(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装入炭を予熱機で２５０〜３５０℃まで予熱した後、サイクロンで粗粒炭と微粉炭とに分級し、前記装入炭の粘結力指数が８０％以上の場合に、前記微粉炭に非微粘結炭を添加して粘結力指数を８０％未満に調節した後、昇温速度１００〜１，０００℃／秒で３５０〜４８０℃まで急速加熱後、塊成化し、前記粗粒炭と混合して室炉式コークス炉で乾留すること特徴とする高炉用コークス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉用コークス製造用原料炭の炭種を拡大し、石炭資源多様化への対応を図るとともに、プロセスの生産性を向上させ、コークス製造コストの削減を図る高炉用コークスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高炉用コークス製造法では、原料炭を３ｍｍ以下の粒度が８０ｗｔ％以上程度に粉砕後、室炉式コークス炉に常温で装入して乾留する方法が一般に採用されている。しかし、この方法では石炭の熱伝導性が非常に悪いためコークス炉内での乾留時間が約１６〜２４時間程度もかかり、生産性が非常に低い。また、原料炭の選択範囲が狭く、原料炭として粘結性が強い高価な石炭（以下、粘結炭と記す）を多量に必要とするという問題点を有している。これらの問題点を解決する方法として、乾留時間の短縮および粘結炭の使用比率を減少させ、安価な非微粘結炭の使用割合を増加させる方法が提案されている。
【０００３】
例えば、装入炭の水分の一部を乾燥させた後、コークス炉に装入して乾留する方法として石炭調湿プロセスがあり、その加熱方法とコークス炉での乾留方法については例えば、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「Ｎｅｗ    ＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ    ｏｆ    Ｃｏａｌ    Ｍｏｉｓｔｕｒｅ    ａｔ    Ｃｏｋｅ  Ｏｖｅｎ」等で発表されている。石炭調湿プロセスでは石炭の水分の一部を乾燥させ、コークス炉に装入する原料炭の水分を８〜１２％から５〜６％まで低減させることにより、生産性を向上させることが可能であるが、原料炭中に水分を残した状態であるため、コークスの生産性は約４％程度しか向上しない。また、原料炭水分を減少させることによりコークス炉内の原料炭の装入密度が増加しコークス強度が向上するため、一定のコークス品質を保持した状態で原料炭中に含まれる非微粘結炭の使用割合を増加させることが可能となるが、非微粘結炭の使用割合の増加幅は約５〜８％程度と小さい。
【０００４】
この他に、さらに石炭の水分をほぼ０％まで乾燥させ、生産性を向上させる方法としては、例えば、装入炭を約２００℃に加熱した後、室炉式コークス炉（以下、コークス炉と記す）に装入して乾留する方法としてプレカーボン法があり、その加熱方法とコークス炉での乾留方法についてはコークスノート（社団法人燃料協会１９８８年版）ｐ．１３４等に発表されている。プレカーボン法では石炭を予熱することにより、コークス炉内における乾留速度の向上、即ち生産性の向上を目的としているが、石炭の予熱最終温度は１５０〜２３０℃程度迄であるため、コークスの生産性は予熱工程を有しないプロセスに比べて約３５％程度しか向上しない。また、コークス品質の改善効果は前記の石炭調湿プロセスに比べて大きいが、本方法でも非微粘結炭の使用割合は約２５％が上限である。
【０００５】
コークスの生産性を大幅に向上させるとともに石炭の多様化を図る方法として、非微粘結炭を２５０〜３５０℃まで予熱後、０．３ｍｍ以下の微粉炭と０．３ｍｍ超の粗粒炭とに分級し、非微粘結炭の微粉炭を該非微粘結炭の軟化開始温度から最高流動温度以下まで急速加熱した後、熱間成形して塊成化した後、２５０〜３５０℃まで予熱した粘結炭および前記非微粘結炭の粗粒炭と混合して乾留炉へ装入して乾留する方法を特願平０７−０１５９５９号で提案した。しかし、この方法では装入炭を粘結炭と非微粘結炭の２系列に区分して急速加熱処理する必要があるため、石炭急速装置の設備費が高いという問題点を有している。
