JPH0753964A

JPH0753964A - 成形コ−クスの製造方法

Info

Publication number: JPH0753964A
Application number: JP21817893A
Authority: JP
Inventors: Shiro Watakabe; 史朗渡壁; Yoshiaki Hara; 義明原; Takeshi Uchiyama; 武内山; Hiroyuki Toubou; 博幸當房; Tetsuya Fujii; 徹也藤井
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1993-08-10
Filing date: 1993-08-10
Publication date: 1995-02-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】高炉操業に好適に使用される成形コ−クスの
製造方法を提供する。【構成】成形コ−クス表面に全コ−クス体積の５％以
下の体積率の凹部を付与することにより見掛け密度を減
少させ、高炉使用時の通気抵抗の上昇を防止するととも
に熱間時の表面への熱応力集中を緩和し表面割れを防止
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高炉で使用する成形コ
ークスの製造方法に係り、詳しくは、成形コ−クス表面
に凹部を付与することにより見掛け比重を減少させ、高
炉使用時の通気抵抗の上昇を防止すると共に熱間時の表
面への熱応力集中を緩和して表面割れを防止するように
した高炉で使用する成形コ−クスの製造方法に係る。

【０００２】

【従来の技術】高炉用コークスは、鉱石類を溶解する熱
源として、また酸化鉄を金属鉄に還元する還元剤とし
て、さらには高炉内でのガスの通気性、溶融物の通液性
を保つための高温に耐える支持材として、高炉操業に不
可欠である。

【０００３】特に高炉内でのガスの通気性を維持するた
めには、該コークスは、炉内の充填層の圧力に耐え、大
きな空隙率を保持するだけの強度と形状、さらには微粉
発生を極力小さくする耐摩耗性が要求される。

【０００４】このような強い強度と大きな耐摩耗性、空
隙率を達成するコークスを製造するには、その配合原料
炭には、ある一定割合以上の強粘結炭が必要である。

【０００５】しかし、強粘結炭の産出は地域的、数量
的、さらには価格的な制限があり、また資源的にも近い
将来枯渇が予想されている。

【０００６】このような情勢を背景に、最近では粘結成
分の少ない非粘結炭を利用したコークスの製造法が注目
を集めている。

【０００７】その一つとして非粘結炭にピッチ、アスフ
ァルト、タールなどの粘結剤を加えて加圧成形し、乾留
してコークス化する、いわゆる成形コークスの製造、利
用法が試験的に検討されている。

【０００８】例えば、成形コークスの製造方法について
は、ＴｒａｎｓＩＳＩＪ，Ｖｏｌ２３（１９８３）
Ｐ．７００〜７０９に、また高炉操業試験については、
１９９０ＩｒｏｎｍａｋｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃ
ｅＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｐ．４０５〜４１２に開示
されている。

【０００９】その際の成形コークスは非粘結炭を主成分
とし、コールタールピッチを結合剤としてロール型ブリ
ケット成形機で加圧成形し、高温窒素ガス吹込みの連続
式乾留装置により製造され、性状として見掛け密度、１
１８０〜１２１０ｋｇ／ｍ³、嵩密度、６．７３ｋｇ／
ｍ³、表面に大きな亀裂が存在し、高温反応性の高いも
のであった。

【００１０】そして、その成形コークスを室炉コークス
と混合し、混合比２０％で高炉操業した場合、（１）送
風圧力が増加し、（２）高炉内ガス流が炉壁周辺部に偏
流した。

【００１１】このことは、上記成形コークスが（１）嵩
密度が高く、（２）又表面に大きな亀裂があり、これと
関連した高温粉化性の高いことに原因があると推定され
た。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本願発明は、高炉使用
時の上記のような問題点を解決することを目的として、
嵩密度の低い、表面に亀裂の少ない、高温粉化性の低い
成形コークスの製造法を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
として、本願発明は、非粘結炭を主成分とする配合炭に
粘結剤を添加し、加圧成形して乾留する成形コークス製
造法において、該加圧成形工程で、成形炭表面に複数の
凹部を付与し、かつ該凹部の見掛け体積が凹部を含むコ
ークスの見掛け体積１００部に対して１５部以下となる
ように加圧成形することを特徴とする。

