(57)【要約】【課題】高品質、特に高強度のコークスを安価に製造することができるコークスの製造方法を提案する。【解決手段】配合炭を乾留してコークスを製造する方法において、この配合炭中には、ギーセラー最高流動度ＭＦが０〜１０ｄｄｐｍ、揮発分が２０ｍａｓｓ％以下、かつコークス組織の気孔壁厚み以下の粒度に粉砕してなる低揮発分非微粘結炭を含むことを特徴とするコークスの製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配合炭を乾留してコークスを製造する方法において、この配合炭中には、ギーセラー最高流動度ＭＦが０〜１０ｄｄｐｍ、揮発分が２０ｍａｓｓ％以下、かつコークス組織の気孔壁厚み以下の粒度に粉砕してなる低揮発分非微粘結炭を含むことを特徴とするコークスの製造方法。
【請求項２】
粉砕した上記低揮発分非微粘結炭は、粒度０．１５ｍｍ以下が９５ｍａｓｓ％以上であ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】
上記低揮発分非微粘結炭の添加量は、全配合炭に対して０．５〜１０ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項１または２に記載のコークス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉において使用される高品質なコークスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉に用いられる冶金用のコークスは、鉄鉱石を溶解する熱源として、また、酸化鉄を金属鉄に還元する還元剤として、化学的に重要な役割を果たしている他に、高炉内における通気性、溶融物の通液性を確保する面においても、重要な物理的役割を担っている。特に、高炉における近年の高炉微粉炭多量吹込操業、高出銑比操業あるいは低還元材比操業を安定して実施するためには、コークスの強度が高く、粒度が低下し難い、いわゆる高品質のコークスが必要不可欠となってきている。そこで、斯かる高品質のコークスを製造する技術の開発が強く望まれている。
【０００３】
高炉内で微粉化し難い高強度のコークスを製造するには、コークス炉に装入する、各種石炭を配合した配合炭の性状、例えば、平均最大反射率（Ｒｏ）や最高流動度（ＭＦ）を高めることが最も簡便な方法である。しかし、ＲｏやＭＦの大きな高品質の石炭は、石炭資源の枯渇化に伴って次第に入手し難くなってきており、また、高価であるためコスト面からも制約が大きい。
【０００４】
そこで、安価な非微粘結炭を配合炭の一部に使用してコスト低減を図ろうとすることが考えられている。しかし、非微粘結炭は、低品質（ＭＦが低いなど）であるがために、非微粘結炭の配合率を増加した場合には、コークス強度の低下が大きく、実用に耐えない。そこで、低品質の非微粘結炭を配合用石炭として用いても、高強度のコークスが得られる技術の開発が行なわれてきた。
【０００５】
配合用石炭として、安価で低品質なものを用いつつ高品質のコークスを製造する技術としては、配合する石炭の粒度を制御する方法が知られている。例えば、特許文献１には、複数の銘柄の石炭を、コークス化性の異なる低反射率非微粘結炭と高反射率非微粘結炭と粘結炭の３グループに分けて、それらを、その性状に応じて異なる粒度分布に粉砕してから混合し、所定の粒度分布を有するコークス炉装入用石炭とし、これを用いて安価で高強度のコークスを得る技術が開示されている。また、特許文献２には、粘結炭と非微粘結炭を配合した配合炭を乾留してコークスを製造する際、非微粘結炭の粒度を３ｍｍ以下１００％とすることにより、強度を低下させずに嵩密度が小さく、通気性に優れるコークスを得る技術が開示されている。
【０００６】
一方、特許文献３には、冶金用コークスの製造に際して、目的とするコークスの粒度に応じて、予め粒度を調整した微粉コークスを原料石炭に添加することにより、コークス強度を高めると共に粒度を制御する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１８１６５０号公報
【特許文献２】特開平１１−０２１５６１号公報
