JP2017082074A - コークス製造用組成物、成型炭、高炉用コークス、及び高炉用コークスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、高強度コークスを低コストで製造できるコークス製造用組成物及びその成型炭の提供を目的とする。【解決手段】本発明のコークス製造用組成物は、石炭と、バインダ材料とを含むコークス製造用組成物であって、上記バインダ材料が、無灰炭を原料とする粘結性補填材と、無灰炭を原料とし、上記粘結性補填材より軟化開始温度が低い強度維持材とを含む。上記石炭１００質量部に対する粘結性補填材及び強度維持材の含有量としては、それぞれ１質量部以上１０質量部以下が好ましい。上記粘結性補填材の軟化開始温度としては、１８０℃以上４００℃以下が好ましく、また上記強度維持材の軟化開始温度としては、５０℃以上１８０℃未満が好ましい。本発明は、当該コークス製造用組成物を成型した成型炭を含む。【選択図】なし

Description

本発明は、コークス製造用組成物、成型炭、高炉用コークス、及び高炉用コークスの製造方法に関する。

高炉での製鉄で使用されるコークスには、鉄鉱石（酸化鉄）の還元材としての機能、及び熱源（燃料）としての機能に加えて、コークス自体と鉄鉱石との荷重に耐えて炉内の通気性を確保するための充填材としての機能がある。この通気性を効果的に確保するため、高炉では鉄鉱石とコークスとが交互に層をなすように配置される。鉄鉱石の還元反応時には、このコークスは高炉内部で応力を受けながら、徐々にガス化して消耗していく。コークスに十分な強度がない場合、この反応時にコークスの著しい破壊（粉化）が生じ、上記層構造が崩れてしまうため、高炉内の通気性が悪化してしまう。従って、コークスには高い強度が求められる。

一般に、コークスは石炭を成型した後、１０００℃ないしそれ以上の高温で蒸し焼きにする（以下、「乾留する」ということがある。）ことにより製造される。強度の高いコークスを得る場合、粘結性の高い、いわゆる原料炭が使用されるが、このような原料炭は比較的高価である。そのため、コークスの製造コストの低減を目的として、粘結性の低い安価な劣質炭を用いることが望まれる。しかし、劣質炭を用いるとその低い粘結性によりコークスの強度が低下するため、劣質炭を配合できる量は限られる。

これに対し、高強度のコークスを得るコークス製造方法として、石炭ピッチ、アスファルトピッチ等を原料とする粘結性補填材を含浸させた細粒炭材を石炭と混合して乾留する方法が提案されている（特開２００１−４０３６３号公報参照）。この方法では、粘結性補填材により石炭粒子が連結し粒子間の空隙が充填され、高強度コークスが生成できる。しかしながら、粘結性補填材の原料となるピッチ材料は高価であり、コークスの製造コストを上昇させてしまう。

特開２００１−４０３６３号公報

本発明は上述のような事情に基づいてなされたものであり、本発明の目的は、高強度コークスを低コストで得られるコークス製造用組成物及びその成型炭の提供である。また、本発明の別の目的は、製造コストが低くかつ強度の高い高炉用コークス及びその製造方法の提供である。

本発明者らは、鋭意検討した結果、無灰炭を原料とし、軟化開始温度の異なる２種類のバインダ材料を石炭に配合することで劣質炭を多量に配合しても強度低下の少ないコークスが製造できることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、上記課題を解決するためになされた発明は、石炭と、バインダ材料とを含むコークス製造用組成物であって、上記バインダ材料が、無灰炭を原料とする粘結性補填材と、無灰炭を原料とし、上記粘結性補填材より軟化開始温度が低い強度維持材とを含むコークス製造用組成物である。

