JP5900531B2

JP5900531B2 - コークスの製造方法

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Publication number: JP5900531B2
Application number: JP2014084456A
Authority: JP
Inventors: 雅彦渡邉; 窪田　征弘; 征弘窪田; 上坊　和弥; 和弥上坊
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2034-04-16
Also published as: JP2014224242A

Description

本発明は、劣質炭を配合してなる成型炭を、石炭を粉砕した配合炭とともにコークス炉に装入して乾留するコークスの製造方法に関する。

高炉操業において、コークスには、炉内の通気性を確保するために、所要の強度が求められるが、コークス用原料としての良質の強粘結炭は、資源的に枯渇状態にあるので、劣質炭を用いて必要な強度を有するコークスを製造する方法が多く提案されている。
その一つとして、劣質炭を配合して成型炭とし、その成型炭と、石炭を粉砕して粉炭とした配合炭とを混合してコークス炉に装入する方法がある。この方法では、劣質炭を配合した石炭を見掛密度の高い成型炭とするため、コークス強度が改善される利点がある。また、装入嵩密度の低い粉炭に見掛密度の高い成型炭を混合することにより、全体の嵩密度が向上し、粉炭のみを使用した場合よりもコークス品質を改善する利点もある。

しかし、このような成型炭を用いる方法において、成型炭中の劣質炭の使用量をさらに増加するためには、コークス強度を一層改善する必要があり、そのための方法として、例えば特許文献１、２に開示されている方法がある。

特許文献１には、成型炭部と粉炭部のコークス強度をそれぞれ推定し、両者のコークス化時の重量割合からコークス強度を推定する際、成型炭に用いる原料の粒度、真比重、揮発分、膨張率と、成型炭の密度と、乾留条件から成型炭部のコークス強度を推定し、粉炭部も同様にして推定することにより、強度の高いコークスが得られる原料石炭の配合調整をより適正に行うことができる方法が開示されている。
また、特許文献２には、原料炭に、低品質コークス原料を成型して製造した成型炭を、粒径を調整して配合し、従来以上に強度の高いコークスを製造する高強度コークスの製造方法が開示されている。

特開昭６０−１７４９５１号公報特開２００８−１２０８９８号公報

劣質炭を配合してなる成型炭を配合炭とともにコークス炉に装入してコークスを製造する際、特許文献１による方法でコークス強度を推定して使用する石炭原料を調整したり、特許文献２による方法で、成型炭の粒径を調整したりしても、コークス強度が低下して、十分な強度が得られない場合があり、成型炭の原料として劣質炭の使用量を増加させる際の障害になっていた。
そこで、本発明では、成型炭と、石炭を粉砕した配合炭とをコークス炉に装入して乾留するコークスの製造方法において、成型炭に配合する劣質炭の量を多量に使用しても、強度の高いコークスを安定して製造できる製造方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく種々検討する過程で、コークス炉の石炭充填状態を試験的に再現し、その再現された状態をＸ線ＣＴで観察することを試みた。その結果、成型炭の周囲に局所的に空隙が形成されることが見出された。成型炭の周囲に局所的な空隙が形成されることは従来知られておらず、その空隙がコークス化後も残存すると、コークス強度に影響することが予想された。

そこでさらに検討した結果、その空隙がコークス化後も充填されずに残ることが原因で、予想されたコークス強度が得られない場合があることを知見した。
成型炭は、特許文献２にも記載されているように、乾留時の軟化溶融温度域で乾留前の体積を超えて膨張することが知られており、本発明者らはその性質を利用して上記のような空隙を埋めることを着想して本発明に到達した。
そのようにしてなされた本発明の要旨は以下の通りである。

