特表 2023-525984 高品質コークス製品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-20

(54)【発明の名称】高品質コークス製品

(51)【国際特許分類】

   C01B 32/05 20170101AFI20230613BHJP

【ＦＩ】

C01B32/05

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022567031

(86)(22)【出願日】2021-05-03

(85)【翻訳文提出日】2022-12-19

(86)【国際出願番号】 US2021030520

(87)【国際公開番号】W WO2021225988

(87)【国際公開日】2021-11-11

(31)【優先権主張番号】63/019,405

(32)【優先日】2020-05-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】513028038

【氏名又は名称】サンコーク テクノロジー アンド ディベロップメント リミテッド ライアビリティ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ジョン フランシス クアンチ

(72)【発明者】

【氏名】ジョナサン パーキンス

【テーマコード（参考）】

4G146

【Ｆターム（参考）】

4G146AA22

4G146AB05

4G146AC01A

4G146AC02A

4G146AC23A

4G146AC27A

4G146AC30A

4G146AD40

4G146CB13

(57)【要約】

最適化された配合炭から、熱回収炉、非回収炉、トムソン炉などの水平炉で製造される高品質なコークス製品。このコークス製品は、細長い形状、改善された反応後コークス強度（ＣＳＲ）、および改善されたコークス反応度指数（ＣＲＩ）のような独特の特性を有する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

細長い形状を有するコークスであって、該コークスの長さ：幅の比が、少なくとも１．１、少なくとも１．５、少なくとも２．０、少なくとも２．５、少なくとも３．０、少なくとも３．５、少なくとも４．０、少なくとも４．５、少なくとも５．０、少なくとも５．５、少なくとも６．０、少なくとも６．５、少なくとも７．０、少なくとも７．５、少なくとも８．０、少なくとも８．５、少なくとも９．０、少なくとも９．５、または、少なくとも１０．０であることを特徴とするコークス。

【請求項2】

長さ：幅の比が、少なくとも２．０、少なくとも２．５、少なくとも３．０、少なくとも３．５、少なくとも４．０、少なくとも４．５、少なくとも５．０、少なくとも５．５、または少なくとも６．０であることを特徴とする請求項１記載のコークス。

【請求項3】

長さ：幅の比が少なくとも２．０であることを特徴とする、請求項１または２に記載のコークス。

【請求項4】

長さ：幅の比が少なくとも３．０であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のコークス。

【請求項5】

長さ：幅の比が少なくとも４．０である、請求項１～４のいずれかに記載のコークス。

【請求項6】

長さが、２インチと３６インチとの間、３インチと１５インチとの間、４インチと１２インチとの間、または４インチと１０インチとの間であり、幅が、１．５インチと１２インチとの間、２インチと８インチとの間、３インチと７インチとの間、２インチと４インチとの間、または４インチと６インチとの間であることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載のコークス。

【請求項7】

長さが、少なくとも２インチ、少なくとも３インチ、少なくとも４インチ、少なくとも５インチ、少なくとも６インチ、少なくとも７インチ、少なくとも８インチ、少なくとも９インチ、少なくとも１０インチ、少なくとも１１インチ、少なくとも１２インチ、少なくとも１３インチ、少なくとも１４インチ、少なくとも１５インチ、少なくとも１６インチ、少なくとも１７インチ、少なくとも１８インチ、少なくとも１９インチ、ａｔ２０インチ、少なくとも２１インチ、少なくとも２２インチ、少なくとも２３インチ、少なくとも２４インチ、少なくとも２５インチ、少なくとも２６インチ、少なくとも２７インチ、少なくとも２８インチ、少なくとも２９インチ、少なくとも３０インチ、少なくとも３１インチ、少なくとも３２インチ、少なくとも３３インチ、少なくとも３４インチ、少なくとも３５インチ、または、少なくとも３６インチであることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載のコークス。

【請求項8】

幅が、少なくとも１．５インチ、少なくとも２インチ、少なくとも３インチ、少なくとも４インチ、少なくとも５インチ、少なくとも６インチ、少なくとも７インチ、少なくとも８インチ、少なくとも９インチ、少なくとも１０インチ、少なくとも１１インチ、少なくとも１２インチ、少なくとも１３インチ、少なくとも１４インチ、少なくとも１５インチ、少なくとも１６インチ、少なくとも１７インチ、少なくとも１８インチであることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載のコークス。

