JP3397432B2 - 成形コークスの製造方法 - Google Patents

成形コークスの製造方法

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JP3397432B2 JP04596194A JP4596194A JP3397432B2 JP 3397432 B2 JP3397432 B2 JP 3397432B2 JP 04596194 A JP04596194 A JP 04596194A JP 4596194 A JP4596194 A JP 4596194A JP 3397432 B2 JP3397432 B2 JP 3397432B2
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史朗 渡壁
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高炉で銑鉄を製造する
際に使用する成形コ−クスの製造方法に関し、詳しくは
その製造過程で内部亀裂の発生を防止する技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】高炉用コ−クスは、鉄鉱石等を加熱、還
元する熱源や還元材として、また羽口から吹込んだ熱風
を炉頂へ通気する支持材として機能しており、高炉製鉄
法にとっては必要不可欠の物質である。そして、通気性
保持材としての役割を果たすためには、炉内装入物(該
コークス自体も含め、鉄鉱石、焼結鉱等)の荷重に耐え
るだけの強度と、通気性悪化の要因となる微粉の発生量
を極力小さくするための耐摩耗性が必要とされる。
【0003】ところで、こうした高強度を有する高炉コ
−クスを製造するには、その原料炭の配合においてある
一定割合以上の強粘結炭が必要である。しかし、強粘結
炭の産出は地域的、数量的、さらに価格的な制限があ
り、また資源的にも近い将来枯渇が予想されている。こ
のような情勢を背景に、最近では粘結成分の少ない一般
炭を利用した高炉用コ−クスの製造法を開発することが
注目を集めている。その一つとして一般炭にピッチ、ア
スファルト、タ−ルなどの粘結剤を加えて加圧成形し、
その成形物を乾留してコークス化する、いわゆる成形コ
ークスの製造と高炉使用が試験的に行なわれている。例
えば、鉄と鋼,65(1979),S584〜S587
に開示されているように、生産能力200ton/日の
成形コークスを製造できるパイロットプラントを用いた
乾留法の開発や、そこで製造した成形コークスの高炉で
の使用試験結果が報告されている。
【0004】しかしながら、上記を一例とした今までの
成形コ−クス製造法では、乾留炉出側での原形歩留まり
( 乾留中に、破壊や融着、変形を起こさず、成形時の形
状をそのまま維持した状態で得られる成形コークスの割
合) が低いことが問題であった。さらに原形(成形炭の
形状)を保持している成形コ−クスについてX 線透過観
察を行なった結果、その約3割の成形コ−クスが内部に
大きな亀裂を隠し持つっていることが判明した。これら
の内部亀裂を包含する成形コ−クスは、高炉に装入する
までのハンドリング中に破壊したり、高炉内で粒径低下
を引き起こし、送風圧や圧損を増大させて、高炉操業を
不安定にするという大きな問題があった。
【0005】そこで、これらの問題点を解決するため
に、従来より種々の対策が研究されており、例えば、特
開昭54−156007号公報や特公昭60−1238
9号公報に開示されたように、成形炭の乾留に適切なヒ
ートパターンを採用して、成形炭内の熱応力発生を抑制
する試みがなされている。また、乾留される成形炭形状
を適性化することによって成形炭内の熱応力の発生を抑
制しようとする試みもあり、例えば、特開昭54−14
3403号公報には、揮発分32%以上の高揮発分の成
形炭に対して成形炭容積を30〜80ccとすることに
より亀裂発生を抑制し、コークス強度の低下を防止する
方法が開示された。
【0006】しかしながら、前記特開昭54−1560
07号公報や特公昭60−12389号公報に記載され
た方法で製造した成形コークスに関しては、その原形歩
留の向上は確認できたが、なお数割の比率で成形コ−ク
スの内部に大きな亀裂が存在することがX線透過観察で
判明した。また、元来成形コークスは形状が均一で、表
面の凹凸が少なく、そのもの自体の空隙率が小さくなる
傾向があり、加えて見掛け密度が従来のコークスに比べ
て大きいので、それを高炉で使用した場合、炉内での嵩
密度が大きくなってコークス層厚が減少し、高炉の通
気、通液性が従来コークスに比べて低くなるという問題
があり、昨今の傾向としては80cc以上の大径の成形
コ−クスの使用が望まれている。それに対して、前記特
開昭54−143403号公報記載の技術のように、成
形炭の容積を小さくすることはでき得れば避けるべきで
ある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
