JP2016183286A - 配合炭の調製方法及びコークスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配合炭に含まれる石炭の銘柄が決定されている条件で、押出性を精度良く示す指標を用い、決定された銘柄の石炭の配合率を決定する配合炭の調製方法を提供する。
【解決手段】配合炭に含まれる複数の銘柄の石炭を決定し、決定した石炭を配合して配合炭を調製する方法。決定した銘柄の石炭の基質収縮率ｓｒ［％］を下記（Ａ）〜（Ｄ）で求め、基質収縮率ｓｒと各銘柄の石炭の配合率ｗ［質量％］との標準偏差σ（ばらつき量）を指標として各銘柄の石炭の配合率ｗを決定する方法。（Ａ）石炭を所定の温度まで乾留してセミコークスを作製（Ｂ）粉砕されたセミコークスを圧密成型して成型物を作製（Ｃ）成型物を所定の温度まで昇温している間の成型物の高さを測定（Ｄ）昇温開始前の成型物の高さに対する、前記（Ｃ）の温度まで昇温したときの成型物の高さの変動量の割合の百分率を基質収縮率ｓｒ［％］
【選択図】図４

Description

本発明は、乾留されてコークスとなる配合炭を調製する方法であって、コークス炉の炭化室からのコークスの押出性を良好とする配合炭の調製方法、及び、該調製方法によって調製された配合炭からコークスを製造する方法に関する。

高炉に装入されるコークスは高強度であることが求められる。強度は、石炭の石炭化度や粘結性で決まる傾向がある。よって、コークス用原料として、石炭化度や粘結性が高い石炭のみを使用することが望ましい。しかしながら、そのような石炭のみが採掘されることはなく、石炭化度や粘結性が低い石炭も採掘される。石炭化度や粘結性が高い石炭ほど価格が高くなる傾向にあるので、コストを考慮して、性質の異なる複数銘柄の石炭を配合して配合炭を作製し、該配合炭を乾留してコークスを製造することが通常となっている。

コークスを製造する際には、通常、配合炭を室炉式コークス炉で乾留する。コークス炉の炭化室に装入された配合炭は、炭化室に隣接する燃焼室からの熱によって乾留され、コークスケーキとなる。コークスケーキは、押出機によって炭化室から容易に押し出されることが望ましい。しかしながら、通常掛ける力ではコークスケーキを炭化室から排出できなくなる押し詰まりという現象が生じる場合がある。押し詰まりが生じると、コークスの生産性が悪化する可能性がある。

配合炭は乾留中に収縮するので、炭化室の内壁とコークスケーキとの間に隙間（以下適宜「クリアランス」とも呼ぶ）が生じる。クリアランスが大きいほど、コークスケーキの押し出し易さ（以下適宜「押出性」とも呼ぶ）が良好になる傾向がある。

収縮で生じる応力によって配合炭内部には数ｎｍ〜数十ｃｍの亀裂が生じ、コークスケーキは亀裂を有することになる。このうち、長さ数ｃｍ〜数十ｃｍ程度の、比較的大きなマクロ亀裂は、コークスケーキ排出時の安定性やクリアランスの生成に影響を及ぼすことが報告されている。

そこで、従前から、押し詰まりが生じない程度に押出性を良好とする配合炭を調製するべく、クリアランスを大きくしたり亀裂の数や大きさを抑える要因について調査されている。石炭化度を示す指標として、ＪＩＳ Ｍ８８１６で規定されているビトリニット平均最大反射率Ｒｏがあり、特許文献１には、複数銘柄の石炭が所定の配合率で含まれる配合炭をコークス原料とする場合、各銘柄の石炭のＲｏ及び配合率から算出されるＲｏの標準偏差σが小さいほど、クリアランスが増大することが記載されている。また、非特許文献１には、Ｒｏの標準偏差σが小さくなると、配合炭を構成する各石炭の軟化溶融温度の重なりが大きくなるので、石炭粒子同士の融着性が向上し、また、再固化後におけるセミコークスの収縮量格差は縮小するので、融着粒子間に発生する熱応力が小さくなり、その結果、コークスケーキ中の亀裂の発生量が抑制されると同時にクリアランスも増大すると報告されている。

