JP2015086301A - コークスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】浸透距離が所定の管理値よりも大きい石炭または粘結材である高浸透距離原料を配合炭に加えても、高浸透距離原料が含まれていない配合炭よりも、配合炭から得られるコークスの強度を向上させることが可能なコークスの製造方法を提供する。【解決手段】２種以上の石炭、または、該石炭及び粘結材、を配合してなる配合炭を乾留してコークスを製造する方法であって、前記配合炭を構成することになる石炭及び／または粘結材のうち、特定の条件で測定される浸透距離で１５ｍｍよりも大きい浸透距離を有する石炭及び／または粘結材である高浸透距離原料と、他の石炭及び／または粘結材と、を配合して配合炭を作製し、次いで、作製した配合炭を９００ｋｇ／ｍ３以上の嵩密度となるようにコークス炉に装入するコークスの製造方法。【選択図】図５

Description

本発明は、コークスの強度が低下する可能性がある石炭を配合しても、その石炭を含む配合炭から得られるコークスの強度を向上させることが可能なコークスの製造方法に関する。

コークスは高炉原料として使用されており、高炉での通気度を確保するために、コークスの強度をある程度確保する必要がある。コークスの強度を調整するために、石炭の軟化溶融特性に基づいて、配合炭に含まれる石炭の銘柄（種類）やその配合率を調整している。

石炭の軟化溶融特性を評価する方法として、従来、ＪＩＳ Ｍ ８８０１に規定されるギーセラープラストメータ法で、最高流動度を測定して、軟化溶融特性を評価し、評価結果に基づいて、配合炭を構成する石炭を決定していたが（例えば、特許文献１参照）、ギーセラープラストメータ法では、コークス炉内において軟化溶融した石炭及び粘結材の周辺の環境を十分に模擬した状態で、石炭及び粘結材の流動性、粘性、接着性、浸透性、浸透膨張率、浸透時圧力などの軟化溶融特性を評価することができないという問題がある。

そこで、特許文献１には、最高流動度以外に軟化溶融特性を評価する方法として、所定量の石炭または粘結材を容器に装入して試料とし、該試料の上に上下面に貫通孔を有する材料を配置し、所定の加熱速度で前記試料を加熱して溶融させ、前記貫通孔へ浸透させて得られた浸透距離を用いることが提案されている。更には、特許文献１には、最高流動度が同程度となる複数種の石炭や粘結材であっても、それらの各々は浸透距離が大きく異なっている場合があり、浸透距離が大きい石炭や粘結材を含む配合炭の強度は低下する可能性があることが記載されている。浸透距離が大きい石炭または粘結材を、通常の操業通りにコークスの原料に用いると、配合炭のコークス化の際に粗大な欠陥（空孔）が配合炭中に生じ、その欠陥に起因して、コークス強度が低下する可能性がある。

このため、コークスを製造するに際し、浸透距離について所定の管理値を設け、所定の管理値より大きい浸透距離を有する石炭や粘結材を用いず、それらを配合炭に加えないようにすることが考えられる。しかしながら、コークスの原料を安定的に調達するために、近年のコークスの製造においては、多産地多銘柄の複数種の石炭や粘結材を用いることが指向されており、浸透距離が、ある所定の管理値よりも大きい石炭及び／または粘結材（以下、「石炭など」と略する場合もある）であっても、それらを積極的に使用しなければならないという場合がある。

特開２０１２−７３２３９号公報

本発明は上記のような場合に対応するためになされたもので、その目的とするところは、浸透距離が所定の管理値よりも大きい石炭及び／または粘結材である高浸透距離原料を配合炭に加えても、該高浸透距離原料が含まれていない配合炭よりも、配合炭から得られるコークスの強度を向上させることが可能なコークスの製造方法を提供することである。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］２種以上の石炭、または、該石炭及び粘結材、を配合してなる配合炭を乾留してコークスを製造する方法であって、前記配合炭を構成することになる石炭及び／または粘結材のうち、下記の（Ａ）〜（Ｄ）の工程で測定される浸透距離で１５ｍｍよりも大きい浸透距離を有する石炭及び／または粘結材である高浸透距離原料と、他の石炭及び／または粘結材と、を配合して配合炭を作製し、次いで、作製した配合炭を９００ｋｇ／ｍ^３以上の嵩密度となるようにコークス炉に装入するコークスの製造方法。
（Ａ）石炭及び／または粘結材を、粒径２ｍｍ以下が１００ｍａｓｓ％となるように粉砕し、粉砕された石炭及び／または粘結材を密度０．８ｇ／ｃｍ^３で、層厚が１０ｍｍとなるように容器に装入して試料とし、
（Ｂ）該試料の上に直径２ｍｍのガラスビーズを配置し、ガラスビーズ層を形成し、
（Ｃ）該ガラスビーズ層の上部から圧力５０ｋＰａとなるように荷重を負荷しつつ、昇温速度３℃／分で室温から５５０℃まで不活性ガス雰囲気下で加熱して、前記試料を前記ガラスビーズ層に浸透させ、
（Ｄ）前記ガラスビーズ層に浸透した前記試料の浸透距離を測定する。
［２］２種以上の石炭、または、該石炭及び粘結材、を配合してなる配合炭を乾留してコークスを製造する方法であって、前記配合炭を構成することになる石炭及び／または粘結材のうち、下記の式（１）の関係を満たす浸透距離及び最高流動度（ＭＦ）を有する石炭及び／または粘結材である高浸透距離原料と、他の石炭及び／または粘結材と、を配合して配合炭を作製し、次いで、作製した配合炭を９００ｋｇ／ｍ^３以上の嵩密度となるようにコークス炉に装入するコークスの製造方法。
浸透距離＞１．３×ａ×ｌｏｇＭＦ （１）
ここで、ｌｏｇＭＦとは、測定された最高流動度（ＭＦ）の常用対数値であり、定数ａは、下記の（Ｅ）〜（Ｈ）の工程で求まる値である。
（Ｅ）任意の石炭及び／または粘結材について、ギーセラープラストメータ法により最高流動度（ＭＦ）を測定するとともに、
（Ｆ）前記任意の石炭及び／または粘結材を粉砕し、試料として容器に装入し、前記試料の上に、上下面に貫通孔を有する材料を配置し、前記試料を加熱し、前記貫通孔へ浸透した前記試料の浸透距離を測定し、
（Ｇ）最高流動度の常用対数値（ｌｏｇＭＦ）が２．５未満となる石炭及び／または粘結材のｌｏｇＭＦの値と、該石炭及び／または粘結材の浸透距離の値と、の複数の組から、原点を通る回帰直線を作成し、
（Ｈ）定数ａを、前記回帰直線から求まる、ｌｏｇＭＦの変化量に対する浸透距離の変化量の比の０．７から１．０倍となる範囲の値とする。
［３］２種以上の石炭、または、該石炭及び粘結材、を配合してなる配合炭を乾留してコークスを製造する方法であって、配合炭を構成することになる石炭及び／または粘結材の各々の種類と配合率とが予め定められた条件下で、下記の（Ｉ）〜（Ｋ）の工程によって判定される高浸透距離原料となる少なくとも１種の石炭及び／または粘結材を含む、予め定められた種類の石炭及び／または粘結材を、予め定められた配合率で配合して配合炭を作製し、次いで、前記配合炭を９００ｋｇ／ｍ^３以上の嵩密度となるようにコークス炉に装入するコークスの製造方法。
（Ｉ）配合炭を構成する石炭及び／または粘結材を粉砕し、試料として容器に装入し、前記試料の上に、上下面に貫通孔を有する材料を配置し、前記試料を加熱し、前記貫通孔へ浸透した前記試料の浸透距離を測定して、前記石炭及び／または粘結材の各々の浸透距離を測定し、
（Ｊ）前記複数種の石炭及び／または粘結材から１種の判定対象銘柄を選択し、前記複数種の石炭及び／または粘結材から前記判定対象銘柄を除いた残部配合炭における石炭及び／または粘結材の各々の割合を重みとして、前記石炭及び／または粘結材の各々の浸透距離を加重平均して、残部配合炭の加重平均浸透距離を算出し、
（Ｋ）前記判定対象銘柄の浸透距離が、前記残部配合炭の加重平均浸透距離の２倍以上であれば、前記判定対象銘柄を高浸透距離原料と判定する。

