JP4486552B2 - 高強度コークスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高強度コークス、特に、高炉用の高強度コークスを製造する方法に関する。

高炉操業において還元材として用いるコークスには、炉内の通気性を確保するため、所要の強度が求められるが、コークス用原料としての良質の強粘結炭は資源的に枯渇状態にあり、低品質の非粘結炭や非微粘結炭を用いてコークスを製造する技術が、これまで数多く提案されている。

低品質の非粘結炭や非微粘結炭を用いてコークスを製造する場合、粘結性の補填材（粘結補填材）を添加するとコークス強度が向上することが知られている（例えば、特許文献１及び２、参照）。

通常、粘結補填材として、タール、ピッチ、石油系粘結材等を使用するが、タール等の常温で液状の粘結補填材については、原料炭に均一に混練して添加することが好ましいとされ、また、ピッチ等の常温で固形の粘結補填材については、融点以上に加熱して液状化した後、原料炭に混練することが好ましいとされている（例えば、特許文献３、参照）。

しかし、液状粘結補填材は、コークス強度の向上の点で有用であるが、液状であるが故、配管詰りや、混練機内への付着等の操業上のトラブルを引き起こすことがあり、ハンドリングに難点がある。

固形粘結補填材を使用する場合は、液状化のために加熱装置を必要とするので、設備費及び運転費の加算で製造コストが上昇するという欠点がある。

このような技術的状況の中で、近年は、低品質原料炭（非粘結炭や非微粘結炭）の使用割合を高め、従来以上に強度の高いコークスを、低コストで製造することが強く求められている。

特開平１１−２４１０７２号公報 特開２００１−２６２１５５号公報 特開昭５７−６７６８６号公報

本発明は、上記要望に応えるべく、低品質原料炭（非粘結炭や非微粘結炭）の使用割合を高めても、従来以上に強度の高いコークスを、低コストで製造できるコークスの製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、コークスの膨張圧を抑制し、コークス押出性を安定化することも目的とする。

本発明者は、液状粘結補填材及び固形粘結補填材が抱える難点及び欠点を踏まえ、常温で固形の粘結補填材を固形のまま原料炭に配合して使用することを発想し、この発想の下で、コークス強度を高める具体的な手法について鋭意研究した。

その結果、本発明者は、固形粘結補填材を細粒化し、固形のまま原料炭に配合して乾留すると、コークス強度が顕著に向上することを見いだした。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１）炉幅４５０ｍｍ、炉高１０００ｍｍ、炉長１０００ｍｍの可動壁試験炉を用いて測定されたコークス化過程における膨張圧の最大値が５ｋＰａ以上である原料炭を乾留してコークスを製造する方法において、粒径３ｍｍ未満の石炭粒子を７５〜８５％含む原料炭に、粒径３ｍｍ未満の細粒を７８％以上含む石油系ピッチ又は石炭系ピッチの固形粘結補填材を固形のまま混合し、そのままコークス炉に装入して乾留することを特徴とする高強度コークスの製造方法。

（２）前記固形粘結補填材が、全て粒径３ｍｍ未満のものであることを特徴とする前記（１）に記載の高強度コークスの製造方法。

（３）前記固形粘結補填材が、粒径０．３ｍｍ未満の微粒を含まないものであることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の高強度コークスの製造方法。

（４）前記固形粘結補填材が、塊状の固形粘結補填材を粉砕したものであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の高強度コークスの製造方法。

本発明によれば、低品質原料炭（非粘結炭や非微粘結炭）の使用割合を高めても、従来以上に強度の高いコークスを、低コストで製造できる。

従来、固形粘結補填材は、原料炭と均一に混合することを目指し、液状化して使用されていた。それ故、これまで、固形粘結補填材を、固形のまま原料炭に混合して使用する態様については研究されていなかった。

