JP6323150B2 - 配合炭の比容積の推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉に装入する配合炭の最大膨張時における比容積を推定する方法に関する。

コークスは、通常、多くの種類の石炭を配合してコークス炉で乾留して製造される。なかでも高炉用コークスは、高炉までの輸送や高炉内での衝撃に耐えるため、所定の値以上の強度を持つことが要求されるが、配合する原料の石炭は、銘柄毎に性状が異なることから、要求される強度のコークスを安定して製造するためには、事前に得られるコークスの強度を石炭の性状に基づいて精度良く推定した上で、それらを踏まえて石炭の配合やコークス炉の操業条件等を設定する必要がある。

石炭の性状のなかで、粘結性を表す指標のひとつに比容積が用いられている。この石炭の比容積とは、膨張時の石炭体積Ｖと石炭質量Ｗとの比Ｖ／Ｗで表されて、ＪＩＳ Ｍ ８８０１の膨張性試験方法により、石炭膨張後のピストン高さ（最大膨張時の高さ）を測定して求めることができる。

ところで、この石炭の比容積を用いて、配合炭における各石炭の配合率を重みとした加重平均により、その配合炭の比容積（以下「理論比容積」と言う場合がある）を算出すると、実際に測定した配合炭の比容積から乖離することが知られている。これは、配合炭のなかで再固化温度が低い石炭が、それよりも再固化温度の高い他の石炭が軟化溶融しているときに既に再固化しているため、他の石炭の軟化溶融層からガスが抜ける通路として作用し、軟化溶融層のガス量を減少させてしまうためと考えられている。

この点に関して、特許文献１では、他の石炭の膨張を阻害する膨張阻害作用を下記式で表されるイナート係数として捉えて、理論比容積に対してこれを掛けて補正することで、配合炭の比容積を推定する方法を記載している。ここでは、膨張阻害作用は炭種によって異ならず、配合炭での割合に応じて決まるとしている。
イナート係数＝１−０．００６８×Ｍ
（ここで、Ｍは再固化温度が低い石炭の質量百分率の和を表す。）

また、特許文献２には、イナート係数を下記式のように定義して、理論比容積に乗じることが記載されている。
イナート係数＝１−ｆ・ｙ
（ここで、ｆは高灰分炭や低灰分炭材の種類に応じて異なる値であり、また、ｙは高灰分炭及び低灰分炭材の配合率を表す。）

特開平９−２５５９６５号公報（請求項2、段落0017） 特開２０１０−２０９３１０号公報（段落0045、図1）

しかしながら、これら特許文献１、２に記載された従来技術の方法によって配合炭の比容積を推定しても、実測値から外れてしまうことがあり、推定精度を更に高めるために改良の余地があることが分かった。