当該コークス製造用組成物は、成型する際に主に強度維持材が成型体の強度を維持するバインダとして機能するので、高密度かつ高強度の成型炭が得られる。このため、当該コークス製造用組成物は、この成型炭を乾留する際に石炭粒子同士が融着し易い。また、当該コークス製造用組成物は、乾留する際に主に粘結性補填材が石炭粒子同士の融着を促進し、粘結性補填材と強度維持材との結合と相まって、石炭粒子同士を結合させる。その結果、高強度コークスが得られる。さらに、粘結性補填材及び強度維持材が無灰炭、すなわち石炭を原料としているので、石炭、粘結性補填材及び強度維持材間の結合が石炭同士の結合となる。このため、当該コークス製造用組成物により得られる高強度コークスは、上記石炭粒子同士の結合力が強い。また、粘結性補填材及び強度維持材は、無灰炭を原料とするのでピッチ系のバインダ材料を用いる場合に比べ安価である。従って、当該コークス製造用組成物を用いることで、高強度コークスを低コストで製造することができる。

上記石炭１００質量部に対する粘結性補填材及び強度維持材の含有量としては、それぞれ１質量部以上１０質量部以下が好ましい。このように粘結性補填材及び強度維持材の含有量をそれぞれ上記範囲内とすることで、低コストを維持しつつさらに強度の高いコークスを製造できる。

上記粘結性補填材の軟化開始温度としては、１８０℃以上４００℃以下が好ましく、また上記強度維持材の軟化開始温度としては、５０℃以上１８０℃未満が好ましい。このように粘結性補填材の軟化開始温度及び強度維持材の軟化開始温度を上記範囲内とすることで、強度維持材及び粘結性補填材の上記作用により確実に奏することができるので、さらに強度の高いコークスを製造できる。

本発明は、当該コークス製造用組成物を成型した成型炭を含む。当該成型炭は、上述のように当該コークス製造用組成物を成型したものであるので、この成型炭を乾留することで、石炭粒子同士が強く結合するため、高強度コークスが得られる。また、当該コークス製造用組成物のバインダ材料である粘結性補填材及び強度維持材は、無灰炭を原料とするのでピッチ系のバインダ材料を用いる場合に比べ安価である。従って、当該成型炭を用いることで、高強度コークスを低コストで製造することができる。

上記課題を解決するためになされた別の発明は、石炭に由来する炭素成分と、上記石炭のバインダに由来する炭素成分とを含む高炉用コークスであって、上記バインダに由来する炭素成分が、第１の無灰炭に由来する炭素成分と、上記第１の無灰炭よりも軟化開始温度が低い第２の無灰炭に由来する炭素成分とを含む高炉用コークスである。

当該高炉用コークスは、バインダとして含まれる第２の無灰炭に由来する炭素成分により石炭が高密度化され、第１の無灰炭に由来する炭素成分により高密度化された石炭の粒子同士が強固に融着されているので強度が高い。また、当該高炉用コークスは、上記炭素成分が無灰炭に由来するので、ピッチ系の材料に由来する場合に比べ製造コストが低い。

上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、石炭と、バインダ材料とを成型する工程、及び上記成型物を熱処理する工程を備え、上記バインダ材料が、無灰炭を原料とする粘結性補填材と、無灰炭を原料とし、上記粘結性補填材より軟化開始温度が低い強度維持材とを含む高炉用コークスの製造方法である。

当該高炉用コークスの製造方法は、成型工程において主に強度維持材が成型体の強度を維持するバインダとして機能するので、高密度かつ高強度の成型炭が得られる。このため、この成型炭を熱処理する際に石炭粒子同士が融着し易い。また、当該高炉用コークスの製造方法は、熱処理工程において主に粘結性補填材が石炭粒子同士の融着を促進し、粘結性補填材と強度維持材との結合と相まって、石炭粒子同士を結合させる。その結果、高強度コークスが得られる。さらに、粘結性補填材及び強度維持材が無灰炭、すなわち石炭を原料としているので、石炭、粘結性補填材及び強度維持材間の結合が石炭同士の結合となる。このため、当該高炉用コークスの製造方法により得られる高強度コークスは、上記石炭粒子同士の結合力が強い。また、粘結性補填材及び強度維持材は、無灰炭を原料とするのでピッチ系の原料を用いる場合に比べ安価である。従って、当該高炉用コークスの製造方法は、高強度の高炉用コークスを低コストで製造することができる。