（１）成型炭と石炭を粉砕した配合炭とをコークス炉に装入して乾留するコークスの製造方法において、
試験装置を用いて自然落下により成型炭と石炭を粉砕した配合炭とを容器に充填して、Ｘ線ＣＴにより容器内の断面画像を撮像し、
得られた断面画像から、成型炭周囲に形成されている空隙の最大幅Ｗを定量化し、
さらに、試験装置を用いて成型炭の乾留時の最大膨張体積を測定して、成型炭の膨張量を膨張前後の円相当径の変化量Δｒ（ｍｍ）として求め、
求められた変化量Δｒが前記最大幅Ｗ（ｍｍ）の４０％未満の場合は成型炭を構成する石炭配合を変更し、
前記変化量Δｒが前記最大幅Ｗの４０％以上となる石炭配合を求め、この配合に基づき製造した成型炭を用いることを特徴とするコークスの製造方法。
（２）前記の成型炭周囲に形成されている空隙の最大幅Ｗを定量化するに際し、
前記断面画像を用いて、成型炭周縁から単位幅ａ（ｍｍ）ずつ、成型炭と相似的に段階的に領域を膨張させる処理を行うことで、粉炭部から当該領域を取り除き、当該領域を取り除いた粉炭部嵩密度をそれぞれ定量化し、
成型炭の周縁から取り除いた領域の幅ｘ（ｍｍ）と幅成型炭周縁からｘ（ｍｍ）の幅の領域を取り除いた領域の粉炭部嵩密度との関係を求め、
ｘ（ｍｍ）に対する粉炭部嵩密度の変化が、所定の範囲内に収束するｘ（ｍｍ）を成型炭周囲に形成されている空隙の最大幅Ｗ（ｍｍ）とすることを特徴とする前記（１）に記載のコークスの製造方法。
（３）前記（１）または（２）に記載のコークスの製造方法において、
前記成型炭の膨張前後の円相当径の変化量Δｒ（ｍｍ）を求めた後、該変化量Δｒと成型炭に配合される石炭の全膨張率を加重平均した加重平均全膨張率との関係を予め求めておき、
成型炭の加重平均全膨張率と前記変化量Δｒの関係から、前記最大幅Ｗ（ｍｍ）の４０％を超える成型炭の膨張量が得られるように、成型炭の加重平均全膨張率の目標値を定め、
求められた変化量Δｒが前記最大幅Ｗの４０％未満の場合は、前記の目標値以上になるように成型炭を構成する石炭の配合を変更することを特徴とするコークスの製造方法。

本発明では、成型炭を石炭を粉砕した配合炭とともにコークス炉に装入する場合、装入後の成型炭周囲に形成される空隙の大きさを予め求めておくことにより、その空隙を適切に埋めることができる最適な成型炭の石炭配合設計をすることができるようになり、それによって、劣質な石炭をより安定的に多量に使用することができるようになる。

成型炭と石炭を粉砕した配合炭とが充填された容器のＸ線ＣＴによる断層画像の一例を示す図である。容器内の断層画像の一部を拡大した図である。画像解析方法の概念を示す図であり、ａは、成型炭部以外を全て粉炭部とした状態を示し、ｂは、成型炭の周りｘmmを除いた領域を粉炭部とする状態を示す。成型炭周囲からｘの幅の領域を取り除いた時の粉炭部嵩密度ＢＤ_ｐとｘの関係を示す図である。粉炭部嵩密度の変化ＢＤ_{ｐ，ｎ＋1}−ＢＤ_ｐ，ｎと成型炭周囲から取り除いた領域の幅ｘの間の関係を示す図である。成型炭の膨張性の測定の概要を説明するための図である。成型炭の膨張前後の円相当径の変化量Δｒと成型炭周囲の最大空隙幅Ｗの比Δｒ/Ｗと全体のコークス強度ＤＩ^１５０ _１５の関係を示す図である。最大空隙幅の残存率と最大空隙幅Ｗに対する取り除いた領域の成型炭の周縁からの幅ｘの比ｘ/Ｗとの関係を示す図である。成型炭の加重平均全膨張率と、成型炭の膨張前後の円相当径の変化量Δｒとの間の関係を示す図である。実施例で作製したコークスのコークス強度を比較して示す図である。

