JP5846064B2

JP5846064B2 - 成形コークスの強度推定方法

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Publication number: JP5846064B2
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Inventors: 宗宏内田; 中川　朝之; 朝之中川; 野村　誠治; 誠治野村
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Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2016-01-20
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Description

本発明は、成形コークスの強度推定方法に関し、詳しくは、劣質炭と称される石炭を用いて得られる成形コークスのコークス強度を推定する方法に関する。

高炉操業に必要なコークスを製造するにあたり、重要な品質のひとつにコークス強度がある。これまでに室炉式コークス炉で製造したコークス強度を推定する方法は多数報告されている。例えば、下記の式で定義される石炭軟化時の空隙充填度を用いて、石炭軟化時の空隙充填度とコークスの表面破壊強度との関係を求めておき、実製造に使用する石炭の石炭軟化時の比容積とコークス炉装入時の石炭の嵩密度から、コークスの表面破壊強度を推定する方法が知られている（特許文献１参照）。
石炭軟化時の空隙充填度(-)＝石炭軟化時の比容積(cm³/g)×コークス炉装入時の石炭の嵩密度(g/cm³)

しかしながら、上記のようなコークス強度の推定方法は、非微粘結炭（非粘結炭及び微粘結炭）やそれよりも石炭化度の高い石炭の使用を前提にしたものである。すなわち、特許文献１の方法においては、ＪＩＳＭ８８０１の膨張性試験方法（ディラートメーター法）で測定された石炭の膨張率（%）をもとに、石炭の最大膨脹時体積（cm³）と石炭装入量（g）との比から石炭軟化時の比容積を算出しており、ＪＩＳＭ８８０１で規定される膨張性試験で膨張性を示さないような、いわゆる劣質炭と称される石炭を使用する場合には、適用することができない。

特開２００２−１２１５６５号公報

近年の世界レベルでの鉄鋼需要の高まりにより、コークス用の原料石炭の価格が高騰している。特に、良質な石炭の価格高騰は今後しばらく続き、それより品質の劣る劣質炭との値差はますます拡大していくものと予想される。そのため、比較的価格の安い石炭を使ってコークスを製造する技術を確立することは急務である。そのひとつに、成形炭を乾留して成形コークスを製造する方法があり、これによれば原料石炭を事前に成形するため、比較的粘結性に劣る石炭を利用することができる。

従来検討されてきた成形コークスでは、専ら高炉内での通気性を確保できるように割れや亀裂を防ぐことを目標としており、高い強度を持つ成形コークスを得るために、粘結炭や非微粘結炭のような粘結性を有する石炭をある一定以上の割合で配合しているが、近時の原料石炭の価格高騰を鑑みると、成形コークスの製造において良質の石炭の使用をできるだけ抑えるようにするのが望ましい。しかしながら、これまでに膨張性を示さないとされてきた劣質炭を用いた成形コークスの製造は十分に確立されているとは言えず、そのコークス強度を事前に推定する方法にいたってはほとんど検討がなされていない。

そこで、本発明の目的は、品質の劣る劣質炭を用いて成形コークスを製造する上で、安定した品質の成形コークスが得られるように、事前に成形コークスのコークス強度を推定することができる方法を提供することにある。

