(57)【要約】【課題】  粒径が大きい気孔壁強化材を効率よく気孔生成材に被覆することができるコークスの製造方法を提供する。【解決手段】  本発明のコークスの製造方法は、気孔生成材を核として、その周囲に気孔壁強化材を被覆してなる擬似粒子を製造し、該擬似粒子を石炭に添加する製造方法において、気孔壁強化材を篩い分けし、微粒子と粗粒子とに分離する分離工程と、粗粒子の気孔壁強化材を前記気孔生成材に付着させる粗粒子付着工程と、その後、微粒子の気孔壁強化材を付着させる微粒子付着工程と、を備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気孔生成材を核として、その周囲に気孔壁強化材を被覆してなる擬似粒子を製造し、該擬似粒子を石炭に添加するコークスの製造方法であって、
前記気孔壁強化材を篩い分けし、微粒子と粗粒子とに分離する分離工程と、
粗粒子の前記気孔壁強化材を前記気孔生成材に付着させる粗粒子付着工程と、
その後、粗粒子の前記気孔壁強化材が付着された前記気孔生成材に微粒子の前記気孔壁強化材を付着させる微粒子付着工程と、を備えることを特徴とするコークスの製造方法。
【請求項２】
前記気孔生成材にあらかじめバインダを塗布するバインダ塗布工程をさらに備え、その後、前記粗粒子付着工程及び微粒子付着工程を行なう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】
気孔生成材を核として、その周囲に気孔壁強化材を被覆してなり、石炭に添加されるコークス用擬似粒子であって、
粒径が所定値以上の粗粒子の前記気孔壁強化材が、前記気孔生成材を被覆し、
粒径が所定値以下の微粒子の前記気孔壁強化材が、前記粗粒子の前記気孔壁強化材が被覆された前記気孔生成材を被覆することを特徴とするコークス用擬似粒子。
【請求項４】
気孔生成材を核として、その周囲に気孔壁強化材を被覆してなる擬似粒子を製造し、該擬似粒子を石炭に添加するコークスの製造装置であって、
前記気孔壁強化材を微粒子と粗粒子とに分離する篩い分け装置と、
上流側に粗粒子の前記気孔壁強化材の投入口、下流側に微粒子の前記気孔壁強化材の投入口を有し、前記気孔生成材に前記気孔壁強化材を付着させる混合機と、を備えることを特徴とするコークスの製造装置。
【請求項５】
気孔生成材を核として、その周囲に気孔壁強化材を被覆してなる擬似粒子を製造し、該擬似粒子を石炭に添加するコークスの製造方法であって、
前記気孔生成材及び前記気孔壁強化材の一方を振動させ、振動中の前記一方に前記気孔生成材及び前記気孔壁強化材の他方を撒くことを特徴とするコークスの製造方法。
【請求項６】
前記気孔生成材にあらかじめバインダを塗布し、その後、前記気孔生成材及び前記気孔壁強化材の一方を振動させ、振動中の前記一方に前記気孔生成材及び前記気孔壁強化材の他方を撒くことを特徴とする請求項５に記載のコークスの製造方法。
【請求項７】
気孔生成材を核として、その周囲に気孔壁強化材を被覆してなる擬似粒子を製造し、該擬似粒子を石炭に添加するコークスの製造装置であって、
前記気孔生成材及び前記気孔壁強化材の一方を振動させる振動機と、
前記一方に前記気孔生成材及び前記気孔壁強化材の他方を撒く散布装置と、を備えることを特徴とするコークスの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭を乾留してコークスを製造するコークスの製造方法に関し、特に冶金用コークスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の高炉操業においては、特に微粉炭の多量吹き込み操業の定常化に伴って、炉下部の通気性の低下が問題として挙げられている。この通気性の低下は、微粉炭多量吹き込みに伴う微粉炭の未燃焼チャーの増加、及び炉内の通気性を確保するためのコークス装入量の減少によって生じるものである。高炉操業において通気性を確保するために、炉内におけるコークス充填層内の空隙率を増やすことが必要である。そのために大粒径のコークスを装入してコークス間の空隙を大きくすること、及びコークス自体の気孔率を高めて低嵩密度とし、空隙率を確保することが検討されている。
【０００３】