【特許文献３】特開昭６０−０６９１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
確かに、特許文献１および特許文献２に記載された技術によって、低品質な非微粘結炭を使用しても、従来並みの強度をもつコークスの製造が可能となった。また、特許文献３に記載された方法を用いることによっても、ある程度のコークス強度の向上が期待できる。しかしながら、上記技術だけでは、現在における、より高強度なコークスをより安価に製造するという要求に対しては、十分に応えることができない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、高品質、特に高強度のコークスを安価に製造することができるコークスの製造方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは、上記課題を解決するために、従来の粘結炭を主とする配合炭を乾留して得られるコークスの組織と、配合する低品質の石炭の粒度との関係に着目して鋭意検討を重ねた。その結果、従来の配合炭に、それから得られるコークス組織とは機械的物性値の異なる組織を形成する低揮発分の非微粘結炭を、上記コークス組織の気孔壁の厚みよりも小さくして混合し、分散させてやることにより、コークスの強度を従来よりも向上できることを新たに見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、本発明は、配合炭を乾留してコークスを製造する方法において、この配合炭中には、ギーセラー最高流動度ＭＦが０〜１０ｄｄｐｍ、揮発分が２０ｍａｓｓ％以下、かつコークス組織の気孔壁厚み以下の粒度に粉砕してなる低揮発分非微粘結炭を含むことを特徴とするコークスの製造方法である。
【００１１】
本発明における粉砕した上記低揮発分非微粘結炭は、粒度０．１５ｍｍ以下が９５ｍａｓｓ％以上であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明における上記低揮発分非微粘結炭の添加量は、全配合炭に対して０．５〜１０ｍａｓｓ％であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低品質かつ安価な低揮発分非微粘結炭をコークスの原料とある配合炭の一部に用いることにより、従来製造されているコークスよりも高品質（高強度）のコークスを安価に提供することが可能となる。また、本発明のコークスは、従来のコークスよりも高強度であるため、これを高炉に用いた場合には、高炉内の通気性が十分に確保されて、高炉の安定操業に大いに寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
発明者らは、低品質の低揮発分非微粘結炭をコークスの原料となる配合炭の一部として用いても、従来の主として粘結炭からなる配合炭から製造されるコークスよりも、高強度でかつ安価なコークスを製造する技術の開発するべく検討を重ねた。その結果、従来の粘結炭から得られるコークス組織とは機械的物性値の異なる組織を形成する低揮発分非微粘結炭を、上記コークス組織の気孔壁の厚みよりも小さくして分散させてやることにより、コークス強度を従来のものと比較して大幅に向上することができることを新たに見出した。
【００１５】
すなわち、従来の粘結炭に由来するコークス組織の中に、物性値の異なる低揮発分非微粘結炭由来の組織を分散させた場合には、これらの組織の境界面に応力集中が起こり、他の気孔壁部分に加わる応力が緩和される。さらに、上記境界面が小さく分散している場合には、この部分への応力集中による気孔壁の破壊も起こり難くなるという効果が得られる。
【００１６】
また、従来の粘結炭からなる配合炭に低揮発分非微粘結炭を気孔壁の厚みよりも小さくして分散させた配合炭は、乾留過程での軟化溶融時に、完全なｓｌｕｒｒｙ状態を形成し易くなるため、軟化物の見掛け粘度が大きくなり、ガスの透過抵抗が大きくなる。その結果、軟化溶融物内に形成される気孔のガス圧が上昇して、軟化溶融物同士の圧着力が高くなり、コークス強度が向上する。
【００１７】
