(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉装入炭の目標嵩密度に応じて、装入炭の平均付着水分を調整することを特徴とするコークス炉装入炭の嵩密度管理方法。
【請求項２】
装入炭の平均付着水分として、次式のＭＳ  を用い、装入炭の石炭配合の変動によって、変動する平均包蔵水分ＭＥ  に応じて、目標とする平均付着水分ＭＳ  となるように装入炭の全含有水分ＭＡ  を調整することを特徴とする請求項１記載のコークス炉装入炭の嵩密度管理方法。
ＭＳ  ＝ＭＡ  −ＭＥ  
但し、ＭＡ  ：装入炭の全含有水分
ＭＥ  ＝Σｆｉ・ｗｉ
ｆｉ：各銘柄炭の配合率
ｗｉ：各銘柄炭の包蔵水分
【請求項３】
前記ＭＥ  に代え、次のＭＥ  ’を用いることを特徴とする請求項２記載のコークス炉装入炭の嵩密度管理方法。
ＭＥ  ’＝Σｆｉ・ｇ（ａｉ）
但し、ｇ（ａｉ）：各銘柄炭の包蔵水分ｗｉと対応のある物性値ａｉから得られた関数回帰式ｗｉ＝ｇ（ａｉ）の値。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は冶金用コークスを製造する際のコークス炉装入炭の嵩密度管理方法に関する。さらに詳しくは、石炭の各銘柄の包蔵水分から装入炭の包蔵水分を見積り、コークス炉装入炭の嵩密度が所定値になるように水分調整を行うコークス炉装入炭の嵩密度管理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炉の操業において乾留熱量の観点から装入炭の水分は低いことが望ましい。しかし、装入炭の水分を極端に低くすると、装入炭のコークス炉への装入時に発塵し環境管理上問題となる。
また、コークス炉に充填される装入炭の嵩密度は装入炭の付着水分の影響を受け、また装入炭の水分が変動した場合には一般に装入炭の表面に付着している水分も変化するために粉粒体特性が大きく変化し、コークス炉内に充填されたときの装入炭の嵩密度が変化する。その結果、コークス品質の変動を招き、極端な場合にはコークス炉からのコークスの押出しが困難になるいわゆる押詰まりを引き起こすこともある。
【０００３】
このような問題を解決する方法として、例えば特開昭６１−１６３９８８号公報には未乾燥装入炭の粒度及び水分を測定し、この測定値を要因として乾留条件及び／又は装入諸元を制御する方法が開示されている。このような方法はコークス炉前に装入炭調湿設備を導入することによって実現されるが、装入炭を構成する各銘柄炭の配合比によって包蔵水分が異なるため、同じ全水分であっても銘柄炭の配合変化によって付着水分が大きく変化し、そのため同じ全水分に対応する装入諸元の設定では装入炭の嵩密度が変化するため、コークス品質が異なり、上記の問題点の本質解決方法ではなかった。
【０００４】
このことは、最近、特に重要となってきた装入炭に微粘結炭などの低品位炭を多量に配合する場合により重大な問題となる。
すなわち、装入炭に微粘結炭などの低品位炭を多量に配合した場合には、同じ全水分であっても包蔵水分と付着水分が大きく異なるため嵩密度が変動することを本発明の発明者等は知見したからである。
【０００５】
すなわち、通常の装入炭の主原料である強粘結炭では包蔵水分（平衡水分，ＪＩＳ  Ｍ８８０３参照）は１〜２％であるのに対して微粘結炭などの低品位炭は３〜１０％程度と高く、これらを配合すると装入炭の平均包蔵水分が大きく変動し、全水分を一定に管理すると平均付着水分も変動し、結果として装入炭の嵩密度が変動する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決することを目的とするものであり、すなわち、装入炭に微粘結炭などの低品位炭を多量に配合した場合に代表されるように、装入炭の全水分が一定でも、その装入炭を構成している各銘柄炭の配合比によって包蔵水分と付着水分が大きく変化し、製品品質に悪影響を与えることがあるが、本発明は、このような場合でも製品コークスの品質の変動が実質上極小となるように装入炭の付着水分の制御を行なうことにより、装入炭の嵩密度を一定とするコークス炉装入炭の嵩密度管理方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、コークス炉装入炭の目標嵩密度に応じて、装入炭の平均付着水分を調整することを特徴とするコークス炉装入炭の嵩密度管理方法である。この場合に、装入炭の平均付着水分として次式のＭＳ  を用い、装入炭の全含有水分ＭＡ  を調整し、装入炭の平均付着水分を調整することとしてもよい。
