JP4380109B2

JP4380109B2 - 高炉用高反応性高強度コークスの製造方法

Info

Publication number: JP4380109B2
Application number: JP2002068646A
Authority: JP
Inventors: 浩二花岡; 晃一主代; 幹治武田; 勝利井川
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2022-03-13
Also published as: JP2003268381A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉用高反応性高強度コークスの製造方法に関し、詳しくは、通常は利用し難い中炭化度低流動性炭（高イナート炭）のみ、あるいはその中炭化度低流動性炭を多量に含む配合炭を用いることによって、コークスタンブラー強度（TI₆ ⁴⁰⁰）、CO₂との反応率25%時の反応後強度（I_RI=25%）がいずれも所望のレベル以上にある高強度高反応性コークスを製造しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コークス炉の老朽化問題に鑑み、コークス炉の稼働率を低下させてコークス炉の延命を図る試みがある。そのため、高炉では、微粉炭吹き込み量を増加させる操業を行っている。このような高炉への微粉炭吹き込み量の増加は、コークス比の低下をもたらす一方で、Ore/Cokeの増加による高炉内堆積コークスへの負荷の増大をもたらし、コークスの粉化を助長させている。そして、こうしたコークスの粉化は、炉内の通気性を悪化させ、装入物の棚吊りやスリップ等の操業異常を招き、ひいては高炉の操業を著しく阻害しているのである。従って、高炉操業においてはコークスの粉化を、できるだけ避けるように操業することが重要である。
【０００３】
ところで、高炉内に装入されたコークスは、二酸化炭素(CO₂)と反応してガス化し、多孔質化して強度が低下する。こうしたコークス強度の低下を抑制するために従来、CO₂との反応性を小さくしてコークスの粉化を抑制する方法が検討されてきた。しかし、この方法は、高炉のエネルギーコストの増加を招き、コストダウンおよび低燃料比操業の観点から、実用化が難しいのが実情である。
【０００４】
しかし、高炉での低燃料比操業を行うためには、操業温度を、ウスタイト鉄還元平衡に近い熱保存帯領域の温度にまで下げ、高炉内での還元効率の向上を図ることが有効である。その手段の一つとして、高反応性コークスの使用が考えられる。
【０００５】
コークスの反応性を高める方法としては、原料配合炭中の非微粘炭の割合を増加させる方法や不活性物質を原料炭に配合する方法（特開平6-313171号公報）、低炭化度炭由来のチャーを原料炭に配合する方法（特開平2-117991号公報）などが知られている。
【０００６】
一般に、高炉用コークスとしては、熱保存帯から融着帯近傍までの温度領域での反応性が高いため、反応後において粉化しにくい特性および融着帯からレースウェイを含む炉下部での温度領域において粉化しにくい特性などが求められている。
【０００７】
この点、上記従来技術の下で製造されたコークスは、反応性は高くなるものの、石炭粒子間での融着度が低下してコークス強度が低下するので、その強度の低下を補うためには、どうしても非微粘結炭以外の石炭、つまり粘結炭の配合やピッチ等の粘結材の添加が不可避に生じてしまうという問題があった。
【０００８】
また、高炉内でのコークスの粉化特性を直接表わす指数を設けて管理する方法も知られている。例えば、こうした粉化特性を示す指数としては、CO₂との反応率(CRI)およびCO₂反応後強度(CSR)が用いられ、とくにCSRが重要視されている。それゆえ、鉄鋼各社の高炉操業においては、コークスのCSRに管理値を設け、一定のCSRを維持するコークスの製造を行ってきた。しかしながら、この方法については、図１に示すように、CRIとCSRとは明らかに強い逆相関を示し、CSRを一定値以上に維持しようとすると、CRIはある一定値以下に抑えなければならないという点で問題があった。
【０００９】
