JP5504730B2 - 高炉用コークスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コークス粒径の拡大及びコークス強度の向上を目的とする高炉用コークスの製造方法に関するものである。

冶金用コークスは、高炉操業の安定化を図ることを品質管理の目標として設定されており、特にコークスの役割である高炉内通気性を確保するための充填材としての役割が、最近の高炉の大型化や微分炭の多量吹き込み操業においては注目されている。このためコークス品質としては、コークス強度を維持しながらコークス粒径の拡大が求められている。

コークス強度を維持しながらコークス粒径の拡大を図る方法として、特許文献１は、原料炭に粘結材と低収縮炭材を配合してこれを乾留することによりコークスを製造する際に、予め当該粘結材の添加量、低収縮炭材の粒径と添加量を変数として得られるコークスの粒径との関係を求めておき、前記粘結材の添加量ならびに低収縮炭材の粒径および添加量を、目的とするコークス粒径から設定することを特徴とするコークスの製造方法を開示する。

コークス粒径を拡大するために添加される低収縮炭材は、石炭の軟化溶融時に膨張せず、石炭の再固化時に収縮し難い組織であるため、石炭の膨張による石炭粒子間の接着を阻害するとともに、石炭の収縮時に亀裂を発生させ、コークス強度を低下させる原因となる。

特開平１１−１８１４３９号公報

本発明者等は、低収縮炭材がコークス粒径に与える影響及びコークス強度に与える影響について詳細な調査を行った結果、低収縮炭材の種類によってそれらの影響が異なることを発見した。しかしながら、特許文献１では、これらの知見について明らかにされておらず、コークス粒径の拡大及びコークス強度の向上を両立する手段として不十分であった。

上記課題を解決するために、本願発明の高炉用コークスの製造方法は、複数銘柄の原料炭を銘柄別に粉砕し、目標コークス強度ＤＩ^１５０ _１５となるように配合した配合炭をコークス炉に装入して高炉用コークスを製造する高炉用コークスの製造方法において、
（Ａ）（Ａ１）前記配合炭に含まれる収縮率が１０％以下の低収縮炭材ｊ（ｊ＝１〜ｎ、ｎは２以上の自然数）を、長さサイズとして、０．１ｍｍ未満、０．１〜０．３ｍｍ未満、０．３〜０．５ｍｍ未満、０．５〜１．０ｍｍ未満、１．０〜３．０ｍｍ未満のサイズ区分ｉ（ｉ＝１〜５）に区分けし、各サイズ区分ｉの前記低収縮炭材ｊ全体に対する重量百分率Ｉｂ_ｉｊを測定し、
（Ａ２）前記低収縮炭材ｊのサイズ区分ｉ別のコークス表面破壊粉率Ｄ^１５０ _−６への影響度Ａ_ｉ（−／重量％）、及びコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉ（ｍｍ／重量％）を、下記の式（４）及び式（５）の最小二乗法による回帰分析により予め求め、
ＤＩ ¹⁵⁰ _-6 （−）−基準ＤＩ ¹⁵⁰ _-6 ＝Σ _i=1〜５ Ａ _i ×Ｉｂ _i,j ・・・（４）
ＤＩ ¹⁵⁰ _-6 ；サイズ区分ｉ（＝１〜５）を満たすように粉砕した石炭を用いて製造したコークスのコークス表面破壊強度（−）、
基準ＤＩ ¹⁵⁰ _-6 ；コークス表面破壊強度（−）に対する影響がない低収縮炭材粒子の長さサイズ（最大長さ）が０．１ｍｍ未満となるように粉砕した石炭を用いて製造したコークスのコークス表面破壊強度（−）、
ＭＳ（ｍｍ）−基準ＭＳ＝Σ _{ｉ＝１〜５} Ｃ _ｉ ×Ｉｂ _ｉ,ｊ ・・・・（５）
ＭＳ（ｍｍ）；サイズ区分ｉ（＝１〜５）を満たすように粉砕した石炭を用いて製造したコークスの平均粒度（ｍｍ）、
基準ＭＳ；ＭＳに対する影響がない低収縮炭材粒子の長さサイズ（最大長さ）が０．１ｍｍ未満となるように粉砕した石炭を用いて製造したコークスのＭＳ、
（Ｄ）下記（１）式を用いて、低収縮炭材（ｊ）、重量百分率（Ｉｂ_ｉｊ）、低収縮炭材添加率（Ｙ_ｊ）により、低収縮炭材添加後のコークス粒度ＭＳ−低収縮炭材添加前のコークス粒度ＭＳを求め、
低収縮炭材添加後のコークス粒度ＭＳ−低収縮炭材添加前のコークス粒度ＭＳ＝Σ_{ｊ＝１〜ｎ}｛Σ_{ｉ＝１〜ｍ}Ｃ_ｉ×Ｉｂ_ｉｊ｝・Ｙ_ｊ・・・・・（１）
但し、
低収縮炭材添加後のコークス粒度ＭＳ：低収縮炭材を添加した後の石炭を用いて製造したコークスの粒度（ｍｍ）
低収縮炭材添加前のコークス粒度ＭＳ：低収縮炭材を添加する前の石炭を用いて製造したコークスの粒度（ｍｍ）
Ｙ_ｊ：低収縮炭材ｊの添加割合（質量％）
（Ｅ）さらに、下記（２）式によりコークス強度低下度ΔＤＩ^１５０ _１５を求め、
ΔＤＩ^１５０ _１５＝Σ_{ｊ＝１〜ｎ}｛Σ_{ｉ＝１〜ｍ}Ａ_ｉ×Ｉｂ_ｉｊ｝・Ｙ_ｊ・・・（２）
但し、ΔＤＩ^１５０ _１５：低収縮炭材によるコークス強度ＤＩ^１５０ _１５の低下（−）
（Ｆ）（２）を補填するように、粘結補填材添加する方法であって、
（Ｇ）前記低収縮炭材が、粉コークス、石油コークス、イナート組織、半無煙炭の１種または２種以上である、ことを特徴とする。

