特許 6189811 無灰炭配合量決定方法及び高炉用コークスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6189811

(24)【登録日】2017年8月10日

(45)【発行日】2017年8月30日

(54)【発明の名称】無灰炭配合量決定方法及び高炉用コークスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C10B 57/04 20060101AFI20170821BHJP

【ＦＩ】

   C10B57/04

【請求項の数】2

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-206767(P2014-206767)

(22)【出願日】2014年10月7日

(65)【公開番号】特開2016-74836(P2016-74836A)

(43)【公開日】2016年5月12日

【審査請求日】2016年7月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(73)【特許権者】

【識別番号】000156961

【氏名又は名称】関西熱化学株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120329

【弁理士】

【氏名又は名称】天野 一規

(74)【代理人】

【識別番号】100159499

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 義典

(74)【代理人】

【識別番号】100158540

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 博生

(74)【代理人】

【識別番号】100106264

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 耕治

(74)【代理人】

【識別番号】100176876

【弁理士】

【氏名又は名称】各務 幸樹

(74)【代理人】

【識別番号】100177976

【弁理士】

【氏名又は名称】根木 義明

(74)【代理人】

【識別番号】100187768

【弁理士】

【氏名又は名称】藤中 賢一

(72)【発明者】

【氏名】濱口 眞基

(72)【発明者】

【氏名】和田 祥平

(72)【発明者】

【氏名】西端 裕子

(72)【発明者】

【氏名】石田 一秀

(72)【発明者】

【氏名】宍戸 貴洋

【審査官】 森 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０１５５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１７４５９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ１０Ｂ ５７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

石炭の溶剤抽出処理により得られる無灰炭と原料石炭とを含む高炉用コークスの製造の際の無灰炭配合量決定方法であって、
上記原料石炭の空隙率指数Ｐｖ［体積％］、上記無灰炭の膨張性指数Ｄ［体積％］及び上記無灰炭の真比重ρを用いて下記式（１）で算出される基準値Ｗ［質量％］により、上記配合炭に対する上記無灰炭の配合量を０．２９Ｗ［質量％］以上１．００Ｗ［質量％］以下に決定することを特徴とする無灰炭配合量決定方法。
Ｗ＝（Ｐｖ／Ｄ）×ρ×１００ ・・・（１）
ここで、空隙率指数Ｐｖ［体積％］とは、コークス炉内の石炭の充填嵩密度（乾燥炭換算質量基準）をｄ［ｋｇ／ｍ^３］、石炭の真比重をρ_ｃとするとき、下記式（２）により計算される値である。また、無灰炭の膨張性指数Ｄ［体積％］は、内径１５ｍｍの石英試験管に、粒径２ｍｍ以下に粉砕した無煙炭１．８ｇと粒径２００μｍ以下に粉砕した無灰炭０．２ｇとを詰め、３℃／ｍｉｎで５００℃まで加熱処理し、加熱前の試料の高さに対する加熱後の試料の高さの比から求められる膨張率Ｖ_１０％［体積％］、内径１５ｍｍの石英試験管に、粒径２ｍｍ以下に粉砕した無煙炭１．６ｇと、粒径２００μｍ以下に粉砕した無灰炭０．４ｇとを詰め、３℃／ｍｉｎで５００℃まで加熱処理し、加熱前の試料の高さに対する加熱後の試料の高さの比から求められる膨張率Ｖ_２０％［体積％］とするとき、下記式（３）により計算される値である。
Ｐｖ＝｛１−（ｄ／１０００）／ρ_ｃ｝×１００ ・・・（２）
Ｄ＝（Ｖ_２０％−Ｖ_１０％）／（２０−１０）×１００［体積％］ ・・・（３）

【請求項2】

石炭の溶剤抽出処理により得られる無灰炭を原料石炭に配合する工程、及び
上記配合炭を乾留する工程
を備える高炉用コークスの製造方法であって、
上記配合工程において、請求項１に記載の無灰炭配合量決定方法を用いて、上記配合炭に対する上記無灰炭の配合量を決定することを特徴とする高炉用コークスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無灰炭配合量決定方法及び高炉用コークスの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

高炉での製鉄で使用されるコークスには、鉄鉱石（酸化鉄）の還元材としての機能、熱源（燃料）としての機能、及びコークス自体と鉄鉱石との荷重に耐えて炉内の通気性を確保するための充填材としての機能の大きくは３つの機能が期待される。これらの機能を果たすため、上記コークスには一定の強度と反応性（還元性及び燃焼性）とが求められる。

