JP2017066246A - 石炭の混合方法およびコークスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】石炭を混合する混合機を用いて、好適な品位のコークスを製造する。【解決手段】本発明は、固定された筒状横型容器と、該筒状横型容器の軸心に配置された回転軸を中心として回転するひとつ以上の送り羽根と、前記筒状横型容器の軸心以外の位置に配置された回転軸を中心として回転するひとつ以上の攪拌翼と、前記筒状横型容器の上流端部側に設置された石炭供給部と、前記筒状横型容器の下流端部側に設置された石炭排出部とを有する混合機を運転して、石炭を連続的に混合するに際し、筒状横型容器内の石炭の占積率を４０〜６０体積％の範囲とし、算出された滞留時間を４５〜６０秒の範囲とするように制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、石炭の混合方法およびコークスの製造方法に関する。

一般に、鉄鋼原料（製鉄原料）として用いられる石炭は、溶銑を製造する高炉に装入される前に予備処理が行われる。石炭はコークス炉で乾留してコークスにして高炉に装入される。

石炭は、通常、複数の銘柄を配合して使用されるため、コークス炉で乾留する前に、複数の銘柄の石炭が混合される。混合度を向上することにより、石炭を乾留したりする際の反応が均一に進み、品質の安定化と高強度化が期待できる。特に、石炭を強撹拌して、石炭中の擬似粒子を解砕混合すると、その石炭を乾留して製造するコークスの強度が高くなることが知られている。

混合機にはさまざまあるが、鉄鋼原料は大量に処理する必要があることから、円筒状の容器を横向きに寝かして（円筒状の容器の軸心が水平方向もしくは水平に近い方向に向くようにして）、その円筒状横型容器の上流端部側に石炭供給口を設け、下流端部側に石炭排出口を設けた連続式の横型混合機が広く用いられる。

更に、この連続式横型混合機は、円筒状横型容器が回転するタイプと、円筒状横型容器は固定で内部に配置された羽根、リボン、スクリュー、パドルなどが回転するタイプに分類される。

そして、円筒状横型容器が固定のタイプでは、円筒状横型容器の軸心に配置された回転軸を中心として回転する複数の送り羽根と、円筒状横型容器の軸心以外の個所に配置された回転軸を中心として回転する攪拌翼とを有するタイプがよく知られている。

いずれのタイプの混合機においても、円筒状横型容器の体積に対する円筒状横型容器内に滞留する原料の体積の占有割合（占積率）が、効率的に混合するための重要な指標のひとつとなる。占積率が低すぎると円筒状横型容器内に原料が滞留する時間が短くなり、混合が十分進行しないまま排出されてしまう。一方、占積率が高すぎると原料が塊で共回りするので、混合が進行しない。

特許文献１には、円筒状横型容器は固定で内部の羽根が回転するタイプの焼結原料造粒機（混合機の機能を備えている）において、容器内径を１５０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下、容器の内面と回転する羽根との隙間を２ｍｍ以上１５ｍｍ以下、及び羽根の厚みを３ｍｍ以上３０ｍｍ以下の場合に、焼結原料の積み付け高さ５０ｍｍ以上、かつ占積率３０％以下の範囲内にすることが提案されている。占積率は５〜２５％が良く、１０〜２０％が最も良いとされている。

特許文献２には、横型ニーダやパドルミキサ等の横長型の混練装置（混合機）において、バインダーの添加割合を一定にする方法が開示されており、その際の占積率は装置の仕様等に応じて予め実験などにより定めれば良いとされていて、８０〜９０％の占積率が適正な占積率とされている。

特許文献３には、混合装置の混合能力を、所定の数式によって表される到達度および解砕度で評価し、混合能力の高い混合機で複数の石炭を配合した配合炭を撹拌混合することで、その配合炭を乾留して得られるコークスの強度が高くなることが開示されている。

特開２００９−２４２９３９号公報 特開２０１１−１３６２５６号公報 ＷＯ２０１４／０８０８１７号公報

特許文献１や特許文献２のように、適正な占積率は混合機の仕様により大きく変化し、これまでは、混合機の占積率を種々変更した条件で実験することにより、その混合機の適正な占積率を決定していた。

しかしながら、上記のように、種々の条件の実験によって適正な占積率を決定するのは、小型の混合機の場合には実施が容易であるが、大型の混合機の場合にはその実験自体に多大な労力を要する。

