特許 6644651 劣質炭の改質方法、及びコークスの製造方法、並びに銑鉄の製造方法

(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】6644651

(24)【登録日】2020年1月10日

(45)【発行日】2020年2月12日

(54)【発明の名称】劣質炭の改質方法、及びコークスの製造方法、並びに銑鉄の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C10L 9/02 20060101AFI20200130BHJP

   C10B 57/08 20060101ALI20200130BHJP

   C21B 5/00 20060101ALI20200130BHJP

【ＦＩ】

   C10L9/02

   C10B57/08

   C21B5/00 301

【請求項の数】9

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-133282(P2016-133282)

(22)【出願日】2016年7月5日

(65)【公開番号】特開2018-2924(P2018-2924A)

(43)【公開日】2018年1月11日

【審査請求日】2018年11月9日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２７年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「環境調和型製鉄プロセス技術開発（ＳＴＥＰ２）」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(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】504132272

【氏名又は名称】国立大学法人京都大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】特許業務法人栄光特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 拓也

(72)【発明者】

【氏名】堺 康爾

(72)【発明者】

【氏名】奥山 憲幸

(72)【発明者】

【氏名】蘆田 隆一

【審査官】 森 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−１６６１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−０５７４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 褐炭へのボラン添加による官能基の変化と自然発火性への影響，化学工学会 第８１年会 講演要旨集，公益社団法人 化学工学会，２０１６年 ２月２８日，Ｂ１１５

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ１０Ｌ ９／０２

Ｃ１０Ｂ ５７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

劣質炭を還元処理する劣質炭の改質方法であって、
前記還元処理は、前記還元処理によって二酸化炭素となる有機還元剤の存在下で行うものである劣質炭の改質方法。

【請求項2】

前記有機還元剤は、常温〜６５℃の温度域で蒸気となり得るものである請求項１に記載の劣質炭の改質方法。

【請求項3】

前記有機還元剤は、低級のアルコール類、アルデヒド類及びカルボン酸類から選ばれる少なくとも１種である請求項２に記載の劣質炭の改質方法。

【請求項4】

前記有機還元剤は、メタノール、２−プロパノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、バレルアルデヒド、ギ酸及びシュウ酸から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜３のいずれか１項に記載の劣質炭の改質方法。

【請求項5】

前記有機還元剤は、ギ酸、及びシュウ酸よりなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜４のいずれか１項に記載の劣質炭の改質方法。

【請求項6】

前記有機還元剤は、気体状、または液体状である請求項１〜５のいずれか１項に記載の劣質炭の改質方法。

【請求項7】

前記還元処理は、常温〜６５℃の温度域で１０分〜６時間処理するものである請求項１〜６のいずれか１項に記載の劣質炭の改質方法。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれかに記載の劣質炭の改質方法によって改質炭を製造し、この改質炭を乾留するコークスの製造方法。

【請求項9】

請求項８に記載の製造方法でコークスを製造し、得られたコークスを石灰石、及び鉄鉱石と共に高炉に投入し、鉄鉱石の還元をする銑鉄の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、劣質炭の改質方法、及び該改質方法によって得られた改質炭を用いたコークスの製造方法、並びに該コークスを用いた銑鉄の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

コークスの原料として、高品位な粘結炭（以下、「高品位炭」ということがある）と、粘結成分の少ない褐炭や亜瀝青炭などの劣質炭とを混合した配合炭が汎用されている。しかしながら高品位炭の埋蔵量が少なく、可採年数が減少しているため価格が高騰している。そのため、劣質炭の配合量を多くしたコークスの製造が求められている。しかしながら劣質炭の配合量が多くなる程、コークスの強度が低下する傾向にあるため、十分なコークス強度が得られず、高炉内でコークスが粉化しやすかった。その結果、高炉内の通気性が阻害されて適正な鉄鉱石の還元の進行が阻害されるという問題が生じていた。こうした事情に鑑み、近年、劣質炭を配合したコークスの高強度化について研究が行われている。

