(57)【要約】【課題】副生炭を主原料とするコークスを提供する。【解決手段】成形用原料を塊状に成形して成形物となし、この成形物を乾留して得られるコークスであって、前記成形用原料は、石炭を溶剤で抽出処理して無灰炭を製造する過程で生じた副生炭と、石炭と、水分と、からなり、前記石炭は、当該成形用原料の５質量％［乾燥基準］以下（０質量％を含む）であり、当該原料の水分含有量は、８質量％［乾燥基準］以下（０質量％を含む）であることを特徴とするコークス。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形用原料を塊状に成形して成形物となし、この成形物を乾留して得られるコークスであって、前記成形用原料は、石炭を溶剤で抽出処理して無灰炭を製造する過程で生じた副生炭と、石炭と、水分と、からなり、前記石炭は、当該成形用原料の５質量％［乾燥基準］以下（０質量％を含む）であり、当該原料の水分含有量は、８質量％［乾燥基準］以下（０質量％を含む）であることを特徴とするコークス。
【請求項２】
高炉装入用コークスとして用いられる請求項１に記載のコークス。
【請求項３】
中心装入用コークスとして用いられる請求項２に記載のコークス。
【請求項４】
鉱石層混合用コークスとして用いられる請求項２に記載のコークス。
【請求項５】
鋳物用コークスとして用いられる請求項１に記載のコークス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭を溶剤で抽出処理して無灰炭を製造する過程で生じる副生炭を主原料とするコークスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、低灰分の炭素材料の原料という観点で、いわゆる、無灰炭（ハイパーコール）の開発が活発に進められている。無灰炭とは、石炭を溶剤で抽出処理し、この溶剤に溶ける成分だけを分離して、その後、溶剤を除去することによって、製造されたものである（たとえば、特許文献１参照）。この無灰炭は、構造的には、縮合芳香環が２ないし３環の比較的低分子量の成分から、５、６環程度の高分子量成分まで広い分子量分布を有する。また、無灰炭は、灰分が溶剤には溶けないため、実質的に灰分を含まず、加熱下で高い流動性を示し、熱流動性に優れる。石炭の中には粘結炭のように４００℃前後で熱可塑性を示すものもあるが、無灰炭は、一般的に、原料石炭の品位に関わらず２００〜３００℃で溶融する（軟化溶融性がある）。そこで、この特性を生かしてコークス製造用バインダとしての応用開発が進められており、また、近年においては、この無灰炭を炭素材料原料として用いることで炭素材料を製造することが試みられている。
【０００３】
この無灰炭の製造においては、石炭を溶剤で抽出処理し、溶剤に可溶な成分を含む溶液（抽出液）を分離することで、溶剤に不溶な成分を含む残渣（固形分濃縮液）が生じる。そして、この残渣から溶剤を除去し、副生炭を得ることができる（たとえば、特許文献２参照）。副生炭は、灰分が含まれるものの水分が微量であり、発熱量も十分に有している。したがって、たとえば、コークス原料の配合炭の一部として使用するか、または、コークス原料炭とせずに、ボイラー燃料など各種の燃料用として利用するかが検討されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２６７９１号公報
【特許文献２】特許第４０６１３５１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、副生炭を、単にコークス配合炭の一部として非微粘炭の一部に置換して使用するだけでなく、コークスの主原料として、より積極的に利用できないかとのニーズがあった。
【０００６】
