JPH07166166A

JPH07166166A - 冶金・高炉用コークスの製造方法

Info

Publication number: JPH07166166A
Application number: JP28511693A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nushishiro; 晃一主代; Katsutoshi Igawa; 勝利井川; Kenichi Tanmachi; 健一反町
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1993-10-19
Filing date: 1993-11-15
Publication date: 1995-06-27

Abstract

(57)【要約】【構成】冶金・高炉用コークスを製造するに当たり、
強粘結炭と非微粘結炭とを混合した配合炭を、高温流動
層にて軟化温度を下回る温度域まで急速加熱し、次いで
マイクロ波加熱により30℃/ min 以上の昇温速度で軟化
温度まで急速加熱したのち0.7 〜1.2 g /cm³の範囲で圧
密成形を行い、引き続き900 〜1100℃の温度域で乾留処
理する。【効果】比較多量の非粘結炭を含む配合炭から品質の
良好な冶金・高炉用コークスを安定して製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、粘結性が無いか、も
しくは極わずかな粘結性しか有しない石炭 (以下これを
単に、非微粘結炭と記すこととする) を比較的多量に含
む配合炭から、品質の良い冶金・高炉用コークスを安定
して得ようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】現在の冶金あるいは高炉用コークスは、
一般的には室炉法により製造されているが、設備の老朽
化を期にこれを他の方法に代替する製造技術が種ゝ検討
されるようになってきている。なかでも、非微粘結炭を
大量に使用でき、防塵防煙対策が容易で操業自由度の高
い連続式成形コークス法の開発が切望されていた。

【０００３】さて、冶金・高炉用の成形コークスは、高
炉に装入したときの空隙率が高くなるように不定型の形
状が望まれ、その特性としては、例えばタンブラーイン
デックスＴＩ₆ ⁴⁰⁰で84.5以上のものが要求されていた
(タンブラーインデックスは冷間での回転強度を示す指
標であり、ＴＩ₆ ⁴⁰⁰はコークスを直径914 mmの回転ドラ
ムに装入し400 回転後に６mmの篩でふるい分け６mm以上
のコークスがどのくらいの割合 (％) で存在するかでも
って表す値である) 。

【０００４】そして、このような特性を持ったコークス
を、非微粘結炭を多量に使用して製造する方法として
は、石炭を急速加熱することによってその粘結性を向上
させ、低圧下荷重で成形して乾留、コークス化する方法
が検討されてきた。

【０００５】この点に関し、特開昭58-122982 号公報に
は、非粘結炭と粘結炭からなる配合炭を、大気圧を超え
る静水圧１〜５atm の環境下で流動層を用いて急速加熱
し、次いでこれを熱間成形し、引き続き乾留して冶金用
コークスを製造する方法が開示されている。

【０００６】また、これに類似する方法としては、ソ連
で開発されたSapozhnikov Process(燃料協会誌 39(196
0)127〜134 頁) が知られており、また、その他に、褐
炭を成形用金型で急速加熱したのち高圧で圧縮、炭化乾
留して粒状の炭素材を製造する特開昭63-193987 号公報
に開示されているような技術も存在している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特開昭58-1
22982 号公報に開示の方法は、急速加熱炉として加圧流
動層が不可欠であって、設備にかかるコストの上昇が避
けられず、また、操業管理上も煩雑となる不具合があっ
た。

【０００８】また、ソ連で開発されたSapozhnikov Proc
ess 法では、急速加熱法として流動層のみを用いるた
め、原料炭として粘結炭を配合した場合、配合した粘結
炭の高粘結性のために流動層内で流動化不良が起こり、
長期間安定した連続操業を行うのは困難であった。

【０００９】さらに、原料炭を褐炭とした技術において
は、高炉等で使用できるような強度をもったコークスを
製造するのが困難 (必要な強度をもたせるためには原料
を粘結炭を含むものとする必要がある) であり、しか
も、金型を用いるものであるから、連続的に大量に処理
することができない欠点があった。

