JP2018168279A - コークスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バインダーの添加量を増やすことなく、炭化室装炭時の成型炭の粉化を抑制できる方法で装炭してコークスを製造するコークスの製造方法を提供する。
【解決手段】パイプを炭化室の炉底近傍に降ろし、パイプに石炭原料を予め定められた高さまで充填した後、パイプを引き上げながら炭化室に石炭原料を装炭し、乾留してコークスを製造するコークスの製造方法であって、石炭原料は、７０質量％以上１００質量％以下の範囲内の成型炭と、０質量％以上３０質量％以下の範囲内の粉状炭と、が混合された混合物であり、パイプに充填された石炭原料が予め定められた高さ以上になるように、石炭原料の装炭速度とパイプの引き上げ速度とを定める。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化室での成型炭の粉化を抑制することで、コークス製造時の成型炭使用効果を最大限に発現できるコークスの製造方法に関する。

高炉では、高炉内に鉄鉱石類とコークスを交互にそれぞれを層状に装入し、羽口から吹き込まれる高温の熱風で鉄鉱石類やコークスを加熱し、主にコークスから発生したＣＯガスで鉄鉱石類を還元して銑鉄を製造している。こうした高炉の操業を安定して行なうには、高炉内での通気性や通液性を向上させることが有効であり、そのためには強度、粒度および反応後強度等の諸特性に優れたコークスの使用が不可欠である。なかでもコークスの強度は特に重要な特性と考えられている。

コークスの強度は、通常、ＪＩＳ Ｋ ２１５１に規定されている回転強度試験により測定されるドラム強度ＤＩ^１５０ _１５などを指標として管理されている。高強度なコークスを製造するには、主たる原料として強粘結炭を用いる必要がある。しかし、近年の世界的な鉄鋼需要の増加は、強粘結炭の需要増大を招き、将来的には強粘結炭の枯渇を想定しなければならなくなっている。そのため、今後のコークス製造においては、微粘結炭や非粘結炭などの、より低品位の石炭から高強度なコークスを製造する技術が必要になる

低品位な石炭から高強度なコークスを製造する技術の一つに成型炭配合法がある。これは、予めコークス炉に装入する石炭の一部をピッチなどの粘結材と混合、混練、その後加圧成型して成型炭とし、これを粉炭に混ぜてコークス炉に装入するプロセスである。石炭を加圧成型することで充填密度が上昇し、石炭粒子同士が接近するので、粘結性の低い低品位炭であっても乾留時に十分接着できる。このため、低品位な石炭を使用しても高強度なコークスを製造できる。しかしながら、非特許文献１によれば、成型炭配合率が７０質量％以下の範囲では、成型炭の配合率を増加させると炉底部の石炭の充填密度が増加する。炉底部における石炭の充填密度が高くなると、製造したコークスを炭化室から押し出す際に、押し詰まりを起こしやすくなる。このため、現状の室炉式コークス炉の石炭原料に占める成型炭の配合比率は３０質量％程度が上限になっている。

この問題を解決するため、特許文献１には、室炉式コークス炉に１００質量％成型炭を装入する方法が開示されている。この方法を用いることで、安価な石炭を多量に使用できること、炭化室に装入される石炭の充填密度が粉炭の場合の０．９になるので押し出し負荷が増加しないこと、伝熱効率の向上により乾留時間が０．７〜０．８に短縮し、コークスの生産性が１．１〜１．３倍になること、が開示されている。

また、特許文献２には、石炭原料中の成型炭の割合を７０〜９５質量％とし、石炭原料中の粉状炭の割合を５〜３０質量％とすることで、コークスの生産性を向上できることが開示されている。

特許第４５０５０７４号公報 特開２０１６−２７１３８号公報 特開平７−１９７０２８号公報

奥原ら、「コークス・サーキュラー」、Ｖｏｌ．２５、１９７８年、ｐ．３１２−ｐ．３２０．

特許文献１によれば、押し出し負荷を増加させることなく安価な低品位炭を使用してコークスを製造することが可能である。しかしながら、炭化室に装入する際に成型炭が炉底で落下衝撃を受け、成型炭の破砕、粉化が起こる。このように低品位炭を多く含む成型炭が破砕、粉化されると、成型炭配合による効果が得られなくなるおそれがある。また、成型炭の粉化により炉底部における石炭の充填密度が高くなると、その部分の乾留時間が長くなるので、乾留時間の短縮効果も小さくなる。