本発明者らは、これらの課題を解決するために鋭意検討を行った結果、ＪＩＳＭ８８０１のディラートメーター法で規定されている３．０±０．１℃/minよりも昇温速度を速めた膨張性試験によって劣質炭の膨張性を検出することができ、それによって求められた劣質炭の銘柄毎の膨張比容積とコークス強度との間に相関性があることを新たに見出した。そして、この相関性に基づけば、成形コークスのコークス強度を推定することが可能であることから、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
(１) 劣質炭を用いて成形コークスを製造する際に、予め複数種の試験用劣質炭の膨張比容積とそれぞれの試験用劣質炭から得られる試験成形コークスのコークス強度との相関性を求めておき、その相関式に基づいて、実製造に使用する劣質炭の膨張比容積からその劣質炭を用いて得られる成形コークスのコークス強度を推定する方法であって、
前記膨張比容積は、細管内に充填した劣質炭の微粉末試料にピストンを載せて所定の昇温速度で加熱し、ピストン変位の最高点を求める膨張性試験で得られた劣質炭微粉末試料の最大膨張時体積Ｖと劣質炭微粉末試料の充填質量Ｗとの比（Ｖ／Ｗ）であり、
先ず、試験用劣質炭が少なくとも４００℃に達した時点から５００℃に達するまでの間の平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500を３℃/min超にする第１の昇温条件による膨張性試験で膨張比容積を測定し、その膨張比容積がコークス強度との間で相関性を示す第１の試験劣質炭群の相関式を求め、
次いで、前記平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500を第１の昇温条件よりも速めた第２の昇温条件による膨張性試験で膨張比容積を測定し、第１の試験劣質炭群以外の試験用劣質炭の膨張比容積とコークス強度との相関性から第２の試験劣質炭群の相関式を求めるようにし、
実製造に使用する劣質炭の膨張比容積を第１の昇温条件による膨張性試験で測定して、該膨張比容積が、ピストン変位がゼロの場合の基準膨張比容積ａ ₁ に対して１．１倍以上（≧1.1×ａ ₁ ）であれば、第１の試験劣質炭群から求められた相関式を用いてコークス強度を推定し、
該膨張比容積が基準膨張比容積ａ ₁ に対して１．１倍未満（＜1.1×ａ ₁ ）であれば、第２の昇温条件による膨張性試験で膨張比容積を測定して、該膨張比容積が、ピストン変位がゼロの場合の基準膨張比容積ａ ₂ に対して１．１倍以上（≧1.1×ａ ₂ ）の場合には、第２の試験劣質炭群から求められた相関式を用いてコークス強度を推定することを特徴とする成形コークスの強度推定方法。

本発明によれば、従来のディラートメーター法では検出できなかった劣質炭の膨張性に基づいて、劣質炭の銘柄毎にコークス強度の発現力を差別化でき、事前に成形コークスのコークス強度を推定することが可能になる。そのため、劣質炭を用いて成形コークスを製造する際に、得られる成形コークスのコークス強度が所望の値になるような劣質炭を選定することができ、安定した品質の成形コークスが得られるようになる。また、成形コークスの製造における操業の効率化が図れ、しかも、比較的安価な劣質炭を用いて高炉操業に資するコークスが製造できるようになることから、原料石炭の価格高騰や資源枯渇の問題等を同時に解決できる。

図１は、本発明に係る膨張性試験に用いた装置の概要を示す説明図である。図２は、平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500＝１２℃/minの膨張性試験で得られた試験用劣質炭の膨張比容積とそのコークス強度とをグラフにしたものである。図３は、平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500＝１００℃/minの膨張性試験で得られた試験用劣質炭の膨張比容積とそのコークス強度とをグラフにしたものである。

以下、本発明について詳細に説明する。
先ず、本発明において使用する劣質炭とは、非微粘結炭等よりも粘結性を有さない極低膨張率炭であって、瀝青炭のなかで劣質炭として分類される石炭である。具体的には、ＪＩＳＭ８８０１の膨張性試験方法により測定される全膨張率が５％以下の石炭、好適には全膨張率がほぼ０％の石炭であって、室炉式コークス炉では塊コークスにならないような石炭を対象とする。このような劣質炭から、直ちに室炉コークス並みのコークス強度を得ることは期待できないが、高炉周辺部に装入されて、主に還元材としての役割をする小塊コークスであれば、そこまでの強度は要求されない。

ここで、劣質炭を加圧成形して成形炭を作製し、試験炉で乾留して得た成形コークスの表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆を測定した例を表１に示す。なお、試験炉による乾留条件は、Ａ炭〜Ｉ炭のすべての劣質炭について、成形炭の中心温度における平均昇温速度を６℃／minで１０００℃まで昇温して、成形コークスを得た。

劣質炭を加圧成形して作製した成形炭を、乾留して成形コークスを得る場合、４００〜５００℃の温度域における成形炭の中心温度の平均昇温速度を６〜３０℃／minの範囲の所定の昇温速度に設定して、１０００℃程度まで加熱することが好ましい。その理由は、劣質炭を加圧成形して得られた成形炭を用いてコークスを実機で製造する場合に、実施可能な条件であるためである。

