JP2013076069A - 低品位炭の改質方法、コークス及び焼結鉱の製造方法並びに高炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コークス強度の向上効果に優れた改質炭、燃焼性能に優れた改質炭を製造する。
【解決手段】亜瀝青炭又は一般炭からなる低品位炭と非水素供与性溶剤を混合し、前記低品位炭と非水素供与性溶剤の混合物を加圧加熱して、前記低品位炭の不溶解成分と、前記低品位炭の可溶成分が非水素供与性溶剤に溶解した第１の液相成分とを生成し、これらの前記不溶解成分と前記第１の液相成分とを分離することを特徴とする低品位炭の改質方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、製鉄プロセスにおけるコークス製造用原料、焼結鉱製造用固体燃料、高炉羽口吹込み用還元材として使用される原料の改質技術に関する。

従来、コークス用の原料としては、瀝青炭などの高品位の粘結炭が主として使用されているが、粘結炭は高価であり、産出量も限られている。そのため、粘結炭に比べて粘結性の低い非微粘結炭などの低品位の低品位炭を改質して粘結炭に配合し混合することにより、コークスの原料として使用することが行われている。

例えば、特許文献１には、低品位炭と溶剤とを混合して低品位炭の溶剤への可溶成分を抽出し、当該抽出した抽出液に抽出残分を混合し、その混合物から溶剤を除去することにより、軟化溶融性等の性質の局在化が抑えられた均質な改質低品位炭を製造する製造方法が開示されている。

一般的に鉄鉱石の焼結工程では、鉄鉱石などに固体燃料としての粉コークスを混合して、この混合物を焼結することにより焼結鉱を製造している。また、高炉の操業においては、高炉の羽口から熱風とともに還元材としての微粉炭を吹き込みことにより高炉の操業性を向上させている。従来の低品位炭改質方法により得られた改質炭は、主としてコークス製造用原料として使用されており、焼結鉱製造用固体燃料および高炉羽口吹込み用還元材としての利用は検討されていない。

特開２００７−１６１９５５号公報

コークスの配合炭中の非微粘結炭などの低品位炭の配合比を増加し、粘結炭などの高品位炭の配合比を更に減じるためには、安価な低品位炭からコークス強度の向上効果が高い改質炭を製造する必要がある。

また、焼結鉱の生産率をさらに向上させるためには、従来の固体燃料である粉コークスよりも燃焼性能の高い燃焼材固体燃料を使用する必要がある。また、高炉の操業性及び生産率をさらに高めるためには、従来の微粉炭よりも燃焼性能の高い還元材を用いる必要がある。

そこで、本発明は、コークス強度の向上効果に優れた改質物を得ることを第１の目的とする。また、本発明は、燃焼性能に優れた改質物を得ることを第２の目的とする。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）亜瀝青炭又は一般炭からなる低品位炭と非水素供与性溶剤を混合し、前記低品位炭と非水素供与性溶剤の混合物を加圧加熱して、前記低品位炭の不溶解成分と、前記低品位炭の可溶成分が非水素供与性溶剤に溶解した第１の液相成分とを生成し、これらの前記不溶解成分と前記第１の液相成分とを分離することを特徴とする低品位炭の改質方法。（１）の構成によれば上記第１の目的を達成することができる。

（２）上記（１）の構成において、さらに、前記第１の液相成分を冷却することにより、前記低品位炭の可溶成分の一部を前記非水素供与性溶剤から抽出した第１の固相成分と残部の第２の液相成分とを生成し、分離し、さらに、該第２の液相成分から前記非水素供与性溶剤を分離することにより第２の固相成分を生成することを特徴とする。（２）の構成によれば、上記第１及び第２の目的を達成することができる。

（３）上記（１）の構成において、前記第１の液相成分を２０〜５０℃の温度に冷却することができる。（３）の構成によれば、第１の固相成分及び第２の固相成分の抽出率を高めることができる。

（４）上記（２）に記載の低品位炭の改質方法で得られた前記第１の固相成分及び前記第２の固相成分のうち１種又は２種を高炉用コークス製造用原料として用いることを特徴とするコークスの製造方法。（４）の構成によれば、低コストでコークス強度を高めることができる。

（５）上記（２）に記載の低品位炭の改質方法で得られた前記第２の固相成分及び前記不溶解成分が混合した混合物を高炉用コークス製造用原料として用いることを特徴とするコークスの製造方法。（５）の構成によれば、低コストでコークス強度を高めることができる。

（６）上記（２）に記載の低品位炭の改質方法で得られた前記不溶解成分を前記第１の固相成分と混合した混合物、又は該混合物を炭化した炭化物を焼結鉱製造用固体燃料として使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法。（６）の構成によれば、低コストで焼結鉱の生産効率を向上させることができる。