【0003】

一般に、コークスは石炭を１０００℃ないしそれ以上の高温で蒸し焼きにする（以下、「乾留する」ということがある。）ことにより製造される。強度の高いコークスを得る場合、粘結性の高い、いわゆる強粘結炭が使用されるが、このような強粘結炭は比較的高価である。そのため、コークスの製造コストの低減を目的として、強粘結炭よりも粘結性の低い弱粘結炭に加え、粘結性に乏しい微粘結炭や粘結性のほとんどない非粘結炭（以下、微粘結炭と非粘結炭とをあわせて「非微粘結炭」ということがある。）もコークス原料として一定量配合される。高強度のコークスが生成するメカニズムはかなりの程度明らかになっており、高強度コークスを効率的に得るための方法が種々提案されている（例えば、国際公開第２０１０／１０３８２８号公報参照）。

【0004】

ここで、乾留過程での石炭粒子の変化について説明する。図１（ａ）はこの変化を模式的に表現した図であり、左側が乾留前の石炭粒子（強粘結炭粒子１及び非微粘結炭粒子２）が炉体１０の中に存在する状態を示し、右側が乾留後に強粘結炭粒子１が膨張して形成された連続相１ａと非微粘結炭粒子２の変質成分２ａとが存在する状態を示す。強粘結炭粒子１は乾留過程で溶融し、発生するガスを内包して膨張し、隣接する強粘結炭粒子１と結合することで気泡Ａを含む連続相１ａを形成する。強粘結炭の割合が一定以上で非微粘結炭の割合が小さい場合には、非微粘結炭粒子２は上記連続相形成過程で強粘結炭に取り込まれるため、欠陥は生じにくい。ところが、図１（ａ）のように非微粘結炭の割合が高い場合、強粘結炭粒子１同士の接着が阻害され、内部に粗大欠陥Ｂを持つ強度の低いコークスが生成する。

【0005】

これに対し、コークスの強度を高める方策の一つとして、石炭の溶剤抽出処理により得られる無灰炭を粘結性補填材として利用する方法が知られている（例えば、特開２０１４−４３５８３号公報参照）。この方法では、図１（ｂ）に示すように無灰炭粒子４を原料石炭粒子（強粘結炭粒子１及び非微粘結炭粒子２）に分散配合することで、コークスの強度を改善する。具体的には、コークス炉内で無灰炭粒子４が原料石炭粒子よりも低い温度で流動し始め、温度上昇の遅いコークス炉中心部も含めて無灰炭粒子４に由来する連続相４ａが略均一に形成される。これにより、強粘結炭粒子１に由来する連続相１ａ及び非微粘結炭粒子２の変質成分２ａが連結され、粒子間の空隙が充填される。さらに無灰炭は膨張性が強粘結炭よりも高いために、無灰炭粒子４が膨張することで石炭粒子が連結し粒子間の空隙が充填され、高強度コークスが生成できる。

【0006】

ところが、無灰炭の性状は、原料とする石炭の種類や無灰炭の製造条件に依存するため、無灰炭の好適な配合量は小規模の乾留試験を行い、試行錯誤を繰り返すことによって決定されている。このため、無灰炭の好適な配合量決定には時間を要しており、その効率化が望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】国際公開第２０１０／１０３８２８号公報

【特許文献2】特開２０１４−４３５８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、高炉用コークスの製造の際の効率的な無灰炭配合量決定方法とこの決定方法を用いた高炉用コークスの製造方法との提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者らは、鋭意検討した結果、原料石炭の空隙量、無灰炭の膨張性及び無灰炭の真比重によって、高炉用コークスの製造の際の好適な無灰炭配合量を決定できることを見出し、本発明を完成させた。

【0010】

すなわち、上記課題を解決するためになされた発明は、石炭の溶剤抽出処理により得られる無灰炭と原料石炭とを含む高炉用コークスの製造の際の無灰炭配合量決定方法であって、上記原料石炭の空隙率指数Ｐｖ［体積％］、上記無灰炭の膨張性指数Ｄ［体積％］及び上記無灰炭の真比重ρを用いて下記式（１）で算出される基準値Ｗ［質量％］により、上記配合炭に対する上記無灰炭の配合量を決定することを特徴とする。
Ｗ＝（Ｐｖ／Ｄ）×ρ×１００ ・・・（１）

