(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭とバインダとを混練して成型し成型炭を作製する成型工程と、前記成型炭を乾留して成型コークスを得る乾留工程と、を有する成型コークスの製造方法であって、
前記成型工程の前に、前記石炭と前記バインダとを用いて、前記バインダの含有率による前記成型炭の膨張率の変化と、成型圧力による前記成型炭の膨張率の変化と、を予測する準備工程を有しており、
前記準備工程は、
前記石炭と前記バインダとから前記バインダの含有率が異なる複数の混練物サンプルを調製し、前記混練物サンプルを所定の成型圧力で成型して得られる第１の成型炭サンプルを用いて、前記バインダの含有率の変化に伴う前記膨張率の変化量ｗを求め、前記バインダの含有率に対する前記変化量ｗの割合Ａ［１／質量％］を求める第１工程と、
前記石炭と前記バインダとを含む混練物サンプルを、異なる成型圧力で成型して得られる複数の第２の成型炭サンプルを用いて、前記成型圧力の変化に伴う前記膨張率の変化量ｚを求め、前記成型圧力と前記所定の成型圧力との差に対する前記変化量ｚの割合Ｃ［ｃｍ／ｔｏｎ又はｃｍ２／ｔｏｎ］を求める第２工程と、を有し、前記成型炭の膨張率の予測値ｙを下記式（１）で求め、
前記成型工程では、２〜６ｔｏｎ／ｃｍ又は１．１〜１．９ｔｏｎ／ｃｍ２の成型圧力で成型して、前記準備工程の予測結果に基づく膨張率の予測値ｙが１以上であり、膨張率が１以上である前記成型炭を作製する、成型コークスの製造方法。
ｙ＝ｘ＋Ａ×ｂ＋Ｃ×（ｄ−ｄ０）          （１）
［式中、ｘは前記所定の成型圧力で成型された前記石炭の膨張率を示し、ｂは前記成型工程における前記バインダの含有率（質量％）を示し、ｄは前記成型工程における成型圧力（ｔｏｎ／ｃｍ又はｔｏｎ／ｃｍ２）を示し、ｄ０は前記所定の成型圧力（ｔｏｎ／ｃｍ又はｔｏｎ／ｃｍ２）を示す。ｄは、２〜６ｔｏｎ／ｃｍ又は１．１〜１．９ｔｏｎ／ｃｍ２であり、ｄ０は、２〜４ｔｏｎ／ｃｍ又は１．１〜１．５ｔｏｎ／ｃｍ２である。］
【請求項２】
前記バインダと混練される前記石炭の揮発分は２０質量％以下である、請求項１に記載の成型コークスの製造方法。
【請求項３】
前記バインダは、石炭タール、石油系ピッチ、石炭系ピッチ、軟ピッチ、ポリビニルアルコール、石油アスファルト及び廃油からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む、請求項１又は２に記載の成型コークスの製造方法。
【請求項４】
石炭とバインダとを混練して成型し成型炭を作製する成型工程を有する成型炭の製造方法であって、
前記成型工程の前に、前記石炭と前記バインダとを用いて、前記バインダの含有率による前記成型炭の膨張率の変化と、成型圧力による前記成型炭の膨張率の変化と、を予測する準備工程を有しており、
前記準備工程は、
前記石炭と前記バインダとから前記バインダの含有率が異なる複数の混練物サンプルを調製し、前記混練物サンプルを所定の成型圧力で成型して得られる第１の成型炭サンプルを用いて、前記バインダの含有率の変化に伴う前記膨張率の変化量ｗを求め、前記バインダの含有率に対する前記変化量ｗの割合Ａ［１／質量％］を求める第１工程と、
前記石炭と前記バインダとを含む混練物サンプルを、異なる成型圧力で成型して得られる複数の第２の成型炭サンプルを用いて、前記成型圧力の変化に伴う前記膨張率の変化量ｚを求め、前記成型圧力と前記所定の成型圧力との差に対する前記変化量ｚの割合Ｃ［ｃｍ／ｔｏｎ又はｃｍ２／ｔｏｎ］を求める第２工程と、を有し、前記成型炭の膨張率の予測値ｙを下記式（１）で求め、
前記成型工程では、２〜６ｔｏｎ／ｃｍ又は１．１〜１．９ｔｏｎ／ｃｍ２の成型圧力で成型して、前記準備工程の予測結果に基づく膨張率の予測値ｙが１以上であり、膨張率が１以上である前記成型炭を作製する、成型炭の製造方法。
ｙ＝ｘ＋Ａ×ｂ＋Ｃ×（ｄ−ｄ０）          （１）
［式中、ｘは前記所定の成型圧力で成型された前記石炭の膨張率を示し、ｂは前記成型工程における前記バインダの含有率（質量％）を示し、ｄは前記成型工程における成型圧力（ｔｏｎ／ｃｍ又はｔｏｎ／ｃｍ２）を示し、ｄ０は前記所定の成型圧力（ｔｏｎ／ｃｍ又はｔｏｎ／ｃｍ２）を示す。ｄは、２〜６ｔｏｎ／ｃｍ又は１．１〜１．９ｔｏｎ／ｃｍ２であり、ｄ０は、２〜４ｔｏｎ／ｃｍ又は１．１〜１．５ｔｏｎ／ｃｍ２である。］
【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、及び成型コークスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、中国及びインドなどのアジア諸国における鉄鋼需要の急増に伴い、製鉄用コークスの製造に使用される石炭の価格が高騰している。経済的に採掘可能な石炭の埋蔵量（可採埋蔵量）は約８４７４億トンといわれている。このうち、コークスの製造に好適である高品位な石炭は、産地が限定されているうえに埋蔵量は全体の約１割程度に過ぎない。このため、将来的には枯渇することが懸念されている。
