JP2023118244A - 低収縮炭材の粒度決定方法及びコークスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】低収縮炭材の粒度を最適な粒度に設定することによって、コークスのＭＳを拡大しながら、ＤＩ,ＣＳＲの低下を抑制する。【解決手段】低収縮炭材の粒度決定方法であって、粒度区分が互いに異なる複数の低収縮炭材をそれぞれ石炭に添加して、試験コークス炉で乾留した後、ＭＳ、ＤＩ及びＣＳＲを取得する第１ステップと、ベースコークスに対するＭＳ拡大代を、粒度区分毎に算出する第２ステップと、ベースコークスに対するＤＩ低下代を、粒度区分毎に算出する第３ステップと、ベースコークスに対するＣＳＲ低下代を、粒度区分毎に算出する第４ステップと、ＤＩ低下代とＭＳ拡大代との比である第１の評価値、ＣＳＲ低下代とＭＳ拡大代との比である第２の評価値を粒度区分毎に算出し、これらの第１及び第２の評価値の大小に基づき、低収縮炭材の最適な粒度区分を少なくとも一つ決定する第５ステップと、を有する。【選択図】図５
Description
本発明は、コークスの原料である石炭に添加される低収縮炭材の粒度を決定する粒度決定方法等に関する。
高炉用コークスは、炉内通気性を確保するための充填材として用いられる。このため、高炉用コークスの品質管理指標として、コークス強度（以下、「ＤＩ」ともいう）を維持しながら、コークス粒径を拡大することが求められている。コークス粒径を拡大する方法として、粉コークス等の低収縮炭材を配合炭に添加する方法が知られている。低収縮炭材は、石炭の軟化溶融時に膨張せず、石炭の再固化時に収縮し難い組織であるため、石炭膨張時に石炭粒子間の接着を阻害するとともに、石炭収縮時に亀裂を発生させ、ＤＩを低下させる。
特許文献１には、コークスの平均粒径（以下、「ＭＳ」ともいう）及びＤＩに与える低収縮炭材の影響度を低収縮炭材の粒度毎に予め求め、ＭＳ及びＤＩの目標値を満足するように、配合調整等を行う方法が提案されている。
高炉用コークスには、ＤＩに加えて、熱間反応後強度（以下、「ＣＳＲ」ともいう）が高いことも求められている。ＣＳＲが低いと、炉内反応後のコークスの粉化量が増大して、高炉の通気性が阻害されるからである。また、コークスの反応性指数（以下、「ＣＲＩ」ともいう）が低いことも求められている。ＣＲＩが高いと、炉内での反応性が高くなり、ＣＳＲの場合と同様にコークスの粉化量が増大する。
ＭａｃＰｈｅｅ ｅｔ ａｌ．， Ｆｕｅｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｐ．１６ （２００９）
特許文献１には、低収縮炭材の添加によるコークス粒径の拡大及びＤＩの向上を両立することは開示されているが、ＤＩ以外の品質管理指標であるＣＳＲについては何ら考慮されていない。
また、非特許文献１には、６０mesh（０．２２ｍｍ）以下に粉砕した低収縮炭材の一種であるchar coal（以下、「小径char coal」ともいう）と、１／４～３／８inch（６．４～９．５ｍｍ）に整粒したchar coal（以下、「大径char coal」ともいう）とを比較して、小径char coalは大径char coalよりもＣＲＩが高くＣＳＲが低くなることが開示されている。この知見によれば、一般的に、粒径が大きい低収縮炭材ほど、ＣＲＩが小さくなるためＣＳＲが大きくなるものと予測される。
ただし、小径char coal及び大径char coalの間の粒度については開示がなく、また、製鉄所で広く使用される粉コークスについては開示がない。
ただし、小径char coal及び大径char coalの間の粒度については開示がなく、また、製鉄所で広く使用される粉コークスについては開示がない。
本発明は、低収縮炭材の粒度を最適な粒度に設定することによって、コークスのＭＳを拡大しながら、ＤＩ,ＣＳＲの低下を抑制することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る低収縮炭材の粒度決定方法は、（１）コークスの原料である石炭に添加される低収縮炭材の粒度決定方法であって、コークスの平均粒径をＭＳ、コークスの強度をＤＩ、コークスの熱間反応後強度をＣＳＲと定義したとき、粒度区分が互いに異なる複数の低収縮炭材をそれぞれ石炭に添加して、試験コークス炉で乾留した後、ＭＳ、ＤＩ及びＣＳＲを取得する第１ステップと、石炭に低収縮炭材を添加せずに試験コークス炉で乾留して得られたコークス（以下、「ベースコークス」という）のＭＳと前記第１ステップで取得したＭＳとの差分を低収縮炭材の添加率で除したＭＳ拡大代を、粒度区分毎に算出する第２ステップと、ベースコークスのＤＩと前記第１ステップで取得したＤＩとの差分を低収縮炭材の添加率で除したＤＩ低下代を、粒度区分毎に算出する第３ステップと、ベースコークスのＣＳＲと前記第１ステップで取得したＣＳＲとの差分を低収縮炭材の添加率で除したＣＳＲ低下代を、粒度区分毎に算出する第４ステップと、ＤＩ低下代とＭＳ拡大代との比である第１の評価値、ＣＳＲ低下代とＭＳ拡大代との比である第２の評価値を粒度区分毎に算出し、これらの第１及び第２の評価値の大小に基づき、低収縮炭材の最適な粒度区分を少なくとも一つ決定する第５ステップと、を有することを特徴とする。
