煤的评价方法和混煤的制备方法以及焦炭的制造方法与流程

1.本发明涉及成为冶金用焦炭的原料的煤的评价方法和使用该评价方法的混煤的制备方法，进而涉及由用该制备方法得到的混煤制造焦炭的方法。


背景技术：

2.为了在高炉中制造铁水，作为高炉原料使用的冶金用焦炭优选为高强度。因为如果焦炭的强度低，则在高炉内粉化，高炉的透气性受到阻碍，不能进行稳定的铁水的生产。因此，从得到成为高强度的焦炭或不降低焦炭强度的观点出发，需要评价作为冶金用焦炭原料的煤的技术。
3.在专利文献1中记载了在焦炉中的炼焦过程中，处于软化熔融状态的煤对焦炭的品质产生很大影响。这样，在煤的评价中，正确评价煤的软化熔融状态的性质很重要。如专利文献1所记载，作为进行该评价的方法，已知jis－m8801中规定的基于吉泽勒塑性仪法的流动度测定法。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2000－304674号公报


技术实现要素：

7.如专利文献1所记载，已知使用吉泽勒塑性仪的流动度存在不能说是模拟了实际的焦炉中发生的现象的问题。以用吉泽勒塑性仪测定的煤的流动度为指标而进行焦炭品质的推断，这存在精度方面不足的问题。需要一种以除煤的流动度以外的参数为指标来评价作为冶金用焦炭的原料的煤的评价技术。
8.本发明要解决上述情况，目的在于提供一种使用一直以来广为人知的吉泽勒塑性仪等具有收纳煤的容器和可插入地配置于该容器的搅拌器的装置来评价作为评价对象的煤是否有可能降低焦炭的强度的方法。本发明的目的还在于提供具有使用该方法评价的煤的混煤的制备方法和将用该制备方法得到的混煤干馏来制造焦炭的方法。
9.本发明人等在进行吉泽勒流动度的测定实验时，观察到测定后在吉泽勒塑性仪的容器中残留的加热的煤(半焦)的形状根据煤而不同的现象。本发明人等研究是否可以将该形状用于煤的评价，完成了本发明。即，本发明的要旨如下。
10.(1)一种煤的评价方法，是使用具有收纳煤的容器和可插入地配置于该容器的搅拌器的装置来评价煤的方法，通过一边将收纳于上述容器的煤加热一边旋转搅拌器，将由形成于上述容器的半焦在上述容器的内壁处的高度b和上述搅拌器处的上述半焦的高度a表示的粘结度(a－b)/a作为评价指标。
11.(2)根据(1)所述的煤的评价方法，其中，上述装置为吉泽勒塑性仪，将在加热上述煤的温度为上述煤的再凝固温度以上的条件下求出的上述粘结度(a－b)/a为0.20以上的煤评价为作为冶金用焦炭的煤是不良的。
12.(3)一种煤的评价方法，是使用具有收纳煤的容器和可插入地配置于该容器的搅拌器的装置来评价煤的方法，通过一边将收纳于上述容器的煤加热一边旋转搅拌器，将形成于上述容器且粘结于上述搅拌器的半焦在上述搅拌器处的高度a作为评价指标。
13.(4)根据(3)所述的煤的评价方法，上述装置为吉泽勒塑性仪，将在加热上述煤的温度为上述煤的再凝固温度以上的条件下求出的上述高度a为30mm以上的煤评价为作为冶金用焦炭的煤是不良的。
14.(5)一种混煤的制备方法，将用(2)或(4)所述的煤的评价方法被评价为不良的煤与不同于上述煤的煤混合来制备混煤，将上述被评价为不良的煤在上述混煤中的质量比例设为10质量％以下。
15.(6)一种混煤的制备方法，将用权利要求2或4所述的煤的评价方法被评价为不良的煤与不同于上述煤的煤混合来制备混煤，由焦炭的强度与上述被评价为不良的煤的质量比例之间的相关关系确定上述强度成为期望值以上的上述被评价为不良的煤的质量比例，上述焦炭是将上述被评价为不良的煤与其它煤的质量比例不同的多个混煤干馏而得到的，以上述被评价为不良的煤的质量比例成为确定的质量比例以下的方式制备混煤。
16.(7)一种焦炭的制造方法，将用(5)或(6)所述的混煤的制备方法制备的混煤干馏来制造焦炭。
