JPH07188670A - 低温乾留による冶金用成型コークス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 竪型シャフト炉内で成型炭を熱媒ガスによっ
て直接的に加熱し、冶金成型コークスを製造するプロセ
スにおいて、生産性の向上、省エネルギー性の向上、設
備コストの削減への対応を図る冶金用成型コークスを製
造する方法を提供する。 【構成】 非微粘結炭を５０〜９０重量％含有する粉炭
にバインダーを添加して塊成化した成型炭を竪型シャフ
ト炉内で乾留し冶金用成型コークスを製造する方法にお
いて、竪型室内で７００〜８５０℃まで乾留し、かつ、
前記竪型シャフト炉下段に設置した冷却室の上部にエア
ーを導入することによりコークスの残留揮発分を燃焼さ
せ、少なくとも９００℃まで加熱することで高強度の成
型コークスを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石炭とバインダーを混
練し成型して得られる成型炭を、竪型シャフト炉内で熱
媒ガスによって加熱・乾留する冶金用成型コークスの製
造方法に関する。より詳しく述べると、本発明は、成型
コークス製造における生産性の向上、省エネルギー性の
向上、設備コストの削減への対応を図る冶金用成型コー
クスの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】冶金用成型コークスを製造する方法とし
ては石炭を炭化室に装入し、隣接する燃焼室で燃料ガス
を燃焼させ、珪石煉瓦製の壁を介して伝熱する熱によっ
て石炭を間接的に加熱し、乾留する室炉式コークス炉に
よる方法が一般的に広く採用されている。しかし、この
方法はバッチ操業形態であるために密閉化が充分に実施
できないことにより、乾留時に発生する副産物の系外へ
の漏洩および炭化室への石炭の装入時とコークス排出時
の粉塵の飛散による環境汚染が懸念されるほか、生産性
が低いことならびに原料として多量の高価な粘結炭を必
要とすることから必ずしも有利ではないという問題点が
あった。また、室炉式コークス製造プロセスでは、得ら
れた高温（約１００℃）のコークスを外部に排出するこ
とや珪石煉瓦製の約１００ｍｍの壁を介して伝熱する熱
によって石炭を間接的に加熱するために熱効率が低いと
いう問題があった。このため、通常、石炭の乾留には石
炭１トン当たり５２０〜６３０Ｍｃａｌの多量のエネル
ギーを必要としていた。

【０００３】これらの問題点を解決する方法として、予
め粉炭を塊成化して製造した成型炭を竪型のシャフト炉
により乾留する成型コークス製造法が提案されている。
成型コークス製造法は、既に知られている通り、非微粘
結炭を主配合として塊成化した成型炭を乾留することに
より、成型コークスを製造するものである。その代表的
な方法は、非微粘結炭を主配合とした粉炭に、石炭ター
ル、ピッチ、石油系重質油などのバインダーのうち１種
類以上を添加した後、高圧に加圧して塊成化した成型炭
を竪型シャフト炉内で加熱ガスを熱媒として直接的に加
熱する方法であり、例えば図３に示すような構成を有す
る装置を用いて製造されている（例えば、特公昭６０−
３８４３７号公報）。あらかじめ微粉砕した石炭を塊成
化し成型炭とした後に、乾留炉上部の成型炭装入装置１
から乾留炉内に装入する。装入時の成型炭は常温（２０
〜３０℃）である。低温ガス加熱器１７および熱媒ガス
加熱器１１で熱媒ガスをそれぞれ６００〜８００℃、
１，０００〜１，１００℃に加熱した後、低温ガス吹き
込み羽口１６および熱媒ガス吹き込み羽口７より各々吹
き込んで成型炭を加熱することにより、成型炭を乾留
し、コークス化させる。乾留後の成型コークスは冷却ガ
ス吹き込み羽口９より吹き込まれた冷却ガスにより約１
００〜１５０℃まで冷却された後、成型コークス排出口
５から系外に排出される。

【０００４】このコークス製造プロセスは、連続式の操
業形態であることから密閉化が可能であり環境対応力に
優れていること、および生産性が高いという利点がある
ほか、乾留に先立って石炭をバインダーとともに混練
し、塊成化して成型炭とすることから非微粘結炭を多量
に使用することが可能であり、原料確保の点から有利で
ある等の長所を有している。