（２）低収縮炭材が粉コークスの場合、前記第５ステップにおいて決定した最適な粒度区分は、０．０７４ｍｍ超０．３ｍｍ以下の範囲に含まれることを特徴とする上記（１）に記載の低収縮炭材の粒度決定方法。
（３）本発明に係るコークスの製造方法は、上記（１）又は（２）に記載の低収縮炭材の粒度決定方法にしたがって決定した最適な粒度区分に含まれる低収縮炭材を選択する低収縮炭材選択ステップと、ＭＳの目標値を満足するように、前記低収縮炭材選択ステップで選択した低収縮炭材の石炭に対する添加率を決定する第１の添加率決定ステップと、前記第１の添加率決定ステップで決定した添加率にしたがって低収縮炭材を石炭に添加したときのＤＩ低下量及びＣＳＲ低下量を補償するのに必要な粘結補填材の添加率をそれぞれ算出し、これらの算出した添加率のうち高い添加率を粘結補填材の添加率として決定する第２の添加率決定ステップと、前記第１の添加率決定ステップ及び前記第２の添加率決定ステップで決定した添加率にしたがって低収縮炭材及び粘結補填材を石炭に添加し、コークス炉で乾留する乾留ステップと、を有することを特徴とする。
本発明によれば、低収縮炭材の粒度を最適な粒度に設定することによって、コークスのＭＳを拡大しながら、ＤＩ,ＣＳＲの低下を抑制することができる。
（第１実施形態）
本発明の一実施形態である、低収縮炭材の粒度決定方法について説明する。本実施形態の低収縮炭材の粒度決定方法は、高炉用コークスの原料である石炭に添加される低収縮炭材の粒度決定方法であり、以下のステップ１～ステップ５を含む。
本発明の一実施形態である、低収縮炭材の粒度決定方法について説明する。本実施形態の低収縮炭材の粒度決定方法は、高炉用コークスの原料である石炭に添加される低収縮炭材の粒度決定方法であり、以下のステップ１～ステップ５を含む。
（ステップ１）
粒度区分が互いに異なる複数の低収縮炭材をそれぞれ石炭に添加して、試験コークス炉で乾留した後、ＭＳ、ＤＩ及びＣＳＲを取得する。
本明細書では、収縮率が１０％以下の炭材を低収縮炭材と定義する。収縮率は、容器内に装入された低収縮炭材（試料）を電気炉等を用いて常温から再固化温度よりも充分に高いＴ℃（例えばＴ＝１０００℃）まで加熱し、再固化温度と１０００℃における試料の容積の差または長さの差を、再固化温度における容積または長さで除することによって求めることができる。なお、昇温速度はコーク炉内の昇温速度を模擬した３℃／分とすることが推奨される。
ちなみに、再固化温度は、ピストン式の収縮率測定装置（特開２００５－２３２３４９号公報参照）を用いて昇温過程における試料の変位を観察し、変位が急増したときの温度から把握することができる。
なお、粉コークスなどの軟化溶融性のない低収縮炭材は再固化しないため、室温を再固化温度として前述の手法によって収縮率を測定してもよい。
低収縮炭材として、粉コークス、石油コークス、イナート組織、半無煙炭等を用いることができる。粉コークスには、例えば、製鉄所で得られる粉コークスを用いることができる。
粒度区分が互いに異なる複数の低収縮炭材をそれぞれ石炭に添加して、試験コークス炉で乾留した後、ＭＳ、ＤＩ及びＣＳＲを取得する。
本明細書では、収縮率が１０％以下の炭材を低収縮炭材と定義する。収縮率は、容器内に装入された低収縮炭材（試料）を電気炉等を用いて常温から再固化温度よりも充分に高いＴ℃（例えばＴ＝１０００℃）まで加熱し、再固化温度と１０００℃における試料の容積の差または長さの差を、再固化温度における容積または長さで除することによって求めることができる。なお、昇温速度はコーク炉内の昇温速度を模擬した３℃／分とすることが推奨される。
ちなみに、再固化温度は、ピストン式の収縮率測定装置（特開２００５－２３２３４９号公報参照）を用いて昇温過程における試料の変位を観察し、変位が急増したときの温度から把握することができる。
なお、粉コークスなどの軟化溶融性のない低収縮炭材は再固化しないため、室温を再固化温度として前述の手法によって収縮率を測定してもよい。
低収縮炭材として、粉コークス、石油コークス、イナート組織、半無煙炭等を用いることができる。粉コークスには、例えば、製鉄所で得られる粉コークスを用いることができる。
粒度区分については、精度向上のため、少なくとも３区分に区分けすることが望ましい。粒度区分の上限は、特に規定しないが、処理が煩雑となるため７区分程度に設定するのが望ましい。また、各粒度区分の幅は、粒度区分間においてＭＳ、ＤＩ及びＣＳＲに有意な差が生じるような適宜の値に設定することが望ましい。