（７）上記（２）に記載の低品位炭の改質方法で得られた前記第１の固相成分又は前記第１の固相成分を炭化処理した炭化物を、焼結鉱製造用固体燃料として使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法。（７）の構成によれば、低コストで焼結鉱の生産効率を向上させることができる。

（８）上記（２）に記載の低品位炭の改質方法で得られた前記不溶解成分を前記第１の固相成分と混合した混合物、又は該混合物を炭化した炭化物を、高炉羽口吹き込み用還元材として使用することを特徴とする高炉の操業方法。（８）の構成によれば、低コストで高炉の操業性を向上させることができる。

（９）上記（２）に記載の低品位炭の改質方法で得られた前記第１の固相成分又は前記第１の固相成分を炭化処理した炭化物を、高炉羽口吹き込み用還元材として使用することを特徴とする高炉の操業方法。（９）の構成によれば、低コストで高炉の操業性を向上させることができる。

本発明によれば、コークス強度の向上効果が高い改質炭を得ることができる。

低品位炭の改質工程を示した図である。 改質工程で抽出された改質炭の利用方法を示した図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

（実施形態１）
図１を参照して、本実施形態に係る低品位炭の改質方法について説明する。図１は、低品位炭の改質工程を示す工程図である。混合工程１３では、石炭槽１１から供給される低品位炭と、溶剤槽１２から供給される溶剤とを混合する。加圧加熱工程１４では、混合工程１３で得られた低品位炭と溶剤とからなる混合物を加圧加熱して、低品位炭の可溶成分を溶剤に溶解させる。低品位炭の可溶成分が溶解した溶剤を第１の液相成分Ｘといい、溶剤に不溶解であった低品位炭の不溶解成分を不溶解石炭Ｒというものとする。第１分離工程１５では、これらの第１の液相成分Ｘ及び不溶解石炭Ｒを固液分離する。

冷却工程１６では、第１の液相成分Ｘを冷却して、低品位炭の可溶成分の一部である抽出石炭Ｄ（第１の固相成分）と、残部の第２の液相成分Ｙとを得る。第２分離工程１７では、冷却工程１６で得られた第２の液相成分Ｙ及び抽出石炭Ｄを固液分離する。第３分離工程１８では、第２分離工程１７で分離された第２の液相成分Ｙから溶剤を除き、その残部である抽出石炭Ｓ（第２の固相成分）を得る。つまり、低品位炭と溶剤とを混合した混合物から三種類の異なる有用な石炭、すなわち、不溶解石炭Ｒ、抽出石炭Ｄ及び抽出石炭Ｓを得ることができる。

（石炭層１１について）
石炭層１１には、亜瀝青炭又は一般炭からなる低品位炭が貯留されている。このような低品位炭から製鉄プロセス用原料である、コークス製造用原料、焼結鉱製造用固体燃料、および、高炉羽口吹込み用還元材として有用な改質炭を得ることにより、原料コストを低減することができる。

（溶剤槽１２について）
溶剤槽１２には、石炭層１１に貯留された低品位炭の可溶成分を溶解するための溶剤が貯留されている。溶剤には、２環芳香族を主とする非水素供与性溶剤を用いることができる。非水素供与性溶剤は、主に低品位炭の乾留生成物から精製した、２環芳香族を主とする溶剤で、石炭誘導体である。この非水素供与性溶剤は、加熱状態でも安定であり、石炭との親和性に優れているため、溶剤に抽出される固相成分の割合（以下、「抽出率」ともいう）が高く、また、低品位炭から各種固相成分を抽出した後、溶剤を蒸留等の方法で容易に回収可能な溶剤である。さらに、回収した溶剤を再利用することもできる。

非水素供与性溶剤の主たる成分としては、２環芳香族であるナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、トリメチルナフタレン等が挙げられ、その他脂肪族側鎖をもつナフタレン類、また、これにビフェニルや長鎖脂肪族側鎖をもつアルキルベンゼンが含まれる。

非水素供与性溶剤は、沸点が１８０〜３３０℃のものが好ましい。沸点が１８０℃未満であると、加圧加熱工程１４での必要圧力が高くなり、また、溶剤を回収する工程で揮発による損失が大きくなり、溶剤の回収率が低下する。さらに、固相成分の抽出率が低下する。一方、３３０℃を超えると、後述する溶剤の分離が困難となり、溶剤の回収率が低下する。