【０００８】
ＭＳ  ＝ＭＡ  −ＭＥ  
但し、ＭＡ  ：装入炭の全含有水分
ＭＥ  ＝Σｆｉ・ｗｉ
ｆｉ：各銘柄炭の配合率
ｗｉ：各銘柄炭の包蔵水分
である。石炭類の包蔵水分は石炭試料を、９６〜９７％相対湿度の雰囲気中で恒温平衡に至らせたとき試料中に含まれる水分（％）である。
【０００９】
また、上記前記ＭＥ  に代え、次のＭＥ  ’を用いることとしてもよい。
ＭＥ  ’＝Σｆｉ・ｇ（ａｉ）
但し、ｇ（ａｉ）：石炭の包蔵水分ｗｉと対応のある物性値ａｉから得られた関数回帰式ｗｉ＝ｇ（ａｉ）の値である。このような物性値ａｉとして、例えば、石炭化度、比表面積、炭素含有率などを用いることが可能である。
【００１０】
【作用】
包蔵水分の異なる２種の石炭の配合率を変えて全水分を調整し、配合した石炭の嵩密度を測定した結果を図５に示した。図５中Ｄは包蔵水分の少ない強粘結炭、Ｃは包蔵水分の多い微粘結炭である。図５の全水分と嵩密度の関係には全水分の増加に従って嵩密度が低下する傾向を示すが、炭種とその配合率の影響を受ける。このため全水分を一定に制御しても嵩密度を一定に管理することはできないことが分かった。
【００１１】
そこで付着水分と嵩密度との関係を求めると図１の結果を得た。この結果に基づき本発明は、コークス炉装入炭の目標嵩密度に応じて、装入炭の平均付着水分を調整することを特徴とする。
平均付着水分は装入炭の粉粒体特性を考慮して制御される。例えば、図１に示すような付着水分と嵩密度の関係に基づいて、コークス品質あるいはコークス炉操業を考慮して、目標嵩密度に対して平均付着水分を決めればよい。図１において明らかなように、炭種にかかわりなく嵩密度は付着水分量と強い相関がある。従って、コークス炉装入炭の目標嵩密度に応じて装入炭の平均付着水分を調整することによって所期の目的を達成することができる。
【００１２】
ところで、コークス炉装入炭の付着水分を現場で迅速に直接測定することは容易ではない。そこで本発明者らは、測定が容易な装入炭の全水分と銘柄炭の固定値である包蔵水分とから付着水分を推定し、この値を用いて、コークス炉装入炭の嵩密度を管理することができることを確認し本発明の第２の発明を完成した。冶金用コークスの製造には強粘結炭が不可欠であるが、安価な非粘結炭，微粘結炭の使用比率を増加することはコークス製造コストの削減に効果的である。
【００１３】
しかしながら、微粘結炭などの低品位炭の水分含有特性は強粘結炭の水分含有特性と大きく異なる。
コークス炉装入炭を構成する各銘柄炭の含有水分は下のように銘柄炭内部に含有する包蔵水分と該銘柄炭表面に付着する表面付着水分に類別され、
ＭＡ  （全水分）＝ＭＥ  （包蔵水分）＋ＭＳ  （付着水分）
の関係がある。
【００１４】
一般に低品位炭は強粘結炭に比べて包蔵水分が多い。それ故全水分が同じ低品位炭と強粘結炭を比較すると、低品位炭は包蔵水分が多いため、銘柄炭表面の付着水分が強粘結炭に比べて少なくなり、結果として、全水分が同一でも低品位炭と強粘結炭の粉粒体特性が異なることになる。
コークス炉装入炭においては各銘柄炭の配合率の変化、特に低品位炭を増配合する場合、低品位炭は包蔵水分が多いため、装入炭の平均包蔵水分が増加する。全水分を一定に管理して、装入炭の低品位炭配合割合を増した場合には、装入炭の包蔵水分の総量が増加するため、装入炭の表面付着水分の総量が減少することになる。そのため、平均付着水分が減少し、結果として、装入炭をコークス炉へ装入した時の嵩密度などの粉体特性に関係する装入諸元が変化する。
【００１５】
従って、コークス炉装入炭の水分管理すなわち粉体特性に着目した装入諸元の管理には、装入炭の付着水分の調整が必要である。
しかしながら、石炭調湿設備があったとしても、コークス炉前で包蔵水分と付着水分を分離して実測・モニタリングすることは困難である。すなわち包蔵水分の分析にはかなりの時間がかかるため、付着水分の個別制御は不可能である。
