JP2012102325A - Method for producing formed coke, and formed coke produced by the method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に、劣質炭の多量配合が可能な高炉用の小塊の成形コークスの製造方法に関する。 The present invention mainly relates to a method for producing a small coke for a blast furnace capable of blending a large amount of poor quality coal.
従来、粘結性に乏しいあるいは粘結性を有しない劣質炭を使用した高強度コークスの製造に関して、多くの技術が開発されている。 Conventionally, many techniques have been developed for producing high-strength coke using inferior coal having poor caking properties or no caking properties.
本発明者らも、石炭配合の調整等により、ドラム強度指数DI150 15が70以上の小塊コークスを、室式コークス炉によって製造する方法を特許文献1において開示している。 The present inventors have also disclosed in Patent Document 1 a method for producing a small coke having a drum strength index DI 150 15 of 70 or more by a chamber coke oven by adjusting coal blending or the like.
特許文献1に開示されている小塊コークスの製造方法では、揮発分含有量VMが30%以上で、全膨張率が60%以上の第2の石炭を20%以上の割合で配合する必要があった。
そのような石炭は、高価な強粘結炭ではないが、粘結性を有する石炭であり、価格が上昇傾向にある。このため、さらに粘結性の乏しい石炭を多く配合できるコークスやその製造方法が求められている。
In the method for producing a small coke disclosed in
Such coal is not expensive strong caking coal, but is caking coal, and its price tends to increase. For this reason, the coke which can mix | blend much more coal with poor caking property, and its manufacturing method are calculated | required.
また、非微粘結炭などの劣質炭を多く使用しても高炉の使用に耐え得る強度を有するコークスを製造できる方法として、非特許文献1や特許文献2で例示するように、原料石炭を混合してブリケット状の成形炭(単に、ブリケットともいう)に成形し、これを竪型のシャフト炉で加熱して乾留する成形コークス法が、従来より知られている。
Further, as exemplified in Non-Patent
非特許文献1では、非粘結炭を主原料にして必要な品質の成形コークスを製造するために、成形したブリケットを乾留する際、昇温速度を図4に示す境界線T2とT1−T3によって囲まれた斜線部の領域に制御することが示されており、特に、ブリケットの中心の温度が400〜500℃の範囲にある石炭の軟化溶融温度域、および、同じく500〜700℃の範囲にある再固化温度以降の収縮段階においては、昇温速度を図4の境界線T3以下に抑えるようにして、ブリケットにふくれや割れが発生しないようにすることが示されている。
In
また、特許文献2では、粘結力指数が50〜80%、揮発分含有量VMが10〜25%未満の非微粘結炭を、成形コークス全原料炭に対して10〜70wt%配合し、粘結力指数が50〜80%、VMが25〜35%の非微粘結炭を、成形コークス全原料炭に対して0〜80wt%配合し、さらに、粘結力指数が80〜95%、VMが15〜30%の粘結炭を成形コークス全原料炭に対して50〜10wt%配合した粉炭に、石炭タール、ピッチ及び石油系重質油の1種類以上からなる粘結剤を添加し加圧成形した成形炭を用いることにより、高強度な成形コークスを得ることが示されている。 Moreover, in patent document 2, 10-70 wt% of non-slightly caking coal whose caking power index is 50 to 80% and volatile matter content VM is less than 10 to 25% is mixed with respect to all raw coking coal. In addition, a non-slightly caking coal having a caking strength index of 50 to 80% and a VM of 25 to 35% is blended in an amount of 0 to 80 wt% with respect to all the raw coke of the formed coke, and the caking strength index is 80 to 95. %, VM is 15-30% caking coal blended with 50-10 wt% of all coking coal raw coal, coal tar, pitch and a binder consisting of one or more heavy petroleum oils It has been shown that high strength molded coke can be obtained by using coking charcoal added and pressure molded.
上記に示した様な従来の成形コークス製造法では、粒径が例えば40mm超60mm以下のコークス塊(以下、大塊コークスという)の製造を対象とし、かつ、高強度のコークスを製造することを目的として、乾留条件や原料条件の検討がなされているため、劣質炭の多量配合については、何れも限界がある。また、成形コークス法を反応性の高い粒径が40mm以下の小塊のコークスの製造に適用することついては従来検討されていなかった。 In the conventional method for producing coke as described above, it is intended to produce a coke lump having a particle size of, for example, 40 mm or more and 60 mm or less (hereinafter referred to as a large coke) and producing a high strength coke. Since the purpose of this study is to examine dry distillation conditions and raw material conditions, there is a limit to the combination of a large amount of inferior coal. Further, it has not been conventionally studied to apply the formed coke method to the production of small coke having a highly reactive particle size of 40 mm or less.
そこで、本発明では、高炉内において、通常のコークスの一部を代替して還元反応を促進するために使用される小塊コークスにおいて、粘結性の乏しい、あるいは粘結性を有しない劣質炭をより多く配合して、小塊コークスを高い歩留で製造できるようにすることを課題とする。 Accordingly, in the present invention, in the small coke used to promote a reduction reaction by substituting a part of ordinary coke in a blast furnace, poor quality coal having poor caking properties or not having caking properties. It is an object to be able to produce a small amount of coke with a high yield by blending more.
特許文献1に開示されている小塊コークスの製造方法では、ドラム強度指数DI150 15を70以上としているため、劣質炭の使用に限界があるものと考えられる。
そこで、従来、劣質炭を用いて高炉の使用に耐えるコークスを製造する技術である成形コークス法に着目し、小塊のコークスを成形コークス法によって製造することを検討した。
その結果、配合炭の揮発分含有量VMに応じて、乾留時の昇温速度を調整することにより、劣質炭を用いた場合に小塊コークスを高い歩留で製造できることを見出した。
そのようになされた本発明の要旨は、次のとおりである。
In the method for producing a small coke disclosed in
Thus, focusing on the formed coke method, which is a technology for producing coke that can withstand the use of a blast furnace using inferior coal, the production of small coke by the formed coke method has been studied.
As a result, it has been found that small coke can be produced with high yield when inferior quality coal is used by adjusting the rate of temperature rise during dry distillation according to the volatile content VM of the blended coal.
The gist of the present invention thus made is as follows.
