JP4714518B2

JP4714518B2 - 成型炭の製造方法

Info

Publication number: JP4714518B2
Application number: JP2005207977A
Authority: JP
Inventors: 祥充塚崎; 顕高橋; 健輔山内
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2025-07-19
Also published as: JP2007023170A

Description

本発明は、冶金用コークスを製造するに際して、コークス炉に装入するための成型炭の製造方法に関する。

コークス製造用原料炭を事前に乾燥加熱してコークス炉に装入することにより、乾留時間の短縮や装入密度の向上を図ることができ、これにより、コークス品質の改善が可能とされている。

このような方法として、例えば特許文献１に記載された技術のように、コークス炉装入炭を２５０℃以上、３５０℃以下に加熱後分級し、粒径が０．３ｍｍ以下の微粉炭を３５０℃以上、４５０℃以下に加熱して加圧成型し、微粉炭を軟化溶融させて成型する方法がある。

特開平０９−１３０４２号公報

特許文献１に記載された技術においては、３５０℃〜４５０℃における粘結炭の溶融で成型し、バインダーが添加されていないため、成型炭強度が弱い。このため、コークス炉に装入するまでに、成型炭が崩壊し微粉炭が再発生する。この微粉炭が装入されると、微粉炭は石炭から急激に発生する熱分解ガスの流れに随伴して炭化室内を上昇した後、ガス精製工程へ導入される。

コークス炉に装入されたこの微粉炭は高温の炭化室内壁表面でカーボン化し、厚いカーボン層を生成することによりコークス炉の押出作業を困難とする。また、ガス精製工程に導入された熱分解ガスからタールを分離するが、そのタール中へ微粉炭が混入することによりタール純度を低下させるため、コークス製造工程に悪影響を与えるという問題があった。

本発明はこのような問題を解決するために提案されたもので、タール中への微粉炭の混入を防止して、高強度の成型炭を製造することを目的とする。

本発明の成型炭の製造方法は、前記課題を解決するためになされたものであり、第１の手段として、加熱した微粉炭にバインダーを添加し混練した後、加圧成型して成型炭を製造する方法において、微粉炭とバインダーの混練後の粒度分布が６００μｍ以上：３５mass％〜５０mass％、且つ、７５μｍ以下：５mass％〜１５mass％としたことを特徴とするものである。

また、第２の手段として、バインダーを添加する前の微粉炭の温度を、１３５℃〜１７０℃としたことを特徴とするものである。

また、第３の手段として、前記した粒度分布を作り込むため、前記加熱した微粉炭と前記バインダーとの混練時間を１〜２分としたことを特徴とするものである。

本発明の成型炭の製造方法によれば、成型炭の強度を向上してコークス炉までの搬送工程で成型炭が崩壊して粉化することを抑制することが可能となるので、コークス炉炭化室内壁表面でのカーボン層生成を抑制しコークス押出負荷を低減することができる。
また、ガス精製工程におけるタール純度の低下を防止できる等、この分野における効果は大きい。

本発明者は、コークス製造工程に影響を与えない十分な強度を有する成型炭を製造する方法について、図１に示す成型炭製造設備で製造した成型炭を用いて調査検討した。
この成型炭製造設備は、窒素雰囲気で、０．７ｍｍ以下の微分炭を１５０℃に過熱する加熱機１と、この加熱した微粉炭に流動性を有するコークス製造過程から副生するタールから抽出されるバインダーを添加して混練するパドル羽根を１６枚有するパドルミキサー２と、この混練物を平行に設けたロールにより加圧（線圧４５ｋＰａ）して成型炭を製造するダブルロール式成型機３を有している。

なお、前記バインダーとしては、タール軽油、カルボル油、ナフタリン油、洗浄油等のように、低沸点油が１０mass％、クレオソート油、ピレン等の軽質油と前記低沸点油の合計が２０mass％、ピッチが６５mass％、スラッジが５mass％を含有するものを用いた。

この成型炭製造設備を用いて、パドルミキサー２における混練時間を変えて粒度分布が種々異なる混練物とし、この混練物をダブルロール式成型機で加圧成型して成型炭を製造し、製造した成型炭を強度測定機に装入して、その強度を測定した。この強度測定結果を図２（ａ）、（ｂ）に示す。

