JP3810592B2 - 冶金用コークスの製造法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ある種の石炭種についての微粉除去工程を組み合わせることにより、コークス品質の向上を達成するようにした冶金用コークスの製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冶金用コークスの性状は直接高炉操業に影響することから、コークス品質を保ち、さらにはその向上を図ることが要請される。コークス品質の中では、特にコークス強度が重要であり、また灰分、硫黄分などに着目することもある。
【０００３】
コークス品質を保ち、さらにはその向上を図るためには、たとえば、コークス強度については強粘結炭の割合を増すことが有効であり、灰分の少ないコークスを得ようとするときには低灰分の石炭の割合を増すことが有効である。しかしながら、これらは直ちにコストの急増を招くので、現在以上に強粘結炭の割合を増したり低灰分の石炭の割合を増すことは容易ではない。
【０００４】
装入炭の配合変更のほかに、二次的な工夫として、炭化室への石炭充填密度を高める方法、成型炭を配合する方法、乾留温度をあげたり乾留時間を長くするなど乾留条件を変更する方法などがある。このうち炭化室への石炭充填密度を高めるために調湿炭を用いる方法は、緻密で強度の高い良品質のコークスを製造し、またコークスの製造コストを低減するために有効であり、広く採用されている。
【０００５】
ところが、炭化室への石炭充填密度を高めるために配合炭を乾燥して調湿するときには、最大で２０銘柄程度の石炭が混合された状態で乾燥工程に送られて処理されるところ、原料炭を乾燥すると水を結合剤として擬似粒子化していた微粉部分が粗粒表面から剥がれるため、その微粉部分が乾燥工程またはコークス炉へ装入される工程で発塵粉として顕在化してくる。この発塵粉は環境上好ましくないことから、水分の低下にはおのずから限界（５〜６％）がある。
【０００６】
より低い装入炭水分でコークスを製造する方法として、たとえば、第３２回石炭科学会議発表論文集（１９９５年１０月、社団法人日本エネルギー学会発行）の２０４〜２０７頁の「微粉塊成炭配合設備の稼動（ＤＡＰＳ）の開発」と題する論文には、配合炭を乾燥して微粉炭と粗粒炭とに分け、そのうちの微粉炭をダブルロールコンパクター(Double Roll Compactor) を用いて塊成化することにより塊成炭となすと共に、その塊成炭を前記の粗粒炭に混合して、コークス炉に装入する方法が示されている。
【０００７】
また特許第２７７３９９４号（特開平５−６５４８７号公報）には、粉砕原料石炭を微細粒石炭と微粉含有粗粒石炭に分級し、微細粒石炭を圧縮成形して成形炭とした後、前記の微粉含有粗粒石炭と配合してコークス炉に装入する方法において、前記分級後の微粉含有粗粒石炭を乾燥しつつ分級し、バインダーを添加して撹拌し、その後、バインダー添加微粉含有粗粒石炭に前記微細粒石炭を圧縮成形した成形炭を１０〜３０重量％配合してコークス炉に装入するコークス炉の原料炭装入方法が示されている。この特許公報には、それに先立つ従来法として、粉砕原料石炭を微細粒石炭と粗粒石炭に分級し、微細粒石炭はバインダーを添加してペレット等に造粒し、これにバインダーを添加しない粗粒石炭を配合してコークス炉に装入する方法があることについて言及がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
先に述べたように、配合炭を乾燥して調湿する方法は、装入炭水分の低減に限界があるため、嵩密度の大巾な向上は期待できない。
【０００９】
また、回収した微粉を塊成化ないし造粒して粗粒炭に配合する上述の方法は、複数の石炭を粒度別性状の差を考慮することなく同時に乾燥するため、装入嵩密度の向上効果以上の効果は期待できない上、工程が複雑となり、塊成化ないし造粒に特別の装置や操作を必要とするという不利を生ずる。また塊成炭や成型炭の使用は、コークス炉を傷めやすいという問題点もある。
