JP4306406B2

JP4306406B2 - 高炉用コークスの製造方法

Info

Publication number: JP4306406B2
Application number: JP2003371536A
Authority: JP
Inventors: 哲也山本; 裕二月原; 省三板垣; 泉下山; 浩二花岡; 喜代志深田; 英和藤本
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: JP2005132982A

Description

本発明は、特定の原料石炭（以下、単に「原料炭」もしくは「石炭」と略記する）を多量に配合することで、配合する原料炭の種類を少なくした配合炭を用いて強度等のコークス特性のばらつきの小さい高炉用コークスを簡便に製造する方法を提案する。

一般的な高炉用コークスの製造においては、10〜20銘柄（種類）の原料炭を配合してなる配合炭を用いるのが普通である。このように、配合炭中に多種類の原料炭を少量ずつ配合する理由は、配合炭の石炭化度や流動性等が標準品位となるように調整するのに都合がよく、得られるコークスの強度や粒度、灰分などのコークス品質が安定するからである。
ところで、原料炭として用いる石炭は、産出国や炭鉱、炭層などによってそれぞれ特性（石炭化度や流動性）が異なるので安定した品質のコークスを製造するためには、原料炭の配合管理が重要になる。特に、コークス強度の低下は高炉操業時に炉内での通気性悪化を招き、高炉炉況不調の原因となるため、コークスの強度維持は配合炭の配合管理を行う上で極めて重要である。

しかしながら、原料炭となる石炭は、近年、価格競争力のある石炭に集約されてきており、石炭ヤードや入船の状況により同一銘柄の石炭を多量に配合する必要に迫られている。この場合、特定銘柄の石炭を多量に使用しなければならなくなるため、多銘柄（種類）の石炭（原料炭）を少量ずつ配合するのに比べると、その多量に配合する銘柄の石炭品位（特性）の影響を受けやすく、いわゆる品位変動等によるコークス強度のばらつきが増大する。この弊害を避けるため、どうしても平均品位を高くしておくなどの対策が必要とされていた。

従来、多銘柄の原料炭を配合してなる配合炭から得られたコークスの強度推定については、例えば、配合炭を２種類の石炭の組み合わせからなる集合体とみなして、コークス強度を精度良く推定する方法などが提案されている。しかし、この方法では、特定銘柄の原料炭を多量に配合して配合種を少なくする場合を想定しておらず、しかも、そうした多量に配合する特定銘柄の原料炭の品位測定は通常、入船毎に行われているため、その入船時の平均品位は正確に測定できるが、入船毎の品位にはばらつきがあるため、こうした銘柄の原料炭を多量に用いた場合のコークス品位の変動については推定が困難で、これがコークス品位のばらつきを大きくする原因となっていた。
特開昭４９−２５５９６６号公報

そこで、本発明の目的は、配合炭中に特定銘柄の原料炭を多量に配合するときに起こる上述した問題を克服することができ、ひいては強度等のコークス特性のばらつきが小さい、高炉用コークスを簡便に製造する方法を提案することにある。

上記の目的の実現に向けた研究の中で、発明者らは、特定銘柄の原料炭を多量に配合してなる配合炭を用いてコークスを製造した時のコークス強度のばらつきの原因が、コークス中の粗大な気孔であることを突き止め、そして、その粗大な気孔を低減させるためには、前記配合炭中に、高膨張圧石炭を所定量添加しかつその高膨張圧石炭の所定の範囲内の粒径のものを用いることが有効であるとの知見を得て、本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明は、膨張圧が０．１〜０．４ｋＰａである特定銘柄の原料炭の少なくとも一種を３０ｍａｓｓ％以上配合することにより配合種を少なくしてなる配合炭を乾留することで高炉用コークスを製造する方法において、前記配合炭中に、膨張圧が10kPa以上の膨張特性を示し、かつ−３ｍｍのものの含有量が６５ｗｔ％以上７５ｗｔ％未満の粒径を有する高膨張圧石炭を３〜１５ｍａｓｓ％配合することによりコークス強度の変動を低減させるようにすることを特徴とする高炉用コークスの製造方法である。

