焦炭的制造方法
阅读：865发布：2020-05-12
专利汇可以提供焦炭的制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及的 焦炭 的制造方法包括如下步骤：制备步骤，配合2种以上的 煤 而制备混煤；搅拌混合步骤，通过对混煤进行搅拌混合而使由煤粒子凝聚而形成的混煤中的至少一部分准粒子 破碎 ；和干馏步骤，通过将搅拌混合后的混煤装入 焦炉 中进行干馏而制造焦炭。，下面是焦炭的制造方法专利的具体信息内容。
1.一种焦炭的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备步骤，配合2种以上的煤而制备混煤；
搅拌混合步骤，通过对所述混煤进行搅拌混合而使由煤粒子凝聚而形成的混煤中的至少一部分准粒子破碎；和
干馏步骤，通过将搅拌混合后的混煤装入焦炉中进行干馏而制造焦炭。
2.根据权利要求1所述的焦炭的制造方法，其特征在于，所述制备步骤包括在配合2种以上的煤之前将该2种以上的煤粉碎的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的焦炭的制造方法，其特征在于，所述制备步骤包括将所述
2种以上的煤干燥的步骤。
4.根据权利要求1～3中任1项所述的焦炭的制造方法，其特征在于，对水分量为6质量％以上的混煤进行所述搅拌混合步骤。
5.根据权利要求1～4中任1项所述的焦炭的制造方法，其特征在于，所述搅拌混合步骤包括使用混合装置对混煤进行搅拌混合的步骤，所述混合装置具有如下搅拌混合性能，即，由以下所示的数学式(1)求出的达成度在开始搅拌混合操作后经过60秒后达到0.6以上，
[数学式1]
达成度＝(Vmax-V(t))/(Vmax-Vst)···(1)
达成度是由混合物的明度计算的值，所述混合物是将平均粒径2.66μm的碳酸钙95质量％和平均粒径0.47μm的氧化铁(III)5质量％装入混合装置进行搅拌混合操作而得的，数学式(1)中，t表示开始搅拌混合操作后经过的时间，Vmax表示碳酸钙的明度，Vst表示将碳酸钙和氧化铁(III)完全混合而成的混合物的明度，V(t)表示在时间t时的混合物的明度。
6.根据权利要求1～5中任1项所述的焦炭的制造方法，其特征在于，所述搅拌混合步骤包括使用混合装置对混煤进行搅拌混合的步骤，所述混合装置的每单位混合容积的所需
4 3
动力为1.0×10W/m以上。
焦炭的制造方法
技术领域
背景技术
[0002] 一般而言，焦炉中，随着老化的进行产生各种作业故障。这样的作业故障中，无法将制造出的焦炭排出到炉外的“挤出不畅”是极其严重的作业故障。其理由是发生“挤出不畅”时，会迫使焦炭的制造时程(production schedule)发生变更，所以焦炭的制造量减少，另外导致炉体损伤，所以焦炉的寿命变短。
[0003] 发生“挤出不畅”的机理大致如下。在通常的室炉式焦炉的作业中，装入炭化室内的混煤利用来自与炭化室邻接的燃烧室的热从炉壁侧起依次被干馏，生成焦炭饼(coke cake)。通常，焦炭饼本身因干馏而收缩，在炉壁与焦炭饼的外表面之间形成缝隙(以下，表述为间隙)。通过形成间隙，使得焦炭饼向炉外的排出(挤出)变得容易。
[0004] 然而，由于焦炭饼的收缩不充分而无法形成足够大小的间隙的情况下，挤出焦炭饼时，因炉壁与焦炭饼的外表面之间的摩擦阻力变大而导致“挤出不畅”发生。另外，炉壁表面的凹凸大的情况也同样因炉壁与焦炭饼的外表面之间的摩擦阻力变大而导致“挤出不畅”发生。
[0005] 炉壁表面的凹凸受伴随焦炉的老化而产生的炉壁砖的磨损、脱落以及附着在炉壁的炭的生长等的影响而增加。因此，“挤出不畅”的发生频率随着焦炉的老化不可避免地增加。鉴于这样的背景，在老化的焦炉的作业中，实施各种对策来实现“挤出不畅”的发生频率的降低。
[0006] 作为降低“挤出不畅”的发生频率的对策，湿煤作业作为最简单且有效的手段被广泛采用，该湿煤作业是在不积极将混煤的水分量从堆积在货场(yard)的状态时的水分量(随季节、天气变化但大致为8-14质量％)降低的情况下进行作业。通过增加混煤的水分量，使混煤的装入堆积密度降低、间隙增加等，由于这些理由，减少挤出时的炉壁与焦炭饼的外表面之间的摩擦阻力，能够减少“挤出不畅”的发生频率。
[0007] 具体而言，专利文献1中记载了利用煤调湿设备调整混煤的水分量后在焦炉中对混煤进行干馏的技术。详细而言，该技术基于预先测定的混煤的水分量与间隙的关系求出确保所希望的间隙所需要的混煤的目标水分量。而且，该技术通过以煤调湿设备的输出侧的混煤的总水分量为目标水分量的方式控制煤调湿设备的热输入量，从而减少“挤出不畅”的发生频率。
[0008] 另外，专利文献2中记载了对煤塔内的煤局部添加水，并介由装煤车将添加了水的煤装入炭化室的技术，该煤塔向将煤装入炭化室的装煤车供给煤。采用该技术，通过使水分量比其它煤高的煤偏聚在炭化室内的一部分，能够提高已提高水分量的煤部分的焦炭的收缩率而增大间隙，能够降低“挤出不畅”的发生频率。