このように、非水素供与性溶剤を使用して低品位炭の加熱抽出をすることにより、有用な改質石炭の抽出率を高めることができる。また、非水素供与性溶剤は、容易に溶剤を回収できるため、溶剤の循環使用が容易となる。さらに、高価な水素や触媒等を用いる必要がないため、安価なコストで低品位炭を可溶化して、経済性の向上を図ることができる。なお、非水素供与性溶剤の主たる成分は、上記の通りであるが、石炭の液化方法等で用いられるテトラリンなどの水素供与性溶剤や、水素化したクレオソート油、水素化したアントラセン油、およびその混合物などを含んでいてもよい。

（混合工程１３について）
混合工程１３では、溶剤槽１２から供給される溶剤と、石炭層１１から供給される低品位炭とを混合する。低品位炭及び溶剤の混合物は、低品位炭の粒子が溶剤中に分散したスラリー状態で存在する。以下、この混合物をスラリーという。

（加圧加熱工程１４について）
加圧加熱工程１４では、所定の抽出温度まで低品位炭と溶剤のスラリーを加熱する。この加熱処理は、スラリー中の溶剤が沸点に達しないように、加圧状態で行う。具体的には、ゲージ圧力値を０．８〜２．５ＭＰａに設定することにより、溶剤の沸騰を防止し、有用な改質炭の抽出率を高めることができる。この圧力条件でスラリーの温度（より具体的にはスラリーの液温）が低品位炭の可溶成分が十分に抽出される温度（以下、該温度を抽出温度と称す）に達すると、低品位炭の可溶成分が溶剤に溶解する。

この抽出温度は、３００〜４２０℃に設定するのが好ましい。３００℃よりも温度が低い場合には、石炭構成分子間の結合力を十分に低下させることができないため、固相成分の抽出率が低下する。一方、４２０℃よりも温度が高い場合には、石炭の熱分解反応で生成されたラジカルの再結合が起こり、改質石炭の抽出率が低下する。また、低品位炭と溶剤のスラリーの加圧加熱処理は、非酸化性ガスの雰囲気内で行うのが好ましい。非酸化性ガスには、窒素ガスを用いることが好適である。抽出処理時間は、例えば、２０〜３０分に設定することができる。

したがって、加圧加熱工程１４における低品位炭及び溶剤のスラリーの加圧加熱処理により、低品位炭の可溶成分が溶剤に溶解した第１の液相成分Ｘと溶剤に不溶解であった低品位炭の不溶解成分である不溶解石炭Ｒとを生成することができる。これらの生成物は第１分離工程１５に送られる。

第１分離工程１５では、第１の液相成分Ｘ及び不溶解石炭Ｒを固液分離する。固液分離方法には、重力沈下法を用いることができる。ここで分離して得られた不溶解石炭Ｒの用途については後述する。

第１分離工程１５で分離された第１の液相成分Ｘは、冷却工程１６に送液するか、或いはそのままコークス原料として使用することができる。冷却工程１６に送液された第１の液相成分Ｘは冷却される。ここで、冷却温度が５０℃よりも高いと、抽出石炭Ｓ及び抽出石炭Ｄの抽出率が低下する。他方、冷却温度を２０℃より低くしても、前記抽出率が顕著に向上することはなく、却って冷却時間が長くなる。したがって、冷却温度は２０〜５０℃に設定するのが好ましい。

なお、冷却工程１６は、第１の液相成分Ｘを冷却することにより亜瀝青炭又は一般炭を改質して、製鉄プロセス用原料であるコークス製造用原料、焼結鉱製造用固体燃料および高炉羽口吹込み用還元材として有用な抽出石炭Ｓ及び抽出石炭Ｄを抽出することを目的としている。したがって、上記冷却温度は、抽出石炭Ｓ及び抽出石炭Ｄの抽出率を向上するために好ましい範囲を示すものであり、抽出石炭Ｓ及び抽出石炭Ｄが抽出可能である限り上記冷却温度に限定されるものではない。なお、上記冷却工程１６に冷却手段は、空冷或いは冷却温度や冷却速度などの冷却条件を制御できる冷却装置を用いることもできる。

冷却工程１６で得られた第２の液相成分Ｙ及び抽出石炭Ｄは、第２分離工程１７で固液分離される。第２分離工程１７での固液分離方法には、重力沈下法を用いることができる。ここで分離して得られた抽出石炭Ｄの用途については後述する。

第２分離工程１７で分離された第２の液相成分Ｙは、第３分離工程１８に送液される。第３分離工程１８では、第２の液相成分Ｙに含まれる溶剤が除去される。溶剤の除去方法には、蒸発乾固法やスプレードライ法を用いることができる。これにより、第２の液相成分Ｙに含まれる抽出石炭Ｓを固相状態で抽出することができる。

