JPH11116968A

JPH11116968A - コークス製造用石炭の評価および配合方法

Info

Publication number: JPH11116968A
Application number: JP28230097A
Authority: JP
Inventors: Masakatsu Nomura; 正勝野村; Tsukasa Chikada; 司近田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-10-15
Filing date: 1997-10-15
Publication date: 1999-04-27
Anticipated expiration: 2017-10-15
Also published as: JP3384300B2

Abstract

(57)【要約】【課題】コークス原料としての石炭の評価を正確に行う
方法、およびその評価に基づいて望ましい原料炭の配合
を行う方法の提供。【解決手段】各石炭の移行性水素（ＤＨ）量を測定す
るか、または熱重量減少曲線を時間微分して重量減少速
度曲線に変換し、ここで得られる速度の最大値を全重量
減少量で除した値（Ｒmax）を計算し、これらの値から
石炭の品質を評価する。複数種類の石炭を配合した原
料炭からコークスを製造する際の原料炭の配合におい
て、上記のＤＨまたはＲmaxの加重平均値に基づいて石
炭の配合を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コークス製造用石
炭の評価方法および複数の石炭を配合した原料炭からコ
ークスを製造する際の配合方法に関する。この方法で
は、従来の石炭評価指標とは異なる新たな指標を用い
て、個々の石炭、または配合した原料炭の評価を行い、
所望の特性を持つコークスを確実に製造することを可能
にする。

【０００２】

【従来の技術】高炉用コークスを製造する室炉式コーク
ス炉は、石炭を乾留するための炭化室と炭化室に熱を供
給するための燃焼室とが交互にサンドイッチ状に配列さ
れている。この炭化室の大きさは、たとえば高さが６〜
７ｍ、長さが15〜17ｍ、幅が0.45ｍである。このような
コークス炉に、たとえば20〜40トンの原料炭が一度に炭
化室に装入され、約1000℃に約24時間加熱され、乾留さ
れたコークスが炉から排出される。排出された赤熱コー
クスは、散水による湿式冷却、または不活性ガスによる
乾式冷却により消火、冷却される。

【０００３】コークスは、このようにして乾留によって
製造されるが、石炭からコークスに転化する過程は非常
に複雑である。

【０００４】製鉄用の高炉で使用するような高強度のコ
ークスを得ることができる石炭は、その昇温過程におい
て一度軟化溶融現象を呈する。石炭の種類によって多少
の違いはあるものの、400℃近傍からこの現象が生起
し、450℃前後で最高潮に達し、ほぼ500℃までには終了
し、再固化してセミコークス化する。このセミコークス
は、その後の昇温過程で脱水素を伴う収縮、分子構造再
配列反応などを経て、緻密な炭素骨格構造を有する高強
度コークスに変化していくのである。

【０００５】このようなコークスの製造において、コー
クス炉へ装入される原料炭は、通常10種類以上の石炭の
混合物である。このように多種類の石炭が用いられるの
は、主に次の理由による。

【０００６】(1)国内の使用量が年間５千万トン以上と
膨大であり、入手の危険分散を含めて多くの地域（炭
鉱）から供給を受けることが必要なこと、(2)より高品
質のコークスを、より安価に得るための最適配合が指向
されること、(3)煉瓦作りのコークス炉体に過大な負荷
がかからないように配慮されること。

【０００７】このように多種類の石炭が使用される高炉
用のコークスの製造では、原料炭の配合の最適化が、従
来から経験的に実施されている。そして、この場合に使
用される指数は、そのほとんどが石炭の平均反射率（Ｒ
o）とギーセラープラストメータによって測定される最
高流動度（ＭF）である。ところが、これらの指数は、
その測定精度が必ずしも高くない。従って、これらの指
標によって管理されるコークス品質にはバラツキが生じ
る。

【０００８】上記の問題を解決すべく、たとえば、特開
平2-20592号公報、同2-97410号公報に開示されるような
数多くの改善が試みられている。

【０００９】特開平2-20592号公報には、各石炭の流動
曲線に基づき、これを数式化し、流動開始温度から固化
温度までの間の一定温度ごとの流動度の対数を求め、流
動度の対数値を加重平均して求めた流動度の最大値を原
料炭の最高流動度と推定する方法、が開示されている。

