(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス製造原料として単独で、または他の石炭と配合して用いる個別銘柄の石炭または粘結材をコークス工場への入荷より前に調製する方法であって、
前記個別銘柄の石炭または粘結材の内で下記（Ａ）〜（Ｄ）の方法で測定される浸透距離の値が１５ｍｍ以上である石炭または粘結材を、コークス工場への入荷より前に粒度調整して石炭または粘結材中の粒径６ｍｍ以上の含有率を３０質量％以下にすることを特徴とするコークス製造用石炭の調製方法。
（Ａ）石炭又は粘結材を粒径２ｍｍ以下が１００質量％となるように粉砕し、該粉砕された石炭又は粘結材を充填密度０．８ｇ／ｃｍ３で、層厚が１０ｍｍとなるように容器に充填して試料を作成し、
（Ｂ）該試料の上に直径２ｍｍのガラスビーズを浸透距離以上の厚さとなるように配置し、
（Ｃ）前記ガラスビーズの上部から５０ｋＰａとなるように荷重を負荷しつつ、加熱速度３℃／分で室温から５５０℃まで不活性ガス雰囲気下で加熱し、
（Ｄ）前記ガラスビーズ層へ浸透した溶融試料の浸透距離を測定する。
【請求項２】
コークス製造原料として単独で、または他の石炭と配合して用いる個別銘柄の石炭または粘結材をコークス工場への入荷より前に調製する方法であって、
前記個別銘柄の石炭または粘結材の内で下記（Ａ）〜（Ｄ）の方法で測定される浸透距離の値が１５ｍｍ以上である石炭または粘結材を、
前記個別銘柄の石炭または粘結材のハードグローブ粉砕性指数ＨＧＩから以下の式（１）に基づいて決定される石炭または粘結材中の粒径６ｍｍ以上の含有率となるように、
コークス工場への入荷より前に前記個別銘柄の石炭または粘結材を粒度調整することを特徴とするコークス製造用石炭の調製方法。
粒径６ｍｍ以上の含有率（質量％）≦３０＋０．５×（ＨＧＩ−６０）・・・（１）
（Ａ）石炭又は粘結材を粒径２ｍｍ以下が１００質量％となるように粉砕し、該粉砕された石炭又は粘結材を充填密度０．８ｇ／ｃｍ３で、層厚が１０ｍｍとなるように容器に充填して試料を作成し、
（Ｂ）該試料の上に直径２ｍｍのガラスビーズを浸透距離以上の厚さとなるように配置し、
（Ｃ）前記ガラスビーズの上部から５０ｋＰａとなるように荷重を負荷しつつ、加熱速度３℃／分で室温から５５０℃まで不活性ガス雰囲気下で加熱し、
（Ｄ）前記ガラスビーズ層へ浸透した溶融試料の浸透距離を測定する。
【請求項３】
コークス製造原料として単独で、または他の石炭と配合して用いる個別銘柄の石炭または粘結材をコークス工場への入荷より前に調製する方法であって、
１種以上の銘柄の石炭または粘結材の浸透距離およびギーセラー最高流動度から得られる、限界浸透距離とギーセラー最高流動度の関係に基づき、
前記個別銘柄の石炭または粘結材の浸透距離が、前記限界浸透距離とギーセラー最高流動度の関係に基づいて前記個別銘柄のギーセラー最高流動度から算出される限界浸透距離以上である石炭または粘結材を、コークス工場への入荷より前に粒度調整して石炭または粘結材中の粒径６ｍｍ以上の含有率を３０質量％以下にすることを特徴とするコークス製造用石炭の調製方法。
【請求項４】
コークス製造原料として単独で、または他の石炭と配合して用いる個別銘柄の石炭または粘結材をコークス工場への入荷より前に調製する方法であって、
１種以上の銘柄の石炭または粘結材の浸透距離およびギーセラー最高流動度から得られる、限界浸透距離とギーセラー最高流動度の関係に基づき、
前記個別銘柄の石炭または粘結材の浸透距離が、前記限界浸透距離とギーセラー最高流動度の関係に基づいて前記個別銘柄のギーセラー最高流動度から算出される限界浸透距離以上である石炭または粘結材を、前記個別銘柄の石炭または粘結材のハードグローブ粉砕性指数ＨＧＩから以下の式（１）に基づいて決定される石炭または粘結材中の粒径６ｍｍ以上の含有率となるように、
コークス工場への入荷より前に前記個別銘柄の石炭または粘結材を粒度調整することを特徴とするコークス製造用石炭の調製方法。
粒径６ｍｍ以上の含有率（質量％）≦３０＋０．５×（ＨＧＩ−６０）・・・（１）
【請求項５】
前記限界浸透距離の算出を、下記式（２）で行なうことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のコークス製造用石炭の調製方法。
限界浸透距離＝１．３×ａ×ｌｏｇＭＦｃ・・・（２）
但し、ａは、ギーセラー最高流動度ＭＦの常用対数値ｌｏｇＭＦ＜２．５の範囲にある石炭の少なくとも１種以上の浸透距離及びｌｏｇＭＦの測定値を用いて原点を通る回帰直線を作成した際のｌｏｇＭＦの係数の０．７から１．０倍の範囲の定数である。
ＭＦｃは、調製する石炭または粘結材のギーセラー最高流動度（ｄｄｐｍ）である。
【請求項６】
前記ａが、１．７５＜ｌｏｇＭＦ＜２．５０の範囲にある石炭の少なくとも１種以上の浸透距離及びギーセラー最高流動度ＭＦの常用対数値ｌｏｇＭＦの測定値を用いて原点を通る回帰直線を作成した際のｌｏｇＭＦの係数の０．７から１．０倍の範囲の定数であることを特徴とする請求項５に記載のコークス製造用石炭の調製方法。
【請求項７】
前記限界浸透距離の算出を、下記式（３）で行なうことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のコークス製造用石炭の調製方法。
浸透距離＝ａ’×ｌｏｇＭＦｃ＋ｂ・・・（３）
但し、ａ’は、ギーセラー最高流動度ＭＦの常用対数値ｌｏｇＭＦ＜２．５の範囲にある石炭の少なくとも１種以上の浸透距離及びｌｏｇＭＦの測定値を用いて原点を通る回帰直線を作成した際のｌｏｇＭＦの係数の０．７から１．０倍の範囲の定数である。
ｂは、前記回帰直線の作成に用いた銘柄から選ばれる１種類以上の同一試料を複数回測定した際の標準偏差の平均値以上で、前記平均値の５倍以下とする、定数である。
ＭＦｃは、調製する石炭または粘結材のギーセラー最高流動度（ｄｄｐｍ）である。
【請求項８】
前記ａ’は、１．７５＜ｌｏｇＭＦ＜２．５０の範囲にある石炭の少なくとも１種以上の浸透距離及びギーセラー最高流動度ＭＦの常用対数値ｌｏｇＭＦの測定値を用いて原点を通る回帰直線を作成した際のｌｏｇＭＦの係数の０．７から１．０倍の範囲の定数であることを特徴とする請求項７に記載のコークス製造用石炭の調製方法。
【請求項９】
前記コークス工場への入荷より前が、石炭産出箇所または粘結材製造箇所から出荷する前であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のコークス製造用石炭の調製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は石炭乾留時の軟化溶融特性を精度良く評価する試験方法を用いてコークス製造用石炭を調製し、これによりコークス強度を向上させることのできる、コークス製造用石炭の調製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製銑法として最も一般的に行われている高炉法において使用されるコークスは、鉄鉱石の還元材、熱源、スペーサーなどの数々の役割を担っている。高炉を安定的に効率良く操業するためには、高炉内の通気性を維持することが重要であることから、強度の高いコークスの製造が求められている。コークスは、粉砕し、粒度を調整した種々のコークス製造用石炭を配合した配合炭を、コークス炉内にて乾留することで製造される。コークス製造用石炭は、乾留中約３５０℃〜５５０℃の温度域で軟化溶融し、また同時に揮発分の発生に伴い発泡、膨張することで、各々の粒子が互いに接着しあい、塊状のセミコークスとなる。セミコークスは、その後１０００℃付近まで昇温する過程で収縮することで焼きしまり、堅牢なコークスとなる。従って、石炭の軟化溶融時の接着特性が、乾留後のコークス強度や粒径等の性状に大きな影響を及ぼす。【０００３】
また、コークス製造用石炭（配合炭）の接着を強化する目的で、石炭が軟化溶融する温度域で高い流動性を示す粘結材を配合炭に添加してコークスを製造する方法が一般的に行われている。ここで、粘結材とは、具体的にはタールピッチ、石油系ピッチ、溶剤精製炭、溶剤抽出炭などである。これら粘結材についても石炭と同様に、軟化溶融時の接着特性が、乾留後のコークス性状に大きな影響を及ぼす。【０００４】