【0011】

当該無灰炭配合量決定方法は、原料石炭の空隙量、無灰炭の膨張性及び無灰炭の真比重を予め計測することで、高炉用コークスの製造の際の無灰炭の好適な配合量を算出することができる。このため、当該無灰炭配合量決定方法は、乾留試験による試行錯誤を繰り返すことなく効率的に配合炭に対する無灰炭の配合量を決定することができる。その結果、当該無灰炭配合量決定方法を用いることで、高強度コークスを容易かつ確実に生成することができる。

【0012】

上記配合炭に対する上記無灰炭の配合量としては、０．２９Ｗ［質量％］以上１．００Ｗ［質量％］以下が好ましい。このように上記配合炭に対する上記無灰炭の配合量を上記範囲内とすることで、石炭粒子間の空隙を無駄なくかつ確実に無灰炭で充填できる。

【0013】

本発明は、石炭の溶剤抽出処理により得られる無灰炭を原料石炭に配合する工程、及び上記配合炭を乾留する工程を備える高炉用コークスの製造方法であって、上記配合工程において、当該無灰炭配合量決定方法を用いて、上記配合炭に対する上記無灰炭の配合量を決定することを特徴とする高炉用コークスの製造方法を含む。当該高炉用コークスの製造方法は、当該無灰炭配合量決定方法を用いて無灰炭の配合量を効率よく決定するので、製造コストを低減しつつ、高強度コークスを容易かつ確実に生成できる。

【0014】

なお、「無灰炭の真比重ρ」は、ＪＩＳ−Ｚ８８０７：２０１２に準拠して測定される値である。また、「空隙率指数Ｐｖ［体積％］」とは、コークス炉内の石炭の充填嵩密度（乾燥炭換算質量基準）をｄ［ｋｇ／ｍ^３］、石炭の真比重をρ_ｃとするとき、下記式（２）により計算される値である。なお、無灰炭の真比重ρはその原料石炭種や製造条件によって若干異なり、石炭の真比重ρ_ｃはその採炭地によって若干異なるが、実施上の簡便さを考慮して近似的に無灰炭の真比重ρ及び石炭の真比重ρ_ｃは１．３とできる（燃料分析試験法、南江堂、ｐ．１３０参照）。
Ｐｖ＝｛１−（ｄ／１０００）／ρ_ｃ｝×１００ ・・・（２）

【0015】

「無灰炭の膨張性指数Ｄ［体積％］」は、以下の方法で測定される値である。まず、内径１５ｍｍの石英試験管に、粒径２ｍｍ以下に粉砕した無煙炭１．８ｇと粒径２００μｍ以下に粉砕した無灰炭０．２ｇとを詰め、３℃／ｍｉｎで５００℃まで加熱処理し、加熱前の試料の高さに対する加熱後の試料の高さの比から膨張率Ｖ_１０％［体積％］を求める。つぎに、同じく内径１５ｍｍの石英試験管に、粒径２ｍｍ以下に粉砕した無煙炭１．６ｇと、粒径２００μｍ以下に粉砕した無灰炭０．４ｇとを詰め、３℃／ｍｉｎで５００℃まで加熱処理し、加熱前の試料の高さに対する加熱後の試料の高さの比から膨張率Ｖ_２０％［体積％］を求める。無灰炭の膨張性指数Ｄ［体積％］は下記式（３）で求められる。
Ｄ＝（Ｖ_２０％−Ｖ_１０％）／（２０−１０）×１００［体積％］ ・・・（３）

【0016】

ここで無灰炭の膨張性指数ＤをＪＩＳ−Ｍ８８０１：２００４の膨張性試験法に準拠して測定しない理由は、無灰炭は溶融状態での流動性が通常の石炭に比べて著しく高いため、ＪＩＳ法による膨張率測定が適用できないためである。また、上記測定方法で無煙炭を使用する理由は以下による。無煙炭は、石炭のうちでも石炭化度がもっとも高い部類のものであり、製鉄コークス製造用原料石炭の一部としてしばしば使用されるが、粘結性や流動性を全く持たない。上記測定方法で無煙炭を使用するのはまさにそれが理由であり、すなわち、無煙炭は乾留過程で溶融したり、膨張したりすることがないため、無灰炭が石炭粒子と混合されて乾留される過程での膨張率をより高い精度で推定できると期待されるからである。

