煤及粘结材料的软化熔融特性评价方法、以及焦炭的制造方法
【专利说明】煤及粘结材料的软化熔融特性评价方法、以及焦炭的制造 方法
[0001] 本申请是申请日为2011年8月31日、申请号为201180049333. 8、发明名称为"煤 及粘结材料的软化熔融特性评价方法、以及焦炭的制造方法"的申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及作为焦炭制造用煤及粘结材料的品质评价法之一的评价煤及粘结材 料干馏时的软化熔融特性的方法、以及使用了该方法的焦炭的制造方法。
【背景技术】
[0003] 在作为炼铁法最普遍进行的高炉法中使用的焦炭承担着铁矿石的还原材料、热 源、间隔件等多种作用。为了使高炉稳定高效地操作，重要的是要保持高炉内的通气性，因 此，要求制造强度高的焦炭。焦炭是通过将粉碎、并调整粒度后的各种焦炭制造用煤配合而 成的混煤在焦炭炉内干馏来制造。焦炭制造用煤在干馏中于大约300°C~550°C的温度范 围内发生软化熔融，并且同时伴随着挥发成分的产生而发泡、膨胀，从而各粒子相互粘接而 成为块状的半焦。半焦在随后升温至l〇〇〇°C附近的过程中收缩，从而烧固而成为坚固的焦 炭（焦饼）。因此，煤软化熔融时的粘接特性会对干馏后的焦炭强度及粒径等性状带来重大 影响。
[0004] 另外，为了增强焦炭制造用煤（混煤）的粘接，一般采用向混煤中添加在煤软化熔 融的温度范围内显示出高流动性的粘结材料来制造焦炭的方法。这里，所谓粘结材料具体 是指焦油沥青、石油系沥青、溶剂精制煤、溶剂萃取煤等。这些粘结材料也与煤一样，软化熔 融时的粘接特性会对干馏后的焦炭性状带来重大影响。
[0005] 另一方面，在焦炭炉中的焦炭制造中，干馏后的焦炭通过挤压机排出到焦炭炉外。 此时，若生成的焦饼本身的收缩小，则难以排出到炉外，可能引起不能排出到炉外的发生 "挤满"的故障。干馏后的焦饼构造受干馏过程中煤、半焦的体积变化的影响很大。其中，众 所周知，半焦的收缩与煤的挥发成分之间存在良好的相关关系（例如，参照非专利文献1)， 另外，混煤的挥发成分含量在同一工厂的操作范围内基本上被控制为恒定。因此，煤软化熔 融时的体积变化特性会对干馏后的焦饼构造带来重大影响。
[0006] 如上所述，煤的软化熔融特性在很大程度上左右着干馏后的焦炭性状及焦饼构 造，因此极其重要，历来一直在积极探索其测定方法。特别是，作为焦炭的重要品质的焦炭 强度在很大程度上受到其原料的煤性状、特别是煤化度和软化熔融特性的影响。软化熔融 特性是指加热煤时发生软化熔融的性质，通常，通过软化熔融物的流动性、粘度、粘接性、膨 胀性等来测定、评价。
[0007] 煤的软化熔融特性中，作为测定软化熔融时的流动性的一般方法，可以举出JIS M8801规定的采用吉泽勒塑性仪法进行的煤流动性试验方法。吉泽勒塑性仪法如下：将 粉碎至425um以下的煤放入到规定的坩埚中，以规定的升温速度进行加热，通过刻度盘 读取施加了规定转矩的搅拌棒的转速，用ddpm(旋转速度用刻度盘，dialdivisionper minute)表不。
[0008] 吉泽勒塑性仪法是测定转矩恒定的搅拌棒的转速，与此相对，也设计了通过定转 速方式测定转矩的方法。例如，在专利文献1中记载了在使转子以恒定的转速旋转的同时 测定转矩的方法。
[0009] 另外，存在以测定对于软化熔融特性具有物理意义的粘性为目的的利用动态粘弹 性测定装置进行的粘度测定方法（例如，参照专利文献2)。动态粘弹性测定是指对粘弹性 体周期性地施加力时所表现出的粘弹性行为的测定。专利文献2所述的方法的特征在于， 通过测定得到的参数中的复粘性系数评价了软化熔融煤的粘性，且能够测定任意剪切速度 下的软化熔融煤的粘度。
[0010] 另外，还报道了作为煤的软化熔融特性，利用活性炭或玻璃珠测定了对于它们的 煤软化熔融物粘接性的例子。方法如下：将少量的煤试料在被活性炭、玻璃珠从上下方向夹 持的状态下加热，软化熔融后进行冷却，从外观来观察煤与活性炭、玻璃珠之间的粘接性。
