JP2918433B2 - 冶金用成型コークスの製造方法 - Google Patents
冶金用成型コークスの製造方法Info
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Description
練し成型して得られる成型炭を、竪型シャフト炉内で熱
媒ガスによって加熱・乾留する冶金用成型コークスの製
造方法に関し、特に、乾留時の成型コークスの亀裂・割
れを抑制し、原形率の高い冶金用成型コークスを製造す
る方法に関するものである。
る通り、非微粘結炭を主配合として塊成化した成型炭を
乾留することにより、成型コークスを製造するものであ
る。その代表的な方法は、非微粘結炭を主配合とした粉
炭に、石炭タール、ピッチ、石油アスファルトなどのバ
インダーを添加した後、高圧に加圧して塊成化した成型
炭を竪型シャフト炉内で加熱ガスを熱媒として直接的に
加熱する方法である(例えば、特公昭60−38437
号公報)。従来の乾留技術は、竪型の乾留炉における乾
留工程で乾留初期の成型炭の中心温度が200℃から4
00℃に到る温度範囲の成型炭中心部の昇温速度を増加
させて成型コークスの強度向上を図るとともに、成型炭
の中心温度が400℃から1000℃までの成型炭中心
部の昇温速度を低減することにより、再固化時の収縮割
れを防止するように2段羽口から吹き込むガス温度およ
び流量を調整するものである。
スを多量使用するためには、高炉内における成型コーク
スの通気性状を確保するために、原形率の高い成型コー
クスを製造する必要がある。しかし、従来の乾留技術で
製造した成型コークスは外部からの観察では割れの発生
は確認できなかったが、X線CT装置を用いて成型コー
クスの内部状況を観察した結果、亀裂が内在していた。
このため、高炉への搬送時に、該成型コークスが割れて
細粒化してしまい、高炉使用時には炉内での通気抵抗の
増加を引き起こしていた。
裂、割れを抑制する新しい成型コークス製造技術の開発
が必要とされていた。
媒ガスによって直接的に加熱し、冶金用成型コークスを
製造するプロセスにおいて、亀裂・割れの発生を抑制
し、高原形率な成型コークスを安定的に製造する方法を
提供することを目的とする。
うな問題点を改良すべく、成型炭が乾留工程で受ける熱
的条件を任意に設定してシミュレート実験ができる小型
ガス乾留炉を用いて、成型炭が受ける熱的条件と成型炭
の乾留工程における挙動および成型コークス品質との関
係について詳細な実験を行い、鋭意研究を重ねた結果、
図5に1例を示すように乾留時の成型炭中心部の温度に
対して、成型炭の表面と中心部の温度差を式(1)で算
出される一定の範囲内に制御することにより、成型コー
クス内部に発生する応力を緩和させ、亀裂、割れを抑制
する方法を見いだし、成型コークスの原形率を向上させ
ることができる本発明を完成するに到った。
非微粘結炭を50〜90重量%含有する粉炭に石炭ター
ル、ピッチ、石油アスファルトの1種以上からなるバイ
ンダーを添加して塊成化した成型炭を、2段のガス吹き
込み羽口を有する竪型乾留炉で加熱ガスを熱媒として乾
留し冶金用成型コークスを製造する方法である。
おいて運転中に測定した乾留炉内の雰囲気ガス温度Tg
により、微小空間におけるガス放出熱量Qgおよび該微
小空間における成型炭の吸熱量QB を算出し、この値に
基づいて前記成型炭の表面温度Tsと中心温度Tcをそ
れぞれ伝熱式に基づいて算出し、乾留炉を通過する前記
成型炭の中心温度Tcが400℃から800℃に上昇す
る間の前記成型炭の表面と中心部の許容温度差Lを前記
成型炭の中心温度と成型炭の容積に基づいて式(1)に
より算出し、前記成型炭の表面と中心部の温度差(Ts
−Tc)が許容温度差Lを所定のチェック時間越えたと
きに低温ガス吹き込み羽口および高温ガス吹き込み羽口
から吹き込む熱媒ガスの温度および流量を調節すること
を特徴とする冶金用成型コークスの製造方法である。
