(57)【要約】【課題】従来の配合理論を用いては十分にその性能を発揮させるように他の石炭と配合して使用することが困難と考えられてきた、経験的に使用が難しい種類の石炭を用いて、高品質な冶金用コークスを製造する方法を提供すること。【解決手段】コークス製造用原料である石炭を配合する際に、石炭中に含まれるイナート成分の分散性が高い石炭であるイナート高分散炭を用い、該イナート高分散炭の配合率を４０ｍａｓｓ％超えとす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。配合炭のギーセラー最高流動度（ｌｏｇＭＦ）を調整する際に、配合炭を構成する石炭のうちギーセラー最高流動度が３．０以上の石炭について、ギーセラー最高流動度の算術平均値が４．０未満となるように配合することが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス製造用原料である石炭を配合する際に、イナート高分散炭を用い、該イナート高分散炭の配合率を４０ｍａｓｓ％超えとす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】
配合炭のギーセラー最高流動度（ｌｏｇＭＦ）を調整する際に、前記配合炭を構成する石炭のうちギーセラー最高流動度が３．０以上の石炭について、ギーセラー最高流動度の算術平均値が４．０未満となるように配合することを特徴とする請求項１に記載の冶金用コークスの製造方法。
【請求項３】
イナート高分散炭が、６ｍｍ以下１００ｍａｓｓ％の粒度分布に粉砕された状態にある石炭を充填密度が７５０ｋｇ／ｍ3に充填した場合のイナート成分の個数密度が２．０×１０10個／ｍ3以上となる石炭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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イナート高分散炭を用いて冶金用コークスを製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鉄原料として用いるコークスの原料には、数種類から十数種類の石炭を混合した配合炭が用いられている。石炭は、産地や銘柄で性状が異なるだけでなく、同じ銘柄でもロット毎に性状が変動することから、多種類の石炭を配合して目標の品質を持ったコークスを製造するための配合理論が構築されてきた。特に、コークスは高炉内の通気性を確保するという重要な役割を担っていることから、高炉内で粉化しにくい、強度の高いコークスを製造することを目的とした配合技術が発展してきた。
【０００３】
石炭の配合構成を決める際には、具体的な配合パラメーターとして、揮発分（ＶＭ）、ビトリニット最大平均反射率（Ｒｏ）あるいは強度指数（ＳＩ）などの「石炭化度パラメーター」と、ギーセラー最高流動度（ＭＦ）、全膨張率（ＴＤ）、組織平衡指数（ＣＢＩ）などの「粘結性パラメーター」の、２種類のパラメーターが組み合わせて用いられている。また、あわせて灰分量など化学成分の量も考慮されているが、強度とは異なり石炭毎の化学成分量の加重平均などにより簡単に算出されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
上記の配合パラメーターに加えて、乾留時のガス圧を考慮した配合技術（例えば、特許文献１参照。）や、あるいは配合炭を各石炭２種類の組み合わせの集合として実測値の平均と各２炭種組み合わせのコークス特性の平均値からのずれ（相互作用係数）を尺度とした配合技術（例えば、特許文献２参照。）などが提案されている。
【０００５】
また、従来から特定の石炭を用いる場合には、従来の配合理論で十分に対応できず、使用が困難である場合があった。そのような一部の石炭に関しては、例えば、カナダ炭のように、個別にその配合効果の評価が行われている（例えば、非特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２７２８７１号公報
