(57)【要約】【課題】気孔生成材の周囲一面に気孔壁強化材を被覆することができる擬似粒子の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の擬似粒子の製造方法は、内部に回転可能な撹拌羽根７を有する撹拌型ミキサに気孔生成材３及びバインダを投入し、気孔生成材３及びバインダを撹拌して、気孔生成材３の周囲に前記バインダを付着させる第一撹拌工程と、その後、撹拌型ミキサに気孔壁強化材４を投入し、バインダが付着した気孔生成材３及び気孔壁強化材４を撹拌して、気孔生成材３の周囲に気孔壁強化材４を被覆する第二撹拌工程と、を備える。【選択図】図１
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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石炭に添加する冶金用コークスの製造方法において、
内部に回転可能な撹拌羽根を有する撹拌型ミキサに気孔生成材及びバインダを投入し、前記気孔生成材及び前記バインダを撹拌して、前記気孔生成材の周囲に前記バインダを付着させる第一撹拌工程と、
その後、前記撹拌型ミキサに気孔壁強化材を投入し、前記バインダが付着した前記気孔生成材及び前記気孔壁強化材を撹拌して、前記気孔生成材の周囲に前記気孔壁強化材を被覆する第二撹拌工程と、を備えることを特徴とする冶金用コークスの製造方法。
【請求項２】
前記撹拌型ミキサは、上部に原料投入口を下部に原料排出口を有する縦型のドラムと、前記ドラムの内部に設けられる回転可能な撹拌羽根と、を備え、前記撹拌羽根を回転することによって、前記ドラムの中央側の領域の原料を上昇させ、前記ドラムの壁側の領域の原料を下降させる対流現象を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の冶金用コークスの製造方法。
【請求項３】
前記第二撹拌工程の撹拌時間を、前記第一撹拌工程の撹拌時間よりも短く、且つ前記第二撹拌工程の前記撹拌羽根の回転数を、前記第二撹拌工程の前記撹拌羽根の回転数よりも遅く設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の冶金用コークスの製造方法。
【請求項４】
冶金用コークスを製造するために、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造粒する冶金用コークス製造用の撹拌型ミキサであって、
上部に原料投入口を下部に原料排出口を有する縦型のドラムと、前記ドラムの内部に設けられる回転可能な撹拌羽根と、を備え、
前記撹拌羽根を回転することによって、前記ドラムの中央側の領域の原料を上昇させ、且つ前記ドラムの壁側の領域の原料を下降させる対流現象を生じさせることを特徴とする冶金用コークス製造用の撹拌型ミキサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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石炭に添加する冶金用コークスの製造方法、並びに前記擬似粒子を造粒するための撹拌型ミキサに関する。
【背景技術】
【０００２】
出願人は、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石炭に添加する冶金用コークスの製造方法を提案している（特許文献１、請求項１参照）。擬似粒子を添加した石炭を乾留すると、気孔生成材がガス化し、生成された気孔の周囲に気孔壁強化材が存在する。気孔壁強化材の存在により気孔壁が強化されるので、高気孔率すなわち低嵩密度でありながら強度の高い冶金用コークスを得ることができる。
【０００３】
この冶金用コークスの製造方法を実現するためには、黄な粉餅のように気孔生成材の周囲一面に気孔壁強化材をまぶして被覆することが重要になってくる。特許文献１には、ペレタイザ即ち転動型造粒機を用いたアグロメレーション法により擬似粒子を造粒する方法が開示されている（特許文献１、段落［００２９］参照）。特許文献１に記載の造粒法以外に出願人は、スクリューフィーダ内に気孔生成材、バインダ、気孔壁強化材を投入し、一次混練し、一次混練後、転動型造粒機により擬似粒子を造粒する方法を提案している（例えば特許文献２、段落［００２９］［００３０］参照）。一次混練なしに転動型造粒機に投入すると良好に擬似粒子が製造できないから、一次混練工程は必須となる。
【０００４】