そのため、従来、石炭の軟化溶融特性の評価は非常に重要視されており、種々の方法で測定され、コークス強度の管理指標として利用されてきた。コークスの重要な品質であるコークス強度は、その原料である石炭性状、とりわけ石炭化度と軟化溶融特性に大きく影響される。軟化溶融特性とは、石炭を加熱したときに軟化溶融する性質であり、通常、軟化溶融物の流動性、粘度、接着性などにより測定、評価される。【０００５】
石炭の軟化溶融特性のうち、軟化溶融時の流動性を測定する一般的な方法としては、ＪＩＳ  Ｍ  ８８０１に規定されるギーセラープラストメータ法による石炭流動性試験方法が挙げられる。ギーセラープラストメータ法は、４２５μｍ以下に粉砕した石炭を所定のるつぼに入れ、規定の昇温速度で加熱し、規定のトルクをかけた撹拌棒の回転速度を測定し、１分ごとの目盛分割をもって試料の軟化溶融特性を表す方法である。【０００６】
また、その他の軟化溶融特性評価方法として、定回転方式でトルクを測定する方法、動的粘弾性測定装置による粘度の測定方法、ＪＩＳ  Ｍ  ８８０１に規定されているジラトメーター法が知られている。【０００７】
これに対して、コークス炉内で石炭の軟化溶融物が置かれている状況を考慮した条件で、軟化溶融特性を評価する方法が提案されている（特許文献１）。特許文献１の方法では、軟化溶融した石炭が拘束された条件で、かつ周囲の欠陥構造への溶融物の移動、浸透を模擬した条件で測定が行なわれており、この方法で測定される浸透距離は、従来の方法とは異なる石炭軟化溶融特性の指標である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１９０７６１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】宮津ら著：「日本鋼管技報」、ｖｏｌ．６７、１９７５年、ｐ．１２５−１３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１の方法では、特定の浸透距離を持つ石炭に対してどのような事前処理を行えば強度の高いコークスを得ることができるか明らかではなかった。【００１１】
本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、石炭の浸透距離に応じて適切な事前処理を石炭に施すことによって、コークス強度を高める、あるいはコークス強度の低下を抑止することができるような個別銘柄の石炭を調製する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。【００１３】
［１］コークス製造原料として単独で、または他の石炭と配合して用いる個別銘柄の石炭または粘結材をコークス工場への入荷より前に調製する方法であって、
前記個別銘柄の石炭または粘結材の内で下記（Ａ）〜（Ｄ）の方法で測定される浸透距離の値が１５ｍｍ以上である石炭または粘結材を、コークス工場への入荷より前に粒度調整して石炭または粘結材中の粒径６ｍｍ以上の含有率を３０質量％以下にすることを特徴とするコークス製造用石炭の調製方法。
（Ａ）石炭又は粘結材を粒径２ｍｍ以下が１００質量％となるように粉砕し、該粉砕された石炭又は粘結材を充填密度０．８ｇ／ｃｍ３で、層厚が１０ｍｍとなるように容器に充填して試料を作成し、
（Ｂ）該試料の上に直径２ｍｍのガラスビーズを浸透距離以上の厚さとなるように配置し、
（Ｃ）前記ガラスビーズの上部から５０ｋＰａとなるように荷重を負荷しつつ、加熱速度３℃／分で室温から５５０℃まで不活性ガス雰囲気下で加熱し、
（Ｄ）前記ガラスビーズ層へ浸透した溶融試料の浸透距離を測定する。【００１４】
［２］コークス製造原料として単独で、または他の石炭と配合して用いる個別銘柄の石炭または粘結材をコークス工場への入荷より前に調製する方法であって、
前記個別銘柄の石炭または粘結材の内で下記（Ａ）〜（Ｄ）の方法で測定される浸透距離の値が１５ｍｍ以上である石炭または粘結材を、
前記個別銘柄の石炭または粘結材のハードグローブ粉砕性指数ＨＧＩから以下の式（１）に基づいて決定される石炭または粘結材中の粒径６ｍｍ以上の含有率となるように、
コークス工場への入荷より前に前記個別銘柄の石炭または粘結材を粒度調整することを特徴とするコークス製造用石炭の調製方法。
粒径６ｍｍ以上の含有率（質量％）≦３０＋０．５×（ＨＧＩ−６０）・・・（１）
（Ａ）石炭又は粘結材を粒径２ｍｍ以下が１００質量％となるように粉砕し、該粉砕された石炭又は粘結材を充填密度０．８ｇ／ｃｍ３で、層厚が１０ｍｍとなるように容器に充填して試料を作成し、
（Ｂ）該試料の上に直径２ｍｍのガラスビーズを浸透距離以上の厚さとなるように配置し、
（Ｃ）前記ガラスビーズの上部から５０ｋＰａとなるように荷重を負荷しつつ、加熱速度３℃／分で室温から５５０℃まで不活性ガス雰囲気下で加熱し、
（Ｄ）前記ガラスビーズ層へ浸透した溶融試料の浸透距離を測定する。【００１５】
［３］コークス製造原料として単独で、または他の石炭と配合して用いる個別銘柄の石炭または粘結材をコークス工場への入荷より前に調製する方法であって、
１種以上の銘柄の石炭または粘結材の浸透距離およびギーセラー最高流動度から得られる、限界浸透距離とギーセラー最高流動度の関係に基づき、
前記個別銘柄の石炭または粘結材の浸透距離が、前記限界浸透距離とギーセラー最高流動度の関係に基づいて前記個別銘柄のギーセラー最高流動度から算出される限界浸透距離以上である石炭または粘結材を、コークス工場への入荷より前に粒度調整して石炭または粘結材中の粒径６ｍｍ以上の含有率を３０質量％以下にすることを特徴とするコークス製造用石炭の調製方法。【００１６】
［４］コークス製造原料として単独で、または他の石炭と配合して用いる個別銘柄の石炭または粘結材をコークス工場への入荷より前に調製する方法であって、
１種以上の銘柄の石炭または粘結材の浸透距離およびギーセラー最高流動度から得られる、限界浸透距離とギーセラー最高流動度の関係に基づき、
前記個別銘柄の石炭または粘結材の浸透距離が、前記限界浸透距離とギーセラー最高流動度の関係に基づいて前記個別銘柄のギーセラー最高流動度から算出される限界浸透距離以上である石炭または粘結材を、前記個別銘柄の石炭または粘結材のハードグローブ粉砕性指数ＨＧＩから以下の式（１）に基づいて決定される石炭または粘結材中の粒径６ｍｍ以上の含有率となるように、
コークス工場への入荷より前に前記個別銘柄の石炭または粘結材を粒度調整することを特徴とするコークス製造用石炭の調製方法。
粒径６ｍｍ以上の含有率（質量％）≦３０＋０．５×（ＨＧＩ−６０）・・・（１）【００１７】
［５］前記限界浸透距離の算出を、下記式（２）で行なうことを特徴とする［３］または［４］に記載のコークス製造用石炭の調製方法。
限界浸透距離＝１．３×ａ×ｌｏｇＭＦｃ・・・（２）
但し、ａは、ギーセラー最高流動度ＭＦの常用対数値ｌｏｇＭＦ＜２．５の範囲にある石炭の少なくとも１種以上の浸透距離及びｌｏｇＭＦの測定値を用いて原点を通る回帰直線を作成した際のｌｏｇＭＦの係数の０．７から１．０倍の範囲の定数である。
ＭＦｃは、調製する石炭または粘結材のギーセラー最高流動度（ｄｄｐｍ）である。【００１８】
［６］前記ａが、１．７５＜ｌｏｇＭＦ＜２．５０の範囲にある石炭の少なくとも１種以上の浸透距離及びギーセラー最高流動度ＭＦの常用対数値ｌｏｇＭＦの測定値を用いて原点を通る回帰直線を作成した際のｌｏｇＭＦの係数の０．７から１．０倍の範囲の定数であることを特徴とする［５］に記載のコークス製造用石炭の調製方法。【００１９】
［７］前記限界浸透距離の算出を、下記式（３）で行なうことを特徴とする［３］または［４］に記載のコークス製造用石炭の調製方法。
浸透距離＝ａ’×ｌｏｇＭＦｃ＋ｂ・・・（３）
