(57)【要約】【課題】粘結材を添加して高強度コークスを製造する方法において、非微粘結炭配合比率を高めても、高強度を維持できるとともに、さらにコークス粒度を向上させることができるコークスの製造方法を提供する。【解決手段】高揮発分含有炭を含む配合炭をコークス炉に装炭して乾留することによってコークスを製造する際、高揮発分含有炭として揮発分を３０質量％以上含有し、好ましくは、粘結力指数が５０％以上のものを用い、この高揮発分含有炭に、液体状の粘結材を高揮発分含有炭の含有量に対する質量比率で５％超添加し、混練して、その他の原料炭に配合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高揮発分含有炭を含む配合炭をコークス炉に装炭して乾留するコークスの製造方法において、
前記高揮発分含有炭は揮発分を３０質量％以上含有するものであり、該高揮発分含有炭に、液体状の粘結材を高揮発分含有炭の含有量に対する質量比率（外数）で５％超添加し、混練して、他の原料炭に配合することを特徴とするコークスの製造方法。
【請求項２】
事前に高揮発分含有炭に対する粘結材の添加量あたりのコークス粒度向上効果を求めておき、高揮発分含有炭を含む配合炭に粘結材を添加しないで製造したコークスの平均粒度に対し、目標とする平均粒度を得るための目標粒度向上代を定め、前記コークス粒度向上効果と、前記高揮発分含有炭の含有量と、前記高揮発分含有炭に対する前記粘結材の添加率との積で表されるコークス粒度向上代が、前記目標粒度向上代以上となるように前記粘結材を添加することを特徴とする請求項１に記載のコークスの製造方法。
【請求項３】
前記高揮発分含有炭は粘結力指数が５０％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の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、製鉄原料として用いるコークスの製造方法に関するもので、特に、石炭に粘結材を添加してコークス炉で乾留することより高強度の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】
原料炭に粘結材を添加して高強度コークスを製造する方法は、従来から知られており、以下のような公知文献がある。
特許文献１では、微粉炭と粗粒炭への粘結材添加比率を、微粉炭・粗粒炭の性状に応じて調整して高強度コークスを作る方法が示されている。
特許文献２では、原料炭を性状に応じてグループ化し、グループ毎に最適な組成の粘結材を添加することで、高強度コークスを製造する方法が示されている。
特許文献３では、高膨張圧炭に対して選択的に粘結材を添加、混練、成型して、膨張圧を低減しながら高強度コークスを製造する方法が示されている。
以上のようなコークス製造方法において、製造コストの低減をさらに目指すため、非微粘結炭の配合比率を一層向上することが望まれている。
【０００３】
また一方で、高炉操業の安定化や、高炉でのコークス使用量の削減に対するニーズも高まっており、コークス強度だけでなく、コークス粒度を向上させる方法の開発も求められている。コークス粒度を向上させる方法としては、例えば特許文献４に示された、石炭を瀝青物と混練する方法があるが、非微粘結炭の配合比率を増加しながら、さらにコークス粒度を向上させる方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０７３５３５号
【特許文献２】特開２００７−９０１６号公報
【特許文献３】特開２０１１−２６４６８号公報
【特許文献４】特開平６−２６４０６９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、以上のような従来の方法では、非微粘結炭の配合比率を高めたうえで、高強度を維持するとともに、さらに粒度を向上させるコークスの製造方法については示されていない。
そこで、本発明は、粘結材を添加して高強度コークスを製造する方法において、非微粘結炭配合比率を高めても、高強度を維持できるとともに、さらにコークス粒度を向上させることができるコークスの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一般に、非微粘結炭は揮発分（ＶＭ）の含有量が高く、非微粘結炭の配合比率が増加すると配合炭全体のＶＭが増加し、コークス粒度は低下する。