(1)全膨張率20%以下の配合炭を用いて成形した成形炭を、竪型炉で乾留してコークスを製造する際、原料とする配合炭の揮発分含有量VMの値に応じて、乾留時の成形炭の中心温度Tcが200〜700℃にある間の昇温速度を、
VM値≦34.5%のときは、下記式で定義されるT℃/min以上とし、
T=0.0001225×Tc2−0.1418×Tc+46.18
34.5%<VM値のときは、1℃/min以上とする
ことを特徴とする成形コークスの製造方法。
なお、VM値の%は、質量%を意味する。
(2)全膨張率20%以下の配合炭を用いて上記(1)に記載の製造方法によって製造された成形コークスであって、粒径が15〜40mmに調整され、ドラム強度指数DI150 15が40以上であることを特徴とする成形コークス。
(3)さらに、コークス反応性指数CRIが40以上であることを特徴とする前記(2)記載の成形コークス。
(1) When coke is produced by dry distillation of coal blended using a coal blend with a total expansion rate of 20% or less in a vertical furnace, depending on the volatile content VM value of the coal blend used as a raw material The rate of temperature increase while the center temperature Tc of the coal coal during dry distillation is in the range of 200 to 700 ° C.
When VM value ≦ 34.5%, it is set to T ° C./min or more defined by the following formula,
T = 0.0001225 × Tc 2 −0.1418 × Tc + 46.18
When 34.5% <VM value, it is 1 ° C./min or more.
In addition,% of VM value means the mass%.
(2) Molded coke produced by the production method described in (1) above using blended coal having a total expansion rate of 20% or less, the particle size is adjusted to 15 to 40 mm, and the drum strength index DI 150 15 Is a molded coke characterized by being 40 or more.
(3) Further, the coke reactivity index CRI is 40 or more, the molded coke according to (2) above, wherein the coke reactivity index CRI is 40 or more.
本発明によれば、従来に比べ劣質炭を多く用いて、反応性の高い小塊コークスが製造できる。 According to the present invention, a highly reactive small coke can be produced by using more inferior coal than in the past.
本発明者らは、小塊コークスの製造における成形コークス法の適用について鋭意検討した。その結果、成形コークス法を用いて小塊コークスを製造する場合、原料ブリケットの加熱時のふくれや割れに対する挙動は、大塊コークスを製造する場合とは異なること、および、成形コークス法による乾留の際に、昇温速度を適切に選択すれば、より多くの劣質炭を配合しつつ、小塊の成形コークスを高い歩留で製造できることを見出した。 The present inventors have intensively studied the application of the forming coke method in the production of small coke. As a result, when small coke is produced using the formed coke method, the behavior of the raw material briquette against blistering and cracking is different from that when large coke is produced, and At that time, it has been found that if a heating rate is appropriately selected, a small amount of formed coke can be produced at a high yield while blending more inferior quality coal.
従来の成形コークスの製造方法は、前述のように大塊コークスを製造するものであり、非特許文献1に示されるように、ブリケット中心温度Tcが200〜700℃の範囲において図4の斜線を付した適正ゾーンに入るよう、昇温速度を調整していた。
The conventional method for producing formed coke is to produce a large coke as described above. As shown in
その理由は、400〜500℃の軟化溶融温度域では、昇温速度が早すぎるとブリケットのふくれによって亀裂や割れを生じ、成形コークスの潰裂強度が低下するためであり、また、石炭の再固化温度直後の500℃〜700℃の収縮段階ではブリケットの収縮による亀裂や割れの発生を防ぐためである。
なお、ブリケット中心温度Tcが200℃の時、ブリケット表面温度は400℃に到達して軟化溶融を開始することを、確認しているため、ブリケット中心温度Tcが200〜700℃の範囲において適正ゾーンに入るよう、昇温速度を調整していた。
The reason for this is that in the softening and melting temperature range of 400 to 500 ° C., if the rate of temperature rise is too fast, briquette blisters cause cracks and cracks, and the crushing strength of the formed coke decreases. This is to prevent cracks and cracks due to briquette shrinkage at the shrinkage stage of 500 ° C. to 700 ° C. immediately after the solidification temperature.
In addition, when the briquette center temperature Tc is 200 ° C., it has been confirmed that the briquette surface temperature reaches 400 ° C. and starts softening and melting. The heating rate was adjusted to enter.
しかし、本発明者らは、劣質炭を配合原料として用いた小塊の成形コークスの製造では、昇温速度が速い方が小塊コークスの製造歩留まりが向上すること、昇温速度を速くしてもブリケットのふくれによる問題は生じないこと、を見出した。
以下に、その知見が得られた試験結果について説明する。
However, the inventors of the present invention, in the production of small coke using inferior coal as a blended raw material, the faster the heating rate, the better the production yield of small coke, the faster the heating rate. Also found no problem caused by briquetting blisters.
Below, the test result from which the knowledge was acquired is demonstrated.
表1に示す4種類の配合炭A,B2,C,Eを準備し、成形コークス法により石炭原料を乾留する方法を用いて乾留して、コークス化した。Aは全膨張率TDが10%で揮発分含有量VMが25%、B2は全膨張率TDが5%で揮発分含有量VMが32%、Cは全膨張率TDが1%で揮発分含有量VMが35%、Eは全膨張率TDが0%で揮発分含有量VMが36%の配合炭である。 Four types of blended coals A, B2, C, and E shown in Table 1 were prepared and subjected to dry distillation using a method in which a coal raw material was subjected to dry distillation by a formed coke method to be coke. A has a total expansion coefficient TD of 10% and a volatile content VM of 25%, B2 has a total expansion coefficient TD of 5% and a volatile content VM of 32%, and C has a total expansion coefficient TD of 1% and a volatile content. E is a blended coal with a content VM of 35%, E with a total expansion coefficient TD of 0% and a volatile content VM of 36%.