【0003】

例えば特許文献１には、室式コークス炉へ装入する原料炭を事前に石炭加熱機により加熱する方法において、前記石炭加熱機による装入炭の前及び／又は後に分級機能付き気流乾燥機により装入炭に含まれる０．１ｍｍ以下の微粉炭を分離除去する石炭の急速加熱方法が開示されている。この特許文献１によれば、非微粘結炭の事前加熱処理により、非微粘結炭を４０〜６０％装入炭へ混合使用が可能となり、コークスの強度を改善できることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７−１０９４６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら特許文献１では、急速加熱を行う施設が必要となるなど、設備導入費用やメンテナンスコスト等を考慮すると製造コストが高くなるなどの問題が生じる。

【0006】

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、低コストで高強度を有するコークスの製造に有用な劣質炭の改質方法、及びコークスの製造方法、並びに銑鉄の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決し得た本発明は、劣質炭を還元処理することに要旨を有する。

【0008】

上記還元処理は還元剤の存在下で行うことが好ましく、該還元剤は気体状、または液体状であることも好ましい実施態様である。

【0009】

また上記還元処理は、常温〜６５℃の温度域で１０分〜６時間処理することが好ましい。本発明では上記還元剤はギ酸、及びシュウ酸よりなる群から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

【0010】

本発明には上記劣質炭の改質方法によって改質炭を製造し、この改質炭を乾留するコークスの製造方法も含まれる。

【0011】

また本発明には上記製造方法でコークスを製造し、得られたコークスを石灰石、及び鉄鉱石と共に高炉に投入し、鉄鉱石の還元をする銑鉄の製造方法も含まれる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、コークス強度の向上効果を有する改質炭が得られる。また本発明の改質炭を用いることで高強度コークスを製造できる。しかも本発明の製造方法によれば従来のコークス製造設備をそのまま使用できるため、低コストで高強度コークスを製造できる。更に本発明のコークスは十分な強度を有するため、高炉内での圧壊、粉化等を防止できるため、銑鉄製造用コークスとして好適である。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、実施例で製造した本発明のコークスと従来法で製造したコークスの軟化溶融性測定結果を示すグラフである。

【図2】図２は、実施例で製造した本発明のコークスと従来法で製造したコークスの軟化溶融性測定結果を示すグラフである。

【図3】図３は、実施例で製造した本発明のコークスと従来法で製造したコークスの軟化溶融性測定結果を示すグラフである。

【図4】図４は、実施例で製造した本発明のコークスと従来法で製造したコークスの強度測定結果を示すグラフである。

【図5】図５は、実施例で製造した本発明のコークスと従来法で製造したコークスの強度測定結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

劣質炭には含酸素官能基が多く含まれており、加熱をすると比較的低温において熱分解ラジカルが発生しやすく、該ラジカル同士が結合して架橋構造が形成される。そのため４００〜５００℃程度の軟化溶融温度域に加熱しても、石炭分子の動きが妨げられて石炭の流動性が不十分となって粘結性が抑制され、コークスの強度が低下すると考えられている。

【0015】

本発明者らが鋭意研究を行った結果、予め還元処理を施した劣質炭をコークス原料に用いれば、上記軟化溶融温度域での流動性を向上でき、高強度コークスが得られることを見出し、本発明に至った。

【0016】

本発明に至った経緯は以下の通りである。すなわち、本発明者らが研究した結果、劣質炭には常温から６５℃程度の温度域においても反応性が高い不安定なラジカルが存在しており、これらラジカルを安定化させることによって、軟化溶融温度域に加熱しても該ラジカルに起因する架橋反応や重合反応などが抑制できることがわかった。具体的には劣質炭に還元処理を施すことで該ラジカルを安定な分子にできることがわかった。還元処理を施した劣質炭（以下、「改質炭」ということがある）をコークス化した場合、軟化溶融温度域に達しても上記架橋構造の形成等が抑制され、石炭の流動性が向上すると共に、石炭分子の配向性が向上して結晶性が高くなるため、再固化温度以上において強固なコークス構造が得られ、その結果、高強度コークスが得られると考えられる。以下、本発明の劣質炭の改質方法、及びコークスの製造方法について説明する。