【００１４】

【作用】本願発明者等は、種々の石炭を用いて室炉コー
クス、成形コークスの製造・評価試験を行なったとこ
ろ、以下の知見を得た。

【００１５】（１）冶金用室炉コークスは原料炭が粘結
炭であるため、乾留すると溶融物を放出して軟化し、流
動化して石炭粒子を溶融物で包みこむ。次いで溶融物で
包み込まれた石炭粒子が相互に接合して団塊となり、そ
の団塊から揮発分が分離してコークスができる。その
際、団塊の収縮がおこり、団塊を覆っている溶融物の粘
度や団塊から発生する揮発分量に応じて、固化後のコー
クス中に揮発分の逸散した後の微細な気孔が取り残され
たり、亀裂が発生したりする。

【００１６】（２）冶金用室炉コークス製造の場合は軟
化、溶融時に生成する溶融物の粘度がその後におこる団
塊からの揮発分の分離や団塊自体の流動・収縮に対して
適切なものであるため、揮発分の逸散した後の微細な気
孔の閉塞や亀裂発生の原因となる収縮時の応力集中を緩
和するため、微細な気孔の少ない、高温反応性の低い、
また亀裂が少なく高温での粉化性の低い、嵩密度の小さ
なコークスを製造することができる。

【００１７】（３）成形コークス製造の場合は、非粘結
性石炭を主成分とした配合炭に、溶融物の代わりとなる
粘結剤を添加し、加圧成形し、乾留するため、石炭粒子
自身は軟化、流動等の過程を経ずに、コークス化する。
すなわち、粘結剤の粘度等の物性を、その後におこる団
塊からの揮発分の分離や団塊自体の流動・収縮に対して
適切なものにし難いために、固化した後の成形コークス
は乾留後に揮発分の逸散のあとである微細な気孔を多く
持ち、高温反応性が高くなるとともに、収縮時の応力集
中を緩和しがたいために、亀裂の発生が多くなり、高温
での粉化も大きくなる。また成形コークスは加圧成形炭
を乾留するため、必然的に見掛け密度が高くなる。

【００１８】（４）さらに上記の粘結剤で覆われた非粘
結性石炭粒子団塊の固化・収縮時における応力集中に関
しては、加圧成形炭の形状が大きく影響し、表面の曲率
が常に正（凸）の形状では、最大曲率部で応力が集中し
易く、固化時の比較的小さい引張り応力で破壊してしま
うのに対し、表面に凹部を付加すると、固化時の収縮に
伴う引っ張り応力が表面で分散され、表面割れを防止で
きる。この概念図を図１（本発明例）および図２（従来
例）に示す。

【００１９】以上の知見から本願発明が成立したもので
ある。

【００２０】すなわち、非粘結炭を主成分とする配合炭
に粘結剤を添加し、加圧成形して乾留し成形コークスを
製造する際に、成形炭表面に複数の凹部を付与し、亀裂
発生の防止と嵩密度の低下を図る。

【００２１】その際、本発明者等がさきに提案した特願
平４−３１０９２４号で提案した形状であればよいが、
具体的な形状としては、外形は円柱形、枕形、卵形等の
特に制限はないが、摩耗強度を維持するために鋭角のコ
−ナ−部は避けることが必要である。

【００２２】成形炭表面に付与する凹部の個数は応力集
中緩和の点から決定されるが、例えば７０×６０×３５
ｍｍの枕形の成形コークスには１０〜３０個が適当であ
った。

【００２３】また、凹部の径、深さは成形炭あるいは成
形コ−クスの強度を大幅に低下させないように決定され
なければならない。

【００２４】一例として、７０×６０×３５ｍｍの枕形
で、表面に２０個の凹部を有する成形コークスについ
て、凹部の形状を検討した結果を表１に示した。

【００２５】

【表１】

【００２６】凹部形状を変化させて圧壊強度を測定した
結果、表面での開口面に対する、曲率中心からの立体角
がπ（頂角２π／３）であり（図２）、かつ該凹部の見
掛け体積が凹部を含むコークスの見掛け体積１００部に
対して１５部以下であることが成形コークスの強度維持
に必要であることがわかった。

【００２７】なお、成形炭への凹部の付与は、成形時に
同時に行なうことが望ましい。具体的方法としては、凹
部となるべき位置に同一形状の凸部を具備するモールド
を配した双ロール法が挙げられる。この場合、成形時の
モールドからの離型性の点から、凹部の最大曲率部の周
に対する曲率中心からの立体角がπ以下であることが望
ましい。