表１では、劣質炭の銘柄毎に単味の成形炭を得て、成形コークスを製造している。すなわち、劣質炭の成形コークスは、銘柄毎にコークス強度が大きく異なることが分かる。表１中の全膨張率（%）は、ＪＩＳＭ８８０１に規定された膨張性試験方法で求めた値であり、膨張率測定装置（ディラートメーター）に装入された劣質炭が３００〜５５０℃の温度範囲で３．０±０．１℃/minの加熱速度で昇温されたものである。ところが、いずれも全膨張率０％であって、劣質炭の銘柄毎にコークス強度の発現力を評価する（差別化する）ことはできない。

一般に、石炭は４００℃前後の温度で軟化し始めてその後に膨張し、５００℃前後の温度で再固化すると考えられる。そこで、劣質炭が４００℃に達した時点から５００℃に達するまでの間の平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500をディラートメーター法の場合より速めていくと、劣質炭の膨張性が確認できることが分かった。このような劣質炭が示す膨張性について、本発明者らは、ＪＩＳＭ８８０１のディラートメーター法とは異なる膨張性試験によって評価するようにした。

すなわち、ディラートメーター法のように棒状の試料体（ペンシル）を用いるのではなく、図１に示したように、劣質炭の微粉末試料を細管内に充填して、その細管内の劣質炭微粉末試料上にピストンを挿入し、所定の昇温速度で加熱して、その際のピストンの上下変位を測定する。そして、ピストン変位の最高点を読んで劣質炭微粉末試料の最大膨張時体積Ｖを求め、劣質炭微粉末試料の充填質量Ｗとの比（Ｖ／Ｗ）から劣質炭の膨張比容積を得るようにする。このような方法は特開平５−６０７０７号公報に記載されており、当該文献ではディラートメーター法と同じく３．０±０．１℃/minの昇温速度で石炭の膨張比容積を測定しているが、本発明では、少なくとも劣質炭が４００℃に達した時点から５００℃に達するまでの間の平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500をそれよりも速めた条件にして（３℃/min超にして）、劣質炭の膨張性を評価する点が相違している。なお、図１に示した膨張性試験装置においては、充填した劣質炭粉末試料が最大に膨張したときのピストン高さをｈ₁とすれば、膨張比容積は、以下の式（Ｚ）から算出することができる。
膨張比容積(cm³/g)＝最大膨張時体積(cm³)／劣質炭微粉末試料の充填質量(g)＝｛π×(０．８／２)²×ｈ₁｝／２．４１３ ……（Ｚ）

表１には、平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500＝１２℃/minとして３００℃から５５０℃まで加熱した膨張性試験で劣質炭の銘柄毎の膨張比容積を測定した例と、平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500＝１００℃/minとして３００℃から５５０℃まで加熱した膨張性試験で膨張比容積を測定した例とを示している。そして、これらの結果について、劣質炭の膨張比容積（ｘ）とそれぞれの劣質炭から得られた成形コークスのコークス強度（ｙ）との関係をまとめると、平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500＝１２℃/minとして３００℃から５５０℃まで加熱した場合は図２に示したグラフのようになり、平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500＝１００℃/minとして３００℃から５５０℃まで加熱した場合は図３に示したグラフのようになる。

すなわち、図２のグラフによれば、膨張比容積の増加に伴いコークス強度が向上する関係を示すグループ（Ａ炭〜Ｄ炭）と、ｘ−ｙの一次関数が傾きを持たずに膨張比容積では劣質炭のコークス強度発現力を差別化することができないグループ（Ｅ炭〜Ｉ炭）とに選別されることが分かる。また、図３のグラフでは、図２で後者のグループに分類された劣質炭（Ｅ炭〜Ｉ炭）が膨張比容積の増加に伴いコークス強度が向上する関係を示すことが分かる。一方で、前者のグループの劣質炭（Ａ炭〜Ｄ炭）については、膨張比容積の差が少なくなり、膨張比容積によって劣質炭を差別化するのが難くなった。

