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技術 コークスの製造方法

出願人 新日鐵住金株式会社
発明者 藤原沙緒梨愛澤禎典上坊和弥野村誠治
出願日 2013年12月24日 (6年6ヶ月経過) 出願番号 2013-265972
公開日 2015年7月2日 (5年0ヶ月経過) 公開番号 2015-120840
状態 特許登録済
技術分野 コークス工業
主要キーワード 再固化後 亀裂抑制効果 亀裂生成 安価原料 分級粉砕 粒度区分 粉砕対象 石炭質量
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年7月2日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

非粘結炭を適切に粉砕することにより高強度のコークスの製造を可能とすること。

解決手段

揮発分が30質量%以上で、ジラトメータ測定による膨張率が5%以下、ギーセラー流動度(ddpm)の対数値が1.5以下の石炭を、3mm以下が85質量%以上に粉砕し、前記粉砕した石炭を全配合炭に対して0.3mm以下が9質量%以下になるように配合することを特徴とするコークスの製造方法。

概要

背景

コークスの製造では、安価原料である非粘結炭を多量に使用することが望まれている。非粘結炭は高揮発分であるが故に、軟化溶融-再固化後の(セミコークス収縮率が高く、その結果、コークス塊内亀裂生成およびコークス強度低下の要因となる。そのため、石炭粉砕し、粒子サイズを小さくすることで亀裂サイズを低下させ、コークス強度の向上を図ることができる。
一方、石炭は過粉砕すると粘結性が低下することが知られている。そのため、粘結性低下によるコークス強度低下を引き起こさずに、粉砕による効果を享受することが望まれる。
平均反射率0.6%以上1.1%以下、かつ、膨張率−10%以上の弱粘結炭粒度2mm以下90%に粉砕する方法が開示されている。従来の技術範囲(3mm以下60%〜90%)よりも細かく粉砕することで亀裂抑制効果が大きく、コークス強度が向上するとしている(特許文献1)。
無機成分の高い石炭の粉砕粒度を無機成分の低い石炭より細かく粉砕してコークスを製造する方法の記載がある(特許文献2)。
また、粘結炭、非粘結炭を問わず、0.6mm以上の最大長さを有する粗大イナート組織区分化し、区分毎に粉砕し、石炭粉砕に伴う粒径0.3mm以下の微粉炭の増加による配合炭全体嵩密度の低下を抑制することで、安定的かつ効果的にコークス強度を高める高炉用コークスの製造方法の記載がある(特許文献3)。

概要

非粘結炭を適切に粉砕することにより高強度のコークスの製造を可能とすること。揮発分が30質量%以上で、ジラトメータ測定による膨張率が5%以下、ギーセラー流動度(ddpm)の対数値が1.5以下の石炭を、3mm以下が85質量%以上に粉砕し、前記粉砕した石炭を全配合炭に対して0.3mm以下が9質量%以下になるように配合することを特徴とするコークスの製造方法。

目的

コークスの製造では、安価原料である非粘結炭を多量に使用することが望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

揮発分が30質量%以上で、ジラトメータ測定による膨張率が5%以下、ギーセラー流動度(ddpm)の対数値が1.5以下の石炭を、3mm以下が85質量%以上に粉砕し、前記粉砕した石炭を全配合炭に対して0.3mm以下が9質量%以下になるように配合することを特徴とするコークスの製造方法。

請求項2

請求項1において、前記粉砕した石炭の全配合炭への配合を、0質量%を超え、25質量%以下とし、かつ、0.3mm以下が9質量%以下とすることを特徴とするコークスの製造方法。

技術分野

0001

本発明は、コークスの製造方法に関する。特に、膨張率が低い非粘結炭を使用するコークスの製造方法に関する。

背景技術

0002

コークスの製造では、安価原料である非粘結炭を多量に使用することが望まれている。非粘結炭は高揮発分であるが故に、軟化溶融-再固化後の(セミコークス収縮率が高く、その結果、コークス塊内亀裂生成およびコークス強度低下の要因となる。そのため、石炭粉砕し、粒子サイズを小さくすることで亀裂サイズを低下させ、コークス強度の向上を図ることができる。
一方、石炭は過粉砕すると粘結性が低下することが知られている。そのため、粘結性低下によるコークス強度低下を引き起こさずに、粉砕による効果を享受することが望まれる。
平均反射率0.6%以上1.1%以下、かつ、膨張率−10%以上の弱粘結炭粒度2mm以下90%に粉砕する方法が開示されている。従来の技術範囲(3mm以下60%〜90%)よりも細かく粉砕することで亀裂抑制効果が大きく、コークス強度が向上するとしている(特許文献1)。
無機成分の高い石炭の粉砕粒度を無機成分の低い石炭より細かく粉砕してコークスを製造する方法の記載がある(特許文献2)。
また、粘結炭、非粘結炭を問わず、0.6mm以上の最大長さを有する粗大イナート組織区分化し、区分毎に粉砕し、石炭粉砕に伴う粒径0.3mm以下の微粉炭の増加による配合炭全体嵩密度の低下を抑制することで、安定的かつ効果的にコークス強度を高める高炉用コークスの製造方法の記載がある(特許文献3)。