【請求項9】

単一の製造工程または単一の炉から製造されるコークス製品の集団であって、
少なくとも３０％、少なくとも３５％、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８０％、少なくとも８０％のコークス製品が細長い形状を有し、前記細長い形状は、
２インチと３６インチとの間、３インチと１５インチとの間、４インチと１２インチとの間、または４インチと１０インチとの間の長さ、ならびに、１．５インチと１２インチの間、２インチと８インチの間、３インチと７インチの間、２インチと４インチの間、または４インチと６インチの間の幅、または、
少なくとも１．１、少なくとも１．５、少なくとも２．０、少なくとも２．５、少なくとも３．０、少なくとも３．５、少なくとも４．０、少なくとも４．５、少なくとも５．０、少なくとも５．５、少なくとも６．０、少なくとも６．５、少なくとも７．０、少なくとも７．５、少なくとも８．０、少なくとも８．５、少なくとも９．０、少なくとも９．５、または、少なくとも１０．０である長さ：幅の比
を有することを特徴とするコークス製品の集団。

【請求項10】

コークス製品が水平炉によって製造されることを特徴とする、請求項９に記載のコークス製品の集団。

【請求項11】

単一の製造工程または単一の炉から製造されるコークス製品の集団であって、
少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９８％、または少なくとも９９％のコークス製品が細長い形状を有し、前記細長い形状は、
２インチと３６インチとの間、３インチと１５インチとの間、４インチと１２インチとの間、または４インチと１０インチとの間の長さ、ならびに、１．５インチと１２インチとの間、２インチと８インチとの間、３インチと７インチとの間、２インチと４インチとの間、または４インチと６インチとの間の幅、または、
少なくとも１．１、少なくとも１．５、少なくとも２．０、少なくとも２．５、少なくとも３．５、少なくとも３．０、少なくとも３．５、少なくとも４．０、少なくとも４．５、少なくとも５．０、少なくとも５．５、少なくとも６．０、少なくとも６．５、少なくとも７．０、少なくとも７．５、少なくとも８．０、少なくとも８．５、少なくとも９．０、少なくとも９．５または少なくとも１０．０である長さ：幅の比
を有することを特徴とするコークス製品の集団。

【請求項12】

コークスの実直径よりも大きな水力直径（Ｄｈ）を有するコークスであって、前記コークスは、２０％と４５％との間の反応性指数（ＣＲＩ）、および５％と６０％との間の反応後のコークス強度（ＣＳＲ）を有することを特徴とする、コークス。

【請求項13】

Ｄｈが、少なくとも２インチ、少なくとも２．５インチ、少なくとも３インチ、少なくとも３．５インチ、少なくとも４インチ、少なくとも４．５インチ、少なくとも５インチ、少なくとも５．５インチ、少なくとも６インチ、少なくとも６．５インチ、少なくとも７インチ、少なくとも７．５インチ、少なくとも８インチ、少なくとも８．５インチ、少なくとも９インチ、少なくとも９．５インチ、少なくとも１０インチ、少なくとも１０．５インチ、少なくとも１１インチ、少なくとも１１．５インチ、少なくとも１２インチ、少なくとも１２．５インチ、少なくとも１３インチ、少なくとも１３．５インチ、少なくとも１４インチ、少なくとも１４．５インチ、少なくとも１５インチ、少なくとも１５．５インチ、少なくとも１６インチ、少なくとも１６．５インチ、少なくとも１７インチ、少なくとも１７．５インチ、または、少なくとも１８インチであることを特徴とする請求項１２に記載のコークス。

【請求項14】

ＣＲＩが、４０％未満、２５％と４０％との間、または３１％と３７％との間であることを特徴とする、請求項１２または１３に記載のコークス。

【請求項15】

ＣＳＲが、５％と５０％との間、または１５％と４０％との間であることを特徴とする、請求項１２から１４のいずれかに記載のコークス。

【請求項16】

ＣＲＩが２５％と４０％との間であり、ＣＳＲが１５％と５０％との間であることを特徴とする、請求項１２から１５のいずれかに記載のコークス。

【請求項17】

落下粉砕試験において少なくとも４インチの寸法を有する出発材料を使用した場合に、処理済みコークスは、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、または少なくとも９０％の４インチ落下粉砕度を有することを特徴とする、請求項１２から１６のいずれかに記載のコークス。

