JP6777471B2 - カルシウムカーバイドの製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、ブリケットの製造方法及びカルシウムカーバイドの製造方法に関する。

特許文献１には、アセチレンの製造に用いられるカルシウムカーバイド（以下、単にカーバイドと呼ぶ）に関する記述がある。

国際公開第２０１３／０２７４２６号

カーバイドを製造するため、生石灰とコークスを電気炉に供給し、電気炉内での加熱を介してカーバイド生成反応が促進される。電気炉内でのカーバイド生成反応の反応速度や、副生ガスの十分な排気を確保するため、電気炉内に供給されるコークスは、適切なサイズであることが望ましい。

想定される幾つかの場合、原料として使用できる湿炭の塊コークスのサイズは、８〜５０ｍｍあり、８ｍｍ未満のサイズのコークス粉は原料として使用が難しい。８ｍｍ未満のサイズのコークス粉をカーバイド用原料として使用するため、８ｍｍ未満のサイズのコークス粉から、原料として使用可能な塊コークスと同等サイズのブリケットを成形することが検討される。しかしながら、成形されたブリケットが十分な強度を有しないならば、その搬送工程及び／又は乾燥工程に際してブリケットが割れ、炉内への投入に際してブリケットが崩壊及び粉化し、カーバイド用原料として使用できない。

本願発明者は、カーバイド製造に使用できるブリケットを鋭意検討した結果、コークス粒度、水分、バインダーの種類や添加量、さらに、混合条件や成形条件を調整することにより、カーバイド製造に適したコークスブリケットの製造が可能であることを新たに見出した。

本発明の一態様に係るブリケットの製造方法は、硫黄分が３質量％以下である第１コークス原料から基準サイズ以上の第１コークス塊を選別する工程と、
少なくとも、タールバインダー、ピッチバインダー、及びアスファルト系バインダーから成る群から選択される１以上のバインダーと、前記第１コークス原料から前記第１コークス塊が除去された第２コークス原料と、水を、調整された温度条件で混合する工程と、
少なくとも前記１以上のバインダー、前記第２コークス原料、及び前記水を含んだ混合材料を、成形用の凹部が各々に設けられた一対のロールのそれぞれの回転過程で対向配置される各凹部に供給し、前記基準サイズ以上のブリケットに成形する工程を含む。

幾つかの実施形態においては、ブリケットの製造方法は、少なくとも前記１以上のバインダー、前記第２コークス原料、及び前記水を混合する工程の前、前記第２コークス原料に含まれる前記基準サイズ未満の第２コークス塊を粉砕する工程を更に含む。

幾つかの実施形態においては、粉砕後の前記第２コークス原料の平均粒径が５０μｍ〜１０００μｍである。

幾つかの実施形態においては、上述の製法は、前記第２コークス塊を粉砕する工程の前、前記第２コークス原料を乾燥する工程を更に含む。

幾つかの実施形態においては、上述の製法は、前記ブリケットを振動篩に供給して前記ブリケットに付着又は前記ブリケットから崩落する余分な粉体を除去する工程と、
少なくとも前記１以上のバインダー、前記第２コークス原料、及び前記水を混合する工程の前、前記除去された余分な粉体を前記第２コークス原料に加える工程を更に含む。

幾つかの実施形態においては、少なくとも前記１以上のバインダー、前記第２コークス原料、及び前記水を混合する工程が、７０〜９５℃に調整された温度条件において行われる。

幾つかの実施形態においては、前記凹部の深さをＤとし、ロール周方向の長さをＬとするとき、Ｄ／Ｌ＜０．３を満足する。

幾つかの実施形態においては、前記基準サイズが１０ｍｍ未満の値である。

幾つかの実施形態においては、前記混合材料には、少なくとも、（ｉ）２〜１０質量％の水、（ｉｉ）タールバインダー、ピッチバインダー、及びアスファルト系バインダーから成る群から選択される１〜１０質量％のバインダー、及び（ｉｉｉ）８０〜９７質量％の第２コークス原料が含まれる。

幾つかの実施形態においては、前記１以上のバインダーがプロパンアスファルトを含む。

幾つかの実施形態においては、前記１以上のバインダーの粘度が５００ｍＰａ・ｓ以下である。

幾つかの実施形態においては、前記ブリケットが１０〜３５℃の温度範囲に保たれる。

幾つかの実施形態においては、前記ブリケットの最大サイズが前記基準サイズの５倍以下である。

本開示の別態様に係るカルシウムカーバイドの製造方法は、上記いずれかのブリケットの製造方法により製造されたブリケットを前記第１コークス塊に追加の又は前記第１コークス塊の代替の炭素源として、生石灰と混合する工程と、
電炉にてゼータベルグ式電極により前記ブリケットと前記生石灰を２０００℃以上に加熱する工程を含む。

本発明の一態様によれば、適切なサイズに満たないコークス小塊及び粉についてもカーバイド製造用原料として活用することができる。

本発明の実施形態に係るブリケットの製造方法及び製造装置を示す概略図である。 本発明の実施形態で参照されるコークスの写真であり、（ａ）が基準サイズ以上の第１コークス塊を示し、（ｂ）が第１コークス原料から第１コークス塊が除去された第２コークス原料を示し、コークス小塊及び粉が含まれる。 本発明の実施形態に係るブリケットの製造用の例示の混合機の概略図である。 本発明の実施形態に係るブリケットの製造用の例示の成形機の概略図である。 本発明の実施形態に係るブリケットの製造用の例示の成形機の成形面に形成された一群の凹部を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るカーバイドの製造方法及び製造装置を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るカーバイドの製造用の例示の電気炉の概略図である。 本発明の実施形態に係る別のブリケットの製造方法及び製造装置を示す概略図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以降の説明に含まれる１以上の実施形態又は特徴は、個々に独立したものではなく、過剰な説明をするまでもなく、当業者が、適宜、組み合わせることが可能であり、この組み合わせによる相乗効果も把握可能である。実施形態又は特徴間の重複説明は、原則的に省略する。異図に亘り一貫して同一の符合が付された図面を参照して説明するが、図面への参照は、専ら理解の促進を図るためであり、請求項を限定解釈するために用いられるべきではない。