本発明によれば、コークス粒径の拡大及びコークス強度の向上を両立することができる。

炭材Ａの各サイズ区分別のコークス表面破壊粉率ＤＩ^１５０ _−６への影響度Ａｉ及びコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃｉを示す。 炭材Ｂの各サイズ区分別のコークス表面破壊粉率ＤＩ^１５０ _−６への影響度Ａｉ及びコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃｉを示す。 炭材Ｃの各サイズ区分別のコークス表面破壊粉率ＤＩ^１５０ _−６への影響度Ａｉ及びコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃｉを示す。 炭材Ｄの各サイズ区分別のコークス表面破壊粉率ＤＩ^１５０ _−６への影響度Ａｉ及びコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃｉを示す。

一般に、コ−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。しかし、通常の高炉用コークスの製造プロセスで使用する原料炭の炭種、その配合比率、及び、通常の乾留温度の条件で生成するコークスの基質におけるヤング率等の物性は、大きく変化しない。そのため、コークス強度は、コ−クス中の欠陥により支配されると考えられている。

コークス強度を支配するコークス中の欠陥は、構造上、主として、石炭の軟化膨張時に生じる石炭粒子間の接着不良及び粗大気孔と、その他、主として、再固化後の収縮時に生じるクラックの２種類に大きく分けられる。

通常のコークス製造用の原料炭は、コークス炉内で、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し、コークス化する。

石炭の軟化、膨張時に、軟化溶融した石炭が石炭粒子間の空隙に入り込み、石炭粒子同士が接着する。その後、軟化溶融状態の石炭粒子が再固化して、コ−クス化する過程において、石炭粒子が収縮する。

石炭粒子の再固化後の収縮過程において、石炭粒子中に収縮率の異なる組織があると、これらの組織間に収縮差が生じ、石炭粒子中にクラックが発生する。この石炭粒子中のクラックは、コークスの破壊の起点となり、コークス強度を低下させる原因となる。

コークス粒径拡大のために配合炭に添加される低収縮炭材は、石炭の加熱により軟化溶融するビトリニット組織及びエグジニット組織に比べ、揮発分が少なく、石炭の軟化・膨張時に殆ど膨張せず、再固化後の収縮率が小さい。

石炭の再固化した後の収縮時に生じるクラックは、低収縮炭材のような非軟化溶融組織とビトリニット組織やエグジニット組織などの軟化溶融組織との収縮率の差により、非軟化溶融組織の界面に応力が発生し、非軟化溶融組織の内部又は周辺にクラックが発生することが主な発生原因であると考えられる。

本発明者らのコークス用原料炭を対象とした調査により、石炭中に含有するビトリニット組織やエグジニット組織などの軟化溶融組織の収縮率は１２〜１６％まで幅があることを発見した。さらに、コークス粒径拡大用の低収縮炭材として使用される粉コークス、石油コークス、イナート組織、半無煙炭などを調査した結果、互いに収縮率が異なり、０〜１０％まで幅があることを発見した。本明細書では、収縮率が１０％以下の炭材を低収縮炭材と定義する。

したがって、石炭の再固化後の収縮過程において生じるクラック発生に起因するコークス強度の低下は、これらのビトリニット組織、エグジニット組織、非軟化溶融組織の収縮率の差に依存することがわかった。さらに、低収縮炭材の種類に応じて、コークス強度の低減効果に差があることを発見した。

低収縮炭材であるイナート組織の収縮率は、以下の方法で測定することができる。石炭中のイナート組織は、ビトリニット組織やエグジニット組織など、その他の軟化溶融組織よりも比重が大きいため、重液を用いて比重差により分離することができる。

具体的には、石炭を７５μｍ以下の粒度に微粉砕し、これを、比重：１．５〜１．７ｇ／ｃｍ³の塩化亜鉛水溶液の比重液に懸濁させ、その後、遠心沈降分離を行うことでイナートを濃縮する。このイナート濃縮物について、顕微鏡を用いた組織分析により、イナート純度を測定するとともに、例えば、特開２００５−２３２３４９号公報などに開示される石炭の収縮率の測定方法に従って、イナート濃縮物の収縮率を測定する。