【特許文献２】特許第３５５０８６２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】美浦義明著  「コークスの製造」燃料協会誌、第５８巻１９７９年、ｐ．９０２−９１３
【非特許文献２】土橋厚、鈴木豊、池田耕一、有馬孝、加藤健次、W.Ross Leeder、C.T.Kolijn著  「カナダ炭多量配合時のコークス品質評価」第４３回石炭科学会議、ｐ．１４７−１４８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の配合設計では、配合炭の平均品位が一定になるように管理する方法が基本である。しかし、上記のように石炭化度パラメーターと粘結性パラメーターの２つのパラメーターを組み合わせる従来の配合理論では十分な説明がつかず、経験的に使用が難しい石炭の存在が指摘されており、カナダ炭の一部はその代表的な石炭と考えられてきた。
【０００９】
そこで、従来の配合理論を補完するため、様々な新しい制御因子が開発されている。例えば、粘結性パラメーターの補完的な位置づけにあるガス圧は、コークス品質を制御する重要な因子と考えられる。しかし、経験的に使用が難しい石炭に対する影響が十分に検証されていない。
【００１０】
また、石炭の組み合わせ効果を定量化した相互作用係数も、一般的な配合条件の場合には、その係数を推定して使用することができるが、経験的に使用が難しい石炭に対しては、十分な検証がなされていないと同時に、実験的に得る場合には、数多くの実験を必要とする。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、従来の配合理論を用いては十分にその性能を発揮させるように他の石炭と配合して使用することが困難と考えられてきた、経験的に使用が難しい種類の石炭を用いて、高品質な冶金用コークスを製造する方法を提供することにある。
【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。
（１）コークス製造用原料である石炭を配合する際に、イナート高分散炭を用い、該イナート高分散炭の配合率を４０ｍａｓｓ％超えとすることを特徴とする冶金用コークスの製造方法。
（２）配合炭のギーセラー最高流動度（ｌｏｇＭＦ）を調整する際に、前記配合炭を構成する石炭のうちギーセラー最高流動度が３．０以上の石炭について、ギーセラー最高流動度の算術平均値が４．０未満となるように配合することを特徴とする（１）に記載の冶金用コークスの製造方法。
（３）イナート高分散炭が、６ｍｍ以下１００ｍａｓｓ％の粒度分布に粉砕された状態にある石炭を充填密度が７５０ｋｇ／ｍ3に充填した場合のイナート成分の個数密度が２．０×１０10個／ｍ3以上となる石炭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の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、コークス用原料として使用し難いと考えられていたカナダ炭等のイナート高分散炭の使用が容易となる。これにより、使用する石炭の選択の幅が広がり、資源制約が縮小するとともに、安定した品質のコークスが供給できるようになるため、高炉操業も安定的に継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】配合炭における石炭Ｏの配合率と、得られたコークスのドラム１５０回転１５ｍｍ指数との関係を示すグラフ。
【図２】配合炭を構成する石炭のうちギーセラー最高流動度ｌｏｇＭＦが３．０以上の石炭でのギーセラー流動度の算術平均値と、イナート高分散炭０ｍａｓｓ％配合コークスのドラム１５０回転１５ｍｍ指数に対するイナート高分散炭５０ｍａｓｓ％配合コークスのドラム１５０回転１５ｍｍ指数の増加量との関係を示すグラフ。
