JP7160218B2 - 配合炭の製造方法およびコークスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高強度のコークスを製造できる配合炭の製造方法およびコークスの製造方法に関する。

高炉において溶銑を製造するために高炉原料として用いられるコークスは高強度であることが好ましい。コークスは強度が低いと高炉内で粉化し、高炉の通気性が阻害され、安定的な溶銑の生産が行なえなくなるからである。

通常、コークスは複数の石炭を配合して得た配合炭をコークス炉で乾留して製造される。所望の強度となるコークスを得るための石炭の配合方法として様々な方法が知られており、特許文献１には、石炭の相性を考慮した石炭の配合方法であって、石炭を熱処理して得られるセミコークスの表面張力を指標とした配合方法が開示されている。

「石炭の相性」とは、配合炭中の複数銘柄の石炭が、各々相互作用を及ぼす性質をいい、石炭の相性によっては、その配合炭中の各々の石炭のみから得られるコークス強度と、その配合炭から得られるコークス強度との間に加成性が成立しない場合がある。特許文献１では、配合炭を構成する各銘柄の石炭を熱処理して得られるセミコークスの表面張力と、配合炭中の各銘柄の石炭の配合率（質量％）とから算出される界面張力の値を指標として石炭の配合率を調整している。

特許第５７３７４７３号公報

Ｄ．Ｗ．Ｆｕｅｒｓｔｅｎａｕ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２０（１９８７），１５３

近年、石炭資源の安定確保および原料コスト低減の観点から、複数の場所で採れた石炭を購入し、性状が異なる複数銘柄の石炭を配合炭の原料に用いる必要性が高まっている。性状が異なる石炭を配合炭に用いる場合であっても、特許文献１に開示されている方法で、所望の強度となるコークスの製造が期待できる配合炭を調製可能である。ところが、石炭によっては、特許文献１に提案されている方法で求めた質量割合で複数銘柄の石炭を配合したとしても高強度にならないコークスが製造される、という課題があった。本発明は、このような課題を鑑みてなされた発明であり、その目的は、乾留後に高い強度のコークスとなる配合炭を製造できる配合炭の製造方法およびコークスの製造方法を提供することである。

上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
［１］複数銘柄の石炭を配合して配合炭を製造する配合炭の製造方法であって、イナート組織が１００体積％であるとした場合の石炭の表面張力をγ_１００とし、軟化溶融組織が１００体積％であるとした場合の石炭の表面張力をγ_０とした場合に、石炭のγ_０の範囲を定め、前記配合炭に配合する各銘柄の石炭１、２、・・、ｉ、・・ｎのうち、前記γ_１００が前記γ_０の範囲を外れる石炭ｉを特定し、前記石炭ｉのＴＩを測定し、下記（１）式で算出されるｗが２０.４質量％以下となるように前記石炭ｉの配合割合を定める、配合炭の製造方法。
ｗ＝Σ（ｘｉ×ＴＩｉ）・・・（１）
上記（１）式において、ｘｉは、前記石炭ｉの配合割合（質量％）であり、ＴＩｉは、前記石炭ｉに含まれるイナート組織の割合（体積％）であり、ｗは、石炭のγ_０の範囲を外れるイナート組織の前記配合炭中の質量割合（質量％）である。
［２］３５０℃～８００℃の範囲内の温度Ｔ℃で石炭を加熱処理して作製されるセミコークスを用いて表面張力を測定する場合に、前記γ_０の範囲は（０．０５５Ｔ＋１０．４）ｍＮ／ｍ以上（０．０４１Ｔ＋２２．０）ｍＮ／ｍ以下である、［１］に記載の配合炭の製造方法。
［３］５００℃で石炭を加熱処理して作製されるセミコークスを用いて表面張力を測定する場合に、前記γ_０の範囲は３７．９ｍＮ／ｍ以上４２．５ｍＮ／ｍ以下である、［１］に記載の配合炭の製造方法。
［４］［１］から［３］のいずれかに記載の配合炭の製造方法で製造された配合炭を乾留してコークスを製造するコークスの製造方法。

本発明に係る配合炭の製造方法の実施により、乾留後に高い強度のコークスとなる配合炭を製造できる。当該配合炭をコークス炉で乾留することで、高強度のコークスを製造できる。

