JPS6038437B2 - 冶金用成型コ−クスの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半占絹性の少ない原料炭に石炭系のタール、ピ
ッチ、石油系のアスファルトなどの結合剤を加えて成型
した塊成炭を乾留して給金用成型コークスを製造する方
法に関するものでその目的とするところは、低粘結性の
原料炭を可能な限り多用して大型高炉の使用品質基準を
満足する成型コ−クスを工業的かつ経済的に製造しよう
とするものである。

成型コークスの製造工程において結合剤を加えて石炭を
成型する工程は既に工業化の段階にあるのに対し成型し
た塊成炭を乾留する工程については現在の大型高炉での
品質基準と使用量に対応できるような工業生産規模での
設備はいまだ禾完成の段階である。

このことは乾留工程において塊成炭がうける熱的条件と
荷重条件から生じる塊成炭の圧簿、融着、割れ等の現象
を防止しつつ高品質の成型コークスを製造する有効な方
法が工業的規模ではきわめて困難なことを示している。
本発明は塊成炭の乾留過程における原型の確保が工業的
規模での連続乾留方式において可能であると共にさらに
原料炭を有する粘緒性を有効に利用して成型コークスの
強度を向上せしめる目的についてもきわめて効果的な塊
成炭の乾留方法を提供するものである。

本発明の発明者等は塊成炭が乾留工程でうける熱的条件
と荷重条件を任意に設定することができる乾留炉シミュ
レーターともいうべき試験機を用いてこれらの諸条件と
塊成炭の乾留過程における挙動および成型コークスの強
度その他の品質特性との関係について系統的かつ詳細な
実験を行った結果、第１図に１例を示すごとき塊成炭の
中心温度で代表される加熱速度の範囲が望ましいこと見
出した。

その場合の昇溢速度の上限は第１図から塊成炭中心部の
温度が２００００から６００ｑｏにおいては昇温速度の
上限Ｔ，は塊成炭温度Ｔに対してＴ，（℃／ｍｉｎ）＝
２．２６息−２５‐５７点冊．・０ 塊成炭中心部の温度が６００００においては１ぴＣ／ｍ
ｉｎ、塊成炭中心部の温度が６００００から１００００
０においては外温速度の上限Ｔ３は塊成炭温度Ｔに対し
て丸（ＯＣ／ｍｉｎ）＝ ｏ．６４命。

）２−７．７２（意）十３３．２８である。一方昇温速
度の下限は第１図から塊成炭中心部の温度が２００００
から６００ｏｏにおいては昇温速度の下限Ｔ２は塊成炭
温度Ｔに対してＴ２（〇Ｃ′ｍｉｎ）＝ ４．５３（忌）２−６．７７３高＋２１．４３塊成炭中
心部の温度が６００００、及び６００００から１０００
℃においては昇温速度の下限は００Ｃ／ｍｉｎである。

このデー外ま前述の実験手法から明らかなごとく、工業
的規模の乾留炉における諸現象を全て考慮した上で成型
コークス品質上および生産コスト上最も有利な加熱条件
を与える上に於てきわめて重要な意味がある。特に塊成
炭の中心温度が２００ｏｏから４００ｑ０に至る温度範
囲での加熱速度の上限と下限は、塊成炭の表面部から中
心部に向って進行する石炭粒子の軟化と相互融着時の速
度を一定値以上に保持することにより成型コークスの強
度向上をはかり同時に乾留過程における塊成炭の圧薄、
融着、表面割れ等の望ましくない現象を防止する最適条
件を与えるものであり、これらデー夕は系統的な研究を
重ねた結果、見出した全く新しい事実である。又、４０
０００以上での温度範囲での加熱速度は塊成炭の再固化
から焼きしまりの過程での収縮割れから上限を規制され
るものとして概念的には知られている事実を定量化した
ものであり、設備効率的見地からこの上限値に近い加熱
速度が得られる乾留方法が望ましいことは当然である。
本発明はこれら全く独自の知見、既ち図に示す塊成炭中
心温度の２００℃から１０００３０に至る加熱速度のパ
ターンを基にして全く新しい乾留方法を完成したのであ
る。（なお第１図に例示した望ましい加熱速度は塊成炭
の製造方法ならびにサイズ、原料配合条件、乾留炉へ菱
入される魂成炭の初期温度等により若干の相違があるの
は当然であるが加熱速度曲線全体のパターンとその本質
的な意味は変らない。）ところで上述したような全く新
しい加熱パターン（第１図）を知り得たとしても、それ
に対応して実際に工業的規模で連続的に乾留を行うこと
は既存の石炭乾留技術ではすこぶる困鎚である。