【０００６】
そこで、石炭を予熱してコークス炉の生産性を大幅に向上させるとともに、石炭の粘結性を有効に利用してコークス品質を改善し、安価な非微粘結炭の使用割合の増加を可能とする簡便な高炉用コークス製造プロセスの開発が必要とされていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上の様に、コークス炉の生産性を大幅に向上させるとともに高強度のコークスを製造することを可能とする高炉用コークス製造方法の開発が必要とされていた。
【０００８】
本発明は、高炉用コークス製造用原料炭の炭種を拡大し、石炭資源多様化への対応を図るとともに、プロセスの生産性を向上させ、コークス製造コストの削減を図る高炉用コークスの製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原料炭を急速加熱後、室炉式コークス炉で乾留して高炉用コークスを製造する方法である。
【００１０】
詳しくは、装入炭を予熱機で２５０〜３５０℃まで予熱した後、サイクロンで粗粒炭と微粉炭とに分級し、前記装入炭の粘結力指数が８０％以上の場合に、前記微粉炭に非微粘結炭を添加して粘結力指数を８０％未満に調節した後、昇温速度１００〜１，０００℃／秒で３５０〜４８０℃まで急速加熱後、塊成化し、前記粗粒炭と混合して室炉式コークス炉で乾留すること特徴とする高炉用コークス製造方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、その具体的内容について説明する。
【００１３】
図１は本発明に関わるコークス製造プロセスを示す図である。１は装入炭配合槽、２は装入炭ベルトコンベアー、３は装入炭粉砕機、４は装入炭ホッパー、５は装入炭予熱機、６は装入炭サイクロン、７は混炭機、８は微粉炭ホッパー、９は非微粘結炭ホッパー、１０は非微粘結炭予熱機、１１は微粉炭加熱機、１２は加熱微粉炭サイクロン、１３は加熱微粉炭ホッパー、１４は熱間成形機、１５はコークス炉、１６はＣＤＱを各々示す。
【００１４】
本発明者らは図１に示すようなコークス製造プロセスを前提として、装入炭を高温に予熱して、粗粒炭と微粉炭とを分離した後、さらに微粉炭を急速加熱後、熱間成形し、前記装入炭の粗粒炭と混合した後、コークス炉で乾留して製造した場合のコークス品質を調査・検討した。
【００１５】
表１に性状を示す室炉コークス製造プロセスで使用される代表的な強粘結炭であるＡ炭（灰分９．０％、揮発分１９．６％）と室炉コークスで使用される非微粘結炭Ｂ炭（灰分５．８％、揮発分２９．９％）および非微粘結炭Ｃ炭（灰分８．６％、揮発分１５．７％）を配合した装入炭を用いて、乾留時のコークスが受ける熱的条件をシミュレートできる小型乾留炉によりコークスを製造した。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
この結果、装入炭を２５０〜３５０℃に予熱後、粗粒炭と微粉炭を分級し、さらに微粉炭を昇温速度１００〜１，０００℃／秒の加熱速度で３５０〜４８０℃まで急速加熱後、熱間成形し、前記装入炭の粗粒炭と混合してコークス炉に装入して乾留することにより非微粘結炭を２５〜６０ｗｔ％含む装入炭の粘着性の改善が可能となるため、前記条件で製造することによりコークス強度が向上することを見い出した。
【００１８】
装入炭を３５０℃超まで予熱すると石炭からガスが発生し、２５０℃未満では生産性を向上させるための乾燥予熱の目的を充分に達成できない。装入炭を予熱した後、コークス炉に装入するまでの保持時間は最大２時間程度である。原料炭の予熱時の保持温度が２５０℃未満ではコークスの強度向上効果が小さいため、予熱時の保持温度の下限値は２５０℃とする。また、装入炭の予熱時の保持温度が４００℃超では装入炭の粘結成分が系外に散逸してしまうため、予熱時の保持温度の上限値は３５０℃とする。そこで、装入炭の予熱温度は２５０〜３５０℃とする。
【００１９】
しかし、上記の方法だけでは非微粘結炭を２５〜６０ｗｔ％含む装入炭の粘着性を改善できないため、高強度のコークスを製造することは不可能である。そこで、本発明者らは装入炭の粘着性を改善し、コークス強度を向上させる方法について検討した。