図１は、６銘柄（Ａ～Ｆ）の石炭における表面張力の測定値のプロット（３点）と当該プロットの回帰直線とを示すグラフである。 図２は、配合炭１～４のｗと配合炭１～４を乾留して製造したコークスのコークス強度との関係を示すグラフである。 図３は、石炭の軟化溶融組織が１００体積％であるとした場合の表面張力γ_０と熱処理温度との関係を示すグラフである。 図４は、熱処理した３種類の石炭の表面張力γ_１００と熱処理温度との関係を示すグラフである。

以下、本発明を本発明の実施形態を通じて説明する。本実施形態に係る配合炭の製造方法では、石炭の成分として加熱により軟化溶融する成分（以後、軟化溶融組織と記載する）と、加熱しても軟化溶融しない成分（以後、イナート組織と記載する）とに着目し、コークス強度を低下させ得る石炭のイナート組織の質量割合が所定の割合以下になるように石炭を配合して配合炭を製造する。このようにして製造された配合炭をコークス炉で乾留することで強度の高いコークスが製造できる。

本実施形態に係る配合炭の製造方法では、下記（１）式で算出される配合炭に含まれる軟化溶融組織の表面張力の範囲外となるイナート組織の質量割合ｗ（質量％）が２０．４質量％以下となるように複数銘柄の石炭を配合する。

ｗ＝Σ（ｘｉ×ＴＩｉ）・・・（１）
イナート組織が１００体積％であるイナート組織の表面張力をγ_１００とし、軟化溶融組織が１００体積％である軟化溶融組織の表面張力をγ_０とすると、上記（１）式において、ｘｉは、配合炭に含まれる石炭１、２、・・、ｉ、・・ｎのうち、γ_１００がγ_０の範囲を外れる石炭ｉの配合割合（質量％）であり、ＴＩｉは、石炭ｉに含まれるイナート組織の割合（体積％）である。

イナート組織が１００体積％であるとしたイナート組織の表面張力γ_１００および軟化溶融組織が１００体積％であるとした場合の軟化溶融組織の表面張力γ_０は、同じ銘柄の石炭からイナート量の異なる試料を調製し、これら試料を所定の温度にて熱処理して得られたセミコークスの表面張力から推定できる。

石炭のイナート組織は軟化溶融組織に比べて硬いので、粉砕後の石炭では、イナート組織は粗粒側に濃縮される傾向がある。この傾向を利用して、粉砕後の石炭を公知の分級方法によって粒度の大きい粒子と粒度の小さい粒子に分けることで、同じ銘柄の石炭からイナート量の異なる試料を調製できる。分級方法として、例えば、篩い分け操作を用いる場合、粉砕されたある銘柄の石炭をある篩目の篩で篩い分けると、篩上の粗粒のイナート量は篩下の細粒のイナート量よりも多くなる。このように調製されたイナート量の異なる試料について全イナート量を測定し、試料を所定の温度でそれぞれ熱処理してセミコークスとした。ＴＩは、ＪＩＳ Ｍ ８８１６に規定される全イナート量であり、石炭に含まれるイナート組織の割合（体積％）を示す。同じ銘柄の石炭からイナート量の異なる試料を調製する方法として、粉砕後の石炭を比重分離する方法を採用してもよい。一般に、イナート量の多い粒子は比重が大きいので、ある比重を有する液体に石炭を投入して浮上した比重の小さな粒子のイナート量は少なく、沈降した比重の大きな粒子のイナート量は多くなる。

ここで、石炭の表面張力の測定に用いるセミコークスの作製方法および石炭の表面張力の測定方法を説明する。セミコークスとは、石炭を熱処理して得られる熱処理物のことである。本実施形態の説明において「石炭の表面張力」と記載した場合の石炭には、石炭だけでなく熱処理された石炭も含む。イナート組織の表面張力、軟化溶融組織の表面張力についても同様に、それぞれ熱処理された石炭のイナート組織、熱処理された石炭の軟化溶融組織も含む。セミコークスの表面張力は、コークス強度の予測や強度の高いコークスの製造に特に有用であるので、本実施形態では熱処理した石炭であるセミコークスの表面張力を用いる場合について説明する。本実施形態においてセミコークスは下記（ａ）～（ｃ）で製造される。
（ａ）石炭を粉砕する。石炭の粉砕粒度は、組織、性状などが不均一である石炭から均質な試料を作製するという観点から、ＪＩＳ Ｍ８８１２に記載されている石炭の工業分析における粉砕粒度である粒径２５０μｍ以下に石炭を粉砕することが好ましく、粒径２００μｍ以下に粉砕することがより好ましい。
（ｂ）粉砕した石炭を、空気を遮断してあるいは不活性ガス中で、適当な加熱速度で５００℃まで加熱する。加熱速度は、コークス炉においてコークスが製造されるときの加熱速度に応じて定めることが好ましい。
（ｃ）加熱した石炭を不活性ガス中で冷却してセミコークスを作製する。

