JP4147986B2

JP4147986B2 - 石炭のコークス強度の測定方法及びコークスの製造方法

Info

Publication number: JP4147986B2
Application number: JP2003070766A
Authority: JP
Inventors: 健史野田; 淳千野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: JP2004279206A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の品位のコークスを得る製鉄用コークスの製造技術において、石炭の品質、特に乾留後のコークス強度を測定する方法に関する。また本発明は、この測定方法を用いたコークスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉による製鉄に必要なコークス製造において、特に重要な品質制御項目はコークスの強度である。コークス強度が向上すれば、高炉操業を安定して行うことができる。高価な強粘結炭を多量に配合すればコークス強度は向上するが、コークス製造コストがアップする。一方安価な非微粘結炭の配合割合を増やせば、コストは下がるが、コークス強度は低下する。
【０００３】
ところで現状のコークスは、一般に十数種類の銘柄の石炭を配合して製造している。製造する際には、コークス品質（特に強度）にバラツキが出ないようにすることが大事である。強度などにバラツキがあると、高炉に要求されるコークス強度目標に対して安全係数を見込んで高価な粘結炭を多めに配合することになり、製造コストがアップする。
【０００４】
コークス強度のバラツキを低減する上では、理想的には配合時の石炭の銘柄比率を常時同じにすることが望ましい。しかし配合銘柄及び配合割合を常時一定とする操業は、石炭の需給上困難である。そこで石炭品質（性状）を予め分析により評価しておき、銘柄切り替え時には類似した石炭品質を有する銘柄を用いる。または石炭品質とコークスの強度との間の相関関係を調べておき、銘柄切り替え時にはこの相関関係を利用して配合銘柄と配合割合を決めるという方法が採られている。
【０００５】
相関関係を利用してコークス強度を推定する際には、石炭性状に関するものとして、例えば配合する石炭の石炭化度パラメータ、粘結性パラメータ、不活性成分パラメータを測定して組み合わせることが行なわれる。これらのパラメータは一般的に以下のように評価される。すなわち、石炭化度パラメータは、石炭の成熟度を表すビトリニットの平均反射率（Ｒ_ｏ）で評価される。粘結性パラメータは、石炭の軟化溶融性を表すギーセラー最高流動度（ＭＦ）で評価される。不活性成分パラメータは、石炭組織分析より得られるトータルイナート（ＴＩ）量で評価される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このうち、不活性成分パラメータを表すトータルイナート（ＴＩ）量は、偏光顕微鏡を用いて測定される。このようなトータルイナート（ＴＩ）量は、石炭中のイナート量のみを評価しており、イナートの性質を評価できていない。
【０００７】
そのため、コークス強度を正確に推定することができず、所定強度以上のコークスを製造する場合は、推定値のばらつき（α）を加味して、所定強度＋αのコークス強度になるように原料炭を配合している。
【０００８】
本発明においては、コークスの強度を正確に推定することが可能なコークス強度の測定方法、およびこの方法を用いたコークスの製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するには、配合炭の個々の石炭（原料炭）について、石炭中の組織を構成する芳香族縮合環の構造状態についての情報を得て、この情報とコークス強度との関係を用いて、以降、配合割合からコークス強度を正確に推定すれば良い。
【００１０】
すなわち、配合炭を構成する原料炭の少なくとも１つについて石炭中の組織毎の芳香族縮合環の状態を評価し、該評価結果と配合炭を乾留した後のコークス強度との関係を求め、この関係を用いて配合炭のコークス強度を配合割合から推定する、コークス強度の測定方法により、上述した課題を解決できる。
【００１１】