図７に示されるように、転動型造粒機は、傾斜した皿１を回転させながら、造粒していく仕組みになっている。擬似粒子２がある粒径以上になると遠心力によって皿１から排出される。
【特許文献１】特開平１１‐２４１０７２号公報
【特許文献２】特開２００５-６８３７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
気孔生成材は例えば１〜５ｍｍといった粒度分布をもつ。気孔生成材の粒径が大きいほど気孔生成材と周囲のコークス組織との界面で亀裂が発生し易くなる。それゆえ、粗い気孔生成材には気孔壁強化材を多目に被覆する必要がある。しかし、粗い気孔生成材ほど、遠心力によって転動型造粒機の壁側に移動し、細かい気孔生成材に比べて先に皿から排出される。それゆえ、粗い気孔生成材の表面には気孔壁強化材の被覆量が少なく、細かい気孔生成材の表面には過剰に気孔壁強化材が被覆されることになる。
【０００６】
本発明はかかる事情によってなされたものであって、その目的は気孔生成材の周囲一面に気孔壁強化材を被覆することができる擬似粒子の製造方法を提供し、また粗い気孔生成材に対しても十分な量の気孔壁強化材を付着させることができる擬似粒子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、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石炭に添加する冶金用コークスの製造方法において、内部に回転可能な撹拌羽根を有する撹拌型ミキサを用いて、気孔生成材及びバインダを撹拌して、前記気孔生成材の周囲に前記バインダを付着させる第一撹拌工程と、その後、前記撹拌型ミキサに気孔壁強化材を投入し、前記バインダが付着した前記気孔生成材及び前記気孔壁強化材を撹拌して、前記気孔生成材の周囲に前記気孔壁強化材を被覆する第二撹拌工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の冶金用コークスの製造方法において、前記撹拌型ミキサは、上部に原料投入口を下部に原料排出口を有する縦型のドラムと、前記ドラムの内部に設けられる回転可能な撹拌羽根と、を備え、前記撹拌羽根を回転することによって、前記ドラムの中央側の領域の原料を上昇させ、前記ドラムの壁側の領域の原料を下降させる対流現象を生じさせることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の冶金用コークスの製造方法において、前記第二撹拌工程の撹拌時間を、前記第一撹拌工程の撹拌時間よりも短く、且つ前記第二撹拌工程の前記撹拌羽根の回転数を、前記第二撹拌工程の前記撹拌羽根の回転数よりも遅く設定することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、冶金用コークスを製造するために、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造粒する冶金用コークス製造用の撹拌型ミキサであって、上部に原料投入口を下部に原料排出口を有する縦型のドラムと、前記ドラムの内部に設けられる回転可能な撹拌羽根と、を備え、前記撹拌羽根を回転することによって、前記ドラムの中央側の領域の原料を上昇させ、且つ前記ドラムの壁側の領域の原料を下降させる対流現象を生じさせることを特徴とする冶金用コークス製造用の撹拌型ミキサ。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、気孔生成材及びバインダを撹拌する第一撹拌工程を備えるので、粘性のあるバインダを気孔生成材の周囲にきっちりと塗らすことができる。よって、気孔生成材の周囲一面に気孔壁強化材を被覆できるようになる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、気孔生成材及び気孔壁強化材をドラム内で対流させるので、気孔生成材の粒径にかかわらず、細かい気孔生成材にも粗い気孔生成材にも気孔壁強化材を被覆することができ、すなわち粗い気孔生成材に対しても十分な量の気孔壁強化材を被覆することができる。