(57)【要約】      （修正有）【課題】高強度の成型コークスを製造することが可能な成型炭を簡便に製造することが可能であり、且つ経済性に優れる成型炭の製造方法を提供する。【解決手段】粉状の石炭と軟化点が３５〜５５℃である粉状の粘結材とを、上記軟化点未満の温度で混合する混合工程と、石炭と粘結材とを含む混合物を、成型して成型炭を得る成型工程と、を有し、成型工程では、成型炭の表面温度が６０〜９０℃になるように混合物を加熱しながら成型する成型炭の製造方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉状の石炭と軟化点が３５〜５５℃である粉状の粘結材とを前記軟化点未満の温度で混合する混合工程と、
前記石炭と前記粘結材とを含む混合物を、成型して成型炭を得る成型工程と、を有し、
前記成型工程では、前記成型炭の表面温度が６０〜９０℃になるように前記混合物を加熱しながら成型する成型炭の製造方法。
【請求項２】
前記混合物を、前記表面温度よりも低い温度であって、４０〜７５℃の温度範囲に加熱する加熱工程を有する、請求項１に記載の成型炭の製造方法。
【請求項３】
前記混合物は前記粘結材とは異なる液体状の有機高分子材を含有する、請求項１又は２に記載の成型炭の製造方法。
【請求項４】
前記混合工程では、前記石炭と前記粘結材とを粉砕しながら混合して、前記混合物を調製する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の成型炭の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項の製造方法によって得られる成型炭を乾留して得られる成型コークス。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項の製造方法によって得られる成型炭を、乾留して成型コークスを得る乾留工程を有する、成型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、成型炭の製造方法、並びに成型コークス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
成型コークスは、還元材及び熱源として、溶融炉及び高炉など様々な用途に用いられている。成型コークスは、炉内での閉塞を抑制するとともに通気性を維持するために、鉄鉱石などの他の原材料と接触しても容易に割れたり摩耗したりして微粒化しないように、十分な強度を有することが求められる。
【０００３】
成型コークスの製造方法としては、石炭の粉砕粉と炭化水素系の粘結材とを混練して得られる混練物を加圧して成型炭を作製し、この成型炭を乾留する方法が用いられている。成型炭の製造方法としては、石炭と粘結材の両者を１００℃以上に加熱して保温した後に混合し、攪拌して成型する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。成型コークスの別の製造方法として、石炭の急速加熱及び熱間成型を行った後に乾留する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０１９００号公報
【特許文献２】特開２０００−８０３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のとおり、石炭と粘結材とを混合して成型炭を製造する方法においては、従来、石炭及び粘結材の少なくとも一方が、軟化して液状になる温度まで加熱した後に混合している。この場合、混合時の温度の不均一性によって成型炭の品質低下が生じたり、一度軟化した溶融物が再固化して設備に付着し閉塞を引き起こしたりすることが懸念される。例えば、特許文献１のように、石炭と粘結材とを加熱して混練する場合、石炭及び粘結材の温度のばらつきによって、混錬物の混合状態や成型炭の組織が不均一となりやすい。このため、成型炭の品質ばらつきが大きくなり、また、品質の低下も生じやすい傾向にある。また、このようにして得られた成型炭を乾留して成型コークスを製造しても、強度が低く且つ強度のばらつきが大きい成型コークスとなってしまう。
【０００６】
また、特許文献１のような方法では、石炭と粘結材とを加熱して保温するための設備のみならず、混錬機や一次貯蔵ホッパー等の各機器についても、加熱及び保温が可能な設備にする必要がある。これによって、電力及び蒸気等の用役コストが上がること、並びに、機器の加熱・保温不良による混錬物の付着や閉塞による設備の停止等が懸念される。
【０００７】