【発明の効果】

【0017】

以上説明したように、本発明の無灰炭配合量決定方法は高炉用コークスの製造の際の無灰炭の配合量を効率よく決定できるので、この無灰炭配合量決定方法を用いた高炉用コークスの製法は、製造コストを低減しつつ高強度コークスを容易かつ確実に製造できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】従来のコークスの製造方法における石炭の乾留前後の状態を説明する模式図で、（ａ）は無灰炭を用いない場合、（ｂ）は無灰炭を用いる場合である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明に係る無灰炭配合量決定方法を用いた高炉用コークスの製造方法の実施形態について説明する。

【0020】

当該高炉用コークスの製造方法は、石炭の溶剤抽出処理により得られる無灰炭を原料石炭に配合する工程（配合工程）、及び上記配合炭を乾留する工程（乾留工程）を備える。

【0021】

＜配合工程＞
配合工程において、無灰炭をコークスの原料である石炭に配合し、配合炭を得る。

【0022】

（石炭）
当該高炉用コークスの製造方法でコークスの原料として用いる石炭は特に限定されず、強粘結炭、準強粘結炭、弱粘結炭、微粘結炭、非粘結炭等を乾留により石炭全体の融着が可能となる適度な割合で組み合わせて用いることができる。特に、原料石炭は強粘結炭及び非微粘結炭を含むとよい。

【0023】

原料石炭における強粘結炭の割合の下限としては、２０質量％が好ましく、３０質量％がより好ましい。また、原料石炭における強粘結炭の割合の上限としては、より安価に高品質のコークスを製造する観点から、５０質量％が好ましく、４０質量％がより好ましい。強粘結炭の割合が上記下限未満の場合、得られるコークスの強度が不十分となるおそれがある。一方、強粘結炭の割合が上記上限を超える場合、コークスの製造コストが増大するおそれがある。

【0024】

原料石炭は、微細に粉砕された粒子状とすることが好ましい。原料石炭を粒子状とする場合、原料石炭の平均粒子径Ｄ２０としては３ｍｍ以下が好ましい。平均粒子径Ｄ２０が上記上限を超える場合、無灰炭との混合性や、得られるコークスの強度が不十分となるおそれがある。なお、「平均粒子径Ｄ２０」とは、全粒子をＪＩＳ−Ｚ８８０１−１：２００６に規定される金属製網篩で目の大きな篩から順に篩分けした際に、篩の上に残った粒子の累積体積が全粒子の体積の２０％になったときの篩の目の大きさを意味する。

【0025】

なお、原料石炭は、風乾等により乾燥炭としてもよいが、水分を含んだ状態のものを用いてもよい。

【0026】

（無灰炭）
無灰炭（ハイパーコール、ＨＰＣ）は、石炭を改質した改質炭の一種であり、溶剤を用いて石炭から灰分と非溶解性成分とを可能な限り除去した改質炭である。しかしながら、無灰炭の流動性や膨張性を著しく損ねない範囲で、無灰炭は灰分を含んでもよい。一般に石炭は７質量％以上２０質量％以下の灰分を含むが、当該高炉用コークスの製造方法に用いる無灰炭においては２質量％程度、場合によっては５質量％程度の灰分を含んでもよい。なお、「灰分」とは、ＪＩＳ−Ｍ８８１２：２００４に準拠して測定される値を意味する。

【0027】

このような無灰炭は、無灰炭の原料となる石炭をこの石炭と親和性の高い溶剤に混合し、灰分等の溶剤に不溶な成分を分離した抽出液を得て、この抽出液から溶剤を除去する溶剤抽出処理により得ることができる。溶剤抽出処理の具体的な方法としては、例えば特許第４０４５２２９号公報に開示された方法を用いることができる。このような溶剤抽出処理で得られる無灰炭は、実質的に灰分を含まず、溶剤に可溶で軟化溶融性を示す有機物を多く含有し、構造的には縮合芳香環が２又は３環の比較的低分子量の成分から縮合芳香環が５又は６環程度の高分子量の成分まで広い分子量分布を有する。そのため、無灰炭は、加熱下で高い流動性を示し、その原料とした石炭の品質に関わらず一般的に１５０℃以上３００℃以下で溶融する。加えて、無灰炭は、３００℃以上５００℃以下程度の乾留初期過程で多量の揮発分を生成しながら膨張する。また、無灰炭は、石炭と溶剤との混合物（スラリー）の脱水を経て得られるため、水分が０．２質量％以上３質量％以下程度であり、発熱量を十分に有する。