一方、添加する非微粘結炭の粒度が、気孔壁厚みに対して相対的に大きくなると、粘結炭由来の組織と気孔壁部分とが同等の大きさとなってくるため、乾留過程において、粘結炭由来の組織と非微粘結炭由来の組織との界面に大きな熱応力が発生し、また、気孔壁の強度を低下させる大きさの欠陥が生ずるようになる。
【００１８】
また、添加する非微粘結炭の粒度が気孔壁厚に対して相対的に大きくなるにつれて、乾留過程での軟化溶融時における気固液分散系が、ｆｕｎｉｃｕｌａｒ状態あるいはｃａｐｉｌｌａｒｙ状態となるため、ｓｌｕｒｒｙ状態のような気孔内のガス圧上昇効果も期待できなくなる。その結果、コークス強度は低下する。
【００１９】
したがって、高強度のコークスを得るためには、添加する低揮発分非微粘結炭の粒径を、コークスの平均気孔壁厚みよりも小さくしてやることが必要であり、相対的に気孔壁厚みよりも小さいほど、添加効果は大きくなる。
【００２０】
ここで、コークスの平均気孔壁厚みとは、コークス組織内に形成された気孔−気孔間の距離のことである。具体的には、コークス組織の顕微鏡で観察した時の画像を二値化処理して、気孔（白地）とコークス基質（黒地）とに分離し、この二値化処理した画像上に等間隔で測定ラインを引いて、ライン上のすべての気孔−気孔間距離を画像処理して測定し、それらの測定値の平均値を平均気孔壁厚みとする。
【００２１】
また、本発明における低揮発分非微粘結炭とは、ギーセラー最高流動度ＭＦが０〜１０ｄｄｐｍ（ｄｉａｌ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ）の範囲にあり、かつ、揮発分が乾燥（無水）ベースで２０ｍａｓｓ％以下のものをいう。ここで、ギーセラー最高流動度ＭＦは、粘結性を表す指標の１つであり、ＪＩＳ  Ｍ８８０１に、その測定方法が規定されている。また、揮発分の測定は、ＪＩＳ  Ｍ８８１２に、その測定方法が規定されている。
【００２２】
ＭＦを０〜１０ｄｄｐｍの範囲に限定する理由は、非微粘結炭も含めて石炭のＭＦが大きくなると、図１に示したように、石炭粒子の膨張が認められるようになる。この粒子膨張は、内部の気孔が大きくなるために起こる現象であり、その結果、粒子を中心とした気孔の壁厚が小さくなり、強度低下の要因となる。したがって、ＭＦの範囲は石炭粒子が膨張しない約１０ｄｄｐｍ以下でなければならない。一方、ＭＦは低いほど好ましく、最も好ましくは０である。なお、ＭＦ＝０の石炭は非粘結炭とも言うが、本発明においては、ＭＦを０〜１０ｄｄｐｍの範囲のものを非微粘結炭と称する。
【００２３】
また、揮発分を乾燥（無水）ベースで２０ｍａｓｓ％以下に限定する理由は、揮発分が増加するのに伴い、コークス中に形成される気孔量は増加するが、気孔量が増加すると気孔同士が連結する確率が増して比較的大きな気孔が形成されるようになり、強度低下を引き起こす原因となる。そこで、気孔の連結がほとんど起こらない揮発分の上限として２０ｍａｓｓ％を規定した。
【００２４】
なお、コークス原料となる配合炭に配合することができる材料としては、上記低揮発分非微粘結炭の他に、炭素系材料のコークスや高揮発分炭、粘結炭を微粉化したものでも、同様の効果を発現するので、用いることができる。しかし、微粉コークスは、周囲組織との機械的物性値に差がほとんど無いため、コークス強度向上効果は小さい。また、微粉化した高揮発分炭は、ガスが気孔壁中に残留する確率が高くなるため、コークス強度向上効果が小さい。また、微粉化した粘結炭は、原料コストが高くなるだけである。
【００２５】
また、コークス強度の向上のみを目標とする場合には、無機系材料の金属、酸化物などの微粉を配合炭に添加してもよい。しかし、カーボン以外の成分は、高炉内でスラグとなり、高炉の還元材比を高める原因となる。したがって、配合炭に配合する材料としては、カーボン含有量の高い材料を使用するのが望ましいのであり、本発明において、低揮発分非微粘結炭に着目した所以でもある。
【実施例１】
【００２６】