本発明者らは、成型炭と石炭を粉砕した配合炭（以下、この配合炭を粉炭という。）とをコークス炉に装入する際の石炭充填状態を試験的に再現し、その再現された状態をＸ線ＣＴで撮像し、得られた断層画像（図１参照）を観察した。
その結果、図２に示すように、成型炭の周囲に空間（黒で表示されている部分）が形成されていることが認められた。
このことから、成型炭と粉炭とをコークス炉に装入する場合、成型炭の周囲に空隙が形成された箇所があり、乾留後もその空隙が多く残る場合に、予想されたコークス強度が得られない場合があることを知見した。

そこで、その空隙を乾留時に適切に埋めることにより、コークス強度の低下を防ぐことを考えた。
成型炭を構成する石炭の配合によっては、乾留時の軟化溶融温度域で乾留前の体積を超えて膨張する成型炭があることが、例えば特許文献２などによって知られている。
そのため、成型炭の膨張量が前記空隙を埋めることができる程度かどうか調べて、空隙を埋めることができない時は、成型炭を構成する石炭の配合を膨張量が大きくなるようなものに変え、得られた成型炭を用いてコークスを製造したところ、コークス強度の高いコークスが製造できることが確認された。

以上のようにしてなされた本発明について、以下順次説明する。
まず、試験装置を用いて、次のような手順で、成型炭と粉炭とをコークス炉に装入する際の石炭充填状態を再現するように容器に充填して、成型炭の周囲に形成される空隙の最大幅Ｗ（ｍｍ）を測定する。

ａ１）コークス炉に装入する成型炭とそれに混合する粉炭とを準備する。
成型炭は、原料となる石炭にバインダーを添加して混練し、この混練物をブリケットマシンなどで所定の形状に成型することにより製造される。劣質炭を集中的に成型炭に配合することにより、劣質炭を多量に使用しても必要な強度をもつコークスを製造できる。
成型炭としては、バインダー添加率６〜１０％とし、大きさ：４ｃｃ〜１２５ｃｃ、密度：１．１〜１．２ｇ／ｃｍ^３の範囲に成型したものが用いられ、粉炭としては、配合炭を粒度：−３ｍｍ６０％〜−３ｍｍ９５％に粉砕したものが用いられる。

ａ２）前記成型炭と粉炭とをコークス炉の石炭充填状態を再現できるように容器に充填する。
容器への石炭の充填は、ホッパーより容器に自然落下させることにより行う。例えば、嵩密度測定装置の粉粒体落下装置を用いて行うことができる。

ａ３）容器に充填された配合炭を、Ｘ線ＣＴを用いて３次元の断層画像を撮影する。その際、３次元の各方向へのスライス幅は、例えば５ｍｍとする。
図１に断層画像の１例を、図２に断層画像の１部拡大図を示す。図２に示されるように、成型炭の周囲（白色の破線で囲った箇所）に黒色部分として現れる空間が存在していることが判る。

ａ４）続いて、得られた断層画像から成型炭の周囲に形成されている空隙の最大幅Ｗを定量化する。最大幅Ｗの定量化は、複数枚の断層画像を目視して測定することによってもできるが、測定精度の観点から本発明者らは画像解析で行うこととした。
本発明者らは空隙の最大幅Ｗを定量化する手段として、次の画像解析方法を試みた。
本発明者らは成型炭の周囲から成型炭の相似形で単位幅ずつ膨張させて、成型炭の周囲の空隙を単位幅ずつ取り除くことにより、この空隙が取り除かれた領域の粉炭部の嵩密度を定量化し、この粉炭部の嵩密度の変化を調べることで、空隙の最大幅Ｗを定量化することを考えた。

すなわち、成型炭周囲に形成された空隙を含む領域を取り除いていくことで、粉炭部嵩密度に対する成型炭周囲の空隙の影響が取り除かれていき、粉炭部分の嵩密度は向上する。一方、成型炭周囲に形成された空隙の影響を全て取り除いた後は、空隙の影響がなくなるため、粉炭部分の嵩密度の変化は小さくなる、もしくは所定の値に留まると考えた。
しかしながら、成型炭周囲の領域を取り除いた際の粉炭部分の嵩密度の変化は、直接測定することは困難であるため、前記断層画像を用いて画像解析により成型炭周囲の領域を取り除いた際の粉炭部分の嵩密度の変化を定量化した。