ＭＳは、「ＪＩＳ Ｋ２１５１」にしたがったドラム試験を行うことにより取得してもよい。具体的には、サンプルをドラム試験装置に供し、３０回転後の２５ｍｍより大きなサンプルからコークスのＭＳを取得することもできる。なお、例えば上述の特許文献１に記載されているように、低収縮炭材の種類や長さの影響度を考慮して、ＭＳを予測することもできる。
ＣＳＲの取得方法は、例えば以下の通りである。低収縮炭材を添加した石炭を試験コークス炉で乾留することによってコークスを製造し、２０±１ｍｍの大きさに調整したコークス２００ｇを所定の条件（ガス組成：二酸化炭素１００％、反応温度１１００℃、反応時間２時間）で反応させる。反応後に、Ｉ型ドラム内で６００回転させた後、反応後質量に対する９．５６ｍｍ篩上質量百分率を求め、これをＣＳＲとすることができる。
ＤＩは、前述の試験コークス炉で得られたコークスをドラム試験（ＪＩＳ Ｋ２１５１参照）に供することによって取得できる。すなわち、ドラム１５０回転後１５ｍｍ篩上指数（ＤＩ１５０
１５）を、ＤＩとすることができる。また、例えば上述の特許文献１に記載されているように、低収縮炭材の種類や長さの影響度を考慮して、ＤＩを予測してもよい。
低収縮炭材の添加率は、好ましくは３質量％（外数）以上である。低収縮炭材の添加率が過度に低下すると、特にＣＳＲに与える影響が小さくなり、測定誤差を考慮すると、特にＣＳＲの変化代を正確に把握できなくなる。
（ステップ２）
石炭に低収縮炭材を添加せずに試験コークス炉で乾留して得られたコークス（以下、「ベースコークス」という）のＭＳとステップ１で取得したＭＳから、低収縮炭材の添加によるＭＳの拡大代（以下、「ＭＳ拡大代」ともいう）を粒度区分毎に算出する。具体的には、ステップ１で取得したＭＳからベースコークスのＭＳを減じ、これを低収縮炭材の添加率で除することによって、ＭＳ拡大代を求めることができる。
石炭に低収縮炭材を添加せずに試験コークス炉で乾留して得られたコークス（以下、「ベースコークス」という）のＭＳとステップ１で取得したＭＳから、低収縮炭材の添加によるＭＳの拡大代（以下、「ＭＳ拡大代」ともいう）を粒度区分毎に算出する。具体的には、ステップ１で取得したＭＳからベースコークスのＭＳを減じ、これを低収縮炭材の添加率で除することによって、ＭＳ拡大代を求めることができる。
（ステップ３）
ベースコークスのＤＩとステップ１で取得したＤＩから、低収縮炭材の添加によるＤＩの低下代（以下、「ＤＩ低下代」ともいう）を粒度区分毎に算出する。
具体的には、ベースコークスのＤＩからステップ１で取得したＤＩを減じ、これを低収縮炭材の添加率で除することによって、ＤＩ低下代を求めることができる。
ベースコークスのＤＩとステップ１で取得したＤＩから、低収縮炭材の添加によるＤＩの低下代（以下、「ＤＩ低下代」ともいう）を粒度区分毎に算出する。
具体的には、ベースコークスのＤＩからステップ１で取得したＤＩを減じ、これを低収縮炭材の添加率で除することによって、ＤＩ低下代を求めることができる。
（ステップ４）
ベースコークスのＣＳＲとステップ１で取得したＣＳＲから、低収縮炭材の添加によるＣＳＲの低下代（以下、「ＣＳＲ低下代」ともいう）を粒度区分毎に算出する。
具体的には、ベースコークスのＣＳＲからステップ１で取得したＣＳＲを減じ、これを低収縮炭材の添加率で除することによって、ＣＳＲ低下代を求めることができる。
ベースコークスのＣＳＲとステップ１で取得したＣＳＲから、低収縮炭材の添加によるＣＳＲの低下代（以下、「ＣＳＲ低下代」ともいう）を粒度区分毎に算出する。
具体的には、ベースコークスのＣＳＲからステップ１で取得したＣＳＲを減じ、これを低収縮炭材の添加率で除することによって、ＣＳＲ低下代を求めることができる。
（ステップ５）
ＤＩ低下代とＭＳ拡大代との比である第１の評価値、ＣＳＲ低下代とＭＳ拡大代との比である第２の評価値を粒度区分毎に求めた後、これらの第１及び第２の評価値の大小に基づき、低収縮炭材の最適な粒度区分を少なくとも一つ決定する。
ＤＩ低下代とＭＳ拡大代との比は、ＤＩ低下代をＭＳ拡大代で除した「ＤＩ低下代／ＭＳ拡大代」とすることができる。ＤＩ低下代／ＭＳ拡大代が大きい場合、ＭＳを拡大させた場合に、ＤＩの低下が大きくなる。
ただし、ＤＩ低下代とＭＳ拡大代との比は、ＭＳ拡大代／ＤＩ低下代としてもよい。この場合、ＭＳ拡大代／ＤＩ低下代が小さい場合、ＭＳを拡大させた場合に、ＤＩの低下が大きくなる。
ＣＳＲ低下代とＭＳ拡大代との比は、ＣＳＲ低下代をＭＳ拡大代で除した「ＣＳＲ低下代／ＭＳ拡大代」とすることができる。ＣＳＲ低下代／ＭＳ拡大代が大きい場合、ＭＳを拡大させた場合に、ＣＳＲの低下が大きくなる。ただし、ＣＳＲ低下代とＭＳ拡大代との比は、ＭＳ拡大代／ＣＳＲ低下代としてもよい。この場合、ＭＳ拡大代／ＣＳＲ低下代が小さい場合、ＭＳを拡大させた場合に、ＣＳＲの低下が大きくなる。
