JP6115509B2 - コークスの製造方法 - Google Patents
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Description
上記問題に対しては、非微粘結炭を粉砕することで、コークス強度を向上させている。具体的には、非微粘結炭を粉砕して、非微粘結炭の粒子サイズを小さくする。これにより、非微粘結炭の高収縮によって生成されるコークス塊内の亀裂サイズが低下するため、結果として、亀裂生成に起因するコークス強度の低下を抑制できる。
このように、非微粘結炭を細粒に粉砕すると、コークス強度は向上するが、過粉砕すると膨張性が低下してしまい、かえって、コークス強度は低下すると考えられる。
従って、膨張性の低下によるコークス強度の低下を引き起こさずに、粉砕による効果を享受することが望まれている。
平均反射率0.6%以上1.1%以下、かつ、膨張率−10%以上の弱粘結炭を粒度2mm以下90質量%以上に粉砕する方法が開示されている(特許文献1)。従来の技術範囲(3mm以下60質量%〜90質量%)よりも細かく粉砕することで、亀裂抑制効果が大きく、コークス強度が向上するとしている。
また、粘結炭、非粘結炭を問わず、0.6mm以上の最大長さを有する粗大イナート組織を区分化し、区分毎に粉砕し、石炭粉砕に伴う粒径0.3mm以下の微粉炭の増加による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高炉用コークスの製造方法が開示されている(特許文献2)。
更に、石炭は過粉砕により膨張性が低下することから、非微粘結炭の最適粒度の決定に石炭の膨張性の指標である比容積を指標とし、石炭を粉砕したときの比容積の低下度合いによって石炭の粒度を調整する方法が開示されている(特許文献3)。
特許文献2は、石炭の性状に対応した粉砕方法を提案し、粗大イナート組織に着目して、その特性に応じて粉砕している。しかし、上記特許文献1と同様に、非微粘結炭の粉砕に伴う膨張性の変化についての記述はない。
特許文献3では、非微粘結炭を粉砕したときの膨張性の変化に着目している。しかし、非微粘結炭を2〜3mmかつ平均粒径2.5mmに粉砕した場合の比容積を基準としており、そのような粒度分布に非微粘結炭を粉砕することは難しい。また実操業で得られる非微粘結炭の粒度分布は上述のような狭いものではなく、現実的な方法とはいえない。
(1)揮発分が30質量%以上で、ジラトメーター測定による全膨張率が40%以下、ギーセラー流動度(ddpm)の対数値が1.5以下の非微粘結炭を粉砕して配合炭の一部としてコークスを製造するにあたり、前記非微粘結炭の粉砕粒度と膨張性阻害変動率の関係を求めておき、膨張性阻害変動率が所定の値以下になるように前記非微粘結炭の粉砕粒度を決定することを特徴とするコークスの製造方法。
ここで、前記膨張性阻害変動率は、次の方法により求める。即ち、前記非微粘結炭を3mm篩下比率65質量%以上85質量%以下に粉砕した場合の1mm〜3mm粒度の石炭の膨張性阻害指数(IFC0)を求める。次に、前記1mm〜3mm粒度の石炭を粉砕して生ずる粒度iについて、粒度i毎に石炭の膨張性阻害指数(IFCi)を算出することで前記IFC0からの増加係数(ΔIFCi)を算出しておく。次に、前記非微粘結炭のIFC0を算出した粉砕粒度以上に粉砕した場合の1mm篩下における粒度区分毎に粒度iの質量比率増分(ΔFCi)を求める。なお、前記ΔFCiは、前記非微粘結炭の全量に対する粒度iにおける質量比率増分である。前記ΔIFCiと前記ΔFCiとを掛け合わせて、それぞれの粒度i毎に合計し、Σ(ΔIFCi×ΔFCi)を算出する。最後に、算出した前記Σ(ΔIFCi×ΔFCi)に、乾留試験に供する配合炭での前記非微粘結炭の配合割合αを掛け、膨張性阻害変動率とする。
なお、IFC 0 およびIFC i の求め方は、いずれも以下の式(便宜上、IFC 0 およびIFC i をまとめてIFCと表記)により求める。
(2)前記膨張性阻害変動率が0.02以下となるように前記非微粘結炭の粉砕粒度を決定することを特徴とする(1)に記載のコークスの製造方法。