特許文献２の方法でも、石炭の急速加熱及び熱間成型を実施するための耐熱性の設備が必要となり、設備コスト及び用役コストが上がってしまうこととなる。また、各種設備の損耗も顕著になる傾向にある。
【０００８】
このような事情の下、高強度を有する成型コークスを簡便に且つ低コストで製造することが可能な技術が求められている。本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高強度の成型コークスを製造することが可能な成型炭を簡便に製造することが可能であり、且つ経済性に優れる成型炭の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、高強度のコークスを簡便に製造することが可能であり、且つ経済性に優れる成型コークスの製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、高強度を有するとともに製造コストを十分に低減することが可能な成型コークス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】
【０００９】
本発明は、粉状の石炭と軟化点が３５〜５５℃である粉状の粘結材とを軟化点未満の温度で混合する混合工程と、石炭と粘結材とを含む混合物を、成型して成型炭を得る成型工程と、を有し、成型工程では、成型炭の表面温度が６０〜９０℃になるように混合物を加熱しながら成型する成型炭の製造方法を提供する。
【００１０】
この製造方法では、軟化点未満の温度という低い温度において、成型原料である混合物を調製している。上記軟化点を有する粘結材は、通常の室温においても混合物が殆どべたつかず、固体状であることから、混合物の混合状態が不均一になることを十分に抑制することができる。また、成型工程における加熱温度は、成型炭の表面温度が６０〜９０℃になる程度の温度であることから、用役コストを十分に低減しつつ設備の劣化を十分に低減することができる。このように、一連の工程を比較的低い温度で実施できることから、耐熱性を有していない簡便な設備を利用することも可能である。
【００１１】
本発明者らは、上述の方法によって得られる成型炭を用いた場合に、高強度の成型コークスが得られる要因を次のとおり推察している。すなわち、混合状態の均一性が向上した混合物を用いていることから、成型炭の均一性も十分に高くすることができる。これが、成型コークスの強度向上の一要因になっていると考えられる。
【００１２】
また、上記製造方法では、このような成型炭を表面温度が７０〜９０℃になるように加熱しながら成型している。これによって、成型炭の表面部の方が内部よりも緻密になって硬くなり、成型炭の表面部に、硬質の外殻部が形成されることとなる。ここで、成型炭を乾留してコークスを製造する際、通常従来技術では、成型炭は乾留初期において一旦膨張する。その後、成型炭は、乾留後期において収縮して、成型コークスが形成される。この乾留初期における膨張に伴って、成型炭の表面には多数のクラックが発生することとなる。このようにして発生するクラックは、成型コークスの強度低下の要因となる。
【００１３】
一方、上記製造方法によって得られる成型炭の場合、表面部に硬質の外殻部を有しているため、乾留を行うと、乾留初期において、内部は膨張するものの、硬質の外殻部の膨張は抑制される。このため、乾留初期において成型炭の表面部にクラックが生じることを十分に抑制することができる。また、上記製造方法では、成型炭を製造するための各工程における温度を十分に低くできるため、石炭に含まれる成型性及びコーキング性に有効な成分の消失を抑制し、該成分を有効に活用できると考えられる。本発明者らは、このような要因によって、高い強度を有する成型コークスが得られるものと推察している。ただし、成型コークスの強度向上のメカニズムは、これらの要因に限定されるものではない。
【００１４】
以上のとおり、本発明の製造方法によれば、高強度の成型コークスの製造に適した成型炭を簡便に製造することが可能である。この製造方法は、設備への負荷を軽減しつつ用役コストも十分に抑制することができるため、経済性にも優れる製造方法であるといえる。
【００１５】
上記成型炭の製造方法は、混合物を、成型工程における成型炭の上記表面温度よりも低い温度であって、４０〜７５℃の温度範囲に加熱する加熱工程を有していてもよい。これによって、成型工程における成型炭の表面温度を早期に所定の温度にまで加熱することができる。これによって、成型工程が短縮化されて、成型炭の生産量を増大することができる。
【００１６】
成型工程で用いる混合物は、粘結材とは異なる液体状の有機高分子材を含有していてもよい。これによって、成型炭の強度を一層向上し、成型コークスを製造する際の歩留まりを一層高くすることができる。