ＤＩ低下代とＭＳ拡大代との比である第１の評価値、ＣＳＲ低下代とＭＳ拡大代との比である第２の評価値を粒度区分毎に求めた後、これらの第１及び第２の評価値の大小に基づき、低収縮炭材の最適な粒度区分を少なくとも一つ決定する。
ＤＩ低下代とＭＳ拡大代との比は、ＤＩ低下代をＭＳ拡大代で除した「ＤＩ低下代／ＭＳ拡大代」とすることができる。ＤＩ低下代／ＭＳ拡大代が大きい場合、ＭＳを拡大させた場合に、ＤＩの低下が大きくなる。
ただし、ＤＩ低下代とＭＳ拡大代との比は、ＭＳ拡大代／ＤＩ低下代としてもよい。この場合、ＭＳ拡大代／ＤＩ低下代が小さい場合、ＭＳを拡大させた場合に、ＤＩの低下が大きくなる。
ＣＳＲ低下代とＭＳ拡大代との比は、ＣＳＲ低下代をＭＳ拡大代で除した「ＣＳＲ低下代／ＭＳ拡大代」とすることができる。ＣＳＲ低下代／ＭＳ拡大代が大きい場合、ＭＳを拡大させた場合に、ＣＳＲの低下が大きくなる。ただし、ＣＳＲ低下代とＭＳ拡大代との比は、ＭＳ拡大代／ＣＳＲ低下代としてもよい。この場合、ＭＳ拡大代／ＣＳＲ低下代が小さい場合、ＭＳを拡大させた場合に、ＣＳＲの低下が大きくなる。
第１及び第２の評価値の大小に基づき、ＭＳを拡大しながら、ＤＩ及びＣＳＲの低減量を小さくするための低収縮炭材の最適な粒度区分を少なくとも一つ決定する。「少なくとも一つ」であるから、最適な粒度区分は、一つに限るものではなく複数であってもよい。
例えば、ＤＩ低下代／ＭＳ拡大代（第１の評価値）が小さく、ＣＳＲ低下代／ＭＳ拡大代（第２の評価値）が過度に大きい粒度区分は、最適な粒度区分とは評価しない。同様に、ＣＳＲ低下代／ＭＳ拡大代（第２の評価値）が小さく、ＤＩ低下代／ＭＳ拡大代（第１の評価値）が過度に大きい粒度区分は、最適な粒度区分とは評価しない。ＤＩ低下代／ＭＳ拡大代（第１の評価値）及びＣＳＲ低下代／ＭＳ拡大代（第２の評価値）が共に過度に大きくない区分を最適な粒度区分と評価することが望ましい。「過度に大きい」か否かは、閾値を設定して判別してもよいし、当業者の経験則に基づき判別してもよい。
例えば、ＤＩ低下代／ＭＳ拡大代（第１の評価値）が小さく、ＣＳＲ低下代／ＭＳ拡大代（第２の評価値）が過度に大きい粒度区分は、最適な粒度区分とは評価しない。同様に、ＣＳＲ低下代／ＭＳ拡大代（第２の評価値）が小さく、ＤＩ低下代／ＭＳ拡大代（第１の評価値）が過度に大きい粒度区分は、最適な粒度区分とは評価しない。ＤＩ低下代／ＭＳ拡大代（第１の評価値）及びＣＳＲ低下代／ＭＳ拡大代（第２の評価値）が共に過度に大きくない区分を最適な粒度区分と評価することが望ましい。「過度に大きい」か否かは、閾値を設定して判別してもよいし、当業者の経験則に基づき判別してもよい。
なお、ＭＳ、ＤＩ及びＣＳＲと、低収縮炭材の添加率との関係は線形であるため、低収縮炭材の添加率が変化した場合であっても、上述の第１及び第２の評価値を用いて最適な粒度区分を決定することができる。例えば、ステップ１の低収縮炭材の添加率を４質量％に設定して最適な粒度区分を決定した場合、この決定した最適な粒度区分は、低収縮炭材の添加率が５質量％に変化しても変わらない。ただし、低収縮炭材の添加率が過度に増大する（例えば、１０質量％以上）と、線形性が失われるため、改めてステップ１～５の処理を実施することによって、最適な粒度区分を決定するのが望ましい。
（第２実施形態）
本実施形態は、第１実施形態で決定した最適な粒度区分にしたがう低収縮炭材を利用した高炉用コークスの製造方法に関するものであり、低収縮炭材の添加によるＤＩ及びＣＳＲの低下を、粘結補填材を添加することによって補償する。粘結補填材には、石油系の粘結材（ＡＳＰ等）、石炭系の粘結材（タール、ピッチ、ＳＲＣ（Solvent Refined Coal）等）、その他、芳香族性が高く、軟化溶融性を有する高分子系物質等を用いることができる。
本実施形態のコークスの製造方法は、以下のステップ１０～１３を含む。
本実施形態は、第１実施形態で決定した最適な粒度区分にしたがう低収縮炭材を利用した高炉用コークスの製造方法に関するものであり、低収縮炭材の添加によるＤＩ及びＣＳＲの低下を、粘結補填材を添加することによって補償する。粘結補填材には、石油系の粘結材（ＡＳＰ等）、石炭系の粘結材（タール、ピッチ、ＳＲＣ（Solvent Refined Coal）等）、その他、芳香族性が高く、軟化溶融性を有する高分子系物質等を用いることができる。
本実施形態のコークスの製造方法は、以下のステップ１０～１３を含む。
（ステップ１０）
第１実施形態で決定した最適な粒度区分に含まれる低収縮炭材を、コークス炉に装入するための低収縮炭材として選択する（低収縮炭材選択ステップに相当する）。例えば、第１実施形態において、粉コークスの最適な粒度区分を「０．０７４ｍｍ超０．１ｍｍ以下」、「０．１ｍｍ超０．３ｍｍ以下」の二区分に決定した場合、これらの粒度区分（０．０７４ｍｍ超０．３ｍｍ以下）に含まれる粉コークスを、コークス炉に装入する低収縮炭材として選択する。
