JP2018168296A

JP2018168296A - コークスの製造方法

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Publication number: JP2018168296A
Application number: JP2017067342A
Authority: JP
Inventors: 恵治松枝; Keiji Matsueda; 克利小島; Katsutoshi Kojima; 昭人相良; Akihito Sagara
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2018-11-01
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: JP6863001B2

Abstract

【課題】コークス炉炭化室内における成型炭の偏析を解消することにより、コークス品質のばらつきを抑制すると共に、装入炭膨張量の局所的な増大による炭化室耐火物の損傷を防止することが可能なコークスの製造方法を提供する。【解決手段】石炭を成型した成型炭を粉炭と共にコークス炉炉頂の装入口から炭化室内に装入してコークスを製造する方法において、成型炭は嵩比重が０．９〜１．２（ｔｏｎ／ｍ３）であり、投影面積が最大となる方向から成型炭を見て、成型炭の最小幅ｂ（ｍｍ）と、最小幅方向と直交する方向における成型炭の最大幅ａ（ｍｍ）との比ａ／ｂが１．０〜１．２、且つ、成型炭を一対の平行な平面１６で挟んだ際に平面１６間の距離が最小となる寸法を成型炭の厚さｔ（ｍｍ）とすると、ａ／ｔが４．４〜６．７とされ、成型炭に配合する石炭には、ＪＩＳＺ８８０１−１記載のふるい目９０μｍを通過する石炭が１質量％以上含まれている。【選択図】図４

Description

本発明は、コークスの製造方法に関し、詳細には、コークス炉炭化室に装入する成型炭の製造方法に関する。

石炭を乾留してコークスを製造する際に、生産性（生産量）を向上させるため、石炭を成型した成型炭（ブリケット）を粉炭と共にコークス炉炭化室に装入する方法が知られている。石炭を成型した成型炭を粉炭と共にコークス炉炭化室に装入すると、装入炭の嵩密度が向上してコークス強度を高めることができ、より多くの非微粘結炭を使用することが可能となる。

コークスを製造する際に成型炭を用いることは、例えば特許文献１に記載がある。特許文献１には、マセック型と称する形状（４４ｍｍ×４４ｍｍ×２６ｍｍ）の成型炭を、見掛密度１．１４（ｇ／ｃｍ^３）で成型し、成型炭の配合率を装入炭の３０〜５０質量％とする技術が開示され、この技術により装入炭の嵩密度向上効果が得られるとしている。

特開昭５９−５８０８３号公報特開２０１６−６９４６３号公報

コークスの製造では、コークス強度等のコークス品質にばらつきがないことに加えて、乾留時の石炭膨張に起因するコークス炉体の損傷を防止することも必要である。
特許文献１記載の方法によれば相応の嵩密度向上が図れるものの、コークス炉炭化室に石炭を装入した際に、成型炭が局部的に集積する、即ち成型炭が偏析する場合がある。成型炭の偏析は装入炭（成型炭を含む）の膨張量の局所的な増大を招き、炭化室を構成する耐火物の損傷が顕著となる場合があることを本発明者らは発見した。また、本発明者らは、成型炭の偏析はコークス品質のばらつきの原因にもなることを突き止めた。

他方、特許文献２には、成型炭の局部的な集積を抑制する方法が記載されている。特許文献２では、成型炭と粉炭を装入車に装入する石炭塔の内部において、粉炭上に成型炭を装入すると、成型炭の偏析が起こることを課題としている。そして、成型炭の慣性モーメントを考慮した回転係数が所定の値となる形状を有する成型炭を用いることで、成型炭の転がりを抑止して石炭塔内部での成型炭の偏析を抑制する技術が開示されている。