【０００３】
このような事情から、比較的埋蔵量の豊富な低品位の石炭を使用して、高品質な成型コークスを製造するための技術開発が行われている。例えば、特許文献１では、石炭の粘結力指数及び揮発分に応じて石炭の粒度を調製し、成型コークスの強度向上を図ることが試みられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１９７０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の技術で製造される成型コークスの強度は未だ十分ではない。また、成型コークスの強度は、原料の種類や性状に応じて変動するため、安定して高い強度を有する成型コークスを製造することが困難である。特に低品位な石炭を用いた場合には、このような現象が顕著であった。このため、低品位な石炭を用いた場合であっても、十分に高い強度を有する成型コークスを安定して製造することが可能な技術を確立することが求められている。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、一つの側面において、安定的に高い強度を有する成型コークスを製造することができ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、別の側面において、安定的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な成型炭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】
本発明者らは、成型コークスの強度を向上するための方策を種々検討した。その結果、成型コークスの製造に用いる原料の性状と、成型コークスを製造する際の製造条件が、成型コークスの強度に大きな影響を及ぼすことを見出した。
【０００８】
そこで、本開示では、石炭とバインダとを混練して成型し成型炭を作製する成型工程と、成型炭を乾留して成型コークスを得る乾留工程と、を有する成型コークスの製造方法であって、成型工程の前に、石炭とバインダとを用いて、バインダの含有率による成型炭の膨張率の変化と、成型圧力による成型炭の膨張率の変化と、を予測する準備工程を有しており、成型工程では、準備工程の予測結果に基づく膨張率の予測値ｙが１以上である成型炭を作製する、成型コークスの製造方法を提供する。
【０００９】
上記製造方法では、成型工程の前に、バインダの含有率による成型炭の膨張率の変化と、成型圧力による成型炭の膨張率の変化と、を予測する準備工程を有している。これは、バインダの含有率と成型炭の成型圧力は、成型炭の膨張率と高い相関性を有することを見出した本発明者の知見に基づくものである。このため、成型炭の膨張率を高い精度で予測することができる。
【００１０】
ここで、成型炭の膨張率は、成型炭を通常の乾留条件で乾留する際に、乾留前に対する乾留後の体積変化を示す数値である。たとえば、膨張率が１以上であれば、乾留後の体積が乾留前の体積以上になっていることを意味する。一方、膨張率が１未満であれば、乾留後の体積が乾留前の体積よりも小さくなっていることを意味する。通常、成型炭を乾留すると、３００℃付近から成型炭に含まれる石炭からガスが抜け始める。そして、４００〜６００℃の温度範囲で、石炭からのガスの発生量が大きくなり、それに伴って成型炭の収縮量は大きくなる。
【００１１】
一方、成型炭に含まれるバインダは、温度上昇とともに膨張する。上記製造方法では、成型炭の膨張率の予測値が１以上であることから、乾留して得られる成型コークスにおける空隙の量を減らして、密に充填された成型コークスとすることができる。したがって、高い強度を有する成型コークスを製造することができる。
【００１２】
ところで、成型炭の膨張率は、成型炭に含まれる石炭とバインダの種類、及びこれらの含有率の影響を受ける。また、成型炭の膨張率は、成型炭作製時の成型圧の影響も受ける。すなわち、成型圧力が低い場合には、成型炭における空隙の割合が高くなるため、乾留時における成型炭の膨張率は低くなる。一方、成型圧力を高くすると、成型炭における空隙の割合が低くなるため、乾留時における成型炭の膨張率は高くなる。
【００１３】
上記製造方法では、バインダの含有率と成型圧力による膨張率の変化を予測することによって、成型炭の膨張率を高い精度で予測することを可能としている。そして、成型工程において、この予測工程の予測結果に基づいて求められる膨張率の予測値が１以上である成型炭を作製している。したがって、安定的に高い強度を有する成型コークスを製造することができる。このような成型コークスは、安定的に高い強度を有することが求められる高炉用の成型コークスとして有用である。なお、上記成型工程で得られる成型炭の膨張率の実測値も１以上であることが好ましい。
【００１４】
上記製造方法では、バインダと混練される石炭の揮発分は２０質量％以下であってもよい。揮発分が小さい石炭を用いることによって、乾留時における石炭からのガスの発生量が低減される。これによって、膨張率を１以上とすることが一層容易となる。