本発明は、前記ニーズに鑑みてなされたものであり、その課題は、副生炭を主原料とするコークスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、成形用原料を塊状に成形して成形物となし、この成形物を乾留して得られるコークスであって、前記成形用原料は、石炭を溶剤で抽出処理して無灰炭を製造する過程で生じた副生炭と、石炭と、水分と、からなり、前記石炭は、当該成形用原料の５質量％［乾燥基準］以下（０質量％を含む）であり、当該原料の水分含有量は、８質量％［乾燥基準］以下（０質量％を含む）であることを特徴とするコークスである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、高炉装入用コークスとして用いられる請求項１に記載のコークスである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、中心装入用コークスとして用いられる請求項２に記載のコークスである。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、鉱石層混合用コークスとして用いられる請求項２に記載のコークスである。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、鋳物用コークスとして用いられる請求項１に記載のコークスである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、少量の無灰炭成分を含有する副生炭を主成分とする成形用原料を成形して乾留することで、乾留中において、前記副生炭中の無灰炭成分が軟化・溶融して粘結性を発現しバインダとして作用する一方、無灰炭成分を除く副生炭本体部分は軟化溶融せず膨張性がなく内部に気孔が生成しないので、通常のコークスと少なくとも同程度の強度を有しつつ、通常のコークスよりも高密度のコークスが得られる。また、このような高密度のコークスは、高炉装入用コークス（特に、中心装入用コークスや鉱石層混合用コークス）、あるいはキューポラ等の鋳物用コークスとして、好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るコークスを製造するために使用される副生炭を製造するための改質炭製造装置を模式的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明に係るコークス（以下、「副生炭コークス」ともいう。）を製造する方法について説明する。副生炭コークスは、副生炭を主成分とする成形用原料を塊状に成形した後、その成形物を乾留して得られるものであるが、この副生炭は、無灰炭を製造する過程で生じる残渣から製造されるものである。なお、無灰炭および副生炭は、石炭を改質することで得られた改質炭である。
【００１５】
ここで、副生炭コークスを製造するための各工程について具体的に説明する前に、図１に示す構成図を参照して、本発明に用いる副生炭を製造するための改質炭製造装置の一例について簡単に説明する。
【００１６】
図１に示すように、改質炭製造装置１は、溶剤を供給する溶剤供給槽２と、石炭を供給する石炭供給槽３と、溶剤供給槽２と石炭供給槽３とからの供給物を受けてスラリーを調製した後、当該スラリーから溶剤に可溶な石炭成分（溶剤可溶成分）を抽出する抽出槽４と、溶剤可溶成分を含む溶剤（抽出液）と溶剤に不溶な石炭成分を含む残渣とを分離する分離槽５と、分離槽５で分離した抽出液から溶剤を除去して無灰炭を回収する無灰炭回収槽６と、分離槽５で分離した残渣のスラリーから溶剤を除去して副生炭を回収する副生炭回収槽７と、を備えている。
【００１７】
ここで、無灰炭回収槽６で抽出液から除去された溶剤は、再び溶剤供給槽２に戻して再利用してもよい。同様に、副生炭回収槽７で残渣から除去された溶剤は、再び溶剤供給槽２に戻して再利用してもよい。無灰炭回収槽６で回収された無灰炭は、灰分が溶剤に溶解されないため実質的に灰分を含んでおらず、水分は概ね０．５質量％以下であり、また原料石炭よりも高い発熱量を示す。この無灰炭は、各種炭素材料の原料や、製鉄コークスおよび成形炭のバインダ等として使用することができる。
【００１８】
なお、分離槽５における溶剤可溶成分と溶剤に不要な成分の分離を完全に行えば、上記のように実質的に灰分を含まない無灰炭を製造することができるが、経済的合理性と製品性能を追求する観点から、ある程度の灰分や不要な石炭成分が無灰炭に混入することは許容される。たとえば１〜３質量％の灰分が無灰炭に含まれても用途によっては差し支えない。
【００１９】
