JP4788167B2

JP4788167B2 - 冶金用コークスの製造方法

Info

Publication number: JP4788167B2
Application number: JP2005090305A
Authority: JP
Inventors: 英和藤本; 泉下山; 孝思庵屋敷; 喜代志深田; 哲也山本; 広行角
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2025-03-28
Also published as: JP2006273884A

Description

本発明は、石炭を乾留して冶金用コークスを製造する方法に関する。

高炉用コークスは、通常多数の銘柄の石炭を配合して粉砕した後、コークス炉に装入して乾留して製造されている。コークス原料として不適な非微粘炭やコークス化しないイナート組織を多く含んだ石炭の入荷が多い現状においては、コークス品質にとって重要なコークス強度の維持、あるいは向上が重要な課題となっている。コークス強度は、石炭の配合条件だけでなく、石炭粒度の影響が大きく、一般に粉砕後の粒度分布が、粒径３ｍｍ以下の粒子の割合が７０から９０ｍａｓｓ％となるように調整されている。粉砕後の石炭中に粗大な粒子が存在すると粗大粒子とその周囲のコークス組織とで乾留時の熱収縮挙動に差が生じるため、乾留中に亀裂が発生しやすく、その結果、コークス強度が低下する。石炭は銘柄により入荷時の粒度分布や硬さが異なるため、粉砕してコークス原料として用いる際に、軟らかい石炭は優先的に粉砕され、硬い石炭は粗大粒子となりやすい。また、同一の銘柄の石炭であってもリアクティブ粒子と主にイナート組織からなるイナート粒子とで硬さが異なり、イナート組織は粗大な粒子となりやすい。そこで、原料炭をいくつかのグループに分け、各グループを別々に粉砕して石炭性状に応じた粒度分布とすることでコークス強度を向上させる方法が提案されている。

図１は、各平均最大反射率（Ｒｏ）における、トータルイナート量とコークス摩耗強度指数の関係を示すグラフであり、コークス強度に関して最適イナート量を表わすものである。通常の配合炭のＲｏは約１．０％あるいはそれ以上のため、最適イナート量は約３０体積％かそれ以下となる。しかし、原料の入荷事情が日々変化している現状では、配合炭の全イナート量が３０体積％を超えることは特別なことではなくなっており(現状は、例えば、図１における点線で示すトータルイナート量である。）、入荷した石炭をそのまま用いると明らかにコークス強度が低下する配合条件となる場合が多い。

強度の高いコークスを製造するための石炭の事前処理方法として、コークス原料石炭を、石炭粉砕性指数ＨＧＩが８０以上の軟らかい石炭とＨＧＩ８０以下の硬い石炭とにグループ分けして処理する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。硬い石炭は粉砕強化し、軟らかい石炭は粉砕を緩和することによって、粗大粒子の発生と過粉砕を抑制している。ＨＧＩ指数と石炭化度を表す平均最大反射率Ｒｏとは相関し、ＨＧＩが８０とはＲｏが約１．０％に相当するものである。

また、非微粘結炭の使用量を増やしてもコークス強度を維持できる配合石炭の粉砕方法として、全膨張率の大小でグループ分けして粉砕する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。全膨張率が５０％以上の石炭を粗粉砕して、全膨張率が５０％未満の石炭を微粉砕して配合するものである。

さらに、石炭を高反射率非微粘炭、低反射率非微粘炭、粘結炭の３つのグループに分けて粉砕処理する方法が知られている（例えば、特許文献３参照。）。高反射率非微粘炭とはＬｏｇＭＦが２以下でＲｏが０．９％以上、低反射率非微粘炭とはＬｏｇＭＦが２以下でＲｏが０．９％以下の石炭である。なお、ＭＦとはギーセラー流動度である。
特開平８−２５９９５３号公報特開平９-２７９１５２号公報特開２００１-１８１６５０号公報