この成型炭の粉化を抑制するには、成型炭の強度を高めることが考えられるが、成型炭の強度を高めるには、バインダーの添加量を増やすことが必要になり成型炭の製造コストが増加する。さらに、バインダーの添加量を増やすことによる乾留時のガス、タール分の増加は、炉壁耐火物表面でのカーボンの成長速度を上昇させるのでコークス炉の炉体管理の面でも好ましくない。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、バインダーの添加量を増やすことなく、炭化室装炭時の成型炭の粉化を抑制できる方法で装炭してコークスを製造するコークスの製造方法を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）パイプを炭化室の炉底近傍に降ろし、前記パイプに石炭原料を予め定められた高さまで充填した後、前記パイプを引き上げながら前記炭化室に前記石炭原料を装炭し、乾留してコークスを製造するコークスの製造方法であって、前記石炭原料は、７０質量％以上１００質量％以下の範囲内の成型炭と、０質量％以上３０質量％以下の範囲内の粉状炭と、が混合された混合物であり、前記パイプに充填された前記石炭原料が前記予め定められた高さ以上になるように、前記石炭原料の装炭速度と前記パイプの引き上げ速度とを定める、コークスの製造方法

本発明の実施により、バインダーの添加量を増やすことなく、炭化室装炭時の成型炭の粉化を抑制でき、これにより、高強度なコークスの製造が実現できる。

本実施形態に係るコークスの製造方法に用いられるパイプチャージの概要を示す図である。 装炭試験で用いた試験容器の斜視図である。 成型炭の上面図と正面図である。 成型炭の粉化比率と落下高さとの関係を示すグラフである。 本実施形態のパイプチャージの各段階における炭化室の状態を示す断面模式図である。 石炭原料の充填高さと装炭時間との関係を示したグラフである。 装炭時間とパイプ下端の高さとの関係を示すグラフである。 成型炭の粉化比率と落下高さとの関係を示すグラフである。

図１は、本実施形態に係るコークスの製造方法に用いられるパイプチャージの概要を示す図である。まず、本実施形態に係るコークスの製造方法に用いられるパイプチャージの概要を、図１を用いて説明する。

粉状炭と成型炭とが混合された混合物である石炭原料６は、コークス炉１の上部にある装炭孔４から炭化室２に装炭される。本実施形態のパイプチャージでは、石炭原料６を装炭する前に、装炭車３の下部からパイプ５を伸ばし、装炭孔４を通して炉底近傍まで降ろす。装炭車３は、パイプ５に石炭原料６を充填する。この状態を示したのが図１（ａ）である。これにより、成型炭と炉底との接触が最小限に抑えられ、炉底との落下衝突による成型炭の粉化を抑制できる。また、パイプ５に石炭原料６を充填することで、少ない石炭原料６でパイプ５の石炭層の上面を上昇できるので、落下高さが高くなる石炭原料６の量を少なくできる。これにより、落下高さが高く大きな落下衝撃を受ける石炭原料６の量を少なくできるので、成型炭の粉化をさらに抑制できる。

本実施形態のパイプチャージでは、パイプ５に石炭原料６を予め定められた高さまで充填された段階で、パイプ５を上方向に引き上げる。このようにパイプ５を上方向に引き上げることで、炉底部とパイプ５の間に隙間ができ、その間を石炭原料６が流れ、炭化室２に石炭原料６が装炭される。この状態を示したのが、図１（ｂ）、図１（ｃ）である。このとき、石炭原料６の装炭速度と、パイプ５の引き上げ速度とをパイプ５に充填された石炭原料６が予め定められた高さ以上になるように設定する。これにより、石炭原料６の落下高さを所定の高さ以下に制御できるので、成型炭の粉化比率を当該落下高さに対応した粉化比率以下に抑制できる。

パイプ５を引き上げて、パイプ５の下端が前述の予め定められた高さ以上に達した時点で、パイプ５を回収し、その後は、通常装炭と同様に石炭原料６が炭化室２に装炭される。この状態を示したのが図１（ｄ）である。

このように、本実施形態のパイプチャージを用いることで、成型炭の粉化を抑制できるので、より低強度の成型炭を用いることが可能になる。さらに成型炭を多量に混合した石炭原料６を用いる場合においては、本実施形態のパイプチャージを用いることで成型炭の粉化が抑制されるので、炭化室に装炭された後においても石炭原料６中の高い成型炭の割合が維持できる。