【００１０】また、特開平2-97410号公報には、原料炭
の性状として、平均反射率、平均反射率のバラツキ、ギ
ーセラー流動度、および灰分中の鉄成分または塩基性成
分の触媒効果指標を用いて、生産されるコークスの熱反
応後の強度を推定し、必要とする熱反応後の強度に見合
うように配合してコークス化を行うコークスの製造方
法、が開示されている。

【００１１】上記のような多大な努力にも拘わらず、抜
本的な改善には至っていないのが現状である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】コークス炉へ装入する
原料炭は、前述したように通常10種類以上の石炭の混合
物が用いられる。この多種類の石炭の配合管理は、従来
から石炭の平均反射率（Ｒo）と最高流動度（ＭF）また
はその対数（logＭF）とを主に用いてなされている。

【００１３】石炭の流動性の指数として使用される最高
流動度（ＭF）は、ギーセラープラストメータによって
測定される軟化溶融状態下での最高流動度（単位＝ddp
m）である。たとえばlogＭFとして２〜３程度が好適で
あるといわれている。しかしながら、この指数は、元来
石炭のコークス化機構の本質を表すものではなく、いわ
ば経験的な相関の指標として採用されているものであ
る。これを基にコークスの品質を推定する場合には、基
本的にある程度のバラツキを含むことを前提とせざるを
得ない。

【００１４】実操業における石炭配合の際には、個々の
石炭を配合した後の原料炭の最高流動度（ＭF）を実測
によって求めるのではなく、これを計算によって算出で
きることが望ましい。このため、従来は各石炭の実測値
を原料炭への配合割合に応じて加重平均したものを用い
てきている。しかしながら、この方法によって算出され
る配合後の原料炭の最高流動度（ＭF）は、実測値と一
致しないことが多い。これは上記のように、個々の石炭
のＭFの測定値が不正確であることとともに、配合した
多数の石炭の相互作用が影響して加重平均では実体を表
さないものと考えられる。

【００１５】さらに、近年コークス製造に係わる種々の
設備あるいは操業などの改善、革新が進み、従来コーク
ス製造用には不適であった非粘結炭および微粘結炭（以
下、合わせて「非粘結炭」という）が多量に配合される
ようになってきた。これらの非粘結石炭は、従来から使
用されている粘結炭に比較して非常に価格が安く、現在
では粘結炭に替えて少しでも多くの非粘結炭を使用する
ことが、コークス製造の経済性を向上させる大きな要因
になっている。

【００１６】上記の非粘結炭とは、一般には最高流動度
の対数値（logＭF）が１以下のものと定義されている。
そして、その中にはギーセラープラストメータが全く回
転しない（即ち、ＭFが測定できない）という石炭種も
相当数ある。したがって、このような石炭種の評価に最
高流動度（ＭF）を用いることは、ほとんど意味がない
ことになる。

【００１７】コークス製造用の石炭の配合において使用
する指数としては、(1)コークス品質を精度良く推定で
きるものであること、(2)非粘炭を含む広範囲の石炭に
有効であること、(3)個々の石炭の性状から配合炭の性
状を推定できること、が肝要である。本発明の目的は、
これらの条件を満たす新しい指標を用いて、個々の石炭
の評価を行う方法、およびその方法を利用して理想的な
コークス製造用の石炭配合を行う方法を提供することに
ある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、コークス製
造用の石炭について種々検討を行い、移行性水素量と特
定域の熱重量減少速度を用いることにより、非粘結炭か
ら粘結炭までの広範囲の石炭について、コークス用原料
炭としての適否を精度良く推定できることを確認し、本
発明を完成した。

【００１９】石炭の移行性水素（ＤＨ）量を測定
し、その測定値から製品コークスの品質を推定すること
を特徴とするコークス製造用石炭の評価方法。

【００２０】複数種類の石炭を配合した原料炭から
コークスを製造する際の原料炭の配合方法であって、各
石炭の移行性水素（ＤＨ）量を求め、その加重平均値に
基づいて原料炭の配合を決定することを特徴とするコー
クス製造用原料炭の配合方法。

【００２１】石炭の熱重量減少曲線を時間微分して
重量減少速度曲線に変換し、ここで得られる速度の最大
値を全重量減少量で除した値（Ｒmax）を計算し、この
Ｒmax値から製品コークスの品質を推定することを特徴
とするコークス製造用石炭の評価方法。