なお、前記強度測定は、直径１２５ｍｍで長さ７００ｍｍの円筒形の回転体を水平に設置した測定機を使用した。そして、この回転体内に成型炭を装入するとともに、１５０℃に加熱した窒素を導入しつつ、回転速度２０ｒｐｍで３分間回転させて試験を行った後、取出して１ｍｍ以上の割合を測定した。

図２（ａ）から明らかなように、粒径６００μｍ以上の混練物が３５mass％未満になると成型炭の強度が急激に低下し、同じく６００μｍ以上の混練物がが５０mass％超になると強度が急激に低下する。このことから、本発明の成型炭の製造方法では、粒径６００μｍ以上の混練物を３５mass％〜５０mass％とした。

また、図２（ｂ）から明らかなように、粒径７５μｍ以下の混練物が５％未満となると、成型炭の強度が急激に低下し、同じく１５％超になると強度が急激に低下する。このことから、本発明の成型炭の製造方法では、粒径７５μｍ以下の混練物を５％〜１５％とした。

例えば、ダブルロール式成型機で加圧成型して成型炭を製造した際、加圧成型前の微粉炭の嵩密度は０．６ｔ／ｍ³程度で、加圧成型後の成型炭の嵩密度は１．０ｔ／ｍ³程度となり、ある程度の脱気が可能である。

しかし、微粉炭の含有気体が多く、嵩密度が低い場合、加圧成型しても十分に気体が脱気されずに成型炭中に気体が残存する。この結果、ダブルロール式成型機での加圧が取り除かれた際に、その気体が膨張するため、成型炭表面に亀裂が生じて成型炭の強度が弱くなる。

このことから、粒径６００μｍ以上および７５μｍ以下の混練物の割合が、本発明の範囲内であれば、混練物の嵩密度が高くなって成型機で加圧成型した際に、成型炭内に残存する気体の圧力が低く、該成型炭の膨張が少なくなって亀裂の発生に至らないものと推定される。

つまり、粒径６００μｍ以上の混練物が５０mass％超になると、６００ｍｍ以上の擬似粒子で形成する大きな空隙に入り込む微粉が少なく、大きな空隙が埋まらなくなって嵩密度が急激に低下し、一方、３５mass％未満になるとこの粒径以下の擬似粒子が多くなって、小さい空隙が多量に発生して嵩密度が低下することによって、成型炭に亀裂が発生し、強度が弱いものと推定される。

また、粒径７５μｍ以下の混練物が５mass％未満になると、これ以上の擬似粒子間で形成した空隙に入り込む微粉が少なく、前記と同様に嵩密度が低下する。また、７５μｍ以下の混練物が１５mass％超になると、微粉過多となり前記と同様に嵩密度が低下することによって、成型炭に亀裂が発生し、強度が弱くなるものと推定される。

また、コークスの生産性を向上させるためには、微粉炭を高温まで加熱して成型するのが好ましい。この微粉炭にはバインダーを添加するが、このバインダーは高温に成る程、高価なバインダーが必要となる。

このため、本発明者は安価で、かつ、出来る限り高温の状態で成型可能なバインダーを調査した結果、特開２００４−１４９６４７号公報で提案されている様に、コークス製造過程から副生するタールから抽出されるバインダーが好ましいことが判明した。

なお、このバインダーの組成は、タール軽油、カルボル油、ナフタリン油、洗浄油等の低沸点油が１０mass％以下、クレオソート油、ピレン等の軽質油と前記低沸点油の合計が１５〜２５mass％、ピッチが６５〜８０mass％、スラッジが５〜１０mass％の範囲が好ましい。

このバインダーを用いると、微粉炭の温度が１７０℃超では、該バインダーの粘性が、水以下（１×１０^-3Pa・s程度以下）となる。このため粘結力も小さくなり、過度に混練すると、生成した擬似粒子が崩壊し混練物粒度が本発明の粒度分布範囲内になりにくい。また、１３５℃未満では、コークスの生産性を充分に向上させることができず好ましくない。
このことから、本発明の成型炭の製造方法では、微粉炭の温度を１３５〜１７０℃としている。