第１実施形態で決定した最適な粒度区分に含まれる低収縮炭材を、コークス炉に装入するための低収縮炭材として選択する（低収縮炭材選択ステップに相当する）。例えば、第１実施形態において、粉コークスの最適な粒度区分を「０．０７４ｍｍ超０．１ｍｍ以下」、「０．１ｍｍ超０．３ｍｍ以下」の二区分に決定した場合、これらの粒度区分（０．０７４ｍｍ超０．３ｍｍ以下）に含まれる粉コークスを、コークス炉に装入する低収縮炭材として選択する。
（ステップ１１）
ＭＳの目標値を満足させるために必要な低収縮炭材の石炭に対する添加率を決定する（第１の添加率決定ステップに相当する）。ＭＳの目標値は、予め定めておくことができる。第１実施形態のステップ２において、添加率を１質量％上げたときのＭＳの拡大量（つまり、ＭＳ拡大代）を粒度区分毎に把握しているから、ベースコークスのＭＳとＭＳの目標値との差分をＭＳ拡大代で除することによって、低収縮炭材の添加率を求めることができる。
ＭＳの目標値を満足させるために必要な低収縮炭材の石炭に対する添加率を決定する（第１の添加率決定ステップに相当する）。ＭＳの目標値は、予め定めておくことができる。第１実施形態のステップ２において、添加率を１質量％上げたときのＭＳの拡大量（つまり、ＭＳ拡大代）を粒度区分毎に把握しているから、ベースコークスのＭＳとＭＳの目標値との差分をＭＳ拡大代で除することによって、低収縮炭材の添加率を求めることができる。
（ステップ１２）
粘結補填材の添加率を決定する（第２の添加率決定ステップに相当する）。
具体的には、ステップ１１で決定した添加率にしたがって、低収縮炭材を添加したときのＤＩ低下量及びＣＳＲ低下量を求める。第１実施形態のステップ３及び４において、添加率を１％上げたときのＤＩの低下量（ＤＩ低下代）及びＣＳＲの低下量（ＣＳＲ低下代）を粒度区分毎に把握しているから、これらのＤＩ低下代及びＣＳＲ低下代にステップ１１で決定した低収縮炭材の添加率を乗じることにより、ＤＩ低下量及びＣＳＲ低下量を求めることができる。
次に、求めたＤＩ低下量及びＣＳＲ低下量を補填するのに必要な粘結補填材の添加率をそれぞれ算出し、算出した添加率のうち高い添加率を粘結補填材の添加率として決定する。例えば、ＤＩ低下量を０にするために必要な粘結補填材の添加率が１質量％、ＣＳＲ低下量を０にするために必要な粘結補填材の添加率が５質量％である場合、粘結補填材の添加率は５質量％に設定される。この場合、ＤＩはベースコークスよりも大きくなり、ＣＳＲはベースコークスと同等になる。
粘結補填材の添加率は、例えば、非特許文献２（西ら、鉄と鋼６８（１５）、２１４１－２１４７（１９８２））に基づき、決定することができる。
粘結補填材の添加率を決定する（第２の添加率決定ステップに相当する）。
具体的には、ステップ１１で決定した添加率にしたがって、低収縮炭材を添加したときのＤＩ低下量及びＣＳＲ低下量を求める。第１実施形態のステップ３及び４において、添加率を１％上げたときのＤＩの低下量（ＤＩ低下代）及びＣＳＲの低下量（ＣＳＲ低下代）を粒度区分毎に把握しているから、これらのＤＩ低下代及びＣＳＲ低下代にステップ１１で決定した低収縮炭材の添加率を乗じることにより、ＤＩ低下量及びＣＳＲ低下量を求めることができる。
次に、求めたＤＩ低下量及びＣＳＲ低下量を補填するのに必要な粘結補填材の添加率をそれぞれ算出し、算出した添加率のうち高い添加率を粘結補填材の添加率として決定する。例えば、ＤＩ低下量を０にするために必要な粘結補填材の添加率が１質量％、ＣＳＲ低下量を０にするために必要な粘結補填材の添加率が５質量％である場合、粘結補填材の添加率は５質量％に設定される。この場合、ＤＩはベースコークスよりも大きくなり、ＣＳＲはベースコークスと同等になる。
粘結補填材の添加率は、例えば、非特許文献２（西ら、鉄と鋼６８（１５）、２１４１－２１４７（１９８２））に基づき、決定することができる。
（ステップ１３）
ステップ１１及び１２において決定した添加率にしたがって低収縮炭材及び粘結補填材を石炭に添加し、コークス炉で乾留する（乾留ステップに相当する）。本実施形態によれば、ベースコークスに対してＭＳを拡大しながら、ＤＩ及びＣＳＲをベースコークスと同等以上に高めることができる。また、最適な粒度区分に属する低収縮炭材を用いることによって、他の粒度区分に属する低収縮炭材を使用した場合よりも粘結補填材の添加率を減らすことができるため、コストを削減できる。
ここで、第１実施形態のステップ５において最適な粒度区分を複数決定した場合、これらの粒度区分の中から粘結補填材の添加率が最も低い粒度区分を選択し、この選択した粒度区分に属する低収縮炭材をステップ１０において選択することが望ましい。
ステップ１１及び１２において決定した添加率にしたがって低収縮炭材及び粘結補填材を石炭に添加し、コークス炉で乾留する（乾留ステップに相当する）。本実施形態によれば、ベースコークスに対してＭＳを拡大しながら、ＤＩ及びＣＳＲをベースコークスと同等以上に高めることができる。また、最適な粒度区分に属する低収縮炭材を用いることによって、他の粒度区分に属する低収縮炭材を使用した場合よりも粘結補填材の添加率を減らすことができるため、コストを削減できる。