本実施形態において、粉砕対象となる非微粘結炭は、揮発分が30質量%以上で、ジラトメーター測定による全膨張率が40%以下、ギーセラー流動度(ddpm)の対数値が1.5以下のものをいう。
先ず、非微粘結炭の粒度毎のコークス強度と配合炭の膨張性について調査した。
この調査で使用した非微粘結炭並びに粘結炭の性状を以下の表1に示す。
次に、篩い分け後の各粒度の非微粘結炭と、1mm篩下比率が100質量%の粘結炭とを混合して、各粒度毎に配合炭を作製した。配合炭の割合は、非微粘結炭30乾質量%、粘結炭70乾質量%とした。
次に、配合炭100gを試験コークス炉に装入し、3℃/minの昇温速度で1000℃まで昇温し、1000℃で30分保持して配合炭を乾留することにより、コークスを作製した。なお、試験コークス炉には、石炭装炭容積144cm3(W40mm、L60mm、H60mm)の小型の乾留装置を使用した。
I型強度試験は、円筒状容器にサンプルを入れ、この円筒状容器を所定速度で回転させることにより衝撃を加えた後、サンプルの9.52mm篩上残存率を求めるものである。円筒状容器の回転は、円筒状容器の長さ中央部に回転軸を設け、この回転軸を中心に1分間に20回の回転速度で合計600回転させることにより行った。
また、本試験では、内径132mm×長さ600mmの円筒状容器を用い、サンプルには、上記得られたコークスのうち、略72cm3、略40gのコークスを用いた。
先ず、JIS M8801に規定された細管に、配合炭を粉体のまま、所定の装入密度(0.85[dry,g/cm3])で高さ60mmに装入した。次に、細管内の配合炭の上にピストンを装入し、ピストンを装入した状態で細管を3.0±0.1℃/minの昇温速度で300℃から600℃まで加熱し、加熱終了した後の配合炭の高さを測定した。なお、この調査においては、ピストンが配合炭に及ぼす荷重は約110gとした。加熱終了後の配合炭高さをL[mm]とした。そして、以下の式(1)から膨張比容積[cm3/g]を求めた。
膨張比容積 =L/(60×0.85) …(1)
図1に示すように、非微粘結炭が1mm〜3mm粒度のときに、コークス強度は最大となる結果が得られた。従って、粗大な非微粘結炭粒子は、1〜3mm程度の粒度にまで粉砕することによって、セミコークスの収縮率差に起因する亀裂サイズを低下させることができ、その結果、コークス強度が向上すると考えられる。
一方で、1mm以下の粒度では、コークス強度が大幅に低下した。このことから、粒度を1mmよりも小さくしても亀裂サイズの低下によるコークス強度の向上効果は小さいと考えられる。また、1mm以下の粒度のコークス強度の低下は、膨張比容積が低下していることが原因として考えられる。
上記結果から、粉砕によるコークス強度の向上効果を得るには、非微粘結炭を1mm〜3mmの範囲となるように粉砕することが望ましい。しかしながら、実際の粉砕操作においては、必然的に1mmよりも小さい微粉が発生する。そして、粒度が1mm以下の微粉が及ぼすコークス強度への影響は非常に大きいと推察される。
この調査で使用した非微粘結炭並びに粘結炭の性状を以下の表2に示す。
ここで、膨張性阻害指数(IFC)とは、例えば特許第5402369号に開示されている、下記式(2)に示すイナートファクターIFを算出する際の定数fを指す。
イナートファクターIF=−f×x+1.00 …(2)
上記式中、xは低石炭化度炭配合率である。
膨張性阻害指数(IFC)では、非微粘結炭が粒度区分によって膨張性をどの程度阻害しているかが判る。
即ち、膨張性阻害指数(IFC)は、下記式(3)で表される。
非微粘結炭の粒度と膨張性阻害指数(IFC)との関係を図2に示す。
図2に示すように、非微粘結炭の粒度が低下するに従ってIFCは高くなる傾向にあり、粒度が1mm以下の微粉が膨張性に影響を与えていることを明らかとした。なお、IFCの増加度合いは非微粘結炭の銘柄によって異なっており、全膨張率が40%と高い非微粘結炭AのIFCの増加度合いは低く、全膨張率が0%のほとんど膨張しない非微粘結炭Dの増加度合いが高い結果が得られた。
