(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭乾留時に石炭が軟化溶融して生成する異種石炭間界面の接着強度評価方法において、２種類の石炭を０．２５ｍｍ以下の粒径になるように調整し、１００ＭＰａ以上の圧力で１０秒以上保持して一方の石炭の成形物を作成し、さらに前記成形物にもう一方の石炭を接触させながら１００ＭＰａ以上の圧力で１０秒以上保持して前記成形物とまとめて成形し、不活性ガス雰囲気下で乾留してコークス化したものに対し、異種石炭間界面上に存在する空隙割合を測定し、該界面上の接着部分の存在率を接着強度指数とし、前記接着強度指数が大きいことを異種石炭間界面の接着強度が高いと評価することを特徴とする異種石炭間界面の接着強度評価方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
コークス製造用石炭にとって、軟化溶融時の接着特性は非常に重要な性質である。高炉用コークスにおいては、高炉内通気性を維持するため、堅牢なコークスの製造が求められている。石炭は乾留により、軟化溶融して互いに接着し、コークスとなる。従って、石炭の接着特性の違いがコークス強度に大きな影響を及ぼしているといえる。
【０００２】
高炉用コークスを製造する際には、通常複数種類（１０品種以上）の石炭を配合している。石炭は産出国、炭鉱、炭層においてその性質が異なるが、異種石炭を配合してコークスを製造した際、石炭粒子間には相互作用があることが指摘されている。例えば、２種類の石炭を配合してコークス強度を測定した場合、各石炭単体で乾留してコークス強度を測定した値の平均値ではなく、平均値よりも高くなる場合、低くなる場合があり、その平均値との差を相互作用、または相性と呼んでいる。
【０００３】
以上のような石炭の相性は高強度コークスを製造する上で重要な考え方である。相性は異種石炭の接着強度の差異より生じると考えられており、これまで、異種石炭界面の接着強度を評価するための様々な手法が検討されてきた。
【０００４】
例えば、様々な組み合わせの異種石炭界面接着状態を観察し、相溶接着、単純接着、破断接合、空隙接合の４つの接着状態に区分し、これらの生じる要因を、各石炭の粘結性と、溶融から固化後に生じる収縮により発生したミクロ亀裂によるものと考え、粘結性指数であるギーセラプラストメーターの最高流動度および固化温度により接着性を評価した方法がある（非特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】荒牧寿弘ら：燃料協会誌，Ｖｏｌ．６９（１９９０），ｐ３５５
【非特許文献２】荒牧寿弘ら：燃料協会誌，Ｖｏｌ．７０（１９９１），ｐ５２５
【非特許文献３】宮川亜夫ら：燃料協会誌，Ｖｏｌ．５４（１９７５），ｐ９８３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
異種石炭界面の接着強度を評価するためには、実際の石炭粒子界面における状態を定量的に評価する方法であることが重要である。非特許文献１、２に記載されている方法は、石炭粒子界面を構成し、ギーセラプラストメーターの最高流動度および固化温度と接着状態を結びつけている点はよいが、接着強度の評価方法に問題がある。非特許文献３に記載されている方法は、接着強度として間接引張強度を採用し、様々な組み合わせの間接引張強度とギーセラプラストメーターの最高流動度および固化温度より接着強度推定式を導出しているが、間接引張強度が接着強度を表しているとは言い難い点が問題である。なぜなら、間接引張強度は測定試料内の気孔構造に大きく影響されるが、間接引張強度に大きく影響を及ぼすような粗大な気孔は石炭の脱ガスによる膨張が主な成因で、異種石炭界面の接着性の差異により生じる欠陥構造は微細であり間接引張強度にほとんど影響を及ぼさないと考えられるからである。
【０００７】
本発明では、異種石炭界面に存在する微細気孔などの欠陥構造を直接観察、計測し、これを接着強度評価指数とすることを試みた。さらに、異種石炭界面を測定しやすくするため、異種石炭成形物を接触させて成形、乾留した測定試料を作成する方法を考案した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
（１）石炭乾留時に石炭が軟化溶融して生成する異種石炭間界面の接着強度評価方法において、異種石炭間界面上に存在する空隙割合を測定し、該界面上の接着部分の存在率を接着強度指数として用いることを特徴とする異種石炭間界面の接着強度評価方法。
（２）２種類の石炭を所定の粒度に調整し、一方の石炭を成形して成形物を作成し、さらに該石炭成形物にもう一方の石炭を接触させ前記石炭成形物とまとめて成形し、不活性ガス雰囲気下で乾留してコークス化したものに対し、異種石炭界面を含む断面中の界面を測定対象とする、（１）に記載する異種石炭間界面の接着強度評価方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明を用いることにより、コークス製造用石炭の異種界面の接着強度を、異種石炭界面状態に基づいた定量的な手法で評価することが可能となる。得られた接着強度は、相性を評価するパラメータの一つとして、石炭配合や高強度コークスの製造に適用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】異種石炭界面測定試料の空隙割合測定断面を示す図である。
【図２】乾留した異種石炭界面測定試料の空隙割合測定断面中の異種石炭界面測定部を図示した図である。
【図３】実施例で使用した乾留装置を示す図である。
【図４】実施例で撮影したA炭−G炭界面の空隙割合測定断面画像である。
【図５】実施例で撮影したA炭−H炭界面の空隙割合測定断面画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に供する測定試料は、粉砕、成形、再成形、乾留の４プロセスを経て作成される。以下にそれぞれのプロセスの詳細を記述する。