【００１０】ここに、上記の先行文献や特公昭63-18636
号公報に開示されているように、大量の石炭を、数十度
／分という高速で連続的に加熱する技術においては、加
熱ガスを用いた流動層反応器や気流層反応器の適用が不
可欠であり、石炭の伝熱が律速となる固定層反応器（数
十度／分というような高速の急速加熱ができない）は使
用することはできず、また、流動層反応器に関しては、
原料として粘結炭を配合した場合に、その粘結性のため
に石炭粒子が凝集し、固／気の搬送経路が閉塞したり、
加熱が不均熱になることから、商業的な規模では、その
ような配合炭を軟化溶融温度領域まで流動層反応器で急
速加熱するのは困難であり実用化されるに至っていな
い。

【００１１】この発明は、比較的多量の非微粘結炭を含
む配合炭を原料にして、粘結性が発現する軟化温度域で
の流動層の使用による弊害を伴うことなしに高炉等の使
用に耐え得る良好な品質（不定型形状でＴＩ₆ ⁴⁰⁰が84.5
以上) のコークスを製造できる新規な方法を提案するこ
とを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】粘結炭と非微粘結炭とを
混合した原料炭を、流動化による弊害を伴うことなしに
急速加熱する方法について種ゝ実験と検討を重ねた結
果、固定層反応器での欠点を克服する方法として、配合
炭の内部からの加熱が可能である電磁波による加熱、と
くにマイクロ波加熱 (マイクロ波加熱と外部からの加熱
を併用してもよい) を適用することが極めて有効である
ことを突き止めた。この発明は上記の知見に立脚するも
のである。

【００１３】すなわち、この発明は、冶金・高炉用コー
クスを製造するに当たり、強粘結炭と非微粘結炭よりな
る配合炭を、高温流動層にて軟化温度を下回る温度域ま
で急速加熱し、次いでマイクロ波加熱により30℃/min以
上の昇温速度で軟化温度まで急速加熱したのち0.7 〜1.
2g/cm³の範囲で圧密成形を行い、引き続き900 〜1100℃
の温度域で乾留処理することを特徴とする冶金・高炉用
コークスの製造方法であり、この発明においては、上記
の高温流動層による加熱を省略しベルトコンベア式の加
熱炉またはバケットコンベア式の加熱炉中でマイクロ波
またはマイクロ波と他の加熱法を組み合わせて急速加熱
を行うこともできる。また、この発明においては、非微
粘結炭を高温流動層を用いて強粘結炭とは別途に急速加
熱してから該強粘結炭と混合し圧密成形するようにして
もよい。

【００１４】図１はこの発明を実施するのに用いて好適
な設備の構成を示したものであって、図中１は配合炭を
蓄えておく石炭ホッパー、２は石炭ホッパー１から切り
出された配合炭を乾燥する予熱器、３は予熱した配合炭
を蓄えておく石炭ホッパー、４は流動層加熱器、５はサ
イクロン、６はマイクロ波による急速加熱を可能とした
機構を有する圧密成形機、そして、７は圧密成形した配
合炭を乾留する乾留炉である。図２に、圧密成形機６の
要部の断面を示す。図２における番号6-1 は配合炭ｃの
装入口、6-2 はケーシング、6-3 はケーシング6-2 内に
組み込まれたヒータ、6-4 はマイクロ波導波管、6-5 は
圧密用ロールである。

【００１５】石炭ホッパー１より切り出された配合炭
は、乾燥予熱器２にて予熱されたのち、サイクロン３を
経て流動層加熱器４にて配合炭の軟化温度を下回る温度
域まで急速加熱される。そして、かかる配合炭はサイク
ロン５を経てから圧密成形６においてマイクロ波により
30℃/ min 以上の速度で軟化温度まで急速加熱され、次
いで圧密成形を受けたのち、乾留炉７にて900 〜1100℃
の温度域で乾留処理を受けることとなる。