【００１７】
混合工程は、石炭と粘結材とを粉砕しながら混合して、上記混合物を調製する工程であってもよい。この場合、粉砕と混合とを同時進行で行うことができるため、工程の時間短縮を図ることができる。一方、混合工程は、石炭と粘結材とを個別に粉砕した後、これらの粉砕粉を軟化点未満の温度で混合する工程であってもよい。この場合、石炭の粉砕粉と粘結材の粉砕粉の粒径を個別に調整できることから、石炭や粘結材の材質に応じて適した粒径サイズを選択することができる。
【００１８】
本発明は、別の側面において、上述の製造方法によって得られる成型炭を乾留して成型コークスを得る乾留工程を有する、成型コークスの製造方法を提供する。この製造方法は、上述の成型炭を用いていることから、高強度の成型コークスを簡便に製造することが可能であり、且つ経済性に優れる。本発明は、さらに別の側面において、上述の製造方法によって得られる成型炭を乾留して得られる成型コークスを提供する。このような成型コークスは、上述の成型炭から得られることから、高強度を有するとともに製造コストを十分に低減することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高強度の成型コークスを製造することが可能な成型炭を簡便に製造することが可能であり、且つ経済性に優れる成型炭の製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、高強度の成型コークスを簡便に製造することが可能であり、且つ経済性に優れる成型コークスの製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、高強度を有するとともに製造コストを十分に低減することが可能な成型コークスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の成型炭の製造方法の好適な実施形態を示すフローチャートである。
【図２】成型コークスの圧壊強度の測定に用いられる測定装置の模式図である。
【図３】本発明の成型コークスの製造方法の好適な実施形態に用いられる連続式成型コークス製造設備の概要を示す模式図である。
【図４】各実施例及び各比較例の成型時の表面温度と圧潰強度の関係を示すグラフである。
【図５】石炭の加熱温度とＣＩとの関係を示すグラフである。
【図６】実施例６及び実施例７の圧潰強度の測定結果を示すグラフである。
【図７】成型時間と成型炭の表面温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を適宜参照しながら本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態の成型炭の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態の成型炭の製造方法は、石炭及び粘結材をそれぞれ粉砕して、粉状の石炭及び粉状の粘結材を得る粉砕工程と、粉状の石炭及び粉状の粘結材を混合して混合物を得る混合工程と、混合物を予備加熱する加熱工程と、予備加熱した混合物を成型して成型炭を得る成型工程と、を有する。
【００２２】
石炭としては、粘結炭及び非粘結炭などの様々な品種を特に制限なく用いることができる。本実施形態の製造方法は、非粘結炭を用いても、十分に高い強度を有する成型コークスを製造可能な成型炭を製造することができる。このため、石炭の品種選択の自由度を高くできるとともに、成型炭及び成型コークスの製造コストを低減することができる。
【００２３】
粘結材（バインダ）は、石炭と混合する際に粉状であり、後述する成型工程で、粉状の石炭を結合させる機能を有する。粘結材としては、軟化点が３５〜５５℃のものを用いる。このような粘結材は、常温では固体又は固形物であり、粘性を殆ど有さず、低い延性を示す傾向にある。このため、粉状の石炭と混合する際のべたつきの発生を十分に抑制して、粉状の石炭と容易に且つ十分に混合することができる。このように混合性に優れていることから、混合物の混合状態の均一性を向上することができる。また、上記軟化点を有する粘結材は、延性が低いため、特殊な設備及び技術を用いなくても、容易に粉砕することができる。
【００２４】
粘結材は、同様の観点から、好ましくは６５〜８５℃の溶融点を有する。なお、本明細書における軟化点及び溶融点は、ＪＩＳ  Ｍ８８０１に準拠して測定される値である。また、粘結材は、好ましくは４０〜６０％のＶＭ（Volatile Matter）分を有する。これによって、混合性と成型性とを高い水準で両立することができる。なお、本明細書におけるＶＭ分は、ＪＩＳ  Ｍ８８１２に準拠して測定される値である。
