(57)【要約】【課題】  コークス特性のばらつきが小さくかつ高強度の高炉用コークスを簡易に製造する方法を提案することにある。【解決手段】  特定の原料炭を３０mass％以上配合することにより配合種の少ない配合炭を乾留することで高炉用コークスを製造する方法において、前記配合炭中に、高膨張圧石炭を配合すると共に、この高膨張圧石炭の配合量ならびに粒度を、室炉のクリアランス管理値との関係の下に調整する高炉用コークスの製造方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の原料炭を３０mass％以上配合することにより配合種の少ない配合炭を乾留することで高炉用コークスを製造する方法において、前記配合炭中に、高膨張圧石炭を配合すると共に、この高膨張圧石炭の配合量ならびに粒度を、室炉のクリアランス管理値との関係の下に調整することを特徴とする高炉用コークスの製造方法。
【請求項２】
前記高膨張圧石炭は、膨張圧が１０kPa以上の膨張特性を示すものを用いることを特徴とする請求項１に記載の高炉用コークスの製造方法。
【請求項３】
前記高膨張圧石炭の配合量を、３mass％〜１０mass％の範囲内で調整することを特徴とする請求項１または２に記載の高炉用コークスの製造方法。
【請求項４】
前記高膨張圧石炭は、−３ｍｍの粒径のものが６０〜９０mass％含まれる大きさのものを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高炉用コークスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉用コークスの製造方法に関し、とくに特定銘柄の原料石炭（以下、単に「原料炭」もしくは「石炭」と略記する）を多量に配合して原料炭の種類を少なくした配合炭を用いてコークス特性のばらつきが小さく高強度の高炉用コークスを簡易に製造する方法を提案する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な高炉用コークスの製造においては、１０〜２０銘柄（種類）の原料炭を配合してなる配合炭を用いるのが普通である。このように、配合炭中に多種類の原料炭を少量ずつ配合する理由は、配合炭の石炭化度や流動性等が標準品位となるように調整するのに都合がよく、得られるコークスの強度や粒度、灰分などのコークス品質が安定するからである。
ところで、原料炭として用いる石炭は、産出国や炭鉱、炭層などによってそれぞれ特性（石炭化度や流動性）が異なるので安定した品質のコークスを製造するためには、原料炭の配合管理が重要になる。特に、コークス強度の低下は高炉操業時に炉内での通気性悪化を招き、高炉炉況不調の原因となるため、コークスの強度維持は配合炭の配合管理を行う上で極めて重要である。
【０００３】
しかしながら、原料炭となる石炭は、近年、価格競争力のある石炭に集約されてきており、石炭ヤードや入船の状況により同一銘柄の石炭を多量に配合する必要に迫られている。この場合、特定銘柄の石炭をできるだけ多量に使用しなければならなくなるため、多銘柄（種類）の石炭（原料炭）を少量ずつ配合するのに比べると、その多量に配合する銘柄の石炭品位（特性）の影響を受けやすく、いわゆる品位変動等によるコークス強度のばらつきが増大するだけでなく、高強度のコークスの製造を困難にしている。この弊害を避けるため、どうしても平均品位を高くしておくなどの対策が必要とされていた。
【０００４】
従来、多銘柄の原料炭を配合してなる配合炭から得られたコークスの強度推定については、例えば、配合炭を２種類の石炭の組み合わせからなる集合体とみなして、コークス強度を精度良く推定する方法などが提案されている。しかし、この方法では、特定銘柄の原料炭を多量に配合して配合種を少なくする場合を想定しておらず、しかも、そうした多量に配合する特定銘柄の原料炭の品位測定は通常、入船毎に行われているため、その入船時の平均品位は正確に測定できるが、入船毎の品位にはばらつきがあるため、こうした銘柄の原料炭を多量に用いた場合、安定操業（押し詰まりがないこと）の条件あるいはコークス品位の変動、特に強度のばらつきについて正確に推定が困難で、これが、コークス品位のばらつきを大きくする原因となっていた。