すなわち石炭もしくは魂成炭を連続的に乾留するために
はガスを熱媒体として使用する直立乾留炉例えばルルギ
式乾留炉が適当であろうことは容易に考えられるところ
であるが、第１図に例示したごとき複雑な加熱速度特性
を１基の乾留炉内で満足する能力を有する乾留炉は現存
していない。一般的には複雑な加熱速度特性が要求され
る場合には、複数の乾留炉を直列に用いて目的を達する
が工程が複雑になるばかりでなく、高温石炭のハンドン
グ、高温ガスのシール等の設備技術上の問題を生じ望ま
しくない。また相対的に遅い加熱速度が要求される乾留
帯の一部へ冷却用ガスを吹込んだり、加熱用ガスの一部
を炉外に排出する等の操作により加熱速度の調節を行う
方法も提案されているが、設備構成が複雑になり設備大
型化への阻害要因となり好ましくない。本発明者等はこ
れら問題点を解決せんがため堺成炭の乾留過程における
比熱、熱伝導率等の熱的物性値の追求からはじめガスを
熱媒体とする魂成炭の加熱について理論的および実験的
検討を重ねた結果、上記した新しい加熱パターンに対応
した操業技術を完成したもので、その特徴とするところ
は１基の連続せる直立乾留炉において乾留帯下部と中間
部の２段に設置したガス吹込用羽口に供給する熱ガスの
温度と量、および塊成炭の乾留帯滞留時間を第１図に例
示したごとき望ましい加熱速度曲線との対応において適
当に設定制御せんとするものである。

以下本発明を詳細に説明する。

第２図は乾留炉内におけるガスおよび塊成炭の温度分布
を２段羽口乾留炉における特定の操作条件時について計
算した例である。

第２図の諸条件は次の通りである。塊成炭容積８０ｃｃ
、下部羽□ガス温度１０５０ｏｏ、ガス量８００Ｎでハ
ー乾炭、中間部羽口ガス温度７００ｑｏ、ガス量２４０
０Ｎでハー乾炭。ガス温度分布は中間羽口を設けた結果
として中間羽□付近において温度変曲点を有する特徴的
なパターンを呈する。乾留炉炉頂部に装入された塊成炭
の表面温度は炉頂ガス温度近くまで急速に上昇しさらに
乾留炉内を降下するに従ってガス温度に断近し中間羽□
近では中間羽□からの吹込ガス温度にほとんど等しくな
る。一方、塊成炭の中心部温度は石炭の再固化域までの
熱伝導率が約０．２ｋｃａｌ／ｍｈ℃で著しく小さいた
め表面温度よりかなりお〈れて上昇し再固化域を通過し
た約５００ｏｏ以降では次第に表面温度に近づき、中間
羽口付近では表面温度にほとんど等しくなる。中間羽□
部から下では経過時間に対するガス温度の勾配が再び大
きくなるが、魂成炭の熱伝導率が既に約０．８ｋｃａｌ
／ｍｈ℃以上になっているため、ガス温度に追従して最
終乾留温度に到達する。２段羽口ガス乾留法の特徴は、
第１図に例示したごとき望ましい加熱速度曲線に対応し
た乾留炉内ガス温度分布のパターンが容易に形成される
ところにあるが、更に塊成炭の乾留炉内滞留時間を一定
とした上で各羽口への供給ガスの温度と童を変化せしめ
た場合の乾留炉内ガス温度分布の変化とこれに伴う塊成
炭中心の加熱速度曲線の変化額向を第３図により説明す
る。

