JP5614309B2 - Steel blend for coke raw material, steel coke, and method for producing iron coke - Google Patents
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Description
本発明はコークス炉で石炭(配合炭)を乾留し、製鉄コークスを製造するための配合炭、その配合炭で製造したコークス、およびその配合炭を用いたコークスの製造方法に関する。 The present invention relates to a coal blend for carbonizing coal (mixed coal) in a coke oven to produce iron-making coke, a coke produced from the blended coal, and a method for producing coke using the blended coal.
製鉄原料として用いられるコークスは、石炭(通常は複数種類の石炭を配合した配合炭)を室炉式のコークス炉で乾留することで製造されるが、石炭の乾留過程で生成されるセミコークスの再固化後の収縮にともなって発生する熱応力が基質強度を上回ると亀裂が発生し、これによって生成するコークスの粒度(コークス粒径)が決定される。したがって、コークス粒径を大きくするためには、熱応力を小さくするか、あるいは基質強度を高くする必要がある。 Coke used as a raw material for steelmaking is produced by dry distillation of coal (usually a blended coal containing multiple types of coal) in a chamber-type coke oven. When the thermal stress generated with the shrinkage after resolidification exceeds the substrate strength, cracks are generated, and thereby the particle size of the coke to be generated (coke particle size) is determined. Therefore, in order to increase the coke particle size, it is necessary to reduce the thermal stress or increase the substrate strength.
熱応力を下げるためには、コークス炉壁温度を下げる、コークス炉の稼働率を下げる、あるいは原料石炭に粉コークス等を添加する方法が知られている。しかしながら、炉壁温度の低下やコークス炉の稼働率の低下は生産性の低下を、粉コークス等の添加は強度低下を招くという問題がある。また、基質強度を高めるためには、高価な粘結炭を原料の石炭に配合する必要があるが、石炭の膨張圧上昇によりクリアランスが低下するという懸念があり、押し詰まりによる生産性の低下とコストアップとが問題となる。なお、クリアランスとは、石炭乾留後における炉壁とコークスケーキとの距離であり、クリアランスが大きいほど、コークスケーキの押出し性がよいので、窯詰まりの発生が少なく、安定操業が可能となる。 In order to lower the thermal stress, methods are known in which the coke oven wall temperature is lowered, the operating rate of the coke oven is lowered, or powdered coke is added to the raw coal. However, there is a problem that a decrease in the furnace wall temperature or a reduction in the operating rate of the coke oven results in a decrease in productivity, and the addition of powdered coke or the like causes a decrease in strength. Moreover, in order to increase the substrate strength, it is necessary to mix expensive caking coal with the raw material coal, but there is a concern that the clearance will decrease due to an increase in the expansion pressure of the coal, resulting in a decrease in productivity due to clogging. Cost increase is a problem. The clearance is the distance between the furnace wall and the coke cake after the coal carbonization, and the larger the clearance, the better the extrudability of the coke cake, so that there is less occurrence of clogging of the kiln and stable operation becomes possible.
そこで、コークス粒径の拡大とコークス強度の向上を目的とした技術として、石炭(配合炭)に炭素繊維を添加して乾留するというコークスの製造方法が知られている。炭素繊維としては、長繊維の添加の場合(例えば、特許文献1参照。)と短繊維の添加の場合(例えば、特許文献2参照。)がある。さらに束状の炭素繊維を添加する技術も知られている(例えば、特許文献3参照。)。また、コークスの押出性改善のために炭素繊維を添加する技術も知られている(例えば、特許文献4参照。)。 Therefore, a coke production method in which carbon fiber is added to coal (mixed coal) and carbonized is known as a technique aimed at increasing the coke particle size and improving the coke strength. As carbon fiber, there is a case of adding a long fiber (for example, see Patent Document 1) and a case of adding a short fiber (for example, see Patent Document 2). Furthermore, a technique for adding bundled carbon fibers is also known (see, for example, Patent Document 3). In addition, a technique of adding carbon fiber for improving coke extrudability is also known (see, for example, Patent Document 4).
