JP4551494B2 - 高炉用コークスの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、非微粘結炭と粘結炭とを配合した配合炭を使用した高炉用コークスの製造方法に関する。特に、非微粘結炭と粘結炭とを問わず、各種銘柄の原料炭中に存在するイナート(不活性)組織に起因するコークス強度の低下を抑制して、コークス強度を向上するための高炉用コークスの製造方法に関する。
本願は、2008年12月10日に、日本に出願された特願2008−314903号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
一般に、製鉄プロセスにおける還元材、及び、熱源として使用される高炉用コークスは、複数の銘柄の原料炭を、それぞれ粉砕し、所定の割合で配合し、所定の粒度を有する配合炭を形成した後、その配合炭をコークス炉に装入して、所定時間、乾留することで製造される。
この際、コークス強度DI150 15は、配合炭を構成する複数の銘柄の原料炭の性状と、配合炭の粒度との影響を受ける。ここで、DI150 15は、JIS K 2151で規定されたドラム試験機による150回転後の15mm篩上の割合(−)であり、コークスの強度(ドラム強度ともいう。)を表す指標である。
コークス強度DI150 15に影響する石炭の性状として、石炭の粘結性が挙げられる。石炭の粘結性は、JIS M 8801のギーセラープラストメーターを用いた流動性試験によって測定される最高流動度や、JIS M 8801のディラトメーターを用いた膨張性試験によって測定される全膨張率により評価することができる。これらの測定値が高くなるほど、石炭の軟化溶融時の流動性及び膨張性は高くなる。
原料炭は、石炭の粘結性に基づいて、粘結性が高い粘結炭と、粘結性が低い非微粘結炭とに分けられる。粘結炭は、軟化溶融時の流動性及び膨張性が高いので、石炭粒子間の接着を容易にし、コークス強度を高める。一方、非微粘結炭は、軟化溶融時の流動性及び膨張性が低いので、石炭粒子間の接着が不十分となる。そのため、非微粘結炭を多量に配合すると、コークス強度が低下する。
また、コークス強度DI150 15に影響する石炭の性状として、石炭の加熱時に軟化溶融しない不活性成分からなる組織(以下、「イナート組織」という。)が挙げられる。このイナート組織は、粘結炭及び非微粘結炭を問わず、石炭中に存在する。
石炭中のイナート組織は、石炭の軟化溶融時に膨張しないため、石炭の膨張による石炭粒子間の接着を阻害する。また、イナート組織は、石炭の再固化時に収縮し難いので、石炭の収縮時に亀裂を発生させる。そのため、石炭中のイナート組織は、コークス強度を低下させる原因となる。
一方、配合炭の粒度は、コークス炉装入時の嵩密度に影響を与える。配合炭の粒度が粗い場合には、炉内の配合炭の充填構造が最密充填構造に近く、コークス炉装入時の嵩密度が向上し、石炭の軟化溶融及び膨張時に、石炭粒子間の接着が容易になる。しかしながら、配合炭中に粗大な石炭粒子が存在すると、その粒子表面から割れが誘発され、コークスの破壊強度が低下する。
逆に、配合炭の粒度が小さ過ぎると、コークス炉装入時の嵩密度が低下し、石炭粒子間の空隙が大きくなる。そのため、石炭の軟化溶融及び膨張時に、石炭粒子間の接着が不十分となり、コークス強度が低下する。
このため、一般に、石炭の性状を均一化し、かつ、コークス装入時の嵩密度を所定レベルに維持して、コークス強度を高める必要がある。そのため、配合炭の粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%となるように配合炭全体の粒度を調整している。
近年、石炭資源の枯渇化に伴い、非微粘結炭の使用量だけでなく、粘結炭および非微粘結炭中に含有されるイナート組織の量も増加している。そのため、非微粘結炭の使用量が多く、粘結炭及び非微粘結炭がイナート組織を多く含有する場合であっても、高強度のコークスを製造することが要求されている。
コークス強度の低下の原因となる非微粘結炭、及び/又は、イナート組織を多く含有する石炭を使用して、所定レベルのコークス強度を確保する上で、配合炭を構成する各銘柄の石炭を粉砕によって粒度調整することは重要である。それ故に、従来から、石炭の性状及び銘柄に応じた石炭の粉砕方法と、この粉砕方法を利用した高強度コークスの製造方法とが、幾つか提案されている(特許文献1〜3参照)。
例えば、特許文献1では、複数の銘柄の石炭を、平均反射率が0.9vol.%以下の非微粘結炭、平均反射率が0.9%超で、かつ、イナート組織の合計量が35vol.%以上の高イナート炭、及び平均反射率が0.9%超で、かつ、イナート組織の合計量が35vol.%未満の低イナート炭の3つのグループに分けている。さらに、非微粘結炭の粒径3mm以下の質量割合が、配合炭の粒径3mm以下の質量割合より高く、高イナート炭の粒径3mm以下の質量割合が、非微粘結炭の粒径3mm以下の質量割合以下で、低イナート炭の粒径3mm以下の質量割合が、高イナート炭の粒径3mm以下の質量割合未満になるように粉砕している。その後、粉砕された全ての石炭を混合し、コークス炉で乾留して、コークスを製造している。
しかし、特許文献1に記載の方法によっても、コークス強度DI150 15は、78程度であり、所望のコークス強度が得られない場合がある。
また、特許文献2では、硬度の高い石炭、又は、イナート組織の量が多い石炭の一部を、粒径の大きな石炭と粒径の小さな石炭とに分級している。この粒径の大きな石炭を粉砕し(第一の粉砕工程)、第一の粉砕工程で処理された石炭と前記粒径の小さな石炭とを配合している。さらに、この配合された石炭をさらに粉砕し(第二の粉砕工程)、残りの石炭を配合している。その後、この配合された石炭を粉砕し(第三の粉砕工程)、前記第二の粉砕工程で処理された石炭と配合して、コークス炉に装入し、コークスを製造している。
しかし、特許文献2に記載の方法によっても、コークス強度DI30 15は、最高94.3(DI150 15が84程度に相当する)であり、所望のコークス強度が得られない場合がある。
このように、特許文献1及び2に記載された方法では、主として、石炭の平均反射率、イナート組織などの性状、非微粘結炭などの銘柄に応じて石炭を粉砕することにより、石炭組織を均一化するとともに、配合炭全体の粒度分布を調整して、コークス強度を向上させている。しかしながら、特許文献1及び2に記載された方法では、コークス強度DI150 15が、期待する値に達しない場合がある。
また、本発明者らの検討結果によれば、コークス強度は、イナート組織の合計量ではなく、特定サイズ以上の粗大なイナート組織に支配されることが確認されている。例えば、特許文献1及び2に開示されている石炭中のイナート組織の合計量に基づく石炭粉砕では、コークス強度が十分に向上しない場合がある。
特許文献3では、石炭中のイナート組織の合計量に基づく石炭の粒度調整では、コークス強度の向上に限界があるという認識から、配合炭中で1.5mm以上の最大長さを有する粗大イナート組織の累積体積比率と、粉砕粒度との関係が調査研究された。この関係から、高強度のコークスを製造し得る配合炭の粒度調整方法が提案されている。
特許文献3で提案された配合炭の粒度調整方法によれば、コークスの強度低下の原因となる低品位の非微粘結炭を多量に使用しても、86〜87程度の強度DI150 15を有するコークスを定常的に製造することができる。
しかし、この方法では、86.5以上の高いコークス強度DI150 15が要求される場合には、粗大イナート組織の累積体積比率を低減するため、粉砕機の粉砕強度を高めて石炭を粉砕する必要がある。しかしながら、粉砕機の粉砕強度を高めると、粒径0.3mm以下の微粉炭が増加し、配合炭全体の嵩密度も低下する。そのため、目標とする86.5以上のコークス強度DI150 15を達成できない場合がある。
また、粒径0.3mm以下の微粉炭の増加は、石炭の搬送過程及びコークス炉装入時における発塵の問題や、コークス炉における炉壁カーボン付着量の増加によるコークス押出し負荷の増大や、タール品質の低下などをもたらすため、好ましくない。
したがって、粗大イナート組織を含む石炭の強粉砕に伴う、粒径0.3mm以下の微粉炭の増加及び配合炭全体の嵩密度(t/m)の低下を抑制し、安定的かつ効果的にコークス強度を高めることができる粒度調整方法が求められている。
特開2006−273884号公報 特開2006−348309号公報 特開2004−339503号公報
本発明は、従来技術の上記実情に鑑み、強度低下の原因となる0.6mm以上の最大長さを有する粗大イナート組織を含む石炭を効果的に粉砕し、石炭粉砕に伴う、粒径0.3mm以下の微粉炭の増加及び配合炭全体の嵩密度の低下を抑制することで、安定的かつ効果的にコークス強度を高めることができる高炉用コークスの製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために、粉砕による石炭の粒度調整方法、及び、石炭の配合条件について、鋭意研究した。
すなわち、本発明者らは、イナート組織を、最大長さで、サイズ区分i(=1〜m[自然数])に区分した。また、本発明者らは、サイズ区分i毎に、コークス表面破壊粉率(DI150 −6)へのイナート組織の影響度、及び/又は、コークス体積破壊粉率(DI150 6−15)へのイナート組織の影響度を予め定めた。その結果、これらの影響度の違いを考慮して原料炭の粉砕及び配合を調整すれば、目標とするコークス強度を得ることができることが判明した。
