JP4751173B2 - コークスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コークスの製造方法に関し、特に、非微粘結炭などの低反射率低膨張率炭を多量に配合しつつコークス強度を維持するためのコークスの製造方法に関する。

高炉用コークスの製造においては、コークスの強度を高炉で使用できるレベルに保つため、乾留時に十分軟化溶融し、かつ、コークス化したときに強固なコークスを形成するため、粘結炭である高膨張率炭を中心に配合されてきた。一方で、高膨張率炭の埋蔵量は、全石炭の中でも限られており、かつ、高価である。粘結性が劣るものの、埋蔵量が多くかつ安価な低石炭化度炭低膨張率炭（非微粘結炭）をコークス製造用原料として使用できれば、資源ソースの拡大およびコークス製造コスト低減に大きく貢献するため、注目を集めている。

通常、コークスの強度を高める目的で、石炭は、コークス炉に装入する前に粉砕され、粉砕後石炭の粒度が３ｍｍ以下の質量比率で７０〜９０％になるように管理されている。高強度のコークスを得るためには、石炭の粒度が細かい方が好ましいが、細粒化しすぎるとコークス炉に装入した際の嵩密度（以降、装入密度）が低下し、生産性が低下する。そこで、特定の性状の石炭のみを細かく粉砕することによって、コークス強度の向上を図る石炭の粉砕方法やコークスの製造方法がいくつか提案されている。

例えば、特許文献１には、反射率が０．８未満の石炭を、５ｍｍ篩下が実質的に１００％でかつ３ｍｍ篩下が８０％以上となるように微粉砕し、反射率が０．８以上の石炭を、反射率が０．８未満の石炭よりも粗く粉砕する方法が記載されている。特に、ギーセラー流動性試験における最高流動度（ＭＦ）が３以上かつトータルイナート（ＪＩＳ Ｍ８８１６ 石炭の微細組織成分および反射率測定方法 記載のイナーチニット成分の百分率）が２０％未満の石炭を最も粗粉砕することが好ましいことが示されている。

特許文献２には、低反射率非微粘結炭を３ｍｍ以下の粒子の割合が配合炭全体粒度よりも３〜１２％高くなるように粉砕し、粘結炭のグループの石炭を３ｍｍ以下の粒子が配合炭全体粒度よりも３〜１２％低くなるように粉砕することが示されている。

いずれも、低反射率かつ低粘結性のいわゆる非微粘結炭を優先的に細粒化し、粘結炭やトータルイナートの低い石炭を粗粒化している。しかし、粘結炭の配合比率が低く、非微粘結炭を多量に配合した場合、非微粘結炭を優先的に細粒化し粘結炭やトータルイナートの低い石炭を粗粒化する方法ではコークス強度を十分に高められない恐れがある。

特開２０００−３３６３７３号公報 特開２００１−１８１６５０号公報

本発明は、安価な非微粘結炭を多量に配合する場合、配合炭中における粘結性の高い高膨張率炭を優先的に細粒化し、強度の高いコークスを得ることが可能なコークス製造方法を提示することである。

本発明は、上記技術的課題を解決するものであり、即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。

（１） 各銘柄の石炭についてその性状を基に高膨張率炭、低反射率低膨張率炭および高反射率低膨張率炭に分類し、該分類に応じて石炭を粉砕し、配合した後、コークス炉に装入し乾留してコークスを製造する方法において、前記低反射率低膨張率炭の配合比率が配合炭の装入密度との関係で下記（１）式の関係を満足し、かつ、５０質量％以下であり、前記高反射率低膨張率炭の配合比率が２０〜３０質量％であり、また、前記高膨張率炭の６ｍｍ以上の質量比率が３％以上かつ５％以下で、かつ、０．３ｍｍ未満の質量比率が２０〜２５％であり、さらに、前記配合炭中の水分が５％以下であり、かつ、前記配合炭の３ｍｍ未満の質量比率が７５％以上８０％以下となるように、前記粉砕および配合を行うことを特徴とするコークスの製造方法。
低反射率低膨張率炭の配合比率（％）≧１５０×装入密度（ｔ／ｍ^３）−８２．５
・・・（１）