【００２５】
混合物の撹拌性及び分散性を一層向上させる観点から、粘結材の軟化点の下限は好ましくは４０℃であり、より好ましくは４２℃である。一方、後述する成型工程で加熱時間を短縮する観点から、軟化点の上限は好ましくは５０℃であり、より好ましくは４８℃である。粘結材の具体例としては、炭化水素系のものが挙げられる。より具体的には、石油系ピッチ、石炭系ピッチ、及び石油アスファルトなどを用いることができる。
【００２６】
粉砕工程では、石炭及び粘結材をそれぞれ粉砕して、粒径を３ｍｍ以下とすることが好ましい。粒径の大きい粉砕粉が含まれる場合には、篩い分けによって粉状の石炭及び粉状の粘結材を調製してもよい。
【００２７】
混合工程では、粉状の石炭と粉状の粘結材とを、粘結材の軟化点未満の温度で混合して混合物を得る。これによって、粘結材が殆ど軟化することなく、粘結材と石炭とを互いに粉状のままで混合することができる。粉状の粘結材と粉状の石炭との分散性が良好であることから、混合状態が良好となり、高い均一性を有する混合物を得ることができる。混合時の上記温度は、混合状態の均一性を一層向上する観点、及び実用上の観点から、好ましくは１０〜３５℃、より好ましくは１５〜３０℃である。これによって、混合状態の均一性を一層向上することができる。
【００２８】
混合物は、十分に高い強度を有する成型炭を得る観点から、石炭１００質量部に対して、粘結材を好ましくは２〜２５質量部、より好ましくは４〜１５質量部含む。このような混合割合となるように石炭と粘結材とを混合することが好ましい。
【００２９】
混合物は、石炭及び粘結材以外の添加材を含んでいてもよい。そのような添加材としては、常温（２０℃）で液体状である有機高分子材が挙げられる。有機高分子材としては、ＳＯＰ、アスファルト、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、澱粉、デキストリン、廃油、廃糖蜜、リグニンスルホン酸などが挙げられる。このような有機高分子材を用いることによって、成型炭の強度を一層高くすることができる。
【００３０】
添加材は、石炭と粘結材を混合する際に併せて添加してもよいし、石炭と粘結材とを一旦混合した後に添加してもよい。石炭と粘結材との混合時における両者の分散性を損なわないようにする観点から、後者の方が好ましい。添加材の配合量は、成型コークスの強度向上効果を十分に得つつ混合工程及び成型工程でのハンドリング性を良好に維持する観点から、石炭１００質量部に対して、０．５〜１５質量部であり、より好ましくは１〜８質量部である。
【００３１】
加熱工程では、粉状の石炭、粉状の粘結材、及び任意の添加剤を含有する混合物を、例えば貯蔵ホッパー等で加熱する。このような予備加熱を行うことによって、成型工程における表面加熱の時間を低減して成型炭の生産量を増加することができる。加熱工程では、混合物を４０〜７５℃の温度範囲に加熱する。この温度が低すぎると生産量の増加効果が小さくなる傾向にあり、この温度が高すぎると石炭に含まれる成型性及びコーキング性に有効な成分が失われる傾向にある。
【００３２】
成型工程では、混合物を加熱しながら成型を行って、成型炭を得る。成型設備としては通常のダブルロール成型機等を用いることができる。成型設備の、混合物との接触面を加熱しておくことによって、混合物を加熱しながら成型することができる。加熱は、成型炭の表面温度が６０〜９０℃の温度範囲、より好ましくは７０〜８５℃の温度範囲に到達するように行う。これとともに、加熱は、成型炭の内部に、例えば５０℃以下、好ましくは４０℃以下の温度領域が残るように行うことが好ましい。表面温度が高くなり過ぎると、石炭等に含まれる水分及び揮発分等が揮発して成型性が損なわれる。一方、表面温度が低過ぎると、成型コークスの強度向上の効果が得難くなる。
【００３３】
混合物を、成型設備によって加熱しながら成型することによって、成型炭の表面部分が内部よりも高い温度に加熱される。これに伴い、成型炭の表面部分には内部よりも硬い外殻部が形成されることとなる。これによって、成型炭の強度が向上するとともに、十分に高い強度を有する成型コークスを製造することが可能となる。また、本実施形態では、高温での加熱を行うことなく調製される混合物を用いて成型炭を製造している。石炭には、成型性及びコーキング性に寄与する有効成分が含まれており、このような有効成分は加熱に伴って消失する傾向にある。本実施形態によれば、前工程において加熱に伴う有効成分の消失が抑制されていることから、混合物には成型性及びコーキング性に有効な成分が十分に残留している。これらの要因によって、成型コークスは十分に高い強度を有する。