【図３】実炉における本発明の効果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明者らは、従来の配合理論で十分に対応できず、使用が困難であるカナダ炭等の石炭について検討を行ない、これらの石炭の一部はイナート成分の分散性が高いことを見出し、石炭のイナート成分の分散性の違いに着目した。そして、イナート成分の分散性が高いイナート高分散炭を抽出し、イナート高分散炭の配合条件とコークス性状の関係について綿密な調査を行ない、イナート高分散炭の最適な配合方法を見出した。
【００１６】
イナート成分の分散性は、石炭の種類毎に異なるため、その定量評価が必要となる。イナート成分の分散性とは、石炭中に含まれるイナート成分の分散の高さを示す状態をあらわし、イナート成分の個数密度を用いて定義することができる。イナート成分の個数密度は、イナート成分の量と石炭粒度に影響を受けるが、イナート成分量は石炭の種類毎に概ね一定値であるのに対して、石炭粒度は石炭の粉砕条件により大きく変化する。そこで、粉砕条件の前提を一定として評価するのが好ましく、実操業での粉砕に近い条件が最も望ましい。例えば、実操業における石炭の粉砕粒度は、３ｍｍ以下８０ｍａｓｓ％前後が一般的であることから、３ｍｍ以下８０ｍａｓｓ％、３ｍｍ以下１００ｍａｓｓ％、あるいは６ｍｍ以下１００ｍａｓｓ％などの粒度分布が、実操業の条件に近く、管理が容易であると考えられる。
【００１７】
また、使用する粉砕機などの粉砕方法も石炭粒度に影響を及ぼすため、石炭粒度を調整する際には、粉砕方法を一定とすることが望ましいが、粉砕条件を若干変更した場合も、イナート成分の分散性の銘柄間における大小関係に変化は認められなかったことから、粉砕条件の変動は比較的許容できる。
【００１８】
イナート成分を同定するためには、石炭の組織分析が代表的な手法である。例えば、粉砕後の石炭を所定の粒度区分に分け、各区分のイナート成分量を同定することにより、イナート成分の粒度毎の存在割合分布や個数密度など、イナート成分の分散性が評価できる。尚、必ずしも顕微鏡による同定を行う必要は無く、同じような情報が得られる方法であれば、どのような方法を採用してもよい。
【００１９】
イナート成分の分散性が高いイナート高分散炭を一義的に定義することは難しいが、イナート高分散炭は従来の配合理論が適用可能な石炭よりもイナート成分の分散性が高い石炭であり、本発明においては、６ｍｍ以下１００ｍａｓｓ％の粒度分布に粉砕された状態にある石炭を充填密度が７５０ｋｇ／ｍ3に充填した場合のイナート成分の個数密度が２．０×１０10個／ｍ3以上となる石炭をイナート高分散炭と定義する。またこの他に、３ｍｍ以下８０ｍａｓｓ％の粒度分布に粉砕された状態にある石炭を充填密度が７５０ｋｇ／ｍ3に充填した場合のイナート成分の個数密度が２．０×１０10個／ｍ3以上となる石炭や、３ｍｍ以下１００ｍａｓｓ％の粒度分布に粉砕された状態にある石炭を充填密度が７５０ｋｇ／ｍ3に充填した場合のイナート成分の個数密度が２．０×１０10個／ｍ3以上となる石炭と定義することもできる。
【００２０】
石炭は、軟化溶融温度域において、軟化溶融を示す活性成分中に気泡が生成して、それが成長することにより膨張を示す。均質成分系では、気泡はあらゆる位置に同じ確率で生成するが、石炭軟化溶融状態では、イナート成分が混在しているなどにより不均一系であり、その場合には、均質成分での気泡核生成自由エネルギーと比べると、イナート成分の周りなど不均一な部分での気泡核生成自由エネルギーは小さいため、気泡が生成しやすくなる。イナート高分散炭では、イナート成分が細かく、数多く存在していることから、気泡が数多く生成すると同時に、イナート成分が気泡の結合を抑制することになる。その結果、気孔の成長が抑制されるため、膨張量が小さくなる。
【００２１】
