(57)【要約】【課題】粉炭と成型炭を混合してコークス炉に装入してコークスを製造する際、粉炭部分の嵩密度を改善して、全体の平均装入嵩密度を向上させ、コークス品質の高いコークスを得る。【解決手段】粉炭と成型炭を混合した後、スタンピング機を用いてブロック状にスタンプ成形し、得られた成形体をコークス炉に装入して乾留してコークスを製造する。その際、好ましくは、成型炭のサイズや配合量、スタンプ成形の強さを調整する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉炭と成型炭を混合してコークス炉に装入するコークスの製造方法において、
粉炭と成型炭を混合した後、スタンピング機を用いてブロック状にスタンプ成形し、得られたブロック状の成形体をコークス炉に装入することを特徴とするコークスの製造方法。
【請求項２】
前記成型炭の配合比率を１０〜５０質量％とし、大きさを１０〜６５ｃｍ３とすることを特徴とする請求項１に記載のコークスの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のコークスの製造方法において、前記スタンプ成形の際のスタンプ強さの程度を、下記式で表される相対スタンプ強さとして定量化して、前記スタンプ成形の際に目標とする成形体密度が得られる相対スタンプ強さの範囲を実験的に求めておき、前記スタンプ成形する際に、得られた前記範囲になるようにスタンプ強さを調整することを特徴とするコークスの製造方法。
相対スタンプ強さ＝（粉炭と成型炭の混合物をスタンプ成形する際のスタンプ強さ）／（粉炭のみを標準条件でスタンプ成形する際のスタンプ強さ）
【請求項４】
スタンプ強さを、スタンプ作業の合計時間（秒）と、スタンパー１本あたりスタンプのサイクル（回/秒）と、スタンパー本数（本）と、スタンパーによる１回の加圧力（Pa）の積で表すことを特徴とする請求項３に記載のコークスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉炭と成型炭を混合してコークス炉に装入して乾留するコークスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉操業において、コークスには、炉内の通気性を確保するために所要の強度が求められている。近年では、コークス用原料としての良質の強粘結炭は、資源的に枯渇状態になってきているので、劣質炭を用いても必要な強度を有するコークスを製造する方法が求められている。
コークス強度を向上させる技術として、コークス炉に装入する石炭の装入嵩密度を増加させる方法がある。この方法の例には成型炭配合法とスタンプチャージ法がある。
【０００３】
成型炭配合法は、非特許文献１に示されるように、成型炭用の配合炭を粉砕し、粉砕後の配合炭にバインダーを添加して混練した後、成型機で成型して成型炭とし、この成型炭を、別の配合炭を粉砕して調製した粉炭とともにコークス炉に装入して乾留する方法である。この方法では、装入嵩密度の低い粉炭に見掛密度の高い成型炭を混合することにより、全体の嵩密度が向上し、粉炭のみを使用した場合よりもコークス品質を改善する利点がある。また、成型炭に劣質炭を多く配合しても、見掛密度の高い成型炭にできるため、コークス強度が改善される利点もある。
【０００４】
また、スタンプチャージ法は、特許文献１に示されるように、配合炭をスタンパーによりスタンプして、コークス炉の炭化室よりやや小さい寸法のブロック状に成形して嵩密度を増加した石炭ケーキとした後、石炭ケーキを炭化室に装入し、乾留してコークスを製造する方法である。この方法では、通常の炭化室の炉頂部から装入する方法（トップチャージ）で得られる石炭の挿入嵩密度と比較すると、かなり高い密度の石炭ケーキを得ることができる。
【０００５】