【００３４】
成型炭の製造方法の好適な実施形態を説明したが、本発明の成型炭の製造方法は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、別の幾つかの実施形態においては、加熱工程を行わなくてもよい。この場合、混合物を予備加熱することなくそのまま成型することによって、高強度の成型炭を得ることができる。また、粉砕工程と混合工程を纏めて行ってもよい。すなわち、粉砕前の石炭と粉砕前の粘結材とを配合し、石炭と粘結材とを粉砕しながら混合して混合物を調製してもよい。これによって混合物を得るまでの所要時間を短縮することができる。
【００３５】
次に、成型コークスの製造方法の実施形態を説明する。本実施形態の成型コークスの製造方法は、上述のとおりにして得られた成型炭を乾留して成型コークスを得る乾留工程を有する。乾留工程は、竪型シャフト炉、コークス炉、トンネルキルン炉などの通常の乾留炉を用いて行うことができる。乾留工程では、成型炭と加熱ガスと接触させて昇温し、乾留を行って成型コークスを得る。成型炭を乾留して成型コークスを製造する際、成型炭は乾留初期において一旦膨張する。その後、成型炭は、乾留後期において収縮して、成型コークスが形成される。
【００３６】
ここで用いる成型炭は、表面部分に内部よりも高い硬度を有する外殻部を有している。乾留初期の膨張時にも、外殻部は膨張せずに形状を維持する傾向にあることから、乾留初期に内部が膨張しても、外殻部には割れやひび割れが殆ど生じず、成型コークスの表面にクラックが発生するのを抑制することができる。また、ここで用いる成型炭は、高温での加熱を殆ど行うことなく製造されていることから、成型性及びコーキング性に有効な成分が十分に残留している。これらの要因によって、成型コークスは十分に高い強度を有する。
【００３７】
本実施形態の製造方法で得られる成型コークスの圧潰強度は、例えば２０００Ｎ以上である。なお、本明細書における成型コークスの圧潰強度は図２に示す測定装置６０を用いて以下の手順で測定される。まず、成型コークスを１０００℃の空気に３０分間暴露する。その後、成型コークスを窒素雰囲気中で常温まで冷却する。冷却後、図２の測定装置６０において、加圧圧力が計測可能な油圧ジャッキ６２上に載置された可動板６４の上に、測定対象である成型コークス６６を配置する。そして、油圧ジャッキ６２のシリンダを上方に繰り出すことによって、可動板６４を上方に移動させる。これによって、成型コークス６６は、可動板６４と可動板６４の上方に固定された固定板６８との間に挟まれる。成型コークス６６には荷重が加えられて最終的に破壊される。破壊した時の荷重から、圧壊強度が求められる。
【００３８】
図３は、上述の成型コークスの製造方法が適用される装置構成の一例を示す図である。図３の製造装置によって、連続式成型コークス製造プロセスを行うことができる。図３の連続式成型コークス製造設備１００は、粉状の石炭と粉状の粘結材とを含む混合物を加圧成型して成型炭を作製する成型炭製造部１０と、成型炭製造部１０の下流側に設けられ、成型炭を乾留して成型コークスを製造する乾留部２０とを有する。このような連続式成型コークス製造設備１００を用いて、成型炭及び成型コークスの製造方法を実施することができる。
【００３９】
タンク１１に貯蔵される石炭は、一次粉砕機１２に導入され粉砕された後、乾燥機１３を経由して、二次粉砕機１４に導入され粉砕される。このようにして、粒径が３ｍｍ以下になるように調製された粉状の石炭は、混練機１５に導入される。混練機１５には、石炭の導入量に応じて、粒径が３ｍｍ以下に調製された粉状の粘結材が導入される。場合により、混練機１５には、粉状の石炭と粉状の粘結材との良好な混合性を損なわない範囲で、液状の添加材（有機高分子材）を導入してもよい。混練機１５では、石炭と粘結材と任意の添加材とを、例えば３５℃未満、好ましくは３０℃以下の温度で混合する。
【００４０】
混練機１５で調製された混合物を、成型機１６に導入して加圧成型し、成型炭を複数作製する。成型機１６としては、成型炭の表面を加熱することが可能なダブルロール成型機を用いることができる。原料の加圧成型は、線圧１０〜５００ｋＮ／ｃｍに加圧して行うことが好ましい。成型炭の加熱は、成型炭の表面温度が６０〜９０℃となるように行う。このようにして作製された成型炭は、一旦ホッパー１７に保管される。ホッパー１７で成型炭の予備加熱を行うことができる。
【００４１】