【００２０】
本発明者らが装入炭の急速加熱温度とコークス強度の関係について鋭意研究を重ねた結果、装入炭を２５０〜３５０℃に予熱後、粗粒炭と微粉炭とに分級し、前記装入炭の微粉炭を１００〜１，０００℃／秒で３５０〜４８０℃まで急速加熱した後、熱間成形して微粉炭部分の粘着性を改善し、前記装入炭の粗粒炭と混合して室炉式コークス炉で乾留することにより、コークス強度を向上させることができる本発明を完成するに到った。微粉炭の圧密成形には従来高価なバインダーが必要であった。しかし、前記装入炭の微粉炭を１００〜１，０００℃／秒で３５０〜４８０℃まで急速加熱することにより、前記微粉炭の粘着性を向上させ、バインダーとして利用することができる。
【００２１】
石炭を急速加熱して熱間成形するためには石炭を均一な温度で加熱することが必要条件であるため、特定の粒度範囲に限定して急速加熱することが好ましい。そこで、急速加熱する装入炭の粒度は微粉炭に限定する。本発明者らが鋭意検討した結果、装入炭の微粉炭を急速加熱した後、熱間成形し、前記装入炭の粗粒炭と混合して室炉式コークス炉に装入することにより、前記装入炭の粘着性を向上させるとともに前記装入炭の嵩密度を向上させることが可能となるため、コークス強度が向上する。
【００２２】
ここで、微粉炭を急速加熱する温度範囲は該装入炭が溶融開始する温度以上からセミコークス化が進行する温度以下が好ましい。粘結炭および非微粘結炭の溶融開始温度からセミコークス化が進行する温度範囲は石炭の銘柄により異なるが、ここではコークス製造に用いる一般的な石炭のギーセラープラストメーターの測定値から３５０℃以上４８０℃以下とした。ここで３５０℃未満では石炭の溶融が始まっておらず、粘着性の向上効果は得られないためバインダーとして使用できない。また、４８０℃超では溶融が進みすぎ圧密成形時に付着したり、または、粘結成分が散逸するとともにセミコークス化が進行して乾留後のコークス強度が著しく低下する等のトラブルが発生するために好ましくない。ただし、微粉炭の急速加熱温度が１００℃／秒未満では装入炭の粘着性の改善効果が認められず、気流層で工業的に実施可能な範囲として上限値を１，０００℃／秒に限定する。
【００２３】
本発明者らがさらに詳細に検討した結果、装入炭の予熱前の粘結力指数が８０％以上の場合は前記装入炭の微粉炭を微粉炭加熱機１２で３５０〜４８０℃に急速加熱すると、前記装入炭の微粉炭の粘着力が過剰となるため、微粉炭加熱機の内壁に前記微粉炭が付着し閉塞トラブルが発生する恐れのあることを見いだした。
【００２４】
そこで、本発明者らは前記装入炭の微粉炭の急速加熱時に粘着性が過剰となることにより発生する閉塞トラブルを回避し、かつ、装入炭の微粉炭の粘着性を向上させ、高強度のコークスを製造する方法について鋭意検討した。
【００２５】
即ち、本発明は非微粘結炭を含む装入炭を２５０〜３５０℃に予熱した石炭を粗粒炭と微粉炭とに分級後、前記装入炭の粘結力指数が８０％以上の場合は前記装入炭の微粉に非微粘結炭を添加して粘結力指数を８０％未満に調節した後、もしくは装入炭の粘結力指数が８０％未満の場合は前記装入炭の微粉炭に非微粘結炭を添加することなしに、微粉炭加熱機で昇温速度１００〜１，０００℃／秒で３５０〜４８０℃まで急速加熱後、熱間成形機で塊成化し、前記装入炭の粗粒炭と混合した後、室炉式コークス炉に装入して乾留し、コークスを製造することを特徴とする高炉用コークス製造方法である。本発明の実施により、微粉炭加熱機内での付着による閉塞トラブルの発生を有効に防止し、かつ、高強度のコークスを製造することが可能となる。
【００２６】
微粉炭を圧密成形することによりコークス炉へ装入した時の炭化室壁面への付着、およびタールへの混入等の問題を解消できる。微粉炭と粗粒炭の分級点は装入炭の嵩密度向上効果の観点から石炭全体の約３０ｗｔ％程度が適当である。本発明者らが熱間成形時の原料炭の分級点と成形性の関係について鋭意検討を重ねた結果、図５に１例を示すように分級点を０．３〜０．５ｍｍとした場合に成形炭の強度が著しく高く、成形炭の歩留が向上する。実機プロセスでは微粉炭と粗粒炭の分級点は石炭全体に含まれる微粉炭の重量割合で決定されるが、通常は粒径０．３〜０．５ｍｍ以下の微粉炭の割合が石炭全体の約３０ｗｔ％に相当すること、および図５に１例を示すように０．３〜０．５ｍｍで分級した微粉炭を圧密成形することにより高強度の成形炭を製造できる。以上の理由により、０．３〜０．５ｍｍ以下の粉炭を微粉炭とすることが好ましい。分級方法はサイクロンによる風力分級が好ましい。成形方法はダブルロールプレスなどによる圧密ロール成形が好ましい。