一方、副生炭回収槽７で回収された副生炭は、溶剤に溶解しなかった灰分を含む。この副生炭は、灰分が含まれるものの水分が微量であり、発熱量も十分に有している。
【００２０】
以下、このような構成の改質炭製造装置１を例にして、本発明に係る成形物を製造する方法の一実施形態について説明する。本発明に係る成形物を製造する方法は、改質炭製造工程と、成形工程と、を含むものである。以下、各工程について説明する。
【００２１】
＜改質炭製造工程＞
本発明の改質炭製造工程は、副生炭を回収する工程である。さらに、無灰炭を回収する工程でもある。すなわち改質炭製造工程は、副生炭回収工程と、無灰炭回収工程とからなる。具体的には、まず、石炭供給槽３から供給された石炭と、溶剤供給槽２から供給された溶剤とを混合して前記石炭から前記溶剤に可溶な石炭成分を抽出槽４で抽出する。その後、分離槽５で抽出液と残渣に分離し、副生炭回収槽７で蒸留法又は蒸発法によって前記残渣から前記溶剤を分離して副生炭を回収する。さらにここでは、無灰炭回収槽６で蒸留法又は蒸発法によって前記抽出液から前記溶剤を分離して無灰炭を回収する。ここで、抽出液とは、溶剤に抽出された石炭成分を含む溶液をいい、残渣とは、溶剤に不溶な石炭成分（灰分を含む石炭すなわち灰炭）を含む溶質をいう。
【００２２】
改質炭（無灰炭および副生炭）を得る方法は、公知の方法を用いることができ、溶剤種や製造条件は、石炭の性状や、炭素材料等、使用用途の原料としての設計を鑑みて、適宜選択されるものである。典型的な方法は、石炭に対して大きな溶解力を持つ溶媒、多くの場合、芳香族溶剤（水素供与性あるいは非水素供与性の溶剤）と石炭を混合して、それを加熱し、石炭中の有機成分を抽出する、という方法である。しかし、より高効率、かつ安価に改質炭を得るため、たとえば、次の方法により改質炭を製造することが好ましい。その方法では、まず、抽出槽４において、石炭供給槽３から供給された石炭と、溶剤供給槽２から供給された非水素供与性溶剤とを混合した混合物（スラリー）を加熱して、非水素供与性溶剤に可溶な石炭成分を抽出する。次に、分離槽５において、抽出後のスラリーを抽出液と残渣に分離する。そして、無灰炭回収槽６において、前記抽出液から、前記非水素供与性溶剤を分離することで無灰炭を回収する。また、副生炭回収槽７において、前記残渣から、前記非水素供与性溶剤を分離することで副生炭を回収する。
【００２３】
溶剤抽出用の石炭としては、特に制限はなく、抽出率（無灰炭回収率）の高い瀝青炭でもよいし、より安価な劣質炭（亜瀝青炭、褐炭）でもよい。なお、石炭はできるだけ小さい粒子に粉砕しておくのが好ましく、粒径（最大長さ）１ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００２４】
非水素供与性溶剤は、主に石炭の乾留生成物から精製した、２環芳香族を主とする溶剤である石炭誘導体である。この非水素供与性溶剤は、加熱状態でも安定であり、石炭との親和性に優れているため、溶剤に抽出される可溶成分（ここでは石炭成分）の割合（以下、抽出率ともいう）が高く、また、蒸留等の方法で容易に回収可能な溶剤である。非水素供与性溶剤の主たる成分としては、２環芳香族であるナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、トリメチルナフタレン等が挙げられ、その他、非水素供与性溶剤の成分としては、脂肪族側鎖をもつナフタレン類、アントラセン類、フルオレン類、また、これにビフェニルや長鎖脂肪族側鎖をもつアルキルベンゼンが含まれる。
【００２５】
非水素供与性溶剤を使用して加熱抽出することにより、石炭の抽出率を高めることができる。また、極性溶剤とは違い、容易に溶剤を回収することができるため、溶剤を循環使用しやすい。さらに、高価な水素や触媒等を用いる必要がないため、安価なコストで石炭を可溶化して改質炭を得ることができ、経済性の向上を図ることができる。なお、本発明では、溶剤として、２環芳香族化合物を例とする非水素供与性溶剤に限定するものではない。すなわち、テトラリンや石炭液化油等の水素供与性溶剤は高価であるが一般に高い無灰炭収率を与えるので、溶剤として水素供与性溶剤を用いることも本発明の範囲内である。
【００２６】