【0028】

当該高炉用コークスの製造方法に用いる無灰炭の原料となる石炭については、特に品質を問わない。また、無灰炭は分散性を高めコークスの強度を大きくする観点から粒径の小さい粒子状であることが好ましい。無灰炭粒子の最大径の上限としては、１ｍｍが好ましい。無灰炭粒子の最大径が上記上限を超える場合、上述した石炭粒子の連結効果が十分得られず、コークスの強度が不十分となるおそれがある。なお、無灰炭粒子の最大径とは、例えば電子顕微鏡等で撮影した無灰炭粒子の外形の最大長さ（２点間の最大距離）を意味する。

【0029】

（無灰炭の配合量）
配合炭（原料石炭と無灰炭との合計）に対する無灰炭の配合量は、上記原料石炭の空隙率指数Ｐｖ［体積％］、上記無灰炭の膨張性指数Ｄ［体積％］及び上記無灰炭の真比重ρを用いて下記式（１）で算出される基準値Ｗ［質量％］により決定する。
Ｗ＝（Ｐｖ／Ｄ）×ρ×１００ ・・・（１）

【0030】

ここで、原料石炭の空隙率指数Ｐｖ、無灰炭の膨張性指数Ｄ及び無灰炭の真比重ρは、いずれも原料石炭及び無灰炭の種類や乾留条件によって決まる量であると考えられるので、予め算出しておくことが可能である。従って、当該無灰炭配合量決定方法に用いる基準値Ｗは乾留試験による試行錯誤を繰り返すことなく算出することができる。

【0031】

上記配合炭に対する上記無灰炭の配合量の下限としては、０．２９Ｗ［質量％］が好ましく、０．３１Ｗ［質量％］がより好ましく、０．４５Ｗ［質量％］がさらに好ましい。また、上記配合炭に対する上記無灰炭の配合量の上限としては、１．００Ｗ［質量％］が好ましく、０．８０Ｗ［質量％］がより好ましい。後述する乾留工程で無灰炭はガスを内包して膨張し、温度の上昇及び乾留の進行と共に潰れて、石炭粒子間に接着層を形成する。上記配合炭に対する上記無灰炭の配合量が上記下限未満の場合、石炭粒子間の空隙の無灰炭による充填が不足し、十分な接着力が得られないおそれがある。一方、上記配合炭に対する上記無灰炭の配合量が上記上限を超える場合、接着層が厚くなるのみで空隙の充填に寄与しない無灰炭が増加し、コークスの製造コストが増大するおそれがある。また、過剰に膨張した無灰炭が欠陥となるため、コークスの強度が低下するおそれがある。さらに、基準値Ｗの算出に用いる原料石炭の空隙率指数Ｐｖ、無灰炭の膨張性指数Ｄ及び無灰炭の真比重ρには測定誤差が含まれ得ることを加味すると、無灰炭の配合量を上記範囲内とすることで、石炭間の空隙を無灰炭で過不足なく充填することができ、コークスの強度を高めることができる。

【0032】

ここで基準値Ｗ［質量％］を用いて配合炭に対する無灰炭の配合量を決定できることを説明する。まず、基準値Ｗにおいて原料石炭の空隙率指数Ｐｖ［体積％］を無灰炭の膨張性指数Ｄ［体積％］で除した値Ｐｖ／Ｄ×１００［体積％］は、原料石炭の空隙を埋めるために必要な無灰炭の体積量を表すと考えられる。無灰炭粒子は加熱した際の流動性が高く原料石炭の空隙を略均一に埋めることができることから、原料石炭の空隙を埋めるために必要な体積量の無灰炭を原料石炭に配合することで、石炭粒子間の空隙を無灰炭で効率的に充填することができると考えられる。従って、このＰｖ／Ｄ×１００に無灰炭の真比重ρを乗じたものを、無灰炭の配合量［質量％］を決定する基準値とすることができる。