本発明によれば、浸透距離が所定の管理値よりも大きい高浸透距離原料となる石炭及び／または粘結材を配合炭に加える場合であっても、該配合炭を乾留している間に生じる欠陥を抑えて、高浸透距離原料が含まれていない配合炭よりも、配合炭から得られるコークスの強度を向上させることが可能となる。

浸透距離を測定する装置の一例を示す概略説明図である。 乾留されている間に、配合炭に生成する欠陥構造を模式的に示す説明図である。 嵩密度を増加させた配合炭の構造を模式的に示す説明図である。 最高流動度の常用対数値と浸透距離との関係の一例を示すグラフである。 実施例におけるドラム強度と配合炭嵩密度の関係を示すグラフである。

浸透距離が大きな石炭及び／または粘結材を配合炭に加えると、配合炭の乾留中に、軟化溶融する配合炭に粗大な欠陥（空孔）が生じて、この欠陥に起因して、配合炭から得られるコークスの強度が低下する傾向にある。従って、浸透距離が大きな石炭などを、配合炭に加えることを避けることが好ましいが、コークスの原料を安定的に調達するために、多産地多銘柄となる複数種の石炭が配合されてなる配合炭を用いることが指向されており、浸透距離が大きな石炭などであっても、それらを使用しなければならない場合がある。

そこで、本発明者らは、浸透距離が、前もって決められた管理値よりも大きい石炭などである高浸透距離原料を配合炭に加えても、その配合炭から得られるコークスの強度が低下しない方法を検討し、本発明の完成に至った。本発明では、高浸透距離原料を含む配合炭を９００ｋｇ／ｍ^３以上の嵩密度となるようにコークス炉に装入して、配合炭を乾留する。これにより、配合炭に高浸透距離原料が含まれていても、その配合炭から得られるコークスの強度を低下させず、むしろ、高浸透距離原料が含まれない配合炭から得られるコークスよりも、コークス強度を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を説明する。まずは、本出願人が出願した特許文献１に記載されている、石炭及び粘結材の浸透距離の測定方法について簡単に説明する。図１は、浸透距離の測定装置の一例を示す概略説明図である。測定装置３０は、配合炭を構成する石炭などを内部に収容する容器３と、該容器３を収容するスリーブ５と、スリーブ５の外側に配置される加熱装置８と、荷重装置６０と、を有している。

容器３に、石炭などを装入して、試料１の層を形成する。その試料１の層の上に、上下面に貫通孔を有する材料２を配置し、材料２の層を形成する。次いで、加熱装置８で、試料１を軟化溶融温度域以上に加熱し、溶融した試料１を材料２に浸透させ、浸透距離を測定する。なお、材料２の形態として、貫通孔を持つ一体型の材料、粒子充填層が挙げられる。貫通孔を持つ一体型の材料としては、例えば、円形の貫通孔を持つもの、矩形の貫通孔を持つもの、不定形の貫通孔を持つものなどがある。粒子充填層としては、大きく球形粒子充填層、非球形粒子充填層に分けられ、球形粒子充填層としては、ビーズなどの充填粒子からなるものなどがある。

スリーブ５は、ガス導入口１１とガス排出口１２とを有しており、このガス導入口１１を通じて、不活性ガスがスリーブ５に送られて、スリーブ５内には不活性ガスが充満して、容器３の雰囲気が不活性ガスとなる。スリーブ５内の不活性ガスは、ガス排出口１２から排出される。