溶剤に対する石炭濃度は、原料石炭の種類にもよるが、乾燥炭基準で１０〜５０質量％の範囲が好ましく、２０〜３５質量％の範囲がより好ましい。溶剤に対する石炭濃度が１０質量％未満では、溶剤の量に対し、溶剤に抽出する石炭成分の割合が少なくなり、経済的ではない。一方、石炭濃度は高いほど好ましいが、５０質量％を超えると、調製したスラリーの粘度が高くなり、スラリーの移動や抽出液と残渣との分離が困難となりやすい。
【００２７】
スラリーの加熱温度は、３００〜４５０℃の範囲とするのが好ましい。加熱温度をこの範囲とすることにより、石炭を構成する分子間の結合が緩み、緩和な熱分解が起こり、抽出率が最も高くなる。加熱温度が３００℃未満では、石炭を構成する分子間の結合を弱めるのに不十分となりやすく、抽出率が向上しにくい。一方、４５０℃を超えると、石炭の熱分解反応が非常に活発になり、生成した熱分解ラジカルの再結合が起こるため、抽出率が向上しにくく、また、石炭の変質が起こりにくくなる。なお、より好ましくは、３５０〜４００℃である。
【００２８】
加熱時間（抽出時間）は、溶解平衡に達するまでの時間が規準であるが、それを実現することは経済的に不利である。したがって、石炭の粒子径、溶剤の種類等の条件によって異なるので一概には言えないが、通常は１０〜６０分程度である。加熱時間が１０分未満では、石炭成分の抽出が不十分となりやすく、一方、６０分を超えても、それ以上抽出が進行しないため、経済的ではない。
【００２９】
非水素供与性溶剤に可溶な石炭成分の抽出は、不活性ガスの存在下で行うことが好ましい。酸素に接触すると、発火する恐れがあるため危険であり、また、水素を用いた場合には、コストが高くなるためである。用いる不活性ガスとしては、安価な窒素を用いることが好ましいが、特に限定されるものではない。また、圧力は、抽出の際の温度や用いる溶剤の蒸気圧にもよるが、１．０〜２．０ＭＰａが好ましい。圧力が溶剤の蒸気圧より低い場合には、溶剤が揮発して液相に閉じ込められず、抽出できない。溶剤を液相に閉じ込めるには、溶剤の蒸気圧より高い圧力が必要となる。一方、圧力が高すぎると、機器のコスト、運転コストが高くなり、経済的ではない。
【００３０】
このようにして石炭成分を抽出した後のスラリーを抽出液と残渣に分離する。  スラリーを抽出液と残渣とに分離する方法としては、各種の濾過方法や遠心分離による方法が一般的に知られている。しかしながら、濾過による方法ではフィルタの頻繁な交換が必要であり、また、遠心分離による方法では未溶解石炭成分による閉塞が起こりやすく、これらの方法を工業的に実施するのは困難である。したがって、流体の連続操作が可能であり、低コストで大量の処理にも適している重力沈降法を用いることが好ましい。これにより、前記分離槽５に相当する重力沈降槽の上部からは、溶剤に抽出された石炭成分を含む溶液である抽出液（以下、上澄み液ともいう）を、重力沈降槽の下部からは溶剤に不溶な石炭成分を含む溶質である残渣（以下、固形分濃縮液ともいう）を得ることができる。なお、抽出液と残渣は、完全に分離するのが理想的であるが、わずかではあるものの、抽出液の一部に残渣が混入したり、残渣の一部に抽出液が混入したりする。
【００３１】
そして、この上澄み液（抽出液）から、非水素供与性溶剤を分離することにより、無灰炭を得る。また、固形分濃縮液（残渣）から、非水素供与性溶剤を分離することにより、副生炭を得る。上澄み液や固形分濃縮液から溶剤を分離する方法は、一般的な蒸留法や蒸発法（スプレードライ法等）等を用いることができ、上澄み液からは、実質的に灰分を含まない無灰炭を得ることができる。また、固形分濃縮液からは、灰分を含む副生炭を得ることができる。なお、副生炭の回収と無灰炭の回収は、どちらを先に行なってもよく、同時に行なってもよい。そして、このようにして改質炭製造装置１で製造された副生炭は、成形工程に供される。
【００３２】
ここで、固形分濃縮液（残渣）から非水素供与性溶剤を分離して副生炭を回収するに際し、非水素供与性溶剤の沸点以上の温度で行う蒸留法又は蒸発法によって非水素供与性溶剤を分離するようにしているため、固形分濃縮液から回収して得られた副生炭は、たとえば、温度が１５０〜３００℃程度の高温状態であり、水分量が０．２〜３．０質量％程度の乾燥状態である。