特許第４８９９３２６号公報

深田ら、日本エネルギー学会誌、第９０巻、２０１１年、第８３４〜８３９頁

Ｒｏの標準偏差σを算出するために、予め、配合炭に用いることのできる石炭のＲｏを測定しておき、Ｒｏの標準偏差σが小さくなるように石炭の銘柄と配合率を調整すれば、コークスケーキ中の亀裂の発生量を抑制できることが期待される。よって、特定の複数銘柄の石炭を、Ｒｏの標準偏差σを所定の値とする配合率で配合して得られる配合炭でコークスを製造する操業を行っていたが、押出性が悪化する場合があることがわかった。Ｒｏの標準偏差σを指標として、特定の複数銘柄の石炭の配合率を決定することには改善の余地がある可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、Ｒｏの標準偏差σよりも押出性を精度良く示す指標を用い、コークス製造に用いる石炭の銘柄と配合率を決定する配合炭の調製方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決するために、炭化室の内壁とコークスケーキとの間のクリアランスがコークスケーキの収縮によって生じることに着目し、前記指標として石炭の収縮率に関する特性値を用いることが望ましいと考え、本発明の完成に至った。

本発明の要旨は以下の通りである。
［１］複数銘柄の石炭を含む配合炭の調製方法であって、前記配合炭に含まれる各銘柄の石炭の下記（Ａ）〜（Ｄ）の工程で求められる基質収縮率ｓｒ［％］と各銘柄の石炭の配合率ｗ［質量％］とから算出される基質収縮率ｓｒのばらつき量を指標として、前記配合炭中の各銘柄の石炭の配合率ｗを決定し、決定した配合率ｗで各銘柄の石炭を配合して配合炭を調製することを特徴とする配合炭の調製方法。
（Ａ）石炭を、該石炭の再固化温度以上７００℃以下の範囲内の温度まで乾留し、セミコークスを作製し、
（Ｂ）該セミコークスを粉砕し、粉砕されたセミコークスを圧密成型して成型物を作製し、
（Ｃ）前記成型物を８００℃以上の収縮評価温度まで昇温し、
（Ｄ）前記成型物の昇温開始前の寸法に対する、昇温開始前の寸法から、前記収縮評価温度時の寸法を減算して得られる差分の割合の百分率を、前記基質収縮率ｓｒ［％］として算出する。
［２］前記ばらつき量は前記基質収縮率ｓｒの標準偏差σであり、該標準偏差σが０．７％以下となるように前記配合率ｗを決定することを特徴とする［１］に記載の配合炭の調製方法。
［３］予め、配合率ｗが異なる複数の配合炭の前記ばらつき量と、前記配合炭をコークス炉で乾留して得られるコークスケーキを前記コークス炉から排出する際に用いられる押出機の負荷が複数得られ、前記ばらつき量と前記押出機の負荷との関係が求められており、前記押出機の負荷が目標値以下となるばらつき量を前記関係から特定し、特定したばらつき量以下となるように前記配合率ｗを決定することを特徴とする［１］に記載の配合炭の調製方法。
［４］上記［１］〜［３］のいずれかに記載の配合炭の調製方法によって調製された配合炭を乾留してコークスを製造するコークスの製造方法。

本発明では、配合炭に含まれる各銘柄の石炭を乾留して得られるセミコークスの収縮率（石炭の基質収縮率ｓｒ）のばらつき量を指標として、配合炭に含まれる石炭の銘柄及びその石炭の配合率を決定する。これにより、押出性が良好であるコークスになる配合炭を作製できる。ひいては、コークスの生産性を高位とすることができる。

石炭の基質収縮率ｓｒを測定する装置の一例を示す図である。 炉壁とセミコークスとの間のクリアランスの評価装置の一例を示す図である。 基質収縮率ｓｒの標準偏差σ［％］とクリアランス［ｍｍ］との関係を示すグラフである。 基質収縮率ｓｒの標準偏差σ［％］と、コークスを押し出す際に必要となる最大押出電流値［Ａ］と、の関係を示すグラフである。 基質収縮率ｓｒの標準偏差σ［％］と、コークスケーキが押し出された後に得られるコークスの平均粒径［ｍｍ］と、の関係を示すグラフである。 基質収縮率ｓｒの標準偏差σ［％］とコークスのドラム強度ＤＩ（１５０／１５）との関係を示すグラフである。 基質収縮率ｓｒとビトリニット平均最大反射率Ｒｏとの関係を示すグラフである。 基質収縮率ｓｒの標準偏差σ［％］と最大押出電流値の平均［Ａ］との関係を示すグラフである。 ビトリニット平均最大反射率Ｒｏの標準偏差σ［％］と最大押出電流値の平均［Ａ］との関係を示すグラフである。

本発明者らは、炭化室の内壁とコークスケーキとの間のクリアランスは、コークスケーキの収縮によって生じることに着目し、押出性を良好とするコークスケーキが得られる配合炭を調製するための指標として、石炭の収縮率に関する特性値を用いることを鋭意検討した。その結果、本発明者らは、収縮率測定のための好適な条件を明らかにし、配合炭を構成する各銘柄の石炭を乾留して得られるセミコークスの収縮率（石炭の基質収縮率ｓｒ）のばらつき量が小さくなるほど、配合炭から得られるコークスケーキは、押出性が向上する傾向を示すことを発見し、本発明の完成に至った。