以下では、成型炭の周囲に形成される空隙の最大幅Ｗを定量化する方法について具体的に述べる。なお、成型炭周囲から取り除く領域の単位幅をａ、成型炭周囲から取り除いた領域の幅をｘ、成型炭周囲から領域を取り除く作業の回数をｎ（０以上の整数）と表記する場合がある。さらに、成型炭周囲から単位幅ａの領域を取り除く作業をｎ回繰り返した時の成型炭周囲から取り除いた領域の幅をｘ_ｎ＝ｎ（回）×ａ（ｍｍ）とする。また、輝度分布をＬＢ、嵩密度をＢＤとし、粉炭部分であればｐを添え字として表記し、成型炭部分であればＢｒｉを添え字として表記する。

成型炭の周囲からｘを取り除いた領域の粉炭部嵩密度を求める画像解析方法の一例を、図３を引用して示す。
まず、前記断層画像をモノクロ化する。ここで、容器の側面および底面の近くは壁効果により石炭が充填されにくい状態になっているがこの範囲は実炉のスケールに比べると非常に小さいため取り除く必要がある。そこで、粉粒体落下装置の容器の側面および底面からそれぞれ数ｍｍ離れた領域を、関心領域ＲＯＩ(：ＲｅｇｉｏｎＯｆＩｎｔｅｒｅｓｔ)として設定し（図３ａ参照）、このＲＯＩ内の輝度分布をＬＢ_ａｌｌと定義する。
今回の検討では、壁面から５ｍｍ離れた領域をＲＯＩとして設定したが、壁面からどれだけ離れた領域を設定するかについては測定に支障のない範囲であれば上限に規定はなく、下限は５ｍｍ程度とすることが推奨される。

設定されたＲＯＩ内にて、まずは成型炭部分のみを選択領域とする処理を実行する。成型炭部分のみを選択領域とする処理として、はじめに、二値化によりＲＯＩ内で、所定の閾値を超える輝度の領域を選択する。所定の閾値は、選択される側に成型炭が含まれており、かつ、成型炭以外の粒子が少量しか含まれていない値を選定すれば良い。
その後、クロージング処理・穴埋め処理・収縮膨張処理を実行することで、成型炭部のみが選択領域となるようにする。ここで、膨張・収縮処理は六方格子など、形状が変化しにくい形式を用いて行うことが望ましい。
以上の処理により、成型炭部分のみを選択領域とした後、当該領域の輝度分布を測定する。この時の輝度分布をＬＢ_{Ｂｒｉ，0}とする。

続けて選択されている領域を、膨張処理により成型炭部分の形状を保持したまま、相似形でａずつ拡大させて（図３ｂ参照）、それぞれの輝度分布を測定する。なお、本発明者らの測定条件では、1回の膨張処理につきａ＝０．４８８ｍｍずつ膨張を進めた。
すなわち、成型炭部分のみを選択領域としてｎ回膨張処理を実施し、選択領域がｘ_ｎ＝ｎ（回）×ａ（ｍｍ）だけ膨張した時の選択領域の輝度分布をＬＢ_{Ｂｒｉ，ｎ}とする。

続けて、成型炭部分のみを選択した選択領域をｎ回膨張処理した時の粉炭部の輝度分布ＬＢ_ｐ，ｎを下記の式に従って算出する。なお、ＬＢ_ａｌｌとは、前記ROI内の成型炭および粉炭が混在した状態での輝度分布であり、成型炭の選択や膨張処理を実施する前の輝度分布を示す。
ＬＢ_ｐ,ｎ＝ＬＢ_ａｌｌ−ＬＢ_{Ｂｒｉ,ｎ}
ここで、あらかじめ使用したＸ線ＣＴ装置における輝度値と嵩密度の関係を調べておき、得られたＬＢ_ｐ，ｎから成型炭をｎ回膨張処理したときの粉炭部分の嵩密度ＢＤ_ｐ，ｎを算出する。
このようにして、成型炭周縁からｘ_ｎ離れた領域を除いた部分の粉炭部の嵩密度をそれぞれ定量化することができる。