【００１６】

【作用】この発明において使用する配合炭は、主に粘結
性の異なる石炭からなり (強粘結炭10〜40％, 非微粘結
炭60〜90％）、それぞれの石炭は３mm以下で留分が60〜
90wt％程度のものを用いるのが好ましく、これにさらに
コークス粉あるいはコークスの製造過程で生じる残渣を
加えることができる。

【００１７】流動層加熱器４のような高温流動層を使用
する場合においては、まず、配合炭の流動化不良を回避
するために該配合炭の軟化温度を下回る温度域まで急速
加熱するが、そのための手段としては加熱した不活性ガ
ス、還元性ガスあるいは燃焼排ガスを適用する。軟化温
度を下回る温度域まで急速加熱した配合炭は次に圧密成
形機６においてマイクロ波加熱により30℃/min以上の昇
温速度で軟化温度まで急速加熱する。その理由は、配合
炭ｃの急速加熱を行うことによってその粘結性の改善を
図ることができるからである (上記の組成になる配合炭
の場合、昇温速度が毎分30℃未満の場合には粘結性の改
善効果は低い）。

【００１８】石炭を軟化溶融域まで加熱する場合におい
て、昇温速度を高めることによって粘結性に関する諸特
性、例えば流動度、膨張度、粘結力指数あるいは溶融量
などを改善することができる。

【００１９】マイクロ波による急速加熱の際の上限温度
は、軟化溶融温度までであるが、配合炭の炭種により、
各々の軟化溶融特性に差があるため一概にその温度を規
定することはできない。しかしながら、加熱後の圧密化
状況、コークス強度の観点から370 〜500 ℃の範囲とす
るのが望ましい。というのは、これを下回る温度では配
合炭の粘結性が十分に現出させることができず、一方、
この範囲を上回る温度ではコークス化が開始することに
なり粘結性が小さくなるため十分な強度を有するコーク
ス塊を得ることができなくなるからである。

【００２０】急速加熱を開始する温度についても一概に
規定することはできないけれども、目標とする加熱温度
域までに達する範囲があまり狭いと配合炭の粘結性の改
善効果が少ないので、加熱開始温度は少なくとも急速加
熱の上限温度より50℃低い温度以下とするのが好まし
い。

【００２１】この発明で規定するように配合炭にマイク
ロ波を照射すると、かかる配合炭は自己発熱するため、
積層したような状態であってもその内部まで加熱するこ
とができる利点がある。しかしながら、配合炭の表面に
ついては放熱が避けられないので外部, 内部を均一に加
熱するのは難しい。このため、図２に示したようなヒー
タ6-3 を用いて加熱するようにするか、加熱した不活性
ガス、還元性ガスあるいは燃焼排ガスを配合炭ｃに直接
吹きつけるようにするのがよい。マイクロ波による加熱
においては配合炭の層厚をマイクロ波の浸透深さを考慮
し50cm以下とするのが望ましい。周波数については、24
50MHz あるいは915MHz程度とする。

【００２２】急速加熱後の配合炭は、圧密成形用ロール
6-5(ベルト上でのスタンピングやベルト終点下方でのダ
ブルロールブリケッティングによる圧密成形でも可) に
よる成形にてその密度を0.7 〜1.2 g/cm³ とするが、そ
の理由は密度が0.7 g/cm³ 未満では圧下による効果が現
れずコークスに所望の強度を付与することができないか
らであり、一方、1.2 g/cm³ を超えると圧密装置の加圧
力を大きくする必要があり装置の大型化を招くため好ま
しくないからである。

【００２３】配合炭の圧密成形後は、乾留処理すること
となるが、その温度が900 ℃未満では所望の強度を得る
ことができず、1100℃を超えるような高温では経済的で
ないので、かかる処理における温度は900 〜1100℃とす
る。

【００２４】図３はこの発明を実施するのに用いて好適
的な設備の他の例を示したものである。図３における番
号８は石炭ホッパー、９は石炭ホッパー８につながりそ
の内部にベルトコンベア９ａを有する加熱炉、10はマイ
クロ波発生装置、11は加熱用ガスを加熱炉９内に供給す
るガス発生装置、12は原料炭ｃの圧密用ロール、そして
13は乾留炉である。