石炭を加熱する加熱温度は、石炭粒子間の接着に表面張力が影響しているという考えから、石炭が軟化溶融を開始する３５０℃以上から、コークス化が完了する８００℃までのいずれかの温度が適当であると考えられる。しかしながら、加熱温度である３５０～８００℃において、特に接着に寄与している温度は軟化溶融時の温度である３５０～５５０℃であり、接着構造は５００℃近傍で決まると考えられる。このため、加熱温度としては特に５００℃近傍である４８０～５２０℃が好ましく、本実施形態では加熱温度を５００℃とした。加熱は石炭と反応しない不活性ガス（例えば窒素、アルゴン、ヘリウムなど）雰囲気で行なうことが好ましい。測定される表面張力の値はセミコークスを調製する際の加熱温度によって変わるので、配合に用いる石炭からセミコークスを調製する際の加熱はすべての石炭について同じ条件で行うことが好ましい。特に最高熱処理温度は所定温度±１０℃の範囲内とすることが特に好ましい。

冷却は、石炭と反応しない不活性ガス雰囲気で行なうことが好ましい。熱処理した後の石炭を１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で急冷することが好ましい。急冷する理由は軟化溶融状態での分子構造を保つためであり、分子構造が変化しないと考えられる１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却することが好ましい。氷水や水または液体窒素や窒素ガスのような不活性ガスなどを用いて急冷してよいが、液体窒素を用いて急冷することが好ましい。

石炭の表面張力は、非特許文献１に記載されたフィルム・フローテーション法を用いて測定できる。この方法は、石炭であってもその石炭から得られるセミコークスであっても同様に適用することができる。フィルム・フローテーション法を用いて、微粉砕した試料の表面張力の分布を求め、得られた表面張力の分布の平均値をその試料の表面張力の代表値とした。

フィルム・フローテーション法による表面張力の測定は次のように行なうことが好ましい。フィルム・フローテーション法で用いる液体は、石炭、または、軟化溶融時の石炭の表面張力値が２０～７３ｍＮ／ｍの範囲に分布していることから、この範囲内の表面張力を持つ液体を用いて行う。例えば、エタノール、メタノール、プロパノール、ｔｅｒｔ－ブタノール、アセトンなどの有機溶媒を用いて、これらの有機溶媒の水溶液から２０～７３ｍＮ／ｍの表面張力を持つ液体を作製できる。表面張力を測定するサンプルの粒度については、測定原理より接触角がほぼ０°に等しいときの表面張力を測定することが好ましく、粉砕した試料粒子の粒径が大きくなるにつれて接触角が増加するため粒径は小さいほど好ましい。しかしながら、試料粒子の粒径が５３μｍ未満の場合は、各粒子が凝集しやすくなるので、試料粒子は粒径５３～１５０μｍに粉砕することが好ましい。試料粒子を種々の表面張力を持つ液体に落下させ、それぞれの液体に対して浮遊した試料粒子の質量割合を求め、その結果を頻度分布曲線に表すこと、表面張力分布が求められる。

図１は、６銘柄（Ａ～Ｆ）の石炭におけるイナート量の異なる試料の表面張力のプロット（３点）と当該プロットの回帰直線とを示すグラフである。図１の横軸はＴＩ（体積％）であり、縦軸は表面張力（ｍＮ／ｍ）である。図１に示すように、各銘柄の石炭ごとにＴＩとセミコークスの表面張力との間にはおおむね直線的な関係がみられた。この結果から、配合炭に含まれる各銘柄の石炭ごとにイナート量が異なる複数の試料の表面張力のプロットから回帰直線を求め、当該回帰直線におけるイナート組織が１００体積％（軟化溶融組織が０体積％）であるとしたＴＩ＝１００に対応する値（γ_１００）および軟化溶融組織が１００体積％（イナート組織が０体積％）であるとしたＴＩ＝０に対応する値（γ_０）を求めることで、イナート組織の表面張力γ_１００と軟化溶融組織の表面張力γ_０とを推定できることがわかる。