【００１０】
本発明は、このような背景下において、強粘結炭の割合を増したり低灰分の石炭の割合を増したりするなどの装入炭の配合変更によらずとも、コークス品質の向上を図ることができる有力な冶金用コークスの製造法を提供すること、より詳しくは、ある種の石炭種についての微粉除去工程を組み合わせることによりコークス品質の向上を図るようにすること、さらには従来の調湿工程と組み合わせて石炭乾燥による装入嵩密度の向上も同時に達成することもできるようにすることを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の冶金用コークスの製造法は、配合炭を乾留して冶金用コークスを製造するにあたり、
（イ）配合炭を構成する各銘柄の石炭を、コークス化したときに石炭の微粉部分がコークス品質低下の原因になる傾向が大きいものの順に順位付けすること、そして、その順位が高い石炭種を複数種まとめて第１配合炭グループとし、その順位が低い石炭種を複数種まとめて第２配合炭グループとすること、
（ロ）第１配合炭グループについては、微粉部分と粗粒部分とに分離すると共に、その微粉部分を除去すること、
（ハ）その第１配合炭グループのうちの粗粒部分を前記第２配合炭グループの石炭種に混合して装入炭となすこと、そして、その装入炭を炭化室に装入して乾留を行うこと、を特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳細に説明する。
【００１３】
本発明においては、各銘柄の石炭の粒度別の性状の違いがコークス品質に与える影響を予め把握しておき、後述のように配合炭のうち一部の銘柄の石炭について微粉部分を除去して装入炭となす。
【００１４】
各銘柄の石炭の粒度別の性状の違いがコークス品質に与える影響については、たとえば次のような指標が用いられる。コークス強度に与える影響についての指標に関しては、流動性（ギーセラー最高流動度の対数値等）、粘結性（るつぼ膨張指数、ロガ指数等）、膨張度（ディラートメーター最大膨張率）、微細組織成分量（不活性成分量等）などがあげられる。その他のコークス品質に与える影響についての指標に関しては、灰分、硫黄分、リン分などがあげられる。
【００１５】
個々の銘柄の石炭についてその微粉部分を除去しておくことは煩雑となるので、本発明においては、次のようにグループ化する。すなわち、石炭の粒度別性状の差を利用して、配合炭を構成する各銘柄の石炭を、コークス化したときに石炭の微粉部分がコークス品質低下の原因になる傾向が大きいものの順に順位付けしておき、このように順位付けしたとき、その順位が高い石炭種を複数種まとめて第１配合炭グループ、その順位が低い石炭種を複数種まとめて第２配合炭グループとする。
【００１６】
このうち第１配合炭グループについては、これを微粉部分と粗粒部分とに分離すると共に、微粉部分を除去する。どの粒径をもって微粉部分と粗粒部分とするかについては、上記の指標に応じて決める。例をあげると、流動性を表わすギーセラー最高流動度の対数値を指標に選ぶ場合には、たとえば粒径１mmを境にし、粘結性を表わすＣＳＮ（るつぼ膨張指数、crucible swelling number）を指標に選ぶ場合には、たとえば粒径0.15mmを境にするというようにする。ただし、ここであげた粒径はあくまで事例であり、この粒径を境にすることが好ましいという意味ではない。
【００１７】
