(57)【要約】【課題】単繊維の束である炭素繊維を石炭に添加してコークスを製造する際に、従来よりも高強度で粒径の大きいコークスを、クリアランスを向上させて製造可能とする、冶金用コークスの製造方法を提供すること。【解決手段】炭素繊維を添加した石炭を乾留して冶金用コークスを製造する際に、前記炭素繊維が単繊維の束の状態で添加され、１束における前記単繊維の本数が５０００本以下であることを特徴とする冶金用コークスの製造方法を用いる。炭素繊維の長さは１ｃｍ以上、２０ｃｍ以下、炭素繊維の石炭に対する添加率が、０．００５ｍａｓｓ％以上、０．０３ｍａｓｓ％以下であり、単繊維の束の状態である炭素繊維として、トウ、ステーブヤーン、チョップの中から選ばれる1種以上を用いることが好ましい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維を添加した石炭を乾留して冶金用コークスを製造する際に、前記炭素繊維が単繊維の束の状態で添加され、１束における前記単繊維の本数が５０００本以下であることを特徴とする冶金用コークスの製造方法。
【請求項２】
炭素繊維の長さは１ｃｍ以上、２０ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の冶金用コークス製造方法。
【請求項３】
炭素繊維の石炭に対する添加率が、０．００５ｍａｓｓ％以上、０．０３ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冶金用コークス製造方法。
【請求項４】
単繊維の束の状態である炭素繊維として、トウ、ステーブヤーン、チョップの中から選ばれる1種以上を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の冶金用コークス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭を乾留して冶金用コークスを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭を乾留して行なうコークス製造においては、石炭の乾留過程で生成されるセミコークスの再固化後の収縮に伴って発生する熱応力が基質強度を上回ると亀裂が発生し、コークス粒度が決定される。そのため、コークス粒径を大きくするには、熱応力を小さくするか基質強度を高くする必要がある。
【０００３】
熱応力を下げるためには、コークス炉壁温度を下げる、コークス炉の稼働率を下げる、粉コークスなどを添加する方法が知られている。しかし、炉壁温度の低下やコークス炉の稼働率の低下は生産性の低下を、粉コークス等の添加は強度低下を招くという欠点がある。また、基質強度を高めるには高価な粘結炭を原料石炭に配合する必要があるが、石炭の膨張圧上昇によるクリアランスの低下の懸念があり、押し詰まりによる生産性の低下とコストアップとが問題となる。なお、クリアランスとは、石炭乾留後における炉壁とコークスケーキとの距離を表し、クリアランスが大きいほど、コークスケーキの押出し性が良いため、窯詰まりが少なく安定操業が可能である。
【０００４】
コークス粒径の拡大とコークス強度の向上を目的とした技術として、配合炭に炭素繊維を添加する冶金用コークスの製造方法が知られている。炭素繊維としては、長繊維の添加の場合（例えば、特許文献１参照。）と、短繊維の添加の場合（例えば、特許文献２参照。）があるが、短繊維の場合はコークスから炭素繊維が抜け易いため、コークス強度の向上幅が小さく、また粒径やクリアランスの向上は期待できない。長繊維の添加の場合は、例えば、長さ２０ｍｍのカーボンファイバーやグラスウールを添加率１％で配合炭に添加してコークスの製造を行なった場合、コークス強度を維持しながらコークス粒径が３０ｍｍ程度拡大する結果が得られている。
【特許文献１】特開平４−２５８６９０号公報
【特許文献２】特開平２−２３５９９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、炭素長繊維を添加率１％で配合炭に添加してコークスの製造を行なった場合にコークス強度を維持するとされているが、炭素繊維は乾留中に軟化溶融しないため、通常の方法で１％添加した場合は、石炭と炭素繊維間の融着不足によりコークス強度は低下すると推察される。すなわち、特許文献１は炭素繊維ができうる限り分離し、十分に分散されて添加された特殊な場合と考えられる。炭素長繊維は、一般に単繊維（フィラメント）同士接着剤などで束になって製造されており、１本ずつ分離することは困難で、束のまま石炭に配合するとコークス品質の大幅な低下は免れない。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、単繊維の束である炭素繊維を石炭に添加してコークスを製造する際に、従来よりも高強度で粒径の大きいコークスを、クリアランスを向上させて製造可能とする、冶金用コークスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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）炭素繊維を添加した石炭を乾留して冶金用コークスを製造する際に、前記炭素繊維が単繊維の束の状態で添加され、１束における前記単繊維の本数が５０００本以下であることを特徴とする冶金用コークスの製造方法。