特に、７０質量％以上１００質量％以下の範囲内の成型炭と、０質量％以上３０質量％以下の範囲内の粉状炭とが混合された石炭原料６を用いた場合には、本実施系形態のパイプチャージを用いて成型炭の粉化を抑制して、炭化室に装炭された石炭原料６の成型炭の割合を７０質量％以上にする。これにより、石炭原料６の乾留速度を向上させることができ、コークスの生産性を向上できる。なお、本実施形態において、成型炭とは、複数銘柄の石炭と粘結材であるバインダーとを含む原料を混練後、加圧成型して製造された成形炭であり、粉状炭とは、単一もしくは複数銘柄の粒径１５ｍｍ以下の石炭である。

次に、成型炭の落下高さと成型炭の粉化比率との関係について説明する。成型炭の落下高さを高くすると、成型炭に作用する落下衝撃が大きくなるので、成型炭の粉化比率は高くなることが予測される。また、成型炭の強度を高くすると、成型炭に作用する落下衝撃に耐えるので、成型炭の粉化比率は低くなることが予測される。この確認を行うため、一般的な炭化室を模擬した試験容器１０を用いて、成型炭の装炭試験を実施した。

図２は、装炭試験で用いた試験容器１０の斜視図である。試験容器１０は、幅寸法Ｌ１が４３０ｍｍ、高さ寸法Ｌ２が７５２０ｍｍ、長さ寸法Ｌ３が３０２０ｍｍの矩形の容器であり、試験容器１０の上面には開口部１２が設けられ、側面には、高さ１ｍごとに開閉可能な窓１４が複数設けられている。試験容器１０の幅寸法Ｌ１および高さ寸法Ｌ２は、それぞれ一般的なコークス炉の炭化室の幅および石炭を装入する場合の石炭の落下高さと同程度にしている。また、試験容器１０の長さ寸法Ｌ３は、短すぎると試験容器１０の側面の影響を受けて石炭原料６の装炭挙動が変化するおそれがあるので、石炭原料６の装炭挙動に試験容器１０の側面の影響が出ない程度の長さにした。

成型炭の装炭試験では、試験容器１０の開口部１２から成型炭を装炭する。装炭試験では、図３に示したような、縦４９ｍｍ、横４９ｍｍ、高さ２６ｍｍの成型炭を用いた。成型炭の圧潰強度は、バインダーであるＳＯＰの添加量を変えることで１．９ｋＮ、１．７ｋＮ、１．１ｋＮ、０．７ｋＮに調整した。成型炭の圧潰強度は、圧縮試験機を用いて圧縮速度１ｍｍ／ｍｉｎで成型炭を圧縮して測定される最大強度を圧潰強度とした。

試験容器１０を満たすまで開口部１２から成型炭を５．８ｔ装炭した後、側面に設けられた窓１４から成型炭を採取し、例えば、最も下の窓１４から採取された成型炭の落下高さを７ｍとして、それぞれの落下高さにおける成型炭の粉化比率を測定した。なお、本実施形態において、試験容器１０の窓１４から採取した成型炭のうち、目開き１５ｍｍの篩を用いて篩上に篩分けられたものは成型炭であるとして、成型炭の粉化比率を、篩上質量と、窓１４から採取した成型炭質量と、下記（１）式を用いて算出した。
粉化比率（質量％）＝［１−｛篩上質量（ｋｇ）／採取した成型炭質量（ｋｇ）｝］×１００・・（１）

図４は、成型炭の粉化比率と落下高さとの関係を示すグラフである。図４において、横軸は、粉化比率（質量％）であり、縦軸は、落下高さ（ｍ）である。図４によれば、落下高さが高くなるにつれて粉化比率は増加し、圧潰強度の高い成型炭は、粉化比率が低くなり、圧潰強度の低い成型炭は、粉化比率が高くなることがわかる。

また、粉化比率を２０質量％以下にできる落下高さは、圧潰強度が１．９ｋＮの場合は８．０ｍ、１．７ｋＮの場合は７．４ｍ、圧潰強度が１．１ｋＮの場合は５．５ｍ、圧潰強度が０．７ｋＮの場合は４．２ｍであることがわかる。このことから、例えば、炭化室２の落下高さが８．０ｍであり、圧潰強度が０．７ｋＮの成型炭を用いて成型炭の粉化比率の目標を２０質量％以下とした場合においては、パイプ５に成型炭を３．８ｍ充填し、装炭時の落下高さを４．２ｍ以下にすればよいことがわかる。