微粉部分と粗粒部分との分離は、調湿のための乾燥を行った調湿炭に対して行うことが有利である。具体的には、第１配合炭グループの配合炭を気流型乾燥機に導き、気流中に同伴する微粉部分を分離除去する。このようにすれば、本発明に従って微粉除去によるコークス品質向上が達成できるのみならず、石炭調湿（水分低減）による装入嵩密度の向上も同時に達成できるからである。そしてこのように調湿炭に適用するときは、どの粒径をもって微粉部分と粗粒部分との区分とするかについては、上で述べたような指標のほかに、発塵性の点も加味するようにすることが望ましい。
【００１８】
微粉部分と粗粒部分との分離は、上述の調湿炭に対して実施する場合に限られず、通常プロセスの通常炭についても適用することができる。
【００１９】
そして、その第１配合炭グループのうちコークス品質低下の原因になる微粉部分が取り除かれた粗粒部分を、前記第２配合炭グループの石炭種に混合して装入炭となし、その装入炭を炭化室に装入して乾留を行う。これにより、品質の高いコークスを製造することができる。
【００２０】
なお第１配合炭グループのうちの微粉部分は、これを回収し、その性状を考慮して種々の用途に用いる。装入に供する配合炭全体を同時に乾燥した場合には、配合炭を構成する各銘柄の性状の幅が広いので、微粉を回収したときに用途（たとえば燃焼用）によってはその微粉をそのままでは使用することができないことがあるが、本発明においては第１配合炭グループの選択に際して性状が限定されているので、その微粉部分も性状が限定されており、その性状に見合った用途に直接使用することが容易となる。微粉部分の用途の例は、製鉄所内の高炉用微粉炭や電力供給用のボイラー用炭などである。
【００２１】
【実施例】
次に実施例をあげて本発明をさらに説明する。
【００２２】
参考例
この参考例は、本発明の考え方を、石炭の流動性を指標にした場合を例にとって具体的な数値に基いて考察したものである。
【００２３】
次の表１に示すように、９３種の銘柄の石炭を、石炭の流動性（ギーセラー最高流動度の対数値、log MF）の変化の大小を指標にして、
第１配合炭グループＡ：粗粉と微粉の流動性の差が＋0.05以上の銘柄
第２配合炭グループＢ：粗粉と微粉の流動性の差が＋0.05未満の銘柄
の２グループにグループ分けした（粗粉は１mm以上、微粉は１mm未満とした）。＋0.05で分類した理由は、±０を理想とするが、最も変化の大きかった銘柄の値（＋0.244 ）の２０％を目安に行ったからである。
【００２４】
【表１】

炭種数 炭種率 微粉を除いたときのlog MF
グループ （個） (%) の変化の平均値 (ddpm)
Ａ 21 22.6 ＋0.103
Ｂ 72 77.4 − 0.126
【００２５】
表１から、（イ）第１配合炭グループＡに属する銘柄の石炭については、これを粗粉と微粉とに分離し、そのうちの粗粉のみを用いれば、log MFが大きくなること、（ロ）第２配合炭グループＢに属する銘柄の石炭については、これを粗粉と微粉とに分離し、そのうちの粗粉のみを用いれば、log MFが小さくなるので、むしろ粗粉と微粉とを分離せずにそのまま用いた方が流動性の点で好ましいこと、がわかる。従って、第１配合炭グループＡから選択した石炭を粗粉と微粉とに分離し、そのうちの粗粉を第２配合炭グループＢから選択した石炭に混合して装入炭とすれば、コークス品質の向上したコークスが得られることがわかる。
【００２６】
実施例１
この実施例は、各銘柄の石炭の粒度別の性状の違いがコークス品質に与える影響として、コークス強度に関わる石炭の粘結性を指標にした場合の例を示した実施例である。
【００２７】
コークス用原料炭１５銘柄を用い、各銘柄ごとに、全体試料、0.15mm以上の粗粒部分、0.15mm未満の微粉部分に分け、粘結性を示すＣＳＮ（るつぼ膨張指数）の測定を行った。ＣＳＮ測定の結果を表２に示す。
【００２８】
ここで0.15mmを境にして区分したのは、調湿法を微粉の分離プロセスに適用する場合を考慮したとき、発塵性の試験結果から、発塵を起こした微粉の粒径が0.15mm（１５０μm ）未満であると認められたからである。
【００２９】
【表２】