【0017】

本発明の改質対象は劣質炭である。劣質炭とは発熱量５７００ｋｃａｌ／ｋｇ以下、揮発分３１％以上の石炭をいう。このような劣質炭としては例えばビクトリア炭、ノースダゴタ炭、ベルガ炭等の褐炭；西バンコ炭、ビヌンガン炭、サマランガウ炭等の亜瀝青炭が例示される。本発明の劣質炭には上記例示に限定されず、ビトリニット平均反射率Ｒｏが０．８５％以上、かつ、ギーセラー最高流動度ｌｏｇＭＦが１０ｄｄｐｍ以下、または、ビトリニット平均反射率Ｒｏが０．８５％以下、かつ、ギーセラー最高流動度ｌｏｇＭＦが５０ｄｄｐｍ以下の非微粘結炭も含まれる。

【0018】

なお、還元処理効率を向上させるために、劣質炭は好ましくは直径５ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下に粉砕しておくことが望ましい。

【0019】

本発明では劣質炭を還元処理して劣質炭を改質するが、還元処理方法は特に限定されず、還元処理によって劣質炭中のラジカルが安定化されればよい。すなわち、還元処理後の劣質炭のラジカル量が低減されていればよい。還元処理前後のラジカル量を直接測定することは困難であるが、例えば本発明の実施例で示すように還元処理を行った場合、行わなかった場合よりも、軟化溶融温度域において流動性が向上していたり、あるいはコークス強度が向上していれば、還元処理によってラジカル量が低減し、劣質炭が改質されたと判断できる。

【0020】

本発明の還元処理では還元剤を用いることが望ましい。還元剤を用いることによって効率的に劣質炭を改質できる。特に銑鉄製造用コークスとして使用する場合には、還元剤は還元処理によって二酸化炭素となるものであると銑鉄製造に不要な成分の混入を防ぐことができるため好ましい。したがって還元剤としては好ましくは有機還元剤である。有機還元剤の中でも常温〜６５℃の温度域で蒸気となり得る低級のアルコール類、アルデヒド類、カルボン酸類が望ましい。このようなアルコール類としては、メタノール、２−プロパノール、アルデヒド類としては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、バレルアルデヒド、カルボン酸類としてはギ酸やシュウ酸等が挙げられる。このうちより好ましくはカルボン酸類であり、特に好ましくはギ酸やシュウ酸である。このような還元剤を用いて還元処理して得られた劣質炭は、上記したように改質されている。

【0021】

ギ酸を還元剤として用いた場合、下記式に示される反応によって水素及び電子が劣質炭に供与され、劣質炭中のラジカルを安定化できる。
ＨＣＯＯＨ→ＣＯ₂＋２Ｈ⁺＋２e^-

【0022】

またシュウ酸を還元剤として用いた場合、下記式に示される反応によって水素及び電子が劣質炭に供与され、劣質炭中のラジカルを安定化できる。
（ＣＯＯＨ）₂→２ＣＯ₂＋２Ｈ⁺＋２e^-

【0023】

還元剤によって水素及び電子が劣質炭に供与された結果、劣質炭に含まれているラジカルが安定化されるため、上記したように得られた改質炭を軟化溶融温度域に加熱すると石炭の流動性が向上して高強度コークスが得られる。還元剤を使用する場合は、攪拌等によって接触効率を高めると、効率的に還元処理を行うことができるため好ましい。

【0024】

還元剤は気体状、液体状のいずれでもよい。還元剤を気体状で用いる場合は例えば還元剤を加熱して得られる蒸気と劣質炭を接触させればよい。また還元剤を液体状で用いる場合は、例えば還元剤を含む水溶液（以下、「還元剤含有水溶液」ということがある）を劣質炭と接触させて還元処理を行えばよい。接触方法としては還元剤含有水溶液中に劣質炭を浸漬させたり、あるいは還元剤含有水溶液を劣質炭に噴霧してもよい。また還元剤を気体状で用いる場合は、例えば劣質炭を含む密閉空間内で還元剤を加熱して蒸気化させたり、あるいは外部で還元剤を加熱して得られる蒸気を該密閉空間に供給してもよい。