まず、配合炭にバインダー(軟ピッチ)を8質量%外数で添加混練し、平均粒径約50mmのブリケットに成型して装入原料とした。ここで、軟ピッチの揮発分含有量VMは約70質量%であるので、配合炭に軟ピッチを添加した成形炭の揮発分は、A,B2,C,Eそれぞれ28.3質量%、34.8質量%、37.6質量%、38.5質量%である。次いで、このブリケットをシャフト炉で乾留した。 First, a binder (soft pitch) was added to the blended charcoal at an external number of 8% by mass and molded into briquettes having an average particle size of about 50 mm to obtain a charging raw material. Here, since the volatile matter content VM of the soft pitch is about 70% by mass, the volatile content of the formed coal obtained by adding the soft pitch to the blended coal is 28.3% by mass, 34% for A, B2, C, and E, respectively. 0.8 mass%, 37.6 mass%, and 38.5 mass%. Subsequently, this briquette was carbonized in a shaft furnace.
ここで加熱時のブリケットの中心温度Tcの昇温条件として、図1にP1、P2、P3、P4で示す4つの条件を用いた。
昇温パターンP1、P2、P3は非特許文献1のT1−T3線よりも昇温速度が高い条件であり、P4はT2線とT1−T3線で囲まれる非特許文献1の領域の昇温速度である。
加熱時のブリケットの中心温度Tcが200〜700℃にある間の平均昇温速度はそれぞれ、P1:33(℃/min)、P2:20(℃/min)、P3:10(℃/min)、P4:6(℃/min)であった。
Here, four conditions indicated by P1, P2, P3, and P4 in FIG. 1 were used as the temperature raising conditions of the briquette center temperature Tc during heating.
The temperature rise patterns P1, P2, and P3 are conditions where the temperature rise rate is higher than that of the T1-T3 line in
The average heating rate during the heating when the center temperature Tc of the briquette is 200 to 700 ° C. is P1: 33 (° C./min), P2: 20 (° C./min), and P3: 10 (° C./min), respectively. , P4: 6 (° C./min).
さらに、図1には図示していないが、パターンP5(加熱時のブリケットの中心温度Tcが200〜700℃の平均昇温速度 3℃/min)、パターンP6(同 1℃/min)でも試験を実施した。 Further, although not shown in FIG. 1, the test was performed also with the pattern P5 (the briquette center temperature Tc during heating was an average rate of temperature increase of 3 ° C./min at 200 to 700 ° C.) and the pattern P6 (the same 1 ° C./min). Carried out.
ここで、P1,P2,P3,P4それぞれの昇温パターンにおいて、ブリケット中心温度Tcとブリケット中心昇温速度T℃/minの関係を求めると、Tはブリケット中心温度Tcの関数として、下式で表された。
P1: T=0.00016655×Tc2−0.2255×Tc+96.19
P2: T=0.00019814×Tc2−0.2301×Tc+78.76
P3: T=0.0001225×Tc2−0.1418×Tc+46.18
P4: T=0.0001225×Tc2−0.1418×Tc+42.18
Here, when the relationship between the briquette center temperature Tc and the briquette center temperature increase rate T ° C./min is obtained in each temperature increase pattern of P1, P2, P3, and P4, T is expressed by the following equation as a function of the briquette center temperature Tc. Represented.
P1: T = 0.00016655 × Tc 2 −0.2255 × Tc + 96.19
P2: T = 0.00019814 × Tc 2 −0.2301 × Tc + 78.76
P3: T = 0.0001225 × Tc 2 −0.1418 × Tc + 46.18
P4: T = 0.0001225 × Tc 2 −0.1418 × Tc + 42.18
得られた成形コークスをドラム試験機で30回転の衝撃を加えた後、40mmおよび15mmのふるいでふるい分け、元のコークス試料の質量に対する15−40mmの試料質量の百分率を小塊コークス(15−40mm)歩留まり(%)と定義した。
結果を表2に示す。
The obtained molded coke was subjected to impact of 30 revolutions with a drum tester, and then screened with 40 mm and 15 mm sieves. ) Yield (%).
The results are shown in Table 2.
表2より、配合炭の揮発分が高いほど、また昇温速度が速いほど、小塊コークス(15−40mm)歩留まりが高くなる傾向にあることがわかる。配合炭の揮発分が低いA,B2に関しては、P3以上の昇温速度で小塊コークス(15−40mm)歩留まりが大きく向上し、80%以上の歩留まりが得られている。
一方、揮発分が高いC,Eに関しては、低い昇温速度でも80%以上の小塊コークス(15−40mm)歩留まりを得ることができている。
また、同じ昇温速度で比較すると、揮発分32%のB2と揮発分35%のCでは大きな差異があり、Cの小塊コークス(15−40mm)歩留まりがB2に比べて著しく高くなっていることがわかる。
From Table 2, it can be seen that the higher the volatile content of the blended coal and the higher the rate of temperature rise, the higher the yield of small coke (15-40 mm). As for A and B2, which have a low volatile content of blended coal, the yield of small coke (15-40 mm) is greatly improved at a temperature rising rate of P3 or higher, and a yield of 80% or higher is obtained.
On the other hand, with regard to C and E having high volatile contents, a small coke (15-40 mm) yield of 80% or more can be obtained even at a low heating rate.
Further, when compared at the same rate of temperature increase, there is a large difference between B2 having a volatile content of 32% and C having a volatile content of 35%, and the yield of C small coke (15-40 mm) is significantly higher than that of B2. I understand that.
以上から、成形コークス法により高い歩留まりで小塊コークスを製造できることが見出された。詳細には、配合炭の揮発分含有量(VM)に応じて、乾留時の昇温速度を適切に選択することにより、高い歩留まりで小塊コークスを製造できることが見出された。 From the above, it has been found that small coke can be produced with a high yield by the forming coke method. Specifically, it has been found that small coke can be produced with a high yield by appropriately selecting the heating rate during dry distillation according to the volatile content (VM) of the blended coal.
なお、上記では、小塊コークス歩留まりを評価する指標として15−40mmの歩留まりで評価した場合を例示しているが、実際に使用する小塊コークスの粒度は15−40mmに限定されず、どのような粒度範囲の小塊コークスを用いるかは、高炉の炉容積および操業条件により異なる。 In addition, although the case where it evaluated by the yield of 15-40 mm as an index | index which evaluates a small coke yield is illustrated above, the particle size of the small coke actually used is not limited to 15-40 mm. Whether to use small coke in a wide particle size range depends on the furnace volume and operating conditions of the blast furnace.