荷重装置６０は、圧力検出棒４及びロードセル６を有している。図１は、試料１と材料２とを一定容積に保ちつつ試料１を加熱する装置を示し、材料２を介して試料１の浸透時の圧力を測定することが可能である。図１に示すように、材料２の上面に圧力検出棒４を配置し、圧力検出棒４の上端にロードセル６を接触させ、圧力を測定することができる。一定容積を保つために、圧力検出棒４及びロードセル６が上下方向に動かないよう固定してある。なお、加熱前に、容器３に収容された試料１に対し、材料２、圧力検出棒４、ロードセル６間に隙間ができないように、それぞれを密着させておくことが好ましい。また、材料２が粒子充填層の場合は、圧力検出棒４が粒子充填層に埋没する可能性があるので、上下面に貫通孔を有する材料２と圧力検出棒４の間に板を挟む措置を講ずることが望ましい。

荷重装置６０の圧力検出棒４及びロードセル６に代えて、膨張率検出棒、錘及び変位計とし、これらを上下方向に変位可能にして、試料１及び材料２への荷重を一定として、試料１を加熱して、浸透距離を測定することもできる。

加熱装置８には温度調節器１０が接続されており、容器３には温度計７が取り付けられており、該温度計７には温度検出器９が接続されている。温度検出器９が温度計７の温度を検出し、検出した温度データを温度調節器１０に送り、温度データに基づいて加熱装置８により加熱温度が調節される。加熱装置８は、所定の昇温速度で加熱できる方式のものを用いることが望ましい。具体的には、電気炉や、導電性の容器と高周波誘導を組み合わせた外熱式、またはマイクロ波のような内部加熱式である。内部加熱式を採用する場合は、試料内温度を均一にする工夫を施す必要があり、例えば、容器の断熱性を高める措置を講ずることが好ましい。

加熱速度は、コークス炉内での石炭及び粘結材の軟化溶融挙動を模擬するために、コークス炉内での石炭の加熱速度と一致させることが望ましい。コークス炉内での軟化溶融温度域における石炭の加熱速度は炉内の位置や操業条件によって異なるが概ね２〜１０℃／分であり、平均的な加熱速度として２〜４℃／分とすることが望ましく、もっとも望ましくは３℃／分程度である。しかし、非微粘結炭のように流動性の低い石炭の場合、３℃／分では浸透距離や膨張が小さく、検出が困難となる可能性がある。石炭は急速加熱することによりギーセラープラストメータによる流動性が向上することが一般的に知られており、例えば浸透距離が１ｍｍ以下の石炭の場合には、検出感度を向上させるために、加熱速度を１０〜１０００℃／分に高めて測定しても良い。

加熱を行なう温度範囲については、石炭及び粘結材の軟化溶融特性の評価が目的であるため、石炭及び粘結材の軟化溶融温度域まで加熱できればよい。コークス製造用の石炭及び粘結材の軟化溶融温度域を考慮すると、０〜５５０℃の範囲において、好ましくは石炭の軟化溶融温度である３００〜５５０℃の範囲で、上記の加熱速度で加熱すればよい。

試料１とする石炭などはあらかじめ粉砕し、所定の密度で所定の層厚に装入する。粉砕粒度としては、コークス炉における装入石炭の粒度を、粒径３ｍｍ以下の粒子の比率が全体の７０〜８０質量％程度）とすることが好ましいが、小さい装置での測定であることを考慮して、全量を粒径２ｍｍ以下に粉砕した粉砕物を用いることが特に好ましい。粉砕物の密度はコークス炉内の充填密度に合わせ０．７〜０．９ｇ／ｃｍ^３とすることができるが、再現性、検出力を検討した結果、０．８ｇ／ｃｍ^３が特に好ましい。また、試料１の層厚は、コークス炉内における軟化溶融層の厚みに基づいて５〜２０ｍｍとすることができるが、再現性、検出力を検討した結果、１０ｍｍとすることが好ましい。

材料２として均一な粒径のガラスビーズ層を用いる場合、上述の好適な透過係数を持つようにするためには、直径０．２ｍｍから３．５ｍｍ程度のガラスビーズを選択することが望ましく、もっとも望ましいのは２ｍｍである。

石炭及び粘結材の軟化溶融物の浸透距離は、加熱中に常時連続的に測定できることが本来望ましい。しかし、常時測定は、試料から発生するタールの影響などにより、困難である。加熱による石炭の膨張、浸透現象は不可逆的であり、一旦膨張、浸透した後は冷却してもほぼその形状が保たれているので、石炭溶融物が浸透終了した後、容器全体を冷却し、冷却後の浸透距離を測定することで、加熱中における試料が浸透した位置を測定するようにしてもよい。例えば、冷却後の容器から材料２を取り出し、ノギスや定規で直接測定することが可能である。また、材料２として粒子を使用した場合には、粒子間の空隙に浸透した軟化溶融物は、浸透した部分までの粒子層全体を固着させている。したがって、前もって、粒子充填層の質量と高さとの関係を求めておけば、浸透終了後、固着していない粒子の質量を測定し、初期質量から差し引くことで、固着している粒子の質量を導出でき、そこから浸透距離を算出することができる。

以上のようにして測定された浸透距離に基づいて、配合炭を構成することになる石炭などを、浸透距離がある特定の管理値を超える高浸透距離原料であるかを決める（判定）ことができる。

本発明者らは、高浸透距離原料を積極的に使用可能とするために、高浸透距離原料を配合炭に加えても、その配合炭から得られるコークスの強度の低下を抑える方法を鋭意検討した結果、その配合炭の嵩密度を、９００ｋｇ／ｍ^３以上に高めることで、高浸透距離原料を含まない配合炭から得られるコークスの強度よりも、高浸透距離原料を含む配合炭から得られるコークスの強度を向上させることが可能であることを知見した。その考察の過程を、模式図を用いて以下に説明する。

