JP7188245B2 - 高炉用コークスの表面破壊強度の推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、配合炭の一部に劣質炭を使用する場合の高炉用コークスの表面破壊強度の推定方法に関する。

高炉の通気性を確保し、安定的に操業するために、高炉で用いられるコークスには高強度な品質が求められている。このようなコークス製造用の石炭において、良質な石炭は、資源的に枯渇状態にあるのに対して、劣質な石炭は、埋蔵量が豊富である。そのため、安価な劣質炭の配合率を高くすることが望まれている。

劣質炭の配合率を高くすると、石炭粒子の膨張および結合が不十分となりコークス強度の低下を招くことから、劣質炭を配合した場合のコークス強度を事前に精度よく予測することが重要となっている。

代表的なコークス強度の推定方法として、特許文献１には、石炭軟化時の膨張比容積ＳＶと装入嵩密度ＢＤから石炭軟化溶融時の空隙充填度を求め、この空隙充填度からコークスの表面破壊強度を推定する方法が開示されている。なお、表面破壊強度とは、ドラム強度の６ｍｍ指数（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）、すなわちドラムを１５０回転させた後の篩目６ｍｍの篩でふるい分けた篩上（粒径６ｍｍ超）のコークス質量の全装入コークス質量に対する百分率である。以下では、表面破壊強度をＤＩ¹⁵⁰ ₆と表記することがある。

石炭は、全膨張率によって、全膨張率が０％超の石炭と、全膨張率が０％の劣質炭の２つに大きく分類され、全膨張率が０％超の石炭は、ＪＩＳ Ｍ８８０１の流動性試験方法により測定される石炭の再固化温度が４７０℃以上である高石炭化度炭と４７０℃未満である低石炭化度炭の二つに分類される。

劣質炭が配合された配合炭のコークスの表面破壊強度を空隙充填度に基づいて推定する際に、膨張比容積は、配合炭中の各石炭の実測値の加重平均値を用いる。
しかし、劣質炭の配合割合が増大すると、石炭の膨張比容積には加成性が成立しないため、特許文献１に開示の方法では、十分な正確性で表面破壊強度を推定できないことがあった。

これらの石炭を配合した配合炭を乾留した際のコークスの強度を推定するためには、高石炭化度炭に対する低石炭化度炭あるいは劣質炭の膨張性阻害という概念が重要であり、この膨張性阻害はイナートファクター（イナート係数）という指標によって定量化できることが特許文献２などで明らかになっている。しかし、特許文献２では、ＪＩＳ Ｍ８８０１に規定された装置を用いて、３．０℃／分の昇温速度で昇温した際に膨張するような石炭を対象としており、全膨張率が０％の劣質炭を配合する場合のコークス強度の推定については開示されていない。

これに対し、全膨張率が０％の劣質炭を配合炭の一部に用いて製造するコークスの表面破壊強度の推定をするにあたり、３℃／分以上の昇温速度で測定した劣質炭の高速昇温膨張比容積の値を用いて高石炭化度炭の表面破壊強度に関するイナートファクターを求め、これを用いて劣質炭の高速昇温膨張比容積値とイナートファクター係数の相関線を実験的に求めて高石炭化度炭の表面破壊強度の推定値を算出し、この推定値と劣質炭の表面破壊強度の推定値を用いて、配合炭中の高石炭化度炭と劣質炭の配合割合で加重平均することにより、コークスの表面破壊強度を推定する方法が特許文献３に開示されている。

特許第３９７１５６３号公報 特開平９－２５５９６５号公報 特開２０１６－６９４６９号公報

特許文献１～２では、高石炭化度炭に対する低石炭化度炭の膨張阻害が開示されており、また、特許文献３では、高石炭化度炭に対する劣質炭の膨張阻害が開示されているが、低石炭化度炭に対する劣質炭の膨張阻害は開示されていない。また、特許文献３では、揮発分が３０質量％以上の劣質炭のイナートファクター係数の推定は可能だが、揮発分が３０質量％未満の劣質炭のイナートファクター係数の推定は開示されていない。そこで、本発明は、全膨張率ＴＤが０％の劣質炭の高石炭化度炭に対するイナートファクター係数をＶＭの値によらず、簡易な方法で推定し、高石炭化度炭に対する膨張阻害だけではなく、低石炭化度炭に対する膨張阻害も考慮することで、コークスの表面破壊強度を精度よく推定することを課題とする。

