(57)【要約】【課題】高炉用コークスに関し、高炉内での粉化が起こりにくいコークスを室式コークス炉を用いて製造する。【解決手段】コークス単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上気孔の面積比を、石炭乾留時の装入石炭の粒度により調整することを特徴とする高炉用コークスの製造方法。また、コークス単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上気孔の面積比をＡ、また装入石炭の３ｍｍ以下粒子の質量比（％）をＣＲとした場合、原料石炭の粉砕粒度が７０≦ＣＲの範囲で、下記（１）式を用いて面積比Ａを調整することを特徴とする高炉用コークスの製造方法。Ａ＝−ａ×ＣＲ＋ｂ…………（１）。　但し、ａ，ｂは定数【選択図】　　図４
2004067734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上気孔の面積比を、石炭乾留時の装入石炭の粒度により調整することを特徴とする高炉用コークスの製造方法。
【請求項２】
コークス単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上気孔の面積比をＡ、また装入石炭の３ｍｍ以下粒子の質量比（％）をＣＲとした場合、原料石炭の粉砕粒度が７０≦ＣＲの範囲で、下記（１）式を用いて面積比Ａを調整することを特徴とする請求項１記載の高炉用コークスの製造方法。
Ａ＝−ａ×ＣＲ＋ｂ　…………（１）
但し、ａ，ｂは定数
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉用コークスに関し、高炉内での粉化が起こりにくいコークスの室式コークス炉による製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コークスを高炉内で利用する過程において、高炉融着帯近傍でコークスとＣＯ２　ガスとの反応であるソリューション・ロス反応（Ｃ＋ＣＯ２　→２ＣＯ）によりコークス構造強度劣化が起こり、粉コークスが発生する。この粉コークスが炉芯部分に蓄積されることにより、炉芯部コークスの充填密度が増加し、高炉の通気抵抗を増大させ、高炉操業に悪影響を及ぼす。
【０００３】
従来、コークスの品質は、コークスのドラム強度指数（ＪＩＳドラム試験機で１５０回転後、篩１５ｍｍ以上の質量比率）、ＣＯ２　との反応後強度（２０ｍｍ±１ｍに整粒したコークス２００ｇをＣＯ２　１００容量％、１１００℃で２時間反応反応させた後、Ｉ型ドラム［φ１３０ｍｍ×７００ｍｍ］で６００回転させた後の１０ｍｍ以上のコークス質量比）に下限値を設けて管理している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記品質管理値で、コークスのドラム強度指数はコークスの冷間強度を示すものであり、高炉内の反応の影響を考慮した指標ではなく、高炉内でのコークスの粉化を示すものではない。
【０００５】
また、コークスのＣＯ２　との反応後強度は１１００℃と高炉内温度分布（最高１４００℃程度）の中で比較的低い温度でコークスをＣＯ２　と反応させている上、２時間という一定の時間反応させているため、反応によるコークス質量減少率はまちまちである。一方、実際の高炉内では反応率（反応によるコークス質量減少率）は約２０％前後で一定であることから、高炉内でのコークスの反応を模擬していないため、粉化を管理・制御するための指標にはなっていなかった。
従って、高炉内でのコークスの粉化特性を評価する方法がなかったため、コークスの粉化を抑制できる性状のコークスの製造方法が確立されていない。
【０００６】
本発明は、高炉内でのコークスの粉化特性をコークス性状で制御するに際し、コークス性状を調整するコークス製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の要旨は以下の構成からなる。
（１）コークス単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上気孔の面積比を、石炭乾留時の装入石炭の粒度により調整することを特徴とする高炉用コークスの製造方法。