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)複数銘柄の原料炭を銘柄毎に粉砕し、配合した配合炭をコークス炉に装入する高炉用コークスの製造方法であって、(A)(A1)最大長さ0.6mm以上のイナート組織を、最大長さに応じてサイズ区分1からサイズ区分mまでのサイズ区分数mのサイズ区分に区分し;(A2)前記サイズ区分1から前記サイズ区分mまでの全てのサイズ区分i(=1〜m[自然数])に対し、前記配合炭の石炭軟化時の比容積Svと石炭装入時の嵩密度Bdとによって求められる前記配合炭の石炭軟化時の空隙充填度Sv×Bdで前記サイズ区分iのイナート組織を含有する石炭を乾留して得たコークスのコークス表面破壊粉率DI150 −6に基づいて、サイズ区分iのイナート組織がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響度Ai(−/vol.%)を予め定め;(B)(B1)粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%となるように粒度を調整した銘柄1から銘柄nまでの全ての銘柄j(=1〜n[自然数])の原料炭について、1.5mm以上の最大長さを有する粗大イナート組織の含有量(vol.%)、及び、前記サイズ区分1から前記サイズ区分mまでの全てのサイズ区分iのイナート組織の含有量Ibi,j(vol.%)を測定し;(B2)前記粗大イナート組織の含有量(vol.%)の測定値に基づいて、前記粗大イナート組織の含有量の境界値を5〜7vol.%の範囲内で定め;(C)(C1)前記粗大イナート組織の含有量が前記境界値以上である高イナート含有炭と、前記粗大イナート組織の含有量が前記境界値未満である低イナート含有炭との2種類に前記銘柄1から前記銘柄nまでの全ての銘柄jの原料炭を区分し;(C2)粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%になるように、前記低イナート含有炭に区分される銘柄の原料炭を粉砕し;(C3)粒径3mm以下の累積比率が前記低イナート含有炭の粒径3mm以下の累積比率より大きくなるように、前記高イナート含有炭に区分される銘柄の原料炭を粉砕し;(C4)粉砕後の前記銘柄1から前記銘柄nまでの全ての銘柄jの原料炭に対し、前記サイズ区分1から前記サイズ区分mまでの全てのサイズ区分iのイナート組織の含有量Iai,j(vol.%)を測定し;(D)DI150 −6(target)がコークス強度の目標値(−)、DI150 −6(ref)が前記銘柄1から前記銘柄nまでの全ての銘柄jについて粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%になるように原料炭の粒度を調整して配合した配合炭のコークス強度、Xが配合炭を構成する銘柄jの原料炭の配合割合である場合に、DI150 −6(target)−DI150 −6(ref)=Σj=1〜n{Σi=1〜m×(Ibi,j−Iai,j)}×Xを満足するように前記粉砕後の前記銘柄1から前記銘柄nまでの全ての銘柄jの原料炭を配合する;ことを特徴とする高炉用コークスの製造方法。
(2)複数銘柄の原料炭を銘柄毎に粉砕し、配合した配合炭をコークス炉に装入する高炉用コークスの製造方法であって、(A)(A1)最大長さ0.6mm以上のイナート組織を、最大長さに応じてサイズ区分1からサイズ区分mまでのサイズ区分数mのサイズ区分に区分し;(A2)前記サイズ区分1から前記サイズ区分mまでの全てのサイズ区分i(=1〜m[自然数])に対し、前記配合炭の石炭軟化時の比容積Svと石炭装入時の嵩密度Bdとによって求められる前記配合炭の石炭軟化時の空隙充填度Sv×Bdで前記サイズ区分iのイナート組織を含有する石炭を乾留して得たコークスのコークス表面破壊粉率DI150 −6及びコークス体積破壊粉率DI150 6−15に基づいて、サイズ区分iのイナート組織がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響度Ai(−/vol.%)及びサイズ区分iのイナート組織がコークス体積破壊粉率DI150 6−15へ与える影響度Bi(−/vol.%)を予め定め;(B)(B1)粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%となるように粒度を調整した銘柄1から銘柄nまでの全ての銘柄j(=1〜n[自然数])の原料炭について、1.5mm以上の最大長さを有する粗大イナート組織の含有量(vol.%)、及び、前記サイズ区分1から前記サイズ区分mまでの全てのサイズ区分iのイナート組織の含有量Ibi,j(vol.%)を測定し;(B2)前記粗大イナート組織の含有量(vol.%)の測定値に基づいて、前記粗大イナート組織の含有量の境界値を5〜7vol.%の範囲内で定め;(C)(C1)前記粗大イナート組織の含有量が前記境界値以上である高イナート含有炭と、前記粗大イナート組織の含有量が前記境界値未満である低イナート含有炭との2種類に前記銘柄1から前記銘柄nまでの全ての銘柄jの原料炭を区分し;(C2)粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%になるように、前記低イナート含有炭に区分される銘柄の原料炭を粉砕し;(C3)粒径3mm以下の累積比率が前記低イナート含有炭の粒径3mm以下の累積比率より大きくなるように、前記高イナート含有炭に区分される銘柄の原料炭を粉砕し;(C4)粉砕後の前記銘柄1から前記銘柄nまでの全ての銘柄jの原料炭に対し、前記サイズ区分1から前記サイズ区分mまでの全てのサイズ区分iのイナート組織の含有量Iai,j(vol.%)を測定し;(D)DI150 15(target)がコークス強度の目標値(−)、DI150 15(ref)が前記銘柄1から前記銘柄nまでの全ての銘柄jについて粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%になるように原料炭の粒度を調整して配合した配合炭のコークス強度、Xが配合炭を構成する銘柄jの原料炭の配合割合である場合に、DI150 15(target)−DI150 15(ref)=Σj=1〜n{Σi=1〜m×(Ibi,j−Iai,j)+Σi=1〜m×(Ibi,j−Iai,j)}×Xを満足するように前記粉砕後の前記銘柄1から前記銘柄nまでの全ての銘柄jの原料炭を配合する;ことを特徴とする高炉用コークスの製造方法。
(3)上記(1)または(2)に記載の高炉用コークスの製造方法では、最大長さ3mm以下のイナート組織を2つ以上のサイズ区分に区分してもよい。
(4)上記(1)または(2)に記載の高炉用コークスの製造方法では、最大長さ3mm以上のイナート組織を2つ以上のサイズ区分に区分してもよい。
(5)上記(1)または(2)に記載の高炉用コークスの製造方法では、前記サイズ区分は、サイズ区分数mを5として、0.6mm以上1.5mm未満のサイズ区分1(i=1)、1.5mm以上3mm未満のサイズ区分2(i=2)、3mm以上5mm未満のサイズ区分3(i=3)、5mm以上10mm未満のサイズ区分4(i=4)、及び、10mm以上のサイズ区分5(i=5)となるように区分してもよい。
本発明によれば、コークス強度の低下をもたらす、最大長さ0.6mm以上のイナート組織を最大長さで区分し、イナート組織のサイズ毎のコークス強度への影響度を予め定め、この影響度の違いを考慮して、効果的に石炭を粉砕かつ配合することにより、粒径0.3mm以下の微粉炭の増加及び配合炭の嵩密度の低下を招かずに、極めて高い強度を有するコークスを製造することができる。
また、本発明によれば、安価で低品位の非微粘結炭の使用比率を高めても、複数銘柄の原料炭を、1.5mm以上の粗大イナート組織の含有量でグループ化し、イナート組織のサイズがコークス強度へ与える影響度を考慮して粉砕かつ配合し、コークス炉内の空隙充填度が高い状態で配合炭を乾留するので、高強度かつ均質なコークスを製造することができる。
石炭軟化時の空隙充填度Sv×Bdとコークス強度DI150 15との関係を示す図である。 コークス中に存在するイナート組織とその周辺の組織とを示す図である。 サイズ区分が異なるイナート組織を含有する配合炭(No.1〜No.7)中のイナート組織のサイズ分布を示す図である。 石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)が、1.05の条件でサイズ区分が異なるイナート組織を含む石炭を乾留して得られたコークスのコークス表面破壊粉率DI150 −6を示す図である。 石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)が、1.16の条件でサイズ区分が異なるイナート組織を含む石炭を乾留して得られたコークスのコークス表面破壊粉率DI150 −6を示す図である。 石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)が、1.29の条件でサイズ区分が異なるイナート組織を含む石炭を乾留して得られたコークスのコークス表面破壊粉率DI150 −6を示す図である。 石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)が、1.05の条件で、サイズ区分が異なるイナート組織を含む石炭を乾留して得られたコークスのコークス体積破壊粉率DI150 6−15を示す図である。 石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)が、1.16の条件でサイズ区分が異なるイナート組織を含む石炭を乾留して得られたコークスのコークス体積破壊粉率DI150 6−15を示す図である。 石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)が、1.29の条件でサイズ区分が異なるイナート組織を含む石炭を乾留して得られたコークスのコークス体積破壊粉率DI150 6−15を示す図である。 石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)が、1.05の条件で乾留して得たコークスについて、サイズ区分iのイナート組織がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響度A、及び、サイズ区分iのイナート組織がコークス体積破壊粉率DI150 6−15へ与える影響度Bを示す図である。 石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)が、1.16の条件で乾留して得たコークスについて、サイズ区分iのイナート組織がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響度A、及び、サイズ区分iのイナート組織がコークス体積破壊粉率DI150 6−15へ与える影響度Bを示す図である。 石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)が、1.29の条件で乾留して得たコークスについて、サイズ区分iのイナート組織がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響度A、及び、サイズ区分iのイナート組織がコークス体積破壊粉率DI150 6−15へ与える影響度Bを示す図である。 高イナート含有炭(A炭)の粒径3mm以下の累積比率と、各サイズ以上のイナート組織の累積体積比率との関係を示す図である。 低イナート含有炭(B炭)の粒径3mm以下の累積比率と、各サイズ以上のイナート組織の累積体積比率との関係を示す図である。