図２は、乾留されている間に、配合炭に生成する欠陥構造を模式的に示す説明図であり、高浸透距離原料が含まれる配合炭の欠陥構造の生成状態を示しており、（Ａ）は、配合炭に含まれる、浸透距離が管理値を超えない石炭２１の粒子と高浸透距離原料２２の粒子とが並んでいる状態を示し、（Ｂ）は、乾留されて、石炭２１及び高浸透距離原料２２がある程度溶融した状態を示している。乾留されると、石炭２１には、微小な気孔２３が形成され、本来、高浸透距離原料２２にも気孔２３が形成される。しかしながら、高浸透距離原料２２は浸透距離が大きいので、石炭２１の粒子の間隙に浸透しやすい。よって、図２（Ｂ）に示すように、高浸透距離原料２２の粒子が占めていた部分には、気孔２３よりも粗大な空孔（欠陥）が形成される。この欠陥を含む状態の配合炭を乾留してコークスを製造しても、この欠陥によって、コークスは強度が低下してしまう。

図３は、図２に示す状態よりも嵩密度を増加させた配合炭の構造を模式的に示す説明図であり、図２と同様に、（Ａ）は、配合炭に含まれる、浸透距離が管理値を超えない石炭２１の粒子と高浸透距離原料２２の粒子とが並んでいる状態を示し、（Ｂ）は、乾留されて、高浸透距離原料２２が溶融した状態を示している。本発明者らは、高浸透距離原料２２が浸透しやすいとしても、石炭２１の粒子の間隙に浸透する量が低下すれば、高浸透距離原料２２の粒子が占めていた部分には、空孔が形成されにくくなると考え、石炭２１の粒子の間隙を小さくするように、石炭２１及び高浸透距離原料２２の嵩密度を増加させれば、間隙の容積を抑え得ると考え、本発明の完成に至った。

図２の場合よりも、図３では、隣接している石炭２１の粒子の間隙は小さくなっている。よって、高浸透距離原料２２の粒子が溶融しても、その間隙に浸透しにくくなり、高浸透距離原料２２の粒子が、乾留前の配合炭中で占めていた部分に残存する量が、図２の場合よりも増加する。このため、その部分には、大きな空孔が形成されにくく、残存する高浸透距離原料２２には比較的小さな気孔２３が形成される傾向となる。

嵩密度が大きくなると、配合炭中では、石炭２１の粒子間距離が短くなるので、浸透距離の小さな石炭２１は、イナート成分や非微粘結炭などの非溶融性あるいは難溶融性粒子の粒子間に浸透しにくくなり、浸透作用によって非溶融性もしくは難溶融性粒子同士を接着することが難しくなる。一方で、高浸透距離原料２２は、粒子間への浸透力が高いために、浸透距離の低い石炭２１よりも、粒子の間に浸透し、各粒子を接着し、これにより、粒子同士の接着強度が向上する。更には、上記の通り、気孔２３よりも粗大な空孔（欠陥）が形成されにくくなる。よって、高浸透距離原料２２を配合炭に加える場合には、嵩密度を増加させることで、その高浸透距離原料２２が、浸透距離が管理値を超えない石炭２１同士を接着する接着剤として作用して、乾留後のコークスの強度が向上する。

なお、石炭の嵩密度とは、コークス炉の炭化室や単なる容器などの収容される所定の空間に、配合炭を充填した場合における、配合炭の乾燥基準の質量を、その空間の体積で除算して得られた値のことである。

本発明者らは、実験を繰り返し、例えば、実施例に示すように、高浸透距離原料が配合炭に含まれる場合であっても、コークス炉に装入される配合炭の嵩密度を９００ｋｇ／ｍ^３以上とすれば、高浸透距離原料が含まれていない配合炭の場合よりも、その配合炭から得られるコークスの強度を向上させることが可能であることを知見した。なお、乾留される際の配合炭の嵩密度を高める方法としては、既に海外では実機化されているスタンプチャージのような、石炭を機械的に圧密する方法などがあるが、そのような方法を用いることは、本発明を実施する際に有効である。

次に、石炭などを高浸透距離原料と判定するための、浸透距離の管理値の決定方法について説明する。本発明では、浸透距離の管理値を次の３つの方法［イ］〜［ハ］で決定している。方法［イ］〜［ハ］には、試料１と材料２とに一定荷重を加えつつ試料１を加熱して、浸透距離の測定方法を適用することも可能であり、方法［ロ］及び［ハ］には、図１に示した装置を用いた、試料１と材料２とを一定容積に保つ浸透距離の測定方法を適用することが可能である。

本発明においては、コークスの製造者が石炭などの浸透距離を測定して、石炭などを高浸透距離原料と判定してもよいし、コークスの製造者が、高浸透距離原料と判定された石炭などを第三者から譲り受け、その高浸透距離原料である石炭などを含む配合炭をコークス炉で乾留してもよい。すなわち、本発明は、石炭を高浸透距離原料と判定する者は特に限定されるものではなく、高浸透距離原料と判定された石炭などを配合炭に加えればよい。

＜方法［イ］＞
方法［イ］では、石炭及び／または粘結材の各々について、次の浸透距離の工程（Ａ）〜（Ｄ）を行った場合に、測定される浸透距離が１５ｍｍよりも大きい浸透距離を有する石炭及び／または粘結材を高浸透距離原料とする。
（Ａ）石炭及び／または粘結材を粒径２ｍｍ以下が１００質量％となるように粉砕し、該粉砕された石炭及び／または粘結材を充填密度０．８ｇ／ｃｍ^３で、層厚が１０ｍｍとなるように容器に装入して試料を作成する。
（Ｂ）該試料の上に直径２ｍｍのガラスビーズを、予め想定される浸透距離以上の厚さ（通常は層厚８０ｍｍ）となるように配置して、ガラスビーズ層を形成する。
（Ｃ）ガラスビーズ層の上部から５０ｋＰａとなるように荷重を負荷しつつ、加熱速度３℃／分で室温から５５０℃まで不活性ガス雰囲気下で加熱する。そうすると、試料が溶融してガラスビーズ層に浸透する。
（Ｄ）ガラスビーズ層へ浸透した溶融試料の浸透距離を測定する。