（２）コークス単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上気孔の面積比をＡ、また装入石炭の３ｍｍ以下粒子の質量比（％）をＣＲとした場合、原料石炭の粉砕粒度が７０≦ＣＲの範囲で、下記（１）式を用いて面積比Ａを調整することを特徴とする前記（１）記載の高炉用コークスの製造方法。
Ａ＝−ａ×ＣＲ＋ｂ　…………（１）
但し、ａ，ｂは定数
【０００８】
【発明の実施の形態】
コークスは高炉内で約１４００℃まで加熱され、その加熱過程での高炉内ＣＯ２　ガスとの反応（所謂、ソリューション・ロス反応：Ｃ＋ＣＯ２　→２ＣＯ）により劣化する。そこで高炉内での温度、ガス組成を模擬した条件で、コークスドラム強度の同程度なコークスサンプルをＣＯ２　ガスと反応させたところ、ＣＯ２　ガスの拡散律速領域である１３００℃〜１４００℃でのコークス表層の反応劣化が粉発生に大きく関与していることがわかった。
【０００９】
すなわち、上記条件の反応後のコークス試料（φ２０ｍｍ×３０ｍｍ）の気孔率をＮＭＲイメージング法（Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，　Ｖｏｌ．１８，ｐ．１５４，１９９６）にて径方向２ｍｍごとに測定したところ、径方向表面から２ｍｍまでの部分の反応後の気孔率増加がコークス内部に比して顕著であることが判明した。
【００１０】
このコークス表層部（φ２０ｍｍ×３０ｍｍの試料の径方向表面から２ｍｍの部分）の気孔径分布を前記ＮＭＲイメージング法により測定したところ、図１に示すようにＣＯ２　との反応前後で円相当径１００μｍ以上の気孔の表面積増加が顕著であった。ここで、円相当径は観察面での気孔面積と等しい面積を持つ円の直径を意味する。つまり、コークスは高炉内でのＣＯ２　との反応により、コークス表層部の気孔が増加しているものと考えられる。
【００１１】
次に、コークスのＣＯ２　との反応前後での質量減少率とＩ型ドラム（φ１３０ｍｍ×７００ｍｍ）で１５０回転後の３ｍｍ以下（通常は発生粉の全量が３ｍｍ以下）の発生粉の粉率の関係を図２に示す。ここで、Ｉ型ドラムで１５０回転としたのは、高炉内でコークスの受ける衝撃力を実験で確認して設定した。また、質量減少率は、（コークスとＣＯ２　との反応によるコークス質量の減少分）／　　（反応前のコークス質量）×１００である。また粉率は（Ｉ型試験１５０回転後の発生粉質量）／（ＣＯ２　ガスと反応させる前のコークス質量）×１００である。　図２から分かるように、コークスがＣＯ２　と反応するに伴い、粉率は増加する傾向にある。
【００１２】
ここで、コークス表層部（φ２０ｍｍ×３０ｍｍの試料の径方向表面から２ｍｍの部分）において、各気孔径の気孔での反応が均等に進行し、気孔径が気孔の外側へ広がる幅が同じと仮定して反応後気孔径分布を推算した結果と、前記ＮＭＲイメージング法で測定した反応後気孔径分布を図３に示す。ここで、縦軸の頻度は気孔の個数を表す。
図３に示すように、推算結果と測定値とは一致しておらず、推定値は円相当径１００〜２００μｍの気孔の頻度が測定値に比して大きい。
【００１３】
ここで、推定ではどの気孔径での反応も同様に進行すると仮定したので、円相当径１００μｍ未満の気孔が反応して、円相当径１００〜２００μｍの気孔になる反応が実際にはあまり進んでいないにも関わらず、その反応率を過大評価した結果である。このことから、コークス表層部の１００μｍ以上の気孔の反応が、１００μｍ未満の気孔の反応に比べて優先的に進行したことにより、コークスのＣＯ２　ガスによる反応粉化は起こるものと推察された。
【００１４】
従って、コークスのＣＯ２　ガスによる反応粉化は、ＣＯ２　ガスとの反応前のコークス表層部の１００μｍ以上の気孔の面積比と相関があることを見出した。ここで、気孔の面積比とは（気孔の面積）／（気孔の面積＋コークス壁の面積）である。
但し、反応前のコークスについては、表層部と内部とで気孔の分布に差異があるわけではなく、ほぼ均一に分布しているため、コークス単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上の気孔の面積比でも、反応粉化との相関があるため、コークス表層部の挙動を把握できる。
【００１５】