【請求項18】

落下粉砕試験において少なくとも４インチの寸法を有する出発材料を使用した場合に、処理済みコークスが、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、または少なくとも９５％の２インチ落下粉砕度を有することを特徴とする、請求項１２から１７のいずれかに記載のコークス。

【請求項19】

落下粉砕試験において少なくとも４インチの寸法を有する出発材料を使用した場合に、前処理済みコークスが、少なくとも３０％、少なくとも３５％、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、または少なくとも９０％の４インチ落下粉砕度を有することを特徴とする、請求項１２から１８のいずれかに記載のコークス。

【請求項20】

落下粉砕試験において少なくとも４インチの寸法を有する出発材料を使用した場合に、前処理済みコークスが、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、または少なくとも９５％の２インチ落下粉砕度を有することを特徴とする、請求項１２から１９のいずれかに記載のコークス。

【請求項21】

少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、または少なくとも９５％の固定炭素量を有することを特徴とする、請求項１２から２０のいずれかに記載のコークス。

【請求項22】

５％と１２％との間、１０％未満、９．５％未満、８％未満、７．５％未満、または７％未満の灰分、ならびに、１％未満、０．９％未満、０．８％未満、０．７％未満、０．６％未満、または０．５％の硫黄含有量を有することを特徴とする、請求項１２から２１のいずれかに記載のコークス。

【請求項23】

１％未満、０．９％未満、０．８％未満、０．７％未満、０．６％未満、または０．５％未満の硫黄含有量を有することを特徴とする、請求項１２から２２のいずれかに記載のコークス。

【請求項24】

２％未満、１％未満、または０．４％と１％との間、または０．５％と０．３％との間の揮発性物質（ＶＭ）含有量を有することを特徴とする、請求項１２から２３のいずれかに記載のコークス。

【請求項25】

１５％未満、１０％未満、９％未満、８％未満、７％未満、６％未満、５％未満、４％未満、３％未満、２％未満、１％未満、または１％と１０％との間の水分含有量を有することを特徴とする、請求項１２から２４のいずれかに記載のコークス。

【請求項26】

灰色または淡灰色を有することを特徴とする、請求項１２から２５のいずれかに記載のコークス。

【請求項27】

コークスが水平炉で製造される、請求項１２から２６のいずれかに記載のコークス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、熱回収炉、非回収炉、トンプソン(Thompson)炉などの水平炉を含む炉で製造される、独特の特性を有する高品質のコークス製品に関する。

【背景技術】

【0002】

本願は、参照によりその全体が本明細書の一部をなすものとする、２０２０年５月３日に出願された米国特許仮出願第６３／０１９，４０５号の優先権を主張する。

【0003】

コークスは、鉄鋼の生産において鉄鉱石を溶融および還元するために使用される固体炭素燃料および炭素源である。鋳物用コークスは、非常に大きな寸法（通常は直径４インチ以上）を有し、ならびに、非常に少ない不純物の含有量、かつ、非常に高い炭素含有量、非常に高い強度、非常に高い安定性のような非常に優れた品質を有するコークスである。鋳物用コークスは、鋳造用キュポラで鉄を溶融し、鋳鉄製品およびダクタイル鋳鉄製品を製造するために使用される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、鋳物用コークスの製造コスト（製造コスト、輸送コストおよび環境コストを含む）は高い。したがって、当技術分野では、製造プロセスを改善し、それによって、より高い歩留まりおよび／またはより低コストで、高品質の鋳物用コークスを得ることの必要性が存在する。本発明は、多くの独特かつ改善された特性を有する高品質の鋳物用コークスを提供することにより、この必要性を満たすものである。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】１０重量％の粉コークスとともに製造されるＨＤ＋（商標）鋳物用コークスの形状、大きさ、色を市販の鋳物用コークスと比較した図である。市販鋳物用コークス１は、米国で従来の副産物工場で製造されており、８．５インチ×１１インチの紙の上に示されている。市販鋳物用コークス２は、非常に高い密度を有し、外国でスタンプチャージ式の副産物工場で製造されており、８．５インチ×１１インチの紙の上に示されている。