一般に、コ−クス強度は、コークスの基質におけるヤング率等の物性とコークス中の欠陥とによって支配される。しかし、通常の高炉用コークスの製造プロセスで使用される原料炭の銘柄や、それらの配合比率、及び、通常の乾留温度の条件では、生成するコークスの基質におけるヤング率等の物性は、大きく変化しない。そのため、コークス強度は、コ−クス中の欠陥により支配されると考えられている。
コークス強度を支配するコークス中の欠陥は、構造上、主として、石炭の軟化膨張時に生じる石炭粒子間の接着不良及び粗大気孔と、石炭の再固化後の収縮時に生じるクラックとの2種類に大きく分けられる。
通常のコークス製造用の原料炭は、コークス炉内で、400℃前後の温度で軟化及び膨張を開始し、500℃前後の温度で再固化し、コークス化する。
石炭の軟化及び膨張時に、軟化溶融した石炭が、石炭粒子間の空隙に入り込み、石炭粒子同士が、十分に接着するためには、石炭装入時の嵩密度と石炭の粘結性(流動性及び膨張性を表す指標)との関係を最適化する必要がある。
つまり、石炭装入時の空隙率(嵩密度の逆数)に対して、石炭の粘結性が低い場合には、石炭の軟化及び膨張時に軟化溶融した石炭が、石炭粒子間の空隙を十分に埋めることができない。そのため、石炭粒子は、拘束されずに自由膨張し、石炭粒子同士は、十分接触しないまま再固化して、コ−クス化するので、コークス強度が低下する。
また、石炭の軟化及び膨張時に、石炭粒子内において揮発分に起因して発生した気泡は、系外に(石炭粒子内から)抜けずに成長する。この過程で、石炭粒子が、拘束されずに自由膨張すると、気泡の成長によって石炭粒子の表層壁が徐々に薄くなり、さらには、石炭粒子内の気泡が、表層壁を破壊して破裂する。気泡が石炭粒子内で成長することにより、又は、気泡が破裂して気泡同士が連結することにより形成された大きな気孔は、破壊の起点としてコークス強度を低下させる原因となる。
上記の石炭粒子間の接着と粗大気孔の生成とは、石炭の軟化時の比容積Svと石炭装入時の嵩密度Bdとにより求められる石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)に支配される。
図1に、石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)とコークス強度DI150 15との関係の一例を示す。図1から、空隙充填度(Sv×Bd)を1.0以上の適正な値にすることで、石炭粒子間の接着不良及び粗大気孔の生成が抑制されて、コークス強度が向上することが解る。
なお、石炭の軟化時の比容積Svは、JIS M 8801のディラトメーターによる膨張性試験装置を用いて測定される石炭の最大膨張時の体積から求めることができる。
一方、石炭の再固化後の収縮時に生じるクラックは、石炭粒子の収縮率が相互に異なるため発生する。石炭中に存在するイナート組織は、石炭の加熱により軟化溶融するビトリニット組織及びエグジニット組織に比べ、揮発分が少なく、石炭の軟化及び膨張時に殆ど膨張せず、再固化後に殆ど収縮しない。
そのため、石炭の再固化後の収縮の際に、イナート組織の収縮率と、ビトリニット組織やエグジニット組織などの軟化溶融組織の収縮率との差により、イナート組織の界面に応力が発生し、イナート組織の内部又は周辺にクラックが発生すると考えられる。
図2に、コークス中に存在するイナート組織及びその周辺の組織の一例を示す。イナート組織は、加熱により軟化溶融せずに、コークス中に残存する。そのため、図2に示すようなコークス、又は、石炭の断面組織を顕微鏡で観察することにより、イナート組織のサイズを測定することができる。なお、本発明では、石炭中のイナート組織のサイズは、最大長さ(mm)を意味する。
例えば、図2中のイナート組織のサイズ(最大長さ)は、約2mmであるが、通常、イナート組織は、石炭中において、0.1μm〜10mmの幅広いサイズ(最大長さ)範囲で存在する。
本発明者らの検討の結果、コークス強度を大きく低下させるコークス中のクラックは、mmオーダー(1.0mm以上)のサイズ(最大長さ)の粗大なイナート組織の内部又は周辺に生成するmmオーダー(1.0mm以上)のサイズ(最大長さ)の大きなクラックであることが確認されている。例えば、図2では、イナート組織の周辺に、クラックが生成している。
つまり、グリフィスの破壊条件式(例えば、「J.F.Knott(宮本博訳)、「破壊力学の基礎」、p.107」[培風館(1977)発行]、参照)によれば、大きなクラックは、小さなクラックよりも低い応力で進展及び拡大する。そのため、粗大イナート組織の内部又は周辺に生成したmmオーダーの大きなクラックは、コークスが衝撃を受けた時、脆性破壊の起点(欠陥)として作用する。
それ故、mmオーダー(1.0mm以上)の大きなクラックを多数含むコークスは、著しく強度が低く、容易に粉化してしまう。
以上の知見を踏まえ、特許文献3では、コークス強度を高めるための配合炭の粒度調整方法として、配合炭を構成する石炭中の最大長さ1.5mm以上の粗大イナート組織の累積体積比率と粉砕粒度との関係に基づいて、石炭を粉砕している。
特許文献3に開示されている配合炭の粒度調整方法によれば、強度低下の原因となる低品位の非微粘結炭を多量に使用しても、コークス強度DI150 15が86〜87程度のコークスを定常的に製造することができる。
しかし、上記方法で、86.5以上の高いコークス強度DI150 15を達成しようとする場合、上記粗大イナート組織の累積体積比率を低減するため、粉砕機の粉砕強度を高める必要がある。しかしながら、粉砕強度を高めると、粒径0.3mm以下の微粉炭が増加し、コークス炉内の配合炭の嵩密度も低下するため、目標とする86.5以上のコークス強度DI150 15を達成できない場合がある。
また、粒径0.3mm以下の微粉炭の増加は、石炭の搬送過程及びコークス炉装入時における発塵の問題や、コークス炉内におけるカーボンの付着によるコークス押出し負荷の増大や、タール品質の低下などをももたらすので、好ましくない。
そこで、本発明者らは、粒径0.3mm以下の微粉炭の増加及び配合炭の嵩密度の低下を招かずに、極めて高い強度を有するコークスを製造するために、粗大イナート組織を最大長さで区分し、イナート組織のサイズ毎のコークス強度への影響度を予め定め、この影響度の違いを考慮して、効果的な粉砕及び配合方法を、さらに検討した。
具体的には、下記に説明するように、配合炭の石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)が異なる条件に対して、サイズ区分が異なるイナート組織を含有する配合炭を調製した。これらの配合炭を乾留した後、コークス強度DI150 15を測定し、イナート組織のサイズ区分がコークスの強度DI150 15に与える影響について検討した。
No.1:0.1mm以上0.3mm未満、No.2:0.3mm以上0.6mm未満、No.3:0.6mm以上1.5mm未満、No.4:1.5mm以上3.0mm、No.5:3.0mm以上5.0mm未満、No.6:5.0mm以上10.0mm未満、及び、No.7:10mm以上15mm未満の7区分の粒度フラクションのイナート組織を篩い分けによって調整した。これらのサイズの異なるイナート組織を、それぞれ、単銘柄の石炭(イナート組織を殆ど含有しない銘柄の石炭)に10%配合した配合炭を用意した。配合炭の石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)が、1.05、1.16、及び、1.29の3条件で、これらの7種類(No.1〜7のイナート組織のサイズ区分に対応)の配合炭を乾留炉で乾留しコークスを製造した。
また、以下の方法により、石炭中のイナート組織のサイズ(最大長さ)、及び、サイズ区分毎のイナート組織の体積率を測定した。
石炭中のイナート組織のサイズ(最大長さ)、及び、サイズ区分毎のイナート組織の体積率は、例えば、特開2004−339503号公報に記載の方法により測定することができる。
つまり、得られたコークスの切断面に樹脂を埋め込み、その切断面を顕微鏡で写真撮影した後、写真中のイナート組織にマーキングを施す。画像解析ソフトを用いて、この写真から、イナート組織のサイズ(最大長さ)と、その面積率(面積%)とを測定する。これらの測定値から、イナート組織のサイズ区分毎に、イナート組織の体積率(vol.%)を求めることができる。
図3に、7種類の配合炭(No.1〜7)中に存在するイナート組織のサイズ分布を示す。なお、図3の横軸に示すイナート組織のサイズは、上記方法で測定されたイナート組織の最大長さ(mm)である。縦軸には、サイズ区分毎に測定されたイナート組織の体積率(vol.%)を示す。
図4A〜Cに、上記7種類の配合炭(No.1〜7)の石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)が、1.05、1.16、及び、1.29の3条件にて、配合炭(No.1〜7)を乾留して得られたコークスのコークス表面破壊粉率DI150 −6を示す。同様に、図5A〜Cに、得られたコークスのコークス体積破壊粉率DI150 6−15を示す。
なお、図1に示すように、Sv×Bdが1.0未満の場合には、コークス強度DI150 15が低下し、本発明において目標とするコークス強度(86.5以上のコークス強度DI150 15)を達成できない。そのため、石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)の条件を1.0以上とした。
ここで、コークス表面破壊粉率DI150 −6は、JIS K 2151で規定されたドラム試験機による150回転試験後の6mm篩下の割合(粉率)(−)を示し、コークス体積破壊粉率DI150 6−15は、JIS K 2151で規定されたドラム試験機による150回転試験後の6mm篩上、かつ、15mm篩下の割合(粉率)(−)を示す。
通常のコークス強度の管理指標として用いられるコークス強度DI150 15と、コークス表面破壊粉率DI150 −6と、コークス体積破壊粉率DI150 6−15との関係は、下記(2)式で表すことができる。
DI150 15=100−(DI150 −6+DI150 6−15)・・・(2)
コークス表面破壊粉率DI150 −6は、破壊単位が小さいので、石炭粒子間の局所的な接着不良部、微小サイズの気孔、及び、イナート組織に起因した微小欠陥により生じた粉体の粉率となる。また、コークス体積破壊粉率DI150 6−15は、DI150 −6に比べて破壊単位が大きいので、連結気孔等の粗大サイズの気孔及び粗大サイズのイナート組織に起因する粗大欠陥により生じた粉体の粉率となる。