第３図ａは中間羽口への供聯合ガス量のみを変化せしめ
た場合で主として乾留炉炉頂付近のガス温度変化により
魂成炭中心の２００ｑｏから４００午０にかけての加熱
速度に影饗する。第３図ｂは各羽口への供給ガスの熱量
を一定として中間羽□への供給ガス温度のみを変化せし
めた場合で主として中間羽口付近に生じるガス温度変曲
点の温度変化により塊成炭中心の加熱速度曲線における
最低部の位置が移動して５００ｑｏないし１０００ｄｏ
の加熱速度に影響する。第３図ｃは全供給ガス熱量およ
び各羽口への供給ガス温度を一定として中間および下部
羽□への供給ガス熱量比を変化せしめた場合で、下部羽
口への供給ガス熱量の比が一定値以上になると望ましい
加熱速度曲線の基本的なパターンが維持できなくなるこ
とを示している。以上に述べたごと〈、２段羽口ガス乾
留法は第１図に例示したごとき望ましい加熱速度曲線の
形成に適合した方法であるが、その操作量である各羽口
への供給ガスの温度、量、および滞留時間の選定が適切
に行なわれることが条件となる。

本発明者等は理論的な伝熱解析と並行して後述の実施例
および参考例にその一部を示す実験を行い操作量の適合
範囲を設定した。その第１は第３図ａにおいて説明した
中間羽口への供給ガス量を乾留炉炉頂部におけるガス温
度が３００ｏｏないし５００００の範囲になるごとく設
定することである。

この温度範囲は結果的には石炭の軟化開始温度と、再固
化完了温度にほぼ対応しているが、この理由は第１図に
例示した塊成炭中心における望ましい加熱速度曲線の２
００００から４００ＣＯに至る範囲の下限値が本質的に
塊成炭内部における石炭の軟化時の昇温速度を規制して
いることからガス温度の下限値は、石炭の軟化開始温度
ないしはそれ以上でなければならないと推定され、一方
ガス温度の上限値はすみやかにガス温度近くまで加熱さ
れる塊成炭の表面部分において体積変化を伴う軟化と再
固化があまりに早く進行することによる表面割れを防止
するための条件が再固化完了温度とほぼ対応する結果に
なったものと推定される。第２は第３図ｂにおいて説明
した中間羽口への供給ガス温度を６００００ないし８０
０こ０の範囲に設定することである。

第２図について前述したごと〈、中間羽□付近ではガス
温度とブリケット温度の差はきわめて小さいので、第１
図に例示したごと〈塊成炭中心において最低の加熱速度
が要求される６００００ないし８００ｑｏの範囲と中間
羽口へのガス供Ｖ給温度の適合範囲が結果的に一致して
いることは当然といえる。第３は第３図ｃにおいて説明
した乾留帯への全供給ガス熱量に対する下部羽口への供
甥溝ガス熱量の比率を５０％以下に設定することである
。

この適合条件は主として塊成炭中心の５０ぴ○から８０
ぴ０に至る温度範囲での加熱速度が上限値を上回らない
範囲として設定されたものである。ところで塊成炭の乾
留炉内滞留時間は、第２図に示すように装入後、中間部
羽口まで２．虫時間である。