ここで、「軟化開始温度」とは、ＪＩＳ−Ｍ８８０１：２００８に準拠して測定される温度である。

以上説明したように、本発明のコークス製造用組成物及びその成型炭は、高強度コークスを低コストで得られる。また、本発明の高炉用コークスは製造コストが低く、かつ強度が高い。さらに、本発明の高炉用コークスの製造方法は、高強度の高炉用コークスを低コストで製造できる。

以下、本発明に係るコークス製造用組成物、成型炭、高炉用コークス、及び高炉用コークスの製造方法の実施形態について説明する。

＜コークス製造用組成物＞
当該コークス製造用組成物は、石炭と、バインダ材料とを含む。

〔石炭〕
当該コークス製造用組成物に含まれる石炭は特に限定されず、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．、ｄｒｙ ａｓｈ ｆｒｅｅ）が７８％未満である石炭化度の低い褐炭から炭素含有率が９１％超の石炭化度の高い無煙炭まで、各種公知の石炭を使用できる。中でも炭素含有率が７８％以上９１％以下の石炭化度を有する石炭が好ましい。このような石炭としては、瀝青炭及び亜瀝青炭を挙げることができる。なお、「炭素含有率」とは、石炭の水分と灰分とを除いた有機質（Ｃ、Ｈ、Ｎ、Ｓ、Ｏ）に対する炭素の含有率（質量％）をいい、ＪＩＳ−Ｍ８８１９：１９９７に準じて測定することができる。

また、コークスの製造コストの観点から、上記石炭は、亜瀝青炭、褐炭等低品位炭や一般炭などの粘結性の低いが安価な劣質炭を含むことが好ましく、特に劣質炭を含むことが好ましい。なお、「劣質炭」とは、炭素含有率が８５質量％以下であり、最高流動度の対数値ＬｏｇＭＦ［ｌｏｇｄｄｐｍ］が１以下の石炭を指す。ここで、「最高流動度ＭＦ［ｄｄｐｍ］」は、ＪＩＳ−Ｍ８８０１：２００４に準拠しギーセラープラストメータ法にて測定される値を指す。

当該コークス製造用組成物に含まれる石炭全体に対する劣質炭の割合の下限としては、２０質量％が好ましく、３０質量％がより好ましい。一方、石炭全体に対する劣質炭の割合の上限としては、６０質量％が好ましく、５０質量％がより好ましい。石炭全体に対する劣質炭の割合が上記下限未満である場合、劣質炭を使用することによるコークスの製造コストの低減効果が十分に得られないおそれがある。逆に、石炭全体に対する劣質炭の割合が上記上限を超える場合、製造されるコークスの強度が不足するおそれがある。

上記石炭は、微細に粉砕された粒子状とすることが好ましい。上記石炭を粒子状とする場合、質量累計９０％の粒子径の上限としては、４ｍｍが好ましく、２ｍｍがより好ましい。上記石炭の粒子径が上記上限を超える場合、石炭の粒子間にバインダ材料が十分に入り込めず、得られるコークスの強度が不十分となるおそれがある。なお、「質量累計９０％の粒子径」とは、全粒子をＪＩＳ−Ｚ８８０１−１：２００６に規定される金属製網篩で篩分けした際に、粒子全体の９０質量％の粒子が篩を通過できる篩の目開きの値を意味する。

なお、上記石炭は、風乾等により乾燥炭としてもよいが、水分を含んだ状態のものを用いてもよい。

〔バインダ材料〕
上記バインダ材料は、粘結性補填材と、強度維持材とを含む。

（粘結性補填材）
粘結性補填材は、無灰炭を原料とする。無灰炭は、熱流動性に優れると共に粘結性が高いため、石炭の粘結性を補填することができる。ここで、無灰炭（ハイパーコール、ＨＰＣ）は、石炭を改質した改質炭の一種であり、溶剤を用いて石炭から灰分と非溶解性成分とを可能な限り除去した改質炭である。しかしながら、無灰炭の流動性や膨張性を著しく損ねない範囲で、無灰炭は灰分を含んでもよい。一般に石炭は７質量％以上２０質量％以下の灰分を含むが、コークス製造用組成物に用いる無灰炭においては２質量％程度、場合によっては５質量％程度の灰分を含んでもよい。なお、「灰分」とは、ＪＩＳ−Ｍ８８１２：２００４に準拠して測定される値を意味する。