強度の高いコークスを製造するための石炭の事前処理方法として、特許文献１に記載の方法を用いる場合、粗大なイナート粒子が発生しやすいという欠点がある。図２に石炭のＲｏとＨＧＩの関係を全イナート量別に示す。図２において、全イナート量（ＴＩ）１５体積％以上、３５体積％未満の石炭が白三角、全イナート量（ＴＩ）３５〜４５体積％の石炭が黒三角である。ＨＧＩ指数が８０以上の石炭には全イナート量が３５体積％以上の石炭が存在しており、これらの石炭の粉砕を緩和（粗粉砕）すると、粗大なイナート粒子が発生しやすい。

また、特許文献２に記載の方法を用いる場合、石炭の全膨張率はＲｏが１．０から１．３％で高くなるが、この範囲にも高イナート炭は存在する。すなわち、高イナート炭が粗粉砕される場合があり、やはり粗大なイナート粒子が発生しやすい。

さらに、特許文献３に記載の方法を用いる場合、粘結炭は粗粉砕することになっているが、図３に示すように高イナート炭は粘結炭のグループに大半が属している。図３において、全イナート量（ＴＩ）１５体積％以上、２５体積％未満の石炭が白丸、全イナート量（ＴＩ）２５体積％以上、３５体積％未満の石炭が黒四角、全イナート量（ＴＩ）３５〜４５体積％の石炭が黒三角で示されている。すなわち、高イナート炭が粗粉砕される場合が多く、やはり粗大なイナート粒子が発生しやすい。

以上のように、原料石炭に高イナート炭の多い現在の原料事情の下では、従来のグループ分け方法を用いた石炭の事前処理方法では限界がある。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、原料石炭に高イナート炭が多い場合であっても、石炭をグループ別に粉砕することで、コークス強度を向上可能な冶金用コークスの製造方法を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）複数の銘柄の石炭を、少なくとも、平均最大反射率が０．９％以下である非微粘炭と、平均最大反射率が０．９％超えでありかつ全イナート量が３５体積％以上の高イナート炭と、平均最大反射率が０．９％超えでありかつ全イナート量が３５体積％未満の低イナート炭と、の３つ以上のグループに分類し、３つ以上のグループに分類した石炭をグループごとに粉砕し、該粉砕後に粉砕したすべての石炭を混合して配合炭となし、該配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造する、冶金用コークスの製造方法であって、
前記非微粘炭、前記高イナート炭及び前記低イナート炭を、非微粘炭の粒径３ｍｍ以下の粒子の質量割合が前記配合炭の粒径３ｍｍ以下の粒子の質量割合よりも高く、高イナート炭の粒径３ｍｍ以下の粒子の質量割合が非微粘炭の粒径３ｍｍ以下の粒子の質量割合未満であり、低イナート炭の粒径３ｍｍ以下の粒子の質量割合が高イナート炭の粒径３ｍｍ以下の粒子の質量割合未満となるように粉砕することを特徴とする、冶金用コークスの製造方法。

本発明によれば、原料石炭に高イナート炭が多い場合であっても、石炭をグループ別に粉砕することで、コークス強度を向上できる。

本発明は、現在のコークス原料事情を反映して、全イナート量を考慮して石炭をグループ分けすることにより、グループ別粉砕時における粗い粒子の発生量を抑制し、コークス強度を向上させるものであり、複数の銘柄の石炭をコークス化性の異なる３つ以上のグループに分類し、該グループごとに石炭を配合し、該配合した石炭を前記グループごとにコークス化性に応じた粒度分布を有するように粉砕し、該粉砕後にすべての石炭を混合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造する際に、全イナート量を考慮してグループの分類を行なうことを特徴とするコークスの製造方法である。

また、コークス化性の異なる３つ以上のグループとして、少なくとも平均最大反射率が０．９％以下である非微粘炭のグループと、平均最大反射率が０．９％超えでありかつ全イナート量が３５体積％以上の高イナート炭のグループと、平均最大反射率が０．９％超えでありかつ全イナート量が３５体積％未満の低イナート炭のグループとを有するグループ分けとすることが望ましい。