具体的には、イナート濃縮物（試料）を容器内に装入し、電気炉で、石炭を、常温から再固化温度以上の温度Ｔ（例えば、Ｔ＝１０００℃）（℃）まで加熱し、再固化温度と温度Ｔにおける内容物の容積差又は長さ差を再固化温度における容積又は長さで除した値を、イナート濃縮物（試料）の収縮率とする。

再固化温度でのイナート濃縮物（試料）の容積：Ｖ_R及び長さ：Ｌ_R、温度Ｔでのイナート濃縮物（試料）の容積：Ｖ_T及び長さ：Ｌ_Tとすると、温度Ｔでのコークス収縮率Ｒ（−）は、以下の（ａ）又は（ｂ）式で定義することができる。
Ｒ＝（Ｖ_R−Ｖ_T）／Ｖ_R （ａ）
Ｒ＝（Ｌ_R−Ｌ_T）／Ｌ_R （ｂ）

なお、上記のイナート組織の分離方法で、純度１００％のイナート組織が得られない場合は、分離した純度の異なるイナート濃縮物（試料）の収縮率を測定し、これらを基に、外挿法により、純度１００％イナート組織の収縮率を求めることができる。

石炭中のビトリニット組織やエグジニット組織などの軟化溶融組織の収縮率、イナート組織以外の低収縮炭材の収縮率も上記の方法で測定される。

表１には、低収縮炭材である炭材Ａ、炭材Ｂ、炭材Ｃ及び炭材Ｄの収縮率を示している。炭材Ａは粉コークスであり、炭材Ｂは石油コークスであり、炭材Ｃは半無煙炭であり、炭材Ｄはイナート組織である。炭材Ａ、炭材Ｂ、炭材Ｃ及び炭材Ｄの収縮率はそれぞれ、０％、５％、７％、１０％であった。

表１から、炭材Ａ、炭材Ｂ、炭材Ｃ及び炭材Ｄの順に収縮率が低く、コークス強度の低下効果が高いことがわかった。

また、本発明者らのコークス用原料炭を対象にした調査により、低収縮炭材粒子の長さサイズがコークス強度、コークス粒径に大きな影響を与えることを発見した。ここで、低収縮炭材粒子の長さサイズは、最大長さ（ｍｍ）を意味するものとする。

具体的には、下記に説明するように、単銘柄の石炭（非軟化溶融組織を殆ど含有しない銘柄の石炭）に、Ｎｏ．１：０．１ｍｍ未満、Ｎｏ．２：０．１〜０．３ｍｍ未満、Ｎｏ．３：０．３〜０．５ｍｍ未満、Ｎｏ．４：０．５〜１．０ｍｍ未満、Ｎｏ．５：１．０〜３．０ｍｍ未満の５区分の粒度フラクションに篩い分けによって調整した長さサイズの異なる炭材Ａの炭材粒子をそれぞれ配合した５種類の配合炭を用意し、これらの各配合炭を乾留してコークスを製造した。

単銘柄の石炭（非軟化溶融組織を殆ど含有しない銘柄の石炭）に、Ｎｏ．１：０．１ｍｍ未満、Ｎｏ．２：０．１〜０．３ｍｍ未満、Ｎｏ．３：０．３〜０．５ｍｍ未満、Ｎｏ．４：０．５〜１．０ｍｍ未満、Ｎｏ．５：１．０〜３．０ｍｍ未満の５区分の粒度フラクションに篩い分けによって調整した長さサイズの異なる炭材Ｂの炭材粒子をそれぞれ配合した５種類の配合炭を用意し、これらの各配合炭を乾留してコークスを製造した。

単銘柄の石炭（非軟化溶融組織を殆ど含有しない銘柄の石炭）に、Ｎｏ．１：０．１ｍｍ未満、Ｎｏ．２：０．１〜０．３ｍｍ未満、Ｎｏ．３：０．３〜０．５ｍｍ未満、Ｎｏ．４：０．５〜１．０ｍｍ未満、Ｎｏ．５：１．０〜３．０ｍｍ未満の５区分の粒度フラクションに篩い分けによって調整した長さサイズの異なる炭材Ｃの炭材粒子をそれぞれ配合した５種類の配合炭を用意し、これらの各配合炭を乾留してコークスを製造した。

単銘柄の石炭（非軟化溶融組織を殆ど含有しない銘柄の石炭）に、Ｎｏ．１：０．１ｍｍ未満、Ｎｏ．２：０．１〜０．３ｍｍ未満、Ｎｏ．３：０．３〜０．５ｍｍ未満、Ｎｏ．４：０．５〜１．０ｍｍ未満、Ｎｏ．５：１．０〜３．０ｍｍ未満の５区分の粒度フラクションに篩い分けによって調整した長さサイズの異なる炭材Ｄの炭材粒子をそれぞれ配合した５種類の配合炭を用意し、これらの各配合炭を乾留してコークスを製造した。