[0009] 如上所述，增加混煤的水分量对于降低“挤出不畅”的发生频率是有效的。另一方面，很多焦炉中，为了提高焦炭强度等，向混煤的预先处理工序中导入利用调湿设备、预热设备降低混煤的水分量的工序。然而，降低伴随焦炉的老化的“挤出不畅”的发生频率成为作业的首要事项。
[0010] 因此，即便想要提高焦炭强度也不能降低混煤的水分量，混煤的水分量有增加趋势。另一方面，为了使利用焦炉中制造的焦炭的高炉稳定地作业，必须确保高炉内的通气性、通液性，强度、尤其是以JIS K 2151的旋转强度试验法测定的旋转强度优异的焦炭是必不可少的。鉴于这样的背景，提出了提高焦炭强度的技术。
[0011] 提高焦炭强度的技术大致分类成预先处理技术、配合技术和干馏技术。其中预先处理技术能够在不导致混煤的成本增加的情况下，以不受焦炉的生产率制约的方式设计设备，因此特别受重视。该预先处理技术若按对焦炭强度的处理方法分类，大致分为(1)提高混煤的装入堆积密度的技术(以下，表述为技术(1))和(2)使混煤均质化的技术(以下，表述为技术(2))这2种技术。
[0012] 技术(1)的目的在于减小向焦炉装入混煤时的煤粒子间的空隙以使得对焦炭强度有影响的气孔缺陷的个数减少。作为技术(1)的方法，有机械地压实混煤后装入焦炉的方法，可例示装入一部分成型煤的方法、冲压法等方法。另外，还有通过减少混煤的水分量而减弱煤粒子间的附着力从而提高装入堆积密度的方法，可例示煤调湿法、预热煤装炉法、粉煤预压块技术(DAPS)、新一代焦炉技术(SCOPE-21)等方法(参照非专利文献1)。
[0013] 与此相对，技术(2)的目的在于提高焦炭中强度最弱的部分的强度。煤本来就由各种热特性、机械特性不同的组织构成，极其不均质。因此，由不均质的煤制造的焦炭的组织也不均质。另一方面，焦炭这种脆性材料的强度一般以最弱环模型(weakest-link model)说明，由材料内存在的强度最弱的部分的强度决定。因此，只要使焦炭的组织均质化，就能使焦炭内部的强度平均化，从而提高强度最弱的部分的强度，使焦炭整体的强度提高。
[0014] 作为技术(2)的方法，有调整煤的粒度的方法(参照非专利文献1)。调整煤的粒度的方法的基本目的是将煤粉碎成较细使焦炭的组织均质。另外，已知还有用转鼓混合机等配煤机处理煤而提高煤的混合度，从而实现焦炭的组织的均质化的方法(参照非专利文献2)。但是，根据现有的研究，确认了焦炭的制造工艺中使用的混煤不需要通过配煤机，介由输送中途的传送带的换载等就能充分地混合(参照非专利文献2)。因此，现在不使用配煤机而实现焦炭的组织的均质化的炼焦工厂也很多。
[0015] 现有技术文献
[0016] 专利文献
[0017] 专利文献1：日本特许第3985605号公报
[0018] 专利文献2：日本特许第4830370号公报
[0019] 非专利文献
[0020] 非专利文献1：坂轮等著，“煤·焦炭”，2002年，日本钢铁协会，东京[0021] 非专利文献2：大越等，“焦炭循环(Coke circular)”，20卷，1971年，p.271[0022] 非专利文献3：山本等，“材料和工艺”，20卷，2007年，p.876
[0024] 非专利文献5：漥田等，“铁和钢”，92卷，2006年，p.833
[0025] 非专利文献6：上坊等，“材料和工艺”，17卷，2004年，p.618
[0026] 非专利文献7：佐藤等，“粉体工学会志”，30卷，1993年，p.390发明内容
[0027] 然而，专利文献1、2记载的技术和技术(1)、(2)存在如下所示的问题点。
[0028] 专利文献1记载的技术以抑制“挤出不畅”发生所需的间隙为目标值，通过控制混煤的水分量来控制间隙。因此，专利文献1记载的技术在抑制“挤出不畅”发生的方面是有效的，但无法抑制焦炭强度降低。另外，专利文献2记载的技术也同样通过控制混煤的水分量来控制间隙，因此无法抑制焦炭强度降低。与此相对，技术(1)在提高焦炭强度方面是有效的，但由于缩小间隙而无法抑制“挤出不畅”的发生。实际上，对于炉龄超过40年的老化炉而言，如果降低混煤的水分量，则频繁发生“挤出不畅”，无法使焦炉稳定地作业，因此即便牺牲焦炭强度也要在使混煤的水分量保持在高位的状态下进行作业。
[0029] 另一方面，技术(2)不仅对提高焦炭强度，而且对确保间隙也是有效的(参照非专利文献3)。然而，在混煤的水分量高的状态下，即便将混煤粉碎使粒径变细，煤粒子也会借助水而凝聚，由于准粒子化而使粒径增大，由粉碎带来的均质化的效果降低。另外，混煤中的准粒子的行为和准粒子对焦炭强度的影响尚未充分了解。因此，为了提高均质化的效果需要将何种准粒子破坏到何种程度为宜以及破坏准粒子的适当方法尚不明确。并且，技术(2)使用转鼓混合机等以对流混合为主要目的的配煤机对混煤进行混合，所以煤粒子维持在准粒子化的状态下进行宏观混合。因此，采用技术(2)，从微观上来看，混煤是以非均质的状态被混合的，无法使焦炭内部的强度平均化。