例示の実施形態に係るブリケットの製造方法は、硫黄分が３質量％以下である第１コークス原料から基準サイズ以上の第１コークス塊を選別する工程と、
少なくとも、タールバインダー、ピッチバインダー、及びアスファルト系バインダーから成る群から選択される１以上のバインダーと、前記第１コークス原料から前記第１コークス塊が除去された第２コークス原料と、水を、調整された温度条件で混合する工程と、
少なくとも前記１以上のバインダー、前記第２コークス原料、及び前記水を含んだ混合材料を、成形用の凹部が各々に設けられた一対のロールのそれぞれの回転過程で対向配置される各凹部に供給し、前記基準サイズ以上のブリケットに成形する工程を含む。

本例示の実施形態においては、基準サイズ未満のコークス小塊及び粉が、基準サイズ以上のブリケットに成形される。このブリケットは、バインダーと水が含まれる点において顕著に相違するものの、基準サイズ以上の第１コークス塊と同じようにカーバイド生成反応に用いることができる。従って、幾つかの場合、カーバイド生成用の炉、例えば、電気炉におけるカーバイド生成の所望の反応速度が確保でき、またカーバイド生成に伴い発生する副生ガスの排気路も十分に確保できる。

カーバイド生成用の炉内に供給されるコークス塊が大きすぎると、カーバイド生成の反応速度が遅くなるおそれがある。実施形態によっては、カーバイド生成用の炉内に供給されるコークス塊が大きすぎると、カーバイド生成の反応に要するエネルギー、例えば、電力も増加してしまうおそれがある。カーバイド生成用の炉内に供給されるコークス塊が小さすぎると、副生ガスの排気路の確保が容易ではなくなり、カーバイド反応を抑制するおそれがある。カーバイド生成用の炉内に上述の第２コークス原料を直接供給する場合、副生ガスの排気路の確保が容易ではなくなり、カーバイド反応を抑制するおそれがある。

上述の選別、混合、成形の各工程について、様々な機械、方法、条件を用いることができ、各工程の諸条件も適切に調整可能である。この点に照らして、当業者は、本開示の具体例及び諸条件が如何なる限定の根拠にもならないと理解する。限定の意図なく述べれば、例えば、選別工程について、振動型又は非振動型の篩（メッシュ）を用いることができる。混合工程について、混合槽内で撹拌翼（インペラ）が回転可能な混合機を用いることができる。成形工程について、上述の一対のロールを備える連続成形可能な成形金型を用いることができる。

混合材料は、混合材料の成形用の凹部が各々に設けられた一対のロールそれぞれの回動過程で対向配置される各凹部に供給される。この成形装置は、ロール型圧縮造粒機と呼ばれる場合がある。幾つかの実施形態においては、成形装置は、混合材料の成形時、混合材料を加圧し、これが、ブリケットの目標とする圧壊強度の達成に貢献する。

幾つかの実施形態においては、少なくとも１以上のバインダー、第２コークス原料、及び水を混合する工程の前、第２コークス原料に含まれる基準サイズ未満の第２コークス塊を粉砕する工程を更に含む。

必ずしもこの限りではないが、第２コークス原料には基準サイズ未満の様々なサイズの第２コークス塊や、塊とは識別されない程のコークス粉が含まれることが想定される。換言すれば、第２コークス原料に含まれるコークス塊及び粉の粒度分布が広い。基準サイズ未満のサイズであるものの、他のコークス塊と比較して相対的に大きいサイズのコークス塊が最終的に成形されるブリケットに含まれる場合、ブリケットにおけるクラックの形成の起点となり、またコークス粉発生の原因になってしまうおそれがある。ブリケットにクラックが発生すると、ブリケットの圧壊強度が低下し、ブリケットからコークス小塊及び粉がより容易に放出されてしまうおそれがある。基準サイズ未満の第２コークス塊を粉砕することにより、このような点を解決又は抑制することができる。

なお、以降の説明から明らかになるように、第２コークス原料の粉砕に追加的に第３コークス原料の粉砕も行われる場合がある。第３コークス原料は、以降でも定義のようにブリケット由来のバインダーを含むコークス原料である。

幾つかの実施形態においては、粉砕後の第２コークス原料の平均粒度が５０〜１０００μｍである。幾つかの実施形態においては、粉砕後の原料の平均粒度が１００〜６００μｍであり、ブリケットのより高い圧壊強度（ＪＩＳ Ｚ８８４１）が確保できる。例えば、３０ｋｇ／ｐ〜６０ｋｇ／ｐの圧壊強度又は６０ｋｇ／ｐを超える圧壊強度が確保される。

幾つかの実施形態においては、粉砕後の原料の平均粒度が１０００μｍを上回り、ブリケットの圧壊強度が３０ｋｇ／ｐを下回る。ブリケットの圧壊強度の低下は、搬送過程でのブリケットの部分的な崩壊を招き、カーバイド製造用の電気炉内にコークス粉を供給してしまうことに帰結し得る。電気炉内のコークス粉により副生ガスの排出が阻止され、カーバイド反応に要する電力も増加し得る。また、第２コークス原料に含まれる第２コークス塊を過度に微粉化すると、第２コークス塊の比表面積が増加し、ブリケットの所望の強度の確保のため、より多量のバインダーが必要になるおそれがある。硫黄分を含むバインダーを用いる場合、カーバイドの品質が低下してしまうことが懸念される。幾つかの実施形態においては、このような点に鑑みて、粉砕後の第２コークス原料の平均粒度が上述の範囲内に含まれる。なお、第２コークス原料に加えて第３コークス原料も一緒に粉砕する場合、第２及び第３コークス原料の平均粒度が上述の範囲内に含まれる。