例えば、15−25mm程度の粒度範囲のものを用いる場合を想定することもでき、その場合は、得られた成形コークスをドラム試験機で30回転の衝撃を加えた後、25mmおよび15mmのふるいでふるい分け、小塊コークス(15−25mm)歩留まりを評価することができる。ちなみに、元のコークス試料の質量に対する15−25mmの試料質量の百分率を小塊コークス(15−25mm)歩留まり(%)と定義した。
結果を表3に示す。
For example, a case where a particle size range of about 15 to 25 mm is used can be assumed. In that case, the obtained formed coke is subjected to an impact of 30 revolutions with a drum tester, and then sieved with 25 mm and 15 mm. Sieve and small coke (15-25 mm) yield can be evaluated. By the way, the percentage of the sample mass of 15-25 mm to the mass of the original coke sample was defined as the small coke (15-25 mm) yield (%).
The results are shown in Table 3.
表3より、揮発分が高いほど、また昇温速度が速いほど小塊コークス(15−25mm)歩留まりが高くなる傾向にあることがわかる。揮発分が低いA,B2に関しては、P3以上の昇温速度で小塊コークス(15−25mm)歩留まりが大きく向上している。
一方、揮発分が高いC,Eに関しては、低い昇温速度でも高い小塊コークス(15−25mm)歩留まりを得ることができている。
また、同じ昇温速度で比較すると、揮発分32%のB2と揮発分35%のCでは大きな差異があり、Cの小塊コークス(15−25mm)歩留まりがB2に比べて著しく高くなっていることがわかる。
以上の通り、小塊コークス(15−25mm)歩留まりも、表2に示す小塊コークス(15−40mm)歩留まりと同様の傾向を示すことが確認された。
From Table 3, it can be seen that the yield of small coke (15-25 mm) tends to increase as the volatile content increases and the rate of temperature increase increases. For A and B2, which have low volatile content, the yield of small coke (15-25 mm) is greatly improved at a temperature rising rate of P3 or higher.
On the other hand, for C and E having a high volatile content, a high coke coke (15-25 mm) yield can be obtained even at a low temperature rise rate.
Further, when compared at the same rate of temperature increase, there is a large difference between B2 with a volatile content of 32% and C with a volatile content of 35%, and the yield of C small coke (15-25 mm) is significantly higher than that of B2. I understand that.
As described above, it was confirmed that the small coke (15-25 mm) yield also showed the same tendency as the small coke (15-40 mm) yield shown in Table 2.
本発明は、以上のような知見をもとにさらに検討してなされたものであり、以下本発明を構成する事項についてさらに説明する。 The present invention has been made by further study based on the above knowledge, and the matters constituting the present invention will be further described below.
(原料石炭の配合)
本発明では、上記のように、劣質炭を多く使用することを目的としている。
具体的には、全膨張率TDが20%以下の配合炭を用いる。一般的に、粘結性が低い方が石炭価格は安価であるため、コークス製造用の原料石炭価格をより下げるには、全膨張率10%以下が好ましく、あるいは全膨張率0%でもよい。
本発明では、ブリケット中心昇温速度を従来よりも速くするため、このように低い全膨張率の石炭を用いても、成形コークスを製造することが可能である。
すなわち、本発明では、粘結性の乏しい、あるいは粘結性を全く有しない劣質炭を配合原料として多量に用い、全膨張率20%以下の配合炭とするため、昇温速度が早くてもブリケットのふくれによる問題は生じない。
(Combination of raw material coal)
In the present invention, as described above, an object is to use a large amount of inferior coal.
Specifically, blended coal having a total expansion coefficient TD of 20% or less is used. In general, the lower the caking property, the cheaper the coal price is. Therefore, in order to further lower the price of the raw material coal for producing coke, the total expansion rate is preferably 10% or less, or the total expansion rate may be 0%.
In the present invention, since the briquette center temperature increase rate is made faster than before, it is possible to produce formed coke even when using coal having such a low total expansion rate.
That is, in the present invention, inferior coal having poor caking properties or having no caking properties is used in a large amount as a blended raw material, and a coal blend having a total expansion rate of 20% or less is obtained. There is no problem with briquetting blisters.
なお、配合炭とは、コークスを作るための原料石炭のことを指し、1種類または2種類以上の石炭を混合した石炭のことをいう。
また、配合炭の全膨張率TDは、配合炭を構成する各石炭それぞれの全膨張率TDとそれぞれの石炭の配合比から加重平均によって求めた値である。全膨張率TDには加成性がないので、配合炭のTD実測値とは異なる。なお、石炭の全膨張率TDは、JIS M8801に記載の膨張性試験方法(ジラトメータ法)により測定される。
In addition, blended coal refers to the raw material coal for making coke, and refers to the coal which mixed 1 type or 2 types or more of coal.
Moreover, the total expansion coefficient TD of the blended coal is a value obtained by a weighted average from the total expansion coefficient TD of each coal constituting the blended coal and the blend ratio of each coal. Since the total expansion coefficient TD has no additivity, it differs from the TD actual measurement value of the blended coal. In addition, the total expansion coefficient TD of coal is measured by the expansibility test method (dilatometer method) described in JIS M8801.
(加熱時の昇温速度)
本発明者らは、前述の試験結果をふまえ、配合炭の揮発分含有量VMの値と昇温速度の関係について詳細な実験を行った。その結果、VM値が34.5%を超える場合には、昇温速度に特別な制限がないこと、及び、VM値が34.5%以下では、成形炭の中心温度Tcに応じた昇温速度の下限が存在することを知見した。
そして、さらに検討を行い、乾留する際の加熱時の成形炭の中心温度Tcが200−700℃にある間の昇温速度を、VM値に応じて以下のように調整することにより、小塊コークスを歩留まり高く製造できることを見出した。例えば、上記の通り、84%以上の小塊コークス(15−40mm)歩留まりを得ることが確認された。
(Temperature increase rate during heating)
Based on the above test results, the present inventors conducted detailed experiments on the relationship between the value of the volatile content VM of the coal blend and the rate of temperature increase. As a result, when the VM value exceeds 34.5%, there is no special limitation on the rate of temperature increase, and when the VM value is 34.5% or less, the temperature rise according to the center temperature Tc of the forming coal. It was found that there was a lower speed limit.