[0030] 本发明是鉴于上述课题而进行的，其目的在于提供一种焦炭的制造方法，能够制造强度高且从焦炉的挤出性优异的焦炭。
[0031] 本发明的发明人等对何种程度的等级的混煤的均质性影响焦炭强度进行了深入研究。其结果，本发明的发明人等发现毫米级的混煤的均质性影响焦炭强度的可能性大。毫米级的混煤的均质性是指如下观点：例如着眼于每边为几毫米的立方体的范围时，若无论取该范围内的何处混煤均为相同的性状，则认为混煤的均质性高。
[0032] 如果多种煤粒子处于良好地混合的状态则混煤的均质性高，相反如果多种煤粒子处于部分偏聚存在的状态则混煤的均质性低。例如混煤中存在很多粒径几毫米的煤粒子时，在该粒子部分不能说多种煤粒子被良好地混合，因此混煤的均质性低。另外，即便微粒的煤粒子形成几毫米大小的准粒子的情况下，如果不是准粒子的内部的多种煤粒子良好地混合的状态，则混煤的均质性也低。
[0033] 另外，一直以来，着眼于煤粒子的大小影响焦炭强度，但本发明的发明人等了解到多个煤粒子凝聚而成的准粒子也对焦炭强度有影响。并且，本发明的发明人等对混煤的水分量与准粒子的形成状况的关系进行了调查。其结果，本发明的发明人等发现如果混煤的水分量超过6[质量％]，则粒径为1[mm]以上的准粒子的重量比例增加，毫米级的混煤的均质性降低。
[0034] 即，本发明的发明人等清楚了伴随混煤的水分量的上升而引起的焦炭强度的降低不仅有助于由混煤的装入堆积密度的降低导致，而且对准粒子的重量比例的增加引起的毫米级的混煤的均质性的降低也有帮助。
[0035] 基于上述观点想到的本发明的焦炭的制造方法的特征在于，包括如下步骤：制备步骤，配合2种以上的煤而制备混煤；搅拌混合步骤，通过对上述混煤进行搅拌混合而使由煤粒子凝聚而形成的混煤中的至少一部分准粒子破碎；和干馏步骤，通过将搅拌混合后的混煤装入焦炉中进行干馏而制造焦炭。
[0036] 另外，根据上述发明，本发明的焦炭的制造方法的特征在于，上述制备步骤包括在配合2种以上的煤之前将该2种以上的煤粉碎的步骤。
[0037] 另外，根据上述发明，本发明的焦炭的制造方法的特征在于，上述制备步骤包括将上述2种以上的煤干燥的步骤。
[0038] 另外，根据上述发明，本发明的焦炭的制造方法的特征在于，对水分量为6质量％以上的混煤进行上述搅拌混合步骤。
[0039] 另外，根据上述发明，本发明的焦炭的制造方法的特征在于，上述搅拌混合步骤包括使用混合装置对混煤进行搅拌混合的步骤，该混合装置具有如下搅拌混合性能，即，由以下所示的数学式(1)求出的达成度在开始搅拌混合操作后经过60秒后达到0.6以上。
[0040] [数学式1]
[0041] 达成度＝(Vmax-V(t))/(Vmax-Vst)…(1)
[0042] 达成度是由混合物的明度计算的值，该混合物是将平均粒径2.66μm的碳酸钙95质量％和平均粒径0.47μm的氧化铁(III)5质量％装入混合装置进行搅拌混合操作而得的。数学式(1)中，t表示开始搅拌混合操作后经过的时间，Vmax表示碳酸钙的明度，Vst表示将碳酸钙和氧化铁(III)完全混合而成的混合物的明度，V(t)表示在时间t时的混合物的明度。
[0043] 另外，根据上述发明，本发明的焦炭的制造方法的特征在于，上述搅拌混合步骤包括使用混合装置对混煤进行搅拌混合的步骤，所述混合装置的每单位混合容积的所需动力4 3
为1.0×10W/m以上。
为1.0×10W/m以上。
[0045] 图1是表示混煤的水分量与粒度分布的关系的图。
[0046] 图2A是用于说明将不含准粒子的单种煤(single coal)彼此混合时的混煤的均质性的图。
[0047] 图2B是用于说明将含有准粒子的单种煤彼此混合时的混煤的均质性的图。
[0048] 图3A是用于说明间隙的评价方法的示意图。
[0049] 图3B是用于说明间隙的评价方法的示意图。
[0050] 图4是表示混煤的制备中使用的单种煤的水分量与焦炭强度的关系的图。
[0051] 图5是表示混煤的制备中使用的单种煤的水分量与间隙的关系的图。
[0052] 图6是表示粒径1[mm]以上的粒子的重量比例与焦炭强度的关系的图。
[0053] 图7是表示焦炭的光学组织的评价结果的图。
[0054] 图8是表示混合机的搅拌混合时间与达成度的关系的图。
[0055] 图9是表示60秒后的达成度与破碎度的关系的图。
[0056] 图10是表示每单位混合容积的所需动力与60秒后的达成度的关系的图。
[0057] 图11是表示混合时的混煤的水分量与焦炭的转鼓强度的关系的图。
具体实施方式
[0058] 本发明的发明人等对何种程度的级别的混煤的均质性影响焦炭强度进行了深入研究，结果发现毫米级的混煤的均质性影响焦炭强度的可能性高。另外，本发明的发明人等发现如果混煤的水分量超过6[质量％]，则粒径为1[mm]以上的准粒子的重量比例增加，毫米级的混煤的均质性降低。