平均粒度を求める方法としては、汎用の粒度測定装置を用いることができる。しかしながら、クレイム解釈に際しては、株式会社テラオカ社製の商品名フルイ振盪機、型番Ｓ−１、製造年２０１４年の粒度測定装置を用いるものとする。この場合、４００ｇの第２コークス原料サンプルについて平均粒度測定を行い、この測定値の平均値を算出し、この算出平均値を参照するものとする。

幾つかの実施形態においては、第２コークス塊を粉砕する工程前、第２コークス原料を乾燥する工程を更に含む。粉砕前に第２コークス原料の含有水分量を所定範囲に維持することにより、コークスの粉砕の促進のみならず、混合中又は混合後の混合材料若しくは混合材料の成形品のブリケットの含有水分量の適正化にも貢献できる。一般に、コークス中の水は、コークス同士を凝集又は結合させるように作用する。従って、粉砕の促進に関しては、コークスの含有水分量が多いことは問題であり、粉砕機内の目詰まりにも帰結し得る。ブリケット中の含有水分量に関してもブリケットの目標とする圧壊強度を達成するうえでも重要な指標である。

幾つかの実施形態においては、ブリケットを振動篩に供給してブリケットに付着又はブリケットから崩落する余分な粉体を除去する工程と、
少なくとも１以上のバインダー、第２コークス原料、及び水を混合する工程の前、除去された余分な粉体を第２コークス原料に加える工程を更に含む。この実施形態においては、ブリケットの成形後にブリケットに由来する微小な塊又は粉体を再利用することができ、コークス及びバインダーの両方の原料利用効率が高められる。

バインダーは、タールバインダー、ピッチバインダー、及びアスファルト系バインダーから成る群から選択される１以上のバインダーを含み、第２コークス原料及びバインダーを混合する工程が、調整された温度条件において行われる。タールバインダー、ピッチバインダー、及びアスファルト系バインダーの粘度は、温度に応じて変化する。従って、バインダーの適切な粘度を確保し、第２コークス原料とバインダーの十分な混合を促進することが望ましい。第２コークス原料とバインダーの十分な混合により、より高い圧壊強度のブリケットを製造することもできる。

幾つかの実施形態においては、少なくとも１以上のバインダー、第２コークス原料、及び水の混合温度が７０〜９５℃の範囲内で、より好ましくは８０〜９０℃である。これにより第２コークス原料におけるバインダーの十分な分散が確保される。幾つかの実施形態においては、アスファルト系バインダーが用いられ、混合機内において５００ｍＰａ・ｓ以下の粘度に調整される。幾つかの場合、バインダーとしてプロパンアスファルトが用いられる。アスファルト系バインダー以外のバインダーが用いられる時も５００ｍＰａ・ｓ以下の粘度に調整され得る。

幾つかの実施形態においては、第２コークス原料１００質量部に対して１〜１０質量部のバインダーが加えられる。幾つかの実施形態においては、第２コークス原料１００質量部に対して７〜９質量部のバインダーが加えられる。このように、幾つかの実施形態においては、第２コークス原料に対するバインダーの添加量が、所望のブリケットの圧壊強度や、カーバイド品質の確保の観点から適切に設定される。ブリケット中のバインダー含有量が大きいと、バインダーに含まれる成分（必ずしもこの限りではないが、例えば、硫黄）が、カーバイド品質に悪影響を与え得る。幾つかの実施形態においては、ブリケット中の過剰なバインダーの含有が望ましくない。

幾つかの実施形態においては、第２コークス原料及びバインダーを混合する過程において、調整された量の水を供給する工程を更に含む。混合材料中の水分量を適切に調整することにより十分な混合を促進することができる。混合材料中の水分量を適切に調整することは、所望のブリケットの圧壊強度を達成することにも貢献する。幾つかの実施形態においては、成形工程後のブリケットの含有水分量が２〜９質量％、より好ましくは４〜７質量％となるように、第２コークス原料及びバインダーの混合に際して供給される水分量が調整される。

幾つかの実施形態においては、ロールの凹部の深さをＤとし、ロール周方向の長さをＬとするとき、Ｄ／Ｌ＜０．３を満足する。このような関係を満足する凹部によりブリケットを製造することにより、ロールの凹部からのブリケットの十分な離型性を確保できる。

幾つかの実施形態においては、ブリケットの基準サイズが１０ｍｍ未満の値であり、ある特定の実施形態においては、基準サイズが８ｍｍである。

幾つかの実施形態においては、混合材料には、少なくとも、（ｉ）２〜１０質量％の水、（ｉｉ）タールバインダー、ピッチバインダー、及びアスファルト系バインダーから成る群から選択される１〜１０質量％のバインダー、及び（ｉｉｉ）８０〜９７質量％の第２コークス原料が含まれる。特定の実施形態においては、このような成分比の混合材料を用いることが好ましい。

幾つかの実施形態においては、ブリケットの最大サイズが基準サイズの５倍以下である。ブリケットのサイズが大きすぎることは、ブリケットの質量及び重量の増加を伴う。ブリケットの搬送又は保管又は供給過程でブリケットが受け得る衝撃が強くなると、ブリケットの部分的な崩壊に繋がり、コークス粉の生成に帰結し得る。幾つかの実施形態においては、この点を回避するため、適切なサイズのブリケットが製造される。

幾つかの実施形態においては、ブリケットを１０℃〜３５℃の雰囲気温度で保管又は搬送する。雰囲気温度が１０℃を下回ると、ブリケットの強度が低下する傾向があり、電気炉への搬送時やタンク内での保管時にブリケットが破損してしまうおそれがある。雰囲気温度が３５℃を上回ると、ブリケットが軟化し、タンク内での保管時に他のブリケットの重量によりタンク底側のブリケットが押し潰されてしまうおそれがある。