したがって、本発明の目的は、配合炭の比容積をより精度を高めて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、上記課題を解決するために、より広範囲の炭種について詳細な検討を重ねた結果、再固化温度が低い石炭（以下「低石炭化度炭」と言う）が、それよりも再固化温度の高い他の石炭（以下「高石炭化度炭」と言う）の膨張を阻害する膨張阻害作用は、低石炭化度炭が再固化した状態での構造（すなわちセミコークス構造）に起因するものであり、この構造が決定されるにあたって、上記従来技術で述べられるような低石炭化度炭の膨れ方（膨張性）のみならず、低石炭化度炭が再固化したときの高石炭化度炭の膨れ方（膨張性）に影響されることを新たに見出した。
そこで、イナート係数を石炭配合により変更するようにし、詳しくは、低石炭化度炭が再固化する温度での配合炭の比容積を加重平均により求めて、当該比容積の値に応じてイナート係数を算定することで、従来法に比べて比容積の推定精度を向上させることができることから、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、ＪＩＳ Ｍ８８０１の流動性試験方法により測定される石炭の固化温度が４７０℃未満である低石炭化度炭と、前記固化温度が４７０℃以上である高石炭化度炭とが配合された配合炭の最大膨張時における比容積を推定する方法であって、
予め、配合炭を構成する各石炭について、細管内に充填した石炭試料にピストンを載せて加熱する膨張性試験により、加熱温度とそのときのピストン変位から求まる石炭の比容積との関係を得ると共に、ピストン変位が最大になる再固化温度での石炭の最大比容積ｖを求めておき、
配合炭に含まれる低石炭化度炭のなかで、再固化温度が最も高いものの再固化温度を最高再固化温度Ｓとして、前記膨張性試験で得られた石炭の加熱温度と比容積との関係から、最高再固化温度Ｓにおける各石炭の比容積ｖ_Ｓを求めて、各石炭の配合率を重みとした加重平均により、前記最高再固化温度Ｓでの配合炭の比容積Ｖ_Ｓを算出し、
前記最高再固化温度Ｓでの配合炭の比容積Ｖ_Ｓが閾値Ｔ（cm³/g）以上の場合、下記式（１）、（３）及び（４）を用いて配合炭の最大膨張時における比容積Ｖ’を求め、前記最高再固化温度Ｓでの配合炭の比容積Ｖ_Ｓが閾値Ｔ（cm³/g）未満の場合、下記式（２）、（３）及び（４）を用いて配合炭の最大膨張時における比容積Ｖ’を求めることを特徴とする、配合炭の比容積の推定方法である。
イナート指数φ＝α … …（１）
イナート指数φ＝β−γ×Ｖ_Ｓ … …（２）
イナート係数Φ＝１−φΣｘ_ｉ … …（３）
比容積Ｖ’＝Σｘ_ｉ・ｖ_i ＋ ΦΣｘ_ｊ・ｖ_ｊ … …（４）
〔ここで、Ｖ_Ｓは最高再固化温度Ｓでの配合炭の比容積(cm³/g)、ｘ_ｉは低石炭化度炭の各石炭の質量分率(-)、ｖ_ｉは低石炭化度炭の各石炭の最大比容積(cm³/g)、ｘ_ｊは高石炭化度炭の各石炭の質量分率(-)、ｖ_ｊは高石炭化度炭の各石炭の最大比容積(cm³/g)をそれぞれ表す。また、定数α、β、γは、予め用意した複数の試験用配合炭について、想定しているコークス炉の操業条件の昇温速度で比容積を測定し、低石炭化度炭の最高再固化温度での比容積とイナート指数との関係性により求まるものであり、この関係においてイナート指数が一定値を示す直線ａとイナート指数が比例関係を示す直線ｂとの２本の直線で近似したときに、式（１）で表される直線ａの一定値がαであり、式（２）で表される直線ｂの傾きの絶対値がγであると共に、低石炭化度炭の最高再固化温度での配合炭の比容積が０の場合のイナート指数がβである。更に、前記閾値Ｔは、これら直線ａと直線ｂとで近似される試験用配合炭の比容積の変化に対するイナート指数の挙動の変局点を表す。〕

本発明によれば、石炭の配合が種々変わった場合でも、配合炭の最大膨張時における比容積を精度良く推定することができるようになる。そのため、本発明の方法を用いることで、例えば、コークス強度の推定精度をより高めることができるようになる。

図１は、石炭Ｉ（低石炭化度炭）、石炭II（高石炭化度炭）、及び配合炭Ｉ＋IIについて、それぞれの膨張性試験により得られた加熱温度と比容積との関係を示すグラフである。 図２は、低石炭化度炭の配合によるイナート係数の変化の様子を示すグラフである。 図３は、低石炭化度炭の再固化温度での配合炭の比容積とイナート指数φとの関係を示すグラフである。 図４は、図３に示したグラフの近似直線を表す。

以下、本発明について詳しく説明する。
先ず、図１には、ＪＩＳ Ｍ８８０１の流動性試験方法により測定される石炭の固化温度が４４６℃である石炭Ｉ（本発明で言う「低石炭化度炭」に相当）、同じく固化温度が４８０℃である石炭II（本発明で言う「高石炭化度炭」に相当）、及び、石炭Ｉと石炭IIを５０質量％ずつ配合した配合炭Ｉ＋IIについて、それぞれを粉砕した試料を個別に細管内に充填し、その上にピストンを載せて加熱する膨張性試験により、加熱温度とそのときのピストン変位から求まる石炭の比容積との関係をグラフにしたものが示されている。