次に、抽出石炭Ｓ、抽出石炭Ｄ及び不溶解石炭Ｒの用途について詳細に説明する。図２は、抽出石炭Ｓ、抽出石炭Ｄ及び不溶解石炭Ｒの用途を説明するための図である。まず、第３分離工程１８にて得られた抽出石炭Ｓの用途について説明する。安価な低品位炭を改質して得られた抽出石炭Ｓは、コークス製造プロセスの原料炭として用いることで原料コスト低減およびコークス強度向上を図ることができる。

したがって、抽出石炭Ｓは、例えばコークスの配合炭として用いることができる。これにより、亜瀝青炭又は一般炭からコークス強度の向上効果が高い抽出石炭Ｓを得ることができる。さらに、抽出石炭Ｓ単体に比べてコークス強度向上効果は低くなるが、抽出石炭Ｓを抽出石炭Ｄ又は不溶解石炭Ｒと混合した混合炭Ｓ＋Ｄ、混合炭Ｓ＋Ｒをコークス製造用の配合炭として用いることもできる。また、第１の液相成分Ｘは抽出石炭Ｓ及び抽出石炭Ｄを含むため、冷却せずにそのままの状態でコークス製造用の配合炭として用いることもできる。

また、第２分離工程１７で得られた抽出石炭Ｄは、ミクロな気孔構造を備えており燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、燃焼性能に優れている。また、抽出石炭Ｄを乾留し炭化することにより、ミクロな気孔構造がさらに発達する。したがって、図２に図示するように、抽出石炭Ｄ、抽出石炭Ｄを炭化処理部で炭化させた炭化抽出石炭ＤＣは、焼結鉱製造プロセスの固体燃料、高炉の羽口から熱風とともに吹き込む還元材として用いることができる。

後述する実施例に示すように、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭ＤＣは、鉄鉱石焼結用の固体燃料として現在使用されている粉コークスよりも、燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、燃焼性能が優れている。さらに、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭ＤＣは、高炉の羽口から熱風とともに吹き込まれる還元材として現在使用されている微粉炭よりも、燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、燃焼性能に優れている。さらにまた、抽出石炭Ｓ単体に比べてコークス強度向上効果は低くなるが、抽出石炭Dも同様にコークス強度向上効果を有しており、コークス製造用の配合炭として用いることもできる。

第１分離工程１５で得られた不溶解石炭Ｒは、よりミクロな気孔構造を備えており、燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、燃焼性能に優れている。また、不溶解石炭Ｒを炭化させることにより、ミクロな気孔構造がさらに発達する。したがって、図２に図示するように、抽出石炭Ｄ及び不溶解石炭Ｒの混合炭Ｄ＋Ｒ、この混合炭Ｄ＋Ｒを炭化した（Ｄ＋Ｒ）Ｃを、焼結鉱製造プロセスの固体燃料、高炉の羽口から熱風とともに吹き込む還元材として用いることができる。混合炭Ｄ＋Ｒ、炭化混合炭（Ｄ＋Ｒ）Ｃは、焼結鉱製造プロセスの固体燃料として現在使用されている粉コークスよりも、燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、燃焼性能が優れている。さらに、混合炭Ｄ＋Ｒ、炭化混合炭（Ｄ＋Ｒ）Ｃは、高炉の羽口から熱風とともに吹き込まれる還元材として現在使用されている微粉炭よりも、燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、燃焼性能が優れている。

抽出石炭Ｄなどを焼結鉱製造プロセスの固体燃料として使用する場合には、焼結鉱の原料となる粉状或いは適切な粒度に破砕調整された鉄鉱石、石灰石や蛇紋岩などの副原料などに抽出石炭Ｄなどの固体燃料を混入して、破砕および混練して造粒する。この造粒物は、例えば、ドワイトロイド式焼結機のパレット上に所定の厚さ（たとえば５００〜７００ｍｍ）で層状に装入される。そして、点火炉によって、造粒物の表層に含まれる燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速い燃焼性能が優れた抽出石炭Ｄなどの固体燃料に着火して、焼結処理を開始する。着火後はウインドボックスにより、下方に向けて空気を吸引しながら前記固体燃料、および前記固体燃料から放出される揮発分を燃焼させ、その燃焼熱によってパレット上の造粒物を焼結させて焼結ケーキとする。

焼結処理で得られた焼結ケーキは無端のパレットから送出された後、第１のクラッシャーにより破砕され、冷却される。続いて、第２のクラッシャーによりさらに破砕され、多段式の篩いにより、高炉用原料として所定の粒径を有する焼結鉱が得られる。

