(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘結炭を４０〜９０ｗｔ％含み、残部が非微粘結炭からなる配合炭を乾留して高炉用コークスを製造する方法において、非微粘結炭を２５０〜３５０℃まで予熱後、０．３ｍｍ以下の粒径の微粉炭と０．３ｍｍ超の粒径の粗粉炭とに分級し、非微粘結炭の０．３ｍｍ以下の粒径の微粉炭を該非微粘結炭の軟化開始温度以上から最高流動温度以下の温度域まで１×１０３  〜１×１０５  ℃／分の加熱速度で急速加熱し、次いで該非微粘結炭の軟化開始温度以上から最高流動温度以下の温度域で保持した状態で５〜１，０００ｋｇ／ｃｍ２  の圧力で熱間成型した後、２５０〜３５０℃まで予熱した粘結炭および前記非微粘結炭の粗粉炭と混合して乾留炉へ装入して乾留することを特徴とする高炉用コークスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高炉用コークスの製造方法に関する。より詳しく述べると、本発明は原料石炭の炭種を拡大し、石炭資源の多様化への対応を図るとともに、生産性の向上、コークス製造工程の経済性の向上および設備コストの削減を図る高炉用コークスの製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高炉用コークスは例えば、図２に概略を示すような構成を有する装置を用いて製造される。まず、予め微粉砕され粒度調整された石炭を石炭配合槽１０に移送後、コークス炉９上にある石炭装入車１１よりコークス炉内に装入される。装入時の石炭の温度は常温（２０〜３０℃）である。このような従来のコークス製造プロセスでは、コークス炉で乾留時の石炭の熱伝導率が極めて小さいために石炭の平均昇温速度は２〜３℃／分と非常に遅く、乾留時間として１４〜２０時間程度の長時間を要する。そこで、生産性が非常に低いとともに、消費エネルギーが大きいという問題があった。
【０００３】
さらに、このような従来法における高炉用コークス製造法では原料炭の選択において高炉用コークス品質の制約から強粘結炭が中心であり、炭種拡大の柔軟性に欠けるものであった。非微粘結炭は粘結炭に比べて安価であり地球上の埋蔵量が非常に多く存在しているが、上記のような従来のコークス製造法では粘結炭に比べて粘結炭の劣る非微粘結炭をコークス製造原料として３０ｗｔ％以上多量に配合するとコークス強度が著しく低下するという欠点を有している。
【０００４】
炉幅を狭くすることにより乾留時間を短縮することが可能であるが、この方法では１室当たりの装入炭量が減少するので生産性を向上させることはできない。また、炉長を長くすると水平方向の均一加熱が困難であること、および乾留後のコークスの炭化室からの排出（窯出し）が困難になるという問題があるため、このような対策では生産性の向上という課題に対して抜本的な解決策にならない。乾留時間を短縮する別の方法としては燃焼室のフリュー温度を上昇させれば良いが、燃焼室のレンガ材質の制約により、フリュー温度の上昇には限界がある。また、高炉用コークスの製造において乾留時間を短縮する方法として、コークス製造用原料炭を事前に乾燥予熱してコークス炉に装入することにより、乾留時間の短縮や装入密度の向上およびコークス品質の改善を可能とするプロセスが開発されている。例えば、原料炭を約２００℃に予熱した後コークス炉に装入して乾留する方法としてプレカーボン法があり、その予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。しかし、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、石炭の予熱温度は１８０〜２３０℃と低いため、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％しか向上しない。
【０００５】
コークスの生産性を大幅に向上させるとともに、原料炭の多様化を図る方法として、石炭を３５０〜４００℃まで予熱した後、コークス炉に装入した乾留する方法が特願平０５−２６７５９２で提案されている。しかし、この方法では非微粘結炭を軟化開始温度以下までしか予熱しないため、非微粘結炭の粘結性を大幅に向上させることは困難である。
【０００６】
このため、石炭を予熱処理して石炭の粘結性を向上させることにより高炉用コークス製造原料炭として非微粘結炭の多量使用を可能とするとともに、生産性を大幅に向上させる方法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、石炭を予熱して生産性を向上させるとともに石炭の粘結性を有効に利用することにより非微粘結炭を多量に使用して、高強度のコークスを製造する方法の開発が必要とされていた。
【０００８】
本発明の目的は高炉用コークス製造用原料炭として非微粘結炭の多量使用を可能とするとともに、生産性を大幅に向上させる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】
