JP4876629B2 - 冶金用コークスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、安価な非微粘炭を多量配合してコークスを製造する冶金用コークスの製造方法に関する。

高炉での使用に耐える堅牢なコークスを製造するには、粘結性と石炭化度が適当な範囲にある石炭が必要である。このような石炭は天然には少ないので、普通は性質の異なる数種の石炭を配合する。従来の配合法は、コークスの組織構造が塊コークス内で均一になることを主眼に置き、配合炭としての平均最大反射率（Ｒｏ）や最高流動度（ＭＦ）が所定の範囲に収まるように銘柄構成や配合率を決定していた。そして、劣質な非微粘炭を配合した場合には、コークスの強度補填のために粘結炭を非微粘炭と均一混合している。

しかし、非微粘炭と粘結炭では軟化溶融温度範囲が異なるため（言い換えれば、配合炭の反射率分布の広がりσＲｏが大きくなるため）、粘結炭の配合効果が小さくなるケースが指摘されている。そこで、軟化溶融温度範囲の重なりが大きくなるような（σＲｏを狭めるような）、すなわち平均最大反射率の似通った銘柄で配合し、場合によっては膨張量の大きな高反射率の粘結炭を少量配合する方法が考えられている。

一方で出願人は、気孔生成材（非微粘炭に相当）を核としてその周囲に気孔壁強化材（粘結炭に相当）を被覆してなる擬似粒子を石炭に添加する冶金用コークスの製造方法を提案している（特許文献１、請求項１参照）。このような擬似粒子を添加した石炭を乾留すると、気孔生成材がガス化し、生成された気孔の周囲に気孔壁強化材が存在する。しかも、気孔壁強化材の存在により気孔壁が強化されるので、高気孔率すなわち低嵩密度でありながら強度の高い冶金用コークスを得ることができる（特許文献１、段落［００１９］
参照）。配合炭に対する気孔生成材の添加量は、気孔を生成させるという機能を考慮して、配合炭全体の０．１質量％〜５質量％に設定される。そして、気孔壁強化材の添加量は、配合炭全体の０．５質量％〜４質量％に設定される（特許文献１、段落［００１６］
，［００１７］参照）。
特開平１１‐２４１０７２号公報

従来の配合法での考え方で高強度なコークスを製造するのには、軟化溶融温度範囲の重なりが大きくなるような配合、すなわち平均最大反射率の似通った銘柄のみで配合することが重要と考えられている。しかし、平均最大反射率の似通った銘柄のみで配合するのでは、安価で埋蔵量の多い非微粘炭の使用量が激減する。

一方、特許文献１に記載の方法では、気孔生成材として安価で埋蔵量の多い非微粘炭を使用することが可能になる。しかし、非微粘炭表面の粘結炭が膨張して良好に周囲のコークス組織と接着する必要があるから、粘結炭を０．５ｍｍ以下に微粉砕しなければならない。粘結炭を過粉砕したり、周囲のコークス組織との熱膨張収縮率が大きく異なったり、周囲のコークス組織との相容性（相性）が悪かったりすると、周囲のコークス組織との接着性が悪くなる場合が発生するおそれがある。

本発明はかかる事情によってなされたものであって、その目的は非微粘炭の使用量を低下させることなく、高強度コークスを製造することができる冶金用コークスの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、石炭を乾留して冶金用コークスを製造する冶金用コークスの製造方法において、非微粘炭を核としてその周囲に粘結炭を被覆してなる造粒炭を配合炭に４０質量％以上配合することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の冶金用コークスの製造方法において、前記非微粘炭とは、Ｒｏ≧０．８５％かつＭＦ≦１０ｄｄｐｍ、あるいはＲｏ≦０．８５％かつＭＦ≦５０ｄｄｐｍであり、前記粘結炭とは、Ｒｏ≧１．２５％かつ１０ｄｄｐｍ≦ＭＦ≦８００ｄｄｐｍ、あるいはＲｏ≧１．００％かつＭＦ≧８００ｄｄｐｍであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の冶金用コークスの製造方法において、造粒に使用した前記非微粘炭及び前記粘結炭以外の、１．２５％≧Ｒｏ≧０．８５％の範囲に含まれる石炭を配合し、この配合炭のみでコークスを製造することを特徴とする。