これらのコークスについて、コークスのコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6とコークス粒度ＭＳを測定した。ここで、コークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6は、ＪＩＳ Ｋ ２１５１で規定されたドラム試験機による、１５０回転後の６ｍｍ篩下の割合（粉率）（−）を示しており、コークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6が高くなるほどコークスの表面破壊強度が低下する。コークス粒度ＭＳは、コークス粒径の拡大効果を定量的に示したものであり、コークス粒度ＭＳが高くなるほど粒径の大きなコークスを得ることができる。

図１〜図４はそれぞれ炭材Ａ〜Ｄに対応しており、サイズ区分別にコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6（Ａｉ）及びコークス粒度ＭＳ（Ｃｉ）を示している。
図１〜図４を参照して、軟化溶融組織と低収縮炭材の膨張率の差が大きくなるほど、コークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6（Ａｉ）及びコークス粒度ＭＳ（Ｃｉ）に影響を及ぼす低収縮炭材の炭材粒子の長さサイズ（最大長さ）が、細粒側にシフトする。

この理由は、以下のように考えられる。

コークスが破壊する場合の低収縮炭材の周辺で発生するクラック（亀裂）のサイズは、低収縮炭材の炭材粒子のサイズに比例する。コークスのような脆性体の強度に関して、長さ２ｃのクラックが存在する場合の平面引張応力状態における破壊靭性値Ｋは、下記（３）式（ギリフィスの破壊条件式）よって示される。

Ｋ＝σ（πｃ）^１／２ ・・・（３）
Ｋ〔Ｐａ・ｍ^1/2〕は破壊靭性値、σ〔Ｐａ〕は引張応力、ｃ〔ｍ〕はクラック半長である。

上記（３）式は、クラックが進展を開始するサイズの臨界値を予測する式であり、右辺のσ（πｃ）^１／２が、左辺のＫの値に達したとき、クラックは進展する。

ここで、破壊靭性値Ｋが一定の場合、収縮率差が大きいほど歪が大きくなり、応力σが大きくなるため、クラック半長ｃが小さくても亀裂が進展する。すなわち、コークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6（Ａｉ）に影響を及ぼす低収縮炭材の炭材粒子の長さサイズ（最大長さ）が、細粒側にシフトする。

また、微小亀裂が進展すると、歪みにより発生した応力が開放されるため、コークス粒度ＭＳ（Ｃｉ）を支配する大きな亀裂の発生が抑制される。したがって、収縮率差が大きくなり、微小亀裂に影響を及ぼす低収縮炭材の炭材粒子の長さサイズが細粒側にシフトすると同時に、ＭＳ（Ｃｉ）に影響を及ぼす低収縮炭材の炭材粒子の長さサイズが細粒側にシフトする。

なお、本発明の低収縮炭材は、コークス粒径を拡大するために添加され、この種の炭材は一般的に粒度が小さいため、体積破壊強度に与える影響はない。したがって、コークス強度は、コークスの表面破壊強度のみで評価することができる。

これらの知見から、サイズ区分別の低収縮炭材粒子のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_i（−／体積％）を定める場合には、低収縮炭材粒子のサイズ区分を、５つのサイズ区分（Ｎｏ．１：０．１ｍｍ未満、Ｎｏ．２：０．１〜０．３ｍｍ未満、Ｎｏ．３：０．３〜０．５ｍｍ未満、Ｎｏ．４：０．５〜１．０ｍｍ未満、Ｎｏ．５：１．０〜３．０ｍｍ未満）に分け、サイズ区分別に、コークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iを定める必要がある。

同様に、サイズ区分別の低収縮炭材粒子のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉ（ｍｍ／重量％）を定める場合には、低収縮炭材粒子のサイズ区分を、５つのサイズ区分（Ｎｏ．１：０．１ｍｍ未満、Ｎｏ．２：０．１〜０．３ｍｍ未満、Ｎｏ．３：０．３〜０．５ｍｍ未満、Ｎｏ．４：０．５〜１．０ｍｍ未満、Ｎｏ．５：１．０〜３．０ｍｍ未満）に分け、サイズ区分別に、コークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉを定める必要がある。

本実施形態では、低収縮炭材粒子を、５つのサイズ区分に区分けしたが、サイズ区分は、５つに限る必要はない。低収縮炭材粒子の最大長さの長短に応じて、適宜、区分間隔を定め、適宜の数（ｉ＝１〜ｍ［自然数］）のサイズ区分に区分すればよい。

図１を参照して、炭材Ａは、Ｎｏ.１〜Ｎｏ.４のサイズ区分において、低収縮炭材粒子の長さサイズが小さくなるほどコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_i及びＣ_ｉが小さくなることがわかった。なお、Ｎｏ.５のサイズ区分においては、コークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_i及びコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが大きくなりすぎて測定不可能であった。