【００３３】
また、固形分濃縮液から回収して得られた副生炭は、微粉状であり、粒径（最大長さ）は０．２〜１．０ｍｍ程度である。ただし、副生炭の中には、粒径（一次粒径）が０．２〜１．０ｍｍ程度の粒子が凝集した二次粒子も併せて存在する。この二次粒子の粒径（二次粒径）は、副生炭の回収条件にもよるが、たとえば、０．２〜５０ｍｍ程度である。
【００３４】
このように、副生炭が微粉状で得られるのは、改質炭製造工程において通常３ｍｍ以下、あるいは１ｍｍ以下の原料石炭が使用されるが、前記抽出過程で石炭粒子の溶解、崩壊、微細化が進行するためである。このように、副生炭はもともと微粉状で得られるため、後段の成形物の作製に先立って、副生炭を微粉にまで粉砕する工程が基本的には不要（ただし、凝集して粗大化した二次粒子が混在する場合は解砕や粉砕を必要とする場合があるものの、その負荷は石炭を粉砕する場合に比べてそれほど大きくない。）となり、粉砕コストが削減でき、副生炭を用いることによりコークス製造コストが低減できる。これに対して、副生炭を用いずに石炭だけで成形物を作製しようとすると、石炭を微粉化するか、あるいはバインダを添加する必要があり、コークスの製造コストが上昇する問題があった。
【００３５】
＜成形工程＞
成形工程は、前記回収された副生炭を主成分として、バインダを使用することなく、塊状に成形して成形物とする工程である。ここでいう成形物とは、副生炭を主成分とする成形用原料を塊状に成形することで得られた、所定の立体構造を持つ成形体のことである。成形物の成形は、たとえば、圧縮成形や、２ロール式タブレット成形等の成形機を用いて成形物を成形することができる。
【００３６】
成形用原料は、成形時において、後述するように水分を含有させることがあるため、１２０℃以下であることが好ましいが、一方、室温よりもある程度高いほうが成形が容易で、強度が一層向上した成形物が得られる。具体的には３０℃以上であることが好ましく、６０〜９０℃の範囲であることがさらに好ましい。このような温度は、成形用の金型に成形用原料が充填された時点におけるものとする。したがって、成形用原料の温度が低い場合は、成形時の温度が３０℃以上になるように、あらかじめヒータ等で成形用原料を加熱してから金型に充填してもよく、あるいは金型をヒータ等で加熱して成形しながら加熱するようにしてもよい。
【００３７】
なお、成形物は、乾留後に得られるコークスの強度を確保するため、成形用原料の９０質量％［乾量基準］以上、好ましくは９５質量％［乾量基準］以上を副生炭が占めるように副生炭を主成分とする。ここに、「質量％［乾量基準］」とは、乾燥状態の成形用原料に対する質量％を意味する。
【００３８】
また、成形物の成形に際し、改質炭製造工程で得られた副生炭が、前記粗大な二次粒子を混在させる場合には、解砕や粉砕して、副生炭の粒径調整を行い、この粒径調整された副生炭を成形機に導くようにしてもよい。
【００３９】
また、成形物の成形に際し、連続成形における粉状の副生炭の流れ性を改善する目的で、副生炭に対して、１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下に粒径調整された粉状の石炭を加えて成形機に導くようにしてもよい。前記粉状の石炭は、その粒径を小さくするほど成形物の強度が上昇するが、５０μｍ以下の割合が３０質量％以上になるとかえって成形しにくくなるのでよくない。なお、例えば、粒径が１ｍｍ以下の粉状の石炭とは、粉砕後の粉砕炭を目開き１ｍｍ以下の篩（金属製網ふるい、規格番号ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１−１（２００６））でふるった際の篩い下の粉末であることを意味する。副生炭に前記粉状の石炭を添加する場合には、添加量が多すぎるとコークスの強度が低下するので、これらを含めた全体（成形用原料）の質量に対する当該粉状の石炭の割合は、多くとも５質量％［乾量基準］とする。このように粉状等にして添加する石炭の種類は、とくに限定されるものではなく、強粘結炭、準強粘結炭、弱粘結炭、非粘結炭、ボイラー用石炭などから任意に選択することができる。
【００４０】