しかも、ドラム内での気孔生成材及び気孔壁強化材の自重、及び回転する撹拌羽根のせん断力によって、気孔生成材に気孔壁強化材を圧密することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、第二撹拌工程の撹拌時間・回転数を第一撹拌工程の撹拌時間・回転数よりも少なくするので、気孔生成材の周囲に被覆した気孔壁強化材が剥がれるのを防止することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、気孔生成材及び気孔壁強化材をドラム内で対流させるので、気孔生成材の粒径にかかわらず、細かい気孔生成材にも粗い気孔生成材にも気孔壁強化材を被覆することができ、すなわち粗い気孔生成材に対しても十分な量の気孔壁強化材を被覆することができる。しかも、ドラム内での気孔生成材及び気孔壁強化材の自重、及び回転する撹拌羽根のせん断力によって、気孔生成材に気孔壁強化材を圧密することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下添付図面に基づいて本発明の一実施形態における冶金用コークスの製造方法を説明する。この冶金用コークスの製造方法では、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、得られた擬似粒子を石炭に添加して乾留する。
【００１６】
気孔生成材には、乾留中にガスを発生させてコークス中に気孔を生成させるものが用いられ、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、非微粘結炭が用いられる。気孔生成材の粒径は例えば１〜５ｍｍである。気孔壁強化材には、コークスの気孔壁の強化及び微細亀裂を補強するものが用いられ、例えば強粘結炭が用いられる。気孔壁強化材の粒径は例えば０．５ｍｍ以下である。気孔壁強化材を気孔生成材に付着させるのに、バインダが用いられる。バインダには、例えばデンプン水、糖蜜、高分子凝集剤、タール、ピッチが用いられる。
【００１７】
図１は、擬似粒子５の概念図を示す。擬似粒子５は、気孔生成材３の周囲に気孔壁強化材４を付着させてなる。気孔壁強化材４は、乾留中に気孔生成材３がガス化することにより生成された気孔壁を補強する。よって、気孔生成材３の周囲一面に気孔壁強化材４をまぶして被覆する必要がある。
【００１８】
図２は、擬似粒子の製造過程で用いられる撹拌型ミキサの断面図を示す（なおこの図では撹拌羽根７を斜視図で示す）。撹拌型ミキサは、縦型のドラム６の内部に回転可能に撹拌羽根７を設けたものである。ドラム６は上部に原料投入口８を、下部に原料排出口９を有し、全体が円筒形に形成される。縦型のドラム６であるから、ドラム６の中心線は鉛直方向を向く。ドラム６上部の原料投入口８は蓋９によって開閉される。ドラム６下部の原料排出口９も仕切りによって、開閉される。
【００１９】
ドラム６内には鉛直方向に伸びる回転軸１０が設けられ、回転軸１０の下部にプロペラ状の撹拌羽根７が設けられる。ドラム６に原料を投入し、撹拌羽根７を回転させると、ドラム６の中央側の領域の原料が上昇し、ドラム６の壁側の領域の原料が下降する対流現象が生ずる。
【００２０】
上記撹拌型ミキサを用いた擬似粒子の造粒方法を説明する。まず、ドラム６に気孔生成材３及びバインダを投入し、撹拌羽根７を回転させてこれらを撹拌して、気孔生成材３の周囲にバインダを付着させる（第一撹拌工程）。撹拌羽根７の回転数及び撹拌時間は、気孔生成材３の周囲一面に粘性のあるバインダを塗らすことができる最適な値に設定される。
【００２１】
第一撹拌工程の後、撹拌型ミキサに気孔壁強化材４を投入し、バインダが付着した気孔生成材３及び気孔壁強化材４を撹拌して、気孔生成材３の周囲に気孔壁強化材４を被覆する（第二撹拌工程）。撹拌羽根７を回転させると、ドラム６内で気孔生成材３及び気孔壁強化材４が対流混合する。撹拌機ミキサは、粒子の群としての運動、流れや塊のままで移動、位置交換を起こす機会を作る。限られた空間内での対流混合は、同じ種類の塊すなわち濃度むらの大きさを減ずる。ドラム６内での気孔生成材３及び気孔壁強化材４の自重、及び回転する撹拌羽根７のせん断力によって、気孔生成材３に気孔壁強化材４が圧密される。
【００２２】
第二撹拌工程の撹拌時間・撹拌羽根の回転数は、第一撹拌工程の撹拌時間・撹拌羽根の回転数よりも少なく設定されるのが好ましい。第一撹拌工程では、気孔生成材３にバインダをしっかりと塗らすために撹拌時間を長く、撹拌羽根の回転数を上げている。第二撹拌工程の撹拌時間・撹拌羽根の回転数を第一撹拌工程と等しくすると、撹拌羽根７のせん断力が強くなるので、折角圧密した気孔壁強化材４が気孔生成材３から剥がれるおそれがあるからである。
【００２３】
第二撹拌工程において、気孔生成材３に気孔壁強化材４を被覆できたら、撹拌羽根７の回転を止め、ドラム６の排出口９を開けて擬似粒子を排出する。
【００２４】