ここで、膨張性試験は、ＪＩＳ Ｍ ８８０１の膨張性試験方法で用いる膨張性測定装置を用いて行うことができ、ピストン高さを測定しながら、下記式（５）より比容積を求めて、加熱温度との関係を得るようにする。但し、ＪＩＳ Ｍ ８８０１では１５０μｍ以下に微粉砕した石炭を、規定の棒状に加圧成形して所定の細管に装入し、その上にピストンを入れた後、規定の昇温速度（3.0±0.1℃/min）で加熱して、ピストンの上下の変位を測定するが、本発明では、実コークス炉に装入する石炭の粒度に相当する粒径として、２．８ｍｍ以下程度に粉砕した微粉末試料を細管内に充填し、その細管内の微粉末試料上にピストンを挿入して、上記と同様、規定の昇温速度で加熱しながら、ピストン変位を測定する。
比容積(cm³/g)＝膨張した石炭の体積(cm³)／石炭装入量(g) … …（５）

そして、図１から分かるように、低石炭化度炭（石炭Ｉ）と高石炭化度炭（石炭II）を配合すると、ピストン変位が最大になる配合炭の最大比容積は、各石炭の比容積の加重平均値より低下してしまうことから、下記式（４）に表されるように、イナート係数Φ（−）を用いて、加重平均から求められる理論比容積を補正する必要がある（０≦Φ≦１）。
比容積Ｖ’＝Σｘ_ｉ・ｖ_i ＋ ΦΣｘ_ｊ・ｖ_ｊ … …（４）
（ここで、ｘ_ｉは低石炭化度炭の各石炭の質量分率(-)、ｖ_ｉは低石炭化度炭の各石炭の最大比容積(cm³/g)、ｘ_ｊは高石炭化度炭の各石炭の質量分率(-)、ｖ_ｊは高石炭化度炭の各石炭の最大比容積(cm³/g)をそれぞれ表す。また、Σは、iおよびjの各グループについて、そのグループの石炭すべてについて合計することを意味する。）

この理由について、一般に石炭を乾留すると、４００℃前後から起る熱分解により発生するガスやタールが一部石炭粒子内に滞留するため、石炭全体が軟化し、気泡が生成して膨脹する。ところが、配合炭を乾留する場合、低石炭化度炭は再固化温度が低く、高石炭化度炭が膨脹する温度で既に再固化して多孔質のセミコークスになっているため、高石炭化度炭から発生するガスやタールの通過経路となり、高石炭化度炭の膨脹が阻害されて、配合炭の最大比容積は、配合炭を構成する各石炭の最大比容積の加重平均値より低下すると考えられる。

そこで、低石炭化度炭と高石炭化度炭のそれぞれについて、種類の異なる石炭を用意して、低石炭化度炭と高石炭化度炭との配合比率を変えながら、複数の試験用配合炭を配合し、先の膨張性試験の方法と同様にして、それらの最大膨張時における比容積（すなわちピストン変位が最大のときの比容積）を測定した。そして、理論比容積の補正に必要なイナート係数Φを求めて、配合炭における低石炭化度炭の質量分率（配合比率）との関係を得た。

この関係について、その一部をグラフにして示したものが図２である。この図２から分かるように、低石炭化度炭の質量分率が高まると、高石炭化度炭の膨脹を阻害する影響が大きくなり、イナート係数Φは直線的に低下する。しかも、この直線の傾きは一様でなく、配合炭を構成する石炭によって変わることから、イナート係数Φは下記式（３）のように表すことができる。
イナート係数Φ＝１−φΣｘ_ｉ … …（３）
（φは直線の傾きの絶対値を表し、本発明ではイナート指数と呼ぶ。ｘ_ｉは上記と同じ。）