また、特開200l-187887号公報では、非溶融特性を示すイナート成分を含む中炭化度低流動性炭を利用して微細気孔を多く含むコークスを製造する方法が開示されている。この技術は、コークス化後も微細気孔を保持する性質のあるイナート成分を利用することにより、生成コークスの比表面積を増加させて反応性を高める方法である。この方法では、石炭粒子間の融着性が悪化して強度が低下するので、どうしてもその補填材として、炭化度の高い粘結炭や流動性の高い準強粘炭を添加して粒子間の融着を促進させなければならないという問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記各従来技術には、上述したように、解決すべき多くの課題が残されていることがわかった。そこで、本発明の目的は、粘結炭や粘結材を多量に使用することなく、安価な中炭化度低流動性炭の多量使用によって、コークスタンブラー強度（TI₆ ⁴⁰⁰）、CO₂との反応率25%時の反応後強度（I_RI=25%）がいずれも所望のレベル以上にある高強度高反応性コークスを製造する方法を提案することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、従来技術の抱える上記問題点について検討する中で、石炭独自の融着性に着目し、できるだけ中炭化度低流動性炭（高イナート炭）を多く配合し、高価な高炭化度粘結炭や高流動性準強粘炭の配合を抑えて高反応性高強度コークスを製造する方法が可能かどうかを検討した。そこで、発明者らはまず、高イナート炭を利用したコークスの製造に注目し、とくにそのイナート成分の特性と他の石炭組織成分との組み合わせを制御すること、即ちイナート成分の中でも比較的融着性を有する半溶融性のセミフジニット(SF)を利用することで石炭粒子の融着不良を補うという方法を採用すれば、高反応性高強度コークスの製造が可能になることを知見した。
【００１２】
このような知見に基づいて開発した本発明とは、コークス炉装入炭として、イナート成分のうちで半溶融特性を示すセミフジニットの全装入炭中に占める割合で25vol%以上含み、かつ平均最大反射率（Ro）が0.9〜1.1で最大流動度（MF(log(ddpm))）が2.5以上3.4以下である中炭化度低流動性炭のみを用いることを特徴とする高炉用高反応性高強度コークスの製造方法である。
【００１３】
また、本発明は、コークス炉装入炭として、イナート成分のうちで半溶融特性を示すセミフジニットの全装入炭中に占める割合で25vol%以上含み、かつ平均最大反射率（Ro）が0.9〜1.1で最大流動度（MF(log(ddpm))）が2.5以上3.4以下である中炭化度炭を70mass%以上含有し、残部は冷間強度を付与するための、平均最大反射率（Ro）が1.31〜1.61の高炭化度粘結炭または最大流動度（MF(log(ddpm))）が3.4超〜3.78の高流動性準強粘炭からなる冷間強度補償用石炭を配合してなる配合炭を用いることを特徴とする高炉用高反応性高強度コークスの製造方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
上述したようにコークスの反応性は、生成コークスの比表面積を増加させることにより高めることができる。一方、コークス強度は一般に、コークスの全気孔率と基質強度に比例するといわれている。
【００１５】
コークスの強度を左右する前記基質強度は、一般に、石炭粒子由来の素地強度と粒子融着の強度によって決まり、その内の素地強度は、石炭の炭化度や乾留温度、置き時間等の乾留条件に依存し、一方、粒子融着強度は、石炭粒子融着度合いや昇温速度、充填嵩密度等の条件に依存すると考えられている。
【００１６】
そして、全気孔率については、比較的粗大な気孔（例えば気孔径が10μm以上）による影響が大部分を占め、微細な気孔（気孔径が10μm以下）による影響は少ないと考えられている。
【００１７】
一方、コークスのCO₂との反応性は、その比表面積に影響され、比表面積は微細気孔に支配されている。例えば、コークスで気孔径10μm以下の微細な気孔が、全比表面積の99.9%以上を占めており、こうした微細気孔による比表面積への影響が大きい。即ち、気孔の点だけからみた場合、微細気孔を増加させれば、全気孔率を大きく変えることなく比表面積を大きくすることができ、ひいてはコークスの強度を低下させることなく反応性を向上させることができるようになる筈である。
【００１８】