しかしながら、特許文献２記載の方法によってもコークス炉炭化室内の成型炭偏析を解消できず、コークス品質がばらつくと共に、装入炭膨張量の局所的な増大によって炭化室耐火物が損傷するという知見を本発明者らは得た。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、コークス炉炭化室内における成型炭の偏析を解消することにより、コークス品質のばらつきを抑制すると共に、装入炭膨張量の局所的な増大による炭化室耐火物の損傷を防止することが可能なコークスの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、石炭を成型した成型炭を粉炭と共にコークス炉炉頂の装入口から炭化室内に装入してコークスを製造する方法において、
前記成型炭は嵩比重が０．９〜１．２（ｔｏｎ／ｍ^３）であり、
投影面積が最大となる方向から前記成型炭を見て、該成型炭の最小幅ｂ（ｍｍ）と、前記最小幅方向と直交する方向における該成型炭の最大幅ａ（ｍｍ）との比ａ／ｂが１．０〜１．２、且つ、前記成型炭を一対の平行な平面で挟んだ際に前記平面間の距離が最小となる寸法を該成型炭の厚さｔ（ｍｍ）とすると、ａ／ｔが４．４〜６．７とされ、
前記成型炭に配合する石炭には、ＪＩＳＺ８８０１−１記載のふるい目９０μｍを通過する石炭が１質量％以上含まれていることを特徴としている。

従来の操業では、成型炭の形状を、成型炭が粉炭上を滑落しない形状としていた。一方、本発明では、成型炭の形状を、成型炭が粉炭上を滑落しやすい形状としている。粉炭上を成型炭が滑落することにより、成型炭が装入炭装入口の下方に留まりにくくなる。その結果、炭化室内全域に成型炭を分布させることが可能となり、成型炭の偏析を防止することができる。

また、本発明に係るコークスの製造方法では、前記成型炭に配合する石炭の一部又は全部が石炭搬送手段から落下した石炭であってもよい。

石炭搬送手段から落下した石炭（以下、「落下石炭」と呼ぶ。）は銘柄が不明な場合があり、乾留時の熱膨張量がわからないため、炭化室へ装入する石炭に配合する量が限定される。その一方、高価なコークス用石炭の代替物として落下石炭を用いることが望まれている。
本発明によれば、成型炭の偏析防止効果が得られるので、粉炭と成型炭を配合した装入炭による炭化室部位ごとの熱膨張量変動を抑制することができる。そのため、熱膨張量が不明な落下石炭を装入炭に大量に配合することができる。

本発明における成型炭は、コークス炉炉頂の装入口から炭化室へ装入された際、落下装入した位置から滑落して炭化室全体に分布する傾向が強く、落下装入した位置での成型炭の偏析を防止することができる。その結果、コークス品質のばらつきが抑制されると共に、コークス排出口（炭化室のコークサイド）等における耐火物の損傷を防止することができる。
また、雑炭（銘柄が不明な石炭）として安価炭扱いで処分されていた落下石炭をコークス原料として活用することが可能となり、高価なコークス用石炭の使用量削減を図ることができる。

本発明の一実施の形態に係るコークスの製造方法における成型炭の製造プロセスを示すフロー図である。成型機の模式図である。本実施の形態に係るコークスの製造方法によって製造された成型炭の斜視図である。（Ａ）は同成型炭の平面図、（Ｂ）は同成型炭の断面図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。

本発明の一実施の形態に係るコークスの製造方法では、石炭を成型した成型炭を粉炭と共にコークス炉炉頂の装入口から炭化室内に装入し、高温で乾留してコークスを製造する。

図１に成型炭の製造プロセスを示す。
複数種の石炭を配合した原料炭を粉砕機で粉砕し、粉砕した原料炭にバインダーを添加して混練機で混練する。バインダーには、従来から公知のバインダーを使用することができる。

混練された原料炭は成型機に投入され成型炭となる。
図２に成型機の一例を示す。本実施の形態における成型機１０はダブルロール型成型機であり、原料炭が投入されるホッパー１３と、原料炭を圧縮成型する一対のロール１１と、ホッパー１３内に設置され、一対のロール１１間に原料炭を供給するスクリューフィーダ１４とから概略構成されている。各ロール１１のロール面には複数の凹部１２（ポケット）が形成され、一方のロール１１に形成された凹部１２と他方のロール１１に形成された凹部１２が周方向に整合する構成とされている。