ΔIFCiは、1mm〜3mm粒子の非微粘結炭を粉砕して生ずる粒度iについて、粒度i毎に算出する膨張性阻害指数(IFCi)とIFC0との差により算出される(ΔIFCi=IFCi−IFC0)。
即ち、IFC0からの増加係数(ΔIFCi)は、下記式(4)で表される。
ΔIFCiは、増分が大きいほど、非微粘結炭の粉砕強化によって、配合炭の膨張性をより低下させることを意味している。このため、銘柄毎のΔIFCiの違いによって、どの程度にまで粉砕強化することが可能かの指標になるといえる。
なお、膨張性阻害指数(IFC)を算出する際には、膨張性の変化が確認できるように、膨張比容積を測定する際に、配合炭に配合する粘結炭には十分な膨張性を有していることが望まれる。
ここでは、非微粘結炭を3mm篩下比率75質量%から粉砕強化をした際の粒度分布を測定した。そして、1mm篩下をいくつかの粒度iに区分し、粒度区分毎に粒度iの質量比率増分(ΔFCi)を算出した。このΔFCiにより、粉砕強化によって、非微粘結炭の全量に対して、どの粒度が、どの程度の質量で占めているのかが判る。なお、ΔFCiは、非微粘結炭の全量に対する粒度iにおける質量比率増分である。
そして、ΔIFCiとΔFCiとを掛け合わせ、このΔIFCi×ΔFCiをそれぞれの粒度i毎に合計し、Σ(ΔIFCi×ΔFCi)を算出した。
ΔIFCi×ΔFCiによって、粒度iの非微粘結炭が、非微粘結炭の全量に対して、どの程度の膨張性を阻害しているかが判り、これらを合計することで、1mm篩下の微粉が非微粘結炭の全量に対して、どの程度の膨張性を阻害しているかを指標化できる。
この膨張性阻害変動率を求めることで、非微粘結炭を粉砕強化したときの配合炭の膨張性の低下度合いを予測できる。つまり、膨張性阻害変動率が小さい程、非微粘結炭を粉砕しても配合炭の膨張性低下は小さい、すなわち非微粘結炭の粉砕を強化できるということを意味する。
ここで膨張性阻害とは、他の石炭(主に粘結炭)の膨張を阻害する要因である。
非微粘結炭の粉砕によるコークス強度の影響は、その他に、粗粒炭(3mmオーバー)の減少によるもの、粉砕による非微粘結炭自体の膨張比容積の減少によるものもあり、複雑である。
本実施形態のコークスの製造方法では、非微粘結炭の膨張性阻害要因の効果が大きいことに着目し、上記膨張性阻害変動率が所定の値以下になるように、非微粘結炭の粉砕粒度を決定した。具体的には、0.02以下になるように、非微粘結炭の粉砕粒度を決定した。そして、決定した粉砕粒度で非微粘結炭を粉砕して、配合炭の一部としてコークスを製造する。
このように、1mm以下の粒度の膨張性低下の影響を考慮し、この影響が最小限となるように粉砕することで、膨張性の低下を起因とするコークス強度の低下を抑制できる。
また、非微粘結炭を粉砕して、非微粘結炭の粒子サイズを小さくすることよって亀裂生成に起因するコークス強度の低下を抑制できる。
なお、粉砕による粉砕後の非微粘結炭自身の膨張性の低下も考慮する必要はあるが、本実施形態の粉砕対象となる非微粘結炭であれば、粉砕後の非微粘結炭自身の膨張性の低下は、ほぼ無視してよい。
結果として、本実施形態のコークスの製造方法によれば、より高強度のコークスを簡便に得ることができる。
なお、本実施形態では、3mm篩下比率75質量%に粉砕した場合の1mm〜3mm粒度の石炭の膨張性阻害指数をIFC0としたが、IFC0は、3mm篩下比率が65質量%以上85質量%以下の範囲内に粉砕した場合の1mm〜3mm粒度の石炭から算出することが可能である。3mm篩下比率が上記範囲内であれば、銘柄による膨張性阻害指数(IFC)の差が小さいため、ΔIFCiの算出の基準とすることができる。
非微粘結炭A,B,C,Dの性状を以下の表3に、粒度分布を以下の表4並びに図3に示す。
そして、更にその1mm〜3mm粒度の粒子を、あらかじめ膨張比容積の値が既知である粘結炭(1mm篩下比率が100質量%)に、30質量%の割合で添加し、この配合炭の膨張比容積を測定することで、膨張性阻害指数(IFC0)を算出した。この粘結炭の全膨張率は79%である。
