(57)【要約】【課題】昇温に伴う揮発分の急激な体積膨張に起因する爆裂を防止可能なコールタールピッチを提供すること。【解決手段】コールタールピッチ１の物性値を、軟化点：４８℃以上５５℃以下、固定炭素：４５質量％以上５０質量％以下、１８０℃における粘度：１０ｃＰ以上２０ｃＰ以下、キノリン不溶分５：０．３質量％以下、沸点が３００℃以上の油分の含有率：１８質量％以上２３質量％とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟化点が４８℃以上５５℃以下、固定炭素が４５質量％以上５０質量％以下、１８０℃における粘度が１０ｃＰ以上２０ｃＰ以下、キノリン不溶分が０．３質量％以下、沸点が３００℃以上の油分の含有率が１８質量％以上２３質量％であることを特徴とするコールタールピッチ。
【請求項２】
軟化点が８０℃以上８５℃以下、固定炭素が５３質量％以上、キノリン不溶分が０．３質量％以下の軟ピッチと、沸点が３００℃以下のタール蒸留油と、の混合物を含み、
前記タール蒸留油の含有量が９質量％超２０質量％以下であることを特徴とするコールタールピッチ。
【請求項３】
前記コールタールピッチが含浸用コールタールピッチであることを特徴とする請求項１又は２に記載のコールタールピッチ。
【請求項４】
前記コールタールピッチがマグネシア・カーボン質煉瓦製造用の含浸用コールタールピッチであることを特徴とする請求項３に記載のコールタールピッチ。
【請求項５】
軟化点が８０℃以上８５℃以下、固定炭素が５３質量％以上、キノリン不溶分が０．３質量％以下の軟ピッチと、沸点が３００℃以下のタール蒸留油と、を前記タール蒸留油の含有量が９質量％超２０質量％以下となるように混合して、コールタールピッチを製造することを特徴とするコールタールピッチの製造方法。
【請求項６】
前記コールタールピッチが請求項１に記載のコールタールピッチであることを特徴とする請求項５に記載のコールタールピッチの製造方法。
【請求項７】
前記コールタールピッチが含浸用コールタールピッチであることを特徴とする請求項５又は６に記載のコールタールピッチの製造方法。
【請求項８】
前記コールタールピッチがマグネシア・カーボン質煉瓦製造用の含浸用コールタールピッチであることを特徴とする請求項７に記載のコールタールピッチの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コールタールピッチ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コールタールピッチは、人造黒鉛電極、種々の炭素材、及び耐火物煉瓦等の強度向上のために用いられていた（例えば、特許文献１参照。）。具体的には、製造時において、骨材とバインダー材との混合物内の低沸点成分の揮発により生じた気孔中に、コールタールピッチを含浸させた後、含浸させた混合物を焼成或いは乾燥させることにより、バインダー材の気孔を封じ、嵩密度の向上によって、強度を増すようになっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−８７３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、コールタールピッチ（耐火物向け含浸ピッチ）の主な用途であるマグネシア・カーボン質煉瓦の製造時においては、含浸後の乾燥を約３００℃で行った後、不焼成の状態で製品化される。また、マグネシア・カーボン質煉瓦は、主に転炉炉壁材として使用されるが、転炉炉壁材としての使用時には約１０００℃まで急激に昇温される。この急激な昇温において、製造時の３００℃の乾燥工程で揮発しきらなかった油分が多いと、油分の急激な体積膨張によりマグネシア・カーボン質煉瓦の爆裂を引き起こす可能性があった。
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、昇温に伴う揮発分の急激な体積膨張に起因する爆裂を防止可能なコールタールピッチ及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、（ａ）軟化点が４８℃以上５５℃以下、（ｂ）固定炭素が４５質量％以上５０質量％以下、（ｃ）１８０℃における粘度が１０ｃＰ以上２０ｃＰ以下、（ｄ）キノリン不溶分が０．３質量％以下、（ｅ）沸点が３００℃以上の油分の含有率が１８質量％以上２３質量％であるコールタールピッチであることを要旨とする。