【００１５】
上記準備工程は、以下の第１工程と第２工程とを有していてもよい。
（１）石炭とバインダとからバインダの含有率が異なる複数の混練物サンプルを調製し、混練物サンプルを所定の成型圧力で成型して得られる第１の成型炭サンプルを用いて、バインダの含有率の変化に伴う膨張率の変化量ｗを求め、バインダの含有率に対する変化量ｗの割合Ａ［１／質量％］を求める第１工程。
（２）石炭とバインダとを含む混練物サンプルを、異なる成型圧力で成型して得られる複数の第２の成型炭サンプルを用いて、成型圧力の変化に伴う膨張率の変化量ｚを求め、所定の成型圧力との差に対する変化量ｚの割合Ｃ［ｃｍ／ｔｏｎ又はｃｍ２／ｔｏｎ］を求める第２工程。
【００１６】
上記第１工程と第２工程とによって求めた割合Ａ，Ｃを用いて、成型炭の膨張率の予測値ｙを下記式（１）で予測してもよい。
ｙ＝ｘ＋Ａ×ｂ＋Ｃ×（ｄ−ｄ０）          （１）
式（１）中、ｘは所定の成型圧力で成型された石炭の膨張率を示し、ｂは成型工程におけるバインダの含有率（質量％）を示し、ｄは成型工程における成型圧力（ｔｏｎ／ｃｍ又はｔｏｎ／ｃｍ２）を示し、ｄ０は所定の成型圧力（ｔｏｎ／ｃｍ又はｔｏｎ／ｃｍ２）を示す。なお、式（１）において、ｄとｄ０の成型圧力の単位は同一である。
【００１７】
上記第１工程では、バインダの含有量が異なる複数の第１の成型炭サンプルを用いて、バインダの含有率に対する変化量ｗの割合Ａ［１／質量％］を求めている。上記第２工程では、異なる成型圧力で成型して得られる第２の成型炭サンプルを用いて、成型圧力と所定の成型圧力（以下、「基準成型圧力」という場合もある。）との差に対する変化量ｚの割合Ｃを求めている。そして、これらの割合Ａ、Ｃと、成型工程におけるバインダの含有率と成型圧力と基準成型圧力との差に基づいて、成型炭の膨張率を予測している。したがって、一層高い精度で成型炭の膨張率を予測することが可能となり、より一層安定的に高い強度を有する成型コークスを製造することができる。
【００１８】
また、本開示では、石炭とバインダとを混練して成型し成型炭を作製する成型工程を有する成型炭の製造方法であって、成型工程の前に、石炭とバインダとを用いて、バインダの含有率による成型炭の膨張率の変化と、成型圧力による成型炭の膨張率の変化と、を予測する準備工程を有しており、成型工程では、準備工程の予測結果に基づく膨張率の予測値ｙが１以上である成型炭を作製する、成型炭の製造方法を提供する。
【００１９】
上記製造方法では、高い精度で成型炭の膨張率を予測し、成型炭の膨張率の予測値ｙが１以上である成型炭を作製する。このような成型炭を乾留すれば、安定的に高い強度を有する成型コークスを得ることができる。すなわち、上述の成型炭の製造方法で得られる成型炭は、成型コークス製造用の成型炭として有用である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、安定的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な成型コークスの製造方法及び成型炭の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る成型コークスの製造方法のフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態に係る成型炭の膨張率の予測値を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る成型コークスの製造方法が適用される成型コークス製造設備の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る成型コークスの製造方法を詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２３】
図１は、本実施形態の成型コークスの製造方法のフローチャートである。図１に示す成型コークスの製造方法は、以下の工程を有する。
【００２４】
（ｉ）石炭とバインダとを含む混練物サンプルを用いて作製された第１の成型炭サンプルを用いて、バインダの含有率の変化に伴う成型炭の膨張率の変化量ｗを求める第１工程（Ｓ１）
（ｉｉ）石炭とバインダとを含む混練物サンプルを用いて作製された第２の成型炭サンプルを用いて、成型圧力の変化に伴う成型炭の膨張率の変化量ｚを求める第２工程（Ｓ２）
（ｉｉｉ）石炭を加熱する前処理を行って、石炭の揮発分を低減する前処理工程（Ｓ３）
（ｉｖ）石炭とバインダとを混練して混練物を得る混合工程（Ｓ４）
（ｖ）混練物を成型して成型炭を作製する成型工程（Ｓ５）
（ｖｉ）成型炭を乾留して成型コークスを得る乾留工程（Ｓ６）
【００２５】
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では、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、及び、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。