図１に示すように、石炭の銘柄に関わらず、γ_０はある範囲に収束したのに対し、γ_１００は石炭の銘柄により大きく異なっていた。このことから、石炭の銘柄によって表面張力が異なるのは、各石炭でγ_１００が異なることが原因であることがわかる。図１の石炭Ｂや石炭Ｃのように、γ_１００とγ_０とが大きく異なる石炭がある一方で、石炭Ａや石炭Ｆのようにγ_１００とγ_０とがほとんど同じ石炭があることがわかる。特許文献１では石炭の表面張力に影響するγ_１００およびγ_０を考慮しておらず、このため、特許文献１で提案されている方法で求めた質量割合で複数銘柄の石炭を配合したとしても高強度とならないコークスが製造される場合があったものと考えられる。従来の知見では、石炭の組織成分によってその組織成分を熱処理したセミコークスの表面張力が異なることは知られていなかった。本発明の発明者らは、組織成分によって表面張力に違いがあることを明らかにし、その知見に基づいて本発明を完成させた。

次に、強度の高いコークスを製造できる配合炭の製造条件について説明する。石炭は、乾留過程で加熱により軟化溶融して粒子が接着した後、収縮する。収縮速度は石炭により、さらには石炭の組織成分により異なるので、例えば、収縮速度が異なる２種の石炭からなる配合炭では、収縮速度の差からコークスの製造過程で石炭の接着界面に亀裂が生じる。この時、石炭間の界面における接着強度が弱いと亀裂が増え、この亀裂によりコークス強度が低下するので、接着強度の弱い石炭を含む配合炭からは高強度のコークスが製造できない。セミコークスの表面張力はこの接着強度に影響し、粒子間の表面張力の差が大きいほど、接着強度は小さくなる。上述したように、石炭の銘柄によって表面張力が異なるのは、各石炭でγ_１００が異なることが原因であるので、γ_１００がγ_０の範囲内となる石炭は、石炭間、組織成分間での表面張力の差が小さく、コークス強度を低下させない石炭であるといえる。一方、γ_１００がγ_０の範囲外となる石炭は、石炭間および同一石炭内でも表面張力の差が大きくなり、コークス強度を低下させる石炭であるといえる。

このため、コークス強度を低下させる石炭に含まれるイナート組織に着目し、高強度のコークスを製造できる配合炭の製造条件に、γ_１００がγ_０の範囲外となる石炭のイナート組織の質量割合を用いることができないか確認した。表１に当該確認に用いた石炭Ｇ～Ｎの性状を示す。表２に石炭Ｇ～Ｎを所定の質量割合で配合した配合炭１～４の性状を示す。

表１、２の「ｌоｇＭＦ（ｌоｇ／ｄｄｐｍ）」は、ＪＩＳ Ｍ８８０１のギーセラープラストメータ法で測定した石炭の最高流動度（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｆｌｕｉｄｉｔｙ：ＭＦ）の常用対数値である。配合炭における最高流動度ｌоｇＭＦは、配合炭中の単味炭のｌоｇＭＦの加重平均値である。表１、２の「Ｒо（％）」はＪＩＳ Ｍ ８８１６の石炭または配合炭のビトリニットの平均最大反射率である。表１、２の「ＴＩ（体積％）」は全イナート量であり、ＪＩＳ Ｍ ８８１６の石炭または配合炭の微細組織成分の測定方法およびその解説に記載のＰａｒｒの式に基づいた下記（２）式で算出した。配合炭におけるＴＩは、配合炭に含まれる各銘柄の石炭のＴＩと当該石炭の配合割合とを乗じた値を積算して算出した。