通常の嵩密度で、配合炭を作製すると、工程（Ａ）〜（Ｄ）の条件で求まる浸透距離が１５ｍｍより大きいと、コークス強度が低下してしまう。よって、方法［イ］では、工程（Ａ）〜（Ｄ）の条件で求まる浸透距離の値で１５ｍｍを浸透距離の管理値と決めて、工程（Ａ）〜（Ｄ）の条件で測定した石炭及び／または粘結材が、その管理値を超える場合には、それらを高浸透距離原料とする。

また、工程（Ａ）〜（Ｄ）とは別の条件で浸透距離を測定する場合で、その別の条件で測定された浸透距離が、工程（Ａ）〜（Ｄ）の条件で測定した１５ｍｍに相当する浸透距離よりも大きければ、その別の条件で測定された浸透距離を有する石炭及び／または粘結材を高浸透距離原料と判定する。そのため、工程（Ａ）〜（Ｄ）の条件で求まる浸透距離Ｂと、他の条件で求まる浸透距離Ｍと、の関係が規定されている検量式を予め作成しておく。この検量式に基づいて、１５ｍｍの浸透距離Ｂに相当する浸透距離Ｍがわかる。
そして、その他の条件で、高浸透距離原料と判定すべき石炭及び／または粘結材の浸透距離を測定し、測定した浸透距離が、前記浸透距離Ｍより大きい場合には、測定対象の石炭及び／または粘結材は、高浸透距離原料と判定することができる。

＜方法［ロ］＞
方法［ロ］では、まずは、様々な石炭（任意の石炭）について、浸透距離と最高流動度（ＭＦ）との関係式である式（２）を予め調査しておく。
浸透距離＝ａ×ｌｏｇＭＦ （２）
ｌｏｇＭＦとは、測定された最高流動度（ＭＦ）の常用対数値（ｌｏｇＭＦ）である。
定数ａは、次の工程（Ｅ）〜（Ｈ）で算出することができる。

次いで、上記式（２）に基づいて次の式（１）を導出し、配合炭を構成することになる石炭及び／または粘結材の各々について、浸透距離及び最高流動度（ＭＦ）を測定するとともに、それらが、次の式（１）の条件を満たすことになる石炭及び／または粘結材を、高浸透距離原料とする。
浸透距離＞１．３×ａ×ｌｏｇＭＦ （１）
ここで、方法［ロ］では、浸透距離を測定する条件は、前述の方法［イ］での工程（Ａ）〜（Ｄ）での条件に限定されることはなく任意とする。上記式（１）の条件を満たすということは、測定される浸透距離が、測定される最高流動度（ＭＦ）から算出される管理値を超えていることを意味しており、方法［ロ］では、浸透距離の管理値を式（１）の右辺で決定している。

上記式（１）における定数ａは、次の工程（Ｅ）〜（Ｈ）で算出することができる。
（Ｅ）任意の石炭及び／または粘結材について、ギーセラープラストメータ法により最高流動度（ＭＦ）を測定する。任意の石炭及び／または粘結材とは、配合炭に加えられ得るいずれの石炭及び／または粘結材を意味する。
（Ｆ）工程（Ｅ）で最高流動度が測定された任意の石炭及び／または粘結材の浸透距離を測定する。
（Ｇ）最高流動度の常用対数値（ｌｏｇＭＦ）が、後述するように２．５未満となる石炭及び／または粘結材のｌｏｇＭＦの値と、該石炭及び／または粘結材の浸透距離の値と、の複数の組から、原点を通る回帰直線を作成する。
（Ｈ）回帰直線から求まる、ｌｏｇＭＦの変化量に対する浸透距離の変化量の比の０．７から１．０倍の範囲となる定数ａを定める。

図４は、測定された最高流動度の常用対数値と浸透距離との関係の一例を示すグラフであり、グラフ中の「◆」は、測定された最高流動度の常用対数値が２．５未満（ｌｏｇＭＦ＜２．５）と測定された石炭及び／または粘結材のデータを示し、「◇」は、該常用対数値が２．５以上（ｌｏｇＭＦ≧２．５）と測定された石炭及び／または粘結材のデータを示す。常用対数値で２．５を境界として、最高流動度の常用対数値と浸透距離との相関関係が大きく変わるので、グラフに示すように、ｌｏｇＭＦを横軸（Ｘ軸）とし、浸透距離を縦軸（Ｙ軸）として、２．５未満となるｌｏｇＭＦの値と浸透距離の値とからなる複数の組の点をプロットし、プロットした複数の点から、例えば、最小二乗法により、原点を通る回帰直線２０を作成することができる。

工程（Ｇ）では、回帰直線２０の基となるデータが測定される石炭及び／または粘結材を、最高流動度の常用対数値（ｌｏｇＭＦ）が２．５未満となる石炭及び／または粘結材としている。図４のグラフからわかるように、ｌｏｇＭＦ＜２．５の範囲では、ｌｏｇＭＦと浸透距離とには、正の強い相関関係が観察され、ｌｏｇＭＦ＜２．５の範囲のｌｏｇＭＦと浸透距離との組のデータで得られる回帰直線２０は、決定係数がある程度大きい状態となる。一方で、ｌｏｇＭＦ≧２．５の範囲では、測定された浸透距離は、測定された最高流動度の常用対数値（ｌｏｇＭＦ）と回帰直線２０とから計算される浸透距離よりも、大きくなり過ぎる傾向がある。すなわち、ｌｏｇＭＦ≧２．５となる最高流動度が測定される石炭のｌｏｇＭＦと浸透距離とを、回帰直線２０を作成する基となるデータに加えてしまうと、決定係数が小さくなる上に、一般的な石炭の最高流動度と浸透距離との傾向を示す回帰直線が得られなくなる可能性がある。よって、回帰直線２０の基となるデータが測定される石炭及び／または粘結材を、最高流動度の常用対数値（ｌｏｇＭＦ）が２．５未満となる石炭及び／または粘結材に限定している。