但し、ａ’は、ギーセラー最高流動度ＭＦの常用対数値ｌｏｇＭＦ＜２．５の範囲にある石炭の少なくとも１種以上の浸透距離及びｌｏｇＭＦの測定値を用いて原点を通る回帰直線を作成した際のｌｏｇＭＦの係数の０．７から１．０倍の範囲の定数である。
ｂは、前記回帰直線の作成に用いた銘柄から選ばれる１種類以上の同一試料を複数回測定した際の標準偏差の平均値以上で、前記平均値の５倍以下とする、定数である。
ＭＦｃは、調製する石炭または粘結材のギーセラー最高流動度（ｄｄｐｍ）である。【００２０】
［８］前記ａ’は、１．７５＜ｌｏｇＭＦ＜２．５０の範囲にある石炭の少なくとも１種以上の浸透距離及びギーセラー最高流動度ＭＦの常用対数値ｌｏｇＭＦの測定値を用いて原点を通る回帰直線を作成した際のｌｏｇＭＦの係数の０．７から１．０倍の範囲の定数であることを特徴とする［７］に記載のコークス製造用石炭の調製方法。【００２１】
［９］前記コークス工場への入荷より前が、石炭産出箇所または粘結材製造箇所から出荷する前であることを特徴とする［１］から［８］のいずれかに記載のコークス製造用石炭の調製方法。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、石炭の浸透距離に応じて、コークス炉への装入にあたり適当な粒度を有する個別銘柄の石炭を調製することができ、その石炭をコークス製造用原料として用いることで、高強度の冶金用コークスの製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明で使用する石炭ないし粘結材試料と上下面に貫通孔を有する材料に一定荷重を負荷させつつ軟化溶融特性を測定する装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明で使用する上下面に貫通孔を有する材料のうち、円形貫通孔をもつものの一例を示す概略図である。
【図３】本発明で使用する上下面に貫通孔を有する材料のうち、球形粒子充填層の一例を示す概略図である。
【図４】本発明で使用する上下面に貫通孔を有する材料のうち、円柱充填層の一例を示す概略図である。
【図５】限界浸透距離以上の石炭を配合してなる配合炭をコークス化した際の、欠陥構造の生成状況を表した模式図である。（ａ）コークス化前の石炭充填状況。（ｂ）コークス化後の欠陥生成状況。
【図６】限界浸透距離未満の石炭を配合してなる配合炭をコークス化した際の、欠陥構造の生成状況を表した模式図である。（ａ）コークス化前の石炭充填状況。（ｂ）コークス化後の欠陥生成状況。
【図７】限界浸透距離以上の石炭を微粉砕してから配合してなる配合炭をコークス化した際の、欠陥構造の生成状況を表した模式図である。（ａ）コークス化前の石炭充填状況。（ｂ）コークス化後の欠陥生成状況。
【図８】本発明で使用する石炭試料と上下面に貫通孔を有する材料を一定容積に保ちつつ軟化溶融特性を測定する装置の一例を示す概略図である。
【図９】本発明で測定した、石炭軟化溶融物の浸透距離の測定結果を示すグラフである。
【図１０】実施例１で使用したＡ炭及びＦ炭の浸透距離及び最高流動度と、（イ）の方法で算出される限界浸透距離との位置関係を示すグラフである。
【図１１】実施例１で使用したＡ炭及びＦ炭の浸透距離及び最高流動度と、（ロ）の方法で算出される限界浸透距離との位置関係を示すグラフである。
【図１２】実施例１で測定した、コークスのドラム強度の測定結果を示すグラフである。
【図１３】実施例２で測定した、コークスのドラム強度の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】
【００２４】
コークスは、一般に、様々な品位を持つ複数の銘柄を配合した配合炭を乾留して製造される。それぞれの銘柄の品位は、購買契約などに定められた基準の品位を満足するように産炭地において品位調整されて出荷されるのが通常である。また、それぞれの銘柄の石炭は、産炭地においてある程度粉砕されたものが輸送され、コークス工場においてさらに粉砕、配合が行なわれてコークス製造用の配合炭が調製される。
【００２５】
コークス炉内において、軟化溶融時の石炭は隣接する層に拘束された状態で軟化溶融している。石炭の熱伝導率は小さいため、コークス炉内において石炭は一様に加熱されず、加熱面である炉壁側からコークス層、軟化溶融層、石炭層と状態が異なっている。コークス炉自体は乾留時多少膨張するがほとんど変形しないため、軟化溶融した石炭は隣接するコークス層、石炭層に拘束されている。
【００２６】
また、軟化溶融した石炭の周囲には、石炭層の石炭粒子間空隙、軟化溶融石炭の粒子間空隙、熱分解ガスの揮発により発生した粗大気孔、隣接するコークス層に生じる亀裂など、多数の欠陥構造が存在する。特に、コークス層に生じる亀裂は、その幅が数百ミクロンから数ミリ程度と考えられ、数十〜数百ミクロン程度の大きさである石炭粒子間空隙や気孔に比較して大きい。従って、このようなコークス層に生じる粗大欠陥へは、石炭から発生する副生物である熱分解ガスや液状物質だけではなく、軟化溶融した石炭自体の浸透も起こると考えられる。また、その浸透時に軟化溶融した石炭に作用するせん断速度は、銘柄毎に異なることが予想される。
【００２７】
上述したとおり、コークス炉内において軟化溶融した石炭の周辺の環境を模擬した状態で石炭の軟化溶融特性を測定するためには、拘束条件、浸透条件を適正にする必要がある。本発明で用いられる浸透距離は、コークス炉内において軟化溶融した石炭及び粘結材の周辺の環境を十分に模擬した状態での石炭及び粘結材の軟化溶融特性を評価する方法であって、石炭のより正確な軟化溶融特性評価が可能である。
【００２８】
さらに、本発明者らは、軟化溶融特性の新たな評価指標である「浸透距離」が、コークス強度を制御する上で従来の指標よりも優れた評価指標であることを見出した。すなわち、「浸透距離」を用いると、従来の指標では区別できなかった石炭のコークス化特性を評価可能であることを見出し、コークス製造に適した石炭と適していない石炭を区別することが可能となった。さらに、好ましくない浸透距離を持つ石炭であっても、石炭の事前処理を適正に行なうことで、コークス性状に及ぼす悪影響を取り除くことができることを見出して本発明を完成した。浸透距離の測定は、以下のようにして行なうことができる。
【００２９】
図１に本発明で使用する軟化溶融特性（浸透距離）の測定装置の一例を示す。図１は石炭試料と上下面に貫通孔を有する材料に一定荷重を負荷させて石炭試料を加熱する場合の装置である。容器３下部に石炭を充填して試料１とし、試料１の上に、上下面に貫通孔を有する材料２を配置する。試料１を軟化溶融開始温度以上に加熱し、上下面に貫通孔を有する材料２に試料を浸透させ、浸透距離を測定するものである。加熱は不活性ガス雰囲気下で行なう。ここで、不活性ガスとは、測定温度域で石炭と反応しないガスを指し、代表的なガスとしてはアルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス等である。なお、浸透距離の測定は、石炭と貫通孔を有する材料を一定容積に保ちつつ加熱するようにしてもよい。その場合に使用する軟化溶融特性（浸透距離）の測定装置の一例を図８に示す。
【００３０】
図１に示す試料１と上下面に貫通孔を有する材料２に一定荷重を負荷して試料１を加熱する場合、試料１が膨張又は収縮を示し、上下面に貫通孔を有する材料２が上下方向に移動する。よって、上下面に貫通孔を有する材料２を介して試料浸透時の膨張率を測定することが可能である。図１に示すように上下面に貫通孔を有する材料２の上面に膨張率検出棒１３を配置し、膨張率検出棒１３の上端に荷重付加用の錘１４を乗せ、その上に変位計１５を配置し、膨張率を測定する。変位計１５は、試料の膨張率の膨張範囲（−１００％〜３００％）を測定可能なものを用いれば良い。加熱系内を不活性ガス雰囲気に保持する必要があるため、非接触式の変位計が適しており、光学式変位計を用いることが望ましい。不活性ガス雰囲気としては、窒素雰囲気とすることが好ましい。上下面に貫通孔を有する材料２が粒子充填層の場合は、膨張率検出棒１３が粒子充填層に埋没する可能性があるため、上下面に貫通孔を有する材料２と膨張率検出棒１３の間に板を挟む措置を講ずるのが望ましい。負荷させる荷重は、試料上面に配置した上下面に貫通孔を有する材料の上面に対して、均等にかけることが好ましく、上下面に貫通孔を有する材料の上面の面積に対し、５〜８０ｋＰａ、好ましくは１５〜５５ｋＰａ、最も好ましくは２５〜５０ｋＰａの圧力を負荷することが望ましい。この圧力は、コークス炉内における軟化溶融層の膨張圧に基づいて設定することが好ましいが、測定結果の再現性、種々の石炭での銘柄差の検出力を検討した結果、炉内の膨張圧よりはやや高めの２５〜５０ｋＰａ程度が測定条件として最も好ましいことを見出した。