幾つかの実施形態に係るカルシウムカーバイドの製造方法は、上述のいずれかに記載の実施形態に係るブリケットの製造方法により製造されたブリケットを第１コークス塊に追加の又は第１コークス塊の代替の炭素源として用いてカルシウムカーバイドを製造する。

具体的には、カルシウムカーバイドの製造方法は、上述のブリケットの製造方法により製造されたブリケットを第１コークス塊に追加の又は前記第１コークス塊の代替の炭素源として生石灰と混合する工程と、電炉にてゼータベルグ式電極により前記ブリケットと前記生石灰を２０００℃以上に加熱する工程を含む。ゼータベルグ式電極は、自己焼成式電極とも呼ばれる。

上述のいずれかに記載の実施形態に係るブリケットの製造方法により製造されたブリケットも本願には十分に開示されている。幾つかの実施形態においては、ブリケットを１０〜３５℃の温度範囲内で保管し、その温度が１０〜３５℃に保たれる。ブリケットの温度、例えば、表面温度が１０℃未満の時、ブリケットの強度が低下してしまうおそれがある。ブリケットの温度、例えば、表面温度が３５℃を超えると、ブリケット自体が軟化し、搬送、保管等においてブリケットに変形をもたらし得る。

当業者は、上述の様々な実施形態及び特徴を具現化するため、様々な方法を取ることができ、また様々な種類の装置を活用することができると理解する。従って、更に後述するより具体的な開示が、請求項に記載の発明について如何なる限定の根拠となるものではない。

図１乃至図８を参照して更なる１以上の例示の実施形態について説明する。図１は、ブリケットの製造方法及び製造装置を示す概略図である。図２は、コークスの写真であり、（ａ）が基準サイズ以上の第１コークス塊を示し、（ｂ）が第１コークス原料から第１コークス塊が除去された第２コークス原料を示し、コークス小塊及び粉が含まれる。図３は、ブリケットの製造用の例示の混合機の概略図である。図４は、ブリケットの製造用の例示の成形機の概略図である。図５は、ブリケットの製造用の例示の成形機の成形面に形成された一群の凹部を示す概略図である。図６は、カーバイドの製造方法及び製造装置を示す概略図である。図７は、カーバイドの製造用の例示の電気炉の概略図である。図８は、別のブリケットの製造方法及び製造装置を示す概略図である。

図１に示すように、ブリケット製造装置は、第１コークス原料供給機１０、第１コークス塊選別機２０、乾燥機３０、第２コークス原料貯蔵部４０、計量器５０、６０、粉砕機７０、水供給源８０、バルブ９０、バインダー貯蔵部１００、計量器１１０、混合機１２０、成形機１３０、振動篩１４０、及びブリケット貯蔵部１５０を含む。図１中の矢印は、コークス原料、水、バインダー、又はブリケットの流れを示す。

第１コークス原料供給機１０は、第１コークス原料を供給するための装置である。幾つかの実施形態においては、第１コークス原料供給機１０は、単なるタンクであり、自動又は手動で開閉可能なタンク底の排出口から第１コークス原料を排出可能である。他の実施形態においては、第１コークス原料供給機１０は、第１コークス原料をエアー搬送可能な装置、第１コークス原料を運搬可能なコンベア、若しくはこれら以外の装置である。

第１コークス原料は、基準サイズ以上の第１コークス塊を含有する。本例示形態においては、第１コークス原料は、第１コークス塊に加えて、基準サイズ未満の第２コークス塊を含有する。幾つかの実施形態においては、第１及び第２コークス塊に加えて、コークス粉を含有する。幾つかの実施形態においては、コークス粉は、基準サイズ未満の範囲の広い粒度分布を有する。

非限定の例示形態においては、基準サイズが約１０ｍｍ以下、端的には約８ｍｍである。なお、基準サイズは、第１コークス塊選別機の選別精度の影響を受ける。従って、基準サイズ８ｍｍは、ある程度の幅、例えば、１ｍｍ程度の幅を有するものと理解される。例えば、８ｍｍの基準サイズは、７．５〜８．５ｍｍの範囲の幅を有するものと理解されるべきである。７ｍｍの基準サイズは、６．５〜７．５ｍｍの幅を有するものと理解されるべきである。これらの点は、クレイム解釈においても有効であるものとする。基準サイズを中心として１ｍｍの範囲が例示されているが、この具体値は、選別精度に依存して変化し得る。

第１コークス塊選別機２０は、基準サイズ８ｍｍ以上の第１コークス塊を選別する。一例では、８〜５０ｍｍのサイズの第１コークス塊が選別される。一例に係る第１コークス塊選別機２０は、振動型又は非振動型の篩を含み、篩上に第１コークス塊が残り、第１コークス原料から第１コークス塊が除去された第２コークス原料が篩を通過する。幾つかの実施形態においては、第１コークス塊選別機２０は、第２コークス原料を一時的に貯蔵するタンクを含む。

例示形態においては、第１コークス塊選別機２０に含まれる篩の目開きは、約８ｍｍである。篩の線径は、２ｍｍである。また、篩の開孔率は、８０％である。なお、当業者が理解するように、異なる又は同一の篩においても篩の目開きの程度は変動し得る（つまり、篩は、製造公差を伴う）。篩の目開きの程度の変動が、上述の基準サイズの変動に反映される。

他例に係る第１コークス塊選別機２０は、篩以外のフィルターを第１コークス塊の選別のために採用し得る。

第１コークス塊選別機２０により第１コークス塊が選別される。第１コークス塊は、基準サイズ８ｍｍ以上のコークス塊を含む。一例では、第１コークス塊は、８〜５０ｍｍのサイズのコークス塊を含む。幾つかの実施形態においては、第１コークス塊が、温度・湿度調整された状態で一時保管され、計量後、カーバイド生成用の電気炉に供給される。幾つかの実施形態においては、選別された第１コークス塊は、含水量が調整され、その後、保管される。