【００２６】
石炭の粒径が大きい場合には、事前に、石炭を粉砕する粉砕工程を行ってもよい。粉砕工程によって、石炭の粒径を例えば１．５ｍｍ以下にする。粒径の大きい粉砕粉が含まれる場合には、篩い分けによって石炭の粒径を調整してもよい。
【００２７】
本明細書における石炭の膨張率ｘは、ＪＩＳ  Ｍ  ８８０１：２００４の「９．膨張性試験方法（ジラトメータ法）」に準拠して求めることができる。具体的には、石炭を所定の圧力（基準成型圧力：ｄ０）で棒状に加圧成型して、下端が封止された細管に挿入する。細管に挿入された成型体の上に所定の荷重を有するピストンを挿入する。成型体にピストンの荷重をかけた状態で、電気炉を用いて所定の昇温速度で加熱する。成型体の作製は、後述する成型工程の成型条件と同様に、ダブルロールを用いて行ってもよく、通常の成型機を用いて一軸加圧することによって行ってもよい。
【００２８】
昇温速度は例えば１〜１０℃／分の範囲から、最高温度は例えば４００〜６００℃の範囲から、それぞれ適宜設定することが可能である。加熱前と加熱後におけるピストンの位置からピストンの変位量を求める。ピストンの変位量から、石炭の成型体の体積変化を求める。加熱前の成型体の体積をｘ０、加熱後の石炭の体積をｘ１としたとき、石炭の膨張率ｘは、以下の式（２）によって求めることができる。
ｘ＝ｘ１／ｘ０          （２）
【００２９】
本明細書における膨張率は、加熱に伴う体積変化を体積比率（＝加熱後の体積／加熱前の体積）として示す数値である。膨張率は、加熱前後の体積変化を測定できる方法を用いて求めることができる。膨張率の測定は、上述の方法に限定されるものではなく、加熱に伴う体積変化を測定する方法であれば、特に制限なく適用することが可能である。
【００３０】
第１工程Ｓ１では、まず、上述の石炭とバインダとを用いて、バインダの含有率が異なる複数の混練物サンプルを調製する。バインダは、粒状の石炭を結合させる機能を有するものであり、通常の石炭タール、石油系ピッチ、石炭系ピッチ、軟ピッチ、ポリビニルアルコール、石油アスファルト及び廃油等からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む。石炭とバインダとを、これらの合計に対するバインダの含有率が互いに異なる複数の混練物サンプルを調製する。混練物サンプルにおけるバインダの含有率は、例えば５〜２０質量であってもよく、５〜１５質量％であってもよい。
【００３１】
調製した複数の混練物サンプルを、石炭の膨張率ｘの測定と同様にして、所定の圧力（ｄ０）で加圧して成型し、バインダの含有率が互いに異なる複数の第１の成型炭サンプルを作製する。この所定の成型圧力（ｄ０）を基準成型圧力とする。
【００３２】
得られた複数の第１の成型炭サンプルの膨張率を求める。この膨張率は、石炭の膨張率ｘと同様に、ＪＩＳ  Ｍ  ８８０１：２００４の「９．膨張性試験方法（ジラトメータ法）」に準拠して求めることができる。
【００３３】
加熱前の第１の成型炭サンプルの体積をａ０、加熱後の第１の成型炭サンプルの体積をａ１としたとき、第１の成型炭サンプルの膨張率ｗ０は、ａ１／ａ０を計算することによって求められる。この膨張率ｗ０から石炭の膨張率ｘを差し引いて、第１の成型炭サンプルの膨張率の変化量ｗが求められる。そして、複数の第１の成型炭サンプルの膨張率の変化量ｗとバインダの含有率ｂの値から、バインダ含有率１質量％当たりの膨張率の変化量を下記式（３）によって算出する。このようにして、バインダの含有率に対する成型炭の膨張率の変化量の割合Ａ［１／質量％］が求められる。
Ａ＝ｗ／ｂ        （３）
【００３４】
式（３）中、ｗはバインダの含有率による成型炭の膨張率の変化量を示し、ｂはバインダの含有率（質量％）を示す。Ａは、バインダの種類によって異なってもよい係数であり、例えば０．０１〜０．０５である。バインダの含有率ｂは、例えば、５〜２０質量％である。膨張率の変化量ｗは、例えば、０．０５〜０．４である。
【００３５】
なお、バインダの含有率に対する成型炭の膨張率の変化量の割合Ａは、上述のように求めてもよいし、回帰分析によって求めてもよい。例えば、バインダの含有率ｂを独立変数とし、バインダの含有率ｂに伴う膨張率の変化量ｗを従属変数とする単回帰分析によって、上記割合Ａを求めてもよい。
【００３６】
第２工程Ｓ２では、まず、石炭とバインダとを含む混練物サンプルを、所定の圧力（ｄ０）、及び、これとは異なる成型圧力ｄで成型して、成型圧力が互いに異なる複数の第２の成型炭サンプルを作製する。混練物サンプルにおけるバインダの含有率は、例えば５〜２０質量％の範囲で任意に設定することができる。ただし、複数の第２の成型炭サンプルの作製に用いられるそれぞれの混練物サンプルのバインダの含有率は同一とする。
【００３７】