石炭の基質収縮率ｓｒを算出するためには、石炭を乾留して得られるセミコークスを冷却し粉砕し、粉砕されたセミコークスを成型して作製された成型物を加熱している間に収縮する成型物の寸法の変化を測定する必要がある。昇温開始前に対する昇温終了時の寸法の変動量の割合を石炭の基質収縮率ｓｒ［％］とする。石炭の基質収縮率ｓｒの測定は、試料を作製する工程と、試料を昇温し、その寸法を測定する工程と、に分けられる。

＜試料の作製工程＞
石炭を試料とする工程について説明する。石炭が加熱されると、まずは、石炭は発泡及び膨張し、炭化水素（熱分解ガス）の脱離に伴い５５０℃付近（１次収縮）で収縮する。石炭は、更に加熱されると、水素の脱離に伴い７５０℃付近（２次収縮）で収縮する。１次収縮を生じた後の石炭であるセミコークスは熱分解ガスが既に脱離されており、セミコークスに１次収縮が生じることはない。コークス炉の炭化室におけるコークスケーキの収縮は、高温で起きる石炭の２次収縮に依るので、１次収縮が生じないセミコークスの収縮率（２次収縮のみの収縮率）を測定することによって、コークスケーキの収縮量を評価でき、ひいては、コークスケーキ（コークス）の押出性を評価できる。

石炭を、該石炭の再固化温度以上７００℃以下の範囲内の所定温度まで乾留して、セミコークスを作製する（工程（Ａ））。まず、前記所定温度は、石炭の２次収縮が生じる温度よりも低いことが望ましい。２次収縮の起こる温度は７５０℃付近であり、石炭の銘柄によってその温度は変わるが、７００℃以下であれば、石炭の２次収縮が生じない。よって、２次収縮が生じるセミコークスを作製するための温度は７００℃以下である。石炭は加熱されて３５０〜５５０℃の範囲で軟化溶融状態となる。セミコークスは、１次収縮が既に起きた石炭から得る必要があるので、軟化溶融状態の上限温度である再固化温度まで石炭を乾留しておき、石炭に１次収縮を確実に生じさせておく。

再固化温度は、例えば、軟化溶融特性評価法であるＪＩＳ Ｍ８８０１に規定されているギーセラープラストメータ法や、ジラトメータ法などで測定できる。再固化温度を直接測定しない場合には、再固化温度と石炭化度（例えばＲｏやＶＭ）との間に相関関係が成立することを利用して、予め、複数銘柄の石炭についての再固化温度と石炭化度とのデータセットを得て、該データセットから回帰式を作成しておき、回帰式に基づいて石炭化度から再固化温度を推定できる。なお、石炭の再固化温度を測定または推定しない場合でも、石炭を３５０℃〜７００℃の所定の温度、好ましくは５００℃〜７００℃の所定の温度まで加熱して、セミコークスを作製してもよい。セミコークスとする石炭の量は、乾留ムラを小さくするために、少量であるほうが望ましく、数１０ｇ以下でもよい。

セミコークスを粉砕し、粉砕されたセミコークスを圧密成型して成型物を作製する（工程（Ｂ））。セミコークスは内部に気孔を有し、その気孔の構造は、石炭の銘柄によって大きく異なる。例えば、ビトリニット平均最大反射率Ｒｏが（石炭化度）低く且つギーセラー最高流動度（流動性）が高い石炭は、発泡によって脆弱なセミコークスとなる傾向がある。脆弱なセミコークスを加熱し、そのままセミコークスの寸法の変化を測定しようとする場合、セミコークスの粉化によって再現性の高い測定ができない。また、脆弱なセミコークスの粉を単に容器に充填した状態でセミコークスの寸法を測定していると、測定の途中でセミコークスの寸法が短時間で急激に小さくなる場合がある。その原因は、セミコークスが収縮している間に粉化したり、粒子が再配置したりすることであると推察でき、その場合、測定値がばらつく可能性が高くなる。そこで、粉砕したセミコークスを圧密成型し、成型物を試料とすれば、セミコークスの寸法を測定している間にセミコークスの粉化や粉の再充填を防ぐことで、再現性の高い測定値が得られる。

成型物は、寸法の測定中に崩壊しないことが望ましい。成型物の強度を高めるためには、粉砕されたセミコークスを細かくする方が望ましい。粉砕されたセミコークスは、１２５メッシュ以下の篩い下であることが望ましく、２５０メッシュ以下の篩い下であることが更に望ましい。また、セミコークスを圧密成型する際には、水をバインダーとして混合すると、セミコークスを容易に成型できる。添加する水の量は、多すぎても少なすぎても成型物の強度を確保できず、セミコークスに対して７〜１５質量％が望ましく、１０質量％が最も望ましい。