【特許文献１】特開昭４９−２５５９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、配合炭中に特定銘柄の原料炭を多量に配合するときに起こる上述した問題を克服することができ、ひいてはコークス特性のばらつきが小さくかつ高強度の高炉用コークスを、押し詰まり等の操業トラブルを招くことなく簡易に製造する方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的の実現に向けた研究の中で、発明者らは、特定銘柄の原料炭を多量に配合してなる配合炭を用いてコークスを製造した時のコークス強度のばらつきの原因が、コークス中の粗大気孔にあることを突き止め、そして、その粗大な気孔を低減させるためには、前記配合炭中に、高膨張性の石炭、即ち高膨張炭を配合すること、そして、それの配合量や粒度を好適範囲に制御することが有効であるとの知見を得て、本発明を完成するに到った。
【０００７】
すなわち、本発明は、特定の原料炭を３０mass％以上配合することにより配合種の少ない配合炭を乾留することで高炉用コークスを製造する方法において、前記配合炭中に、高膨張圧石炭を配合すると共に、この高膨張圧石炭の配合量ならびに粒度を、室炉のクリアランス管理値との関係の下に調整することを特徴とする高炉用コークスの製造方法である。
【０００８】
本発明においては、前記高膨張圧石炭とは、膨張圧が１０kPa以上の膨張特性を示すものを用い、この高膨張圧石炭の配合量を、室炉クリアランス管理値との関係において３mass％〜１０mass％の間に調整すると共に、−３ｍｍの粒径のものが６０〜９０mass％含まれる大きさのものを用いることが有効である。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、特定の特定銘柄の配合割合が極端に増加した場合でも、粒径が比較的大きい高膨張圧石炭を配合すると共に、その配合量を、室炉の好適なクリアランスが得られるように定めた管理値に応じて好適範囲に調整することにより、コークス強度のばらつきを確実に低減させることができる他、押し詰まり等の操業トラブルを招くことがなくなる。しかも、この方法によれば、コークス強度を高くするために、わざわざ配合炭の平均品位を上げる必要がなく、安価な特定の原料石炭を多量に使用して、品質のばらつきのない高強度な高炉用コークスを操業トラブルを引き起こすことなく簡易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
高炉用コークスを室炉で製造するために使用する配合炭中には、一般に、産地や特性の異なる複数種の石炭（原料炭）が配合されている。これらの原料炭は、それぞれが天然の産物であるため、同一銘柄であっても、その組織や成分あるいは炭化度や流動性などの諸特性にはばらつきがあるのが普通である。
【００１１】
この場合、もし配合設計のときに使用する前記原料炭のうち少なくとも1つの銘柄の配合量が多くなった場合、即ち、特定銘柄の原料炭を多量に使用した場合、配合炭のたとえば炭化度や流動性などの特性が平均特性となるように配合設計を行ったとしても、実際には、前記ばらつきに起因して、製品コークス強度等の特性が大きく変動することがあった。
【００１２】
一般に、原料炭の配合設計において、特定銘柄の原料炭配合割合が増大すると、コークス強度にばらつきができるとしても、そのばらつきについては他の銘柄の石炭と組み合わせることによってある程度は解消できる。しかしながら、このようなばらつきの抑制効果は、前記特定銘柄単独の配合割合が３０mass％程度となると臨界となり、これを超えると、他銘柄の原料炭との組み合わせ配合をもってしても強度等のコークス特性が急激にばらつく傾向がある。この傾向は特異銘柄の原料炭、あるいは配合炭の平均品位に近い原料炭を多量に使用する場合のいずれの場合にあっても、天然の産物に由来するばらつきのため避けることができず、このばらつきを避けるためには、使用量を制限する他ないのである。
【００１３】
発明者らは、特定銘柄の原料炭を多量に配合した場合に、上述したコークス特性のばらつきが生じる原因を、その典型的な例について究明を試みたところ、その多くは、コークス中に粗大気孔が生成することによるものであることを突き止めた。
【００１４】
すなわち、発明者らは、見掛け密度測定法により、コークス中の全気孔量を測定する一方、水銀圧入式の気孔径分布測定法により、２００μ以下の気孔量を測定することで、その両者の差を粗大気孔量として定量化し、コークスのこの粗大気孔量とコークス強度の関係を調べた。その結果、コークス中の粗大気孔量の増大に伴ってコークス強度のばらつきもまた大きくなっていることがわかったのである。