【０００６】
また、本発明の他の態様は、（ａ）軟化点が８０℃以上８５℃以下、固定炭素が５３質量％以上、キノリン不溶分が０．３質量％以下の軟ピッチと、（ｂ）沸点が３００℃以下のタール蒸留油と、の混合物を含み、（ｃ）タール蒸留油の含有量が９質量％超２０質量％以下であるコールタールピッチであることを要旨とする。
【０００７】
また、本発明の他の態様は、（ａ）軟化点が８０℃以上８５℃以下、固定炭素が５３質量％以上、キノリン不溶分が０．３質量％以下の軟ピッチと、（ｂ）沸点が３００℃以下のタール蒸留油と、を（ｃ）タール蒸留油の含有量が９質量％超２０質量％以下となるように混合して、コールタールピッチを製造することを特徴とするコールタールピッチの製造方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、沸点が３００℃以上の油分の含有率を１８質量％以上２３質量％としたため、急激な昇温で揮発する油分が少なく、昇温に伴う揮発分の急激な体積膨張に起因する爆裂を防止可能なコールタールピッチ及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るコールタールピッチの製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係るコールタールピッチ及びその製造方法について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための方法等を例示するものであって、本発明の技術的思想は、方法等を、下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内で、種々の変更を加えることができる。
【００１１】
＜コールタールピッチ＞
本発明の実施形態に係るコールタールピッチは、骨材とバインダー材との混合物に含浸させる含浸用コールタールピッチである。特に、マグネシア・カーボン質煉瓦製造に好適に用いられるものである。コールタールピッチの軟化点は、４８℃以上５５℃以下とする。より好ましくは、５０℃以上５３℃以下とする。また、コールタールピッチの固定炭素は、４５質量％以上５０質量％以下とする。より好ましくは、４７質量％以上４８質量％以下とする。さらに、コールタールピッチの１８０℃における粘度は、１０ｃＰ以上２０ｃＰ以下とする。より好ましくは、１２ｃＰ以上１８ｃＰ以下とする。また、コールタールピッチのキノリン不溶分は０．３質量％以下とする。より好ましくは、０．１質量％以下とする。さらに、コールタールピッチの沸点が３００℃以上の油分の含有率は１８質量％以上２３質量％とする。より好ましくは、２０質量％以上２１質量％以下とする。
【００１２】
これらの物性値を満足することにより、本発明の実施形態に係るコールタールピッチは、含浸用コールタールピッチとして、含浸性に優れ、固定炭素の高いものとなる。これらの物性値は、軟ピッチ及びタール蒸留油の種類と混合割合とを調整することで得られる。
【００１３】
＜コールタールピッチの製造方法＞
本発明の実施形態に係るコールタールピッチ１は、図１に示すように、軟ピッチ２と、タール蒸留油３と、を所定の割合で混合した混合物によって作製できる。
軟ピッチ２は、原料コールタール４からキノリン不溶分５を除去し、除去後の原料コールタール４を３００℃以上３８０℃以下で加熱することで得られる。キノリン不溶分５の除去方法は、特に限定されないが、例えば、原料コールタール４と芳香族系又は脂肪族系の溶剤６とを混合した後、静置分離する方法を採用できる。軟ピッチ２に含まれるキノリン不溶分５は、軟ピッチ２全体１００質量％に対して、０．３質量％以下とする。キノリン不溶分５が０．３質量％よりも多い場合、コールタールピッチ１の含浸性が低下する。
【００１４】