ＶＭが高くなるとコークス粒度が低下する理由は、一般にＶＭが高い石炭は再固化後の収縮率が大きいため、歪が大きくなる。このため、応力が大きくなり、コークスの亀裂が増加し、割れてコークスの粒径が小さくなるからである。
本発明者らは、非微粘結炭の中でＶＭが高い石炭（高ＶＭ炭）に着目して、高ＶＭ炭を含む配合炭について、上記課題を解決すべく種々の検討を重ねた結果、配合炭中で高ＶＭ炭にのみ選択的に粘結材をある一定割合以上集中して添加・混合することで、コークス強度を維持しながらコークス粒度を向上させられること、さらには、選択的に集中添加する粘結材の添加量と得られるコークスのコークス粒度の間に一定の関係があり、コークス粒度の向上効果を予測して粘結材の添加量を決められることを見出した。
【０００７】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）高揮発分含有炭を含む配合炭をコークス炉に装炭して乾留するコークスの製造方法において、前記高揮発分含有炭は揮発分を３０質量％以上含有するものであり、該高揮発分含有炭に、液体状の粘結材を高揮発分含有炭の含有量に対する質量比率（外数）で５％超添加し、他の原料炭に配合することを特徴とするコークスの製造方法。
【０００８】
（２）事前に高揮発分含有炭に対する粘結材の添加量あたりのコークス粒度向上効果を求めておき、高揮発分含有炭を含む配合炭に粘結材を添加しないで製造したコークスの平均粒度に対し、目標とする平均粒度を得るための目標粒度向上代を定め、前記コークス粒度向上効果と、前記高揮発分含有炭の含有量と、前記高揮発分含有炭に対する前記粘結材の添加率との積で表されるコークス粒度向上代が、前記目標粒度向上代以上となるように前記粘結材を添加することを特徴とする上記（１）に記載のコークスの製造方法。
【０００９】
（３）前記高揮発分含有炭は粘結力指数が５０％以上であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のコークスの製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、この結果、非粘粘結炭（高ＶＭ炭）の使用比率を上げても、コークス強度を一定以上に維持しながらコークス粒度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】高揮発分含有炭に粘結材を添加して乾留した場合の粘結材添加率と得られるコークスの平均粒度との関係を図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明者は、高揮発分含有炭を含む配合炭をコークス炉に装炭して乾留するコークスの製造方法において、高揮発分含有炭に粘結材を集中的に添加し、それを混練して他の原料石炭に混合して乾留すると、コークス強度とコークス粒度の向上をともに達成できることを見出した。
最初に、そのような本発明の基礎となった実験的な知見について説明する。なお、石炭や粘結材の量的比率を表す「％」は「質量％」を示す。
【００１３】
（実験１）
揮発分含有量の異なる石炭を用い、粘結材を原料炭に対して選択的に添加してコークスを製造し、コークス粒度及びコークス強度への影響を調べた。
表１に示す性状の３種類の石炭を準備した。なお、揮発分含有量はドライベースの値を示す。
これらの石炭の一部に粘結材を選択的に集中して添加し、他の石炭と混合して配合炭とした。配合条件や粘結材の添加条件は表２に示す通りとした。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
【表２】
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【００１６】
ここで、「ベース配合」とは、Ａ炭、Ｂ炭、Ｃ炭をそれぞれ均等質量比率で配合した石炭を示し、「粘結材添加なし」とは、粘結材を添加しない石炭の銘柄と質量比率を示し、「粘結材選択集中添加」とは、粘結材を添加、混練する石炭の銘柄及びその石炭と粘結材の質量比率を示す。
それぞれの質量比率は内数で示しているが、上記条件２〜５において、添加対象の石炭に対する粘結材の添加率は、３．０／３０．４×１００＝９．９％（外数）となる。
【００１７】
条件２〜５においては、粘結材を対象とする石炭に集中して添加、混練した後、粘結材添加なしの石炭と粘結材選択集中添加した石炭を混合し、試験コークス炉で乾留した。なお、粘結材としては液体状のものとしてコールタールを用いた。この結果、対象とする石炭粒子の表面は粘結材で被覆されていると考えられる。