また、特許文献３には、混合機内の石炭の占積率や滞留時間をどの程度とすれば所望の混合状態が得られるかは開示されていない。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、石炭を混合する混合機を運転するに際して、好適な混合が達成できる占積率と滞留時間を明らかにし、その好適な予備処理方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
［１］ 固定された筒状横型容器と、該筒状横型容器の軸心に配置された回転軸を中心として回転するひとつ以上の送り羽根と、前記筒状横型容器の軸心以外の位置に配置された回転軸を中心として回転するひとつ以上の攪拌翼と、前記筒状横型容器の上流端部側に設置された石炭供給部と、前記筒状横型容器の下流端部側に設置された石炭排出部とを有する混合機を運転して、石炭を連続的に混合するに際し、
筒状横型容器内の石炭の占積率を４０〜６０体積％の範囲とし、算出された滞留時間を４５〜６０秒の範囲とするように制御することを特徴とする石炭の混合方法。
ここで、占積率は、ロードセルで測定された混合機の重量から、石炭が装入されていない状態の混合機の重量を減じた値を、石炭の滞留量として算出し、この滞留量を、石炭の嵩密度と筒状横型容器の容積で割った値であり、
滞留時間は、上記滞留量を、石炭の供給速度で割った値である。
［２］ 前記混合機への石炭の供給速度、および／または前記混合機の石炭排出部に設置した堰の高さを変更することで、前記占積率および滞留時間を制御することを特徴とする、［１］に記載の石炭の混合方法。
［３］ ［１］または［２］に記載の石炭の混合方法を用いて混合された石炭を乾留するコークスの製造方法。

本発明によれば、石炭の混合度を向上させ、好適な品位のコークスを製造することができる。

本発明の一実施形態において用いる混合機を示す縦断面図である。 石炭の占積率と滞留時間の関係を示す図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態において用いる混合機を示す縦断面図である。

図１に示すように、この実施形態において用いる混合機１０は、固定された円筒状横型容器１１と、円筒状横型容器１１の軸心１２に配置された回転軸１３を中心として回転するひとつ以上の送り羽根１４と、円筒状横型容器１１の内壁面に配置され、内壁面に対してほぼ垂直に延びる回転軸（図示せず）を中心として回転するひとつ以上の攪拌翼１６と、円筒状横型容器１１の上流端部側に設置された石炭供給部１８と、円筒状横型容器１１の下流端部側に設置された石炭排出部１９とを有している。

発明者らは、この混合機１０を用いて石炭を連続的に混合する際に、円筒状横型容器１１に滞留する石炭の占積率Ｓ（％）および円筒状横型容器１１内の石炭の滞留時間（秒）の適正な値を検討した。ここで、占積率Ｓ（％）は、円筒状横型容器１１内の石炭の重量を滞留量として、滞留量を、石炭の嵩密度および容器の容積で割った値を百分率で表現したものである。なお、嵩密度は、石炭の銘柄や粒度、水分量などによって異なる値をとるが、石炭の体積と重量とから求めることができる既知の値である。滞留時間は、この滞留量を石炭の供給速度で割って求めた値である。

石炭を混合する際の、適切な占積率および滞留時間は、石炭の擬似粒子がどの程度解砕されたかを基準にして判断することができる。石炭中の擬似粒子が粘結性の劣る石炭から構成されている場合には、擬似粒子は生成するコークスの強度に対して悪影響を及ぼす。すなわち、粘結性の劣る擬似粒子が存在する部分は、乾留後のコークスにおいて構造欠陥となり、コークス全体の強度に悪影響を及ぼす。従って、撹拌混合により、どの程度擬似粒子が解砕されたかの程度を測定することによって、コークス強度を維持向上させる上で効果的な撹拌が行われたかどうかを判断することができる。

擬似粒子が解砕される度合い、すなわち解砕度は、例えば以下の方法で評価できる。（１）混合すべき石炭を、粒径３ｍｍ以下の石炭粒子の比率が７０〜１００％となるように粉砕する。
（２）粉砕した石炭を、水分を１０質量％に調整する。
（３）水分を調整した石炭を２つに分け、一方のみに粉末状の蛍光塗料を塗布する。（４）蛍光塗料を塗布した石炭１５質量％と、蛍光塗料を塗布していない石炭８５質量％を混合装置に装入して攪拌混合操作を行う。
（５）攪拌混合操作前後の混合物を、紫外線照射下で撮影する。
（６）撮影画像を画像処理して撹拌混合操作前の粒径１ｍｍ以上の蛍光を発している粒子の面積割合Ａ０及び撹拌混合操作後の粒径１ｍｍ以上の蛍光を発している粒子の面積割合Ａを測定する。
（７）測定された面積割合Ａ０及び面積割合Ａを下記数式（１）に代入することによって解砕度を算出することができる。

解砕度＝１−Ａ／Ａ０ …（１）
この方法では、水分を１０質量％に調整して粉末状の蛍光塗料を塗布した石炭は、ほとんどが粒径１ｍｍ以上の大きさの擬似粒子または単独の粒子となっているので、これを蛍光塗料を塗布していない石炭とともに撹拌混合することで蛍光塗料を塗布した擬似粒子が解砕され、擬似粒子に塗布されていた蛍光塗料は石炭全体に分散し、紫外線照射下で粒径１ｍｍ以上の蛍光を発する粒子として観測されなくなることを利用したものである。求められる解砕度は、配合炭中に形成される粒径１ｍｍ以上の擬似粒子の解砕度合いを表す。