特許文献1の実施例には、炭素長繊維(カーボンファイバー:20μmφ×20mm)を添加率1%で配合炭に添加してコークスの製造を行った場合にコークス強度を維持することが記載されているが、炭素繊維は乾留中に軟化溶融しないため、通常の方法で1%添加した場合は、石炭と炭素繊維間の融着不足によりコークス強度は低下すると推察される。すなわち、炭素長繊維の添加によりコークス強度を損なうことなくコークス粒度の向上を図ることができるのは、炭素繊維ができうる限り分離し、充分に分散して添加した特殊な場合と考えられる。炭素長繊維は、一般に単繊維(フィラメント)同士接着剤等で束になって製造されており、1本ずつ分離することは困難で、束のまま石炭に配合するとコークス品質の大幅な低下は免れない。 The example of Patent Document 1 describes that coke strength is maintained when coke is produced by adding carbon long fiber (carbon fiber: 20 μmφ × 20 mm) to blended coal at an addition rate of 1%. However, since carbon fiber does not soften and melt during carbonization, it is presumed that when 1% is added by a normal method, the coke strength decreases due to insufficient fusion between coal and carbon fiber. That is, the addition of long carbon fibers can improve the coke particle size without impairing the coke strength, which is considered to be a special case where carbon fibers are separated as much as possible and sufficiently dispersed and added. Carbon long fibers are generally manufactured by bundling single fibers (filaments) with adhesives, etc., and it is difficult to separate them one by one. Absent.
一方、特許文献2などに開示された炭素短繊維の場合は、通常紡糸・焼成して製造した長繊維をチョップして得られる短繊維を用いるものと考えられる。このような場合、繊維の形状はほぼ直状で短く、高温処理しているため表面は不活性であるので、コークスから炭素繊維が抜けやすい。そのため、コークス強度の向上幅が小さく、また粒径やクリアランスの向上はあまり期待できない。 On the other hand, in the case of the short carbon fiber disclosed in Patent Document 2 and the like, it is considered that the short fiber obtained by chopping the long fiber produced by usually spinning and firing is used. In such a case, the shape of the fiber is almost straight and short, and since the surface is inactive because of high-temperature treatment, the carbon fiber tends to come off from coke. Therefore, the improvement range of coke strength is small, and improvement in particle size and clearance cannot be expected so much.
特許文献3には炭素繊維を束の状態で添加する場合の好適な炭素繊維の条件が開示されている。しかしこの方法では、好適な状態に炭素繊維を調整しなければならないという煩雑さがあることに加え、炭素繊維の添加量が増えると強度向上効果が低下するという問題がある。 Patent Document 3 discloses suitable carbon fiber conditions when carbon fibers are added in bundles. However, this method has the problem that the carbon fiber must be adjusted to a suitable state, and the strength improvement effect decreases as the amount of carbon fiber added increases.
特許文献4には炭素繊維のサイジング剤を除去することで炭素繊維の分散性を向上させる技術が開示されているが、やはり煩雑な処理を必要とするうえ、この技術はもっぱらコークスの押出性を改善するための技術であって、コークス強度の向上効果については考慮されていない。 Patent Document 4 discloses a technique for improving the dispersibility of carbon fiber by removing the sizing agent of the carbon fiber. However, this technique still requires a complicated treatment, and this technique exclusively improves the extrudability of coke. This is a technique for improvement, and the improvement effect of coke strength is not considered.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、炭素を含有する繊維を石炭に添加してコークスを製造する際に、繊維に煩雑な処理を行うことなく、従来よりも高強度で粒径の大きいコークスを、クリアランスを向上させて製造可能とし、製鉄コークス原料用配合炭、製鉄コークス、および製鉄コークスの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and when a carbon-containing fiber is added to coal to produce coke, the fiber has a higher strength than conventional without performing complicated processing on the fiber. An object of the present invention is to provide a coke having a large diameter that can be produced with improved clearance, and to provide a blended coal for raw material for iron-making coke, iron-making coke, and iron-making coke.
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
(1)、ケラチンを含む繊維が混合されていることを特徴とする製鉄コークス用配合炭。
(2)、生物由来のケラチンを含む繊維が混合されていることを特徴とする(1)に記載の製鉄コークス用配合炭。
(3)、加熱により前記ケラチンを含む繊維の少なくとも一部が炭素化されたものが混合されていることを特徴とする(1)または(2)に記載の製鉄コークス用配合炭。
(4)、生物由来のケラチンを含む繊維が鳥類の羽根および/または羽毛であることを特徴とする(2)または(3)に記載の製鉄コークス用配合炭。
(5)、(1)ないし(4)のいずれか1つに記載の製鉄コークス用配合炭を乾留して得られた製鉄コークス。
(6)、(1)ないし(4)のいずれか1つに記載の製鉄コークス用配合炭を、室炉式のコークス炉を用いて乾留することを特徴とする製鉄コークスの製造方法。
The features of the present invention for solving such problems are as follows.
(1) A steelmaking coke blended charcoal characterized in that fibers containing keratin are mixed.
(2) The mixed coal for iron making coke according to (1), wherein fibers containing biologically derived keratin are mixed.