粉砕されたセミコークスに水を加え金型に充填し圧密することにより、セミコークスの成型物を作製できる。成型物の形状は円筒、直方体などが考えられるが、セミコークスの成型物を円筒形にすることが望ましい。円筒形は、成型し易く、成型後に崩壊しにくい。

成型物のサイズは、小さ過ぎると測定誤差が大きく、大き過ぎると測定中に成型物の崩壊が起こりやすくなるので、測定方向において数〜十数ｍｍであることが望ましい。成型物が円筒形の場合、直径は数〜１０数ｍｍ程度が望ましい。粉砕されたセミコークスに加える圧力は、低過ぎても高過ぎてもセミコークスを成型しにくく、１００〜２００ｋｇｆ／ｃｍ^２が望ましく、１５０ｋｇｆ／ｃｍ^２が最も望ましい。

＜試料の寸法測定工程＞
成型物を試料とし、試料を加熱中にその寸法を測定する工程について説明する。寸法として高さを採用し、この高さの測定には基質収縮率測定装置１００を用いる。その構成を図１に示す。基質収縮率測定装置１００は、試料１を加熱する加熱機構と試料１の高さを測定する測定機構とを有するものである。加熱機構は、試料１が配置される試料台２を内部に収容するスリーブ３と、スリーブ３の外側に配置される加熱装置５と、を有し、測定機構は、試料１の上部に配置される変位検出棒１０と、該変位検出棒１０に接続される変位計１１と、を有する。

スリーブ３内で試料１を加熱して昇温する。加熱は不活性ガス雰囲気下で行なう。不活性ガスとは、試料１と反応しないガスであり、代表的には、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスなどが挙げられる。スリーブ３には、ガス導入口８及びガス排出口９が設けられており、不活性ガスを、ガス導入口８から流入させ、ガス排出口９から流出させる。

加熱装置５には、温度検出器６が接続された温度調節器７が接続されている。スリーブ３には温度計４が取り付けられており、該温度計４には温度検出器６が接続されている。温度検出器６が温度計４の温度を検出し、検出した温度データを温度調節器７に送り、温度データに基づいて加熱装置５により加熱温度が調節される。加熱装置５は、所定の昇温速度で加熱できる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。

加熱されて収縮していく試料１の高さを変位検出棒１０で測定する。試料１が収縮すると、その上部に配置される変位検出棒１０の位置が変わり、変位検出棒１０に接続される変位計１１で、変位検出棒１０の位置を測定することで、試料１の高さの変化を測定できる。加熱速度は、コークス炉内での石炭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、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。

試料（成型物）１を８００℃以上の収縮評価温度まで昇温する（工程（Ｃ））。昇温している間、試料１の高さを測定することが好ましい。２次収縮が生じている石炭の寸法を測定するので、昇温の終了温度は、石炭に生じた２次収縮が終了する温度以上とすることが望ましい。但し、２次収縮は、例えば、１５００℃を超える高温となっても終了しない。そこで、概ねの銘柄の石炭において、２次収縮がある程度進行した状態となるまでの石炭の高さの変化を測定し、２次収縮がある程度進行した状態となる石炭の温度として８００℃を採用し、収縮評価温度を最低で８００℃とする。また、セミコークスの粉砕は常温で行うことが通常であり、昇温は常温から開始することになる。昇温の開始温度は特に限定されることはないが、２次収縮が開始する温度以下であることが望ましく、再固化温度以下の温度であることが望ましい。また、昇温の終了温度（収縮評価温度）の上限も特に限定されるものではないが、終了温度の上限は、石炭のコークス化が確実に終了した温度である２０００℃や、通常操業において想定される炭化室内のコークスの最高温度である１２００℃とすることができる。なお、昇温している間に連続的に石炭の寸法を測定しなくてもよい。昇温の開始及び終了時における石炭の寸法を測定すれば、石炭の寸法の変動量を測定できる。

試料１の昇温開始前の高さに対する、昇温開始前の高さから、収縮評価温度まで昇温したときの高さを減算して得られる差分の割合の百分率［％］を、試料１となる石炭の基質収縮率ｓｒとして算出する（工程（Ｄ））。

試料の高さの変化を測定する手段として、変位検出棒を用いているが、高さの変化を正確に測定できる装置を用いてもよい。例えば、レーザー式変位計、電磁波式変位計、超音波式変位計などの各種変位センサーを用いてもよい。