イナート量（体積％）＝フジニット（体積％）＋ミクリニット（体積％）＋（２／３）×セミフジニット（体積％）＋鉱物質（体積％）・・・（２）

本実施形態では、γ_１００がγ_０の範囲外となる石炭のイナート組織の質量割合を用いることで、コークス強度に悪影響を与える成分の影響を定量的に評価する。ＪＩＳの方法から得られるＴＩは体積％の値であるので、正確には体積％を質量％に換算することが好ましい。しかし、ＴＩ成分と、それ以外の成分の密度は同じであると考えて実用的に十分な効果が得られるので、体積％で求められるＴＩ値を石炭のイナート組織の質量％の値として用いている。本実施形態の説明において、ＴＩの質量％の値は、ＪＩＳの測定方法から求められる体積％の値を用いている。

表１の「表面張力（ｍＮ／ｍ）」は、フィルム・フローテーション法を用いて、５００℃で加熱処理して作製したセミコークスを測定した表面張力である。表１の「イナート表面張力γ_１００（ｍＮ／ｍ）」および「溶融組織表面張力γ_０（ｍＮ／ｍ）」は、粉砕と篩分けによって同じ銘柄の石炭からイナート量の異なる試料を３種調製し、３種の試料の表面張力から回帰直線を求め、当該回帰直線におけるＴＩ＝１００に対応した値をγ_１００とし、ＴＩ＝０に対応した値をγ_０とした。

表１の石炭は、コークス原料の石炭として一般的に用いられる石炭の例である。コークス原料として用いられる石炭は、ＭＦが０～６００００ｄｄｐｍ（ｌｏｇＭＦが４．８以下）、Ｒｏが０．６～１．８％、ＴＩが３～５０体積％の範囲内であり、本実施形態に係る配合炭の製造方法は、この範囲内の石炭に対して特に好適に用いることができる。表１の石炭の性状は、ｌｏｇＭＦが０．４８～３．４７、Ｒｏが０．６４％～１．５４％、ＴＩが２１．４体積％～４３．０体積％であるが、本発明の適用はこの範囲の石炭に限られない。また、石炭以外の添加物が含まれていても本発明の技術は適用可能である。

表２の「ＤＩ １５０／１５」は、石炭（配合炭）を乾留して得られるコークスの強度指数であって、ＪＩＳ Ｋ ２１５１の回転強度試験法に基づきコークスを所定量装入したドラム試験機を１５ｒｐｍで１５０回転させた後の粒径１５ｍｍ以上のコークスの質量割合を測定し、回転前との質量比を１００倍した指数であるドラム強度ＤＩ（１５０／１５）である。表２のｗは、軟化溶融組織の表面張力γ_０の範囲を外れるイナート組織の質量割合であって、下記（１）式を用いて算出した。

ｗ＝Σ（ｘｉ×ＴＩｉ）・・・（１）
上記（１）式において、ｘｉは配合炭に含まれる各銘柄の石炭１、２、・・、ｉ、・・ｎのうちγ_１００が軟化溶融組織の表面張力γ_０の範囲を外れる石炭ｉの配合割合（質量％）であり、ＴＩｉは当該石炭ｉのＴＩである。ｗは、軟化溶融組織の表面張力γ_０の範囲を外れるイナート組織の質量割合である。軟化溶融組織の表面張力γ_０の範囲は、配合炭に含まれる複数銘柄の石炭に限ってもよく、配合炭に含まれる複数銘柄の石炭に限らず、多数の石炭について分析したセミコークスのγ_０の範囲として決めてもよい。例えば、コークス工場において在庫として保有されるコークス製造用のすべての石炭について、そのセミコークスのγ_０を求め、その最大値と最小値の間の範囲を軟化溶融組織の表面張力γ_０の範囲として定めることで、配合炭に含まれる石炭に限らず、コークス原料の石炭として用いられる石炭にも本実施形態に係る配合炭の製造方法を適用できるようになる。

表１、表２に示した試験を行った際に、石炭Ｇ～Ｎに限らず、在庫として保有していた全ての石炭を５００℃で熱処理して得たセミコークスのγ_０は、最小値で３７．９ｍＮ／ｍ、最大値で４２．５ｍＮ／ｍであった。このため、本実施形態における軟化溶融組織の表面張力γ_０の範囲を５００℃の熱処理によって得られるセミコークスの値で３７．９ｍＮ／ｍ以上４２．５ｍＮ／ｍ以下とした。したがって、表１に示した石炭Ｇ～Ｎのうち、軟化溶融組織の表面張力γ_０の範囲を外れるイナート組織を有する石炭は、石炭Ｇ、石炭Ｉ、石炭Ｊ、石炭Ｋおよび石炭Ｌである。