石炭をけずって断面にすると、石炭をイナート成分の組織、溶融成分の組織等に分けることができる。これら組織毎の芳香族縮合環の状態を評価すれば、組織を無視して断面全体の芳香族縮合環の状態を評価する場合に比べ、コークス強度を正確に推定することができる。
【００１２】
本発明は、石炭中の組織毎の芳香族縮合環の状態に基づいて、トータルイナート量を補正し、トータルイナート量の補正値と配合炭を乾留した後のコークス強度との関係を求め、この関係を用いて配合炭のコークス強度を配合割合から推定することに特徴を有する。
【００１３】
芳香族縮合環の状態に基づいてトータルイナート量を補正することで、トータルイナート量のみを評価するだけでなく、イナートの性質をも評価することができ、コークス強度を正確に推定することができる。
【００１４】
芳香族縮合環の状態についての情報は、レーザーラマン分光分析を用いることができる。レーザー光を絞ることで石炭中の組織毎の情報を得ることができる。
【００１５】
また、本発明は、（ａ）原料炭について、石炭中の組織毎の芳香族縮合環の状態に基づいて、トータルイナート量を補正する工程と、（ｂ）トータルイナート量の補正値に基づいて原料炭を選別する工程と、（ｃ）選別した原料炭を配合して配合炭を作製する工程と、（ｄ）配合炭を乾留してコークスを作製する工程とを備えることを特徴とするコークスの製造方法としても構成することができる。
【００１６】
この発明によれば、コークス製造のための配合管理を容易にすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。まず、レーザーラマン分光分析法による評価方法について説明する。
【００１８】
＜レーザーラマン分光分析法による評価方法＞
本発明者らは、様々な石炭についてレーザーラマンスペクトルを測定し、石炭の分子構造を調査・検討した。その結果、レーザーラマンスペクトルのピークの特性値たとえば半値幅が、石炭の種類(銘柄)によって変わり、石炭分子の構造を反映するものであることを見出している。ピークとしては、波長１６００ｃｍ^-1付近に位置するＧバンドピーク、または波数１４００ｃｍ^-1付近に位置するＤバンドピークを用いる。Ｇバンドピークは炭素の二重結合であるｓｐ²結合に起因するため石炭のグラファイト構造に由来し、石炭分子中の芳香族縮合環の骨格構造の性質を表わす。またＤバンドピークは本来石炭の無秩序な構造に由来するものであるが、やはり石炭分子の構造についての情報をもたらすことを見出している。
【００１９】
これらのピーク比（Ｒ値＝Ｄ／Ｇ）が小さいほど、骨格構造の完全性が増す。ピーク比はＧ，Ｄバンドピークの高さ比でもいいし、面積比でも構わない。石炭中のイナート成分の組織についてみると、骨格構造の完全性が高いものは軟化溶融性が低く、このようなイナートを含んだ石炭を配合すると、配合炭を乾留して得たコークス強度が低下することを見いだしている。このように、イナート成分のＲ値と乾留後のコークス強度との間には相関関係があり、この関係を用いれば、以後配合割合からコークス強度を正確に推定することができる。以下、評価手順について具体的に説明する。
【００２０】
（１）まず、配合炭を構成する個々の銘柄の石炭（原料炭）についてレーザーラマン分光分析法によるスペクトルを測定する。レーザーラマンスペクトルは、一般に市販されている分光器により得ることができる。レーザーの種類はとくに限定されるわけではなく、Ａｒレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザーなどを用いることができる。
【００２１】
図１に、レーザーラマンスペクトルの一例を示す。図１の横軸はレーザーの波数（ｃｍ^-1）であり、縦軸はラマン強度である。図１に示すように、ラマンスペクトルは、波数１６００ｃｍ^-1付近のＧバンドピーク、および波数１４００ｃｍ^-1付近のＤバンドピークを含む。
【００２２】
スペクトルの測定は石炭中の組織毎に行う。この実施形態では、石炭中のイナート成分の組織のみについてスペクトルの測定を行う。
【００２３】
