JPS59221383A - コ−クス製造用石炭の品質評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冶金用コークス製造用の石炭の品質評価方法に
関し、その原料たる各種石炭の揮発分量と発熱量とから
１石炭乾留により生成するコークスとガスとタールの熱
量を高精度で推定し、生成ガスと生成タールの品質を含
めた石炭の総合的な品質を的確に予測評価する方法に係
る。

近時、冶金用コークスの製造に供する原料炭の種類およ
び銘柄は、石炭供給地域の分散化やコークス製造技術の
進歩による原料炭使用範囲の拡大などにより、極めて多
種、多様化され、年間の取扱い銘柄数は百数十種を数え
るに至っている。これらの石炭は通常十数種類を配合し
てコークス製造用原料に供される。個々に性状および価
格が異なる多数の銘柄炭を駆使して、要求されるコーク
ス品位の維持、向上に応え、かつ製造コストの低減を図
るに際しては、多数の原料炭のそれぞれの品質を的確に
評価し、それに基づく綿密な配合計画および購買計画を
立てることが必要である。

従来冶金用に用いられる石炭はコークス品質面からの評
価に重点が置かれ、コークス以外のガスやタールはいわ
ゆる副生物として扱われ、必ずしも十分な評価がなされ
ていなかった。これは原料炭の性状と副生物の収量およ
び品質との関係が十分に把握されていなかったからであ
る。

近年、石油価格の高騰から、製鉄所内におけるエネルギ
ー源を石油から石炭へ転換することが促進され、石炭お
よびその乾留生成物をエネルギー源として重視するに至
り、各原料炭から生成するガスやタールの経済価値すな
わち揮発分のエネルギーとしての品質評価を見直す機運
にある。また、コークス製造コストの低減を目的に石炭
化度の低い安価な石炭を原料炭として利用拡大する方向
にあるが、これら石炭化度の低い石炭はそのコークス化
性をはじめ乾留特性が従来の原料炭とは大きく異なると
ともに、酸素含有率が高いため生成するガスやタールの
品質もかなり劣ったものとなる。

以上のような理由から低石炭化度炭をはじめ従来からの
原料炭を含めてその乾留特性すなわち乾留により生成す
るコークス、ガスおよびタールの生成量や品質を精度よ
〈予測し、これらを含めた総合的な各種原料炭の品質を
合理的かつ的確に評価し最適な石炭配合と経済性の追求
を行うことのできる予測評価体系の確立が宿望されるに
至った。

各種原料炭の品質の評価は、主成品たるコークスの品質
と収量に係る炭材としての品質評価のほかに、副生ずる
ガスやタールの品質と収量に係る揮発分の品質評価も重
要となっており、各種原料炭の品質を的確に評価するに
際しては、この両方の品質が１−分に吟味、評価されな
ければならない。

石炭を試験的に乾留して、生成するコークス、ガス、タ
ール等の量ならびに組成を調査し、実コークス炉におけ
るそれを予測せんとする乾留試験法については、グレイ
・キング法をはじめ多くの方法が提案され、実用化され
ている。しかし、これら乾留試験の実施には多大な時間
と労力および費用を必要とし、かつ、多種類の石炭につ
いてこれを実施することは迅速性に欠ける問題がある。

本発明の目的は費用と労力のかかる乾留試験を個々に実
施することなく、従来からごく普通に測定されている石
炭の特性値すなわち揮発分量と発熱量とから、石炭化度
が広範囲に異なる各種原料炭の乾留時におけるコークス
、ガス、タールの生成量や各成分への発熱量分配を精度
よく推定することを可能にし、各種原料炭の品質を的確
に予測評価し得るようにすることにある。

本発明者らは、種々の原料炭の乾留生成物の収量や発熱
量と他の特性値との関係について系統的に鋭意研究し、
石炭化度の異なる各種原料炭から生成するガスおよびタ
ールの石炭の揮発分単位重量当りから得られる収量およ
び発熱量は炭種により大Ｓ〈異なること、すなわち各種
原料炭に含まれる揮発分の品質は異なることを明らかに
し、さらにこれを基にして各種原料炭の揮発分量と発熱
量と各乾留生成物への熱量分配率との間には極めて強い
相関があり、各乾留生成物の収量と発熱量を精度よく推
定できることを発見し、本発明を完成した。

揮発分量が広範囲に異なる種々の原料炭を対象に、その
揮発分量（無水無灰基）と発熱量とを正確に測定した後
、これを実コークス炉での乾留と極めてよく対応する乾
留試験装置および条件で乾留試験し、生成したコークス
、ガス、タールの量や組成および発熱量を精度よく測定
し、各種原料炭が保有する発熱量が各生成物にどのよう
な割合で分配されるかを調査した。

一連の乾留試験に用いた乾留試験装置の概略を第１図に
示す。この装置は本発明者らが独自に開発したものであ
る。工は炭化室で、その上方には実コークス炉で受ける
ガスやタールの二次分解の程度をよく再現するように工
夫設計された二次分解炉２を有し、その後流にタール捕
集器３、ガス捕集器４を連設してなる装置であって、各
乾留生成物の収量および組成は実コークス炉におけるそ
れと極めてよく対応することを確認している。