乾留後のコークスは、窒素中で冷却した後、コークス平均粒度とコークス強度ＤＩを測定した。
ここで、コークス平均粒度は、複数の篩目で篩を行い、篩目の各粒度区分ごとの質量を測定し、各粒度区分の代表径（上下の篩目の中間径）を用いて、当該粒度区分の質量比率で加重平均した値とした。また、コークス強度ＤＩとしては、ドラム強度指数ＤＩ15015（以降、単に「ＤＩ」と記載する場合がある。）を測定した。
結果を同じく表２に示す。
【００１８】
条件１は粘結材添加なしの例を、条件２はベース配合の一部に粘結材を集中添加した例を、条件３〜５はＡ、Ｂ、Ｃ炭のそれぞれに粘結材を集中添加した例を示す。
コークス強度ＤＩに対しては、粘結材を添加した条件２〜５では、添加していない条件１に比べて、いずれも強度が向上した。
これに対し、粘結材の添加がコークス粒度に及ぼす影響は一様ではなく、条件１に比べると、３種の石炭全てに添加した場合やＶＭが一番低いＡ炭に添加した場合では効果がなく、Ａ炭よりもＶＭが高いＢ炭に添加した場合でもコークス平均粒度はほとんど向上していない。これに対して、ＶＭの一番高いＣ炭に添加した条件５ではコークス平均粒度が約３ｍｍ程度向上する結果が得られた。
【００１９】
この結果から、ＶＭがある一定値以上の高ＶＭ炭に、粘結材を、ある比率以上の割合で集中して添加・混合することでコークス平均粒度が向上することが認められた。
高ＶＭ炭は再固化後の収縮率が大きいためにコークスの亀裂発生の起点となるが、高ＶＭ炭を粘結材で被覆することにより、高ＶＭ炭の周囲の組織の粘性が向上し、同時に弾性が低下する結果、収縮時の応力が緩和され、亀裂が進展しにくくなると考えられた。
【００２０】
この実験で、高ＶＭ炭への粘結材の集中添加によるコークス粒度向上の効果が認められたので、次に、その効果が発現する条件について検討した。
【００２１】
（実験２）
最初に、粘結材の添加比率の影響について調べた。
表３の条件６、７に示すように、上記Ａ〜Ｃ炭を実験１と同じ配合条件で用い、Ｃ炭への粘結材の添加率を変えて新たな配合炭を作製し、実験１と同様にしてコークスを製造し、コークス平均粒度とコークス強度ＤＩを測定した。
結果を同じく表３に示す。表３には実験１の条件１、５も併せて示す。なお、対象炭への粘結炭の集中添加率を外数で示した。
【００２２】
【表３】
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【００２３】
表３に示されるように、粘結材のＣ炭への集中添加率３％ではコークス平均粒度の変化が現れなかったが、添加率が５．２％では、コークス平均粒度が１．７ｍｍ向上する結果が得られた。この結果から、高ＶＭ炭への粘結炭の添加率が５％超でコークス平均粒度の向上効果が表れることが確認できた。
【００２４】
（実験３）
次に、粘結材の集中添加によるコークス粒度向上効果が得られる石炭の揮発分含有量について調べた。
新たに表４に示す性状のＤ炭を準備して、配合条件や粘結材の添加条件は表５に示す通りとした。ここで、「ベース配合２」とは、Ａ炭、Ｂ炭、Ｄ炭をそれぞれ均等質量比率で配合した石炭を示す。
条件８、９の配合炭を用いて同様にコークスを製造し、コークス平均粒度とコークス強度ＤＩを測定した。結果を同じく表５に示す。
【００２５】
【表４】
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【００２６】
【表５】
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表５についても、それぞれの質量比率は内数で示しているが、上記条件９において、添加対象の石炭に対する粘結材の添加率は、３．０／３０．４×１００＝９．９％（外数）となる。
【００２７】
表５に示すように、揮発分含有量３０％のＤ炭に粘結材を集中添加した条件９では、コークス強度が向上するとともにコークス平均粒度が２．５ｍｍ向上する結果が得られた。この条件９の結果と実験１の条件５の結果から、原料石炭中で、揮発分を３０％以上含有する石炭に粘結炭を集中添加することにより、コークス強度とコークス平均粒度をともに向上させることが確認された。
【００２８】
本発明者らは、以上の実験を基礎として、さらに、揮発分含有量の異なる種々の石炭を用い、粘結材を添加する対象の石炭や粘結材添加率を変えて同様の試験を行い、揮発分含有量が３０％以上の高ＶＭ炭に、粘結材を外数で５％超の添加率で集中して添加・混練し、他の原料炭に混合してコークスを製造することにより、非微粘結炭（高ＶＭ炭）配合比率を高めても、コークス強度とコークス平均粒度をともに向上したコークスを製造できることを確認することができた。