【図2】５重量％の粉コークス配合量（ダイヤモンド）および８．５重量％の粉コークス配合量（丸）とともに得られるＨＤ＋（商標）鋳物用コークスのＣＳＲおよびＣＲＩを、文献（Diez et al., International Journal of Coal Geology 50: 389-412 (2002)）から得られる通常の製司コークス(Met Coke)（正方形）のＣＳＲとＣＲＩと比較した図である。

【図3A】均一な寸法（１０インチ×１０インチ）のコークス片に関する充填試験のシミュレーション結果を示す図である。

【図3B】均一な寸法（４インチ×１０インチ）のコークス片に関する充填試験のシミュレーション結果を示す図である。

【図3C】ランダムな寸法のコークス片に関する充填試験のシミュレーション結果を示す図である。

【図4】キュポラの充填試験のシミュレーションの確率的性質に由来する繰り返し実行による変動性を示す図である。

【図5】水力半径の計算の例、およびその計算結果のユーザー出力の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

本願は、少なくとも１枚のカラー図面を含む。カラー図面を含む本願の写しは、請求と必要な費用の支払いに応じて事務局から提供される。

【0007】

本明細書において、高品質のＨＤ＋（商標）コークス製品、特に、独特の特性を有するＨＤ＋（商標）鋳物用コークスを開示する。コークス化工程では、種々のサイズのコークスを種々の分率で生産する。慣用的には、コークス製品は実質的に球状の形状を有し、寸法に基づいて以下のように分類される：直径４インチより大きい寸法を有する鋳物用コークス、２～４インチの寸法を有するエッグ（egg、産業用コークス）、１～２インチまたは１～１．５インチのサイズを有するストーブ（stove）、３／８～１インチのサイズを有するナット（nut）、および３／８インチ未満のサイズを有する粉コークス(breeze)。本開示の態様において、本明細書に開示されるＨＤ＋（商標）コークス製品は、熱回収炉、非回収炉、またはトンプソン炉などの水平炉において、特定比率の不活性物質または粉コークスを含む所定の石炭ブレンドを用いる独自のコークス化プロセスによって製造される。ＨＤ＋（商標）コークス製品は、種々の分類をすることができる。１つの例では、ＨＤ＋（商標）コークス製品は、３．５インチ超の水力直径を有するＨＤ＋（商標）鋳物用コークス、１．５～３．５インチの水力直径を有するＨＤ＋（商標）エッグコークス、０．５～１．５インチの水力直径を有するＨＤ＋（商標）粉コークス、０．５インチ未満のサイズを有するＨＤ＋（商標）廃棄微粉を含む。ＨＤ＋（商標）粉コークスの全ては３／８インチ以下に破砕し、コークス化プロセス用の混合炭にリサイクルすることができるが、廃棄微粉は、潜在的な燃焼損失および高灰分に起因して熱回収の問題を提起するおそれがある。そのため、コークス化プロセスに応じて、一部または全ての廃棄微粉はリサイクルされる。ＨＤ＋（商標）エッグコークスは、追加の粉コークス配合量が必要な場合のみリサイクルされるが、大抵の場合、ＨＤ＋（商標）エッグコークスは販売され、テンサイ生産およびミネラルウールまたはロックウール生産に使用される。

【0008】

特定の実施形態において、本明細書は、市販の鋳物用コークス（実質的に球状の形状および少なくとも４インチの直径を有する）と区別できる形状を有するＨＤ＋（商標）コークスを開示する。慣用の球状の黒色鋳物用コークスとは異なり、本明細書に開示されるＨＤ＋（商標）鋳物用コークスは、図１に示すような細長い「指状の形状」を有する。特定の実施形態において、本明細書に開示されるＨＤ＋（商標）コークスは、灰色または淡灰色を有する。