【0025】

上記還元処理で消費される還元剤の量は、使用する劣質炭の種類にもよるが、電子供与量として、０．２ｍｍｏｌ／ｇ−ｃｏａｌ程度であると推定されており、これに基づくと、ギ酸の場合０．４５質量％（乾燥炭基準）、シュウ酸の場合０．９質量％(乾燥炭基準)である。還元反応に関与しない還元剤は元の分子の状態を保ち、還元能力は維持しているため、還元処理後に未反応の還元剤を回収しリサイクルする装置および操作とすることが望ましい。

【0026】

還元処理時の反応温度は特に限定されない。反応温度を高めると劣質炭表面で還元剤が拡散され易くなり、還元反応が促進されて生産効率が向上する。したがって還元反応時の温度は好ましくは常温以上、より好ましくは４０℃以上である。一方、反応温度の上限は石炭の軟化溶融温度よりも低ければ限定されないが、加熱コストや、石炭表面及び石炭基質内部への拡散等を考慮すると６５℃以下が好ましく、より好ましくは６０℃以下である。反応温度は任意の手段で加熱するなどして調整すればよい。

【0027】

また還元処理時は十分な還元が行われればよく限定されないが、好ましくは１０分以上、より好ましくは３０分以上、好ましくは６時間以下、より好ましくは２時間以下である。

【0028】

還元処理後、還元処理を行って得られた改質炭を必要に応じて冷却処理、水等で還元剤を除去する洗浄処理、該洗浄処理後の還元処理炭を乾燥させる乾燥処理を行ってもよい。

【0029】

劣質炭の改質に還元剤を用いても、改質炭には還元剤に由来するＣ、Ｈ、Ｏ以外の成分が含まれておらず、銑鉄の製造過程に該コークス由来の不要成分が含まれていないため、銑鉄製造用コークスの原料炭として好適である。

【0030】

劣質炭の還元処理はコークス化処理前、好ましくは軟化溶融温度に加熱される前の任意のタイミングで行えばよく限定されない。例えばヤードなどで貯炭している劣質炭に還元処理を施してもよく、あるいは石炭輸送時に還元処理を施してもよい。コークス化処理前に予め劣質炭を還元処理しておくことで、コークス製造のリードタイムを増加させることなく、また現行のコークス製造施設に新たな変更や設備の追加をせずに高強度コークスを製造できるため、生産コストの観点からも望ましい。

【0031】

以下、上記還元処理を行って得られた改質炭をコークス原料としてコークスを製造する方法を説明するが、コークスの製造方法は特に限定されず、従来のコークス製造方法を採用できる。したがってコークスの製造方法は下記例に限定されず、適宜変更を加えることもできる。本発明のコークスの製造方法は混合工程と乾留工程とを有する。

【0032】

＜混合工程＞
まず、上記改質炭をコークス原料として混合物を製造する。混合工程では、改質炭と必要に応じて添加される他の石炭や粘結材とを混合して混合物を得る工程である。改質炭と粘結材との混合方法は特に限定されず、均一な混合物が得られればよい。混合にはミキサー、ニーダー、混合機など公知の手段を用いればよい。

【0033】

本発明ではコークス原料として改質炭単独で使用してもよいが、改質炭と共に他の石炭を配合して使用してもよい（以下、「原料炭」ということがある）。使用する他の石炭の種類は特に限定されず、強粘結炭、準粘結炭、微粘結炭、及び非粘結炭よりなる群から選ばれる少なくとも１種を用いることが望ましい。本発明において強粘結炭とは、ビトリニット平均反射率Ｒｏが１．１超〜１．５％、ギーセラー最高流動度ｌｏｇＭＦが０．５〜３．５ｄｄｐｍの石炭、準粘結炭とは、ビトリニット平均反射率Ｒｏが０．７〜１．１％、ギーセラー最高流動度ｌｏｇＭＦが２．５超〜３．５ｄｄｐｍの石炭、微粘結炭とは、ビトリニット平均反射率Ｒｏが０．７〜１．１％、ギーセラー最高流動度ｌｏｇＭＦが０．５〜２．５ｄｄｐｍの石炭をいう。なお、ビトリニット平均反射率ＲｏはＪＩＳ Ｍ８８１６、ギーセラー最高流動度ｌｏｇＭＦはＪＩＳ Ｍ８８０１に規定されたギーセラープラストメータ法に基づく最高流動度である。