第１コークス塊選別機２０で除外された第２コークス原料は、基準サイズ８ｍｍ以上の第１コークス塊を含まず、基準サイズ８ｍｍ未満の第２コークス塊及びコークス粉を含む。本実施形態においては、この除外された第２コークス原料が、後述の更なる工程を経て基準サイズ以上のブリケットとして再生される。

参考までに、図２（ａ）に第１コークス塊を示し、図２（ｂ）に第２コークス原料を示す。

乾燥機３０は、第１コークス塊選別機２０から供給される第２コークス原料を乾燥する。第２コークス原料は、第１コークス塊選別機２０から乾燥機３０へ、任意の機構及び手段により搬送される。一例においては、第１コークス塊選別機２０の篩を通過した第２コークス原料が直接的に乾燥機３０に供給される。別例においては、第１コークス塊選別機２０のタンクに貯蔵された第２コークス原料が密閉通路又は開放通路又は人手又は重機又はコンベアを介して乾燥機３０に供給される。幾つかの実施形態においては、第２コークス塊がエアー搬送される。

乾燥機３０は、汎用の乾燥機であり、外部又は内蔵の熱源と、第２コークス塊が供給される又は通過する容器を含む。幾つかの実施形態においては、乾燥機３０は、回転式の容器を含み、容器が任意の形態で回転される（乾燥機３０は、キルン型乾燥機であり得る）。熱風を供給しながら容器を回転することにより、第２コークス原料の乾燥が促進される。幾つかの実施形態においては、乾燥機３０での第２コークス原料の乾燥により、第２コークス原料の含有水分量が１０質量％以下に乾燥される。幾つかの実施形態においては、第１コークス塊選別機２０で除外される第２コークス原料の含有水分量が１０質量％以下であり、従って、乾燥機３０による乾燥工程が省略される。

第２コークス原料貯蔵部４０は、含有水分量が１０質量％以下の第２コークス原料を貯蔵する。幾つかの実施形態においては、１０〜３５℃の雰囲気温度で第２コークス原料が貯蔵される。貯蔵期間に関して格段の制限はない。

第２コークス原料貯蔵部４０で貯蔵された第２コークス原料は、計量器５０により計量された後、粉砕機７０に供給される。後述の工程を経て製造されたブリケット由来の原料が計量器６０により計量された後、粉砕機７０に供給される。この場合、ブリケット由来の原料の再利用により、コークス原料の利用効率が高められる。なお、ブリケット由来の原料は、コークス粉に加えて後述のバインダーを含む。本願においては、このブリケット由来の原料を第３コークス原料と呼ぶ。

幾つかの実施形態においては、粉砕機７０の１回の粉砕のために供給される所定量の原料について、計量器６０と比較して計量器５０でより多くの原料が計量される。つまり、粉砕機７０の１回の粉砕のために粉砕機７０に供給される原料の比率は、計量器５０から粉砕機７０に供給される原料のほうが、計量器６０から粉砕機７０に供給される原料よりも多い。幾つかの実施形態においては、粉砕機７０の１回の粉砕のために計量器５０から供給される第２コークス原料の重量をＭ１とし、粉砕機７０の１回の粉砕のために計量器６０から供給される第３コークス原料の質量をＭ２とする時、Ｍ１：Ｍ２＝９：１を満足する。後述の振動篩１４０で取得される第３コークス原料が多ければ、Ｍ２の値を増加し、それが少なければ、Ｍ２の値を減少させることができる。

計量器５０、６０としては、任意の種類のものを採用することができる。例えば、計量器は、第２コークス原料貯蔵部４０から密閉通路又は開放通路又は人手又は重機又はコンベアを介して供給される第２コークス原料が供給される袋と、この袋の質量を計測可能な計量手段を含む。

粉砕機７０は、第２コークス原料と、オプションの第３コークス原料を粉砕する任意の種類の機械である。粉砕機７０は、ボールミル、ロッドミル、ＳＡＧミル、自主粉砕ミル、及び高圧粉砕ロールの少なくとも１つ又はこれから選択される２以上の組み合わせを含む。粉砕機７０の動作条件は、適切な粒度又は粒度分布の原料を得るために適切に調整される。

冒頭で述べたように、幾つかの実施形態においては、粉砕後の原料の平均粒度が５０〜１０００μｍである。幾つかの実施形態においては、粉砕後の原料の平均粒度が１００〜６００μｍであり、ブリケットのより高い圧壊強度（ＪＩＳ Ｚ８８４１）が確保でき、例えば、３０ｋｇ／ｐ〜６０ｋｇ／ｐの圧壊強度又は６０ｋｇ／ｐを超える圧壊強度が確保される。高い圧壊強度の確保により、ブリケット由来の第３コークス原料が抑制され、また電気炉供給後には電気炉内のコークス粉の発生を低減できる。例示の実施形態においては、平均粒度が３５０μｍの原料が粉砕機７０から混合機１２０に供給される。

粉砕機７０により粉砕された原料は、混合機１２０に供給される。混合機１２０にはバインダーも供給される。バインダーは、バインダー貯蔵部１００に貯蔵され、計量器１１０により計量された後、混合機１２０に供給される。粉砕機７０から供給される第２及び第３コークス原料の合計量に対して所定量のバインダーが混合機１２０に供給される。幾つかの実施形態においては、第２コークス原料の１００質量部に対して、若しくは第２及び第３コークス原料の１００質量部に対して、１〜１０質量部のバインダーが添加される。例示の実施形態においては、第２及び第３コークス原料の１００質量部に対して８質量部が添加される。幾つかの実施形態においては、第３コークス原料に含まれるバインダー量を考慮して添加されるバインダーの量が調整される。例えば、上述の第３コークス原料の質量Ｍ２の増加に伴い、バインダー貯蔵部１００由来のバインダーの供給量を低減する。