工程（Ｈ）において、回帰直線２０の傾きが、ｌｏｇＭＦの変化量に対する浸透距離の変化量の比となる。定数ａは、この比の値を０．７から１．０倍した値としており、操業上の要求によって、比の値に乗算される倍数を調整することが可能である。定数ａが一定の範囲の値を採り得るようにしている理由は、定数ａを小さくすることで、コークスの強度を低下させる石炭をより確実に検出できるからである。ただし、定数ａを小さくしすぎると、コークスの強度に悪影響を及ぼすと推定される石炭が多くなり過ぎ、実際は、強度低下を招かない石炭であっても強度を低下させる石炭と誤認してしまうという問題が生じてしまう可能性があるので、定数ａは、回帰直線の傾きの０．７〜１．０倍とする。よって、より確実に、コークスの強度低下を招き得る石炭を検出しようとする場合には、定数ａは、回帰直線の傾きの０．７倍とすればよい。

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、測定で得られた最高流動度の常用対数値（ｌｏｇＭＦ）に定数ａを乗算して得られた値の１．３倍より大きい浸透距離を有する石炭及び／または粘結材が、強度低下を招き得ることを知見し、上記式（１）を規定して、式（１）の条件を満たす最高流動度と浸透距離とが測定される石炭及び／または粘結材を、高浸透距離原料としている。

＜方法［ハ］＞
方法［ハ］では、配合炭を構成する全ての石炭及び／または粘結材の浸透距離を測定し、そのうちの少なくとも１つ以上を、下記の（Ｉ）〜（Ｋ）の工程で高浸透距離原料であると判定する。前提として、まずは、配合炭を構成する石炭及び／または粘結材の種類を定めるとともに、各石炭及び／または粘結材の配合率を予め定めておく。
（Ｉ）配合炭を構成する全ての石炭及び／または粘結材について、各々の浸透距離を測定する。
（Ｊ）配合炭を構成する石炭及び／または粘結材は複数種存在しており、それらのうちから１種の判定対象銘柄を選択する。複数種の石炭及び／または粘結材から判定対象銘柄を除いた残部配合炭における各々の石炭及び／または粘結材の割合を重みとして、工程（Ｉ）で求めた各々の浸透距離を加重平均して、残部配合炭の加重平均浸透距離を算出する。残部配合炭における石炭及び／または粘結材の各々の割合は、配合炭における、石炭及び／または粘結材の各々について予め定めた配合率から算出することができる。
（Ｋ）判定対象銘柄の浸透距離が、工程（Ｊ）で求めた加重平均浸透距離の２倍以上であれば、判定対象銘柄を高浸透距離原料と判定する。

工程（Ｊ）において、配合炭を構成する全ての石炭及び／または粘結材を、順次判定対象銘柄に選択していき、残部配合炭の加重平均浸透距離を算出すれば、全ての石炭及び／または粘結材を判定対象銘柄とすることができ、次の工程（Ｋ）において、それらのいずれかが、高浸透距離原料であるかを判定することができる。なお、方法［ハ］では、残部配合炭の加重平均浸透距離の２倍を、浸透距離の管理値と決定していることになる。

配合炭における、上記の方法［イ］〜［ハ］で決定（判定）される高浸透距離原料の配合率は５０質量％以下であることが好ましい。高浸透距離原料の配合率が５０質量％以下である配合炭を９００ｋｇ／ｍ^３以上の嵩密度となるようにコークス炉に装入して得られたコークスは、強度が著しく向上する。しかしながら、高浸透距離原料の配合率が５０質量％を超えてしまうと、配合炭の嵩密度を９００ｋｇ／ｍ^３以上としてコークス炉に装入しても、その配合炭から得られるコークスの強度は向上しにくくなる。例えば、図３において、高浸透距離原料２２が多くなりすぎると、高浸透距離原料同士が接触することで、大きな欠陥が生成しやすくなるからである。

工程（Ｋ）では、工程（Ｉ）にて測定される浸透距離が、工程（Ｊ）で求めた加重平均浸透距離の２倍以上であれば、その浸透距離を有する石炭を高浸透距離原料と判定している。この判定は、任意の浸透距離の条件で成立する。よって、工程（Ｉ）における浸透距離の測定条件は、特に限定されることはない。

従前、高浸透距離原料の配合率は１０質量％以上とすると、その高浸透距離原料を含む配合炭から得られるコークスの強度が著しく低下するとされていた。しかしながら、高浸透距離原料を含む、２種以上の石炭または該石炭及び粘結材を配合して作製された配合炭を９００ｋｇ／ｍ^３以上の嵩密度となるようにコークス炉に装入し乾留してコークスを製造すると、高浸透距離原料が含まれない配合炭から得られるコークスよりも、コークスの強度を高めることが可能である。

高浸透距離原料を配合する場合、及び、しない場合の配合炭の嵩密度とコークス強度との関係を調査するべく、高浸透距離原料を配合しなかった配合炭（配合炭１）と、高浸透距離原料（石炭）を、１０質量％配合している配合炭（配合炭２）及び２０質量％配合した配合炭（配合炭３）を作製し、その配合炭の嵩密度を種々変更した場合の乾留後のコークス強度を測定した。配合炭を構成する複数種の石炭Ａ〜Ｇの性状を表１に示す。

表１に示される項目は以下の通りである。
「Ｒｏ」は、ＪＩＳ Ｍ８８１６に基づいて測定した石炭ビトリニットの平均最大反射率である。
「ＭＦ」は、ＪＩＳ Ｍ８８０１に基づいて測定した石炭の最高流動度である。
「ｌｏｇＭＦ」は、最高流動度ＭＦの常用対数値である。
「ＴＩ」は、ＪＩＳ Ｍ８８１６に基づいて測定した石炭中の全イナート量（容積％）である。
「ＶＭ」は、ＪＩＳ Ｍ８８１２に基づいて測定した石炭のドライベース揮発分（質量％）、
「浸透距離」は、各石炭の浸透距離の測定値である。

