JP7180544B2 - コークスの熱間反応後強度の推定方法及びコークスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コークスの熱間反応後強度（ＣＳＲという）を推定する方法と、この推定方法を用いてコークスを製造する方法に関する。

特許文献１では、単味炭コークスの反応性指数（ＣＲＩという）の加重平均値に基づいて、配合炭コークスのＣＲＩを算出している。そして、この配合炭コークスのＣＲＩと配合炭コークスの表面破壊強度（ＤＩ^１５０ _６）とに基づいて、配合炭コークスのＣＳＲを算出している。

特許第４３０９７８０号公報

コークスを製造するとき、原料炭として、非粘結炭やＣＲＩが高くなる石炭（高ＣＲＩ炭という）が使用されることがある。本発明者によれば、非粘結炭や高ＣＲＩ炭を配合したときに、特許文献１によって推定したＣＳＲ（推定ＣＳＲという）が、ＣＳＲの実測値（実績ＣＳＲという）からずれてしまい、ＣＳＲの推定精度が低下してしまうことが分かった。

具体的には、非粘結炭を配合したときには、非粘結炭から製造される単味炭コークスのＣＲＩを測定することができないため、このＣＲＩを加味した加重平均値を算出することもできず、結果として、ＣＳＲを推定することができない。また、高ＣＲＩ炭を配合したときには、高ＣＲＩ炭から製造される単味炭コークスのＣＲＩ（測定値）が低く見積もられてしまい、結果として、ＣＳＲの推定精度が低下してしまう。

本発明は、非粘結炭又は高ＣＲＩ炭を含む配合炭を使用したときであっても、配合炭コークスのＣＳＲを精度良く推定することを目的とする。

本発明は、配合炭から製造される配合炭コークスの熱間反応後強度（「ＣＳＲ」という）を推定するに際し、配合炭に含まれる各単味炭から製造される各単味炭コークスの反応性指数（「ＣＲＩ」という）の加重平均値に基づいて、配合炭コークスのＣＲＩを算出する。そして、配合炭コークスのＣＲＩ及び表面破壊強度に基づいて、配合炭コークスのＣＳＲを算出する。

配合炭に含まれる単味炭の一部が非粘結炭であるとき、加重平均値を算出するための単味炭コークスのＣＲＩとしては、基準炭から製造された基準炭コークスのＣＲＩと、基準炭に所定の配合比率の非粘結炭を配合したときの配合炭コークスのＣＲＩとから外挿によって算出されたＣＲＩを用いる。また、単味炭の一部が所定値以上のＣＲＩを示す高ＣＲＩ炭コークスの原料炭であるとき、加重平均値を算出するための単味炭コークスのＣＲＩとしては、ＣＲＩ測定試験の途中の所定反応時間における高ＣＲＩ炭コークスの質量減少率から外挿によって算出されたＣＲＩを用いる。

単味炭の一部が非粘結炭であるとき、下記式（Ｉ）に基づいて、加重平均値を算出するための単味炭コークスのＣＲＩを算出することができる。

上記式（Ｉ）において、ＣＲＩ（１００）は、加重平均値を算出するための単味炭コークスのＣＲＩ［－］であり、ＣＲＩ（０）は、基準炭コークスのＣＲＩ［－］である。Ｙは非粘結炭の所定の配合比率［質量％］であり、ＣＲＩ（Ｙ）は、基準炭に配合比率Ｙの非粘結炭を配合したときの配合炭コークスのＣＲＩ［－］である。

単味炭の一部が非粘結炭であるとき、所定の配合比率を５～４０質量％とすることができる。

単味炭の一部が高ＣＲＩ炭コークスの原料炭であるとき、下記式（ＩＩ）に基づいて、加重平均値を算出するための単味炭コークスのＣＲＩを算出することができる。

上記式（ＩＩ）において、ＣＲＩ＿ｈは、加重平均値を算出するための単味炭コークスのＣＲＩ［－］である。ｔは所定反応時間［分］であり、Ｒ（ｔ）は、所定反応時間ｔにおける高ＣＲＩ炭コークスの質量減少率［質量％］である。

単味炭の一部が高ＣＲＩ炭コークスの原料炭であるとき、所定反応時間としては、ＣＲＩ測定試験において、単味炭コークスの質量が反応時間に比例して減少する時間帯に含まれる時間とすることができる。