配合炭に含まれる複数銘柄の石炭の基質収縮率ｓｒのばらつき量が小さくなるほど、コークスケーキは押出性が向上する。クリアランスが大きければ、押出性も向上する。また、コークスケーキを炭化室から押し出した後のコークスは、サイズ及び強度が大きい方が良い。様々な銘柄の石炭について基質収縮率ｓｒのばらつき量を算出し、ばらつき量と、クリアランス、押出性、コークスの平均粒径、及び、コークス強度と、の関係を調査する実験を行った。以下ばらつき量として標準偏差σを用いることとする。

＜実験１＞
実験１では、標準偏差σとクリアランスとの関係について調査した。まず、ビトリニット平均最大反射率Ｒｏ［％］、ギーセラー最高流動度ＭＦ［ｄｄｐｍ］、全イナート量ＴＩ［％］、灰分Ａｓｈ［％乾燥基準］及び揮発分ＶＭ［％乾燥基準］が既知である複数銘柄の石炭Ａ〜Ｗを準備した。石炭Ａ〜Ｗの再固化温度をＪＩＳ Ｍ８８０１ギーセラープラストメータ法にしたがって測定しておき、これらの基質収縮率ｓｒを次の（Ａ）〜（Ｄ）の工程で求めた。
（Ａ）石炭を再固化温度まで乾留してセミコークスを作製し、室温まで冷却した。
（Ｂ）セミコークスを２５０メッシュ以下になるように微粉砕し、微粉砕された０．４５ｇのセミコークスに１０ｗｔ％の水を添加して混合し、その混合物を直径６．５ｍｍの円筒状の金型内に充填後、１５０ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力をかけて成型して、高さ９ｍｍの成型物を作製した。
（Ｃ）成型物を試料１とし、図１に示す基質収縮率測定装置１００を用い、３℃／ｍｉｎで９００℃まで昇温した際の試料１の高さを測定した。
（Ｄ）試料１の室温時の高さ（初期高さ）に対する、９００℃まで昇温した後の高さの変動量の割合を石炭の基質収縮率ｓｒ（％）とした。

石炭Ａ〜ＷのＲｏ、ｌｏｇＭＦ（ＭＦの常用対数値）、ＴＩ、Ａｓｈ及びＶＭ及び基質収縮率ｓｒを表１に示す。

石炭Ａ〜Ｗから適宜選択し、Ｒｏ、ｌｏｇＭＦ及び特許文献１の方法で求めたσＲｏをほぼ同じとするように、配合炭１〜３を作製した。配合炭１〜３に含まれる石炭の銘柄、その石炭の配合率ｗ及び配合炭１〜３の性状を表２に示す。配合炭の粒度は、粒径３ｍｍ以下を７７〜７８質量％に調整した。

配合炭１〜３における基質収縮率ｓｒの標準偏差σ［％］は下記（１）式によって算出される。

ここで、配合炭がｎ種の銘柄の石炭を含む場合において、ｓｒ_ｉは、ｎ（２以上の自然数）種の銘柄の石炭のうちｉ（１以上ｎ以下の自然数）番目の石炭の基質収縮率ｓｒであり、ｗ_ｉは、ｎ種の銘柄の石炭のうちｉ番目の石炭の配合率ｗである。表２には、基質収縮率ｓｒの標準偏差σを示してある。

また、配合炭１〜３から得られるコークスケーキのクリアランスは、コークス炉で実際に測定することが困難なので、実験室規模のレトルトでクリアランスを評価することにした。レトルト（クリアランスの評価装置）の一例を図２に示す。レトルト２０は、相対する底板１５と天板１７とを有し、これらに間に設けられた一対の側板１６とを有する。複数銘柄の石炭が配合されている配合炭を、レトルト２０に充填する。そして、レトルト２０内の石炭を乾留すると、コークスケーキ１４が得られる。コークスケーキ１４は収縮し、図２の「ａ」で示されるように側板１６との間に隙間が形成される。この隙間をレーザー距離計で測定し、高さ方向に沿った平均値を用いてクリアランスを評価できる。

本実験では、１１４［ｍｍ］の長さＬ、１９０［ｍｍ］の幅Ｗ、１２０［ｍｍ］の高さＨとなるレトルト２０に、嵩密度（乾燥基準）７７５ｋｇ／ｍ^３となるように配合炭２．２４４［ｋｇ−乾燥基準］を充填し、電気炉内にレトルト２０を設置し、不活性ガス雰囲気下の１０５０℃（炉壁温度）で、レトルト２０内の石炭を４時間２０分乾留した後、電気炉からレトルト２０を取り出した。レトルト２０におけるコークスケーキ１４の片面と側壁との隙間をレーザー距離計で測定し、高さ方向に沿った隙間の平均値を算出した。両側壁において隙間の平均値を算出し、その和をクリアランス［ｍｍ］とする。表２には、そのクリアランスを示してある。基質収縮率ｓｒの標準偏差σとクリアランスとの関係を図３に示す。