（２）炭素繊維の長さは１ｃｍ以上、２０ｃｍ以下であることを特徴とする（１）に記載の冶金用コークス製造方法。
（３）炭素繊維の石炭に対する添加率が、０．００５ｍａｓｓ％以上、０．０３ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載の冶金用コークス製造方法。
（４）単繊維の束の状態である炭素繊維として、トウ、ステーブヤーン、チョップの中から選ばれる1種以上を用いることを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の冶金用コークス製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、冶金用コークス製造において、粒径の大きいコークスを、コークス強度を向上させて製造することが可能である。また、クリアランスを向上させることができるので、コークスの押止まりによる操業トラブルの発生を回避して、コークスの安定操業を継続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明者らは、束になった炭素長繊維を石炭に添加してコークスを製造する際に、その最適な長さ、１束当りの本数、石炭に対する配合率を検討し、炭素長繊維を最適な方法で添加することにより、コークスの粒径、コークス強度、およびクリアランスが向上することを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
本発明で用いる炭素繊維は、単繊維の束の状態のものを用いるが、その単繊維の直径を０．１ｍｍ以下とすることが好ましい。特に好ましくは、２０μｍ以下である。炭素繊維が長く、直径が小さいほどコークスと炭素繊維界面での剪断応力が低下して、コークスから炭素繊維が抜け難くなる。
【００１１】
単繊維の束である炭素繊維において、１束当りの本数である束本数は、５０００本以下とする。炭素繊維を添加すると、コークス粒径は拡大するが、束本数の少ない方が粒径の拡大率は大きい。これは、束本数が多いと炭素繊維と石炭軟化溶融物との接着性が低下し、コークス塊内の亀裂進展に伴い、炭素繊維がコークスから抜けやすいためと推察される。束本数が少ない場合は、炭素繊維と石炭軟化溶融物との接着性が良好で、コークス塊内の亀裂進展に伴い、炭素繊維が一部破断するものの破面架橋により亀裂の進展が抑制されてコークス粒径が拡大すると考えられる。また、炭素繊維が石炭軟化溶融物と十分接着し、炭素繊維がコークス基質の一部となるため、束本数が少ない方がコークス強度は増加する。束本数が５０００本以下の場合に従来以上のコークス強度向上効果が得られるため、炭素繊維の束本数は５０００本以下とする。
【００１２】
炭素繊維の長さは１ｃｍ以上、２０ｃｍ以下であることが好ましい。繊維長さが１ｃｍ未満であると、強度の向上効果は見られるもののクリアランスが低下する。繊維長さが短いと、破面架橋効果が小さく、コークスケーキ内に亀裂が多く存在するため、クリアランスの向上効果がないものと考えられる。繊維長さが１ｃｍ以上、２０ｃｍ以下の場合にはクリアランスも強度も共に向上する。一方で、繊維長さが２０ｃｍを超えると、コークス強度、クリアランスともに低下する。炭素繊維長さが２０ｃｍを超えると石炭と炭素繊維とが良好に混合せず、炭素繊維が偏析するためコークス強度、クリアランス共に低下すると推察される。したがって、炭素繊維の長さは１ｃｍ以上、２０ｃｍ以下が好ましい。
【００１３】
炭素繊維の石炭に対する添加率が、０．００５ｍａｓｓ％以上、０．０３ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。添加率が、０．００５ｍａｓｓ％以上であれば、強度が向上し、クリアランスも従来以上となる。炭素繊維添加率が０．０３ｍａｓｓ％を超えるとコークス強度、クリアランスの向上効果が見られない。また、コークスケーキの外観形状も炭素繊維を添加した場合の方が、崩れずに安定する。これは、炭素繊維がコークスケーキ内を架橋するためと考えられ、このことがクリアランスの向上に貢献するものと推察される。したがって、炭素繊維の添加率は０．００５ｍａｓｓ％以上、０．０３ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
【００１４】