【００２７】
この場合、対象が図３に１例を示すように、石炭予熱機で３００℃に予熱後、０．３ｍｍ以下の微粉炭と０．３ｍｍ超の粗粒炭を分級し、前記微粉炭を昇温速度５００℃／秒で４００℃に予熱した後２．５ｔ／ｃｍの線圧で加圧して塊成化した後、コークス炉に装入して乾留して得られるコークスの強度は従来法の７６．３％と比べて８１．８％と大幅に向上する事がわかった。この結果、コークス製造用原料炭中の非微粘結炭の使用割合を従来の２５ｗｔ％から６０ｗｔ％まで大幅に増加させることが可能となった。
【００２８】
非微粘結炭の配合割合が６０ｗｔ％超では高炉用コークスとして充分なコークス強度が得られないため好ましくない。したがって、非微粘結炭の上限は６０ｗｔ％とすることが好ましい。非微粘結炭が含まれていない場合でも本発明の方法により高炉用コークスを製造すると生産性が大幅に向上する効果を享受できる。従って、非微粘結炭の下限は０ｗｔ％である。但し、従来法でも非微粘結炭を２５ｗｔ％使用できるため、非微粘結炭を２５〜６０ｗｔ％含むことが特に好ましい。
【００２９】
装入炭を２５０〜３５０℃に予熱する方法としては気流加熱機または流動層加熱機などが適用可能である。前記装入炭を分級後の微粉炭を３５０〜４８０℃まで昇温速度１００〜１，０００℃／秒で急速加熱する装置としては気流乾燥機が適当であり、設備制約により昇温速度の下限は１００℃／秒で上限は１，０００℃／秒とする。装入炭を２５０〜３５０℃に予熱後、粘結力指数を８０％未満に調節するために添加する非微粘結炭は温度の均一性を確保するために予め３００〜４００℃に予熱しておくことが好ましい。ここで、粘結力指数を調節するための非微粘結炭の予熱機としては気流加熱機または流動層加熱機などが適用可能である。
【００３０】
粘結力指数を調節するために添加する非微粘結炭の粒度は前記装入炭の微粉炭と混合して急速加熱する時の加熱温度が均一になるように０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００３１】
本発明における粉炭とは３ｍｍ以下の粒度が７５〜８０ｗｔ％以上程度に粉砕された石炭を示す。
【００３２】
また、本発明においてコークス強度とはＪＩＳ    Ｋ    ２１５１に示されているドラム強度（ＤＩ１５０１５  ）を示す。
【００３３】
本発明において、非微粘結炭とは粘結力指数（ＣＩ）が８０％未満の石炭と定義する。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．２５２に示されているように、石炭１ｇ（粒度０．２５ｍｍ以下）に粉コークス９ｇ（粒度０．２５〜０．３ｍｍ）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、その篩上に留まった残量を百分率で表示する方法である。
【００３４】
【実施例】
実施例−１
本発明に基づいて、表１に性状を示す粘結炭Ａ炭を７０ｗｔ％および非微粘結炭Ｂ炭を２５ｗｔ％、非微粘結炭Ｃ炭を５ｗｔ％配合した装入炭を用いて図１に示す実施態様でコークスを製造した。装入炭を装入炭粉砕機３で３ｍｍ以下８０ｗｔ％に粉砕後、装入炭予熱機５で３００℃に予熱した後、装入炭サイクロン６で０．３ｍｍ超の粗粒炭と０．３ｍｍ以下の微粉炭に分級した。装入炭の粘結力指数は８４％で、装入炭サイクロンで分級された０．３ｍｍ以下の微粉炭量は４８ｔ／Ｈｒであった。これに対して表１に性状を示す非微粘結炭Ｃ炭を６ｔ／Ｈｒの割合で非微粘結炭ホッパー９から切り出して非微粘結炭予熱機１０で３００℃まで加熱後、装入炭サイクロン６で分離した前記装入炭の微粉炭と混合して粘結力指数を７５％に調節し、微粉炭加熱機１１で５００℃／秒の昇温速度で４６０℃に加熱した後、熱間成形機１４により２．５ｔ／ｃｍの線圧で加圧しながら熱間成形して塊成化して、前記装入炭の粗粒炭と混合してコークス炉に装入してコークス温度９００℃まで乾留した。この結果、コークス強度は８１．８％と大幅に向上した。