また、石炭は軟化溶融後に再固化し、温度の上昇に伴って水素などのガスを放出しながら収縮していく。この過程で、活性成分とイナート成分由来の組織で収縮量が異なるため、収縮量が異なる組織が存在している部分で亀裂が生成しやすい。この結果、亀裂の体積分がコークスを占有することになり、コークスの塊としての収縮量は減少する。イナート高分散炭では、亀裂の起点となるイナートが多く存在しているため、コークスの塊としての収縮は抑制される。
【００２２】
そこで、本発明者らは、軟化溶融時の膨張量が小さい一方で、再固化後の収縮量が小さい特徴を有するイナート高分散炭の配合比率がコークス化過程に影響を及ぼしていると考え、イナート高分散炭の配合率とコークス性状の影響を綿密に調査を行ない、配合構成を制御することで、イナート高分散炭使用を前提とした高品質コークス製造技術の確立に至った。
【００２３】
イナート高分散炭を含めて、配合炭性状の代表的な物性値である平均最大反射率（Ｒｏ）、ギーセラー最高流動度（ｌｏｇＭＦ）、全イナート割合（ＴＩ）を一定としても、イナート高分散炭の配合率、配合炭の構成がコークス品質に影響を及ぼすことが見出された。具体的には、石炭中に含まれるイナート成分の分散性が高い石炭であるイナート高分散炭の配合率が２５ｍａｓｓ％から３０ｍａｓｓ％程度までは、配合率の増加に伴いコークス品質は悪くなる傾向を示し、３０ｍａｓｓ％程度から５０ｍａｓｓ％程度までは、配合率の増加に伴いコークス品質は改善する傾向を示す。イナート高分散炭を使用しない場合よりも高品質なコークスを得るためには、イナート高分散炭をコークス炉に装入する石炭に対して４０ｍａｓｓ％よりも高い割合で配合することが望ましく、その配合率が４５ｍａｓｓ％から５５ｍａｓｓ％が最も望ましい。
【００２４】
尚、膨張収縮の大きな粒子と小さな粒子を所定割合で混在させた場合の熱応力解析を行った結果からも、膨張収縮の大きな粒子と小さな粒子の比率を７５ｍａｓｓ％と２５ｍａｓｓ％とした場合は、膨張収縮の大きな粒子と小さな粒子の比率を０ｍａｓｓ％と１００ｍａｓｓ％および５０ｍａｓｓ％と５０ｍａｓｓ％とした場合よりも、乾留時に生成する熱応力が大きくなり、膨張収縮が大きい粒子３個、膨張収縮の小さい粒子１個が融着している部分で最大の熱応力が発生することを検証している。
【００２５】
また、イナート高分散炭にはギーセラー流動性が低いものなど粘結性に乏しい石炭が多いため、粘結性に富む石炭を用いて、配合炭全体の粘結性、例えばギーセラー最高流動度を一定に管理することが必要になる。ギーセラー最高流動度の高い石炭には多くの種類の石炭が存在するが、コークス品質をより高めるためには、配合炭を構成する石炭のうちギーセラー最高流動度ｌｏｇＭＦが３．０以上である１銘柄以上の石炭について、ギーセラー最高流動度ｌｏｇＭＦが算術平均値で４．０未満とすることが好ましく、３．５以上、３．７未満とすることが最も望ましい。
【実施例１】
【００２６】
石炭の銘柄（石炭Ａ〜Ｕ）毎にイナート分散性の評価を行ない、イナート高分散炭の選別を実施した。
【００２７】
まず、石炭を６ｍｍ以下１００ｍａｓｓ％の粒度分布に粉砕後、０．１ｍｍ以下、０．１〜０．３ｍｍ、０．３〜０．５ｍｍ、０．５〜１．０ｍｍ、１．０〜３．０ｍｍ、３．０〜６．０ｍｍの６つの粒度に区分し、各区分の石炭に対して組織分析を行ない、粒度区分毎にイナート成分の体積割合を測定した。
【００２８】
次に、イナート成分を球形と仮定し、粒度区分毎にイナート成分１個の平均体積を求め、前記組織分析で得られた粒度区分毎のイナート成分体積量をイナート成分１個の平均体積で除すことにより、粒度区分毎のイナート成分の個数を求めた。そして、粒度区分毎でのイナート成分の個数の総和をイナート成分の個数密度（個／ｍ3）とした。尚、単位体積当たりの個数に換算するに際し、石炭の充填密度を７５０ｋｇ／ｍ3、石炭比重を１３００ｋｇ／ｍ3一定と仮定して計算した。
【００２９】