次に、石炭原料の装炭速度とパイプの引き上げ速度について説明する。本実施形態のパイプチャージでは、パイプ５に充填された石炭原料６の高さが、当該高さ以上になるように、装炭時の装炭速度とパイプ５の引き上げ速度とを定める。

図５は、本実施形態のパイプチャージの各段階における炭化室の状態を示す断面模式図である。図５に示した例は、一定の装炭速度で石炭原料６を装炭した場合であって、パイプ５に充填された石炭原料６の充填高さが変化しないようにパイプ５の引き上げ速度を定めたパイプチャージの例である。

図５（ａ）は、炭化室２の装炭孔４からパイプ５を炉底近傍に降ろした状態を示す。図５（ａ）において、Ｈは炭化室２の落下高さであり、Ｄは装炭孔４からパイプ５の下端までの長さである。

図５（ｂ）は、石炭原料６が予め定められた高さまでパイプ５に充填された状態を示す。図５（ｂ）において、Ｈ_１は石炭原料６の充填高さ（予め定められた高さ）である。Ｈ_２はパイプ５の下端の高さである。Ａはパイプ５の断面積であり、φはパイプ５の直径である。また、αは石炭原料６の安息角である。

図５（ｂ）の状態では、パイプ５は炉底近傍まで降りており、炉底からＨ_２だけ離間している。このため、パイプ５に充填された石炭原料６は、安息角αとＨ_２で定まる長さだけパイプ５から広がる。この状態の石炭原料６の装炭量は、下記（２）式で算出できる。但し、（２）式において、ρは、石炭原料６の密度であり、Ｗは炉幅である。

パイプ５を引き上げていない状態では、パイプ５の下端の高さＨ_２はＨ−Ｄなので、石炭原料６の装炭速度をＶとすると、図５（ｂ）の状態になるまでの時間Ｔ_１は下記（３）式で算出できる。このパイプ５に高さＨ_１まで石炭原料６を充填するまでの０≦ｔ≦Ｔ_１の期間をＰｈａｓｅ１とする。

石炭原料６がＨ_１まで充填された後、パイプ５を引き上げる。石炭原料６の装炭速度を、上述した装炭速度Ｖと同じとすると、パイプ５の石炭原料６の充填高さＨ_１の速度は、下記（４）式で算出される石炭原料６の装炭によるＨ_１の時間当たりの増加量と、下記（５）式で算出されるパイプ５の引き上げによるＨ_１の時間当たりの増加量との和である下記（６）式で算出できる。

図５に示した例においては、石炭原料６の充填高さＨ_１が変化しないようにパイプ５の引き上げ速度を定める。このため、（６）式の左辺が０になるので、左辺を０とした（６）式からパイプ５の下端の高さＨ_２の速度を示す数式（７）が算出できる。すなわち、（７）式に示す速度でパイプ５の下端を引き上げると石炭原料６の充填高さＨ_１は変化せずに維持される。

（７）式を解くと、パイプ５の下端の高さＨ_２の時間変化は（８）式となる。なお、（８）式において、Ｃ_２は積分定数である。

（８）式において、パイプの引き上げを開始する時間はＴ₁であり、このときのパイプ５の下端の高さＨ_２は、Ｈ−Ｄであるので、積分定数Ｃ_２は下記（９）式で算出できる。

また、Ｌを、パイプに隣接する一方の装入孔の中心とパイプが挿入された装入孔の中心との間の中点からパイプに隣接する他方の装入孔の中心とパイプが挿入された装入孔の中心との間の中点までの距離、または、炭化室の端に位置する装炭孔については、パイプに隣接する装入孔の中心とパイプが挿入された装入孔の中心との間の中点から炉蓋までの距離とすると、石炭原料６が炉底を充填するのは、パイプ５の下端の高さＨ_２が下記（１０）式で示される場合であるので、石炭原料６が炉底を充填するまでの時間Ｔ_２は、下記（１１）式で算出できる。パイプ５に高さＨ_１まで石炭原料が充填された後から石炭原料が炉底を充填するまでのＴ_１≦ｔ≦Ｔ_２の期間をＰｈａｓｅ２とする。