本発明により、安価な非微粘結炭を多量に配合しても、強度の高いコークスを得ることが可能なコークス炉装入用石炭の粉砕方法を提供できる。その結果、原料炭費用を削減しながら、高炉の安定操業に寄与するという効果をもたらす。

本発明の詳細を以下に説明する。

一般に、コークス強度は、ヤング率等の物性と欠陥によって支配されるが、通常、使用する石炭の炭種やその配合比率の範囲では、生成するコークス基質のヤング率等の物性は大きく変化せず、コークス中の欠陥がコークス強度を支配すると考えられている。

また、コークス中の欠陥は、構造上、石炭粒子間の局所的な接着不良（ミクロ欠陥）と、コークス全体の熱収縮による熱歪みを原因とする約６ｍｍ超の大きな亀裂の２種類に大きく分けられる。

このうち、石炭粒子間の局所的な接着不良（ミクロ欠陥）は、石炭の粘結性や嵩密度に大きく影響し、以下のように生成すると本発明者は考えている。

つまり、通常のコークス用原料炭は、コークス炉で４００℃前後の温度で軟化、膨張を開始し、５００℃前後の温度で再固化する。この際、石炭装入時の空隙率に対して石炭の膨張率が十分に高い場合は、石炭の軟化、膨張により石炭粒子間の空隙は充填されるとともに、軟化膨張した石炭粒子同士は十分に接着される。

しかし、石炭装入時の空隙率に対して石炭の膨張率が低い場合には、石炭の軟化、膨張により石炭粒子間の空隙を充填することはできず、各石炭粒子は拘束されず、自由膨張した後、石炭粒子同士は十分接触しないままコークス化する。また、石炭が自由膨張する際に、石炭粒子内に揮発分に起因して発生した気泡も大きくなり、石炭粒子の表層壁が徐々に薄くなり、石炭粒子内の気泡が表層壁を破壊し破裂する。

この各石炭粒子が自由膨張する際に、石炭粒子内で発生した小さな気泡が膨張し破裂して気泡同士が連結することにより形成された大きな気孔（以下、この気孔を連結気孔と呼ぶ）は、コークスの破壊の起点となり、上記石炭粒子間の接着不良とともに、コークスを低下させる大きな原因となる。

特に、低反射率低膨張率炭は、それ自身の膨張率が低いだけでなく、高反射率低膨張率炭や高膨張率炭よりも再固化温度が低いため、他の石炭が軟化・膨張しているときには、既に再固化し、他の石炭の粒子内に発生した気泡を粒子外に抜けやすくし、他の石炭の膨張性を阻害する。

これらの影響で、低反射率低膨張率炭の配合比率が高い条件では、配合炭全体として石炭粒子間の空隙を十分に充填することができず、また、各石炭粒子は自由膨張を起こすため、石炭粒子間の接着不良や大きな連結気孔が生成し、コークス強度は著しく低下する。

そこで、低反射率低膨張率炭を多量に配合する場合、配合炭全体としての粒子間空隙の充填能力を確保するために、高膨張率炭を配合するのが一般的であるが、単に高膨張率炭を配合するのみでは、膨張率向上により期待されるコークス強度の向上は図れず、所望のコークス強度を得られない場合がある。

一方で、低反射率低膨張率炭は、安価でかつ埋蔵量が大きく安定供給が可能な石炭であるため、配合炭中に低反射率低膨張率炭を多量に配合しつつ高い強度のコークスを製造することが望まれる。

そこで、本発明者は、配合炭中にいわゆる非微粘結炭である低反射率低膨張率炭を多量に配合する場合に、低反射率低膨張率炭とともに高膨張率炭を配合し、かつ、高膨張率炭の特性を利用して、低反射率低膨張率炭の多量配合時のコークス強度低下を抑制するための条件を、試験結果などから鋭意検討した。

図１は、高膨張率炭以外の石炭粒度は３ｍｍ以下の質量比率（以下、−３ｍｍ比率）が７５％となるように一定とし、高膨張率炭のみ所定の粒度範囲に調整し、配合炭中の高膨張率炭の平均粒度と、配合炭を乾留して得られたコークスの強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅（ＪＩＳ Ｋ２１５１）との関係を示す。