（２）手順（１）で求めたレーザーラマンスペクトルから、個々の銘柄の石炭について、例えばＧバンドピークの面積とＤバンドピークの面積を以下のようにして求めることができる。すなわち図１に示したように、Ｇバンドピークの高波数側とＤバンドピークの低波数側に接線を引きベースラインＡを定める。更に、Ｇバンドピークの高波数側とＧバンドピークとＤバンドピークの谷の部分に接線を引きベースラインＢを定める。Ｒ値は以下の式によって計算される。
【００２４】
【数１】
Ｒ値＝｛（Ｇバンドピーク，Ｄバンドピーク，ベースラインＡで囲まれる面積）−（Ｇバンドピーク，ベースラインＢで囲まれる面積）｝／（Ｇバンドピーク，ベースラインＢで囲まれる面積）
【００２５】
これらの作業は測定データの信号処理などによって行うことができる。
【００２６】
（３）石炭銘柄の種類および／または配合割合の異なる複数の配合炭を作製する。各配合炭のトータルイナート（ＴＩ）量に代わる値を補正ＴＩ＊として、手順（２）で求めた個々の銘柄のイナート成分のＲ値と個々の石炭のトータルイナート（ＴＩ）量から、下式（１）に従って足し合わすことによって算出することができる。
【００２７】
【数２】
補正ＴＩ＊（配合炭）＝ΣＷ_i・ＴＩ_i／Ｒ値_i………………（１）
ここで、補正ＴＩ＊（配合炭）は配合炭の補正ＴＩであり、Ｗｉはｉ銘柄の石炭の配合割合（率）であり、ＴＩ_i，Ｒ値_iはｉ銘柄のイナート成分量，イナート成分のＲ値である。
【００２８】
このように本実施形態においては、配合炭の補正ＴＩ＊は、直接ＴＩ測定，ラマンスペクトルを測定しなくても個々の銘柄のトータルイナート（ＴＩ）量と石炭中イナート成分のＲ値から求めることができる。
【００２９】
（４）次に、手順（３）で作製した各配合炭を乾留してコークスを製造し、それぞれのコークスについて強度を測定する。強度測定は、例えばＪＩＳＫ２１５１に示されたドラム強度測定に準拠して行う。
【００３０】
（５）手順（３）で求めた各配合炭のイナート成分の補正ＴＩ＊と、手順（４）で測定した各コークスの強度とから、補正ＴＩ＊とコークス強度との間の相関関係を作図などによって求める。
【００３１】
（６）手順（５）で求めた相関関係を用いて、以後は着目する配合炭について、その配合割合のみから乾留後のコークス強度を正確に推定することができる。すなわち、配合割合と個々の銘柄のトー夕ルイナート（ＴＩ）量と手順（１）で求めた個々の銘柄の石炭中イナート成分のＲ値とから、前式（１）に従って配合炭の補正ＴＩ＊を算出する。そして、算出した配合炭の補正ＴＩ＊から、手順（５）で求めた相関関係に基づいて、乾留後のコークスの強度を正確に推定することができる。
【００３２】
なお、各原料炭についての本実施形態の測定結果に基づいてコークスを製造すれば、コークスの製造コストを下げることができる。具体的には、原料炭について石炭中イナート成分の芳香族縮合環の骨格構造を評価して、この評価結果を用いて原料炭を選別し、選別した原料炭から配合炭を作製し乾留してコークスを製造する。本実施形態を用いれば、製造後のコークス強度を正確に推定できるため、必要な強度を確保するために安全係数を見込んでイナート成分の少ない銘柄を配合するという必要がない。そのためイナート成分量が多い原料炭を使用でき、コークスの製造コストが下がる。
【００３３】
また、供給元から購入した後の原料炭について本実施形態の測定方法を適用するだけでなく、供給元から購入する前の原料炭について本実施形態の測定方法を適用して、購入する前に原料炭の選別を行っても良い。
【００３４】
【実施例】
（実施例１）
２０銘柄（Ａ炭〜Ｔ炭）を混合して複数の配合炭を作製し、各配合炭からコークスを作製した。そして、各配合炭の補正ＴＩ＊とコークス強度との間の相関関係を求めた。
【００３５】
まず、各銘柄の石炭について、トータルイナート（ＴＩ）量と、以下のようにしてイナート成分のＲ値を測定した。各石炭を１ｍｍアンダーに粉砕し、エポキシ樹脂に埋め込み、成型したのち、通常の方法により研磨して、ラマンスペクトル測定用試料とした。日本分光工業（株）製のＮＲ−２０００型レーザーラマン分光光度計を用い、Ａｒイオンレーザー（波長５１４．５ｎｍ、レーザーパワー０．１ｍＷ、レーザースポット径４０μｍ）によって、石炭中のイナート成分に由来するスペクトルを得た。なお、イナート成分の識別には偏光顕微鏡を用いた。
【００３６】
表１に、Ａ炭〜Ｔ炭の各銘柄について測定したイナート成分のＲ値を示す。
【００３７】
【表１】