成型工程で作製されるホッパー１７の成型炭は、所定のサイズを有するもののみを、乾留部２０に移送するようにしてもよい。成型炭の形状は特に限定されず、例えば、マセック型としてもよい。乾留工程では、成型工程で作製された成型炭を、竪型シャフト炉である乾留炉２１の頂部から導入し、加熱されたガスと接触させて昇温する。
【００４２】
乾留炉２１は、成型炭を加熱する第１の加熱ガスを乾留炉２１内部に供給する第１の羽口２１ａと、第１の羽口２１ａよりも下方に、第１の加熱ガスよりも高い温度を有する第２の加熱ガスを供給する第２の羽口２１ｂと、を有する。第１の羽口２１ａから乾留炉２１に導入する際の第１の加熱ガスの温度は、好ましくは６００〜７００℃である。第２の羽口２１ｂから乾留炉２１に導入する際の第２の加熱ガスの温度は、好ましくは８５０〜１０００℃である。このように、乾留炉２１は、互いに温度が異なる第１の加熱ガスと第２の加熱ガスとをそれぞれ導入する複数の羽口を有することから、成型炭の昇温速度を精度よく調整することができる。
【００４３】
乾留炉２１は、第２の羽口２１ｂの下方に、ガス抽出口２１ｃを有する。エジェクター２５によって、ガス抽出口２１ｃから抽出されたガスは、エジェクター２５を駆動するガスと一体になって第１の加熱ガスとなる。乾留炉２１は、ガス抽出口２１ｃの下方に、乾留によって生成したコークスを冷却する冷却ガスを導入する冷却ガス導入口２１ｄを有する。冷却ガス導入口２１ｄから導入される冷却ガスの温度は、好ましくは２０〜６０℃である。
【００４４】
成型炭が乾留炉２１の頂部から導入されると、成型炭は乾留炉２１内を上昇する加熱ガスと向流接触する。これによって、成型炭の昇温が開始される。成型炭の導入当初の加熱温度は、乾留炉２１の頂部の温度を変えることによって調整することができる。乾留炉２１の頂部の温度は、例えば２５０〜４００℃である。
【００４５】
成型炭の温度は、乾留炉２１の第２の羽口２１ｂ付近で最高温度に到達する。この最高温度は、第２の加熱ガスの導入温度とほぼ同等である。このようにして、成型炭の乾留が進行して成型コークスが生成する。乾留時における成型炭の最高温度は、例えば８５０〜１０００℃である。
【００４６】
生成した成型コークスは、乾留炉２１を下方に移動して、冷却領域を下降する。冷却領域では、成型コークスが冷却ガス導入口２１ｄから導入された冷却ガスと向流接触して、５０〜１５０℃程度まで冷却される。冷却された成型コークスは乾留炉２１の底部から取り出される。このようにして、成型コークスを連続的に製造することができる。
【００４７】
乾留工程で熱源又は冷却媒体として用いられるガスとしては、乾留工程での発生ガス（ＣＯＧ）を循環して使用することができる。このようなガスは、乾留部２０に備えられるガス循環設備によって循環して用いられる。すなわち、乾留炉２１の頂部から排出されたガスは、顕熱回収装置２２ａ及びガスクーラー２２ｂを備えるタール回収設備２２に導入される。タール回収設備２２では、ガスに含まれる水分やタール及びピッチの軽質留分を除去してガスの精製を行う。精製されたガスは、循環設備によって乾留炉２１に再び導入され、循環して使用される。
【００４８】
循環設備には、蓄熱炉２３と熱交換器２４が備えられている。精製されたガスの一部は、蓄熱炉２３において例えば８５０〜１０００℃に加熱された後、第２の加熱ガスとして、第２の羽口２１ｂから乾留炉２１に導入される。また、生成されたガスの他の一部は、熱交換器２４において例えば５００〜６００℃に加熱された後、エジェクター２５の駆動ガスとなる。このガスは、エジェクター２５において、乾留炉２１のガス抽出口２１ｃから抽出されたガスと一体になって第１の加熱ガスとなる。この第１の加熱ガスは、第１の羽口２１ａから乾留炉２１に導入される。
【００４９】
本実施形態で製造された成型コークスは、高い強度を有することから、製鉄用コークス、溶融炉用コークス及び還元鉄用含炭成型物として好適に用いることができる。
【００５０】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、成型炭及び成型コークスの製造方法は、連続式成型コークス製造プロセスに限定されるものではなく、バッチで成型炭及び成型コークスを製造する方法であってもよい。成型方法は、押出し成型、ロール成型、又はプレス成型など、各種の方法を用いることができる。
【実施例】
【００５１】
実施例及び比較例を参照して本発明の内容をより詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００５２】
［成型コークスの圧潰強度の評価］
（実施例１）