本発明者は、原料炭に混合する固形粘結補填材の粒度構成とコークス強度との関連性について調査した。

固形粘結補填材は、塊状のものを粉砕して細粒化し粒度構成を調整するが、通常、原料炭粒子の７５〜８５％は、粒径３ｍｍ未満の細粒であるので、固形粘結補填材の粒度構成も、粒径３ｍｍ未満を基準として調整した。

図１に、粒径３ｍｍ未満の固形粘結補填材粒子の割合とコークス強度の向上（ＤＩ）との関係を示す。図から、コークス強度の向上は、“３ｍｍ未満、５０％”を超えると急に顕著になり、“３ｍｍ未満、８０％以上”で飽和することが解かる。

したがって、コークス強度の向上のみが目的であれば、３ｍｍ未満の細粒が５０％以上、より好ましくは、７０％以上を占める固形粘結補填材を用いれば充分である。

一方、コークス押出し時のコークス性状の安定性も操業上重要なことなので、本発明者は、粒径３ｍｍ未満の固形粘結補填材粒子の割合と、コークスの膨張圧（ｋＰａ）との関係を調査した。その結果を、図２に示す。

図２から、膨張圧の抑制程度は、粒径３ｍｍ未満の割合が大きくなる程大きいことが解かる。

したがって、コークスの膨張圧を抑制し、コークス押出性を安定化することをも目的とする場合は、固形粘結補填材として、粒径３ｍｍ未満の細粒が１００％の固形粘結材が好ましい。

以上のことから、原料炭に混合する粒状の固形粘結補填材としては、粒径３ｍｍ未満の細粒が５０％以上を占める固形粘結補填材が好ましく、粒径３ｍｍ未満の細粒が７０％を占める固形粘結補填材がより好ましく、粒径３ｍｍ未満の細粒が１００％を占める固形粘結補填材が、さらに、より好ましい。

ここで、コークス強度の向上が、“３ｍｍ未満、５０％”を超えると、急に顕著になる理由について説明する。

通常、固形粘結補填材は、コークス化過程で軟化して石炭粒子の空隙に浸透するが、熱分解速度が速いため、大きいサイズの固形粘結補填材は、軟化して石炭粒子の空隙に浸透し、石炭粒子と充分に接触する前に熱分解してしまい、粘結補填材としての機能を充分に発揮できない。

しかし、本発明のように、原料炭の粒度構成（通常、粒径３ｍｍ未満の石炭粒子が７５〜８５％）に類似する粒度構成の固形粘結補填材を原料炭に混合すると、固形粘結補填材が石炭粒子中に均一に分散し、固形粘結補填材と石炭粒子の接触面積が増加するとともに、その接触態様が理想的なものとなる。

その結果、固形粘結補填材は、コークス化過程で軟化すると同時に、粘結補填材として充分に機能すると考えられる。

即ち、原料炭の粒度構成（例えば、粒径３ｍｍ未満の石炭粒子が７５〜８５％）に類似する粒度構成（粒径３ｍｍ未満の細粒が５０％以上）の固形粘結補填材を原料炭に混合することにより、（ｘ）比較的小さな固体粘結補填材の細粒が、大きな石炭粒子の周囲に存在する確率、また、（ｙ）比較的大きな固体粘結補填材の細粒の周囲に、小さな石炭粒子が存在する確率、が高くなると考えられる。

そして、小さい石炭粒子は、大きな石炭粒子に比較して、粒子の膨張率が小さいので、充分に小さな石炭粒子が膨れて他の石炭粒子と接着し、強固なコークス構造を形成するためには、小さな石炭粒子の周囲に、粘結補填材が、大きな石炭粒子の周囲に比べ相対的に多く存在することが好ましいといえる。

したがって、固形粘結補填材と石炭粒子の上記接触態様は、強固なコークス構造を構成する点で理想的なものである。

本発明は、固体粘結補填材を粉砕し、原料炭の粒度構成と類似する粒度構成に調整した後、原料炭とただ混合するだけで、固形粘結補填材が原料炭に対し有効に作用するコークス用混合原料を得ることができる。

