JP6260260B2 - コークスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コークスの製造方法に関する。特に、膨張率が低い非粘結炭を使用するコークスの製造方法に関する。

コークスの製造では、安価原料である非粘結炭を多量に使用することが望まれている。非粘結炭は高揮発分であるが故に、軟化溶融-再固化後の（セミ）コークス収縮率が高く、その結果、コークス塊内の亀裂生成およびコークス強度低下の要因となる。そのため、石炭を粉砕し、粒子サイズを小さくすることで亀裂サイズを低下させ、コークス強度の向上を図ることができる。
一方、石炭は過粉砕すると粘結性が低下することが知られている。そのため、粘結性低下によるコークス強度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％に粉砕する方法が開示されている。従来の技術範囲（３ｍｍ以下６０％〜９０％）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（特許文献1）。
無機成分の高い石炭の粉砕粒度を無機成分の低い石炭より細かく粉砕してコークスを製造する方法の記載がある（特許文献２）。
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の記載がある（特許文献３）。

特開２００２−１２１５６７号公報 特許第５０４５０８２号公報 特許第４５５１４９４号公報

膨張率が低い非粘結炭は、非粘結性が著しい。かかる非粘結性が著しい非粘結炭を使用するコークスの製造においては、非粘結炭の粉砕が重要である。非粘結炭を細粒に粉砕すると、コークス強度は向上するが、過粉砕すると粘結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。以下、細粒とは、略３ｍｍ以下の石炭をいい、微粉とは、略０．３ｍｍ以下の石炭をいう。
特許文献１には、非粘結炭を粒度２ｍｍ以下９０％に粉砕するが、粉砕により発生する微粉に関しての記載がない。
特許文献２または特許文献３は、石炭の性状に対応した粉砕方法を提案する。特許文献２は、無機成分に着目するもので、特許文献３は、粗大イナート組織に着目し、その特性に応じて粉砕する。しかし、これらの文献は、非粘結炭の粉砕に伴う細粒と微粉の粉砕方法についての記述はない。

膨張率が低い非粘結炭の使用では、非粘結炭をどの程度、粉砕して、コークス強度を確保するかが課題である。
本発明の目的は、膨張率が低い非粘結炭を適切に粉砕することにより高強度のコークスの製造を可能とするコークスの製造方法を提供することである。

本発明者等は、膨張率が低い非粘結炭を粉砕する実験を繰り返すことにより、適切な粉砕により高強度のコークスの製造が可能となることを見出した。
本発明は、これらの知見に基づくものである。

本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。

（１）揮発分が３０質量％以上で、ジラトメータ測定による全膨張率が5％以下、ギーセ
ラー流動度（ddpm）の対数値が１．５以下の石炭を、３ｍｍ以下が８５質量％以上に粉砕し、
前記粉砕した石炭を全配合炭に対して０質量％を超え、２５質量％以下となるように、かつ０．３ｍｍ以下が９質量％以下になるように配合することを特徴とするコークスの製造方法。

本発明によれば、膨張率が低い非粘結炭を３ｍｍ以下に粉砕し、かつ、過粉砕により０．３ｍｍ以下が増加しない程度に、適切に粉砕することにより、高強度のコークスの製造が可能となる。

添加した膨張率が低い非粘結炭の粒度区分の平均値とコークスのＩ型強度、膨張比容積の関係を示す図。 膨張率が低い非粘結炭の０．３ｍｍ以下の割合とコークス強度（ＤＩ^１５０ _１５）の関係を示す図。

（非粘結炭の粉砕がコークス強度に及ぼす影響について）
石炭は、一般的に４００℃近傍で軟化溶融を開始し５００℃近傍で再固化する。その時点でのコークスはセミコークスと呼ばれ、その後の昇温により残留揮発分が放出されながら収縮し、１０００℃近傍で完全に焼き締まったコークスとなる。非粘結炭は一般的に高揮発分であるため、セミコークス収縮率が高く、それがコークス塊内の亀裂生成を誘発しコークス強度低下の要因となる。したがって、そのような石炭を細かく粉砕することでコークス塊内の亀裂サイズが低下し、コークス強度を増加させることができる。
以上の考え方に従って、コークス強度を確保するため、非粘結炭は、細粒化することが重要である。