[0011] 作为测定煤软化熔融时的膨胀性的一般方法，可以举出JisM8801中规定的膨胀 计法。膨胀计法如下：将粉碎至250ym以下的煤按照规定的方法成型，放入规定的坩埚中， 以规定的升温速度进行加热，通过配置于煤上部的检测杆来测定煤的位移的经时变化。 [0012]另外，还已知改善了煤软化熔融时产生的气体的透过行为的煤膨胀性试验方法以 用于模拟焦炭炉内的煤软化熔融行为（例如，参照专利文献3)。该方法如下：在煤层与活 塞之间、或者煤层与活塞之间和煤层的下部配置透过性材料，增加由煤产生的挥发成分和 液态物质的透过路径，从而使测定环境更接近焦炭炉内的膨胀行为。同样地，还已知在煤层 上配置具有贯穿路径的材料，一边施加载荷一边对煤进行微波加热来测定煤的膨胀性的方 法（参照专利文献4)。
[0013] 现有技术文献
[0014] 专利文献
[0015] 专利文献1 :日本特开平6-347392号公报
[0016] 专利文献2 :日本特开2000-304674号公报
[0017] 专利文献3 :日本专利第2855728号公报
[0018] 专利文献4 :日本特开2009-204609号公报
[0019] 非专利文献
[0020] 非专利文献 1 :C.Meyer等：《GluckaufForshungshefte》，Vol. 42,1981 年， p. 233_239
[0021] 非专利文献2:诸富等著：《燃料协会志（燃料協会誌）》，Vol. 53,1974年， p. 779-790
[0022] 非专利文献 3 :D.W.vanKrevelen:《Coal》，1993 年，p. 693-695
[0023] 非专利文献4:宫津等著：《日本钢管技报（日本鋼管技報）》，vol.67，1975年， p.125-137
[0024] 非专利文献5 :上冈等著：《铁与钢（鉄t鋼）》，Vol. 93, 2007年，p. 728-735
【发明内容】
[0025] 发明要解决的问题
[0026] 为了评价焦炭炉内的煤的软化熔融行为，需要在模拟焦炭炉内软化熔融的煤的周 围环境的状态下测定煤的软化熔融特性。下面详细叙述焦炭炉内软化熔融的煤及其周围环 境。
[0027] 在焦炭炉内，软化熔融时的煤在被相邻层约束的状态下软化熔融。由于煤的导热 率小，因此在焦炭炉内，煤未能均匀受热，从作为加热面的炉壁侧起状态不同，依次为焦炭 层、软化熔融层、煤层。焦炭炉本身在干馏时多少会发生膨胀，但是基本上不会变形，因此， 软化熔融的煤被相邻的焦炭层、煤层约束。
[0028] 另外，在软化熔融的煤的周围存在煤层的煤粒子间空隙、软化熔融煤的粒子间空 隙、由于热分解气体挥发而产生的粗大气孔、在相邻的焦炭层产生的裂纹等很多缺陷构造。 特别是焦炭层上产生的裂纹的宽度为几百微米至几毫米左右，比几十~几百微米左右大小 的煤粒子间空隙及气孔大。因此，不仅是作为由煤产生的副产物的热分解气体及液态物质， 软化熔融的煤本身也会向上述焦炭层产生的粗大缺陷中渗透。另外，可以预想，在其渗透 时，作用于软化熔融的煤的剪切速度因煤的品种而不同。
[0029] 如上所述，为了在模拟焦炭炉内软化熔融的煤的周围环境的状态下测定煤的软化 熔融特性，需要适当的约束条件、渗透条件。但是，现有方法中存在如下问题。
[0030] 吉泽勒塑性仪法是在将煤填充到容器中的状态下进行测定的，因此存在完全没有 考虑约束、渗透条件的问题。另外，该方法不适合显示高流动性的煤的测定。其理由在于，测 定显示高流动性的煤的情况下，可能发生容器内侧壁部变成空腔的现象（Weissenberg效 应），搅拌棒空转，无法准确地评价流动性（例如，参照非专利文献2)。
[0031] 利用定转速方式测定转矩的方法也同样地在未考虑约束条件、渗透条件这一点存 在不足。另外，在恒定的剪切速度下进行测定，因此如上所述不能准确地比较评价煤的软化 熔融特性。
[0032] 动态粘弹性测定装置是以作为软化熔融特性的粘性为对象，是能够在任意剪切速 度下测定粘度的装置。因此，只要将测定时的剪切速度设定为作用于焦炭炉内煤的值，就能 够测定焦炭炉内软化熔融煤的粘度。但是，一般来说，事先测定或估计各品种的煤在焦炭炉 内的剪切速度是困难的。
[0033] 作为煤的软化熔融特性，利用活性炭或玻璃珠测定对于它们的粘接性的方法