(3) The blended coal for iron-making coke according to (1) or (2), wherein carbonized at least part of the fiber containing keratin is mixed by heating.
(4) The mixed coal for iron-making coke according to (2) or (3), wherein the fiber containing biologically derived keratin is a feather and / or feather of birds.
(5) Iron-manufactured coke obtained by dry distillation of the coal-mixed coal for iron-making coke according to any one of (1) to (4).
(6) A method for producing a steelmaking coke, characterized in that the coal blend for ironmaking coke according to any one of (1) to (4) is dry-distilled using a chamber furnace type coke oven.
本発明によれば、製鉄コークス製造において、粒径の大きいコークスを、コークス強度を向上させて製造することが可能である。加えて、コークス炉におけるクリアランスを向上させることができるので、コークスの押止まりによる操業トラブルの発生を回避して、コークスの安定操業を継続することができる。 According to the present invention, coke having a large particle size can be produced with improved coke strength in the production of iron coke. In addition, since the clearance in the coke oven can be improved, it is possible to avoid the occurrence of operational troubles due to coke stoppage and to continue stable coke operation.
本発明者らは、炭素を含有する繊維の配合炭への添加について鋭意探索・検討を重ねた結果、短繊維であっても生成したコークスからの引き抜けが起こりにくい繊維を見いだし、そのような繊維を配合炭に添加・乾留してコークスを製造することで、従来よりもコークスの粒径、コークス強度、およびクリアランスが向上することを知見して、本発明を完成した。 As a result of intensive investigation and examination of addition of carbon-containing fibers to blended coal, the present inventors have found fibers that are unlikely to be pulled out from the produced coke even if they are short fibers. The present invention has been completed by discovering that coke is produced by adding and dry-distilling fiber to blended coal to improve the coke particle size, coke strength, and clearance.
本発明で配合炭に混合して用いる繊維とは、ケラチンを含む繊維である。熱硬化性の蛋白質であるケラチンは高温焼成の際にも溶融せず、その形状を維持して炭素繊維化することが可能である。熱硬化性の蛋白質であるケラチンを含む繊維は、ジスルフィド結合(−SS−結合)を含んでいるので、その硫黄が抜ける際に一部の炭素および/または炭化水素類(炭水化物類を含む)がコークスを構成している炭素と架橋(結合)を形成するため、繊維が抜けにくくなり、短繊維であっても、生成したコークスからの引き抜けが起こりにくい。アスペクト比(繊維長/繊維径)の大きいケラチンを含む繊維を用いれば、より引き抜けが起こりにくい。本発明では、配合炭に熱硬化性の蛋白質であるケラチンを含む繊維を添加した製鉄コークス原料石炭である、製鉄コークス用配合炭を乾留し、コークスを製造する。ケラチンを含む繊維をコークス製造用石炭と混合してコークス炉で乾留すると、炭素繊維を含むコークスが生成する。 The fiber used by mixing with the blended coal in the present invention is a fiber containing keratin. Keratin, which is a thermosetting protein, does not melt even during high-temperature firing, and can be carbonized while maintaining its shape. Since the fiber containing keratin, which is a thermosetting protein, contains a disulfide bond (-SS-bond), some carbon and / or hydrocarbons (including carbohydrates) are contained when the sulfur is released. Since the carbon constituting the coke is cross-linked (bonded), the fibers are difficult to come out, and even the short fibers are not easily pulled out from the produced coke. If fibers containing keratin having a large aspect ratio (fiber length / fiber diameter) are used, pull-out is less likely to occur. In the present invention, coke is produced by dry-distilling coal-mixed coal for iron-making coke, which is an iron-making coke raw material coal obtained by adding fibers containing keratin, which is a thermosetting protein, to blended coal. When fiber containing keratin is mixed with coal for coke production and carbonized in a coke oven, coke containing carbon fiber is generated.
ケラチンを含む繊維としては、生物由来のケラチンを含む繊維を用いることが好ましい。生物由来のケラチンを含む繊維としては、例えば採卵鶏・肉鶏の羽根であり、これらは廃棄物として大量に発生する。したがって、生物由来のケラチンを含む繊維を用いることで、廃棄物の有効利用が可能となると共に、低コストで本発明を実施できる。 As the fiber containing keratin, it is preferable to use a fiber containing biologically derived keratin. Examples of the fiber containing keratin derived from organisms include feathers of egg-laying chickens and meat chickens, and these are generated in large quantities as waste. Therefore, by using the fiber containing biologically derived keratin, the waste can be effectively used and the present invention can be implemented at low cost.