図３のグラフに示すように、標準偏差σが０．７％以下ではクリアランスはほとんど変化しない。しかしながら、標準偏差σが０．７％超えではクリアランスが急激に減少する。したがって、標準偏差σが０．７％以下となるように配合炭を作製することで、クリアランスの減少を回避し、良好な押出性を実現可能と推察される。

＜実験２＞
実験２では、実験１で用いた配合炭１〜３における基質収縮率ｓｒの標準偏差σと、押出性、コークスの平均粒径、及び、コークス強度との関係を調査した。

実際に石炭の乾留に用いるコークス炉の炭化室に配合炭１〜３を装入し乾留してコークスケーキを作製し、該コークスケーキを押し出す際に、押出機が示す最大負荷電流値（最大押出電流値）を測定し、該最大負荷電流値を押出性の指標とした。

各炭化室には、装炭量３７〜３８［トン−乾燥基準］となるように、粒径３ｍｍ以下が７７〜７８質量％となる粒度に調整された配合炭１〜３を装入し、炭化室の炉壁温度を１１００±２５℃の範囲とし、乾留時間１８±０．３[時]の範囲として、配合炭１〜３を乾留した。表２には最大負荷電流値［Ａ］を示してある。また、基質収縮率ｓｒの標準偏差σと最大押出電流値との関係を図４に示す。

図４のグラフに示すように、標準偏差σが０．７％以下では、最大押出電流値はほとんど変化しないが、標準偏差σが０．７％超えでは押出電流値が急激に増加する。よって、基質収縮率ｓｒの標準偏差σを指標として、標準偏差σが０．７％以下となるように配合炭に含まれる石炭の配合率を決めれば、押出電流値の増加を回避し、押出性が良好なコークスとなる配合炭が得られる。

最大負荷電流値の測定以外にも、表２の配合炭を乾留して得られたコークスの粒径及び強度を評価した。ＪＩＳ Ｍ８８１１に従ってサンプリングし、ＪＩＳ Ｋ２１５１の落下強度試験を２回実施したコークスを試料とし、試料の粒径を測定し、平均粒径［ｍｍ］を得た。また、コークス粒径の測定に供した試料について、ＪＩＳ Ｋ２１５１の回転強度試験法に基づき、１５ｒｐｍ、１５０回転後の粒径１５ｍｍ以上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、ドラム強度ＤＩ（１５０／１５）をコークス強度とした。

コークスの平均粒径及びＤＩ（１５０／１５）を表２に示してある。基質収縮率ｓｒの標準偏差σとコークス粒径との関係を図５に示し、標準偏差σとコークス強度（ＤＩ（１５０／１５））との関係を図６に示す。図５のグラフからわかるように、標準偏差σが０．７％超えではコークス粒径が急激に減少する。標準偏差σが大きくなるとマクロ亀裂が多量に生成し、押し出しによるコークスケーキの割れが促進されてしまうものと推察される。図４及び図５のグラフと併せると、標準偏差σが大きくなると、コークスの粒径の減少と押出電流値の増加が引き起こされると推察される。図５のグラフからすると、標準偏差σを指標とし、標準偏差σを小さくするように配合炭に含まれる石炭の配合率を決めれば、コークス粒径を調整することもでき、粒径が大きなコークスを製造することが可能である。また、図６のグラフからわかるように、標準偏差σが変化してもコークス強度はほぼ一定であった。したがって、基質収縮率ｓｒの標準偏差σを指標として、配合炭中の石炭の銘柄及びその配合率を決定しても、コークス強度を低下させることはない。

標準偏差σが０．７％以下となるように石炭の配合率を決定する以外に、標準偏差σと押出機の負荷との関係が予め得られている場合、該関係から押出機の負荷が目標値以下となる標準偏差σを特定すれば、その特定した標準偏差σ以下となるように、配合炭中の石炭の配合率ｗを決定することで、押出機の負荷を目標値以下とするコークスとなる配合炭を調製できる。

前述の通り、基質収縮率ｓｒの標準偏差σは（１）式によって算出される。配合炭に含まれる石炭の銘柄を決定しており、基質収縮率ｓｒが既に測定されている場合には、（１）式において石炭の配合率ｗ［質量％］を変更することで標準偏差σを複数算出できる。標準偏差σが算出された配合率ｗで決定された銘柄の石炭が配合されて得られた配合炭をコークス炉で乾留し、コークスケーキをコークス炉から排出する際に掛かる押出機の最大押出電流値（押出機の負荷）を測定しておく。標準偏差σと最大押出電流値とのデータセットが複数得られていることになり、これらの関係を導くことができる。前記データセットに対して、例えば回帰計算などを行い、前記関係から、押出機の負荷が目標値以下となる標準偏差σを特定する。次いで、特定した標準偏差σ以下となるように、各銘柄の石炭の配合率ｗを決定することができる。これにより、押出機の負荷が目標値以下になるコークスとなる配合炭を調製できる。