混合機１２０は、内部又は外部の熱源、混合槽１２１、及びインペラ１２２を含む（図３参照）。混合機１２０は、混合槽１２１内でインペラ１２２を回転させることにより原料を混合することができ、内部又は外部の熱源の作動により、原料を加温しながら撹拌混合することができる。熱源としては、高圧蒸気供給源、オイルヒーター、電気ヒーターなどが例示される。

混合機１２０は、混合槽内を１００℃以上、例えば、１４０〜１５０℃に加温した状態で、コークス原料及びバインダーを混合する。混合槽内を加温することによりバインダーの粘度が低下し、コークス原料中でバインダーを十分に分散させることができる。

幾つかの実施形態においては、バインダーは、粘度が調整された後、混合機１２０に供給される。例えば、バインダーは、１００〜３００ｍＰａ・ｓに調整された状態で混合機１２０に供給される。

幾つかの実施形態においては、タールバインダー、ピッチバインダー、及びアスファルト系バインダーから成る群から選択される１以上のバインダーを含む。例示の形態においては、アスファルトバインダーがバインダーとして用いられる。

幾つかの実施形態においては、コークス原料及びバインダーに加えて、混合機１２０に水が供給される。図示例においては、水供給源８０からバルブ９０を介して混合機１２０に水が供給可能である。バルブ９０の開度及び開時間に応じた量の水が混合機１２０に供給可能である。混合機１２０への水の供給により、混合材料の粘度やバインダーの拡散の程度が調整され得る。例示形態においては、混合機１２０で混合される原料の含水量が６〜８質量％になるように水の供給量や、混合時間が調整される。混合槽を加温しながら原料を混合するため、混合時間を調整することにより混合材料の含水量を調整することができる。幾つかの実施形態においては、８５℃以上の温水が混合槽に供給され、これにより、水供給に応じた混合槽内の温度低下が抑制される。

幾つかの実施形態においては、混合材料には、（ｉ）２〜１０質量％の水、（ｉｉ）タールバインダー、ピッチバインダー、及びアスファルト系バインダーから成る群から選択される１〜１０質量％のバインダー、及び（ｉｉｉ）８０〜９７質量％の第２コークス原料が含まれ、水、バインダー、及び第２コークス原料の合計が１００質量％以下である。他の実施形態においては、水、バインダー、及びコークス以外の他の材料が混合材料に追加される。

混合機１２０の混合時間は試験的に決定することができる。幾つかの実施形態においては、混合機１２０の混合槽内の混合材料の温度、粘度、含水量を検査する。検査結果が判定条件を満足する時、混合完了と判定される。この判定工程は、自動又は人手により行われる。

混合機１２０により十分に混合された混合材料は、混合機１２０から成形機１３０に供給される。成形機１３０の種類は任意であり、様々な種類の成形機を採用することができる。図４に例示の成形機１３０は、一対のロール１３２、１３３を有するロール圧縮成形機であり、シュート１３１から投下される混合材料をロール１３２、１３３間で圧縮しながらブリケットを連続的に成形する。幾つかの実施形態においては、線圧７〜１２ＫＮ／ｃｍの条件で混合材料を圧縮する。

各ロール１３２、１３３の周面には、混合材料の成形用の凹部が周方向に配列されており、ロール１３２と凹部とロール１３３の凹部が一緒になって混合材料の成形キャビティーを画定する。この点は、図４に図示のとおりであり、周方向沿いの凹部の配置間隔がロール１３２、１３３について同一である。幾つかの実施形態においては、ロールが、加熱源からの熱供給を受けない金属ロールである。ある程度の粘性がある混合材料は、各ロールの凹部に充填され、ロールによりブリケット状に硬化する。

図５は、限定の意図無くロールの周面に２次元状に配置された多数の凹部を示す。図５の矢印が、ロールの周方向に一致するロールの回転方向であり、図５を正面視した時の上下方向に一致する。ロールの周方向に直交し、ロールの回転軸に対して平行に延びる方向をロールの幅方向と呼ぶ。図５に示すように、周方向に沿って凹部が配列された凹部列が、幅方向に配列されている。幅方向に隣り合う凹部列は、周方向沿いにシフトしており、これにより、直に隣接する凹部列の各凹部からブリケットが同時に成形及び排出されない。図示例においては、１つの凹部列を挟んで隣り合う凹部列の各凹部から同時にブリケットが成形及び排出され、１つの凹部列を挟んで隣り合う凹部列の各凹部から排出されるブリケットの間には混合材料の薄層が成形される。成形機１３０からの落下時、この薄層が崩壊し、ブリケットの分離が促進される。

図５に示すように凹部の深さをＤとし、ロール周方向沿いの凹部長をＬとする時、Ｄ／Ｌ＜０．３を満足する。幅方向沿いの凹部幅をＷとする。例示の特定の実施形態においては、Ｄ＝９．４、Ｌ＝３４．８ｍｍ、Ｗ＝３０ｍｍである。このような大きさの凹部から成形されるブリケットは、基準サイズ以上の大きさであり、第１コークス塊と同様にカーバイド生成用に好適に用いられる。一例では、ブリケットサイズは、１０〜５０ｍｍである。ブリケットの搬送過程及び電気炉内への供給を考慮すれば、ブリケットの大きさを適当なものとすることが好ましい。幾つかの実施形態においては、ブリケットの最大サイズが基準サイズの５倍以下である。