熱硬化性の蛋白質であるケラチンを含む繊維は、そのまま製鉄コークス用配合炭に添加することができるが、予め加熱して、少なくともその一部が炭素化されたものを用いることが好ましい。ケラチンを含む繊維を加熱すると、炭素や無機物以外の成分が離脱して炭素化し、その際に一部の炭素がCOやCO2として離脱するので、ケラチンを含む繊維の嵩を減少させることができる。ケラチンを含む繊維を400〜600℃で焼成すると、炭素化の程度が高まり、効果的に嵩を減少させることができる。ケラチンを含む繊維の焼成は複数回に分けて多段焼成として行うこともできる。嵩が減ることにより分散性よく配合炭に混合できるので、ケラチンを含む繊維の成分のうち、50質量%以上が炭素化された状態ものを用いることが好ましい。ケラチンを含む繊維を十分に炭素化して、炭素繊維として添加することが特に好ましい。尚、炭素繊維とは、一般的にほとんど炭素だけからできている繊維を指すものであるが、本発明においては炭素含有率が90質量%以上の繊維を指すものとする。炭素化の処理を行わない、ケラチンを含む繊維と、少なくともその一部が炭素化された、ケラチンを含む繊維とを混合して用いることも可能である。 The fiber containing keratin, which is a thermosetting protein, can be added as it is to the steelmaking coke blending charcoal, but it is preferable to use one that has been preheated and carbonized. When the fiber containing keratin is heated, components other than carbon and inorganic substances are released and carbonized, and at that time, part of the carbon is released as CO and CO 2 , so that the volume of the fiber containing keratin can be reduced. . When the fiber containing keratin is baked at 400 to 600 ° C., the degree of carbonization increases and the bulk can be effectively reduced. Firing of the fiber containing keratin can be performed as multi-stage firing in a plurality of times. Since it can be mixed with blended charcoal with good dispersibility by reducing the bulk, it is preferable to use a state in which 50% by mass or more of carbon components including keratin are carbonized. It is particularly preferable that the fiber containing keratin is sufficiently carbonized and added as carbon fiber. The carbon fiber generally refers to a fiber made almost entirely of carbon, but in the present invention, it refers to a fiber having a carbon content of 90% by mass or more. It is also possible to mix and use keratin-containing fibers that are not carbonized and keratin-containing fibers that are at least partially carbonized.
ケラチンを含む繊維は、細いほど好ましい。ケラチンを含む繊維をそのまま、あるいは炭化処理を行なった後の状態でコークス製造用石炭と混合してコークス炉で乾留すると、炭素繊維を含むコークスが生成する。この時、炭素繊維が長く、直径が小さいほど(アスペクト比が大きいほど)コークスと炭素繊維界面での剪断応力が低下して、コークスから炭素繊維が抜けにくくなる。十分な強度向上効果を得るためには、その単繊維の直径を0.1mm以下とすることが好ましい。とくに好ましくは、50μm以下である。このような繊維を乾留するとほぼ原形を維持したまま炭素化が起こり炭素繊維を生成する。 The thinner the fibers containing keratin, the better. When the fiber containing keratin is used as it is or after being carbonized, it is mixed with coal for coke production and carbonized in a coke oven to produce coke containing carbon fiber. At this time, the longer the carbon fiber and the smaller the diameter (the larger the aspect ratio), the lower the shear stress at the interface between the coke and the carbon fiber, and the more difficult it is for the carbon fiber to escape from the coke. In order to obtain a sufficient strength improvement effect, the diameter of the single fiber is preferably 0.1 mm or less. Particularly preferably, it is 50 μm or less. When such fibers are carbonized, carbonization occurs while maintaining the original shape, and carbon fibers are produced.
ケラチンを含む繊維は、繊維が直状でないと、さらにコークスから抜けにくくなるので好ましい。ここで直状でないとは、繊維が曲線状であり、2次元的、3次元的な形状を有していることであり、例えば、「し」の字状、「く」の字状、スパイラル状、あるいはこれらの組み合わせのような場合の他、繊維径が一様でないものも含まれる。一部が太くなっている、すなわち節を有しているような構造を有するものも直状でない繊維であり、このような節を有する形状の繊維は、よりコークスから抜けにくくなるので、特に好ましい。 A fiber containing keratin is preferable if the fiber is not straight, because it is more difficult to escape from coke. “Non-straight” means that the fiber is curved and has a two-dimensional or three-dimensional shape. For example, a “shi” shape, a “ku” shape, a spiral In addition to the case of a shape or a combination thereof, the case where the fiber diameter is not uniform is also included. Some of the fibers are thick, that is, those having a structure with nodes are also not straight fibers, and fibers having such nodes are particularly preferred because they are more difficult to escape from coke. .