【００２２】複数種類の石炭を配合した原料炭から
コークスを製造する際の原料炭の配合方法であって、各
石炭の熱重量減少曲線を時間微分して重量減少速度曲線
に変換し、ここで得られる速度の最大値を全重量減少量
で除した値（Ｒmax）を計算し、このＲmax値の加重平均
値に基づいて原料炭の配合を決定することを特徴とする
コークス製造用原料炭の配合方法。

【００２３】上記は、石炭の移行性水素（ＤＨ）量と重
量減少速度の最大値を全重量減少量で除した値（Ｒma
x）を単独で使用するものであるが、それらを共に使用
すればさらに推定精度が向上する。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明方法では、原料炭の配合設
計において常用されているギーセラープラストメータ測
定値に代えて、石炭の流動性に関する新たな指数を採用
する。

【００２５】本発明のおよびの方法は、石炭中の移
行性水素（ＤＨ）量を指数とするものである。

【００２６】移行性水素（ＤＨ）とは、ある反応条件下
で物質Ａ（水素供与性物質）から物質Ｂ（水素受容性物
質）に移行する水素を指す。この反応の特徴は水素を供
与した物質A'また受容した物質B'が共に反応後も安定し
て存在していることである。

【００２７】石炭の乾留過程においては昇温と共に石炭
分子の結合のある部分が切れて、ラジカルが生成する。
一般的な熱分解反応ではこれが核となって激しいラジカ
ル連鎖反応が生起するのであるが、水素供与性物質が存
在する系では移行性水素（ＤＨ）が結合の切断部分に付
加され、その後の連鎖反応の進行を阻止して系の安定性
が保持されることになる。したがって、移行性水素（Ｄ
Ｈ）を多く保有する石炭では、400℃以上で加速する熱
分解反応によって生成する不安定な物質（水素受容性物
質）に水素を供与できるため、高温であるにも拘わらず
軟化溶融状態を安定的に維持できるものと考えられる。

【００２８】移行性水素（ＤＨ）の定量には種々の方法
が採用できる。たとえば、石炭と水素受容物質（アント
ラセン、ナフタセン、アクリジン、ピレンなど）とを封
管中で熱処理し、受容物質の水素化物を測定して定量す
る方法、ＮＭＲ（核磁気共鳴装置）で形態別炭素（水
素）分布を解析し、これから活性水素量を求める方法、
あるいは石炭の元素分析値に基づく方法などが具体的方
法として挙げられる。

【００２９】本発明の第２の方法は、熱天秤分析をベー
スとしたＲmax値を指数とするものである。

【００３０】このＲmax値とは、熱天秤で測定される熱
重量減少曲線をまず時間微分して重量減少速度曲線に変
換し、ここで得られる速度の最大値を全重量減少量で除
した値である。

【００３１】石炭の軟化溶融現象は、石炭がコークスに
転化する過程において決定的な役割を担っている。この
現象の詳細なメカニズムは不明であるが、400〜500℃程
度の間では、芳香族積層構造を主体とする高分子の骨格
部分と、これの流動を助長するための比較的低分子の物
質とからなると考えられている。良質（高強度）のコー
クスを製造するためには、骨格部分の構造が重要である
ことは勿論であるが、骨格部分の再配列を促進する低分
子物質の存在も非常に重要である。したがって、低分子
物質がどれだけ安定して軟化溶融状態下に存在している
かが大きな鍵となる。

【００３２】そこで、本発明者らは、ここで機能する低
分子物質の定量について種々検討を行った。Ｒmax値
は、熱重量減少最高速度を全減少量で除した値であるか
ら、ある期間にいかに多くの割合の低分子成分が揮発し
たかを示す数値である。言い換えれば揮発直前までの間
に、いかに多くの低分子物質が石炭中に存在したかを示
していることにもなる。そして、このＲmax値となる温
度は、ギーセラープラストメータで測定される最高流動
温度と固化温度とのほぼ中間あたりにあり、さらに、す
べての石炭種について同様の傾向があることを確認し
た。

【００３３】後述する実施例に示すように、このＲmax
値の高い石炭ほど良好なコークスに転化していることか
ら、Ｒmax値で表される揮発成分が軟化溶融過程での流
動性に深く係わっているものと考えられる。