【0009】

特定の実施形態において、ＨＤ＋（商標）鋳物用コークスは、大きなアスペクト比（幅に対する長さの比）を有する。たとえば、ＨＤ＋（商標）鋳物用コークスは、２インチおよび３６インチの間、３インチおよび１５インチの間、４インチおよび１２インチの間、または４インチおよび１０インチの間の長さと、１．５インチおよび１２インチの間、２インチおよび８インチの間、３インチおよび７インチの間、２インチおよび４インチの間、または４インチおよび６インチの間の幅を有する。いくつかの実施形態において、ＨＤ＋（商標）鋳物用コークスは、少なくとも２インチ、少なくとも３インチ、少なくとも４インチ、少なくとも５インチ、少なくとも６インチ、少なくとも７インチ、少なくとも８インチ、少なくとも９インチ、少なくとも１０インチ、少なくとも１１インチ、少なくとも１２インチ、少なくとも１３インチ、少なくとも１４インチ、少なくとも１５インチ、少なくとも１６インチ、少なくとも１７インチ、少なくとも１８インチ、少なくとも１９インチ、少なくとも２０インチ、少なくとも２１インチ、少なくとも２２インチ、少なくとも２３インチ、少なくとも２４インチ、少なくとも２５インチ、少なくとも２６インチ、少なくとも２７インチ、少なくとも２８インチ、少なくとも２９インチ、少なくとも３０インチ、少なくとも３１インチ、少なくとも３２インチ、少なくとも３３インチ、少なくとも３４インチ、少なくとも３５インチ、または、少なくとも３６インチの長さを有してもよい。いくつかの実施形態では、ＨＤ＋（商標）鋳物用コークスは、少なくとも１．５インチ、少なくとも２インチ、少なくとも３インチ、少なくとも４インチ、少なくとも５インチ、少なくとも６インチ、少なくとも７インチ、少なくとも８インチ、少なくとも９インチ、少なくとも１０インチ、少なくとも１１インチ、少なくとも１２インチ、少なくとも１３インチ、少なくとも１４インチ、少なくとも１５インチ、少なくとも１６インチ、少なくとも１７インチ、少なくとも１８インチの幅を有する。特定の実施形態において、ＨＤ＋（商標）鋳物用コークスは、少なくとも１．１、少なくとも１．５、少なくとも２．０、少なくとも２．５、少なくとも３．０、少なくとも３．５、少なくとも４．０、少なくとも４．５、少なくとも５．０、少なくとも５．５、少なくとも６．０、少なくとも６．５、少なくとも７．０、少なくとも７．５、少なくとも８．０、少なくとも８．５、少なくとも９．０、少なくとも９．５、または少なくとも１０．０の、長さ：幅の比を有する。いくつかの実施形態において、ＨＤ＋（商標）鋳物用コークスは、少なくとも２．０、少なくとも３．０、または少なくとも４．０の長さ：幅の比を有する。

【0010】

特定の実施形態において、ＨＤ＋（商標）鋳物用コークスは、独自のプロセスにより、熱回収炉、非回収炉、またはトンプソン炉などの水平炉で製造される。特定の実施形態では、単一の製造工程または単一の炉からのコークスの総量の少なくとも３０％、少なくとも３５％、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９８％、または少なくとも９９％が、上記の長さ、幅および長さ：幅の比の範囲内に収まる。特定の実施形態では、単一の生産工程または単一の炉からの全鋳物用コークスの少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９８％、または少なくとも９９％が、上記の長さ、幅および長さ：幅の比の範囲内に収まる。

【0011】

特定の実施形態では、ＨＤ＋（商標）鋳物用コークスは、その実直径または有効直径よりも大きな水力直径（Ｄｈ）を有する。一方、慣用の円形状の鋳物用コークスは、実直径と実質的に同一であるＤｈを有する。Ｄｈは、水力半径（Ｒｈ）の関数であり、以下の式で定義される。

【0012】

【数1】

【0013】

式中、εｂは、コークス床の粒子間空隙率であり、以下の式で計算される。

【0014】

【数2】

【0015】

式中、ρｂはコークスのかさ密度であり、ρａはコークスの見かけ密度である。Ｄｐは調和平均粒径である。Ｄｐは、不均一なコークスと同じ表面積：体積比を有する均一なコークスの寸法を表し、以下の式で計算される。