先行技術

0003

特開2002−121567号公報
特許第5045082号公報
特許第4551494号公報

発明が解決しようとする課題

0004

膨張率が低い非粘結炭は、非粘結性が著しい。かかる非粘結性が著しい非粘結炭を使用するコークスの製造においては、非粘結炭の粉砕が重要である。非粘結炭を細粒に粉砕すると、コークス強度は向上するが、過粉砕すると粘結性が低下してしまい、かえって、コークス強度は低下すると考えられる。以下、細粒とは、略3mm以下の石炭をいい、微粉とは、略0.3mm以下の石炭をいう。
特許文献1には、非粘結炭を粒度2mm以下90%に粉砕するが、粉砕により発生する微粉に関しての記載がない。
特許文献2または特許文献3は、石炭の性状に対応した粉砕方法を提案する。特許文献2は、無機成分に着目するもので、特許文献3は、粗大イナート組織に着目し、その特性に応じて粉砕する。しかし、これらの文献は、非粘結炭の粉砕に伴う細粒と微粉の粉砕方法についての記述はない。

0005

膨張率が低い非粘結炭の使用では、非粘結炭をどの程度、粉砕して、コークス強度を確保するかが課題である。
本発明の目的は、膨張率が低い非粘結炭を適切に粉砕することにより高強度のコークスの製造を可能とするコークスの製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0006

本発明者等は、膨張率が低い非粘結炭を粉砕する実験を繰り返すことにより、適切な粉砕により高強度のコークスの製造が可能となることを見出した。
本発明は、これらの知見に基づくものである。

0007

本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。

0008

(1)揮発分が30質量%以上で、ジラトメータ測定による全膨張率が5%以下、ギーセラー流動度(ddpm)の対数値が1.5以下の石炭を、3mm以下が85質量%以上に粉砕し、
前記粉砕した石炭を全配合炭に対して0.3mm以下が9質量%以下になるように配合することを特徴とするコークスの製造方法。
(2)(1)において、
前記粉砕した石炭の全配合炭への配合を、0質量%を超え、25質量%以下とし、かつ、0.3mm以下が9質量%以下とすることを特徴とするコークスの製造方法。

発明の効果

0009

本発明によれば、膨張率が低い非粘結炭を3mm以下に粉砕し、かつ、過粉砕により0.3mm以下が増加しない程度に、適切に粉砕することにより、高強度のコークスの製造が可能となる。

図面の簡単な説明

0010

添加した膨張率が低い非粘結炭の粒度区分平均値とコークスのI型強度、膨張比容積の関係を示す図。
膨張率が低い非粘結炭の0.3mm以下の割合とコークス強度(DI15015)の関係を示す図。

0011

(非粘結炭の粉砕がコークス強度に及ぼす影響について)
石炭は、一般的に400℃近傍で軟化溶融を開始し500℃近傍で再固化する。その時点でのコークスはセミコークスと呼ばれ、その後の昇温により残留揮発分が放出されながら収縮し、1000℃近傍で完全に焼き締まったコークスとなる。非粘結炭は一般的に高揮発分であるため、セミコークス収縮率が高く、それがコークス塊内の亀裂生成を誘発しコークス強度低下の要因となる。したがって、そのような石炭を細かく粉砕することでコークス塊内の亀裂サイズが低下し、コークス強度を増加させることができる。
以上の考え方に従って、コークス強度を確保するため、非粘結炭は、細粒化することが重要である。

0012

(非粘結炭の過粉砕がコークス強度に及ぼす影響について)
一方、粉砕強化の結果として微粉の量が増加する。石炭は粒度が小さくなりすぎると発生ガスが粒子内に内包されにくくなるため、膨張性が低下する。そのため、粉砕を強化しすぎると、微粉発生による膨張性低下の悪影響が粗粒のサイズ低下に伴う亀裂サイズ低下の効果を上回り、結果としてコークス強度が低下する。しかし、具体的な粒度と膨張率の関係は明らかではない。

0013

非粘結炭の過粉砕がコークス強度に及ぼす影響について調査した。
図1に、対象とする膨張率が低い非粘結炭の粒度とコークス強度および配合炭の膨張性との関係を示す。小型の試験コークス炉により乾留した結果である。試験コークス炉は石炭装炭容積144cm3(W40mm、L60mm、H60mm)の小型の乾留装置を使用した。
用いた膨張率が低い非粘結炭Cの特性を表1に示す。表1には、後述する図2及び実施例(表2)で用いた非粘結炭の特性も示す。尚、非粘結炭D,非粘結炭Fは、膨張率が大きく、本発明に係る粉砕対象の非粘結炭ではない。