このことは、特定銘柄の原料炭の配合割合が多くなった場合、例えば、配合炭中にイナート成分（不活性成分：フジニットやセミフジニット）が局所的に偏在する部分などができ、このことが、コークス化する際に局所的な融着性の劣化を招き、そのために、粗大な空隙（気孔）がそのまま残留することになることが原因と考えられるのである。
【００１５】
そこで、本発明では、コークス化時の融着性の低下を防ぎ、粗大気孔の残留を防ぐ方法として、配合炭中として特定銘柄原料炭を多量に配合する場合は、新たに、その原料炭に併せて、膨張圧が１０kPa以上の膨張特性を示す高膨張圧石炭を一緒に配合する。その結果、こうした膨張圧が１０kPa以上の高膨張圧石炭を用いる本発明の原料炭の配合では、高膨張圧石炭の部分が膨満して前記粗大気孔の部分が封塞され、上記粗大気孔の数が著しく低減することがわかった。その理由は、膨張圧が１０kPa以上を示すような高膨張圧石炭の場合、溶融、再固化の温度が高いため、他の石炭が再固化してセミコークス化し気孔構造ができあがりつつある段階において始めて、溶融および膨張することになるためである。即ち、この高膨張圧石炭が時間的にずれて溶融し、膨張するときに、先行して溶融する石炭に起因する前記粗大気孔を塞いでこれを低減化する作用を発揮するからである。
【００１６】
そして、本発明において用いる前記高膨張圧石炭は、できるだけ平均粒径（粒度）の大きいものを用いることが、この高膨張圧石炭の溶融や再固化の温度をより高温側にすることを意味しており、これが粗大気孔閉塞の効果をより一層高めるものと考えられる。
この粒度については、配合量も考慮して、後述する室炉クリアランスとの関係において、好適範囲に制御することが好ましい。
【００１７】
例えば、発明者らの研究によれば、室炉からコークスケーキを円滑に押し出すのに必要なクリアランスを確保すると同時に、所定のコークス強度を得るために上述した粗大気孔（空隙）を低減させるには、前記高膨張圧石炭は−３ｍｍの大きさのものを６０〜９０mass％程度の割合で含む大きさ（粒度）のものを、３〜１０mass％程度配合することが有効であると考えられる。例えば、該高膨張圧石炭の配合は、−３ｍｍのものを６０mass％程度含むもの、所謂粒度が比較的大きいものの場合は、少なくとも３mass％程度に配合調整することが有効であることがわかった。それは、該高膨張圧石炭の粒径があまりに大きく（粗く）なると（−３ｍｍが少ないと）、コークスケーキが膨張しすぎて押し出しの際に室炉内で押し詰まりを起しやすくなるからである。つまり、この石炭の粒度や配合量は、こうした観点から、つまり、室炉のクリアランス管理値（一般には、炉幅１９０ｍｍで１３ｍｍ程度以上を確保する）に応じて、定める必要があることがわかった。
【００１８】
即ち、本発明では、高膨張圧石炭の粒度が小さいもの（−３ｍｍの量が多いもの）の配合を抑えると共に、その配合量を前記クリアランス管理値に応じて好適な量に調整すれば、コークス中の粗大気孔（空隙）の減少作用に効果があり、ひいては特定銘柄原料石炭を多量に配合した際の品質（コークス強度）のばらつきを、従来と同程度またはそれ以下に抑えることができるようになる。
【００１９】
図１は、石炭の粒度（粒度が−３ｍｍの石炭粉の割合）と膨張圧との関係を示す図であるが、高膨張圧石炭の−３ｍｍの大きさの割合が６５mass％〜７５mass％程度になると、つまり、該高膨張圧石炭の細かいものが多くなると、膨張圧は低く安定したものになり、室炉のクリアランスはケーキの押し出しに十分（≧１３ｍｍ）な大きさとなって押し詰まりを確実に防止できるようになる。しかし、膨張圧が不足する分、粗大気孔の封止作用が減殺され、これを原料炭として得られたコークスの強度は却って低下することになる。つまり、この高膨張圧石炭を配合するということは、この石炭の粒度と共に配合量をも同時に、とくに室炉のクリアランス管理値との関係において制御することが大切である。
また、上述したところからわかるように、配合炭の膨張圧は、配合する高膨張圧石炭の粒度に大きく影響し、特に、−３ｍｍの粒径をもつ高膨張圧石炭の割合が少なくなるとき、つまり高膨張圧石炭をできるだけ粗くすることによって、得られるコークスの強度は高くなるのである。
【００２０】