各原料炭の揮発分量（無水無灰基）とその揮発分単位重
量当りから生成したガスとタールの合計発熱量との関係
を第２図に示す。第２図から揮発分量の多い石炭すなわ
ち石炭化度の低い石炭に含まれる揮発分はどそれから得
られるガスおよびター、ルの単位重量当りの合計発熱量
が少なくなる傾向が明らかである。すなわち第２図は、
異なる石炭における揮発分の品質はエネルギー的に等価
であるとして処理することは極めて妥当性に欠けること
を示している。

しかし、第２図に示された関係を用いて原料炭の揮発分
量を基にガスとタールの合計発熱量を推定することは適
当でない。第２図で明らかなように、発熱量のバラツキ
が大きく、推定精度が悪いからである。この原因は揮発
分量の大きい石炭のうちには、その化学構造内に酸素を
多く含有しているものがあるためである。すなわちガス
、タールの収量は仮に原料炭の揮発分量から推定できる
としても、それらの発熱量は原料炭中の酸素含有量を補
止しなければ精度よく推定できないことになる。

本発明者らは第１図の装置を用いて乾留生成物を分離し
て解析を行った結果、各種の原料炭の揮発分量と原料炭
単位重量当りの発熱量とをパラメータとし発熱量の乾留
生成各成分への分配率を解明することによって、同一あ
るいは近似する揮発分量を有する原料炭において相互の
炭質および揮発分の質の相異、すなわちそれから得られ
る各乾留生成物の収量と発熱量の相異を明らかにし、こ
れを精度よく評価し得ることを発見した。

原料炭の揮発分量（無水無灰基）と、原料炭単位重量当
りの発熱量（無水無灰基）を１００とした場合のコーク
ス、ガス、タールそれぞれへの発熱量分配率との関係を
第３図に示す。第３図ではコークス、ガス、タールそれ
ぞれの発熱量分配率と原料炭揮発分量との間には極めて
高度な相関が認められ、それぞれの相関式で求められる
発熱量分配率に原炭の発熱量を乗することにより、原料
炭乾留時に生成するコークス、ガス、タールそれぞれへ
の発熱量の分配量を精度よく予測することができる。

本発明は上記知見に基づいて完成されたもので、その要
旨とするところは各種原料炭の乾留時に生成するコーク
ス、ガスおよびタールにそれぞれ分配される発熱量を、
該原料炭の揮発分量と発熱量の測定値から推定すること
を特徴とするコークス製造用石炭の品質評価方法である
。

無水無灰基での揮発分量がＸｋ　（％）、発熱量がＱ＝
　　（ｋｃａｌ）なる石炭について、この石炭から生成
する各成分に分配される発熱量を。

コークスの全発熱量：　Ｑ＝Ｃ（ｋ　ｃ　ａ　ｌ　）ガ
スの全発熱量：Ｑ＝Ｇ（ｋｃａｌ） タールの全発熱量：Ｑ＝”（ｋｃａｌ）とするとこれら
の値は本発明者らの広範な実験の結果からそれぞれ次の
（１）、（２）、（３）式により精度よく予測すること
ができる。

Ｑ＝Ｃ＝　　（ｂｔ　　　ａｔ　　１１　Ｘｋ　）Ｑ＝
　　６　　ｔ　　Ｏ−２・・・・・・・・・（１） Ｑ＝’　＝（ｂ　２　＋　ａ２　・Ｘｉ　）　ＱＡ　・
１０−２・・・・・・・・・（２） ＱＪ−”＝　（ｂ３　＋　ａ３　・Ｘｋ）　ＱＡ　１１
１０−２・・・・・・・・・（３） だだし−ａｌ　　ｒ＆２　、ａ３　＋ｂｌ　＋ｂ２　＋
ｂ３はそれぞれの相関式より求められる定数であって本
発明者らの実験による各定数の値を示せば次の通りであ
る。

ａｌ＝０．４９０ ａ２＝０．１５２ ａ３＝ｏ、２０９ ｂ１＝８７．６ ｂ２＝１４．９ ｂ３＝−１，２７ また上記（１）、（２）、（３）式の相関係数ｒはそれ
ぞれ （１）式ｒ１＝　　０．９９８　（ｎ＝　１９）（２）
式ｒ２　＝　　０．９９５　（ｎ＝　１９）（３）式ｒ
３＝　　０．９９４　（ｎ＝１９）である。（ｎは試料
数）。

以−トの如く本発明は、簡便に測定可能な各原料炭の揮
発分量Ｘｋと発熱量Ｑｋとをパラメータとする式（１）
、（２）、（３）により、各□種原料炭からの各乾留生
成物に分配される発熱量（すなわち各乾留生成物の収量
と質の積を表わす）ＱルＣ，ＱＡＧ、Ｑル１を精度良く
予測することを可能とし、従来、コークス化性評価の面
のみに片よりがちであった原料炭の品質評価に副生ずる
ガスやタールの収量と品質を加味した総合的かつ合理的
な原料炭品質評価が可能となった。