単味炭の一部が高ＣＲＩ炭コークスの原料炭であるとき、所定反応時間としては、下記式（ＩＩＩ）に示す条件を満たす時間とすることができる。

上記式（ＩＩＩ）において、ｔは所定反応時間であり、ＣＲＩは、ＣＲＩ測定試験によって測定された高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩである。

単味炭の一部が高ＣＲＩ炭コークスの原料炭であるとき、ＣＲＩの所定値を５０とすることができる。

本発明の推定方法を用いて配合炭コークスのＣＳＲを算出すれば、この算出したＣＳＲが予め定めた目標範囲内となるように、配合炭に含まれる各単味炭の配合比率を調整してコークスを製造することができる。

本発明によれば、非粘結炭又は高ＣＲＩ炭を含む配合炭を使用したときであっても、配合炭コークスのＣＳＲを精度良く推定することができる。

非粘結炭コークスのＣＲＩを算出する方法を説明する図である。 非粘結炭コークスのＣＲＩが基準炭の種類に依存しないことを説明する図である。 推定ＣＳＲ及び実績ＣＳＲの関係を示す図である。 ＣＲＩ測定試験において、高ＣＲＩ炭コークスの質量％の経時変化を示す図である。 ＣＲＩ測定試験において、高ＣＲＩ炭コークスの質量％の経時変化を示す図である。 ＣＲＩ測定試験において、配合炭コークス（高ＣＲＩ炭を含む）の質量％の経時変化を示す図である。

（配合炭コークスのＣＳＲの推定）
本実施形態は、配合炭を乾留して製造された配合炭コークスのＣＳＲを推定する方法である。配合炭コークスのＣＳＲは、下記式（１）に示すように、配合炭コークスの表面破壊強度（ドラム強度指数）ＤＩ^１５０ _６と、配合炭コークスのＣＲＩ（推定値）に基づいて算出（推定）される。

上記式（１）において、ａ、ｂ及びｃは、定数である。実験に基づいて、ＣＳＲ、ＤＩ^１５０ _６及びＣＲＩの相関を求めることにより、定数ａ，ｂ，ｃを予め特定することができる。

上記式（１）に示すドラム強度指数ＤＩ^１５０ _６は、ＪＩＳ Ｋ２１５１に規定されているように、ドラム試験機を用いて１５０回転の衝撃をコークスに与えた後における６ｍｍ以上の塊の質量割合である。特許文献１に記載されているように、ドラム強度指数ＤＩ^１５０ _６と石炭軟化時の空隙充填度との間には所定の相関関係があるため、この相関関係を用いることにより、空隙充填度からドラム強度指数ＤＩ^１５０ _６を算出（推定）することができる。

上記式（１）に示すＣＲＩは、コークスを二酸化炭素と反応させたときのガス化量（言い換えれば、コークスの質量減少率）であり、下記式（２）から算出される。

上記式（２）において、Ｍｂは、ＣＲＩ測定試験を行う前のコークス（試料）の質量であり、Ｍａは、ＣＲＩ測定試験を行った後のコークス（試料）の質量である。ＣＲＩ測定試験では、２０±１ｍｍの大きさに調整された２００ｇのコークス（試料）を、二酸化炭素が１００％の雰囲気において、反応温度が１１００℃、反応時間が１２０分の条件で二酸化炭素と反応させる。（「N. Nakamura, Y. Togino, M. Tateoka: Ironmaking and Steelmaking, 5(1978), p.1.」を参照）

配合炭コークスのＣＲＩについては、加成性が成立することが知られている。このため、配合炭コークスを構成する各単味炭コークスのＣＲＩを加重平均した値（加重平均値ΣＣＲＩという）を、配合炭コークスのＣＲＩとみなすことができる。特許文献１においても、各単味炭コークスのＣＲＩの加重平均値ΣＣＲＩが、配合炭コークスのＣＲＩの実測値と一致することが記載されている。

各単味炭コークスについて、試験炉を用いたＣＲＩ測定試験を行い、ＣＲＩ測定試験の前後における単味炭コークスの質量をそれぞれ測定すれば、上記式（２）に基づいて、単味炭コークスのＣＲＩを算出することができる。そして、配合炭に含まれる各単味炭の配合比率に基づいて、各単味炭コークスのＣＲＩを加重平均することにより、加重平均値ΣＣＲＩを算出することができる。