00、150cc<V≦250cc;1/2,000) b :容積係数2(90<V≦150cc;−1.1、
150cc<V≦250cc;−0.85) C :容積係数3(90<V≦150cc;440、1
50cc<V≦250cc;380) V :成型炭の容積(cc) 特に、所定のチェック時間を20〜40分間に設定する
ことが好ましい。
が80未満の石炭と定義し、粉炭とは3mm以下の石炭
と定義する。粘結力指数(CI)の測定法は、石炭利用
技術用語辞典(社団法人燃料協会)P.252に示され
ているように、石炭1g(粒度0.25mm以下)に粉
コークス9g(粒度0.25〜0.3mm)を配合した
ものを磁性るつぼで900℃で7分間乾留してコークス
化し、かくして得られたコークスを0.42mmの篩に
かけて、その篩上に留まった量をAgとし、
に説明する。
る冶金用成型コークス製造プロセスの一例を示す模式図
である。図中1は成型炭装入装置、2はシャフト上部乾
留室、3はシャフト下部冷却室、4は成型コークス排出
口、5は低温ガス吹き込み羽口、6は高温ガス吹き込み
羽口、7は冷却ガス吹き込み羽口、8は昇温ガス抜き出
しダクト、9は炉頂部循環ガス抜き出しダクト、10は
循環ガス冷却器、11は低温ガス加熱器、12は高温ガ
ス加熱器、13,14,15は温度測定用熱電対を各々
示す。
温度150〜400℃、低温ガス吹き込み羽口温度60
0〜800℃、高温ガス吹き込み羽口温度900〜11
00℃で、乾留時間が150〜300分間の条件で実施
され、かかる石炭の熱分解・重縮合反応によって、いわ
ゆるコークス化反応が進行する。
による成型コークス製造プロセスにおける乾留過程の伝
熱解析を行うために、小型の実験用竪型シャフト炉によ
る実験とその結果を用いて、竪型シャフト炉内における
伝熱モデルを作成した。本モデルは、図2に示すように
乾留過程の成型コークスの伝熱挙動について、移動層に
おける伝熱モデルを基礎式として、乾留時の石炭の比
熱、熱伝導率、反応熱、ガス発生、成型炭の容積、密度
変化などを温度関数として組み入れたシミュレーション
モデルである。
留炉内での乾留過程における炉頂部、シャフト炉中段お
よびシャフト炉下段野雰囲気ガス温度の測定値により、
微小空間におけるガス放出熱量Qgおよび成型炭の吸熱
量GB を計算し、この計算値により成型炭の表面温度T
sと中心温度Tcを伝熱式により算出する。
ける亀裂発生状況を直接的に観察できる小型乾留炉を有
したX線CT装置を用いて、乾留過程における成型コー
クスの温度推移と亀裂発生状況の関係について調査し
た。この結果、乾留時の成型炭内部温度に対する亀裂発
生を抑制するための限界応力値は、図5に示す範囲であ
ることを見いだした。
に以下の検討を行った。乾留時の成型炭の表面と中心部
の温度差が大きい場合には、成型コークス内部に発生す
る熱応力が増加するため、成型コークスの亀裂、割れが
発生する。そこで、成型炭の表面と中心部の温度差に着
目して、竪型シャフト炉内の加熱状況をシミュレーショ
ンできる小型ガス乾留炉を用いて、該温度差を幅広く変
化させた実験を行い、該温度差と成型コークスの原形率
の関係について調査した。この結果、成型コークスの容
積に応じて、乾留過程における成型炭中心温度に対し、
式(1)で表される該温度差の適正範囲が存在すること
を発見した。
方法について検討した。
の調節量の算出方法を示す。はじめに運転中に測定した
シャフト炉中段の雰囲気ガス温度により、微小空間にお
けるガス放出熱量Qgおよび該微小空間における成型炭
の吸熱量QB を算出する。この値に基づいて、伝熱計算
により前記成型炭の表面温度Tsおよび中心温度Tcを
算出する。ここで、成型炭の表面と中心の許容温度差L
を前記成型炭の中心温度と成型炭の容積に基づいて式
(1)により算出し、前記成型炭の表面と中心部の温度
(Ts−Tc)が許容温度差Lを所定のチェック時間越
えていないかどうかチェックする。
の雰囲気ガス温度により、微小空間におけるガス放出熱