Ｔ_２経過後、パイプ５の下端の高さＨ_２が石炭原料６の充填高さＨ_１と同じ高さになるまでパイプを引き上げる。石炭原料の装炭速度を、上述した装炭速度Ｖと同じとすると、石炭原料の充填高さＨ_１の速度は、下記（１２）式で算出される石炭原料６の装炭によるＨ_１の時間当たりの増加量と、下記（１３）式で算出されるパイプ５の引き上げによるＨ_１の時間当たりの増加量と、の和である下記（１４）式で算出できる。

図５に示した例においては、石炭原料６の充填高さＨ_１が変化しないように引き上げ速度を定める。このため、（１４）式の左辺が０になるので、左辺を０とした（１４）式からＨ_２速度を示す（１５）式が算出できる。すなわち、（１５）式に示すＨ_２の速度で、パイプ５を引き上げると石炭原料６の充填高さＨ_１は変化せずに維持される。

上記数式（１５）を解くと、Ｈ_２の時間変化は（１６）式となる。なお、（１６）式において、Ｃ_３は積分定数である。

炉底への石炭原料６の装炭が開始される時間をｔ＝Ｔ_２とすると、このときのパイプ５の下端の高さＨ_２は下記（１７）式となるので、積分定数Ｃ_３は、以下の数式（１８）で算出される。

また、ｔ＝Ｔ₃のときにＨ_２＝Ｈ_１になるので、パイプ５の下端の高さＨ_２が、石炭原料６の充填高さＨ_１になるまでの時間Ｔ_３は、下記（１９）式で算出できる。石炭原料６が炉底を装炭してから、パイプ５の下端の高さＨ_２が石炭原料６の充填高さＨ_１と同じになるまでのＴ_２≦ｔ≦Ｔ_３の期間をＰｈａｓｅ３とする。

図６は、石炭原料６の充填高さと装炭時間との関係を示したグラフである。図６を用いて、Ｐｈａｓｅ１〜Ｐｈａｓｅ３における充填高さについて説明する。本実施形態のパイプチャージは、上述したように、Ｐｈａｓｅ１〜Ｐｈａｓｅ３から構成される。Ｐｈａｓｅ１（０≦ｔ≦Ｔ_１）では、成型炭と粉状炭の混合率と、成型炭の圧潰強度と、目標とする炭化室２内の粉化比率と、図４と、からパイプ５に充填する石炭原料６の充填高さＨ_１を定め、当該Ｈ_１まで石炭原料６をパイプ５に充填する。このように、Ｐｈａｓｅ１ではパイプ５に石炭原料６を充填するので、図６に示すように、石炭原料６の充填高さを通常装炭よりも早く上昇させることができ、短時間で石炭原料６の落下高さを低くできる。

Ｐｈａｓｅ２（Ｔ_１≦ｔ≦Ｔ_２）では、パイプ５の石炭原料６の充填高さＨ_１が変化しないように定めた上記（７）式で算出されるパイプ５の引き上げ速度（Ｈ_２の速度）で引き上げる。このため、図６に示すように、Ｐｈａｓｅ２では、石炭原料６の充填高さは変化しない。

Ｐｈａｓｅ３（Ｔ_２≦ｔ≦Ｔ_３）ではパイプの石炭原料６の充填高さＨ_１が変化しないように定めた上記（１５）式で算出されるパイプ引き上げ速度（Ｈ_２の速度）で引き上げる。このため、図６に示すように、Ｐｈａｓｅ３では、石炭原料６の充填高さは変化しない。Ｐｈａｓｅ３の後は、パイプ５を回収し、その後は、通常装炭と同様に石炭原料６を炭化室２に装炭する。

このように、本実施形態のパイプチャージを用いて石炭原料６を炭化室２に装炭することで、石炭原料６の充填高さを通常装炭よりも早く上昇させることができ、それ以降は、目標とする粉化比率になるような落下高さに制御できる。このように落下高さを制御することで、圧潰強度が低い成型炭の粉化を抑制できるので、バインダーの添加量を増やすことなく、炭化室２の装炭時の成型炭の粉化を抑制できる。なお、落下高さの制御はパイプ内の石炭高さを公知のセンサーで計測して、計測された高さが一定になるようにパイプの引き上げ速度を制御してもよい。