また、成形物の成形に際し、成形をより効率的に（高生産性で）行うために、成形用原料の水分含有量を調整することが好ましい。ただし、成形用原料の水分含有量を高くしすぎると、成形物の見掛け密度が低下し、乾留後に得られるコークスの見掛け密度も低下し（すなわち、気孔率が上昇し）、所望の密度を有するコークスが得られなくなる。よって、成形用原料の水分含有量は８質量％以下とする。成形の効率化の観点からいえば、成形用原料の水分含有量の好適範囲は０．５〜８質量％、さらには１〜３質量％である。
【００４１】
また、成形物のサイズは、要求により適宜変更することができる。たとえば、φ９０ｍｍ×９０ｍｍＨの円柱状（体積５７０ｃｍ３）である。
【００４２】
以上説明したように、成形物を製造する方法は、改質炭製造工程、成形工程を含むものである。そして、この成形物を製造する方法には、前記各工程に悪影響を与えない範囲において、前記各工程の間あるいは前後に、たとえば、原料石炭を粉砕する石炭粉砕工程や、ごみ等の不要物を除去する除去工程等、他の工程を含めてもよい。
【００４３】
＜乾留工程＞
乾留工程では、前記成形物を乾留してコークスを製造する。乾留には、公知の方法を用いることができる。たとえば、室炉、あるいは連続式乾留炉（シャフト炉）が挙げられる。乾留条件は、特に限定されず、通常の乾留条件を採用できる。たとえば、乾留温度は、９５０〜１２００℃、より好ましくは１０００℃〜１０５０℃、乾留時間は、８〜２４ｈ、より好ましくは１０〜２０ｈである。
【００４４】
前記の条件で成形物を乾留すると、その昇温過程において、副生炭中に残留する無灰炭成分が軟化し溶融して粘結性が発現しバインダとして作用する一方、無灰炭成分を除く副生炭本体部分は軟化溶融せず膨張性がないので内部に気泡が発生しない。そして、さらに高温になると無灰炭成分が再固化してコークス化するので、通常のコークスと少なくとも同程度の強度が得られるとともに、内部に気孔が生成しないので、通常のコークスよりも高い密度のコークスが得られる。
【００４５】
製造されたコークス（副生炭コークス）の強度および密度は、強度指数ＤＩ６００９．５で８５以上８８未満、気孔率で３６％以下のものが好適である。このような強度および密度は、たとえば、副生炭中の無灰炭成分の含有量や成形物中の副生炭の割合に応じて、水分の添加量を適宜調整すること等で実現できる。なお、強度指数ＤＩ６００９．５の好適範囲の上限を８８としたのは、コークスの製造コストを勘案した経済性の観点からである。
【００４６】
なお、後述するように、副生炭コークスは、高炉操業において通常のコークスと併用する（すなわち、通常のコークスの一部を副生炭利用コークスに置換する）ことから、たとえば、乾留を室炉で行う場合、一部の炭化室で副生炭コークスを製造しつつ、他の残りの炭化室で通常のコークスを製造することが推奨される。もちろん、たとえば、定期的に室炉の全炭化室を用いて副生炭利用コークスを造り溜めするようにしてもよい。
【００４７】
次に、前記のようにして製造した副生炭コークスを高炉装入用コークスとして用いる方法について説明する。
【００４８】
＜高炉装入用コークス＞
前記のようにして製造した副生炭コークスは、高炉用の通常のコークスと少なくとも同等の強度を有し、通常のコークスよりも高い密度を有しているので、高炉装入用コークスとして、通常のコークスとともに、高炉炉頂から装入して用いることができる。
【００４９】
副生炭コークスは、通常のコークスと混合して、コークス層を形成するように装入してもよいが、中心装入用コークス、あるいは鉱石層混合用コークスとして、通常のコークスとは別途装入して用いるようにすることが特に推奨される。
【００５０】
すなわち、コークス中心装入法は、通常の装入とは別ルートで高炉中心部へ一部のコークスを装入する方法である。この装入法によって、高炉中心部において鉱石量を減少させることでカーボンソリューションロス反応が抑制され、粉発生の少ない健全なコークスが炉芯に供給されることとなる。その結果、炉芯の通液性が良好となり、出銑に際して溶銑は炉床の中心部を通って流出する。すなわち、炉床における溶銑の環状流が抑制されて、炉床壁温度の上昇を防止でき、炉寿命を延長できる。
【００５１】