（非粘結炭の過粉砕がコークス強度に及ぼす影響について）
一方、粉砕強化の結果として微粉の量が増加する。石炭は粒度が小さくなりすぎると発生ガスが粒子内に内包されにくくなるため、膨張性が低下する。そのため、粉砕を強化しすぎると、微粉発生による膨張性低下の悪影響が粗粒のサイズ低下に伴う亀裂サイズ低下の効果を上回り、結果としてコークス強度が低下する。しかし、具体的な粒度と膨張率の関係は明らかではない。

非粘結炭の過粉砕がコークス強度に及ぼす影響について調査した。
図１に、対象とする膨張率が低い非粘結炭の粒度とコークス強度および配合炭の膨張性との関係を示す。小型の試験コークス炉により乾留した結果である。試験コークス炉は石炭装炭容積１４４ｃｍ^３(Ｗ４０ｍｍ、Ｌ６０ｍｍ、Ｈ６０ｍｍ)の小型の乾留装置を使用した。
用いた膨張率が低い非粘結炭Ｃの特性を表１に示す。表１には、後述する図２及び実施例（表２）で用いた非粘結炭の特性も示す。尚、非粘結炭Ｄ，非粘結炭Ｆは、膨張率が大きく、本発明に係る粉砕対象の非粘結炭ではない。

非粘結炭Ｃは、３ｍｍ篩下重量比率７５％に粉砕し、粉砕後、１ｍｍ，０．６ｍｍ，０．３ｍｍ，０．１ｍｍの篩で５粒度区分に篩い分けた。篩分け後の各粒度の非粘結炭３０乾質量％と、１ｍｍ以下１００％の粘結炭７０乾質量％の配合炭を作成した。その配合炭１００ｇを用い、昇温速度３℃／ｍｉｎにて１０００℃まで昇温し、１０００℃で３０分保持することで乾留を行い、コークス強度を調査した。コークス強度の評価にはＩ型強度試験を用い、膨張性評価には膨張比容積を用いた。
Ｉ型強度試験とは、内径１３２ｍｍ×長さ６００ｍｍの円筒容器にコークスを入れ、長さ方向に６００回転させた後の９．５２ｍｍ上残存率を求めるものである。本試験では、得られたコークス塊の半分である略７２ｃｍ^３で略４０ｇのコークスをいれ、Ｉ型強度を測定した。また、膨張比容積とは、特開平５−６０７０７に記載されている石炭質量あたりの石炭膨張後体積（ｃｍ^３／ｇ）である。
図１から、非粘結炭Ｃの粒径が０．３ｍｍ以下になると配合炭の膨張性が低下し、それに応じてコークス強度が低下する。０．３ｍｍ以下粉の発生を抑制することがコークス強度低下抑制に繋がると考えらえる。このことから、膨張率が低い非粘結炭の粉砕は、微粉（０．３ｍｍ以下）を抑制する必要があることが分かった。

（膨張率が低い非粘結炭の粉砕方法がコークス強度に及ぼす影響について）
膨張率が低い非粘結炭の軽粉砕又は過粉砕の程度により、粉砕後の３ｍｍ以下、又は、０．３ｍｍ以下が変化する。そこで、分級粉砕法により、非粘結炭の粉砕の程度を変更する試験を行った。

粉砕粒度３ｍｍ以下８０％の粘結炭の乾質量６０％と、膨張率が高い非粘結炭Ｄの乾質量２０％、および本発明において粉砕対象となる膨張率が低い非粘結炭Ｃの乾質量２０％から成る配合炭８０ｋｇを、炭化室内寸法がＷ４５０ｍｍ×Ｌ５００ｍｍ×Ｈ５００の試験コークス炉に嵩密度０．７６ｔ／ｍ^３で装炭し、乾留温度１０００℃で２１時間乾留を行った。排出後のコークスは一昼夜窒素流通下で冷却し、その後ＪＩＳ−Ｋ２１５１に規定のドラム強度測定試験に供した。