本発明では、この点について、配合炭における膨張阻害作用は、低石炭化度炭が再固化したセミコークスの構造に起因し、また、その構造を決めるにあたり、低石炭化度炭の膨れ方（膨張性）と共に、低石炭化度炭が再固化する温度での高石炭化度炭の膨れ方（膨張性）も影響すると考えた。すなわち、前者については、低石炭化度炭が膨張して石炭粒子間の空隙を十分充填できた場合には、セミコークスの通気抵抗が大きく、高石炭化度炭から発生するガスやタールが拡散し難いため、高石炭化度炭の膨張の低下が少ない。それに対して、低石炭化度炭の膨張率が低く、石炭粒子間の空隙を十分充填できない場合には、気泡が破裂して連結したり、粒子間の空隙が残存したりするため、セミコークスの通気抵抗が小さく、高石炭化度炭の膨張の低下が大きくなってしまう。一方、後者については、高石炭化度炭は低石炭化度炭が再固化する温度でもある程度は膨張していることから、この膨張により、低石炭化度炭の粒子が充填すべき空隙が減少して、低石炭化度炭が再固化したセミコークスは通気抵抗の大きい構造になり易い。すなわち、低石炭化度炭の再固化温度での配合炭全体としての比容積が十分大きければ、低石炭化度炭のセミコークスが通気抵抗の大きい構造になる。それに対して、低石炭化度炭の再固化温度での配合炭全体としての比容積が不十分な場合は、セミコークスが通気抵抗の小さい構造になり易い。

そのため、本発明においては、低石炭化度炭が再固化する状態における低石炭化度炭と高石炭化度炭のそれぞれの膨れ方、すなわち低石炭化度炭の再固化温度での配合炭の比容積に着目することで、イナート係数Φを表す直線の傾きの絶対値（＝イナート指数φ）が整理できると考えた。例えば、図２に示した直線（ｉ）の傾向を示す配合炭は、低石炭化度炭の再固化温度での比容積は１．５cm³/gであり、同じく、直線（ii）の傾向を示す配合炭の場合は１．２cm³/g、直線（iii）の傾向を示す配合炭の場合は１．０cm³/gである。これらからも、イナート係数Φを表す直線の傾きは、低石炭化度炭が再固化する温度での配合炭の比容積により変化することが分かる。

そこで、先の試験用配合炭について、それぞれ低石炭化度炭が再固化する温度での比容積とイナート指数φ（図２に示したような低石炭化度炭の質量分率とイナート係数Φとの関係を表す直線の傾きの絶対値）との関係をグラフにしたものが図３である。また、これらの関係を直線で近似したものが図４である。なお、図３におけるイナート係数の単位は「1/％」で示している。

これら図３、図４の例では、低石炭化度炭の再固化温度における配合炭の比容積が１．４cm³/g以上では、イナート指数φは所定のばらつきの範囲内でほぼ一定値であり、一方、低石炭化度炭の再固化温度における配合炭の比容積が１．４cm³/g未満になると、イナート指数φは当該比容積と比例関係を有して変化していることがわかる。従って、図３、図４の例では、その閾値Ｔを１．４cm³/gと設定した。また、図３、図４の関係性に基き、イナート指数φと低石炭化度炭の再固化温度における配合炭の比容積Ｖ_Ｓとの関係性は、下記式（１）〜（２）のように表すことができる。
イナート指数φ＝α … …（１）
イナート指数φ＝β−γ×Ｖ_Ｓ … …（２）
なお、図３、図４の場合は、αが０．５、βが４、γが２．５となった。
（ここで、Ｖ_Ｓは、配合炭に含まれる低石炭化度炭のなかで再固化温度が最も高いものの再固化温度を最高再固化温度Ｓとして、当該最高再固化温度Ｓでの配合炭の比容積を表す。配合炭中に含まれる低石炭化度炭が１種の場合には、その低石炭化度炭の再固化温度が最高再固化温度Ｓであり、２種以上の低石炭化度炭が含まれる場合には、それぞれの再固化温度の中で最も高いものの再固化温度が最高再固化温度Ｓである。）

イナート指数φがこのような傾向を示す理由について、上記比容積の閾値Ｔ（図３、図４の例では１．４cm³/g）未満の配合炭では、石炭粒子の粘結（接着）が十分でなくなり、石炭粒子間の空隙を十分埋められずに空隙が残ったり、石炭粒子の膨脹が拘束されず自由膨脹となり連結気孔が生成するなどして、セミコークスの通気抵抗が低下すると考えられる。一方、上記比容積の閾値Ｔ（図３、図４の例では１．４cm³/g）以上の配合炭では、低石炭化度炭が再固化して生成するセミコークスの構造が良好となり、空隙や連結気孔が生成しないため、イナート指数φは一定になると考えられる。