一方、抽出石炭Ｄなどを高炉の羽口から熱風とともに吹き込む還元材として用いる場合は、粉砕機により粉砕された後、羽口から熱風とともに高炉に吹き込まれる。熱風により熱せられた還元材は、微粉炭よりも燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、速やかに一酸化炭素や水素ガスなどの還元ガスとなって、高炉内に装入される塊状鉄鉱石、焼結鉱などを還元する。これにより羽口先での燃焼性が向上し、高炉の操業性を向上させることができる。

次に、以下に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

（実施例１）
実施例１では、表１に示す発明例、比較例についてコークス強度向上効果を評価した。

発明例１では、改質対象物を亜瀝青炭Ａとした。ベース混合炭を９０質量％、亜瀝青炭Ａから抽出した抽出石炭Ｓを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。コークスは、配合炭を０．７５ｇ／ｃｍ^３の充填嵩密度で試験コークス炉に装入し、炉温1000℃で乾留することで製造した。ここで、亜瀝青炭Ａの組成は、質量％でＣ：７２．９％、Ｈ：５．８％、Ｎ：１．０％、Ｏ：２０．３％であり、水分が１６％である。ベース混合炭は、強粘結炭と非微粘結炭を１：１の質量比で配合した配合炭である（以下、同様である）。 溶剤には、メチルナフタレンを使用した。改質処理は、まず、改質対象物と溶剤を質量比で１：１０の比率で混合し、加圧加熱工程における加熱温度を３７０℃、ゲージ圧力を２ＭＰａ、加圧加熱時間を１時間に設定した。重力沈下法により不溶解石炭Ｒを分離させた後に、第１の液相成分Ｘを２５℃まで冷却した。重力沈下法により抽出石炭Ｄを分離させた後に、第２の液相成分Ｙ中の溶剤を蒸発法により除去し抽出石炭Ｓを抽出した。コークス強度の評価は、回転強度試験方法のドラム強度に基づき測定、評価を行った。抽出方法については、以下の発明例及び比較例も同様であるため、説明を繰り返さない。

発明例２では、改質対象物を亜瀝青炭Ｔとした。ベース混合炭を９０質量％、亜瀝青炭Ｔから抽出した抽出石炭Ｓを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。ここで、亜瀝青炭Ｔの組成は、質量％でＣ：７５．７％、Ｈ：６．２％、Ｎ：１．７％、Ｏ：１６．４％であり、水分が１１％である。

発明例３では、改質対象物を一般炭ＬＳとした。ベース混合炭を９０質量％、一般炭ＬＳから抽出した抽出石炭Ｓを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。ここで、一般炭ＬＳの組成は、質量％でＣ：８２．８％、Ｈ：５．５％、Ｎ：１．９％、Ｏ：９．８％であり、水分が７％である。

発明例４では、改質対象物を亜瀝青炭Ａとした。ベース混合炭を９０質量％、亜瀝青炭Ａから抽出した混合炭Ｓ＋Ｄを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

発明例５では、改質対象物を亜瀝青炭Ｔとした。ベース混合炭を９０質量％、亜瀝青炭Ｔから抽出した混合炭Ｓ＋Ｄを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

発明例６では、改質対象物を一般炭ＬＳとした。ベース混合炭を９０質量％、一般炭ＬＳから抽出した混合炭Ｓ＋Ｄを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

発明例７では、改質対象物を亜瀝青炭Ａとした。ベース混合炭を９０質量％、亜瀝青炭Ａから抽出した混合炭Ｓ＋Ｒを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

発明例８では、改質対象物を亜瀝青炭Ｔとした。ベース混合炭を９０質量％、亜瀝青炭Ｔから抽出した混合炭Ｓ＋Ｒを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

発明例９では、改質対象物を一般炭ＬＳとした。ベース混合炭を９０質量％、一般炭ＬＳから抽出した混合炭Ｓ＋Ｒを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

発明例１０では、改質対象物を亜瀝青炭Ａとした。ベース混合炭を９０質量％、亜瀝青炭Ａから抽出した抽出石炭Ｄを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

発明例１１では、改質対象物を亜瀝青炭Ｔとした。ベース混合炭を９０質量％、亜瀝青炭Ｔから抽出した抽出石炭Ｄを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

発明例１２では、改質対象物を一般炭ＬＳとした。ベース混合炭を９０質量％、一般炭ＬＳから抽出した抽出石炭Ｄを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

参考例１では、改質対象物を亜瀝青炭Ａとした。ベース混合炭を９０質量％、亜瀝青炭Ａから得られる不溶解石炭Ｒを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

参考例２では、改質対象物を亜瀝青炭Ｔとした。ベース混合炭を９０質量％、亜瀝青炭Ｔから得られる不溶解石炭Ｒを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

参考例３では、改質対象物を一般炭ＬＳとした。ベース混合炭を９０質量％、一般炭ＬＳから得られる不溶解石炭Ｒを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