装入口１５からホッパー１３内に原料炭が投入されると、ホッパー１３内の原料炭はスクリューフィーダ１４によって一対のロール１１間に送られる。並設された一対のロール１１は互いに逆方向に回転しており、一対のロール１１間に挿入した原料炭は、一対のロール１１を通過する際に、一方のロール１１に形成された凹部１２と他方のロール１１に形成された凹部１２によって圧縮成型され成型炭となる。
このように凹部１２の形状が成型炭の形状を規定するため、凹部１２の形状を変えることで、所望する形状の成型炭を製造することができる。

以下、本実施の形態に係るコークスの製造方法によって製造された成型炭について説明する。
成型炭の嵩比重は０．９〜１．２（ｔｏｎ／ｍ^３）である。
成型炭の嵩比重を０．９（ｔｏｎ／ｍ^３）以上とすることで、装入炭の嵩比重の減少に起因する生産性の低下を防ぐことができる。一方、成型炭の嵩比重が１．２（ｔｏｎ／ｍ^３）を超えると、成型炭の膨張代が大きくなりすぎ、炭化室炉壁の損傷が顕著となる場合がある。

なお、成型炭の嵩比重は、ＪＩＳＺ８８０７「個体の密度及び比重の測定方向」に記載されている「液中ひょう量法による密度及び比重の測定方法」に従って測定する。

製造された成型炭の一例（マセック型）を図３に示す。
投影面積が最大となる方向から成型炭を見て、成型炭の最小幅をｂ（ｍｍ）、最小幅方向と直交する方向における成型炭の最大幅をａ（ｍｍ）とすると、ａ／ｂは１．０〜１．２となる（図４（Ａ）参照）。

ａ／ｂが１．２を超えると、成型炭が細長くなる傾向が強くなり、炭化室内で成型炭が装入炭中に刺さり込むため、成型炭の偏析を防止することができない。一方、成型炭の最小幅ｂ及び最大幅ａの定義から、ａ／ｂが１．０未満となることはあり得ない。
なお、本実施の形態では、最大幅ａが３０ｍｍ〜７０ｍｍ程度の成型炭を想定している。

また、成型炭を一対の平行な平面１６で挟んだ際に平面１６間の距離が最小となる寸法を成型炭の厚さｔ（ｍｍ）とすると、ａ／ｔは４．４〜６．７となる（図４（Ｂ）参照）。

ａ／ｔが６．７を超えると、成型炭の偏析が顕著となる傾向があり、好ましくない。粉炭上や粉炭中の成型炭を移動（滑落）させる外力が加わった際に、成型炭が移動せず、その場で回転する傾向が強くなる。

ａ／ｂ及びａ／ｔを規定して滑落しやすい形状の成型炭とすると、搬送中や落下装入時に成型炭に割れや欠損が生じ、滑落促進効果が失われる場合があり、ａ／ｔが４．４未満の場合、その現象が顕著となる。そのため、ａ／ｔを４．４以上とすることで、成型炭の割れや欠損を防止し、成型炭の滑落促進効果を維持する。

しかし、上記要件によっても成型炭に割れや欠損が生じる場合がある。そのため、本実施の形態では、ＪＩＳＺ８８０１−１「試験用ふるい−第１部：金属製網ふるい」記載のふるい目９０μｍを通過する石炭の量が１質量％以上（好ましくは６質量％以上）となるように石炭を配合（微粉を一定量確保すること）して成型炭とする。これにより、成型炭の強度が向上し、成型炭搬送時の割れや欠損に伴う成型炭の形状変化を防止することができる。

なお、特許文献２では、本発明のａ／ｂに相当する値を、１／０．８＝１．２５〜１／０．５＝２としている（特許文献２の段落［００５８］、［００６０］参照）。また、ａ／ｔに相当する数値をアスペクト比と称し、１．１〜３．５としている（特許文献２の段落［００３３］参照）。

本実施の形態に係るコークスの製造方法では、成型炭に配合する石炭の一部又は全部に、ヤードからコークス炉まで石炭を搬送する石炭搬送手段（コンベア）から落下した落下石炭を使用してもよい。
本実施の形態によれば、成型炭の偏析防止効果が得られるので、熱膨張量が不明な落下石炭を装入炭に大量に配合することができる。

