JPS6012389B2

JPS6012389B2 - 冶金用成型コ−クスの製造法

Info

Publication number: JPS6012389B2
Application number: JP50099909A
Authority: JP
Inventors: 捷晃奥原; 博至仲摩; 徹西
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1975-08-18
Filing date: 1975-08-18
Publication date: 1985-04-01
Also published as: JPS5223103A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は現行の室炉式コークス製造法による冶金用コー
クスの製造には不適当な石炭類を主原料として冶金用成
型コークスを製造する方法に関する。

粘縞性の少ない石炭類を主原料とし、これに、タール、
ピッチ、石油アスファルト、ベントナイト、亜硫酸塩溶
液まはその他の結合剤を添加して、ブリケット化または
べレット化によって製造した魂成炭を乾留して冶金用成
型コークスを製造する方法は一般に良く知られていると
ころである。

塊成炭を製造する工程、ことに、ブリケット化について
は工業的に完成された技術が既に存在するが、乾留工程
については加熱方式として直接加熱または間接加熱、加
熱媒体としてガス又は砂、コークスなどの固体、乾留炉
として竪型炉、回転炉およびグレートなどをいろいろと
組合わせた連続式又はバッチ式の方法が種々提案されて
いるが、また、工業的、かつ経済的に完成された技術は
ないのが現状である。現在の大型化した高炉において高
能率の操業成績を維持するためには、成型コークスは高
炉内においてガスおよび溶融物の通気および通液性を十
分に保てるに足る空隙を維持するための形状と容積が必
要であり、かつ、高炉内でのＣ０２との反応およびＱに
よる燃焼に伴う粉化に対する耐摩耗性が十分なくてはな
らない。

結合剤を添加した塊成炭を乾留してこのような目的に合
う冶金用成型コークスを製造するためには結合剤を含め
た原料の配合、原料の粒度、乾留前の塊成炭の密度、サ
イズを適当に選ぶ必要があるが、ことに、塊成炭の加熱
条件が成品々質に対しては重要である。本発明は各種の
石炭、結合剤およびこれらを混合して製造した塊成炭の
コ−クス化性と加熱条件の関連について基礎的な研究な
らびに作業研究を重ねた結果、上記品質を持つ成型コー
クスを製造するための全く新しい加熱条件を確立し乾留
方法を見出したものである。加熱によって石炭を昇温し
ていくと、石炭温度が１００℃までに脱水が行なわれｔ
軟化溶融又は粘着性を有する石炭は３００℃前後で軟化
溶融を開始し、軟化溶融状態を保持する温度城において
膨張、流動、脱タール、脱ガスおよび石炭粒子同志の結
合作用が起り、５００二０前後までに再固化して半成コ
ークスが生成する。

この再固化温度においては軟化溶融している半溶融体の
石炭が固体になるための相変化によって著しい容積の減
少が起こり、もっとも大きな収縮速度を持つ。再固化後
から１０００００までの温度城では主として脱水素反応
を伴う半成コークスの暁結反応によって徐々に収縮しな
がら強度が上昇するが、７０び０前後の温度の二次分解
のピークで二番目の収縮のピークを示す。このように、
石炭を常温から１００ぴ０まで加熱してコークス化する
過程で生ずる軟化溶融現象および収縮現象は石炭を加熱
するときの昇温スピ−ド‘こよって左右される性質のも
のであって、ことに軟化溶融時の膨張、流動現象は石炭
粒子の結合の強さを規制してコークス強度を決定する重
要な要因であり、昇温スピードが速いほど膨張や流動の
程度が大きく石炭粒子の結合が強化されるが、昇温スピ
ードが遅くなるほど膨張や流動が小さくなり、あるスピ
ード以下になると、粒子の結合ができない状態も現われ
る。又収縮速度は昇温スピードが速いほど大きくなり、
昇温スピードが遅いと逆に小さくなる。石炭の軟化溶融
現象に対しては石炭の粒度が影響し、石炭粒度が大きく
なるほど欧イＧ客敵時に粒子内の気孔のガス圧が高くな
ることによつ−と粒子の膨張や流動が大きくなり粒子の
結合が強化されるが粒度が細かくなるに従って、逆の額
向によって粒子の結合は弱くなる。結合剤はその種類に
よって加熱したときの変化は討然尊亀なるが、コールタ
ール、ピッチ、石油アスファルトなどの結合剤はそれの
軟化点以上の温度で溶融し５０び０までの温度城で分解
してガスを発生して残部が石炭の場合と同機にコークス
化し半成コークスとなり、その後の１００び０までの温
度城では石炭から主成した半成コークスと類似した挙動
を示す。これらの結合剤も昇温スピードによって分解、
コークス化の状態が変化し、昇温スピードが遠いほど分
解量が多く、コークス化する残澄が少なくなり、昇温ス
ピードが遅い場合はこの逆になる。石炭と結合剤を混合
して製造した塊成炭のコークス化性は、それぞれの単独
物質のコークス化性、ことに、塊成炭中の大部分を占め
る石炭のコ−クス化性に準拠するが、塊成炭としての独
特の性質も併せ持つことになる。