【００３１】
加熱手段は、試料の温度を測定しつつ、所定の昇温速度で加熱できる方式のものを用いることが望ましい。具体的には、電気炉や、導電性の容器と高周波誘導を組み合わせた外熱式、またはマイクロ波のような内部加熱式である。内部加熱式を採用する場合は、試料内温度を均一にする工夫を施す必要があり、例えば、容器の断熱性を高める措置を講ずることが好ましい。
【００３２】
加熱速度については、コークス炉内での石炭及び粘結材の軟化溶融挙動を模擬するという目的から、コークス炉内での石炭の加熱速度に一致させることが好ましい。コークス炉内での軟化溶融温度域における石炭の加熱速度は炉内の位置や操業条件によって異なるが概ね２〜１０℃／分であり、平均的な加熱速度として２〜４℃／分とすることが望ましく、もっとも望ましいのは３℃／分程度である。しかし、非微粘結炭のように流動性の低い石炭の場合、３℃／分では浸透距離や膨張が小さく、検出が困難となる可能性がある。石炭は急速加熱することによりギーセラープラストメータによる流動性が向上することが一般に知られている。従って、例えば浸透距離が１ｍｍ以下の石炭の場合には、検出感度を向上させるために、加熱速度を１０〜１０００℃／分に高めて測定しても良い。
【００３３】
加熱を行なう温度範囲については、石炭及び粘結材の軟化溶融特性の評価が目的であるため、石炭及び粘結材の軟化溶融温度域まで加熱できればよい。コークス製造用の石炭及び粘結材の軟化溶融温度域を考慮すると、０℃（室温）〜５５０℃の範囲において、特に石炭の軟化溶融温度である３００〜５５０℃の範囲で所定の加熱速度で加熱すればよい。
【００３４】
上下面に貫通孔を有する材料は、透過係数をあらかじめ測定または算出できるものが望ましい。材料の形態の例として、貫通孔を持つ一体型の材料、粒子充填層が挙げられる。貫通孔を持つ一体型の材料としては、例えば、図２に示すような円形の貫通孔１６を持つもの、矩形の貫通孔を持つもの、不定形の貫通孔を持つものなどが挙げられる。粒子充填層としては、大きく球形粒子充填層、非球形粒子充填層に分けられ、球形粒子充填層としては図３に示すようなビーズの充填粒子１７からなるもの、非球形粒子充填層としては不定形粒子や、図４に示すような充填円柱１８からなるものなどが挙げられる。測定の再現性を保つため、材料内の透過係数はなるべく均一で、かつ測定を簡便にするため、透過係数の算出が容易なものが望ましい。したがって、本発明で用いる上下面に貫通孔を有する材料には球形粒子充填層の利用が特に望ましい。上下面に貫通孔を有する材料の材質は、石炭軟化溶融温度域以上、具体的には６００℃まで形状がほとんど変化せず、石炭とも反応しないものならば特に指定はない。また、その高さは、石炭の溶融物が浸透するのに十分な高さがあればよく、厚み５〜２０ｍｍの石炭層を加熱する場合には、２０〜１００ｍｍ程度あればよい。
【００３５】
上下面に貫通孔を有する材料の透過係数は、コークス層に存在する粗大欠陥の透過係数を推定して設定する必要がある。本発明に特に望ましい透過係数について、粗大欠陥構成因子の考察や大きさの推定など、本発明者らが検討を重ねた結果、透過係数が１×１０８〜２×１０９ｍ−２の場合が最適であることを見出した。この透過係数は、下記（４）式で表されるＤａｒｃｙ則に基づき導出されるものである。
ΔＰ／Ｌ＝Ｋ・μ・ｕ    ・・・  （４）
ここで、ΔＰは上下面に貫通孔を有する材料内での圧力損失［Ｐａ］、Ｌは貫通孔を有する材料の高さ［ｍ］、Ｋは透過係数［ｍ−２］、μは流体の粘度［Ｐａ・ｓ］、ｕは流体の速度［ｍ／ｓ］である。例えば上下面に貫通孔を有する材料として均一な粒径のガラスビーズ層を用いる場合、上述の好適な透過係数を持つようにするためには、直径０．２ｍｍから３．５ｍｍ程度のガラスビーズを選択することが望ましく、もっとも望ましいのは２ｍｍである。
【００３６】
測定試料とする石炭および粘結材はあらかじめ粉砕し、所定の充填密度で所定の層厚に充填する。粉砕粒度としては、コークス炉における装入石炭の粒度（粒径３ｍｍ以下の粒子の比率が全体の７０〜８０質量％程度）としてもよく、粒径３ｍｍ以下が７０質量％以上となるように粉砕することが好ましいが、小さい装置での測定であることを考慮して、全量を粒径２ｍｍ以下に粉砕した粉砕物を用いることが特に好ましい。粉砕物を充填する密度はコークス炉内の充填密度に合わせ０．７〜０．９ｇ／ｃｍ３とすることができるが、再現性、検出力を検討した結果、０．８ｇ／ｃｍ３が好ましいことを知見した。また、充填する層厚は、コークス炉内における軟化溶融層の厚みに基づいて層厚５〜２０ｍｍとすることができるが、再現性、検出力を検討した結果、層厚は１０ｍｍとすることが好ましいことを知見した。
【００３７】
以上の浸透距離の測定において、代表的な測定条件を以下に記す。
（Ａ）石炭又は粘結材を粒径２ｍｍ以下が１００質量％となるように粉砕し、該粉砕された石炭又は粘結材を充填密度０．８ｇ／ｃｍ３で、層厚が１０ｍｍとなるように容器に充填して試料を作成し、
（Ｂ）該試料の上に直径２ｍｍのガラスビーズを浸透距離以上の厚さ（通常は層厚８０ｍｍ）となるように配置し、
（Ｃ）前記ガラスビーズの上部から５０ｋＰａとなるように荷重を負荷しつつ、加熱速度３℃／分で室温から５５０℃まで不活性ガス雰囲気下で加熱し、
（Ｄ）前記ガラスビーズ層へ浸透した溶融試料の浸透距離を測定する。
【００３８】
石炭及び粘結材の軟化溶融物の浸透距離は、加熱中に常時連続的に測定できることが本来望ましい。しかし、常時測定は、試料から発生するタールの影響などにより、困難である。加熱による石炭の膨張、浸透現象は不可逆的であり、一旦膨張、浸透した後は冷却してもほぼその形状が保たれているので、石炭溶融物が浸透終了した後、容器全体を冷却し、冷却後の浸透距離を測定することで加熱中にどこまで浸透したかを測定するようにしてもよい。例えば、冷却後の容器から上下面に貫通孔を有する材料を取り出し、ノギスや定規で直接測定することが可能である。また、上下面に貫通孔を有する材料として粒子を使用した場合には、粒子間空隙に浸透した軟化溶融物は、浸透した部分までの粒子層全体を固着させている。したがって、前もって粒子充填層の質量と高さの関係を求めておけば、浸透終了後、固着していない粒子の質量を測定し、初期質量から差し引くことで、固着している粒子の質量を導出でき、そこから浸透距離を算出することができる。
【００３９】
このような浸透距離の優位性は、コークス炉内状況に近い測定方法をとることに基づいて原理的に想定されるだけではなく、コークス強度への浸透距離の影響を調査した結果からも明らかとなった。実際、本発明の評価方法により、同程度のｌｏｇＭＦ（ギーセラープラストメータ法による最高流動度の常用対数値）を持つ石炭であっても、銘柄により浸透距離に差があることが明らかとなり、浸透距離の異なる石炭を配合してコークスを製造した場合のコークス強度に対する影響も異なることが確認された。
【００４０】
従来のギーセラープラストメータによる軟化溶融特性の評価では、高い流動性を示す石炭の方が石炭粒子同士を接着する効果が高いと考えられてきた。一方で、浸透距離とコークス強度との関係を調査したところ、極端に浸透距離の大きい石炭を配合するとコークス化時に粗大な欠陥を残し、かつ薄い気孔壁の組織構造を形成するため、コークス強度が配合炭の平均品位から予想される値に比べて低下することが分かった。これは、浸透距離が大きすぎる石炭は、周囲の石炭粒子間に顕著に浸透することで、その石炭粒子が存在していた部分自体が大きな空洞となり、欠陥となってしまうためと推測される。特にギーセラープラストメータによる軟化溶融特性の評価において高い流動性を示す石炭においては、浸透距離の大小によりコークス中に残存する粗大な欠陥の生成量が異なることが分かった。この関係は粘結材に関しても同様に見られた。