なお、配合炭は、高膨張率炭：３０％、高反射率低膨張率炭：３０％、低反射率低膨張率炭：４０％からなり、配合炭の装入密度は０．７５ｔ／ｍ³と一定とした。

ここで、配合炭の装入密度とは、水分０％として換算した石炭質量を石炭層の実容積で除した値である。

高膨張率炭とは、全膨張率が４０％以上である石炭を意味する。また、低反射率低膨張率炭とは、ビトリニットの平均最大反射率が０．９％未満であり、かつ、全膨張率が４０％未満である石炭を意味し、高反射率低膨張率炭とは、ビトリニットの平均最大反射率が０．９％以上であり、かつ、全膨張率が４０％未満である石炭を意味する。

石炭の全膨張率は、ＪＩＳ Ｍ８８０１で規定される試験方法に準じて、１５０μｍ以下に微粉砕した石炭を所定の棒状に加圧成型して、所定の細管に挿入し、その上にピストンを挿入し、所定の昇温速度で加熱した後、ピストンの上下の変位を測定することで測定される。

また、石炭中のビトリニットの平均最大反射率は、ＪＩＳ Ｍ８８１６で規定される試験方法に準じて、８５０μｍ以下に粉砕した石炭を樹脂埋め研磨し、研磨試料に油浸用液を付け、研磨試料中のビトリニットの油浸最大反射率を顕微鏡下で測定し、それらを平均することで測定される。

また、コークスのドラム強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅は、ＪＩＳ Ｋ２１５１に規定させる方法に準じて、２５ｍｍ以上のコークスサンプルを規定のドラム試験機に装入し、１５０回転させて粉化させた後１５ｍｍの篩で篩い分け、供試料に対する篩い上質量の比率を求めることで測定した。

図１から、配合炭中の高膨張率炭の平均粒度が２ｍｍより大きい場合は、コークスの強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅は著しく低下し、配合炭中の高膨張率炭を粉砕して、その平均粒径を２ｍｍ以下にすることで、コークスの強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅を向上させることができることを確認した。

図２、図３は、配合炭中の高膨張率炭の配合率を３０％とし、その平均粒度をそれぞれ１２．５ｍｍ、０．８ｍｍに調整した場合の配合炭を乾留して得られたコークスの断面組織を顕微鏡で観察した写真を示す。

配合炭中の高膨張率炭の平均粒度が１２．５ｍｍの場合（図２、参照）、コークスの断面組織中に高膨張率炭の粗大粒子に起因する大きな連結気孔が形成されている。一方、配合炭中の高膨張率炭の平均粒度が０．８ｍｍの場合（図３、参照）、コークスの断面組織中に大きな連結気孔の存在は観察されない。

以上の結果から、粘結性が低い低反射率低膨張率炭とともに、配合炭全体としての粘結性を確保するために高膨張率炭を配合する場合、（１）配合炭中の高膨張率炭の粗大粒子は、その周囲に膨張率が低い低反射率低膨張率炭粒子が存在するため自由膨張すると同時に、粗大粒子内に発生した気泡も破裂し、複数の気泡同士が連結した大きな連結気孔が発生する原因となること、（２）この高膨張率炭の粗大粒子を粉砕して減少させると、高膨張率炭粒子の個数の増加に起因して、高膨張率炭周囲に膨張性の高い粒子の存在する確率が上昇し、高膨張率炭粒子の自由膨張が抑制される作用により、大きな連結気孔の形成を抑制でき、配合炭中に安価であるが粘結性が低い非微粘結炭などの低反射率低膨張率炭を多量配合しても、所定のコークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅を得ることが期待できること、が判った。

なお、図１に示した配合炭中の高膨脹率炭の平均粒度とコークスの強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅との関係では、コークスの強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅の急激な低下を抑制するためには、高膨脹率炭の平均粒度は２ｍｍ以下とするのが好ましいことが判る。しかし、高膨脹率炭を粉砕して高膨脹率炭の平均粒度を２ｍｍ以下とすることは、配合炭全体粒度の低下による装入密度の低下を招くため、実操業上困難である。

