JP4718241B2

JP4718241B2 - コークスの製造方法

Info

Publication number: JP4718241B2
Application number: JP2005154315A
Authority: JP
Inventors: 昭人笠井; 恒明西川
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-05-26
Filing date: 2005-05-26
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2025-05-26
Also published as: JP2006328236A

Description

本発明は、高炉用コークスの製造技術に関し、詳しくは従来全量使用が困難であった余剰の小粒コークスを有効活用したコークス製造方法およびそれに用いる成型炭の製造方法に関する。

図２を参照して従来技術を説明する。室炉式コークス炉（以下、単に「コークス炉」ともいう。）１で複数銘柄の石炭Ａを配合した配合炭Ｋを乾留して製造した製品コークスＢは０〜１５０ｍｍ程度の粒度分布を有している。高炉２に装入する塊コークスＣは高炉２内でスペーサとして機能させるため、通常３０〜４０ｍｍ程度で分級し、その篩上である粒度の大きなコークスのみを用いている。いっぽう、篩下の粒度の小さなコークス（小粒コークス）Ｄは、鉄鉱石類（焼結鉱、ペレット、塊鉱石等）Ｌに混合して高炉２に装入（混合装入）したり、焼結機３で熱源として使用したり、コークス炉１に再装入したりしているが、それらの使用量は発生量に対して少量である。このため、製鉄所内で使用しきれない余剰の小粒コークスＥは、安価で外販したり、製鉄所内に滞貨させたりしているのが現状である。

そこで、このような余剰の小粒コークスＥを製鉄所内で有効に利用すべく、以下のように多くの試みがなされている。

（１）小粒コークスと石炭粉とに石炭ピッチなどの粘結剤を添加し冷間で造粒した後に乾燥して高炉用コークス原料である粒状コークス様物質を製造する方法（特許文献１参照）

（２）コークス粉を石炭粉と混合し、粘結剤を使用することなく冷間で加圧成形して成型炭とした後乾留して活性コークスを製造する方法（特許文献２，３参照）

（３）いずれも少量のコークス粉を添加してなる配合炭と成型炭とを混合してコークス炉で乾留しコークスを製造する方法（特許文献４参照）

しかしながら、上記（１）の方法は、高価な粘結剤を必要とするため処理コストが高く、また造粒後に乾燥のみを行い乾留を行っていないため高炉に装入したときにタールが発生する等の問題がある。

また、上記（２）および（３）の方法は、成型炭の製造にあたり高価な粘結剤を必要としないものの、冷間で加圧成型してハンドリング強度を出させるために小粒コークス、石炭とも微粉砕する必要があり、粉砕コストが高くなる問題がある。しかも、冷間での加圧成型では非常に大きな加圧力を要し、成型ロールの磨耗が著しい等の問題もある。

さらに、上記（３）の方法は、上記問題点に加え、配合炭側にもコークス粉を添加するため、製品であるコークスの性状を維持する必要性によりコークス粉の添加量（使用量）が非常に少なく制限される問題がある。

ところで、冷間成型でなく、以下のような熱間成型を用いたコークス製造方法が開示されている。

（４）非粘結性炭材と粘結性炭材とを、少なくとも前者を加熱して混合した後熱間成型して成型炭を製造し、これを乾留してコークスを製造する方法（非特許文献１参照）

そして上記非特許文献１には、非粘結性炭材の例示として低揮発分炭、瀝青炭に加えコークス粉が示されているものの、コークス粉を用いた具体的な製造条件についてはまったく記載も示唆もない。しかも本方法の実用化も実現していないことから、小粒コークスの有効活用に対する本方法の適用性には大いに疑問がある。
特開昭５８−５９２８９号公報特開平２−９２８１５号公報特開平２−９７４１３号公報特開平２−５９１９６号公報マーチン・エイ・エリオット（Martin A. Elliott）編，「ケミストリ・オブ・コール・ユーティライゼイション（Chemistry of Coal Utilization）」，（米国），第２追補巻（Second Supplementary Volume），ウィリー・インターサイエンス（Wiley-Interscience）,１９８１年，ｐ．６５３−６６１

