JPH0733511B2 - 高炉用コークスの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高炉用コークスを製造する方法に関する。更に
詳しくは室式コークス炉では高温のフリュー温度で乾留
し、炭化室内中心部のコークス温度が700〜900℃の範囲
と従来より大幅に低い温度で早期窯出しを行い、この乾
留が不足しているコークスを乾式消火設備（以下CDQと
称す）のプレチャンバー内で加熱・焼成することにより
高炉用コークスとして完成させることを特徴とする高炉
用コークスの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

高炉用コークスは、室式コークス炉で石炭を乾留して製
造されている。このコークス炉の炭化室は、高さ４〜7
m、長さ12〜18m、幅0.4〜0.55mの直方体であり、その炭
化室の両側のフリューから約100mm厚さの煉瓦壁をへだ
てて間接的に加熱される構造になっており、装入された
石炭は炭化室壁側から徐々に中心部に向かって乾留され
る。この乾留されたコークスは、従来高炉用としての強
度確保および炭化室からのコークスケーキの排出安定化
のため、炭化室中心部のコークス温度が1000℃以上に到
達してから炭化室より押し出されてきた。フリュー温度
は通常1000℃以上に保持され、石炭が装入されてからコ
ークスになって押し出されるまでの乾留所要時間は16〜
29時間であり、この乾留所要時間は主に炭化室の幅とフ
リュー温度によって決まる。乾留末期になると炭化室内
のコークスとフリューの温度差が縮小してくることによ
り、フリューからコークスへの熱移動速度が遅くなるた
め、単位温度当たりの加熱所要時間が延長して設備生産
性と熱効率が悪化する。

炭化室中心部のコークス温度がまだ低い段階でコークス
を炭化室から押し出すと、効率の悪い乾留末期の乾留時
間は短縮可能であるが、低温で窯出しされたコークスは
まだ強度が十分でないために輸送過程や高炉内での粉化
が増大することから、実施されている例はない。これは
主として窯出し後にコークス品質を改善できる加熱・焼
成手段が存在しなかったためである。従来公知の文献と
しては、鉄と鋼Vol 73（1987）12,S791には石炭の乾留
過程での物理化学的な性状は、800℃近傍に変曲点があ
り、800℃以上に加熱されて初めて、熱間性状の支配因
子とされる黒鉛化度Lcが増大を初めることが開示されて
いる。また、材料とプロセスVol 1（1988）,1004には、
炭化室中心部近傍のコークス温度が670℃〜1100℃で乾
留を終了し、冷却したものは、最終乾留温度が低いほど
コークスの物理化学的性状は悪化し、コークス塊内の性
状差は拡大するが、1100℃までのN₂ガス雰囲気下での再
加熱により、いずれのコークスも1100℃の最終温度まで
乾留されたコークスとほぼ同じ物理化学的性状に回復
し、コークス塊内の性状も均質化することが示されてい
る。これらの公知文献は、コークスを炭化室中心部の温
度が670〜1100℃で乾留を終了させたものを、仮に高炉
（溶鉱炉）に装入したと考えた時、高炉シャフト部で後
加熱され、結局強度を必要とする高炉下部に到達するま
でに、コークス性状が回復均質化されるのではないかと
いう希望的目的をもって（実際には、低温コークス窯出
しの困難性、冷却によるコークス劣化、途中のハンドリ
ングの困難性、高炉技術者の反対等で実現していない
が）、乾留過程におけるコークス性状の変化を基礎的に
検討することを目的にしており、1100℃迄の再加熱も高
炉シャフト部を想定したN₂ガス雰囲気で行っておりコー
クス窯出温度を低下するための乾留方法に関する記載は
全くなされていない。また、乾留温度の低いコークスは
まだ強度が十分に発現されていないため、冷却時の熱応
力によって微細な亀裂が発生し、再加熱による強度回復
に悪影響を及ぼすことから一旦冷却してからの再加熱は
好ましくない。

さらに、特開昭61−103987号公報には、石炭を100〜400
℃に気流乾燥予熱し、次いで間接加熱竪型連続乾留炉に
装入して800〜900℃まで乾留し、引き続いて1000〜1200
℃まで加熱ガスにより直接加熱焼成する高炉用コークス
の連続製造方法が開示されている。この方法は現状の室
式コークス炉を使用しないことを意図しており、石炭の
400〜500℃間の加熱膨張により連続的な降下が困難と考
えられる連続乾留整備を新たに開発しなくてはならない
ため、現実的な方法には成りえない。