【0034】

本発明の改質炭は劣質炭を原料とするものであるが、上記したように改質炭はコークスの高強度化に寄与する。そのため原料炭として改質炭単独でも高強度コークスが得られるが、改質炭と他の石炭と組み合わせて配合炭とする場合は、改質炭の配合量を増加させると、コークスの強度が向上する。したがって改質炭の配合量を高めれば従来と比べて強粘結炭の配合比率を低減させても高強度コークスが得られる。

【0035】

また強粘結炭、準強粘結炭、微粘結炭、非粘結炭は、複数種組み合わせて用いることもでき、要求されるコークスの特性に応じて適宜組み合わせればよい。強粘結炭の配合量を増加させると、コークスの強度が向上する。また準強粘結炭は強粘結炭に次ぐ粘性を持ち、また高流動性、高膨張性という特性を有するため、これら石炭を適宜組み合わせることで、配合炭の性状を制御できる。また微粘結炭、非粘結炭の配合量を増加させると、コークスの強度が低下する。

【0036】

コークスの強度向上を図るために原料炭の粒径は、工業的に可能な粉砕粒径範囲、および粉塵などを考慮して適宜決定すればよく、限定されない。例えば原料炭は好ましくは８０質量％以上、より好ましくは８５質量％以上、更に好ましくは９０質量％以上の粒径が、３ｍｍ以下であることが望ましい。なお、本発明において「粒径」とは、ＪＩＳ Ｍ８８０１記載の粒度試験法によって求められる値である。

【0037】

本発明では必要に応じて粘結材を用いてもよく、粘結材としては、例えば、石油系ピッチ、石炭系ピッチ、溶剤抽出炭など各種公知の粘結材を使用できる。原料炭と粘結材との混合比率は特に限定されない。本発明ではコークス強度を向上させる観点から、粘結材を配合した後の流動性を調整することが望ましい。流動性は例えばギーセラー最高流動度ｌｏｇＭＦで好ましくは１．５〜３．５ｄｄｐｍ、より好ましくは２．０〜３．０ｄｄｐｍに調整することによって、コークス強度を向上できる。また、粘結材の混合比率は要求されるコークス反応性、および使用する原料炭の流動性や反応性などの性状に応じ、適宜混合比率を決めればよい。

【0038】

混合物の製造にあたっては、公知の添加剤などを必要に応じて含有させてもよい。

【0039】

本発明では上記混合物に所望の割合の鉄鉱石を混合してもよい。また混合物は所望の形状に成形してもよい。成形方法は特に限定されず、例えば、平ロールによるダブルロール型成形機、アーモンド型ポケットを有するダブルロール型成形機、単軸プレスやローラータイプの成形機、押し出し成形機等、いずれも採用できる。

【0040】

成形は、室温前後で行う冷間成形、加熱して行う熱間成形のいずれでもよい。熱間成形は、室温を超えて石炭の熱分解温度、例えば４００℃未満で行うことが好ましく、より好ましくは２５０〜３５０℃である。４００℃以上になると石炭が熱分解し、タールが発生して石炭成分を失うことがある。成形圧力は特に限定されず、公知の条件を採用すればよい。

【0041】

上記のような成形を経て得られる成形体の大きさは、原料鉄鉱石や石炭の種類、製造条件、或いは高炉での運用条件によって異なるが、おおむね１０〜３０ｍｍ前後である。

【0042】

＜乾留工程＞
乾留工程は、上記混合工程で得られた混合物を乾留する工程である。乾留することによって石炭部分がコークス化されてコークスを製造できる。

【0043】

乾留工程は、既存のコークス炉を用いて行うことができる。乾留するときに用いる炉の形状も特に限定されず、室炉を用いてバッチ式で乾留してもよいし、縦型シャフト炉を用いて連続式で乾留してもよい。縦型シャフト炉を用いた場合には、炉の上方から上記成形体を装入し、炉内を上から下に向かって移動する間に乾留され、炉の下方から乾留されて排出される。混合物は必要に応じて予備加熱してもよい。