一方、特許文献１に記載されているように、配合炭に含まれる各単味炭の全膨張率ＴＤの加重平均値ΣＴＤが低くなると、配合炭コークスのＣＲＩが加重平均値ΣＣＲＩよりも大きくなることがある。この場合には、加重平均値ΣＣＲＩを算出しただけでは、配合炭コークスのＣＲＩを推定することができない。特許文献１によれば、配合炭コークスのＣＲＩ及び加重平均値ΣＣＲＩの差ΔＣＲＩと、各単味炭の全膨張率ＴＤの加重平均値ΣＴＤとの間には相関関係がある。そこで、差ΔＣＲＩ及び加重平均値ΣＴＤの相関関係を実験によって予め求めておけば、加重平均値ΣＴＤを算出することにより、この加重平均値ΣＴＤに対応する差ΔＣＲＩを算出することができる。そして、下記式（３）に示すように、加重平均値ΣＴＤに対応する差ΔＣＲＩと、加重平均値ΣＣＲＩとに基づいて、配合炭コークスのＣＲＩを算出（推定）することができる。

上述したように配合炭コークスのＣＲＩ及びドラム強度指数ＤＩ^１５０ _６を推定すれば、上記式（１）に基づいて、配合炭コークスのＣＳＲを算出（推定）することができる。ここで、配合炭に非粘結炭又は高ＣＲＩ炭が含まれる場合には、以下に説明するように配合炭コークスのＣＳＲを算出（推定）する。

（非粘結炭を含む配合炭について）
配合炭には、非粘結炭が含まれることがある。非粘結炭とは、乾留しても塊が生成されない石炭であって、ＪＩＳ Ｍ８８０１（熱膨張性試験方法（ジラトメータ法））に基づいて測定される全膨張率ＴＤが０％の石炭である。

非粘結炭については、非粘結炭コークス（単味炭コークス）を製造することができないため、非粘結炭コークスのＣＲＩを測定することができない。このため、非粘結炭を含む配合炭については、非粘結炭コークスのＣＲＩを加味した加重平均値ΣＣＲＩを算出することができず、上述したように配合炭コークスのＣＲＩを推定することができないとともに、上記式（１）に基づいて配合炭コークスのＣＳＲを推定することができない。

そこで、配合炭に非粘結炭が含まれるときには、以下に説明する方法によって、非粘結炭コークスのＣＲＩを算出する。

まず、基準炭に非粘結炭を配合した配合炭を用意し、この配合炭を乾留して製造された配合炭コークスについてＣＲＩを測定する。基準炭とは、ＣＲＩが既知である基準炭コークスの製造に用いられる石炭であり、単味炭であってもよいし、配合炭であってもよい。基準炭としては、基準炭コークスのＣＲＩを測定することができる石炭であればよい。後述するように、高ＣＲＩ炭から製造されたコークスのＣＲＩが５０以上であるときには、ＣＲＩの測定値が低く見積もられることがある。この点を考慮すると、例えば、基準炭コークスのＣＲＩが１０～４０［－］となる石炭を用いることが好ましい。

基準炭に非粘結炭を配合した場合、配合炭コークスのＣＲＩは、基準炭コークスのＣＲＩよりも高くなる。これらのＣＲＩの差は、非粘結炭に起因すると考えられるため、この差に基づいて非粘結炭コークスのＣＲＩを算出（推定）することができる。具体的には、下記式（４）に基づいて、非粘結炭コークスのＣＲＩを算出することができる。

上記式（４）において、ＣＲＩ（１００）は、１００質量％の非粘結炭から製造された非粘結炭コークスのＣＲＩ［－］であり、ＣＲＩ（０）は、１００質量％の基準炭（非粘結炭は０質量％である）から製造された基準炭コークスのＣＲＩ［－］である。Ｙは、基準炭に配合される非粘結炭の配合比率［質量％］であり、ＣＲＩ（Ｙ）は、（１００－Ｙ）質量％の基準炭とＹ質量％の非粘結炭を配合した配合炭から製造された配合炭コークスのＣＲＩ［－］である。