【0016】

【数3】

【0017】

式中、ｆｉは、直径Ｄｉを持つコークスの重量分率である。均一な寸法のコークスの場合、Ｄｐ＝Ｄｉである。

【0018】

特定の実施形態において、ＨＤ＋（商標）鋳物用コークスは、少なくとも２インチ、少なくとも２．５インチ、少なくとも３インチ、少なくとも３．５インチ、少なくとも４インチ、少なくとも４．５インチ、少なくとも５インチ、少なくとも５．５インチ、少なくとも６インチ、少なくとも６．５インチ、少なくとも７インチ、少なくとも７．５インチ、少なくとも８インチ、少なくとも８．５インチ、少なくとも９インチ、少なくとも９．５インチ、少なくとも１０インチ、少なくとも１０．５インチ、少なくとも１１インチ、少なくとも１１．５インチ、少なくとも１２インチ、少なくとも１２．５インチ、少なくとも１３インチ、少なくとも１３．５インチ、少なくとも１４インチ、少なくとも１４．５インチ、少なくとも１５インチ、少なくとも１５．５インチ、少なくとも１６インチ、少なくとも１６．５インチ、少なくとも１７インチ、少なくとも１７．５インチ、または、少なくとも１８インチの水力直径を有する。特定の実施形態において、ＨＤ＋（商標）エッグは、１．５インチと３．５インチとの間、または１．５インチと２インチの間の水力直径を有する。

【0019】

コークス反応性指数（ＣＲＩ）は、２時間にわたる加熱キルン内でのブードワ（Boudouard）反応（ＣＯ₂＋Ｃ_{(コークス)}＝２ＣＯ）後の重量減少の割合を示す。反応後コークス強度（ＣＳＲ）は、ＣＲＩキルン反応後に残存するコークスのタンブル（tumble）強度試験に基づく。キュポラ内の鋳物用コークスの表面で起こるブードワ反応は好ましくない。なぜなら、鉄の溶解から熱を奪い、プロセスの効率を低下させるためである。そのため、ブードワ反応を妨げるのに充分に不活性なコークスにするために、より小さいＣＲＩが望ましい。一方、コークスを不活性として燃焼を妨げるほどに、ＣＲＩが低すぎてはならない。図２に示すように、ＣＳＲおよびＣＲＩは反比例の関係にある。慣用の鋳物用コークスのＣＳＲは１０％から１５％であり、このＣＳＲは６０％以上の高いＣＲＩと相関する。

【0020】

他に指定されない限り、本明細書に記載される全てのパーセンテージは重量パーセントである。特定の実施形態において、本明細書に開示されるＨＤ＋（商標）鋳物用コークスは、５％と６０％との間、５％と５０％との間、１５％と５０％との間、または１５％と４０％との間の範囲のＣＳＲを有する。特定の実施形態において、ＨＤ＋（商標）コークスは、４０％未満、２０％と４５％との間、２５％と４０％との間、または３１％と３７％との間のＣＲＩを有する。コークス化工程中の粉コークス配合量の割合は、ＨＤ＋（商標）コークスのＣＳＲに影響を与え、図２に示すように、粉コークス配合量が多いほどＣＳＲが低下する。本開示の態様によれば、ＣＳＲが著しく増加した場合であっても、ＣＲＩは低いままである。本開示の１つの実施形態によれば、本明細書に開示されるＨＤ＋（商標）コークスは、２５％と４０％との間のような低いＣＲＩと、１５％と５０％との間のような中高域のＣＳＲとの組合せを有する。

【0021】

特定の実施形態において、ＨＤ＋（商標）エッグコークスは、上記のＨＤ＋（商標）鋳物用コークスと同一または実質的に同一のＣＳＲを有する。特定の実施形態において、ＨＤ＋（商標）エッグコークスは、上記のＨＤ＋（商標）鋳物用コークスと同一または実質的に同一のＣＲＩを有する。