[0059] 根据以上的观点，本发明的发明人等想到通过对混煤实施能够提高毫米级的混煤的均质性的搅拌混合操作，即便为相同的混煤也能够提高焦炭强度，从而完成了本发明。以下，详细说明想到本发明的研究流程后，对作为本发明的一个实施方式的焦炭的制造方法进行说明。
[0060] 〔混煤的均质性与焦炭强度和间隙的关系〕
[0061] 本发明的发明人等对混煤的水分量与准粒子的形成状况的关系进行了调查。作为混煤，使用冶金焦炭的制造中使用的一般性状的混煤。将构成混煤的4种单种煤(A煤～D煤)的性状(平均最大反射率Ro[％]、吉氏流动度logMF[log ddpm]、挥发成分VM[质量％]、灰分Ash[质量％])以及配合率[质量％]和混煤的平均性状分别示于以下的表1和表2。平均最大反射率是基于JIS M8816测定的，吉氏最高流动度是基于JIS M8801测定的，挥发成分和灰分是基于JIS M8812测定的。挥发成分和灰分是干基(dry basis)的值。
[0062] [表1]
[0063] (表1)
[0064]
[0065] [表2]
[0066] (表2)
[0067]加权平均Ro[％] 0.99
加权平均log MF[log ddpm] 2.52
加权平均VM[质量%] 27.8
加权平均Ash[质量％] 8.2
加权平均log MF[log ddpm] 2.52
加权平均VM[质量%] 27.8
加权平均Ash[质量％] 8.2
[0068] 将混煤粉碎制备成假想了实际操作的粒度分布(3[mm]以下：75[％]、3～6[mm]：15[％]、6[mm]以上：10[％]。分别为干燥基准的质量％)。将混煤加热至107[℃]在水分量为0[质量％]后，添加水分使其溶合一昼夜，制备以下表3所示的8种模式的水分量(0、
4、6、7、8、9、10、12[质量％])的混煤。其后，用振动筛对各混煤筛5分钟，测定粒度分布。
4、6、7、8、9、10、12[质量％])的混煤。其后，用振动筛对各混煤筛5分钟，测定粒度分布。
[0069] 在通常的混煤的粒度分布测定中，使试样干燥，在准粒子瓦解后筛分出来进行分析。与此相对，本实验中，边对添加水分后生成的准粒子施加一定的冲击边筛选一定时间，测定未被该冲击破坏的准粒子的粒度分布。在表3中一并示出粒度分布的测定结果。另外，图1中示出混煤的水分量与粒度分布的关系。
[0070] 如表3和图1所示，在混煤的水分量达到4[质量％]以前，与初始(水分量0[质量％])的粒度分布相比没有太大的变化，几乎看不到大粒径的粒子的重量比例增加的准粒子化。与此相对，从混煤的水分量超过6[质量％]时开始，特别是粒径为1[mm]以上的准粒子的重量比例显著增加，确认了准粒子化进行。
[0071] [表3]
[0072] (表3)
[0073]
[0074] 接下来，本发明的发明人等对考虑到准粒子存在的混煤的均质性与焦炭强度和间隙的关系进行了调查。考虑混煤的均质性时，需要考虑混煤中含有的准粒子中的煤品种及其粒径。即，制备混煤前出现的准粒子由单一的煤品种构成。与此相对，在制备后出现的准粒子的内部可能存在多种煤品种，另外多种煤品种某种程度地混合。
[0075] 因此，为了调查准粒子的存在对混煤的均匀性和焦炭强度的影响，需要将由单一的煤品种构成的准粒子混合来制备混煤，评价由该混煤得到的焦炭的强度。为了理想地进行该评价，需要使构成煤的单一的粒子或者准粒子的粒径一致。然而，由于煤不均质，各组织的粉碎性不同，所以难以使粒子的粒径一致。
[0076] 因此，为了再现构成粒子不同的煤，准备仅水分量不同的单种煤(水分量：3、4、6、8、10[质量％])，为了将构成煤的单一粒子或者准粒子大致维持其状态进行混合，向对流混合为主体的转鼓混合机中投入按照表1所示的配合率准备好的单种煤后，混合60秒钟。
该操作中，确认了混合前后的准粒子的粒度分布几乎没有差别。混合后，以全部混煤的水分量成为10[质量％]且不实施追加的混合操作(准粒子不发生变化)的方式，通过喷雾添加不足量的水分量，使其溶合一昼夜。
该操作中，确认了混合前后的准粒子的粒度分布几乎没有差别。混合后，以全部混煤的水分量成为10[质量％]且不实施追加的混合操作(准粒子不发生变化)的方式，通过喷雾添加不足量的水分量，使其溶合一昼夜。
[0077] 如图2A、2B所示，通过该操作制备的混煤中，没有形成准粒子的单一粒子、准粒子被良好地混合，宏观来看可以说均质性高。然而，单一的准粒子几乎由单一的煤品种构成，准粒子的品质差别大，如果在准粒子的大小程度的范围内考虑，则混煤的均质性低。
[0078] 焦炭强度按照以下的顺序评价。将混煤17.1[kg]以堆积密度(干燥重量基准)3
成为725[kg/m]的方式填充到干馏罐，以在干馏罐上放置10[kg]的砝码的状态在炉壁温度1050[℃]的电炉内干馏6小时后，从炉中取出进行氮冷却，得到焦炭。得到的焦炭的强度基于JIS K 2151的旋转强度试验法，以旋转速度15[rpm]测定150次旋转后的粒径为