【0044】

乾留温度や乾留時間などの乾留条件も公知の条件を採用できる、乾留温度は好ましくは６５０℃以上、より好ましくは７００℃以上であって、好ましくは１２００℃以下、より好ましくは１１１０℃以下である。また乾留時間は好ましくは５分以上、より好ましくは１０分以上であって、好ましくは２４時間以下、より好ましくは１２時間以下である。乾留雰囲気は、石炭の酸化防止の観点から、非酸化性ガス雰囲気とすることが好ましい。

【0045】

上記コークスの製造方法には、各工程に悪影響を与えない範囲において、各工程の間あるいは前後に新たな工程を設けてもよい。例えば、原料炭を粉砕する石炭粉砕工程、加熱処理によって軟化溶融性を調整する工程、ごみ等の不要物を除去する除去工程等を行ってもよい。

【0046】

得られた本発明のコークスは、従来の劣質炭を原料炭とするコークスよりも高強度を有しており、具体的には本発明のコークスの強度は０．４ＭＰａ以上、好ましくは０．５ＭＰａ以上、更に好ましくは１．０ＭＰａ以上の十分な強度を有している。

【0047】

本発明の製造方法により得られたコークスは、強度に優れるので、高炉における銑鉄の製造に好適に使用できる。すなわち、本発明の製造方法により得られたコークスは圧壊しない十分な強度を有するため、高炉における銑鉄製造時のガス通気性向上に有効である。

【0048】

高炉における銑鉄の製造方法は、公知の方法を採用すればよく、例えば高炉に石灰石、鉄鉱石とコークスとをそれぞれ層状に交互に積層させて、高炉の下部より熱風、必要に応じて微粉炭を吹き込む方法を挙げることができる。

【実施例】

【0049】

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

【0050】

表１に示す劣質炭を用いて下記（１）〜（３）に基づいてコークス原料を製造した。なお、劣質炭の分析方法は以下の通りである。
元素含有率（ｄｒｙ ａｓｈ ｆｒｅｅ）：ＪＩＳ Ｍ８８０１で測定される石炭の水分と灰分を除いた有機質等（Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ）の元素の含有率（質量％）
灰分、及び揮発分：ＪＩＳ Ｍ８８１２

【0051】

【表1】

【0052】

（１）石炭還元処理Ａ
Ｆ炭１０ｇまたはＧ炭１０ｇと、０．５ｍｏｌ／Ｌギ酸水溶液２５０ｍＬとを容量５００ｍＬの三角フラスコに入れて温度を６５℃に維持しつつ、６時間振とうさせ、還元反応を行った。還元反応後、石炭を取り出して水で洗浄し、乾燥させて還元石炭を得た。Ｆ炭を用いた還元石炭を還元処理Ａ−Ｆ炭、Ｇ炭を用いた還元石炭を還元処理Ａ−Ｇ炭とした。

【0053】

（２）石炭還元処理Ｂ
Ｆ炭１０ｇまたはＧ炭１０ｇを内容積２５０ｍＬの密閉容器に充填した後、濃度９９％のギ酸３ｍＬを入れた直径２ｃｍ、高さ４ｃｍのビーカーを該密閉容器内に静置して容器を密閉した。該密閉容器の温度を６０℃に２時間、または６時間維持して還元反応を行った。還元反応後、石炭を取り出して室温まで冷却して還元石炭を得た。Ｆ炭を用い２時間維持した還元石炭を還元処理Ｂ２−Ｆ炭、Ｇ炭を用い２時間維持した還元石炭を還元処理Ｂ２−Ｇ炭、Ｇ炭を用い６時間維持した還元石炭を還元処理Ｂ６−Ｇ炭とした。