同様の手順により、それぞれのｘ_ｎに対応するＢＤ_ｐ，ｎの定量化の画像処理を、複数枚数の断層画像に対して行った後、各断層画像間でのＢＤ_ｐ,ｎの平均値をとることで平均ＢＤ_ｐ,ｎを求める。このように各画像間ＢＤ_ｐ，ｎの平均を取ることにより、粉粒体落下装置の容器内におけるｘ_ｎとＢＤ_ｐ，ｎの関係をより精度良く求めることができる。このため、解析対象とする断層画像の枚数は多ければ多いほど望ましく、特に規定されるものではないが、例えば、２０枚以上の画像を分析してＷを算出することが推奨される。

それぞれの画像のｘ_ｎにおける平均ＢＤ_ｐ，ｎをそれぞれ定量化した後、成型炭周囲から取り除いた領域の幅ｘと粉炭部嵩密度ＢＤ_ｐの関係を求め、ｘに対する粉炭部嵩密度ＢＤ_ｐの変化量が、所定の範囲に収束した際のｘを最大空隙幅Ｗ（ｍｍ）として得る。
すなわち、ｘ_ｎに対する平均ＢＤ_ｐ，ｎ+1−平均ＢＤ_ｐ，ｎの変化量が、所定の範囲に収束したｘ_ｎを、最大空隙幅Ｗとした。
以上の手順よりなる最大空隙幅Ｗの解析の一例として、粉炭部水分１．５％、成型炭容量３０ｃｃの条件で空隙を定量化した例を、図４、５に示す。

なお、以上説明した例では、成型炭部分を選択領域として全体の輝度部分布から差し引くことで粉炭部分の輝度分布を求めたが、直接粉炭部分の輝度分布を求める方法により解析を行っても差支えない。

このような空隙の最大幅Ｗの測定は、コークス炉に装入する成型炭や粉炭の配合条件ごとに実施するのが好ましい。但し、空隙の最大幅Ｗは、装入物の装入条件(装入高さや装入方法など)、成型炭のサイズおよび配合比率と、粉炭の粒度分布および水分が同じであれば、炭種によらず、一定とみなしてよいことを確認しているので、Ｘ線ＣＴの断層画像の解析による最大幅Ｗの測定は、成型炭のサイズおよび成型炭の配合比率と、粉炭の粒度分布および水分と、装入物の装入条件(装入高さや装入方法など)が大幅に異なる場合に測定すれば、実用上、問題はない。
従って、装入物の装入条件(装入高さや装入方法など)、成型炭のサイズおよび配合比率と、粉炭の粒度分布および水分を、大幅に変化させる場合には、それによって空隙の最大幅Ｗが変化することが予想されるので、同じ炭種を使用する場合であっても、空隙の最大幅Ｗを測定することが好ましい。

次に、成型炭の膨張前後の円相当径の変化量Δｒ（ｍｍ）を次の手順で測定する。
ｂ１）まず、成型炭の最大膨張体積を測定する。
成型炭の最大膨張体積の測定は、試験装置を用いて行う。試験装置としては、JIS M 8801 に記載されているディラトメーター用の試験装置を用いることができる。具体的には、石炭粒度、見掛け密度、バインダー添加量を成型炭に模擬した円錐台の成型物を作成し、それを加熱して行う。すなわち、成型炭に模擬した成型物（底面の径８ｍｍ、高さ６０ｍｍ）を図７に示す反応管に装入し、その上部にピストンを載置し、その容器を加熱して、成型物の上端の上昇量をピストンの変位量から読み取って、その最大値から成型物の最大膨張体積Ｖを求める。
その際の加熱温度は、石炭は４００℃前後の温度で軟化し始めてその後膨張し、５００℃前後の温度で再固化して縮小することから、５５０℃までで充分である。

ｂ２）次に、得られた成型物の最大膨張体積Ｖに基づいて成型炭の膨張前後の円相当径の変化量Δｒを求める。
成型炭が球の場合、その膨張前後の半径の変化量Δｒ（ｍｍ）は下記式（１）よって表される。