これらの知見をもとに、本発明では、予め複数種の試験用劣質炭を用意し、上述した膨張性試験の２以上の昇温条件によってそれら膨張比容積を測定するようにする。試験用劣質炭の選定にあたっては、単味の成形コークスのコークス強度を事前に測定しておき、コークス強度が大小ばらつくような種々の銘柄の劣質炭を用意するのが好適である。その際、少なくとも１つの昇温条件による膨張性試験において、膨張比容積から劣質炭を差別化することができるグループとそうでないグループとに属する劣質炭が、それぞれ２種以上、好ましくは３種以上含まれるようにするのがよい。勿論、それらの数が増えれば強度推定値の精度は向上するため特に制限はないが、いずれのグループもそれに含まれる試験用劣質炭の数が５種あれば、実製造によって得られる成形コークスの強度を事前に把握する上で十分である。なお、コークス強度は、一般にはＪＩＳＫ２１５１で規定されたドラム試験方法によるドラム強度指数ＤＩが用いられるが、このようなＪＩＳ規定のドラム強度指数のほか、ＡＳＴＭ及びＪＩＳ規定のタンブラー強度指数、ＩＳＯ規定、ＮＦ規定及びＤＩＮ規格のマイカム強度指数、ＮＦ規定及びＩＳＯ規定のイルシッド強度指数等を用いるようにしてもよい。

そして、先ず、試験用劣質炭の平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500を３℃/min超にする第１の昇温条件の膨張性試験で膨張比容積を測定し、その膨張比容積がコークス強度との間で相関性を示す第１の試験劣質炭群（膨張比容積で試験用劣質炭が差別化できるグループ）の相関式を求めるようにする。この第１の昇温条件で採用する平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500は、ＪＩＳＭ８８０１のディラートメーター法の昇温速度よりも速めて、試験用劣質炭の一部から膨張比容積とコークス強度との間で相関性が認められるものであればよい。具体的なＨ.Ｒ._400-500については、試験用劣質炭を構成する劣質炭の種類（銘柄）や数によって適宜設定すればよいが、その設定の目安として、好ましくは６℃/min以上１００℃/min未満の範囲内にするのがよく、より好ましくは１２℃/min以上５０℃/min以下の範囲内にするのがよい。Ｈ.Ｒ._400-500が６℃/min以上であれば、２以上の銘柄の劣質炭について、実際に第１の試験劣質炭群に分類できるような膨張性が充分に発現できるため、好適である。ちなみに、Ｈ.Ｒ._400-500が１００℃/min以上になると、それらの銘柄の劣質炭について、第１の試験劣質炭群に分類される相関性を有意に導き出すのが難しくなる可能性が高くなるため、１００℃/min未満、より好ましくは５０℃/min以下の範囲内にすることが好適である。

次いで、平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500を第１の昇温条件よりも速めた第２の昇温条件の膨張性試験で試験用劣質炭の膨張比容積を測定し、先に第１の試験劣質炭群に分類されたもの以外の試験用劣質炭の膨張比容積とコークス強度との相関性から、その第２の試験劣質炭群（膨張比容積で試験用劣質炭が差別化できるグループ）の相関式を求める。この第２の昇温条件で採用する平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500は、第１の昇温条件の膨張性試験では膨張比容積とコークス強度との相関性が得られなかった試験用劣質炭について、膨張比容積で差別化できるようにする必要があることから、第１の昇温条件よりも速いものにする。具体的なＨ.Ｒ._400-500については、第１の昇温条件の場合と同様に適宜設定すればよいが、その設定の目安として、好ましくは第１の昇温条件の平均昇温速度の２倍以上にするのがよく、より好ましくは第１の平均昇温速度の昇温条件の５倍以上にするのがよい。また、平均昇温速度の上限値については第１の昇温条件にもよるため、特に規定されるものではないが、実際に実施できる範囲としては、好ましくは１００倍以下、より好ましくは１０倍以下が例示できる。ちなみに、Ｈ.Ｒ._400-500が第１の昇温条件の平均昇温速度の８倍以上において、第１の昇温条件のような比較的低速のＨ.Ｒ._400-500では相関性を示さなかった試験用劣質炭について、その膨張比容積とコークス強度との間に有意な関係を充分に認めることができるようになることを確認しているため、より好適な昇温速度として例示できる。