図4Aより、配合炭の石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)が1.05のとき、配合炭中に存在するイナート組織のサイズ(最大長さ)が0.6mm未満の場合(篩い分けによるイナート組織のサイズが、0.6mm未満のNo.1〜2の配合炭)には、コークス表面破壊粉率DI150 −6は、約13.0と低い。また、この場合には、配合炭中に存在するイナート組織のサイズ(最大長さ)がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響は小さい。
さらに、配合炭中に存在するイナート組織のサイズが、0.6mm以上、5.0mm未満の場合(篩い分けによるイナート組織のサイズが、0.6mm以上5.0mm未満のNo.3〜5の配合炭)には、イナート組織のサイズの増加とともに、コークス表面破壊粉率DI150 −6が増加する。
加えて、配合炭中に存在するイナート組織のサイズが、5mm以上になると(篩い分けによるイナート組織のサイズが、5.0mm以上15mm未満のNo.6〜7の配合炭)、コークス表面破壊粉率DI150 −6は、約16.2(−)と一定になる。
図4Bより、配合炭の石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)が1.16のとき、配合炭中に存在するイナート組織のサイズ(最大長さ)が1.5mm未満の場合(篩い分けによるイナート組織のサイズが、1.5mm未満のNo.1〜3の配合炭)には、コークス表面破壊粉率DI150 −6は、約12.2と低い。また、この場合には、配合炭中に存在するイナート組織のサイズ(最大長さ)がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響は小さいと推定される。
さらに、配合炭中に存在するイナート組織のサイズが、1.5mm以上、10mm未満の場合(篩い分けによるイナート組織のサイズが、1.5mm以上10mm未満のNo.4〜6の配合炭)には、イナート組織の長さサイズの増加とともに、コークス表面破壊粉率DI150 −6が増加する。
加えて、配合炭中に存在するイナート組織のサイズが、10mm以上になると(篩い分けによるイナート組織のサイズが、10mm以上15mm未満のNo.7の配合炭)、コークス表面破壊粉率DI150 −6は、約14.2(−)と一定になる。
図4Cより、配合炭の石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)が1.29のとき、配合炭中に存在するイナート組織のサイズ(最大長さ)が3.0mm未満の場合(篩い分けによるイナート組織のサイズが、3.0mm未満のNo.1〜4の配合炭)には、コークス表面破壊粉率DI150 −6は、約11.7と低い。また、この場合には、配合炭中に存在するイナート組織のサイズ(最大長さ)がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響は小さいと推定される。
さらに、配合炭中に存在するイナート組織のサイズが、3mm以上になると(篩い分けによるイナート組織のサイズが、3.0mm以上15mm未満のNo.5〜7の配合炭)、イナート組織のサイズの増加とともに、コークス表面破壊粉率DI150 −6が増加する。
なお、本発明者らの他の実験結果から、配合炭中に存在するイナート組織のサイズが15mm以上の場合には、コークス表面破壊粉率DI150 −6は、約13.2であった。すなわち、この場合にも、コークス表面破壊粉率DI150 −6は、No.7の配合炭を用いた場合とほぼ同じであり、配合炭中に存在するイナート組織のサイズが10mm以上になると、一定になることが確認された。
以上、図4A〜Cより、配合炭の石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)の上昇に伴い、コークス表面破壊粉率DI150 −6に影響を及ぼすイナート組織のサイズ(最大長さ)が、粗粒側にシフトする。また、配合炭の石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)が高い場合には、配合炭の石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)が低い場合に比べて、イナート組織のサイズに対するコークス表面破壊粉率DI150 −6の増加率が少ないことが解る。
この理由は、以下のように考えられる。
コークスが破壊する場合のイナート組織周辺で発生するクラック(亀裂)のサイズは、イナート組織のサイズに比例する。コークスのような脆性体の強度に関して、長さ2cのクラックが存在する場合の平面引張応力状態における破壊靭性値Kは、下記(3)式(グリフィスの破壊条件式)によって表される。
K=σ√(πc)・・・(3)
K〔Pa・m1/2〕は、破壊靭性値、σ〔Pa〕は、引張応力、c〔m〕は、クラック半長(クラックサイズ)である。
上記(3)式によって、クラックが進展を開始するクラックサイズcの臨界値を予測することができる。すなわち、右辺のσ√(πc)が、左辺のKの値に達したとき、クラックは進展する。
石炭粒子間の接着性が向上するため、配合炭の石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)の上昇に伴い、上記(3)式の左辺におけるイナート組織周囲の基質部の破壊靱性値Kが上昇すると考えられる。
このため、上記(3)式の右辺におけるクラックが進展を開始するクラックサイズcの値が大きくなる。したがって、配合炭の石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)が大きい場合には、大きなサイズのイナート組織から発生したクラックであってもクラックが進展し難くなると考えられる。
これらの知見から、コークス表面破壊粉率DI150 −6は、0.6mm以上のサイズ(最大長さ)のイナート組織に影響を受け、イナート組織のサイズ区分によって変化する。そのため、0.6mm以上のイナート組織に対して、イナート組織のサイズ区分毎にコークス表面破壊粉率DI150 −6への影響度A(−/vol.%)を定める。図4A〜Cに示す条件では、イナート組織のサイズ区分を、0.6mm以上15mm未満の間で、5つのサイズ区分(例えば、0.6mm以上1.5mm未満、1.5mm以上3mm未満、3mm以上5mm未満、5mm以上10mm未満、10mm以上)に分け、イナート組織のサイズ区分毎に影響度Aを定める必要がある。
上記では、0.6mm以上のイナート組織を、5つのサイズ区分に区分したが、サイズ区分は、5つに限る必要はない。イナート組織の最大長さに応じて、イナート組織のサイズ区分の間隔を適宜定め、適宜の数(i=1〜m[自然数])のサイズ区分数mに区分すればよい。すなわち、最大長さ0.6mm以上のイナート組織を、最大長さに応じてサイズ区分1からサイズ区分mまでのサイズ区分数mのサイズ区分に区分すればよい。
一方、コークス体積破壊粉率DI150 6−15は、図5A〜Cに示されるように、配合炭の石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)がいずれの条件においても、配合炭中に存在するイナート組織のサイズ(最大長さ)が、5.0mm未満の場合(篩い分けによるイナート組織のサイズが、5.0mm未満のNo.1〜5の配合炭)には、約1.3(−)と低い。また、この場合には、配合炭中に存在するイナート組織のサイズ(最大長さ)がコークス体積破壊粉率DI150 6−15へ与える影響は小さい。
さらに、配合炭中に存在するイナート組織のサイズが、5mm以上の場合(篩い分けによるイナート組織のサイズが、5.0mm以上のNo.6〜7の配合炭)には、イナート組織のサイズの増加とともに、コークス体積破壊粉率DI150 6−15が増加する。
なお、本発明者らの他の実験結果から、配合炭中に存在するイナート組織のサイズが15mm以上の場合には、コークス体積破壊粉率DI150 6−15は、約2.2であった。すなわち、この場合にも、コークス体積破壊粉率DI150 6−15は、No.7の配合炭を用いた場合とほぼ同じであり、配合炭中に存在するイナート組織のサイズが10mm以上になると、一定になることが確認された。
図5A〜Cに示すように、イナート組織のサイズに対するコークス体積破壊粉率DI150 6−15の増加率は、石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)によって変化しない。この理由は、コークス体積破壊粉率DI150 6−15に影響を及ぼすサイズの大きなクラック(亀裂)は、イナート組織周囲の基質部の破壊靱性値Kの値にかかわらず、進展するためである。
これらの知見から、コークス体積破壊粉率DI150 6−15は、5.0mm以上のサイズ(最大長さ)のイナート組織に影響を受け、イナート組織のサイズ区分によって変化する。そのため、Aと同様に、0.6mm以上のイナート組織に対して、イナート組織のサイズ区分毎にコークス体積破壊粉率DI150 6−15への影響度B(−/vol.%)を定める。図5A〜Cに示す条件では、例えば、影響度Bが小さくなる0.6mm以上5mm未満のイナート組織には、少なくとも1つのサイズ区分(例えば、0.6mm以上5mm未満)を設定し、影響度Bが大きくなる5mm以上では、少なくとも2つのサイズ区分(例えば、5mm以上10mm未満、10mm以上)を設定する。この場合、イナート組織のサイズ区分を合計で3つのサイズ区分に分け、サイズ区分毎に影響度Bを定める必要がある。
なお、影響度Aを定める場合と同様に、イナート組織の最大長さに応じて、イナート組織のサイズ区分の間隔を適宜定め、適宜の数(i=1〜m[自然数])のサイズ区分数mに区分すればよい。すなわち、最大長さ0.6mm以上のイナート組織を、最大長さに応じてサイズ区分1からサイズ区分mまでのサイズ区分数mのサイズ区分に区分すればよい。
図4A〜C及び図5A〜Cの結果を踏まえ、図6A〜Cに、サイズ区分iのイナート組織がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響度A(−/vol.%)、及び、サイズ区分iのイナート組織がコークス体積破壊粉率DI150 6−15へ与える影響度B(−/vol.%)を定めた例を示す。図6A〜Cにおける配合炭の石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)は、それぞれ、1.05、1.16、及び、1.29である。また、図6A〜Cでは、石炭中に存在する0.6mm以上の粗大イナート組織を0.6mm以上1.5mm未満のサイズ区分1(i=1)、1.5mm以上3mm未満のサイズ区分2(i=2)、3mm以上5mm未満のサイズ区分3(i=3)、5mm以上10mm未満のサイズ区分4(i=4)、及び、10mm以上のサイズ区分5(i=5)に区分している。これらの5つのサイズ区分i毎に、コークス表面破壊粉率DI150 −6、及び、コークス体積破壊粉率DI150 6−15を測定し、サイズ区分iのイナート組織がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響度A(−/vol.%)、及び、サイズ区分iのイナート組織がコークス体積破壊粉率DI150 6−15へ与える影響度B(−/vol.%)を定めている。