石炭Ａ〜Ｇの浸透距離は、次の１〜４に示す条件及び工程で測定した。
１．直径１８ｍｍ、高さ３７ｍｍの円柱形状の容器に、粒径２ｍｍ以下に粉砕し室温で真空乾燥した石炭試料２．０４ｇを装入し、試料の上から重さ２００ｇの錘を落下距離２０ｍｍで５回落下させることにより試料を充填した。
２．試料の上に直径２ｍｍのガラスビーズを２５ｍｍの厚さとなるように配置し、ガラスビーズ充填層の上に直径１７ｍｍ、厚さ５ｍｍのシリマナイト製円盤を配置する。試料の層厚は１０ｍｍとなり、試料の充填密度は０．８ｇ／ｃｍ^３となった。
３．シリマナイト円盤上に５０ｋＰａの圧力をかけ、窒素中で、加熱速度３℃／分で５５０℃まで加熱して、試料をガラスビーズ充填層に浸透させた。
４．冷却後に軟化溶融物と固着していないビーズ質量を計測して、浸透距離を算出（測定）した。

上記１〜４に示す条件及び工程は、前述の工程（Ａ）〜（Ｄ）に相当し、石炭Ｇのみが、測定された浸透距離は１５ｍｍよりも大きい。よって、石炭Ｇが、上記方法［イ］で決定される管理値より大きい浸透距離を有し、方法［イ］によって高浸透距離原料であることを確認した。

方法［ロ］によって、ｌｏｇＭＦが２．５未満の石炭Ａ、石炭Ｂ、石炭Ｃのデータを用いて（石炭Ｅは除いてある）、ｌｏｇＭＦをｘ軸、浸透距離をｙ軸にとり、原点を通る回帰直線の傾きを求めると、３．２９となる。この傾きを１．０倍して、定数ａを３．２９とした。（１）式では、浸透距離の管理値は、１．３×３．２９×ｌｏｇＭＦで算出され、それぞれの石炭のｌｏｇＭＦの値をこの式に代入すると、浸透距離の管理値よりも大きな浸透距離を持つ石炭は、石炭Ｇのみであった。よって、石炭Ｇが、方法［ロ］によって決まる高浸透距離原料であることを確認した。

次に、石炭Ａ〜Ｇの各々を、特定の質量割合で配合して、配合炭１〜３を作製した。

配合条件は、石炭Ａ〜Ｇの配合率を重みにして算出される配合炭の加重平均Ｒｏ、加重平均ｌｏｇＭＦが等しくなるように、石炭Ａ〜Ｇの各々の配合率を決めて、その配合率で石炭Ａ〜Ｇを配合して、配合炭１〜３を作製した。但し、配合炭１には石炭Ｇを加えず、配合炭２では、石炭Ｇの配合率を１０質量％とし、配合炭３では、石炭Ｇの配合率を２０質量％とした。これらの配合炭１〜３において、加重平均Ｒｏは１．００、加重平均ｌｏｇＭＦは２．１となった。

配合炭２において、石炭Ｇを除く、石炭Ａ〜Ｆからなる残部配合炭の加重平均浸透距離は７．０ｍｍであり、石炭Ｇの浸透距離は、その加重平均浸透距離７．０の２倍以上である。よって、石炭Ｇは、方法［ハ］で決定される管理値以上の浸透距離を有する。配合炭３においても、石炭Ｇを除く残部配合炭の加重平均浸透距離は６．５ｍｍである。よって、石炭Ｇは、方法［ハ］によって高浸透距離原料と判定される。

配合炭１においては、石炭Ｆの浸透距離は１２．２ｍｍであり、石炭Ｆは、石炭Ａ〜Ｆのうち最大の浸透距離を有する。この石炭Ｆの浸透距離は、方法［イ］及び方法［ロ］で算出される管理値より大きいものではない。また、石炭Ｆを除く残部配合炭の加重平均浸透距離は６．２ｍｍであるので、石炭Ｆは、方法［ハ］で算出される管理値以上の浸透距離を有する石炭ではない。よって、配合炭１においては、高浸透距離原料に該当していない石炭のみから構成されている。

配合炭１〜３について、配合炭全体の水分を６．５ｍａｓｓ％になるように調整し、嵩密度をそれぞれ８００ｋｇ／ｍ^３、８５０ｋｇ／ｍ^３、９００ｋｇ／ｍ^３、１０００ｋｇ／ｍ^３、１１００ｋｇ／ｍ^３となるように乾留缶に充填した。

次いで、その上に１０ｋｇの錘を乗せた状態で、炉壁温度１０５０℃の電気炉内で６時間乾留後、炉から取り出して窒素冷却し、コークスを得た。これらのコークスの強度を評価するために、ＪＩＳ Ｋ ２１５１の回転強度試験法に基づき、所定量のコークスを回転ドラムに装入し、ドラムを１５ｒｐｍで１５０回転させた後、粒径１５ｍｍ以上のコークスの質量割合を測定し、回転前との質量比をドラム強度ＤＩ_{１５０／１５}［−］として算出した。

配合炭１〜３について、ドラム強度と配合炭嵩密度の関係を図５に示す。嵩密度を８００ｋｇ／ｍ^３および８５０ｋｇ／ｍ^３とした条件では配合炭２及び配合炭３から得られたコークスの方が、配合炭１から得られたコークスに比べて、ドラム強度（コークスの強度）が低い。但し、嵩密度を８５０ｋｇ／ｍ^３としたコークスでは、嵩密度が８００ｋｇ／ｍ^３としたコークスと比較して、それぞれの条件で得られたドラム強度の差が小さくなっている。

さらに嵩密度を上昇させ、９００ｋｇ／ｍ^３としたコークスでは配合炭１から得られたコークスに比べて、配合炭２及び配合炭３から得られたコークスの方が、ドラム強度が高く、浸透距離が管理値を超える石炭の配合量が多いほど、ドラム強度は高くなった。このドラム強度差は嵩密度を１０００ｋｇ／ｍ^３、１１００ｋｇ／ｍ^３と上昇させると更に拡大した。