配合率 ＣＳＮ（るつぼ膨張指数）
銘柄 (%) 全体試料 0.15mm 以上 0.15mm 未満
A 13 6 6 8
B 11 7 7 8・1/2
C 8 4・1/2 4・1/2 4・1/2
D 7 8 8 8・1/2
E 6 7・1/2 7・1/2 8・1/2
F 6 7 7 8
G 5 8・1/2 8・1/2 9・1/2
H 5 6・1/2 6・1/2 7・1/2
I 5 5 5 5・1/2
J 4 6・1/2 6 7
K 4 9 9 10
L 3 3 3 3 ・ 1/2
M 13 3 3 1
N 6 3・1/2 3・1/2 1・1/2
O 4 7 7 ・ 1/2 3
100
【００３０】
表２のように、Ｍ、Ｎ、Ｏの３銘柄を除く１２銘柄については、0.15mm未満の微粉部分のＣＳＮが全体試料の（そして粗粉部分の）それよりも高いか同じである。これに対してＭ、Ｎ、Ｏの３銘柄については、0.15mm未満の微粉部分のＣＳＮが全体試料の（そして粗粉部分の）それよりも低い。従って、１５銘柄全ての微粉を回収除去したときは、Ａ〜Ｌの１２銘柄のＣＳＮの高い微粉が取り除かれたことにより、コークス強度の向上が抑制されることが想定される。しかるに、Ｍ、Ｎ、Ｏについては微粉部分は分離回収してその粗粒部分のみを用い、Ｍ、Ｎ、Ｏの３銘柄を除く１２銘柄については全体を用い、これらを混合してコークス用原料炭に用いるようにすれば、得られるコークスの強度を向上させることができることがわかる。
【００３１】
次に、上述のように、Ｍ、Ｎ、Ｏの３銘柄の0.15mm未満の微粉は分離回収してその粗粒部分を用い、Ｍ、Ｎ、Ｏの３銘柄を除く１２銘柄については全体を用い、これらを混合してコークス用原料炭としてコークスを製造した。
【００３２】
図１は、このようにしてコークス化を行ったときに得られたコークスのドラム強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅ （１５０回転後の１５mm上指数）を示したものである。図１から次のことがわかる。
【００３３】
ベース：微粉を分離しない場合（すなわち、調湿プロセスでは全銘柄を乾燥したことに対応）のドラム強度は84.5であった。
ケース１：１５銘柄全ての微粉を分離する場合（すなわち、調湿プロセスで全銘柄を乾燥し、分離した微粉を戻さないことに対応）のドラム強度は84.2であった。
ケース２：Ｍ、Ｎ、Ｏの３銘柄のみ微粉を分離除去する場合（すなわち、本発明の方法）のドラム強度は84.7であった。
【００３４】
図１の結果は、本発明の方法（ケース２）を採用したときに、ドラム強度がベースよりも 0.2向上し、さらにケース１よりも 0.5向上したことを示している。
【００３５】
従来においてはコークスのドラム強度の調整は主として配合炭の配合変更で行っており、コークスのドラム強度をアップさせるためには弱粘結炭を強粘結炭に振り替えなければならないところ、価格の高い強粘結炭の比率を増すことは、ドラム強度を 0.1アップさせるだけでも経済的に大きな負担となる。しかるに、上記本発明の方法に従って特定の銘柄の石炭について微粉をカットすることによっても、現在の弱粘結炭と強粘結炭との比率を維持しながらコークス強度をアップすることができるので、その工業的意義は極めて大きいということができる。
【００３６】
実施例２
この実施例は、各銘柄の石炭の粒度別の性状の違いがコークス品質に与える影響として、石炭の灰分を指標にした場合の例を示した実施例である。
【００３７】
コークス用原料炭４銘柄の各銘柄ごとに、全体試料、0.15mm以上の粗粒部分、0.15mm未満の微粉部分についての灰分を測定した。また、各銘柄ごとに石炭全体試料でコークス化した場合と、石炭の0.15mm未満を除去した試料でコークス化した場合について、得られたコークスの灰分を測定した。結果を表３に示す。
【００３８】
【表３】