【００２５】上掲図３に示すような構成になる設備にお
いては、石炭ホッパー８より切り出された配合炭は加熱
炉９内のベルトコンベア９ａにて乾留炉13へ搬送される
が、その途中でマイクロ波10ａおよび加熱用ガス11ａの
併用により軟化温度まで急速加熱され、圧密用ロール12
による成形を受けたのち乾留炉13にて乾留処理を受け
る。図３に示すような設備において、配合炭の内外から
均一に加熱するには、外部加熱手段として電気抵抗発熱
体、ラジアントチューブ等により輻射加熱を行うように
してもよく、また、ベルトコンベア９ａのロールに直接
通電して配合炭を加熱する伝熱加熱を行うようにしても
かまわない。

【００２６】配合炭を構成している強粘結炭は、急速加
熱による流動性の改善が著しく、軟化溶融温度まで流動
層加熱を適用することはできない (流動層内での付着性
が問題) が、非微粘結炭ではこのような問題はさほどで
もない。このような場合には図４に示すような設備を使
用することができる。この設備においては、、強粘結炭
をベルトコンベア９ａ上で急速加熱 (マイクロ波加熱,
ガス直接加熱, 輻射加熱, 伝熱加熱) し、非微粘結炭を
流動層６で急速加熱し、これらを混合機 (スクリュ型混
合押出し機等) 14によって混合、圧密成形し、還元雰囲
気を保持したままで乾留炉６へ装入する。粘結性を持っ
た石炭はベルトやロールに付着することがあるが、この
ような場合には図示はしないがスクレーパー等のはぎ取
り機を配置し、これによって付着した石炭を除去するよ
うにすればよい。

【００２７】上掲図４における15は非微粘結炭を貯溜す
るホッパー、16は非微粘結炭を500℃程度に加熱するた
めのガス加熱装置、17は加熱した非微粘結炭と加熱ガス
を分離するためのサイクロン、18は混合機14の駆動源で
ある。

【００２８】以上説明したような条件、設備によってコ
ークスを製造することにより、従来の流動層加熱の際に
問題となっていた、石炭粒子の凝集による搬送経路の閉
塞や不均一加熱等が回避され品質の良好なコークスを安
定して製造できることとなる。

【００２９】

【実施例】

実施例１上掲図１示したような設備を用いて、表１に示す配合割
合になる配合炭を、水分５％以下に乾燥 (約80℃) して
から、高温流動層である流動層加熱器 (加熱したN₂ガス
を10m/s 速度で導入して流動化させる方式のもの) に導
いて配合炭の軟化温度を下回る温度域まで急速加熱 (配
合炭は１kg/minの条件で流動加熱器に装入し、平均滞留
時間は約３min 程度) し、次いでマイクロ波加熱 (マイ
クロ波出力は最大５kWとし昇温速度に応じて出力を調
整) 、圧密成形、さらに、乾留処理を行い、得られたコ
ークスの品質について調査した。その結果を、処理条件
とともに表２、表３に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】表２、表３より明らかなように、この発明
で規定する条件を外れる表３のコークスにおいては全て
その強度が劣っていることが確認できた。

【００３４】実施例２

【００３５】表１に示す配合割合になる配合炭を、水分
が５％以下になるまで乾燥 (約80℃) してから上掲図３
に示す設備の加熱炉内へ１kg/minの条件 (コンベアのラ
インスピードは0.1m/min) で供給し、表４, ５に示す種
ゝの条件で急速加熱、圧密成形、さらに乾留処理を行っ
てコークス化し、その品質について調査した。その結果
を表４, ５に併せて示す。