以上に記載のように、撹拌型ミキサを用いた擬似粒子の製造方法は、気孔生成材及びバインダを撹拌する第一撹拌工程と、バインダが付着した気孔生成材及び気孔壁強化材を撹拌する第二撹拌工程を備える。それゆえ、必然的にバッチ処理になる。実機において擬似粒子を造粒する場合には、このバッチ処理を繰り返す。例えば一つのバッチ処理に２〜３分程度かかるとすると、一時間で２０〜３０サイクル程度バッチ処理を繰り返す。
【実施例】
【００２５】
１〜５ｍｍの気孔生成材と水溶性有機バインダを混合して撹拌し（第一撹拌工程）、その後０．５ｍｍ以下の強化材を添加し、被覆造粒した（第二撹拌工程）。気孔生成材を１２ｋｇ、強化材を３ｋｇ、水溶性有機バインダを６００ｇそれぞれ使用した。撹拌型ミキサには、７５リットルのサイズの小型ミキサを用いた。
【００２６】
第一撹拌工程の撹拌羽根の回転数を１２０ｒｐｍ以上にすると、遠心力により石炭がミキサの壁面に付着し、水溶性有機バインダが気孔生成材と十分に混合しなかった。一方、回転数を７０ｒｐｍにすると、気孔生成材と水溶性有機バインダの混合に時間がかかった。そのため、回転数は１００ｒｐｍで回転時間は１分間とした。
【００２７】
第二撹拌工程の撹拌時間・回転数を変えて、気孔壁強化材の被覆率に及ぼす影響を調べた。図３及び図４は、第二撹拌工程の撹拌時間・回転数が気孔壁強化材の被覆率に及ぼす影響を示す。気孔生成材と気孔壁強化材の質量比は８０：２０程度である。図３及び図４の縦軸は、気孔壁強化材の質量／（気孔生成材の質量＋気孔壁強化材の質量）×１００であるため、値が２０であれば、装入した気孔壁強化材が全て被覆されたことになる。
【００２８】
図３より第二撹拌工程において、回転速度を７０ｒｐｍとしたとき最も被覆率が高かった。これは、回転数が小さいと強化材の混合が起こらない一方、回転数が大きいと、一旦被覆された強化材が粒子同士の摩擦で剥がされるからであると推察される。
【００２９】
図４は、第二撹拌工程における回転数を７０ｒｐｍとし、撹拌時間を変えた結果を示す。撹拌時間を１．５分以上にすると、被覆率が大幅に低下した。撹拌時間を延長すると、気孔壁強化材が剥がれたものと考えられる。以上より、第二撹拌工程の回転数を第一撹拌工程より小さくし、第二撹拌工程の撹拌時間を第一撹拌工程よりも短くするのが望ましいことがわかる。
【００３０】
図５に転動造粒機及び撹拌型ミキサを用いた場合の気孔壁強化材の被覆量を気孔生成材粒径の違いで比較した。気孔生成材の粒径は１〜５ｍｍで、気孔壁強化材の粒径は０．５ｍｍ以下とした。気孔生成材と強化材の重量比を４：１にしてバッチ式で造粒した。転動造粒機の径は１．２ｍで、どちらの造粒実験も石炭重量は１５ｋｇである。どちらの造粒に対しても目視で気孔壁強化材が全量被覆したと思われるまで造粒した。
【００３１】
図５に示されるように、転動造粒機の場合、強化材の被覆率が気孔生成材の粒径に大きく依存しているが、撹拌型ミキサの場合はあまり依存しなかった。撹拌型ミキサでは粗い気孔生成材の表面にも強化材が付着すると考えられる。
【００３２】
図６に、それぞれの造粒機で製造した造粒炭を通常配合炭に２０質量％配合してコークスを製造した場合のコークス強度を示す。撹拌型ミキサで造粒した方が明らかにコークス強度が高いことがわかった。撹拌型ミキサでは、粗い気孔生成材の表面にもしっかり強化材が被覆されるので、乾留中の熱応力による亀裂が気孔生成材周辺に発生しなかったからであると考えられる。一方、転動造粒機では、粗い気孔生成材表面への強化材の被覆量が少なく、亀裂発生に対して気孔壁強化材が十分機能しなかったと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】擬似粒子の概念図
【図２】本発明の一実施形態における撹拌型ミキサの断面図
【図３】気孔壁強化材被覆率に及ぼす第二撹拌工程の回転数の影響を示すグラフ
【図４】気孔壁強化材被覆率に及ぼす第二撹拌工程の撹拌時間の影響を示すグラフ
【図５】気孔壁強化材被覆率に及ぼす造粒方法の影響を示すグラフ
【図６】コークス強度に及ぼす造粒方法の影響を示すグラフ
【図７】従来のディスクペレタイザを示す斜視図
【符号の説明】
【００３４】
３…気孔生成材
４…気孔壁強化材
５…擬似粒子
６…ドラム
７…撹拌羽根
８…原料投入口
９…原料排出口
【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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