成形機１３０で成形されたブリケットは、振動篩１４０に供給される。振動篩１４０は、１０ｍｍの目開きの篩を含み、振動に応じて上流側から供給されるブリケットを下流側に搬送し、この過程で落下するバインダー含有コークス粉、つまり第３コークス原料を収集する。振動篩１４０により収集された第３コークス原料は、上述のように計量器６０を介して粉砕機７０に供給される。振動篩１４０を通過させることによりコークス粉の付着が低減された一群のブリケットを得ることができる。振動篩１４０を通過したブリケットは、ブリケット貯蔵部１５０に貯蔵される。ブリケット貯蔵部１５０で保管されるブリケットは、その変形及び圧壊を回避又は低減するため、所定温度範囲内で貯蔵される。幾つかの実施形態においては、ブリケットが、１０〜３５℃の雰囲気温度で貯蔵される。幾つかの実施形態においては、冷媒の使用により貯蔵部内の雰囲気温度が冷却される。冷媒は、空冷が採用され、冷却空気が貯蔵部に供給される。幾つかの例においては、ブリケット貯蔵タンクの下部に冷却空気が供給され、貯蔵タンク内のブリケットの軟化が抑制される。

図６を参照して補足的にブリケット貯蔵部１５０に貯蔵されたブリケット群が、カーバイド生成工程に用いられることについて簡単に説明する。カーバイド生成装置は、ブリケット貯蔵部１５０、乾燥機１６０、振動篩１６１、篩下粉タンク１６２、石灰炉１７０、及び電気炉１８０を含む。ブリケット貯蔵部１５０には、上述のように製造された多数のブリケットが貯蔵されており、所定量のブリケットが乾燥機１６０で乾燥され振動篩１６１に供給される。振動篩１６１は、３ｍｍの目開きの篩を含んでいる。篩われた後のブリケットは電気炉１８０に供給される。振動篩１６１により除去された粉は、篩下粉タンク１６２に供給される。篩下粉タンク１６２に蓄積される粉は、ブリケット由来のバインダーを含むコークス原料である。同様に、石灰石が石灰炉１７０による熱処理を介して生石灰となり、電気炉１８０に供給される。一方、振動篩１６１で分離された粉は、篩下粉タンク１６２に貯蔵される、篩下粉は計量器１６３を経て第４コークス原料として粉砕機７０へ戻すことが好ましい。電気炉１８０は、密閉式の容器１８１、電力により誘導加熱される加熱棒１８２、排気路１８３、及びカーバイド排出口１８４を含む。カーバイド排出口１８４には溶融状態のカーバイドを受け取る箱具１８５が配備される。

図７に例示の形態においては、複数の加熱棒１８２が用いられる。電気炉１８０で生石灰およびコークス粉が発生すると、生石灰およびコークス粉が焼結し、副生ガスの排出が確保できず、電気炉１８０内での爆発を誘起するおそれがある。電気炉１８０内で生石灰およびコークス粉が発生すると、生石灰およびコークス粉が焼結し、その焼結物が溶融したカーバイド浴に落下し、溶融カーバイドが排気路１８３を介して外部に吹き上がるおそれがある。上述のブリケットを用いる場合、容器１８１内での生石灰およびコークス粉の発生が抑制され、上述の問題が回避又は低減される。

図８に別の実施形態を示す。図８の例示の実施形態においては、図６に示した篩下粉タンク１６２に蓄積されたコークス原料が再利用される。具体的には、篩下粉タンク１６２から供給されるコークス原料が計量器５９で軽量され、粉砕機７０に供給される。このような実施形態においても上述と同様の効果を得ることができる。

実施例
第１コークス原料から第１コークス塊を選別し、第２コークス原料を得た。用いた篩は、上述のものと同じである。次に、キルン型乾燥機で第２コークス原料の水分を２〜１０ｗｔ％に調整した。元の粉コークスの水分が１０質量％以下であれば、乾燥は必要なかった。水分を調整した第２コークス原料は、第２コークス原料貯蔵部のタンクに貯蔵した。第２コークス原料と第３コークス原料を９：１の割合で計量器を用いて計量し、粉砕機へ供給した。

粉砕機により平均粒径３５０μｍに粉砕整粒した粉コークスを混合機に供給した。混合機は、高圧蒸気、オイルヒーター、電気ヒーター等を使用し、混合機内を１４０〜１５０℃に加温しておいた。コークス原料１００質量部に対して８質量部のアスファルトバインダーが加えられるように、アスファルトバインダーを計量器で計量した。次に、この計量したアスファルトバインダーを混合機に加えた。第３コークス原料中のアスファルトバインダーの戻り量に応じて加えるアスファルトバインダーの量を調整した。アスファルトバインダーのコークス原料中の分散性を好適に確保するため、アスファルトバインダーの粘度が１００〜３００ｍＰａ・ｓになるようにアスファルトバインダーを予め加温しておいた。

バッチ式の混合機において、５〜６分撹拌し、混合材料の水分が６〜８質量％となるよう、水分を調整した。混合材料の水分が多いようであれば、混合機で撹拌時間を延ばした。混合原料の水分が少ない場合、混合材料の水分が６〜８質量％となるよう水を添加した。８５℃以上の温水を添加した。

アスファルトバインダーと混合したコークス原料をダブルロール式の成形機１３０に供給し、線圧７〜１２ＫＮ／ｃｍで成形を行った。適切な大きさのブリケットを製造するため、凹部のサイズは、上述の例のとおり、３４．８ｍｍ×３０ｍｍ×９．４ｍｍとした。成形されたブリケットを１０ｍｍの目開きの振動篩に供給し、篩上に残ったブリケットを貯蔵タンクに落下させた。

試験１
混合機に供給されるアスファルトの温度及び粘度を変数とした時、最終的に得られるブリケットの圧壊強度は、表１のように変化した。この表１に照らすと、混合機１２０に供給されるアスファルトの温度を１３０℃以上又は１４０℃以上にすることが好ましいことが分かる。
＜諸条件＞
ロール回転数12.5rpm
成形圧力：8.1kN/cm
アスファルトバインダー（プロパンアスファルト：昭和シェル石油社製、軟化点６
０℃以上）添加量：8質量％
混合温度：82〜86℃
混合材料中の水分：6〜7.6質量％
ブリケットサイズ：36.6×34.7×9.1mm