軟ピッチ２の軟化点は、８０℃以上８５℃以下とする。軟化点が８０℃未満である場合、コールタールピッチ１の固定炭素が小さくなる。一方、軟化点が８５℃よりも大きい場合、コールタールピッチ１の含浸性が低下する。また、軟ピッチ２の固定炭素は、軟ピッチ２全体１００質量％に対して、５３質量％以上とする。固定炭素が５３質量％未満である場合には、コールタールピッチ１の固定炭素も小さくなる。軟化点及び固定炭素の調整方法は、特に限定されないが、例えば加熱温度や加熱時間を調整する方法を採用できる。
また、タール蒸留油３は、原料タール（不図示）を脱水後蒸留することで留分として得られる。タール蒸留油３の沸点は、３００℃以下とする。沸点が３００℃よりも高い場合、コールタールピッチ１の軟化点が高くなりコールタールピッチ１の含浸性が低下する。
【００１５】
さらに、軟ピッチ２とタール蒸留油３とを混合する際の所定の割合は、軟ピッチ２とタール蒸留油３との混合物全体１００質量％に対して、タール蒸留油３を９質量％超２０質量％以下とする。タール蒸留油３の割合が９質量％以下である場合、コールタールピッチ１の粘度が高くなり、コールタールピッチ１の含浸性が低下する。一方、タール蒸留油３の割合が２０質量％より多い場合、コールタールピッチ１の固定炭素が低くなる。
即ち、作製されたコールタールピッチ１は、軟化点が８０℃以上８５℃以下、固定炭素が５３質量％以上、キノリン不溶分５が０．３質量％以下の軟ピッチ２と、沸点が３００℃以下のタール蒸留油３との混合物を含み、タール蒸留油３の含有量が９質量％超２０質量％以下となる。このような軟ピッチ２とタール蒸留油３との混合により、軟化点が４８℃以上５５℃以下、固定炭素が４５質量％以上５０質量％以下、１８０℃における粘度が１０ｃＰ以上２０ｃＰ以下、キノリン不溶分５が０．３質量％以下、沸点が３００℃以上の油分の含有率が１８質量％以上２３質量％であるコールタールピッチ１が得られる。
【００１６】
以上説明したように、本発明の実施形態に係るコールタールピッチ１では、軟化点を４８℃以上５５℃以下、固定炭素を４５質量％以上５０質量％以下、１８０℃における粘度を１０ｃＰ以上２０ｃＰ以下、キノリン不溶分５を０．３質量％以下、沸点が３００℃以上の油分の含有率を１８質量％以上２３質量％とした。ここで、例えば、コールタールピッチ１をマグネシア・カーボン質煉瓦製造用の含浸用コールタールピッチとして用い、マグネシア・カーボン質煉瓦を転炉炉壁材として用いた場合、コールタールピッチ１は、約１０００℃まで急激に昇温される。しかしながら、沸点が３００℃以上の油分の含有率を１８質量％以上２３質量％としたため、急激な昇温で揮発する油分が少なく、昇温に伴う揮発分の急激な体積膨張に起因する爆裂を防止可能なコールタールピッチを提供できる。
【００１７】
また、軟化点を４８℃以上５５℃以下の低い値とするとともに、１８０℃における粘度を１０ｃＰ以上２０ｃＰ以下の低い値としたため、マグネシア・カーボン質煉瓦等の含浸対象を構成するバインダー材の気孔への含浸性を向上できる。この含浸性の向上に加え、固定炭素を４５質量％以上５０質量％以下の高い値としたため、含浸対象（マグネシア・カーボン質煉瓦等）の焼成後の嵩密度を向上でき、高い強度を維持することができる。
ちなみに、特開昭５９−１５２９８９号公報、特開昭６２−１０６９８６号公報、特開昭６３−２２７６９３号公報及び特開昭６３−２７８９９５号公報等に記載されている、ピッチと蒸留油とを混合した含浸用ピッチは、固定炭素が５０〜６５質量％であり、比較的高いが、軟化点が８０〜１００℃であり、バインダー材の気孔への含浸性が低下する。
また、特開２００６−２８４２３号公報及び特開２０１８−８７３０３号公報に記載されているピッチと蒸留油とを混合した含浸ピッチは、軟化点が４０℃、６０℃であり、含浸性には優れているものの、固定炭素が４０質量％、３５質量％と低いものであった。
【００１８】
また、本発明の実施形態に係るコールタールピッチ１は、含浸用コールタールピッチである。それゆえ、含浸対象への含浸性の高いコールタールピッチ１を提供できる。
さらに、本発明の実施形態に係るコールタールピッチ１は、コールタールピッチ１がマグネシア・カーボン質煉瓦製造用の含浸用コールタールピッチである。それゆえ、マグネシア・カーボン質煉瓦への含浸性の高いコールタールピッチ１を提供することができる。