本発明は、このような考え方の下で、コークス強度が高くかつ反応性の良好な高炉用コークスを得るために、微細気孔を増加させる方法に着目した。その微細気孔の増加手段として、本発明では、石炭由来の微細気孔を多く含む高イナート成分炭を利用することにした。しかし、上述したとおり、コークス炉装入炭として、単にイナート成分を多く含むだけの石炭を用いると、石炭粒子の融着度合いが低下し、ひいてはコークス強度が低下するという弊害が生じてしまう。そこで、本発明では、それを克服させるために、イナート成分の中でもとくに比較的融着性の高い（約30%が融着成分）半溶融特性を示すセミフジニットを多く含む（25vol%〜100vol%）石炭を用いることで、コークス強度の低下を防ぎかつ高反応性を維持するようにしたのである。
【００１９】
本発明において、使用する高イナート炭のうち、前記セミフジニットの含有量は25vol%〜100vol%の範囲内であり、より好ましくは30vol%〜50vol%である。それは、25vol%未満ではCO₂との反応性の向上が望めないためである。なお、高イナート炭において、セミフジニットの含有量が多いほど反応性が向上する。ただし、あまりに多すぎると、石炭粒子の融着不良によるコークス強度の低下が懸念されるため、適量を含有させることが好ましい。
【００２０】
本発明は、半溶融特性を有するセミフジットの全装入炭中に占める割合で25vol%以上含有する原料炭のうちから、さらに、平均最大反射率Roが0.9〜1.1で最大流動度MF(log(ddpm))が2.5以上3.4以下の中炭化度に着目した。本発明において、平均最大反射率と最大流動度に着目した理由、およびそれぞれが上記の範囲に限定される理由は以下のとおりである。即ち、一般的な石炭の平均最大反射率Roと最大流動度MF(log(ddpm))の関係は、図2に示すように、横軸に平均最大反射率Ro、縦軸に最大流動度MFを取ると、MFはRoが0.9〜1.1付近で極大値をもった、上に凸のバンド状となり、同一Roでみると、MF値が低いほどイナート量が多く、MF値が高いほどイナート量が少なくなっている。そこで、本発明ではイナート量が多く、且つ流動性を確保するためには、Roが0.9〜1.1でMF値の低い、いわゆる中炭化度低流動性炭を用いることが有望であると考えたのである。また、MF値が高すぎると石炭のイナート量が少なくなり、高反応性を示さなくなるため上限は3.4とした。
【００２１】
本発明は、基本的には前記中炭化度低流動性炭（高イナート炭）のみからなる（100mass%含有）原料炭をコークス炉装入炭とする。しかし、本発明はまた、この中炭化度低流動性炭を70mass%以上100mass%未満含有し、残部として冷間強度補償用石炭を含むものをコークス炉装入炭として使用することが好ましい。
【００２２】
なお、この中炭化度低流動性炭を100mass%使用しても、通常配合での品位（MF：2.2〜2.7、Ro：1.0〜1.1）と同等のため、コークス炉の乾留において、カーボントラブルや膨張圧の増大による炉体への負荷の増大、押出し性の悪化などの不都合を生じることはない。
【００２３】
ただし、この中炭化度低流動性炭が70mass%未満では、イナート量が少ないため反応性が向上せず、高反応性とならないため好ましくない。
【００２４】
なお、中炭化度低流動性炭を70mass%以上100mass%未満使用する場合において、残部の冷間強度補償用石炭としては、製品コークスの冷間強度が所定のレベル（TI₆ ⁴⁰⁰≧84）を維持できるような種類のものを適量選んで配合することが必要である。この理由は、中炭化度低流動性炭でもとくに、MF値の低い銘柄を単独でコークスの製造に利用した場合に、冷間強度（タンブラー強度TI₆ ⁴⁰⁰）が下限値84に近づくことになるため、高炉操業上、より高強度なコークスが必要な場合や下限値割れ防止の安全性のためである。残部を構成する原料炭としては、例えば、表１に示すような高炭化度粘結炭（Ro:1.31〜1.61）または高流動性準強粘結炭（MF:3.4超〜3.78）を用いる。これらの原料炭を配合してコークス装入炭とした場合、高炭化度粘結炭は、少量の添加で強度向上の効果があり、また高流動性準強粘炭は、流動性向上により強度を増加させる効果があり、いずれも反応性を大きく損わせることはない。
【００２５】
【実施例】
本発明の効果を確認するためモデルによるコークス乾留実験を行ったので、その結果を説明する。乾留の条件としては、48kg装入できるレトルト(400mmW×500mmL×310mmH)中に、粉砕粒度：-3mm75%、充填嵩密度：775kg/m³(dry)かつ水分：6vol%に調整した各試料を装入し、乾留温度：1050℃、昇温時間：室温〜1050℃まで2時間、乾留時間：8時間20分の条件の下で実験を行った。
【００２６】