試験２
混合機に供給されるコークス原料の粒度を変数とした時、最終的に得られるブリケットの圧壊強度は、表２のように変化した。なお、ブリケット圧壊強度は、上下段間でブリケットサイズが異なる。表２に照らすと、混合機１２０に供給されるコークス原料の平均粒径を５０μｍ〜１０００μｍ、又は１００μｍ〜８００μｍにすることが好ましいことが分かる。
＜諸条件＞
ロール回転数12.5rpm(36.6×34.7×9.1mm)
成形圧力：8.1kN/cm(36.6×34.7×9.1mm)
アスファルトバインダー（試験１と同じ）添加量：8質量％
混合温度：78〜85℃
混合材料中の水分：7〜8.3質量％

試験３
コークス原料に含まれる硫黄分を変数とした時、最終的に得られるブリケットの圧壊強度は、表３のように変化した。表３からも分かるように、硫黄分は３重量％以下とすることが必要であり、硫黄分５重量％の試験結果は比較例である。
＜諸条件＞
ロール回転数12.5rpm
成形圧力：8.1kN/cm
アスファルトバインダー（試験１と同じ）添加量：8質量％
混合温度：85〜91℃
混合材料中の水分：7.8質量％
ブリケットサイズ：36.6×34.7×9.1mm

試験４
成形されたブリケットの温度を変数とした時、ブリケットの圧壊強度が表４のように変化した。表４から分かるように、ブリケットの温度を、１０〜３５℃又は２０〜３５℃に維持することが好ましい。
＜諸条件＞
ロール回転数12.5rpm
成形圧力：8.1kN/cm
アスファルトバインダー（試験１と同じ）添加量：8質量％
混合温度：85〜91℃
混合材料中の水分：7.8質量％
ブリケットサイズ：36.6×34.7×9.1mm

試験５
混合機に供給される前の第２コークス原料の水分量を変数とした時、ブリケットの圧壊強度が表５のように変化した。表５から分かるように、第２コークス原料の含有水分量を
４〜１２質量％より好ましくは６〜１０質量％にすることが好ましい。
＜諸条件＞
ロール回転数：12.5rpm
成形圧力：8.1kN/cm
アスファルトバインダー（試験１と同じ）添加量：8質量％
混合温度：80〜85℃

試験６
コークス原料に添加されるバインダーの添加量を変数とした時、ブリケットの圧壊強度が表６のように変化した。表６から分かるように、バインダー添加量を５質量％以上にすることが好ましい。バインダーの量が多過ぎると、ブリケットの圧壊強度は強くなるが、カーバイド品質（沈降性）に悪影響を及ぼすため、コークス原料１００質量部に対して７〜９質量部のバインダーが加えられる。
＜諸条件＞
ロール回転数：12.5rpm
成形圧力：8.1kN/cm
アスファルトバインダー（試験１と同じ）添加量：8質量％
混合材料中の水分：7.2〜8.3質量％
混合温度：80〜85℃ （沈降性管理値：640〜850ml）

カーバイド沈降性は、次のように決定される。１）２０℃の水（常温）、１０００ｃｃを用意し、また１０ｍｍ以下に粉砕したカーバイド１００ｇを用意する。２）用意した水、９６０ｃｃを１０００ｃｃのメスシリンダーに移す。３）カーバイドを２０分以内でメスシリンダーから溢れさせない様に少しずつ投入する。４）泡が無くなった時点で残りの４０ｃｃの水を注ぎ足し、合計１０００ｃｃとする。５）よく撹拌し、静置し、２時間後のスラリー高さをメスシリンダー容量（ｍｌ）基準で取得する。スラリー高さ（ｍｌ）は、メスシリンダーの円筒基端を始点として測定され、メスシリンダー容量（ｍｌ）基準で取得される。

試験７
混合原料温度を変数とした時、ブリケットの圧壊強度が表７のように変化した。表７から分かるように、混合原料温度は７０〜９５℃の範囲内が好ましく、８０〜９０℃で管理することがより好ましい。
＜諸条件＞
ロール回転数：12.5rpm
成形圧力：8.1kN/cm
混合材料中の水分：7.5〜8.0質量％
アスファルトバインダー（試験１と同じ）添加量：8質量％

上述の教示を踏まえると、当業者は、各実施形態に対して様々な変更を加えることができる。

１０ 第１コークス原料供給機
２０ 第１コークス塊選別機
３０ 乾燥機
４０ 第２コークス原料貯蔵部
５０ 計量器
６０ 計量器
７０ 粉砕機
８０ 水供給源
９０ バルブ
１００ バインダー貯蔵部
１１０ 計量器
１２０ 混合機
１３０ 成形機
１４０ 振動篩
１５０ ブリケット貯蔵部

Claims (1)

1. ブリケットを製造する工程にして、硫黄分が３質量％以下である第１コークス原料から基準サイズ以上の第１コークス塊を選別する工程と、
   少なくとも、タールバインダー、ピッチバインダー、及びアスファルト系バインダーから成る群から選択される１以上のバインダーと、前記第１コークス原料から前記第１コークス塊が除去された第２コークス原料と、水を、調整された温度条件で混合する工程と、
   少なくとも前記１以上のバインダー、前記第２コークス原料、及び前記水を含んだ混合材料を、成形用の凹部が各々に設けられた一対のロールのそれぞれの回転過程で対向配置される各凹部に供給し、前記基準サイズ以上のブリケットに成形する工程を含む、ブリケットを製造する工程と、
   前記ブリケットを製造する工程により製造されたブリケットを前記第１コークス塊に追加の又は前記第１コークス塊の代替の炭素源として、生石灰と混合する工程と、
   電炉にてゼータベルグ式電極により前記ブリケットと前記生石灰を２０００℃以上に加熱する工程を含む、カルシウムカーバイドの製造方法。