次に、パイプチャージによる成型炭の粉化抑制効果を確認するため、図２に示した試験容器１０を用いて、通常操業で行っている通常装炭と、本実施形態のパイプチャージとの比較実験を行なった。比較実験は、図３に示した成型炭の圧潰強度を０．７ｋＮに調整し、５．８トンの成型炭を試験容器１０の開口部１２から装炭することで実施した。

比較実験のパイプチャージでは、最長６９００ｍｍのパイプであって、特許文献３に記載されているようなテレスコープ型構造のパイプを使用した。パイプをテレスコープ型の構造にすることで、パイプの段階的な引き上げを可能にしている。成型炭の落下高さが２ｍまたは４ｍになるように、パイプの成型炭の充填高さＨ_１、初期成型炭充填時間（Ｔ_１）、炉底を成型炭が充填するまでの時間（Ｔ_２）、Ｈ_１とＨ_２が同じになる時間（Ｔ₃）を下記表１に記載した値に設定した。また、パイプ５の下端の高さＨ_２を、図７に示すように時間変化させ、装炭時間がＴ_３に達した後にパイプを回収した。装炭速度を８トン／ｍｉｎに設定し、約４５秒で全ての成型炭を試験容器１０に装炭した。

成型炭を試験容器１０に装炭した後、側面に設けられた窓１４から成型炭を採取し、成型炭の粉化比率を測定した。なお、本実施形態において、試験容器１０の窓１４から採取した全成型炭のうち、目開き１５ｍｍの篩を用いて篩上に篩分けられたものは成型炭であるとして、成型炭の粉化比率を、上記（１）式を用いて算出した。この結果を図８に示す。

図８は、成型炭の粉化比率と落下高さとの関係を示すグラフである。図８において、横軸は、粉化比率（質量％）であり、縦軸は、落下高さ（ｍ）である。図８に示すように、通常装炭（パイプチャージ無し）では、採取位置が試験容器１０の底部であって落下高さが高いほど粉化比率が高くなった。一方、パイプチャージでは、試験容器１０の底部においても通常装炭より粉化比率が小さくなった。パイプ５に成型炭が充填されることで、装炭時の落下高さが低くなり、これにより成型炭の粉化が抑制されたものと考えられる。炉底部において粉化比率が高くなっているのは、パイプ５に成型炭が充填されるまでは通常装炭と落下高さが変わらなかったためと考えられる。

このように、本実施形態のパイプチャージを用いることで、少ない石炭原料６でパイプ５の充填面を上昇できるので、落下高さが高く、大きい落下衝撃を受ける石炭原料６の量を少なくできる。これにより、成型炭のバインダー添加量を増やすことなく炭化室装炭時の成型炭の粉化を抑制できる。また、圧潰強度の低いバインダー添加量の少ない成型炭を用いることが可能になるので、炭化室の炉壁耐火物表面へのカーボン析出を抑制でき、これによりコークス炉の炉体管理が容易になる。

また、炭化室に装炭された石炭原料における成型炭の割合の目標を、例えば、７０質量％以上１００質量％以下にし、当該成型炭の割合を達成できる粉化比率となる充填高さに設定し、当該高さ以上になるようなパイプ引き上げ速度でパイプ５を引き上げる。これにより粉の発生を抑え、炭化室に装炭される石炭原料６の成型炭の割合を７０質量％以上１００質量％以下にでき、乾留速度の短縮によるコークスの生産性の向上が実現できる。

なお、図５に示した例においては、石炭原料６の充填高さＨ_１の高さが変化しないように、パイプ５の引き上げ速度を定めた例を示したがこれに限られず、石炭原料６の充填高さＨ_１以上になるように、パイプ５の引き上げ速度を定めればよい。充填高さをＨ_１以上にできれば、石炭原料６の落下高さを変化しないように引き上げ速度を設定した場合よりも落下高さを低くできるので、本発明の効果を得ることができることは明らかである。また、図５に示した例においては、装炭速度Ｖを一定にした例を示したが、これに限られない。装炭速度は、Ｐｈａｓｅ１、Ｐｈａｓｅ２およびＰｈａｓｅ３で変えてもよく、この場合には、当該装炭速度に対応したパイプ引き上げ速度に設定すればよい。