生物由来のケラチンを含む繊維を例示すると、羽毛、羽根、羊毛、毛髪等をあげることができる。これらの組織は主に、ケラチンと呼ばれる繊維状の蛋白質から構成されており、ジスルフィド結合(−SS−結合)が存在し、蛋白質分子間あるいは分子内に架橋を形成している、すなわち多量の−SS−結合を有する巨大な網目構造体であるため、加熱焼成することにより炭素繊維化したときに、生物由来であるにも拘わらず得られた炭素繊維の強度が強くなるものと推察される。羽毛、羽根、羊毛、毛髪等は、ケラチンの他に炭水化物類(熱溶融性蛋白質を含む)、およびP、K等の無機物も含有するが、配合炭への添加量が5質量%程度以下であれば、コークス品質に悪影響を与えることはない。 Examples of fibers containing biologically derived keratin include feathers, feathers, wool, hair and the like. These tissues are mainly composed of a fibrous protein called keratin, which has disulfide bonds (-SS-linkages) and forms cross-links between protein molecules or within molecules, that is, a large amount of- Since it is a huge network structure having SS-bonds, it is presumed that the strength of the carbon fiber obtained despite the fact that it is derived from organisms becomes stronger when it is converted to carbon fiber by heating and baking. Feathers, feathers, wool, hair, etc. contain carbohydrates (including hot-melt proteins) and inorganic substances such as P and K in addition to keratin, but the amount added to the blended charcoal is about 5% by mass or less. If present, it will not adversely affect coke quality.
一方、生物由来のケラチン蛋白質を含む繊維を人工的につくり出すこともできる。すなわち、鳥類の羽毛・羽根や哺乳類の動物毛等のケラチン蛋白質を還元反応によって架橋結合(ジスルフィド結合)を一時的に切断して溶液化して抽出し、これを酸化反応による架橋結合の再生成によって溶液紡糸し、新規な人工ケラチン繊維を得てもよい。また、予め炭素化する際や、あるいは添加した配合炭の乾留時に繊維状になるケラチンを含む生物由来の物質を用いることもできる。 On the other hand, a fiber containing a biologically derived keratin protein can also be artificially produced. That is, keratin proteins such as feathers and feathers of birds and animal hairs of mammals are extracted by temporarily cleaving the cross-linking bond (disulfide bond) by reduction reaction to form a solution, and regenerating the cross-linking bond by oxidation reaction. Solution spinning may be used to obtain a new artificial keratin fiber. In addition, it is also possible to use a biological material containing keratin that becomes fibrous when carbonized in advance or when the added coal blend is dry-distilled.
本発明の効果を奏するためには、ケラチンを含む繊維を用いればよいが、ケラチンの含有率が1質量%未満の繊維では十分な強度向上効果が得られない場合がある。添加する繊維中に50質量%以上のケラチンを含む場合は、高温焼成時の形状保持効果が高いので好ましく、繊維中のケラチンの含有率が100質量%であっても問題はない。なお、ケラチンは公知の分析方法、例えば試料を粉末にして熱有機溶媒および熱水による処理ののち、タンパク分解酵素で共存するタンパク質を除去してケラチンを残し、その後X線回折像等を観測することによって分析できる。 In order to achieve the effect of the present invention, a fiber containing keratin may be used. However, a fiber having a keratin content of less than 1% by mass may not provide a sufficient strength improvement effect. When the fiber to be added contains 50% by mass or more of keratin, the shape retention effect during high-temperature firing is high, which is preferable, and there is no problem even if the content of keratin in the fiber is 100% by mass. Keratin is a well-known analytical method, for example, after processing a sample with a hot organic solvent and hot water, removing the coexisting protein with a proteolytic enzyme to leave keratin, and then observing an X-ray diffraction image, etc. Can be analyzed.
ケラチンを含む繊維のケラチン以外の部分は炭素を主成分とすることが好ましい。炭化水素類・炭水化物類は高温焼成により炭素化する。ケラチンを含む繊維が無機物を含有する場合であっても、配合炭への混合量を調整することで、コークス品質に与える影響を小さくできる。生物由来のケラチンを含む繊維を用いる場合は、上記のように無機物の存在が問題になることはない。 The part other than keratin of the fiber containing keratin preferably contains carbon as a main component. Hydrocarbons and carbohydrates are carbonized by high-temperature firing. Even if the fiber containing keratin contains an inorganic substance, the influence on coke quality can be reduced by adjusting the mixing amount into the blended coal. When using a fiber containing keratin derived from a living organism, the presence of an inorganic substance does not become a problem as described above.