量Qgおよび該微小空間における成型炭の吸熱量QB を
算出し、この値に基づいて、伝熱計算により前記成型炭
の表面温度Tsおよび中心温度Tcを算出する。ここ
で、成型炭の表面と中心の許容温度差Lを前記成型炭の
中心温度と成型炭の容積に基づいて式(1)により算出
し、前記成型炭の表面と中心部の温度(Ts−Tc)が
許容温度差Lを所定のチェック時間越えていないかどう
かチェックする。
段部およびシャフト炉下部において、成型炭の表面と中
心部の温度(Ts−Tc)が許容温度差Lを所定のチェ
ック時間越えていた場合には、羽口から吹き込む熱媒ガ
スの温度および流量の調節量について、図4に示すよう
に、以下の方法で算出する。
1回当たりのガス温度の調節量を変更した際の乾留炉内
の雰囲気ガス温度、成型炭の表面および中心部の温度を
前記のシミュレーションモデルを用いて微小空間を逐次
計算させることにより、該シャフト炉内の温度分布を推
算する。この推算値に基づいて、成型炭の中心温度が4
00℃〜800における温度範囲において50℃間隔
で、前記の成型炭の表面と中心温度差(Ts−Tc)が
式(1)で算出される許容温度差Lを越えていないかど
うかを判断し、繰り返し計算により、適正な熱媒ガスの
温度調節量を算出する。
温ガス吹き込み羽口および高温ガス吹き込み羽口から吹
き込む熱媒ガスの温度および流量を調節して、乾留炉内
の雰囲気ガス温度を調節して、成型炭の表面と中心部の
温度差(Ts−Tc)を該許容温度差の範囲内に制御す
ることにより、亀裂、割れの発生が抑制され、成型コー
クスの原形率が向上する。
℃、好ましくは200〜250℃であり、低温羽口から
吹き込むガス温度は600〜800℃、好ましくは63
0〜670℃であり、高温羽口から吹き込むガス温度は
900〜1100℃、好ましくは900〜1000℃で
あり、高温羽口から竪型シャフト炉内に供給される熱量
は、全体の投入熱量の約15〜25%であることが好ま
しい。
に以下の検討を行った。式(1)で求めた許容温度差L
を越える時間が長い場合には、成型炭の表面と中心の温
度差(Ts−Tc)の安定状態への復帰までに長時間が
かかり、成型炭の表面と中心部の温度差(Ts−Tc)
を変動させる原因となる。例えば、乾留途中で乾留温度
を急激に上昇させると成型炭の表面と中心の温度差(T
s−Tc)が増加する。これを防止するためには、該成
型炭の表面と中心の温度差(Ts−Tc)のチェック時
間を定める必要がある。そこで、該成型炭の表面と中心
の温度差(Ts−Tc)のチェック時間と成型コークス
の原形率の関係について調査した結果を図8に示す。こ
の図からわかるように、実際のプラントでは、該成型炭
の表面と中心の温度差(Ts−Tc)のチェック時間を
20〜40分間とした時に該成型炭の表面と中心の温度
差(Ts−Tc)を温度許容差L以内に制御可能であ
り、成型コークスの亀裂、割れを抑制できた。
割れを抑制し、かつ、成型炭の粘結性を確保するために
50〜90重量%に限定する。バインダーは、粉炭を加
圧して成型炭を製造する際の結合材として必要であり、
その種類は、石炭タール、ピッチ、石油アスファルトな
どが適しており、配合割合は粉炭に対して5〜10重量
%が好ましい。
に、バインダーとしてソフトピッチを9重量%添加し
て、中央に溝状の凹部を有する形状で、粒径60mm、
容積150ccに成型した成型炭を、表2に示す運転条
件a,b,c,dで乾留して冶金用成型コークスを製造
した。
吹き込み羽口から吹き込む熱媒ガスの温度および流量は
625℃、20,320Nm3 /Hrで高温ガス吹き込
み羽口より吹き込む熱媒ガスの温度および流量は900
℃、4,120Nm3 /Hrである。また、同様に従来
の運転条件である条件dは、低温ガス吹き込み羽口から
吹き込む熱媒ガスの温度および流量は625℃、29,
030Nm3 /Hrで、高温ガス吹き込み羽口より吹き
込む熱媒ガスの温度および流量は900℃、3,920