【００４１】
本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、コークス製造用原料に配合して使用される際に、コークス強度の低下を招く石炭は、特定の限界浸透距離以上の石炭であって、その限界浸透距離は以下の（イ）〜（ハ）の３通りで規定することが効果的であることを見出した。
【００４２】
（イ）限界浸透距離を、下記式にて規定する。
【００４３】
限界浸透距離＝１．３×ａ×ｌｏｇＭＦｃ・・・  （２）
但しａは、ｌｏｇＭＦ＜２．５の範囲にある石炭の少なくとも１種以上の浸透距離及びｌｏｇＭＦを測定し、その測定値を用いて原点を通る回帰直線を作成した際のｌｏｇＭＦの係数の０．７から１．０倍の範囲の定数である。ＭＦｃは、限界浸透距離を判断しようとする石炭のギーセラー最高流動度（ｄｄｐｍ）である。
【００４４】
（ロ）限界浸透距離を、下記式にて規定する。
【００４５】
限界浸透距離＝ａ’×ｌｏｇＭＦｃ＋ｂ・・・  （３）
但しａ’は、ｌｏｇＭＦ＜２．５の範囲にある石炭の少なくとも１種以上の浸透距離及び最高流動度を測定し、その測定値を用いて原点を通る回帰直線を作成した際のｌｏｇＭＦの係数の０．７から１．０倍の範囲の定数である。ｂは、前記回帰直線の作成に用いた銘柄から選ばれる１種類以上の同一試料を複数回測定した際の標準偏差の平均値以上で、前記平均値の５倍以下とする、定数である。ＭＦｃは、限界浸透距離を判断しようとする石炭のギーセラー最高流動度（ｄｄｐｍ）である。
（ハ）粒径２ｍｍ以下、１００ｍａｓｓ％の粒度に調製した石炭試料を０．８ｇ／ｃｍ３の充填密度で容器内に厚さ１０ｍｍに充填し、貫通孔を有する材料として直径２ｍｍのガラスビーズを用い、５０ｋＰａの荷重をかけ、３℃／分の加熱速度で５５０℃まで加熱して測定した場合の浸透距離として１５ｍｍを限界浸透距離とする。
【００４６】
ここで、上記（イ）〜（ハ）の３種類の限界浸透距離の決め方を示したのは、浸透距離の値は、設定された測定条件、例えば、荷重、昇温速度、貫通孔を有する材料の種類、装置の構成、等によって変化するためで、本発明で述べた例と異なる測定条件の場合があることを考慮して検討した結果、（イ）〜（ハ）のような限界浸透距離の決め方が有効であることを見出したことに基づくものである。
【００４７】
（イ）および（ロ）の方法において使用する式の定数ａおよびａ’は、ｌｏｇＭＦ＜２．５の範囲にある石炭の少なくとも１つ以上の浸透距離及び最高流動度を測定し、その測定値を用いて原点を通る回帰直線を作成した際のｌｏｇＭＦの係数の０．７から１．０倍の範囲となるように定める。これは、ｌｏｇＭＦ＜２．５の範囲では、石炭の最高流動度と浸透距離の間にはほぼ正の相関が見られるが、強度低下を招く銘柄は、その浸透距離がこの相関から正に大きく偏倚している銘柄であるためである。本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、上記回帰式により石炭のｌｏｇＭＦ値に応じて求めた浸透距離の１．３倍以上の範囲に該当する銘柄が、強度低下を招く銘柄であることを知見し、（イ）のように限界浸透距離の規定を行なうこととした。また、（ロ）の方法においては、上記回帰式から測定誤差を超えて正に偏倚する銘柄を検出するべく、上記回帰式に、同一試料を複数回測定した際の標準偏差の平均値の１〜５倍を加えた値以上の範囲に該当する銘柄が、強度低下を招く銘柄であることを知見し、（ロ）のように限界浸透距離の定数ｂを規定した。従って、定数ｂは、同一試料を複数回測定した際の標準偏差の１〜５倍の値を用いれば良く、本発明の実施例で述べた測定条件の場合、０．６〜３．０ｍｍ程度である。この時、どちらの式とも、その石炭のｌｏｇＭＦ値に基づいて強度低下を招く浸透距離の範囲を定めている。これは、ＭＦが大きいほど一般に浸透距離が高くなるため、その相関からどの程度偏倚するかが重要であるためである。なお、回帰直線の作成には、公知の最小二乗法による直線回帰の方法を用いてもよい。回帰の際に用いる石炭の数は多いほど回帰の誤差が少なくなるので好ましい。特に、ＭＦが小さい銘柄では浸透距離が小さく誤差が大きくなりやすいため、１．７５＜ｌｏｇＭＦ＜２．５０の範囲にある石炭の１種以上を用いて回帰直線を求めることが特に好ましい。
【００４８】
ここで、定数ａおよびａ’、ｂともに範囲を規定しているのは、なるべく小さい値を採用することで、強度低下を招く石炭がより確実に検出できるようになるためであり、その値は操業上の要求によって調整することができる。ただし、この値を小さくしすぎると、コークス強度に悪影響を及ぼすと推定される石炭が多くなりすぎることおよび、実際は強度低下を招かない石炭であっても強度低下を起こすと誤認してしまうという問題が生じてしまうため、ａおよびａ’については回帰直線の傾きの０．７〜１．０倍とし、また、ｂについては同一試料を複数回測定した際の標準偏差の平均値の１〜５倍とする。この範囲内であればａおよびａ’、ｂを適宜設定可能であり、上記のように予め石炭の浸透距離と最高流動度の関係を求めてその値を設定することもできるが、後述の実施例１の方法で測定した場合、ａおよびａ’が１．８９〜２．７０、ｂが０．６〜３．０と設定できる。実施例１で採用した炭種および配合率はコークス製造における一般的な条件であり、また、実際は強度低下を招かない石炭であっても強度低下を起こすと誤認することを防ぐ観点からはその上限値を採用することが好ましい。従って、実施例１で採用した方法に類似した方法で浸透距離の測定を行なうことを前提とする場合には式（２）や式（３）の代りに下記の式（２’）や式（３’）を用いれば、ａおよびａ’、ｂを予め求めて設定する必要はない。また、式（２）、式（３）、式（２’）、式（３’）は、個別銘柄の石炭を調製する際に毎回求める必要はなく、個別銘柄の石炭を調製する場所とは異なる場所において求められた式であってもかまわない。
【００４９】
限界浸透距離＝１．３×２．７×ｌｏｇＭＦｃ・・・  （２’）
限界浸透距離＝２．７×ｌｏｇＭＦｃ＋３．０・・・  （３’）
【００５０】
上記（イ）〜（ハ）の方法で求められる限界浸透距離以上の浸透距離の値を有する石炭は、コークスの原料石炭（原料炭）として通常の操作により使用すると、コークス化の際に粗大な欠陥を残し、かつ薄い気孔壁の組織構造を形成するため、コークス強度の低下を招く。
【００５１】
しかしながら、本発明者らは、限界浸透距離以上の石炭を配合してなる配合炭をコークス原料として使用する場合であっても、その石炭の粒度を変更することで強度低下を抑制可能であることを知見した。その考察の過程を、模式図を用いて以下に説明する。
【００５２】
限界浸透距離以上の石炭を配合してなる配合炭をコークス化した際の、欠陥構造の生成状況を図５に模式的に示す。限界浸透距離以上の石炭の粒子１９は、コークス化の際に充填粒子間の空隙や、粗大な欠陥に大きく浸透するため、薄い気孔壁を形成し、粒子が元あった場所に粗大な欠陥２２を残し、コークス強度の低下を招く（図５（ｂ））。
【００５３】
限界浸透距離未満の石炭を配合してなる配合炭をコークス化した際の、欠陥構造の生成状況を図６に模式的に示す。（限界浸透距離未満の石炭の粒子２０は、コークス化の際に充填粒子間の空隙や、粗大な欠陥にあまり浸透しないため、厚い気孔壁を形成し、粒子が元あった場所に粗大な欠陥を残すこともなく、コークス強度の低下を招くこともない（図６（ｂ））。
【００５４】
限界浸透距離以上の石炭１９を微粉砕してから配合してなる配合炭をコークス化した際の、欠陥構造の生成状況を図７に模式的に示す。この場合、限界浸透距離以上の石炭１９の粒子は、コークス化の際に充填粒子間の空隙や、粗大な欠陥に大きく浸透する。しかし、粒子が元あった場所に形成される欠陥は小さくなるため、コークス強度の低下を抑制できる（図７（ｂ））。