And further examination, a small lump by adjusting the temperature increase rate while the center temperature Tc of the forming coal at the time of heating at the time of dry distillation is 200-700 ° C. according to the VM value as follows We found that coke can be produced with high yield. For example, as described above, it was confirmed that a yield of 84% or more small coke (15-40 mm) was obtained.
(1)VM値≦34.5%のときは、下記式で定義されるT℃/min以上とする。
T=0.0001225×Tc2−0.1418×Tc+46.18
なお、Tは図2で細線で記載された曲線で表される。
(2)34.5%<VM値のときは、1℃/min以上とする。
(1) When VM value ≦ 34.5%, T ° C./min or more defined by the following formula.
T = 0.0001225 × Tc 2 −0.1418 × Tc + 46.18
In addition, T is represented by the curve described by the thin line in FIG.
(2) When 34.5% <VM value, it is set to 1 ° C./min or more.
また、さらに小塊コークス歩留まりを向上させようとすれば、成形炭の中心温度Tcの昇温速度を向上させればよい。
例えば、上記の通り、87%以上の小塊コークス(15−40mm)歩留まりを得ようとすれば、乾留時の成形炭の中心温度Tcが200〜700℃にある間の昇温速度を、
VM値≦34.5%のときは、下記式で定義されるT℃/min以上とし、
T=0.00019814×Tc2−0.2301×Tc+78.76
34.5%<VM値のときは、3℃/min以上
とすればよい。
Moreover, if it is going to improve the yield of small coke, it should just raise the temperature increase rate of the center temperature Tc of forming coal.
For example, as described above, if a small coke (15-40 mm) yield of 87% or more is to be obtained, the rate of temperature increase while the center temperature Tc of the forming coal during dry distillation is 200 to 700 ° C.,
When VM value ≦ 34.5%, it is set to T ° C./min or more defined by the following formula,
T = 0.00019814 × Tc 2 −0.2301 × Tc + 78.76
When 34.5% <VM value, it may be 3 ° C./min or more.
さらに、例えば、上記の通り、90%以上の小塊コークス(15−40mm)歩留まりを得ようとすれば、乾留時の成形炭の中心温度Tcが200〜700℃にある間の昇温速度を、
VM値≦34.5%のときは、下記式で定義されるT℃/min以上とし、
T=0.00016655×Tc2−0.2255×Tc+96.19
34.5%<VM値のときは、6℃/min以上
とすればよい。
Further, for example, as described above, if a yield of 90% or more of small coke (15-40 mm) is to be obtained, the rate of temperature increase while the center temperature Tc of the coal coal during dry distillation is 200 to 700 ° C. is increased. ,
When VM value ≦ 34.5%, it is set to T ° C./min or more defined by the following formula,
T = 0.00016655 × Tc 2 −0.2255 × Tc + 96.19
When 34.5% <VM value, it may be 6 ° C./min or more.
ここで、配合炭のVMとは、配合炭VMの実測値であるが、VMには加成性があるため、配合炭を構成する各石炭それぞれのVMとそれぞれの石炭の配合比から加重平均によって求めた値と等しいので、どちらを用いてもよい。このVMには、成型炭を製造する時に添加するバインダーのVMを含まない。
また、ブリケットの中心温度Tcは、ブリケットの幅、長さ、高さ方向中心での温度であり、実プロセスを模擬できる試験乾留炉において、ブリケット中心に熱電対を設置し、温度を測定する事で評価できる。
Here, the VM of the blended coal is an actual measurement value of the blended coal VM. However, since the VM has an additivity, a weighted average is obtained from each VM constituting the blended coal and the blending ratio of each coal. Since it is equal to the value obtained by (2), either one may be used. This VM does not include the binder VM added when producing coal.
The briquette center temperature Tc is the temperature at the center of the width, length and height of the briquette. In a test dry distillation furnace that can simulate the actual process, a thermocouple is installed at the center of the briquette and the temperature is measured. Can be evaluated.
全膨張率20%以下の配合炭を用いて成形コークス製造法で製造する場合、配合炭のVM値で区分けされる上記の昇温速度範囲で製造した時に、小塊コークスを高い歩留まりで製造することができる理由については、下記の通り推察される。 When producing by the coke production method using blended coal with a total expansion rate of 20% or less, small coke is produced with a high yield when it is produced in the above temperature rise rate range divided by the VM value of the blended coal. The reason why this is possible is inferred as follows.
石炭を乾留すると(酸素がない状態で加熱すると)、熱分解し、石炭を構成する芳香族環の側鎖切断や芳香族環の重縮合がおこり、揮発分(メタン、エタン等の炭化水素、CO、水素、タール等)が発生する。
この重縮合反応により、石炭は加熱過程で大きく収縮する。石炭は不均質物質であるとともに成形炭内部には温度分布があるため収縮は均一ではなく、不均一な収縮により歪みが発生し、応力が発生し、その結果コークスに亀裂が生成する。
そこで、石炭のVM値が高いほど、また昇温速度が大きいほど単位時間あたりの収縮量は大きくなるため、亀裂は多く発生し、これにより、小塊コークス歩留まりを上げることが可能となったものと考えられる。
When coal is carbonized (heated in the absence of oxygen), it will be pyrolyzed, causing side chain cleavage of aromatic rings and polycondensation of aromatic rings, and volatiles (hydrocarbons such as methane and ethane, CO, hydrogen, tar, etc.) are generated.
Due to this polycondensation reaction, coal shrinks greatly during the heating process. Coal is a heterogeneous material and has a temperature distribution inside the formed coal, so the shrinkage is not uniform. Distortion occurs due to the non-uniform shrinkage, and stress is generated, resulting in cracks in the coke.
Therefore, the higher the VM VM value and the higher the rate of temperature increase, the greater the amount of shrinkage per unit time, so that more cracks occur, which makes it possible to increase the yield of small coke. it is conceivable that.
また、石炭のVM値に対して、適正な昇温速度が存在する理由は明確ではないが、下記の通り推察される。
VM値≦34.5%の場合は、小塊コークスを高い歩留まりで製造するために、上記式より速い昇温速度が必要であるが、これは、VM値≦34.5%の配合炭では、上記昇温速度超において、熱分解に伴う収縮挙動が大きく変化して、亀裂発生量が急激に増加するためと推察される。
なお、VM値の下限値は、使用する銘柄によって決まるため、特に限定はされるものではなく、VM値が20質量%程度、あるいはVM値が15質量%程度のものが例示できる。
In addition, the reason why there is an appropriate heating rate for the VM VM value is not clear, but is presumed as follows.