成型炭の膨張比容積ＳＶは、成型炭の最大膨張体積Ｖ（cm³）とその成型炭の質量Ｍ（ｇ）を用いて、下記式（２）によって求められる。
ＳＶ＝Ｖ／Ｍ・・・（２）
ここで、膨張試験で用いた成型物は成型炭を模擬したものであるから、最大膨張体積Ｖとしては、膨張試験で測定した値を用いることができる。
したがって、成型炭に模擬した成型物の膨張試験から式（２）を用いて成型炭の膨張比容積を求めれば、式（１）から成型炭の円相当径の変化量Δｒを求めることができる。
なお、成型炭の形状が球状ではなく、アーモンド、ピロー、マセック、プリズム等さまざまな形状の成型炭においても、上記の（１）式を用いてΔｒを算出しても、問題ないことを確認している。

以上のようにして、成型炭周囲の空隙の最大幅Ｗと成型炭の膨張前後の円相当半径の変化量Δｒとを求めることができるので、求められたＷに対して、変化量Δｒがどの程度であれば、コークス強度ＤＩの急落を防ぐことが出来るかを検討した。
検討に当たって、まず、粉炭、および、あらかじめΔｒを変更させた種々の成型炭を用意し、さらに成型炭周囲の空隙の最大幅Ｗを測定する方法により、成型炭ならびに粉炭が充填された状態のＷを測定した。

次に、このＷを測定した充填物を試験炉にて乾留し、得られたコークスの強度ＤＩを測定した上で、Δｒとの関係を調べた。その結果、Δｒ＜０．４×Ｗとなる配合条件において強度が急落することがわかった。典型的な例を図７に示すが、Δｒ／Ｗが０．４よりも小さくなると、ＤＩが急落する傾向が認められた。この関係は、種々のＷにおいて成り立つことが、Ｗを変更させた試験により、分かった。

なお、ｘ＝０におけるＢＤ_ｐ，０とそれぞれのｘ_ｎにおけるＢＤ_ｐ，ｎの差を、ＢＤ_ｐ，０で割った（ＢＤ_ｐ，ｎ−ＢＤ_ｐ，０）/ＢＤ_ｐ，０で、最大空隙幅の残存率を定義し、この最大空隙幅の残存率と、最大空隙幅Ｗに対する取り除いた領域の成型炭の周縁からの幅ｘの比ｘ/Ｗとの関係を、種々の条件に対して調べた。その結果、空隙幅の分布を求めたところ、０．４×Ｗ以上の空隙は全体の５０％を下回ることが分かった（図８参照）。すなわち、Δｒ＜０．４×Ｗの条件では、空隙の５０％以上を埋めることが出来なくなり、このためにコークス強度が急落したと考えられる。

以上の検討結果により、求められた成型炭の前記径の変化量Δｒが測定された成型炭周囲の空隙の最大幅Ｗの４０％以上か否かを判定して、次のように強度が向上したコークスが得られるようにする。
コークス強度が向上したコークスを得るには、成型炭が乾留時に膨張して、コークス炉への石炭装入時に形成されていた成型炭周囲の空隙を低減させることが必要である。
そのため、径の変化量Δｒが空隙の最大幅Ｗの４０％以上か否かを判定し、変化量Δｒが最大幅Ｗの４０％以上の場合には、乾留時の膨張によって空隙を適切に埋めることができるとして、その配合を用いることができる。また、径の変化量Δｒが空隙の最大幅Ｗの６０%以上となる場合、すなわちΔｒ≧０．６Ｗを満たす場合は、空隙の内７０％を埋めることができるため、より好ましい。
さらに、径の変化量Δｒが空隙の最大幅Ｗよりも大きい方が、より確実に乾留時の膨張によって空隙を埋めることができるため、変化量Δｒが最大幅Ｗ以上となる場合、すなわちΔｒ≧Ｗを満たす場合が、より好ましい。

変化量Δｒが空隙の最大幅Ｗの４０％未満の場合には、その成型炭を用いてもコークス強度の向上が期待できないため、成型炭の原料となる石炭の配合比率や炭種を変えて、再度、新たな配合の成型炭について膨張試験を行い、成型炭の膨張前後の径の変化量Δｒを求めて、径の変化量Δｒが最大幅Ｗの４０％以上となる石炭配合の成型炭をコークス炉に装入するようにする。