ブリケット化および（又は）べレット化によって製造す
る魂成炭は粉炭に比べると見鶏密度が非常に大きいこと
、コークス化する際に個々の魂成炭がお互に融着するこ
となく単独に成型コークスになる必要のあることおよび
冶金用コークスとして使用する場合に必要なサイズとし
て２０〜１００の上程度の大きさが必要なことがコーク
ス化するときの加熱条件と密接な関係を持っている。塊
成炭をコークス化して製造する冶金用成型コークスは目
標とする品質を維持するために、コークス化する前に塊
成炭が持っている形状をコークス化後の製品でも損うこ
となく維持し、十分な摩耗強度と濃裂強度を持つことが
先ず必要であり「これらの品質が目標値を維持するこ
とが、ＣＱとの反応や０２による燃焼に伴う熱間での粉
化性の目標値を達成する前提となる。塊成炭を加熱して
常温から１００び０まで昇塩する過程で５００ｑｏ以下
の温度域では昇温スピードを速くしすぎると塊成炭内の
ガス圧が高くなりすぎて塊成炭がふくれ割れを起してそ
の形状が保てなくなり、逆に昇温スピードをあま切こも
遅くした場合にも塊成炭全体が軟化溶融した状態になっ
てふくれ割れを起して当初の形状が保持できず最終製品
として必要な品質が保てなくなる。一方、５００℃まで
の半成コークスが生成するまでの温度域は石炭粒子の結
合反応が起り、結合の程度によって、その後１０００℃
まで加熱したときの製品の摩耗強度を決定するが、石炭
粒子の結合程度は加熱スピードによって左右され、この
場合は昇温スピ−ドは遠いほど粒子の結合が強化され、
昇温スピードが遅いほど粒子の結合は弱くなる。塊成炭
全体が再固化して半成コークスが生成する５０ぴ０まで
の温度域ではふくれ割れを防止し、かつ、石炭粒子の結
合を強化することが必要なことから、この温度域では塊
成炭の昇温スピードは上限と下限を設定してある範囲に
入るようにしなくてはならない。塊成炭は適当な大きさ
を持つ必要があるため、これを加熱した場合に、塊成炭
の表面と中心部に温度差が生ずるため塊成炭中心部の温
度を基準にとると、この温度が２００℃の場合に昇溢ス
ピードは１０〜４０℃／ｍｉｎの範囲とし、その後、塊
成炭の温度の上昇に従って中心部の昇溢スピードを遅く
させ、６００℃では１０℃′ｍｉｎ以下にコントロール
する必要がある。塊成炭中心部の温度が５００℃を越え
る温度城では塊成炭全体が再固化して半成コークスにな
るため、この温度域での昇温スピードは半成コークスの
収縮に伴う亀裂の生成や熱割れを防止する観点から決め
る必要がある。