以上のとおり、膨張阻害効果を表わすイナート係数Φは、低石炭化度炭が再固化する温度での配合炭の比容積により変化し（図２）、また、イナート係数Φの変化の程度を表わすイナート指数φについても石炭配合によって変化することが分かる（図３）。そのため、低石炭化度炭が再固化する温度での配合炭の比容積からイナート指数φを算出し、さらに、この値からイナート係数Φを算出することにより、配合炭の比容積を精度良く推定することができるようになる。

このような知見をもとに、本発明では、低石炭化度炭と高石炭化度炭とが配合された配合炭の最大膨張時における比容積を推定するにあたり、先ず、配合炭を構成する各石炭について、先の膨張性試験により、図１に示したような加熱温度と比容積との関係を得ると共に、ピストン変位が最大になる再固化温度での石炭の最大比容積ｖを求めるようにする。なお、低石炭化度炭とは、ＪＩＳ Ｍ８８０１の流動性試験方法により測定される石炭の固化温度が４７０℃未満の石炭であり、これには当該流動性試験方法で固化温度が求まらない（膨張しない）石炭も含まれる。また、高石炭化度炭とは、上記流動性試験方法により測定される石炭の固化温度が４７０℃以上の石炭である。

次いで、配合炭に含まれる低石炭化度炭のなかで、再固化温度が最も高いものを最高再固化温度Ｓとして、図１のように、上記膨張性試験で得られた石炭の加熱温度と比容積との関係から、最高再固化温度Ｓにおける各石炭の比容積ｖ_Ｓを求める。そして、求められた各石炭の比容積ｖ_Ｓについて、配合炭における各石炭の配合率を重みとした加重平均により、上記最高再固化温度Ｓでの配合炭の比容積Ｖ_Ｓを算出する。なお、最高再固化温度Ｓの選定にあたっての考え方は先に述べたとおりである。

そして、算出した配合炭の比容積Ｖ_Ｓが閾値Ｔcm³/g以上であれば、下記式（１）、（３）及び（４）を用いて配合炭の最大膨張時における比容積Ｖ’を求めればよい。また、算出した配合炭の比容積Ｖ_Ｓが閾値Ｔ未満であれば、下記式（２）、（３）及び（４）を用いて配合炭の最大膨張時における比容積Ｖ’を求めればよい。
イナート指数φ＝α … …（１）
イナート指数φ＝β−γ×Ｖ_Ｓ … …（２）
イナート係数Φ＝１−φΣｘ_ｉ … …（３）
比容積Ｖ’＝Σｘ_ｉ・ｖ_i ＋ ΦΣｘ_ｊ・ｖ_ｊ … …（４）
〔ここで、Ｖ_Ｓは最高再固化温度Ｓでの配合炭の比容積(cm³/g)、ｘ_ｉは低石炭化度炭の各石炭の質量分率(-)、ｖ_ｉは低石炭化度炭の各石炭の最大比容積(cm³/g)、ｘ_ｊは高石炭化度炭の各石炭の質量分率(-)、ｖ_ｊは高石炭化度炭の各石炭の最大比容積(cm³/g)をそれぞれ表す。〕

このようにして求めた比容積Ｖ’は、低石炭化度炭が再固化する温度での低石炭化度炭と高石炭化度炭の膨れ方の影響を加味しながら、低石炭化度炭のセミコークス構造に起因する膨張阻害作用を考慮したものであることから、配合炭における石炭配合が種々変化しても、本発明によれば、配合炭の最大膨張時における比容積をより高い精度で推定することができる。
なお、上記では、石炭の比容積を測定する際に、昇温速度を3.0±0.1℃/minで行った場合を示しており、これは通常のコークス炉の操業条件を想定している。しかし、コークス炉の炉温、石炭の嵩密度等の操業条件が異なる合場合は、あらかじめ、適正な昇温速度（例えば、4℃±0.1℃/min）を、別途、測定により把握しておき、その昇温速度における比容積を用いて、図３、図４の関係性を求めることで、前記の閾値Ｔおよび定数α、β、γを設定することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明はこれらの内容に制限されるものではない。なお、本発明の実施例では、前記の閾値Ｔが１．４cm³/g、前記の定数として、αが０．５、βが４、γが２．５の場合を例に挙げて説明する。