具体的に、コークス単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上の気孔の面積比とコークスの質量減少率２０％となった試料の粉率の結果を図４に示す。ここで粉率は、コークスとＣＯ２　との反応によりコークスの質量減少率２０％となった試料について、（Ｉ型試験１５０回転した時に発生する粉の質量）／（反応前のコークス試料の質量）×１００とした。ここで、上記コークスの質量減少率２０％としたのは、高炉での標準的なコークス質量減少率が２０％程度のためである。
【００１６】
また、該面積比は前記のＮＭＲイメージング法により測定した。図４から分かるように、コークス単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上の気孔面積比と粉率との間には正の相関がある。つまり、該面積比を制御することにより、ＣＯ２　反応後コークスの粉率を制御できることがわかる。従って、ＣＯ２　反応後コークスの粉率を抑制させる場合、反応前のコークスの単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上の気孔面積比を低下させれば良い。
【００１７】
反応前のコークスの単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上の気孔面積比の測定方法としては、上記ＮＭＲイメージング法（Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，　Ｖｏｌ．１８，ｐ．１５４，１９９６）の他に、顕微鏡によるコークス断面写真から画像処理により面積比を求める方法が挙げられる。
【００１８】
そこで、反応前のコークス単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上気孔の面積比を、コークス製造時における装入石炭の粒度を変化させて調整する方法を見出した。すなわち、コークス製造時における装入石炭の粒度分布として、細かい粒子の割合が多くなるほど上記面積比は小さくなる傾向がある。従って、ＣＯ２　反応後コークスの粉率を抑制させる場合、反応前のコークスの単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上の気孔面積比を低下させれば良いことから、コークス製造時における装入石炭の粒度分布として、細かい粒子の割合が多くなる様に配合すれば良い。
【００１９】
また、他の因子としてコークス製造時の石炭嵩密度の影響が考えられるため、一定の嵩密度の条件で石炭粉砕粒度を調整する必要がある。
通常、石炭嵩密度を変えると、同一の石炭粉砕粒度でもコークスの単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上の面積比は変化する。従って、コークス製造時に石炭嵩密度を一定の値で石炭粉砕粒度を調整する必要がある。この石炭嵩密度の値は適宜設定すれば良い。
【００２０】
さらに、上記のコークス単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上気孔の面積比をＡ、またコークス製造時における細かい粒子として装入石炭の３ｍｍ以下粒子の質量比（％）をＣＲとした場合、原料石炭の粉砕粒度が７０≦ＣＲの範囲で、以下の（１）式でＡを表わすことができることを見出した。
Ａ＝−ａ×ＣＲ＋ｂ　…………（１）（但し、ａ，ｂは定数）
ここで、篩い３ｍｍ以下としたのは、通常の操業で石炭粒度評価のために基準として使用しているため採用した。また、７０＞ＣＲの粗粉砕にすると一般的に充分なコークス冷間強度を確保できないため、７０≦ＣＲの範囲とした。
【００２１】
また、定数ａ，ｂの求め方としては、同一の石炭で、コークス炉を用いて、一定の嵩密度において篩により３ｍｍ以下の石炭質量比を７０〜１００％の範囲で変更したコークスを試験炉（石炭装入量８０ｋｇ程度）で製造し、その時のコークス単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上の気孔の面積比を前記ＮＭＲイメージング法により測定し、その結果から適宜求めれば良い。またデータ数は２つ以上あれば求まるが、データ数は多い方が精度の点で好ましい。
ここで、嵩密度が異なる石炭を用いる場合は、上記とは別の一定の嵩密度において同様に実施する必要がある。
【００２２】
以上の様に、石炭粒度を変更するに際して、上記（１）式を用いてコークス単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上の気孔の面積比を調整することができる。なお、コークスのＣＯ２　ガスとの反応後粉率は、該面積比が低いほど抑制されるので、極力低い面積比を得ることが粉率抑制には効果的である。