成型圧力は、線圧で例えば２〜６ｔｏｎ／ｃｍ、面圧で例えば１〜１．９ｔｏｎ／ｃｍ２の範囲とすることができる。このようにして、複数の第２の成型炭サンプルを得ることができる。第２の成型炭サンプルは、石炭の膨張率を測定する際の成型方法、及び、第１の成型炭サンプルの成型方法、及び、成型工程における成型方法と同じ方法で作製することが好ましい。これによって、成型炭の膨張率を一層正確に予測することができる。
【００３８】
得られた複数の第２の成型炭サンプルの膨張率を求める。この膨張率は、石炭の膨張率ｘ及び第１の成型炭サンプルの膨張率ｗ０と同様に、ＪＩＳ  Ｍ  ８８０１：２００４の「９．膨張性試験方法（ジラトメータ法）」に準拠して求めることができる。
【００３９】
加熱前の第２の成型炭サンプルの体積をｃ０、加熱後の第２の成型炭サンプルの体積をｃ１としたとき、第２の成型炭サンプルの膨張率ｚ０は、ｃ１／ｃ０を計算することによって求められる。そして、複数の第２の成型炭サンプルの膨張率の変化量ｚと成型圧力ｄと基準成型圧力との差から、成型圧力１ｔｏｎ／ｃｍ（又は１ｔｏｎ／ｃｍ２）当たりの膨張率の変化量を下記式（４）によって算出する。このようにして、成型圧力ｄと基準成型圧力ｄ０との差に対する成型炭の膨張率の変化量の割合Ｃ［ｃｍ／ｔｏｎ（又はｃｍ２／ｔｏｎ）］が求められる。
Ｃ＝ｚ／（ｄ−ｄ０）        （４）
【００４０】
式（４）中、ｚは成型圧力と基準成型圧力との差に伴う膨張率の変化量を示し、ｄは成型圧力を、ｄ０は基準成型圧力を示す。Ｃは、例えば０．０１〜０．０５（１／質量％）である。ｄは、例えば２〜６ｔｏｎ／ｃｍ（１．１〜１．９ｔｏｎ／ｃｍ２）である。膨張率の変化量ｚは、例えば、０〜０．２である。ｄ０は、例えば、２〜４ｔｏｎ／ｃｍ（１．１〜１．５ｔｏｎ／ｃｍ２）である。
【００４１】
なお、成型圧力の基準成型圧力との差に対する成型炭の膨張率の変化量の割合Ｃは、上述のように求めてもよいし、回帰分析によって求めてもよい。例えば、成型圧力と基準成型圧力との差（ｄ−ｄ０）を独立変数とし、成型圧力の基準成型圧力との差に伴う成型炭の膨張率の変化量ｚを従属変数とする単回帰分析によって、上記割合Ｃを求めてもよい。
【００４２】
図２は、石炭の膨張率ｘと、成型炭の膨張率の予測値ｙとの関係を示す図である。成型炭の膨張率の予測値ｙは、石炭の膨張率ｘとバインダの含有率ｂに基づく膨張率の変化量の予測値（Ａ×ｂ）と、成型圧力と基準成型圧力との差に基づく膨張率の変化量の予測値［Ｃ×（ｄ−ｄ０）］の和で表される。すなわち、成型炭の膨張率の予測値ｙは、下記式（１）によって求めることができる。
【００４３】
ｙ＝ｘ＋Ａ×ｂ＋Ｃ×（ｄ−ｄ０）      （１）
式（１）によって予測される成型炭の膨張率の予測値ｙは、石炭の膨張率ｘに加えて、バインダの含有率と成型圧力の両方の影響が反映される。このため、成型炭の膨張率を高い精度で予測することができる。上述の第１工程Ｓ１及び第２工程Ｓ２は準備工程として行うことができる。
【００４４】
前処理工程Ｓ３では、石炭を、例えば４００〜７００℃に加熱して乾留（事前乾留）し、石炭の揮発分を低減する。このような前処理工程Ｓ３では、揮発分の高い石炭を加熱して、揮発分の低い石炭を調製する。例えば、揮発分が３５質量％以上である石炭を加熱して乾留し、揮発分が２０質量％以下の石炭を調製する。前処理工程Ｓ３では、例えば、揮発分が３〜２０質量％の石炭が調製される。このような揮発分の石炭を調製することによって、膨張率が１以上の成型炭を容易に得ることができる。ただし、揮発分が３〜２０質量％の範囲外であっても、バインダの含有率、及び／又は成型圧力を調整することによって、膨張率が１以上の成型炭を得ることができる。
【００４５】
前処理工程Ｓ３を行うことは必須ではなく、例えば、原料として、揮発分が低い石炭（例えば、２０％質量以下）を用いる場合は、前処理工程を行わなくてもよい。なお、本明細書における揮発分は、ＪＩＳ  Ｍ  ８８１２：２００６の「角形電気炉法」に準拠して測定されるドライベースの値である。揮発分が低減された粉コークスを用いて製造された成型炭は、後述する乾留工程Ｓ６において、成型炭の内部から放出される揮発分を低減することができる。これによって、成型炭の膨張率が高くなって、成型コークスの強度を向上することができる。また、前処理工程Ｓ３を、第１工程Ｓ１及び第２工程Ｓ２の前に行い、上述の前処理を行った石炭を用いて、第１工程及び第２工程を行ってもよい。
【００４６】
混合工程Ｓ４では、第１工程Ｓ１及び第２工程Ｓ２で用いた石炭とバインダとを混練して混練物を得る。このとき、第１工程Ｓ１及び第２工程Ｓ２で求めた成型炭の膨張率の変化量の予測値［Ａ×ｂ＋Ｃ×（ｄ−ｄ０）］から求められる成型炭の膨張率の予測値ｙが１以上になり得るように、石炭とバインダとの配合比を設定する。石炭とバインダの混練は、通常の混練機を用いて行うことができる。
【００４７】