先の表１に示した例では、Ｈ.Ｒ._400-500＝１２℃/minの第１の昇温条件による膨張性試験で比較的高い膨張比容積を示した劣質炭は、膨張比容積により差別化できて第１の試験劣質炭群に分類され、この第１の試験劣質炭群から相関式（１）を算出することができる。一方、膨張比容積が比較的低い値を示した残りの劣質炭については、Ｈ.Ｒ._400-500＝１００℃/minの第２の昇温条件による膨張性試験で求められた膨張比容積により差別化でき、その第２の試験劣質炭群から相関式（２）を算出することができる。そのため、これらによって得られた相関式（１）及び（２）を用いれば、実製造に使用する劣質炭の膨張比容積からその劣質炭を用いて得られる成形コークスのコークス強度を推定することができる。この表１の例において更なる必要性がある場合や、或いは、第１、２の昇温条件による膨張性試験では全ての試験用劣質炭について膨張比容積による差別化が十分でない場合には、勿論、第２の昇温条件よりもＨ.Ｒ._400-500を速めた第３の昇温条件による膨張性試験を実施したり、第４以降の昇温条件によって膨張性試験を実施するようにしてもよい。

そして、実製造に使用する劣質炭について、その成形コークスのコークス強度を推定するにあたっては、予め、上述したようにして２以上の昇温条件による膨張性試験を実施して、試験用劣質炭の膨張比容積とそれぞれの試験用劣質炭から得られる試験成形コークスのコークス強度との相関性から、少なくとも相関式（１）及び（２）を求めておく。

次に、実製造に使用する劣質炭について、上記の相関式（１）を求めた場合と同様にした第１の昇温条件による膨張性試験でその膨張比容積を測定する。得られた膨張比容積Ｉが以下の条件〈1-i〉を満たせば、その膨張比容積をもとに、第１の試験劣質炭群から求められた相関式（１）を用いて、事前にその劣質炭を成形して得られる成形コークスのコークス強度を推定する。もし、得られた膨張比容積Ｉが以下の条件〈1-ii〉に該当する場合には、上記の相関式（２）を求めた場合と同様にした第２の昇温条件による膨張性試験を実施して、膨張比容積IIを測定するようにする。
膨張比容積Ｉ≧１．１×ａ₁ ……〈1-i〉
膨張比容積Ｉ＜１．１×ａ₁ ……〈1-ii〉
（ここで、ａ₁は、第１の昇温条件による膨張性試験で劣質炭の微粉末試料を充填した細管内のピストン変位がゼロの場合の基準膨張比容積を表す。）

そして、再度得られた膨張比容積IIが以下の条件〈2-i〉を満たせば、その膨張比容積IIをもとに、第２の試験劣質炭群から求められた相関式（２）を用いてコークス強度を推定する。もし、再度得られた膨張比容積IIが以下の条件〈2-ii〉に該当する場合には、予め第３以降の昇温条件による膨張性試験を実施して相関式（３）、（４）、・・・、（ｎ）を求めておき、上記の〈1-i〉、〈2-i〉と同様にして求められる条件〈3-i〉、〈4-i〉、・・・、〈n-i〉を満足するまでこれを繰り返す。或いは、直近の膨張性試験における膨張比容積からある程度予想されるコークス強度を見計らい、例えば表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆が予め定めた品質管理値に達しないことが予想されるような場合には、時宜を得て条件〈n-ii〉に該当したところで、その劣質炭は成形コークスの製造に適さないと判断するようにしてもよい。
膨張比容積II≧１．１×ａ₂ ……〈2-i〉
膨張比容積II＜１．１×ａ₂ ……〈2-ii〉
膨張比容積ｎ≧１．１×ａ_n ……〈n-i〉
膨張比容積ｎ＜１．１×ａ_n ……〈n-ii〉
〔ここで、ａ₂は、第２の昇温条件による膨張性試験で劣質炭の微粉末試料を充填した細管内のピストン変位がゼロの場合の基準膨張比容積を表す。また、膨張比容積ｎは、第ｎの昇温条件による膨張性試験で測定された膨張比容積であり、ａ_nは、その膨張性試験で劣質炭の微粉末試料を充填した細管内のピストン変位がゼロの場合の基準膨張比容積を表す（ｎは自然数）。〕

これらの条件〈n-i〉、〈n-ii〉を得るにあたり、本発明者らは、ある劣質炭（石炭Ｘ）について、図１に示した膨張性試験装置を用いて下記の表２に示す条件でＨ.Ｒ._400-500＝１２℃/minによる膨張性試験を行って膨張比容積を測定した。そして、そのサンプル数を５にして膨張比容積の標準偏差σを求めたところ、３σ＝０．１２３であった。３σであれば、ばらつきの範囲ではなく、確実に膨張していると考えられる。ちなみに、この膨張性試験の場合、表２の条件によれば細管内のピストン変位がゼロのとき、すなわち先に示した膨張比容積を求める式（Ｚ）でｈ₁の代わりに初期高さｈ₀＝６０mmを代入すれば、石炭Ｘが全く膨れないとしたときの基準膨張比容積は１．２５となる。したがって、この３σを勘案すると、膨張性試験後の膨張比容積は、１．２５０＋０．１２３＝１．３７５となるが、この値は、基準膨張比容積である１．２５０に対して、ほぼ１．１倍であることが分かった。また、この傾向は、種々の劣質炭についても、ほぼ同様であった。