（実施例１）
表１に示した石炭Ａ〜Ｃについて、２．８ｍｍ以下が１００％となるようにそれぞれ粉砕して、各石炭の試料を準備した。そして、これらの試料を用いて膨張性試験を行った。すなわち、試料２．４１ｇを成型せずに、ＪＩＳ Ｍ ８８０１の膨張性試験方法で用いる膨張性測定装置の細管内に嵩密度０．８g/cm³で充填し、それ以外はＪＩＳ Ｍ ８８０１に規定の方法に従って、加熱しながらピストン変位を求めて、加熱温度と上記式（５）で表される比容積との関係を石炭Ａ〜Ｃごとにそれぞれ求めた。また、得られた加熱温度と比容積との関係から、各石炭のピストン変位が最大になる再固化温度、及びそのときの最大比容積を求め、更には、石炭Ａ（低石炭化度炭に相当）の再固化温度での各石炭の比容積を求めた。結果を表１に示す。なお、表１中の固化温度は、ＪＩＳ Ｍ８８０１の流動性試験方法により測定したものである。

次に、表１に示した石炭Ａ〜Ｃを用いて、表２に示す配合割合（質量比率）の配合炭１〜３を調製した。ここで、配合炭１〜３について、それぞれ、各石炭の配合率を重みとした加重平均により、石炭Ａの再固化温度（最高再固化温度Ｓ）での配合炭の比容積Ｖ_Ｓを算出した。その結果は表２に示したとおりであり、配合炭１及び３については、最高再固化温度Ｓでの配合炭の比容積Ｖ_Ｓが１．４cm³/g未満であったことから、上記式（２）に従い、イナート指数φを算出した。また、配合炭２は、最高再固化温度Ｓでの配合炭の比容積Ｖ_Ｓが１．４cm³/g以上であったことから、上記式（１）に従い、イナート指数φを算出した。

次いで、求めたイナート指数φと低石炭化度炭（石炭Ａ）の配合率を用いて、上記式（３）より、配合炭１〜３のイナート係数Φをそれぞれ求め、上記式（４）より、配合炭の最大膨張時における比容積Ｖ’を算出したところ、配合炭１では１．７１cm³/g、配合炭２では２．１２cm³/g、配合炭３では１．７６cm³/gとそれぞれ推定された。これらの結果を表２にまとめて示す。

一方で、配合炭１〜３について、それぞれ、ＪＩＳ Ｍ ８８０１に規定される膨張性試験方法に従って膨張率を測定し、各配合炭の最大膨張時における比容積を求めたところ、配合炭１では１．６９cm³/g、配合炭２では２．１４cm³/g、配合炭３では１．７７cm³/gであった。従って、本発明の方法で求めた推定値は、いずれも極めて高い精度で実測値を推定できることが分かる。

なお、比較参照用として、ｉ）イナート係数Φを使わずに、配合炭における各石炭の最大比容積を加重平均して求めた理論比容積と、ii）上記特許文献１に係る推定比容積（従来法）を表２に記した。ここで、ii）では、配合炭における膨張阻害作用は炭種によって異ならず、石炭の配合割合に応じて決まるとする考えに基づいて、本発明に係る方法で求めたイナート指数φが一定（すなわちφ＝0.5）として算出している。従来法による推定値は、実測値と乖離した値となる場合があり、本発明に係る推定値の精度が極めて良好であることが分かる。

（実施例２）
表３に示した石炭Ｄ〜Ｇを用いて、表４に示す配合割合（質量比率）の配合炭４〜６を調製し、それ以外は実施例１と同様の手順により、配合炭４〜６の最大膨張時における比容積Ｖ’をそれぞれ算出した。但し、この実施例２では、配合炭中に含まれる低石炭化度炭が石炭Ｄと石炭Ｅの２種類存在することから、再固化温度がより高い（石炭化度がより高い）石炭Ｅの再固化温度を最高再固化温度Ｓとして、当該温度での各石炭の比容積を求めた。結果を表３に示す。