を鑑み、大径で、且つその内部に亀裂が皆無か、あるい
は極めて少ない成形コークスを製造する優れた方法の提
供を目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため鋭意実験、研究を重ね、乾留前の成形炭形状
を適正にすることによって、容積が大きく (80ccを
越える容量) ても乾留中に生じる熱応力を亀裂発生限界
値以下となることを発見した。本発明は、詳しくは後述
する上記発見に基づきなされたものである。
【0009】すなわち、本発明は、非粘結炭を主成分と
する粉状配合炭と粘結剤とを混合、成形して成形炭とな
し、該成形炭を乾留する成形コークスの製造法におい
て、該成形炭を下記の2つの条件式を同時に満足する形
状に成形することを特徴とする成形コークスの製造方法
である。 2.0≦a/(bc)0.5 ≦4.0 …(1) 2.0≦b/c≦5.0 …(2) ここで、a,b,cは、該成形炭を囲む最小体積の直方
体を仮定し、その最長辺の長さをa、最短辺の長さを
c、残る中間長辺の長さをbとする。
【0010】また、本発明は、該成形炭を、その表面の
任意の部分で曲率が正であり、かつ上記直方体の最長辺
方向軸、最短辺方向軸、及び中間長辺方向軸に対して軸
対象をなす形状とすることを特徴とする請求項1記載の
成形コークスの製造方法であることが好ましい。
【0011】
【作用】本発明では、非粘結炭を主成分とする粉状配合
炭と粘結剤とを混合、成形して成形炭となし、該成形炭
を乾留する成形コークスの製造法を、上記乾留前の成形
炭を下記の2つの条件式を同時に満足する形状に成形す
るようにしたので、成形炭には内部亀裂がほとんど入ら
ずに、大径のものが得られるようになった。
【0012】 2.0≦a/(bc)0.5 ≦4.0 …(1) 2.0≦b/c≦5.0 …(2) ここで、a,b,cは、該成形炭を囲む最小体積の直方
体を仮定し、その最長辺の長さをa、最短辺の長さを
c、残る中間長辺の長さをbとする。また、本発明で
は、乾留前の成形炭を、その表面の任意の部分で曲率が
正であり、かつ上記直方体の最長辺方向軸、最短辺方向
軸、及び中間長辺方向軸に対して軸対象をなす形状とす
るようにしたので、上記効果が一層促進できた。
【0013】以下、本発明の内容を理解し易すくするた
め、発明に至った経緯と作用について具体的に説明す
る。発明者らは、成形炭乾留中に内部に発生する熱応力
について熱応力解析や乾留中成形炭のX線透視観察を行
なった結果、 (1)成形炭は、乾留中に一旦溶融し再固化するが、そ
の際中心に向かって収縮し、中心に近いほど圧縮応力
が、表面に近いほど引張り応力が増大する。 (2)さらに、成形炭は、再固化時に中心に近い所で局
所的に弾性限界を越えた伸び変形(塑性変形)が生じ
る。 (3)上記塑性変形部分には残留歪みが残っているた
め、乾留後期または終了時の成形炭内部の温度勾配が減
少(加熱速度の減少あるいはコークス化に伴う熱伝導率
増加による)した場合に、その部分に引張り応力が発生
する。 (4)成形炭あるいはコークスのような脆性材料におい
ては、引張り強度が圧縮強度に比べて約1桁低い。 (5)この引張り応力が、内部亀裂あるいは破壊の原因
となる。
【0014】との知見を得た。そこで、これらの塑性変
形部分に発生する引っ張り応力を低減する方法を種々検
討し、成形炭が、偏平で、且つ長細い形状であり、成形
炭の表面と内部の温度分布を極力低減できること、さら
に、成形炭表面の任意の部分で曲率が正であれば一層好
ましいことが分かった。
【0015】それ故、発明者らは、非粘結炭を主成分と
する配合炭に粘結剤を添加し、成形して乾留する成形コ
ークス製造法において、該成形炭を最小体積で内包する
直方体と仮定した。そして、その最長辺の長さをa、最
短辺の長さをc、残る辺の長さをbとした場合(図1参
照)、下記(3)の式で表されるAを長細さを示す指標
に、また下記(4)の式で表されるCを偏平さを表す指
標にして、種々の形状の成形炭を試作し、乾留実験を行
なった。
【0016】 A=a/(bc)0.5 …(3) C=b/c …(4) その結果を図2に一括して示すが、上記指標A、Cとも
に2.0以上の形状の場合は、内部亀裂の発生が全くな
いことが明らかとなった。ただし、Aが4.0よりも大
きい場合、あるいはCが5.0よりも大きい場合は成形
炭あるいは成形コークスの曲げ強度が不足するため、ハ
ンドリング時に破壊する割合が増加し、成形炭の形状と
して適当ではない。また、成形炭の大きさが増加するほ
ど、乾留中の成形炭内部の温度勾配の絶対値が大きくな
り、発生する熱応力が増大するため、成形炭の容積は約
200cc以下が望ましいことも分かった。さらに、原
料炭を成形する場合、図3に示すように、上記仮定した
直方体2の3軸(最長辺方向の軸3、中間長辺方向の軸
4及び最短辺方向の軸5)対称形を持つ形状の成形炭1
が、成形容器に均一装入する際に都合が良いことも分か
った。
【0017】したがって、本発明は、以上の実験結果を