ｗの計算は、軟化溶融組織の表面張力γ_０の範囲を外れるイナート組織を有する石炭である石炭Ｇ、石炭Ｉ、石炭Ｊ、石炭Ｋおよび石炭Ｌの各配合割合とそれぞれの石炭のＴＩとを乗じてこれらを積算することにより、配合炭に含まれる石炭のうち軟化溶融組織の表面張力γ_０の範囲を外れる石炭のイナート組織の質量割合を算出した。例えば、配合炭１では、石炭Ｇのイナート組織の質量割合は０．３００×０．４００×１００＝１２．０質量％であり、石炭Ｉのイナート組織の質量割合は０．１６０×０．３００×１００＝４．８質量％であり、石炭Ｊのイナート組織の質量割合は０．２００×０．３５４×１００＝７．１質量％であり、石炭Ｋのイナート組織の質量割合は０．０２９×０．２１４＝０．６質量％であり、石炭Ｌのイナート組織の質量割合は０．０５８×０．２１８＝１．３質量％であり、これらを積算することでｗ＝２５．８質量％が算出される。

図２は、配合炭１～４のｗと、配合炭１～４を乾留して製造したコークスのコークス強度との関係を示すグラフである。図２の横軸はｗ（質量％）であり、縦軸はコークスのドラム強度（％）である。図２に示すように、ｗが１７．７質量％である配合炭４および２０．４質量％である配合炭３のコークス強度が８２．０％であったのに対し、ｗが２３．１質量％である配合炭２のコークス強度は８０.２％になった。ｗが２５．８質量％である配合炭１のコークス強度は７８．２％となり、ｗが２３．１％である配合炭２よりもさらにコークス強度が低下した。

図２より、ｗが２０．４質量％以下であればコークス強度が低下せず、一方、ｗが２０．４質量％を超えると、ｗが大きくなるに従いコークス強度が大きく低下していくことがわかる。コークス強度を低下させると考えられる軟化溶融組織の表面張力γ_０の範囲を外れる石炭のイナート組織の質量割合は低い方が好ましい。このため、ｗの下限は０質量％である。

これらの結果に基づき、本実施形態に係る配合炭の製造方法では、上記（１）で算出されるｗが２０．４質量％以下になるように各銘柄の石炭を配合して配合炭を製造する。これにより、配合炭に含まれるコークス強度を低下させるイナート組織の増加が防止され、乾留後に高い強度のコークスとなる配合炭を製造できる。そして、当該配合炭をコークス炉の炭化室に装入し、乾留することで強度の高いコークスが製造できる。一般にコークス製造の際の乾留温度は９００℃以上とすればよい。

石炭の表面張力は、セミコークス製造時の加熱温度により変化する。このため、５００℃で石炭を加熱処理して作製したセミコークスを用いて、表面張力を測定する場合に、配合炭に含まれる石炭のうち、セミコークスのγ_１００がγ_０の範囲を外れる石炭ｉはγ_１００が３７．９ｍＮ／ｍ未満または４２．５ｍＮ／ｍ超えとなる石炭である。

石炭の表面張力はセミコークス製造時における加熱温度が高くなるに従って大きくなる。したがって、セミコークス製造時における加熱温度を高くした場合にはγ_１００およびγ_０ともに大きくなる。そこで、セミコークスの調製温度を変えた場合における本実施形態に係る配合炭の製造方法の有効性を確認した。

種々の石炭銘柄についてセミコークスの調製温度を４００℃および６００℃に変えた以外は、上記の方法と同様の方法を用いてγ_０を求めた。図３は、石炭の軟化溶融組織が１００体積％であるとした場合の表面張力γ_０と熱処理温度との関係を示すグラフである。図３の横軸は加熱処理温度（℃）であり、縦軸は表面張力γ_０（ｍＮ／ｍ）である。図３に示すように、セミコークスの調製温度が高くなるとγ_０の値が上昇する傾向が認められた。しかしながら、セミコークスの調製温度を変えた場合であっても、５００℃でセミコークスを調製した場合と同様にγ_０は一定の範囲に収束する傾向が認められた。