そこで本発明は、余剰の小粒コークスを有効活用してコークスを製造する方法およびそれに用いる成型炭の製造方法であって、高価な粘結剤を添加することなく、かつ小粒コークスを過度に粉砕することなく、製品コークスの品質を維持しつつ安価に製造しうるコークスの製造方法およびそれに用いる成型炭の製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、２０ｍｍ以下の小粒コークスを１０００℃以下の所定温度に加熱する小粒コークス加熱工程と、前記加熱後の小粒コークスにギーセラ最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ≧１．０で且つ１ｍｍ以下の石炭粉を混合して３５０〜５５０℃の混合物となすとともに、この混合物中の小粒コークスの質量割合を０．１〜０．９とする混合工程と、前記混合物を熱間成型して３０ｍｍ以上の成型炭となす熱間成形工程と、この成型炭を７００℃以上に加熱し乾留してコークスとなす乾留工程と、を備えたことを特徴とするコークスの製造方法である。

請求項５に記載の発明は、前記混合物中の小粒コークスの質量割合が０．１〜０．９である請求項１〜４のいずれか1項に記載の成型炭の製造方法である。

請求項２に記載の発明は、室炉式コークス炉にて配合炭とともに前記成型炭を乾留しコークスとなす工程である請求項１に記載のコークスの製造方法である。

請求項３に記載の発明は、前記乾留工程が、シャフト炉にて前記成型炭を乾留してコークスとなす工程である請求項１に記載のコークスの製造方法である。

本発明によれば、バインダとして軟化溶融性を有する石炭を用いて熱間成型を行うので別途高価な粘結剤を添加する必要がなく、また２０ｍｍ以下の小粒コークスを用いるので過度の粉砕を必要とせず、製品コークスをその品質を維持しつつ安価に製造することができる。

（実施形態）
図１に本発明の一実施形態に係るコークスの製造および使用フローの概念図を示す。なお、上記従来技術で説明した図２と共通する装置および物質には同じ符号を用いた。

〔小粒コークス加熱工程〕
本発明に用いる小粒コークスＥは２０ｍｍ以下のものを用いる。２０ｍｍを超えると後述する成型炭Ｊの強度が維持できなくなってコークス炉１への装入時に粉化したり、製品コークスの歩留や品質が劣化したりするおそれが高まるためである。成型炭Ｊの強度をより高めるため、小粒コークスＥは必要により粉砕し１０ｍｍ以下、さらには５ｍｍ以下とするのが好ましい。ただし、過度に粉砕しても強度向上の効果が飽和し、粉砕コストが過大になるだけであるので１ｍｍ以下程度にまで細かく粉砕する必要はない。

このような小粒コークスＥを例えばロータリキルン４で１０００℃以下の所定温度に加熱する。１０００℃を超えると酸素含有雰囲気中で加熱した場合、小粒コークスが燃焼するおそれが高まるためである。ただし、加熱温度が低すぎると後述する石炭粉Ｇとの混合後の温度が低くなりすぎて石炭粉Ｆが軟化流動化しない。したがって、加熱温度は１０００℃以下の範囲で、石炭粉Ｇを混合した後の温度が、石炭粉Ｆが軟化流動化する温度になるように、石炭粉Ｇとの混合割合、石炭粉Ｇの軟化流動特性等に応じて適宜調整すればよい。

〔混合工程〕
上記加熱後の小粒コークスＦに石炭粉Ｇを混合する。石炭粉Ｇに用いる石炭Ａとしては軟化溶融後混合時や加圧成型時に小粒コークスＦの粒子間に侵入しやすいように流動性の高いものほど好ましく、ギーセラ最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ≧１．０、さらにはｌｏｇＭＦ≧２．０、特にｌｏｇＭＦ≧３．０の石炭を用いるのが好ましい。また、上記軟化溶融後加圧成型時に小粒コークスＦの粒子間に侵入しやすいように石炭粉Ｇの粒度は小さい方が好ましく、石炭Ａを必要により粉砕して例えば１ｍｍ以下とするのが好ましい。

上記混合には、石炭粉Ｇの一部の過熱を防止するために短時間で混合できるこの業種で常用されている、例えば二軸型のミキサ５を用いる。また、このミキサ５は成型温度を確保するために保温するのが望ましい。