以上説明したように、本発明によれば、特定の特定銘柄の配合割合が極端に増加した場合でも少量の高膨張圧石炭を配合し、粒径も所定のものを用いることでコークス強度のばらつきを簡便にかつ確実に低減させることができるため、コークス強度を上げるために配合炭の平均品位を上げる必要がなく、安価な石炭を多量に使用して高強度の高炉用コークスを製造することができる。

高炉用コークスを室炉で製造するために使用する配合炭中には、一般に、特性、特徴の異なる複数種の石炭（原料炭）が配合されている。これらの原料炭は、それぞれが天然の産物であるため、同一銘柄であっても、その組織や成分あるいは炭化度や流動性などの諸特性にはばらつきがあるのが普通である。

この場合、もし配合設計のときに使用する前記原料炭のうち少なくとも1つの銘柄の配合量が多くなった場合、すなわち特定銘柄の原料炭を多量に使用する場合、配合炭のたとえば炭化度や流動性などの特性が平均特性となるように配合設計を行ったとしても、実際には前記ばらつきに起因して、製品コークスの強度等の特性が大きく変動することがわかった。

一般に、原料炭の配合設計において、特定銘柄の原料炭配合割合が増大すると、コークス強度にばらつきができるとしても、そのばらつきについては他の銘柄の石炭と組み合わせることによってある程度は解消できる。しかしながら、このようなばらつきの抑制効果は、前記特定銘柄の配合割合が30 mass％程度となると臨界となり、これを超えると、他銘柄の原料炭との組み合わせ配合をもってしても強度等のコークス特性が急激にばらつく傾向がある。この傾向は特異銘柄の原料炭、あるいは配合炭の平均品位に近い原料炭を多量に使用する場合のいずれの場合にあっても、天然の産物に由来するばらつきのため避けることができず、このばらつきを避けるためには、使用量を制限する他ないのである。

発明者らは、特定銘柄の原料炭を多量に配合した場合に、上述したコークス特性のばらつきが生じる原因を、その典型的な例について究明したところ、その多くは、コークス中の粗大気孔の生成によるものであることがわかった。

すなわち、発明者らは、見掛け密度測定法により、コークス中の全気孔量を測定する一方、水銀圧入式の気孔径分布測定法により、200μ以下の気孔量を測定することで、その両者の差を粗大気孔量として定量化し、コークスのこの粗大気孔量とコークス強度の関係を調べた。その結果、コークス中の粗大気孔量の増大に伴ってコークス強度のばらつきもまた大きくなっていることが分かったのである。
このことは、特定銘柄の原料炭の配合割合が多くなった場合、例えば、配合炭中にイナート成分（不活性成分：フジニットやセミフジニット）が局所的に偏在する部分などができ、このことが、コークス化する際に局所的な融着性の劣化を招き、そのために、粗大な空隙（気孔）がそのまま残留することになることが原因と考えられるのである。

そこで、本発明では、コークス化時の融着性の低下を防ぎ、粗大気孔の残留を防ぐ方法として、新たに、配合炭中に前記の多量に配合する特定銘柄原料炭の配合をする場合は、その原料炭に併せて、膨張圧が10 kPa以上の膨張特性を示す高膨張圧石炭をも所定量配合することにした。その結果、こうした原料炭の配合では、高膨張圧石炭の部分が膨満して前記粗大気孔の部分を封塞し、上記粗大気孔の数が著しく低減することがわかった。それは、膨張圧が10 kPa以上を示すような高膨張圧石炭の場合、溶融、再固化の温度が高く、そのために他の石炭が再固化してセミコークス化し気孔構造ができあがりつつある段階において、この高膨張圧石炭が溶融および膨張することになるため、いわゆるこのときに、前記粗大気孔を塞いで低減する作用を発揮することがわかった。即ち、この高膨張圧石炭の粒径を制御（大きく）することは、この石炭の溶融や再固化の温度を高温側にすることを意味しており、これが粗大気孔閉塞の効果に寄与しているのである。