本発明において、サイズ区分iのイナート組織がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響度A(−/vol.%)、及び、サイズ区分iのイナート組織がコークス体積破壊粉率DI150 6−15へ与える影響度B(−/vol.%)は、サイズ区分iに存在するイナート組織の体積率1%当りの値である。これらの影響度A及びBは、配合炭の石炭軟化時の比容積Svと石炭装入時の嵩密度Bdとによって求められる石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)の条件によって変化する。そのため、サイズ区分1からサイズ区分mまでの全てのサイズ区分i(i=1〜m[自然数])に対し、配合炭の石炭軟化時の比容積Svと石炭装入時の嵩密度Bdとによって求められる配合炭の石炭軟化時の空隙充填度Sv×Bdで前記サイズ区分iのイナート組織を含有する石炭を乾留して得たコークスのコークス表面破壊粉率DI150 −6に基づいて、サイズ区分iのイナート組織がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響度Ai(−/vol.%)を予め定めておく。
具体的に、サイズ区分i(=1〜m)のイナート組織がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響度Ai(−/vol.%)、及び、サイズ区分i(=1〜m)のイナート組織がコークス体積破壊粉率DI150 6−15へ与える影響度B(−/vol.%)は、下記(4)及び(5)式に示すような最小二乗法による回帰分析により、求めることができる。
DI150 −6−DI150 −6(ref)=Σi=1〜m×Ibi,j・・・(4)
DI150 6−15−DI150 6−15(ref)=Σi=1〜m×Ibi,j・・・(5)
ここで、Ibi,jは、サイズ区分i(=1〜m)のイナート組織の含有量(vol.%)である。
jは、配合炭を構成する原料炭の銘柄である。DI150 −6、及び、DI150 6−15は、それぞれ、コークス表面破壊強度、及び、コークス体積破壊強度である。上記(4)及び(5)式中のDI150 −6、及び、DI150 6−15には、いずれもサイズ区分i(=1〜m)を満たすように0.6mm以上のイナート組織を粉砕して配合した配合炭を用いて製造したコークスの破壊強度を測定して得られた値を用いる。
DI150 −6(ref)、及び、DI150 6−15(ref)は、それぞれ、粗大イナート組織の影響がない場合のコークス表面破壊強度、及び、粗大イナート組織の影響がない場合のコークス体積破壊強度である。上記(4)及び(5)式中のDI150 −6(ref)、及び、DI150 6−15(ref)には、いずれも粗大イナート組織がコークス表面破壊強度及びコークス体積破壊強度に影響を与えないようにイナート組織のサイズ(最大長さ)が0.6mm未満となるように粉砕して配合した配合炭を用いて製造したコークスの破壊強度を測定して得られた値を用いる。
サイズ区分数mが5の場合(m=5)は、下記(4')及び(5')式に示すような最小二乗法による回帰分析により、求めることができる。
DI150 −6−DI150 −6(ref)=Σi=1〜5×Ibi,j・・・(4')
DI150 6−15−DI150 6−15(ref)=Σi=1〜5×Ibi,j・・・(5')
ここで、Ibi,jは、例えば、0.6mm以上1.5mm未満のサイズ区分1(i=1)、1.5mm以上3mm未満のサイズ区分2(i=2)、3mm以上5mm未満のサイズ区分3(i=3)、5mm以上10mm未満のサイズ区分4(i=4)、及び、10mm以上のサイズ区分5(i=5)のようなサイズ区分i(=1〜5)のイナート組織の含有量(vol.%)である。
例えば、サイズ区分数mが5かつ石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)が1.16の場合、DI150 −6(ref)、及び、DI150 6−15(ref)は、図4B、及び、図5Bに示すように、それぞれ、12.2(No.1〜3の配合炭のDI150 −6)、及び、1.3(No.1〜4の配合炭のDI150 6−15)となる。
なお、サイズ区分iのイナート組織がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響度A(−/vol.%)、及び、サイズ区分iのイナート組織がコークス体積破壊粉率DI150 6−15へ与える影響度B(−/vol.%)は、それぞれ、サイズ区分iのイナート組織の含有量Ibi,j(vol.%)との間に加成性が成立することが確認されている。
また、影響度A(−/vol.%)及び影響度B(−/vol.%)は、石炭の銘柄j(=1〜n[自然数])の違いにより受ける影響は小さく、石炭の銘柄jによらず一定であることが確認されている。
したがって、銘柄jの原料炭の粉砕粒度変化に伴うコークス表面破壊粉率DI150 −6の変化量ΔDI150 −6、及び、コークス体積破壊粉率DI150 6−15の変化量ΔDI150 6−15は、銘柄jの原料炭の粉砕粒度変化に伴うサイズ区分iのイナート組織の含有量変化ΔIbi,j(vol.%)の測定値、サイズ区分iのイナート組織がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響度A(−/vol.%)、及び、サイズ区分iのイナート組織がコークス体積破壊粉率DI150 6−15へ与える影響度B(−/vol.%)を基にして、下記(6)及び(7)式により求めることができる。
ΔDI150 −6(−)=Σi=1〜m×ΔIbi,j・・・(6)
ΔDI150 6−15(−)=Σi=1〜m×ΔIbi,j・・・(7)
さらに、上記(2)式を用いて、銘柄j(=1〜n)の原料炭を所定条件で粉砕した時のコークス強度変化量ΔDI150 15は、下記(8)式で示すことができる。
ΔDI150 15(−)=Σi=1〜m×ΔIbi,j+Σi=1〜m×ΔIbi,j・・・(8)
上記(8)式は、銘柄j(=1〜n)の原料炭の粉砕粒度を変化させたときの、コークス強度DI150 15の変化を示している。そのため、上記(8)式は、影響度Ai、及び/又は、影響度Bが大きいサイズ区分iに相当するイナート組織の含有量(vol.%)が少なくなるように原料炭を粉砕すれば、コークス強度DI150 15を効果的に高めることができることを示唆している。
本発明の基本的な技術思想は、以下の方法により、粒径0.3mm以下の微粉炭の増加及び配合炭の嵩密度の低下を招かずに、極めて高い強度を有するコークスを製造する。すなわち、複数銘柄の原料炭を銘柄毎に粉砕及び配合し、コークス強度DI150 15が所定値(目標値DI150 15(target))以上になるように配合炭を形成した後、該配合炭をコークス炉に装入し、乾留して高炉用コークスを製造する方法である。この方法において、配合炭の石炭軟化時の比容積Svと石炭装入時の嵩密度Bdとから求められる石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)の条件によって乾留したコークスについて、コークス強度の低下をもたらす0.6mm以上のイナート組織をサイズ(最大長さ)で区分する。そのサイズ区分毎のイナート組織がコークス強度へ与える影響度(影響度A及び影響度B)を考慮し、原料炭を効果的に粉砕する。
このために、本発明では、コークス強度DI150 15の基準値DI150 15(ref)は、全ての銘柄について粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%(通常のコークス操業での管理基準粒度)となるようにそれぞれの原料炭を粉砕して配合した配合炭のコークス強度(−)とする。なお、原料炭の粒径には、篩径を用いている。
また、原料炭中に存在する1.5mm以上の粗大イナート組織の含有量5〜7vol.%を境界値として、配合炭を構成する銘柄jの原料炭を上記粗大イナート組織の含有量が境界値以上である高イナート含有炭と、上記イナート組織の含有量が境界値未満である低イナート含有炭との2種類に区分する。さらに、粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%になるように、低イナート含有炭に区分される銘柄j'の原料炭を粉砕する。加えて、粒径3mm以下の累積比率が低イナート含有炭の粒径3mm以下の累積比率より大きくなるように、高イナート含有炭に区分される銘柄j”の原料炭を粉砕する。
基準値DI150 15(ref)を求める原料炭の粉砕条件について、配合炭を構成する銘柄jの原料炭の全てに対して、粒径3mm以下の累積比率が70%以上となるように決定した理由は、下記の通りである。
図7及び図8に、高イナート含有炭(A炭)、及び、低イナート含有炭(B炭)の粒径3mm以下の累積比率(mass%)と、各サイズ以上のイナート組織の累積体積比率(vol.%)との関係を示す。
図7及び図8に示されるように、3mm以下の累積比率が70%未満になると、高イナート含有炭(A炭)だけでなく、低イナート含有炭(B炭)においても、10mm以上及び5mm以上の非常に粗大なイナート組織の累積体積比率が、顕著に上昇する。
これらの粗大なイナート組織は、粒子界面からの割れを誘発して、コークスの破壊強度を著しく低下させる。そのため、コークス強度DI150 15の基準値DI150 15(ref)を求める原料炭の粉砕条件では、全ての銘柄の原料炭を粒径3mm以下の累積比率が70%以上になるように粉砕する。
基準値DI150 15(ref)を求める原料炭の粉砕条件について、配合炭を構成する銘柄jの原料炭の全てに対して、粒径3mm以下の累積比率が85%以下となるように決定した理由は、下記の通りである。
配合炭の粒度が小さ過ぎると、配合炭をコークス炉に装入した際の嵩密度が低下し、石炭粒子間の空隙が大きくなる。そのため、石炭の軟化及び膨張時に、石炭粒子間の接着が不十分となり、コークス強度が低下する。したがって、コークス強度DI150 15の基準値DI150 15(ref)を求める原料炭の粉砕条件では、全ての銘柄の原料炭を粒径3mm以下の累積比率が85%以下になるように粉砕する。