図２に、粉砕後の膨張率が低い非粘結炭の３ｍｍ以下、又は、０．３ｍｍ以下のコークス強度への影響を示す。図２で、Ｐは、粉砕の程度は最も強く、Ｑ，Ｒ，Ｓの順で、粉砕の程度は弱くなっている。
Ｐ（−０．５ｍｍ１００％）は、−０．３ｍｍが多く（１４．５％）、コークス強度が低い。Ｑ（−１ｍｍ１００％）は、−０．３ｍｍは、少なく（５．６％）で、コークス強度が高い。Ｒ（−３ｍｍ１００％）、Ｓ（−３ｍｍ８０％）に粉砕すると、粉砕不十分で、粗粒が増え、コークス強度が低下する。

Ｐの強粉砕では、微粉（０．３ｍｍ以下）が多く、Ｒ，Ｓの弱粉砕では、粗粉（３ｍｍ以上）が多く、それぞれ、コークス強度（ＤＩ^１５０ _１５）が低下した。

なお、粉砕の方法および粉砕機の種類は任意であるが、微粉の量を制御しつつ粗粉のみを効率よく粉砕するには、予め篩にかけて篩上のみを粉砕し、その後さらに篩にかけて篩上のみを粉砕する分級粉砕法などが効果的である。

コークス強度の目標値を（ＤＩ^１５０ _１５）≧８４．５とし、膨張率が低い非粘結炭の粉砕によるコークス実験を行った。
粉砕対象の非粘結炭は、非粘結炭Ｃを用いた。非粘結炭Ｃを、３ｍｍ以下が７５質量％〜１００質量％に変更して粉砕した。粉砕は、反発式粉砕機を用い実施した。
シリーズＸでは、粘結炭の乾質量６０％と、膨張率が高い非粘結炭Ｄの乾質量２０％、および本発明にて粉砕対象となる膨張率が低い非粘結炭Ｃの乾質量２０％からなる配合炭とし、シリーズＹでは、粘結炭の乾質量５０％と、膨張率が高い非粘結炭Ｆの乾質量２５％、および本発明にて粉砕対象となる膨張率が低い非粘結炭Ｃの乾質量２５％からなる配合炭とした。
上記に準備した配合炭８０ｋｇを、炭化室内寸法がＷ４５０ｍｍ×Ｌ５００ｍｍ×Ｈ５００の試験コークス炉に嵩密度０．８０ｔ／ｍ^３で装炭し、乾留温度１０００℃で２１時間乾留を行った。排出後のコークスは一昼夜窒素流通下で冷却し、その後ＪＩＳ−Ｋ２１５１に規定のドラム強度測定試験に供した。
それぞれのケースに対応した膨張率が低い非粘結炭Ｃの０．３ｍｍ以下とコークス強度（ＤＩ^１５０ _１５）を表１に示す。ここで、非粘結炭Ｃの０．３ｍｍ以下とは、全配合炭に対する非粘結炭Ｃの０．３ｍｍ以下（質量％）である。

実施例１〜実施例３は、非粘結炭Ｃの３ｍｍ以下が８５質量％以上で、かつ、全配合炭に対して０．３ｍｍ以下が９質量％以下であり、粉砕が適切で、コークス強度の目標値を達成することができた。
比較例１及び比較例２は、膨張率が低い非粘結炭Ｃの３ｍｍ以下が８５質量％以下で、粉砕が不十分で、粗粒が多く、コークス強度の目標値を達成することができなかった。
比較例３は、膨張率が低い非粘結炭Ｃの３ｍｍ以下が８５質量％以上であるが、全配合炭に対して０．３ｍｍ以下が９質量％以上であり、微粉（０．３ｍｍ以下）が多く、コークス強度の目標値を達成することができなかった。

膨張率が低い非粘結炭を適切に粉砕することにより高強度のコークスの製造を可能とするコークスの製造に利用することができる。

Claims (1)

1. 揮発分が３０質量％以上で、ジラトメータ測定による全膨張率が５％以下、ギーセラー流動度（ddpm）の対数値が１．５以下の石炭を、３ｍｍ以下が８５質量％以上に粉砕し、
   前記粉砕した石炭を全配合炭に対して０質量％を超え、２５質量％以下となるように、かつ０．３ｍｍ以下が９質量％以下になるように配合することを特徴とするコークスの製造方法。