【0022】

炉から生産された後、顧客に出荷・配送する前に、ＨＤ＋（商標）鋳物用コークスの品質管理および選別が行われる。本明細書で使用される場合、用語「前処理済み(pre-processed)」コークス製品は、コークス製品がオーブンから生産されたばかりで、選別、出荷、および顧客への配送の前にあることを意味し、用語「処理済み(processed)」コークス製品は、コークス製品がスクリーニング、出荷および顧客への配送を経たものであることを意味する。特定の実施形態において、業界標準の落下粉砕試験に少なくとも４インチの寸法を有する出発材料を使用した場合に、前処理済みＨＤ＋（商標）鋳物用コークスは、少なくとも３０％、少なくとも３５％、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、または、少なくとも９０％の４インチ落下粉砕度を有する。特定の実施形態において、業界標準の落下粉砕試験に少なくとも４インチの寸法を有する出発材料を使用した場合に、前処理済みＨＤ＋（商標）鋳物用コークスは、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、または少なくとも９５％の２インチ落下粉砕度を有する。特定の実施形態において、業界標準の落下粉砕試験に少なくとも４インチの寸法を有する出発材料を使用した場合に、処理済みＨＤ＋（商標）鋳物用コークスは、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、または少なくとも９０％の４インチ落下粉砕度を有する。特定の実施形態では、業界標準の落下粉砕試験に少なくとも４インチの寸法を有する出発材料を使用した場合に、処理済みＨＤ＋（商標）鋳物用コークスは、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、または少なくとも９５％の２インチ落下粉砕度を有する。

【0023】

特定の実施形態において、ＨＤ＋（商標）鋳物用コークスは、以下のようなカスタマイズ基準を有する。
５％と１２％との間、１０％未満、９．５％未満、９％未満、８％未満、７．５％未満、または７％未満の灰分含有量；
１％未満、０．９％未満、０．８％未満、０．７％未満、０．６％未満、または０．５％未満の硫黄含有量；
２％未満、１％未満、０．４％と１％との間、約０．５％、または約０．３％の揮発性物質（ＶＭ）含有量；
１５％未満、１０％未満、９％未満、８％未満、７％未満、６％未満、５％未満、４％未満、３％未満、２％未満、１％未満、または１％と１０％の間の水分含有量；および
少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％または少なくとも９５％の固定炭素量。

【0024】

特定の実施形態において、独自のプロセスによって製造される全コークスは、以下のような寸法分布を有する：ＨＤ＋（商標）鋳物用コークスは、少なくとも４０％、少なくとも４５％、少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、または少なくとも８０％であり；ＨＤ＋（商標）エッグコークスおよびＨＤ＋（商標）粉コークスを含む中寸法コークスは、５％と３５％との間、１０％と３０％との間、または１５％と２０％との間であり、廃棄微粉は、１０％未満、８％未満、または５％未満である。好ましくは、ＨＤ＋（商標）鋳物用コークスの分率は、製造された全コークスの中で可能な限り高いパーセンテージである。

【0025】

その独特の寸法および形状に起因して、本明細書に開示されるＨＤ＋（商標）コークスは、以下の実施例で実証されるような望ましい充填密度を達成する利点を有する。

【実施例】

【0026】

（例１：充填試験）
この例では、単純化された２次元ランダム充填モデルによるキュポラ充填のシミュレーションを示す。均一な寸法のコークスと比較して、炉に投入される際に、広い粒度分布を有するコークスは、より大きいかさ密度、より大きな表面積、より低いベッド気孔率を有することが期待される。

【0027】

図３Ａは、１０インチ×１０インチの均一な寸法を有するコークスの２次元シミュレーション充填試験を示す。円は、半径６０インチのキュポラの断面を表す。正方形の各々は、一辺が１０インチの立方体である鋳物用コークス片を表す。コークス片は、ランダムな位置かつランダムな回転において、順次的に追加を試みた。新しいコークス片が前の片のいずれと重ならなければ当該コークス片を配置し、そうでなければ当該コークス片を廃棄した。重畳は、コークス端の交差によって判断した。このシミュレーションでは、１０，０００個のコークス片が試され、６１個しかフィットしなかった。

【0028】

このモデルの全体的な前提は以下の通りである。（１）コークス片の次の層は、この層の上に重なる、（２）円の外にはみ出したコークス片は些細な誤差として無視する、（３）この断面はキュポラの他の断面と本質的に等価である、（４）コークス充填の相対密度は、円全体の面積に対する正方形の領域の合計の比に比例する、（５）厳密に正確ではないが、相対表面積はコークス片の周辺長の合計にほぼ比例する。