そして、小粒コークスＦと石炭粉Ｇとの配合割合を調整してこれらを混合して得られた混合物Ｈの温度を、混合物Ｈ中の石炭粉Ｇが軟化溶融（流動化）する３５０〜５５０℃とする。なお、混合物Ｈ中の石炭粉Ｇの質量割合は、小さすぎるとバインダとしての効果が発揮されず、逆に大きすぎると上記混合物Ｈの温度が確保できず石炭粉Ｇが軟化ないし溶融しにくくなるので、０．１〜０．９の範囲、さらには０．３〜０．８の範囲、とくに０．４〜０．６の範囲で調整するのが望ましい（後記実施例参照）。

〔熱間成形工程〕
小粒コークスＦと石炭粉Ｇからなる混合物Ｈは、例えば熱間成型用の双ロール型成型機６を用いて加圧成型し、成型炭Ｊとなす。成型炭Ｊのサイズは、小さすぎると成型機６の生産性が低下するので３０ｍｍ以上、さらには４０ｍｍ以上とするのが望ましい。加圧成型は、成型炭Ｊが成型機６からコークス炉１への装入までのハンドリングに耐え得るに十分な引張強度である０．４ＭＰａ以上、好ましくは０．５ＭＰａ以上、さらに好ましくは０．８ＭＰａ以上が得られるよう、成型加圧力を１０ｋＮ／ｃｍ以上、好ましくは２０ｋＮ／ｃｍ以上、さらに好ましくは３０ｋＮ／ｃｍとする。

このようにして成型された成型炭Ｊは、小粒コークスＦの空隙に、溶融した軟化溶融性を有する石炭Ａが浸入し、この石炭Ａが潤滑剤として作用して、成型炭Ｊの表面に加えられた成型加圧力が成型炭Ｊの内部にまでほぼ均一に及ぶため、表面近傍のみが圧密されることが防止され、成型炭Ｊ内の気孔率分布が平均化され、次工程の乾留時に爆裂が起こらない成型炭Ｊが得られる。

また、固化後の石炭Ａは、小粒コークスＦの粒子同士を強固に連結するとともに、小粒コークスＦとの接触面積も大きくなっており、このようにして得られた成型炭Ｊを乾留すると、この石炭Ａの部分が炭化して小粒コークスと一体化するので、高強度で、かつ品質が確保された製品コークスＢが得られる。

〔乾留工程〕
そして成形炭Ｊを、複数銘柄の石炭Ａを配合した配合炭Ｋとともにコークス炉２に装入し、常法により７００℃以上に加熱し乾留することにより製品コークスＢが得られる。

このようにして得られた製品コークスＢの篩下である小粒コークスＤは、高炉２の鉱石層への混合装入、焼結機３の燃料等に使用されるとともに、従来の余剰分に相当する小粒コークスＥは再度本実施形態の小粒コークス加熱工程に循環使用できるので、無駄になる部分がまったくなくなり全量有効に活用できる。

なお、ミキサ５および成型機６は密閉構造とし、ミキサ５および成型機６で発生する石炭Ａの熱分解ガス（揮発分）は炭化水素が主成分であるので、このガスをエジェクタ等を用いて吸引回収し、回収したガスはロータリキルン２等の加熱燃料として利用するとよい。

（変形例）
上記実施形態では、小粒コークスを加熱した後に石炭粉と混合する例を示したが、小粒コークスと石炭粉とを混合しつつ、または混合した後、一緒に加熱するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、小粒コークス加熱工程にロータリキルンを用いる例を示したが、小粒コークスＥの粒度が小さい場合は流動層式加熱炉や気流式加熱炉を用いてもよい。

また、上記実施形態では、混合工程に二軸型ミキサを用いる例を示したが、パドル型ミキサ、スクリュー型ミキサを用いてもよい。

また、上記実施形態では、熱間成形工程に双ロール型成形機を用いる例を示したが、押出し成形機を用いてもよい。

また、上記実施形態では、乾留工程として室炉式コークス炉に配合炭とともに本発明に係る成型炭を装入しこれらを一緒にコークス化する例を示したが、シャフト炉に本発明に係る成型炭だけを装入し単独でコークス化してもよい。さらには、シャフト炉に石炭のみからなる通常の成型炭とともに本発明に係る成型炭を装入し、これらを一緒にコークス化してもよい。