整理してなされたものである。
【0018】
【実施例】本発明に係る成形コークスの製造方法によ
り、図3に示した枕型形状の成形炭1を作製し、その乾
留試験を行った。使用した原料炭の組成は、非粘結炭が
23重量部、粘結炭が77重量部で、揮発分が24.8
重量部、灰分が9.2重量部であった。この配合炭1を
粒径1.4mm以下に整粒した後、アルミ合金製の金型
を配した双ロール法を用いて成形し、容積150ccの
成形炭1とした。該成形炭の乾留は、窒素ガス雰囲気中
で5℃/minの一定昇温速度下で行った。最終乾留温
度は1150℃であった。
【0019】また、試験に供した試料数は、表1及び2
で後述するが、各形状とも100個であり、乾留実験前
にX線観察により内部亀裂が存在しないことを確認して
から実験に供した。乾留後の成形コークスに施した落下
強度(Shatter Index)試験は、JIS
K 2151に基づいて行った。内部亀裂発生率は、試
験に供した成形コークス数に対する内部亀裂を包含する
個数の比率で表したが、その内部亀裂は乾留前の成形炭
1と同様にX線観察によった。
【0020】表1は、成形炭1の形状パラメータCを
3.0と一定にし、Aを1.0〜5.0まで変化させた
場合について、乾留実験および落下強度試験を行った結
果であり、表2は、形状パラメータAを3.0と一定に
し、Cを1.5〜5.5まで変化させた場合についての
同様の試験結果である。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】表1及び2より、本発明に係る成形コーク
スの製造方法で形状パラメータを限定した成形炭は、そ
の乾留中に内部亀裂をほとんど発生しないため、得られ
た成形コークスの強度が高くなることが明らかである。
【0024】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る成形コ
ークスの製造方法を採用すれば、成形炭が乾留中に内部
亀裂を発生しないため、得られた成形コークスの強度が
高く、乾留炉出側での原形歩留りが高くなり、また高炉
までのハンドリング中や高炉内で破壊する割合が低くな
る。そのため、高炉での使用時の通気抵抗の増大を防止
することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】成形炭を直方体と仮定したことを示す斜視図で
ある。
【図2】本発明をなすために行った成形炭試作、乾留実
験の結果である。
【図3】本発明に係る成形コークスの製造方法で作製し
た枕型形状の成形コークスを示す図であり、(a)は正
面図、(b)は側面図である。
【符号の説明】
1 成形炭 2 直方体 3 最長辺方向の軸 4 中間長辺方向の軸 5 最短辺方向の軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 板谷 宏 千葉市中央区川崎町1番地 川崎製鉄株 式会社 技術研究本部内 (56)参考文献 特開 昭51−111803(JP,A) 特開 昭54−145704(JP,A) 特開 昭54−156007(JP,A) 特開 昭59−232178(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C10B 53/08 C10B 57/04 C10L 5/16

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非粘結炭を主成分とする粉状配合炭と粘
    結剤とを混合、成形して成形炭となし、該成形炭を乾留
    する成形コークスの製造法において、 該成形炭を下記の2つの条件式を同時に満足する形状に
    成形することを特徴とする成形コークスの製造方法。 2.0≦a/(bc)0.5 ≦4.0 …(1) 2.0≦b/c≦5.0 …(2) ここで、a,b,cは、該成形炭を囲む最小体積の直方
    体を仮定し、その最長辺の長さをa、最短辺の長さを
    c、残る中間長辺の長さをbとする。
  2. 【請求項2】 該成形炭を、その表面の任意の部分で曲
    率が正であり、かつ上記直方体の最長辺方向軸、最短辺
    方向軸、及び中間長辺方向軸に対して軸対象をなす形状
    とすることを特徴とする請求項1記載の成形コークスの
    製造方法。
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JP6394241B2 (ja) * 2014-09-29 2018-09-26 三菱ケミカル株式会社 コークス製造用成型炭
JP6863001B2 (ja) * 2017-03-30 2021-04-21 日本製鉄株式会社 コークスの製造方法
CN114410328B (zh) * 2022-02-10 2022-11-08 山西沁新能源集团股份有限公司 具有褶皱碳层的高碳焦及其制备方法

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