【００２９】
これによって、原料炭に配合する高ＶＭ炭の銘柄や配合量とその石炭に集中添加する粘結材の組み合わせ毎に、目標のコークス粒度が得られる粘結材の添加率を実験的に求めることにより、実際の粘結材の添加量を決めることができるが、所定の銘柄の石炭と粘結材の組み合わせにおいて、粘結材添加量あたりのコークス粒度向上効果を予め求めておき、目標のコークス粒度となるような粘結材の添加量を事前に知ることができるようにすることが好ましい。
【００３０】
そこで、種々の銘柄の石炭について、粘結材の添加率とコークス平均粒度との関係を調べたところ、揮発分含有量が３０％以上の高ＶＭ炭に対する粘結材添加率が外数で１５％程度までの範囲では、粘結材添加率とコークス粒度は直線関係にあることを実験的に見出した。
その一例として、上記Ｃ炭とＤ炭に、それぞれ粘結材を添加した場合の粘結材添加率と得られるコークスの平均粒度との関係を図1に示す。
【００３１】
これにより本発明者は、種々の石炭銘柄と粘結材の組み合わせにおいて、それぞれ事前に粘結材添加量あたりのコークス粒度向上効果を求めておくことにより、石炭銘柄と粘結材の組み合わせが決まれば、次の手順でコークス粒度向上効果を予測できることを見出した。
【００３２】
すなわち、高ＶＭ炭である石炭Ｉから製造したコークスの平均粒径Ｉａ（ｍｍ）と石炭Ｉに粘結材Ｊをｊ％添加して製造したコークスの平均粒径Ｉｂ（ｍｍ）を調べれば、石炭Ｉと粘結材Ｊの組み合わせにおける粘結材添加量当たりのコークス粒度の向上効果ＥＩＪ（mm／％）を、次の式から求めることができる。
ＥＩＪ＝（Ｉｂ−Ｉａ）／ｊ
【００３３】
また、配合炭中に石炭Ｉがｉ％含まれ、石炭Ｉに粘結材Ｊをｊa％集中添加した配合炭を乾留したコークスの平均粒度向上代Ｅ（mm）は、ＥＩＪを用いて各効果の加重平均による次の式で求められる。
Ｅ＝ＥＩＪ×（ｉ／100）×ｊa
【００３４】
この平均粒度向上代Ｅの求め方に基づいて、先の実験で用いた条件５、７、９について平均粒度向上代Ｅの推定値を求め、先の実験で得られた実測値と比較した。
まず、Ｃ炭を用いた条件７と５について調べた。
Ｃ炭１００％で乾留したコークスの平均粒度Ｉａは３８ｍｍ、Ｃ炭に粘結材Ｊを６％添加混合して乾留したコークスの平均粒度Ｉｂは４４ｍｍであった。Ｃ炭と粘結材Ｊの組み合わせにおいては、粘結材添加量あたりのコークス粒度向上効果ＥＩＪは、（４４−３８）／６＝１mm／％と求められる。
上記表３において条件５においては、配合炭中にＣ炭が３０．４％含まれ、Ｃ炭に粘結材Ｊを９．９％添加している。この場合、配合炭を乾留したコークスの平均粒度向上代Ｅは、１×（３０．４／１００）×９．９＝３．０ｍｍと推定され、同様に条件７については、１．７ｍｍと推定され、いずれも実測値と一致することが認められた。
【００３５】
【表６】
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【００３６】
同様に、Ｄ炭を用いた条件９について調べた。
Ｄ炭１００％で乾留したコークスの平均粒度Ｉａは４２ｍｍ、Ｄ炭に粘結材Ｊを７％添加混合して乾留したコークスの平均粒度Ｉｂは４７．５ｍｍであった。Ｄ炭と粘結材Ｊの組み合わせにおいて、粘結材添加量あたりのコークス粒度向上効果Ｅｉｊは、（４７．５−４２）／７＝０．７９mm／％と求められる。
表５において、条件９では、配合炭中にＤ炭が３０．４％含まれ、Ｄ炭に粘結材Ｊを９．９％添加している。この場合、配合炭を乾留したコークスの粒度向上代Ｅは、０．７９×（３０．４／１００）×９．９＝２．４ｍｍと推定され、実測値とほぼ一致することが認められた。
【００３７】
【表７】
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【００３８】
したがって、高ＶＭ炭として石炭Ｉを含有量ｉで含むある配合構成で、石炭Ｉに粘結材Ｊを集中添加する場合、事前に石炭Ｉに対する粘結材Ｊの添加量あたりのコークス粒度向上効果ＥＩＪを求めておき、石炭Ｉに粘結材Ｊを添加しないで製造したコークスの平均粒度Ｍに対し、目標とするコークスの平均粒度をＭ’として（Ｍ’−Ｍ）に相当する目標粒度向上代を定め、コークス粒度向上効果ＥＩＪと石炭Ｉの含有量ｉに対する粘結材Ｊの添加率ｊaの積から求められる値が目標粒度向上代（Ｍ’−Ｍ）以上となるように粘結材Ｊの添加率ｊaを求めることにより、目標のコークス粒度を達成できる粘結材の添加率を予め決めることができる。