ケラチンを含む繊維あるいはケラチンを含む繊維を事前に炭化処理して生成した炭素繊維をコークス製造用石炭に添加して乾留すると、製造されるコークス粒径は拡大するが、繊維の分散が良好なほど粒径の拡大率は大きくなる。これは、繊維の分散が悪いと、繊維同士が凝集あるいは束のようになり、炭素繊維と石炭軟化溶融物との接着性が低下し、コークス塊内の亀裂進展にともない、炭素繊維がコークスから抜けやすいためと推察される。そこで、繊維の長さは、石炭との混合性(分散性)を考慮すると、石炭の粒径の数倍程度か、それ以下であることが好ましい。すなわち、通常石炭は粒径3mm程度に粉砕するので、繊維の長さは十数mm程度以下が好ましい。一方、0.3mm未満になると補強効果が低下するので、0.3mm以上であることが好ましい。 When carbon fiber containing keratin or carbon fiber produced by carbonizing keratin in advance is added to coal for coke production and dry-distilled, the coke particle size produced increases, but the better the fiber dispersion, The enlargement rate of the particle size increases. This is because if the fiber is poorly dispersed, the fibers become agglomerated or bundled, the adhesion between the carbon fiber and the coal softening melt is reduced, and the carbon fiber is separated from the coke as the cracks propagate in the coke mass. It is assumed that it is easy to come off. Therefore, the length of the fiber is preferably about several times the particle size of the coal or less in consideration of the miscibility (dispersibility) with the coal. That is, since coal is usually pulverized to a particle size of about 3 mm, the length of the fiber is preferably about 10 mm or less. On the other hand, if the thickness is less than 0.3 mm, the reinforcing effect is reduced, so that the thickness is preferably 0.3 mm or more.
ケラチンを含む繊維を予め焼成等により炭素化して炭素繊維として石炭に添加する場合には、不活性ガス雰囲気または還元性ガス雰囲気で炭素化することが好ましい。鶏の羽根等は、繊維が曲がっていたり、一部が太くなっていたりするので、事前加工なしの自然な状態であっても400℃以上の温度で焼成(炭素化)すれば、直状でない、良好な炭素繊維を得ることができる。しかしながら、羊毛・毛髪等の場合は、そのまま焼成すると直状の繊維となりやすいので、バインダーとしてピッチ等を数パーセント添加して凝集させてから焼成し、炭素繊維化してから解砕するほうが直状でない炭素繊維が得られるため好ましい。 When the fiber containing keratin is previously carbonized by firing or the like and added to the coal as carbon fiber, it is preferably carbonized in an inert gas atmosphere or a reducing gas atmosphere. Chicken feathers are bent straight or partly thick, so even if they are in a natural state without prior processing, they are not straight if baked (carbonized) at a temperature of 400 ° C or higher. A good carbon fiber can be obtained. However, in the case of wool, hair, etc., if it is baked as it is, it becomes easy to form a straight fiber. Since carbon fiber is obtained, it is preferable.
一方、ケラチンを含む繊維または、ケラチンを含む繊維から製造した炭素繊維に表面処理を施すこともできる。特段表面処理を施さなくても本発明の効果は発現するが、硫酸、硝酸等で酸処理すると繊維を構成している分子内および/または分子間にさらなる架橋を形成する結果、炭化収率が増加するとともに収縮率は低くなり、繊維の添加量を削減できるため、表面処理を行ってもよい。またコールタール・石油系重質油等に繊維を浸漬して、コールタールまたは石油系重質油等を繊維の表面に付着させると、石炭との馴染みがよくなる。あるいはケラチンを含む繊維を、ピッチ・アスファルト等によって被覆してから、炭素繊維化すると、繊維径が太くなってコークス強度が増す。 On the other hand, surface treatment can also be applied to fibers containing keratin or carbon fibers produced from fibers containing keratin. Although the effect of the present invention is manifested even if no special surface treatment is applied, when the acid treatment is performed with sulfuric acid, nitric acid or the like, the carbonization yield is increased as a result of forming further crosslinks within and / or between the molecules constituting the fiber. A surface treatment may be performed since the shrinkage rate decreases and the amount of fiber added can be reduced as the number increases. In addition, when the fiber is immersed in coal tar / petroleum heavy oil or the like and coal tar or petroleum heavy oil or the like is adhered to the surface of the fiber, the familiarity with coal is improved. Alternatively, when a fiber containing keratin is coated with pitch, asphalt or the like and then converted into carbon fiber, the fiber diameter is increased and the coke strength is increased.