図２を参照して、炭材Ｂは、Ｎｏ.１〜Ｎｏ.４のサイズ区分において、低収縮炭材粒子のサイズが小さくなるほどコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_i及びコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが小さくなることがわかった。なお、Ｎｏ.５のサイズ区分においては、コークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_i及びコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが大きくなりすぎて測定不可能であった。

図３を参照して、炭材Ｃは、Ｎｏ.１〜Ｎｏ.５のサイズ区分において、低収縮炭材粒子のサイズが小さくなるほどコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが小さくなることがわかった。Ｎｏ.３〜Ｎｏ.５のサイズ区分において、低収縮炭材粒子のサイズが小さくなるほどコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが小さくなることがわかった。Ｎｏ.１〜Ｎｏ.２のサイズ区分において、コークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが０になることがわかった。

図４を参照して、炭材Ｄは、Ｎｏ.４〜Ｎｏ.５のサイズ区分において、低収縮炭材粒子のサイズが小さくなるほどコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_i及びコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが小さくなることがわかった。Ｎｏ.１〜Ｎｏ.３のサイズ区分において、コークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_i及びコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが全て０なることがわかった。

これらサイズ区分別のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iは、下記の式（４）の最小二乗法による回帰分析により求めることができる。

ＤＩ¹⁵⁰ _-6（−）−基準ＤＩ¹⁵⁰ _-6＝Σ_i=1〜mＡ_i×Ｉｂ_i,j ・・・（４）
ここで、Ｉｂ_i,jは、サイズ区分ｉ（＝１〜ｍ）の低収縮炭材粒子の含有量（体積％）である。

ｊは、配合炭を構成する原料炭の銘柄である。ＤＩ¹⁵⁰ _-6は、サイズ区分ｉ（＝１〜ｍ）を満たすように粉砕した石炭を用いて製造したコークスのコークス表面破壊強度（−）である。

基準ＤＩ¹⁵⁰ _-6は、コークス表面破壊強度（−）に対する影響がない低収縮炭材粒子の長さサイズ（最大長さ）が０．１ｍｍ未満となるように粉砕した石炭を用いて製造したコークスのコークス表面破壊強度（−）を示す。

ｍ＝５の場合は、下記式（４'）の最小二乗法による回帰分析により、求めることができる。
ＤＩ¹⁵⁰ _-6（−）−基準ＤＩ¹⁵⁰ _-6＝Σ_i=1〜5Ａ_i×Ｉｂ_i,j ・・・（４'）

ここで、Ｉｂ_i,jは、例えば、ｉ＝１（サイズ区分１：０．１ｍｍ未満）、ｉ＝２（サイズ区分２：０．１〜０．３ｍｍ未満）、ｉ＝３（サイズ区分３：０．３〜０．５ｍｍ未満）、ｉ＝４（サイズ区分４：０．５〜１．０ｍｍ未満）、及び、ｉ＝５（サイズ区分５：１．０〜３．０ｍｍ未満）のサイズ区分ｉ別の低収縮炭材粒子の含有量（体積％）である。

サイズ区分別の影響度Ｃ_iは、下記の式(５) の最小二乗法による回帰分析により求めることができる。

ＭＳ（ｍｍ）−基準ＭＳ＝Σ_{ｉ＝１〜ｍ}Ｃ_ｉ×Ｉｂ_ｉ,ｊ ・・・・（５）
ここで、Ｉｂ_ｉ,ｊは、サイズ区分ｉ（＝１〜ｍ）の低収縮炭材粒子の含有量（体積％）である。
ｊは、配合炭を構成する原料炭の銘柄である。ＭＳ（ｍｍ）は、サイズ区分ｉ（＝１〜ｍ）を満たすように粉砕した石炭を用いて製造したコークスの平均粒度（ｍｍ）である。
基準ＭＳは、ＭＳに対する影響がない低収縮炭材粒子の長さサイズ（最大長さ）が０．１ｍｍ未満となるように粉砕した石炭を用いて製造したコークスのＭＳを示す。ｍ＝５の場合は、下記式（５’）の最小二乗法による回帰分析により、求めることができる。
ＭＳ（ｍｍ）−基準ＭＳ＝Σ_{ｉ＝１〜５}Ｃ_ｉ×Ｉｂ_ｉ,ｊ ・・・・（５’）
ここで、Ｉｂ_ｉ,ｊは、例えば、ｉ＝１(サイズ区分１：０．１ｍｍ未満)、ｉ＝２(サイズ区分２：０．１〜０．３ｍｍ未満)、ｉ＝３(サイズ区分３：０．３〜０．５ｍｍ未満)、ｉ＝４(サイズ区分４：０．５〜１．０ｍｍ未満)、及び、ｉ＝５(サイズ区分５：１．０〜３．０ｍｍ未満)のサイズ区分ｉ別の低収縮炭材粒子の含有量（体積％）である。