そこで、発明者らは、前記高膨張圧石炭の粒度（−３ｍｍの割合）と、その配合量とを、室炉内クリアランス管理値との間で、どうように調整するかについても実験した。その結果、図２に示すように、高膨張圧石炭の粒径と配合量の関係は、乾留試験によりできたコークスケーキと炉壁のクリアランスに応じて一定の関係が成立することがわかった。
このことから、予め設定されるコークス強度により高膨張圧石炭の配合割合を概ね決定することができるので、その配合割合の下で、十分なクリアランス管理値を確保するための高膨張圧石炭の粒度は、どの程度の大きさにすればよいのかについては、例えば、図２に示す相互関係の下で、可能な最大粒径まで粗くする調整を行えばよい。このように調整した場合、コークス強度を高位に安定して維持することが可能になると同時に、コークスケーキの安定した押し出しを常に確保することができるようになる。
【００２１】
ただし、この高膨張圧石炭をあまり多量に配合（≧１０mass％）した場合や粒度を極端に粗くした場合（−３ｍｍを６０mass％未満にした時）、高強度のコークスが得られるもののコークス炉内でコークスケーキが膨張しすぎてクリアランスがなくなり、押し詰まり等の操業トラブルを招く原因となることがある。
即ち、図２に示すように、本発明では、高膨張圧石炭の配合に当っては、コークス炉の安定した作業を確保するためのクリアランス管理値１３ｍｍ超にするには、−３ｍｍのものの割合が６０mass％程度以上をもつ該高膨張圧石炭を３mass％程度配合すれば、常に好ましい結果が得られる。一方で、例えば、−３ｍｍのものの割合が８０mass％という比較的細かい高膨張圧石炭を用いるのであれば、その配合量は７mass％程度に調整すればよいことがわかる。
【実施例】
【００２２】
実施例１（高膨張圧石炭の使用例）
以下、実施例を示して本発明をより詳細に説明する。
（１）表１に示す特性をもつ原料炭Ａ〜Ｄおよびその他の石炭を使用し、表２に示す配合を行った配合炭（１）〜（１７）を調製し、調湿炭設備により水分を６％に調整し、その後、前記配合炭（装入炭）を炭化室内容積４１．３ｍ3のコークス炉内に装入（嵩密度０．７８ｔ／ｍ3に調整）して加熱乾留し、ＣＤＱ設備で乾式消火したコークスを製造し、これをサンプリングして供試材を得た。得られた供試材について次のような冷間強度試験を行った。なお、表１の原料炭Ａ，Ｂは配合炭に添加する単味原料炭として使用し、原料炭Ｃ，Ｄは高膨張圧石炭として使用する銘柄例を示し、いずれも豪州炭の中で得ることができる原料炭である。
上記冷間強度試験は、タンブラー試験ＴＩ（400／6）によった。
【００２３】
また、原料炭の膨張圧の試験は、図３に示す膨張圧測定装置を利用した。なお、この試験では、測定する石炭を粉砕し１〜３ｍｍの粒度に調整し、その後、この粉砕石炭をφ５０×７０ｍｍのカーボンるつぼに入れ、７００℃の電気炉にて１時間加熱した後、４℃／minの昇温速度で炭中温度１０００℃まで加熱して乾留し、その乾留中、直径の１／４の位置で大気圧との差圧を測定し、その最大ガス圧を膨張圧と定義してこれを用いた。なお、るつぼ中心で測定した場合、石炭の膨張や収縮等で亀裂等が発生し測定が困難であるため、上記位置（直径の１／４）でガス圧を測定した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
【表２】
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【００２６】
表２に示す配合炭（１）〜（１７）は、その中に配合されている特定銘柄炭として使用するＡ、Ｂ炭と高膨張圧石炭として使用するＣ、Ｄ炭以外に、その他の石炭として、揮発分21〜37％、最高流動度ＭＦ１．８〜３．６（log ddpm）の石炭を５〜６銘柄使用して、加重平均の揮発分２９％±０．２％、ＭＦ２．５±０．０２（log ddpm）となるように調整したものである。なお、その他の石炭の膨張圧は、いずれも３kPa以下のものである。
【００２７】
かかる配合炭（１）〜（１７）について、同じ配合炭を用いて５日間操業し、得られた製品コークスについて、１日に６回のコークス強度の測定を行った。そして、コークス強度は、その５日間の平均値としては、ＴＩ（400／6）で８４．３〜８４．５と、ほぼ一定あった。
【００２８】
図４にＡ炭またはＢ炭の配合割合を変化させた配合炭（１）〜（１６）につき、コークス強度（タンブラー強度）の偏差（σＴＩ（400／6））を測定し、Ａ、Ｂ石炭の配合量との関係を示したものである。この図から明らかなように、高膨張圧石炭を添加していない、Ａ炭使用の配合炭（１）〜（４）を◇で、Ｂ炭使用の配合炭（５）〜（８）を□で示したように、タンブラー強度の偏差（σＴＩ）が増加しており、コークス強度の下限値を一定に管理するためには、コークス強度の平均値を高く設定する必要があることがわかった。