ここで、高密度の副生炭コークスを中心装入用コークスとして用いると、その高密度化による慣性力増大の作用により炉芯の高さが減少し、その結果、不安定化に陥った炉芯を回復できるとともに、流動域が広くなり、かつ、ピストンフロー領域が炉下部まで拡がるため棚吊りなどの非定常現象を抑える働きも得られ（河合秀樹ら，「中心装入粒子の密度や摩擦特性が高炉内固体粒子流れと炉芯挙動に与える影響の数値解析」，鉄と鋼，社団法人日本鉄鋼協会，２００８年，第９４巻，第４号，ｐ．１０７−１１４参照）、前記中心コークス法の効果をより確実に発揮させることが可能となる。
【００５２】
一方、コークス混合装入法は、鉱石中に少量のコークスを混合させて高炉に装入し鉱石層を形成させる方法であり、鉱石層内で鉱石のガス還元により発生したＣＯ２をコークスでＣＯに再生することによって鉱石の還元性を向上させ、軟化融着帯の通気性を向上させることにより、高炉の安定操業、還元材比を低減させる。
【００５３】
ここで、高密度の副生炭コークスを鉱石層混合用コークスとして用いると、鉱石との見掛け密度の差が小さくなるため、鉱石層内でのコークスの偏析が抑制され、鉱石層内でのガスの偏流が抑制され、シャフト部におけるガス流れが改善され、前記コークス混合装入の効果をより確実に発揮させることが可能になる。なお、一般的には、コークスの密度が高くなるとガス化反応性が低下することが知られており、鉱石の還元性向上作用を阻害することが懸念される。しかしながら、副生炭コークスは、高濃度の灰分中に含まれる金属元素（Ｆｅ等）のガス化反応に対する触媒作用により、密度が高い割りにはガス化反応性は小さくなく、鉱石の還元性向上作用を阻害することはない。
【００５４】
なお、副生炭コークスは、その灰分含有量が１０〜２０質量％程度（後記実施例参照）と、通常のコークスの１０質量％未満に比べて高くなるため、通常のコークスとともに高炉に装入すると、高炉内で生成されるスラグ量の増加が懸念される。しかしながら、高炉に装入されるコークス全量のうち、中心装入用や鉱石層混合用として用いられるコークスの割合は、多くともそれぞれ数質量％程度であることから、高炉に装入されるコークス全体に対する灰分含有量は、それほど高くならず、高炉内で生成されるスラグ量にはほとんど影響を及ぼさない。
【００５５】
次に、副生炭コークスを鋳物用コークスとして用いる方法について説明する。
【００５６】
副生炭コークスは、高強度でかつ高密度であるので、上述の高炉の中心装入用コークスや鉱石層混合用コークスとしての適用の他、鋳物用コークスとしても好適に用いることができる。
【００５７】
すなわち、鋳鉄溶解炉として代表的なキュポラでは、シャフト炉の熱源および加炭材としてコークスが使用されるが、コークスの中でも特別に高密度かつ大塊状でしかも粒径が揃ったコークス（たとえば６０ｍｍ以上の塊）、いわゆる鋳物用コークスが使用される。このようなコークスを製造するためには、従来は、通常の原料炭に加えて、無煙炭や石油コークスを２０〜４０質量％、さらにピッチを５〜１５質量％使用している（コークスノート  ２００１年版、ｐ．１０１）。無煙炭や石油コークスの割合を高くするのは、これらの原料は乾留過程で膨張することがなく、コークス密度の低下の原因になる気孔の生成を抑制できるからである。また、ピッチは、粘結性のない無煙炭や石油コークスの使用によってコークス強度が低下することを補うために使用される。鋳物用コークスと高炉製鉄用コークスの典型的な物性を以下に示す（コークスノート  ２００１年版、ｐ．３４−３５）。
【００５８】
気孔率（％）      真密度（ｇ／ｃｍ３）
高炉製鉄用コークス        ４９              １．８４〜１．８６
鋳物用コークス            ３６〜４０        １．８４〜１．９１
【００５９】
副生炭コークスは、下記の実施例で示すように、前記鋳物用コークスの物性を満足するので、鋳物用コークスとしても好適に用いることができる。
【００６０】
なお、副生炭コークスは、その灰分含有量が１０〜２０質量％程度（後記実施例参照）と、鋳物用コークスとして許容される１０質量程度に比べてやや高くなるため、単独での使用は躊躇されるが、通常の鋳物用コークスと併用してコークス全体の灰分含有量を１０質量％程度以下に調整することで、問題なく使用できる。