【００３４】本発明の方法によれば、石炭の分子レベル
の性状に基づいた石炭の品質評価が可能になる。しか
も、複数の石炭を配合した後の原料炭の評価が、個々の
石炭のＤＨ値またはＲmax値の加重平均値で評価でき
る。従って、配合原料炭についてはＤＨ値またはＲmax
値を実測しなくても計算で求めることができ、配合管理
が容易になり、製品コークスの品質制御の精度が格段に
向上する。以下、本発明を実施例によってさらに詳しく
説明する。

【００３５】

【実施例】

（実施例１）表１に示す組成の３種類の石炭を用意し、
移行性水素（ＤＨ）量、熱重量減少指数（Ｒmax値）お
よび最高流動度（ＭF）の石炭性状指数を求め、これら
の結果を表２に示した。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】移行性水素（ＤＨ）量は、石炭とアントラ
センとの各100mgを試験管に封入し、420℃で５分間熱処
理し、反応後の生成物をガスクロマトグラフィーで定量
し、石炭からアントラセンへの水素移行量を下記の式か
ら算出した。

【００３９】

【数１】

【００４０】熱重量減少指数（Ｒmax値）は、熱天秤測
定を実施し、熱重量減少曲線およびこれの時間微分（重
量減少速度）曲線を求めた。図４は、実験に使用した石
炭Ａと石炭Ｃの熱重量減少曲線（実線）およびこれの時
間微分（重量減少速度）曲線（破線）を示す図である。
ここで得られた重量減少速度の最大値を熱重量減少曲線
から得られる全重量減少量で除すことによってＲmax値
を求めた。

【００４１】最高流動度（ＭF）は、従来から指標とし
て用いられているものであり、ギーセラープラストメー
タで求めた。

【００４２】装入量30kg規模の小型乾留試験炉を使用
し、表１に示す石炭についてそれぞれ乾留試験を行っ
た。その乾留条件は、炉温1100℃、乾留時間22時間、装
入炭水分６％、装入嵩密度0.78g/cm³とした。得られた
コークスについて、常法に基づいて熱間反応後強度（Ｃ
ＳＲ）を求め表２に併記した。また、これらの結果か
ら、熱間反応後強度（ＣＳＲ）と各石炭性状指数との関
係を図示した。

【００４３】図１は、移行性水素量と熱間反応後強度と
の関係を示す図、図２は、熱重量減少指数と熱間反応後
強度との関係を示す図、図３は、logＭFと熱間反応後強
度との関係を示す図である。

【００４４】図１および図２から明らかなように、石炭
Ａ、ＢおよびＣ（●印）は直線関係にあり、移行性水素
（ＤＨ）量または熱重量減少指数（Ｒmax値）を用いて
コークスの熱間反応後強度を推定することができる。し
かし、図３に示すように、石炭Ａ、ＢおよびＣ（●印）
は直関係にはなく、logＭFからコークスの熱間反応後強
度を正確に推定することができないことがわかる。

【００４５】（実施例２）石炭Ａ、ＢおよびＣを配合し
た原料炭の乾留試験を実施例１と同様に行った。表２に
示す原料炭M1は、石炭Ａ、ＢおよびＣを等量配合したも
の、原料炭M2は、石炭Ａを50重量％、石炭Ｂを25重量％
および石炭Ｃを25重量％を配合したものである。

【００４６】表２には原料炭M1およびM2に対して、これ
らの実測値と、混合した石炭Ａ、ＢおよびＣの単味炭の
実測値を加重平均した計算値とを併記した。

【００４７】logＭFでは、実測値（たとえば、M1で2.4
3）と計算値（同2.09）とその差が大きいのに対し、本
発明の方法で用いる移行性水素（ＤＨ）量または熱重量
減少指数（Ｒmax値）では、実測値と計算値とがほぼ等
しく、計算値でもって原料炭の性状を精度良く推定でき
ることがわかる。また、これらの結果を図１、図２およ
び図３にプロットした。原料炭M1およびM2の移行性水素
（ＤＨ）量または熱重量減少指数（Ｒmax値）は、実測
値と計算値とがほぼ等しいため図１および図２に１点で
示したが、logＭFでは実測値と計算値とに差があるの
で、図３ではそれぞれをプロットした（図中に、M1計、
M2計とあるのが計算値である。）。