特許文献３のイナートファクター係数は高石炭化度炭に対する低石炭化度炭の膨張阻害、あるいは高石炭化度炭に対する劣質炭の膨張阻害が示されているが、同様の方法を用いてイナートファクター係数を導出すると、劣質炭は低石炭化度炭に対しても膨張性を示すことが明らかになった。また、ＴＤが０％かつＶＭが３０質量％以上の劣質炭の高速昇温膨張比容積値とイナートファクター係数の間の相関線を1本導出しているが、ＶＭが３０質量％未満の劣質炭に対しても同様の手法を用いると、特許文献３で導出された相関性は有さず、さらに高速な昇温速度により測定した高速昇温膨張比容積に基づいて導出した別の新たな相関線上に乗ることが明らかになり、高速昇温膨張比容積とイナートファクター係数の関係は、ＶＭの範囲よって相関関係が異なることを知見した。
すなわち、劣質炭の高速昇温膨張比容積値とイナートファクター係数の相関線を、劣質炭のＶＭの大小（１０質量％＜ＶＭ＜３０質量％、３０質量％≦ＶＭ）によって２本導出し、その相関線を用いてそれぞれ高石炭化度炭に対するイナートファクター係数と低石炭化度炭に対するイナートファクター係数を推定することで、ＶＭの値によらず劣質炭のイナートファクター係数が推定可能となることを見出した。

そのような知見に基づいてなされた本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１）劣質炭を配合炭の一部に用いて製造する高炉用コークスの表面破壊強度の推定方法であって、
前記配合炭は、高石炭化度炭と低石炭化度炭と劣質炭からなり、
高石炭化度炭は、全膨張率が０％超であり、かつ、ＪＩＳ Ｍ８８０１の流動性試験方法により測定される石炭の再固化温度が４７０℃以上であり、
低石炭化度炭は、全膨張率が０％超であり、かつ、ＪＩＳ Ｍ８８０１の流動性試験方法により測定される石炭の再固化温度が４７０℃未満であり、
劣質炭は、全膨張率が０％であり、さらに全膨張率が０％の劣質炭を、揮発分ＶＭが１０質量％超３０質量％未満の低ＶＭ劣質炭と、ＶＭが３０質量％以上の高ＶＭ劣質炭とに分類し、
実コークス炉で使用予定の配合炭を用いて製造するコークスの表面破壊強度を推定するに際し、予め、下記の（Ａ）～（Ｃ）の手順によって必要な関係を求めておき、
（Ａ）種々の配合炭を用いて、実測した配合炭の膨張比容積ＳＶと装入嵩密度ＢＤとの積（ＳＶ×ＢＤ)で表される空隙充填度と、得られるコークスの表面破壊強度との関係（ａ１）を求めておき、
（Ｂ）低ＶＭ劣質炭および高ＶＭ劣質炭の膨張性指標と、高石炭化度炭に対する劣質炭のイナートファクター（ＩＦ_１）の中の、高石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-１）および高石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-２）との関係を以下のようにしてそれぞれ求めておき、
（Ｂ１）高ＶＭ劣質炭を膨張性が発現する昇温速度以上の昇温速度Ｓ₁で昇温したときの高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)と、低ＶＭ劣質炭を膨張性が発現する昇温速度以上の昇温速度Ｓ_２で昇温したときの高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｌ)を膨張性指標としてそれぞれ測定し、
（Ｂ２）測定した低ＶＭ劣質炭の高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｌ)と高石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-１）との関係（ｂ２）を求め、
（Ｂ３）測定した高ＶＭ劣質炭の高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)と高石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-２）との関係（ｂ３）を求め、
（Ｃ）低ＶＭ劣質炭および高ＶＭ劣質炭の膨張性指標と、低石炭化度炭に対する劣質炭のイナートファクター（ＩＦ_２）の中の低石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２-１）および低石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２-２）との関係を以下のようにしてそれぞれ求めておき、
（Ｃ１）高ＶＭ劣質炭を膨張性が発現する昇温速度以上の昇温速度Ｓ₁で昇温したときの高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)と、低ＶＭ劣質炭を膨張性が発現する昇温速度以上の昇温速度Ｓ_２で昇温したときの高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｌ)を膨張性指標としてそれぞれ測定し、
（Ｃ２）測定した低ＶＭ劣質炭の高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｌ)と低石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２-１）との関係（ｃ２）を求め、
（Ｃ３）測定した高ＶＭ劣質炭の高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)と低石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２-２）との関係（ｃ３）を求め、
次に、実コークス炉で使用予定の配合炭を用いて製造する高炉用コークスの表面破壊強度の推定にあたり、（Ｄ）～（Ｈ）の手順を行うことを特徴とするコークスの表面破壊強度の推定方法。
（Ｄ）用いる配合炭中の劣質炭が低ＶＭ劣質炭の場合は、前記高速昇温膨張比容積ＳＶ’
（Ｌ)を求め、求められたＳＶ’(Ｌ)と前記（ｂ２）（ｃ２）の関係から低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-１）と（ｆ_２-１）を求め、
（Ｅ）用いる配合炭中の劣質炭が高ＶＭ劣質炭の場合は、前記高速昇温膨張比容積ＳＶ’（Ｈ)を求め、求められたＳＶ’(Ｈ)と前記（ｂ３）（ｃ３）の関係から高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-２）と（ｆ_２-２）を求め、
（Ｆ）用いる劣質炭の高速昇温膨張比容積ＳＶ'(Ｌ) および／またはＳＶ' (Ｈ)に応じて、前記（Ｄ）および／または（Ｅ）で求めた高石炭化度炭に対する劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-１）（ｆ_１-２）を用いて、劣質炭の配合率に応じた高石炭化度炭に対する劣質炭のイナートファクター（ＩＦ_１）を、以下の計算式により求め、低石炭化度炭に対する劣質炭イナートファクター係数（ｆ_２-１）（ｆ_２-２）を用いて、劣質炭の配合率に応じた低石炭化度炭に対する劣質炭のイナートファクター（ＩＦ_２）を、以下の計算式により求め、