また、本発明の実施形態に係るコールタールピッチ１の製造方法では、軟化点が８０℃以上８５℃以下、固定炭素が５３質量％以上、キノリン不溶分５が０．３質量％以下の軟ピッチ２と、沸点が３００℃以下のタール蒸留油３と、をタール蒸留油３の含有量が９質量％超２０質量％以下となるように混合することで、コールタールピッチ１を作製するようにした。それゆえ、コールタールピッチ１を比較的容易に作製することができる。
【実施例】
【００１９】
以下に、本発明の実施形態に係るコールタールピッチ１の実施例及び比較例について説明する。なお、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。
まず、図１に示すように、石炭を乾留した際に発生した原料コールタール４（キノリン不溶分５を５．４質量％含む）に、１．６倍の石炭系ガス軽油からなる溶剤６を添加混合した。続いて、静置することにより生じた上澄み液を分離し、上澄み液から溶剤６を留去した。続いて、３００℃以上３８０℃以下の温度範囲で熱処理を施して、軟化点８３℃、固定炭素５３質量％、キノリン不溶分０．３質量％以下、沸点３００℃以上の油分含有率２７質量％、１８０℃における粘度７０ｃＰに調整した軟ピッチ２を得た。そして、得られた軟ピッチ２と、脱水タールを蒸留して得たナフタレン吸収油からなるタール蒸留油３（沸点範囲２３０℃以上３００℃以下）と、をタール蒸留油３の含有量が１０質量％となるように混合して、実施例のコールタールピッチ１（含浸用ピッチ）を作製した。
【００２０】
作製したコールタールピッチ１の分析値は、以下のとおりである。
・軟化点：５４℃
・固定炭素：４８質量％
・１８０℃における粘度：１７ｃＰ
・キノリン不溶分：０．１質量％以下
・沸点が３００℃以上の油分の含有率：２２質量％
【００２１】
なお、軟化点の測定方法としては、ＪＩＳ Ｋ ２４２５（２００６）８．タールピッチの軟化点測定方法（環球法）に準拠した測定方法を用いた。また、固定炭素の測定方法としては、ＪＩＳ Ｋ ２４２５（２００６）１１．固定炭素分定量方法に準拠して電気炉を使用した測定方法を用いた。さらに、粘度の測定方法としては、ＪＩＳ Ｚ ８８０３（２０１１）液体の粘度−測定方法に準拠してブルックフィールドＢ型回転粘度計を使用した測定方法を用いた。また、キノリン不溶分の測定方法としては、ＪＩＳ Ｋ２４２５−１９８３（クレオソート油・加工タールピッチ試験方法）に記載された方法に準拠した測定方法を用いた。さらに、沸点３００℃以上の油分含有率の測定方法としては、熱重量分析の手法を用い、ピッチを昇温した時の重量減少を測定し、下記（１）式から計算した。
沸点３００℃以上の油分含有率＝３００〜６００℃における重量減少量［ｇ］÷試料量［ｇ］×１００  ……（１）
【００２２】
したがって、実施例に係るコールタールピッチ１は、沸点が３００℃以上の油分の含有率が２２質量％と低いので、昇温に伴う揮発分の急激な体積膨張に起因する爆裂を抑制でき、爆裂防止に優れることが確認された。さらに、爆裂防止に優れることに加え、軟化点が５４℃、固定炭素が４８質量％であるので、含浸性や固定炭素の高さにも優れ、含浸対象（例えばマグネシア・カーボン質煉瓦）の焼成後の嵩密度に優れることが確認された。
ちなみに、特開２００６−２８４２３号公報の実施例１の表１に記載された軟ピッチの軟化点は４０℃、固定炭素は４０％であった。また、特開２０１８−８７３０３０の実施例に記載された軟ピッチの軟化点は６０℃、固定炭素は３５質量％であった。それゆえ、実施例に係るコールタールピッチ１は、軟化点が５４℃、固定炭素が４８質量％であるので、これらの軟ピッチと異なり、含浸性に優れ、固定炭素が高いことが分かる。
【００２３】
また、実施例に係る製造方法によれば、軟化点が４８℃以上５５℃以下、固定炭素が４５質量％以上５０質量％以下、１８０℃における粘度が１０ｃＰ以上２０ｃＰ以下、キノリン不溶分が０．３質量％以下、沸点が３００℃以上の油分の含有率が１８質量％以上２３質量％であるコールタールピッチ１を作製できることが確認された。
【符号の説明】
【００２４】
１…コールタールピッチ、２…軟ピッチ、３…タール蒸留油、４…原料コールタール、５…キノリン不溶分、６…溶剤
【図１】
2020117616.tif 000003