コークス製造用石炭(配合炭)に対する繊維の添加率は、配合炭に対する炭素繊維としての添加率が、0.03質量%以上、3質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以上、1質量%以下が特に好ましい。添加率が、0.03質量%以上であれば、コークス強度が向上し、クリアランスも従来以上となる。炭素繊維添加率が3質量%を超えるとコークス強度の向上効果が低下する傾向がある。また、コークスケーキの外観形状も炭素繊維を添加した場合のほうが、崩れずに安定する。これは、炭素繊維がコークスケーキ内を架橋するためと考えられ、このことがクリアランスの向上に貢献するものと推察される。したがって、炭素繊維としての添加率は0.03質量%以上、3質量%以下とすることが好ましい。 The addition rate of the fiber to the coal for coke production (mixed coal) is preferably 0.03% by mass or more and 3% by mass or less, and 0.1% by mass or more. 1 mass% or less is especially preferable. If the addition rate is 0.03% by mass or more, the coke strength is improved, and the clearance becomes more than conventional. If the carbon fiber addition rate exceeds 3% by mass, the effect of improving the coke strength tends to decrease. Also, the appearance of the coke cake is more stable without collapse when the carbon fiber is added. This is considered because carbon fiber bridge | crosslinks the inside of a coke cake, and it is guessed that this contributes to the improvement of clearance. Therefore, it is preferable that the addition rate as a carbon fiber shall be 0.03 mass% or more and 3 mass% or less.
一方で、ケラチンを含む繊維を炭素化しない場合、すなわち炭素繊維となっていない状態で添加する場合は、炭化収率を勘案して、添加量をきめることが好ましい。たとえば、鶏の羽根の炭化収率は10質量%内外であるので、炭素繊維として0.03質量%相当以上添加するためには、炭化前の繊維を0.3質量%以上添加することになり、0.3質量%〜30質量%程度が好ましいことになる。しかし実際には、繊維の添加量の上限は12質量%程度とすることが好ましい。これは、12質量%を超える添加量となると、分散状態が悪化するためである。結局、ケラチンを含む繊維が鳥類の羽根および/または羽毛の場合は、羽根および/または羽毛の状態での添加率は0.3質量%〜12質量%が好ましいことになる。したがって、12質量%を超えるような添加率を設定したい場合には、不活性ガス雰囲気または還元性ガス雰囲気において予備焼成を行い、羽根および/または羽毛を減量しておくことが望ましい。 On the other hand, when the fiber containing keratin is not carbonized, that is, when it is added in a state where it is not a carbon fiber, it is preferable to determine the addition amount in consideration of the carbonization yield. For example, since the carbonization yield of chicken wings is 10% by mass or more, in order to add carbon fiber equivalent to 0.03% by mass or more, the fiber before carbonization must be added by 0.3% by mass or more. Therefore, about 0.3% by mass to 30% by mass is preferable. However, in practice, the upper limit of the amount of fiber added is preferably about 12% by mass. This is because the dispersion state deteriorates when the addition amount exceeds 12% by mass. Eventually, when the fiber containing keratin is bird feathers and / or feathers, the addition rate in the state of feathers and / or feathers is preferably 0.3% by mass to 12% by mass. Therefore, when it is desired to set an addition rate exceeding 12% by mass, it is desirable to perform preliminary firing in an inert gas atmosphere or a reducing gas atmosphere to reduce the amount of feathers and / or feathers.
生物由来のケラチンを含む繊維として、鶏羽、羽毛、羊毛、獣毛、毛髪について検討した。それぞれのケラチン含有量を分析したところ、鶏羽:90質量%程度、羽毛:90質量%程度、羊毛:80質量%程度、獣毛や毛髪:80〜90質量%であった。 Chicken fibers, feathers, wool, animal hair, and hair were examined as fibers containing biologically derived keratin. When each keratin content was analyzed, it was about chicken feather: about 90 mass%, feather: about 90 mass%, wool: about 80 mass%, animal hair and hair: 80-90 mass%.
ケラチンを含有する肉鶏・採卵鶏の羽根を配合炭に添加して、室炉式のコークス炉を用いて乾留する、コークスの製造試験を行った。試験に用いたコークス製造用配合炭は、平均最大反射率1.02%、ギーセラー最高流動度196ddpm、全イナート量31.1容積%の性状のものを用いた。石炭の分析はJISM8801およびJISM8816により行なった。 A coke production test was performed, in which the feathers of meat and egg-laying hens containing keratin were added to the blended charcoal and subjected to dry distillation using a chamber furnace type coke oven. The coking coal used in the test was a coal with an average maximum reflectance of 1.02%, a Gieseler maximum fluidity of 196 ddpm, and a total inert amount of 31.1% by volume. Coal analysis was performed according to JISM8801 and JISM8816.