本実施例の結果から、高浸透距離原料が配合された配合炭２及び配合炭３から得られるコークスは、配合炭の嵩密度を９００ｋｇ／ｍ^３以上とすることで、高浸透距離原料が配合されなかった配合炭１から得られるコークスよりも、コークスの強度（ドラム強度）が向上していることがわかる。本実施例では、乾留缶で配合炭１〜３を乾留したが、コークス炉での乾留における嵩密度は、乾留缶で乾留される配合炭の嵩密度と条件とすることができる。このことから、嵩密度を実施例の条件と同じにして配合炭をコークス炉に装入し、コークス炉で配合炭を乾留してコークスを得ても、実施例と同様のコークス強度の結果となることがわかる。

本発明によって、浸透距離が所定の管理値よりも大きい石炭及び粘結材を配合炭に加える場合であっても、その配合炭を乾留している間に生じる欠陥を抑えて、その配合炭から得られるコークスの強度を向上させることが可能となる。

１ 試料
２ 上下面に貫通孔を有する材料
３ 容器
４ 圧力検出棒
５ スリーブ
６ ロードセル
７ 温度計
８ 加熱装置
９ 温度検出器
１０ 温度調節器
１１ ガス導入口
１２ ガス排出口
２０ 回帰直線
２１ 浸透距離が管理値を超えない石炭及び／または粘結材
２２ 高浸透距離原料（浸透距離が管理値を超える石炭及び／または粘結材）
２３ 気孔
３０ 浸透距離の測定装置
６０ 荷重装置

Claims (3)

1. ２種以上の石炭、または、該石炭及び粘結材、を配合してなる配合炭を乾留してコークスを製造する方法であって、
   前記配合炭を構成することになる石炭及び／または粘結材のうち、下記の（Ａ）〜（Ｄ）の工程で測定される浸透距離で１５ｍｍよりも大きい浸透距離を有する石炭及び／または粘結材である高浸透距離原料と、他の石炭及び／または粘結材と、を配合して配合炭を作製し、
   次いで、作製した配合炭を９００ｋｇ／ｍ^３以上の嵩密度となるようにコークス炉に装入するコークスの製造方法。
   （Ａ）石炭及び／または粘結材を、粒径２ｍｍ以下が１００ｍａｓｓ％となるように粉砕し、粉砕された石炭及び／または粘結材を密度０．８ｇ／ｃｍ^３で、層厚が１０ｍｍとなるように容器に装入して試料とし、
   （Ｂ）該試料の上に直径２ｍｍのガラスビーズを配置し、ガラスビーズ層を形成し、
   （Ｃ）該ガラスビーズ層の上部から圧力５０ｋＰａとなるように荷重を負荷しつつ、昇温速度３℃／分で室温から５５０℃まで不活性ガス雰囲気下で加熱して、前記試料を前記ガラスビーズ層に浸透させ、
   （Ｄ）前記ガラスビーズ層に浸透した前記試料の浸透距離を測定する。
2. ２種以上の石炭、または、該石炭及び粘結材、を配合してなる配合炭を乾留してコークスを製造する方法であって、
   前記配合炭を構成することになる石炭及び／または粘結材のうち、下記の式（１）の関係を満たす浸透距離及び最高流動度（ＭＦ）を有する石炭及び／または粘結材である高浸透距離原料と、他の石炭及び／または粘結材と、を配合して配合炭を作製し、
   次いで、作製した配合炭を９００ｋｇ／ｍ^３以上の嵩密度となるようにコークス炉に装入するコークスの製造方法。
   浸透距離＞１．３×ａ×ｌｏｇＭＦ （１）
   ここで、ｌｏｇＭＦとは、測定された最高流動度（ＭＦ）の常用対数値であり、
   定数ａは、下記の（Ｅ）〜（Ｈ）の工程で求まる値である。
   （Ｅ）任意の石炭及び／または粘結材について、ギーセラープラストメータ法により最高流動度（ＭＦ）を測定するとともに、
   （Ｆ）前記任意の石炭及び／または粘結材を粉砕し、試料として容器に装入し、前記試料の上に、上下面に貫通孔を有する材料を配置し、前記試料を加熱し、前記貫通孔へ浸透した前記試料の浸透距離を測定し、
   （Ｇ）最高流動度の常用対数値（ｌｏｇＭＦ）が２．５未満となる石炭及び／または粘結材のｌｏｇＭＦの値と、該石炭及び／または粘結材の浸透距離の値と、の複数の組から、原点を通る回帰直線を作成し、
   （Ｈ）定数ａを、前記回帰直線から求まる、ｌｏｇＭＦの変化量に対する浸透距離の変化量の比の０．７から１．０倍となる範囲の値とする。
3. ２種以上の石炭、または、該石炭及び粘結材、を配合してなる配合炭を乾留してコークスを製造する方法であって、
   配合炭を構成することになる石炭及び／または粘結材の各々の種類と配合率とが予め定められた条件下で、下記の（Ｉ）〜（Ｋ）の工程によって判定される高浸透距離原料となる少なくとも１種の石炭及び／または粘結材を含む、予め定められた種類の石炭及び／または粘結材を、予め定められた配合率で配合して配合炭を作製し、
   次いで、前記配合炭を９００ｋｇ／ｍ^３以上の嵩密度となるようにコークス炉に装入するコークスの製造方法。
   （Ｉ）配合炭を構成する石炭及び／または粘結材を粉砕し、試料として容器に装入し、前記試料の上に、上下面に貫通孔を有する材料を配置し、前記試料を加熱し、前記貫通孔へ浸透した前記試料の浸透距離を測定して、前記石炭及び／または粘結材の各々の浸透距離を測定し、
   （Ｊ）前記複数種の石炭及び／または粘結材から１種の判定対象銘柄を選択し、前記複数種の石炭及び／または粘結材から前記判定対象銘柄を除いた残部配合炭における石炭及び／または粘結材の各々の割合を重みとして、前記石炭及び／または粘結材の各々の浸透距離を加重平均して、残部配合炭の加重平均浸透距離を算出し、
   （Ｋ）前記判定対象銘柄の浸透距離が、前記残部配合炭の加重平均浸透距離の２倍以上であれば、前記判定対象銘柄を高浸透距離原料と判定する。

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