【００１６】
本発明の発明者等はこれらの点に鑑み、石炭銘柄に特有の特性である包蔵水分を事前に評価し、これを考慮して、実測やモニタリングが容易な全水分を制御すれば、結果として付着水分の調整が可能となるとの発想のもとに広範な実験検討を行った。また、包蔵水分が石炭の他の特性値と精度よく関連つけられれば、これらを事前に評価しておくことによる、表面付着水分の管理の可能性について、種々研究を進め次の知見を得た。
（１）包蔵水分は石炭構造の中の微細な気孔と関連しており、気孔内表面に吸着した平衡水分と考えられる。
（２）それゆえ、石炭化度が異なれば包蔵水分は大きく異なり、石炭化度が同一であれば包蔵水分もほぼ同一の値を取る。
（３）石炭の水分は、（全水分）＝（付着水分）＋（包蔵水分）で表わされ、包蔵水分は温度と雰囲気湿度によって変化する値であるが、温度、湿度の測定条件が変化しても（全水分）＝（付着水分）＋（包蔵水分）の関係は成り立つ。また、包蔵水分の多い石炭ほど包蔵水分の蒸発には多量の熱エネルギーが必要である。石炭装入時の石炭温度が室温以上である場合、そのときの包蔵水分は変化するが、包蔵水分の炭種間の大小関係に変わりはなく、例えばｉ炭種とｊ炭種の包蔵水分の比は、図２に見られるように、測定温度を変えてもほぼ一定である。
（４）また、装入炭が多種の銘柄炭の配合によって形成されている場合には、装入炭の包蔵水分は配合された各銘柄炭の包蔵水分の和となる。すなわち、算術平均によって装入炭の包蔵水分が求まる。
【００１７】
これらの知見に基づいて本発明の第２、第３の発明が創作された。
すなわち、包蔵水分を、装入炭の各銘柄毎の事前測定値として求めておくか、又は各銘柄毎の石炭化度等の特性値と関連付けられた包蔵水分を表す回帰式などから予め求めておき、装入炭の配合銘柄、配合率から装入炭の包蔵水分を見積もり、これに目標とする付着水分を加算した全水分となるように石炭調湿設備で全水分を調整することによって、コークス炉前での実測が困難な付着水分を間接的に調整することを基本技術思想とする方法である。
【００１８】
装入炭の粉体特性を考慮して、平均付着水分をある一定値に設定すると以下のようにコークス炉前で管理可能な全水分が決まる。
すなわち、本発明では装入炭に用いられる各銘柄の石炭の包蔵水分を予め測定して求めておき、各銘柄の配合率から装入炭の平均包蔵水分を求める。さらに図３のように各炭種の石炭の石炭化度を表わす平均反射率ＲＯ  と包蔵水分との関係グラフから回帰式を予め求めて、石炭化度パラメータＲＯｉを持つ各炭種ｉの包蔵水分の計算値を求めて、装入炭の包蔵水分をそれらの炭種にわたる算術和として求めることも可能である。
【００１９】
すなわち、本発明では包蔵水分に対応させるパラメータとして、（ａ）装入炭の銘柄とその配合率、（ｂ）包蔵水分と強い相関がある他のパラメータを用いても良く、石炭化度パラメータとして平均反射率ＲＯ  とその配合率を用いた。それらのパラメータを用いて本発明の考え方に従い付着水分を制御することが可能である。
【００２０】
たとえば、得られた石炭銘柄毎の包蔵水分と配合率から装入炭の平均包蔵水分ＭＥ  は次式で得られる。
平均包蔵水分  ＭＥ  ＝Σｆｉ・ｗｉ
ｆｉ：ｉ炭種の配合率
ｗｉ：ｉ炭種の包蔵水分
また、得られた炭種毎の包蔵水分とその炭種の配合率から装入炭の平均包蔵水分ＭＥ  は次式で得られる。
【００２１】
平均包蔵水分  ＭＥ  ＝Σｆ’ｉ・ｇ（ＲＯｉ）
ＲＯｉ    ：ｉ炭種の石炭化度パラメータＲ０  
ｇ（ＲＯｉ）：  ｉ炭種の包蔵水分を表す関数回帰式
ｆ’ｉ：ｉ炭種の配合率
そして装入炭の粉体特性を制御する目的で付着水分をある一定の制御値に設定するとすれば、次式のように装入炭の全水分ＭＡ  を制御すれば平均付着水分ＭＳ  を炭種銘柄、配合比率にかかわりなく一定に制御することができる。
【００２２】
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上式に基づいて平均付着水分ＭＳ  を一定にして低品位炭の配合率を変化させた場合の装入炭の全水分の変化を表す模式図を図４に示す。粉粒体特性を変えずに、低品位炭の配合率を増加させるには低品位炭の配合率に応じて全水分の制御値を高くしなければならない。