【0054】

（３）コークスの製法
内径１．７ｃｍ、高さ１．４ｃｍのステンレス製モールドに、未処理のＦ炭２ｇまたは未処理のＧ炭２ｇ、もしくは、上記各条件で還元処理を行なったＦ炭またはＧ炭２ｇを充填し、該石炭に３４．８ｇの荷重がかかるようにステンレス製の蓋を石炭層上部に設置した。該モールドを竪型加熱炉内の容器内部に設置した。該容器内部を流量０．１ＮＬ／分の窒素流通下、昇温速度１０℃／分で９００℃まで昇温し、該温度で３０分間保持してコークス化反応を行って各コークス試料を得た。

【0055】

未処理石炭および還元石炭を用いて、下記軟化溶融性測定試験により軟化溶融性を評価、また、未処理石炭および還元石炭より製造した各コークス試料を用いて、下記強度測定試験によりコークス強度を評価した。

【0056】

軟化溶融性測定試験
熱機械分析（島津製作所社製：ＴＭＡ−５０）を用いて各未処理石炭および各還元石炭の軟化溶融性を評価した。未処理石炭または還元石炭を、内径５．２ｍｍ、高さ６．０ｍｍのセル内に厚さ約１ｍｍＬに充填し、それに直径４．３ｍｍの円柱状の石英製ロッドによって１０ｇｆの荷重を掛けながら、窒素雰囲気下で１０℃／ｍｉｎで９００℃まで加熱し、試料が軟化溶融してロッドが試料層に押し込まれる際のロッドの位置変化を連続的に測定した。本測定では、軟化溶融性が高い試料ほど、ロッドの位置変化が大きく示される。

【0057】

強度測定試験
各コークス試料をそのまま強度測定に供した。精密万能試験機（島津製作所社製オートグラフＡＧＳ−１０ｋＮＪ）を用いてコークスの圧壊強度試験を行ってコークスの強度を評価した。

【0058】

未処理Ｆ炭、還元処理Ａ−Ｆ炭の軟化溶融性測定結果を図１に、未処理Ｇ炭、還元処理Ａ−Ｇ炭の軟化溶融性測定結果を図２に示す。図１、図２より、いずれの劣質炭でもギ酸水溶液による還元処理を行なうことにより、軟化溶融性が向上した。

【0059】

未処理Ｇ炭、還元処理Ｂ２−Ｇ炭、還元処理Ｂ６−Ｇ炭の軟化溶融性測定結果を図３に示す。図３より、ギ酸蒸気による還元処理を行なうことによっても、軟化溶融性が向上したことが分る。

【0060】

未処理Ｆ炭、還元処理Ａ−Ｆ炭、および未処理Ｇ炭、還元処理Ａ−Ｇ炭よりそれぞれ製造した各コークスの強度測定結果を図４に示す。図４に示すように還元石炭から製造したコークスは、未処理石炭から製造したコークスと比べてコークス強度が約３〜６倍高かった。

【0061】

未処理Ｆ炭、還元処理Ｂ２−Ｆ炭、および未処理Ｇ炭、還元処理Ｂ２−Ｇ炭、還元処理Ｂ６−Ｇ炭よりそれぞれ製造した各コークスの強度測定結果を図５に示す。図５に示すように還元石炭から製造したコークスは、未処理石炭から製造したコークスと比べてコークス強度が約２〜５倍高かった。また還元時間を６時間にした還元処理Ｂ６−Ｇ炭から製造したコークスは、コークス強度が更に上昇し、還元処理Ｂ２−Ｇ炭から製造したコークスと比べて２．５倍程度、未処理Ｇ炭から製造したコークスと比べて５倍程度強度が向上した。

【0062】

図１、図２、図３より、劣質炭の還元処理を行なうことにより、軟化溶融性を向上できることがわかった。これは、還元処理を行なうことで劣質炭中に存在するラジカルを安定化させることにより、軟化溶融温度域における架橋反応を抑制したためであると考えられる。また、図４、図５より、劣質炭に還元処理を施した改質炭を用いるとコークス強度を向上できることがわかった。また還元処理時間を長くすると、強度がより向上する傾向を示した。これは還元処理時間が長くなって十分に還元処理が行われた結果、劣質炭に存在する不安定なラジカル量が減少し、軟化溶融性能が向上した結果、より強固なコークス構造が形成されたためであると考えられる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】