【００２９】
一方で、高膨張圧石炭であるＣ炭またはＤ炭を５mass％以上配合したＡ炭使用の配合炭（９）〜（１２）及びＢ炭使用の（１３）〜（１７）を示す◆、■の場合、Ａ炭またはＢ炭を３０mass％以上配合した場合でも、コークス強度の偏差はほとんど増大しないという結果となった。そして、Ａ炭またはＢ炭を３０mass％未満配合したものでは、Ｃ炭、Ｄ炭の５mass％以上の添加で若干の効果は生じる程度に止まっている。
【００３０】
図５は、上記の配合炭の冷間強度試験でサンプリングした供試材（配合炭（１）〜（１７）の粗大気孔量とタンブラー強度の偏差（σＴＩ）との関係を示したものである。全気孔量は、サンプリングしたコークス供試材について、水銀法により見掛け密度を測定し、真比重を１．９ｇ／cm3として、全気孔量を計算によって求めたものである。また、気孔径分布の測定も行い、水銀庄入法により２００μｍ以下の気孔量を測定した。そして、全気孔量から２００μｍ以下の気孔量を差し引いたものを粗大気孔量とした。
【００３１】
その結果、高膨張圧石炭を添加しない配合炭（１）〜（８）であるものの場合（◇□）、Ａ炭またはＢ炭を３０mass％以上配合したことで粗大気孔量が増加し、コークス強度の偏差が増大した。一方、高膨張圧石炭であるＣ炭またはＤ炭を５mass％添加したものの場合（◆■）、Ａ炭またはＢ炭を３０mass％以上添加しても、粗大気孔量はほとんど増加せず、その結果コークス強度の偏差が増大せず、ばらつきも抑制することができた。
【００３２】
図６は、高膨張圧石炭であるＤ炭の粒径を変化させた配合炭（１６）および（１７）について、高膨張圧石炭であるＤ炭の粒径と粗大気孔量の関係を示す。いずれの配合炭においても、高膨張圧石炭であるＤ炭の粒径が大きく（−３ｍｍの割合が少なくなる）したものは、粗大気孔の量が減少する。とくに配合炭（１７）では、高膨張圧石炭の配合割合が３mass％と少ないにもかわらず、高膨張圧石炭を５mass％配合し−３mmを７５％未満とした場合、配合量（１６）とほぼ同程度の粗大気孔量となっており、コークス強度のばらつきが抑制できることがわかった。
【００３３】
実施例２（高膨張圧石炭の粒度・配合量の調整例）
（２）次に、表１に示すＣ炭、Ｄ炭からなる高膨張圧石炭を、表２に示す割合で配合し、実施例１と同じように操業したときの、上記室炉のクリアランス測定結果を図７に示した。また、Ｄ炭を配合したときの、配合比率と粒度を変化させたケース（８）、（１６）、（１７）についての実測クリアランスについての測定結果を表３に示す。
これらの結果から、Ｃ炭、Ｄ炭を配合した場合、平均値で若干の低下が見られるものの、いずれのケースにおいても、クリアランスの実測値を管理下限以上、（即ち、管理範囲内）を確保する操業ができることがわかった。とくに、Ｄ炭の配合比を３％としたケースではＤ炭の粒度が粗く（−３ｍｍ％を少なく）調整したところ（６２mass％）、ほぼケース（１６）と同等のクリアランス結果となった。
【００３４】
【表３】
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【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る技術は、製鉄工場における高炉に用いられるコークスだけではなく、一般的な冶金工業における分野でも使用できるコークスの製造技術に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】高膨張圧石炭の石炭粒度と膨張圧の関係を示すグラフである。
【図２】コークスケーキと炉壁のクリアランスを測定した結果を示すグラフである。
【図３】膨張圧測定装置の模式図である。
【図４】特定銘柄の配合割合とσＴＩ（6／400）の関係を示す図である。
【図５】コークス中の粗大気孔量とσＴＩ（6／400）の関係を示す図である。
【図６】Ｄ炭の粒径と粗大気孔量の関係を示す図である。
【図７】室炉のクリアランス測定結果を示すグラフである。
【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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