ここで、第１実施形態のステップ５において最適な粒度区分を複数決定した場合、これらの粒度区分の中から粘結補填材の添加率が最も低い粒度区分を選択し、この選択した粒度区分に属する低収縮炭材をステップ１０において選択することが望ましい。
（第１実施例）
第１実施形態（低収縮炭材の粒度決定方法）について、実施例を示しながら詳細に説明する。配合炭に対して粒度区分が互いに異なる種々の粉コークス（低収縮炭材）を添加し、試験コークス炉で乾留することによりＭＳが互いに異なるコークスを製造した。配合炭の配合条件は、三種類の粘結炭をそれぞれ５０、１５、１５質量％（計８０質量％）、二種類の非微粘結炭をそれぞれ１５、５質量％（計２０質量％）とした。粘結炭の性状は、配合率の加重平均によって重みづけしたΣＶＭ（揮発分）が２２．９質量％、ΣＴＤ（全膨張率）が１７２．８％であった。非微粘結炭の性状は、配合率の加重平均によって重みづけしたΣＶＭ（揮発分）が３３．７質量％、ΣＴＤ（全膨張率）が２０．３％であった。配合炭は、３ｍｍ未満８５質量％に粒度調整した。配合炭の性状は、ΣＶＭ（揮発分）が２５．０質量％、ΣＴＤ（全膨張率）が１４２．３％であった。
第１実施形態（低収縮炭材の粒度決定方法）について、実施例を示しながら詳細に説明する。配合炭に対して粒度区分が互いに異なる種々の粉コークス（低収縮炭材）を添加し、試験コークス炉で乾留することによりＭＳが互いに異なるコークスを製造した。配合炭の配合条件は、三種類の粘結炭をそれぞれ５０、１５、１５質量％（計８０質量％）、二種類の非微粘結炭をそれぞれ１５、５質量％（計２０質量％）とした。粘結炭の性状は、配合率の加重平均によって重みづけしたΣＶＭ（揮発分）が２２．９質量％、ΣＴＤ（全膨張率）が１７２．８％であった。非微粘結炭の性状は、配合率の加重平均によって重みづけしたΣＶＭ（揮発分）が３３．７質量％、ΣＴＤ（全膨張率）が２０．３％であった。配合炭は、３ｍｍ未満８５質量％に粒度調整した。配合炭の性状は、ΣＶＭ（揮発分）が２５．０質量％、ΣＴＤ（全膨張率）が１４２．３％であった。
粉コークスの添加条件（条件１～条件７）を表１に示した。条件１では、粉コークスを未添加とした。条件２～６では、製鉄工場で発生した粉コークスを篩で分級することにより、１ｍｍ以下の粉コークスを５つの粒度区分に分けた。粉コークスの添加率は４質量％とした。なお、粉コークスの添加率は、外数である（以下、同様である）。
試験コークス炉の乾留容器のサイズは、炉幅（Ｗ）：４００ｍｍ、炉長（Ｌ）：６００ｍｍ、炉高（Ｈ）：４２０ｍｍとした。石炭の装入嵩密度は、ドライベースで８５０（ｋｇ／ｍ３）とした。試験コークス炉の最終到達温度は１１５０℃とし、乾留時間は１８．５（ｈｏｕｒ）とした。
それぞれのコークスを、「ＪＩＳ Ｋ２１５１」にしたがってドラム試験装置に供し、３０回転後の２５ｍｍより大きなサンプルからコークスのＭＳを、１５０回転後のサンプルからＤＩを求めた。コークスのＣＳＲの測定は、実施形態に既述の方法で測定した。なお、コークスのＣＲＩについても測定した。ＣＲＩは、２０±１ｍｍの大きさに整粒したコークス２００ｇを所定の条件（ガス組成：二酸化炭素１００％、反応温度１１００℃、反応時間２時間）で反応させた後、反応後質量を測定し、「ＣＲＩ＝（反応前質量－反応後質量）／反応前質量×１００」なる算出式に基づき求めた。それぞれのコークスのＭＳ、ＤＩ、ＣＲＩ及びＣＳＲの実測値を図１乃至図４に示した。
図１を参照して、粉コークスを添加した条件２～６はいずれもＭＳが粉コークス未添加の条件１よりも拡大した。また、１ｍｍ以下の粒度条件では、粉コークスの粒度が大きくなるにしたがってＭＳが拡大した。これは、粉コークスの添加によってコークスの収縮率が低減し、この収縮率低減効果が、粉コークスの粒度拡大によって高まるからだと考えられる。
図２を参照して、粉コークスを添加した条件２～６はいずれもＤＩが粉コークス未添加の条件１よりも小さくなった。また、１ｍｍ以下の粒度条件では、粉コークスの粒度が大きくなるにしたがってＤＩが低下した。これは、粉コークスの添加によってコークスに微視クラックが発生し、この微視クラックが粉コークスの粒度の増大に応じて拡大するからだと考えられる。
図３を参照して、粉コークスを添加した条件２～６はいずれもＣＲＩが粉コークス未添加の条件１よりも大きくなった。また、１ｍｍ以下の粒度条件では、粉コークスの粒度が小さくなるにしたがってＣＲＩが増大した。これは、粉コークスの添加率が同一の場合、粉コークスの粒度が小さくなる程粒子の数が多くなるため、粉コークスの周辺に形成される微視クラックによるガス化反応部分の総表面積が増大するからだと考えられる。