粘結性補填材の原料としては無灰炭以外の例えば公知のピッチ系材料等を含めることもできるが、無灰炭のみを原料とする、すなわち粘結性補填材として無灰炭を用いることが好ましい。

粘結性補填材の軟化開始温度の下限としては、１８０℃が好ましく、１９０℃がより好ましく、２００℃がさらに好ましい。一方、粘結性補填材の軟化開始温度の上限としては、４００℃が好ましく、３５０℃がより好ましく、３００℃がさらに好ましい。上記粘結性補填材の軟化開始温度が上記下限未満である場合、当該コークス製造用組成物を成型する際に粘結性補填材が軟化してしまい、当該コークス製造用組成物の成型炭を乾留する際にコークスの強度向上効果が不十分となるおそれがある。逆に、上記粘結性補填材の軟化開始温度が上記上限を超える場合、当該コークス製造用組成物の成型炭を乾留する際に粘結性補填材が十分に軟化せず、コークスの強度向上効果が不十分となるおそれがある。

石炭１００質量部に対する粘結性補填材の含有量の下限としては、１質量部が好ましく、２質量部がより好ましい。一方、上記粘結性補填材の含有量の上限としては、１０質量部が好ましく、６質量部がより好ましい。上記粘結性補填材の含有量が上記下限未満である場合、当該コークス製造用組成物の成型炭を乾留する際、コークスの強度向上効果が不十分となるおそれがある。逆に、上記粘結性補填材の含有量が上記上限を超える場合、コークスの強度向上効果が頭打ちとなり、コークスの製造コストに対する効果が不十分となるおそれがある。

粘結性補填材は、粒子径が上記石炭の粒子径より小さくなるように粉砕された粒子状とすることが好ましい。具体的には、粘結性補填材の質量累計９０％の粒子径の上限としては、２ｍｍが好ましく、１．５ｍｍがより好ましい。上記粘結性補填材の粒子径が上記上限を超える場合、粘結性補填材が石炭粒子間の空隙に十分に入り込むことができず、コークスの強度向上効果が不十分となるおそれがある。

粘結性補填材に用いる無灰炭は、例えばスラリー加熱工程、分離工程及び無灰炭取得工程を備える製造方法により製造できる。

まず、スラリー加熱工程で、無灰炭の原料となる石炭と溶剤とを混合して調製されたスラリーを加熱して、溶剤に可溶な石炭成分（溶剤可溶成分）を抽出する。上記溶剤としては、石炭を溶解する性質を有するものであれば特に限定されないが、例えばベンゼン、トルエン、キシレン等の単環芳香族化合物や、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の２環芳香族化合物などを挙げることができる。上記石炭に対する溶剤の質量比としては、特に限定されないが、例えば３倍以上１０倍以下とできる。

上記スラリーの加熱温度としては、溶剤に可溶な石炭成分が抽出できる限り、特に限定されないが、例えば３００℃以上４２０℃以下とできる。また、上記スラリーの加熱は、不活性ガス雰囲気中で加圧して行うとよい。このようにスラリーの加熱を不活性ガス雰囲気中ですることで、石炭が酸化することを防止できる。また、スラリーの加熱を加圧して行うことで、溶剤の揮発を抑止し、効率よく可溶成分を抽出できる。上記不活性ガスとしては、特に限定されないが、例えば窒素を用いることができる。また、加圧する圧力としては、加熱抽出の際の温度や用いる溶剤の蒸気圧にもよるが、例えば１ＭＰａ以上３ＭＰａ以下とすることができる。

次に、分離工程で、溶剤可溶成分を含む溶液部と、灰分等の溶剤に不溶な石炭成分を含む固形分濃縮液とに分離する。スラリーを液体成分と固体成分とに分離する方法としては、特に限定されず、濾過法、遠心分離法、重力沈降法等の公知の分離方法を用いることができる。

最後に、無灰炭取得工程で、この溶剤可溶成分を含む溶液部から溶剤を分離して、無灰炭を得る。溶液部から溶剤を分離する方法としては、特に限定されず、公知のスプレードライ法等の蒸発法、蒸留法などを用いることができる。