このように、低収縮炭材の銘柄、低収縮炭材粒子の長さサイズに応じてコークス粒径及びコークス強度が変わるから、所望のコークス粒径及びコークス強度が得られるように低収縮炭材の炭種、粉砕条件を設定する必要がある。具体的には、下記の３つの条件を満足する必要がある。

（条件１）
炭種（ｊ）、炭材粒子のサイズ（Iｂ_i,j）及び炭材の添加率（Ｙ_ｊ）を下記（１）式を満足するように決定する。
目標コークス粒度ＭＳ−基準コークス粒度ＭＳ＝Σ_{ｊ＝１〜ｎ}｛Σ_{ｉ＝１〜ｍ}Ｃ_ｉ×Iｂ_ij｝Ｙ_ｊ・・・・（１）
ただし、目標コークス粒度ＭＳは目標とするコークスの粒度（ｍｍ）であり、基準コークス粒度ＭＳは基準とするコークスの粒度（ｍｍ）であり、Ｙ_ｊは炭種ｊの添加割合（質量％）である。

（条件２）
コークス強度の低下度△ＤＩ^１５０ _１５を下記（２）式を満足するように決定する。
△ＤＩ^１５０ _１５＝Σ_{ｊ＝１〜ｎ}｛Σ_{ｉ＝１〜ｍ}Ａ_ｉ×Iｂ_i,j｝Ｙ_ｊ・・・・・・（２）
ただし、△ＤＩ^１５０ _１５は炭材添加によるコークス強度ＤＩ^１５０ _１５の低下度である。

（条件３）
（２）で算出された△ＤＩ^１５０ _１５を補填するように、配合炭の配合調整及び／又は粘結補填材を添加する。

次に、配合炭の平均収縮率が１４％の条件において、炭材Ａ〜Ｄをそれぞれ、ｉ＝１（サイズ区分１：０．１ｍｍ未満）、ｉ＝２（サイズ区分２：０．１〜０．３ｍｍ未満）、ｉ＝３（サイズ区分３：０．３〜０．５ｍｍ未満）、ｉ＝４（サイズ区分４：０．５〜１．０ｍｍ未満）、及び、ｉ＝５（サイズ区分５：１．０〜３．０ｍｍ未満）のサイズ区分に区分けして、各サイズ区分における低収縮炭のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_i（−／体積％）を定めた例を示す。

表２は各低収縮炭材のサイズ区分別の質量（％）を示している。

表２を参照して、コークス粒径を拡大させる添加材として、本例では炭材１〜７を用いた。炭材１は、その種類が炭材Ａであり、サイズ区分１に属する低収縮炭材粒子の含有率が５０質量％であり、サイズ区分２に属する低収縮炭材粒子の含有率が５０質量％である。

炭材２は、炭材Ａであり、サイズ区分３に属する低収縮炭材粒子の含有率が１００質量％である。炭材３は、炭材Ｂであり、サイズ区分２に属する低収縮炭材粒子の含有率が１００質量％である。炭材４は、炭材Ｂであり、サイズ区分３に属する低収縮炭材粒子の含有率が１００質量％である。炭材５は、炭材Ｃであり、サイズ区分２に属する低収縮炭材粒子の含有率が１００質量％である。炭材６は、炭材Ｃであり、サイズ区分４に属する低収縮炭材粒子の含有率が１００質量％である。炭材７は、炭材Ｄであり、サイズ区分５に属する低収縮炭材粒子の含有率が１００質量％である。

表３は、各炭材のサイズ区分別のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉを示している。

表３を参照して、炭材Ａでは、サイズ区分１のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが０．６０（ｍｍ／重量％）であり、サイズ区分２のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが１．１０（ｍｍ／重量％）であり、サイズ区分３のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが１．７０（ｍｍ／重量％）であり、サイズ区分４のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが３．００（ｍｍ／重量％）である。

炭材Ｂでは、サイズ区分１のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが０．３０（ｍｍ／重量％）であり、サイズ区分２のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが０．６０（ｍｍ／重量％）であり、サイズ区分３のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが１．００（ｍｍ／重量％）であり、サイズ区分４のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが２．００（ｍｍ／重量％）である。

炭材Ｃでは、サイズ区分１のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが０．０５（ｍｍ／重量％）であり、サイズ区分２のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが０．１０（ｍｍ／重量％）であり、サイズ区分３のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが０．２０（ｍｍ／重量％）であり、サイズ区分４のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが０．３０（ｍｍ／重量％）であり、サイズ区分５のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが０．８０（ｍｍ／重量％）である。

炭材Ｄでは、サイズ区分１のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが０．００（ｍｍ／重量％）であり、サイズ区分２のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが０．００（ｍｍ／重量％）であり、サイズ区分３のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが０．００（ｍｍ／重量％）であり、サイズ区分４のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが０．００（ｍｍ／重量％）であり、サイズ区分５のコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉが０．１０（ｍｍ／重量％）である。