本発明によれば、造粒炭を４０質量％以上に多量に配合しているので、隣接する造粒炭の粘結炭同士が融着しあう。それゆえ、あたかも粘結炭が架橋されているかのような、強度の高い基質を持つ高強度のコークスが得られる。しかも、非微粘炭及び粘結炭の使用量が増えるので、必然的に平均最大反射率の似通った銘柄の石炭が残る。それゆえ、残った石炭でも、似通った銘柄の石炭を配合でき、高強度のコークスを製造することができる。

以下添付図面に基づいて本発明の一実施形態における冶金用コークスの製造方法を説明する。この冶金用コークスの製造方法では、非微粘炭を核としてその周囲に粘結炭を被覆し、得られた擬似粒子を石炭に配合して乾留する。

図１に示されるように、非微粘炭とは、Ｒｏ（平均最大反射率）≧０．８５％かつＭＦ（ギーセラー流動性）≦１０ｄｄｐｍ、あるいはＲｏ≦０．８５％かつＭＦ≦５０ｄｄｐｍであり、乾留中にガスを発生させてコークス中に気孔を生成させる。非微粘炭の粒径は例えば１〜５ｍｍである。

粘結炭は、Ｒｏ≧１．２５％かつ１０ｄｄｐｍ≦ＭＦ≦８００ｄｄｐｍ、あるいはＲｏ≧１．００％かつＭＦ≧８００ｄｄｐｍであり、コークスの気孔壁の強化及び微細亀裂を補強する。粘結炭の粒径は例えば０．５ｍｍ以下である。粘結炭を非微粘炭に付着させるのに、バインダが用いられる。バインダには、例えばデンプン水、糖蜜、高分子凝集剤、タール、ピッチが用いられる。

本実施形態では、非微粘炭を核としてその周囲に粘結炭を付着させることにより造粒炭を製造する。その際の造粒法は特に限定されないが、転動型造粒機や撹拌型ミキサを用いてアグロメレーション法により製造することが望ましい。そして、このようにして得られた造粒炭を通常の配合炭に４０質量％以上、望ましくは８０質量％以上配合して乾留を行うことにより、コークスを製造する。

図２は、造粒炭を配合炭に５質量％配合したとき（図中（Ａ））と４０質量％以上配合したとき（図中（Ｂ））とでのコークス炉内部の造粒炭を示す。造粒炭を配合炭に配合して乾留すると、非微粘炭がガス化することにより形成された気孔の周囲に粘結炭が存在していることになり、粘結炭の存在により気孔壁が強化される。しかし、造粒炭を配合炭に５質量％配合したときでは、粘結炭の周りは通常の配合炭であるため、周囲のコークス組織との熱膨張率が大きく異なったりした場合、周囲のコークス組織と粘結炭との接着性が悪くなる場合が発生するおそれがある。これに対し、造粒炭を配合炭に４０質量％配合すると、隣接する造粒炭の粘結炭同士が融着しあうので、あたかも粘結炭が架橋されているかのような、強度の高い基質を持つ高強度のコークスが得られる。そして、非微粘炭の部分が気孔になるから、スポンジ状の、高気孔率すなわち低嵩密度でありながら、強度の高い冶金用コークスを得ることができる。

隣接する造粒炭の粘結炭同士を融着させるという観点からは、造粒炭の配合率は高ければ高いほど望ましい。造粒炭を８０質量％以上配合すると、隣接する造粒炭の粘結炭同士をより融着させることができる。