上記式（４）の意味について、図１を用いて説明する。図１において、横軸は、基準炭に配合される非粘結炭の配合比率［質量％］を示し、縦軸はコークスのＣＲＩ［－］を示す。非粘結炭の配合比率が０質量％であるときのＣＲＩは、上記式（４）に示すＣＲＩ（０）である。また、非粘結炭の配合比率がＹ質量％であるときのＣＲＩは、上記式（４）に示すＣＲＩ（Ｙ）である。

ＣＲＩ（０）及びＣＲＩ（Ｙ）は、ＣＲＩ測定試験によって測定することができるため、図１に示すＣＲＩ（０）及びＣＲＩ（Ｙ）を結ぶ直線Ｌ１を算出することができる。この直線Ｌ１において、非粘結炭の配合比率が１００質量％であるときのＣＲＩ（外挿値）は、上記式（４）に示すＣＲＩ（１００）となる。上記式（４）は、図１に示す直線Ｌ１を規定するものであり、ＣＲＩ（０）及びＣＲＩ（Ｙ）から外挿によってＣＲＩ（１００）を算出することができる。

非粘結炭の配合比率Ｙ［質量％］は、下限値Ｙ＿ｌｉｍ１及び上限値Ｙ＿ｌｉｍ２によって規定される所定範囲内であることが好ましい。配合比率Ｙが下限値Ｙ＿ｌｉｍ１よりも低いと、ＣＲＩ（０）及びＣＲＩ（Ｙ）の差が小さくなり、上記式（４）に基づくＣＲＩ（１００）の推定精度が低下しやすくなる。この点を考慮して下限値Ｙ＿ｌｉｍ１を適宜決めることができ、例えば、下限値Ｙ＿ｌｉｍ１を５質量％とすることができる。一方、配合比率Ｙが上限値Ｙ＿ｌｉｍ２よりも高いと、非粘結炭の影響を受けやすくなるために、配合炭コークスのＣＲＩ（Ｙ）を測定しにくくなる。この点を考慮して上限値Ｙ＿ｌｉｍ２を適宜決めることができ、例えば、上限値Ｙ＿ｌｉｍ２を４０質量％とすることができる。

ＣＲＩ（１００）は、基準炭の種類に依存しない。以下、この理由について説明する。

互いに異なる３種類の基準炭Ａ～Ｃを用意し、各基準炭Ａ～Ｃに同一の非粘結炭を配合することにより、３種類の配合炭を用意した。ここで、非粘結炭の配合比率を２０質量％（上記Ｙ質量％に相当する）とし、各基準炭Ａ～Ｃの配合比率をそれぞれ８０質量％とした。各配合炭を乾留して配合炭コークスを製造し、この配合炭コークスのＣＲＩ（Ｙ）を測定した。

なお、１００質量％の基準炭Ａから製造された基準炭コークスのＣＲＩ（０）は２０であり、１００質量％の基準炭Ｂから製造された基準炭コークスのＣＲＩ（０）は３０であり、１００質量％の基準炭Ｃから製造された基準炭コークスのＣＲＩ（０）は４０であった。上述したＣＲＩ（Ｙ）の測定結果と、この測定結果に基づいて上記式（４）から算出されたＣＲＩ（１００）を下記表１及び図２に示す。図２において、横軸は、基準炭に配合される非粘結炭の配合比率［質量％］を示し、縦軸はコークスのＣＲＩ［－］を示す。

上記表１及び図２から分かるように、基準炭の種類が異なっていても、言い換えれば、基準炭コークスのＣＲＩ（０）が異なっていても、非粘結炭コークスのＣＲＩ（１００）は同一であった。したがって、ＣＲＩ（１００）は、基準炭の種類に依存しないことが分かる。

次に、非粘結炭をそれぞれ含む６種類の配合炭を用意し、各配合炭を乾留して配合炭コークスを製造した。そして、６種類の配合炭コークスについて、ＣＳＲ（実績ＣＳＲ）を測定するとともに、本実施形態に基づいてＣＳＲ（推定ＣＳＲ）を算出した。推定ＣＳＲの算出では、まず、上記式（４）に基づいてＣＲＩ（１００）を算出した後、加重平均値ΣＣＲＩを算出した。この加重平均値ΣＣＲＩを配合炭コークスのＣＲＩとみなしたうえで、上記式（１）に基づいて推定ＣＳＲを算出した。