ＩＦ_１＝（ＩＦ_１－１）×（低ＶＭ劣質炭割合［質量％］/劣質炭割合［質量％］）＋（ＩＦ_１－２）×（高ＶＭ劣質炭割合［質量％］/劣質炭割合［質量％］）
ＩＦ_１－１＝１－（（ｆ_１-１）×（低ＶＭ劣質炭割合［質量％］））
ＩＦ_１－２＝１－（（ｆ_１-２）×（高ＶＭ劣質炭割合［質量％］））

ＩＦ_２＝（ＩＦ_２－１）×（低ＶＭ劣質炭割合［質量％］/劣質炭割合［質量％］）＋（ＩＦ_２－２）×（高ＶＭ劣質炭割合［質量％］/劣質炭割合［質量％］）
ＩＦ_２－１＝１－（（ｆ_２-１）×（低ＶＭ劣質炭割合［質量％］））
ＩＦ_２－２＝１－（（ｆ_２-２）×（高ＶＭ劣質炭割合［質量％］））

（Ｇ）高石炭化度炭に対する低石炭化度炭のイナートファクター係数は定数（ｆ_ｇ）とし、高石炭化度炭に対する低石炭化度炭のイナートファクター（ＩＦ_ｇ）を、以下の計算式により求め、

ＩＦ_ｇ＝１－（（ｆ_ｇ）×低石炭化度炭の配合割合［質量％］）

（Ｈ）前記（Ｆ）および（Ｇ）で求めたイナートファクター（ＩＦ_１）（ＩＦ_２）（ＩＦ_ｇ）と、配合予定の石炭を昇温速度３℃／分で測定した膨張比容積と、配合炭の嵩密度から、
以下の式に基づき、高石炭化度炭と劣質炭の一部の空隙充填度である高石炭化度炭グループ空隙充填度と、低石炭化度炭と劣質炭の残部の空隙充填度である低石炭化度炭グループ空隙充填度とを導出し、
前記高石炭化度炭グループ空隙充填度及び前記低石炭化度炭グループ空隙充填度を低石炭化度炭と高石炭化度炭の配合割合で加重平均し、配合炭の空隙充填度を求め、この求めた配合炭の空隙充填度を用いて前記(ａ１)の関係からコークスの表面破壊強度の推定値を求める。

高石炭化度炭と劣質炭の一部の空隙充填度（高石炭化度炭グループ空隙充填度）

低石炭化度炭と劣質炭の残部の空隙充填度（低石炭化度炭グループ空隙充填度）

ここで、
n：高石炭化度炭の配合比率[-]
m：低石炭化度炭の配合比率[-]
ｋ：劣質炭（低ＶＭ劣質炭と高ＶＭ劣質炭の和）の配合比率[-]
SV_n：高石炭化度炭の膨張比容積［ｇ／ｃｍ^３］
SV_m：低石炭化度炭の膨張比容積［ｇ／ｃｍ^３］
SV_ｋ：劣質炭の膨張比容積［ｇ／ｃｍ^３］
IF_g：低石炭化度炭の高石炭化度炭に対するイナートファクター
IF₁：劣質炭の高石炭化度炭に対するイナートファクター
IF₂：劣質炭の低石炭化度炭に対するイナートファクター
BD：配合炭の嵩密度［ｇ／ｃｍ^３］
である。