15[mm]以上的焦炭的质量比例，算出与旋转前的质量比×100作为转鼓强度DI(150/15)。
成为725[kg/m]的方式填充到干馏罐，以在干馏罐上放置10[kg]的砝码的状态在炉壁温度1050[℃]的电炉内干馏6小时后，从炉中取出进行氮冷却，得到焦炭。得到的焦炭的强度基于JIS K 2151的旋转强度试验法，以旋转速度15[rpm]测定150次旋转后的粒径为
15[mm]以上的焦炭的质量比例，算出与旋转前的质量比×100作为转鼓强度DI(150/15)。
[0079] 间隙按照以下的顺序评价。向图3A、3B所示的间隙测定用的小型模拟干馏釜13
中以堆积密度(干燥重量基准)成为775[kg/m]的方式填充混煤2.244[kg]，在炉壁温度
1050[℃]的电炉内干馏4小时20分钟后，从炉中取出进行氮冷却而得到焦炭饼。用激光测距仪测定得到的焦炭饼的一面与炉壁的缝隙，计算缝隙的平均值。然后，将缝隙的平均值的两面的和定义为间隙。
中以堆积密度(干燥重量基准)成为775[kg/m]的方式填充混煤2.244[kg]，在炉壁温度
1050[℃]的电炉内干馏4小时20分钟后，从炉中取出进行氮冷却而得到焦炭饼。用激光测距仪测定得到的焦炭饼的一面与炉壁的缝隙，计算缝隙的平均值。然后，将缝隙的平均值的两面的和定义为间隙。
[0080] 图3A、3B所示的小型模拟干馏釜1具备由砖形成的底板11、立设在底板11上的金属制的一对侧板12a、12b和由配设在一对侧板12a、12b上的由砖形成的顶板13。如图3A所示，混煤2填充到由构成小型模拟干馏釜1的板形成的空间内，如图3B所示，使用激光测距仪测定通过干馏得到的焦炭饼3与一对侧板12a、12b的缝隙D。在本实施方式中，小型模拟干馏釜1具有长度L：114[mm]×宽度W：190[mm]×高度H：120[mm]的尺寸。
[0081] 以下所示的表4中示出焦炭强度和间隙的测定结果。另外，图4中示出混煤的制备中使用的单种煤的水分量与焦炭强度的关系，图5中示出单种煤的水分量与间隙的关系。如图4所示，在单种煤的水分量达到6[质量％]以前焦炭强度几乎没有变化，但如果单种煤的水分量超过6[质量％]则焦炭强度急剧降低。
[0082] [表4]
[0083] (表4)
[0084]
[0085] 本实验中，对由配合的多种单种煤在准粒子内部未良好地混合的状态的混煤得到的焦炭强度进行了评价。因此，对图1和图4进行比较，图1表示混煤的水分量与准粒子的关系，图4表示混煤的制备中使用的单种煤的水分量与焦炭强度的关系。其结果，可知在焦炭强度降低的临界点即水分量6[质量％]以上时含有准粒子的粒径1[mm]为以上的粒子的重量比例显著增加。为了更明确，将图1所示的混煤中的粒径为1[mm]以上的粒子的重量比例与焦炭强度的关系示于图6。如图6所示，在混煤中的粒径为1[mm]以上的粒子的重量比例与焦炭强度之间成立了良好的相关关系。
[0086] 根据以上的内容，认为毫米级的均质性(例如着眼于1边为几毫米的立体的范围时，其内部是否处于良好地混合的状态)影响焦炭强度的可能性高。另一方面，如图5所示，发现间隙随着水分量的降低有稍微增大的趋势，但几乎没有差别。根据该结果，认为通过破坏混煤中存在的内部未良好地混合的状态的准粒子，能够提高焦炭强度。另外，暗示了间隙的大小不取决于准粒子的状态，认为即便破坏准粒子，焦炭的挤出性也不会发生变化。
[0087] 如上所述的焦炭强度的测定结果也符合对焦炭强度与缺陷的关系进行调查而得的以往的研究结果。例如非专利文献4中记载了如下报告：基于成为焦炭的表面破坏的原因的缺陷的调查结果，毫米级的尺寸的缺陷会引起表面破坏。另外，非专利文献5中记载了如下的报告：基于成为缺陷生成的重要因素的无效成分(inert)(未因加热而软化熔融的煤组织)的大小与焦炭强度的关系的分析结果，导致焦炭强度降低的无效成分的大小的临界点为1.5[mm]以上。
[0088] 即，认为毫米级的均质性对焦炭强度造成影响的理由是在焦化时缺乏熔融性的非粘结煤或弱粘煤这种低品质的煤粒子以毫米级凝聚，即准粒子化的情况下，该准粒子部分像粗粒的无效成分一样动作，在焦炭中形成未良好粘结的毫米级的部分，换言之形成毫米级的尺寸的缺陷。
[0089] 此外，对得到的焦炭的光学组织进行评价。将评价结果示于图7。如图7所示，水分量为6[质量％]以下的毫米级的均质性高的混煤中镶嵌状组织发达。可以说光学组织与焦炭基质的强度的关系强，来自活性成分的各向同性组织、镶嵌状组织的强度高(参照非专利文献6)。因此，认为对于伴随混煤的均质化产生的焦炭强度的提高，不仅对减少毫米级的尺寸的缺陷的效果有帮助，还对使镶嵌状组织发达的效果有帮助。认为随着还包含准粒子内部的混煤的均质化(混合强化)镶嵌状组织发达的理由是在形成各向异性较发达的组织的煤(一般为炭化度高的煤)与主要形成各向同性组织的煤(一般为炭化度低的煤)的接触界面形成的镶嵌状组织随着接触界面的增加而增加。
[0090] 〔焦炭的制造方法〕