また、上記実施形態では、小粒コークスと石炭粉のみを用いてコークスを製造する例を示したが、小粒コークスと石炭粉にさらに石灰石や生石灰などのＣａＯ源を少量添加してコークスを製造してもよい。コークスの灰分量に対して質量割合で数％程度のＣａＯを含有させることでコークスのガス化反応性が高まるので、その結果として高炉の熱保存帯温度が低下し、高炉の燃料比の低減や生産性の向上に寄与することとなる。

本発明の効果を確認するため以下のラボ実験を実施した。まず、小粒コークスとして−１０ｍｍのコークス粉を篩分けして−１．４ｍｍおよび−２．８ｍｍの試料をそれぞれ作成した。いっぽう石炭粉としては複数銘柄の豪州炭を配合してｌｏｇＭＦ＝２．０に調整し、−１００μｍに粉砕したものを用いた。そして、上記小粒コークスを小型加熱炉で所定温度に加熱し、これに上記石炭粉を混合物に対する配合割合で３０〜８０質量％の範囲で順次変化させて添加・混合して４２０℃（目標）の混合物を作成し、これを直ちに圧潰強度試験機にて８００ｋｇｆ／ｃｍ²（≒７８．５ＭＰａ）の加圧力で直径ｄ＝２０ｍｍ，高さｈ＝２０ｍｍのタブレット状の成型炭に成型した。

そして、このタブレットを室温まで冷却した後、コンクリートの引張強度試験方法（ＪＩＳ−Ａ１１１３）に準じて、上記圧潰強度試験機にてタブレットの直径方向に圧縮荷重を掛けて破壊荷重Ｐを測定し、これをσ＝２Ｐ／（πｄｈ）の関係式を用いてタブレット高さ方向の引張強度σに換算した。

測定結果を図３に示す。同図に示すように、タブレット（成型炭）の引張強度は本実験範囲（石炭粉の混合物に対する配合割合３０〜８０質量％の範囲）では約５ｋｇｆ／ｃｍ²（≒０．５ＭＰａ）以上が確保され、室炉式コークス炉やシャフト炉への装入時のハンドリングに十分耐えうる強度が得られることがわかった。さらに、石炭粉の混合物に対する混合割合を４０〜６０質量％の範囲とすることで約８ｋｇｆ／ｃｍ²（≒０．８ＭＰａ）以上と、より高強度の成型炭が得られることがわかる。

したがって、このような高強度の成型炭を用いてコークス炉やシャフト炉で乾留することにより、高価な粘結剤を添加することなく、かつ小粒コークスを過度に粉砕することなく、製品コークスの品質を維持しつつ安価に製品コークスを製造できる。

本発明の実施に係るコークスの製造および使用フローの概念図である。従来法におけるコークスの製造および使用フローの概念図である。石炭粉の混合物に対する配合割合と成型炭の引張強度との関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１：室炉式コークス炉２：高炉３：焼結機
４：ロータリキルン５：ミキサ６：成型機
Ａ：石炭Ｂ：製品コークスＣ：塊コークスＤ：小粒コークス
Ｅ：余剰の小粒コークスＦ：加熱後の小粒コークスＧ：石炭粉
Ｈ：混合物Ｊ：成型炭Ｋ：配合炭Ｌ：鉄鉱石類

Claims

２０ｍｍ以下の小粒コークスを１０００℃以下の所定温度に加熱する小粒コークス加熱工程と、
前記加熱後の小粒コークスにギーセラ最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ≧１．０で且つ１ｍｍ以下の石炭粉を混合して３５０〜５５０℃の混合物となすとともに、この混合物中の小粒コークスの質量割合を０．１〜０．９とする混合工程と、
前記混合物を熱間成型して３０ｍｍ以上の成型炭となす熱間成形工程と、
この成型炭を７００℃以上に加熱し乾留してコークスとなす乾留工程と、
を備えたことを特徴とするコークスの製造方法。
前記乾留工程が、室炉式コークス炉にて配合炭とともに前記成型炭を乾留しコークスとなす工程である請求項１に記載のコークスの製造方法。
前記乾留工程が、シャフト炉にて前記成型炭を乾留してコークスとなす工程である請求項１に記載のコークスの製造方法。