【００４８】図１および図２から明らかなように、配合
された原料炭（M1、M2）（○、□印）は直線上にプロッ
トされ、移行性水素（ＤＨ）量または熱重量減少指数
（Ｒmax値）を用いてコークスの熱間反応後強度を推定
することができる。しかし、図３では、原料炭（M1、M
2）（○、□印）は曲線上にもプロットされず、logＭF
からコークスの熱間反応後強度を正確に推定することが
できないことがわかる。

【００４９】（実施例３）表３に性状を示す石炭につい
て、実施例１と同様の手法で各石炭性状指数を求め、表
４に示した。石炭ＤおよびＥは、いずれも非粘結炭であ
り、最高流動度（ＭF）が０（零）である。

【００５０】

【表３】

【００５１】

【表４】

【００５２】石炭ＤおよびＥは、非粘結炭のため、従来
の最高流動度logＭFではその差別化が不可能である。そ
れに対し、本発明方法で使用する指数（ＤＨまたはＲma
x）によれば差別化が可能である。

【００５３】表１に示す石炭Ａを75重量％、表３に示す
石炭ＤおよびＥをそれぞれ25重量％を混合した原料炭
（M3およびM4）を準備し、これを用いて実施例２と同様
の方法で乾留試験を行った。得られたコークスの熱間反
応後強度（ＣＳＲ）を測定し、その結果を表５に示し
た。

【００５４】

【表５】

【００５５】表５は、原料炭M3およびM4について、移行
水素（ＤＨ）量、熱重量減少指数（Ｒmax）およびlogＭ
Fを加重平均して求めた値を示す。これらの値を図１、
図２および図３にプロット（▲、△印）した。移行水素
（ＤＨ）量または熱重量減少指数（Ｒmax）では、図１
および図２に示すように直線上に位置し、コークスの熱
間反応後強度（ＣＳＲ）を正確に推定することができ
る。しかし、logＭFとＣＳＲとは、図３に示すように規
則的な関係になく、logＭFの計算値からコークスの熱間
反応後強度（ＣＳＲ）を正確に推定することができな
い。

【００５６】

【発明の効果】石炭の移行水素（ＤＨ）量または熱重量
減少指数（Ｒmax）を用いる本発明方法によれば、その
石炭を乾留したコークスの品質を正確に推定することが
できる。しかも、複数種類の石炭を配合した原料炭のＤ
ＨまたはＲmaxが、個々の石炭のＤＨまたはＲmaxの加重
平均値として求められるので、任意の品質のコークスが
得られる原料炭の配合を決定することができる。

【００５７】本発明方法は、従来の方法ではその性状の
判別が困難な低品質の石炭（非粘結炭）を使用するコー
クスの製造において特に有用であり、コークス製造のコ
スト低減に大きく寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】移行性水素量と熱間反応後強度との関係を示す
図である。

【図２】熱重量減少指数と熱間反応後強度との関係を示
す図である。

【図３】最高流動度logＭFと熱間反応後強度との関係を
示す図である。

【図４】実験に使用した石炭Ａと石炭Ｃの熱重量減少曲
線およびこれの時間微分（重量減少速度）曲線を示す図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭の移行性水素（ＤＨ）量を測定し、そ
の測定値から製品コークスの品質を推定することを特徴
とするコークス製造用石炭の評価方法。
【請求項２】複数種類の石炭を配合した原料炭からコー
クスを製造する際の原料炭の配合方法であって、各石炭
の移行性水素（ＤＨ）量を求め、その加重平均値に基づ
いて原料炭の配合を決定することを特徴とするコークス
製造用原料炭の配合方法。
【請求項３】石炭の熱重量減少曲線を時間微分して重量
減少速度曲線に変換し、ここで得られる速度の最大値を
全重量減少量で除した値（Ｒmax）を計算し、このＲmax
値から製品コークスの品質を推定することを特徴とする
コークス製造用石炭の評価方法。
【請求項４】複数種類の石炭を配合した原料炭からコー
クスを製造する際の原料炭の配合方法であって、各石炭
の熱重量減少曲線を時間微分して重量減少速度曲線に変
換し、ここで得られる速度の最大値を全重量減少量で除
した値（Ｒmax）を計算し、このＲmax値の加重平均値に
基づいて原料炭の配合を決定することを特徴とするコー
クス製造用原料炭の配合方法。