この知見に基き、本発明では、膨張性試験で測定された膨張比容積が基準膨張比容積ａ_nに対して１．１倍以上であれば、その劣質炭の膨張性が確認できたと判断して、当該膨張性試験で得られた相関式を使ってコークス強度を推定することとした。もし、１．１倍未満であれば、その劣質炭の膨張性は確認できないと判断し、平均昇温速度の速い他の膨張性試験からそのコークス強度を推定するようにする。

本発明における強度推定方法は、劣質炭を単味で成形して成形コークスを製造する際にそのコークス強度を推定するほか、劣質炭を複数種配合して成形コークスを製造する場合にも利用することができる。劣質炭を複数種配合する場合には、それぞれの劣質炭について本発明に係る膨張性試験で膨張比容積を測定して、配合比で加重平均することで、得られる成形コークスのコークス強度を推定することができる。また、劣質炭以外に非微粘結炭や粘結性を示す他の石炭を含めて成形コークスを製造する場合にも適用することができる。その場合には、非微粘結炭等に関する公知の強度推定方法を組み合わせるようにすればよい。

以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例の内容に制限されるものではない。

表１に示した性状を有する９種類の劣質炭（Ａ炭〜Ｉ炭）を用意し、これらを試験用劣質炭とした。これらはいずれもＪＩＳＭ８８０１に規定される膨張性試験方法で求めた全膨張率が０％であった。この９種類の試験用劣質炭について、以下のようにしてそれぞれ単味の成形炭を準備した。

先ず、１．５mm以下が１００％になるように各劣質炭を粉砕し、後に添加するバインダーの偏在を防ぐために、粉砕した劣質炭にそれぞれ熱水を１０００cc/30kg-coal加えて加温しながら、バインダーとしてＳＯＰ（軟ピッチ）を外数で８質量％添加して、混練機（レディゲミキサー、550mmφ×670mmL）で１８０秒間混練し、各劣質炭を混練炭とした。次いで、得られた混練炭を縦６５mm×横４５mm×厚み３０mmのカップサイズを有したダブルロールプレス式成形機を用いて線圧３t/cmの圧力で成形し、それぞれ容積５６ccのピロー型の成形炭とした。

次に、上記で得られた各成形炭について、直接乾留炉を用いて１０００℃まで加熱し、試験成形コークスを得た。その際、成形炭の中心部の温度が４００℃に達した時点から５００℃に達するまでの間の平均昇温速度が６℃/minとなる昇温パターンで乾留するために、昇温開始から１０００℃まで、平均昇温速度が６℃/minで加熱した。得られた各試験成形コークスについて、それぞれ約５００gを開口径２５mmの篩いで手篩により篩分けし、篩上を測定用試料としてＪＩＳＫ２１５１法に基づきドラム試験機により各試験成形コークスの表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆（−）を測定した。結果は表１に示したとおりである。

また、上記９種類の試験用劣質炭について、図１に示した膨張性試験装置を用いて、それぞれ以下のようにして膨張比容積を測定した。
先ず、１．５mm以下が１００％になるように粉砕して各試験用劣質炭の微粉末試料を用意して、内径φ８mm×高さ３７２mmのＳＵＳ３１０Ｓ製測定管（細管）に装入し、測定管内の上部側にピストンを載せて試験用劣質炭の微粉末試料の高さが６０mmになるようにした。また、測定管内に装入する試験用劣質炭の微粉末試料は、いずれも無水ベースの質量で２．４１３gとなるようにし、その際の充填密度（嵩密度）は０．８g/cm³とした。