これらの方法においても、近年の石炭事情の現状から、より劣質な石炭の配合比率を向上させることが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１２１５６７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】製鉄研究第288号（1976）,11789
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者は、劣質炭を成型炭中に配合できる成型炭配合法について、さらに全体の嵩密度を上げる方法について検討した。その過程において、成型炭配合法では、平均的な装入嵩密度は向上するが、粉炭部分の嵩密度は大きく低下することを見出した。
本発明者は、粉炭を１００％とした装入炭と、質量比で、粉炭７０％、成型炭３０％の配合とした装入炭をそれぞれコークス炉に装入した時の装入嵩密度を調べた。
ここで、成型炭密度は１１８０kg／ｍ３であり、粉炭部の嵩密度は下記の式を用いて求めた。
粉炭部装入嵩密度＝｛(平均装入嵩密度−成型炭密度×成型炭配合率（％)）／100 ｝／｛粉炭配合率（％）／100 ｝
【０００９】
結果を表１に示す。
表１より、粉炭に成型炭を配合して装入した時の粉炭部の装入嵩密度が、粉炭のみを装入した時の装入嵩密度に比べて大きく低下していることが分かる。
【００１０】
【表１】
2018044126.tif 000002
【００１１】
このため、成型炭配合法において、さらに全体の平均装入嵩密度を向上させるには、粉炭部分の嵩密度を改善することが必要になる。
したがって、本発明は、粉炭と成型炭を混合してコークス炉の炭化室に装入する成型炭配合法において、粉炭部分の嵩密度を高めて全体の平均装入嵩密度をさらに向上させる方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、粉炭と成型炭を同時に装入する場合に粉炭部分の嵩密度が低下する原因について検討したところ、粉炭と成型炭を同時に装入すると、成型炭と成型炭の間に隙間が生じるが、その隙間に対する粉炭の充填が壁摩擦効果により阻害されることに原因があるのではないかと考えられた。
そこで、粉炭と成型炭の混合物を炭化室に装入する前にスタンプを行って、粉炭を強制的に成型炭と成型炭の隙間に充填させることを着想して本発明に至った。
【００１３】
そのようにしてなされた本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１）粉炭と成型炭を混合してコークス炉に装入するコークスの製造方法において、粉炭と成型炭を混合した後、スタンピング機を用いてブロック状にスタンプ成形し、得られたブロック状の成形体をコークス炉に装入することを特徴とするコークスの製造方法。
【００１４】
（２）前記成型炭の配合比率を１０〜５０質量％とし、大きさを１０〜６５ｃｍ３とすることを特徴とする上記（１）に記載のコークスの製造方法。
【００１５】
（３）上記（１）または（２）に記載のコークスの製造方法において、前記スタンプ成形の際のスタンプ強さの程度を、下記式で表される相対スタンプ強さとして定量化して、前記スタンプ成形の際に目標とする成形体密度の得られる相対スタンプ強さの範囲を実験的に求めておき、前記スタンプ成形する際に、得られた前記範囲になるようにスタンプ強さを調整することを特徴とするコークスの製造方法。
相対スタンプ強さ＝（粉炭と成型炭の混合物をスタンプ成形する際のスタンプ強さ）／（粉炭のみを標準条件でスタンプ成形する際のスタンプ強さ）