例えば、発明者らの研究によれば、上述した粗大気孔（空隙）の低減という上記作用効果を得るためには、前記高膨張圧石炭の粒径が−３mmをものを75 wt％以上含む石炭の場合は少なくとも５ mass％以上配合することが必要である。また、発明者らの実験によれば、−３mmのものを65〜75 wt％含むものの場合は、少なくとも３mass％以上配合することが必要になることもわかった。
いわゆる、高膨張圧石炭の粒径の小さいものの配合を抑えた、上述した配合割合にすれば、コークス中の粗大気孔（空隙）の減少に効果があり、ひいては特定銘柄原料石炭を多量に配合した際のコークス強度のばらつきを、従来と同程度またはそれ以下に抑えることができるようになる。

ただし、この高膨張圧石炭をあまり多量に配合（≧20wt％）した場合や極端に粒径（−３mm＜65wt％）を大きくした場合、コークス炉内でコークスケーキが膨張し押し詰まり等の操業トラブルを引き起こす原因となる。そこで、本発明では、この高膨張圧石炭の配合割合としては、３mass％〜15mass％程度とする。また、高膨張圧石炭の粒径は、−３mmのものの含有量が、65wt％以上75wt％未満とすることが好ましい。

以下、実施例を示して本発明をより詳細に説明する。
表1に示す特性をもつ原料炭Ａ〜Ｄおよびその他の石炭を使用し、表２に示す配合を行った配合炭（１）〜（１７）を調製し、調湿炭設備により水分を６％に調整し、その後、前記配合炭（装入炭）を炭化室内容積41.3ｍ³のコークス炉内に装入（嵩密度0.78ｔ／ｍ³に調整）して加熱乾留し、ＣＤＱ設備で乾式消火したコークスを製造し、これをサンプリングして供試材を得た。得られた供試材について次のような冷間強度試験を行った。なお、表１の原料炭Ａ，Ｂは配合炭に添加する単味原料炭として使用し、原料炭Ｃ，Ｄは高膨張圧石炭として使用する銘柄例を示し、いずれも豪州炭の中で得ることができる原料炭である。
上記冷間強度試験は、タンブラー試験ＴＩ（6／400）によった。

また、原料炭の膨張圧の試験は、図１に示す膨張圧測定装置を利用した。なお、この試験では、測定する石炭を粉砕し１〜３mmの粒度に調整し、その後、この粉砕石炭をφ50×70 mmのカーボンるつぼに入れ、700℃の電気炉にて１時間加熱した後、４℃／minの昇温速度で炭中温度1000℃まで加熱して乾留し、その乾留中、直径の１／４の位置で大気圧との差圧を測定し、その最大ガス圧を膨張圧と定義してこれを用いた。なお、るつぼ中心で測定した場合、石炭の膨張や収縮等で亀裂等が発生し測定が困難であるため、上記位置（直径の１／４）でガス圧を測定した。

表２に示す配合炭（１）〜（１７）は、その中に配合されている特定銘柄炭として使用するＡ、Ｂ炭と高膨張圧石炭として使用するＣ、Ｄ炭以外に、その他の石炭として、揮発分21〜37％、最高流動度ＭＦl.8〜3.6（log ddpm）の石炭を５〜６銘柄使用して、加重平均の揮発分29％±0.2％、ＭＦ2.5±0.02（log ddpm）となるように調整したものである。なお、その他の石炭の膨張圧は、いずれも３kPa以下のものである。

かかる配合炭（１）〜（１７）について、同じ配合炭を用いて５日間操業し、得られた製品コークスについて、１日に６回のコークス強度の測定を行った。そして、コークス強度は、その５日間の平均値としては、ＴＩ（6／400）で84.3〜84.5と、ほぼ一定あった。