【０００５】前記の成型コークス製造法においては竪型
シャフト炉内で成型炭を熱媒ガスによって直接的に加熱
するとともに竪型シャフト炉の下部から吹き込む冷却ガ
スによりコークスの顕熱を回収していることから、熱効
率は非常に高いものと期待されていた。前記竪型シャフ
ト炉内で成型炭を熱媒ガスによって直接的に加熱し、冶
金用成型コークスを製造するプロセスにおける消費熱量
は室炉式コークス製造プロセスに比較してわずかな減少
（４２０〜５９０Ｍｃａｌ／ｔ・成型炭）にとどまって
いる。従って、冶金用成型コークスを製造するプロセス
を実際の生産設備として工業化するためには燃料消費量
を大幅に低減し、その経済性において室炉式コークス製
造法にまさる必要がある。

【０００６】前記の竪型シャフト炉で成型炭を熱媒ガス
によって直接的に加熱し、冶金用成型コークスを製造す
るプロセスにおける消費熱量に関する報告は、１９８６
年にアメリカ合衆国鉱工業連盟（ＡＩＭＥ）Ｉｒｏｎ−
ｍａｋｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅにおける講演「Ｄ
ｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｆｏｒｍｅｄ Ｃｏｋｅ
Ｐｒｏｃｅｓｓ」においてなされた。

【０００７】図２にこの竪型シャフト炉による成型コー
クス製造プロセスでの、従来の操業方法における熱バラ
ンスの一例を示す。

【０００８】特開平４−３５９０８８号公報には、成型
炭を竪型シャフト炉で乾留して成型コークス製造方法に
おいて、竪型シャフト炉に吹き込む熱媒ガスの温度を７
５０〜８５０℃としかつシャフト炉頂部からの抜き出し
ガス温度を１８０〜２５０℃とする方法が提唱されてい
る。この方法では前記の成型コークス製造方法の乾留温
度９００〜１１００℃に比べて、乾留温度を７５０〜８
５０℃に低下させることにより消費エネルギーを低下さ
せることが可能となるため、成型コークス製造法の経済
性を大幅に向上させることができる。

【０００９】しかしながら、成型コークスの強度は乾留
温度によって大きく影響されるため、本方法により乾留
温度７５０〜８５０℃で乾留した成型コークスの強度は
高炉用コークスとしては不充分であり、本方法を実際の
生産設備で使用する場合には、コークス強度を室炉コー
クスと同等まで向上させるためのプロセス改善が必要で
ある。

【００１０】また、特開平２−１９４０８７号公報に
は、室炉式コークス炉によるコークス製造法において、
成型しない石炭を燃焼室温度１１５０〜１３５０℃の範
囲に設定し、炭化室中心部のコークス温度が７００〜９
００℃の範囲内に到達した時点で、窯出しを行い、ＣＤ
Ｑに装入し、ＣＤＱ内に空気を導入し、プレチャンバー
内で主にコークスから発生するガスを燃焼させることに
より、少なくとも９００℃以上の温度にコークスを加熱
して焼成する冶金用コークスの製造方法を提唱してい
る。

【００１１】しかしながら、前記したように室炉式コー
クス製造方法ではバッチ操業形態であるために環境対応
力が低く、かつ原料炭として多量の粘結炭を消費すると
いう問題点は解決されない。さらに室炉式コークス製造
法では炭化室中心部の温度が７００〜９００℃に達する
までには通常の石炭を装入した場合では相当の時間を要
し、その後にＣＤＱで焼成することを考慮すれば、この
ような方法のみでは生産性および消費エネルギーの面で
従来の室炉式コークスの製造法を抜本的に改善するよう
な大幅な向上は望めない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上のように冶金用成
型コークスを竪型シャフト炉で製造する方法について、
生産性および省エネルギー性を向上させた上で、かつ高
強度の成形コークスを製造する技術の開発が望まれてい
た。