従って、本発明により精度よく予測される各乾留生成物
への分配発熱量を基に最も適切な配合計画を容易に立案
することができ、また、各石炭からの各生成物に対して
製鉄所に適合したエネルギー評価価格の重みづけをする
ことが可能となり、石炭の経済価格を設定し、各種原料
炭の経済性を予測評価することも十分可能となった。

以下、各種原料単における各乾留生成物への発熱量の分
配量予測の具体例を実施例によって説明する。

実施例１ ４種の原料炭Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅを対象にそれぞれにお
けるコークス、ガス、タールへの発熱量の分配量を本発
明による方法で予測し、乾留試験装置での実測イ１ｒｉ
と比較し予測の精度を確かめた。

各種原料炭の無水無灰基での揮発分量と発熱量、予測結
果および試験炉実測値を第１表に示す。各原料炭の揮発
分量はＪＩＳＭ８８１２に基づき、原料炭および乾留試
験で生成捕集したコークス。

タールの発熱量は通常のポンプ熱量計により測定し、ガ
スの発熱量はその組成を高感度ガスクロマトグラフによ
り容積百分率の小数第２位まで測定し、その組成から算
出する方法によった。第１表から明らかなようにいずれ
の原料炭においても本１ 発明法による予測値と試験炉実測値とは極めてよく一致
しており、本発明法は極めてよい予測精度を有すること
が確認できる。また、原料炭Ｃと原ネ゛１）ＸＤとは発
揮分量が非常に近似していることから、従来の評価法で
は各生成物の品質はほぼ同等とみなされてきたものであ
るが、発熱量をパラメータとして組み入れた本発明法に
よればその品質の相違すなわち各乾留生成物での全発熱
量の相違が綿密かつ的確に評価できることがわかる。

実施例２ 実施例１で用いた原料炭Ｂを５０重量部、原料炭りを５
０重量部（それぞれ無水無灰基での重量割合）を配合し
た配合炭Ｉおよび同じく原料炭Ｂ、（：、Ｄ、Ｅを２５
重量部ずつ配合した配合炭ＩＩについて、コークス、ガ
ス、タールへの発熱量の分配量を予測し、乾留試験装置
での実測値と比較した。各配合炭の無水無灰基での揮発
分量と発熱量の予測結果および試験炉実測値を第２表に
示す。この場合の予測値は配合組成次側々における揮発
分量と発熱量から各生成物への発熱量の分配量　２ 量を予測し、それをそれぞれの配合割合に応じて加重平
均して求めた値である。第２表で明らかなように、いず
れの配合炭においても予測値と実測値とは極めてよく一
致しており、配合組成次側々について予測した発熱量の
分配量は、配合炭となった後に得られる各乾留生成物へ
の分配発熱量に十分対応すること、すなわち各原料炭例
々での品質評価の加成性が確認でき、本発明法による原
料炭の品質予測評価法は極めて実用向きの有効な方法で
あることがわかる。

実施例３ 各配合組成炭の無水無灰基での揮発分量の加重平均値が
３２．４％、同じく加重平均した発熱量が８２４４　ｋ
　ｃ　ａ　ｌ　／　ｋ　ｇ　ｃ　ｏ　ａ　Ｉの実操業用
装入炭についてコークス、ガス、タールへの分配発熱量
を実施例２における予測の場合と同様の方法で予測し、
乾留試験装置での実測値および実コークス炉操業（炉高
６．７ｍ、炉長１５．７５ｍ、炉幅４３５ｍｍ（７）コ
ークス炉で平均炉温度１１２０°Ｃで操業）での実測値
と比較した。予測値および試験炉実測値と実コークス炉
実測値を第３表に示す。第３表から明らかなように本発
明法による予測値と試験炉実測値および実コークス炉実
測値のいずれとも極めてよく一致した。このことから本
発明法による各乾留生成物への分配発熱量の予測結果は
実コークス炉にも極めてよく対応する実用的な方法であ
ることがわかる。

１５

【図面の簡単な説明】

第１図は実験に使用した乾留試験装置の模式側面図、第
２図は各種原料炭の揮発分量と揮発分単位重鼠当りから
生成したガスとタールの全発熱量との関係を示すグラフ
、第３図は各種原料炭の揮発分量と原料炭単位重量当り
の発熱量を１００とした場合におけるコークス、ガス、
タールそれぞれへの発熱量分配率との関係を示すグラフ
である。 １・・・炭化室 ２・・・二次分解炉 ３・・・タール捕集器 ４・・・ガス捕集器 出願人　　　川崎製鉄株式会社 代理人　　　弁理士　　小杉佳男 ６ 第１図 １１Ｊ　　　ｚＵ　　　３（Ｊ　　　４（Ｊ　　　’：
）（Ｊ　　　ｂＵ第３図 Ｓ発令量−ｆ、幻

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　各種原料炭の乾留時に生成するコークス、ガスおよ
   びタールにそれぞれ分配される発熱量を、該原料炭の揮
   発分量と発熱量の測定値から推定することを特徴とする
   コークス製造用石炭の品質評価方法。