17.根据本发明，可以掌握评价对象的煤是否有可能降低焦炭的强度。另外，即使在将本发明中评价为不良的煤用于成为焦炭来源的混煤的情况下，如果事先掌握混煤中的该煤的质量比例、即能够抑制焦炭强度降低的质量比例，也可以实现抑制焦炭强度降低且制造使上述煤的使用量优化的焦炭的操作。由此，以往不能使用的煤也变得可以使用。进而，即使在将本发明中评价为不良的煤用于混煤的情况下，也能够确定构成可以制造期望强度的焦炭的混煤的煤及其质量比例。
附图说明
18.图1是表示吉泽勒塑性仪的一个例子的垂直截面图。
19.图2是表示吉泽勒塑性仪的搅拌器处的半焦的高度a、容器的内壁处的半焦的高度b和粘结度(a－b)/a与吉泽勒最高流动度logmf的关系的图表。
20.图3是表示实施例中的由混煤得到的焦炭的强度di(150/15)与混煤中的煤的质量比例的关系的图表。
具体实施方式
21.本发明是将半焦的形状作为指标的煤的评价方法，上述半焦是由用具有收纳煤的容器和可插入地配置于该容器的搅拌器的装置加热的煤形成的。更具体而言，该方法将由半焦在容器内壁处的高度b和半焦在搅拌器处的高度a表示的粘结度(a－b)/a或仅将高度a用于煤的评价指标。
22.图1是表示可以在本实施方式中使用的吉泽勒塑性仪10的一个例子的垂直截面图。吉泽勒塑性仪10具有收纳评价对象的煤的容器11和可插入地配置于该容器11的搅拌器12。搅拌器12设置有未图示的驱动装置，可以自转。在收纳于容器11的煤中插入了搅拌器12的状态下驱动装置对该搅拌器12赋予规定的旋转力。然后，如果升温加热容器11，则加热的
煤13变成软化熔融状态。煤13是粘弹性体，因此变形，与旋转的搅拌器12粘结，但是保持形状的力作用于煤13，抗旋转的力作用于搅拌器12。
23.在基于吉泽勒塑性仪法的流动度测定法中，在对搅拌器12施加了规定扭矩的状态下测定搅拌器12的旋转速度，将加热中的最大的旋转速度作为吉泽勒最高流动度mf(ddpm)求出。测定值有时也取mf的常用对数log，以logmf表示吉泽勒最高流动度。煤的加热温度、容器11的尺寸等测定条件在jis m 8801中规定，如下所示。
24.在深度35.0mm和内径21.4mm的容器11中插入安装有与直径4.0mm的轴垂直的4根横棒(直径1.6mm和长度6.4mm)的搅拌器12，将5g的煤填充于该容器。然后，将容器11浸泡于预热到300℃或350℃的熔融金属，持续以3℃/分钟的速度进行加热直到搅拌器12的旋转停止。这里，搅拌器12的最低的横棒与容器底的距离为1.6mm，沿着横棒间的轴向的距离为3.2mm。中央的2根横棒处于在旋转方向上彼此相差180度的位置，上下端的横棒也处于在旋转方向上彼此相差180度的位置，中央的2根横棒和上下端的2根横棒处于在旋转方向上彼此相差90度的位置。astm d2639中规定的条件也与jis m 8801的条件同样，也可以使用astm的方法。在不使用吉泽勒塑性仪的情况下，优选使用直径为收纳煤的容器的内径的5～60％的搅拌器。搅拌器优选设置横棒，但是即使没有横棒，也发生软化熔融的煤对搅拌器的粘结。
25.煤通过加热而软化熔融来显示流动性，通过进一步加热而熔融物再凝固。因此，在上述的条件下进行测定后，在煤的再凝固温度以上的条件下加热的煤成为半焦13而被收纳在容器11中。煤和半焦也为塑性体，因此测定吉泽勒流动度后，加热
·
搅拌中的煤(半焦)13在与容器11的内壁接触的同时也被搅拌器12拉动，维持与搅拌器12粘结的形状。因此，对于大多数品种的煤，如图1所示，与搅拌器12接触的半焦13距离容器11底面的高度a最高，与容器11的内壁接触的半焦13距离上述底面的高度b最低。软化熔融的煤的这种行为已知为魏森贝格效应。
