(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種の原料炭を配合してコークス炉装入用配合炭を調整するに当たり、原料炭をその組織成分中のビトリニット活性成分に由来する炭化度によって差別化すると共に、その炭化度毎に区別されたその原料炭について、少なくとも高炭化度石炭と低炭化度石炭とをそれぞれ適量づつ配合すると同時に、両者の配合比率をも調整する原料炭配合方法において、
平均反射率Roが1.3以上かつ最大流動度ＭＦが1.3以上の高炭化度石炭を４〜40％含有し、平均反射率Roが0.85以下かつ最大流動度ＭＦが2.0以下の低炭化度石炭を４〜25％含有し、残部を平均反射率Roが0.85〜1.3の中炭化度石炭にて構成し、そして、前記高炭化度石炭と前記低炭化度石炭との配合比が1.0以上となるように配合することを特徴とする高強度・高反応性コークス製造のための原料炭配合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉用コークスとして好適に用いられる高強度・高反応性コークス製造のための原料炭配合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
竪型反応炉とくに高炉への装入原料の中で、コークスは、熱源としてあるいは還元剤として、装入物を支えるための充填剤として、さらには熱交換媒体などの役割を担う重要な原料である。
一般に、高炉の操業においては、操業の温度を下げることができるならば、そのことは、装入主原料、装入副原料、羽口吹き込み燃料、高炉ガス発生状態、炉体保守、炉体寿命、その他の関連する諸工程の技術、製造原価等の改善に寄与させることができる。
このように、高炉の操業温度を下げるという考え方は、例えば、ウスタイト−鉄還元平衡に近い熱保存領域の温度を下げて高炉内還元効率の向上を図る手法であり、その解決手段として有効な方法は、高反応性コークスを使用することにより、低温部から反応を開始させることが重要である。
【０００３】
さらに近年では、コークス炉の老朽化問題に対応して、高微粉吹き込み操業が検討されており、コストダウンを目指した低燃料費の高炉操業を指向する傾向がある。このような高炉操業を保障するためには、コークスに対する要求も厳しいものがあり、例えば、コークスに対して求められる特性の一つに、二酸化炭素 (CO２)とよく反応し、一酸化炭素を生成しやすいという、高反応性コークスであることが求められている。
【０００４】
従来、こうした高反応性コークスを製造する方法としては、配合炭中の非微粘結炭の割合を増加させる方法や、不活性炭材の添加つまり特開平６−313171号公報のように、不活性物質を配合したり、特開平２−117991号公報のように、低炭化度石炭由来のチャーを配合したりする方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような非微粘結炭の配合量を増加させる従来方法や、不活性炭材を添加する従来方法は、たしかにコークスの反応性は高くなるが、その反面で、粒子どうしの融着度の低下によってコークス強度が却って低下するという問題があった。このような強度の低下を補うためには、非微粘結炭以外の石炭、つまり粘結炭の増加やピッチ等の粘結成分の添加を余儀なくされ、それがコストアップにつながるという新たな問題を発生していた。
【０００６】
そこで、発明者らは、上記の問題点を、原料石炭について活性成分に由来する炭化度で差別化した上で、そうした複数種の原料炭を配合調整することにより解決することを試みた。
即ち、本発明は、非微粘結炭添加時にコークスの強度が低下するという上述した問題に対して、非微粘結炭と粘結炭との配合バランスをとるのと同じような考え方の下で、高炭化度石炭と低炭化度石炭を配合することで上述した問題を解消すること、そして、そのことによって、コークスの強度の低下を招くことなしにコークスの反応性をも向上させる方法を提案することを目的とするものである。