【００３９】
なお、配合炭中に複数の高ＶＭ炭を含む場合は、石炭Ｉと粘結材Ｊとの組み合わせによる平均粒度向上効果ＥＩＪをそれぞれ求め、それを加算することにより求めることができる。
例えば、石炭Ｉｍをｍ％、石炭Ｉｎをｎ％含み、石炭Ｉｍに粘結材Ｊをｊa％添加し、石炭Ｉｎに粘結材Ｋをｋa％添加する場合の合計の平均粒度向上代ΣＥ（mm）は、石炭Ｉｍに対する粘結材Ｊの平均粒度向上効果をＥＩｍＪとし、石炭Ｉｎに対する粘結材Ｋの平均粒度向上効果をＥＩｎＫとして、下式で求められる。
ΣＥ＝｛ＥＩｍＪ×（ｍ／100）×ｊa｝＋｛ＥＩｎｋ×（ｎ／100）×ｋa｝
【００４０】
以上、本発明の基本的な形態について説明したが、さらに本発明を構成する個々の条件や好ましい条件について説明する。
（配合炭）
使用する配合炭の一部にＶＭがドライベースで３０質量％以上の高ＶＭ炭を用いるものとする。高ＶＭ炭は単一銘柄のものでも複数銘柄のものでもよい。高ＶＭ炭の配合比率は、コークス平均粒度を向上させる効果がさらに発揮されるという観点から１０％以上が好ましく、一方、コークス強度を確保する点から８０％以下が好ましい。
【００４１】
なお、本発明が対象とする高ＶＭ炭としては、適度な粘結性を有していることが重要である。これは、被覆する粘結材により、高ＶＭ炭粒子周囲の組織だけでなく、高ＶＭ炭粒子表面近傍の粘結性が向上して弾性が低下すると、応力緩和効果がより促進され、亀裂がより進展しにくくなるためである。被覆する粘結材により粒子表面近傍の粘結性が向上して弾性が低下するには、粘結力指数が５０％以上であればよいことを確認している。
従って、本発明が対象とする高ＶＭ炭の粘結力指数は５０％以上であることが好ましい。ちなみに、上記試験で用いたＡ〜Ｄ炭は粘結力指数がすべて５０％以上である。
【００４２】
ここで、粘結力指数は、石炭の粘着性の強さを示す指数であり、石炭利用技術用語辞典（社団法人燃料協会編、１９８３年コロナ社発行）の２５５頁に記載されている方法により測定される値を用いる。具体的には、０．２５ｍｍ以下の石炭１ｇに０．２５〜０．３０ｍｍの粉コークス９ｇを混ぜ、磁性るつぼで９００℃、７分間乾留した後、０．４２ｍｍでふるい分けし、ふるい上に残存した重量の百分率で表示する方法で、粘結力指数を測定することができる。
【００４３】
本発明が対象とする高ＶＭ炭に配合するその他の石炭としては、特に限定されるものではなく、強粘結炭を含む通常の配合炭用の石炭（ＶＭ：１７質量％以上３０質量％未満）を用いる。
【００４４】
（粘結材）
高ＶＭ炭に添加する粘結材は、対象とする石炭粒子の表面を粘結材で被覆できるように、使用温度で液体状のものとする。常温で固体の粘結材についても、加温して液体状にすれば、対象となる石炭と混合することで効果が発揮できる。
液体状粘結材には、コールタールなど石炭系粘結材、アスファルトなど石油系粘結材、その他の瀝青物粘結材が使用できる。また、固体粘結材としては、石炭ピッチ、石油重質残渣、アスファルトピッチなどが使用できる。
【００４５】
粘結材の使用温度は、液体状粘結材では、６０〜８０℃程度、固体粘結材で８０〜２００℃程度が例示される。固体粘結材は温度が低下するとすぐに固化して凝集してしまうため、加熱するとともに高速かくはん型の混合機でかくはんすることが好ましい。
粘結材の添加量は、添加対象とする高ＶＭ炭に対する比率（外数）で５質量％超とする。５質量％以下ではその作用が十分でない。また、上限はコークス粒度向上の観点からは、１５％以下が望ましい。なお、コークス強度をより向上させる場合は、さらに多く添加しても良いが、２０質量％超にするとコークス強度に悪影響を及ぼす可能性があるため、２０質量％以下とすることが好ましい。
【００４６】
（製造工程）
本発明は、基本的には通常のコークスの製造技術を用いて、以下のような工程で実施することができる。
乾燥後粉砕された原料炭を準備する。原料炭のうち揮発分が３０％以上の高ＶＭ炭を、混練・造粒設備に入れ、高ＶＭ炭に対して液体状の粘結材を滴下又は噴霧し、混練して混練物を作製する。この混練物とその他の原料炭（強粘結炭を含む通常の配合炭用の石炭等）を配合設備に搬送し、配合設備でそれらを混合・配合された配合炭をコークス炉に装入して乾留し、高炉用コークスを製造する。なお、配合設備を設置せず、ベルトコンベヤー上のコークス原料炭に混練物を供給してもよい。
【図１】
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