26.高度a和b可以通过拆卸测定后的容器来测定。测定流动度后，如果用微焦点x射线ct装置扫描容器11，则可以得到半焦的形状的图像，可以从该图像测定高度a和b。微焦点x射线ct装置例如为尼康株式会社制xth320lc、ge sensing&inspection technologies co.,ltd.制phoenix v|tome|x m300等。高度a和b在容器圆周方向上几乎没有由位置引起的差异，因此测定某个截面的形状通常就足够了。即使在由于位置而存在差异的情况下，可以在多个截面测定高度并将它们的平均值用于高度a和b的值。
27.测定吉泽勒流动度后的半焦的形状因煤而异，本发明人等认为容器内的半焦的高度成为表示对焦炭的强度的影响的指标，调查由半焦在容器内的高度表示的粘结度(a－b)/a与焦炭的强度的关系，发现可以通过粘结度来推断由该煤得到的焦炭的强度。本发明人等发现，即使采用半焦在搅拌器处的高度a代替粘结度，也可以与粘结度同样地推断焦炭的强度。
28.推测：粘结度大的煤、半焦在搅拌器处的高度a大的煤在软化熔融状态下膨胀性过大，在加热后的焦炭中容易产生缺陷结构，对焦炭强度产生不良影响。因此，在本实施方式中，在煤的粘结度或高度a为规定值以上的情况下，将该煤判断为不良。例如，在jis等规定的吉泽勒塑性仪的测定条件中，将粘结度为0.20以上的煤、高度a为30mm以上的煤评价为作为冶金用焦炭的煤是不良的。粘结度和高度a越大，膨胀性越大，可以判断对焦炭强度有不
良影响，因此对于粘结度和高度a，不需要设置用于评价煤的上限值。但是，无论粘结度还是高度a，测定值都受到收纳试样煤的容器大小的制约。因此，优选使用可测定粘结度为0.20以上、高度a为30mm以上的值的容器进行测定。
29.根据煤的品种，有时半焦13全部被搅拌器12拉动，半焦13完全没有接触容器11的内壁(侧壁)。即使在这种情况下，煤也被推测为膨胀性过大，因此不妨碍计算粘结度来评价煤，在b中代入0而将粘结度计算为1即可。
30.在使用评价为不良的煤并将其与其它煤混合来制备混煤的操作中，通过抑制评价为不良的煤在混煤中的质量比例，可以抑制将该混煤干馏而制造的焦炭的强度降低。在本实施方式中，将评价为不良的煤在混煤中的质量比例设为例如10质量％以下来制备混煤。由此，在大多数的操作中可以抑制焦炭的强度降低。
31.在进行操作时，预先制备多个评价为不良的煤与其它煤的质量比例不同的混煤，得到将混煤干馏而得到的焦炭的强度与评价为不良的煤的质量比例之间的相关关系。由此，在操作中，由该相关关系可以确定焦炭的强度成为期望值以上的被评价为不良的煤的质量比例，以将评价为不良的煤在混煤中的质量比例设为所确定的质量比例以下的方式制备混煤。其结果可以使用被评价为不良的煤来制备使焦炭的强度成为期望的程度以上的混煤。
32.可以预先得到焦炭的强度与评价为不良的煤的质量比例之间的相关关系，由预先得到的相关关系确定可以使焦炭的强度达到期望值以上的被评价为不良的煤的质量比例，制备混煤。即，制备混煤的主体可以与得到相关关系的主体不同。这里，“主体”是指实施该行为的人或组织。通过将如上所述制成的混煤用焦炉等干馏来制造焦炭，可以制造期望强度以上的焦炭。
33.＜实验＞
34.接下来，准备性状不同的各种煤，对调查搅拌器处的半焦的高度a、容器内壁处的半焦的高度b和粘结度(a－b)/a与吉泽勒最高流动度logmf的关系的实验进行说明。图2是表示吉泽勒塑性仪的搅拌器处的半焦的高度a、容器的内壁处的半焦的高度b和粘结度(a－b)/a与吉泽勒最高流动度logmf的关系的图表。图2的(a)是表示搅拌器处的高度a与logmf的关系的图表。图2的(b)是表示容器内壁处的高度b与logmf的关系的图表。图2的(c)是表示粘结度(a－b)/a与logmf的关系的图表。