Nm3 /Hrである。図5に示すように、従来の運転条
件cおよびdでは、乾留炉を通過する成型炭の中心温度
Tcが400℃から800℃に上昇する間の前記成型炭
の表面と中心部の温度差(Ts−Tc)を一定の範囲内
に制御していなかったために、乾留過程における引張応
力が亀裂発生限界を越えている。
は図6に示すように10〜30%と低く、成型コークス
の粒度が低下した。
炭の中心温度Tcが400℃から800℃に上昇する間
の前記成型炭の表面と中心部の温度差(Ts−Tc)を
式(1)に基づいて算出した許容温度差Lの範囲内とな
るように運転条件を設定した例を示す。なお、チェック
時間は30分とした。条件aでは低温ガス吹き込み羽口
から吹き込む熱媒ガスの温度および流量は650〜66
0℃、16,000〜16,400Nm3 /Hrで、高
温ガス吹き込み羽口より吹き込む熱媒ガスの温度は90
0〜920℃、流量は2,700〜3,400Nm3 /
Hrである。また、条件bでは低温ガス吹き込み羽口か
ら吹き込む熱媒ガスの温度および流量は650〜660
℃、18,000〜18,200Nm3 /Hrであり、
高温ガス吹き込み羽口より吹き込む熱媒ガスの温度は9
00〜920℃、2,700〜3,000Nm3 /Hr
である。条件aおよび条件bでは成型コークスの亀裂お
よび割れが抑制されており、原形率が従来の運転条件c
および条件dの10〜30%から80〜100%まで向
上した。この結果、成型コークスの平均粒度が26〜2
8mmから53〜55mmまで大幅に向上した。
配合炭Aに、バインダーとしてソフトピッチを9重量%
添加して、粒径58mm、容積180ccの枕型に成型
した成型炭を表2に示す運転条件aおよびcで乾留して
冶金用成型コークスを製造した場合に、本発明を適用し
た例を示す。
ス吹き込み羽口から吹き込む熱媒ガスの温度および流量
は625℃、20,320Nm3 /Hrで高温ガス吹き
込み羽口より吹き込む熱媒ガスの温度および流量は90
0℃、4,120Nm3 /Hrである。
を通過する成型炭の中心温度Tcが400℃から800
℃に上昇する間の前記成型炭の表面と中心部の温度差
(Ts−Tc)は式(1)に基づいて算出した許容温度
差Lを越えている。
は図7に示すように0%と低く、成型コークスの粒度が
低下した。
を通過する成型炭の中心温度Tcが400℃から800
℃に上昇する間の前記成型炭の表面と中心部の温度差
(Ts−Tc)を式(1)に基づいて算出した許容温度
差Lの範囲内にチェック時間30分で制御した。この際
の運転条件は、低温羽口から吹き込む熱媒ガスの温度お
よび流量は650〜660℃、16,000〜16,4
00Nm3 /Hrで、高温羽口から吹き込む熱媒ガスの
温度は900〜920℃、流量は2,700〜3,40
0Nm3 /Hrである。従来の運転では、乾留後の原形
率が0%であるが、本発明を適用した場合の原形率は8
0%に向上し、平均粒度が36mmから52mmに増加
した。
配合炭Aにバインダーとしてソフトピッチを9重量%添
加して、中央に溝状の凹部を有する形状で、粒径60m
m、容積150ccに成型した成型炭を表2の条件aで
乾留した場合に本発明を適用した例を示す。この際の運
転条件は、低温ガス吹き込み羽口から吹き込む熱媒ガス
の温度および流量は650〜660℃、16,000〜
16,400Nm3 /Hrで、高温羽口から吹き込む熱
媒ガスの温度は900〜920℃、流量は2,700〜
3,400Nm3 /Hrである。
度のチェック時間を一定にしていなかったために、成型
コークスの原形率が低かった。次に、本発明の通り、温
度チェック時間を20〜40分に設定した結果、成型コ
ークスの原形率は80〜100%まで大幅に向上した。
クスを製造する乾留工程において成型コークスの原形率
を向上させる運転方法に関するものであり、本発明の効
果により、成型コークスの原形率の向上にともなって、
成型コークスの粒度を安定的に向上させることが可能と