表４は、炭材１〜７の各サイズ区分における影響度Ｃ_ｉに重量百分率Iｂ_ijを乗じてコークス粒径の増加量を示している。ここで、重量百分率Iｂ_ijは、炭材ｊに含まれるサイズ区分ｉに属する低収縮炭材粒子の炭材ｊ全体に対する含有率のことである。

表４を参照して、炭材１では、サイズ区分１に属する低収縮炭材粒子によるコークス粒径の増加量が０．３（ｍｍ）であり、サイズ区分２に属する低収縮炭材粒子によるコークス粒径の増加量が０．６（ｍｍ）であり、炭材１全体によるコークス粒径の増加量△ＭＳが０．９（ｍｍ）であった。炭材２では、サイズ区分３に属する低収縮炭材粒子によるコークス粒径の増加量が１．７（ｍｍ）であり、炭材２全体によるコークス粒径の増加量△ＭＳが１．７（ｍｍ）であった。

炭材３では、サイズ区分２に属する低収縮炭材粒子によるコークス粒径の増加量が０．６（ｍｍ）であり、炭材３全体によるコークス粒径の増加量△ＭＳが０．６（ｍｍ）であった。炭材４では、サイズ区分３に属する低収縮炭材粒子によるコークス粒径の増加量が１．０（ｍｍ）であり、炭材４全体によるコークス粒径の増加量△ＭＳが１．０（ｍｍ）であった。

炭材５では、サイズ区分２に属する低収縮炭材粒子によるコークス粒径の増加量が０．１（ｍｍ）であり、炭材５全体によるコークス粒径の増加量△ＭＳが０．１（ｍｍ）であった。炭材６では、サイズ区分４に属する低収縮炭材粒子によるコークス粒径の増加量が０．３（ｍｍ）であり、炭材６全体によるコークス粒径の増加量△ＭＳが０．３（ｍｍ）であった。炭材７では、サイズ区分５に属する低収縮炭材粒子によるコークス粒径の増加量が０．１（ｍｍ）であり、炭材７全体によるコークス粒径の増加量△ＭＳが０．１（ｍｍ）であった。

表５は、各銘柄のサイズ区分別のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_i（−／体積％）を示している。

表５を参照して、炭材Ａでは、サイズ区分１のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが０．２０（−／体積％）であり、サイズ区分２のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが０．５０（−／体積％）であり、サイズ区分３のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが０．８０（−／体積％）であり、サイズ区分４のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが２．００（−／体積％）であった。

炭材Ｂでは、サイズ区分１のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが０．１０（−／体積％）であり、サイズ区分２のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが０．３０（−／体積％）であり、サイズ区分３のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが０．５０（−／体積％）であり、サイズ区分４のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが１．５０（−／体積％）であった。

炭材Ｃでは、サイズ区分１のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが０．００（−／体積％）であり、サイズ区分２のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが０．００（−／体積％）であり、サイズ区分３のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが０．０２（−／体積％）であり、サイズ区分４のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが０．１０（−／体積％）であり、サイズ区分５のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが０．３０（−／体積％）であった。

炭材Ｄでは、サイズ区分１のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが０．００（−／体積％）であり、サイズ区分２のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが０．００（−／体積％）であり、サイズ区分３のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが０．００（−／体積％）であり、サイズ区分４のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが０．０１（−／体積％）であり、サイズ区分５のコークス表面破壊粉率ＤＩ¹⁵⁰ _-6への影響度Ａ_iが０．１０（−／体積％）であった。

表６は、炭材１〜７の各サイズ区分における影響度Ａ_ｉに重量百分率Iｂ_ijを乗じてコークス強度の低下量を示している。ここで、重量百分率Iｂ_ijは、炭材ｊに含まれるサイズ区分ｉに属する低収縮炭材粒子の炭材ｊ全体に対する含有率のことである。

表６を参照して、炭材１では、サイズ区分１に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．１であり、サイズ区分２に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．２であり、サイズ区分３に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分４に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分５に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、炭材１全体によるコークス強度の低下量△ＤＩが０．４であった。

炭材２では、サイズ区分１に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分２に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分３に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．８であり、サイズ区分４に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分５に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、炭材２全体によるコークス強度の低下量△ＤＩが０．８であった。

炭材３では、サイズ区分１に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分２に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．３であり、サイズ区分３に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分４に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分５に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、炭材３全体によるコークス強度の低下量△ＤＩが０．３であった。

炭材４では、サイズ区分１に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分２に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分３に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．５であり、サイズ区分４に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分５に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、炭材４全体によるコークス強度の低下量△ＤＩが０．５であった。

炭材５では、サイズ区分１に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分２に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分３に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分４に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分５に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、炭材５全体によるコークス強度の低下量△ＤＩが０．０であった。

炭材６では、サイズ区分１に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分２に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分３に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分４に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．１であり、サイズ区分５に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、炭材６全体によるコークス強度の低下量△ＤＩが０．１であった。

炭材７では、サイズ区分１に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分２に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分３に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分４に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．０であり、サイズ区分５に属する低収縮炭材粒子によるコークス強度の低下量が０．１であり、炭材７全体によるコークス強度の低下量△ＤＩが０．１であった。