セミコークスの調製温度（℃）をＴとすると、各処理温度で求められたγ_０の最小値から得られる回帰直線は、γ_０＝０．０５５Ｔ＋１０．４（ｍＮ／ｍ）となった。同様に、各処理温度で求められたγ_０の最大値から得られる回帰直線は、γ_０＝０．０４１Ｔ＋２２．０（ｍＮ／ｍ）となった。すなわち、セミコークスの調製温度をＴ（℃）とするとき、そのセミコークスのイナート組織が１００％であるとした場合の表面張力γ_１００が、γ_０の最小値であるγ_０＝０．０５５Ｔ＋１０．４（ｍＮ／ｍ）未満である場合、その石炭はコークス強度を低下させる石炭であるといえる。同様に、セミコークスのイナート組織が１００％であるとした場合の表面張力γ_１００が、γ_０の最大値であるγ_０＝０．０４１Ｔ＋２２．０（ｍＮ／ｍ）を超える場合には、その石炭はコークス強度を低下させる石炭であるといえる。

図４は、熱処理した３種類の石炭の表面張力γ_１００と熱処理温度との関係を示すグラフである。図４の横軸は加熱処理温度（℃）であり、縦軸は表面張力γ_１００（ｍＮ／ｍ）である。図４に示すように、石炭Ｏは、セミコークスの調製温度が４００℃～６００℃のいずれの温度であってもγ_１００がγ_０の最小値であるγ_０＝０．０５５Ｔ＋１０．４（ｍＮ／ｍ）未満であった。このため、石炭Ｏはコークス強度を低下させる石炭であると判断される。石炭Ｐは、セミコークスの調製温度が４００℃～６００℃のいずれの温度であってもγ_１００がγ_０の最大値と最小値との間に入った。このため、石炭Ｐはコークス強度を低下させない石炭であると判断される。石炭Ｑは、セミコークスの調製温度が４００℃～６００℃の範囲内のいずれの温度であってもγ_１００がγ_０の最大値γ_０＝０．０４１Ｔ＋２２．０（ｍＮ／ｍ）を超えた。このため、石炭Ｑはコークス強度を低下させる石炭であると判断される。

このように、種々の銘柄の石炭において、γ_０とγ_１００との大小関係はセミコークスの調製温度を変えても変化しない。したがって、５００℃で調製したセミコークスの値に基づいて表２や図２から求められる好ましいｗの上限値である２０．４質量％という値は、セミコークスの調製温度が異なる場合でもγ_０の範囲を外れるイナート組織の質量割合の上限値として採用できることがわかる。本実施形態に係る配合炭の製造方法において、セミコークスの調製温度は石炭の軟化溶融が開始する温度である３５０℃からコークス化が完了する８００℃の範囲内とすることが好ましい。セミコークスの調製温度はコークス強度を低下させる可能性が明瞭に判断できる４００℃以上６００℃以下の範囲内とすることがより好ましい。

以上のように、コークス製造の原料として用いられる種々の銘柄の石炭におけるγ_０の範囲を定めるとともに、配合炭の製造に用いるそれぞれの銘柄の石炭についてγ_１００を求める。γ_０の範囲とそれぞれの銘柄の石炭のγ_１００とから、γ_１００がγ_０の範囲を外れ、コークス強度を低下させる石炭の銘柄を特定する。そして、コークス強度を低下させると特定された銘柄の石炭のＴＩを測定し、イナート組織の割合が上限値以下になるようにコークス強度を低下させる石炭の配合割合を定めることで、乾留後に高い強度のコークスとなる配合炭が製造できる。このようにして製造された配合炭を乾留することで強度の高いコークスの製造が実現できる。

本実施形態に係る配合炭の製造方法では石炭を加熱処理して調製したセミコークスの表面張力を用いる例で説明したが、これに限らず、加熱処理していない石炭の表面張力を用いてもよい。上述したように、フィルム・フローテーション法では、石炭であってもその石炭から得られるセミコークスであっても同様に適用でき、表面張力を測定できる。さらに、γ_０およびγ_１００は、表面張力を測定することによって石炭試料から求めてもよいし、何らかの石炭物性から推定することで求めてもよい。測定ないし推定された値として他者から提供された値を用いてもよい。γ_０の範囲は、セミコークスの調製温度をＴ（℃）とすると、最小値γ_０＝０．０５５Ｔ＋１０．４（ｍＮ／ｍ）以上であり、最大値γ_０＝０．０４１Ｔ＋２２．０（ｍＮ／ｍ）以下の範囲内と定めることもできる。