本発明の特徴とするところは、粘結炭を４０〜９０ｗｔ％含み、残部が非微粘結炭からなる配合炭を乾留して高炉用コークスを製造する方法において、非微粘結炭を２５０〜３５０℃まで予熱後、０．３ｍｍ以下の粒径の微粉炭と０．３ｍｍ超の粒径の粗粉炭とに分級し、非微粘結炭の０．３ｍｍ以下の粒径の微粉炭を該非微粘結炭の軟化開始温度以上から最高流動温度以下の温度域まで１×１０３  〜１×１０５  ℃／分の加熱速度で急速加熱し、次いで該非微粘結炭の軟化開始温度以上から最高流動温度以下の温度域で保持した状態で５〜１，０００ｋｇ／ｃｍ２  の圧力で成型した後、２５０〜３５０℃まで予熱した粘結炭および前記非微粘結炭の粗粉炭と混合して乾留炉へ装入して乾留することを特徴とする高炉用コークス製造方法である。
【００１０】
【作用】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明に関わる室炉式コークス炉を示す図である。１は粘結炭配合槽、２は非微粘結炭配合槽、３は粘結炭乾燥予熱機、４は非微粘結炭乾燥予熱機、５はサイクロン、６は石炭高温加熱機、７は成型機、８は予熱炭貯槽、９はコークス炉を各々示す。
【００１２】
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、また表１に示す性状の石炭について、非微粘結炭の多量配合の可能性を検討した。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
本発明者らは高炉用コークス原料炭として使用される代表的な強粘結炭Ａ炭（ＶＭ２４．８％、最高流動度ＭＦ  ｌｏｇｄｄｐｍ２．７）および非微粘結炭Ｂ炭（ＶＭ３３．０％、最高流動度ＭＦ  ｌｏｇｄｄｐｍ１．０）を配合した原料炭を用いて、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、乾留してコークスを製造する実験を行った。
【００１５】
この結果、粘結炭の予熱温度は２５０〜３５０℃とする。３５０℃超では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。また、非微粘結炭の予熱温度も同様に乾燥予熱の目的から２５０℃以上とし、ガス発生を防止するために３５０℃以下とする。
【００１６】
しかし、上記の方法だけでは非微粘結炭の粘結性を改善することは不可能である。そこで、本発明者らは非微粘結炭の粘結性を改善し、コークス強度を向上させる方法について検討した。
【００１７】
本発明者らが非微粘結炭の急速加熱炭の保持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、石炭を急速加熱して石炭の最高流動温度超の温度域で保持すると粘結成分が散逸するとともにセミコークス化が進行するため乾留後のコークス強度が著しく低下することが判明した。本発明者らが非微粘結炭の加熱温度とコークス強度の関係についてさらに詳細に調査した結果、非微粘結炭を該非微粘結炭の軟化開始温度以上から最高流動温度以下の温度域まで急速に加熱することにより非微粘結炭の粘結性が向上し非微粘結炭多量配合時のコークス強度が大幅に向上するため、高炉用コークス製造原料炭として非微粘結炭の多量使用が可能となることがわかった。
【００１８】
そこで、非微粘結炭の急速加熱温度は該非微粘結炭の軟化開始温度以上から最高流動温度以下の温度域に限定する。
【００１９】
ただし、非微粘結炭の軟化開始温度以上から最高流動温度以下の温度域までの加熱速度が１×１０３  未満では粘結性の改善効果が充分発現せず、また工業的に実現可能な加熱速度として上限値を１×１０５  ℃／分に限定する。
【００２０】
表１に示す非微粘結炭であるＢ炭について、加熱速度８×１０４  ℃／分での急速加熱温度と、急速加熱した後に乾留して得られるコークスの強度の関係について調査した結果、図３に１例を示すように、急速加熱温度とコークス強度の間には明確な関係があり、該非微粘結炭の軟化開始温度である３９８℃以上から最高流動温度である４３３℃以下に急速加熱した場合にコークス強度の向上が認められ、急速加熱温度は該非微粘結炭の軟化開始温度以上から最高流動温度以下の温度域が好ましい。
【００２１】
コークス炉に装入する石炭は一般に粒径３ｍｍ以下が８０ｗｔ％以上となるように粉砕されている。しかし、非微粘結炭を急速加熱する際に、粒径の差が大きいと非微粘結炭を軟化開始温度から最高流動温度以下に均一に加熱することが困難である。
【００２２】
非微粘結炭を０．１〜０．５ｍｍの粒径で微粉炭と粗粉炭に分級した場合、特に０．３ｍｍの粒径で分級した場合の微粉炭は急速加熱により均一に加熱することができる。そこで、本明細書では０．３ｍｍ以下の粒径の粉炭を微粉炭、０．３ｍｍ超の粒径の粉炭を粗粉炭とする。分級方法はサイクロンによる風力分級が好ましい。
【００２３】
さらに、非微粘結炭の微粉炭を塊成化することにより、搬送工程におけるハンドリング性の改善、および微粉炭の大気への飛散防止が図られるとともに、コークス品質を向上できる。塊成化方法としてはダブルロールプレスによるロール成型法がある。
【００２４】