図３には、６種類の配合炭コークスについて、推定ＣＳＲ及び実績ＣＳＲの関係を示す。図３において、横軸は推定ＣＳＲ［－］を示し、縦軸は実績ＣＳＲ［－］を示す。図３に示すように、推定ＣＳＲは、実績ＣＳＲとほぼ一致しており、推定ＣＳＲの推定精度を確保することができた。

（高ＣＲＩ炭を含む配合炭について）
本発明者によれば、単味炭コークスのＣＲＩが所定値以上となる原料炭（高ＣＲＩ炭）を配合したとき、上記式（１）に基づいて配合炭コークスのＣＳＲを推定しても、推定ＣＳＲが実績ＣＳＲからずれてしまうことが分かった。例えば、ＣＲＩが５０以上であるコークスの製造に用いられる石炭を高ＣＲＩ炭と定義することができる。

高ＣＲＩ炭を配合したときに、推定ＣＳＲが実績ＣＳＲからずれてしまう理由としては、以下に説明する理由が考えられる。

高ＣＲＩ炭を乾留して製造されたコークス（高ＣＲＩ炭コークスという）については、ＣＲＩ測定試験における二酸化炭素との反応性が高くなる。二酸化炭素に対する高ＣＲＩ炭コークスの反応性が高いと、ＣＲＩ測定試験の反応時間帯（０～１２０分）の前半において、高ＣＲＩ炭コークス及び二酸化炭素の反応が進行しすぎてしまい、反応時間帯の後半では、二酸化炭素と反応する高ＣＲＩ炭コークスの量が減少する。

このため、反応時間帯の後半では、高ＣＲＩ炭コークスの反応速度が低下し、ＣＲＩ測定試験によって測定される高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩが見掛け上、低くなってしまう。この場合には、低く見積もられた高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩに基づいて加重平均値ΣＣＲＩが算出されることになるため、上記式（１）に基づいて配合炭コークスのＣＳＲを推定しても、推定ＣＳＲが実績ＣＳＲからずれてしまう。

本実施形態では、加重平均値ΣＣＲＩを算出するとき、高ＣＲＩ炭コークス（単味炭コークス）のＣＲＩとしては、ＣＲＩ測定試験によって測定されたＣＲＩを用いる代わりに、下記式（５）に基づいて算出されるＣＲＩ＿ｈを用いる。

上記式（５）において、ＣＲＩ＿ｈは、加重平均値ΣＣＲＩの算出に用いられる高ＣＲＩ炭コークス（単味炭コークス）のＣＲＩ［－］であり、ｔはＣＲＩ測定試験を開始してからの所定の反応時間［分］であり、Ｒ（ｔ）は、ＣＲＩ測定試験において所定反応時間ｔが経過したときの高ＣＲＩ炭コークスの質量減少率［質量％］である。

質量減少率Ｒ（ｔ）は、ＣＲＩ測定試験を行う前の高ＣＲＩ炭コークスの質量％（すなわち、１００質量％）から、所定反応時間ｔが経過したときの高ＣＲＩ炭コークスの質量％を減算した値である。所定反応時間ｔが経過したときの高ＣＲＩ炭コークスの質量については、所定反応時間ｔが経過したときにＣＲＩ測定試験を停止させ、高ＣＲＩ炭コークスを冷却した後に測定することができる。

所定反応時間ｔは、ＣＲＩ測定試験の総反応時間（１２０分）よりも短い時間、すなわち、ＣＲＩ測定試験の途中の反応時間である。後述するように、所定反応時間ｔは、ＣＲＩ測定試験において、高ＣＲＩ炭コークスの質量％が反応時間に比例して減少する時間帯に含まれる時間であればよい。

上述した時間帯について、図４を用いて説明する。図４には、高ＣＲＩ炭コークスの質量％の経時変化を示す。図４において、横軸はＣＲＩ測定試験での反応時間（０～１２０分）を示し、縦軸は高ＣＲＩ炭コークスの質量％を示す。図４において、実線Ｌ２は、高ＣＲＩ炭コークスの質量％の経時変化（実測値）を示し、一点鎖線Ｌ３は、高ＣＲＩ炭コークスの質量％が反応時間に比例して減少したと仮定した場合の経時変化を示す。