[0091] 本发明的发明人等根据以上的调查和考察认为通过实施即便为水分量为6[质量％]以上的混煤也会提高毫米级的均质性的操作，具体而言通过实施搅拌混合操作将准粒子破碎，能够由抑制混煤的均质性降低引起的焦炭强度的降低。因此，本发明的发明人等对能够进行搅拌混合操作(剪切混合)的搅拌混合装置及其搅拌混合性能进行了评价，该搅拌混合操作是将水分量6[质量％]以上时形成的粒径为1[mm]以上的准粒子破碎使其均匀分散。
[0092] 首先，本发明的发明人等经过反复深入研究，如下设计出将对具有1[mm]以上的粒径的准粒子进行破碎并均匀分散的程度加以指标化的方法。
[0093] (1)准备涂布有粉末状的荧光涂料(SINLOIHI株式会社制，FX－305)的煤作为示踪剂。示踪剂在紫外线照射下发光。因此，在紫外线照射下利用数码相机对添加有一部分示踪剂并实施了搅拌混合操作的混煤进行拍摄，对得到的图像进行图像处理，由此能够将混煤中的示踪剂的尺寸、分散状态指标化。示踪剂通过在亮度、明度等图像数据设定适当的阈值能够在图像上容易地提取。本发明的发明人等设定亮度的阈值来提取示踪剂部分。
[0094] (2)作为示踪剂的涂布有荧光涂料的煤还包括准粒子化的煤，被以粒径为1[mm]以上的粒子的面积比例成为约5[％]的方式(在紫外线照射下对混煤的外观进行拍照时粒径为1[mm]以上的荧光部分的面积比例成为约5[％]的方式)添加到混煤中。作为示踪剂添加的煤的粒径采用以每2[°]对连接所提取的示踪剂部分的外周的2点且通过重心的直径进行测定所得的平均值。混煤的水分量调整成10[质量％]。
[0095] (3)对添加有示踪剂的混煤进行搅拌混合操作，在紫外线照射下拍摄搅拌混合操作后的混合物，对图像进行图像处理以测定粒径为1[mm]以上的面积比例。将测定值代入以下所示的数学式(2)而计算破碎度。数学式(2)中的参数A为搅拌混合操作后的粒径为1[mm]以上的面积比例，A0为初始的粒径为1[mm]以上的面积比例(约5[％])。即，通过搅拌混合操作使准粒子越破碎，破碎度的值越高。
[0096] [数学式2]
[0097] 破碎度＝I-A/A0 ...(2)
[0098] 上述的方法是能够直接观察到由涂布有荧光涂料的煤构成的准粒子是否破碎的方法，与单纯地测定准粒子的粒度分布的方法相比，能够更正确地评价准粒子的破碎度。通常，在水分存在下煤容易准粒子化，因此即便利用混合后的处理、筛分，准粒子的构成也可能变化。因此，破碎度的评价采用上述的方法。
[0099] 接下来，本发明的发明人等对混合机的混合性能进行了研究，采用了粉体工业技术协会所总结出来的评价手法，即“利用光学手法进行的粉粒体的混合度测定”(参照非专利文献7)。以下，对其顺序和评价方法进行详细说明。该评价方法中，将暗红色的铁丹(氧化铁(III)，平均粒径0.47[μm])5[质量％]和白色的碳酸钙(平均粒径2.66[μm])95[质量％]投入混合机内作为共用粉体而实施搅拌混合操作。
[0100] 取出搅拌混合操作后的试样，使用光度计(MSE株式会社制)测定试样的明度。试样随着搅拌混合操作的进行，铁丹的凝聚体缓慢破碎并分散，整体的色调逐渐变红。因此，相对于利用研钵进行完全混合时的明度来测定现在的明度到何种程度，由此能够判定搅拌混合进行到何种程度，达成度可以按以下所示的数学式(3)进行定义。
[0101] [数学式3]
[0102] 达成度＝(Vmax-V(t))/(Vmax-Vst)…(3)
[0103] 数学式(3)中的参数t表示搅拌混合开始后的经过时间，Vmax表示碳酸钙的明度，Vst表示将碳酸钙与氧化铁(III)完全混合而成的混合物的明度，V(t)表示在时间t时的混合物的明度。
[0104] 在非专利文献7记载的评价方法中，用各种混合机进行上述评价，由混合时间与达成度的曲线的形状将混合机分类成3种模式。对流混合为主体的A型混合机中，曲线成为向下凸出的曲线。与此相对，剪切混合为主体的B型混合机中，曲线成为向上凸出的曲线。另外，对流混合和剪切混合复合发生的C型混合机中，曲线成为A型混合机的曲线和B型混合机的曲线的中间曲线。该曲线的形状通过长时间的搅拌混合操作而获得，60秒左右的搅拌混合操作下，达成度低且几乎没有变化的可以说是A型混合机，达成度为0.6以上的可以说是B型混合机，其中间的可以说是C型混合机。
[0105] 本发明的发明人等使用类型不同的混合机，对添加有示踪剂的混煤进行60秒钟搅拌混合处理，来评价破碎度。将混合机的搅拌混合时间与达成度的关系示于图8。图8所示的混合机A是现有型的转鼓混合机，被分类成A型。另一方面，混合机B是C型混合机，混合机C～E是B型混合机。另外，将60秒后的达成度与破碎度的关系示于图9。
[0106] 如图9所示，确认了破碎度在达成度为0.4～0.6的范围内变化较大。即，可知混煤的毫米级的均质化所需的混合性能是60秒后的达成度为0.6以上，优选为0.7以上，具有这样的混合性能的适合的混合机是以剪切混合为主体的B型混合机。如图8所示，能够确认在现在的焦炭工厂采用的现有的转鼓混合机型的配煤机(A型混合机)中，准粒子几乎没有破碎。