なお、全イナート量とは、ＪＩＳＭ８８１６に従って測定したミクリニット、マクリニット、スクレロチニット、フジニット、セミフジニット等のイナート組織全体量の石炭全体に対する体積割合であり、本発明において、ＪＩＳＭ８８１６に従って求められた全イナート量が３５体積％以上であるイナートの含有率の高い石炭品種を高イナート炭、全イナート量が３５体積％未満であるイナートの含有率の低い石炭品種を低イナート炭と呼ぶものとする。

図４を用いて、全イナート量（ＴＩ）を考慮した石炭のグループ分け方法を説明する。コークス原料石炭を、全イナート量が３５体積％以上である高イナート炭、全イナート量が３５体積％以下である低イナート炭、平均最大反射率（Ｒｏ）が０．９以下の非微粘炭にグループ分けする。図４から明らかなように、このようなグループ分けとすることで、高イナート炭が粘結炭と同じグループに分類されることはなくなる。グループ分けの後、硬い石炭である非微粘炭は粉砕を強化し、高イナート炭は粉砕を非微粘炭と同等あるいはそれより少し粉砕緩和し、低イナート炭はさらに粉砕を緩和することにより、配合炭としての粒度分布構成を調整する。これにより、粗粒子の発生量を抑制できる。また、配合炭として粒度分布に幅ができるため、コークス炉への石炭装入密度が向上する効果があり、コークス強度が向上する。なお、粉砕の強化とは、標準的な粉砕条件よりも石炭フィード量を少なくしたり、粉砕エネルギーを高くする等の手段により行なうものであり、粉砕の緩和とは、石炭フィード量を多くしたり粉砕エネルギーを小さくする等により行なうものである。

上記のようにグループ分けした石炭の、グループ別粉砕を行い、粒度分布として粒径３ｍｍ以下の粒子の質量割合を用いて、非微粘炭の粒径３ｍｍ以下の粒子の質量割合が配合炭の粒径３ｍｍ以下の粒子の質量割合より高く、高イナート炭の粒径３ｍｍ以下の粒子の質量割合が非微粘炭の粒径３ｍｍ以下の粒子の質量割合以下であり、低イナート炭の粒径３ｍｍ以下の粒子の質量割合が高イナート炭の粒径３ｍｍ以下の粒子の質量割合未満とすることが望ましい。一般的にコークスを製造する際には、粒径３ｍｍ以下の石炭粒子の質量割合（以下、−３ｍｍ％と記載する。）を粒度管理値として採用している。そこで、−３ｍｍ％を用いて記載すると、非微粘炭グループの−３ｍｍ％が配合炭の−３ｍｍ％より高く、高イナート炭グループの−３ｍｍ％が非微粘炭グループの−３ｍｍ％以下であり、低イナート炭グループの−３ｍｍ％が高イナート炭グループの−３ｍｍ％未満であるように、各グループの石炭を粉砕して配合することが実操業上望ましい。

各グループの石炭の粉砕は、高イナート炭、低イナート炭、非微粘炭の全てのグループを混合した後の粒度分布を所定の範囲に保つように行い、所定粒径以下の石炭粒子の割合が、非微粘炭グループでは所定の値よりも高く、かつ非微粘炭グループ≧高イナート炭グループ＞低イナート炭グループとするとコークス強度が向上する。高イナート炭グループは、所定粒径以下の石炭粒子の割合を所定の値よりも高く設定することも低く設定することも可能であるが、所定粒径以下の石炭粒子の割合を、高イナート炭グループ＞配合炭とすると、コークス強度が向上する一方、石炭充填密度の維持または向上が困難となる。例えば、配合炭の粒度分布を粒径３ｍｍ以下の石炭粒子の割合を７６ｍａｓｓ％とする場合、非微粘炭グループでは粒径３ｍｍ以下の石炭粒子の割合を７６ｍａｓｓ％よりも大きくなるように粉砕し、かつ非微粘炭グループの粒径３ｍｍ以下の石炭粒子の割合は、高イナート炭グループの粒径３ｍｍ以下の石炭粒子の割合以上であり、高イナート炭グループの粒径３ｍｍ以下の石炭粒子の割合は、低イナート炭グループの粒径３ｍｍ以下の石炭粒子の割合よりも多くなるように粉砕して配合する。