次いで、予め３００℃に加熱した電気炉内に測定管を入れて、測定管内に充填された試験用劣質炭の微粉末試料を３００℃から５５０℃まで加熱した。その際、測定管内の微粉末試料が４００℃に達した時点から５００℃に達するまでの間の平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500が１２℃/minになる第１の昇温条件の昇温パターンと、平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500が１００℃/minになる第２の昇温条件の昇温パターンとで各試験用劣質炭を加熱するようにし、それぞれ２つの膨張性試験を実施した。これらの膨張性試験中は、測定管内で膨張する微粉末試料の高さをピストンに接続した図示外のレーザー変位計によって計測し、ピストン変位が最大になった時点で最大膨張時体積Ｖを求め、先の式（Ｚ）から膨張比容積を算出した。各結果は表１に示したとおりである。なお、Ｈ.Ｒ._400-500＝１００℃/minの昇温条件を得る際には、使用した電気炉の出力の都合上、本実施例では予め電気炉を５５０℃まで昇温させておき、これに測定管を入れて７分間保持するようにして実施した。

そして、上記で求められた各試験用劣質炭の膨張比容積（cm³/g）と先に求めたそれぞれの試験用劣質炭から得られる試験成形コークスのコークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆（−）との関係を昇温条件の異なる膨張性試験毎にまとめると図２、図３のグラフのようになる。このうち、図２に示したＨ.Ｒ._400-500＝１２℃/minの膨張性試験によれば、Ａ炭、Ｂ炭、Ｃ炭、及びＤ炭については、膨張比容積（ｘ）の増加に伴いコークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆（ｙ）が向上する関係を有し、これらＡ炭〜Ｄ炭からなる第１の試験劣質炭群の相関性は“ｙ＝１２．８３２ｘ＋５４．１７５”の相関式（１）で表すことができる。一方、図３に示したＨ.Ｒ._400-500＝１００℃/minの膨張性試験では、図２のグラフではｘ−ｙの一次関数が傾きを持たずに膨張比容積とコークス強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆との相関性が認められないＥ炭、Ｆ炭、Ｇ炭、Ｈ炭、及びＩ炭が、膨張比容積（ｘ）の増加に伴いコークス強度（ｙ）が向上する関係を示し、これらＥ炭〜Ｉ炭からなる第２の試験劣質炭群の相関性は“ｙ＝−７／(ｘ−１．１５)＋８０”の相関式（２）で表すことができる。

これらの相関式（１）及び（２）によれば、用意した全ての試験用劣質炭について膨張比容積とコークス強度との相関性を把握できたことになる。そこで、実製造に使用する劣質炭について上記と同様にして膨張性試験を行って膨張比容積を求め、これらの相関式を用いて、成形コークスにした場合のコークス強度を推定することができる。そこで、表３に示したように、新たに入荷されてコークス強度が未知であり、ＪＩＳＭ８８０１の膨張性試験方法で測定した全膨張率が０％の劣質炭ｊ及びｋについて、以下のようにしてコークス強度を推定しながら成形コークスを製造した。

先ず、劣質炭ｊを１．５mm以下が１００％になるように粉砕して微粉末試料とし、先の場合と同様にしてＳＵＳ３１０Ｓ製測定管に装入して、平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500が１２℃/minになる第１の昇温条件の膨張性試験で膨張比容積Ｉを測定した。このときの基準膨張比容積ａ₁は１．２５であり、実際に測定された膨張比容積Ｉは１．６０であったことから、膨張比容積Ｉ≧１．１×１．２５の条件を満たすことになる。そこで、上記相関式（１）を用いて、測定された膨張比容積Ｉからこの劣質炭ｊを成形コークスにした場合のコークス強度を求めると、表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆（−）＝７４．７１と推定された。

次いで、上記で試験成形コークスにした場合と同様にして、この劣質炭ｊから容積５６ccのピロー型成形炭を作製し、直接乾留炉を用いて成形炭の中心部の温度が４００℃に達した時点から５００℃に達するまでの間の平均昇温速度が６℃/minとするために、昇温開始から１０００℃まで、平均昇温速度が６℃/minで加熱して乾留し、劣質炭ｊ単味の成形コークスを製造した。この劣質炭ｊの成形コークスを先の手順と同様にして、ＪＩＳＫ２１５１法に基づきドラム試験機で表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆（−）を測定したところ、実測の表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆（−）は７５．０であった。この値は推定した表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆（−）と良く一致する結果であった。