一方、高イナート含有炭と低イナート含有炭とを区分する境界値を、イナート組織の含有量について5〜7vol.%の範囲内に設定する理由は、下記の通りである。
この境界値を5vol.%未満のイナート組織の含有量で区分すると、イナート組織の含有量が比較的少ない銘柄の石炭も、強粉砕の対象となる。図8に示すように、イナート組織の含有量が少ない銘柄は、3mm以下の累積比率が、通常の粉砕粒度(3mm以下の累積比率について70〜85mass%)を超えるように強粉砕しても、イナート組織の累積体積比率の低下量は小さい。
したがって、石炭を強粉砕しても、コークス強度は、向上せず、粒径0.3mm以下の微粉炭の増加及び配合炭の嵩密度の低下のみを引き起こす。
また、境界値を7vol.%を超えるイナート組織の含有量で区分すると、イナート組織の含有量が比較的多い銘柄の石炭が強粉砕の対象にならない。したがって、原料炭中に、多くのイナート組織が残存することになるため、コークス強度を十分に高めることができない。なお、高イナート含有炭と低イナート含有炭とを適切に区分するために、1.5mm以上の最大長さを有する粗大イナート組織の含有量(vol.%)の測定値に基づいて、粗大イナート組織の含有量の境界値を5〜7vol.%の範囲内で適宜定めている。
高イナート含有炭に区分された銘柄j”の原料炭は、低イナート含有炭に比べて、粒径3mm以下の累積比率が多くなるように粉砕する。つまり、低イナート含有炭に比べ、高い粉砕力で高イナート含有炭を粉砕する。
この際、高イナート含有炭に区分された銘柄j”の原料炭に存在するサイズ区分iのイナート組織がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響度A、及び、サイズ区分iのイナート組織がコークス体積破壊粉率DI150 6−15へ与える影響度Bに基づいて、影響度が大きいサイズ区分iに相当するイナート組織の含有量(vol.%)が重点的に少なくなるように、原料炭を粉砕する。
このように、粗大イナート組織の含有量が境界値以上である高イナート含有炭と、粗大イナート組織の含有量が境界値未満である低イナート含有炭との2種類に配合炭を構成する銘柄1から銘柄n(自然数)までの全ての銘柄の原料炭を区分し、区分された原料炭の粉砕条件に応じて原料炭を粉砕する。この方法により、粒径0.3mm以下の微粉炭の増加及び配合炭の嵩密度の低下を招かずに、極めて高い強度を有するコークスを製造することが可能となる。
本発明では、高イナート含有炭と低イナート含有炭とに相当する銘柄jの原料炭を、それぞれの粉砕粒度になるように粉砕し、配合する際、下記(1x)式、又は、(1y)式を満足するように配合炭を構成する粉砕後の銘柄1から銘柄n(自然数)までの全ての銘柄jの原料炭を配合する。この点も、本発明の特徴である。
DI150 −6(target)−DI150 −6(ref)=Σj=1〜n{Σi=1〜m×(Ibi,j−Iai,j)}×X・・・(1x)
DI150 15(target)−DI150 15(ref)=Σj=1〜n{Σi=1〜m×(Ibi,j−Iai,j)+Σi=1〜m×(Ibi,j−Iai,j)}×X・・・(1y)
但し、
DI150 15(target)、DI150 −6(target):目標とするコークス強度(−)
DI150 15(ref)、DI150 −6(ref):全ての銘柄について粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%になるように原料炭の粒度を調整して配合した配合炭のコークス強度(−)
i(=1〜m[自然数]):イナート組織のサイズ区分(サイズ区分のサイズは、最大長さ(mm)で測定されている)
j(=1〜n[自然数]):配合炭を構成する原料炭の銘柄
:石炭軟化時の空隙充填度Sv×Bdで配合炭を乾留して得たコークスについてサイズ区分iのイナート組織がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響度(−/vol.%)
:石炭軟化時の空隙充填度Sv×Bdで配合炭を乾留して得たコークスについてサイズ区分iのイナート組織がコークス体積破壊粉率DI150 6−15へ与える影響度(−/vol.%)
Ibi,j:粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%となるように粒度を調整して測定した銘柄jの原料炭中におけるサイズ区分iのイナート組織の含有量(vol.%)
Iai,j:粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%となるように低イナート含有炭を粉砕し、粒径3mm以下の累積比率が低イナート含有炭の粒径3mm以下の累積比率より大きくなるように高イナート含有炭を粉砕した後の、銘柄jの原料炭中におけるサイズ区分iのイナート組織の含有量(vol.%)
:配合炭を構成する銘柄jの原料炭の配合割合(mass%)
なお、3mm以下のイナート組織は、含有量Ibi,jが多い。そのため、イナート組織の影響度Aが小さい場合であっても、3mm以下のイナート組織を2つ以上のサイズ区分に区分することが好ましい。また、3mm以上のイナート組織は、影響度A及び影響度Bが大きい。そのため、含有量Ibi,jが少ない場合であっても、3mm以上のイナート組織を2つ以上のサイズ区分に区分することが好ましい。
特に、効率面を考慮して、イナート組織のサイズ区分i(=1〜m[自然数])は、サイズ区分数mを5として、0.6mm以上1.5mm未満のサイズ区分1、1.5mm以上3mm未満のサイズ区分2、3mm以上5mm未満のサイズ区分3、5mm以上10mm未満のサイズ区分4、及び、10mm以上のサイズ区分5となるように区分することが好ましい。
まず、上記(1y)式について説明する。上記(1y)式は、上記(8)式を配合割合X(mass%)で配合する銘柄jの原料炭のコークス強度変化量を全ての銘柄について足し合わせて導出される。また、上記(1y)式は、コークス強度(DI150 15)をコークス強度の基準値(DI150 15(ref))からコークス強度の目標値(DI150 15(target))まで向上するための粉砕条件を決定する。すなわち、粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%となるように粒度を調整して測定した銘柄jの原料炭中におけるサイズ区分iのイナート組織の含有量Ibi,jに対して、粉砕後の銘柄jの原料炭中におけるサイズ区分iのイナート組織の含有量Iai,jを、どの程度変化させればよいかを決定する。
なお、含有量の基準値を設定するために、予め、粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%となるように粒度を調整した銘柄1から銘柄nまでの全ての銘柄j(=1〜n[自然数])の原料炭について、1.5mm以上の最大長さを有する粗大イナート組織の含有量(vol.%)、及び、前記サイズ区分1から前記サイズ区分mまでの全てのサイズ区分iのイナート組織の含有量Ibi,j(vol.%)を測定している。さらに、粉砕後の前記銘柄1から前記銘柄nまでの全ての銘柄jの原料炭に対し、前記サイズ区分1から前記サイズ区分mまでの全てのサイズ区分iのイナート組織の含有量Iai,j(vol.%)を測定している。
なお、銘柄jの原料炭が、それぞれ、所定の配合割合X(mass%)で配合された配合炭においては、上記(1y)式で示すように、銘柄jの原料炭のコークス強度DI150 15は、銘柄jの原料炭の配合割合Xとの間に加成性が成立することが知られている。
また、上記(1y)式において、コークス強度の目標値(DI150 15(target))は、コークス炉の生産性と高炉用コークスの品質との要求に応じて設定される。また、前述したように、コークス強度の基準値(DI150 15(ref))は、全ての銘柄について粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%となるようにそれぞれの原料炭を粉砕して配合した配合炭のコークス強度(−)とする。
本発明では、コークス強度の目標値(DI150 15(target))は、特に限定されない。本発明は、例えば、コークス強度の目標値(DI150 15(target))を、86以上、さらには、87以上とする場合において、イナート組織を含有する石炭の強粉砕に伴う粒径0.3mm以下の微粉炭の増加及び配合炭全体の嵩密度の低下を抑制して、安定的かつ効果的にコークス強度を高めることができる。
次に、上記(1x)式について説明する。図6に示すように、サイズ区分iのイナート組織がコークス体積破壊粉率DI150 6−15へ与える影響度B(−/vol.%))は、サイズ区分iのイナート組織がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響度A(−/vol.%)に比べ小さいことから、上記影響度B(−/vol.%))を、近似的に零にすることができる。
上記(1x)式は、影響度Bが小さいため、上記(1y)式において、Σi=1〜m×(Ibi,j−Iai,j)を0とした。また、コークスの体積破壊の影響を無視できるため、コークス強度の目標値及び基準値を、それぞれ、DI150 −6(target)、DI150 −6(ref)とした。
実機コ−クス炉をシミュレートすることができる試験用コ−クス炉を用いて、表1に示す2銘柄の石炭(A炭、B炭)を使用し、石炭の乾留試験、及び、コ−クスの評価試験を実施した。
石炭の嵩密度Bdは、ASTM D−291−86に記載されている方法で測定し、測定された嵩密度に調整して、石炭をコークス炉に装入した。
なお、石炭の全膨張率TD及び、石炭の軟化時の比容積Svは、JIS M 8801のディラトメーターによる膨張性試験装置によって測定した。なお、石炭の全膨張率TD(%)と、石炭軟化時の比容積Sv(cm/g)とは、ディラトメーターへの石炭装入量w(g)を用いて、下記(9)式の関係にある。
Sv=0.96π×(1+TD/100)/w・・・(9)
石炭の平均反射率Rは、JIS M8816の石炭の微細組織成分及び反射率測定方法に記載の方法で測定されるビトリニットの平均最大反射率の加重平均とした。