銘柄 単味炭灰分（石炭中） 灰分（コークス中）
No. 全体試料 0.15mm 以上 0.15mm 未満 全体試料 0.15mm 未満除去
1 9.6 % 9.3 % 15.3 % 13.0 % 12.6 %
2 9.7 % 8.7 % 14.5 % 12.3 % 11.0 %
3 10.4 % 10.5 % 9.0 % 12.6 % 12.7 %
4 10.4 % 11.0 % 10.0 % 12.6 % 13.3 %
【００３９】
No.1およびNo.2は、石炭の0.15mm未満の微粉部分の灰分が全体試料のそれよりも多く、石炭全体試料でコークス化した場合の方が、石炭の0.15mm未満を除去した試料でコークス化した場合よりもコークスの灰分が多くなっている。
【００４０】
一方、No.3およびNo.4は、石炭の0.15mm未満の微粉部分の灰分が全体試料のそれよりも少なく、石炭全体試料でコークス化した場合の方が、石炭の0.15mm未満を除去した試料でコークス化した場合よりもコークスの灰分が少なくなっている。
【００４１】
従って、灰分の少ないコークスを得ようとするときには、石炭の0.15mm未満の微粉部分の灰分が全体試料のそれよりも多い銘柄については、0.15mm未満の微粉部分を除去した石炭を用い、石炭の0.15mm未満の微粉部分の灰分が全体試料のそれよりも少ない銘柄については、（0.15mm未満の微粉部分を除去することなく）全体を用い、これらを配合して装入炭とすることが望ましいことがわかる。
【００４２】
従来においてはコークス中の灰分の制御は主として配合炭の配合変更により行われているが、本発明に従って特定の銘柄の石炭について微粉をカットすることによっても、現在の弱粘結炭と強粘結炭との比率を維持しながら、灰分の制御が可能となるので、その工業的意義は極めて大きいということができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、強粘結炭の割合を増したり低灰分の石炭の割合を増したりするなどの装入炭の配合変更によらずとも、各銘柄の石炭の粒度別の性状の違いがコークス品質に与える影響を予め把握しておき、配合炭のうちある種の銘柄の石炭について微粉部分を除去して装入炭となすことにより、コークス品質（コークス強度、灰分、硫黄分、リン分など）の向上を図ることができる。この方法は、従来にない着眼点に基くものであり、コークス品質の向上を図る有力な冶金用コークスの製造法であるということができる。
【００４４】
この方法を従来の調湿工程と組み合わせれば、微粉除去によるコークス品質向上が達成できるのみならず、石炭調湿（水分低減）による装入嵩密度の向上も同時に達成することができる。
【００４５】
回収した微粉部分も、微粉部分の性状を考慮して、それに合った用途に使用することが容易になる。また塊成化ないし造粒に特別の装置や操作を必要としないので、操業管理上取り扱いが容易であり、工程的にも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１で得たコークスのドラム強度を示したものである。

Claims (1)

1. 配合炭を乾留して冶金用コークスを製造するにあたり、
   （イ）配合炭を構成する各銘柄の石炭を、コークス化したときに石炭の微粉部分がコークス品質低下の原因になる傾向が大きいものの順に順位付けすること、そして、その順位が高い石炭種を複数種まとめて第１配合炭グループとし、その順位が低い石炭種を複数種まとめて第２配合炭グループとすること、
   （ロ）第１配合炭グループについては、微粉部分と粗粒部分とに分離すると共に、その微粉部分を除去すること、
   （ハ）その第１配合炭グループのうちの粗粒部分を前記第２配合炭グループの石炭種に混合して装入炭となすこと、そして、その装入炭を炭化室に装入して乾留を行うこと、を特徴とする冶金用コークスの製造法。