コークス原料石炭を、平均最大反射率が０．９％以下である非微粘炭、全イナート量が３５体積％未満の低イナート炭、全イナート量が３５体積％以上の高イナート炭にグループ分け粉砕を行なって、コークスの製造試験を行なった。表１に試験に用いた石炭ａ〜ｆの性状として、Ｒｏ、ＭＦ、全イナート量を示す。石炭ａ、ｂは非微粘炭、石炭ｃ、ｄは低イナート炭、石炭ｅ、ｆは高イナート炭である。

石炭の粉砕粒度は配合炭の粒径３ｍｍ以下の割合が７６ｍａｓｓ％一定となるように、さらに、石炭嵩密度が７５０ｋｇ/ｍ^３でほぼ一定となるような粒度分布となるように各グループの石炭粒度分布を調整してＮｏ．１〜６の配合炭を配合した。粒度分布の調整は粉砕機の刃の回転数とギャップの調整で行い、配合率は各グループ等量ずつの配合とした。各グループの粉砕粒度（粒径３ｍｍ以下の粒子の割合）を表２に示す。

Ｎｏ．１〜６の配合炭を室炉式のコークス炉を用いて乾留して、コークスを製造し、コークス強度を測定した。コークス強度はドラム強度（ＤＩ１５０／１５）であり、ＤＩ１５０／１５はＪＩＳＫ２１５１の回転強度試験法により１５ｒｐｍ、１５０回転の条件で粒径１５ｍｍ以上のコークスの質量割合を測定したドラム強度である。コークス強度の測定結果を図５に示す。Ｎｏ．１は全てのグループが同じ程度の粒度分布を有するように粉砕した場合である。非微粘炭と高イナート炭を粉砕強化し、低イナート炭の粉砕を緩和したＮｏ．２〜４では、Ｎｏ．１に比べてコークス強度が向上した。これは、低イナート炭を粉砕緩和しても粗い粒子の発生量が少なく、非微粘炭や高イナート炭の粉砕強化により、粗い粒子の発生量が抑制されたことによる効果と考えられる。一方、高イナート炭を粉砕緩和したＮｏ．５や非微粘炭を粉砕緩和したＮｏ．６ではＮｏ．１に比べてコークス強度が大幅に低下した。

以上のように、本発明を用いると、全イナート量が３５体積％以上であるイナート高含有石炭（高イナート炭）を３０ｍａｓｓ％以上含んだ配合炭を用いて、従来以上の強度を有するコークスの製造が可能となった。

各平均最大反射率における、トータルイナート量とコークス摩耗強度指数の関係を示すグラフ平均最大反射率、ＨＧＩ、全イナート量の関係を示すグラフ。平均最大反射率、流動性、全イナート量の関係を示すグラフ（従来のグループ分け）。平均最大反射率、流動性、全イナート量の関係を示すグラフ（本発明のグループ分け）。製造したコークス強度の比較を示すグラフ。

Claims

複数の銘柄の石炭を、少なくとも、平均最大反射率が０．９％以下である非微粘炭と、平均最大反射率が０．９％超えでありかつ全イナート量が３５体積％以上の高イナート炭と、平均最大反射率が０．９％超えでありかつ全イナート量が３５体積％未満の低イナート炭と、の３つ以上のグループに分類し、３つ以上のグループに分類した石炭をグループごとに粉砕し、該粉砕後に粉砕したすべての石炭を混合して配合炭となし、該配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造する、冶金用コークスの製造方法であって、
前記非微粘炭、前記高イナート炭及び前記低イナート炭を、非微粘炭の粒径３ｍｍ以下の粒子の質量割合が前記配合炭の粒径３ｍｍ以下の粒子の質量割合よりも高く、高イナート炭の粒径３ｍｍ以下の粒子の質量割合が非微粘炭の粒径３ｍｍ以下の粒子の質量割合未満であり、低イナート炭の粒径３ｍｍ以下の粒子の質量割合が高イナート炭の粒径３ｍｍ以下の粒子の質量割合未満となるように粉砕することを特徴とする、冶金用コークスの製造方法。