JP4311022B2

JP4311022B2 - コークスの製造方法

Info

Publication number: JP4311022B2
Application number: JP2003011636A
Authority: JP
Inventors: 周平吉田; 和弥上坊
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2023-01-20
Also published as: JP2004224844A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉で使用するための強度を維持しつつ高反応性を具備したコークスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉などで使用されるコークスは、熱源や還元剤としての役割に加えて、装入物の荷重を支え、炉内で発生するガスの通気性を確保するという重要な役割を担っている。近年の高炉操業では、コークス炉の延命策として、微粉炭の多量吹込み（高ＰＣＩ）操業を実施している。このため、コークス比（銑鉄トン当たりのコークス使用量（ｋｇ））が低下し、少量のコークスにより上記の役割を果たさなければならないという点で、ますますコークス品質の重要性が増加している。特に、高炉内でコークスが粉化すると、炉内の通気性を悪化させることになり、高炉操業を著しく阻害することになる。このため、炉内でのコークスの粉化を極力抑えることが重要である。
【０００３】
一般に、高炉内のコークスは、高炉炉頂部から炉下部にかけて、表面摩耗を受けながら降下していく。この際に、コークスと二酸化炭素（ＣＯ２）との反応に基くコークスの劣化により、強度が低下する。このため、従来から、ＣＯ２との反応性が低く、したがってコークス強度が低下しにくいコークスの製造に主眼が置かれてきた。しかし、高炉操業の効率化を図るためには、低燃料比操業が好ましく、その意味では反応性の高いコークスが必要となる。
【０００４】
高反応性コークスの製造方法としては、下記に示す方法が開示されている。
【０００５】
特許文献１には、低揮発分で細粒の多い不活性物質を原料炭に一定配合率で配合し、石炭部分の揮発分の加重平均値と最高流動度の加重平均値を調整してコークスの反応性と強度を制御する高反応性コークスの製造方法が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、非溶融のイナート成分が合計で３０ｖｏｌ％以上である中炭化度低流動性の準強粘結炭を所定量含有する配合炭を乾留して得られる特定の気孔径分布を有する高炉用の高反応性高強度コークスおよびその製造方法、並びに平均反射率（Ｒ０）が０．９〜１．１で、最大流動度（ＭＦ）が３．０以下の中炭化度低流動性の準強粘結炭を所定量含有し、残部は平均反射率が１．１を超える粘結炭である配合炭を、乾留して得られる特定の気孔径分布を有する高反応性高強度コークスおよびその製造方法が開示されている。
【０００７】
さらに、特許文献３には、平均反射率（Ｒ０）が１．３以上で、かつ最大流動度（ＭＦ）が１．３以上の高炭化度石炭を４〜４０％含有し、前記Ｒ０が０．８５以下でかつＭＦが２．０以下の低炭化度石炭を４〜２５％含有し、高炭化度石炭と低炭化度石炭との配合比率が１．０以上となるように配合する高強度・高反応性コークス製造のための原料炭配合方法が開示されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、高反応性のコークスは得られるものの、石炭の溶融性が損なわれ、コークス強度が低下することになる。また特許文献２に開示された方法においても、溶融性が低下し、コークス強度が低下する。さらに、特定銘柄を多配合することは資源面からの制約を受けることになり、現実的ではない。特許文献３に開示された方法は、資源埋蔵量が少なく、かつ石炭価格が高い高炭化度炭を多く配合することとなり、経済的でない。また、高炭化度炭の配合率を増加するとコークス強度は高くなるものの、反応性が低下する。上述のように、高強度でかつ高反応性を具備するコークスを製造するためには、なお解決されねばならない問題が残されている。
