焦炭及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的焦炭的特征在于，將2～8％的無灰煤混合于煤中并進行干餾而成，煤和無灰煤的混合物的最高流動度MF值(log(ddpm))為1.8～3.0。利用無灰煤填補粘結性并將其添加率控制在8％以下，利用煤確保整體上的流動度，從而防止無灰煤導致的體積破壞和結晶的發(fā)展障礙，生成大粒的焦炭。
【專利說明】焦炭及其制造方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于高爐法制鐵的焦炭及其制造方法，特別涉及配合了用溶劑對煤進 行萃取處理而得到的無灰煤的焦炭。

【背景技術】
[0002] 對于用于高爐法煉鐵的焦炭，要求在高爐內(nèi)不容易壓碎這樣的一定程度的機械強 度、反應性、表觀密度、還有用于確保通氣性所需要的塊體的大小、分布等各種各樣的特性。 對于符合這些特性的焦炭的原料，通常會使用被稱為"煉焦煤"的，粘結性、流動性或煤化度 處于一定的范圍的品質(zhì)高，另外比通常的鍋爐用普通煤高價的煤，即強粘結煤。這樣的強粘 結煤在400°C左右軟化熔融形成粘稠的液體而融粘，另外，由于內(nèi)包氣體而膨脹，因此煤粒 子間的間隙被有效地填埋，粒子間的粘接被促進，生成強力的焦炭。但是近年來，以資源量 的緊迫和價格的急劇上漲為背景，嘗試將更廉價且品質(zhì)低的煤用于焦炭的原料，例如，實施 了各種為了在強粘結煤中大量配合低級煤的技術開發(fā)。
[0003] 非微粘結煤這樣的低級煤與強粘結煤相比流動度低且粘結性差，因此阻礙煤粒子 間的粘接，缺陷密度變高而降低焦炭的強度。因此，為了填補粘結性，公開了添加了作為來 自于石油的粘結材的柏油浙青（ASP)、或包含用有機溶劑對煤進行萃取后的可溶成分的無 灰煤（Hyper-c〇al，HPC)的焦炭的技術。特別是無灰煤作為低級煤的有效利用，被開發(fā)了各 種技術。例如，專利文獻1中公開了在包含低級煤的煤中添加了無灰煤的焦炭的技術，添加 無灰煤5?10%時可以得到特別高強度的焦炭。
[0004] 現(xiàn)有技術文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1 :日本特開2009-221361號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明所要解決的課題
[0008] 無灰煤與煉焦煤（未改質(zhì)的煤）相比流動度更高，因此對于焦炭而言，通過添加更 多的無灰煤，即使大量配合低級煤也能成為高強度的結構。但是，用于高爐的焦炭不僅要求 強度，還要求顆粒大且均勻。然而，焦炭中若添加大量無灰煤，則有顆粒小的焦炭混合存在 而生成的傾向。由此，上述的專利文獻1尚有改良的余地。
[0009] 另外，對于焦炭而言，由于焦炭爐的結構上的問題，通常認為品質(zhì)（強度、粒徑、氣 孔率等）會產(chǎn)生偏差。由于焦炭爐是從爐壁側傳熱，因而中心部的溫度低，干餾過程中的實 效的加熱時間變短。另外，焦炭爐在高度方向產(chǎn)生壓力分布，因此在焦炭爐的下部施加大的 負荷而煉焦煤等（裝入煤）難以膨脹，在上部自由膨脹。其結果是，根據(jù)焦炭爐的內(nèi)部的位 置，生成的焦炭的品質(zhì)產(chǎn)生偏差。
[0010] 本發(fā)明鑒于上述問題點而完成的，課題在于提供控制強粘結煤的配合、且大粒并 具有充分的強度的品質(zhì)均勻的焦炭及其制造方法。 toon]用于解決課題的手段
[0012] 為了解決上述課題，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)焦炭由于體積破壞而顆粒變小，驗證體積破壞 的發(fā)生機理的結果是，想到由于無灰煤的大量添加而發(fā)生體積破壞。因此，本發(fā)明人使無灰 煤的添加量最優(yōu)化，利用煤來確保整體上的流動度。