【００１３】本発明は、石炭とバインダーを混練し成型
して得られる成型炭を竪型のシャフト炉内で熱媒ガスに
よって加熱・乾留する冶金用成型コークスの製造法にお
いて生産性および省エネルギー性を大幅に向上させ、か
つ、設備コストの削減を達しえる冶金用成型コークスの
製造方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは非微粘結炭を５０〜９０重量％、含有する粉炭にバ
インダーとして、石炭タール、ピッチ、石油系重質油の
うち１種類以上からなる粘結剤を添加して加圧成型して
製造した成型炭を竪型の乾留炉で乾留し冶金用成型コー
クスを製造する方法において、７００〜８５０℃の熱媒
ガスを竪型炉の略中段に設置した羽口から吹き込んで前
記成型炭を乾留室内で７００〜８５０℃まで乾留し、か
つ、前記竪型シャフト炉下部の冷却室上部に酸素含有ガ
スを導入することによりコークス残留揮発分を燃焼さ
せ、少なくとも９００℃まで加熱することで高強度の成
型コークスを得ることを特徴とする冶金用成型コークス
の製造方法である。ここで非微粘結炭とは粘結力指数
（ＣＩ）が８０未満の石炭と定義し、粉炭とは３ｍｍ以
下の石炭と定義する。粘結力指数（ＣＩ）の測定方法
は、石炭利用技術用語辞典（社団法人燃料協会）Ｐ．２
５２に示されているように、石炭１ｇ（粒度０．２５ｍ
ｍ以下）に粉コークス９ｇ（粒度０．２５〜０．３ｍ
ｍ）を配合したものを磁性るつぼで９００℃で７分間乾
留してコークス化し、かくして得られたコークスを０．
４２ｍｍの篩にかけて、その篩上の留まった量をＡｇと
し、

【００１５】

【数１】

【００１６】

【作用】以下、その具体的内容について作用とともに説
明する。

【００１７】図１は本発明が関わる竪型シャフト炉によ
る冶金用成型コークス製造プロセスの一例を示す模式図
である。１は成型炭装入装置、２はシャフト炉上部乾留
室、３はシャフト炉下部冷却室、４はガスシールゾー
ン、５は成型コークス排出口、６は炉頂部循環ガス抜き
出しダクト、７は熱媒ガス吹き込み羽口、８は昇温ガス
抜き出しダクト、９は冷却ガス吹き込み羽口、１０は循
環ガス冷却器、１１は熱媒ガス加熱器、１２、１３、１
４は温度測定用熱電対、１５は酸素含有ガス導入用ブロ
ワーを各々示す。

【００１８】本発明者らは、最終乾留温度と成型コーク
ス品質の関係について調査した。この結果、図４に示す
ように最終乾留温度が７００〜８００℃で窯出しした成
型コークスはコークス強度が高炉用としては不充分なも
のである。さらに、本発明者らは、前記の成型コークス
を７００〜８００℃の乾留温度で乾留後、９００℃で再
加熱処理を実施後のコークスの性状について調査した。
この結果、図４に示すように、低温で窯出ししたコーク
スも再加熱処理することにより強度が向上し、９００℃
程度の高温で乾留したコークスと同等に強度が向上する
ことがわかった。

【００１９】すなわち、本発明は、７００〜８００℃で
窯出しした低温乾留コークスを竪型シャフト炉下段の冷
却室上部に酸素含有ガスを導入してコークスの残留揮発
分を燃焼させることによりコークスを非常に短時間で少
なくとも９００℃程度まで加熱し、９００℃程度の高温
で乾留したコークスと同等に強度の高いコークスを製造
することを特徴とする。この方法では図５に一例を示す
ように、成型コークスの残留発揮分を燃焼させることに
より再加熱処理を行うのでコークスを均質な温度で加熱
することが可能となるため、均質なコークスの製造が可
能となる。ここで、酸素含有ガスとは空気、酸素富化ガ
スおよび不活性ガスを混合した酸素ガス等のことである
が、通常は空気の使用で特に問題はない。

【００２０】本発明の製造方法では、以上のように低温
乾留とその後の酸化性ガスの部分燃焼による低温コーク
スの加熱による改質工程を組み合わせて一体化したプロ
セスとすることにより、常温より９００℃程度までの加
熱を乾留室内で行う従来の方法と比較して、２００ｔ／
ｄ規模の乾留炉を想定した場合、乾留時間が２４０分か
ら約１８０分と３／４に大幅に短縮され、また乾留にお
ける燃料ガス使用量については約５０％の削除が望め
る。さらに上記のように乾留時間が短縮されることによ
り、１日当たり同一の生産量を確保するための乾留炉容
量を小さくできる。