図２にＡ炭またはＢ炭の配合割合を変化さた配合炭（１）〜（１６）につき、コークス強度（タンブラー強度）の偏差（σＴＩ６／４００）を測定し、Ａ、Ｂ石炭の配合量との関係を示したものである。この図から明らかなように、高膨張圧石炭を添加していない、Ａ炭使用の配合炭（１）〜（４）を◇で、Ｂ炭使用の配合炭（５）〜（８）を□で示したように、タンブラー強度の偏差（σＴＩ）が増加しており、コークス強度の下限値を一定に管理するためには、コークス強度の平均値を高く設定する必要があることがわかった。

一方で、高膨張圧石炭であるＣ炭またはＤ炭を５mass％以上配合したＡ炭使用の配合炭（９）〜（１２）及びＢ炭使用の（１３）〜（１７）を示す◆、■の場合、Ａ炭またはＢ炭を30 mass％以上配合した場合でも、コークス強度の偏差はほとんど増大しないという結果となった。そして、Ａ炭またはＢ炭を30 mass％未満配合したものでは、Ｃ炭、Ｄ炭の５mass％以上の添加で若干の効果は生じる程度に止まっている。

図３は、上記の配合炭の冷間強度試験でサンプリングした供試材（配合炭（１）〜（１７）の粗大気孔量とタンブラー強度の偏差（σＴＩ）との関係を示したものである。全気孔量は、サンプリングしたコークス供試材について、水銀法により見掛け密度を測定し、真比重を1.9ｇ／cm³として、全気孔量を計算によって求めたものである。また、気孔径分布の測定も行い、水銀庄入法により200μｍ以下の気孔量を測定した。そして、全気孔量から200μｍ以下の気孔量を差し引いたものを粗大気孔量とした。

その結果、高膨張圧石炭を添加しない配合炭（１）〜（８）であるものの場合（◇□）、Ａ炭またはＢ炭を30 mass％以上配合したことで粗大気孔量が増加し、コークス強度の偏差が増大した。一方、高膨張圧石炭であるＣ炭またはＤ炭を５mass％添加したものの場合（◆■）、Ａ炭またはＢ炭を30 mass％以上添加しても、粗大気孔量はほとんど増加せず、その結果コークス強度の偏差が増大せず、ばらつきも抑制することができた。

図４は、高膨張圧石炭であるＤ炭の粒径を変化させた配合炭（１６）および（１７）について、高膨張圧石炭であるＤ炭の粒径と粗大気孔量の関係を示す。いずれの配合炭においても、高膨張圧石炭であるＤ炭の粒径が大きく（−３mmの割合が少なくなる）したものは、粗大気孔の量が減少する。とくに配合炭（１７）では、高膨張圧石炭の配合割合が３mass％と少ないにもかわらず、高膨張圧石炭を５mass％配合し−３mmを75％未満とした場合、配合量（１６）とほぼ同程度の粗大気孔量となっており、コークス強度のばらつきが抑制できることがわかった。

本発明に係る技術は、製鉄工場における高炉に用いられるコークスだけではなく、一般的な冶金工業における分野でも使用できるコークスの製造技術に応用できる。

膨張圧測定装置の模式図である。特定銘柄の配合割合とσＴＩ（6／400）の関係を示す図である。コークス中の粗大気孔量とσＴＩ（6／400）の関係を示す図である。Ｄ炭の粒径と粗大気孔量の関係を示す図である。

Claims

膨張圧が０．１〜０．４ｋＰａである特定銘柄の原料炭の少なくとも一種を３０ｍａｓｓ％以上配合することにより配合種を少なくしてなる配合炭を乾留することで高炉用コークスを製造する方法において、前記配合炭中に、膨張圧が10kPa以上の膨張特性を示し、かつ−３ｍｍのものの含有量が６５ｗｔ％以上７５ｗｔ％未満の粒径を有する高膨張圧石炭を３〜１５ｍａｓｓ％配合することによりコークス強度の変動を低減させるようにすることを特徴とする高炉用コークスの製造方法。