第２図の例は、同図からわかる通り炉頂ガス温度は４０
０００、中間部羽口供給ガス温度は７０ぴ○である。第
２図からわかるように装入後、中間羽□までの塊成炭の
中心部と表面部の温度差は、装入後３０分位では約４０
０ｑｏにもなるが、その後徐々に小さくなり装入後２時
間以上たつと２０℃以下となる。これは前述のように成
型コークスの品質確保のため重要な指標となる塊成炭中
心温度の袋入初期の上昇は、塊成炭内部の伝熱律遠にな
っているためである。従って炉頂ガス温度３００〜５０
０ｑＣ、中間部羽口供給ガス温度６００〜８００つ０の
場合でも菱入後、中間部羽口までの滞留時間は少なくと
も２時間あれば良いと考えられる。また、中間部羽口か
ら下部羽○までの滞留時間は第２図の例では１時間とな
っている。この場合、前述のように中間部羽口供給ガス
温度は７００℃、下部羽□ガス温度は１０５０ｏＣであ
る。中間部羽口偽給ガス温度を第２図の例に比べて変化
させた場合、下部羽口供甥舎ガス温度との差に応じて中
間部羽口から下部羽口までの必要な滞留時間は変化する
。下部羽口供艶溝ガス温度は、治金用コークスの高温乾
留とプロセス上の目的から小なくとも１０５００○以上
は必要と考えられる。従って、中間部羽口供給ガス温度
が６００〜８００００範囲であれば、下部羽口供給ガス
温度との差より考慮して、中間部羽口から下部羽口まで
の滞留時間は少なくとも４０分以上あればよいと考えら
れる。また、装入〜中間部羽口、中間部羽口〜下部羽口
の両滞留時間ともにプロセス上の理由による上限はない
。ただし、滞留時間を長くするには、乾留炉高を増す必
要があり、これは設備費の増大だけでなく、放散熱の増
大につながる。従って工業規模の実用的設備の実現とい
う観点から、滞留時間の上限は、自ずから決まる。以上
に述べたごとく本発明は、塊成炭の乾留過程における加
熱速度パターンと成型コークス品質との関係についての
新しい事実に基づき、加熱速度を支配する諸条件を究明
した結果、設備的に技も単純化され大型化への問題点も
少ないとみられる２段羽口ガス加熱連続乾留方式によっ
て理想の加熱条件を与えることができる画期的な方法で
ある。

次に本発明の方法において使用する菱直の１例を第４図
に示す系統図で概略説明すると、本体は塊成炭供給室１
、乾留室２、成型コークス排出室３、水槽４から成り、
乾留室２は中間部および下部にそれぞれ羽口５および６
を有し、該羽口には熱ガス発生装置７および８から前記
の温度範囲の塊成炭加熱用ガスが供給される。

供給室６からの成型炭は乾留室内を順次降下する過程で
羽口５および６からの熱ガスによって第２図に１例を示
すごとき加熱曲線のもとに最終乾留温度に到達し、排出
室３から水槽４内に排出されて水冷される。羽口５およ
び６からの熱ガスと乾留過程で塊成炭から発生するガス
の混合ガスは乾留炉炉頂のガス排出口９からタール除去
菱魔１０を経て系外に排出され、他設備の燃料として使
用される。乾留室の主要寸法は内径０．８の、塊成炭装
入レベルから中間部羽口までの距離は約５凧、中間部羽
口から下部羽口までの距離は約２ｍであり、１日当りの
成型炭乾留能力約２０トンの中間工業化規模の袋直であ
る。なお、乾留終了後の高温コークスの有する函尾熱を
乾留炉への供給ガスの加熱のために利用することや、乾
留炉炉頂ガスを加熱用ガスとして循環利用することは工
業的段階では生産コスト低減の目的から当然採用される
技術であり、かつ本発明の内容とは直接の関係がないの
で特に記載していない。次に第４図に示す構成の２Ｍ／
日規模の乾留菱贋を用いた本発明の実施例および参考例
を列挙して本発明の方法を更に詳しく説明する。

実施例 １ 非粘縞炭および無煙炭を主原料して石炭タール、ピッチ
８％を添加して、高圧成型した石炭ブリケットを直立型
連続式乾留炉に常温で装入し、高温乾留して治金用成型
コークスを製造した１例である。

成型後の石炭ブリケットの容積は約８０ｃｃ、見類比重
は約１．３、組成は水分６．０％、揮発分２２．１％、
灰分９．４％であった。

第３図に示す乾留炉において該石炭ブリケツトを供給室
１より７５０ｋ９／Ｈｒの割合で連続的に装入し、羽□
５より７２０℃の熱ガスを２０００Ｎで／Ｈｒ、羽口６
より１１００ｑｏの熱ガスを５００Ｎで／Ｈｒの割合で
供給した。このときの乾留炉炉頂のガス排出口９からの
排ガス温度は約４２０℃であった。このような条件下で
高温乾留して得られた成型コークスの性状は見類比重１
．２２、気孔率３５％、揮発分０．８％、灰分１２．７
％であり、ドラム強度試験結果はＤ主旨ｏ８４．３％、
Ｄ皇室。