石炭は平均最大反射率によってその品位が規定される。石炭には平均最大反射率の高いものから低いものまで様々なものがある。非微粘炭は平均最大反射率が０．７％程度であり、粘結炭は平均最大反射率が１．４〜１．５％程度である。非微粘炭を粘結炭で被覆してなる造粒炭の使用量を増やすと、必然的に平均最大反射率が中間の石炭が残る。本実施形態では、残った石炭のうち、１．２５％≧Ｒｏ≧０．８５％の範囲に含まれる石炭を配合する。この配合炭のみでコークスを製造すると、コークスの強度が高くなる。

図３にYan-Zhou炭、Itmann炭、Pittston炭の流動性の重なりを示す。図３の横軸が温度を縦軸がＭＦを表す。石炭は所定の温度以上になると軟化し始め、最大に軟化した後、さらに温度が上昇すると固化する。図３からYan-Zhou炭とItmann炭とでは、軟化溶融温度範囲の重なりが小さく、Yan-Zhou炭とPittston炭とでは、軟化溶融温度範囲の重なりが大きいことがわかる。

図４に二銘柄を配合したときのコークス強度の関係を示す。Yan-Zhou炭とItmann炭は流動性の重なりが小さく、二種配合した場合のコークス強度（Drum Index:DI³⁰ ₁₅）８８．５は単味強度の荷重平均値より小さい。一方、流動性の重なりが大きいYan-Zhou炭とPittston炭を二種配合した場合のコークス強度（Drum Index:DI³⁰ ₁₅）は単味強度の荷重平均値より大きい。これは、流動性の重なりが大きいほど相互に溶解して接着強度が大きくなることが原因であると推察される。流動性の重なりが大きくなるような配合にすると、コークス強度が期待できることがわかる。ここで、石炭が溶け始める温度は石炭の平均最大反射率に依存する。１．２５％≧Ｒｏ≧０．８５％の範囲に含まれる石炭を配合すると、流動性の重なりも大きくなるので、コークス強度が期待できる。

図５はσＲｏ（配合炭の反射率の広がり）とコークス強度（Drum Index:DI¹⁵⁰ ₁₅）の関係を配合炭のＭＦレベルで識別したグラフである。配合炭のＭＦが２５０以下では、σＲｏを小さくする効果が大きいことがわかる。

なお上記実施形態では、造粒に使用する非微粘炭及び粘結炭を先に選定し、その後、残った石炭のうち、平均最大反射率が非微粘炭及び粘結炭の中間にある、１．２５％≧Ｒｏ≧０．８５％の石炭を選定している。しかし、これとは逆に、似通った銘柄の石炭を先に選定し、その後、残った石炭のうちから造粒に使用する非微粘炭及び粘結炭を選定してもよい。ただし、似通った銘柄以外の石炭、すなわち１．２５％≧Ｒｏ≧０．８５％の範囲に含まれる石炭以外の石炭が、全て造粒に使用できる非微粘炭及び粘結炭であるとは限らない。よって、図１に示される範囲の非微粘炭及び粘結炭を使用する必要がある。

図６は、実機化の概念図を示す。ここでは同じコークス炉工場（例えば製鉄所）内にコークス炉Ａ，Ｂが二つある場合を示している。石炭ヤードから非微粘炭及び粘結炭を選定し、造粒炭を製造する。そして、造粒炭を４０質量％以上配合した配合炭をコークス炉Ａでコークス化する。他方、石炭ヤードから１．２５％≧Ｒｏ≧０．８５％の銘柄の石炭を選定し、似通った銘柄の石炭として配合する。この配合炭をコークス炉Ｂでコークス化する。

なお、この他にも、他のコークス炉工場との連携で二種類の配合炭を別々にコークス化してもよい。さらに一つのコークス炉でも、釜を変えて二種類の配合炭をコークス化することも可能であるし、同じ釜でも日を変えて二種類の配合炭をコークス化することも可能である。ただし、これらの場合、装炭車内の配合炭を入れ替える必要がある。