【００３５】
比較例−１
従来法に基づいて、図２に示す実施態様で表１に性状を示す粘結炭Ａ炭を７０ｗｔ％および非微粘結炭Ｂ炭を２５ｗｔ％、および非微粘結炭Ｃ炭を５ｗｔ％配合し原料炭を装入炭予熱機５で１８０℃に予熱して乾燥した後、コークス炉に装入して９００℃で乾留し、コークスを製造した。装入炭の粘結力指数は８４％である。この結果、得られたコークスの強度は７６．３％と低く、高炉用コークスとしての強度が不充分であった。
【００３６】
実施例−２
本発明に基づいて、表１に性状を示す粘結炭Ａ炭を５０ｗｔ％および非微粘結炭Ｂ炭を５０ｗｔ％、配合した装入炭を用いてコークスを製造した。装入炭を装入炭粉砕機３で３ｍｍ以下８０ｗｔ％に粉砕後、装入炭予熱機５で３２０℃に予熱した後、装入炭サイクロン６で０．３ｍｍ超の粗粒炭と０．３ｍｍ以下の微粉炭に分級した。装入炭の粘結力指数は８２％で、装入炭サイクロンで分級された０．３ｍｍ以下の微粉炭量は４８ｔ／Ｈｒであった。これに対して表１に性状を示す非微粘結炭Ｃ炭を５ｔ／Ｈｒの割合で非微粘結炭ホッパー９から切り出して非微粘結炭予熱機１０で３２０℃まで加熱後、装入炭サイクロン６で分離した前記装入炭の微粉炭と混合して粘結力指数を７８％に調節し、微粉炭加熱機１１で５００℃／秒の昇温速度で４６０℃に加熱後、熱間成形機１４により２．５ｔ／ｃｍの線圧で加圧しながら熱間成形して塊成化した後、前記装入炭の粗粒炭と混合してコークス炉に装入してコークス温度９００℃まで乾留した。この結果、図４に示す如くコークス強度は８０．６％と大幅に向上した。
【００３７】
比較例−２
従来法に基づいて、表１に性状を示す粘結炭Ａ炭を５０ｗｔ％および非微粘結炭Ｂ炭を５０ｗｔ％、配合し原料炭を装入炭予熱機５で１８０℃に予熱して乾燥した後、コークス炉に装入して９００℃で乾留し、コークスを製造した。装入炭の粘結力指数は８２％である。この結果、得られたコークスの強度は７５．１％と低く、高炉用コークスとしての強度が不充分であった。
【００３８】
比較例−３
表１に性状を示す粘結炭Ａ炭を７０ｗｔ％および非微粘結炭Ｂ炭を２５ｗｔ％、非微粘結炭Ｃ炭を５ｗｔ％配合した装入炭を用いて以下の方法でコークスを製造した。装入炭を装入炭粉砕機３で３ｍｍ以下８０ｗｔ％に粉砕後、装入炭予熱機５で３００℃に予熱した後、装入炭サイクロン６で０．３ｍｍ超の粗粒炭と０．３ｍｍ以下の微粉炭とに分級した。装入炭の粘結力指数は８４％で、装入炭サイクロンで分級された０．３ｍｍ以下の微粉炭は４８ｔ／Ｈｒであった。前記装入炭の微粉炭を微粉炭加熱機１１で昇温速度５００℃／秒で４６０℃に加熱した場合、微粉炭加熱機１１内で前記微粉炭の付着により閉塞トラブルが発生した。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明により冶金用コークス製造プロセスにおいて原料炭中の非微粘結炭の使用割合を大幅に増加させることが可能となり、本発明の技術的、および経済的な効果は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する高炉用コークス製造プロセスの全体フロー図。
【図２】従来の予熱炭装入による高炉用コークス製造プロセスの全体フロー図。
【図３】本発明の実施例１におけるコークス強度向上効果を示す図。
【図４】本発明の実施例２におけるコークス強度向上効果を示す図。
【図５】装入炭の粘結力指数と加熱機内の付着状況の関係を示す図。
【図６】石炭粒度と成形炭歩留の関係を示す図。
【符号の説明】
１：装入炭配合槽
２：装入炭ベルトコンベアー
３：装入炭粉砕機
４：装入炭ホッパー
５：装入炭予熱機
６：装入炭サイクロン
７：混炭機
８：微粉炭ホッパー
９：非微粘結炭ホッパー
１０：非微粘結炭予熱機
１１：微粉炭加熱機
１２：加熱微粉炭サイクロン
１３：加熱微粉炭ホッパー
１４：熱間成形機
１５：コークス炉
１６：ＣＤＱ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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