【0033】

（配合炭）
原料石炭に無灰炭を配合した配合炭の最高流動度の対数（ｌｏｇＭＦ）の下限としては、１．８が好ましく、２がより好ましく、２．１がさらに好ましい。一方、配合炭のｌｏｇＭＦの上限としては、３が好ましく、２．５がより好ましく、２．３がさらに好ましい。配合炭のｌｏｇＭＦが上記下限未満の場合、配合炭の流動度が不足し、得られるコークスの強度が不十分となるおそれがある。逆に、配合炭のｌｏｇＭＦが上記上限を超える場合、流動度が過剰となってコークス内に気泡が発生し易くなるおそれがある。なお、最高流動度ＭＦは熱流動性の大きさを主に示し、配合炭のｌｏｇＭＦは、原料石炭に含まれる全石炭及び無灰炭のｌｏｇＭＦを加重平均した値を意味する。

【0034】

配合炭の平均最大反射率Ｒｏの下限としては、０．９５が好ましく、１がより好ましい。一方、配合炭の平均最大反射率Ｒｏの上限としては、１．３が好ましく、１．２がより好ましい。配合炭の平均最大反射率Ｒｏが上記下限未満の場合、配合炭の石炭化度の低さに起因して石炭又は無灰炭の膨張及び融着が不十分となり、得られるコークスの強度が不十分となるおそれがある。逆に、配合炭の平均最大反射率Ｒｏが上記上限を超える場合、膨張率が高くなり過ぎ炉体に影響を与えるおそれがある。なお、平均最大反射率Ｒｏは石炭化度を主に示し、配合炭のＲｏは、原料石炭に含まれる全石炭及び無灰炭のＲｏを加重平均した値を意味する。

【0035】

原料石炭への無灰炭の配合方法は、特に限定されず、例えば公知のミキサーに原料石炭及び無灰炭をそれぞれホッパーから投入して、常法で粉砕しながら攪拌する方法を用いることができる。この方法を用いることで、無灰炭が凝集した二次粒子を粉砕すると共に、原料石炭を粒子状に粉砕することができる。また、予め粉砕した原料石炭及び無灰炭を混合してもよい。

【0036】

また、原料石炭に無灰炭以外の粘結剤を添加してもよいが、当該コークスの製造方法では上述のように無灰炭によって石炭粒子が連結されるため、粘結剤を入れる必要性がない。そのため、コスト低減の観点から配合炭が無灰炭以外の粘結剤を含まないことが好ましい。

【0037】

＜乾留工程＞
乾留工程において、上記配合炭をコークス炉に装入し乾留することでコークスを得る。このコークス炉としては例えば１門あたり３０ｔｏｎ程度を装入可能な炉体を有するものを用いることができる。

【0038】

配合炭のコークス炉への装入時の充填嵩密度ｄの下限としては、７２０ｋｇ／ｍ^３が好ましく、７３０ｋｇ／ｍ^３がより好ましい。また、上記充填嵩密度ｄの上限としては、８５０ｋｇ／ｍ^３が好ましく、８００ｋｇ／ｍ^３がより好ましい。上記充填嵩密度ｄが上記下限未満の場合、コークスの強度が不十分となるおそれがある。一方、上記充填嵩密度ｄが上記上限を超える場合、炉体に加わる圧力が高くなり炉体を損傷するおそれや、配合炭の充填密度を向上させる作業によりコークスの製造コストが上昇するおそれがある。

【0039】

配合炭の乾留温度の下限としては、９５０℃が好ましく、１０００℃がより好ましい。また、乾留温度の上限としては、１２００℃が好ましく、１０５０℃がより好ましい。乾留温度が上記下限未満の場合、石炭の溶融が不十分となりコークスの強度が低下するおそれがある。一方、乾留温度が上記上限を超える場合、炉体の耐熱性や燃料消費の観点から製造コストが上昇するおそれがある。

【0040】

配合炭の乾留時間の下限としては、８時間が好ましく、１０時間がより好ましい。また、乾留時間の上限としては、２４時間が好ましく、２０時間がより好ましい。乾留時間が上記下限未満の場合、石炭の溶融が不十分となりコークスの強度が低下するおそれがある。一方、乾留時間が上記上限を超える場合、燃料消費の観点から製造コストが上昇するおそれがある。

【0041】

＜利点＞
当該無灰炭配合量決定方法は、原料石炭の空隙量、無灰炭の膨張性及び無灰炭の真比重を予め計測することで、高炉用コークスの製造の際の無灰炭の好適な配合量を算出することができる。このため、当該無灰炭配合量決定方法は、乾留試験による試行錯誤を繰り返すことなく効率的に配合炭に対する無灰炭の配合量を決定することができる。その結果、当該無灰炭配合量決定方法を用いることで、高強度コークスを容易かつ確実に生成することができる。