【特許文献１】
特開平６−３１３１７１号公報（特許請求の範囲および段落〔００１０〕）
【特許文献２】
特開２００１−１８７８８７号公報（特許請求の範囲および段落〔００１１〕）
【特許文献３】
特開２００２−１０５４５８号公報（特許請求の範囲および段落〔０００８〕）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、かかる問題を解決し、コークス強度を維持しつつ、高反応性を具備するコークスの製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述の課題を解決するために、前記した従来の問題点を踏まえて、コークス強度を維持しつつ高反応性を具備したコークスを製造するための石炭の配合方法について研究を重ねた結果、下記の（ａ）〜（ｄ）に示される知見を得た。
【００１１】
（ａ）単一銘柄の石炭（以下、「単味炭」とも記す）を低炭化度炭、中炭化度炭および高炭化度炭に区分し、これらの石炭を組み合わせて配合することにより、コークス強度を維持しつつ高反応性を有するコークスを製造することができる。
【００１２】
（ｂ）反応性は高いがコークス強度が低い低炭化度炭と、コークス強度は高いが反応性が低い高炭化度炭とを配合しただけでは石炭の溶融性が低く、充分なコークス強度は得られないため、溶融性の高い中炭化度炭の配合が必要である。
【００１３】
（ｃ）平均反射率（Ｒ０）が０．９未満の低炭化度炭を３５〜６５質量％（以下、単に「％」と記す）、平均反射率が１．２以上の高炭化度炭を１０〜３０％、および残部を平均反射率が０．９以上１．２未満の中炭化度炭とした配合を行い、単味炭の最高流動度（ＭＦ）を配合率（％）により加重平均した配合炭の最高流動度を２．４以上３．０以下に調整することにより、コークス強度を維持し、かつ高い反応性を有するコークスを製造することができる。
【００１４】
（ｄ）さらに、粘結材を１０％以下の範囲で添加することにより、コークス強度を維持しながら反応性を任意に調整したコークスを製造することができる。
【００１５】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）および（２）に示されるコークスの製造方法にある。
【００１６】
（１）石炭を平均反射率（Ｒ０）により低炭化度炭、中炭化度炭および高炭化度炭に区分し、平均反射率（Ｒ０）が０．９未満の低炭化度炭の配合率を３５〜６５％、平均反射率（Ｒ０）が１．２以上の高炭化度炭の配合率を１０〜３０％、および残部を平均反射率（Ｒ０）が０．９以上１．２未満の中炭化度炭とした配合炭の最高流動度（ＭＦ）を、前記石炭の最高流動度（ＭＦ）の石炭配合率（％）による加重平均値で２．４以上３．０以下とするコークスの製造方法。
（２）前記（１）に記載の配合炭に１０％以下の粘結材を添加することが好ましい。
【００１７】
本発明において、「配合炭」とは、単味炭を含めて石炭を所定の配合率で配合した石炭の混合物をいう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明では、単味炭を低炭化度炭、中炭化度炭および高炭化度炭の３つに区分する。その分類は、石炭の平均反射率（Ｒ０）により行い、平均反射率（Ｒ０）が０．９未満の石炭を低炭化度炭、平均反射率（Ｒ０）が１．２以上の石炭を高炭化度炭、そして平均反射率（Ｒ０）が０．９以上１．２未満の石炭を中炭化度炭とする。
【００１９】
低炭化度炭は、溶融性に乏しく乾留された後のコークスの反応性は高いが、その反面で、コークス強度は低い。したがって、コークス強度を高めるためには高炭化度炭の配合が必要となる。この時に、低炭化度炭と高炭化度炭の配合比率が重要となる。高い反応性を確保するためには、低炭化度炭を少なくとも３５％以上配合することがが必要であるが、一方、その配合率が６５％を超えるとコークス強度が低下することから、配合率は６５％以下に抑える必要がある。