なお、固形粘結補填材の粒度構成において、通常は０．３ｍｍ以下の微細粒はできるだけ少ないほうが好ましい。これは、微細粒の固形粘結補填材は凝集し易く、凝集するとコークス強度の向上効果は飽和してしまうし、また、微細粒は、コークス炉への装入嵩密度の低下、キャリーオーバー微粉の増加、コークス炉炉壁付着カーボンの増加など、コークス炉操業上のトラブルを誘発する可能性があるからである。

本発明の実施形態の例を図３（Ａ）〜（Ｃ）に示す。

図３（Ａ）は、最も標準的な実施形態であり、コークス炉用原料石炭を、特に、事前に乾燥することなしにコークス炉に装入する場合（通常、湿炭操業と呼ばれる）において、本発明を適用する場合である。

石炭１は、粉砕・混合工程２を経て、所定の粒度、配合割合となるように調整される。固形粘結補填材４は、整粒工程５にて、本発明で規定した粒度範囲となるように調整された後、混合工程３で原料石炭と混合され、その後、コークス炉６に装入される。

図３（Ｂ）は、コークス炉用原料石炭を、特に、事前に乾燥してコークス炉に装入する場合（調湿炭操業、又は、乾燥炭操業と呼ばれる）において、本発明を適用する場合である。

この実施形態例では、石炭は、乾燥するのみであり、特に、分級することはない。石炭１は、粉砕・混合工程２を経て、所定の粒度、配合割合となるように調整された後、乾燥工程７にて所定の水分量まで乾燥される。

固形粘結補填材４は、整粒工程５にて、本発明で規定した粒度範囲となるように調整された後、混合工程３で、乾燥した原料石炭と混合され、その後、コークス炉６に装入される。

ここでは、固形粘結補填材４は、乾燥工程７で用いる乾燥機内への付着を防止するため、乾燥工程７よりも後の工程で、原料石炭と混合することが好ましいが、固形粘結補填材４の物性（軟化温度）、乾燥機の設定温度、付着防止対策次第では、乾燥工程７の前の工程で原料石炭と混合してもよい。

図３（Ｃ）は、コークス炉用原料石炭を、特に、事前に乾燥するとともに、微分と粗粒に分級してコークス炉に装入する場合において、本発明を適用する場合である。

石炭１は、粉砕・混合工程２を経て、所定の粒度、配合割合となるように調整された後、乾燥・分級工程８にて、所定量の水分を含む粗粒９と微粉１０に乾燥・分級される。微粉１０は、擬似粒子化・塊成化工程１１により、擬似粒子化、塊成化される。また、固形粘結補填材４は、整粒工程５にて、本発明で規定した粒度範囲となるように調整される。

その後、混合工程３で、乾燥・分級された粗粒９、固形粘結補填材、擬似粒子化・塊成化された微粉が混合され、コークス炉６に装入される。

固体粘結補填材は、常温で固形であればよく、特に特定の材質に限定されないが、石油系ピッチ、石炭系ピッチ等が好ましい。ただし、常温での粉砕作業の能率を考慮すると、粉砕時の溶融は、粉砕作業上のトラブルを誘発するので、軟化温度７０℃以上のものが好ましい。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例１）
まず、三種類の配合炭Ａ、Ｂ及びＣを用意した。配合炭Ａ、Ｂ及びＣは、表１に示すように、それぞれ、非微粘結炭比が３０％、４０％及び５０％、揮発分ＶＭが２５．９％、２７．０％及び２８．０％、全膨張率ＴＤが８６％、７０％及び５５％の配合炭である。

ここで、石炭の揮発分ＶＭは、ＪＩＳ Ｍ８８１２「石炭類及びコークス類の工業分析方法」で定める揮発分定量方法によって求められる数値である。また、石炭の全膨張率ＴＤは、ＪＩＳ Ｍ８８０１で定める膨張性試験方法により測定される収縮率と膨張率の和である全膨張率（以下「ＴＤ（％）」と称する）のことである。