【００５５】
上記考察のとおり、限界浸透距離以上の石炭を配合する場合、当該石炭の粒度を細かくする措置を講じることで、粗大な欠陥を低減し、乾留後のコークスの強度低下を抑制することが可能となる。
【００５６】
また、配合炭中に存在する限界浸透距離以上の粘結材も、同様のメカニズムによってコークス強度低下の原因となりうることから、コークス工場への入荷前に、限界浸透距離以上の石炭と同様の粒度まで粒度調整しておくことが好ましい。
【００５７】
本発明者らは、更に、限界浸透距離以上の石炭をどの程度まで細かくして配合すれば強度低下を抑制できるかを検討した。その結果、石炭中の６ｍｍ以上の粒子の含有率が５質量％以下であれば、顕著な強度低下を起こさないことを見出した。後述する実施例２における図１３で、石炭中の６ｍｍ以上の粒子の含有率が５質量％以下であれば、限界浸透距離以上の石炭を８質量％以上（１２質量％未満）配合しても２質量％以下と僅かしか配合しなかった場合と同等のＤＩ１５０／１５が得られており、限界浸透距離以上の石炭を配合した影響即ちコークスの強度低下を防止できている。しかし、一般に１０〜１５銘柄の石炭を配合してコークスを製造するコークス工場において、特定の銘柄の石炭のみを特定の粒度に調整することは、操作が煩雑となる。そこで本発明者らは、コークス製造工場に入荷する前に、限界浸透距離以上の浸透距離を有する石炭を予め粒度調整しておけば、コークス工場において特段の粉砕制御を行なうことなしに、コークスの強度低下を抑止できると考えた。
【００５８】
ここで、石炭の粒度は、石炭の水分を６質量％以下に乾燥させた状態で、所定の目開きの篩を用いて篩い分け、篩上または篩下の粒子の全試料に対する質量比率で測定することができる。石炭の水分が６質量％以下であると、石炭の粒子同士が擬似粒子を形成したり、微粉が粗粒に付着したりすることがなく、粒度の測定値に誤差が発生しないので好ましい。
【００５９】
標準的なコークス工場の粉砕条件を用いた場合に、コークス炉に装入する前記個別銘柄の石炭中の粒径６ｍｍ以上の含有率が５質量％以下になるようにするためには、コークス工場に入荷する前に石炭中の粒径６ｍｍ以上の含有率が３０質量％以下にすればよいことも見出した。コークス工場においては、一般に１０〜１５銘柄の石炭を配合してコークスを製造するために、多銘柄の石炭を配合した後に粉砕する。その際に、特定の銘柄の粒度が粗いと、配合した後での粉砕では粉砕条件を強化してその特定の銘柄のみの粒度を細かくすることは困難である。発明者らは更に検討を重ね、コークス工場に入荷する前に石炭中の粒径６ｍｍ以上の含有率が３０質量％以下にすれば、コークス炉に装入する前記個別銘柄の石炭中の粒径６ｍｍ以上の含有率が５質量％以下になることを知見し、本発明を完成させたものである。
【００６０】
さらに、石炭の硬さを考慮すると、硬い石炭ほどコークス工場入荷前の石炭粒度を細かくすることが好ましい。石炭の硬さの指標としてはＨＧＩ（ハードグローブ粉砕性指数）が一般に用いられることから、個別銘柄の石炭の粒度を、下記（１）式の範囲とする方法を提案するものである。
【００６１】
粒径６ｍｍ以上の含有率（質量％）≦３０＋０．５×（ＨＧＩ−６０）・・・（１）
ＨＧＩは高いほど石炭が柔らかいため、同じ粉砕条件であれば高ＨＧＩの石炭ほど細かく粉砕される。従って、コークス工場での粉砕目標が一定であれば、高ＨＧＩの石炭は、コークス工場の粉砕機に供給される際の粒度が粗くても（石炭中の粒径６ｍｍ以上の含有率が大きくても）、所定の目標粒度を満足できる。コークス工場における石炭の粉砕は、入荷した石炭を配合した後に粉砕されることが多いため、粉砕機にはＨＧＩの高い銘柄も低い銘柄も、また粒度の大きい銘柄も小さい銘柄も同時に供給される。この時、特定の銘柄（例えば、本発明における浸透距離の大きな石炭銘柄）のみ粉砕後の粒度を細かくしたいとすれば、粉砕機に供給する特定銘柄の粒度を予め細かくしておくことが最も容易であるため、本発明においては、コークス工場に入荷する前、あるいは石炭を産出箇所から出荷する際の粒度を調整することを特徴とした。発明者らは、コークス炉に装入される際の石炭粒度が粗い場合にコークス強度に悪影響を及ぼす高浸透距離炭の粉砕性とＨＧＩを調査した結果、実施例１記載の方法で測定される浸透距離が１５ｍｍ以上の高浸透距離炭のＨＧＩは約６０〜約８０の範囲であり、最も硬い高浸透距離銘柄であるＨＧＩ約６０の石炭について、配合後の石炭をコークス製造に適した粒度（３ｍｍ以下の粒子の含有率が７０〜８０質量％）になるような粉砕条件で、前記高浸透距離炭を粉砕して６ｍｍ以上の粒子の含有率を５質量％以下にするためには、粉砕機に供給される粒度を６ｍｍ以上の割合を３０質量％以下にすればよいことを知見した。さらに、ＨＧＩが１増加する（柔らかくなる）ほど、コークス工場の粉砕機に供給すべき６ｍｍ以上の粒子の割合が０．５質量％増加（粗く）しても粉砕後の６ｍｍ以上の粒子の含有率を５質量％以下にすることができることを知見し、コークス工場に入荷する前、あるいは石炭を産出箇所から出荷する際の粒度を銘柄のＨＧＩに応じて調整することがより好ましいことを知見した。この知見に基づいて、より好ましい方法として、コークス工場に入荷する前、あるいは石炭を産出箇所から出荷する際の粒度を、下記式（１）によるものとした。
【００６２】
粒径６ｍｍ以上の含有率（質量％）≦３０＋０．５×（ＨＧＩ−６０）・・・（１）
なお、このように特定の銘柄のみ、粉砕機に供給する粒度を調整することは、上記のように石炭を配合した後に粉砕する場合に特に効果的であるが、銘柄別にコークス炉に装入する粒度に粉砕を行ったのちに配合する場合にも、粉砕条件（粉砕動力、供給速度など）を特定銘柄の場合のみ調整する必要がなく、所望の粒度に粉砕できるという利点を有する。
【００６３】
石炭のＨＧＩは通常４０〜１００の範囲に分布しているが、上記のように高浸透距離炭のＨＧＩは約６０〜約８０であるので、粒径６ｍｍ以上の含有率が３０質量％以下であると本発明の効果を奏することができる。なお、石炭のＨＧＩのばらつきを考慮すると、粒径６ｍｍ以上の含有率が２０質量％以下であることがより好ましい。
【００６４】
なお、浸透距離の高い石炭の粒度は細かいほど好ましいが、前述のとおり、石炭の粒度を粒径６ｍｍ以上の含有率が５質量％以下になるように調整すれば、浸透距離の高い石炭を配合することによるコークス強度低下が顕著でなくなることに加え、一般にコークス炉に装入される石炭は、コークス工場に入荷後、コークス工場において粉砕等の手段によって粒径６ｍｍ以上の粒子の含有率が５質量％程度以下になるように粒度調整されるため、コークス工場への入荷前に石炭の粒度を粒径６ｍｍ以上の粒子の含有率が５質量％未満にまでは細かくしなくてもよい。
【００６５】
ここで、個別銘柄の粒度を調整する方法としては、例えば石炭の粒度を細かくする場合、石炭採掘段階で粒度が細かくなるように採掘する方法や、採掘後、出荷に至るまでの選炭工程や配合工程で粉砕や分級、篩い分けなどにより粒度を調整することができる。炭鉱では予め炭層ごとに産出する石炭の品位を測定するため、浸透距離の測定も併せて実施し、その測定値に基づいて例えば上記の方法で粒度を調整すればよい。石炭の粉砕には、公知のインパクトクラッシャーやハンマークラッシャーなどを用いることができるが、篩と組み合わせることによって、強度低下を招く石炭の粗粒部のみを粉砕することが可能となり、効率よく粒度調整を行なえるため、より好ましい。なお、石炭の粒度は、採掘する場所や時期、装置、採掘後の搬送、保管などの種々の条件によって不可避的に変動するため、ロット毎に異なる。従って、粒度の異なるロットを配合し、所定の粒度に調整することも可能である。
【００６６】
なお、本発明における個別銘柄の原料炭とは、コークス製造工場に入荷する時点、あるいは石炭産出箇所から出荷する時点で単一のロットとして管理される原料炭の単位と定義する。単一のロットとして管理されるとは、そのロットからのサンプリングによる代表分析値をもって、そのロット全体の性状を表現する場合や、単一のロットとして石炭ヤードに積み付ける場合、同一の石炭槽に入れる場合、購買契約において単一のロットないしは銘柄名として取引される場合などを含む。従って、本発明における原料炭の調製とは、コークス製造工場に入荷後に処理を行なう場合は含まないが、コークス製造工場に入荷する以前の段階で処理される場合にはその石炭は単一銘柄の原料炭と定義される。