35.根据图2的(a)的图表，高度a随着logmf增加而增加，因此可以读取为logmf与高度a之间存在正相关关系。但是，如图表中用〇包围表示的那样，确认了即使logmf约为3且大致相同，a的值也不同的点。因此，很难说logmf与高度a之间存在正相关关系。
36.根据图2的(b)的图表，各数据有波动，不能读取为logmf与高度b之间存在相关关系。与图2的(a)的a同样地确认了多个logmf大致相同而b的值不同的点。因此，不能说logmf与高度b之间存在相关关系。
37.如图2的(c)的图表中用
□
包围表示的那样，确认了logmf不同但粘结度同为0的2个点。如该图表中用〇包围表示的那样，即使logmf大致相同，粘结度也不同。从这些结果不能说logmf与粘结度之间存在相关关系。
38.从上述的结果来看，作为本实施方式中使用的评价指标的粘结度不能说与吉泽勒最高流动度有相关关系，可以说是与吉泽勒最高流动度不同的评价指标。
39.图2的(c)的黑色四方块的绘图表示粘结度(a－b)/a为0.2以上的2种煤。这2种煤的高度a为30mm以上，认为粘结度大的煤有高度a也变高的倾向。
40.实施例
41.为了调查粘结度(a－b)/a和高度a对焦炭强度的影响，使用煤a～f进行干馏试验。将使用的煤的性状示于表1。干馏试验使用可模拟焦炉的干馏条件的电炉，将以装入体积密度750kg/干煤装入到炉内的混煤在1050℃下干馏6小时来制造焦炭。将准备的煤的性状和粘结度(a－b)/a示于表1。
42.[表1]
[0043]
项目灰分挥发成分rotilog mf高度a高度b粘结度单位％％％％log ddpmmmmm
‑
煤a7.835.70.8714.64.1933.417.30.48煤b6.230.61.0711.53.1230.819.00.38煤c6.842.10.6220.24.3529.426.00.12煤d8.632.01.0335.53.0525.924.40.06煤e8.134.10.9529.02.7027.025.10.07煤f7.333.80.9333.92.4926.021.60.17
[0044]
表1中的“灰分”和“挥发成分”是基于jis m 8812的工业分析法的测定值(分别为干燥基准质量％)。“ro”是jis m 8816的煤的镜质组的平均最大反射率，“ti”是基于jis m 8816的煤的微细组织成分的测定方法及其解说所记载的parr式而算出的煤组织分析中的惰性物量(体积％)。“logmf”是用jis m 8801中规定的基于吉泽勒塑性仪法的流动度测定法测定的最高流动度mf的常用对数log的值。如表1所示，煤a～f的性状各不相同。
[0045]
表1的“粘结度”是使用图1所示的吉泽勒塑性仪测定本实施方式的煤的评价方法中的高度a和b，并使用该a、b算出的粘结度(a－b)/a值。高度a和b通过从用尼康株式会社制x射线ct装置xth320lc扫描容器11而得到的半焦的截面形状的图像进行实测来测定。
[0046]
表1中应该注意的是，煤a和b的高度a为30mm以上，粘结度为0.20以上。鉴于表1所示的ro、logmf的性状，煤f在由煤制造冶金用焦炭的技术领域被视为标准的煤。
[0047]
在本实施例中，进一步将煤a～e分别与煤f以2：8的比例混合而得到由2种煤构成的混合煤，将该混合煤干馏来制造焦炭。将得到的焦炭的强度示于表2。
[0048]
[表2]
[0049]
项目焦炭强度单位di 150/15混合煤af84.0混合煤bf83.6混合煤cf84.6混合煤df84.3混合煤ef84.7
[0050]
作为焦炭的强度，基于jis k 2151的旋转强度试验法，测定使装有规定量的焦炭的转鼓试验机以15rpm旋转150圈后的粒径15mm以上的焦炭的质量比例，求出与旋转前的质量比
×
100即转鼓强度di 150/15。在表2中记载了从由2种煤构成的混合煤得到的焦炭的强
度。
[0051]