図４に示すように、ＣＲＩ測定試験における反応時間帯の前半において、実線Ｌ２は、一点鎖線Ｌ３と重なっている。一方、反応時間帯の後半では、実線Ｌ２が一点鎖線Ｌ３からずれ始め、このずれは、反応時間が経過するほど大きくなる。反応時間が１２０分であるときの高ＣＲＩ炭コークスの質量減少率が高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩとなるため、実線Ｌ２から算出される高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩは、上述したように低く見積もられてしまう。

高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩが低く見積もられることを回避するためには、一点鎖線Ｌ３に基づいて、高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩを算出すればよい。すなわち、図４に示すように、一点鎖線Ｌ３において、反応時間が１２０分であるときの質量減少率Ｒ（１２０）を算出すれば、この質量減少率Ｒ（１２０）が高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩとなり、このＣＲＩは上記式（５）に示すＣＲＩ＿ｈに相当する。

一点鎖線Ｌ３は、実線Ｌ２のうち、高ＣＲＩ炭コークスの質量％が反応時間に比例して減少する領域ｔ＿ｒａｎｇｅ（図４参照）に基づいて特定することができる。図４に示す質量減少率Ｒ（１２０）は、実線Ｌ２の領域ｔ＿ｒａｎｇｅから特定される外挿値となる。また、領域ｔ＿ｒａｎｇｅに対応する反応時間帯は、所定反応時間ｔを決めるための時間帯となる。

上述した反応時間帯については、予め実験を行うことによって特定することもできるし、後述するように、高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩ（実測値）に基づいて特定することもできる。このように反応時間帯を特定すれば、この反応時間帯に含まれる任意の時間を所定反応時間ｔとして決めることができる。

ここで、所定反応時間ｔが短すぎると、所定反応時間ｔが経過したときの高ＣＲＩ炭コークスの反応量が小さくなりすぎるため、図４に示す一点鎖線Ｌ３を特定しにくくなる。言い換えれば、上記式（５）に示す質量減少率Ｒ（ｔ）の測定において誤差が発生しやすくなり、結果として、上記式（５）から算出されるＣＲＩ＿ｈにも誤差が発生しやすくなる。一方、所定反応時間ｔが長すぎると、上述したように、高ＣＲＩ炭コークスの反応速度の低下の影響を受けやすくなり、図４に示す一点鎖線Ｌ３を特定しにくくなる。これらの点を考慮して、所定反応時間ｔを決めることが好ましく、例えば、所定反応時間ｔは、３０～７０分の範囲内とすることができる。

次に、所定反応時間ｔの好適な範囲を、高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩ（実測値）に基づいて特定する方法について説明する。

本発明者によれば、所定反応時間ｔの好適な範囲が高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩ（反応時間１２０分の実測値）に依存することを、実験により見出した。複数種類の高ＣＲＩ炭について、高ＣＲＩ炭コークスの質量％の経時変化と、高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩ（実測値）との関係に着目したところ、所定反応時間ｔが下記式（６）に示す条件を満たせば、高ＣＲＩ炭コークスの質量％が反応時間に比例して減少することが分かった。

上記式（６）において、ｔは所定反応時間であり、ＣＲＩは、ＣＲＩ測定試験によって測定された高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩ（実測値）である。

上記式（６）によれば、高ＣＲＩ炭コークスの質量％の経時変化を測定しなくても、通常のＣＲＩ測定試験によって高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩを測定すれば、所定反応時間ｔの好適な範囲を特定することができる。例えば、高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩ（反応時間１２０分の実測値）が５８であるとき、所定反応時間ｔの好適な範囲は、約４１分から約６２分の範囲となる。

次に、高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩとして、上記式（５）に示すＣＲＩ＿ｈを用いることの妥当性について検討した。以下、具体的に説明する。

高ＣＲＩ炭（単味炭）を乾留して製造された高ＣＲＩ炭コークスに対して、上述したＣＲＩ測定試験と同じ条件で二酸化炭素を反応させた。ここで、高ＣＲＩ炭コークスの質量％の経時変化を把握することができるように、一般的なＣＲＩ測定試験の装置とは異なる装置を用いた。具体的には、高ＣＲＩ炭コークスが充填された坩堝を吊り下げた状態において、高ＣＲＩ炭コークスを二酸化炭素と反応させながら、坩堝の質量を熱天秤によって測定した。これにより、高ＣＲＩ炭コークスの質量の経時変化を測定することができる。