【００２３】
以上のように、石炭配合から平均包蔵水分が決まって、粉体特性から平均付着水分を設定することによって制御可能な全水分が決定される。本水分制御方法では、従来と同じ石炭調湿設備の全水分制御を行うだけで嵩密度などの粉体特性を装入炭の配合の変動に応じて制御可能である。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
（実施例−１）
表１に示す石炭Ｄ、Ｃをそれぞれ単独及びＤ：Ｃ＝２５：７５及び５０：５０の比率で混炭し全水分と嵩密度との関係を調べたところ図５の結果を得た。これらを全水分と包蔵水分から得られた付着水分で整理したところ、図１を得た。図１と図５との対比から付着水分によって嵩密度をばらつき少なく管理することができると結論づけられる。包蔵水分の多い石炭を用いるときには特に顕著であることがわかる。
【００２５】
（包蔵水分の測定）
本実施例と比較例に用いた石炭を第１表に示す。各石炭の包蔵水分の測定は粒度を１．１９ｍｍ以下としてＪＩＳ  Ｍ８８０３の方法に従って行った。また各石炭の包蔵水分の測定結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
0003551487.tif 000003
【００２７】
石炭化度を表わす平均反射率ＲＯ  と包蔵水分の関係を図３に示す。ＲＯ  の増加に従って包蔵水分は低下しており、平均反射率ＲＯ  と包蔵水分は強い相関があるる。
（嵩密度測定に用いた試料の粒度と水分の調整）
嵩密度の測定には、各銘柄の石炭の粒度分布を一定にする目的で、＃０．５，１．０，２．０，２．８２ｍｍの篩で０．５ｍｍ以下，０．５〜１．０ｍｍ，１．０〜２．０ｍｍ，２．０〜２．８２ｍｍの各粒度の重量比率が２５％となるように調製した石炭を用いた。石炭の水分調整は粒度調整した石炭に水を添加、混練後、全水分を測定して、全水分を確認した。
【００２８】
（嵩密度測定）
粒度調整、水分調整を行った石炭５００ｇを１０００ｍｌのメスシリンダーに装填後、振動発生器上に３０秒置いて、充填した。その体積と重量から嵩密度を得た。
（実施例−２）
配合炭において全水分を約６％とし、包蔵水分の多いＣ炭の配合量を増加した場合の嵩密度について、実施例および比較例を表２に示す。
【００２９】
実施例１は、嵩密度の目標値を０．７７５とし、平均付着水分を２．９１とした。比較例１，２は包蔵水分の多いＣ炭を増加した。このとき全水分を一定に約６．０％にすると、嵩密度は０．７８および０．８０に増加し、全水分では嵩密度を管理することはできなかった。そこで表２の実施例２、３のようにＣ炭の配合量を増加した配合炭について、付着水分が一定値２．９になるように包蔵水分の増加に応じて全水分を制御したところ、嵩密度は目標嵩密度に一致する０．７７５になった。
【００３０】
【表２】
0003551487.tif 000004
【００３１】
【発明の効果】
コークス炉前での従来の画一的な全水分制御では日々変動する石炭配合に応じてコークス炉装入炭の密度を制御することは困難である。本発明では石炭の銘柄毎、炭種毎の水分特性を考慮した平均付着水分の調整を行い、石炭配合の変動に応じた嵩密度の管理が可能となり、生産性の向上に優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】石炭の付着水分と嵩密度との関係を示すグラフである。
【図２】包蔵水分と測定温度の関係を表わす模式図である。
【図３】石炭の平均反射率ＲＯ  と包蔵水分との関係を示すグラフである。
【図４】平均付着水分ＭＳ  を一定にして、低品位炭の配合率を変化させた場合の装入炭の全水分の変化を表す模式図である。
【図５】石炭の全水分と嵩密度との関係グラフである。
【符号の説明】
ＭＡ    全水分
ＭＳ    付着水分
ＭＥ    包蔵水分 
ＲＯ    石炭の平均反射率
【図１】
0003551487.tif 000005
【図２】
0003551487.tif 000006
【図３】
0003551487.tif 000007
【図４】
0003551487.tif 000008
【図５】
0003551487.tif 000009