この実施例２において、上記式（４）より、配合炭の最大膨張時における比容積Ｖ’を推定したところ、配合炭４では１．７６cm³/g、配合炭５では１．４０cm³/g、配合炭６では１．５１cm³/gであった。また、ＪＩＳＭ ８８０１に規定される膨張性試験方法に従って膨張率を測定し、各配合炭の最大膨張時における比容積を実際に求めたところ、配合炭４では１．７８cm³/g、配合炭５では１．４２cm³/g、配合炭５では１．５０cm³/gであり、本発明の方法で求めた推定値は、いずれも極めて高い精度で実測値を推定できることが分かる。更には、これらの配合炭についても実施例１と同様に、比較参照用として、ｉ）イナート係数Φを使わずに、配合炭における各石炭の最大比容積を加重平均して求めた理論比容積と、ii）上記特許文献１に係る推定比容積（従来法）を求めたところ、表４に示したとおり、従来法による推定値は、実測値と乖離した値となる場合があり、いずれも本発明の推定値の精度が極めて良好であることが分かる。

Claims (1)

1. ＪＩＳ Ｍ８８０１の流動性試験方法により測定される石炭の固化温度が４７０℃未満である低石炭化度炭と、前記固化温度が４７０℃以上である高石炭化度炭とが配合された配合炭の最大膨張時における比容積を推定する方法であって、
   予め、配合炭を構成する各石炭について、細管内に充填した石炭試料にピストンを載せて加熱する膨張性試験により、加熱温度とそのときのピストン変位から求まる石炭の比容積との関係を得ると共に、ピストン変位が最大になる再固化温度での石炭の最大比容積ｖを求めておき、
   配合炭に含まれる低石炭化度炭のなかで、再固化温度が最も高いものの再固化温度を最高再固化温度Ｓとして、前記膨張性試験で得られた石炭の加熱温度と比容積との関係から、最高再固化温度Ｓにおける各石炭の比容積ｖ_Ｓを求めて、各石炭の配合率を重みとした加重平均により、前記最高再固化温度Ｓでの配合炭の比容積Ｖ_Ｓを算出し、
   前記最高再固化温度Ｓでの配合炭の比容積Ｖ_Ｓが閾値Ｔ（cm³/g）以上の場合、下記式（１）、（３）及び（４）を用いて配合炭の最大膨張時における比容積Ｖ’を求め、前記最高再固化温度Ｓでの配合炭の比容積Ｖ_Ｓが閾値Ｔ（cm³/g）未満の場合、下記式（２）、（３）及び（４）を用いて配合炭の最大膨張時における比容積Ｖ’を求めることを特徴とする、配合炭の比容積の推定方法。
   イナート指数φ＝α … …（１）
   イナート指数φ＝β−γ×Ｖ_Ｓ … …（２）
   イナート係数Φ＝１−φΣｘ_ｉ … …（３）
   比容積Ｖ’＝Σｘ_ｉ・ｖ_i ＋ ΦΣｘ_ｊ・ｖ_ｊ … …（４）
   〔ここで、Ｖ_Ｓは最高再固化温度Ｓでの配合炭の比容積(cm³/g)、ｘ_ｉは低石炭化度炭の各石炭の質量分率(-)、ｖ_ｉは低石炭化度炭の各石炭の最大比容積(cm³/g)、ｘ_ｊは高石炭化度炭の各石炭の質量分率(-)、ｖ_ｊは高石炭化度炭の各石炭の最大比容積(cm³/g)をそれぞれ表す。また、定数α、β、γは、予め用意した複数の試験用配合炭について、想定しているコークス炉の操業条件の昇温速度で比容積を測定し、低石炭化度炭の最高再固化温度での比容積とイナート指数との関係性により求まるものであり、この関係においてイナート指数が一定値を示す直線ａとイナート指数が比例関係を示す直線ｂとの２本の直線で近似したときに、式（１）で表される直線ａの一定値がαであり、式（２）で表される直線ｂの傾きの絶対値がγであると共に、低石炭化度炭の最高再固化温度での配合炭の比容積が０の場合のイナート指数がβである。更に、前記閾値Ｔは、これら直線ａと直線ｂとで近似される試験用配合炭の比容積の変化に対するイナート指数の挙動の変局点を表す。〕

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