【００３６】なお、表４におけるNo. １〜５は急速加熱
時のマイクロ波出力を25kWとし、500 ℃に加熱したN₂ガ
スを最高10Nm³/min の流量で配合炭の表裏面から吹きつ
けた場合であり、No. ６は乾燥後の石炭をロータリーキ
ルンで320 ℃まで加熱しマイクロ波出力を５kWとし、50
0 ℃に加熱したN₂ガスを最高５Nm³/min の流量で配合炭
の表裏面から吹きつけた場合、No. ７〜11は上掲図４に
示したような設備を用い、非微粘結炭を2.6 kg/minで流
動層急速加熱機 (加熱機の下方から加熱したN₂ガスを10
m/S の速度で導入して流動化させる方式のもの) に装入
し (ここにおける平均滞留時間は約５分程度) 、その
後、スクリュ押出機のダイスを通して圧密成形を行った
他はNo. １〜５と同等の条件とした場合であり、さら
に、No. 12は乾燥後の石炭をローターリーキルンで予熱
320 ℃で加熱しNo. ７〜11において、流動層における平
均滞留時間を約１分とし、マイクロ波出力を５kW、500
℃に加熱したN₂ガスを最高５Nm³/min の流量で原料炭の
表裏から吹きつけた場合である。

【００３７】また、表５におけるNo. １〜５は、表１に
示す配合割合になる配合炭を、水分が５％以下になるま
で乾燥してから上掲図３に示す設備の加熱炉内へ１kg/m
inの条件 (コンベアのラインスピードは0.1m/min) で供
給し、同じく表３に示す種ゝの条件で急速加熱 (マイク
ロ波出力は25kWととし、500 ℃に加熱したN₂ガスを最高
10Nm³/min の流量にして上下面から吹付けた) 、圧密成
形、さらに乾留処理を行ったものであり、また、No. ６
〜10は上掲図４に示したような設備を用い、非微粘結炭
を2.6 kg/minで流動層急速加熱機 (加熱機の下方から加
熱したN₂ガスを10m/S の速度で導入して流動化させる方
式のもの) に装入し (ここにおける平均滞留時間は約５
分程度) 、その後、スクリュ押出機のダイスを通して圧
密成形を行った他はNo. １〜５と同等の条件とした場合
である。

【００３８】

【表４】

【００３９】

【表５】

【００４０】表４、５より明らかなように、この発明で
規定する条件を外れる表５のコークスにおいては全てそ
の強度が劣っていることが確認できた。

【００４１】

【発明の効果】この発明によれば、比較多量の非粘結炭
を含む配合炭から品質の良好な冶金・高炉用コークスを
安定して製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施するのに用いて好適な設備の構
成を示した図である。

【図２】圧密形成機の要部の構成を示した図である。

【図３】この発明を実施するのに用いて好適な設備の構
成を示した図である。

【図４】この発明を実施するのに用いて好適な設備の構
成を示した図である。

【符号の説明】

１石炭ホッパー２予熱器３石炭ホッパー４流動層加熱器５サイクロン６圧密成形機７乾留炉８石炭ホッパー９加熱炉 10 マイクロ波発生装置 11 ガス発生装置 12 圧密用ロール 13 乾留炉 14 混合機 15 ホッパー 16 ガス加熱装置 17 サイクロン 18 駆動源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冶金・高炉用コークスを製造するに当た
り、強粘結炭と非微粘結炭とを混合した配合炭を、高温
流動層にて軟化温度を下回る温度域まで急速加熱し、次
いでマイクロ波加熱により30℃/ min 以上の昇温速度で
軟化温度まで急速加熱したのち0.7 〜1.2 g /cm³の範囲
で圧密成形を行い、引き続き900 〜1100℃の温度域で乾
留処理することを特徴とする冶金・高炉用コークスの製
造方法。
【請求項２】高温流動層による加熱を省略し、ベルト
コンベア式の加熱炉またはバケットコンベア式の加熱炉
中でマイクロ波またはマイクロ波と他の加熱法を組み合
わせて急速加熱を行う請求項１記載の方法。
【請求項３】非微粘結炭を高温流動層を用いて強粘結
炭とは別途に急速加熱し、次いで混合、圧密成形する請
求項２記載の方法。