８０．０％であった。

以上の成型コークス性状は大型高炉用コークスとしての
基本的な品質基準を満足するものである。この時の昇温
速度を第５図に示す。また、塊成炭装入後、中間部羽口
までの滞留時間は１３ぴ分、中間部羽口から下部羽口ま
での滞留時間は６０分であった。実施例 ロ実施例１に
おいて使用したと類似の石炭ブリケットをガス加熱方式
の予熱炉によって２５０午０まで子熱した後、同一の乾
留炉で治金用成型コークスを製造した１例である。

乾留炉への予熱ブリケットの袋入墨は８００ｋ９／Ｈｒ
、羽□５からの吹込ガス度７２０ｏ０、ガス量１４０側
め／Ｈｒ、羽□６からの吹込ガス温度１１００ｑｏ、ガ
ス量５０帆のノＨｒに設定した。

この時の炉頂ガス温度は約４７００○であった。得られ
た成型コークスの性状は実施例１の場合とほとんど同等
であった。

この場合の昇温速度を第５図に示す。参考例 １実施例
１での諸条件のうち、羽□５からの吹込ガス量のみを実
施例１の場合の２０００Ｎ〆／Ｈｒから１３００Ｎ椎／
日「へ変更した場合の例で、この場合の炉頂ガス温度は
２８０ｏｏであった。

得られた成型コークスの性状のうち実施例１の場合との
特徴的な相違点はドラム強度試験結果であり、Ｄ三雲ｏ
６６．６％、Ｄｇ０６３．４％であった。この結果はプ
リケット中心温度が２００℃から４００ｑｏにかけての
加熱速度が第１剛こ例示したごとき望まい、加熱速度範
囲をかなり下まわっていたとが原因であると推定される
。この場合の昇温速度を第６図に示す。参考例 ０ 実施例０での諸条件のうち、羽□５からの吹込ガス量の
みを実施例０の場合の１４００Ｎで／Ｈｒから２３０側
め／Ｈｒへ変更した場合の例で、この場合の炉頂ガスの
温度は５５０００であった。

得られた成型コークスのドラム強度試験結果はＤ手員。
８２．７％、Ｄｇｏ５２．６％であった。

○三雲０の値のは実施例１および０の場合と大差ないが
、Ｄ墓ｏの値は大中に低下しており、この結果はブリケ
ット中心温度が２００℃から５００ｑＣにかけての加熱
速度が望ましい範囲をかなり上まわったために、この過
程でプリケットにふくれ割れを生じたことが原因である
と推定される。この場合の昇温速度を第６図に示す。参
考例ｍ実施例１の諸条件のうち、羽口５からの吹込ガス
温度を８２０ｑｏ、吹込ガス量を１７０血で／Ｈｒに変
更した例で、この場合の炉頂ガス温度は４５び０であつ
た。

得られた成型コークスのドラム強度試験結果はＤ三雲ｏ
８１．０％、Ｄ室員ｏ６６．５％であり、実施例１およ
び０の場合と比較すると○馨ｏの低下が特に注目される
。

この結果はブリケット中心温度が５０ぴ０から７００ｑ
Ｃにかけての加熱速度が望ましい上限値を上まわったた
めに、この過程でブリケットに熱割れを生じたことが原
因と推定される。この場合の昇温速度を第６図に示す。
参考例 Ｗ 実施例０の諸条件のうち、羽口５からの吹込ガス量を９
０側め／Ｈｒに感じ、羽○６からの吹込ガス量を７０帆
〆／Ｈｒに増した例である。

この場合、吹込ガス温度は変更していない。得られた成
型コークスのドラム強度試験結果はＤ主旨。

８３．３％、Ｄ室員。６４．７％であり、実施例１およ
び０の場合と比較すると、Ｄ室員ｏの値が低下している
のが特徴である。

この結果はブＩＪケツト中心温度６００ｏｏから８００
ｏＣにかけての加熱速度が望ましい上限値を上まわって
いたため、この過程でブリケットに熱割れを生じたこと
が原因と推定される。この場合の昇温速度を第６図に示
す。参考例 Ｖ実施例１の諸条件のうち、羽口５からの
吹込ガス温度を５５０００、吹込ガス量を２６００Ｎ〆
′日に変更した例で、この場合の炉頂ガス温度は３１ぴ
○であつた。