【００２３】
【実施例】
表１に示す石炭試料を使用し、表２に示すように装入石炭の３ｍｍ以下の石炭質量比を７０〜１００％の範囲で変更して、乾留時の石炭嵩密度０．８５ｔ／ｍ３で試験炉（石炭装入量８０ｋｇ程度）を用いてコークスを製造した。
得られたコークスのコークス単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上の気孔の面積比を前記ＮＭＲイメージング法により測定した結果、該表面積と３ｍｍ以下の石炭の装入炭中の質量比との間に７０≦ＣＲの範囲において、（２）式が求まった。
【００２４】
ここで具体的には、表２の水準１及び２（ＣＲ＝７０，１００）におけるＣＲとＡとの関係から（２）式を求めた。なお、７０＞ＣＲの粗粉砕にすると一般的に充分なコークス冷間強度を確保できないため、７０≦ＣＲの範囲とした。また、篩い３ｍｍは通常操業で使用しているため、石炭粒度評価のための基準として採用した。
Ａ＝−０．２３×ＣＲ＋５６．８３　…………（２）
ここで、Ａ：コークス単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上気孔の面積比（％）、ＣＲ：入石炭の３ｍｍ以下粒子の質量比（％）とする。
【００２５】
次に、上記と同一の銘柄の石炭、同一の石炭嵩密度（０．８５ｔ／ｍ３　）でＣＲのみを変えた水準を、表２の水準３，４に示す。表２に示すように、ＣＲを８５及び９０に変更した場合、上記（２）式を用いて求めたコークス単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上の気孔の面積比の計算値は測定値とよく一致しており、（２）式を用いることによりＡが推定できることが確認された。
【００２６】
また、得られたコークスを高炉を模擬した条件（雰囲気温度を高炉を模擬した温度パターンで１４００℃まで昇温し、ＣＯ，ＣＯ２　，Ｎ２　ガス濃度を昇温過程での各温度レベルで高炉内ガス組成に合うように調整した）でＣＯ２　ガスとソリューション・ロス反応させた。ここでＣＯ２　ガスとの反応によるコークス質量減少率が高炉での標準的な値２０％になるように、温度を若干調整した。
【００２７】
上記反応後、コークスのＩ型ドラム（φ１３０ｍｍ×７００ｍｍ）で１５０回転後の３ｍｍ以下（通常は発生粉の全量が３ｍｍ以下）の発生粉の粉率を測定した結果を表２に示す。
この結果から、石炭粒度低下に伴い、コークス単位断面積当たりの１００μｍ以上の気孔面積比が低下し、ＣＯ２　反応後コークスの粉率も低下していることが確認された。
【００２８】
以上の様に、コークスのＣＯ２　ガスとの反応後粉率は該面積比が低いほど抑制されるので、極力低い面積比を得ることが粉率抑制には効果的であることが確認された。従って、コークスの高炉内での粉化を抑制するために、どの程度の粉砕粒度にするかは、粉砕コストを考慮して適宜設定することが可能となった。
【００２９】
【表１】
2004067734.tif 000003
【００３０】
【表２】
2004067734.tif 000004
【００３１】
【発明の効果】
上記の通り、本発明は高炉内でのコークスの粉化特性をコークス性状で制御するに際し、コークス性状を調整するためのコークス製造方法を提供するものであり、高炉内で粉化の起こりにくいコークスを高炉へ供給することで、高炉安定操業への効果は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＯ２　ガスとの反応前後のコークス内の各気孔径の表面積変化を示す図。
【図２】ＣＯ２　ガスとコークスの反応に伴うコークス粉率の増加を示す図。
【図３】ＣＯ２　ガス反応後のコークス気孔径分布と、各気孔径の気孔において均等にＣＯ２　ガスとコークス基質が反応すると仮定した場合の、気孔径分布との比較を示す図。
【図４】コークス単位断面積当たりの円相当径１００μｍ以上の気孔の面積比とＣＯ２　反応後コークスの粉率の関係を示す図。
【図１】
2004067734.tif 000005
【図２】
2004067734.tif 000006
【図３】
2004067734.tif 000007
【図４】
2004067734.tif 000008