このため、本発明者は、特にコークス強度低下の影響が顕著となると思われる高膨脹率炭粒度を６ｍｍ以上とし、良好なコークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅を維持するための高膨張率炭の６ｍｍ以上の質量比率について調査した。

図４は、高膨張率炭以外の石炭粒度は３ｍｍ以下が７５％となるように一定とし、高膨張率炭のみ石炭粒度を調整し、高膨張率炭の６ｍｍ以上の質量比率（以下、＋６ｍｍ比率という）と、配合炭を乾留して得られたコークスの強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅との関係を示す。

なお、配合炭は、高膨張率炭：３０％、高反射率低膨張率炭：３０％、低反射率低膨張率炭：４０％からなり、配合炭の装入密度は０．７５ｔ／ｍ³と一定とした。

図４に示すように、配合炭中の高膨張率炭の＋６ｍｍ比率が５％を超えると、配合炭中の高膨張率炭の＋６ｍｍ比率が増加するため、上述の通り、高膨張率炭の粗大粒子の自由膨張に伴なって粒子内に形成される大きな連結気孔に起因し、コークスの強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅は低下する。一方、配合炭中の高膨張率炭の＋６ｍｍ比率が３％未満となると、高膨張率炭粒子が微細となり、粒子内に発生した気泡は容易に粒子外に抜けるため各高膨張率炭自体の膨張率が減少し、その結果、石炭粒子間の接着不良が生じ、コークス強度は低下する。

なお、図５、図６に、配合炭中の高膨張率炭の配合率を３０％とし、それぞれ高膨張率炭の６ｍｍ以上の質量比率を１０％、４％にした場合の配合炭を乾留して得られたコークスの断面組織を顕微鏡で観察した結果（写真）を示す。

配合炭中の高膨張率炭の６ｍｍ以上の質量比率が１０％の場合（図５、参照）、コークスの断面組織中に、高膨張率炭の粗大粒子に起因する大きな連結気孔が形成されている。一方、配合炭中の高膨張率炭の６ｍｍ以上の質量比率を４％の場合（図６、参照）、コークスの断面組織中に、大きな連結気孔の存在は観察されない。

以上の検討結果を踏まえ、本発明では、配合炭中に安価な非微粘結炭などの低反射率低膨張率炭を多量配合しても、所定のコークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅を維持するために、配合炭中の高膨張率炭の６ｍｍ以上の質量比率を３％以上、５％以下となるようにする。

また、本発明者の検討結果によれば、配合炭中に低反射率低膨張率炭と高膨張率炭を配合する場合には、高膨張率炭の６ｍｍ以上の粗大粒子を細粒化することによるコークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅の向上効果は、配合炭の装入密度と配合炭中の低反射率低膨張率炭の配合率の条件に大きく影響することが判明した。

図７は、配合炭中の高膨張率炭の配合率を３０％と一定とし、高膨張率炭以外の石炭粒度は３ｍｍ以下の質量比率（以下、−３ｍｍ比率）が７５％となるように一定とし、高膨張率炭のみを＋６ｍｍ比率が３〜５質量％となるように調整する場合に、配合炭中の低反射率低膨張率炭の配合率および配合炭の装入密度と、高膨張率の粉砕によるコークス強度の増加量ΔＤＩ¹⁵⁰ ₁₅との関係を示す。

なお、図７中に示すコークス強度の増加量ΔＤＩ¹⁵⁰ ₁₅（図中の数字）は、高膨張率炭をそれ以外の石炭粒度と同じ３ｍｍ以下が７５％とする場合のコークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅を基準強度とし、配合炭中の高膨張率炭のみを細粒化してその＋６ｍｍ比率が３〜５質量％となるように調整した場合の平均コークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅と前記基準強度との差分を、コークス強度の増加量ΔＤＩ¹⁵⁰ ₁₅として評価した。