【００２８】また望ましい凹部の直径は５〜２０ｍｍで
あり、この理由は直径５ｍｍ未満では熱応力集中の緩和
効果が得られず、また、直径２０ｍｍ超では成形コ−ク
スの強度を著しく低下させるためである。

【００２９】これらの成形コークスを高炉を模した実験
用の竪型還元炉を用いて冷間、熱間で使用したところ、
通気性が良好となり、送風圧や圧力損失の増大を抑制す
る効果を持つことが確認された。

【００３０】これらは、表面に凹部を有する成形コーク
スが、同一外形で凹部を持たない成形コークスに比べて
嵩密度が減少し、空隙率が増大したこと、亀裂が少なく
高温粉化性が改善されたためと考えられる。

【００３１】また、凹部形状を溝などの細長い形状のも
のにしても同様の効果を得た。

【００３２】また、高炉操業をシミュレートした計算機
計算から、該成形炭を使用して高炉操業する場合、成形
炭１個当たりの重量が減少するために、熱容量が低減
し、同一熱量による昇温速度が上昇し、生産率の向上が
可能となる効果も期待できることが明らかになった。

【００３３】

【実施例】図４に示した直径６０ｍｍｆ、高さ３５ｍｍ
の円柱形の側面に２４個、両底面に各１２個の１０ｍｍ
ｆの凹部を有するもの、図５に示した直径５０ｍｍｆ、
高さ７０ｍｍの卵形の表面に１２個の２０ｍｍｆの凹部
を有するもの、図６に示した７０×６０×３５ｍｍの枕
形の表面に３２個の１０ｍｍｆの凹部を有するもの（い
ずれの寸法も乾留後の値）、さらに比較のためにそれぞ
れの形状で凹部を有しない成形炭について乾留実験を行
なった。また、得られた成形コークスについて上記、高
炉を模した実験用の竪型還元炉を用いて通気抵抗測定を
行なった。

【００３４】原料炭の組成は非粘結炭：７７重量部、粘
結炭：２３重量部で、揮発分：２４．８重量部、灰分：
９．２重量部である。成形炭の成形は前述のように内面
に凸部を有するモールドを配した双ロール法で行なっ
た。乾留は窒素ガス雰囲気中で５℃／ｍｉｎ一定の昇温
速度で行なった。

【００３５】嵩密度、乾留後の表面性状および通気測定
の結果を表２に示す。

【００３６】

【表２】

【００３７】これらより、本発明の成形コ−クスは嵩密
度が低いため、高炉に装入した場合には、同一のコ−ク
ス比における鉱石に対するコークスの層厚を大きくする
ことが可能となり、また空隙率も大きくなること、さら
に表面での亀裂発生が抑制されるため、高温粉化性が改
善されることが判明した。

【００３８】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明は非
粘結炭を主成分とする配合炭に粘結剤を添加し、加圧成
形して乾留する成形コークス製造法において、該加圧成
形工程で、成形炭表面に複数の凹部を付与し、かつ該凹
部の見掛け体積が凹部を含むコークスの見掛け体積１０
０部に対して１５部以下となるように加圧成形すること
を特徴とし、本発明によれば、嵩密度を減少させ、高炉
使用時のコークス層厚を大きくするとともに空隙率が増
大し、また表面における熱応力の集中を緩和して表面割
れを抑制して粒径の低下を防止することにより通気抵抗
の上昇を防止することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】凹部による表面の熱応力分散効果の概念図であ
る。

【図２】表面の熱応力集中の状態の概念図である。

【図３】凹部の形状を表す模式図である。

【図４】本発明の実施例に用いられる成形コ−クスの説
明図である。

【図５】本発明の実施例に用いられる成形コ−クスの説
明図である。

【図６】本発明の実施例に用いられる装置の説明図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内山武千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者當房博幸千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者藤井徹也千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非粘結炭を主成分とする配合炭に粘結剤
を添加し、加圧成形して乾留する成形コークス製造法に
おいて、該加圧成形工程で、成形炭表面に複数の凹部を
付与し、かつ該凹部の見掛け体積が凹部を含むコークス
の見掛け体積１００部に対して１５部以下となるように
加圧成形することを特徴とする成形コ−クスの製造方
法。
【請求項２】前記成形炭のコ−クスの凹部の個数が枕
形の場合１０〜３０個であることを特徴とする請求項１
記載の成形コ−クスの製造方法。
【請求項３】前記成形炭表面の凹部が直径５〜２０ｍ
ｍである請求項１又は２記載の成形コ−クスの製造方
法。