石炭銘柄毎のイナート分散性の評価結果を表１に示す。表１には、イナート成分の個数密度と共に、各石炭銘柄毎の平均最大反射率（Ｒｏ）、ギーセラー最高流動度（ｌｏｇＭＦ）、全イナート割合（ＴＩ）も示す。尚、Ｒｏ及びＴＩの測定はＪＩＳ Ｍ８８１６、ｌｏｇＭＦの測定はＪＩＳ Ｍ８８０１に準拠して行った。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１によれば、イナート成分の分散性は石炭銘柄により異なり、ＲｏあるいはＴＩが大きい石炭ほどイナート成分の個数密度が大きい傾向が得られた。
【００３２】
特に、石炭Ｍ、Ｏ、Ｑ、ＲおよびＳは他の石炭と比べるとイナート成分の個数密度が大きく、イナート高分散炭の代表銘柄であることが分かった。
【００３３】
イナート高分散炭の代表銘柄と判明した石炭のうち、個数密度のほぼ等しい石炭ＯとＭの配合条件がコークス品質に及ぼす影響を評価するため、配合率を変化させて石炭ＯあるいはＭを配合した配合炭を乾留し、得られたコークスの性状試験を行った。尚、配合炭の調整は、Ｒｏが１．１、ｌｏｇＭＦが２．３の一定値となるように行った。また、石炭の充填条件は、水分６ｍａｓｓ％、装入嵩密度７７５ｋｇ／ｍ3の一定とした。
【００３４】
乾留試験には実炉をシミュレート可能な小型電気炉を使用し、得られたコークスの性状評価にはＪＩＳ Ｋ２１５１に定められているドラム１５０回転１５ｍｍ指数のドラム強度を用いた。
【００３５】
図１に、製造したコークスについて、イナート高分散炭配合率とドラム強度との関係を示す。図１において、横軸は石炭Ｏの配合割合、縦軸はコークスのドラム１５０回転１５ｍｍ指数である。図１によれば、イナート高分散炭の配合割合はコークス強度に影響を及ぼすことが確認できる。具体的には、石炭Ｏの配合率の低い０、１０ｍａｓｓ％ではほとんど影響が認められないものの、２５ｍａｓｓ％から３０ｍａｓｓ％程度の配合率ではドラム強度は低下し、さらに配合率を４０、５０ｍａｓｓ％まで増加させると、それまでとは反対に強度が向上する傾向を示している。尚、石炭Ｍでも石炭Ｏと同様の結果が得られた。
【００３６】
次に、横軸を配合炭を構成する石炭のうちギーセラー最高流動度ｌｏｇＭＦが３．０以上の石炭でのギーセラー最高流動度の算術平均値として、縦軸に、イナート高分散炭０ｍａｓｓ％配合コークスのドラム１５０回転１５ｍｍ指数（ベース）に対する、イナート高分散炭５０ｍａｓｓ％配合コークスのドラム１５０回転１５ｍｍ指数の増加量（ΔＤＩ15015）をプロットした結果を図２に示す。
【００３７】
図２によれば、配合炭を構成する石炭のうちギーセラー最高流動度ｌｏｇＭＦが３．０以上の石炭でのギーセラー最高流動度の算術平均値が４．０以上では、イナート高分散炭０ｍａｓｓ％配合コークスに対して強度が低下することが明らかである。
【実施例２】
【００３８】
コークス炉（実炉）において本発明の効果の確認試験を実施した。
【００３９】
石炭の配合設計は、一般的なコークス強度因子であるＲｏが１．０、ｌｏｇＭＦが２．７となるよう行った。イナート成分の分散性が高い石炭として実施例１で用いた石炭Ｏを採用し、石炭Ｏの配合率を平均３ｍａｓｓ％と５０ｍａｓｓ％の２水準行うことで、イナート高分散炭の配合率とコークス強度の関係を調査した。尚、石炭水分、粒度、燃焼温度、乾留時間などその他の操業因子がほぼ一定となるよう操業した。
【００４０】
石炭Ｏの配合率が平均３ｍａｓｓ％（比較例）と５０ｍａｓｓ％（本発明例）の場合について、製造されたコークスのドラム強度を測定した。ドラム強度は実施例１と同様のドラム１５０回転１５ｍｍ指数であり、約一週間での平均値を求めた。結果を図３に示す。尚、図３の各棒グラフ上に重ねて示した直線は、ドラム強度のばらつきを示す。
【００４１】
図３によれば、イナート高分散炭の配合率を４０ｍａｓｓ％超えとする本発明方法を用いることで、コークス強度が向上することを確認できた。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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