上記実施形態では、押出機の負荷としては最大押出電流値を用いたが、本発明において、押出機の負荷は最大押出電流値に限定されるものではない。最大押出電流値以外にも、押出機の負荷を示す指標として、平均押出電流値を用いることができる。また、押出機の負荷としては、押出電力値、押出反力などを用いることができ、それらの代表値として、押出中の平均値や最大値を用いることができる。

上記実施形態では、基質収縮率ｓｒを直接測定しているが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、基質収縮率ｓｒとして、第三者に測定されたデータを活用してもよい。また、ばらつき量として標準偏差σを用いているが、本発明においてばらつき量は標準偏差σに限定されるものではなく、標準偏差σ以外にも、ばらつき量を示す統計値を指標として採用することができる。例えば、基質収縮率ｓｒの分散や、正規分布やｔ分布等の分布関数をフィッティングした際の半値幅を用いることができる。

以上の通り、本発明によれば、押出性が良好であるコークスとなる配合炭を作製できる。ひいては、コークスの生産性を高位とすることができる。

また、基質収縮率ｓｒの標準偏差σは、石炭化度を示すＲｏや粘結性を示すギーセラー最高流動度ＭＦと独立した因子であり、適切なコークス強度が得られる配合炭を調製する際にＲｏやＭＦを調整するとしても、ＲｏやＭＦに関わりなく、基質収縮率ｓｒの標準偏差σを指標として、石炭の配合率ｗを調整できる。配合炭を構成する複数銘柄の石炭について、Ｒｏなどの石炭化度を示す物性値やギーセラー最高流動度などの粘結性を示す物性値をある程度の範囲とすれば、配合炭から得られるコークスは、高炉に装入されるコークスとして十分な強度を有することになる。よって、本発明で押出性を良好なものとしつつ、併せて、ＲｏやＭＦの値を特定の範囲となるように配合炭を調製すれば、コークス強度を高位とすることができる。

次に、表１に記載されている基質収縮率ｓｒ及びビトリニット平均最大反射率Ｒｏとのデータセットから基質収縮率ｓｒとＲｏの変動傾向を調べた。基質収縮率ｓｒとＲｏとの関係を図７に示す。図７のグラフから、基質収縮率ｓｒが大きくなると、Ｒｏが小さくなる傾向があり、Ｒｏが例えば１．０以下である場合、これらには決定係数が比較的高い逆相関の関係が成立すると推察できる。ところが、Ｒｏが１．０を超える場合、基質収縮率ｓｒは低下せず、Ｒｏが１．０以下である場合に成立していた逆相関の関係が成立しなくなり、基質収縮率ｓｒが約９〜１０．５％であるのに対してＲｏが約１．０〜１．５％となる。すなわち、Ｒｏが１．０を超える場合、Ｒｏが採り得る値の範囲（ばらつき）が広くなる傾向がある。

特許文献１に記載の方法では、σＲｏが小さくなるほど、配合炭の収縮が大きくなる傾向が認められているが、配合炭の平均反射率の値によって、σＲｏの収縮性への影響の程度が異なっている。また、特許文献１では、実炉の押し出し抵抗への影響が検討されていない。また、配合炭の基質収縮率ｓｒのばらつきも、配合炭のＲｏのばらつきも、どちらもコークス塊内の亀裂の発生に影響すると考えられるが、図７に示すように基質収縮率ｓｒとＲｏとの間には、ゆるやかな逆相関関係が成立するに過ぎず、実炉の押し出し抵抗の推定にどちらの指標が適しているかは明確ではなかった。そこで、本発明者らは、基質収縮率ｓｒの標準偏差σとＲｏの標準偏差σとの押出性への影響を比較する試験を行った。その結果を後述する実施例に示す。

複数銘柄の石炭を含む配合炭をコークス炉で乾留してコークスを製造する操業を行った。Ｒｏの標準偏差σを指標とするよりも、本発明の通り、基質収縮率ｓｒの標準偏差σを指標とする方が、押出性をより精度良く予測し得るかを確認するべく、操業の解析を行った。操業で用いた配合炭に含まれる石炭の基質収縮率ｓｒの標準偏差σと、配合炭を乾留して得られるコークスケーキを押し出す際に掛る押出機の負荷と、の関係を調べた。加えて、操業で用いた配合炭のビトリニットの反射率分布の標準偏差σ（以下「Ｒｏの標準偏差σ」と呼ぶ）と、押出機の負荷と、の関係を調べた。なお、配合炭の配合炭のビトリニットの反射率分布と標準偏差は、特許文献１に記載の方法で求めた。