比較例１では、亜瀝青炭Ａを改質せずにそのまま使用した。ベース混合炭を９０質量％、亜瀝青炭Ａを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

比較例２では、亜瀝青炭Ｔを改質せずにそのまま使用した。ベース混合炭を９０質量％、亜瀝青炭Ｔを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

比較例３では、一般炭ＬＳを改質せずにそのまま使用した。ベース混合炭を９０質量％、一般炭ＬＳを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

比較例４では、ベース混合炭のみからなる配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

比較例５では、改質対象物を褐炭Ｌとした。ベース混合炭を９０質量％、褐炭Ｌから抽出した抽出石炭Ｓを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。ここで、褐炭Ｌの組成は、質量％でＣ：６６．８％、Ｈ：５．１％、Ｎ：０．６％、Ｏ：２７．５％である。

比較例６では、改質対象物を褐炭Ｌとした。ベース混合炭を９０質量％、褐炭Ｌから抽出した混合炭Ｓ＋Ｄを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

比較例７では、改質対象物を褐炭Ｌとした。ベース混合炭を９０質量％、褐炭Ｌから抽出した混合炭Ｓ＋Ｒを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

比較例８では、改質対象物を褐炭Ｌとした。ベース混合炭を９０質量％、褐炭Ｌから抽出した抽出石炭Ｄを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

比較例９では、改質対象物を褐炭Ｌとした。ベース混合炭を９０質量％、褐炭Ｌから得られる不溶解石炭Ｒを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

比較例１０では、褐炭Ｌを改質せずにそのまま使用した。ベース混合炭を９０質量％、褐炭Ｌを１０質量％の配合割合で配合した配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造し、コークス強度を測定した。

発明例１及び比較例４を比較参照して、亜瀝青炭Ａを改質することにより得られる抽出石炭Ｓをベース混合炭に添加することにより、配合炭の全てをベース混合炭とした場合よりもコークス強度が向上することがわかった。発明例２及び比較例４を比較参照して、亜瀝青炭Ｔを改質することにより得られる抽出石炭Ｓをベース混合炭に添加することにより、配合炭の全てをベース混合炭とした場合よりもコークス強度が向上することがわかった。発明例３及び比較例４を比較参照して、一般炭ＬＳを改質することにより得られる抽出石炭Ｓをベース混合炭に添加することにより、配合炭の全てをベース混合炭とした場合よりもコークス強度が向上することがわかった。したがって、亜瀝青炭、一般炭から抽出される抽出石炭Ｓは、コークス製造用の配合炭として極めて有用であることが証明された。

発明例４及び比較例４を比較参照して、亜瀝青炭Ａを改質することにより得られる抽出石炭Ｓ及び抽出石炭Ｄの混合物をベース混合炭に添加することにより、配合炭の全てをベース混合炭とした場合よりもコークス強度が向上することがわかった。発明例５及び比較例４を比較参照して、亜瀝青炭Ｔを改質することにより得られる抽出石炭Ｓ及び抽出石炭Ｄの混合物をベース混合炭に添加することにより、配合炭の全てをベース混合炭とした場合よりもコークス強度が向上することがわかった。発明例６及び比較例４を比較参照して、一般炭ＬＳを改質することにより得られる抽出石炭Ｓ及び抽出石炭Ｄの混合物をベース混合炭に添加することにより、配合炭の全てをベース混合炭とした場合よりもコークス強度が向上することがわかった。したがって、亜瀝青炭、一般炭から抽出される抽出石炭Ｓ及び抽出石炭Ｄの混合物は、コークス製造用の配合炭として極めて有用であることが証明された。

発明例７及び比較例４を比較参照して、亜瀝青炭Ａを改質することにより得られる抽出石炭Ｓ及び不溶解石炭Ｒの混合物をベース混合炭に添加することにより、配合炭の全てをベース混合炭とした場合よりもコークス強度が向上することがわかった。発明例８及び比較例４を比較参照して、亜瀝青炭Ｔを改質することにより得られる抽出石炭Ｓ及び不溶解石炭Ｒの混合物をベース混合炭に添加することにより、配合炭の全てをベース混合炭とした場合よりもコークス強度が向上することがわかった。発明例９及び比較例４を比較参照して、一般炭ＬＳを改質することにより得られる抽出石炭Ｓ及び不溶解石炭Ｒの混合物をベース混合炭に添加することにより、配合炭の全てをベース混合炭とした場合よりもコークス強度が向上することがわかった。