【００６７】
コークス工場への入荷とは、コークス工場においてコークス製造に適した粒度に粉砕したり他の銘柄の石炭と配合するために、コークス工場に付設された石炭ヤードや石炭ホッパーに受け入れることを指す。例えば、臨海地区にある製鉄所の場合は、原料岸壁に石炭を受け入れた後、コークス工場に付設された石炭ヤードに搬入されることが一般的であり、その場合には岸壁への入荷時点でコークス工場への入荷と解釈できる。
【００６８】
また、石炭産出場所からの出荷とは、上記個別銘柄の石炭として山元あるいは、出荷基地から船舶や貨車、トラック、コンベアなどの輸送手段で送り出されることを指す。本発明においては、山元や出荷基地などから個別銘柄の石炭として出荷されれば、その出荷手段（船舶や貨車等）は問わないし、その出荷段階も問わない（貨車で出荷した後に船舶に積替えて更に出荷する場合は、どちらも出荷に該当する）。一旦個別銘柄の石炭として認識されれば、（不可避的なものを除いて）その後に組成や粒度の変化を伴なうことはないからである。
【実施例】
【００６９】
以下、限界浸透距離以上の石炭の最適な前処理条件を決定した方法を述べる。【００７０】
［実施例１］浸透距離と従来の軟化溶融特性（ギーセラー最高流動度）との違いの確認および、浸透距離の違いがコークス強度に与える影響と、限界浸透距離の決定
１８種類の石炭（石炭Ａ〜Ｒ）と１種類の粘結材（粘結材Ｓ）について、浸透距離の測定を行なった。使用した石炭ないし粘結材の性状を表１に示す。ここで、ＲｏはＪＩＳ  Ｍ  ８８１６の石炭のビトリニット平均最大反射率、ｌｏｇＭＦはギーセラープラストメータ法で測定した最高流動度（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｆｌｕｉｄｉｔｙ：ＭＦ）の常用対数値、揮発分（ＶＭ）、灰分（Ａｓｈ）はＪＩＳ  Ｍ  ８８１２の工業分析法による測定値である。【００７１】
図１に示した装置を用い、浸透距離の測定を行った。加熱方式は高周波誘導加熱式としたため、図１の発熱体８は誘導加熱コイルであり、容器３の素材は誘電体である黒鉛を使用した。容器の直径は１８ｍｍ、高さ３７ｍｍとし、上下面に貫通孔を有する材料として直径２ｍｍのガラスビーズを用いた。粒度２ｍｍ以下に粉砕し室温で真空乾燥した石炭試料２．０４ｇを容器３に装入し、石炭試料の上から重さ２００ｇの錘を落下距離２０ｍｍで５回落下させることにより試料１を充填した（この状態で試料層厚は１０ｍｍとなった。）。次に直径２ｍｍのガラスビーズを試料１の充填層の上に２５ｍｍの厚さとなるように配置した。ガラスビーズ充填層の上に直径１７ｍｍ、厚さ５ｍｍのシリマナイト製円盤を配置し、その上に膨張率検出棒１３として石英製の棒を置き、さらに石英棒の上部に１．３ｋｇの錘１４を置いた。これにより、シリマナイト円盤上にかかる圧力は５０ｋＰａとなる。不活性ガスとして窒素ガスを使用し、加熱速度３℃／分で５５０℃まで加熱した。加熱終了後、窒素雰囲気で冷却を行ない、冷却後の容器から、軟化溶融した石炭と固着していないビーズ質量を計測した。なお、上記の測定条件は、種々の条件での測定結果の比較により、発明者らが好ましい浸透距離の測定条件として決定したものであるが、浸透距離測定はこの方法に限られるものではない。【００７２】
なお、ガラスビーズ層の厚みは、浸透距離以上の層厚となるように配置すればよい。測定時にガラスビーズ層最上部まで溶融物が浸透してしまった場合には、ガラスビーズを増量して再測定を行なう。発明者らは、ガラスビーズの層厚を変更した試験を行ない、浸透距離以上のガラスビーズ層厚があれば、同一試料の浸透距離測定値は同じになることを確認している。浸透距離の大きい粘結材の測定を行なう際には、より大きな容器を用い、ガラスビーズの充填量も増やして測定を行なった。【００７３】
また、発熱体８として抵抗加熱による電気炉を用い、ガラス製の試料容器を用いて同様の方法で浸透距離を求めた場合でも、同一の銘柄については浸透距離の測定値が本実施例の方法とほぼ同一の値になることを確認した。【００７４】
【表１】
0005578293.tif 000002
【００７５】
浸透距離は固着したビーズ層の充填高さとした。ガラスビーズ充填層の充填高さと質量の関係をあらかじめ求め、軟化溶融した石炭が固着したビーズの質量よりガラスビーズ充填高さを導出できるようにした。その結果が（５）式であり、（５）式より浸透距離を導出した。【００７６】
Ｌ＝（Ｇ−Ｍ）×Ｈ  ・・・  （５）
ここで、Ｌは浸透距離［ｍｍ］、Ｇは充填したガラスビーズ質量［ｇ］、Ｍは軟化溶融物と固着していないビーズ質量［ｇ］、Ｈは本実験装置に充填されたガラスビーズの１ｇあたりの充填層高さ［ｍｍ／ｇ］を表す。【００７７】
浸透距離測定結果とギーセラー最高流動度（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｆｌｕｉｄｉｔｙ：ＭＦ）の対数値（ｌｏｇＭＦ）の関係を図９に示す。図９より、本実施例で測定した浸透距離は最高流動度と相関は認められるが、同じＭＦであっても浸透距離の値には差がある。例えば、本装置での浸透距離の測定誤差を検討した結果、同一条件で３回試験を行った結果について標準偏差が０．６であったことを考慮すると、最高流動度がほぼ等しい石炭Ａと石炭Ｃに対して、浸透距離に有意な差が認められた。【００７８】
次に、上述の限界浸透距離以上の浸透距離を有する石炭の粒度とコークス強度との関係を調査するべく、後述のように限界浸透距離未満の浸透距離を有する石炭Ａを２０ｍａｓｓ％配合した配合炭、限界浸透距離以上の浸透距離を有する石炭Ｆを２０ｍａｓｓ％配合した配合炭を作製し、石炭Ａ、Ｆのみの粒度を種々変更した場合の乾留後のコークス強度を測定した。【００７９】
従来のコークス強度を推定するための石炭配合理論において、コークス強度は主に、石炭のビトリニット平均最大反射率（Ｒｏ）と、ｌｏｇＭＦにより決定されると考えられてきた（例えば、非特許文献１参照）。したがって、配合炭全体の加重平均Ｒｏ、加重平均ｌｏｇＭＦは等しくなるように、種々の石炭を配合した配合炭を作製した（Ｒｏ＝０．９９、ｌｏｇＭＦ＝２．２）。石炭Ａならびに石炭Ｆについては粒径１ｍｍ未満１００ｍａｓｓ％、粒径３ｍｍ未満１００ｍａｓｓ％ならびに粒径６ｍｍ未満１００ｍａｓｓ％となるように粉砕し、それ以外の石炭については粒径３ｍｍ未満１００ｍａｓｓ％となるように粉砕し、これらの石炭を使用して表２記載の６水準の配合炭を作製した。なお、表２における配合炭中Ａ炭〜Ｒ炭の％（組成）は、すべて質量％を表わす。【００８０】
【表２】
0005578293.tif 000003
【００８１】
ここで、Ａ炭の浸透距離は８．０ｍｍと、（ハ）の基準による限界浸透距離未満である。Ｆ炭の浸透距離は１９．５ｍｍと、（ハ）の基準による限界浸透距離以上である。【００８２】
また、式（２）、式（３）の定数ａおよびａ’を、配合炭を構成する石炭のうち、ｌｏｇＭＦ＜２．５の範囲にある石炭の浸透距離及び最高流動度の値をもとに回帰直線の傾きを計算し、その傾きと一致する２．７０に決定した。式（３）の定数ｂは、本発明例の測定条件での標準偏差０．６の値の５倍から、３．０に決定した。これらの式を元に、本実施例で使用した粘結材の浸透距離及び最高流動度と、上記（イ）、（ロ）に示す限界浸透距離との位置関係を調べた結果を図１０、図１１にそれぞれ示す。図１０、図１１より、Ｆ炭は（イ）、（ロ）に示す限界浸透距離以上の石炭であり、Ａ炭は限界浸透距離未満である。【００８３】