【００２０】
これに対して、高炭化度炭は、コークス強度を確保する観点から少なくとも１０％以上の配合が必要であり、また高反応性を得るには高価であり、資源量に制約があるため、その配合率は３０％以下で十分である。したがって、高炭化度炭と低炭化度炭の配合率の比は１未満となる。
【００２１】
しかし、低炭化度炭と高炭化度炭を配合するだけでは目標とするコークス品質は得られない。これは、低炭化度炭と高炭化度炭の加熱時の溶融温度範囲が異なるため、配合した場合の溶融性が乏しくなり、石炭粒子同士が充分に接着しないためである。この接着不足を補うために中炭化度炭の配合が必要となる。
【００２２】
中炭化度炭は、コークス強度の面では高炭化度炭には及ばないものの、低炭化度炭に比べれば高いコークス強度が得られる。一方、加熱時の溶融性が高いため、反応性は低い値を示すことから、高い溶融特性を生かして低炭化度炭と高炭化度炭の配合時の低溶融性を補うことが可能である。このように、単味炭を適切に配合すれば、コークス強度を維持しつつ目標とする高反応性のコークスを得ることができる。
【００２３】
なお、低炭化度炭の好ましい配合率は、４０〜６０％の範囲であり、高炭化度炭の好ましい配合率の範囲は、１５〜２５％である。
【００２４】
また、この配合炭の流動性（単味炭の最高流動度の配合率（％）による加重平均値）が高い場合には、コークスの反応性が低下するため、配合炭の流動性を抑える必要がある。本発明者らの検討結果によれば、単味炭の最高流動度を配合率（％）により加重平均した値で２．４以上３．０以下にすることにより、コークス強度を維持し、かつ反応性を高めることができることが判明した。
【００２５】
さらに、前記配合炭に粘結材を添加することにより反応性を制御できることを見出した。粘結材は溶融性の高いものが多く、配合炭に添加すればコークス強度の上昇だけでなく、反応性を任意に制御することが可能である。しかし、粘結材の添加率が高すぎると反応性が著しく低下するため、その添加率は１０％以下に抑えることが必要である。
【００２６】
粘結材としては、石炭系ピッチ、石油系ピッチなどがあり、乾留後に得られるコークス品質の目標に応じて選択すれば良い。
【００２７】
また、反応性の制御方法として、反応性を高める不活性物質や鉄粉、石灰などの金属系物質を併用しても良い。不活性物質や金属系物質は、単にそれらを添加するだけでは溶融性が損なわれ、コークス強度が低下する。このため、粘結材と併用すれば溶融不足による強度低下が抑えられ、より広範囲にわたる反応性の制御が可能となる。
【００２８】
【実施例】
（実施例１）
本発明の効果を確認するため、試験コークス炉を用いて下記の試験を行った。
【００２９】
幅４５０ｍｍ、高さ１１５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの炭化室を有する試験コークス炉を用い、石炭水分が６％の石炭を、炉温１１５０℃で２３時間乾留し、窯出後、窒素冷却を行ってコークスを得た。得られたコークスは、高さ２ｍから２回落下させた後、所定の粒度に調整し、ＪＩＳＫ２１５１に規定されるドラム強度（ＤＩ（％））（１５０回転後における粒径１５ｍｍ以上の割合（質量％））、および反応性（ＣＲＩ（％））を測定した。
【００３０】
ここで、上記の反応性は、熱間反応後強度試験における反応量を意味し、下記の方法により測定した。粒度を２０±１ｍｍに調整したコークス２００ｇを反応温度１１００℃、ＣＯ２ガス流量５ＮＬ／ｍｉｎの条件で２時間反応させる。反応終了後にコークスの質量を測定して、コークスの質量減少率（％）を算出し、その値を反応性（ＣＲＩ）とした。
【００３１】
石炭配合は、まず、単味炭を低炭化度炭、中炭化度炭、および高炭化度炭に区分し、同じ区分の中から、３炭種ずつ単味炭を配合し、それぞれ石炭Ａ、石炭Ｂおよび石炭Ｃとした。
【００３２】
上記のようにして作成した石炭Ａ（低炭化度炭）、Ｂ（中炭化度炭）およびＣ（高炭化度炭）の性状を表１に示した。
【００３３】
【表１】