[0107] 接下来，本发明的发明人等从机械的观点对混合机进行了整理，尝试着对其与60秒后的达成度的关系进行评价。原理上，为了使铁丹的凝聚体破碎，需要对凝聚体施加凝聚体的破坏强度以上的力。然而，由于每种混合机的结构大不相同，所以对凝聚体施加的压缩力、剪切力等力的作用方式也多种多样，用施加到凝聚体的力系统评价混合机需要大量的劳力。因此，本发明的发明人等认为施加到凝聚体的力与对混合机的投入能量(动力)存在相关关系，试着利用投入能量整理混合机。
[0108] 实际上，认为投入能量不仅转换成凝聚体的破坏能量，而且还转换成混合物的输送能量、摩擦热等，各转变比例在每个混合机中不同。然而，如图10所示，单纯地对每单位混合容积的所需动力与60秒后的达成度的关系进行评价，结果良好的相关关系大体成立。而且，由图10所示的相关关系可知欲使60秒后的达成度达到0.6以上，每单位混合4 3
容积的所需动力为1.0×10[W/m]以上，欲达到0.7以上，每单位混合容积的所需动力为
4 3
3.0×10[W/m]以上。
容积的所需动力为1.0×10[W/m]以上，欲达到0.7以上，每单位混合容积的所需动力为
4 3
3.0×10[W/m]以上。
[0109] 因此，对于具有由准粒子的破碎实现的混煤的毫米级的均质化所需的搅拌混4 3
合性能的适合的混合机，每单位混合机容积的所需动力为1.0×10[W/m]以上，优选为
4 3
3.0×10[W/m]以上。即，即便不测定达成度，根据所需动力和单位混合容积也能够容易地选出适合的混合机。
合性能的适合的混合机，每单位混合机容积的所需动力为1.0×10[W/m]以上，优选为
4 3
3.0×10[W/m]以上。即，即便不测定达成度，根据所需动力和单位混合容积也能够容易地选出适合的混合机。
[0110] 由以上的研究结果可知通过将B型混合机导入焦炭的生产线，能够抑制由混煤的均质性的降低引起的焦炭强度的降低。另外，混合机根据处理的方法存在分批式的混合机和连续式的混合机。为分批式的混合机时，处理时间相当于混合时间，因此由处理时间与达成度的关系测定搅拌混合性能。另一方面，为连续式的混合机时，混合机内的滞留时间相对于搅拌混合时间，因此由滞留时间与达成度的关系测定搅拌混合性能，选择适合的混合机即可。当然，也可以根据每单位混合容积的所需动力选择适合的混合机。焦炭的制造中由于需要处理几百[t/h]以上的庞大量的煤，所以导入焦炭的生产线的混合机的处理方法更优选处理能力高的连续式。
[0111] 利用混合机进行搅拌混合处理后的混煤的均质性也受利用混合机进行搅拌混合处理前的均质性影响。即，利用混合机进行搅拌混合处理前的均质性高时，能够缩短到得到目标的均质性为止所需的搅拌混合时间，因而效率高。通常，焦炭的生产线包括粉碎工序、混合工序和干燥(包括部分干燥)工序等，混煤在各工序的处理、输送的过程中被混合，朝均质化的方向进行。因此，利用混合机进行的搅拌混合处理尽量在即将装入焦炉之前进行更有效，因而优选。
[0112] 对混煤进行处理的工序的顺序具有粉碎工序、配合工序、干燥工序的顺序，配合工序、粉碎工序、干燥工序的顺序等几种模式，任一模式中利用混合机进行的搅拌混合处理都必须至少在配合工序后进行。另外，在配合工序后具有粉碎工序的模式由于在粉碎工序中混合混煤，所以与在配合工序前具有粉碎工序的模式相比，最终的混煤的均质性高。
[0113] 因此，向在配合工序前具有破碎工序的模式的焦炭生产线导入利用混合机进行的搅拌混合处理时，混煤的均质性的提高效果大，特别有效。另外，根据调查混合时的水分量与焦炭强度的关系而得的结果，混煤的水分量为6[质量％]以上时搅拌混合的效果有效。因此，即便为具有进行混煤的干燥的工序的焦炭的生产线，只要干燥后的混煤的水分量为
6[质量％]以上，就能够通过利用混合机进行的搅拌混合处理来得到焦炭强度的提高效果。干燥工序中不需要将煤的水分全部蒸发，干燥工序还包括使含有水分减少的部分干燥、调湿操作。另外，混煤可以含有粘结材料、油类、焦炭粉、石油焦、树脂类、废弃物等添加物。
6[质量％]以上，就能够通过利用混合机进行的搅拌混合处理来得到焦炭强度的提高效果。干燥工序中不需要将煤的水分全部蒸发，干燥工序还包括使含有水分减少的部分干燥、调湿操作。另外，混煤可以含有粘结材料、油类、焦炭粉、石油焦、树脂类、废弃物等添加物。
[0114] 〔实施例〕
[0115] 本实施例中，准备仅水分量不同的表1所示的4种单种煤(水分量3、4、6、8、10[质量％])，使用搅拌混合方式不同的混合机A～E按照表2所示的配合率将4种单种煤搅拌混合60秒钟而制备混煤。将制备的混煤在上述的条件下干馏，测定得到的焦炭的转鼓强度DI(150/15)和间隙。混合机A是现有型的转鼓混合机(比较例1)，混合机C～E是以剪切混合为主体的B型混合机(发明例1～3)，混合机B是具有现有型与发明例的中间的混合性能的C型混合机(比较例2)。