亜瀝青炭Ａ、亜瀝青炭Ｔ、一般炭ＬＳを改質せずに配合炭として添加した場合（比較例１、比較例２、比較例３）、配合炭の全てをベース混合炭で構成した場合（比較例４）よりもコークス強度が低下するが、亜瀝青炭Ａ、亜瀝青炭Ｔ、一般炭ＬＳを改質して配合炭として添加することにより、高強度のコークスが得られることがわかった。従来コークス原料としての使用が困難であった一般炭、亜瀝青炭をコークス原料として使用できるようになるため、コストを削減しながら、高強度のコークスを得ることができる。

発明例１〜３及び比較例５を比較参照して、亜瀝青炭Ａ、亜瀝青炭Ｔ及び一般炭ＬＳを改質することにより得られる抽出石炭Ｓは、褐炭Ｌを改質することにより得られる抽出石炭Ｓよりもコークス強度向上効果が高いことがわかった。発明例４〜６及び比較例６を比較参照して、亜瀝青炭Ａ、亜瀝青炭Ｔ及び一般炭ＬＳを改質することにより得られる混合炭Ｓ＋Ｄは、褐炭Ｌを改質することにより得られる混合炭Ｓ＋Ｄよりもコークス強度向上効果が高いことがわかった。発明例７〜９及び比較例７を比較参照して、亜瀝青炭Ａ、亜瀝青炭Ｔ及び一般炭ＬＳを改質することにより得られる混合炭Ｓ＋Ｒは、褐炭Ｌを改質することにより得られる混合炭Ｓ＋Ｒよりもコークス強度向上効果が高いことがわかった。発明例１０〜１２及び比較例８を比較参照して、亜瀝青炭Ａ、亜瀝青炭Ｔ及び一般炭ＬＳを改質することにより得られる抽出石炭Ｄは、褐炭Ｌを改質することにより得られる抽出石炭Ｄよりもコークス強度向上効果が高いことがわかった。

また、コークス強度の向上効果は、抽出石炭Ｓ、抽出石炭Ｓ及び抽出石炭Ｄの混合物、抽出石炭Ｓ及び不溶解石炭Ｒの混合物、抽出石炭Ｄの順に高いことがわかった。

（実施例２）
実施例２では、亜瀝青炭Ａ、亜瀝青炭Ｔ及び一般炭ＬＳから抽出される抽出石炭Ｓ、Ｄ、不溶解石炭Ｒの回収率について、褐炭Ｌを比較例として評価した。表２にその結果を示す。水分の測定方法は、ＪＩＳ Ｍ８８１１の全水分測定方法により測定した全水分である。抽出石炭Ｓ、Ｄ、不溶解石炭Ｒの抽出方法は、実施例１と同様である。

表２に示すように、亜瀝青炭Ａ、亜瀝青炭Ｔ及び一般炭ＬＳから抽出される抽出石炭Ｓ、Ｄ、不溶解石炭Ｒの回収率はいずれも、褐炭Ｌから抽出される抽出石炭Ｓ、Ｄ、不溶解石炭Ｒの回収率よりも高いことがわかった。

（実施例３）
実施例３では、表１に示す抽出石炭Ｄの燃焼性について評価を行った。抽出石炭Ｄは実施例１と同様の方法で亜瀝青炭Ａ、亜瀝青炭Ｔ、一般炭ＬＳから抽出した。また、抽出石炭Ｄを炭化した炭化抽出石炭ＤＣについても燃焼性の評価を行った。なお、比較例として、粉コークスについても、同様の燃焼性評価を行った。炭化は、キルンを用いて７５０℃の温度で処理を行った。

（ｉ）熱天秤を用いた反応開始温度、及び、反応速度最大温度の評価試験
まず、熱天秤に、所定の粒度（０．１５−０．２５ｍｍ）に調整した上記各試料を、所定の質量（１０−２０ｍｇ）入れ、空気雰囲気中で昇温して、質量減少を測定した。そして、質量減少率が安定して０．００２（１／ｍｉｎ）を超える温度を反応開始温度と定義して評価した。

また、質量減少曲線の傾きが最大となる温度（単位時間あたりの質量減少が最大となる温度）を、反応速度最大温度と定義して評価した。

（ｉｉ）焼結鍋試験評価（焼結プロセスにおける生産率、歩留まりの評価試験）
直径３０ｃｍ、層高６０ｃｍの焼結試験装置を用いて、所定の配合原料で焼結鉱を製造する試験を実施した。亜瀝青炭Ａ、亜瀝青炭Ｔ、一般炭ＬＳより抽出される抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭Ｄｃは、原料鉄鉱石に対してそれぞれ４質量％となるように配合して配合原料とした。この配合原料を焼結試験装置内に６０ｃｍ高さまで装入したのち、原料層の表層の固体燃料にプロパンガスバーナーで９０秒間点火する操作を行った。その後、１５ｋＰａの一定負圧で下方へ空気を吸引しながら焼結反応を行った。一連の焼結処理が完了した焼結体を、十分に冷却した後、２ｍ高さから４回落下させて破砕し、５ｍｍ以上の粒度を有するものを焼結鉱として回収した。このマテリアルバランスから焼結鉱の生産率および歩留まりを測定した。ここで生産率は、焼結体の質量を試験装置面積と焼成時間で除して求め、単位時間単位面積あたりの焼結体量としてt/d/m2で表す。また、歩留まりは、装入質量に対する回収焼結鉱（＋５ｍｍ）の割合により定義した。