また、配合炭中の高膨張率炭（３０％）および低反射率低膨張率炭（２０〜５０％）、その他の石炭は、高反射率低膨張率炭（２０〜５０％）を配合した。

図７から、例えば、条件Ａに示される、配合炭の装入密度：０．７５ｔ／ｍ³、低反射率低膨張率炭の配合率：４０％の条件では、配合炭中の高膨張率炭のみを粉砕し、その＋６ｍｍ比率が３〜５質量％とすることにより、コークス強度の増加量ΔＤＩ¹⁵⁰ ₁₅は１．１となり、コークス強度向上効果が発揮される。

しかし、条件Ｂに示される、装入密度（０．７５ｔ／ｍ³）を一定で、低反射率低膨張率炭の配合率を条件Ａの４０％から２０％に低減した条件、或いは、条件Ｃに示される、低反射率低膨張率炭の配合率（４０％）一定で、配合炭の装入密度を条件Ａの０．７５ｔ／ｍ³から０．８５ｔ／ｍ³に増加した条件では、配合炭中の高膨張率炭のみを粉砕し、その＋６ｍｍ比率が３〜５質量％としても、コークス強度向上効果は得られない。

つまり、図７に示されるように、配合炭中の高膨張率炭のみを粉砕して、その＋６ｍｍ比率が３〜５質量％となるように調整することにより、上述した高膨張率炭の粗大粒子の自由膨張に伴なう石炭粒子内の大きな連結気孔の発生を抑制し、コークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅を向上させるためには、配合炭中の低反射率低膨張率炭の配合率を、配合炭の装入密度との関係で下記（１）式の関係を満足するようにする必要がある。
低石炭化度低膨張率炭の配合比率（％）≧１５０×装入密度（ｔ／ｍ³）−８２．５
・・・（１）

配合炭中の低反射率低膨張率炭の配合率と配合炭の装入密度との関係が上記（１）式を満足する条件において、配合炭中の高膨張率炭のみを細粒化して、その＋６ｍｍ比率を低減することによるコークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅向上の効果が得られる理由は、以下のように考えられる。

即ち、低石炭化度低膨張率炭の配合比率が、上記（１）式の右辺に示される「１５０×装入密度（ｔ／ｍ³）−８２．５」よりも高い条件では、コークス炉で加熱されて高膨張率炭が軟化、膨張する際に、その周囲の空隙率が高くなるため、高膨張率炭の粗大粒子が多く存在する場合には、高膨張率炭粒子は、その周囲から拘束されずに自由膨張し、その結果、石炭粒子内の大きな連結気孔の形成を抑制することができない。

したがって、この条件では、配合炭中に多く存在する高膨張率炭の粗大粒子を粉砕により減少させることによって、高膨張率炭粒子周囲の膨張率が高まり、高膨張率炭粒子の自由膨張が抑制され、粒子内の大きな連結気孔の生成は抑制され、コークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅は向上する。

一方、低石炭化度低膨張率炭の配合比率が、上記（１）式の右辺に示される「１５０×装入密度（ｔ／ｍ³）−８２．５」よりも低い条件では、石炭装入時の空隙率が元々低く、或いは高膨張率炭粒子の周囲の膨張率が高いため、高膨張率炭が軟化、膨張する際に、その周囲の空隙率が低い。

したがって、この条件では、配合炭中に多く存在する高膨張率炭の粗大粒子を粉砕により減少させなくても、高膨張率炭粒子は周囲から十分拘束されるため、石炭粒子内で大きな連結気孔の生成は抑制され、また、石炭粒子間の接着も良好となる結果、コークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅が良好となる。よって、高膨張率炭の粗大粒子を粉砕により減少させる必要がない。

以上の結果から、本発明では、配合炭中の高膨張率炭のみを粉砕して、その＋６ｍｍ比率が３〜５質量％となるように調整することにより、上述した高膨張率炭の粗大粒子の自由膨張にともなう石炭粒子内の大きな連結気孔の発生を抑制し、コークスの強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅を向上させる効果を十分に発揮させるために、配合炭中の低反射率低膨張率炭の配合率を配合炭の装入密度との関係で下記（１）式の関係を満足するようにする。