成型工程Ｓ５では、混練物を成型して成型炭を作製する。成型機としては、ダブルロール成型機、又は一軸加圧成型機等を用いることができる。式（１）によって予測される成型炭の膨張率の予測値ｙが１以上となり得るような成型圧力ｄで成型する。成型圧力ｄとしては、線圧で例えば２〜６ｔｏｎ／ｃｍ、面圧で例えば１．１〜１．９ｔｏｎ／ｃｍ２の範囲である。混合工程Ｓ４及び成型工程Ｓ５は、第１工程Ｓ１及び第２工程Ｓ２で求めた上記割合Ａ及びＣを用いて予測される、乾留工程Ｓ６における成型炭の膨張率が１以上となるように行われる。すなわち、式（１）で求められる成型炭の膨張率の予測値ｙが１以上となるようなバインダ含有率ｂ及び成型圧力ｄで成型炭を製造する。
【００４８】
このような製造方法で得られる成型炭の膨張率の実測値は１以上であることが好ましい。成型炭の膨張率が１以上であれば、乾留することによって、空隙の量が少なく密に充填された構造を有する成型コークスを得ることができる。これによって、高い強度を有する成型コークスを得ることができる。成型炭の膨張率は、石炭の膨張率ｘの測定方法と同様に、ＪＩＳ  Ｍ  ８８０１：２００４の「９．膨張性試験方法（ジラトメータ法）」に準拠して求めることができる。成型炭の膨張率は、例えば、１〜１．２である。
【００４９】
乾留工程Ｓ６では、成型炭を乾留して成型コークスを製造する。乾留は、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。このようして得られる成型コークスは、安定的に高い強度を有する。ＪＩＳ  Ｋ  ２１５１に準拠して測定される成型コークスのＤＩ強度（ドラム強度）は、ＤＩ１５０１５で表すと、例えば８０％以上である。
【００５０】
ＤＩ１５０１５は、以下の手順で測定される。内径及び長さがともに１５００ｍｍで、径方向に沿って内面に高さ２５０ｍｍの羽根が設けられたドラム試験機に、２５ｍｍ以上の粒度を有する成型コークスを１０ｋｇ入れる。そして、ドラム試験機を、１５ｒｐｍで１５０回転させた後、篩分けを行う。篩分けで、１５ｍｍ篩上に残った割合（質量％）をＤＩ１５０１５とする。
【００５１】
本実施形態の成型炭及び成型コークスの製造方法では、成型コークスの強度との相関性の高い膨張率という指標を採用し、成型炭及び成型コークスの製造条件のうち、バインダ含有率ｂと基準成型圧力と成型圧力の差（ｄ−ｄ０）に基づいて膨張率を予測している。バインダ含有率ｂ、及び基準成型圧力と成型圧力の差（ｄ−ｄ０）は、成型炭の膨張率と高い相関性を有することから、本実施形態の製造方法によれば、成型炭の膨張率を高い精度で予測することができる。これによって、安定的に高い強度を有する成型コークス、及びこのような成型コークスを製造することが可能な成型コークス製造用の成型炭を製造することができる。
【００５２】
図３は、本実施形態の成型炭及び成型コークスの製造方法が適用される連続式成型コークス製造設備の一例を示す模式図である。図３の連続式成型コークス製造設備１００は、石炭とバインダとを含む原料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、成型炭を乾留してガス化溶融炉用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、成型コークスの製造方法を実施することができる。
【００５３】
石炭は、タンク１１から一次粉砕機１２に導入されて粉砕された後、乾燥器１３に導入される。ここで、石炭に含まれる水分を２〜３質量％にまで低減してもよい。乾燥器１３で乾燥された石炭は、二次粉砕機１４で粉砕されて微粒化される。微粒化後に、石炭を加熱して揮発分を低減する前処理を行ってもよい。混練機１５では、石炭とバインダとを混練して混練物を調製する。混練物におけるバインダ含有率ｂは、成型炭の膨張率の予測値ｙが１以上となるように設定される。
【００５４】
混練機１５で調製された原料を成型機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としてはダブルロール成型機を用いることができる。成型機１６の成型圧力は、成型炭の膨張率の予測値ｙが１以上となるように設定される。このようにして作製された成型炭は、一旦タンク１７に保管される。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。成型炭の平均粒径は、例えば３０〜１００ｍｍである。ここでいう平均粒径は、成型炭の体積Ｖ１［ｍｌ］を同一体積の球と仮定したうえで下記式（５）によって算出される粒径Ａ１［ｍｍ］の算術平均値である。
Ａ１＝２×（（Ｖ１×３／４／π）１／３）×１０      （５）
【００５５】
成型工程Ｓ５で作製されたタンク１７の成型炭は、乾留部２０に移送される。乾留工程Ｓ６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。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。
【００５６】