【００２１】石炭の膨張・収縮量は図６に示すように、
温度に依存している。このため、成型コークスの最終乾
留温度７００℃以上、好ましくは７５０℃までは乾留時
の亀裂および割れの発生を抑制するために、羽口から吹
き込む熱媒ガスにより図７に示すような乾留パターンで
徐々に昇温する必要がある。

【００２２】図７（ａ）は従来法の乾留パターン、
（ｂ）は本発明による乾留パターンを示す。

【００２３】このため、熱媒ガスの温度はコークスの最
終乾留温度７００℃、好ましくは７５０℃以上を確保す
るために、７００〜８５０℃、好ましくは７５０〜８０
０℃とする。この温度域を超えるとコークスの収縮量は
小さくなるため、急激に９００℃まで昇温しても特に問
題はない。

【００２４】従来は、乾留室内における成型コークスの
最終乾留温度が約９００〜１０００℃と高かったため
に、上記のように乾留時の亀裂、割れを抑制する乾留パ
ターンを実現するためには約６００〜８００℃の低温熱
媒ガスを吹き込む低温ガス吹き込み羽口、および約９０
０〜１０００℃の高温の熱媒ガスを吹き込む熱媒ガス吹
き込み羽口の２段の羽口から吹き込む熱媒ガスの温度及
び流量を各々調節することにより、乾留炉内の温度調整
を行い、図７に一例を示すような乾留パターンにより成
型炭の乾留を行っていた。しかし、本発明により乾留室
内における成型コークスの最終乾留温度を約７００〜８
５０℃に低下させることが可能となったため、熱媒ガス
温度は７００〜８５０℃で充分であり、１段の羽口から
吹き込む熱媒ガスの温度および流量を調整することによ
り乾留室内の温度調整が可能となった。このため、熱媒
ガス加熱器および熱媒ガス吹き込み羽口を従来の各２基
から各１基に簡易化することが可能となり、低温乾留し
たコークスの改質用の酸素含有ガス吹き込み設備による
増加分を考慮しても設備費として約１０％の低減が望め
ることになる。

【００２５】高温ガス吹き込み羽口から７００〜８５０
℃の熱媒ガスを吹き込み成型炭を乾留した後、冷却室上
部に酸素含有ガスを導入し、成型コークスの残留揮発分
を燃焼させて少なくとも９００℃まで加熱することによ
り、９００℃の高温で乾留したものと同等のコークス強
度を有する成型コークスが得られ、この際、乾留に要し
た消費熱量は成型炭１ｔあたり２５０Ｍｃａｌで、従来
の４２０Ｍｃａｌに対して約４０％削減できる。

【００２６】加熱温度はコークス強度を確保するために
は９００℃以上あれば充分である。加熱温度が１，２０
０以上ではコークスがＣＯ₂ などの酸化性ガスと反応す
るソルーションロス反応が進行するためにコークス製品
歩留が低下するので、加熱温度の上限は１，１５０℃、
好ましくは１，１００℃とする。

【００２７】粘結炭の配合割合は、乾留時の膨れや割れ
および融着を防止するために上限は５０重量％に限定
し、かつ、成型炭の粘結性を確保するために下限を１０
重量％に限定する。したがって、非微粘結炭の配合割合
は５０〜９０重量％に限定する。

【００２８】バインダーは、粉炭を加圧して成型炭を製
造する際の粘結剤として必要であり、その種類は石炭タ
ール、ピッチ、石油系重質油などが適しており、配合割
合は粉炭に対して５〜１０重量％が好ましい。

【００２９】以下に実施例により、本発明の効果を説明
する。

【００３０】

【実施例】

実施例１ 従来法では図３に示す乾留装置を用いて、非微粘結炭を
７７重量％、粘結炭を２３重量％含む表１に示す性状の
配合炭Ａにバインダーとしてソフトピッチを粉炭に対し
て９重量％添加して、枕型の形状で容積９０ｃｃに成型
した成型炭を乾留して冶金用成型コークスを製造した。
低温熱媒ガス吹き形状で容積９０ｃｃに成型した成型炭
を乾留して冶金用成型コークスを製造した。低温熱媒ガ
ス吹き込み羽口から吹き込む熱媒ガスの温度および流量
を６２５℃、２４，８００Ｎｍ³／Ｈｒとし、かつ、熱
媒ガス吹き込み羽口から吹き込む高温熱媒ガスの温度お
よび流量を９００℃、５，０５０Ｎｍ³ ／Ｈｒとし、炉
項温度２７０℃で乾留時間２４０分間で成型炭を乾留し
た。この結果、得られた成型コークスの強度はＤ¹⁵⁰ ₁₅
が８５．２でＣＲＳが５７．３であり、成型炭の乾留に
要した消費熱量は成型炭１ｔあたり、４２０Ｍｃａｌで
あった。図３中１６は低温熱媒ガス吹き込み羽口、１７
は低温熱媒ガス加熱器を示す。