図４を参照して、粉コークスを添加した条件２～６はいずれもＣＳＲが粉コークス未添加の条件１よりも小さくなった。熱間反応後強度であるＣＳＲは、ＤＩ及びＣＲＩに左右され、粉コークスを添加することによってコークス強度（ＤＩ）が低下し、反応性（ＣＲＩ）が増大するからである。また、１ｍｍ以下の粒度条件では、粒度区分Ｂが最もＣＳＲが高くなり、粒度区分Ｂを境に粒度が大きくなる程ＣＳＲが低下した。これは図２に示すコークス強度（ＤＩ）が影響したものと推察される。
また、粒度区分Ａは粒度区分ＢよりもＣＳＲが小さくなった。粒度区分Ａは、他の粒度区分と比較してＣＲＩが大きいため、ＣＳＲの低下が大きくなったものと推察される。
また、粒度区分Ａは粒度区分ＢよりもＣＳＲが小さくなった。粒度区分Ａは、他の粒度区分と比較してＣＲＩが大きいため、ＣＳＲの低下が大きくなったものと推察される。
次に、粒度区分Ａ乃至Ｅのそれぞれについて、ＭＳ拡大代、ＤＩ低下代、ＣＳＲ低下代を実施形態１に記載の方法にしたがって求めるとともに、ＭＳ拡大代とＤＩ低下代との比（ＤＩ低下代／ＭＳ拡大代）、ＭＳ拡大代とＣＳＲ低下代との比（ＣＳＲ低下代／ＭＳ拡大代）を求めた。その結果を図５及び図６に示す。
図５を参照して粒度区分Ｄ及び粒度区分Ｅは、ＤＩ低下代／ＭＳ拡大代が過度に大きくなるため、最適な粒度区分ではない。図６を参照して粒度区分Ａは、ＣＳＲ低下代／ＭＳ拡大代が過度に大きくなるため、最適な粒度区分ではない。これらを総合的に勘案して、本実施例では、粒度区分Ｂ及び粒度区分Ｃを「最適な粒度区分」と決定した。
なお、配合炭に含まれる石炭の配合率を大きく変更する場合、成型物等を配合する場合、粉コークスとは異なる低収縮炭材を用いる場合には、改めて上述の実験を実施して、最適な粒度区分を決定すればよい。
なお、配合炭に含まれる石炭の配合率を大きく変更する場合、成型物等を配合する場合、粉コークスとは異なる低収縮炭材を用いる場合には、改めて上述の実験を実施して、最適な粒度区分を決定すればよい。
（第２実施例）
第２実施形態について、実施例を示しながら詳細に説明する。
粉コークス未添加のコークス（以下、「ベースコークス」ともいう）に対して、ＭＳを２ｍｍ拡大するために粉コークスを添加し、低下したＤＩ及びＣＳＲをＳＲＣ（粘結補填材）によって補填する処理を行った。なお、ベースコークスは、所望のＤＩ及びＣＳＲを満足するものである。ＳＲＣによる補填効果は、上述の非特許文献２に基づき、ＳＲＣの添加率を１％（外数）上げると、ＤＩ及びＣＳＲがそれぞれ０．２ポイント（以下、「ｐｔ」という）及び１ｐｔ上昇すると考えた。その結果を表２に示す。ＤＩ低下量を０．２で除して、小数点第２位を四捨五入することにより、ＳＲＣ添加率（ＤＩ補償）を求めた。ＣＳＲ低下量を１で除して、小数点第２位を四捨五入することにより、ＳＲＣ添加率（ＣＳＲ補償）を求めた。
第２実施形態について、実施例を示しながら詳細に説明する。
粉コークス未添加のコークス（以下、「ベースコークス」ともいう）に対して、ＭＳを２ｍｍ拡大するために粉コークスを添加し、低下したＤＩ及びＣＳＲをＳＲＣ（粘結補填材）によって補填する処理を行った。なお、ベースコークスは、所望のＤＩ及びＣＳＲを満足するものである。ＳＲＣによる補填効果は、上述の非特許文献２に基づき、ＳＲＣの添加率を１％（外数）上げると、ＤＩ及びＣＳＲがそれぞれ０．２ポイント（以下、「ｐｔ」という）及び１ｐｔ上昇すると考えた。その結果を表２に示す。ＤＩ低下量を０．２で除して、小数点第２位を四捨五入することにより、ＳＲＣ添加率（ＤＩ補償）を求めた。ＣＳＲ低下量を１で除して、小数点第２位を四捨五入することにより、ＳＲＣ添加率（ＣＳＲ補償）を求めた。
粒度区分Ａの粉コークスを添加する場合、粉コークスの添加率は２.９質量％となり、
ＤＩ低下量及びＣＳＲ低下量を０にするためのＳＲＣの添加率はそれぞれ０．８質量％及び５．６質量％と推測される（ＣＳＲネック）。したがって、必要なＳＲＣの添加率は５．６質量％と推算される。
粒度区分Ｂの粉コークスを添加する場合、粉コークスの添加率は２.１質量％となり、ＤＩ低下量及びＣＳＲ低下量を０にするためのＳＲＣの添加率はそれぞれ２．４質量％及び３．１質量％と推測される（ＣＳＲネック）。したがって、必要なＳＲＣの添加率は３．１質量％と推算される。
粒度区分Ｃの粉コークスを添加する場合、粉コークスの添加率は１．９質量％となり、ＤＩ低下量及びＣＳＲ低下量を０にするためのＳＲＣの添加率はそれぞれ２．３質量％及び３．４質量％と推測される（ＣＳＲネック）。したがって、必要なＳＲＣの添加率は３.４質量％と推算される。
粒度区分Ｄの粉コークスを添加する場合、粉コークスの添加率は１．５質量％となり、ＤＩ低下量及びＣＳＲ低下量を０にするためのＳＲＣの添加率はそれぞれ６．２質量％及び３．８質量％と推測される（ＤＩネック）。したがって、必要なＳＲＣの添加率は６.２質量％と推算される。
ＤＩ低下量及びＣＳＲ低下量を０にするためのＳＲＣの添加率はそれぞれ０．８質量％及び５．６質量％と推測される（ＣＳＲネック）。したがって、必要なＳＲＣの添加率は５．６質量％と推算される。