由表2可知，由将煤a或煤b与煤f混合而得的混合煤得到的焦炭与将煤c、d和e与煤f混合的情况相比，焦炭的强度变低。煤a和b均是粘结度(a－b)/a为0.20以上或高度a为30mm以上。由此，粘结度(a－b)/a为0.20以上的煤可以评价为作为焦炭制造用的原料煤是不良的。同样地高度a为30mm以上的煤也可以评价为作为焦炭制造用的原料煤是不良的。
[0052]
接下来，研究被评价为作为焦炭制造用原料不良的煤的配合比的极限。
[0053]
准备将煤a、c和多个品牌的煤混合而得的混合煤，将混合煤的配合率设为80质量％，将煤a和煤c的合计配合率设为20质量％，制备5种变更煤a和c的配合率而得的混煤。使用可模拟焦炉的干馏条件的电炉，以装入体积密度750kg/干燥为基准将混煤装入到炉内，将混煤在1050℃下干馏6小时而制造焦炭。将准备的煤和混合炭的性状示于3。这里，对于混合炭的灰分、挥发成分、ro、ti、logmf，示出了其平均性状，对于高度a和粘结度，示出了使用吉泽勒塑性仪进行实测的值。
[0054]
[表3]
[0055]
项目灰分挥发成分rotimf高度粘结度单位％％％％log ddpmmm
‑
煤a7.835.70.8714.64.19330.48煤c6.842.10.6220.24.35290.12混合煤9.228.51.1632.52.00260.09
[0056]
图3是表示焦炭的强度di(150/15)与成为焦炭来源的混煤中的煤a和煤c的质量比例的关系的图表。煤a和煤c的配合率从图3中绘制的质量比例可知。根据图3，尽管煤a和煤c的性状比较相似，但是配合20质量％的煤a时的焦炭强度低于配合20质量％的煤c时的焦炭强度。即，由该试验也可以确认煤a作为冶金用焦炭的煤是不良的。
[0057]
对于被评价为不良的煤a的质量比例与焦炭的强度，由图3的图表可以读取为如果煤a的质量比例减少则焦炭的强度提高的相关关系。即，如果抑制煤a的质量比例，则焦炭的强度维持高水平。进而，由图3的图表可知，通过将煤a在混煤中的质量比例抑制为10质量％以下，可以抑制焦炭的强度降低，使焦炭的强度维持在高水平。对于本实施方式的煤的评价方法中被评价为不良的煤对焦炭强度的不良影响，其配合率越少不良影响越小，因此被评价为不良的煤的配合率的下限为0质量％。
[0058]
即使将焦炭的期望强度以转鼓强度di(150/15)计设定为84.6左右，由图3的图表可以确定能够将焦炭的强度维持在高水平的煤a的质量比例为10质量％以下。因此，通过以使煤a的质量比例为10质量％以下的方式制备混煤来制造焦炭，可以实现期望强度的焦炭的制造。
[0059]
在本实施例中得到了将以(a－b)/a或高度a评价为不良的煤(以下称为“不良煤”，在该例中为煤a)与不同于不良煤的煤的质量比例不同的多个混煤干馏而得到的焦炭的强度与上述不良煤的质量比例之间的相关关系。在本实施例中示出了基于相关关系而确定焦炭的强度成为期望值以上的不良煤的质量比例、以不良煤的质量比例成为所确定的质量比例以下的方式制备混煤的混煤的制备方法的一个例子。
[0060]
通过以上的实施例，确认了可以掌握由混煤得到的焦炭的强度是否降低，上述混煤包含以作为本发明的评价指标的粘结度(a－b)/a和高度a评价为不良的煤。确认了可以
掌握评价为不良的煤在混煤中的质量比例、即抑制焦炭的强度降低的质量比例。进而确认了在进行使用评价为不良的煤来制造焦炭的操作的情况下，确定构成可以制造成为期望强度的焦炭的混煤的煤及其质量比例，使用以成为确定的煤和质量比例的方式调整的混煤来制造焦炭，由此可以实现期望强度的焦炭的制造。
[0061]
符号说明
[0062]
10
ꢀꢀꢀ
吉泽勒塑性仪
[0063]
11
ꢀꢀꢀ
容器
[0064]
12
ꢀꢀꢀ
搅拌器
[0065]
13
ꢀꢀꢀ
半焦(加热的煤)