また、本発明者は、上記配合炭中の高膨張率炭を粉砕して、その＋６ｍｍ比率が３〜５質量％となるようにする際に、高膨張率炭の０．３ｍｍ未満の質量比率（以下、−０．３ｍｍ比率という）が２３％未満とすることにより、さらにコークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅を向上することができることを確認した。

表１に示すように、配合炭中の高膨張率炭を粉砕する際にその＋６ｍｍ比率が４質量％と一定の条件とし、高膨張率炭の−０．３ｍｍ比率が２５％となる粉砕条件Ｉと、高膨張率炭の−０．３ｍｍ比率が２０％となる粉砕条件ＩＩの２条件で粉砕を行い、配合炭中の高膨張率炭：３０％、高反射率低膨張率炭：３０％、低反射率低膨張率炭：４０％、とし、配合炭の装入密度は０．７５ｔ／ｍ³の条件で乾留してコークスを製造し、コークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅（ＪＩＳ Ｋ２１５１）を測定した。なお、高膨張率炭以外の石炭粒度は、３ｍｍ以下が７５％となるように粉砕した。

図８に、粉砕条件Ｉと粉砕条件ＩＩの場合のコークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅を示す。

図８に示すように、配合炭中の高膨張率炭の＋６ｍｍ比率を本発明が規定する３〜５質量％の範囲内（＋６ｍｍ比率：４質量％）とし、さらに、高膨張率炭の−０．３ｍｍ比率を好ましい２３％未満の範囲内（−０．３ｍｍ比率：２０％）とする粉砕条件ＩＩの場合には、高膨張率炭の−０．３ｍｍ比率が好ましい２３％未満の範囲から外れた（−０．３ｍｍ比率：２５％）粉砕条件Ｉの場合に比べて、コークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅をさらに向上できることが判る。

上述したように、過度に微細化された高膨張率炭粒子が多くなると、微細化された高膨張率炭粒子が軟化、膨張する際に粒子内に発生した気泡は容易に粒子外に抜け、各高膨張率炭自体の膨張率が減少するため、石炭粒子間の接着不良が生じ、コークス強度は低下する。

高膨張率炭の−０．３ｍｍ比率を２３％未満に低減することにより、コークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅がさらに向上した理由は、過度に微細化された高膨張率炭の微粉粒子が低減されたことで、各高膨張率炭自体の膨張率向上が有効に作用し、石炭粒子内の連結気孔が抑制され、石炭粒子間の接着が良好になったためと考えられる。

したがって、本発明では、さらにコークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅を安定して向上するために、上記配合炭中の高膨張率炭を粉砕して高膨張率炭の６ｍｍ以上の質量比率を３〜５質量％とする際に、高膨張率炭の０．３ｍｍ未満の質量比率が２３％未満となるように粉砕することが好ましい。

なお、本発明において、高膨張率炭の＋６ｍｍ比率を３〜５質量％とし、かつ、高膨張率炭の−０．３ｍｍ比率を２３％未満とするように粉砕するには、例えば、石炭を一旦篩に掛け、篩上を重点的に粉砕する方法や、石炭を磨砕力やせん断力等により粉砕する方法が適用できる。

また、配合炭中に安価な低反射率低膨張率炭を多量に配合しコークスの生産性を良好に維持しつつ、配合炭中の高膨張率炭の粉砕によるコークス強度を向上させるためには、配合炭の装入密度が一定条件でコークスを製造することが好ましい。

図９は、配合炭中の水分および配合炭の３ｍｍ未満の質量比率（以下、−３ｍｍ比率という）と配合炭の装入密度との関係を示す。

なお、配合炭中の高膨張率炭：３０％、高反射率低膨張率炭：３０％、低反射率低膨張率炭：４０％である。

図９に示すように、配合炭の水分が８％の場合には、配合炭中の−３ｍｍ比率が増加するにつれて、配合炭の装入密度が顕著に低下する。これは、水分の高い状態で配合炭全体粒度が細かくなると、配合炭中の粗粒部分に微粉が付着した疑似粒子が増加するため、粒度分布の幅が狭くなり、充填構造が粗になりやすくなるためである。