In the case of VM value ≦ 34.5%, in order to produce small coke with a high yield, a higher rate of temperature rise than the above formula is required, but this is not the case with blended coal with VM value ≦ 34.5%. It is surmised that the shrinkage behavior accompanying the thermal decomposition changes greatly and the amount of cracks increases abruptly when the temperature rise rate is higher.
In addition, since the lower limit of VM value is decided by the brand | brand used, it does not specifically limit, A VM value is about 20 mass% or a VM value is about 15 mass%.
一方、VM34.5%超の場合は、低い昇温速度でも小塊コークスを高い歩留まりで製造することができるが、これは、VM34.5%を超えると、熱分解に伴う収縮挙動が大きく変化して亀裂発生量が急激に増加し、小さい昇温速度でも亀裂が多く発生するためと推察される。
なお、昇温速度の下限は特に限定されるものではないが、現実的な値として1℃/minとした。
また、VM値の上限値も、使用する銘柄によって決まるため、特に限定はされるものではなく、VM値が40質量%程度、VM値が45質量%程度、あるいはVM値が50質量%程度のものが例示できる。
On the other hand, in the case of over 34.5% VM, small coke can be produced with a high yield even at a low rate of temperature rise. However, if VM exceeds 34.5%, the shrinkage behavior due to thermal decomposition changes greatly. Thus, the amount of cracks increases rapidly, and it is assumed that many cracks are generated even at a small temperature increase rate.
The lower limit of the rate of temperature increase is not particularly limited, but a practical value is 1 ° C./min.
Further, the upper limit value of the VM value is also not particularly limited because it is determined by the brand to be used. The VM value is about 40% by mass, the VM value is about 45% by mass, or the VM value is about 50% by mass. The thing can be illustrated.
ちなみに、バインダーのVMを含まない配合炭VM値に対して適正な昇温速度を規定している理由は、コークスに発生する亀裂は石炭の熱分解に伴い発生する揮発分に由来するものであり、バインダーのVMとは無関係であることを、別途、知見していることに基いている。 By the way, the reason for prescribing an appropriate rate of temperature increase for the blended coal VM value that does not contain the binder VM is that the cracks that occur in the coke are derived from the volatile matter that occurs during the thermal decomposition of the coal. This is based on the fact that it is unrelated to the VM of the binder.
なお、ブリケット中心温度Tcが200〜700℃にある間の昇温速度の上限は、配合炭の全膨張率TD、VMがいずれの場合でも特に限定されるものではない。 In addition, the upper limit of the temperature increase rate while the briquette center temperature Tc is in the range of 200 to 700 ° C. is not particularly limited regardless of the total expansion rate TD and VM of the blended coal.
(目標コークス強度)
本発明で対象とする小塊の成形コークスでは、目標のドラム強度指数DI150 15は40以上で十分である。
特許文献4では、ドラム強度指数DI150 15が70未満であると、コークスの破壊および粉化が生じて通気性の低下および還元効率の低下が生じることがあるため、DI150 1570以上としていた。
これに対し、本発明の成形コークス製造法で製造した小塊のコークスでは、DI150 15が70未満でも、40以上であれば高炉で十分使用可能である。なお、DI150 15の上限は特に規定されるものではなく、この値は大きいほど好ましい。
(Target coke strength)
For small coke formed in the present invention, a target drum strength index DI 150 15 of 40 or more is sufficient.
In Patent Document 4, when the drum strength index DI 0.99 15 is less than 70, because it can decrease the breathability caused destruction and powdering of coke and a decrease in reduction efficiency results had a DI 0.99 15 70 or more .
On the other hand, in the small coke produced by the method for producing molded coke of the present invention, even if DI 150 15 is less than 70, if it is 40 or more, it can be sufficiently used in a blast furnace. In addition, the upper limit of DI 150 15 is not particularly defined, and a larger value is more preferable.
この理由は次のように推察される。
成形コークス製造法により製造したコークスは、室炉法により製造したコークスとは形状が異なる。成形コークス製造法ではブリケットとした成型炭を使用するため、この方法で製造されたコークスは、室炉法で製造されたコークスに比較して角部が少ない形状をしている。
一方、ドラム強度試験は、ドラム試験機で150回転の衝撃を加えた後の15mmのふるい上質量比率で評価をしているため、初期の衝撃における粉発生率についての情報は示していない。成形コークス製造法で製造したコークスは、角部が少いため、初期の衝撃における粉発生率が少いと考えられる。このため、ドラム強度指数が低くても、初期に発生する粉が少なく、ドラム強度指数で40以上であれば高炉で使用可能であると考えられる。
なお、ドラム強度指数DI150 15は、JISK2151に記載のコークスの回転強度試験方法のドラム法により測定した、150回転後の15mm篩上指数である。
The reason is presumed as follows.
The coke produced by the molded coke production method is different in shape from the coke produced by the chamber furnace method. Since the briquette coal is used in the molded coke manufacturing method, the coke manufactured by this method has a shape with fewer corners compared to the coke manufactured by the chamber furnace method.
On the other hand, since the drum strength test is evaluated by a mass ratio on a sieve of 15 mm after an impact of 150 revolutions is applied by a drum tester, information on the powder generation rate at the initial impact is not shown. The coke produced by the molded coke production method has a small number of corners, and is considered to have a low powder generation rate at the initial impact. For this reason, even if the drum strength index is low, the amount of powder generated at the initial stage is small, and if the drum strength index is 40 or more, it is considered that the drum strength index can be used in a blast furnace.
The drum strength index DI 150 15 is a 15 mm sieving index after 150 rotations measured by the drum method of the coke rotation strength test method described in JIS K2151.
(成形コークスの製造方法)
本発明の成形コークスの製造にあたっては、配合炭や加熱時の昇温速度を除いて、通常の成形コークス製造法が適用される。
その概略は、前述のように原料石炭を配合し、その配合炭を原料ブリケットに成型し、そのブリケットを縦型のシャフト炉に装入して、加熱、乾留してコークスとするものである。
(Method for producing molded coke)
In the production of the formed coke of the present invention, a normal formed coke manufacturing method is applied except for the blended coal and the heating rate during heating.