なお、平均反射率Roが0.85以下を低炭化度石炭、最大流動度MFが2.0 以下を非微粘結炭と呼称することがあるが、本発明で以下に述べる低炭化度石炭とは、両方を含むものとして定義する。
【０００８】
前述の従来技術が抱えている問題点の解決を目指して鋭意検討した結果、発明者らは、複数種の原料炭を配合してコークス炉装入用配合炭を調整するに当たり、原料炭をその組織成分中のビトリニット活性成分に由来する炭化度によって差別化すると共に、その炭化度毎に区別されたその原料炭について、少なくとも高炭化度石炭と低炭化度石炭とをそれぞれ適量づつ配合すると同時に、両者の配合比率をも調整する原料炭配合方法において、
平均反射率Roが1.3以上かつ最大流動度ＭＦが1.3以上の高炭化度石炭を４〜40％含有し、平均反射率Roが0.85以下かつ最大流動度ＭＦが2.0以下の低炭化度石炭を４〜25％含有し、残部を平均反射率Roが0.85〜1.3の中炭化度石炭にて構成し、そして、前記高炭化度石炭と前記低炭化度石炭との配合比が1.0以上となるように配合することを特徴とする高強度・高反応性コークス製造のための原料炭配合方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
一般に、コークスの反応性は、コークスとCO２ガスとの反応が、ガス−固体間の界面で起こるため、反応面積に比例したものとなる。従って、もしコークス塊内に存在する微細気孔を増加することができれば、比表面積の増加を通じてコークスの反応性は向上すると考えられる。一方、コークスの強度は、コークスの (全) 気孔率に影響することがわかっている。
従って、もし全気孔率を実質的に変えずに (増加させずに) 、微細気孔の量のみを増加させることができれば、反応性が高く、しかも高強度のコークスが得られる筈であり、本発明の開発意図もこの点の考え方に基礎がある。
【００１０】
さて、上述した考え方の下で、全気孔率を変えずに微細気孔の量を増加させる目的で種々検討した結果、低品位の低炭化度低流動性の石炭、即ち平均反射率Roが0.85以下でかつ最大流動度ＭＦが2.0 以下の低炭化度石炭の配合量を通常の配合よりも増加させれば、コークス塊内の微細気孔の量が増加することがわかった。
この原理は、低品位 (低炭化度石炭) の非微粘結炭から生成するコークス生地中には、非微粘結炭由来のイナート成分のほか、ビトリニット成分等の活性成分が存在するが、炭化度が低く低流動性のため、難・半溶融性で、微細気孔 (≦10μｍ) がそのまま残存した状態になることから説明できる。さらにまた、イナート成分由来のコークス組織は、元来等方性を示すが、それに加えて低炭化度の非微粘結炭中のビトリニット成分の活性成分由来のコークス組織についても、石炭が難・半溶融のため、等方性を示して反応性が高いのが特徴である。
【００１１】
コークスの塊内にできた微細気孔のサイズに関しては、強度低下に大きく寄与する気孔径の増加 (≧１０μｍ) は避けて、反応率に寄与する気孔径の気孔量を増加させることが好ましくなる。従って、微細気孔としては１０μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下の微細気孔を多く含むことが望ましい。１０μｍ以下の微細気孔は、全気孔の２０％程度であるが、比表面積では全体の９９％以上を占めるものである。
【００１２】
そこで、本発明では、上述した全気孔のうちの微細気孔の量の増加を通じて、高反応性でしかも高強度のコークスを得る原料炭の配合について検討した結果、微細気孔を増加させるために、低炭化度石炭の配合割合ＲＢを４〜25％とする一方で、この低炭化度石炭を増加させることによる強度低下 (石炭粒子の融着不良) を補う (膨張圧アップによる粒子の接合を強固にするために、高炭化度石炭の配合割合ＲＡを４〜40％とし、さらに溶融温度域のに異なる低炭化度石炭と高炭化度石炭それぞれとの融着を促進し、強度向上のために中炭化度石炭の配合割合ＲＣを調整量として残部を配合することで、上記の要請に応えるようにしたものである。