評価は、生産率、製品歩留まりで行い、粉コークスを用いた比較例の生産率及び歩留まりを基準とし、比較例より優れている場合を○、さらにより優れている場合を◎で評価した。評価試験結果を表３に示す。

表３に示すように、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭Ｄｃは、粉コークスに比べて反応開始温度が低く、反応速度最大温度が低く、優れた燃焼性能を有していることがわかった。また、混合炭Ｄ＋Ｒ、炭化混合炭(D＋R)ｃは、燃焼性に優れた抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭Ｄｃを含むため、やはり、粉コークスに比べて反応開始温度が低く、反応速度最大温度が低く、優れた燃焼性能を有していることがわかった。なお、混合炭Ｄ＋Ｒ、炭化混合炭(D＋R)ｃは、いずれも混合物の質量比は１：１である。
したがって、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭Ｄｃ、混合炭Ｄ＋Ｒ、炭化混合炭(D＋R)ｃは、焼結鉱製造用固体燃料および高炉羽口吹込み用還元材として好適に用いることができる。
また、焼結鍋試験から、固体燃料として、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭Ｄｃ、混合炭Ｄ＋Ｒ、炭化混合炭(D＋R)ｃを用いることで、粉コークスに比べて生産率及び成品歩留が向上することが判った。従って、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭Ｄｃ、混合炭Ｄ＋Ｒ、炭化混合炭(D＋R)ｃを焼結鉱製造プロセスの固体燃料として使用することにより、焼結鉱の生産率を向上させることができる。

１１ 石炭層
１２ 溶剤槽
１３ 混合工程
１４ 加圧加熱工程
１５ 第１分離工程
１６ 冷却工程
１７ 第２分離工程
１８ 第３分離工程

Claims (9)

1. 亜瀝青炭又は一般炭からなる低品位炭と非水素供与性溶剤を混合し、前記低品位炭と非水素供与性溶剤の混合物を加圧加熱して、前記低品位炭の不溶解成分と、前記低品位炭の可溶成分が非水素供与性溶剤に溶解した第１の液相成分とを生成し、これらの前記不溶解成分と前記第１の液相成分とを分離することを特徴とする低品位炭の改質方法。
2. さらに、前記第１の液相成分を冷却することにより、前記低品位炭の可溶成分の一部を前記非水素供与性溶剤から抽出した第１の固相成分と残部の第２の液相成分とを生成し、分離し、さらに、該第２の液相成分から前記非水素供与性溶剤を分離することにより第２の固相成分を生成することを特徴とする請求項１に記載の低品位炭の改質方法。
3. 前記第１の液相成分を２０〜５０℃の温度に冷却することを特徴とする請求項２に記載の低品位炭の改質方法。
4. 請求項２に記載の低品位炭の改質方法で得られた前記第１の固相成分及び前記第２の固相成分のうち１種又は２種を高炉用コークス製造用原料として用いることを特徴とするコークスの製造方法。
5. 請求項２に記載の低品位炭の改質方法で得られた前記第２の固相成分及び前記不溶解成分が混合した混合物を高炉用コークス製造用原料として用いることを特徴とするコークスの製造方法。
6. 請求項２に記載の低品位炭の改質方法で得られた前記不溶解成分を前記第１の固相成分と混合した混合物、又は該混合物を炭化した炭化物を焼結鉱製造用固体燃料として使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
7. 請求項２に記載の低品位炭の改質方法で得られた前記第１の固相成分又は前記第１の固相成分を炭化処理した炭化物を、焼結鉱製造用固体燃料として使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
8. 請求項２に記載の低品位炭の改質方法で得られた前記不溶解成分を前記第１の固相成分と混合した混合物、又は該混合物を炭化した炭化物を、高炉羽口吹き込み用還元材として使用することを特徴とする高炉の操業方法。
9. 請求項２に記載の低品位炭の改質方法で得られた前記第１の固相成分又は前記第１の固相成分を炭化処理した炭化物を、高炉羽口吹き込み用還元材として使用することを特徴とする高炉の操業方法。

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