コークス自体の気孔率を高めて低嵩密度にする方法としては、石炭にプラスチック等の気孔生成材を添加して乾留することにより、コークスの塊内に任意の気孔を生成する方法が検討されている。このような方法でコークスの気孔率を高める場合、気孔率が高くなるとコークスの強度自体が低下してしまい、高炉内へ装入した際に炉内で劣化が進み、炉下部で細粒化する。この結果、炉下部の通気性の低下に関する問題が残存する。
【０００４】
本発明者は、コークスの組織構造を塊全体に均一でなく部分的に制御することにより、塊そのものの品質を制御する方法を見出している（特許文献１参照）。すなわち、気孔生成材を核としてその周囲に気孔壁強化材を付着させた擬似粒子を造粒し、該擬似粒子を配合炭に添加することにより、低嵩密度でありながら高強度であるコークスを製造できることを見出している。
【０００５】
従来の擬似粒子の造粒方法では、気孔壁強化材としての微粉炭に各種バインダを添加して混練造粒した後、転動造粒機などで石炭を擬似粒子化している。微粉炭に直接バインダを添加し混練するため、微粉炭同士や擬似粒子同士の凝集が起こりやすい。
【０００６】
この問題を解決するために本発明者は、バインダを事前に気孔生成材と混合し、その後気孔壁強化材を被覆させる方法を考案した（特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１１４７２号公報
【特許文献２】特開２００３−１１９４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、バインダを事前に気孔生成材に混合する方法にあっても、気孔壁強化材の粒径が所定値（例えば０．２５ｍｍ）以上になると、造粒性が極端に低下することがあった。またたとえ気孔生成材表面に気孔壁強化材が被覆されたとしても、造粒炭の運搬時などの小さい衝撃により簡単に剥離することがあった。
【０００９】
そこで発明は、粒径が大きい粗粒子の気孔壁強化材を効率よく気孔生成材に被覆することができるコークスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
粗粒子の気孔壁強化材の造粒性が低いのは、次の２点が考えられる。(1)重力の影響が大きいこと。(2)転動造粒機内では、衝突の衝撃で気孔生成材の表面には粒径の小さい気孔壁強化材が優先的に被覆される。この場合、気孔生成材との接触よりも、微粒子の気孔壁強化材との接触が点接触になりやすい（図１参照）。また粗粒子の気孔壁強化材の剥離が顕著なのは以下の理由が考えられる。(1)造粒炭（擬似粒子）の表面に対して突起が大きいため衝撃を受けやすい。
【００１１】
本発明者はこれら粗粒子の気孔壁強化材の造粒性が低い原因、及び粗粒子の気孔壁強化材の剥離が顕著な原因を考慮しつつ、上記課題を解決するための手段を考案した。
【００１２】
すなわち上記課題を解決するために、請求項１の発明は、気孔生成材を核として、その周囲に気孔壁強化材を被覆してなる擬似粒子を製造し、該擬似粒子を石炭に添加するコークスの製造方法であって、前記気孔壁強化材を篩い分けし、微粒子と粗粒子とに分離する分離工程と、粗粒子の前記気孔壁強化材を前記気孔生成材に付着させる粗粒子付着工程と、その後、粗粒子の前記気孔壁強化材が付着された前記気孔生成材に微粒子の前記気孔壁強化材を付着させる微粒子付着工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載のコークスの製造方法において、前記気孔生成材にあらかじめバインダを塗布するバインダ塗布工程をさらに備え、その後、前記粗粒子付着工程及び微粒子付着工程を行なうことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、気孔生成材を核として、その周囲に気孔壁強化材を被覆してなり、石炭に添加されるコークス用擬似粒子であって、粒径が所定値以上の粗粒子の前記気孔壁強化材が、前記気孔生成材を被覆し、粒径が所定値以下の微粒子の前記気孔壁強化材が、前記粗粒子の前記気孔壁強化材が被覆された前記気孔生成材を被覆することを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、気