As outlined above, raw coal is blended as described above, the blended coal is formed into raw briquettes, the briquettes are charged into a vertical shaft furnace, heated and dry-distilled to form coke.
劣質の原料石炭は、石炭ごとに複数のホッパーに貯留され、各ホッパーから所定の配合比率になるように切り出される。その際、予め所定の粒度に調整した原料をホッパーに入れておいてもよいし、ホッパーから切り出した後に粉砕機で粉砕して所定の粒度としてもよい。
好ましい原料の粒度としては、−3mm 85%以上、より好ましくは−3mm 95%以上、さらにより好ましくは−1.5mm 95%以上である。
Inferior raw material coal is stored in a plurality of hoppers for each coal, and is cut out from each hopper so as to have a predetermined blending ratio. At that time, a raw material adjusted to a predetermined particle size in advance may be placed in a hopper, or may be cut out from the hopper and then pulverized by a pulverizer to obtain a predetermined particle size.
The particle size of the raw material is preferably −3 mm 85% or more, more preferably −3 mm 95% or more, and still more preferably −1.5 mm 95% or more.
このように配合された配合炭に、必要に応じて、ピッチのようなバインダーや石灰石(アルカリ土類金属化合物)のような触媒を添加し、混練機で混練し、成型機に送り、平均粒径10〜80mmの原料ブリケットに成形する。
ついで、この原料ブリケットは、縦型のシャフト炉に装入され、加熱、乾留されて成形コークスとなる。
If necessary, a binder such as pitch or a catalyst such as limestone (alkaline earth metal compound) is added to the blended coal thus blended, kneaded with a kneader, sent to a molding machine, and the average grain Molded into a raw material briquette having a diameter of 10 to 80 mm.
Next, the raw material briquette is charged into a vertical shaft furnace, heated and dry-distilled to form formed coke.
製品となるコークスの粒径としては、15〜40mmとする。粒径が15mmより小さいと高炉内で通気を阻害する要因となるためである。
一方、粒径が40mm超となると、比表面積が小さくなり、未反応のコークスが高炉下部まで降下して、粉化し、通気を阻害する要因となる。
The particle size of the product coke is 15 to 40 mm. This is because if the particle size is smaller than 15 mm, it becomes a factor that hinders ventilation in the blast furnace.
On the other hand, when the particle size exceeds 40 mm, the specific surface area becomes small, and unreacted coke descends to the lower part of the blast furnace and becomes a factor that impedes aeration.
この粒径範囲については、以下の通り確認し上記の範囲を知見した。
すなわち、本発明者らは、コークス粒径と反応性との関係を検討した。
ちなみに、反応性の指標としては、コークス反応性指数CRIが広く知られている。このコークス反応性指数CRIは、40以上であることが好ましい。その理由は、CRIが40未満では、コークスの反応性が十分ではなく、未反応のコークスが高炉下部まで降下して、粉化し、通気を阻害する要因となるためである。
このCRIは、粒径を20±1mmに調製したコ−クス200gを反応温度1100℃、CO2 ガス流量5Nl/minの条件で2時間反応させ、後に残ったコ−クスの質量A(g)を測定し、その質量を用いて次式で算出される値である。
CRI=((200−A)/200)×100(%)
About this particle size range, it confirmed as follows and discovered said range.
That is, the present inventors examined the relationship between coke particle size and reactivity.
Incidentally, the coke reactivity index CRI is widely known as a reactivity index. The coke reactivity index CRI is preferably 40 or more. The reason is that if the CRI is less than 40, the reactivity of the coke is not sufficient, and the unreacted coke falls to the lower part of the blast furnace, which is pulverized and inhibits aeration.
In this CRI, 200 g of coke prepared to have a particle size of 20 ± 1 mm was reacted for 2 hours under the conditions of a reaction temperature of 1100 ° C. and a CO 2 gas flow rate of 5 Nl / min. Is a value calculated by the following equation using its mass.
CRI = ((200−A) / 200) × 100 (%)
しかし、ここでは、コークス粒径と反応性との関係を検討するため、粒径を20±1mmに調製するのではなく、CRIの測定方法に準じて実施した。すなわち、塊コークスをCO2雰囲気中1100℃で4時間反応させる試験を実施した。試料としては、粒径20mm、30mm、40mm、50mmの成形コークスを用いた。その結果、実験終了後の反応率は、それぞれ100%、70%、50%、37%であった。
この様に、試料サイズが大きいと比表面積が小さくなり、反応率が低下することが確認され、粒径50mmのコークスは、実験終了後の反応率が40%未満であり、反応のコークスが高炉下部まで降下して、粉化し、通気を阻害する要因となる恐れがあることが確認された。
However, here, in order to examine the relationship between the coke particle size and the reactivity, the particle size was not adjusted to 20 ± 1 mm, but according to the CRI measurement method. Namely, the test was carried out reacting 4 hours lump coke at 1100 ° C. in a CO 2 atmosphere. As a sample, molded coke having a particle size of 20 mm, 30 mm, 40 mm, and 50 mm was used. As a result, the reaction rates after completion of the experiment were 100%, 70%, 50%, and 37%, respectively.
In this way, it is confirmed that the specific surface area decreases and the reaction rate decreases when the sample size is large. The coke with a particle size of 50 mm has a reaction rate of less than 40% after the experiment, and the reaction coke is blast furnace. It was confirmed that it could descend to the bottom, pulverize, and hinder ventilation.
さらに、成形炭の昇温速度と得られたコークスのCRI(粒径を20±1mmに調製した通常の方法)との関係についても検討した。
その結果、成形炭の昇温速度が高いほど、得られたコークスのCRIが高くなる傾向があることを、実験的に知見した。その理由は、成形炭の揮発分が高いほど、熱分解に伴い単位時間あたりに発生する揮発分の量が多くなり、微細な気孔が形成され、比表面積が高いコークスが生成したためと考えられる。
Furthermore, the relationship between the heating rate of the forming coal and the CRI of the obtained coke (ordinary method in which the particle size was adjusted to 20 ± 1 mm) was also examined.