[0013] 即本發(fā)明的焦炭的特征在于，干餾將2?8%的無灰煤和煤混合后的煤混合 物而成，所述無灰煤由煤的可溶于溶劑的成分構成，所述煤混合物的最高流動度MF值 (log(ddpm))為 1. 8 ?3. 0。
[0014] 像這樣，通過添加與煤（煉焦煤）相比流動度更高的無灰煤，焦炭形成所必需的粘 結性被填補而提高焦炭的強度，另外在干餾過程中，無灰煤在比煤更低的溫度下流動而在 焦炭爐內(nèi)均勻地結合煤粒子彼此，進一步通過高膨脹性來填充煤粒子間的空隙，因此使焦 炭的品質(zhì)均勻化，進一步通過使無灰煤的添加量以及作為裝入煤的煤混合物整體上的平均 的最高流動度為適當?shù)姆秶?，能夠增大焦炭的粒徑?br> [0015] 另外，制造本發(fā)明的焦炭的方法進行如下工序：將2?8%的無灰煤和煤混合，制 成最高流動度MF值（log(ddpm))為1. 8?3. 0的煤混合物的混合工序；對所述煤混合物進 行干餾的干餾工序。
[0016] 通過按這樣的順序進行，焦炭的制造方法通過在混合工序中，基于能夠預先算出 的最高流動度的平均值選擇煉焦煤，與無灰煤一起配合并混合，在干餾工序中進行干餾，由 此能夠制造具有充分的強度、均勻大粒的焦炭。
[0017] 發(fā)明效果
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的焦炭，能夠控制原料成本并成為充分的強度和粒徑。另外，根據(jù)本發(fā) 明的焦炭的制造方法，能夠從例如低級煤制造無灰煤而降低原料成本，而且能夠利用簡易 的制造方法，與焦炭爐的內(nèi)部的位置無關地均勻制造充分的強度和粒徑的焦炭。

【具體實施方式】
[0019] 對本發(fā)明的焦炭及其制造方法進行詳細說明。
[0020] 〔焦炭〕
[0021] 本發(fā)明的焦炭是為了制造生鐵而用于投入高爐中的焦炭，將在煤中混合有無灰煤 的煤混合物按后述方式在通常的條件下進行干餾而得到。以下，對作為焦炭的原料的煤及 無灰煤進行說明。
[0022] (煤）
[0023] 如后所述，煤適用1種或2種以上，按照與無灰煤的平均計最高流動度MF值在規(guī) 定范圍內(nèi)的品質(zhì)的煤。特別是在適用僅其自身難以成為焦炭原料的、被分類為弱粘結煤或 非微粘結煤那樣的低級煤的情況下，并用作為焦炭原料通常使用的強粘結煤、準強粘結煤。 需要說明的是，低級煤是指通常來說最高流動度MF值（log(ddpm))為2.0以下、平均最大 反射率Ro值為I. 1以下的煤。最高流動度MF值表示熱流動性，平均最大反射率Ro值表示 煤化度。在本發(fā)明的焦炭中，與各種煤的特性也有關，但對于弱粘結煤、非微粘結煤而言，以 還包含無灰煤的配合比計，以干燥煤的形式最大可以配合50%左右。煤可以通過風干等而 成為干燥煤，但也可以在包含水分的狀態(tài)下與無灰煤混合，并進行干餾。
[0024] 優(yōu)選煤成為被細微地粉碎的粒狀，具體來說優(yōu)選該煤的80%以上為直徑3mm以下 的粒狀。本說明書中顆粒的直徑是指顆粒的最大長度，80%以上為直徑3mm以下的顆粒是 指，使煤通過篩眼大小為3mm的篩子時，80%以上通過篩眼。需要說明的是，例如粒徑為3mm 以下的煤是指，用網(wǎng)孔3mm以下的篩子（金屬制網(wǎng)篩、規(guī)格號JISZ8801-1(2006))使粉碎 后的粉碎煤過篩時的篩子下的粉末、顆粒。這樣的煤在制造方法中進行詳細說明，可以預先 粉碎，或者可以邊與無灰煤混合邊粉碎。
[0025](無灰煤：2?8%)