孔生成材を核として、その周囲に気孔壁強化材を被覆してなる擬似粒子を製造し、該擬似粒子を石炭に添加するコークスの製造装置であって、前記気孔壁強化材を微粒子と粗粒子とに分離する篩い分け装置と、上流側に粗粒子の前記気孔壁強化材の投入口、下流側に微粒子の前記気孔壁強化材の投入口を有し、前記気孔生成材に前記気孔壁強化材を付着させる混合機と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、気孔生成材を核として、その周囲に気孔壁強化材を被覆してなる擬似粒子を製造し、該擬似粒子を石炭に添加するコークスの製造方法であって、前記気孔生成材及び前記気孔壁強化材の一方を振動させ、振動中の前記一方に前記気孔生成材及び前記気孔壁強化材の他方を撒くことを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項５に記載のコークスの製造方法において、前記気孔生成材にあらかじめバインダを塗布し、その後、前記気孔生成材及び前記気孔壁強化材の一方を振動させ、振動中の前記一方に前記気孔生成材及び前記気孔壁強化材の他方を撒くことを特徴とする。
【００１８】
請求項７の発明は、気孔生成材を核として、その周囲に気孔壁強化材を被覆してなる擬似粒子を製造し、該擬似粒子を石炭に添加するコークスの製造装置であって、前記気孔生成材及び前記気孔壁強化材の一方を振動させる振動機と、前記一方に前記気孔生成材及び前記気孔壁強化材の他方を撒く散布装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、粗粒子の気孔壁強化材が気孔生成材の表面に優先的に被覆される。また粗粒子の気孔壁強化材が剥き出しにならないように微粒子の気孔壁強化材が粗粒子の気孔壁強化材を覆う。これにより、粗粒子の気孔壁強化材の造粒性が低い原因、及び粗粒子の気孔壁強化材の剥離が顕著な原因が生じることがなく、粒径が大きい気孔壁強化材を効率よく気孔生成材に被覆することができる。またこれにより、造粒炭（擬似粒子）同士の凝集が抑制可能となる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、造粒炭（擬似粒子）同士あるいは気孔壁強化材同士が凝集することなく、単一に分離した造粒炭（擬似粒子）を得ることができる。
【００２１】
請求項１の発明は、請求項３の発明のようなコークス用擬似粒子としても構成することができ、また請求項４の発明のようなコークスの製造装置としても構成することができる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、気孔壁強化材の粒径に関わらず、気孔生成材の表面に気孔壁強化材が被覆される。ペレタイザ等の造粒機と異なり振動させると、気孔生成材の表面に付着した気孔壁強化材が衝撃によって剥離することは少なく、また一般に粗粒子の粒子数は微粒子に比較して少ないため、粗粒子の殆どが気孔生成材の表面に付着する。
【００２３】
請求項６の発明によれば、造粒炭（擬似粒子）同士あるいは気孔壁強化材同士が凝集することなく、単一に分離した造粒炭（擬似粒子）を得ることができる。
【００２４】
請求項５の発明は、請求項７の発明のようなコークスの製造装置としても構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明について具体的に説明する。図２は本発明の第１の実施形態におけるコークスの製造装置の概略図を示す。以下この図２に基づいて以下本発明の第１の実施形態におけるコークスの製造方法についても説明する。
【００２６】
まず気孔生成材１と気孔壁強化材２を用意する。気孔生成材１としては、乾留中にガスを発生させてコークス中に気孔を生成する機能を有するものが用いられ、例えばプラスチック、高ＶＭ炭、高石炭化度の風化炭、半無煙炭等が用いられる。この実施形態では非微粘結炭が用いられる。気孔壁強化材２は、コークスの気孔壁の強化、及び微細亀裂の閉鎖のために用いられ、例えばピッチ等の粘結材や強粘結炭が好適に用いられる。この実施形態では０．５ｍｍ以下の径の強粘結炭が用いられる。
【００２７】