なった。その結果、通気抵抗の大幅な減少により、高炉
における成型コークスの使用割合を飛躍的に向上させる
ことが可能となり、本発明による技術的、経済的な効果
は非常に大きい。
る伝熱モデルを示す図。
の算出方法を示す図である。
成型コークスについて、各乾留パターン毎の成型コーク
スの乾留途中の内部応力の推算結果を示す図。
心部の温度差と成型コークス原形率の関係を示す図。
中心部の温度差と成型コークス原形率の関係を示す図。
ークスの原形率の関係を示す図。
上部乾留室 3…シャフト炉下部冷却室 4…成型コーク
ス排出口 5…低温ガス吹き込み羽口 6…高温ガス吹
き込み羽口 7…冷却ガス吹き込み羽口 8…昇温ガス抜
き出しダクト 9…炉頂部循環ガス抜き出しダクト 10…循環ガス
冷却器 11…低温ガス加熱器 12…高温ガス
加熱器 13…炉頂部温度計 14…シャフト
炉中段温度計 15…シャフト炉下段温度計
Claims (2)
- 【請求項1】 非微粘結炭を50〜90重量%含有する
粉炭に石炭タール、ピッチ、石油アスファルトの1種以
上からなるバインダーを添加して塊成化した成型炭を、
2段のガス吹き込み羽口を有する竪型乾留炉で加熱ガス
を熱媒として乾留し冶金用成型コークスを製造する方法
において、運転中に測定した乾留炉内の雰囲気ガス温度
Tgにより、微小空間におけるガス放出熱量Qgおよび
該微小空間における成型炭の吸熱量QB を算出し、この
値に基づいて伝熱計算により前記成型炭の表面温度Ts
と中心温度Tcをそれぞれ算出し、乾留炉を通過する前
記成型炭の中心温度Tcが400℃から800℃に上昇
する間の前記成型炭の表面と中心部の許容温度差Lを成
型炭の中心温度と成型炭の容積に基づいて下記(1)式
により算出し、前記成型炭の表面と中心部の温度差(T
s−Tc)が許容温度差Lを所定のチェック時間越えた
ときに、低温ガス吹き込み羽口および高温ガス吹き込み
羽口から吹き込む熱媒ガスの温度および流量を調節する
ことを特徴とする冶金用成型コークスの製造方法。 L=a・Tc2+b・Tc+C …(1) Ts≦Tc+L ここで、 L :成型炭の表面と中心部の許容温度差(℃) Ts:成型炭の表面温度(℃) Tc:成型炭の中心温度(℃) a :容積係数1(90<V≦150cc;3/4,0
00、150cc<V≦250cc;1/2,000) b :容積係数2(90<V≦150cc;−1.1、
150cc<V≦250cc;−0.85) C :容積係数3(90<V≦150cc;440、1
50cc<V≦250cc;380) V :成型炭の容積(cc) - 【請求項2】 所定のチェック時間を20〜40分間に
設定することを特徴とする請求項1記載の冶金用成型コ
ークスの製造方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP29566493A JP2918433B2 (ja) | 1993-11-25 | 1993-11-25 | 冶金用成型コークスの製造方法 |
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JP29566493A JP2918433B2 (ja) | 1993-11-25 | 1993-11-25 | 冶金用成型コークスの製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH07145385A JPH07145385A (ja) | 1995-06-06 |
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- 1993-11-25 JP JP29566493A patent/JP2918433B2/ja not_active Expired - Fee Related
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