[0026] 無灰煤是為了將煤作為資源有效利用而進行改質(zhì)的改質(zhì)煤的一種，為了作為燃料 高效利用而開發(fā)。無灰煤是從煤中盡量除去了灰分和非溶解性煤成分的改質(zhì)煤，通過用與 該煤親和性高的溶劑萃取煤，從而從灰分等不溶的成分分離而得到萃取液，通過蒸餾法、蒸 發(fā)法從該萃取液中除去溶劑而制造。這樣的無灰煤可以采用公知的方法進行制造（例如， 參照日本專利第4045229號公報）。因此，無灰煤實質(zhì)上不含灰分，大量含有可溶于溶劑的 具有軟化熔融性的有機物，結構上稠合芳香環(huán)從2、3環(huán)的較低分子量的成分到5、6環(huán)左右 的高分子量成分具有寬廣的分子量分布。另外，無灰煤在萃取、分離前的煤和溶劑的混合物 (漿料）的狀態(tài)下被脫水，因此水分減少到0.2?3質(zhì)量％左右，具有充分的放熱量。因此， 無灰煤在加熱下顯示出高流動性，與成為其原料的煤的品位無關，通常在200?300°C熔融 (具有軟化熔融性）。本發(fā)明中，對于成為無灰煤的原料的煤，品質(zhì)沒有要求。另外，為了提 高焦炭的強度，無灰煤優(yōu)選為盡量小的粒狀，具體來說優(yōu)選直徑（最大長度）為Imm以下。
[0027] 按照這樣，由于無灰煤含有大量揮發(fā)成分，熱流動性優(yōu)異，粘結性高，因此能夠填 補弱粘結煤、非粘結煤等低級煤的粘結性。而且由于無灰煤在比煉焦煤更低的溫度下開始 流動，因此通過在煤中添加并使其分散，在干餾過程中在焦炭爐內(nèi)，包括在溫度上升慢的中 心部，均勻地使煤粒子彼此直接結合。另外，無灰煤的膨脹性也比煉焦煤高，因此即使在施 加大負荷的焦炭爐的下部，無灰煤的粒子也膨脹，填充煤粒子間的空隙，同時產(chǎn)生膨脹壓使 其它煤粒子間結合。其結果是，能夠成為焦炭的破壞的起點的、煤粒子間的粘接不良（宏觀 龜裂）、過剩膨脹部（粗大的氣孔）等缺陷的生成被減輕，能夠抑制焦炭爐的爐寬度、高度方 向導致的品質(zhì)的偏差。無灰煤的添加率（配合比）在與煤的混合物（煤混合物、裝入煤） 中低于2%時，不能充分地得到配合低級煤時所需的粘結性和上述效果。因此，無灰煤的添 加率為2%以上，優(yōu)選為3%以上。
[0028] 另一方面，無灰煤多數(shù)情況下通過對廉價的低級煤進行改質(zhì)而制造，因此可以認 為通過這樣的煤化度低的煉焦煤生成的焦炭（碳）與來自于煤化度高的強粘結煤等的碳相 t匕，結晶的擴展小（碳網(wǎng)面結構的擴展、厚度?。?。另外，隨著無灰煤變多，焦炭中的無灰煤 的連續(xù)相變大，若變得過大則連續(xù)相自身成為破壞的起點。需要說明的是，除了這樣的體 積破壞之外，焦炭的破壞中還有表面破壞，作為焦炭的強度指標主要使用的轉鼓強度（DI) 中，體積破壞難以表現(xiàn)。若添加大量無灰煤，則焦炭的粒徑難以變大，另外強度反而降低，若 超過添加率8%，則該傾向變得顯著。因此，無灰煤的添加率為8%以下，優(yōu)選為6%以下。按 照這樣，本發(fā)明的焦炭的無灰煤的添加率被控制在一定以下，一定程度上利用煉焦煤（煤） 本來的粘結性來確保強度。
[0029](最高流動度MF值（log(ddpm)) : 1. 8 ?3. 0)
[0030] 煤和無灰煤的混合物（煤混合物）的最高流動度MF值小于L8時，流動度不足， 得到的焦炭的強度變低。詳細而言，最高流動度MF值小于1. 8時，流動性、膨脹性低的低級 煤的配合多，這樣的煤的粒子在干餾過程中難以與其它煤粒子結合。因此，煤和無灰煤的混 合物的最高流動度MF值為1.8以上，優(yōu)選為2.0以上。另外，若最高流動度MF值為1.8以 上，則膨脹性也容易確保，在干餾過程中煤粒子內(nèi)包氣體而膨脹，因此煤粒子間的間隙被有 效地填埋，進而粒子間的粘接被促進，生成強焦炭。另一方面，若最高流動度MF值超過3. 0， 則流動度變得過剩而有可能在焦炭中產(chǎn)生氣泡。因此，煤和無灰煤的混合物的最高流動度 MF值為3. 0以下，優(yōu)選為2. 6以下。煤和無灰煤的混合物的最大流動度MF值是對混合物測 定的值，可以基于JISM8801利用流動性試驗方法（GieslerPlastometer)進行測定。但 是，各種煤及無灰煤的各自的最大流動度MF值已知的情況下等，可以通過乘以配合比（質(zhì) 量％八100% ))進行合計，從而近似地算出。