【００３４】
ここで、表１中の平均反射率（Ｒ０）は、ＪＩＳＭ８８１６に規定された方法により測定した値を用い、最高流動度（ＭＦ）は、ＪＩＳＭ８８０１に規定されたギーセラープラストメータ法によって測定された値の対数値を用いた。
【００３５】
表１に示された低炭化度炭、中炭化度炭および高炭化度炭を種々の配合率で配合した配合炭試料を作成して、乾留を行い、得られたコークスの強度および反応性を測定した。
表２に、配合率などの試験条件および試験結果を示した。
【００３６】
【表２】

【００３７】
ここで、平均反射率は、各石炭の反射率をそれらの配合率により加重平均した値である。
【００３８】
試験結果は、以下の基準により評価した。
コークス強度（ＤＩ）については、８２．６以上を良とし、それ未満を不良とした。また、コークスの反応性（ＣＲＩ）については、２８以上を良とし、それ未満を不良とした。
【００３９】
表２において、試験番号３、４、８、９および１０は、本発明例についての試験であり、試験番号１、２、５、６および７は、比較例についての試験である。
【００４０】
比較例の試験番号１では、低炭化度炭である石炭Ａの配合率が低すぎることから、最高流動度が高すぎ、コークスの反応性が低くなっている。それに対して、低炭化度炭の配合比率を適正範囲まで高めた本発明例の試験番号３はでは、コークス強度を維持しつつ、コークス反応性の値を３％以上上昇させることができた。
【００４１】
比較例の試験番号２では、石炭の配合率は本発明で規定する範囲内にあるが、配合炭の最高流動度が３．０以上であるため、コークス強度は維持されているが、コークス反応性が試験番号１の場合に比べてわずかしか上昇せず、依然として低い値であった。
【００４２】
本発明例の試験番号４は、試験番号２において中炭化度炭の石炭Ｂを１０％減少させ、その分を低炭化度炭の石炭Ａと高炭化度炭の石炭Ｃにそれぞれ５％ずつ振り替えたものである。このようにすることにより、配合炭の最高流動度は３．０以下となり、コークス強度を維持しつつ、反応性を上昇させることができた。
【００４３】
また、低炭化度炭の配合率が７０％と高すぎる比較例の試験番号５、および低炭化度炭と高炭化度炭だけが配合されており、高炭化度炭の配合率が高すぎる比較例の試験番号６では、反応性は高くなるが、強度が大幅に低下し、高炉用コークスとしての品質は満足できなかった。
【００４４】
低炭化度炭の配合率は本発明で規定する範囲内であるが、高炭化度炭の配合率が低すぎる比較例の試験番号７では、反応性は高くなるが、高炭化度炭の配合率が低すぎることから、コークス強度が不足し、品質は不良であった。
【００４５】
これに対して、試験番号５に比べて低炭化度炭の配合比率を５％低下させ、高炭化度炭の配合率を５％上昇させた本発明例の試験番号９、および、さらに試験番号９において中炭化度炭の配合率を５％低下させ、高炭化度炭の配合率を５％上昇させた本発明例の試験番号１０では、強度は低下せずに反応性を大幅に上昇させることができた。
また、各石炭配合率が本発明で規定する範囲内にあり、高炭化度炭の配合率が本発明で規定する範囲の下限に近い本発明例の試験番号８においても、強度および反応性ともに高炉用コークスとしての品質を満足できた。
（実施例２）
さらに、配合炭に粘結材を添加した場合の効果を確認するため、本発明例の試験番号９の配合炭に粘結材として石油系ピッチを内割で所定量添加し、コークス強度およびコークス反応性におよぼす影響について試験を行った。
【００４６】
図１は、コークス反応性およびコークス強度におよぼす粘結材添加率の影響を示す図である。同図の結果によれは、粘結材の添加率の増加とともに、コークス強度は上昇し、コークス反応性は低下する。したがって、粘結材の添加率を調整することにより、コークス強度を確保しつつ、反応性を容易に変更することが可能である。
【００４７】
粘結材は、添加してもしなくても良い。一方、粘結材の添加率が１０％を超えると、高反応性コークスとは認めがたい水準にまで反応性が低下するので、粘結材の添加率は、１０％以下に抑えることが好ましい。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の方法によれば、石炭を低炭化度炭、中炭化度炭および高炭化度炭に区分し、それぞれの配合比率を調整することにより、コークス強度を維持しつつ高反応性のコークスを製造することが可能である。さらに、粘結材を添加することによってコークスの反応性を容易に調整することができ、高炉操業形態に応じた適正な品質のコークスを供給することが可能となる。よって、本発明法は、製銑分野の安定操業およびコスト低減に寄与するところが極めて大きい発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】コークス反応性およびコークス強度におよぼす粘結材添加率の影響を示す図である。

Claims

石炭を平均反射率（Ｒ０）により低炭化度炭、中炭化度炭および高炭化度炭に区分し、平均反射率（Ｒ０）が０．９未満の低炭化度炭の配合率を３５〜６５質量％、平均反射率（Ｒ０）が１．２以上の高炭化度炭の配合率を１０〜３０質量％、および残部を平均反射率（Ｒ０）が０．９以上１．２未満の中炭化度炭とした配合炭の最高流動度（ＭＦ）を、前記石炭の最高流動度（ＭＦ）の石炭配合率（質量％）による加重平均値で２．４以上３．０以下とすることを特徴とするコークスの製造方法。
前記請求項１に記載の配合炭に１０質量％以下の粘結材を添加することを特徴とするコークスの製造方法。