（４）スタンプ強さを、スタンプ作業の合計時間（秒）と、スタンパー１本あたりスタンプのサイクル（回/秒）と、スタンパー本数（本）と、スタンプによる加圧力（Pa）の積で表すことを特徴とする上記（３）に記載のコークスの製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、成型炭配合法にスタンプチャージ法を適用することにより、全体の平均装入嵩密度を大きく向上させることができ、劣質炭の配合量を増加しても必要なコークス品質を確保することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者は、粉炭と成型炭を混合してコークス炉に装入する際、粉炭部分の嵩密度が低下するのは、粉炭が成型炭と成型炭の隙間に充填されないことが原因ではないかと考え、粉炭を成型炭間の隙間に強制的に充填させて、粉炭部の嵩密度を向上させる方法について検討する過程で、スタンプチャージ法に着目して以下の実験を行った。
【００１８】
（実験１）
粉炭のみからなる石炭と、質量比で、粉炭８０％と密度１１８０kg／ｍ３の成型炭２０％の混合物よりなる石炭を準備し、それぞれをスタンピング機に供給し、スタンプ成形してブロック状の圧密成形体（石炭ケーキ）を作った。なお、スタンプ成形は、いずれも、従来のスタンプチャージ法で用いられている標準的な加圧条件を用いて実施した。
スタンプ成形後、得られた石炭ケーキの密度を実測するとともに、粉体のみを用いた石炭ケーキの密度と成型炭の密度から、両者の配合比率で加重平均して石炭ケーキ密度を算出した。
【００１９】
結果を表２に示す。
表２に示されるように、成型炭を配合した時は、成型炭を配合していない時に比べて石炭ケーキ密度は大きく向上しており、しかも、粉炭だけから作った石炭ケーキ密度（１０００kg／ｍ３）と成形炭の密度（１１８０kg／ｍ３）から、加重平均で求められた密度（計算値）よりも大きな密度（実測値）の石炭ケーキができ、相乗効果が得られていることがわかる。
【００２０】
【表２】
2018044126.tif 000003
【００２１】
以上のように成型炭配合法とスタンプチャージ法を組み合わせることにより、加重平均で求めた密度より高い密度の石炭ケーキが得られる理由は、次のように考えられる。
【００２２】
粉炭と成型炭を混合して炭化室に装入すると、成型炭と成型炭の間に隙間が生じ、その隙間に対する粉炭の充填が壁摩擦効果により阻害される場合が生じるが、粉炭と成型炭の混合物をスタンピングすると強制的に粉炭を圧密するため、阻害された粉炭の充填状況が改善される。
さらに、スタンプ成形することにより成形炭が潰されて適度に崩壊し、石炭ケーキを構成する粒（成形炭、崩壊した成形炭、粉炭）の粒度分布がブロードな状態になり、最密充填に近付くと考えられる。
これらの効果が重なることにより、粉炭だけから作った石炭ケーキ密度（１０００kg／ｍ３）と成形炭単体の密度（１１８０kg／ｍ３）から求められた加重平均石炭ケーキ密度を大きく上回る石炭ケーキ密度が実現できたと考えられる。
【００２３】
これにより、粉炭と成型炭を混合してコークス炉に装入するコークスの製造方法において、粉炭と成型炭を混合した後、コークス炉に付随するスタンピング機を用いてブロック状にスタンプ成形することにより、従来のスタンプチャージよりもさらに装入石炭の嵩密度が上げられることが確認されたので、次に、成型炭の配合条件について検討した。
【００２４】
（実験２）
最初に、成型炭の配合量の影響について調べた。
質量比で、粉炭４０〜９５％と密度１１８０kg／ｍ３の成型炭５〜６０％の混合物よりなる石炭を準備し、それぞれをスタンピング機に供給し、スタンプ成形してブロック状の圧密成形体（石炭ケーキ）を作った。なお、粉炭と成型炭の混合物のスタンプ条件は、粉炭のみをスタンプする際の標準的なスタンプ条件と同じ加圧条件（後述する相対スタンプ強度：１．００）とした。
スタンプ成形後、得られた石炭ケーキの密度を実測するとともに、実験１で得られた粉体のみを用いた石炭ケーキの密度と成型炭の密度から、両者の配合比率で加重平均して石炭ケーキ密度を算出した。
【００２５】