発明者らは、混合後の解砕度が高くなるほど、混合した石炭を乾留して得られるコークスの強度が高くなる実験結果を得ている。

発明者らは、混合機における送り羽根の数、撹拌翼の数が異なる混合機を用い、運転条件を変更して、その時の占積率、滞留時間、および混合後の解砕度を求めた。その結果を図２に示す。混合機は筒状の横型容器であり、その容器の単位長さあたりの送り羽根の数は、４．４〜８．０個／ｍ、容器単位長さあたりの撹拌翼の数は１．５〜２．０個／ｍとした。この時、容器の重量を測定し、測定された重量から石炭が装入されていない状態の混合機の重量を減じた値を、石炭の滞留量として求めた。占積率は、滞留量を、石炭の嵩密度および容器の容積で割った値を百分率で表現したものである。なお、嵩密度は、混合機内から採取した石炭の重量をその体積で割って求めた。滞留時間は、滞留量を供給速度で割って求めた値である。占積率の制御には、石炭排出部１９に設置した堰２０の高さを変えることが有効であった。

図２より、混合機内部における石炭の占積率を４０〜６０体積％の範囲とし、石炭の混合機内での滞留時間を４５〜６０秒とした場合に、解砕度が０．９以上と高くなることが見出された。この結果から、効果的な石炭の混合を行うためには、混合機内部における石炭の占積率を４０〜６０体積％の範囲とし、石炭の混合機内での滞留時間を４５〜６０秒とすることが必要であることが分かった。

そのため、本発明では、以下のように、混合機の重量を測定し、石炭の占積率と滞留時間を算出して、適正範囲に制御することを特徴とする。
（１）混合機の重量を、混合機と混合機の土台との間に設置されたロードセルを用いて計測する。
（２）測定された混合機の重量から、石炭が装入されていない状態の混合機の重量を減じた値を、石炭の滞留量として算出する。
（３）滞留量を、石炭の嵩密度と筒状横型容器の容積で割った値を、混合機内部における石炭の占積率として算出する。
（４）滞留量を石炭の供給速度で割った値を、滞留時間として算出する。
（５）そして、算出された石炭の占積率を４０〜６０体積％の範囲とし、算出された滞留時間を４５〜６０秒の範囲とするように制御する。例えば、占積率の制御は、石炭排出部１９に設置した堰の高さを調整することにより行う。滞留時間の制御は、石炭の供給速度と石炭排出部１９に設置した堰の高さの少なくとも一方を調整することにより行う。さらに、混合機の運転条件（送り羽根や撹拌翼の数や回転速度など）を調整することでも占積率や滞留時間を制御することができる。

なお、石炭の占積率を４０〜６０体積％に制御する場合には、混合機の重量全体を複数回測定して滞留量を把握することが好ましい。石炭の占積率は、瞬時に変化することが少ないため、混合機の重量全体を所定の間隔を置いて複数回測定し、その変化を考慮することで、占積率を効率よく制御することができる。

このように、本発明では、石炭の占積率を４０〜６０体積％の範囲とし、算出された滞留時間を４５〜６０秒の範囲とするように制御することにより、石炭の混合度を向上させることができる。

また、本発明の石炭の混合方法を用いて混合された石炭を乾留することで、強度の高い高品位のコークスを製造することができる。なお、石炭の乾留方法については、通常用いられる種々の乾留方法を用いることができる。

１０ 混合機
１１ 円筒状横型容器
１２ 軸心
１３ 回転軸
１４ 送り羽根
１６ 攪拌翼
１８ 石炭供給部
１９ 石炭排出部
２０ 堰

Claims (3)

1. 固定された筒状横型容器と、該筒状横型容器の軸心に配置された回転軸を中心として回転するひとつ以上の送り羽根と、前記筒状横型容器の軸心以外の位置に配置された回転軸を中心として回転するひとつ以上の攪拌翼と、前記筒状横型容器の上流端部側に設置された石炭供給部と、前記筒状横型容器の下流端部側に設置された石炭排出部とを有する混合機を運転して、石炭を連続的に混合するに際し、
   筒状横型容器内の石炭の占積率を４０〜６０体積％の範囲とし、算出された滞留時間を４５〜６０秒の範囲とするように制御することを特徴とする石炭の混合方法。
   ここで、占積率は、ロードセルで測定された混合機の重量から、石炭が装入されていない状態の混合機の重量を減じた値を、石炭の滞留量として算出し、この滞留量を、石炭の嵩密度と筒状横型容器の容積で割った値であり、
   滞留時間は、上記滞留量を、石炭の供給速度で割った値である。
2. 前記混合機への石炭の供給速度、および／または前記混合機の石炭排出部に設置した堰の高さを変更することで、前記占積率および滞留時間を制御することを特徴とする、請求項１に記載の石炭の混合方法。
3. 請求項１または２に記載の石炭の混合方法を用いて混合された石炭を乾留するコークスの製造方法。

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