鶏の羽根は、不活性ガス雰囲気で500℃まで昇温して予備焼成したものを用いた(この段階で炭素繊維化していた。)。この状態の繊維の電子顕微鏡写真を図1に示す。また図2に、図1の一部を拡大した写真を示す。図1、2によれば、この繊維は直径2〜3μmであり、直状の繊維ではなく、曲率半径が1mm以下の曲がった部分を有する繊維であることがわかる。さらに、繊維中には径が一部分、他の部分の約2倍に太くなっている節状の部分が見られる。コークスの製造試験には、予備焼成後の鶏の羽根を3〜5mm前後に破砕処理したものを用いた。配合炭に対する羽根由来炭素繊維の添加率は、1質量%として、配合炭を乾留し、得られたコークスの強度とコークスの平均粒径を測定して添加効果を調べた。コークス強度はドラム強度(DI150 15)とした。DI150 15はJIS K2151の回転強度試験法により15rpm、150回転の条件で粒径15mm以上のコークスの質量割合を測定したドラム強度である。 The chicken wings were heated to 500 ° C. in an inert gas atmosphere and pre-baked (carbon fiber was formed at this stage). An electron micrograph of the fiber in this state is shown in FIG. FIG. 2 shows an enlarged photograph of a part of FIG. According to FIGS. 1 and 2, this fiber has a diameter of 2 to 3 μm and is not a straight fiber but a fiber having a bent portion with a radius of curvature of 1 mm or less. Furthermore, a part of the diameter is seen in the fiber, and a node-like part that is about twice as thick as the other part is seen. In the coke production test, pre-baked chicken wings were crushed to about 3 to 5 mm. The addition ratio of the blade-derived carbon fibers to the blended coal was 1% by mass, and the blended coal was dry-distilled. The coke strength was drum strength (DI 150 15 ). DI 150 15 is the drum strength obtained by measuring the mass ratio of coke having a particle size of 15 mm or more under the conditions of 15 rpm and 150 revolutions according to the rotational strength test method of JIS K2151.
コークスの強度(DI150 15)および平均粒径の測定結果を、鶏羽無添加で製造したコークスの測定結果と比較して、図3に示す。図3によれば、炭素繊維を添加した場合、コークスの強度が高くなっているとともに、平均粒径が大きくなっていることがわかる。また、図4には、クリアランスの測定結果を示す。クリアランスの測定は特許文献5に示された方法で行なった。図4からクリアランスが拡がっていることがわかり、コークスの強度向上、平均粒径増大およびクリアランス拡大に対して、肉鶏・採卵鶏の羽根の添加効果があることが明らかである。 The measurement results of coke strength (DI 150 15 ) and average particle size are shown in FIG. 3 in comparison with the measurement results of coke produced without addition of chicken wings. According to FIG. 3, when carbon fiber is added, it turns out that the intensity | strength of coke is high and the average particle diameter is large. FIG. 4 shows the clearance measurement results. The clearance was measured by the method disclosed in Patent Document 5. It can be seen from FIG. 4 that the clearance is widened, and it is clear that there is an effect of adding the blades of meat chicken and egg-laying chicken to the improvement of the strength of coke, the increase of the average particle diameter and the clearance clearance.
鶏の羽根を予備焼成処理を行なわずに、配合炭に対して5質量%添加した他は実施例1と同じ方法を用いてコークスを製造した。その結果、コークス強度(DI150 15)が83.5、平均粒径が40.3mm、クリアランスが13.0mmとなった。結果を、図3、4に併せて示す。 Coke was produced using the same method as in Example 1 except that 5% by mass of the chicken wings was added to the blended coal without pre-baking treatment. As a result, the coke strength (DI 150 15 ) was 83.5, the average particle size was 40.3 mm, and the clearance was 13.0 mm. The results are shown in FIGS.
実施例1に比較して炭素繊維としての添加量が少ないため(約半量に相当)、効果は実施例1の「予備焼成鶏羽1mass%添加」の場合よりも小さいが、鶏羽をそのまま、炭素化処理を行なわない繊維の状態で添加しても同様の効果が得られることが確認された。 Since the amount added as carbon fiber is small compared to Example 1 (corresponding to about half the amount), the effect is smaller than the case of “addition of 1% by mass of pre-baked chicken wings” in Example 1, but the chicken wings as they are, It was confirmed that the same effect can be obtained even if the fibers are added in a state where the carbonization treatment is not performed.
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