（強度維持材）
強度維持材は、無灰炭を原料とし、上記粘結性補填材より軟化開始温度が低い。強度維持材の原料としては無灰炭以外の例えば公知のピッチ系材料等を含めることもできるが、無灰炭のみを原料とする、すなわち強度維持材として無灰炭を用いることが好ましい。

強度維持材の軟化開始温度の下限としては、５０℃が好ましく、７０℃がより好ましく、８０℃がさらに好ましい。また、強度維持材の軟化開始温度としては、１８０℃未満が好ましく、１５０℃未満がより好ましく、１００℃未満がさらに好ましい。上記強度維持材の軟化開始温度が上記下限未満である場合、比較的低温で軟化するため、当該コークス製造用組成物の取り扱いに支障をきたすおそれがある。逆に、上記強度維持材の軟化開始温度が上記上限以上である場合、当該コークス製造用組成物を成型する際に強度維持材が十分に軟化せず、成型炭の高強度化及び高密度化が不十分となるおそれがある。

粘結性補填材と強度維持材との軟化開始温度の差の下限としては、７０℃が好ましく、１００℃がより好ましい。一方、上記軟化開始温度の差の上限としては、２５０℃が好ましく、２００℃がより好ましい。上記軟化開始温度の差が上記下限未満である場合、当該コークス製造用組成物を成型する際に、選択的に強度維持材を軟化させることができないおそれがある。逆に、上記軟化開始温度の差が上記上限を超える場合、当該コークス製造用組成物の成型時と、その成型物の乾留時の加熱温度差が不要に大きくなり、コークスの製造コストが増大するおそれがある。

石炭１００質量部に対する強度維持材の含有量の下限としては、１質量部が好ましく、２質量部がより好ましい。一方、上記強度維持材の含有量の上限としては、１０質量部が好ましく、６質量部がより好ましい。上記強度維持材の含有量が上記下限未満である場合、成型炭の高強度化及び高密度化が不十分となるおそれがある。逆に、上記強度維持材の含有量が上記上限を超える場合、成型炭の高密度化及び高密度化効果が頭打ちとなり、コークスの製造コストに対する効果が不十分となるおそれがある。

粘結性補填材の含有量に対する強度維持材の含有量の比の下限としては、０．３が好ましく、０．５がより好ましい。また、粘結性補填材の含有量に対する強度維持材の含有量の比の上限としては、４が好ましく、３がより好ましく、１がさらに好ましい。上記強度維持材の含有量の比が上記下限未満である場合、成型炭の高強度化及び高密度化が不十分となるおそれがある。逆に、上記強度維持材の含有量の比が上記上限を超える場合、コークスの強度向上効果が不十分となるおそれがある。

強度維持材は、粒子径が上記石炭の粒子径より小さくなるように粉砕された粒子状とすることが好ましい。強度維持材の粒子径は、粘結性補填材の粒子径と同様とできる。

強度維持材に用いる無灰炭は、上述の粘結性補填材に用いる無灰炭の製造方法において、スラリー加熱工程で使用する溶剤として、溶解力の比較的低い溶剤、例えばトルエンやテトラヒドロフラン等を用いることで製造できる。このように溶解力の比較的低い溶剤を用いて無灰炭を抽出することにより、軟化開始温度が低い無灰炭を得ることができる。なお、軟化開始温度が低い無灰炭を得るには、スラリーの加熱温度は比較的低い温度、例えば２０℃以上３００℃以下が好ましい。また、スラリー加熱工程で溶剤に混合する石炭の代わりに、上記粘結性補填材を用いることもできる。

＜成型炭＞
当該成型炭は、当該コークス製造用組成物を成型することで得られる。当該成型炭の形状としては、特に限定されないが、例えばブリケット状やペレット状とできる。また、当該成型炭の平均体積としては、例えば２ｍｌ以上２０ｍｌ以下とできる。

当該成型炭は、上述のように当該コークス製造用組成物を成型したものであるので、この成型炭を乾留することで、石炭粒子同士が強く結合するため、高強度コークスが得られる。また、当該コークス製造用組成物のバインダ材料である粘結性補填材及び強度維持材は、無灰炭を原料とするのでピッチ系のバインダ材料を用いる場合に比べ安価である。従って、当該成型炭を用いることで、高強度コークスを低コストで製造することができる。