[0031] 另外，若煤和無灰煤的混合物的平均最大反射率Ro值小，則煤化度低，因此在干 餾過程中煤、無灰煤的顆粒的膨脹、融粘變得不充分，或者由于焦炭基質(zhì)的強度低因而難以 得到高強度的焦炭。優(yōu)選煤和無灰煤的混合物的平均最大反射率Ro值為0. 95以上，更優(yōu) 選為I. 0以上。另一方面，即使平均最大反射率Ro值大，焦炭的品質(zhì)也不會僅僅因此降低， 最大反射率Ro值由于強粘結煤那樣的高級碳的增加而變大，強粘結煤的膨脹性也高，因此 若過剩地配合這樣的煉焦煤，則不僅原料成本變高，還有可能膨脹壓變得過剩而焦炭爐的 損耗變得嚴重。具體來說，煤和無灰煤的混合物的平均最大反射率Ro值優(yōu)選為1. 3以下， 更優(yōu)選為1.2以下。
[0032]〔焦炭的制造方法〕
[0033] 本發(fā)明的焦炭的制造方法進行在煤中混合無灰煤的混合工序、以及干餾所述煤等 的干餾工序。以下，對各工序進行說明。
[0034](混合工序）
[0035] 混合工序是將煤和無灰煤混合而得到煤混合物。配合量及煤混合物的最高流動度 MF值如上所述。另外，此時優(yōu)選將它們同時粉碎。煤比無灰煤的粉碎性更差，因此如上所 述，若將80%以上粉碎成直徑3mm以下的粒狀，則同時無灰煤被粉碎成直徑Imm以下的粒 狀。例如從料斗向公知的攪拌機分別投入煤和無灰煤，邊用常用方法粉碎邊攪拌，由此無灰 煤的二次粒子被容易地粉碎，煤也被粉碎成粒狀。需要說明的是，混合的順序和方法沒有特 別規(guī)定，例如可以混合預先粉碎的無灰煤和煤。
[0036]〔干餾工序）
[0037] 本發(fā)明中，干餾的條件沒有特別限定，可以采用使用焦炭爐的焦炭制造中的通常 的干餾條件，例如在1門裝入30噸左右的室爐中裝入上述煤混合物進行干餾。此時，通過 充分提高煤混合物的填充密度進行裝入能夠得到高強度的焦炭，優(yōu)選填充密度為730kg/m3 以上。特別是混合物整體上的流動度低的煤混合物能夠通過提高填充密度而在一定程度上 補償?shù)土鲃佣葘е碌膹姸炔蛔?，具體來說，最高流動度MF值小于2. 0的煤混合物優(yōu)選填充 密度為750kg/m3以上。干餾條件優(yōu)選950°C以上、更優(yōu)選1000°C以上、優(yōu)選1200°C以下、更 優(yōu)選1050°C以下的溫度，優(yōu)選8小時以上、更優(yōu)選10小時以上、優(yōu)選24小時以下、更優(yōu)選 20小時以下。
[0038]【實施例】
[0039] 接著，對本發(fā)明的焦炭及其制造方法舉出實施例、比較例來具體說明。
[0040]〔焦炭的制作〕
[0041](無灰煤的制造）
[0042] 首先，利用Hyper-coal連續(xù)制造設備（BenchScaleUnit)，通過以下的方法制造 無灰煤。
[0043] 以澳大利亞產(chǎn)煙煤為煉焦煤，將該煉焦煤5kg(換算成干燥煤）、和作為溶劑的4倍 量（20kg)的1 一甲基萘（新日鐵化學社制）混合，制備了漿料。對于該漿料，導入氮氣并 加壓到I. 2MPa，在內(nèi)容積30L的分批式高壓釜中進行370°C、1小時的萃取處理。將該漿料 在保持同一溫度、壓力的重力沉降槽內(nèi)分離為上清液和固體成分濃縮液，用蒸餾法從上清 液中分離、回收溶劑，得到2. 7kg的無灰煤。得到的無灰煤的灰分為0. 9質(zhì)量％，最高流動 度MF值（log(ddpm))和平均最大反射率Ro值如表1所示。對于該無灰煤，按照其100% (所有）成為粒徑（最大長度）3_以下的方式進行粉碎。