石炭（Ａ１炭）と粘結材とを準備した。粘結材としては、ピッチ系粘結材（軟化点：４５℃、溶融点：８０℃、ＶＭ：４８）を用いた。石炭と粘結材とをそれぞれ粒径３ｍｍ以下に粉砕した後、石炭１００質量部に対して粘結材を６質量部配合して混練機で混合し、粉状の石炭と粉状の粘結材とを含む混合物を得た。
【００５３】
混合物をホッパー内に貯蔵して４０℃に予備加熱した。予備加熱した混合物を、加熱機構を有する成型機で成型して成型炭を作製した。このとき、成型炭の表面温度が８０℃となるように成型機の表面を加熱しながら成型炭を作製した。また、成型炭の表面温度が８０℃に到達した時点で、成型炭の内部には、常温の温度領域が存在していた。成型時の成型圧は１６０ＭＰａとした。その後、乾留炉を用いて作製した成型炭の乾留を行った。乾留条件は、窒素雰囲気中、昇温速度１００℃／時間、最高温度９００℃とした。成型コークスの圧潰強度を以下の手順で測定した。
【００５４】
作製した成型コークスを、１０００℃の空気に３０分間暴露し、その後、窒素雰囲気中で室温まで冷却する前処理を施した。図２に示す測定装置を用いて、前処理を施した成型体の圧潰強度を測定した。測定結果は表１に示すとおりであった。
【００５５】
（実施例２〜４）
石炭の品種を表１に示すとおりに変更したこと以外は、実施例１と同様にして成型コークスを作製し、圧壊強度を測定した。測定結果は表１に示すとおりであった。なお、Ａ２炭、Ｂ炭、Ｃ炭は、いずれも市販の一般的な石炭である。
【００５６】
（実施例５）
成型機で成型を行う際に、成型炭の表面温度が６０℃となるように加熱しながら成型炭を作製したこと以外は、実施例３と同様にして成型コークスを作製し、圧壊強度を測定した。測定結果は表１に示すとおりであった。
【００５７】
（比較例１）
成型機で成型を行う際に、成型炭の表面温度を２０℃に維持しながら成型炭を作製したこと以外は、実施例１と同様にして成型コークスを作製し、圧壊強度を測定した。測定結果は表１に示すとおりであった。
【００５８】
（比較例２）
成型機で成型を行う際に、成型炭の表面温度を２０℃に維持しながら成型炭を作製したこと以外は、実施例２と同様にして成型コークスを作製し、圧壊強度を測定した。測定結果は表１に示すとおりであった。
【００５９】
（比較例３）
成型機で成型を行う際に、成型炭の表面温度を２０℃に維持しながら成型炭を作製したこと以外は、実施例３と同様にして成型コークスを作製し、圧壊強度を測定した。測定結果は表１に示すとおりであった。
【００６０】
（比較例４）
成型機で成型を行う際に、成型炭の表面温度を２０℃に維持しながら成型炭を作製したこと以外は、実施例４と同様にして成型コークスを作製し、圧壊強度を測定した。測定結果は表１に示すとおりであった。
【００６１】
（比較例５）
成型機で成型を行う際に、成型炭の表面温度が１００℃となるように加熱したこと以外は、実施例１と同様にて成型炭を作製することを試みた。しかしながら、成型時に蒸気が発生して成型炭を作製することができなかった。成型時の温度が高かったため、石炭や粘結材に含まれる揮発分成分が蒸発したものと考えられる。
【００６２】
【表１】
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【００６３】
各実施例の成型コークスの圧潰強度Ａと、同一品種の石炭を用いて作製した各比較例の圧潰強度Ｂとから、各実施例の改善比率αを以下の式（１）で算出した。この改善比率αは、表面を加熱しながら成型炭を作製したことによる改善効果を定量的に示す値である。表１に示すとおり、石炭の種類によらず、成型炭の表面を加熱しながら成型することによって、成型コークスの圧潰強度が改善されることが確認された。図４は、各実施例及び各比較例の成型時の表面温度と圧潰強度の関係を示すグラフである。
【００６４】
改善比率α（％）＝（圧潰強度Ａ／圧潰強度Ｂ）×１００      （１）
式（１）中、圧潰強度Ａ及び圧潰強度Ｂは、同一品種の石炭を用いて製造された成型コークスの圧潰強度である。
【００６５】
［石炭の加熱温度の影響］
実施例１で用いた石炭（Ａ１炭）を用いて、加熱温度と成型性及びコーキング性との関係を調べた。まず、石炭２００ｇを、空気雰囲気下、電気炉を用いて１００℃で１４時間加熱して、ケーキングインデックス（ＣＩ）測定用の試料を調製した。これとは別に、温度を１２０℃及び１４０℃に変更したこと以外は同様の条件で加熱して、加熱温度の異なる３種類の試料を作製した。
【００６６】
加熱後のそれぞれの試料１ｇを、粒径０．２５ｍｍ以下に粉砕し、粒径０．２５〜０．３ｍｍの粉コークス９ｇとともにるつぼに入れて、電気炉で９５０℃まで昇温して乾留を行った。乾留後、０．３ｍｍメッシュの篩にかけて、篩い上の重量を測定し、以下の式（２）でＣＩを算出した。