この測定結果を図５に示す。図５において、横軸はＣＲＩ測定試験の反応時間（０～１２０分）を示し、縦軸は高ＣＲＩ炭コークスの質量％を示す。図５において、実線Ｌ４は測定結果を示し、一点鎖線Ｌ５は、実線Ｌ４において、高ＣＲＩ炭コークスの質量％が一定の割合で減少したと仮定した場合の経時変化を示す。実線Ｌ４は図４に示す実線Ｌ２に相当し、一点鎖線Ｌ５は図４に示す一点鎖線Ｌ３に相当する。

図５によれば、反応時間が約６０分に到達するまでは、実線Ｌ４及び一点鎖線Ｌ５が一致しており、高ＣＲＩ炭コークスの質量％が反応時間に比例して減少した。一方、６０分以降の反応時間では、実線Ｌ４が一点鎖線Ｌ５からずれ始め、反応時間の経過とともに、実線Ｌ４及び一点鎖線Ｌ５のずれが大きくなった。すなわち、６０分以降の反応時間では、高ＣＲＩ炭コークスの質量％が減少しにくくなっており、高ＣＲＩ炭コークスの質量減少率が低下した。図５に示す測定結果によれば、ＣＲＩ測定試験が終了したとき、高ＣＲＩ炭コークスは４２質量％であり、高ＣＲＩ炭コークスの質量減少率は５８質量％であった。このため、高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩの実測値は５８である。

次に、図５に示す測定で用いられた高ＣＲＩ炭（ＣＲＩの実測値が５８）と、他の石炭（ＣＲＩの実測値が２０）を配合した配合炭を乾留して、配合炭コークスを製造した。高ＣＲＩ炭の配合比率は２０質量％とした。この配合炭コークスを用いて、図５に示す測定と同じ測定を行った。この測定結果を図６に示す。図６から分かるように、配合炭コークスの質量％は反応時間に比例して減少しており、図５の実線Ｌ４で示すような挙動は確認できなかった。また、ＣＲＩ測定試験が終了したとき、配合炭コークスは７０質量％であり、配合炭コークスの質量減少率は３０質量％であった。このため、配合炭コークスのＣＲＩは３０である。

図５及び図６に示す測定結果を下記表２にまとめる。下記表２には、高ＣＲＩ炭の配合比率と、高ＣＲＩ炭以外の他の石炭の配合比率と、単味炭（高ＣＲＩ炭や他の石炭）から製造されたコークスのＣＲＩと、配合炭コークス（高ＣＲＩ炭を含む）のＣＲＩ（実測値）とを示す。

上記表２に示すＣＲＩについて、実測値はＣＲＩ測定試験によって測定された値であり、算出値は上記式（５）に基づいて算出された値（ＣＲＩ＿ｈ）である。なお、上記式（５）のｔ（所定反応時間）は、上記（６）式による好適な範囲（約４１分～約６２分）に基づき、６０分とした。

また、加重平均値ΣＣＲＩについて、実測値は、高ＣＲＩ炭コークス及び他の石炭のコークスのＣＲＩ（実測値）から算出された加重平均値であり、算出値は、高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩ（算出値）及び他の石炭のコークスのＣＲＩ（実測値）から算出された加重平均値である。

上記表２に示す加重平均値（実測値）ΣＣＲＩは２７．６であり、図６に示す測定結果から求められた配合炭コークスのＣＲＩ（すなわち、３０）よりも低かった。この理由は、上述したように、高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩを低く見積もっているためであると考えられる。一方、上記表２に示す加重平均値（算出値）ΣＣＲＩは３０であり、図６に示す測定結果から求められた配合炭コークスのＣＲＩ（すなわち、３０）と同じであった。

したがって、配合炭に高ＣＲＩ炭が含まれているとき、高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩとして、上記式（５）に示すＣＲＩ＿ｈを用いることにより、配合炭コークスのＣＲＩの推定精度を確保できることが分かった。配合炭コークスのＣＲＩの推定精度を確保すれば、上記式（１）から算出されるＣＳＲの推定精度も確保することができる。