第１の加熱ガスを第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、すなわち第１の加熱ガスの導入温度は、好ましくは６００〜７００℃である。第２の加熱ガスを第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、すなわち第２の加熱ガスの導入温度は、好ましくは８５０〜１０００℃であり、より好ましくは８５０〜９５０℃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。
【００５７】
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、すなわち冷却ガスの導入温度は、好ましくは２０〜６０℃である。すなわち、乾留炉２１には、上方から下方に向けて、第１の羽口２１ａ、第２の羽口２１ｂ、ガス抽出口２１ｃ及び冷却ガス導入口２１ｄが順次設けられている。
【００５８】
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。成型炭は、乾留炉２１内を降下しながら昇温される。そして、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。
【００５９】
生成した成型コークスは、乾留炉２１を下方に移動して、冷却ガス導入口２１ｄから導入された冷却ガスと向流接触し、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、安定的に高い強度を有する成型コークスを連続的に製造することができる。
【００６０】
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。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。
【００６１】
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を、図３に示すような連続式成型コークス製造設備で行うことは必須ではなく、バッチプロセスで行ってもよい。
【実施例】
【００６２】
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。
【００６３】
［原料の準備］
石炭として、表１に示す性状を有する原炭（Ａ炭及びＢ炭）を準備した。表１に示す性状は、ＪＩＳ  Ｍ  ８８１２：２００６に準拠して測定された値である。また、バインダとして、市販のソフトピッチ及びタールを準備した。
【００６４】
【表１】
0005714165.tif 000002
【００６５】
［石炭の膨張率の測定］
各原炭の前処理（事前乾留）を行って、揮発分が５質量％の石炭とした。ＪＩＳ  Ｍ  ８８０１：２００４の「９．膨張性試験方法（ジラトメータ法）」に準拠して、棒状の石炭の成型体を作製し、石炭単体の膨張率ｘを求めた。具体的には、前処理後、粉砕して石炭の粒径を１５０μｍ以下にした。この石炭を、基準成型圧力（ｄ０＝２ｔｏｎ／ｃｍ）で成型して、直径６ｍｍ、長さ６０ｍｍのサイズに成型して成型体を作製した。成型した成型体を内径８ｍｍの細管に入れ、その上にピストンを載せて、１．４７Ｎの荷重をかけた。荷重をかけた状態で、電気炉内で３℃／分の昇温速度で５００℃まで加熱した。ピストンの変位量から、上式（２）によって石炭単体の膨張率ｘを求めた。前処理を行っていない原炭の膨張率ｘも同様にして求めた。
【００６６】
［割合Ａの導出］
石炭とバインダ（ソフトピッチ又はタール）とを混合して、表２及び表３に示すとおり、バインダ含有率の異なる複数の混練物サンプルを作製した。この混練物サンプルを表２に示す成型圧力ｄ０で成型して、直径６ｍｍ、長さ６０ｍｍのサイズを有する棒状の第１の成型炭サンプルを作製した。この第１の成型炭サンプルの膨張率ｗ０を、石炭単体の膨張率ｘと同様の方法によって求めた。これらの結果を表２及び表３に示す。
【００６７】
【表２】
0005714165.tif 000003
【００６８】
【表３】
0005714165.tif 000004
【００６９】
表２及び表３の結果を用いて、バインダの含有率ｂを独立変数とし、バインダの添加による膨張率の変化量ｗを従属変数とする単回帰分析をそれぞれ行った。このとき、切片は０の設定とした。この単回帰分析によって、バインダの種類ごとに下記式（６）を導出し、傾き、すなわち割合Ａを求めた。
ｗ＝Ａ×ｂ        （６）
【００７０】
式（６）中、ｗはバインダ含有率による膨張率の変化量を示し、ｂはバインダの含有率（質量％）を示す。また、Ａはバインダの含有率に対する成型炭の膨張率の変化量の割合［１／質量％］を示す。表２の結果を単回帰分析して求められた割合Ａは０．０１８であり、表３の結果を単回帰分析して求められた割合Ａは０．０２であった。表２及び表３の単回帰分析結果の相関係数は、それぞれ、Ｒ２＝０．９９５、Ｒ２＝０．９９６であった。このことは、バインダの含有率ｂによって、成型炭の膨張率を精度よく予測できることを示している。
【００７１】
［割合Ｃの導出］