【００６７】
ＣＩ（％）＝（篩い上の重量（ｇ）／１０ｇ）×１００      （２）
【００６８】
図５は、石炭の加熱温度とＣＩとの関係を示すグラフである。図５に示すとおり、石炭の加熱温度が高くなると、ＣＩが著しく低下することが確認された。このことから、石炭を加熱すると、石炭に含まれる成型性及びコーキング性に有効な成分が消失してしまうことが分かる。すなわち、成型性及びコーキング性に有効な成分を極力石炭に残存させた状態で成型炭を作製すれば、成型性及びコーキング性を発揮する成分が有効に機能して、強度の高い成型コークスを得ることができる。
【００６９】
［粘結材及び有機高分子材による影響］
（実施例６）
粘結材及び有機高分子材による影響を以下の手順で調べた。石炭１００質量部に対して粘結材を２質量部又は４質量部配合したこと以外は、実施例２と同様にして成型コークスを作製し、圧潰強度を測定した。測定結果を図６に示す。
【００７０】
（実施例７）
石炭１００質量部に対して、粘結材を２質量部又は４質量部配合したこと、及び液体状の有機高分子材を１質量部配合したこと以外は、実施例２と同様にして成型コークスを作製し、圧潰強度を測定した。なお、有機高分子材としては、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を用いた。測定結果を図６に示す。
【００７１】
図６は、実施例６及び実施例７の圧潰強度の測定結果を示すグラフである。粘結材の配合量を２質量部から４質量部に増やすことで、圧潰強度が上昇することが確認された。また、有機高分子材を配合していない実施例６よりも、有機高分子材を配合した実施例７の方が、圧潰強度が高くなることが確認された。
【００７２】
［予備加熱の影響］
（実施例８）
成型炭の乾留前の予備加熱による成型工程の時間短縮効果を調べた。実施例１と同様にして粉状の石炭と粉状の粘結材とを含む混合物を得た。混合物を予備加熱することなく、加熱機構を有する成型機で成型して成型炭を作製した。このとき、成型機の、成型炭の表面との接触面の温度は１２０℃に調整した。成型時間、すなわち混合物（成型炭）が成型機内に滞留する時間を変えて、成型機から取り出される成型炭の表面温度の変化を測定した。
【００７３】
（実施例９）
混合物を６０℃に予備加熱したこと以外は、実施例８と同様にして成型炭を作製した。そして、成型時間、すなわち混合物（成型炭）が成型機内に滞留する時間を変えて、成型機から取り出される成型炭の表面温度の変化を測定した。
【００７４】
図７は、成型時間と成型炭の表面温度との関係を示すグラフである。図７中、「予備加熱なし」のデータは実施例８に相当し、「予備加熱あり」のデータは実施例９に相当する。図７に示す結果から、予備加熱を行うことによって、成型の際の成型炭の表面温度を早期に昇温できることが確認された。したがって、予備加熱を行えば、成型工程の時間短縮を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明によれば、高強度の成型コークスを製造することが可能な成型炭を簡便に製造することが可能であり、且つ経済性に優れる成型炭の製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、高強度の成型コークスを簡便に製造することが可能であり、且つ経済性に優れる成型コークスの製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、高強度を有するとともに製造コストを十分に低減することが可能な成型コークスを提供することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１０…成型炭製造部、１１…タンク、１２…一次粉砕機、１３…乾燥機、１４…二次粉砕機、１５…混練機、１６…成型機、１７…ホッパー、２０…乾留部、２１…乾留炉、２１ａ，２１ｂ…羽口、２１ｃ…ガス抽出口、２１ｄ…冷却ガス導入口、２２…タール回収設備、２２ａ…顕熱回収装置、２２ｂ…ガスクーラー、２３…蓄熱炉、２４…熱交換器、２５…エジェクター、６０…測定装置、６２…油圧ジャッキ、６４…可動板、６６…成型コークス、６８…固定板、１００…連続式成型コークス製造設備。
【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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