Claims (4)

1. 複数銘柄の石炭を配合して配合炭を製造する配合炭の製造方法であって、
   イナート組織が１００体積％であるとした場合の石炭の表面張力をγ_１００とし、軟化溶融組織が１００体積％であるとした場合の石炭の表面張力をγ_０とした場合に、
   石炭のγ_０の範囲を、配合炭に含まれる複数銘柄の石炭のγ _０ の範囲、または、コークス工場において在庫として保有されるコークス製造用のすべての石炭のγ _０ の範囲と定め、
   前記配合炭に配合する各銘柄の石炭１、２、・・、ｉ、・・ｎのうち、前記γ_１００が前記γ_０の範囲を外れる石炭ｉを特定し、
   前記石炭ｉのＴＩを測定し、
   下記（１）式で算出されるｗが２０.４質量％以下となるように前記石炭ｉの配合割合を定める、配合炭の製造方法。
   ｗ＝Σ（ｘｉ×ＴＩｉ）・・・（１）
   上記（１）式において、ｘｉは、前記石炭ｉの配合割合（質量％）であり、ＴＩｉは、前記石炭ｉに含まれるイナート組織の割合（体積％）であり、ｗは、石炭のγ_０の範囲を外れるイナート組織の前記配合炭中の質量割合（質量％）である。
2. 複数銘柄の石炭を配合して配合炭を製造する配合炭の製造方法であって、
   イナート組織が１００体積％であるとした場合の石炭の表面張力をγ _１００ とし、軟化溶融組織が１００体積％であるとした場合の石炭の表面張力をγ _０ とした場合に、
   石炭のγ _０ の範囲を、３５０℃～８００℃の範囲内の温度Ｔ℃で石炭を加熱処理して作製されるセミコークスを用いて表面張力を測定する場合に、（０．０５５Ｔ＋１０．４）ｍＮ／ｍ以上（０．０４１Ｔ＋２２．０）ｍＮ／ｍ以下の範囲と定め、
   前記配合炭に配合する各銘柄の石炭１、２、・・、ｉ、・・ｎのうち、前記γ _１００ が前記γ _０ の範囲を外れる石炭ｉを特定し、
   前記石炭ｉのＴＩを測定し、
   下記（１）式で算出されるｗが２０.４質量％以下となるように前記石炭ｉの配合割合を定める、配合炭の製造方法。
   ｗ＝Σ（ｘｉ×ＴＩｉ）・・・（１）
   上記（１）式において、ｘｉは、前記石炭ｉの配合割合（質量％）であり、ＴＩｉは、前記石炭ｉに含まれるイナート組織の割合（体積％）であり、ｗは、石炭のγ _０ の範囲を外れるイナート組織の前記配合炭中の質量割合（質量％）である。
3. 複数銘柄の石炭を配合して配合炭を製造する配合炭の製造方法であって、
   イナート組織が１００体積％であるとした場合の石炭の表面張力をγ _１００ とし、軟化溶融組織が１００体積％であるとした場合の石炭の表面張力をγ _０ とした場合に、
   石炭のγ _０ の範囲を、５００℃で石炭を加熱処理して作製されるセミコークスを用いて表面張力を測定する場合に、３７．９ｍＮ／ｍ以上４２．５ｍＮ／ｍ以下の範囲と定め、
   前記配合炭に配合する各銘柄の石炭１、２、・・、ｉ、・・ｎのうち、前記γ _１００ が前記γ _０ の範囲を外れる石炭ｉを特定し、
   前記石炭ｉのＴＩを測定し、
   下記（１）式で算出されるｗが２０.４質量％以下となるように前記石炭ｉの配合割合を定める、配合炭の製造方法。
   ｗ＝Σ（ｘｉ×ＴＩｉ）・・・（１）
   上記（１）式において、ｘｉは、前記石炭ｉの配合割合（質量％）であり、ＴＩｉは、前記石炭ｉに含まれるイナート組織の割合（体積％）であり、ｗは、石炭のγ _０ の範囲を外れるイナート組織の前記配合炭中の質量割合（質量％）である。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の配合炭の製造方法で製造された配合炭を乾留してコークスを製造するコークスの製造方法。

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