得られた成型コークスのドラム強度試験結果は、Ｄ樽。

７８．０％、Ｄ皇室。７８．５％であり、実施例１およ
び０の場合と比較するとＤ主賓ｏの低下が注目される。

この結果は４００ｑｏから６００００にかけての加熱速
度が望ましい下限値を下まわっていたことが原因と考え
られる。この場合の昇温速度を第６図に示す。以上の実
施例および参考例は治金用成型コークスにとってきわめ
て重要な強度特性を示す指標としてドラム強度を例にと
り、石炭ブリケツトの加熱速度に関して本発明の基礎と
なっている望ましい加熱速度範囲の重要性を説明した。

また、この理想範囲を満足する加熱条件が２段にガス吹
込羽口を有する直立連続炉において、それぞれの羽□か
らの吹込ガス温度と量を適合範囲内に設定することによ
り可能であり、かっこの適合範囲はきわめて限定された
ものであることを説明した。本発明者等は主として原料
配合条件とブリケツトサィズの影響についても検討し、
原料配合条件については乾留によって得られた成型コー
クスの強度が現用の高炉用コークスと同等であることを
目標として、配合条件を選び揮発分２０％ないし３５％
の範囲内で実験を行い、ブリケットサィズについては２
７ｃｃないし１１２ｃｃの範囲内で実験を行なった。石
炭ブリケットの性状にかかわる上記の実験範囲内で望ま
しい加熱速度の範囲は多少変化するが、本発明の本質に
影響を与えるものではなく、特許請求の範囲に記載した
各部におけるガス温度と各羽口からのガス量配分及び滞
留時間に関する規定範囲内で治金用成型コークスとして
の使用品質基準を全て満足する成型コークスが製造でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における乾留時の適正昇温スピードの説
明図、第２図は乾留時間と温度の関係を示す図、第３図
ａ，ｂ，ｃは各羽口への供給ガスの温度と量を変化せし
めた場合の乾留炉内ガス温度分布の変化とこれに伴う塊
成炭中心の加熱速度曲線の変化の額向を示す図、第４図
は本発明の実施の態様例を示す図、第５図は各実施例の
昇温速度を示す図、第６図は各参考例の昇温速度を示す
図である。 １：塊成炭供給室、２：乾留室、３：成型コ−クス排出
室、４：水槽、５，６：羽口、７，８：熱ガス発生装置
、９：ガス排出口、１０：タール除去装置。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 石炭タール、ピツチ、石油アスフアルトなどの結合
   剤を粉炭に添加した揮発分２０〜３５％、体積２７〜１
   １２ｃｃの塊成炭を、ガスを熱媒体として連続的に高温
   乾留し治金用成型コークスを製造する場合、直立型乾留
   炉の中間部及び下部にガス導入用の羽口を設け、中間部
   羽口への供給ガス温度を６００℃ないし８００℃に設定
   し、同じく供給ガス量を塊成炭装入部におけるガス温度
   が３００℃ないし５００℃になるごとく設定し、下部羽
   口を含む乾留炉下部への供給ガス温度を最終乾留温度以
   上とし、同じく供給熱量を乾留炉への全供給熱量の５０
   ％以下に設定し、さらに乾留炉を通過する塊成炭中心部
   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））＾２−２
   ５．５７（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
   つて漸次減少させて、６００℃において０〜１０℃／ｍ
   ｉｎ加熱し、塊成炭中心部の温度が６００℃から１００
   ０℃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（℃／ｍｉｎ
   ）＝ ０．６４（Ｔ／（１００））＾２−７．７２（Ｔ／（１
   ００））＋３３．２８下限スピードを０℃／ｍｉｎ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となるように塊成炭の亭滞
   留時間を制御することを特徴とする治金用成型コークス
   の製造法。