次に篩い分け装置３にて気孔壁強化材２を篩い分けし、気孔壁強化材２を例えば０．２５ｍｍ以下の径の微粒子の気孔壁強化材２ａ（以下単に微粒子２ａという）と０．２５−０．５ｍｍの粗粒子の気孔壁強化材２ｂ（以下単に粗粒子２ｂという）とに分離する。篩い分け装置３としては、動揺篩、機械化された回転篩や振動篩が用いられる。篩いの網目の大小により粗粒子２ｂと微粒子２ａとに分離される粒径が調整される。またこれらの篩以外にもサイクロンが用いられてもよい。
【００２８】
気孔生成材１は粘性の高いバインダ４と事前に混合される。バインダ４の粘性は必ずしも高い必要はないが、気孔生成材１と気孔壁強化材２との付着力を高めるためには、その粘性が高い方が望ましい。バインダ４の種類は有機系あるいは水溶性など何でもよく、例えばデンプン水、糖蜜、高分子凝集剤、タール、ピッチ、水等を用いることができる。バインダ４と気孔生成材１を事前に混合する方法としては、気孔生成材１とバインダ４をホッパに貯留しておく方法や、気孔生成材１を網状の袋に入れ、該袋をバインダ４が貯留された貯留槽に浸漬させる方法等が採用される。
【００２９】
バインダ４が塗布された気孔生成材１は混合機としてのコーティングミキサ５に投入される。コーティングミキサ５は気孔生成材１の流れの上流側に粗粒子２ｂの投入口、下流側に微粒子２ａの投入口を有する。コーティングミキサ５を駆動すると、まず粗粒子２ｂ（０．２５−０．５ｍｍ）が気孔生成材１の表面に付着し、その後、微粒子２ａ（０．２５ｍｍ以下）が付着する。コーティングミキサ５には、ドラムが回転するドラム型ミキサが用いられても良いし、内部に長手方向に沿って伸びる撹拌スクリュが設けられる撹拌型ミキサが用いられてもよい。
【００３０】
被覆に寄与しなかった気孔壁強化材２をさらに被覆させるため、また擬似粒子を圧密して強度向上を図るために、遠心力を利用して擬似粒子を排出するディスク方式のペレタイザ６等でさらに造粒してもよい。
【００３１】
これらの工程を経て、気孔生成材１を核としてその周囲に気孔壁強化材２を被覆してなる擬似粒子７が造粒される。一般的に気孔生成材１には石炭が用いられ、気孔壁強化材２にも微粉化された石炭が用いられるので、造粒された擬似粒子７は造粒炭とも呼ばれる。
【００３２】
擬似粒子７は通常配合炭８に添加され、ドラムミキサ９等の混合機で混合された後、例えば水平室炉式コークス炉１０に投入される。水平室炉式コークス炉１０において、石炭を乾留してコークスを製造する際には、概略次のような工程をとる。まず、コークス炉の炭化室と称される例えば幅約０．３〜０．６ｍ、高さ約４〜８ｍ、長さ約１０〜２０ｍの密閉された空間に擬似粒子が混合された石炭を装入する。コークス炉はこの炭化室と、燃焼室と称される例えば幅約０．５〜１ｍ、高さ及び長さが炭化室と概略同じレンガ構造体が交互に連続して１０〜５０組程度設置された構成となっていて、燃焼室にはガスを燃焼させることができるバーナー構造などが設置され、炭化室に装入された石炭は燃焼室からの熱で加熱乾留される。約１５〜２４時間加熱することにより炭化室の石炭は約１０００℃のコークスとなる。その後、炭化室の長さ方向両端に設置された炉蓋を取り除いて、片側から赤熱コークスを押出し、冷却して製品のコークスが得られる。
【００３３】
図３は上記第１の実施形態のコークスの製造方法により得られる擬似粒子７の模式図を示す。この擬似粒子７は、気孔生成材１を核として、その周囲に気孔壁強化材２を被覆してなる。粒径が０．２５−０．５ｍｍの粗粒子２ｂが気孔生成材１の表面を被覆し、粒径が０．２５ｍｍ以下の微粒子２ａが、粗粒子２ｂが被覆された気孔生成材１を被覆する。これにより粗粒子２ｂの内層と微粒子２ａの外層とが形成される。粗粒子２ｂが気孔生成材１の表面に優先的に被覆され、また粗粒子２ｂが剥き出しにならないように微粒子２ａが粗粒子２ｂの気孔壁強化材２を覆う。
【００３４】
図４は本発明の第２の実施形態のコークスの製造装置の概略図を示す。以下この図４に基づいて本発明の第２の実施形態のコークスの製造方法についても説明する。
【００３５】
気孔生成材１、気孔壁強化材２、バインダ４には上記第１の実施形態で説明したものと同様なものを用いる。上記実施形態では気孔壁強化材２を篩い分けしているが、この実施形態では０．５ｍｍ以下の径の気孔壁強化材２を篩い分けすることなく造粒している点が相違する。