＜高炉用コークス＞
当該高炉用コークスは、石炭に由来する炭素成分と、上記石炭のバインダに由来する炭素成分とを含み、上記バインダに由来する炭素成分が、第１の無灰炭に由来する炭素成分と、上記第１の無灰炭よりも軟化開始温度が低い第２の無灰炭に由来する炭素成分とを含む。

当該高炉用コークスは、バインダとして含まれる第２の無灰炭に由来する炭素成分により石炭が高密度化され、第１の無灰炭に由来する炭素成分により高密度化された石炭の粒子同士が強固に融着されているので強度が高い。また、当該高炉用コークスは、上記炭素成分が無灰炭に由来するので、ピッチ系の材料に由来する場合に比べ製造コストが低い。

＜高炉用コークスの製造方法＞
当該高炉用コークスの製造方法は、石炭と、バインダ材料とを成型する工程、及び上記成型物を熱処理する工程を備える。

（成型工程）
成型工程では、石炭と、バインダ材料である粘結性補填材及び強度維持材とを成型することで、成型炭を得る。ここで、上記バインダ材料は、無灰炭を原料とする粘結性補填材と、無灰炭を原料とし、上記粘結性補填材より軟化開始温度が低い強度維持材とを含む。上記石炭及びバインダ材料は、当該コークス製造用組成物で説明したものと同様である。

成型方法は、特に限定されず、例えば平ロールによる双ロール成型機、アーモンド型ポケットを有する双ロール成型機、単軸プレスやローラタイプの成型機、押出し成型機等の成型機を用いる方法を挙げることができる。中でも生産性の高い双ロール成型機を用いることが好ましい。

また、成型は加熱して行われる。成型時の加熱温度は、例えば１００℃以上１５０℃以下である。上記加熱温度は、強度維持材の軟化開始温度以上の温度であることが好ましい。このように加熱温度を強度維持材の軟化開始温度以上の温度とすることで、強度維持材が軟化し、成型炭の高強度化及び高密度化が促進される。また、上記加熱温度は、粘結性補填材の軟化開始温度以下の温度であることが好ましい。このように加熱温度を粘結性補填材の軟化開始温度以下の温度とすることで、成型工程では粘結性補填材が軟化せず、次に述べる熱処理工程での粘結性補填材によるコークスの強度向上効果が高まる。

（熱処理工程）
熱処理工程では、上記成型物（成型炭）を乾留処理することで、成型炭をコークス化する。成型炭を乾留する方法としては、特に限定されず、例えば縦型シャフト炉を用いて炉の上方から成型炭を連続的に装入し、炉内を上から下へ向かって移動する間に乾留する方法、成型炭を粉状のコークス原料石炭と混合して、室炉を用いてバッチ式に乾留する方法等を挙げることができる。

熱処理工程における加熱温度の下限としては、６５０℃が好ましく、７００℃がより好ましい。一方、熱処理工程における加熱温度の上限としては、１２００℃が好ましく、１１００℃がより好ましい。上記加熱温度が上記下限未満である場合、石炭の溶融が不十分となりコークスの強度が低下するおそれがある。逆に、上記加熱温度が上記上限を超える場合、炉の耐熱性や燃料消費の観点から製造コストが上昇するおそれがある。

熱処理工程における加熱時間の下限としては、５分間が好ましく、１０分間がより好ましい。一方、熱処理工程における加熱時間の上限としては、２４時間が好ましく、１６時間がより好ましい。上記加熱時間が上記下限未満の場合、石炭の溶融が不十分となりコークスの強度が低下するおそれがある。逆に、上記加熱時間が上記上限を超える場合、燃料消費の観点から製造コストが上昇するおそれがある。