[0116] 将测定结果示于以下的表5。另外，将混合时的混煤的水分量与焦炭的转鼓强度DI(150/15)的关系示于图11。如表5和图11所示，对于混合时的水分量为6[质量％]以上的混煤，确认了通过在混合机中混合，焦炭强度提高。另外，焦炭强度的提高效果根据混合机的类型变化大。即，B型混合机中焦炭强度的提高效果大，即便混合时的混煤的水分量为10[质量％]，焦炭强度也能恢复至与水分量为6[质量％]以下时的焦炭强度相匹敌的程度。与此相对，A型和C型混合机中焦炭强度的提高效果少。关于间隙，无论施加任何的混合操作也几乎看不到差别。得到的焦炭的CO2反应后强度(CSR，基于ISO18894法测定)也显示出与转鼓强度DI(150/15)相同的趋势。即，比较例1的条件下，混合时水分量为4、6、8[质量％]的情况下，CSR分别为59.2[％]、59.0[％]、57.5[％]，相对于水分增大强度有下降的趋势，与此相对，发明例3中，混合时水分量为4、6、8[质量％]的情况下，CSR分别为59.8[％]、59.7[％]、59.4[％]，几乎没有看到强度下降。
[0117] [表5]
[0118]
[0119] 如图1所示，水分量为6[质量％]以上的混煤中形成粒径为1[mm]以上的准粒子。并且，如表5所示，通过将水分量为6[质量％]以上的混煤用发明例的B型混合机在破碎度高的条件下进行混合，焦炭强度提高，焦炭强度与几乎没有形成准粒子、水分量为4[质量％]以下的情况的焦炭强度等同。根据以上的内容认为本发明中焦炭强度的提高效果是由于混煤中含有的准粒子利用混合机进行的混合操作而破碎所带来的。
[0120] 另外，图11所示的混合机D、E中，即便为水分量高的混煤，经过混合处理也能恢复到与焦炭强度为水分量4[质量％]以下的情况几乎同等的程度，因此认为混煤中存在的准粒子几乎破碎。然而，像使用图11所示的混合机C将水分量为10[质量％]的混煤混合时那样，有时发现与混合机A相比焦炭强度有某种程度的提高。认为这是由于混合机C中准粒子的一部分破碎所引起的，认为通过使准粒子的一部分破碎也能够提高焦炭强度。
[0121] 根据以上的分析可知即便是水分量为6[质量％]以上的毫米级的均质性低的混煤，通过使用剪切混合为主体的B型混合机进行搅拌混合处理，也能够抑制由混煤的均质性的降低引起的焦炭强度的降低，这是现有型的混合机无法实现的。此外，通过搅拌混合操作能够维持间隙，由此可知作为在老化的焦炉中通过湿煤操作来提高焦炭强度的手段，本发明是有效的。
[0122] 根据本实施例可知如果使用混合机C～E搅拌混合60秒则得到焦炭强度的提高效果，但如果搅拌混合时间变长则达成度提高，因此可以搅拌混合60秒以上。另外，如图8所示，由于60秒搅拌混合时的达成度为0.6以上(混合机C中搅拌混合60秒时的达成度＝0.6)，所以为了提高焦炭强度，优选将水分量为6[质量％]以上的混煤在达成度达到0.6以上这样的条件下进行搅拌混合。
[0123] 另外，如图9所示，60秒搅拌混合后的准粒子的破碎度达到0.6以上(混合机C中60秒后的破碎度＝0.62)，因此为了提高焦炭强度，优选通过混煤的搅拌混合使准粒子破碎，使混煤中的粒径为1[mm]以上的准粒子的破碎度达到0.6以上。
[0124] 此外，如图8所示，60秒搅拌混合时的达成度达到0.6以上的混合机中，在搅拌混合时间为10秒时达成度就达到0.4以上，可期待由准粒子的部分破碎带来的焦炭强度的提高效果。另外，可得到高的达成度的混合机(例如混合机E)中搅拌混合时间为10秒时达成度达到0.6以上，因此优选用60秒搅拌混合时的达成度达到0.6以上的混合机对混煤搅拌混合10秒以上。
[0125] 〔比较例〕
[0126] 上述实施例中，水分量高，准粒子的破碎不充分的情况下，确认了焦炭强度降低。因此，本比较例中，为了调查水分量对焦炭强度的影响，实施了使用混合机A改变水分量的试验。水分量以外的条件与实施例1的条件相同。将试验结果示于以下的表6。如表6所示，如果水分量达到6.0[质量％]以上则焦炭强度降低。与此相对，上述实施例中，即便水分量达到8[质量％]，焦炭强度也几乎不降低。根据以上的内容可知本发明的效果在水分量为6[质量％]以上的条件下显著呈现。
[0127] [表6]
[0128] (表6)
[0129]
[0130] 以上，对应用了由本发明人等进行的发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于本实施方式中的构成本发明的公开的一部分的描述和附图。即，本领域技术人员等基于本实施方式所进行的其它实施方式、实施例和运用技术等全部包含在本发明的范畴。
附图说明
[0131]
[0132] 1 小型模拟干馏釜
[0133] 2 混煤
[0134] 3 焦炭饼
[0135] 11 底板
[0136] 12a、12b 侧板
[0137] 13 顶板
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