結果を表３に示す。なお、実験１で得られた粉炭のみのデータを合わせて示した。
表３に示されるように、成型炭を配合した時は、成型炭を配合していない時に比べて石炭ケーキ密度は大きく向上しており、しかも、上記のように加重平均で求められた密度（計算値）よりも大きな密度（実測値）の石炭ケーキができ、相乗効果が得られていることがわかる。特に、成型炭配合比率が１０〜５０質量％（発明２〜６）の時にケーキ密度の向上効果が大きい結果が得られた。
【００２６】
【表３】
2018044126.tif 000004
【００２７】
成型炭配合比率が１０〜５０質量％の範囲で、特に良い結果が得られた理由は次のように考えられる。
成型炭の配合比率がより低い場合には、より好ましい効果を発揮するのに十分な成型炭の量がないために石炭ケーキ密度の向上効果は相対的に小さく、また、成型炭の配合比率がより高くなると、（ｉ）表面積が大きくなるために前述の壁摩擦効果が大きくなり、粉炭の充填が阻害されやすくなり、さらに、（ii）成型炭が偏析して粉炭と均一に混合されにくくなり、これらの理由によって、スタンプ成形による充填状況の改善効果が得られにくくなるためと考えられる。
【００２８】
（実験３）
次に、成型炭のサイズの影響について調べた。
成型炭として、大きさ（体積）が５〜１１０ｃｍ３で、密度が１１８０kg／ｍ３のものを準備し、その成型炭を質量比で８０％の粉炭に混合して得た石炭を、それぞれをスタンピング機に供給し、実験２と同じスタンプ条件（相対スタンプ強度：１．００）でスタンプ成形して、ブロック状の圧密成形体（石炭ケーキ）を作った。
スタンプ成形後、得られた石炭ケーキの密度を実測するとともに、実験１で得られた粉体のみを用いた石炭ケーキの密度と成型炭の密度から、両者の配合比率で加重平均して石炭ケーキ密度を算出した。
【表４】
2018044126.tif 000005
【００２９】
成型炭の大きさが通常用いられている大きさで、ケーキ密度の向上効果が得られることが確認されたが、特に、１０〜６５ｃｍ３（発明９、３、１０）の大きさの範囲の時に効果が大きい結果が得られた。
この理由は次のように考えられる。
成型炭のサイズがより小さい場合には、（ｉ）成型炭の表面積が大きくなるために前述の壁摩擦効果が大きくなり、粉炭の充填が阻害されやすくなり、さらに、（ii）スタンプ成形しても成型炭が崩壊しづらく、粒度分布がブロードになりにくいために、石炭ケーキ密度の向上効果が相対的に小さいと考えられる。また、成型炭のサイズがより大きくなると、成型炭が偏析して粉炭と均一に混合されにくくなり、スタンプ成形による充填状況の改善効果が得られにくくなるためと考えられる。
【００３０】
以上の実験では、粉炭と成型炭を混合した原料のスタンプ成形に、粉炭のみをスタンプ成形する際の標準スタンプ条件を用いたもので、粉炭に対して用いられているスタンプ条件で充分な効果を発揮することが確認できたが、得られる石炭ケーキ密度は、スタンプ成形の条件によっても変化する。
つまり、粉炭と成型炭を混合した原料のスタンプ成形に当たり、粉炭がどの程度成型炭と成型炭の隙間に充填するかや、成形炭がどの程度潰されて崩壊するかは、スタンプする際の強さ、スタンプの頻度やスタンプの合計時間、成形炭の強度、成形炭配合率などさまざまな条件により変化する。
そこで、スタンプ条件の影響を検討した。
【００３１】
検討にあたっては、スタンプ条件の影響を評価するために、粉炭のみをスタンプ成形するときの標準条件をスタンプ強さの基準値とし、基準値からの増減の程度を表す指標として、下式で表われさる相対スタンプ強さを導入することとした。
相対スタンプ強さ＝（粉炭と成型炭の混合物をスタンプ成形する際のスタンプ強さ）／（粉炭のみを標準条件でスタンプ成形する際のスタンプ強さ）
【００３２】