本発明では、炭素繊維として、トウ、ステーブヤーン、チョップの中から選ばれる1種以上を用いることが望ましい。単繊維の束の状態として、長繊維が多数本集合したトウや、長繊維が毛糸のように寄り合わされたステーブヤーン、また、トウを樹脂等を用いて収束させてペレット化したチョップ等の状態のものの入手が容易であり、これらを用いることができる。単繊維同士は必ずしも接着剤等で接着されて一体化されている必要はないが、通常は接着剤等の効果で、単繊維同士が容易に分散しない状態とされているものであり、実質的に束状態で石炭に混合されるものである。ステーブヤーンおよびチョップの炭素長繊維の外観写真を図１および図２に示す。
【実施例１】
【００１５】
炭素長繊維を配合炭に添加して、室炉式のコークス炉を用いてコークスの製造試験を行なった。試験に用いた配合炭は、平均最大反射率１．０１％、最高流動度１８５ｄｄｐｍ、全イナート量３１．２体積％の性状のものを用いた。炭素繊維は、一本の（単繊維の）径が２０ミクロンのステーブヤーンの状態により合わされて接着剤で接着されたものを用いた。
【００１６】
配合炭に対する炭素繊維添加率０.０２ｍａｓｓ％、炭素繊維長さ１０ｃｍとして、１束における炭素繊維の本数である束本数を変化させて、コークス強度とコークスの平均粒径を測定して、束本数がコークス品質に及ぼす影響を調べた。コークス強度はドラム強度（ＤＩ１５０／１５）とした。ＤＩ１５０／１５はＪＩＳ  Ｋ２１５１の回転強度試験法により１５ｒｐｍ、１５０回転の条件で粒径１５ｍｍ以上のコークスの質量割合を測定したドラム強度である。結果を図３に示す。図３によれば、炭素繊維を添加した場合はいずれの束本数においてもコークス粒径は拡大したが、束本数の少ない方が粒径の拡大率は大きかった。これは、束本数が多いと炭素繊維と石炭軟化溶融物との接着性が低下し、コークス塊内の亀裂進展に伴い、炭素繊維がコークスから抜けやすいためと推察される。束本数が少ない場合は、炭素繊維と石炭軟化溶融物との接着性が良好で、コークス塊内の亀裂進展に伴い、炭素繊維が一部破断するものの破面架橋により亀裂の進展が抑制されてコークス粒径は拡大したと考えられる。また、束本数が５０００本以下の場合には炭素繊維無添加のコークスに比較して、コークス強度が向上した。これは、炭素繊維が石炭軟化溶融物と十分接着し、炭素繊維がコークス基質の一部となったためと考えられる。したがって、炭素繊維の束本数は５０００本以下が望ましい。
【００１７】
図４に炭素繊維添加率とコークス強度とクリアランスの関係を示す。炭素繊維長さ３ｃｍ、束本数は１０００本で一定とした。炭素繊維無添加の場合に比べて、炭素繊維添加率が０．０５ｍａｓｓ％ではクリアランスは向上するもののコークス強度は低下したが、０．０３ｍａｓｓ％以下では強度、クリアランスとも向上した。図５に炭素繊維無添加の場合のコークスケーキ外観写真を、図６に炭素繊維添加率０．０１ｍａｓｓ％の場合のコークスケーキ外観写真を示す。図６に示す添加率０．０１ｍａｓｓ％の場合の方が、コークスケーキの形状が安定していることが分かる。これは、炭素繊維がコークスケーキ内を架橋したためと考えられ、このことがクリアランスの向上に貢献したものと推察される。炭素繊維添加率が０．００５ｍａｓｓ％では、炭素繊維無添加に比べてクリアランスは同じレベルであったがコークス強度向上効果は大きかった。したがって、炭素繊維の添加率として０．００５ｍａｓｓ％以上、０．０３ｍａｓｓ％以下が望ましい。
【００１８】
図７に炭素繊維長さとコークス強度とクリアランスの関係を示す。炭素繊維の添加率は０．０１ｍａｓｓ％、束本数は１０００本で一定とした。繊維長さが０．６ｃｍでは強度の向上効果は見られたもののクリアランスは低下した。繊維長さが短いと、破面架橋効果が小さく、コークスケーキ内に亀裂が多く存在したため、クリアランスの向上効果がなかったものと考えられる。一方で、繊維長さが１ｃｍ、３ｃｍ、２０ｃｍの場合にはクリアランスも強度も共に向上した。繊維長さが５０ｃｍでは、コークス強度、クリアランスともに低下した。炭素繊維長さが２０ｃｍを超えると石炭と炭素繊維とが良好に混合せず、炭素繊維が偏析したためコークス強度、クリアランス共に低下したと推察される。したがって、炭素繊維長さとしては１ｃｍ以上２０ｃｍ以下が望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ステーブヤーンの外観写真。
【図２】チョップの外観写真。
【図３】炭素繊維の束本数とコークス品質の関係を示すグラフ。
【図４】炭素繊維添加率とコークス品質の関係を示すグラフ。
【図５】炭素繊維無添加の場合のコークスケーキの外観写真。
【図６】炭素繊維添加率０．０１ｍａｓｓ％の場合のコークスケーキの外観写真。
【図７】炭素繊維長さとコークス品質の関係を示すグラフ。
【図７】
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【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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