最大長さ1.5mm以上の粗大イナート組織の含有量(vol.%)TIは、以下の方法で測定した。すなわち、測定対象である石炭を乾留して得られたコークスの切断面に樹脂を埋め込み、その切断面を研磨した後、顕微鏡で写真撮影した。その切断面の写真中のイナート組織にマーキングを施し、画像解析ソフトを用いてイナート組織のサイズ(最大長さ)とその面積率(面積%)とを測定した。これらの測定値から、イナート組織のサイズ区分毎にイナート組織の体積率(vol.%)を求めた。これらの体積率(vol.%)から、最大長さで1.5mm以上の粗大イナート組織の累積比率(含有量)TIを計算した(例えば、特許文献3、参照)。
まず、表1に示すA炭及びB炭を、粒径3mm以下の累積比率が83mass%となるように粉砕した。また、0.6mm以上1.5mm未満のサイズ区分1、1.5mm以上3mm未満のサイズ区分2、3mm以上5mm未満のサイズ区分3、5mm以上10mm未満のサイズ区分4、10mm以上のサイズ区分5となるようにイナート組織をサイズ(最大長さ)によって区分した。これらのサイズ区分に属するイナート組織の含有量Ibi,j(vol.%)をA炭及びB炭のそれぞれに対して測定するとともに、最大長さ1.5mm以上の粗大イナート組織の含有量(vol.%)を計算した。その結果を、表2に示す。
次に、粒径3mm以下の累積比率が83mass%となるように粉砕された表2に示すA炭及びB炭を表3及び表5に示す配合率(A炭:B炭=50:50及びA炭:B炭=65:30)で配合した。さらに、表4及び表6に示すように、配合炭に水分を5%又は2%添加し、石炭の嵩密度Bdを0.75t/m又は0.83t/mに調整してコークス炉に装入し、乾留してコークスを製造した。
表4及び表6に示す配合炭の軟化時の比容積Svは、イナートファクターIF、表2に示すA炭及びB炭の軟化時の比容積Sv及びSv、及び、A炭及びB炭の配合率X(−)及びX(−)から、下記(10)式を用いて求めた。
ここで、イナートファクターIF(−)は、配合炭中に含まれる再固化温度が470℃未満の低石炭化度炭(表1中のB炭に相当)による配合炭の膨張性抑制効果指数である。この指標は、特開2005−194358公報に開示されているように低石炭化度炭の配合率X(−)を用いて、下記(11)式で定義される。
Sv=(Sv×IF)×X+Sv×X・・・(10)
IF=−0.004×X×100+1.00・・・(11)
なお、低石炭化度炭は、再固化温度が470℃未満の石炭であり、表1では、B炭に相当する。すなわち、本実施例および比較例では、上記(11)式において、イナートファクターIFは、低石炭化度炭の配合率XをB炭の配合率Xに置換することにより計算される。
配合炭を粉砕する際の指標とするために、サイズ区分iのイナート組織がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響度A(−/vol.%)、及び、サイズ区分iのイナート組織がコークス体積破壊粉率DI150 6−15へ与える影響度B(−/vol.%)は、表4及び表6に示す石炭軟化時の空隙充填度(Sv×Bd)の条件で乾留して得られたコークスのコークス表面破壊粉率DI150 −6、及び、コークス体積破壊粉率DI150 6−15に基づいて、予め、表7及び表8に示すように決定した。
例えば、表4の実施例1において、配合炭の軟化時の比容積Svは、1.40(cm/g)、配合炭の軟化時の空隙充填度Sv×Bdは、1.05(−)であった。また、コークス強度の基準値DI150 15(ref)は、85.8であった。
実施例1〜5では、コークス強度の目標値DI150 15を表3及び表4に示すように設定し、高イナート含有炭と低イナート含有炭とを区分するための最大長さ1.5mm以上の粗大イナート組織の含有量(vol.%)の境界値を6%に設定した。そのため、表2に示すように、最大長さ1.5mm以上の粗大イナート組織の含有量(vol.%)が6%より大きいA炭は、高イナート含有炭に区分される。同様に、最大長さ1.5mm以上の粗大イナート組織の含有量(vol.%)が6%より小さいB炭は、低イナート含有炭に区分される。
実施例1〜5では、表3及び表4に示すように、粒径3mm以下の粒子を73%、又は、70%含有するようにB炭を粉砕した。同様に、表3及び表4に示すように、粒度3mm以下の粒子を93%、又は、90%含有するようにA炭を粉砕した。さらに、サイズ区分1〜5のイナート組織がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響度A(−/vol.%)、及び、サイズ区分1〜5のイナート組織がコークス体積破壊粉率DI150 6−15へ与える影響度B(−/vol.%)に基づいて、前記(1y)式を満足するようにA炭とB炭とを配合した。
実施例1〜5では、本発明に従って配合炭を粉砕し、配合したので、発塵の原因となる0.3mm以下の微粉の含有量を配合炭中に増加させずに、また、コークス炉装入時の嵩密度も低下させることなく、86.5以上のコークス強度の目標値DI150 15(target)を達成することができた。
比較例1では、コークス強度の目標値DI150 15(target)を、実施例2と同様に86.5とし、粉砕により改善するコークス強度変化量ΔDI150 15を0.7と設定した。高イナート含有炭と低イナート含有炭とを区分するための最大長さ1.5mm以上の粗大イナート組織の含有量(vol.%)の境界値を3%に設定した。この境界値は、本発明の境界値(5〜7vol.%)よりも低い。
さらに、特許文献3の図2に開示されているように、最大長さ1.5mm以上の粗大イナート組織がDI150 15へ与える影響度を0.15(−/vol.%)と設定した。特許文献3に従い、目標とするコークス強度変化量ΔDI150 15を得るために、最大長さ1.5mm以上のイナート組織の含有量の基準値Z’(目標とする最大長さ1.5mm以上のイナート組織の含有量)を1.80(vol.%)とした。ΔDI150 15は、0.15×(6.44−1.80)=0.70と予想した(6.44は、表2に示すA炭のデータとB炭のデータとの加重平均)。実際には、粒度3mm以下の粒子を95mass%および90mass%含有するようにA炭及びB炭をそれぞれ粉砕し、かつ、最大長さ1.5mm以上の粗大イナート組織の含有量(vol.%)が、基準値の1.80%以下(配合炭は、1.74%、A炭は、1.56%、B炭は、1.93%)になるように粉砕した。
その結果、発塵の原因となる配合炭中の粒径0.3mm以下の微粉炭の含有量(vol.%)が30.0%に増加した。また、コークス装入時の嵩密度Bdは、0.70t/mに低下し、コークス強度DI150 15は、86.2であり、目標値DI150 15(target)の86.5に達しなかった。
比較例2では、特許文献1に開示されている石炭の分類方法を用いて、低イナート含有炭に相当するA炭(TI<35%)を粒度3mm以下の粒子が73mass%含まれるように粉砕し、非微粘炭に相当するB炭(R≦0.9%)を粒度3mm以下の粒子が93mass%含まれるように粉砕した。
その結果、コークス炉装入時の配合炭の嵩密度Bdは、実施例1及び2と同様に、0.75t/mとなり、発塵の原因となる配合炭中の粒径0.3mm以下の微粉炭の含有量の増加もなかった。しかしながら、コークス強度DI150 15は、85.8となり、実施例1及び2のコークス強度より低くなった。
比較例3では、コークス強度の目標値DI150 15(target)を、実施例3と同様に87.0とし、粉砕により改善するコークス強度変化量ΔDI150 15を0.5と設定した。高イナート含有炭と低イナート含有炭とを区分するための最大長さ1.5mm以上の粗大イナート組織の含有量(vol.%)の境界値を3%に設定した。この境界値は、本発明の境界値(5〜7vol.%)よりも低い。
さらに、特許文献3の図2に開示されているように、最大長さ1.5mm以上の粗大イナート組織がDI150 15へ与える影響度を0.15(−/vol.%)と設定した。特許文献3に従い、目標とするコークス強度変化量ΔDI150 15を得るために、最大長さ1.5mm以上のイナート組織の含有量の基準値Z’(目標とする最大長さ1.5mm以上のイナート組織の含有量)を3.10(vol.%)とした。ΔDI150 15は、0.15×(6.44−3.10)=0.50と予想した(6.44は、表2に示すA炭のデータとB炭のデータとの加重平均)。実際には、粒度3mm以下の粒子を94mass%および84mass%含有するようにA炭及びB炭をそれぞれ粉砕し、かつ、最大長さ1.5mm以上の粗大イナート組織の含有量(vol.%)が、基準値の3.10%以下(配合炭は、2.84%、A炭は、2.69%、B炭は、2.99%)になるように粉砕した。
その結果、比較例3では、実施例3に比較して、発塵の原因となる配合炭中の粒径0.3mm以下の微粉炭の含有量が増加し、コークス炉装入時の嵩密度Bdも低下した。そのため、コークス強度DI150 15は、目標値DI150 15(target)である87.0に達せず、実施例3のコークス強度より低下した。
比較例4では、特許文献1に開示されている石炭の分類方法を用いて、低イナート含有炭に相当するA炭(TI<35%)を粒度3mm以下の粒子が73mass%含まれるように粉砕し、非微粘炭に相当するB炭(R≦0.9%)を粒度3mm以下の粒子が93mass%含まれるように粉砕した。
その結果、コークス炉装入時の配合炭の嵩密度Bdは、実施例3と同様に、0.83t/mとなり、発塵の原因となる配合炭中の粒径0.3mm以下の微粉炭の含有量の増加もなかった。しかしながら、コークス強度DI150 15は、86.4となり、実施例3のコークス強度より低くなった。
比較例5では、コークス強度の目標値DI150 15(target)を、実施例4と同様に86.8とし、粉砕により改善するコークス強度変化量ΔDI150 15を0.3と設定した。
さらに、特許文献3の図2に開示されているように、最大長さ1.5mm以上の粗大イナート組織がDI150 15へ与える影響度を0.15(−/vol.%)と設定した。特許文献3に従い、目標とするコークス強度変化量ΔDI150 15を得るために、最大長さ1.5mm以上のイナート組織の含有量の基準値Z’(目標とする最大長さ1.5mm以上のイナート組織の含有量)を5.41(vol.%)とした。ΔDI150 15は、0.15×(7.41−5.41)=0.50と予想した(7.41は、表2に示すA炭のデータとB炭のデータとの加重平均)。実際には、粒度3mm以下の粒子を91mass%および83mass%含有するようにA炭及びB炭をそれぞれ粉砕し、かつ、最大長さ1.5mm以上の粗大イナート組織の含有量(vol.%)が、基準値の5.41%以下(配合炭は、5.31%、A炭は、6.45%、B炭は、3.20%)になるように粉砕した。