スタンピング機は、複数のスタンパーを有しており、スタンプ強さは、スタンパーによる加えられた圧力の総量で表すことができるため、スタンプ強さを、スタンプの際の各要件の積として、下記で表すこととした。
スタンプ強さ＝｛スタンプ作業の合計時間（秒）×スタンパー１本あたりスタンプサイクル（回/秒）×スタンパー本数（本）×スタンパーによる加圧力（Pa）｝
【００３３】
(実験４）
スタンプ成形する際の目標とする石炭ケーキ密度は、粉炭と成型炭の配合条件や、粉炭と成型炭に用いる石炭の性状に応じて変化するため、それらの条件に応じた最適のスタンプ強度を選択できるようにすることが有利である。
【００３４】
そこで、成型炭の密度、大きさ（実験２と同じ）及び配合割合を固定して、相対スタンプ強さを変えてスタンプ成形した時の、石炭ケーキ密度の変化を評価した。得られた結果を表５に示す。
表５の結果より、粉炭と成型炭の混合物をスタンプ成形した場合には、粉炭のみを標準条件でスタンプ成形した場合よりも高い密度の石炭ケーキが得られることが確認された。
特に、相対スタンプ強さが０．９０以上の範囲では、加重平均で求めた石炭ケーキ密度よりも高い密度の石炭ケーキが得られており、さらに、相対スタンプ強さが１．００〜１．１０の範囲では、加重平均で求めた石炭ケーキ密度を大きく上回る密度の石炭ケーキが得られた。
【００３５】
【表５】
2018044126.tif 000006
【００３６】
この結果が得られた理由は、次のように考えられる。
相対スタンプ強さが０．８５のような小さい場合でも、スタンプ成形による粉炭部のスタンプ効果と成型炭間の隙間への粉炭の充填効果により、石炭ケーキ密度の向上効果が得られるが、相対スタンプ強さが大きくなると、粉炭のスタンプが十分になり、かつ、成形炭が壊れるようになって粒度分布がブロードになるため、大きな石炭ケーキ密度の向上効果が得られるようになる。
また、相対スタンプ強度が更に大きくなると、成形炭が壊れすぎて、大きな成形炭が減り、粒度分布がブロードにならない（最適な範囲から外れる）ためであると考えられる。
【００３７】
以上より、粉炭と成型炭の混合物をスタンプ成形した場合、粉炭のみをスタンプした場合に比べ、密度の高い石炭ケーキが得られるが、スタンプ成形により得られる石炭ケーキ密度は、相対スタンプ強さにより変化し、目標とする石炭ケーキ密度も、劣質炭の配合割合などの条件によって変化するため、予め、用いる成型炭のサイズや配合率を考慮したうえで、上記のように相対スタンプ強さと得られる石炭ケーキ密度との関係を実験的に求めて、目標とする石炭ケーキ密度の条件を満たす相対スタンプ強度の範囲を予め定めておき、その範囲内でスタンプ強さを調整すれば、目標とする石炭ケーキを得ることができる。
また、配合炭に用いられる石炭の配合や成型炭の配合割合を変えた時にも、上記最適値の範囲を目安にスタンプ条件を変更することにより、目標とする密度の条件を満たす石炭ケーキを得ることができる。
【００３８】
本発明は以上のように構成されるものであるが、本発明のベースとなる成型炭配合法は、常法に従えばよく、粉炭と成型炭の配合割合、粉炭の配合や粒度、成型炭の配合、大きさ、密度などの条件は特に制限されるものではない。本発明では、石炭ケーキ密度が向上するので、成型炭中の劣質炭の配合割合を増やすことができる。
【００３９】
本発明で使用するスタンピング機としては、コークス炉に付属するものがそのまま使用できる。スタンピング機には、炭化室の長さ分の石炭を一度にスタンプできるタイプと、複数の石炭ケーキに分割して炭化室に装入するために、分割長さ分の石炭をスタンプするタイプがあるが、いずれのタイプでも使用できる。
また、スタンプチャージ法として、特許文献１には、スタンプする前に石炭を予熱する方法、石炭を加湿調整して常温でスタンプする方法、石炭にバインダーを混入してスタンプする方法などが記載されているが、これらの方法は本発明でも効果があり、本発明でも適宜採用できる。