以上の態様では、成型炭の膨張量について成型炭を構成する石炭配合ごとに膨張試験を行って測定する例について説明したが、本発明者らは、成型炭の膨張量を直接測定しなくても、成型炭に配合される単味炭の全膨張率ＴＤから間接的に求める方法について検討した。

石炭の全膨張量ＴＤはすでに多くのものが調べられており、成型炭を構成する石炭の配合が決まれば、その配合から、単味炭の全膨張量TDを加算して平均をとった加重平均膨張量ΣＴＤを知ることができるので、成型炭部への使用を予定している石炭を用いて加重平均膨張量ΣＴＤの異なるさまざまな配合の成型炭を作製し、各成型炭の最大膨張体積Ｖを前記の方法で測定し、前記（１）式を用いて各成型炭の膨張前後の径の変化量Δｒを計算して、両者の関係を求めた。

配合の異なる各成型炭について、その成型炭の加重平均膨張量ΣＴＤと得られた径の変化量Δｒをプロットして図９に示す。
図９から、成型炭の加重平均膨張量ΣＴＤと膨張前後の径の変化量Δｒの間には、良好な相関関係が認められた。従って、使用を予定している石炭を用いて、あらかじめΣＴＤとΔｒの関係を求めておくことで、成型炭を構成する石炭を任意の配合量で構成しても、その成型炭の膨張前後の径の変化量Δｒを予測できることが確認された。
なお、この関係は、使用する石炭種、成型炭の見掛け密度およびバインダーの添加量が異なる場合には、上記の相関関係は有するものの、ΣＴＤに対するΔｒの値が変化する場合があるため、再度その条件にてΣＴＤとΔｒの関係を求めることが好ましい。

なお、成型炭の加重平均全膨張率ΣＴＤは次のようにして求められる。
成型炭に配合を予定している石炭ａ、ｂ、ｃの各々について全膨張率をＴＤを調べておく。成型炭が石炭ａ：ｘ％、ｂ：ｙ％、ｃ：ｚ％からなっており、それら石炭の全膨張率ＴＤ（％）が、それぞれ、ＴＤａ、ＴＤｂ、ＴＤｃである時、成型炭の加重平均全膨張率ΣＴＤ（％）を、式ΣＴＤ＝（ｘ・ＴＤａ＋ｙ・ＴＤｂ＋ｚ・ＴＤｃ）／１００から求める。

次に、前記ΣＴＤとΔｒの関係から、測定した最大幅Ｗの４０％を超える成型炭の変化量Δｒが得られるように、成型炭の加重平均全膨張率ΣＴＤの目標値を求め、その目標値以上になるように成型炭の配合を調整する。
その際、劣質炭を４０％以上使用するような配合が望ましい。本発明では、膨張性の低い劣質炭を多く使用しても、膨張性の高い強粘結炭を使用することにより、前記目標値以上の加重平均全膨張率ΣＴＤを有する成型炭とすることができ、冷間強度の高いコークスを得ることができる。
このように、この態様の場合には、成型炭の変化量Δｒを成型炭の配合ごとに測定しなくても、成型炭の加重平均全膨張率ΣＴＤから予想できるようにした。

以上、本発明の実施の態様について説明したが、更に、実施例により本発明の実施可能性及び効果について説明する。

表１に示すように、全膨張量ＴＤと揮発分含有量ＶＭの異なる５種類の単味炭を準備し、表２に示す配合１〜３の配合炭を用い、それぞれの配合炭をブリケットマシンにより、ピロー型、体積＝４６ｃｃ、円相当径ｒ＝２０ｍｍ、見かけ密度＝１．１２ｇ／ｃｍ³の成型炭１〜３に成型した。
次に、この成型炭１〜３のいずれかと粉炭とを混合し、上記ａ２）のようにして容器に充填して、Ｘ線ＣＴを用いて断層画像を得て、それを画像解析して、成型炭の周りに形成される空隙の最大幅Ｗを求めたところ、成型炭１〜３のいずれを用いた場合でもＷは５．３７ｍｍであった。ここで、粉炭に用いた石炭は水分１０％、粉砕粒度−３ｍｍ８５％とした。