【実施例】

【0042】

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0043】

ハイパーコール連続製造設備（Ｂｅｎｃｈ Ｓｃａｌｅ Ｕｎｉｔ）を用い、以下の方法により無灰炭を製造した。まず、オーストラリア産瀝青炭を無灰炭の原料石炭とし、この原料石炭５ｋｇ（乾燥炭換算質量）と、溶剤としての４倍量（２０ｋｇ）の１−メチルナフタレン（新日鉄住金化学社製）とを混合して、スラリーを調製した。このスラリーを内容積３０Ｌのバッチ式オートクレーブ中に入れ窒素を導入して１．２ＭＰａに加圧し、３７０℃で１時間加熱した。このスラリーを上述の温度及び圧力を維持した重力沈降槽内で上澄液と固形分濃縮液とに分離し、上澄液から蒸留法で溶剤を分離及び回収して、２．７ｋｇの無灰炭Ｘを得た。得られた無灰炭Ｘの灰分及び膨張性指数Ｄは、表１に示す通りであった。この無灰炭Ｘをその全て（１００質量％）が最大径３ｍｍ以下になるように粉砕した。

【0044】

重力沈降時間を変えた以外は、上述の無灰炭Ｘを得た方法と同様にして３．２ｋｇの無灰炭Ｙを得た。また、上記無灰炭Ｘ及び無灰炭Ｙを得た際の重力沈降時間とは異なる重力沈降時間とした以外は、上述の無灰炭Ｘを得た方法と同様にして４．５ｋｇの無灰炭Ｚを得た。得られた無灰炭Ｙ、Ｚの灰分及び膨張性指数Ｄは、表１に示す通りであった。この無灰炭Ｙ、Ｚをその全て（１００質量％）が最大径３ｍｍ以下になるように粉砕した。

【0045】

【表1】

【0046】

＜実施例１〜５＞
上述のように製造した無灰炭のうち無灰炭Ｘを用いて、以下の手順で実施例１〜５の高炉用コークスを製造した。

【0047】

（配合工程）
原料石炭として表２に示す特性の各種原料石炭Ａ〜Ｅをそれぞれ水分７．５質量％に調整し、乾燥炭基準で表２に示す配合比条件１で混合した。このとき、各種原料石炭はその全て（１００質量％）が最大径３ｍｍ以下になるように粉砕したものを用いた。なお、表２に示す原料石炭及び無灰炭の最高流動度の対数ｌｏｇＭＦ［ｌｏｇｄｄｐｍ］は、ＪＩＳ−Ｍ８８０１：２００４に準拠しギーセラープラストメータ法にて測定した。また、平均最大反射率Ｒｏ［％］は、ＪＩＳ−Ｍ８８１６：１９９２に準拠して測定し、膨張率［体積％］は、ＪＩＳ−Ｍ８８０１：２００４に準拠して測定した。

【0048】

この原料石炭の充填嵩密度を７４０ｋｇ／ｍ^３としたときのこの原料石炭の無灰炭Ｘに対する基準値Ｗは、１０．２質量％であった。ここで石炭及び無灰炭の真比重は１．３とした。この基準値Ｗを元に配合炭に対する無灰炭の配合量Ｖ［質量％］を表３のように決定し、原料石炭と無灰炭Ｘとを混合し配合炭を得た。

【0049】

（乾留工程）
上記配合炭を鋼製のレトルトに並べて入れて、このレトルトに振動を与え充填嵩密度を７４０ｋｇ／ｍ^３に調整した後、両面加熱式電気炉に入れ、窒素気流中で乾留した。乾留条件は、３℃／分で昇温した後、１０００℃で２０分間加熱するものとした。乾留後、レトルトを電気炉から取り出して自然放冷し、高炉用コークスを得た。

【0050】

＜実施例６〜８＞
用いた無灰炭を表１の無灰炭Ｙとした以外は実施例１〜５と同様の手順で表３に示す配合量で原料石炭と無灰炭Ｙとを配合し、この配合炭を乾留することで実施例６〜８の高炉用コークスを得た。上記原料石炭の無灰炭Ｙに対する基準値Ｗは、１７．５質量％であった。