さらに、本発明者は、混練物の粒度分布を前記の範囲にするために、前記パドルミキサーによる混練時間について調査した。
その結果、微粉炭温度が１３５℃〜１７０℃のバインダーの粘性は水程度（１×１０^-3Pa・s程度）のため、過度に混練すると生成した擬似粒子が崩壊しやすい。そこで、混練時間を種々変えて、その際における混練物である擬似粒子の粒径を測定した。その結果を図３（ａ）、（ｂ）に示す。
なお、擬似粒子を測定する測定装置は、篩目が６００μｍ、３００μｍ、７５μｍの多段式の振動篩を使用した。

図３（ａ）、（ｂ）に示す様に、混練時間が１分未満の場合、十分な擬似粒子が生成されず、６００μｍ以上の混練物が３５mass％以上とならない。また、同時に粉が多量に残存するため７５μｍ以下の混練物が１５mass％以下とならない。また、混練時間が２分超の場合、擬似粒子が崩壊するため６００μｎ以上の混練物が５０mass％以下とならず、７５μｍ以下の混練物が１５mass％以下とならない。

その結果、混練前の温度が１３５℃〜１７０℃の微粉炭を混練して、６００μｍ以上の混練物が３５mass％〜５０mass％、且つ、７５μｍ以下の混練物が５mass％〜１５mass％の粒度分布を得るためには、バインダー混練時間１〜２分とすることが好ましい。

本実施形態では、パドルミキサーを用いて混練を行ったが、これに限ることなく、例えば、ピンミキサーやミックスマラーの様な混練機を用いて混練を行ってもよい。

本発明の実施例および比較例を表１を参照して説明する。
本発明の実施例および比較例は、ともに、粒度が０．７ｍｍ以下の微粉炭に、１５０℃に加熱をしたタール軽油、カルボル油、ナフタリン油、洗浄油等の低沸点油が１０mass％、クレオソート油、ピレン等の軽質油と前記低沸点油の合計が２０mass％、ピッチが６５mass％、スラッジが５mass％を含有するバインダーを微粉炭に対して７mass％添加しつつ、１６枚のパドル羽根を有するパドルミキサーで混練した。そして、その後、この混練物をダブルロール式成型機にて、４５ｋＰａの加圧により成型炭を製造したものである。

実施例１〜３は、表１に示すように、微粉炭温度、混練時間、混練物の粒度が、上述した本発明の範囲内であるので、良好な成型炭の強度を得ることができた。

また、実施例４は、バインダーを添加する前の微粉炭の温度が、本発明の好ましい範囲の上限を外れたので、実施例１〜３に比較して成型炭の強度が若干低下した。

これに対し、比較例１はパドルミキサーでの混練時間が長く、比較例２は混練時間が短いので、６００μｍ以上の粒度を有する混練物が本発明の下限を外れ、かつ、７５μｍ以下の混練物も本発明の上限を外れたため、成型炭の強度が低かった。

本発明の成型炭の製造方法における石炭加熱プロセスフロー図である。本発明の成型炭の製造方法を用いて得られた、６００μｍ（％）以上の混練物と成型炭強度との関係を示す説明図（ａ）、および７５μｍ（％）以下の混練物と成型炭強度との関係を示す説明図（ｂ）である。本発明の成型炭の製造方法における混練時間と混練物の粒度分布との関係を示す説明図である。

符号の説明

１加熱機
２パドルミキサー
３ダブルロール式成型機

Claims

加熱した微粉炭にバインダーを添加し混練した後、加圧成型して成型炭を製造する方法において、微粉炭とバインダーの混練後の粒度分布が６００μｍ以上：３５mass％〜５０mass％、且つ、７５μｍ以下：５mass％〜１５mass％としたことを特徴とする成型炭の製造方法。
前記バインダーを添加する前の微粉炭の温度は、１３５℃〜１７０℃であることを特徴とする請求項１に記載の成型炭の製造方法。
前記加熱した微粉炭と前記バインダーとの混練時間は、１〜２分であることを特徴とする請求項２に記載の成型炭の製造方法。