【００１２】
粉砕については、測定試料内に存在する様々な石炭組織の分布を均一にするという観点から、ある程度の粒径以下に粉砕することが必要である。発明者らの検討の結果、本発明では０．２５ｍｍ以下、好ましくは０．２１２ｍｍ以下の粒径となるよう粉砕することが望ましい。
【００１３】
成形について、成形物の大きさや形状は特に規定しないが、通常は５〜１０ｍｍφで厚さ１．５〜２．５ｍｍ程度の円板状の成型物とする。厚さについては、石炭銘柄によっては膨張により内部に粗大気孔を生じるため、２．５ｍｍ以下とするのが好ましい。成形圧力については、１００ＭＰａ以上の圧力をかけて一定時間（少なくとも１０秒以上）保持することとする。１００ＭＰａ以上とした理由は、成形圧力が小さいと成形後の異種コークス基質部と欠陥構造の判別が困難だからである。成形方法は、まず所定の粒度に粉砕した石炭２を所定の圧力下においてモールドを用いて成形する。
【００１４】
再成形は異種石炭間の界面を作成するため、所定の粒度に粉砕した石炭１をモールド中にある石炭２成形物の上部に装入し、所定の圧力で再成形する。別々に成形した石炭成形物を重ねて乾留する方法も考えられるが、この方法では石炭界面の生成が弱く、測定には不十分であるため、前段の成形段階と同様、ある程度の圧縮強度で圧縮する必要があるといえる。
【００１５】
乾留については、乾留速度は通常のコークス炉での乾留条件を模擬することが重要である。不活性ガス雰囲気下で、３℃／ｍｉｎで１０００℃まで乾留することが望ましい。また、測定試料は熱伝達を均一にすることが重要である。望ましい形態として成形物を粉コークスに充填した状態で乾留することが挙げられる。
【００１６】
次に異種石炭界面の空隙割合測定方法について説明する。乾留後の測定試料を樹脂に埋め込んで研磨し、図１に示す断面４の画像を撮影する。次に、異種石炭の画像より界面を判別し、図２に示す界面上の空隙長さ６を画像解析ソフトなどにより計測する。また、界面全体の長さも計測する。そして、界面全体の長さに対する空隙長さの合計の比を計算し空隙割合とする。このようにして求めた空隙割合を用い、（１−空隙割合）、つまり接着部分の存在率を接着強度指数と定義する。
【実施例】
【００１７】
表１に性状を示す９種類の石炭を測定に用い、表２に示す８組の異種石炭界面の接着強度指数を測定した。石炭を２１２μｍ以下に粉砕し、直径６．６ｍｍの孔を持つモールドへ石炭を０．０４ｇ装入し、１１０ＭＰａの圧力を１０秒間付加して成形物を作成した。次に成形物が入ったままのモールド内へ、もう一方の石炭を０．０４ｇ装入し、同様に１１０ＭＰａの圧力を１０秒間付加し、異種石炭界面を持つ成形物を作成した。この時、成型物の厚みは１．９ｍｍとなった。１組の配合に対し、２個の成形物を作成した。１ｍｍ以下に調整された粉コークスを充填した層に、成形物を複数個配置して乾留した。粉コークスは２００ｍｍ×２００ｍｍ×Ｈ５００ｍｍの鉄製の乾留用容器に充填した。乾留装置を図３に示す。乾留条件は、窒素雰囲気下で、常温から３℃／ｍｉｎで昇温し１０００℃まで乾留し、乾留後は窒素雰囲気下で冷却した。
【００１８】
乾留したサンプルを樹脂中に埋め込んで研磨し、顕微鏡を用いて図１に示す断面の画像を撮影した。１枚では全断面を撮影しきれなかったため、数十枚画像を撮影し結合した。高倍率で撮影すると測定の精度が向上するので好ましいが、１枚では全断面を撮影しきれないため、複数枚（通常は、数十枚）画像を撮影し結合する。撮影画像例を図４、図５に示す。図４はＡ炭とＧ炭から得られた試料、図５はＡ炭とＨ炭から得られた試料の例である。いずれの図でも上側がＡ炭であるが、図４では接着界面に粗大な気孔が多く、図５では粗大な気孔が少ない。気孔の違いは界面のＡ炭側で特に顕著であり、同じＡ炭であってもその気孔構造が組み合わせる相手の石炭によって異なることが認められた。界面における空隙（気孔）の比率と界面の接着性、接着強度には相関があると考えられることから、本発明の方法により石炭の接着強度、相性が評価できることが示唆される。空隙長さは、画像処理ソフトのＩｍａｇｅＰｒｏ４．０（ＭｅｄｉａＣｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製）を用い、図２に示す界面に存在する空隙長さ６と、界面全体の長さを測定した。求めた空隙長さを合計し、界面全体の長さとの比をとり、空隙割合を算出した。得られた空隙割合を用いて接着強度指数を導出した。このとき、界面は２種の石炭から得られた基質部分の気孔構造や明るさの差から容易に区別できることが多いが、偏光顕微鏡を用いれば、２種の石炭から得られた乾留物の光学的異方性の差から区別することもできる。また、界面における空隙の長さの評価に代えて、界面付近の微小幅における空隙面積の割合を空隙割合として接着強度指数を算出しても良い。２個のサンプルの接着強度指数の平均を、その水準の接着強度指数とした。
【００１９】
接着強度指数の測定結果を表２に示す。これより、石炭の組み合わせにより、異種石炭界面の欠陥構造が異なることが読み取れる。本発明の手法を用いることで、石炭相性を評価し、さらには高強度コークスの製造に有効利用することが可能であるといえる。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
【表２】
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【符号の説明】
【００２２】
１  異種界面測定用石炭１
２  異種界面測定用石炭２
３  異種石炭界面
４  空隙割合測定断面
５  空隙
６  空隙長さ
７  耐火物
８  発熱体
９  乾留用容器
１０  粉コークス
１１  測定試料（成形物）
【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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