【００１３】
ここで、低炭化度石炭 (Ｂ炭) とは、平均反射率Roが0.85以下かつ最大流動度ＭＦが2.0 以下の石炭であって、例えば、興隆庄炭やK-Coolなどの石炭がこれに適合する。これらは、炭化度が低く、イナート成分はもちろんのこと、活性成分とされるビトリニット成分でさえ難・半溶融性のため、石炭が本来持つ微細気孔をコークス火しても保持するという性質があり、本発明において、これらを配合することにより、コークスとＣＯ２との反応性アップに効果的なコークスの微細気孔の増加になることとなる。
【００１４】
次に、高炭化度石炭 (Ａ炭) は、平均反射率Roが1.3 以上かつ最大流動度ＭＦが1.3 以上の石炭であって、例えば、K-9(サウスヤクート) 炭やノーウィッチ・パーク炭などの石炭が用いられる。これは、石炭化度が高く、乾留時の膨張圧が高くなるという性質があり、本発明において、これらを配合することにより、融着不足となったコークスまた石炭粒子の接着力を膨張圧により強固にすることとなる。
【００１５】
なお、中炭化度石炭 (Ｃ炭) とは、平均反射率Roが0.85〜1.3 、最大流動度ＭＦが2.0 以上の石炭であり、例えば、グニエラ炭やカラー炭などが用いられるが、これを残部として配合する意図は、上記溶融温度域の異なる低・高炭化度石炭とそれぞれ融着して強度の補填 (橋渡し) をすることにある。
【００１６】
上述した高炭化度の石炭 (Ａ) は４〜40％程度、低炭化度石炭 (Ｂ) は４〜25％程度、そして中炭化度の石炭 (Ｃ) を残部調整量 (35〜90％程度) の範囲内で配合する。図１は、Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれの配合割合ＲＡ、ＲＢ、ＲＣの関係を図示したものであって、斜線の範囲内が本発明の範囲内である。
なお、高炭化度石炭 (Ａ) の配合割合ＲＡ、低炭化度石炭 (Ｂ) の配合割合ＲＢ、中炭化度石炭 (Ｃ) の配合割合ＲＣを上記のように限定する理由、およびこれらの配合比率ＲＡ／ＲＢで１以上にする趣旨について、以下の実施例の説明に合わせて、その理由を詳しく説明する。
【００１７】
【実施例】
この実施例は、上述した本発明の作用・効果を確認するために行った、各種配合炭の乾留試験の結果を説明するものである。
いずれの試験についても乾留条件は一定とした。即ち、石炭を48kg (ドライベース) 装入できるレトルト (400 mmＷ×500 mmＬ×310 mmＨ）にて粉砕粒度：−３mm75％、乾留温度：1050℃、充填嵩密度：775 kg／m３(dry) 、水分：６％、昇温時間：室温から1050℃まで２hr、乾留時間：８hr 20minの条件で行ったものである
そして、試験調製したコークスについて、タンブラー強度(400回転後の６mm以上の粒子の重量％ (投入重量に対して) 、その他はJIS の測定法に準じて行った：記号としてはTI(6/400) で表示) の測定、反応率CRI ( 粒度20±１mmのコークス200gを1100℃、CO２流量５l/min で２hr反応させた後の重量減少％) 、および、乾留時の膨張圧の測定 (データは最大値を表示：記号としてはＰＭＡＸ) を行った。これらの試験条件でのコークスの冷間強度TI(6/400) の目標値は84.3以上、高反応性コークスとしてのCO２との反応率CRI の目標値は30％以上 (通常28％程度) に設定した。
さらに、乾留中の膨張圧が高いと、炉体への影響が大きいことや収縮量不足による押詰り等が懸念されるので、乾留時の最大膨張圧としては30kPa 以下 (本試験条件下) を目標にすることにした。
ここで、平均反射率Roが1.3 以上でかつ最大流動度ＭＦが1.3 以上の高炭化度石炭をＡ炭 (配合割合ＲＡ) とし、Roが0.85以下でかつＭＦが2.0 以下の低炭化度石炭をＢ炭 (配合割合ＲＢ) とし、そして、その他Ａ炭とＢ炭以外の平均反射率Roの値が中間的な中炭化度石炭をＣ炭( 配合割合ＲＣ) とし、配合条件としては、Ａ炭を３〜42％、Ｂ炭を３〜27％、Ｃ炭を残部量とした。