室式コークス炉から1000℃以上の温度で押し出されたコ
ークスの消火は、従来の撒水による湿式消火法に代わっ
て、近年は赤熱コークスの持つ顕熱を蒸気として回収・
利用するため、コークス乾式消火設備（CDQ）による乾
式消火法が普及している。このCDQはコークスの消火と
蒸気回収を目的としているので、蒸気回収量を増加させ
たり、変動を少なくさせるために、CDQ内に空気を吹き
込みコークスの一部を燃焼させることは開示されてい
る。（例：特開昭61−37893号公報）。この公報では発
生ガスも皆無ではないという意味で、可燃性ガスという
表現もあるが、本来、コークス炉で、コークス化を完成
させて窯出ししたコークスであるから、可燃性ガスは微
々たるもので、コークスの一部を燃焼させているのが発
生熱量の大部分である。そしてこのコークスの一部燃焼
は蒸気回収量増加や変動を少なくすることが目的でCDQ
内でコークスの性状改善を目的とした加熱焼成は行われ
ておらず、またこのような提案も見当たらない。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来、窯出しされる直前の炭化室内のコークスは中心部
温度で1000℃以上に焼成されている。このため、フリュ
ー温度1000℃から1300℃において、コークス製造に要す
る乾留時間は、16時間から29時間に達し、石炭1kg当た
り550〜650Kcalの莫大な乾留熱量を必要とする。そし
て、コークス製造価格の大半は乾留熱量が占めていると
言っても過言ではない。

さらに、コークス工業は装置産業であり、コークス炉１
門建設するのに約２億円、100門を有する１炉団を建設
するのに約200億円の莫大な設備投資が必要とされてい
る。例えばコークス炉における乾留時間を15％短縮する
ことは、同一量のコークスを製造するのに、炭化室の数
を15％減少させ得るということである。したがって、乾
留時間の短縮は設備投資を抑制する上での重要な技術課
題である。

本発明の目的は、高炉用コークスの製造において一般に
使用されている室式コークス炉とCDQ設備を組み合わせ
て乾留プロセスを効率化し、低乾留熱量で、かつ、高生
産性を得るコークス製造技術を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

コークス炉での窯出しから高炉装入に至る過程でのハン
ドリングに耐えうる強度を有する範囲内であれば、なる
べく低温でコークスを窯出しし、高炉内の上部での再加
熱により、コークスの物理化学的な性状の回復を計れば
よいとのアイデアもある。しかし、低温で窯出しされた
ままのコークスはコークス塊内の性状差が大きく、か
つ、熱間性状のCSR指数（高温度でのCO₂反応後の強度）
が大幅に低い欠点があり、このコークスを高炉で使用し
てもらうことは至極困難であり、実施されている例はな
い。

そこで、本発明者等は、コークス炉においては早期低温
窯出しにより大幅な乾留熱量の低下および乾留時間の短
縮による設備生産性の増大を行い、悪化したコークス性
状は窯出し後の顕熱を有するままのコークスをCDQのプ
レチャンバー内で加熱・焼成を行うことにより事前に回
復させ、従来のコークス即ちコークス炉で最後まで乾留
を完了させたコークスとほぼ同じ品質（DI、CSR等）を
有するコークスを高炉へ供給する製造方法について鋭意
研究を行った結果、本発明を完成した。

すなわち、本発明は室式コークス炉のフリュー温度を11
50℃から1350℃の範囲に設定し、炭化室中心部のコーク
ス温度が700℃から900℃の範囲に到達した時点でコーク
スの窯出しを行い、次いで該コークスを乾式消火設備の
プレチャンバー内に装入し、その直後に該プレチャンバ
ー内に空気を導入し、プレチャンバー内で主にコークス
から発生するガスを燃焼させることにより、少なくとも
900℃以上の温度にコークスを加熱して焼成する、こと
を特徴とする高炉用コークスの製造方法である。

本発明のポイントは、低温での早期窯出しが可能なコー
クス炉の乾留条件、とくにフリュー温度と窯出し温度を
設定することおよびこのコークスをCDQのプレチャンバ
ー内で主にコークスから発生するガスを燃焼させること
により、従来法のようにコークス炉で高温乾留されたコ
ークスと同等の品質を有するコークスに加熱する条件を
見出すことである。

先ず、フリュー温度と窯出し温度の関係について検討し
た結果、窯出し温度が低くなるほどコークス品質は悪化
するが、フリュー温度が高いほどコークス品質の悪化の
程度は小さく、フリュー温度1150℃〜1350℃、窯出し温
度（炭化室中心部のコークス温度）700℃〜900℃の範囲
以上であれば本発明の条件を十分に満足できることを見
出した。