粒度区分Ｂの粉コークスを添加する場合、粉コークスの添加率は２.１質量％となり、ＤＩ低下量及びＣＳＲ低下量を０にするためのＳＲＣの添加率はそれぞれ２．４質量％及び３．１質量％と推測される（ＣＳＲネック）。したがって、必要なＳＲＣの添加率は３．１質量％と推算される。
粒度区分Ｃの粉コークスを添加する場合、粉コークスの添加率は１．９質量％となり、ＤＩ低下量及びＣＳＲ低下量を０にするためのＳＲＣの添加率はそれぞれ２．３質量％及び３．４質量％と推測される（ＣＳＲネック）。したがって、必要なＳＲＣの添加率は３.４質量％と推算される。
粒度区分Ｄの粉コークスを添加する場合、粉コークスの添加率は１．５質量％となり、ＤＩ低下量及びＣＳＲ低下量を０にするためのＳＲＣの添加率はそれぞれ６．２質量％及び３．８質量％と推測される（ＤＩネック）。したがって、必要なＳＲＣの添加率は６.２質量％と推算される。
以上の推算結果から、粒度区分Ｂ及びＣは粒度区分Ａ及びＤよりもＳＲＣの添加率を下げられることがわかった。したがって、第１実施例において最適な粒度区分と決定した粒度区分Ｂ及び粒度区分Ｃの範囲（言い換えると、粒度区分Ｂの下限値から粒度区分Ｃの上限値の範囲）に含まれる粉コークスを選択することによって、ＭＳの拡大、ＤＩ及びＣＳＲの低下抑制を図りながら、ＳＲＣの添加率が下げられるため、コストを削減できる。さらに、最適な粒度区分である粒度区分Ｂ及びＣのうちＳＲＣの添加率が低い粒度区分Ｂを選択することにより、より効果的にコストを削減することができる。
Claims (3)
- コークスの原料である石炭に添加される低収縮炭材の粒度決定方法であって、
コークスの平均粒径をＭＳ、コークスの強度をＤＩ、コークスの熱間反応後強度をＣＳＲと定義したとき、
粒度区分が互いに異なる複数の低収縮炭材をそれぞれ石炭に添加して、試験コークス炉で乾留した後、ＭＳ、ＤＩ及びＣＳＲを取得する第１ステップと、
石炭に低収縮炭材を添加せずに試験コークス炉で乾留して得られたコークス（以下、「ベースコークス」という）のＭＳと前記第１ステップで取得したＭＳとの差分を低収縮炭材の添加率で除したＭＳ拡大代を、粒度区分毎に算出する第２ステップと、
ベースコークスのＤＩと前記第１ステップで取得したＤＩとの差分を低収縮炭材の添加率で除したＤＩ低下代を、粒度区分毎に算出する第３ステップと、
ベースコークスのＣＳＲと前記第１ステップで取得したＣＳＲとの差分を低収縮炭材の添加率で除したＣＳＲ低下代を、粒度区分毎に算出する第４ステップと、
ＤＩ低下代とＭＳ拡大代との比である第１の評価値、ＣＳＲ低下代とＭＳ拡大代との比である第２の評価値を粒度区分毎に算出し、これらの第１及び第２の評価値の大小に基づき、低収縮炭材の最適な粒度区分を少なくとも一つ決定する第５ステップと、
を有することを特徴とする低収縮炭材の粒度決定方法。 - 低収縮炭材が粉コークスの場合、前記第５ステップにおいて決定した最適な粒度区分は、０．０７４ｍｍ超０．３ｍｍ以下の範囲に含まれることを特徴とする請求項１に記載の低収縮炭材の粒度決定方法。
- 請求項１又は２に記載の低収縮炭材の粒度決定方法にしたがって決定した最適な粒度区分に含まれる低収縮炭材を選択する低収縮炭材選択ステップと、
ＭＳの目標値を満足するように、前記低収縮炭材選択ステップで選択した低収縮炭材の石炭に対する添加率を決定する第１の添加率決定ステップと、
前記第１の添加率決定ステップで決定した添加率にしたがって低収縮炭材を石炭に添加したときのＤＩ低下量及びＣＳＲ低下量を補償するのに必要な粘結補填材の添加率をそれぞれ算出し、これらの算出した添加率のうち高い添加率を粘結補填材の添加率として決定する第２の添加率決定ステップと、
前記第１の添加率決定ステップ及び前記第２の添加率決定ステップで決定した添加率にしたがって低収縮炭材及び粘結補填材を石炭に添加し、コークス炉で乾留する乾留ステップと、
を有することを特徴とするコークスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2022021092A JP2023118244A (ja) | 2022-02-15 | 2022-02-15 | 低収縮炭材の粒度決定方法及びコークスの製造方法 |
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| JP2022021092A Pending JP2023118244A (ja) | 2022-02-15 | 2022-02-15 | 低収縮炭材の粒度決定方法及びコークスの製造方法 |
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-
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