一方の劣質炭ｋについては、平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500が１２℃/minの第１の昇温条件の膨張性試験で測定された膨張比容積IIは１．３１であり、膨張比容積Ｉ＜１．１×１．２５の条件に該当した。そこで、平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500が１００℃/minの第２の昇温条件による膨張性試験を実施し、劣質炭ｋの膨張比容積IIを測定したところ、１．３８であった。この値は膨張比容積II≧１．１×１．２５の条件を満たすことから、上記で得られた相関式（２）を用いて、この劣質炭ｋの膨張比容積IIから成形コークスにした場合のコークス強度を求めると、表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆（−）＝４９．５７と推定された。

そして、この劣質炭ｋについても上記と同様にして容積５６ccのピロー型成形炭を作製して、劣質炭ｋ単味の成形コークスを得た。この劣質炭ｋの成形コークスの表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆（−）を実測したところ、表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆（−）は５０であり、上記で推定した表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆（−）と良く一致する結果であった。

上記のようにしてコークス強度を推定しながら製造した劣質炭ｊ及びｋの成形コークスは、いずれも高炉周辺部に装入される小塊コークスとして十分な表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆（−）を有するものである。そのため、実際に劣質炭ｊ及びｋを単味の成形コークスとしたり、或いは他の石炭と配合した成形コークスなどとして利用できると考えられる。

なお、上記の実施例では、第１の昇温条件の膨張性試験をＨ.Ｒ._400-500＝１２℃/minとし、第２の昇温条件の膨張性試験をＨ.Ｒ._400-500＝１００℃/minとして実施しているが、これら以外のＨ.Ｒ._400-500を採用できることは勿論である。また、上記実施例では２つの昇温条件を採用した膨張性試験を行っているが、更に平均昇温速度を変えた昇温条件で膨張性試験を行ってもよい。すなわち、用意した試験用劣質炭の種類や数に応じて、それらが膨張比容積とコークス強度との間に所定の相関性を示すように平均昇温速度を適宜選択すればよく、また、用意した全ての試験用劣質炭がこれらの有意な相関性を示すように、昇温条件の数を設定して膨張性試験を行うことができる。

Claims

劣質炭を用いて成形コークスを製造する際に、予め複数種の試験用劣質炭の膨張比容積とそれぞれの試験用劣質炭から得られる試験成形コークスのコークス強度との相関性を求めておき、その相関式に基づいて、実製造に使用する劣質炭の膨張比容積からその劣質炭を用いて得られる成形コークスのコークス強度を推定する方法であって、
前記膨張比容積は、細管内に充填した劣質炭の微粉末試料にピストンを載せて所定の昇温速度で加熱し、ピストン変位の最高点を求める膨張性試験で得られた劣質炭微粉末試料の最大膨張時体積Ｖと劣質炭微粉末試料の充填質量Ｗとの比（Ｖ／Ｗ）であり、
先ず、試験用劣質炭が少なくとも４００℃に達した時点から５００℃に達するまでの間の平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500を３℃/min超にする第１の昇温条件による膨張性試験で膨張比容積を測定し、その膨張比容積がコークス強度との間で相関性を示す第１の試験劣質炭群の相関式を求め、
次いで、前記平均昇温速度Ｈ.Ｒ._400-500を第１の昇温条件よりも速めた第２の昇温条件による膨張性試験で膨張比容積を測定し、第１の試験劣質炭群以外の試験用劣質炭の膨張比容積とコークス強度との相関性から第２の試験劣質炭群の相関式を求めるようにし、
実製造に使用する劣質炭の膨張比容積を第１の昇温条件による膨張性試験で測定して、該膨張比容積が、ピストン変位がゼロの場合の基準膨張比容積ａ ₁ に対して１．１倍以上（≧1.1×ａ ₁ ）であれば、第１の試験劣質炭群から求められた相関式を用いてコークス強度を推定し、
該膨張比容積が基準膨張比容積ａ ₁ に対して１．１倍未満（＜1.1×ａ ₁ ）であれば、第２の昇温条件による膨張性試験で膨張比容積を測定して、該膨張比容積が、ピストン変位がゼロの場合の基準膨張比容積ａ ₂ に対して１．１倍以上（≧1.1×ａ ₂ ）の場合には、第２の試験劣質炭群から求められた相関式を用いてコークス強度を推定することを特徴とする成形コークスの強度推定方法。