本実施形態のように配合炭コークスのＣＳＲを推定すれば、この推定ＣＳＲがＣＳＲの目標範囲内に含まれるように、配合炭を構成する各単味炭の配合比率を調整することができる。すなわち、各単味炭の配合比率を調整するたびに推定ＣＳＲを算出し、この推定ＣＳＲがＣＳＲの目標範囲内に含まれているか否かを確認すればよい。推定ＣＳＲが目標範囲内に含まれていれば、このときに調整された配合比率で各単味炭を配合し、配合炭を乾留してコークスを製造することができる。これにより、製造されたコークスに所望のＣＳＲを持たせることができる。

Claims (8)

1. 配合炭から製造される配合炭コークスの熱間反応後強度（「ＣＳＲ」という）を推定するに際し、
   前記配合炭に含まれる各単味炭から製造される各単味炭コークスの反応性指数（「ＣＲＩ」という）の加重平均値に基づいて、前記配合炭コークスのＣＲＩを算出し、
   前記配合炭コークスのＣＲＩ及び表面破壊強度に基づいて、前記配合炭コークスのＣＳＲを算出する方法であって、
   前記単味炭の一部が非粘結炭であるとき、前記加重平均値を算出するための単味炭コークスのＣＲＩとして、基準炭から製造された基準炭コークスのＣＲＩと、前記基準炭に所定の配合比率の非粘結炭を配合したときの配合炭コークスのＣＲＩとから外挿によって算出されたＣＲＩを用い、
   前記単味炭の一部が所定値以上のＣＲＩを示す高ＣＲＩ炭コークスの原料炭であるとき、前記加重平均値を算出するための単味炭コークスのＣＲＩとして、ＣＲＩ測定試験の途中の所定反応時間における前記高ＣＲＩ炭コークスの質量減少率から外挿によって算出されたＣＲＩを用いる、
   ことを特徴とする推定方法。
2. 前記単味炭の一部が非粘結炭であるとき、下記式（Ｉ）に基づいて、前記加重平均値を算出するための単味炭コークスのＣＲＩを算出することを特徴とする請求項１に記載の推定方法。
   

   

   上記式（Ｉ）において、ＣＲＩ（１００）は、前記加重平均値を算出するための単味炭コークスのＣＲＩ［－］であり、ＣＲＩ（０）は、前記基準炭コークスのＣＲＩ［－］であり、Ｙは非粘結炭の所定の配合比率［質量％］であり、ＣＲＩ（Ｙ）は、基準炭に配合比率Ｙの非粘結炭を配合したときの配合炭コークスのＣＲＩ［－］である。
3. 前記単味炭の一部が非粘結炭であるとき、前記所定の配合比率は５～４０質量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の推定方法。
4. 前記単味炭の一部が前記高ＣＲＩ炭コークスの原料炭であるとき、下記式（ＩＩ）に基づいて、前記加重平均値を算出するための単味炭コークスのＣＲＩを算出することを特徴とする請求項１に記載の推定方法。
   

   

   上記式（ＩＩ）において、ＣＲＩ＿ｈは、前記加重平均値を算出するための単味炭コークスのＣＲＩ［－］であり、ｔは前記所定反応時間［分］であり、Ｒ（ｔ）は、前記所定反応時間ｔにおける前記高ＣＲＩ炭コークスの質量減少率［質量％］である。
5. 前記単味炭の一部が前記高ＣＲＩ炭コークスの原料炭であるとき、前記所定反応時間は、ＣＲＩ測定試験において、単味炭コークスの質量が反応時間に比例して減少する時間帯に含まれる時間であることを特徴とする請求項１又は４に記載の推定方法。
6. 前記単味炭の一部が前記高ＣＲＩ炭コークスの原料炭であるとき、前記所定反応時間は、下記式（ＩＩＩ）に示す条件を満たすことを特徴とする請求項１又は４に記載の推定方法。
   

   

   上記式（ＩＩＩ）において、ｔは前記所定反応時間であり、ＣＲＩは、ＣＲＩ測定試験によって測定された高ＣＲＩ炭コークスのＣＲＩである。
7. 前記単味炭の一部が前記高ＣＲＩ炭コークスの原料炭であるとき、前記ＣＲＩの所定値は５０であることを特徴とする請求項１、４から６のいずれか１つに記載の推定方法。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載の推定方法を用いて前記配合炭コークスのＣＳＲを算出し、この算出したＣＳＲが予め定めた目標範囲内となるように、前記配合炭に含まれる各単味炭の配合比率を調整することを特徴とするコークスの製造方法。

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