石炭とソフトピッチとを混合して、ソフトピッチの含有率が８質量％の混練物サンプルを作製した。この混練物サンプルを表４に示すとおり、基準成型圧力ｄ０又はこれとは異なる成型圧力で成型して、直径６ｍｍ、長さ６０ｍｍのサイズを有する棒状の第２の成型炭サンプルを作製した。この第２の成型炭サンプルの膨張率ｚ０を、石炭の膨張率ｘと同様の方法によって求めた。これらの結果を表４に示す。
【表４】
0005714165.tif 000005
【００７２】
成型圧力の基準成型圧力ｄ０は２ｔｏｎ／ｃｍである。したがって、成型圧力が５ｔｏｎ／ｃｍのときの膨張率の変化量（ｚ０−ｘ）と、成型圧力が２ｔｏｎ／ｃｍのときの膨張率の変化量（ｚ０−ｘ）差を、成型圧力の差（ｄ−ｄ０＝５−２＝３）で割ることによって、成型圧力と基準成型圧力の差（ｄ−ｄ０）に対する、膨張率の変化量ｚの割合Ｃ［ｚ／（ｄ−ｄ０）］を求めた。その結果、上記割合Ｃは、０．０２５であった。
【００７３】
バインダとして、ソフトピッチに変えてタールを用いて、タールの含有率が８質量％の混練物サンプルを作製した。この混練物サンプルを表４と同様の条件で成型して、第２の成型炭サンプルを作製し、膨張率ｚ０を求めた。この結果から、割合Ｃを求めたところ、０．０２５であり、ソフトピッチを用いた場合と同一であった。
【００７４】
（実施例１〜９、比較例１〜３）
上述の石炭とバインダとを用い、図３に示すような連続式成型コークス製造設備を準備した。表１に示す原炭（Ａ炭、Ｂ炭）を、電気炉を用いて４００〜６５０℃に加熱して前処理工程を行った。前処理後の石炭の揮発分は、表１に示すとおりであった。この石炭と表５に示すバインダとを用いて、図３の連続式成型コークス製造設備によって、混合工程、成型工程及び乾留工程を行って、成型炭及び成型コークスを作製した。乾留炉２１では、成型炭を９００℃まで加熱した。混練物におけるバインダの含有率及びダブルロール成型機による成型圧力（線圧）は表５に示すとおりである。
【００７５】
【表５】
0005714165.tif 000006
【００７６】
表５には、成型圧力として線圧の値と、面圧の値を示している。線圧及び面圧は互いに換算することが可能であり、成型圧力としては、どちらの指標を用いてもよい。表５に記載した面圧は、計算式［０．２×（線圧−２）＋１．０８］で算出された値である。
【００７７】
表６に、各実施例及び各比較例のバインダ含有率ｂによる膨張率の変化量の予測値、成型圧力ｄによる膨張率の変化量の予測値、成型炭の膨張率の予測値及び実測値、並びに成型コークスのドラム強度を示す。バインダ含有率ｂによる膨張率の変化量は、上述の［割合Ａの導出］で求めた割合Ａを用いて計算された値である。成型圧力ｄによる膨張率の変化量は、上述の［割合Ｃの導出］で求めた割合Ｃを用いて計算された値である。なお、基準成型圧力ｄ０は、２ｔｏｎ／ｃｍである。
【００７８】
【表６】
0005714165.tif 000007
【００７９】
成型炭の膨張率の実測値は、上述の［石炭の膨張率の測定］と同様の方法で測定された値である。表６に示す結果から、バインダ含有率ｂ及び成型圧力と基準成型圧力の差（ｄ−ｄ０）と、割合Ａ，Ｃを用いることによって、成型炭の膨張率を高い精度で予測できることが確認された。そして、高い精度で予測される成型炭の膨張率を１以上とすることによって、高い強度を有する成型コークスを安定して製造できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明によれば、安定的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な成型コークスの製造方法及び成型炭の製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１０…成型炭製造部、１１…タンク、１２…一次粉砕機、１３…乾燥器、１４…二次粉砕機、１５…混練機、１６…成型機、１７…タンク、２０…乾留部、２１…乾留炉、２１ａ…羽口、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、１００…連続式成型コークス製造設備。
【要約】
【課題】安定的に高い強度を有する成型コークスを製造することができる成型コークスの製造方法を提供すること。
【解決手段】石炭とバインダとを混練して成型し成型炭を作製する成型工程と、成型炭を乾留して成型コークスを得る乾留工程と、を有する成型コークスの製造方法であって、成型工程の前に、石炭とバインダとを用いて、バインダの含有率による成型炭の膨張率の変化と、成型圧力による成型炭の膨張率の変化と、を予測する準備工程を有しており、成型工程では、準備工程の予測結果に基づく膨張率の予測値ｙが１以上である成型炭を作製する、成型コークスの製造方法を提供する。
【選択図】なし【図１】
0005714165.tif 000008
【図２】
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【図３】
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