As a result, it has been experimentally found that the CRI of the obtained coke tends to increase as the heating rate of the forming coal increases. The reason is considered to be that as the volatile matter of the coal is higher, the amount of the volatile matter generated per unit time with thermal decomposition increases, fine pores are formed, and coke having a high specific surface area is generated.
特に、VM34.5%超の配合炭を用いて成形コークス製造法で製造した場合は、低い昇温速度でも高いCRIのコークスを得ることができる。この理由は、明確ではないが、VM34.5%超の石炭はVM34.5%以下の石炭と構造が大きく異なり、熱分解に伴う揮発分発生挙動が大きく変わり、昇温速度が低くても熱分解に伴い単位時間あたりに発生する揮発分の量が多く、コークスに生成する微細気孔構造が大きいためと推察される。 In particular, when the blended coal of more than VM 34.5% is used to produce the coke, a high CRI coke can be obtained even at a low temperature increase rate. The reason for this is not clear, but the coal of VM34.5% or more is significantly different in structure from the coal of VM34.5% or less, the behavior of volatile matter generation accompanying pyrolysis changes greatly, and even if the heating rate is low, It is presumed that the amount of volatile matter generated per unit time with decomposition is large and the fine pore structure generated in coke is large.
また、加熱時のブリケット中心の昇温速度の調整は次のように実施する。
まず、実プロセスを模擬できる試験乾留炉において、ブリケット中心温度と雰囲気ガス温度の関係を予め求めておき、目的とするブリケット中心での昇温速度を達成できるような雰囲気ガス温度の昇温条件を求めておく。次に、実プロセスにおいて、上記で求めた昇温条件となるように、加熱ガスの温度および/またはガス流量を調整する。
これにより、従来に比べ劣質炭を多く用いて反応性の高い小塊コークスを製造することできる。
Moreover, adjustment of the temperature increase rate of the briquette center at the time of a heating is implemented as follows.
First, in a test carbonization furnace that can simulate an actual process, the relationship between the briquette center temperature and the ambient gas temperature is obtained in advance, and the temperature rise conditions for the ambient gas temperature that can achieve the desired rate of temperature rise at the briquette center are set. I ask for it. Next, in the actual process, the temperature of the heated gas and / or the gas flow rate are adjusted so as to satisfy the temperature increase condition obtained above.
Thereby, a highly reactive small coke can be manufactured using much inferior quality charcoal compared with the past.
本発明は、以上説明した成形コークスの製造法とそれを用いて製造された小塊の成形コークスを特徴とするものであるが、さらに、実施例に基づいて、本発明の実施可能性及び効果について説明する。 The present invention is characterized by the method for producing molded coke described above and the small coke formed by using the method, and further, based on the examples, the feasibility and effect of the present invention. Will be described.
表4に示すような、揮発分VM、全膨張率TDを有する配合炭を準備し、3mm以下90%に粉砕した後、バインダーとして軟ピッチを8質量%(外数)添加して成形機により平均粒径40mmの原料ブリケットとなる成形炭を製造した。
次いで、原料ブリケットを竪型のシャフト炉で900℃まで乾留して小塊のコークスとした。
As shown in Table 4, a blended coal having a volatile content VM and a total expansion coefficient TD is prepared, pulverized to 3 mm or less to 90%, and then 8% by mass (external number) of soft pitch is added as a binder. Coking charcoal to be a raw material briquette having an average particle diameter of 40 mm was produced.
Next, the raw material briquette was dry-distilled to 900 ° C. in a vertical shaft furnace to form a small coke.
加熱時のブリケットの中心温度Tcの昇温条件として、図3にH1、H2、H3、H4で示す4つの条件を用いた。 As conditions for raising the center temperature Tc of the briquette during heating, four conditions indicated by H1, H2, H3, and H4 in FIG. 3 were used.
図3に示した昇温パターンH1、H2、H3はそれぞれ、図1にも示した昇温パターンP1、P2、P3よりも、昇温速度が高い条件であり、H4は非特許文献1のT2線とT1−T3線で囲まれる領域の昇温速度である。加熱時のブリケットの中心温度Tcが200〜700℃にある間の平均昇温速度はそれぞれ、H1:34(℃/min)、H2:21(℃/min)、H3:11(℃/min)、H4:6(℃/min)であった。
The temperature rising patterns H1, H2, and H3 shown in FIG. 3 are conditions where the temperature rising rate is higher than the temperature rising patterns P1, P2, and P3 also shown in FIG. 1, and H4 is T2 of
得られた小塊コークス(15−40mm)歩留まり(%)、小塊コークス(15−25mm)歩留まり(%)、反応性指数CRIとドラム強度指数DI150 15を測定して、製造条件とともに表5に記載した。 The obtained small coke (15-40 mm) yield (%), small coke (15-25 mm) yield (%), reactivity index CRI and drum strength index DI 150 15 were measured, together with the production conditions. It was described in.
本発明例1〜25は、いずれも80%以上の小塊コークス(15−40mm)歩留まりが得られている。一方、比較例の小塊コークス(15−40mm)歩留まりは、70%未満であった。
また、本発明例1〜25はいずれも、ドラム強度指数DI150 15が40以上のコークスであった。
ちなみに、本発明例1〜25はいずれも、CRI40以上のコークスが得られた。
In Examples 1 to 25 of the present invention, a small coke (15-40 mm) yield of 80% or more is obtained. On the other hand, the small coke (15-40 mm) yield of the comparative example was less than 70%.
Moreover, all of Examples 1 to 25 of the present invention were cokes having a drum strength index DI 150 15 of 40 or more.
Incidentally, coke of
Claims (3)
VM値≦34.5%のときは、下記式で定義されるT℃/min以上とし、
T=0.0001225×Tc2−0.1418×Tc+46.18
34.5%<VM値のときは、1℃/min以上とする
ことを特徴とする成形コークスの製造方法。 When coke is produced by dry distillation of coal blended with a coal blend with a total expansion rate of 20% or less in a vertical furnace, depending on the volatile content VM of the coal blend used as a raw material, The heating rate while the center temperature Tc of the coking coal is 200 to 700 ° C.,
When VM value ≦ 34.5%, it is set to T ° C./min or more defined by the following formula,
T = 0.0001225 × Tc 2 −0.1418 × Tc + 46.18
When 34.5% <VM value, it is 1 ° C./min or more.
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