【００３８】
次に、２０銘柄の石炭を表２に示す割合で配合して、複数の配合炭を作製した。そして、各配合炭について缶焼試験を行った。すなわち、炉温１１００℃のコークス炉の中で７時間の乾留を実施したのち、炉から出して散水して消火した。配合炭の充填密度は０．８Ｔ／ｍ³とした。こうしてコークスを作製したのち、JISに準拠してコークスドラム強度（ＤＩ³⁰ ₁₅）を測定した。
【００３９】
【表２】

【００４０】
表３に、前式（１）に従って計算された各配合炭についての補正ＴＩ＊、および各配合炭から作製されたコークスのドラム強度を示す。
【００４１】
【表３】

【００４２】
(比較例１)
表２の配合炭について、以下の式により配合ＴＩ＊を計算した。
【００４３】
【数３】
ＴＩ＊（配合炭）＝ΣＷ_i・ＴＩ_i………………………（２）
【００４４】
そして、各配合炭のＴＩ＊とコークス強度との間の相関関係を求めた。
【００４５】
実施例１で用意したＡ炭〜Ｔ炭の石炭のトータルイナート量を使用した。
【００４６】
図２に、実施例１および比較例１で測定した各配合炭の補正ＴＩ＊およびＴＩ＊と、各配合炭のコークス強度との間の相関関係を示す。図２の横軸は各配合炭のコークス強度ＤＩ³⁰ ₁₅であり、左側の縦軸は各配合炭の補正ＴＩ＊、右側の縦軸は各配合炭のＴＩ＊である。表４に補正ＴＩ＊およびＴＩ＊とコークス強度の相関係数を示す。
【００４７】
【表４】

【００４８】
表４から明らかなように、本実施例による補正ＴＩ＊とコークス強度との間の方が良好な相関関係を有している。この相関関係を用いればコークス強度を高精度で推定できることが明らかであり、本発明の効果が確認された。
【００４９】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明によれば石炭中イナート成分の骨格構造を評価でき、石炭評価精度の向上、およびコークス強度推定精度の向上が図れる。従って、コークス強度を確保するために安全係数を見込んで非微粘結炭を少なめに配合するという必要がない。その結果、イナート成分量が多い原料炭を使用でき、コークスの製造コストが下がるという経済的効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】石炭のレーザーラマンスペクトルの一例を示す図。
【図２】実施例１及び比較例１で得られた補正ＴＩ＊及びＴＩ＊とコークスドラム強度との間の関係を示す図。

Claims

配合炭を構成する原料炭の少なくとも１つについて石炭中の組織毎の芳香族縮合環の状態に基づいて、トータルイナート量を補正し、
トータルイナート量の補正値と配合炭を乾留した後のコークス強度との関係を求め、
この関係を用いて配合炭のコークス強度を配合割合から推定することを特徴とするコークス強度の測定方法。
前記原料炭についての評価を、石炭中の組織毎にレーザーラマン分光分析法により得られるピークの特性値を用いて行うことを特徴とする請求項１に記載のコークス強度の測定方法。
（ａ）原料炭について、石炭中の組織毎の芳香族縮合環の状態に基づいて、トータルイナート量を補正する工程と、
（ｂ）トータルイナート量の補正値に基づいて原料炭を選別する工程と、
（ｃ）選別した原料炭を配合して配合炭を作製する工程と、
（ｄ）配合炭を乾留してコークスを作製する工程とを備えることを特徴とするコークスの製造方法。