0014

0015

非粘結炭Cは、3mm篩重量比率75%に粉砕し、粉砕後、1mm,0.6mm,0.3mm,0.1mmので5粒度区分に篩い分けた。篩分け後の各粒度の非粘結炭30乾質量%と、1mm以下100%の粘結炭70乾質量%の配合炭を作成した。その配合炭100gを用い、昇温速度3℃/minにて1000℃まで昇温し、1000℃で30分保持することで乾留を行い、コークス強度を調査した。コークス強度の評価にはI型強度試験を用い、膨張性評価には膨張比容積を用いた。
I型強度試験とは、内径132mm×長さ600mmの円筒容器にコークスを入れ、長さ方向に600回転させた後の9.52mm上残存率を求めるものである。本試験では、得られたコークス塊の半分である略72cm3で略40gのコークスをいれ、I型強度を測定した。また、膨張比容積とは、特開平5−60707に記載されている石炭質量あたりの石炭膨張後体積(cm3/g)である。
図1から、非粘結炭Cの粒径が0.3mm以下になると配合炭の膨張性が低下し、それに応じてコークス強度が低下する。0.3mm以下粉の発生を抑制することがコークス強度低下抑制に繋がると考えらえる。このことから、膨張率が低い非粘結炭の粉砕は、微粉(0.3mm以下)を抑制する必要があることが分かった。

0016

(膨張率が低い非粘結炭の粉砕方法がコークス強度に及ぼす影響について)
膨張率が低い非粘結炭の軽粉砕又は過粉砕の程度により、粉砕後の3mm以下、又は、0.3mm以下が変化する。そこで、分級粉砕法により、非粘結炭の粉砕の程度を変更する試験を行った。

0017

粉砕粒度3mm以下80%の粘結炭の乾質量60%と、膨張率が高い非粘結炭Dの乾質量20%、および本発明において粉砕対象となる膨張率が低い非粘結炭Cの乾質量20%から成る配合炭80kgを、炭化室内寸法がW450mm×L500mm×H500の試験コークス炉に嵩密度0.76t/m3で装炭し、乾留温度1000℃で21時間乾留を行った。排出後のコークスは一昼夜窒素流通下で冷却し、その後JIS−K2151に規定のドラム強度測定試験に供した。

0018

図2に、粉砕後の膨張率が低い非粘結炭の3mm以下、又は、0.3mm以下のコークス強度への影響を示す。図2で、Pは、粉砕の程度は最も強く、Q,R,Sの順で、粉砕の程度は弱くなっている。
P(−0.5mm100%)は、−0.3mmが多く(14.5%)、コークス強度が低い。Q(−1mm100%)は、−0.3mmは、少なく(5.6%)で、コークス強度が高い。R(−3mm100%)、S(−3mm80%)に粉砕すると、粉砕不十分で、粗粒が増え、コークス強度が低下する。

0019

Pの強粉砕では、微粉(0.3mm以下)が多く、R,Sの弱粉砕では、粗粉(3mm以上)が多く、それぞれ、コークス強度(DI15015)が低下した。

0020

なお、粉砕の方法および粉砕機の種類は任意であるが、微粉の量を制御しつつ粗粉のみを効率よく粉砕するには、予め篩にかけて篩上のみを粉砕し、その後さらに篩にかけて篩上のみを粉砕する分級粉砕法などが効果的である。

0021

コークス強度の目標値を(DI15015)≧84.5とし、膨張率が低い非粘結炭の粉砕によるコークス実験を行った。
粉砕対象の非粘結炭は、非粘結炭Cを用いた。非粘結炭Cを、3mm以下が75質量%〜100質量%に変更して粉砕した。粉砕は、反発式粉砕機を用い実施した。
シリーズXでは、粘結炭の乾質量60%と、膨張率が高い非粘結炭Dの乾質量20%、および本発明にて粉砕対象となる膨張率が低い非粘結炭Cの乾質量20%からなる配合炭とし、シリーズYでは、粘結炭の乾質量50%と、膨張率が高い非粘結炭Fの乾質量25%、および本発明にて粉砕対象となる膨張率が低い非粘結炭Cの乾質量25%からなる配合炭とした。
上記に準備した配合炭80kgを、炭化室内寸法がW450mm×L500mm×H500の試験コークス炉に嵩密度0.80t/m3で装炭し、乾留温度1000℃で21時間乾留を行った。排出後のコークスは一昼夜窒素流通下で冷却し、その後JIS−K2151に規定のドラム強度測定試験に供した。
それぞれのケースに対応した膨張率が低い非粘結炭Cの0.3mm以下とコークス強度(DI15015)を表1に示す。ここで、非粘結炭Cの0.3mm以下とは、全配合炭に対する非粘結炭Cの0.3mm以下(質量%)である。

0022

実施例1〜実施例3は、非粘結炭Cの3mm以下が85質量%以上で、かつ、全配合炭に対して0.3mm以下が9質量%以下であり、粉砕が適切で、コークス強度の目標値を達成することができた。
比較例1及び比較例2は、膨張率が低い非粘結炭Cの3mm以下が85質量%以下で、粉砕が不十分で、粗粒が多く、コークス強度の目標値を達成することができなかった。
比較例3は、膨張率が低い非粘結炭Cの3mm以下が85質量%以上であるが、全配合炭に対して0.3mm以下が9質量%以上であり、微粉(0.3mm以下)が多く、コークス強度の目標値を達成することができなかった。

実施例

0023

0024

膨張率が低い非粘結炭を適切に粉砕することにより高強度のコークスの製造を可能とするコークスの製造に利用することができる。

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