表２記載の配合炭全体の水分を８ｍａｓｓ％になるように調整し、この配合炭１６ｋｇを、嵩密度７５０ｋｇ／ｍ３となるように乾留缶に充填し、その上に１０ｋｇの錘を乗せた状態で、炉壁温度１０５０℃の電気炉内で６時間乾留後、炉から取り出し窒素冷却し、コークスを得た。得られたコークスのコークス強度は、ＪＩＳ  Ｋ  ２１５１の回転強度試験法に基づき、１５ｒｐｍ、１５０回転後の粒径１５ｍｍ以上のコークスの質量割合を測定し、回転前との質量比をドラム強度ＤＩ１５０／１５として算出した。さらに、ＣＳＲ（熱間ＣＯ２反応後強度、ＩＳＯ１８８９４法に準拠して測定）、マイクロ強度（ＭＳＩ＋６５）の測定結果も示した。【００８４】
ドラム強度の測定結果を、表２に併せて示す。また、石炭Ａならびに石炭Ｆの最大粒径とドラム強度との関係を図１２に示す。どの粒度においても、上記限界浸透距離以上の石炭Ｆを配合した配合炭の方が、限界浸透距離未満の石炭Ａを配合した配合炭に比べて強度が低いことを確認した。Ａ炭とＦ炭のｌｏｇＭＦの値は大きくは違わず、配合炭の加重平均ｌｏｇＭＦの値も同じにした条件で実験を行なったにもかかわらず、コークス強度に差が見られたことから、本発明で測定した浸透距離の値は、強度に影響を及ぼす因子であり、かつ、従来因子では説明できない因子であることを確認した。また、上記限界浸透距離未満の石炭Ａを配合した配合炭と限界浸透距離以上の石炭Ｆを配合した配合炭の何れの場合も、石炭粒度を細かくすることで強度が向上することを確認した。特に上記限界浸透距離以上の石炭Ｆを配合した配合炭の場合、その石炭の粒度を細かくすることに伴う強度の向上が顕著に見られた。【００８５】
［実施例２］限界浸透距離以上の石炭をコークス炉に装入する場合の好ましい粒度の決定
次に、限界浸透距離以上の石炭をどの程度まで細かくすればよいかを実コークス炉を用いて検討した。一般に、通常の実コークス炉の操業において、石炭は個別の銘柄を所定の配合比率で混合した後に粉砕されることが多い。この時、配合炭の粒度は、ある規定の篩目に配合炭を通過させた際の、全質量に対する篩上または篩下の質量割合で管理されており、配合炭を構成する銘柄毎に粒度を調整することは煩雑である場合が多い。【００８６】
本発明者らは、限界浸透距離以上の石炭ないし粘結材の配合率を種々変更して作製した配合炭を実コークス炉で乾留し、乾留後のコークス強度としてドラム強度ＤＩ１５０／１５を測定し、配合炭の粒径６ｍｍ以上の割合とコークス強度との関係を調査し、その結果をもとに、限界浸透距離以上の石炭をどの程度まで粉砕すればよいかを調査した。【００８７】
使用した配合炭の平均性状、乾留温度ならびに乾留後の炭中温度を表３に示す。配合炭の平均性状、乾留温度ならびに乾留後炭中温度の変動幅を少なくして、これらの因子がコークス強度に及ぼす影響を極力排除するようにした。【００８８】
【表３】
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【００８９】
配合炭の粒径６ｍｍ以上の割合と測定したコークス強度との関係を図１３に示す。図１３が示すとおり、限界浸透距離以上の石炭の配合率が８ｍａｓｓ％以上１２ｍａｓｓ％未満と比較的多い場合には、粒径６ｍｍ以上の割合が増大し、全体の石炭粒度が粗くなると、コークス強度が低下することを確認した。これに対し、限界浸透距離以上の石炭が２ｍａｓｓ％以下の配合炭の場合には、石炭粒度が粗くなることによる強度低下はわずかであった。このことは、全体として同じ粒度の配合炭であっても、その中に限界浸透距離以上の石炭が含まれているとコークス強度が低下することを示している。このとき、配合炭中の６ｍｍ以上の粒子の割合が５質量％程度以下であれば、配合炭中に限界浸透距離以上の石炭を含んでいてもいなくても得られるコークスの強度は同程度となることがわかる。粉砕後の配合炭中に含まれる限界浸透距離以上の石炭のみの粒度を測定することは困難であるが、この実験結果より、６ｍｍ以上の粒子の含有量が５質量％以下となるまで限界浸透距離以上の石炭が粉砕されれば、限界浸透距離以上の石炭を配合することによるコークス強度の低下を抑止できることが推定される。これは、浸透距離の大きい石炭は図５に示したような粗大な欠陥を形成しやすいため、粒径の大きな石炭粒子の含有率を減らすことで粗大な欠陥の生成を抑止し、コークス強度の向上に顕著に寄与するものと考えられる。【００９０】
［実施例３］コークス工場において限界浸透距離以上の石炭が粒度６ｍｍ以上の含有率が５質量％にまで粉砕されるための個別銘柄の条件の決定
石炭は粉砕機に供給される粒度が粗いほど、また、石炭が硬いほど、同一の粉砕条件であれば、粉砕後の石炭の粒度が粗くなる。そこで、限界浸透距離以上の石炭が通常のコークス工場での粉砕によって粒度６ｍｍ以上の含有率が５質量％以下にまで粉砕されるための、供給石炭の粒度条件を調査した。その結果、平均的な限界浸透距離以上の個別銘柄の石炭のコークス工場での粉砕前粒度が、６ｍｍ以上の粒子の含有率で３０質量％以下であれば、コークス工場での粉砕によって６ｍｍ以上の含有率が５質量％の粒度にまで粉砕されることを見出した。【００９１】
また、石炭の硬さ（粉砕性）も考慮すると、粉砕前の石炭粒度が
粒径６ｍｍ以上の含有率（％）≦３０＋０．５×（ＨＧＩ−６０）・・・（１）
であれば、コークス工場での粉砕によって６ｍｍ以上の含有率が５質量％以下の粒度にまで粉砕されることを見出した。ここで、ＨＧＩはＪＩＳＭ８８０１に記載の粉砕性試験方法により求められる指数である。【００９２】
［実施例４］個別銘柄の粒度調整によるコークス強度向上効果
Ｇ炭の産地において、通常の採掘および選炭処理を行なって出荷する石炭中の６ｍｍ以上の粒子の含有率は３９質量％であるが、選炭後のＧ炭をインパクトクラッシャーで粉砕して、石炭中の６ｍｍ以上の粒子の含有率を３０質量％にした石炭を調整した（この石炭をＧ′炭とする）。Ｇ炭および、Ｇ′炭をコークス工場に入荷後、Ｇ炭またはＧ′炭の配合率を１０質量％とし、Ａ、Ｂ、Ｈ、Ｊ、Ｌ、Ｎ、Ｏ、Ｒ石炭と配合して加重平均反射率＝１．０１％、加重平均ｌｏｇＭＦ＝２．４の配合炭を調製した。この時、Ｇ炭およびＧ′炭の浸透距離は、実施例１記載の方法で測定した値で１９．０ｍｍであり、（イ）〜（ハ）いずれの基準でも限界浸透距離以上の石炭である。【００９３】
Ｇ炭を配合した配合炭ｇ、Ｇ′炭を配合した配合炭ｇ′をそれぞれ、コークス工場に設置されたインパクトクラッシャーで粉砕し、３ｍｍ以下の粒子の含有率が７８質量％となるように粉砕した。この時、粉砕後の配合炭ｇまたはｇ′の６ｍｍ以上の粒子の含有率は５．５質量％であった。この配合炭をコークス炉で稼働率１２５％の条件で乾留し、生成したコークスを乾式消火した後、ＪＩＳドラム強度ＤＩ１５０／１５指数を測定した。配合炭ｇ炭から得られたコークスの強度指数は８２．９であったのに対し、配合炭ｇ′から得られたコークスの強度指数は８３．１であり、コークス工場入荷前の個別銘柄の石炭を、石炭中の６ｍｍ以上の粒子の含有率を３０質量％に調整することでコークス強度が向上することが確認された。【００９４】
［比較例１］
Ｇ炭を用いる代わりにＫ炭（産地からの通常の出荷時の６ｍｍ以上の粒子含有率３７質量％）を用いて、同様の試験を行なったところ、Ｋ炭中の６ｍｍ以上の粒子の含有率を３０質量％にした場合としなかった場合においてどちらもコークス強度が８３．０であり、コークス強度の向上効果は認められなかった。Ｋ炭は、（イ）〜（ハ）いずれの基準でも限界浸透距離未満の石炭であり、本発明の方法を限界浸透距離以上の石炭に適用する効果が確認された。
【符号の説明】
【００９５】
１    試料
２    上下面に貫通孔を有する材料
３    容器
５    スリーブ
７    温度計
８    発熱体
９    温度検出器
１０    温度調節器
１１    ガス導入口
１２    ガス排出口
１３    膨張率検出棒
１４    錘
１５    変位計
１６    円形貫通孔
１７    充填粒子
１８    充填円柱
１９    限界浸透距離以上の石炭または粘結材
２０    限界浸透距離未満の石炭または粘結材
２１    気孔
２２    粗大な欠陥
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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