コークス炉における１２４個の炭化室に着目し、３年４ヶ月分の操業データから、１回の押出しにおける押出機の最大負荷電流値の１日における平均（最大押出電流値の平均［Ａ］）を算出し、その最大押出電流値の平均を押出機の負荷とした。なお、押出性には、乾留時間が特に大きく影響するので、その影響を排除すべく、乾留時間が２０時間未満のデータのみを抽出した。操業期間中の配合炭に含まれる銘柄の石炭の変更及びその石炭の配合率の変更は、日毎に実施しており、日毎の配合炭の性状値と最大押出電流値の平均とのデータセットを算出することが可能となる。

基質収縮率ｓｒの標準偏差σと最大押出電流値の平均との関係を図８に示し、Ｒｏの標準偏差σと最大押出電流値の平均との関係を図９に示す。図８及び図９のグラフから、基質収縮率ｓｒの標準偏差σ及びＲｏの標準偏差σが小さくなるほど、最大押出電流値の平均は小さくなっているので、最大押出電流値の平均が小さくなる傾向が確認できる。また、最大押出電流値の平均が４４０Ａを、押出機の負荷の許容できる最大値（目標値）とすると、図８のグラフでは、基質収縮率ｓｒの標準偏差σが０．７％を超えると、最大押出電流値の平均が増加する場合が多く、標準偏差σが０．７％以下では最大押出電流値の平均は目標値未満となる。一方、図９のグラフでは、Ｒｏの標準偏差σが０．１５％程度となっても、最大押出電流値の平均は目標値を超える場合がある。このことから、Ｒｏの標準偏差σを指標とするよりも、基質収縮率ｓｒの標準偏差σを指標として標準偏差σが小さくなるように配合炭を調製する方が、最大押出電流値をより確実に抑えることが可能になっているとわかる。コークス押出時の最大押出電流値を管理する際には、押詰りに伴って発生する特に大きな最大押出電流値となる条件を避けることが重要である。図８と図９の傾向を比較すると、基質収縮率ｓｒの標準偏差σが０．７％以下の条件では、最大押出電流値の平均が４４０Ａを超えることはなく、本発明の方法が優れていると結論付けることができる。

１ 試料
２ 試料台
３ スリーブ
４ 温度計
５ 加熱装置
６ 温度検出器
７ 温度調節器
８ ガス導入口
９ ガス排出口
１０ 変位検出棒
１１ 変位計
１４ コークスケーキ
１５ 底板
１６ 側板
１７ 天板
２０ レトルト
１００ 基質収縮率測定装置

Claims (4)

1. 複数銘柄の石炭を含む配合炭の調製方法であって、
   前記配合炭に含まれる各銘柄の石炭の下記（Ａ）〜（Ｄ）の工程で求められる基質収縮率ｓｒ［％］と各銘柄の石炭の配合率ｗ［質量％］とから算出される基質収縮率ｓｒのばらつき量を指標として、前記配合炭中の各銘柄の石炭の配合率ｗを決定し、
   決定した配合率ｗで各銘柄の石炭を配合して配合炭を調製することを特徴とする配合炭の調製方法。
   （Ａ）石炭を、該石炭の再固化温度以上７００℃以下の範囲内の温度まで乾留し、セミコークスを作製し、
   （Ｂ）該セミコークスを粉砕し、粉砕されたセミコークスを圧密成型して成型物を作製し、
   （Ｃ）前記成型物を８００℃以上の収縮評価温度まで昇温し、
   （Ｄ）前記成型物の昇温開始前の寸法に対する、昇温開始前の寸法から、前記収縮評価温度時の寸法を減算して得られる差分の割合の百分率を、前記基質収縮率ｓｒ［％］として算出する。
2. 前記ばらつき量は前記基質収縮率ｓｒの標準偏差σであり、
   該標準偏差σが０．７％以下となるように前記配合率ｗを決定することを特徴とする請求項１に記載の配合炭の調製方法。
3. 予め、配合率ｗが異なる複数の配合炭の前記ばらつき量と、前記配合炭をコークス炉で乾留して得られるコークスケーキを前記コークス炉から排出する際に用いられる押出機の負荷が複数得られ、前記ばらつき量と前記押出機の負荷との関係が求められており、
   前記押出機の負荷が目標値以下となるばらつき量を前記関係から特定し、
   特定したばらつき量以下となるように前記配合率ｗを決定することを特徴とする請求項１に記載の配合炭の調製方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の配合炭の調製方法によって調製された配合炭を乾留してコークスを製造するコークスの製造方法。

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