図７に造粒炭の配合率とコークス強度との関係を示す。造粒炭に使用した非微粘炭と粘結炭の性状はそれぞれＲｏ＝０．７％、ＭＦ＝２ｄｄｐｍと、Ｒｏ＝１．５％、ＭＦ＝２０ｄｄｐｍである。配合炭としてＲｏ＝１．０％、ＭＦ＝３００ｄｄｐｍの性状をもった石炭を用いた。非微粘炭と粘結炭を造粒せずにそのまま乾留したときのコークス強度指数（DI¹⁵⁰ ₁₅）は７６である。造粒炭配合率が４０質量％以上、特に８０質量％以上になると、コークス強度の向上が認められた。

図８は、造粒炭配合率が１００質量％の場合と、非微粘炭と粘結炭を造粒せずにそのまま乾留した場合とでコークス強度を比較した結果である。非微粘炭と粘結炭を造粒する方が、コークス強度が高くなることがわかった。

図９に、両者のコークス断面写真を示す。不定形の粒子状の部分が非微粘炭に対応する部分であり、その他のコークス組織が粘結炭に対応する部分である。造粒炭を１００質量％配合すると、粘結炭同士が接着するので、粘結炭由来の組織がしっかりとした骨格になり、しかも非微粘炭同士が分離した構造になっている。しかし、単純に配合した場合は、非微粘炭同士が接触する確率が高いため、それらの界面に亀裂が生成しやすい。また、粘結炭の粒径が粗いため、石炭乾留中に粘結炭が発泡し、気孔壁の薄いコークス構造欠陥となる。

図１０に、造粒炭を１００質量％配合した場合のコークス強度に及ぼす非微粘炭性状の影響について示す。Ｒｏ＝０．７％のように低反射率の場合、ＭＦが１００ｄｄｐｍではコークス強度が低下した。ＭＦ１００ｄｄｐｍの非微粘炭に粘結炭を被覆すると、石炭乾留中に非微粘炭の内部圧が上昇して発泡するため、コークス構造欠陥となる。また、高反射率の非微粘炭の場合は膨張が小さいため、コークス強度はやや低いものの通常のコークス強度レベルにある。

図１１に、コークス強度に及ぼす粘結炭の性状の影響を示す。Ｒｏが１．３％以上では、通常強度レベルを維持している。一方、Ｒｏが１．０％の場合は、ＭＦが５００ｄｄｐｍではコークス強度が大きく低下する。

非微粘炭及び粘結炭のＲｏ及びＭＦの分布を示すグラフ コークス炉内の造粒炭を示す概念図 ギーセラー流動曲線の重なりを示すグラフ 二銘柄配合時のコークス強度を示すグラフ σＲｏとコークス強度の関係を示すグラフ 実機化の概念図 造粒炭配合率とコークス強度の関係を示すグラフ コークス強度に及ぼす造粒の効果を示すグラフ コークス断面写真 非微粘炭の影響を示すグラフ 粘結炭の影響を示すグラフ

Claims (3)

1. 石炭を乾留して冶金用コークスを製造する冶金用コークスの製造方法において、非微粘炭を核としてその周囲に粘結炭を被覆してなる造粒炭を配合炭に４０質量％以上配合することを特徴とする冶金用コークスの製造方法。
2. 前記非微粘炭とは、Ｒｏ≧０．８５％かつＭＦ≦１０ｄｄｐｍ、あるいはＲｏ≦０．８５％かつＭＦ≦５０ｄｄｐｍであり、前記粘結炭とは、Ｒｏ≧１．２５％かつ１０ｄｄｐｍ≦ＭＦ≦８００ｄｄｐｍ、あるいはＲｏ≧１．００％かつＭＦ≧８００ｄｄｐｍであることを特徴とする請求項１に記載の冶金用コークスの製造方法。
3. 造粒に使用した前記非微粘炭及び前記粘結炭以外の、１．２５％≧Ｒｏ≧０．８５％の範囲に含まれる石炭を配合し、この配合炭のみでコークスを製造することを特徴とする請求項２に記載の冶金用コークスの製造方法。