生成したコークスについて、タンブラー強度TI₆ ⁴⁰⁰（400回転後の+6mmのmass%、その他はJISの測定法に準ずる）の測定と、CO₂と25mass%反応（粒度20±lmmのコークス200gを1100℃においてCO₂流量5L/minと反応）させた後のI型ドラム強度I_RI=25%（600回転後の+10mmのmass%、SCRの測定に準ずる。）の測定を行なったので、その結果を表1に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表1に示すようにセミフジニット（SF）の全装入炭中に占める割合で25vol%以上含有し、平均最大反射率（Ro）が0.9〜1.1かつ最大流動度（MF(log(ddpm))）が2.5以上3.4以下の中炭化度炭を100mass%使用した本発明適合炭（単味炭）は、コークス強度TI₆ ⁴⁰⁰が84以上を維持したままI_RI _＝ _25%が65以上となり（実施例1〜4）、従来の方法により生成したコークス（比較例9）よりも高反応性高強度を有するコークスであることが確認できた。
【００２９】
また、このセミフジニット（SF）の全装入炭中に占める割合で25vol%未満である場合（比較例1）や、セミフジニット（SF）が25vol%以上であっても平均最大反射率（Ro）が0.9〜1.1の範囲内にない場合（比較例2および3）または最大流動度（MF(log(ddpm))）が3.4を越える場合（比較例4）では、コークス強度TI₆ ⁴⁰⁰が84に満たない場合(比較例3)を含め、いずれもI_RI=25%が65以下となり、高反応性かつ高強度を有するコークスは得られないことがわかった。
【００３０】
さらに、セミフジニット（SF）の全装入炭中に占める割合で25vol%以上含有し、平均最大反射率（Ro）が0.9〜1.1かつ最大流動度（MF(log(ddpm))）が2.5以上3.4以下の石炭を70mass%以上使用している場合（実施例5〜10）でも、コークス強度TI₆ ⁴⁰⁰を84以上に維持しながら、I_RI=25%を65以上に保つことができた。これに対し、セミフジニット（SF）を25vol%以上含有し、平均最大反射率（Ro）が0.9〜1.1かつ最大流動度（MF(log(ddpm))）が3.4以下の石炭を60mass%使用している場合（比較例5〜8）では、コークス強度TI₆ ⁴⁰⁰は84以上となっているものの、I_RI=25%は65を下回る結果となってしまった。
【００３１】
以上の実験結果から、高反応性高強度コークスを製造するためには、高イナート炭を多量に含むコークス炉装入炭であって、しかもイナート成分中のセミフジニットの全装入炭中に占める割合で25vol%以上であり、平均最大反射率（Ro）が0.9〜l.1かつ最大流動度（MF(log(ddpm))）が2.5以上3.4以下の中炭化度炭を70mass%以上用いることが有効であることがわかった。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる高炉用高反応性高強度コークス製造方法によれば、高炉内でのコークスの粉化を抑えて操業が安定化できるとともに、高炉操業での燃料比低減および燃料比低減による放出CO₂の低減操業を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コークスのCRIとCSRとの関係を示すグラフである。
【図２】石炭の平均最大反射率Roと最大流動度MF(log(ddpm))の関係を示すグラフである。

Claims

コークス炉装入炭として、イナート成分のうちで半溶融特性を示すセミフジニットの全装入炭中に占める割合で25vol%以上含み、かつ平均最大反射率（Ro）が0.9〜1.1で最大流動度（MF(log(ddpm))）が2.5以上3.4以下である中炭化度炭のみを用いることを特徴とする高炉用高反応性高強度コークスの製造方法。
コークス炉装入炭として、イナート成分のうちで半溶融特性を示すセミフジニットの全装入炭中に占める割合で25vol%以上含み、かつ平均最大反射率（Ro）が0.9〜1.1で最大流動度（MF(log(ddpm))）が2.5以上3.4以下である中炭化度炭を70mass%以上含有し、残部は冷間強度を付与するための、平均最大反射率（Ro）が1.31〜1.61の高炭化度粘結炭または最大流動度（MF(log(ddpm))）が3.4超〜3.78の高流動性準強粘炭からなる冷間強度補償用石炭を配合してなる配合炭を用いることを特徴とする高炉用高反応性高強度コークスの製造方法。