の２．８ｍｍ以下の粒子が質量割合で８５％より大きくなるように、前記粉砕後粒度を調整する請求項１に記載されたコークスの製造方法。