【0029】

１０インチ×１０インチのコークス片（図３Ａに図示）と４インチ×１０インチのコークス片（図３Ｂに図示）のフィッティングの並列の比較において、被覆面積とコークス片の周辺長の合計との比を比較する。１０インチ×１０インチの片では、５８個のコークス片が配置され、その結果、１１，３０９平方インチのキュポラ面積の５１％被覆（［１０×１０×５８］／１１３０９＝５１％）、および２，３２０インチの周辺長の合計（２×［１０＋１０］×５８＝２３２０）が得られた。４インチ×１０インチのコークス片では、５８個のコークス片が配置され、その結果、１１，３０９平方インチのキュポラ面積の４９％被覆（［４×１０×１３８］／１１３０９＝４９％）、および３，８６４インチの周辺長の合計（２×［４＋１０］×１３８＝３８６４）が得られた。

【0030】

シミュレーションの次の改良点は、
（１） コークス片の長さおよび幅の変動を、ユーザーが定義した最大値と最小値の間で許容し、各片は、正方形の小端を有すること（すなわちＬ×Ｗ×Ｗ）とする、および
（２） コークス片を傾けて、片のより小さい「角」が許容される空間にフィットできるようにする
ことである。傾きの全範囲を許容した場合、シミュレーションは、コークス片が小端上に起立することを優先した。よって、恣意的に、最大傾斜角度を３０度に制限した。

【0031】

この仮定に基づいて、図３Ｃに示すように、種々の寸法のコークスを半径６０インチのキュポラにフィッティングした。コークス片は、４インチから１０インチの長さ、および３インチから５インチの幅を有し、１０，０００回のフィッティングを試みた。種々の寸法の片に関して、２０９個のコークス片が配置され、その結果、１１，３０９平方インチのキュポラ面積の４７％被覆（５，３６５／１１，３０９＝４７％）、および４，３８３インチの周辺長の合計が得られた。したがって、図３Ａ～図３Ｃの充填シミュレーションと比較して相対表面積が著しく増加する一方で、充填試験は、コークスの積載密度は大きく変化しないことを実証する。この結果を以下の第１表にまとめる。

【0032】

【表1】

【0033】

図４は、シミュレーションの確率的性質に由来する繰り返し実行による変動性を示す。

【0034】

（例２：水力半径の計算）
測定されたサイズ分布、底部スクリーンカット推定値、ならびに、前述の式を用いるかさ密度に基づいて、Ｅｘｃｅｌのモデルを使用して鋳物用コークスの水力半径を計算した。

【0035】

本発明のコークスは細長い形状であるため、まばらな充填密度、ひいては有効水力半径の増大をもたらす可能性がある。これにより、コークスの表面で起こるＣＯ₂およびコークスからＣＯを形成する反応における潜熱損失を減少させて、鋳造所のキュポラ性能を向上させる。コークス表面積に対する間隙体積の比率の増大は、この要因を補助する。

【0036】

小さなコークスを切り取ることによっても、水力半径を改善できるが、収率を損なう。細長いコークス形状は、キュポラの性能に大きな利点をもたらすことが証明される可能性がある。

【0037】

選別されたコークスのかさ密度、ならびに選別されていないコークスのかさ密度を、同様に測定し、計算に使用することができる。計算結果を図５に示す。

【0038】

以上から、本技術の特定の実施形態を例示のために本明細書に記載したが、本技術の真意および範囲から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが理解されるであろう。さらに、特定の実施形態のコンテクストで説明した新技術の特定の態様は、他の実施形態と組み合わされるか、または排除される可能性がある。さらに、本技術の特定の実施形態のコンテクストにおいてそれら実施形態に関連する利点を説明したが、他の実施形態もその利点を示すことができるが、実施形態が本技術の範囲に入るために必ずしも全ての実施形態がその利点を示す必要はない。したがって、本開示および関連技術は、本明細書において明示的に示されないまたは説明されない他の実施形態を包含することができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲以外で制限されることはない。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】