一方、配合炭の水分が５％以下の場合は、配合炭中の−３ｍｍ比率が８０％以下の範囲では、上記疑似粒子化は抑制され、充填構造が密な状態を維持できるため、配合炭の装入密度を一定に維持することができる。

したがって、本発明では、配合炭中に安価な低反射率低膨張率炭を多量に配合しコークスの生産性を良好に維持しつつ、配合炭中の高膨張率炭の粉砕によるコークス強度を向上させるために、上記本発明の規定条件に加えて、さらに、高膨張率炭を＋６ｍｍが３〜５％まで細粒化しても、配合炭中の水分を５％以下とし、かつ、配合炭の３ｍｍ未満の質量比率を８０％以下となるように配合を行うこととする。

以下に本発明の効果を実施例により説明する。

実機コークス炉をシミュレートすることができる試験用コークス炉を用いて、配合炭の乾留試験及び乾留後コークスの評価試験を実施した。

配合炭の装入密度は、ＡＳＴＭ Ｄ−２９１−８６に記載されている方法で測定し、この装入密度に調整して、配合炭をコークス炉に装入し、乾留後コークスのドラム強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅を測定した。

コークスのドラム強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅は、ＪＩＳ Ｋ２１５１に規定させる方法に準じて、２５ｍｍ以上のコークスサンプルを規定のドラム試験機に装入し、１５０回転して粉化した後、１５ｍｍの篩で篩い分け、供試料に対する篩い上質量の比率を求めることで測定した。

配合炭を構成する石炭は、表２に示すような高膨張率炭（Ａ炭）、高反射率低膨張率炭（Ｂ炭）および低反射率低膨張率炭（Ｃ炭）の３銘柄の石炭を使用した。

配合炭を構成する高膨張率炭（Ａ炭）、高反射率低膨張率炭（Ｂ炭）および低反射率低膨張率炭（Ｃ炭）のそれぞれの粒度（＋６ｍｍ比率、−３ｍｍ比率、−０．３ｍｍ比率）および配合率、配合炭の粒度および水分の各条件を表３に示す。装入密度、並びに乾留して得られたコークスのドラム強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅を図１０に示す。

発明例１〜３はいずれも、本発明で規定する低反射率低膨張率炭（Ｃ炭）の配合率と配合炭の装入密度との関係が下記（１）式の関係を満足し、かつ高膨張率炭（Ａ炭）の６ｍｍ以上の質量比率を３％以上かつ５％以下となるように粉砕したため、何れもコークス強度は良好に維持できた。

発明例１では、高膨張率炭のＡ炭を＋６ｍｍ比率が４％まで細粒化し、その他の石炭の粒度は一定とした。このとき比較例３と比べ装入密度は０．０２ｔ／ｍ³低下したものＤＩ¹⁵⁰ ₁₅は０．７ポイント向上し、８４．７ポイントとなった。

発明例２では、高膨張率炭のＡ炭を＋６ｍｍ比率が４％まで細粒化しつつ、かつ−０．３ｍｍの比率を２０％になるよう粉砕した。その他の石炭の粒度は一定とした。このときも比較例３と比べ装入密度は０．０２ｔ／ｍ³低下したが、ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅は１．１ポイント向上し、８５．１ポイントとなった。

発明例３では、高膨張率炭のＡ炭を６ｍｍ比率が４％まで細粒化し、低炭化度低膨張率炭のＣ炭を＋６ｍｍが１４％まで粗粒化した。配合炭全体の＋６ｍｍ比率、−３ｍｍ比率、および、−０．３ｍｍ比率は比較例３と同一にした。このときＤＩ¹⁵⁰ ₁₅は８４．７であり、比較例１と比べ０．７ポイント向上した。なお、装入密度は、比較例１と比べて変化しなかった。

一方、比較例１〜３は、本発明で規定する低反射率低膨張率炭（Ｃ炭）の配合率と配合炭の装入密度との関係が下記（１）式の関係を満足しているものの、高膨張率炭（Ａ炭）の６ｍｍ以上の質量比率の条件が外れたため、コークス強度は低下した。

比較例１では、高炭化度高膨張率炭のＡ炭を６ｍｍ比率が０％まで細粒化し、本発明で規定する高膨張率炭（Ａ炭）の６ｍｍ以上の質量比率の範囲から低く外れたため、コークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅は８４．０と低かった。