ヒートショックにより亀裂の生成や割れの発生は半成コ
ークスの収縮速度と密接な関連を持っており、これを防
ぐためには半成コークスの表面と中心部との温度勾配を
小さくできるような昇温速度を選択しなくてはならない
。しかし、半成コークスが５００００から１０００ｏｏ
に到達する間では前述のように温度によって収縮速度が
変化し、かつ、熱伝導率も変わるため、温度によって昇
温スピードを変える必要がある。亀裂の生成や割れの発
生を防ぐには昇溢スピードをなるべく遅くすればよいが
、昇糧スピードを遅くするとそれだけ乾留時間が延長し
、設備生産性が低下してコストアップになり好ましくな
いためこのような不都合な問題が生じない限界内で昇溢
スピード‘ま遠く設定すべきで、半成コークス化した後
の塊成炭の昇温スピードには上限が存在する。半成コー
クスを１００ぴ０まで高温乾留する際の昇縞スピードの
上限は６００℃においては１０℃／ｍｉｎにし、温度の
上昇に従って徐々に昇温スピードを速くしてゆき、１０
０び０においての上限の昇温スピードを２０℃／ｍｉｎ
にすることが適当である。魂成炭を１０００℃まで高温
乾留して冶金用成型コークスを製造する場合にはその温
度に応じて上述のような昇温スピードを与える必要があ
るが、この昇温スピードは塊成炭のサイズおよびそのコ
−クス化性にも影響されるので、この２つの要因を調節
することによって上記昇温スピードの加熱により必要な
成型コークスの製造が可能である。

必要な昇温スピードを塊成炭に与えるための加熱方法と
しては加熱煤体して直接加熱の場合はガスおよび固体の
どちらも利用でき、かつ、間接加熱によっても目的を達
することが可能である。乾留炉としては整型炉、移動式
グレートおよび横型の回転キルンなどの従来から知られ
ているすべてのものを利用できるが、昇温スピードのコ
ントロールのし易さ、設備技術、設備費および操業コス
トなどから、高温ガスを加熱媒体とした竪型炉が望まし
い。図面は塊成炭の温度に対して必要な昇温スピ−ドの
関係を示したものであって、塊成炭を１００ぴ０まで加
熱する場合には図面に示した必要な昇温スピードの範囲
に入るようにしなくてはならない。

その場合の昇温速度の上限は図面から魂成炭中心部の温
度が２００℃から６００つ０においては昇温速度の上限
Ｌは塊成炭温度Ｔに対してＴ．（物ｉｎ）＝２．２６嵩
２−２５．５７（高十８２．・ｏ塊成炭中心部の温度が
６００℃においては１０℃′ｍｉｎ、塊成炭中心部の温
度が６００℃から１０００℃におし、ては昇温速度の上
限Ｔ３は塊成炭温度Ｔに対してＬ（℃／ｍｉｎ）＝０．
６４（可兎）−７．７２（可厄）十３３。

２８である。

一方昇温速度の下限は図面から塊成炭中心部の温度が２
００℃から６０ぴ０においては昇温速度の下限Ｌは塊成
炭温度Ｔに対してｔ（℃′ｍｉｎ）＝〇．５３息２−６
‐７７３点十２１‐４３塊成炭中心部の温度が６０００
０、及び６００ｑＣから１０００℃においては昇温速度
の下限は０℃Ｊｍｉｎである。

図面で２００００以下の範囲をとくに規制しないのは常
温から２００ｑｏの範囲においては塊成炭の昇温スピー
ドがそのコークス化性と直接関係しないからである。以
下に本発明による実施例を示す。

加熱装置は塊成炭を充填したシャフト炉へ任意の温度量
の燃焼ガスを吹き込んで塊成炭を任意の温度において任
意の昇温スピードで加熱できるものである。製品の品質
はＪＩＳＫ２１５１に規制されているドラム試験方法の
１５０回転テストによって１５ｍ／の指数（以後ＤＩ王
室ｏ指数とする）および２５の′の指数（以後Ｄ聡ｏ指
数とする）を測定した。ＤＩまきｏ指数は成型コークス
の摩耗強度を表わす指数であり、０１ききｏは成型コー
クスの濃裂強度を表わす指数で、両指数とも高いほどよ
いが、ことにＤＩまきｏ指数は８２％以上で両指数の差
は１０％以下が好ましい。実施例１非粘結炭を主原料
としてコークス化性を適当に調製した粉炭に結合剤とし
てピッチを８％添加してブリケット化によって製造した
８０地の塊成炭を図面に示した昇温スピードの上限、中
間および下限の３つの加熱パターンのケースで１０００
ｏｏまで乾留したときの原型歩留およびコークス強度は
下記の通りであった。