熱処理雰囲気としては、特に限定されないが、石炭の酸化による劣化を防止するため、非酸化性ガス雰囲気、例えば窒素雰囲気が好ましい。

＜利点＞
当該コークス製造用組成物は、成型する際に主に強度維持材が成型体の強度を維持するバインダとして機能するので、高密度かつ高強度の成型炭が得られる。このため、当該コークス製造用組成物は、この成型炭を乾留する際に石炭粒子同士が融着し易い。また、当該コークス製造用組成物は、乾留する際に主に粘結性補填材が石炭粒子同士の融着を促進し、粘結性補填材と強度維持材との結合と相まって、石炭粒子同士を結合させる。その結果、高強度コークスが得られる。さらに、粘結性補填材及び強度維持材が無灰炭、すなわち石炭を原料としているので、石炭、粘結性補填材及び強度維持材間の結合が石炭同士の結合となる。このため、当該コークス製造用組成物により得られる高強度コークスは、上記石炭粒子同士の結合力が強い。また、粘結性補填材及び強度維持材は、無灰炭を原料とするのでピッチ系のバインダ材料を用いる場合に比べ安価である。従って、当該コークス製造用組成物を用いることで、高強度コークスを低コストで製造することができる。

また、当該高炉用コークスの製造方法は、バインダ材料が、無灰炭を原料とする粘結性補填材と、無灰炭を原料とし、上記粘結性補填材より軟化開始温度が低い強度維持材とを含むので、強度維持材及び粘結性補填材の上記作用により高強度コークスを低コストで製造することができる。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（石炭）
石炭としては、表１のような分析値を持つ火力発電用一般炭Ｘ及び製鉄用原料炭Ｙを用いた。なお、上記石炭は、全石炭に対する粒子径３ｍｍ以下の石炭の割合が９０質量％以上となるように粉砕して使用した。

なお、表１の灰分の量は、石炭を乾燥させたときの質量を基準（ｄ．ｂ．）として示しており、ＪＩＳ−Ｍ８８１２：２００６に準じて測定した値である。また、ＶＭとは、揮発分を意味し、ＪＩＳ−Ｍ８８１２：２００６に準じて測定できる。また、Ｏｄｉｆｆとは、酸素の含有量をＪＩＳ−Ｍ−８８１３：２００６の附属書５に従い、１００からＣ、Ｈ、Ｎ、Ｓの含有量を減じて求めた値を意味する。また、最高流動度ＭＦは、ＪＩＳ−Ｍ８８０１：２００４に準拠しギーセラープラストメータ法にて測定される値を指し、ＬｏｇＭＦはその対数値である。

（粘結性補填材）
以下の方法により無灰炭を製造した。まず、オーストラリア産瀝青炭を無灰炭の原料石炭とし、この原料石炭１ｋｇ（乾燥炭換算質量）と、溶剤としての４倍量（４ｋｇ）の１−メチルナフタレン（新日鉄化学社製）とを混合して、スラリーを調製した。このスラリーを内容積１０Ｌのバッチ式オートクレーブ中に入れ窒素を導入して１．２ＭＰａに加圧し、３８０℃で１時間加熱した。このスラリーを上述の温度及び圧力を維持した状態で加圧濾過器により溶液部と固形分濃縮液とに分離し、溶液部から蒸留法で溶剤を分離及び回収して、０．５ｋｇの無灰炭を得た。得られた無灰炭の最高流動度の対数ｌｏｇＭＦは、測定上限である４．７ｌｏｇｄｄｐｍ以上であった。また、上記無灰炭の軟化開始温度は２１０℃であった。この無灰炭を粘結性補填材として用いた。なお、上記粘結性補填材は、全粘結性補填材に対する粒子径１ｍｍ以下の粘結性補填材の割合が９０質量％以上となるように粉砕して使用した。

（強度維持材）
粉砕後の上記粘結性補填材１質量部に対し１０質量部の割合でメチルナフタレンを加え、５０℃の温度で１時間撹拌した後、溶剤可溶成分を抽出した。上記抽出後の溶液から不溶成分を濾過分離し、濾液から溶剤を留去して、抽出成分を得た。粘結性補填材に対する収率は４０質量％であった。また、上記抽出成分の軟化開始温度は９０℃であった。この抽出成分を強度維持材として用いた。なお、上記強度維持材は、全強度維持材に対する粒子径１ｍｍ以下の強度維持材の割合が９０質量％以上となるように粉砕して使用した。