なお、炭材１を１％、炭材３を１％添加した場合、ＭＳの増加量が０．９×１＋０．６×１＝１．５ｍｍ、コークス強度の低下量が０．４×１＋０．３×１＝０．７であった。
炭材２を０．５％、炭材４を０．５％添加した場合、ＭＳの増加量が１．７×０．５＋１．０×０．５＝１．３５ｍｍ、コークス強度の低下量が０．８×０．５＋０．５×０．５＝０．６５であった。

Claims (1)

1. 複数銘柄の原料炭を銘柄別に粉砕し、目標コークス強度ＤＩ^１５０ _１５となるように配合した配合炭をコークス炉に装入して高炉用コークスを製造する高炉用コークスの製造方法において、
   （Ａ）（Ａ１）前記配合炭に含まれる収縮率が１０％以下の低収縮炭材ｊ（ｊ＝１〜ｎ、ｎは２以上の自然数）を、長さサイズとして、０．１ｍｍ未満、０．１〜０．３ｍｍ未満、０．３〜０．５ｍｍ未満、０．５〜１．０ｍｍ未満、１．０〜３．０ｍｍ未満のサイズ区分ｉ（ｉ＝１〜５）に区分けし、各サイズ区分ｉの前記低収縮炭材ｊ全体に対する重量百分率Ｉｂ_ｉｊを測定し、
   （Ａ２）前記低収縮炭材ｊのサイズ区分ｉ別のコークス表面破壊粉率Ｄ^１５０ _−６への影響度Ａ_ｉ（−／重量％）、及びコークス粒度ＭＳへの影響度Ｃ_ｉ（ｍｍ／重量％）を、下記の式（４）及び式（５）の最小二乗法による回帰分析により予め求め、
   ＤＩ ¹⁵⁰ _-6 （−）−基準ＤＩ ¹⁵⁰ _-6 ＝Σ _i=1〜５ Ａ _i ×Ｉｂ _i,j ・・・（４）
   ＤＩ ¹⁵⁰ _-6 ；サイズ区分ｉ（＝１〜５）を満たすように粉砕した石炭を用いて製造したコークスのコークス表面破壊強度（−）、
   基準ＤＩ ¹⁵⁰ _-6 ；コークス表面破壊強度（−）に対する影響がない低収縮炭材粒子の長さサイズ（最大長さ）が０．１ｍｍ未満となるように粉砕した石炭を用いて製造したコークスのコークス表面破壊強度（−）、
   ＭＳ（ｍｍ）−基準ＭＳ＝Σ _{ｉ＝１〜５} Ｃ _ｉ ×Ｉｂ _ｉ,ｊ ・・・・（５）
   ＭＳ（ｍｍ）；サイズ区分ｉ（＝１〜５）を満たすように粉砕した石炭を用いて製造したコークスの平均粒度（ｍｍ）、
   基準ＭＳ；ＭＳに対する影響がない低収縮炭材粒子の長さサイズ（最大長さ）が０．１ｍｍ未満となるように粉砕した石炭を用いて製造したコークスのＭＳ、
   （Ｄ）下記（１）式を用いて、低収縮炭材（ｊ）、重量百分率（Ｉｂ_ｉｊ）、低収縮炭材添加率（Ｙ_ｊ）により、低収縮炭材添加後のコークス粒度ＭＳ−低収縮炭材添加前のコークス粒度ＭＳを求め、
   低収縮炭材添加後のコークス粒度ＭＳ−低収縮炭材添加前のコークス粒度ＭＳ＝Σ_{ｊ＝１〜ｎ}｛Σ_{ｉ＝１〜５} Ｃ_ｉ×Ｉｂ_ｉｊ｝・Ｙ_ｊ・・・・・（１）
   但し、
   低収縮炭材添加後のコークス粒度ＭＳ：低収縮炭材を添加した後の石炭を用いて製造したコークスの粒度（ｍｍ）
   低収縮炭材添加前のコークス粒度ＭＳ：低収縮炭材を添加する前の石炭を用いて製造したコークスの粒度（ｍｍ）
   Ｙ_ｊ：低収縮炭材ｊの添加割合（質量％）
   （Ｅ）さらに、下記（２）式によりコークス強度低下度ΔＤＩ^１５０ _１５を求め、
   ΔＤＩ^１５０ _１５＝Σ_{ｊ＝１〜ｎ}｛Σ_{ｉ＝１〜５} Ａ_ｉ×Ｉｂ_ｉｊ｝・Ｙ_ｊ・・・（２）
   但し、ΔＤＩ^１５０ _１５：低収縮炭材によるコークス強度ＤＩ^１５０ _１５の低下（−）
   （Ｆ）（２）を補填するように、粘結補填材添加する方法であって、
   （Ｇ）前記低収縮炭材が、粉コークス、石油コークス、イナート組織、半無煙炭の１種または２種以上である、
   ことを特徴とする高炉用コークスの製造方法。
   

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