以上、本発明の一実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、上記実施の形態では、成型機としてダブルロール型を使用しているが、これに限定されるものではなく、他の形式の成型機を使用してもよい。また、本実施の形態では、製造された成型炭の一例としてマセック型を示したが、これに限定されるものではなく、枕型など他の形状のものでもよい。

本発明の効果について検証するため、成型条件を種々変化させて成型炭を製造し、コークス強度のばらつき（σＤＩ）と押出負荷について評価した。

コークス炉から排出された後、湿式消火されたコークスから１０箇所、各箇所１００（ｋｇ）サンプリングした。その際、サンプリングするコークスとして、釜口周辺と炉頂部のコークスは、炉体に起因するばらつきの影響を大きく受けてしまうため除外し、炉幅方向（押出方向）の端部を除く中央部、且つ、炉頂近傍を除く炉高方向中ほどから下方に存在するコークスをサンプラーでサンプリングした。
また、押出負荷については、コークス押出時の負荷を測定した。

成型条件及び評価結果の一覧を表１に示す。なお、本検証では、最大幅ａが４０ｍｍの成型炭を使用した。

σＤＩについては、コークス強度の指標として常用されるＤＩの目標値（本試験では８５％とした。）に対するばらつき（標準偏差）で評価し、σ≧１．０を×（不可）、１．０＞σ≧０．５を○（良）、０．５＞σを◎（優）とした。
また、押出負荷については、比較例で最も押出負荷の値が小さかった比較例２を基準とし、押出負荷が比較例２の値以上であったケースを不合格、押出負荷が比較例２の値未満であったケースを合格とした。

同表より以下のことがわかる。
・実施例１〜５は、σＤＩ、押出負荷とも良好であったが、比較例１〜４は、σＤＩ、押出負荷とも、目標とする水準に達しなかった。
・比較例１は、ａ／ｂが１．２より大きい。落下装入位置で粉炭中に成型炭が刺さり込むことによって成型炭の偏析が生じ、σＤＩ及び押出負荷が増加したと推察される。
・比較例２は、ａ／ｔが４．４未満である。落下時の衝撃で成型炭が割れ、割れた後の成型炭片（ａ／ｂは１．２超）が粉炭中に刺さり込むことによって成型炭の偏析が生じ、σＤＩ及び押出負荷が増加したと推察される。
・比較例３は、ａ／ｔが６．７より大きい。丸形に近い形状であるため、移動（滑落）せず落下装入位置に留まることによって成型炭の偏析が生じ、σＤＩ及び押出負荷が増加したと推察される。
・比較例４は、ＪＩＳＺ８８０１−１記載のふるい目９０μｍを通過する石炭（−９０μｍの石炭）が１質量％未満である。強度が低い成型炭が存在したため、落下時の衝撃で成型炭が割れ、割れた後の成型炭片（ａ／ｂは１．２超）が粉炭中に刺さり込むことによって成型炭の偏析が生じ、σＤＩ及び押出負荷が増加したと推察される。

１０：成型機、１１：ロール、１２：凹部、１３：ホッパー、１４：スクリューフィーダ、１５：装入口、１６：平面

Claims

石炭を成型した成型炭を粉炭と共にコークス炉炉頂の装入口から炭化室内に装入してコークスを製造する方法において、
前記成型炭は嵩比重が０．９〜１．２（ｔｏｎ／ｍ^３）であり、
投影面積が最大となる方向から前記成型炭を見て、該成型炭の最小幅ｂ（ｍｍ）と、前記最小幅方向と直交する方向における該成型炭の最大幅ａ（ｍｍ）との比ａ／ｂが１．０〜１．２、且つ、前記成型炭を一対の平行な平面で挟んだ際に前記平面間の距離が最小となる寸法を該成型炭の厚さｔ（ｍｍ）とすると、ａ／ｔが４．４〜６．７とされ、
前記成型炭に配合する石炭には、ＪＩＳＺ８８０１−１記載のふるい目９０μｍを通過する石炭が１質量％以上含まれていることを特徴とするコークスの製造方法。
請求項１記載のコークスの製造方法において、前記成型炭に配合する石炭の一部又は全部が石炭搬送手段から落下した石炭であることを特徴とするコークスの製造方法。