フリュー温度が1150℃未満では、石炭の軟化溶融温度帯
での昇温速度が遅くなってコークス基質カーボンの質が
悪くなるため、CDQプレチャンバー内で加熱・焼成を行
ってもドラム強度（DI）、熱間反応後強度（CSR）など
のコークスの品質向上が見られず好ましくない（比較例
参照）。フリュー温度の高い方は本発明では問題ない
が、1350℃は従来のコークス炉設備としての上限に近
い。

次に、窯出し温度と関連させて押出時およびCDQプレチ
ャンバーでの作業性ならびにコークスの品質向上につい
て検討した。その結果、窯出し温度700℃以上になると7
00℃未満に比べ発煙量も1/3程度になり、乾式消火ボッ
クスでの加熱（燃焼）および冷却作業も殆ど問題ないこ
とが判明した。即ち炭化室中心部の温度が700℃未満で
は窯出し時の発煙量も多く、コークスの揮発分の低減、
真比重の増大も不十分であって、かつ窯出しおよびその
後に続くハンドリングによる粉化も増大するので好まし
くない。なお、炭化室中心部の温度は、直接測定によっ
ても得られるが、その予測方法として、上昇管で測定さ
れたコークス炉ガス温度のピークが出るまでの乾留経過
時間と炭柱中心温度が所定の温度に到達するのに要する
時間の関係を予め把握しておき、熱電対を上昇管に設置
してガス温度の経時変化を測定することで、炭柱中心温
度を予測し、窯出しタイミングを決定することもでき
る。

さらに、炭柱中心800℃で窯出ししたものは窯出し時に
コークス塊内の温度差が壁側（頭部）と中心（尾部）で
200℃あったが、尾部からの発生ガス量が多く、空気で
の約30分間の燃焼により尾部の温度が頭部に比べ急激に
上昇し、尾部コークス温度も900℃以上となって頭部と
尾部間の温度差も約50℃に縮小し、塊コークス内の性状
差も従来コークスなみに均一化された。

以上の結果をもとに、本発明者等はコークス炉で高温乾
留、早期低温窯出しされたコークスを、冷却することな
くそのまま赤熱状態でCDQプレチャンバー内へ装入し、
連続的に加熱焼成させることにより、従来法と遜色のな
い品質を有する高炉用コークスの製造方法を発明した。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、
本発明の方法はこの実施例によって何等限定されるもの
ではない。

第１表に本発明の実施例、比較例および従来例を示し
た。本発明法の実施に当たっては、乾留は1/4t試験コー
クス炉を用いて行い、CDQ処理は鋼鉄製ボックスに空気
とN₂ガスを吹込めるようにしてコークスの加熱、冷却を
行った。コークス炉では炭化室中心部の温度を実測し、
目標温度に到達すると直ちに窯出しして鋼鉄製ボックス
に装入した。コークスが鋼鉄製ボックスに装入されると
直ちに空気を導入し、コークスより発生するガスを約１
時間燃焼させた。燃焼によるコークス温度の上昇はフリ
ュー温度や窯出し温度によっても若干異なるが、窯出し
温度800℃の場合で30分間で900℃以上に上昇した。そし
て、燃焼終了と同時にN₂ガスを導入し冷却した。冷却後
のコークス品質を第１表に示す。

従来例では CSR＝55.5〜57.5であるのに比べ、本発明法では CSR＝57.0〜57.5と遜色のない品質レベルのものが得ら
れることが判明した。

一方、比較例としてフリュー温度も窯出し温度も低いも
の（実験No.5）と、フリュー温度も窯出し温度も高いも
のを空気で燃焼加熱後冷却した例（実験No.6）と、フリ
ュー温度は高いが、窯出し温度が低く、空気で燃焼加熱
したが、加熱温度が900℃未満の例（実験No.7）及びフ
リュー温度は高いが、窯出し温度が低く、空気導入によ
る燃焼加熱がない例（実験No.8）を示したが、 CSRなどのコークス品質は、本発明法および従来法にべ
て、実験No.5はかなり劣っており、実験No.6は差が認め
られなかった。実験No.7、実験No.8では およびCSRの悪化が明瞭に認められた。このことによ
り、低温窯出しの場合、再加熱してもフリュー温度が低
くてはコークス品質は回復せず、また、従来なみに高温
まで焼成されたコークスを空気で燃焼加熱しても品質向
上効果はないことが判明した。また、フリュー温度が高
く、低温窯出しして、空気導入による燃焼加熱が無い場
合及び加熱温度が900℃未満の場合は およびCSRの悪化が明らかに認められた。