【実施例】
【００６１】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって限定されるものではなく、前・後記の趣旨に適合しうる範囲で適宜変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００６２】
［副生炭の製造］
オーストラリア産瀝青炭を原料石炭（灰分量：６．８質量％）とし、この原料石炭５ｋｇに対し、４倍量（２０ｋｇ）の溶剤（１−メチルナフタレン（新日鉄化学社製））を混合してスラリーを調製した。このスラリーを１．２ＭＰａの窒素で加圧して、内容積３０Ｌのバッチ式オートクレーブ中３７０℃、１時間の条件で抽出処理した（前述した図１の抽出槽４による処理に相当する）。このスラリーを同一温度、圧力を維持した重力沈降槽内で上澄み液（抽出液）と固形分濃縮液とに分離した（前述した図１の分離槽５による処理に相当する）。次いで、この固形分濃縮液から窒素気流を用いる蒸留法で溶剤を分離・回収して、副生炭を得た（前述した図１の副生炭回収槽７による処理に相当する）。上記溶剤抽出による無灰炭と副生炭の収率は、それぞれ、５１質量％と４６質量％であった。また、得られた粉状の副生炭は、水分量：０．１質量％、灰分量：１２．５質量％、副生炭中に残存する無灰炭濃度：１．０〜５．０質量％の範囲内であった。
【００６３】
［成形工程］
このようにして得られた副生炭を１ｍｍ以下に粉砕し、バインダを添加することなく、石炭と水分とをそれらの添加量を種々変化させて添加し、下記表１に示す、石炭の配合比率または水分含有量が種々異なる成形用原料を作製した。なお、石炭としては、前記原料石炭（オーストラリア産瀝青炭）を１ｍｍ以下に粉砕したものを用いた。そして、この成形用原料を内径９０ｍｍの金型に３５０ｇ充填し、面圧：３トン／ｃｍ２を掛けて金型温度１００℃で円柱状のタブレット（成形物）に成形した。成形されたタブレットについて、水分含有量、見掛け密度および圧塊強度を測定した。なお、タブレットの見掛け密度は、その直径および高さと質量から算出した。また、圧塊強度は、圧塊試験機を用いて、円柱状のタブレット中心軸に対して垂直の方向に圧縮荷重を掛けて、破壊に至る荷重を測定することにより求めた。
【００６４】
［乾留工程］
そして、このようにして製造したタブレット（成形物）について、小型加熱炉を用いてＮ２雰囲気下で、乾留温度：１０００℃、昇温速度３℃／ｍｉｎの条件で乾留を行った。
【００６５】
［コークス物性の測定］
前記乾留によりコークス化したタブレット（コークス）について、落下強度、ならびに、真密度および気孔率の測定を行った。なお、落下強度は、落下強度試験機を用いて、ＪＩＳ  Ｋ２１５１に準拠して測定した。
【００６６】
［試験結果］
試験結果を表１に示す。乾留後のタブレット（コークス）について、気孔率３６％以下でかつ落下強度８５以上が得られた場合を合格とした。なお、表１において、本発明の規定範囲を外れるもの、合格基準を満たさないものについては、数値等に網掛けを施して示す。
【００６７】
【表１】
2014009284.tif 000003
【００６８】
前記表１に示すように、試料Ｎｏ．１〜４，６，７は、本発明の要件を満たす発明例であり、乾留後のコークスの物性が合格基準を満たしており、十分な強度を有するとともに、密度の高いコークスが得られている。
【００６９】
これに対して、試料Ｎｏ．５は、成形用原料中の水分が過剰であり、一方、試料Ｎｏ．８，９は、成形用原料中の石炭が過剰であり、いずれも、乾留後のコークスの物性は合格基準を満たしていない。
【００７０】
よって、本発明に係るコークス（副生炭コークス）は、コークスとして非常に高強度かつ高密度であり、高炉用コークス、特に、中心装入用または鉱石層混合用のコークスとして、あるいは、キューポラ等の鋳物用コークスとして、好適に用いうることを確認できた。
【符号の説明】
【００７１】
１…改質炭製造装置
２…溶剤供給槽
３…石炭供給槽
４…抽出槽
５…分離槽
６…無灰炭回収槽
７…副生炭回収槽
【図１】
2014009284.tif 000004