このことから、成型炭の周りに形成され空隙を消滅させるためには、５．３７ｍｍの４０％である２．１５ｍｍを超える成型炭の膨張量Δｒが必要であり、さらに、５．３７ｍｍ全てを充填できる膨張量である５．３７ｍｍ以上の膨張量Δｒが好ましいことが予想された。
そこで、図９のプロットを用いてそれぞれのΔｒに対応する全膨張率ΣＴＤを求めたところ、Δｒが２．１５ｍｍである場合に必要な全膨張率ΣＴＤは約４０％以上であり、５．３７ｍｍでは９０％以上であることが知見された。
このことから、配合２による成型炭は、ΣＴＤが１４．７％であって十分な膨張量が得られないが、配合１と配合３では、いずれもΣＴＤは、４０％以上であり、十分な膨張量が得られることが予想された。

次に、配合１〜３の成型炭と粉炭とをコークス炉に装入して乾留し、得られたコークスのコークス強度を調べたところ、図１０に示す結果が得られた。
配合２では、成型炭の膨張量が低く、予想された通り十分なコークス強度を有するコークスが得られないが、成型炭が十分な膨張量を有する配合１と２では、十分なコークス強度を有するコークスが得られることが確認された。

以上のように、劣質炭を多く成型炭に含有させても、膨張性の高い粘結炭を使用して成型炭の膨張性を大きくすれば、十分なコークス強度を有するコークスが得られることが確認された。

Claims

成型炭と石炭を粉砕した配合炭とをコークス炉に装入して乾留するコークスの製造方法において、
試験装置を用いて自然落下により成型炭と石炭を粉砕した配合炭とを容器に充填して、Ｘ線ＣＴにより容器内の断面画像を撮像し、
得られた断面画像から、成型炭周囲に形成されている空隙の最大幅Ｗを定量化し、
さらに、試験装置を用いて成型炭の乾留時の最大膨張体積を測定して、成型炭の膨張量を膨張前後の円相当径の変化量Δｒ（ｍｍ）として求め、
求められた変化量Δｒが前記最大幅Ｗ（ｍｍ）の４０％未満の場合は成型炭を構成する石炭配合を変更し、
前記変化量Δｒが前記最大幅Ｗの４０％以上となる石炭配合を求め、この配合に基づき製造した成型炭を用いることを特徴とするコークスの製造方法。
前記の成型炭周囲に形成されている空隙の最大幅Ｗを定量化するに際し、
前記断面画像を用いて、成型炭周縁から単位幅ａ（ｍｍ）ずつ、成型炭と相似的に段階的に領域を膨張させる処理を行うことで、粉炭部から当該領域を取り除き、当該領域を取り除いた粉炭部嵩密度をそれぞれ定量化し、成型炭の周縁から取り除いた領域の幅ｘ（ｍｍ）と幅成型炭周縁からｘ（ｍｍ）の幅の領域を取り除いた領域の粉炭部嵩密度との関係を求め、ｘ（ｍｍ）に対する粉炭部嵩密度の変化が、所定の範囲内に収束するｘ（ｍｍ）を成型炭周囲に形成されている空隙の最大幅Ｗ（ｍｍ）とすることを特徴とする請求項１に記載のコークスの製造方法。
請求項１または請求項２に記載のコークスの製造方法において、
前記成型炭の膨張前後の円相当径の変化量Δｒ（ｍｍ）を求めた後、該変化量Δｒと成型炭に配合される石炭の全膨張率を加重平均した加重平均全膨張率との関係を予め求めておき、
成型炭の加重平均全膨張率と前記変化量Δｒの関係から、前記最大幅Ｗ（ｍｍ）の４０％を超える成型炭の膨張量が得られるように、成型炭の加重平均全膨張率の目標値を定め、
求められた変化量Δｒが前記最大幅Ｗの４０％未満の場合は、前記の目標値以上になるように成型炭を構成する石炭の配合を変更することを特徴とするコークスの製造方法。