【００１８】
この試験で行った比較例と発明適合例との試験結果を表１〜５に示す。
表１は、低炭化度石炭のＢ炭の配合割合 (ＲＢ) を３％に固定し、高炭化度石炭のＡ炭の配合割合 (ＲＡ) を３〜42％の範囲内で振ったときの結果を示し、
表２は、低炭化度石炭のＢ炭の配合割合 (ＲＢ) を４％に固定し、一方、高炭化度石炭のＡ炭の配合割合 (ＲＡ) を３〜42％の範囲内で振ったときの結果を示すものである。
【００１９】
表１に示すとおり、低炭化度石炭Ｂ炭の配合割合ＲＢが３％では、反応率CRIは目標とした30％以上のものはなかった。また、表２に示すとおり、Ｂ炭の配合割合ＲＢを４％にした時は、前記反応率CRI はいずれも30％以上となった。従って、低炭化度石炭Ｂ炭は４％以上含有させることが必要なことがわかった。しかし、高炭化度石炭Ａ炭が３％では、タンブラー強度TI(6/400) が84.2となり、目標以下となった。また、高炭化度石炭Ａ炭が42％の時は最大膨張圧ＰＭＡＸが33kPa となって、目標値を越えてしまった。
従って、高炭化度石炭Ａ炭の配合量は、４〜40％程度にすることが必要であるとの結論に達した。
【００２０】
次に、表３は、低炭化度石炭Ｂ炭の配合割合ＲＢが５〜27％までのものについて、ＲＡ／ＲＢの比率が1.0 となる本発明適合例と、この比率が1.0 以下となる比較例についての試験結果を示す。この表３の結果からわかるように、ＲＡ／ＲＢが1.0 の場合、コークス強度TI(6/400) が目標値の84.3以上となっているのに対し、ＲＡ／ＲＢが1.0 未満となると、TI(6/400) が目標値の84.3未満となった。このことから、高炭化度石炭と低炭化度石炭との配合比率ＲＡ／ＲＢとしては、1.0 以上にすることが必要であることがわかった。
【００２１】
次に、表４は、低炭化度石炭Ｂ炭の配合割合ＲＢが25％ (本発明適合例) と26％ (比較例) の場合について、高炭化度石炭の配合割合ＲＡを30〜42％まで変化させたときの結果を示している。この表４に示すように、ＲＢが25％の時はコークス強度TI(6/400) が目標値の84.3を超えているのに対し、ＲＡが26％となるとTI(6/400) がいずれも目標値より低い84.2未満となった。
このことから、低炭化度石炭Ｂ炭の配合量としては、25％以下であることが必要条件の一つであることがわかった。
この結果はまた、平均反射率RoがＡ炭とＢ炭の中間的な石炭であるその他の中炭化度石炭 (Ｃ炭) とのバランスによるものと考えられる。
【００２２】
次に、表５は、高炭素石炭Ａの配合割合が40％ (本発明適合例) 、または41％ (比較例) について、低炭化度石炭Ｂの配合割合を10〜26％の範囲内まで変化させたときの結果を示すものである。この表５に示すように、比較例は最大膨張圧ＰＭＡＸがいずれも30kPa を超え、乾留時のトラブルが予想されるので、高炭化度石炭の配合割合ＲＡの上限は40％以下、かつ低炭化度石炭の配合割合ＲＢは25％以下でなければならないことがわかった。
【００２３】
【表１】
0004677660.tif 000002
【００２４】
【表２】
0004677660.tif 000003
【００２５】
【表３】
0004677660.tif 000004
【００２６】
【表４】
0004677660.tif 000005
【００２７】
【表５】
0004677660.tif 000006
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、原料炭の炭化度を配合の基準として調整するので、高強度でしかも高反応性の高炉用コークスを確実に製造することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、高炭化度石炭 (Ａ炭) 、中炭化度石炭 (Ｃ炭) 、低炭化度石炭 (Ｂ炭) の各石炭の配合割合ＲＡ、ＲＢ、ＲＣの関係を示す状態図である。
【図１】
0004677660.tif 000007