比較例２では、低反射率低膨張率炭のＣ炭を＋６ｍｍが４％まで細粒化したが、一方で高炭化度高膨張率炭のＡ炭を＋６ｍｍ比率が１８％まで粗粒化したが、本発明で規定する高膨張率炭（Ａ炭）の６ｍｍ以上の質量比率の範囲から高く外れたため、コークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅は８４．０と低かった。

比較例３では、いずれの銘柄の石炭も、＋６ｍｍが１０％であり、本発明で規定する高膨張率炭（Ａ炭）の６ｍｍ以上の質量比率の範囲から高く外れたため、コークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅は８４．０と低かった。

発明例４、比較例４は、本発明で規定する低反射率低膨張率炭（Ｃ炭）の配合率と配合炭の装入密度との関係が下記（１）式の関係を満足し、加えて配合炭の水分を５％以下（３．５％）に調整した条件である。

発明例４では、高膨張率炭のＡ炭を＋６ｍｍ比率が４％まで細粒化しつつ、かつ−０．３ｍｍの比率を２０％になるよう粉砕した。その他の石炭の粒度は一定とした。このとき比較例４と比べ装入密度はで維持され（０．８１ｔ／ｍ³）、ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅は１．５ポイントと顕著に向上し、８５．５ポイントとなった。

比較例４では、いずれの銘柄の石炭も、＋６ｍｍが１０％であり、本発明で規定する高膨張率炭（Ａ炭）の６ｍｍ以上の質量比率の範囲から高く外れたため、コークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅は８４．０と低かった。

本発明は前述したように、原料炭費用を削減しながら、高炉の安定操業に寄与するので、鉄鋼産業において利用可能性の大きいものである。

配合比率１５％の高膨張率炭の平均粒度とコークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅の関係を示す図である。 平均粒度１２．５ｍｍの高膨張率炭粒子を添加した場合のコークス組織（顕微鏡写真）を示す図である。 平均粒度０．８ｍｍの高膨張率炭粒子を添加した場合のコークス組織（顕微鏡写真）を示す図である。 高膨張率炭の６ｍｍ以上の質量比率とコークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅の関係を示す図である。 配合比率３０％の高膨張率炭の６ｍｍ以上の質量比率が１０％のときのコークス組織（顕微鏡写真）を示す図である。 配合比率３０％の高膨張率炭の６ｍｍ以上の質量比率が４％のときのコークス組織（顕微鏡写真）を示す図である。 高膨張率炭を６ｍｍ以上の質量比率を１０％から３〜５％の範囲内に細粒化した際のＤＩ¹⁵⁰ ₁₅向上効果の発現領域およびその効果を示す図である。 粉砕条件ＩおよびＩＩのときのコークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅を示す図である。 石炭水分で層別した配合炭３ｍｍ未満の質量比率と装入密度の関係を示す図である。 実施例および比較例での、コークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅および装入密度の測定結果を示す図である。

Claims (1)

1. 各銘柄の石炭についてその性状を基に高膨張率炭、低反射率低膨張率炭および高反射率低膨張率炭に分類し、該分類に応じて石炭を粉砕し、配合した後、コークス炉に装入し乾留してコークスを製造する方法において、前記低反射率低膨張率炭の配合比率が、配合炭の装入密度との関係で下記（１）式の関係を満足し、かつ、５０質量％以下であり、前記高反射率低膨張率炭の配合比率が２０〜３０質量％であり、
   また、前記高膨張率炭の６ｍｍ以上の質量比率が３％以上かつ５％以下で、かつ、０．３ｍｍ未満の質量比率が２０〜２５％であり、
   さらに、前記配合炭中の水分が５％以下であり、かつ、前記配合炭の３ｍｍ未満の質量比率が７５％以上８０％以下となるように、前記粉砕および配合を行うことを特徴とするコークスの製造方法。
   低反射率低膨張率炭の配合比率（％）≧１５０×装入密度（ｔ／ｍ^３）−８２．５
   ・・・（１）