コークス炉から中心部のコークス温度が800〜900℃にし
か焼成されていない状態でコークスを窯出しすることに
より、コークス粉率（−15mm）が増大するのではないか
と懸念されたので、窯出し直後の赤熱コークスに約6mの
落下衝撃を与えて粉率を測定したところ、従来法が6.5
〜7.5（％）であるのに対し、本発明法では6.2〜7.5
（％）とほぼ同程度であった。これに対して、比較法の
フリュー温度も窯出し温度も従来より低いものは10.5
（％）と高くなった。また、比較法のフリュー温度も窯
出し温度も高いものは本発明法および従来法と粉率は差
がないが、これは窯出し直後のコークスの結果であり、
CDQ内で空気で燃焼・加熱させる場合には、コークスか
らのガスの発生が少ないためコークスが燃焼し、若干粉
率は増加するものと考えられる。本発明法で粉率が増加
しなかったのは、落下衝撃による破壊はコークス塊内の
亀裂や熱歪を起点とする体積破壊が主であり、本発明法
では低温窯出しのため、高温窯出しコークスに比べ、高
温焼成過程での焼締まりによるコークス塊内の亀裂の生
成、成長が少なかったためと推定される。これにより、
低温窯出しコークスの窯出しからCDQ装入過程での粉化
の懸念はないものと判断した。

以上のことにより、本発明においてはコークス炉におけ
る適正な乾留条件（炉温）および窯出し温度を設定し、
CDQのプレチャンバー内に空気を導入する方法で適正な
加熱・焼成を行うことが、技術上の重要なポイントであ
ることが判明した。

〔作用〕

従来、早期低温窯出しされたコークスを（低温窯出しす
ること自体に困難性があったこともあるが）、空気を導
入して再加熱することは、コークスの一部を燃焼させる
結果、必然的にコークスの強度低下や灰分増加など、品
質を悪化させるものと考えられて実施されなかった。し
かし、コークス塊尾部に可燃性ガスを多量に含む状態で
低温窯出ししたコークスをCDQのプレチャンバー上部空
間に空気を導入して加熱すると、可燃性ガスが優先的に
燃焼してCDQ設備での冷却工程を妨げることなく、プレ
チャンバー滞留時間内の短時間でコークスの温度を上
げ、コークス自体は殆ど燃焼せずに室炉で正規に乾留し
たコークスと同等の品質が得られることが判明した。

〔発明の効果〕

本発明は、高炉用コークスの製造において通常使われて
いる室式コークス炉とCDQ設備の機能を追求し、且つ、
コークス生成過程を詳細に究明することにより、この２
つの設備を組み合わせてこれまでには例を見ない全く新
しいコークスの乾留方法を創出したものである。すなわ
ち、従来の方法では室式コークス炉の中のみでコークス
の高温乾留をさせているのに対して、本発明は間接加熱
で効率の悪い室式コークス炉内の乾留を最小限に留め、
コークス品質上で必要な高温乾留は効率の良いCDQプレ
チャンバー内の直接加熱で行うことにした高炉用コーク
スの製造方法である。これによって、乾留熱量の大幅低
下（消費熱量約80Kcal/kg低減）、および、乾留時間の
短縮（乾留時間約15％短縮）による生産性の増大（すな
わち、同一量のコークスを製造するのに現在のコークス
炉の炭化室数の85％の炭化室数のコークス炉で足りる）
を達成した。そして、低温窯出しにより、乾留途中で押
出したにもかかわらず、従来の最後まで完全乾留した正
規の乾留コークスと同一品質のコークスが得られると共
に、コークス製造コストの大幅な低下を可能とした。消
費熱量の低減は、コークス炉の燃料の節減と共にCO₂、C
O_X、NO_Xの排出の抑制により、地球環境問題に対しても
大きな貢献を果たすものである。さらに、本発明は既存
の室式コークス炉とCDQ設備を効果的に利用することを
基本としているため、実用性が極めて高く、コークス炉
のリプレースにおける投資の抑制など、社会的にも大き
な意義を持つものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−103987（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−37893（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−85203（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−15788（ＪＰ，Ｂ２) 材料とプロセス，１〔４〕（1988）, 1004

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】室式コークス炉のフリュー温度を1150℃か
   ら1350℃の範囲に設定し、炭化室中心部のコークス温度
   が700℃から900℃の範囲に到達した時点でコークスの窯
   出しを行い、次いで該コークスを乾式消火設備のプレチ
   ャンバー内に装入し、その直後に該プレチャンバー内に
   空気を導入し、プレチャンバー内で主にコークスから発
   生するガスを燃焼させることにより、少なくとも900℃
   以上の温度にコークスを加熱して焼成することを特徴と
   する高炉用コークスの製造方法。