その結果、発塵の原因となる配合炭中の粒径0.3mm以下の微粉炭の含有量(vol.%)が26.0%に増加した。また、コークス装入時の嵩密度Bdは、0.73t/mに低下し、コークス強度DI150 15は、86.6であり、目標値DI150 15(target)の86.8より低くなった。
比較例6では、特許文献1に開示されている石炭の分類方法を用いて、低イナート含有炭に相当するA炭(TI<35%)を粒度3mm以下の粒子が78mass%含まれるように粉砕し、非微粘炭に相当するB炭(R≦0.9%)を粒度3mm以下の粒子が93mass%含まれるように粉砕した。
その結果、コークス炉装入時の配合炭は、実施例4と同様に、嵩密度Bdが0.75t/mとなり、発塵の原因となる配合炭中の粒径0.3mm以下の微粉炭の含有量も増加もなかった。しかしながら、コークス強度DI150 15は、86.5となり、実施例4のコークス強度より低くなった。
比較例7では、コークス強度の目標値DI150 15(target)を、実施例5と同様に87.2とし、粉砕により改善するコークス強度変化量ΔDI150 15を0.2と設定した。
さらに、特許文献3の図2に開示されているように、最大長さ1.5mm以上の粗大イナート組織がDI150 15へ与える影響度を0.15(−/vol.%)と設定した。特許文献3に従い、目標とするコークス強度変化量ΔDI150 15を得るために、最大長さ1.5mm以上のイナート組織の含有量の基準値Z’(目標とする最大長さ1.5mm以上のイナート組織の含有量)を6.07(vol.%)とした。ΔDI150 15は、0.15×(7.41−6.07)=0.20と予想した(7.41は、表2に示すA炭のデータとB炭のデータとの加重平均)。実際には、粒度3mm以下の粒子を90mass%および83mass%含有するようにA炭及びB炭をそれぞれ粉砕し、かつ、最大長さ1.5mm以上の粗大イナート組織の含有量(vol.%)が、基準値の6.07%以下(配合炭は、5.83%、A炭は、7.25%、B炭は、3.20%)になるように粉砕した。
その結果、発塵の原因となる配合炭中の粒度0.3mm以下の微粉炭の含有量(vol.%)が26.0%に増加し、また、コークス装入時の嵩密度Bdも0.81t/mに低下した。そのため、コークス強度DI150 15は、目標値DI150 15(target)の87.2に到達しなかった。
比較例8では、特許文献1に開示されている石炭の分類方法を用いて、低イナート含有炭に相当するA炭(TI<35%)を粒度3mm以下の粒子が78mass%含まれるように粉砕し、非微粘炭に相当するB炭(R≦0.9%)を粒度3mm以下の粒子が93mass%含まれるように粉砕した。
その結果、コークス炉装入時の配合炭の嵩密度Bdは、実施例5と同様に、0.83t/mであり、発塵の原因となる配合炭中の粒径0.3mm以下の微粉炭の含有量の増加もなかった。しかしながら、コークス強度DI150 15は、86.9となり、実施例5のコークス強度より低くなった。
本発明によれば、効果的に石炭を粉砕することにより、粒径0.3mm以下の微粉炭の増加及び配合炭の嵩密度の低下を招かずに、極めて高い強度を有するコークスを製造することができる。また、本発明によれば、安価で低品位の非微粘結炭の使用比率を高めても、高強度かつ均質なコークスを製造することができる。よって、本発明は、コークス製造産業において、利用可能性が高い。

Claims (5)

  1. 複数銘柄の原料炭を銘柄毎に粉砕し、配合した配合炭をコークス炉に装入する高炉用コークスの製造方法であって、
    (A)(A1)最大長さ0.6mm以上のイナート組織を、最大長さに応じてサイズ区分1からサイズ区分mまでのサイズ区分数mのサイズ区分に区分し;
    (A2)前記サイズ区分1から前記サイズ区分mまでの全てのサイズ区分i(=1〜m[自然数])に対し、前記配合炭の石炭軟化時の比容積Svと石炭装入時の嵩密度Bdとによって求められる前記配合炭の石炭軟化時の空隙充填度Sv×Bdで前記サイズ区分iのイナート組織を含有する石炭を乾留して得たコークスのコークス表面破壊粉率DI150 −6に基づいて、サイズ区分iのイナート組織がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響度Ai(−/vol.%)を予め定め;
    (B)(B1)粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%となるように粒度を調整した銘柄1から銘柄nまでの全ての銘柄j(=1〜n[自然数])の原料炭について、1.5mm以上の最大長さを有する粗大イナート組織の含有量(vol.%)、及び、前記サイズ区分1から前記サイズ区分mまでの全てのサイズ区分iのイナート組織の含有量Ibi,j(vol.%)を測定し;
    (B2)前記粗大イナート組織の含有量(vol.%)の測定値に基づいて、前記粗大イナート組織の含有量の境界値を5〜7vol.%の範囲内で定め;
    (C)(C1)前記粗大イナート組織の含有量が前記境界値以上である高イナート含有炭と、前記粗大イナート組織の含有量が前記境界値未満である低イナート含有炭との2種類に前記銘柄1から前記銘柄nまでの全ての銘柄jの原料炭を区分し;
    (C2)粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%になるように、前記低イナート含有炭に区分される銘柄の原料炭を粉砕し;
    (C3)粒径3mm以下の累積比率が前記低イナート含有炭の粒径3mm以下の累積比率より大きくなるように、前記高イナート含有炭に区分される銘柄の原料炭を粉砕し;
    (C4)粉砕後の前記銘柄1から前記銘柄nまでの全ての銘柄jの原料炭に対し、前記サイズ区分1から前記サイズ区分mまでの全てのサイズ区分iのイナート組織の含有量Iai,j(vol.%)を測定し;
    (D)DI150 −6(target)がコークス強度の目標値(−)、DI150 −6(ref)が前記銘柄1から前記銘柄nまでの全ての銘柄jについて粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%になるように原料炭の粒度を調整して配合した配合炭のコークス強度、Xが配合炭を構成する銘柄jの原料炭の配合割合である場合に、DI150 −6(target)−DI150 −6(ref)=Σj=1〜n{Σi=1〜m×(Ibi,j−Iai,j)}×Xを満足するように前記粉砕後の前記銘柄1から前記銘柄nまでの全ての銘柄jの原料炭を配合する;
    ことを特徴とする高炉用コークスの製造方法。
  2. 複数銘柄の原料炭を銘柄毎に粉砕し、配合した配合炭をコークス炉に装入する高炉用コークスの製造方法であって、
    (A)(A1)最大長さ0.6mm以上のイナート組織を、最大長さに応じてサイズ区分1からサイズ区分mまでのサイズ区分数mのサイズ区分に区分し;
    (A2)前記サイズ区分1から前記サイズ区分mまでの全てのサイズ区分i(=1〜m[自然数])に対し、前記配合炭の石炭軟化時の比容積Svと石炭装入時の嵩密度Bdとによって求められる前記配合炭の石炭軟化時の空隙充填度Sv×Bdで前記サイズ区分iのイナート組織を含有する石炭を乾留して得たコークスのコークス表面破壊粉率DI150 −6及びコークス体積破壊粉率DI150 6−15に基づいて、サイズ区分iのイナート組織がコークス表面破壊粉率DI150 −6へ与える影響度Ai(−/vol.%)及びサイズ区分iのイナート組織がコークス体積破壊粉率DI150 6−15へ与える影響度Bi(−/vol.%)を予め定め;
    (B)(B1)粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%となるように粒度を調整した銘柄1から銘柄nまでの全ての銘柄j(=1〜n[自然数])の原料炭について、1.5mm以上の最大長さを有する粗大イナート組織の含有量(vol.%)、及び、前記サイズ区分1から前記サイズ区分mまでの全てのサイズ区分iのイナート組織の含有量Ibi,j(vol.%)を測定し;
    (B2)前記粗大イナート組織の含有量(vol.%)の測定値に基づいて、前記粗大イナート組織の含有量の境界値を5〜7vol.%の範囲内で定め;
    (C)(C1)前記粗大イナート組織の含有量が前記境界値以上である高イナート含有炭と、前記粗大イナート組織の含有量が前記境界値未満である低イナート含有炭との2種類に前記銘柄1から前記銘柄nまでの全ての銘柄jの原料炭を区分し;
    (C2)粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%になるように、前記低イナート含有炭に区分される銘柄の原料炭を粉砕し;
    (C3)粒径3mm以下の累積比率が前記低イナート含有炭の粒径3mm以下の累積比率より大きくなるように、前記高イナート含有炭に区分される銘柄の原料炭を粉砕し;
    (C4)粉砕後の前記銘柄1から前記銘柄nまでの全ての銘柄jの原料炭に対し、前記サイズ区分1から前記サイズ区分mまでの全てのサイズ区分iのイナート組織の含有量Iai,j(vol.%)を測定し;
    (D)DI150 15(target)がコークス強度の目標値(−)、DI150 15(ref)が前記銘柄1から前記銘柄nまでの全ての銘柄jについて粒径3mm以下の累積比率が70〜85mass%になるように原料炭の粒度を調整して配合した配合炭のコークス強度、Xが配合炭を構成する銘柄jの原料炭の配合割合である場合に、DI150 15(target)−DI150 15(ref)=Σj=1〜n{Σi=1〜m×(Ibi,j−Iai,j)+Σi=1〜m×(Ibi,j−Iai,j)}×Xを満足するように前記粉砕後の前記銘柄1から前記銘柄nまでの全ての銘柄jの原料炭を配合する;
    ことを特徴とする高炉用コークスの製造方法。
  3. 最大長さ3mm以下のイナート組織を2つ以上のサイズ区分に区分することを特徴とする請求項1又は2に記載の高炉用コークスの製造方法。
  4. 最大長さ3mm以上のイナート組織を2つ以上のサイズ区分に区分することを特徴とする請求項1又は2に記載の高炉用コークスの製造方法。
  5. 前記サイズ区分は、サイズ区分数mを5として、0.6mm以上1.5mm未満のサイズ区分1(i=1)、1.5mm以上3mm未満のサイズ区分2(i=2)、3mm以上5mm未満のサイズ区分3(i=3)、5mm以上10mm未満のサイズ区分4(i=4)、及び、10mm以上のサイズ区分5(i=5)となるように区分することを特徴とする請求項1又は2に記載の高炉用コークスの製造方法。
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