配合炭の粒度については、配合炭Ａの粒度は、−３ｍｍ：７３％、配合炭Ｂの粒度は、−３ｍｍ：７８％、配合炭Ｃの粒度は、−３ｍｍ：８３％となるように調整した。

また、固形粘結補填材としては、石炭系ピッチを用いた。軟化点は１００℃で、Ｃ％、Ｈ％、及び、Ｎ％は、それぞれ、９３．０％、４．５％、及び、１．０％である。この石炭系ピッチを、表２に示すような６種類（Ｓ０〜Ｓ５）の粒度に調整した。

配合炭Ａ、Ｂ、及び、Ｃに、固形粘結補填材Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、及び、Ｓ５を混合し、そのまま炉幅４５０ｍｍ、炉高１０００ｍｍ、炉長１０００ｍｍの可動壁側試験コークス炉に装入して乾留してコークスを製造し、そのコークス強度を測定した。炉温は１２５０℃、乾留時間は１８時間とし、乾留後、コークスを窒素で冷却した。ここで、配合炭に対する固形粘結補填材の添加率は、３％とした。

コークス強度は、ＪＩＳ Ｋ２１５１に規定されている衝撃後の１５ｍｍ以上の塊割合を示す回転ドラム強度指数Ｄ¹⁵⁰ ₁₅で評価した。また、この試験コークス炉は、片側の壁が可動式の可動壁炉であり、可動壁に作用する膨張圧（石炭が軟化溶融し膨張することにより炉壁が受ける圧力）をロードセルにより測定した。その結果を表２に示す。ここで、膨張圧は、コークス化過程において測定された値の最大値を示す。

表３に示すように、配合炭に、本発明で規定する粒度構成の固形粘結補填材を混合した場合、コークス強度は、著しく高くなる。また、細粒の固形粘結補填材を使用することにより、膨張圧が著しく低下することがわかる。

本発明によれば、前述したように、低品質原料炭（非粘結炭や非微粘結炭）の使用割合を高めても、従来以上に強度の高いコークスを、低コストで製造できる。したがって、本発明は、コークス製造産業において利用可能性の高いものである。

粒径３ｍｍ未満の固形粘結補填材粒子の割合とコークス強度の向上（ＤＩ）との関係を示す図である。 粒径３ｍｍ未満の固形粘結補填材粒子の割合とコークスの膨張圧（ｋＰａ）との関係を示す図である。 固形粘結補填材を添加した石炭を成型するプロセスを示す図である。

符号の説明

１ 石炭
２ 粉砕・混合工程
３ 混合工程
４ 固形粘結補填材
５ 整粒工程
６ コークス炉
７ 乾燥工程
８ 乾燥・分級工程
９ 粗粒
１０ 微粉
１１ 擬似粒子化・塊成化工程

Claims (4)

1. 炉幅４５０ｍｍ、炉高１０００ｍｍ、炉長１０００ｍｍの可動壁試験炉を用いて測定されたコークス化過程における膨張圧の最大値が５ｋＰａ以上である原料炭を乾留してコークスを製造する方法において、粒径３ｍｍ未満の石炭粒子を７５〜８５％含む原料炭に、粒径３ｍｍ未満の細粒を７８％以上含む石油系ピッチ又は石炭系ピッチの固形粘結補填材を固形のまま混合し、そのままコークス炉に装入して乾留することを特徴とする高強度コークスの製造方法。
2. 前記固形粘結補填材が、全て粒径３ｍｍ未満のものであることを特徴とする請求項１に記載の高強度コークスの製造方法。
3. 前記固形粘結補填材が、粒径０．３ｍｍ未満の微粒を含まないものであることを特徴とする請求項１または２に記載の高強度コークスの製造方法。
4. 前記固形粘結補填材が、塊状の固形粘結補填材を粉砕したものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高強度コークスの製造方法。

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