（成型）
上記石炭、粘結性補填材及び強度維持材を表２に示す割合で混合し、コークス製造用組成物を調製した。このコークス製造用組成物を容量５ｍｌのアーモンド型ポケットを有する双ロール型成型機を用いて、１００℃に加熱しながら成型し、成型炭を得た。

（乾留）
上記成型炭を室炉に装入し、窒素雰囲気中で３℃／分の速度で１０００℃まで昇温し、１０分間保持することで乾留処理を行った。このようにして、実施例１〜１０及び比較例１、２の高炉用コークスを得た。

（評価）
得られた実施例及び比較例の全てについて、成型後及び乾留後の外観試験及び圧壊荷重試験を行った。結果を表２に示す。

外観試験では、以下の評価基準により外観を判定した。
Ａ：良好である。
Ｂ：わずかな変形が認められる。
Ｃ：大きな変形が認められる。
Ｄ：破損が著しい。

圧壊荷重試験は、円筒状のタブレットの中心軸に対して垂直の方向に圧縮荷重を加えて、破壊に至る荷重［ＭＰａ］を測定することにより行った。

表２中で、「−」は、成型炭又は乾留後のコークスの破損が著しいため、強度や外観の評価ができなかったことを意味する。

表２の結果から、コークス製造用組成物が石炭、粘結性補填材及び強度維持材を含む実施例１〜１０は、コークス製造用組成物の成型後の外観に破損が認められず、かつ乾留後のコークスの強度が高い。これに対して、比較例１は強度維持材を含まないため、コークス製造用組成物を成型することができず、比較例２は粘結性補填材を含まないため、乾留後のコークスが破損し、高強度コークスが得られない。このことから、コークス製造用組成物が石炭、粘結性補填材及び強度維持材を含むことで、高強度コークスが得られることが分かる。

また、石炭１００質量部に対する粘結性補填材及び強度維持材の含有量が、それぞれ２質量部以上６質量部以下である実施例４〜６、８、９は、粘結性補填材又は強度維持材のいずれかの含有量が２質量部未満又は６質量部超である実施例１〜３、７、１０よりも乾留後のコークスの強度が高い。このことから、石炭１００質量部に対する粘結性補填材及び強度維持材の含有量をそれぞれ２質量部以上６質量部以下とすることで、さらにコークスを高強度化できることが分かる。

以上説明したように、本発明のコークス製造用組成物及びその成型炭を用いることで、高強度コークスが低コストで得られる。また、本発明の高炉用コークスは製造コストが低く、かつ強度が高い。さらに、本発明の高炉用コークスの製造方法は、高強度の高炉用コークスを低コストで製造できる。

Claims (6)

1. 石炭と、バインダ材料とを含むコークス製造用組成物であって、
   上記バインダ材料が、無灰炭を原料とする粘結性補填材と、無灰炭を原料とし、上記粘結性補填材より軟化開始温度が低い強度維持材とを含むコークス製造用組成物。
2. 上記石炭１００質量部に対する粘結性補填材及び強度維持材の含有量が、それぞれ１質量部以上１０質量部以下である請求項１に記載のコークス製造用組成物。
3. 上記粘結性補填材の軟化開始温度が１８０℃以上４００℃以下であり、
   上記強度維持材の軟化開始温度が５０℃以上１８０℃未満である請求項１又は請求項２に記載のコークス製造用組成物。
4. 請求項１、請求項２又は請求項３に記載のコークス製造用組成物を成型した成型炭。
5. 石炭に由来する炭素成分と、上記石炭のバインダに由来する炭素成分とを含む高炉用コークスであって、
   上記バインダに由来する炭素成分が、第１の無灰炭に由来する炭素成分と、上記第１の無灰炭よりも軟化開始温度が低い第２の無灰炭に由来する炭素成分とを含む高炉用コークス。
6. 石炭と、バインダ材料とを成型する工程、及び
   上記成型物を熱処理する工程
   を備え、
   上記バインダ材料が、無灰炭を原料とする粘結性補填材と、無灰炭を原料とし、上記粘結性補填材より軟化開始温度が低い強度維持材とを含む高炉用コークスの製造方法。