【0051】

＜実施例９、１０＞
用いた無灰炭を表１の無灰炭Ｚとした以外は実施例１〜５と同様の手順で表３に示す配合量で原料石炭と無灰炭Ｚとを配合し、この配合炭を乾留することで実施例９、１０の高炉用コークスを得た。上記原料石炭の無灰炭Ｚに対する基準値Ｗは、３２．９質量％であった。

【0052】

＜比較例１＞
原料石炭として表２に示す特性の各種原料石炭Ａ〜Ｅをそれぞれ水分７．５質量％に調整し、乾燥炭基準で表２に示す配合比条件２で混合し、原料石炭を準備した。このとき、各種原料石炭はその全て（１００質量％）が最大径３ｍｍ以下になるように粉砕したものを用いた。次に、無灰炭を混合せず、この原料石炭のみを実施例１〜５と同様の条件で乾留することで比較例１の高炉用コークスを得た。

【0053】

＜比較例２＞
実施例１〜５と同様の各種原料石炭に乾燥炭基準で表２に示す配合比条件1で混合し、無灰炭を混合せずに原料石炭のみを実施例１〜５と同様の条件で乾留することで比較例２の高炉用コークスを得た。

【0054】

【表2】

【0055】

＜評価＞
上記実施例１〜１０及び比較例１、２の高炉用コークスについて、ドラム強度指数ＤＩを測定した。具体的には、ＪＩＳ−Ｋ２１５１：２００４に準拠し、高炉用コークスをドラムで１５０回転させた後にＪＩＳ−Ｚ８８０１−２：２００６に規定される目開き１５ｍｍの金属板篩で選別し、篩上に残存した高炉用コークスの質量比（ＤＩ^１５０_１５）を求めた。また、この強度について以下の基準で判定を行った。
Ａ：ＤＩ＞８４．５％で、強度が極めて優れる。
Ｂ：ＤＩ＞８３．３％で、強度が優れる。
Ｃ：ＤＩ≦８３．３％で、強度が劣る。

【0056】

さらに、上記実施例１〜１０及び比較例１、２の高炉用コークスの製造コストについて、以下の基準で判定を行った。
Ａ：非微粘結炭Ｅの配合量が１０％以上あり、製造コストが低い。
Ｂ：非微粘結炭Ｅの配合量が１０％未満であり、製造コストが高い。
これらの結果を表３に示す。

【0057】

【表3】

【0058】

表３から、基準値Ｗを用いて配合炭に対する無灰炭の配合量を決定した実施例１〜１０は、無灰炭が配合されておらず基準値Ｗを用いていない比較例２より無配炭の種類によらずコークスの強度が高められており、非微粘結炭Ｅの配合量が少ない比較例１よりも製造コストが低い。従って、当該高炉用コークスの製造方法は、当該無灰炭配合量決定方法を用いることで製造コストを低減しつつ高強度コークスを容易かつ確実に生成できることが分かる。

【0059】

また、表３から、基準値Ｗを用いて配合炭に対する無灰炭の配合量を０．２９Ｗ［質量％］以上１．００Ｗ［質量％］以下とした実施例１〜４、実施例６〜７、実施例８〜１０は、無灰炭を配合しない比較例２、無灰炭の配合量が１．００Ｗ［質量％］を超える実施例５に比較して得られたコークスの強度が高い。このことから、上記無灰炭の配合量としては、０．２９Ｗ［質量％］以上１．００Ｗ［質量％］以下が好ましいことが分かる。

【0060】

特に無灰炭の配合量が０．３１Ｗ［質量％］以上０．８０Ｗ［質量％］以下である実施例１〜３、実施例７、実施例８及び実施例１０は、同じ無配炭を用いた他の実施例よりもコークスの強度が高く、非微粘結炭の配合量が少ない比較例１と同等の強度を持つ。このことから、無灰炭の配合量を上記範囲内とすることで、さらにコークスの強度が高められることが分かる。

【産業上の利用可能性】

【0061】

以上説明したように、本発明の無灰炭配合量決定方法は高炉用コークスの製造の際の無灰炭の配合量を効率よく決定できるので、この無灰炭配合量決定方法を用いた高炉用コークスの製法は、製造コストを低減しつつ高強度コークスを容易かつ確実に製造できる。

【符号の説明】

【0062】

１ 強粘結炭粒子
１ａ 連続相
２ 非微粘結炭粒子
２ａ 変質成分
４ 無灰炭粒子
４ａ 連続相
１０ 炉体
Ａ 気泡
Ｂ 粗大欠陥

【図1】