[0044] (混合工序）
[0045] 將上述無灰煤和表1所示特性的各種煤分別調(diào)整為水分7. 5質(zhì)量％，以干燥煤 基準按表2所示配合進行混合。需要說明的是，表1所示煤和無灰煤的最高流動度MF值 (log(ddpm))基于JISM8801利用流動性試驗方法進行測定。平均最大反射率Ro值基于 JISM8816進行測定。另外，對于混合物，由各種煤及無灰煤各自的配合比算出最高流動度 MF值和平均最大反射率Ro值，示于表2中。另外，混合了按照煤100%成為粒徑3mm以下 的方式粉碎了的煤。
[0046] (干餾工序）
[0047] 將上述的混合物（裝入煤）排列放入鋼制的曲頸瓶中，對該曲頸瓶施加振動而調(diào) 整到表2所示填充密度后，放入兩面加熱式電爐，在氮氣流中進行干餾而制作了試樣。干餾 條件是以:TC/分鐘升溫、以KKKTC加熱20分鐘，然后，從電爐取出曲頸瓶自然冷卻。另 夕卜，作為評價基準，不配合非粘結煤，不添加無灰煤，用最高流動度MF值高的煤制作了試樣 (No. 20)。
[0048] 〔評價〕
[0049] (強度）
[0050] 作為焦炭的強度，將轉鼓強度指數(shù)DI15tl15示于表2中。詳細而言，按照JISK2151， 將試樣進行轉鼓150轉后，用網(wǎng)孔15mm的篩子篩選，算出殘存的重量比。強度的合格基準 為DI15tl15 :84. 8%以上。需要說明的是，使用通過后述的方法測定粒度分布后的試樣測定焦 炭強度。
[0051] (平均粒徑）
[0052] 對于焦炭，用擋板裝置落下2次，用轉鼓試驗裝置施加30轉的沖擊。對于施加了 該沖擊的焦炭，使用網(wǎng)孔為1〇〇、75、50、38、25、15臟見方的篩子測定粒度分布，用下式（1) 算出平均粒徑。需要說明的是，任一試樣均沒有在網(wǎng)孔為IOOmm見方的篩子上的焦炭。算 出的平均粒徑示于表2中。合格基準為平均粒徑45.Omm以上。
[0053] 平均粒徑（臟）=(87.5父]?75_100+62.5\]\150_ 75+44.0\]\138_50+31.5\]\125_ 38+20.0\]\115_ 25+7.5XM15<)/MALL· · · (1)
[0054] M75^。。：75mm篩子上的焦炭重量
[0055] M5ch75 :從75mm篩子下到50mm篩子上的焦炭重量
[0056] M38_5(l :從50mm篩子下到38mm篩子上的焦炭重量
[0057]M25_38 :從38mm篩子下到25mm篩子上的焦炭重量
[0058]M15_25 :從25mm篩子下到15mm篩子上的焦炭重量
[0059] M15< :15mm篩子下的焦炭重量
[0_] Maix :篩后的焦炭重量的總和（=m75_1(i(i+m5(i_75+m38_5(i+m25_38+m15_25-+-m15<)
[0061]【表1】
[0062]

【權利要求】
1. 一種焦炭，其特征在于，是干餾將2?8%的無灰煤和煤混合后的煤混合物而成的焦 炭，所述無灰煤由煤的可溶于溶劑的成分構成， 所述煤混合物的最高流動度MF值即log (ddpm)為1. 8?3. 0。
2. -種焦炭制造方法，其特征在于，進行以下工序： 混合工序：將2?8 %的無灰煤和煤混合，制成最高流動度MF值即log (ddpm)為1. 8? 3. 0的煤混合物，以及 干餾工序：對所述煤混合物進行干餾。
【文檔編號】C10B57/04GK104428398SQ201380035619
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年6月28日 優(yōu)先權日:2012年7月6日
【發(fā)明者】濱口真基, 奧山憲幸, 堺康爾, 田中丈晴, 宍戶貴洋, 石田一秀, 小谷充史, 西端裕子 申請人:株式會社神戶制鋼所