非微粘結炭の微粉炭を成型する際の成型圧力としては５〜１，０００ｋｇ／ｃｍ２  とする。このように塊成化することにより搬送工程におけるハンドリング性の改善、および粉炭の大気への飛散防止が図られるとともに、コークス品質の向上が期待される。成型時の圧力が小さすぎると成型物の歩留が低下するため成型圧力の下限値は５ｋｇ／ｃｍ２  とし、成型圧力の上限値は乾留時に成型炭が膨張してコークス炉の炉体を損傷することを防止するために１，０００ｋｇ／ｃｍ２  以下に限定する。
【００２５】
そこで、本発明者らはこの粘結性の向上に着目して鋭意研究を重ねた結果、非微粘結炭を２５０〜３５０℃に予熱した後に０．３ｍｍ以下の粒径の微粉炭と０．３ｍｍ超の粒径の粗粉炭とに分級し、非微粘結炭の０．３ｍｍ以下の粒径の微粉炭については、さらに石炭の軟化開始温度から最高流動温度以下の温度域まで１×１０３  〜１×１０５  ℃／分の加熱速度で急速加熱した後、５〜１，０００ｋｇ／ｃｍ２  の圧力で成型した後、非微粘結炭の成型物を２５０〜３５０℃に加熱した粘結炭および前記非微粘結炭の粗粉炭と混合して乾留炉へ装入して乾留することにより、生産性が高く、かつ、非微粘結炭を多量に使用可能な本発明を完成するに至った。
【００２６】
ここで、乾留は通常のコークス炉の操業条件である９５０〜１，２００℃で問題ない。
【００２７】
粉炭中の粘結炭の配合割合は、コークス乾留時の粘結性を確保するために４０〜９０ｗｔ％に限定する。したがって、粉炭中の非微粘結炭の配合割合は残りの６０〜１０ｗｔ％である。
【００２８】
本明細書における最高流動度、および固化温度とはＪＩＳＭ８８０１に示されているようにギーセラープラストメータによる測定結果に基づく最高流動度、および固化温度である。
【００２９】
本明細書で、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に入れて９００℃で７分間乾留してコークス化し、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量をＡｇとし、
【００３０】
【数１】
0003611055.tif 000003
【００３１】
で表示する方法である。
【００３２】
【実施例】
（実施例１）
従来法では図２に示す乾留装置を用いて、表１に示す配合炭を乾留してコークスを製造した。
【００３３】
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、３ｍｍ以下に粉砕した粘結炭６０ｗｔ％、および非微粘結炭４０ｗｔ％を配合した表１に示す性状の石炭を流動層の石炭予熱機３および４で各々３００℃まで予熱した。この後、非微粘結炭についてはサイクロン５で３５０℃の熱風により０．３ｍｍ超の粒径の粗粉炭と０．３ｍｍ以下の粒径の微粉炭に分級した。０．３ｍｍ以下の粒径の微粉炭については気流層の石炭高温加熱機によりケース１では４００℃まで、ケース２では４２０℃まで８×１０４  ℃／分の加熱速度で急速に加熱した後、ダブルロール成型機により２００ｋｇ／ｃｍ２  の圧力で加圧成型し、該成型物を粘結炭および非微粘結炭の３ｍｍ超の粒径の粗粉炭と混合してコークス炉に装入して１，０５０℃、６．５時間で乾留し、コークス化した。
【００３４】
本発明により得られたコークスの強度はＩ型ドラム試験機（内径１３０ｍｍ、長さ７００ｍｍ、回転速度２０ｒｐｍ）にて６００回転したものの１．２ｍｍ以上残存率で評価した。この結果、表２に示すように非微粘結炭を４０ｗｔ％配合し急速加熱処理を行なわないで室炉で乾留した従来法に比べてコークス強度が非常に高く、本発明の方法によりコークス強度が大幅に改善された。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
本発明により、高炉用コークスの原料炭として非微粘結炭を３０〜５０ｗｔ％まで多量に配合して使用することが可能となった。また、乾留時間は従来法の１５時間に対して６．５時間と約６０％短縮され、生産性が大幅に向上した。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明は高炉用コークス製造原料石炭の炭種を拡大し、石炭資源の多様化への対応を図るとともに、生産性の向上、コークス製造工程の経済性の向上および設備コストの削減を図る方法に関するものであり、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】本発明を適用するコークス製造プロセスの全体フロー図。
【図２】従来のコークス製造プロセスの全体フロー図。
【図３】本発明の効果を示す図で非微粘結炭の急速加熱温度とコークス強度の関係を示す図。
【符号の説明】
１…粘結炭配合槽                    ２…非微粘結炭配合槽
３…粘結炭乾燥予熱機                ４…非微粘結炭乾燥予熱機
５…サイクロン                      ６…石炭高温加熱機
７…成型機                          ８…予熱炭貯槽
９…コークス炉
【図１】
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【図２】
0003611055.tif 000006
【図３】
0003611055.tif 000007