１５０１５０昇塩スピード原型歩蟹協Ｄ１，５鰍Ｄ１２５‘協上限
１００８６．１７７．３中限
１００８４．７７９．６下限１００
８３．１７９．５実施例２非粘結炭を主
原料としてコークス化性を適当に調製した粉炭に結合剤
としてピッチを８％添加してブリケット化によって製造
して３０塊の塊成炭を図面に示した昇温スピードの上限
、中間および下限の３つの加熱パターンのケースで１０
００ｑｏまで乾留したときの原型歩留およびコークス強
度は下記の通りであった。

昇スピ−濠柴留霧Ｄ１１章ｇ燐△Ｄ１きき。

鰍上限１００８５．７７６．９中限
１００８４．２７８．３下限
１００８２．８７８．５参考例１
実施例１で使用した塊成炭を５００℃までは図面に示し
た必要な昇温スピードの範囲で上限に近い昇温スピード
で加熱し、５００ｑ○以上ではこの上限を越えた昇温ス
ピードで加熱したときの成型コ−クスの強度はＤＩ主賓
ｏ指数は８４．７％であったがＤ嬢。

指数は６９．３％になり濃裂強度が不十分なものになつ
た。参考例２実施例１で使用した塊成炭を５００℃までは図面に示し
た昇温スピードの上限を越えて加熱し、５００午０以上
では必要な昇温スピードの範囲を保って加熱した場合の
成型コークスはＤＩ王室ｏ指数は８３．０％になったが
、塊成炭のふくれにより成型コークスは変形し、原型歩
蟹りは低下した。

参考例３実施例１で使用した塊成炭を５００℃までは図面に示し
た必要な昇温スピードの下限を下廻る昇温スピードで加
熱し、５００ｏｏ以上では必要な昇温スピードを保って
加熱したときの成型コークスの強度はＤＩ王室ｏ指数７
４．３％、Ｄ嬢ｏ指数７３．９％になり、摩耗強度の低
い成型コークスしか得られなかつた。

以上説明した如く、非粘結炭を主原料とした塊成炭をコ
ークス化して必要な品質を維持する冶金用成型コークス
を製造する場合には、塊成炭の温度に応じてその昇温ス
ピードをコントロールする必要があり、本発明は石炭の
加熱特性および塊成炭の加熱特性に関する基礎研究なら
びに成型コ−クス製造の作業研究を系統的に実施して「
この点を明確にし、全く新しく塊成炭の乾留法の基本
条件を明らかにしたものである。

この発明によって塊成炭の乾留法、乾留設備の設計が容
易に可能で、成型コークスの製造法においてこれまで困
難とされている経済的かつ工業的な乾留方式の実用化に
対して多大の貢献をするものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明における乾留時の適正昇温スピードの説明
図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１粘結性の少ない石炭を主成分とし、結合剤を添加し
て製造した塊成炭を乾留して冶金用成型コークスを製造
する場合に、塊成炭中心部の温度が２００℃から６００
℃に上昇する間の塊成炭中心部の昇温スピードを２００
℃において１０〜４０℃／ｍｉｎとし、塊成炭温度Ｔに
対する上限スピードをＴ＿１（℃／ｍｉｎ）＝２．２６
（Ｔ／（１００））＾２−２５．５７（Ｔ／（１００）
）＋８２．１０下限スピードをＴ＿２（℃／ｍｉｎ）＝
０．５３（Ｔ／（１００））＾２−６．７７３（Ｔ／（
１００））＋２１．４３とした領域内で温度の上昇に従
って漸次減少させて、６００℃において０〜１０℃／ｍ
ｉｎに加熱し、塊成炭中心部の温度が６００℃から１０
００℃まで上昇する間の塊成炭中心部の昇温スピードを
塊成炭温度Ｔに対する上限スピードをＴ＿３（℃／ｍｉ
ｎ）＝０．６４（Ｔ／（１００））＾２‐７．７２（Ｔ
／（１００））＋３３．２８下限スピードを０℃／ｍｉ
ｎとした領域内で漸次増加させて１０００℃における昇
温スピードを最高で２０℃／ｍｉｎとなるように加熱す
ることを特徴とする冶金用成型コークスの製造法。