なお、Ｐｈａｓｅ１で、石炭原料を予め定められた高さＨ_１まで充填する際の高さＨ_１は、例えば図４に示したような、使用する成型炭の落下高さと粉化比率の関係に基づいて、目標とする粉化比率となる落下高さと、炭化室の落下高さＨとの差以上の値として定めることができる。また、Ｈ_１の上限は、パイプ５の上端までの間であれば特に制限する必要はない。また、Ｐｈａｓｅ３の後のパイプ５の回収は、Ｐｈａｓｅ３終了後直ちに行ってもよいし、装入を継続しながら徐々に行ってもよい。また、本実施形態における成型炭および粉状炭は、バインダーとして作用しない粘結材、粉コークス、油類、プラスチック類、バイオマス類を含むものであってもよい。

本実施形態のパイプチャージで装炭した場合の乾留速度と、乾留後のコークス強度を確認するため、実炉での乾留試験を実施した。乾留試験では、圧潰強度０．７ｋＮの成型炭が１００質量％である石炭原料を用いた。本実施形態のパイプチャージを用いて、落下高さを２ｍ、４ｍとして成型炭を装炭した場合と、通常装炭で成型炭を装炭した場合について、それぞれ乾留速度とコークス強度を測定した。乾留時間は、炭化室の幅方向、高さ方向、長さ方向の中央に熱電対を挿入し、当該熱電対で測定される温度が９５０℃を超えるまでに要した時間とし、通常装炭で成型炭を装炭した場合の乾留時間を１．００とした相対値として算出した。また、コークス強度は、ＪＩＳ Ｋ ２１５１に規定されている回転強度試験により測定されるドラム強度ＤＩ^１５０ _１５で測定した。測定結果を下記表２に示す。

表２に示すように、乾留時間は、通常装炭で成型炭を装炭した場合よりも本実施形態のパイプチャージを用いて成型炭を装炭した場合の方が短くなった。また、パイプチャージを用いて成型炭を装炭した場合においては、落下高さを４ｍとしたよりも落下高さを２ｍとした方が、乾留時間が短くなった。

通常装炭では、成型炭が粉化することで炉底部の充填密度が上昇し、充填密度の上昇分だけ、炉底の石炭原料６の伝熱速度が低下し、これにより乾留時間が長くなったと考えられる。一方、本実施形態のパイプチャージを用いた場合には、成型炭の粉化が抑制され、炉底の充填密度の上昇が抑制される。このため、炉底部における石炭原料６の伝熱速度の低下が抑制され、乾留時間が通常装炭の場合よりも短くなったと考えられる。さらに、落下高さを２ｍとすることで、落下高さ４ｍとした場合よりも成型炭の粉化が抑制され、炉底の充填密度の上昇が抑制され、この結果、乾留時間がさらに短くなったと考えられる。

コークス強度は、通常装炭で成型炭を装炭した場合よりも本実施形態のパイプチャージを用いて成型炭を装炭した場合の方が高くなった。また、パイプチャージを用いて成型炭を装炭した場合においては、落下高さを４ｍとしたよりも落下高さを２ｍとした方が、コークス強度が高くなった。

通常装炭では、成型炭が粉化し、粉となった低品位炭が増加したことで乾留後のコークスのコークス強度が低下したと考えられる。一方、本実施形態のパイプチャージを用いた場合には、成型炭の粉化が抑制されるので、粉となる低品位炭の量を少なくでき、これにより乾留後のコークスのコークス強度が向上したと考えられる。また、パイプチャージを用いた場合であっても、落下高さを２ｍとすることで、落下高さ４ｍとした場合よりも成型炭の粉化をさらに抑制でき、これにより、乾留後のコークスのコークス強度はさらに向上した。これらの結果から、本実施形態のパイプチャージを用いることで、バインダーの添加量を増やすことなく、コークス強度を向上させることができ、乾留時間も短くできることが確認された。

１ コークス炉
２ 炭化室
３ 装炭車
４ 装炭孔
５ パイプ
６ 石炭原料
１０ 試験容器
１２ 開口部
１４ 窓

Claims (1)

1. パイプを炭化室の炉底近傍に降ろし、前記パイプに石炭原料を予め定められた高さまで充填した後、前記パイプを引き上げながら前記炭化室に前記石炭原料を装炭し、乾留してコークスを製造するコークスの製造方法であって、
   前記石炭原料は、７０質量％以上１００質量％以下の範囲内の成型炭と、０質量％以上３０質量％以下の範囲内の粉状炭と、が混合された混合物であり、
   前記パイプに充填された前記石炭原料が前記予め定められた高さ以上になるように、前記石炭原料の装炭速度と前記パイプの引き上げ速度とを定める、コークスの製造方法。