【００３６】
まず気孔生成材１とバインダ４とを事前に混合する。気孔生成材１とバインダ４との混合方法は上記第１の実施形態と同様である。
【００３７】
次にバインダ４が塗布された気孔生成材１を所定の振動数、所定の振幅で振動する振動機１１によって振動させ、振動中の気孔生成材１に気孔壁強化材２を撒く。気孔壁強化材２を撒く散布装置には、例えば気孔壁強化材２を貯蔵可能なホッパが用いられる。なおこれとは逆に振動中の気孔壁強化材２に気孔生成材１を撒いても良い。気孔生成材１が振動するものであれば振動機１１の振動数の制限は特になく、振動フィーダ等を用いても良い。
【００３８】
上記第１の実施形態と同様に、被覆に寄与しなかった気孔壁強化材２をさらに被覆させるため、また擬似粒子７を圧密して強度向上を図るために、ディスク方式のペレタイザ６等を利用してさらに造粒してもよい。造粒された擬似粒子７は通常配合炭８に添加され、ドラムミキサ９等の混合機で混合された後、例えば水平室炉式コークス炉１０に投入される。
【００３９】
図５は上記第２の実施形態のコークスの製造方法により得られるコークス用擬似粒子７の模式図を示す。この実施形態によれば、気孔壁強化材２の粒径に関わらず、気孔生成材１の表面に粗粒子２ｂ及び微粒子２ａが被覆される。ペレタイザ等の造粒機と異なり、気孔生成材１の表面に付着した気孔壁強化材２が衝撃によって剥離することは少なく、また一般に粗粒子２ｂの粒子数は微粒子２ａに比較して少ないため、粗粒子２ｂの殆どが気孔生成材１の表面に付着する。このため、粒径が大きい気孔壁強化材２を効率よく気孔生成材１に被覆することができる。
【実施例】
【００４０】
０．５ｍｍ以下の径の気孔壁強化材を用いた場合の造粒結果を図６に示す。気孔生成材の粒径は１−３ｍｍである。縦軸は０．２５−０．５ｍｍの粗粒子被覆率を示す。従来の方法では、被覆率がわずか５％であったが、本発明の第１の実施形態の製造方法及び第２の実施形態の製造方法によれば、９７％程度の被覆率であった。ここで従来の方法とは特許文献２に記載された方法である。
【００４１】
図７は、本発明の第１の実施形態の製造方法及び第２の実施形態の製造方法で製造した造粒炭の強度試験結果を示す。縦軸は１ｍｍ以下の粉発生率である。第２の実施形態の製造方法では、造粒炭の構造が図５に示されるように粗粒子２ｂが表面に出ているため粉発生率が若干高いが、必要に応じて粗粒子２ｂを微粒子２ａで覆えば、粉発生率は低下すると考えられる。
【００４２】
図８は、粒径０．２５ｍｍ以下の気孔壁強化材、粒径０．５ｍｍ以下の気孔壁強化材を造粒した場合のコークス性状を示す。コークス性状としては平均コークス径、気孔率、ドラム強度を挙げている。粒径が０．５ｍｍ以下の方が粘結性、膨脹性とも高いため、コークス強度や粒径が０．２５ｍｍ以下に比較して高いことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来の方法により製造された擬似粒子の構造を示す模式図。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるコークスの製造装置の概略図。
【図３】第１の実施形態のコークスの製造方法により製造された擬似粒子の模式図。
【図４】本発明の第２の実施形態のコークスの製造装置の概略図。
【図５】本発明の第２の実施形態のコークスの製造方法により製造された擬似粒子の模式図。
【図６】粗粒子の付着量に及ぼす造粒法の影響を示すグラフ。
【図７】造粒炭の強度に及ぼす造粒法の影響を示すグラフ。
【図８】気孔壁強化材の粒径のコークス性状に及ぼす影響を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・気孔生成材
２・・・気孔壁強化材
２ａ・・・微粒子
２ｂ・・・粗粒子
３・・・篩い分け装置
４・・・バインダ
５・・・コーティングミキサ（混合機）
７・・・擬似粒子
１１・・・振動機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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