コークス原料となる配合炭（ベース炭）に、さらに粒度の異なる低揮発分非微粘結炭を外枠で配合した配合炭を乾留してコークスを製造する試験を行い、コークス強度に及ぼす非微粘結炭の粒度の影響について調べた。上記試験には、ベース炭として、Ｒｏ＝１．０５、ＭＦ＝２００となるように調整したものを使用し、このベース炭に、表１に示した性状を有する石炭Ａを粉砕、整粒して粒度を０．０７５〜０．１５ｍｍ、０．１５〜０．３０ｍｍ、０．３０〜０．５０ｍｍ、０．５０〜０．７１ｍｍおよび０．７１〜１．００ｍｍの５水順に区分したものを、外枠で３％添加したものを配合炭に用いた。なお、表１中の工業分析値（灰分、揮発分）は、ＪＩＳ  Ｍ８８１２に準拠して、また、ギーセラー最高流動度ＭＦは、ＪＩＳ  Ｍ８８０１に準拠して測定した値である。なお、上記ベース炭は、乾留して得られるコークス組織の平均気孔壁厚みが０．２４ｍｍとなるものであった。
また、乾留試験は、実コークス炉をシミュレート可能な電気炉を用いて行い、この際の充填条件は、水分：８％、装入嵩密度：７５０ｋｇ／ｍ３の一定条件とした。得られたコークスの品質は、ＪＩＳ  Ｋ２１５１に定められているドラム試験法を用いて、１５０回転における潰裂強度１５ｍｍ指数（ＤＩ１５０１５）を測定し、評価した。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
上記評価試験の結果を図２に示した。図２から、コークスの強度は、非微粘結炭の添加によって低下するが、添加する非微粘結炭の粒度が小さくなるにつれてコークス強度の低下量が減少し、特に、粒度をベース炭の平均気孔壁厚みより小さい０．１５ｍｍ以下とした場合には、むしろベース炭から得られるコークスよりも高い強度を有するものが得られることがわかる。
【実施例２】
【００２９】
Ｒｏ＝１．００、ＭＦ＝６３１一定となるように調整し、コークスとした場合に得られる平均気孔壁厚みが０．２４ｍｍの特性を有するベース炭とし、このベース炭に、粒度０．０７５ｍｍ以下に粉砕した表１に示した石炭Ａを外枠で５ｍａｓｓ％、１０ｍａｓｓ％および２０ｍａｓｓ％添加した配合炭を用いてコークスを製造し、低揮発分非微粘結炭の配合量（添加率）が、コークス強度に及ぼす影響について調べた。この際、電気炉への石炭の充填を、水分：８％、装入嵩密度：８００ｋｇ／ｍ３の一定条件としたほかは、実施例１と同様の条件で行った。
【００３０】
上記評価試験の結果を図３に示した。図３から、コークス強度は、非微粘結炭の粒度を平均気孔壁厚み以下に調整した場合でも、添加率によっても左右され、添加率が１０ｍａｓｓ％以下ではコークス強度が上昇するが、１０ｍａｓｓ％を超えると、逆にコークス強度が低下に転じることがわかる。
【実施例３】
【００３１】
実施例２で用いたのと同じベース炭に、表１に示した石炭ＡおよびＢを粒度０．０７５ｍｍ以下に粉砕した非微粘結炭を外枠で５ｍａｓｓ％添加したものをコークス原料炭に用いたこと、および、電気炉への石炭の充填は、水分：８％、装入嵩密度：８００ｋｇ／ｍ３の一定条件としたこと以外は、実施例１と同様にして、コークスの製造を行い、低揮発分非微粘結炭の種類（品質）が、コークス強度に及ぼす影響について調べた。
【００３２】
上記評価試験の結果を図４に示した。図４から、石炭Ａおよび石炭Ｂともに、コークス強度を向上する効果がある、すなわち、本発明の条件に従う低揮発分非微粘結炭であれば、非微粘結炭の種類（品質）に拘わらず、ベース炭に比較して、コークス強度を向上する効果があることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の技術は、高品質（高強度）の冶金用コークスの製造に限定されるものではなく、セラミックスなど多孔質複合材料の分野にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】最高流動度ＭＦと最大膨張率ＴＤとの関係を示すグラフである。
【図２】ベース炭に配合する低揮発分非微粘結炭の粒度がコークス潰裂強度に及ぼす影響を示すグラフである。
【図３】ベース炭に配合する低揮発分非微粘結炭の添加率がコークス潰裂強度に及ぼす影響を示すグラフである。
【図４】ベース炭に配合する低揮発分非微粘結炭の種類（性状）がコークス潰裂強度に及ぼす影響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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