【００３１】これに対して本発明に従い図１に模式図を
示す装置を用いて、非微粘結炭を７７重量％、粘結炭を
２３重量％含む表１に示す性状の配合炭Ａにバインダー
としてソフトピッチを粉炭に対して９重量％添加して、
枕型の形状で容積９０ｃｃに成型した成型炭を乾留して
冶金用成型コークスを製造した。本発明の通り、熱媒ガ
ス吹き込み羽口から吹き込む熱媒ガスの温度および流量
は７５０℃、１７，９００Ｎｍ³ ／Ｈｒ、炉頂温度２０
０℃で、図７に示す乾留パターンにより乾留時間１８０
分間で乾留を行った。冷却室上部に吹き込む空気の流量
は６００Ｎｍ³／Ｈｒ、圧力はブロワーの昇圧後で水柱
５００ｍｍ、ガスシールゾーンの圧損は水柱１，０００
で運転し、９００℃まで加熱した。この結果、得られた
成型コークスの強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅ が８５．３でＣＳＲが５
６．９と従来法で乾留した成型コークスと同等の強度を
有しており、成型炭の乾留に要した消費熱量は成型炭１
ｔあたり、２５０Ｍｃａｌで従来法の４２０Ｍｃａｌに
対して約４０％低減された。この際の熱量バランスを図
８に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明は冶金用成型コー
クスを製造する乾留工程において消費する熱量を大幅に
低減する方法に関するものであり、本発明の効果によ
り、成型コークス乾留時の消費エネルギーが従来の約１
／２まで低減され、本発明の技術的、経済的な効果は非
常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する成型コークス製造プロセス全
体のフロー図。

【図２】従来の成型コークス製造プロセスにおける熱バ
ランスの一例を示す図。

【図３】従来の成型コークス製造プロセス全体のフロー
図。

【図４】本発明の再加熱処理による成型コークス強度向
上効果を示す図。

【図５】低温乾留後のエアー導入による再加熱時のコー
クス残留揮発分の減少を示す図。

【図６】コークス温度とコークス収縮量の関係を示す
図。

【図７】（ａ）は従来法の乾留パターンを示す図。
（ｂ）は本発明の実施例１の乾留パターンを示す図。

【図８】本発明の実施例１の乾留時の熱バランスを示す
図。

【符号の説明】

１…成型炭装入装置 ２…シャフト炉上
部乾留室 ３…シャフト炉下部冷却室 ４…ガスシールゾ
ーン ５…成型コークス排出口 ６…炉頂部循環ガ
ス抜き出しダクト ７…熱媒ガス吹き込み羽口 ８…昇温ガス抜き
出しダクト ９…冷却ガス吹き込み羽口 １０…循環ガス冷
却部 １１…熱媒ガス加熱部 １２…炉頂部温度
計 １３…シャフト炉中段温度計 １４…シャフト炉
下段温度計 １５…酸素含有ガス導入用ブロワー １６…低温熱媒ガ
ス吹き込み口 １７…低温熱媒ガス加熱器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非微粘結炭を５０〜９０重量％、粘結炭
   を５０〜１０重量％含有する粉炭にバインダーとして、
   石炭タール、ピッチ、石油系重質油のうち１種類以上か
   らなる粘結剤を添加して加圧成型して製造した成型炭を
   竪型の乾留炉で乾留し冶金用成型コークスを製造する方
   法において、成型炭を乾留室内で７００〜８５０℃まで
   乾留し、かつ、前記竪型シャフト炉下段に設置した冷却
   室の上部に酸素含有ガスを導入することによりコークス
   の残留揮発分を燃焼させ、少なくとも９００℃まで加熱
   することで高強度の成型コークスを得ることを特徴とす
   る低温乾留による冶金用成型コークスの製造方法。