更に、上述の1mm〜3mm粒度の粒子を手粉砕にて0.3mm〜0.6mmもしくは0.1mm以下に粉砕した。粉砕した粒子を上記と同様に、粘結炭に添加して、その配合炭の膨張比容積を測定した。この膨張比容積から、各粒度の膨張性阻害指数を算出した。非微粘結炭の粒度低下による膨張性阻害指数(IFC)の変化を図4に示す。
図4に示すように、IFCは、非微粘結炭の粒度が低下するに従って高くなる傾向にあり、その増加度合いは非微粘結炭の銘柄によって異なることが確認できる。
図5に示すように、非微粘結炭の3mm篩下比率を75質量%から、85質量%、95質量%と粉砕強化することで、粒径が1mm以下の微粉が増加する傾向がみられる。
また、図4に示す、隣接するプロット間を直線でそれぞれ繋いだ線に基づき、上記4粒度区分の中央値におけるΔIFCi(ΔIFCi=IFCi−IFC0)を推定した。
次に、上記得られたΔIFCiとΔFCiとを掛け合わせて、それぞれの粒度i毎に合計し、Σ(ΔIFCi×ΔFCi)を算出した。
排出後のコークスは、窒素流通下で冷却し、その後JIS−K2151に規定のドラム強度(DI150 15)測定試験に供した。図6にドラム強度試験の結果を示す。
図6に示すように、粉砕強化によって、ドラム強度が向上する例や、低下する例があり、銘柄によって結果が大きく異なっていた。
図4並びに図6から、粒度が1mm以下の粒子が強度に及ぼす影響の度合い(膨張性阻害指数;IFC)は、銘柄により、また、粒度が1mm以下の粒子の粒度区分により大きく異なることが判る。
膨張性阻害変動率とドラム強度の関係を図7(A)に、膨張性阻害変動率と粉砕レベルの関係を図7(B)に示す。図7(A)は、非微粘結炭の粒度が3mm篩下75質量%のときのDI150 15を基準に、非微粘結炭を粉砕強化したときのDI150 15の変化をΔDIとし、膨張性阻害変動率に対し、ΔDIをプロットした図である。
図7(A)に示すように、膨張性阻害変動率が0.02より大きくなるとΔDIが負になっていることが判る。つまり、膨張性阻害の影響が大きくなり、粉砕を強化することによってDIが低下したといえる。また、図7(A)と図7(B)から、粉砕レベルが強化されるにつれて膨張性阻害変動率が大きい非微粘結炭はドラム強度が低下する傾向がみてとれる。
Claims (2)
- 揮発分が30質量%以上で、ジラトメーター測定による全膨張率が40%以下、ギーセラー流動度(ddpm)の対数値が1.5以下の非微粘結炭を粉砕して配合炭の一部としてコークスを製造するにあたり、
前記非微粘結炭の粉砕粒度と膨張性阻害変動率の関係を求めておき、膨張性阻害変動率が所定の値以下になるように前記非微粘結炭の粉砕粒度を決定することを特徴とするコークスの製造方法。
ここで、前記膨張性阻害変動率は、次の方法により求める。即ち、
前記非微粘結炭を3mm篩下比率65質量%以上85質量%以下に粉砕した場合の1mm〜3mm粒度の石炭の膨張性阻害指数(IFC0)を求める。
次に、前記1mm〜3mm粒度の石炭を粉砕して生ずる粒度iについて、粒度i毎に石炭の膨張性阻害指数(IFCi)を算出することで前記IFC0からの増加係数(ΔIFCi)を算出しておく。
次に、前記非微粘結炭のIFC0を算出した粉砕粒度以上に粉砕した場合の1mm篩下における粒度区分毎に粒度iの質量比率増分(ΔFCi)を求める。なお、前記ΔFCiは、前記非微粘結炭の全量に対する粒度iにおける質量比率増分である。
前記ΔIFCiと前記ΔFCiとを掛け合わせて、それぞれの粒度i毎に合計し、Σ(ΔIFCi×ΔFCi)を算出する。
最後に、算出した前記Σ(ΔIFCi×ΔFCi)に、乾留試験に供する配合炭での前記非微粘結炭の配合割合αを掛け、膨張性阻害変動率とする。
なお、IFC 0 およびIFC i の求め方は、いずれも以下の式(便宜上、IFC 0 およびIFC i をまとめてIFCと表記)により求める。
- 前記膨張性阻害変動率が0.02以下となるように前記非微粘結炭の粉砕粒度を決定することを特徴とする請求項1に記載のコークスの製造方法。
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