（２）前記高石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-１）と高速昇温膨張比容積ＳＶ'(Ｌ)との関係（ｂ２）は、前記昇温速度Ｓ_２として８０℃／分で測定した高速昇温膨張比容積ＳＶ'(Ｌ)を用いる場合には、下記の式（ｂ２）で表されることを特徴とする上記（１）に記載の高炉用コークスの表面破壊強度の推定方法。
ｆ_１-１＝ｄ_１ＳＶ’（Ｌ）^２＋ｄ_２ＳＶ’（Ｌ）＋ｄ_３ ・・・（ｂ２）
ここで、ｆ_１-１：高石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数[-]、ＳＶ’（Ｌ）：低ＶＭ劣質炭の昇温速度８０℃／分の膨張比容積［ｃｍ^３/ｇ]、ｄ_１～ｄ_３：実験的に求められる定数

（３）前記高石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-２）と高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)との関係（ｂ３）は、前記昇温速度Ｓ_１として１２℃／分で測定した高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)を用いる場合には、下記の式（ｂ３）で表されることを特徴とする上記（１）に記載の高炉用コークスの表面破壊強度の推定方法。
ｆ_１-２＝ｄ_１ＳＶ’（Ｈ）^５＋ｄ_２ＳＶ’（Ｈ）^４＋ｄ_３ＳＶ’（Ｈ）^３＋ｄ_４ＳＶ’（Ｈ）^２＋ｄ_５ＳＶ’（Ｈ）＋ｄ_６ ・・・（ｂ３）
ここで、f_１-２: 高石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数[-]、ＳＶ’（Ｈ）：高ＶＭ劣質炭の昇温速度１２℃／分の膨張比容積 [ｃｍ^３／ｇ]、ｄ_１～ｄ_６：実験的に求められる定数

（４）前記低石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２-１）と高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｌ)との関係（ｃ２）は、前記昇温速度Ｓ_２として８０℃／分で測定した高速昇温膨張比容積ＳＶ'(Ｌ) を用いる場合には、下記の式（ｃ２）で表されることを特徴とする上記（１）に記載の高炉用コークスの表面破壊強度の推定方法。
ｆ_２-１＝ｄ_１ＳＶ’（Ｌ）＋ｄ_２ ・・・（ｃ２）
ここで、f_２-１: 低石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数[-]、ＳＶ’（Ｌ）：低ＶＭ劣質炭の昇温速度８０℃／分の膨張比容積[ｃｍ^３／ｇ]、ｄ_１～ｄ_２は実験的に求められる定数

（５）前記低石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２-２）と高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)との関係（ｃ３）は、前記昇温速度Ｓ_１として１２℃／分で測定した高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)を用いる場合には、下記の式（ｃ３）で表されることを特徴とする上記（１）に記載の高炉用コークスの表面破壊強度の推定方法。
ｆ_２-２＝ｄ_１ＳＶ’（Ｈ）＋ｄ_２ ・・・（ｃ３）
ここで、ｆ_２-２:低石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数［‐]、ＳＶ’（Ｈ）：高ＶＭ劣質炭の昇温速度１２℃／分の膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)[ｃｍ^３／ｇ]、ｄ_１～ｄ_２は実験的に求められる定数

本発明によれば、全膨張率ＴＤが０％の劣質炭の高石炭化度炭に対するイナートファクター係数をＶＭの値によらず、簡易な方法で推定することができ、高石炭化度炭に対する膨張阻害だけではなく、低石炭化度炭に対する膨張阻害も考慮することで、コークスの表面破壊強度を精度よく推定することもできる。

イナートファクター係数を導出するための基礎となる劣質炭配合割合と得られる膨張比容積との関係を示す図である。 イナートファクター係数を導出するための基礎となる劣質炭配合割合と図１から得られるイナートファクターとの関係を示す図である。 劣質炭の昇温速度１２℃/分で測定したＳＶ値と高石炭化度炭に対するイナートファクター係数の関係の一例を示す図である。 低ＶＭ劣質炭の昇温速度８０℃/分で測定したＳＶ値と高石炭化度炭に対するイナートファクター係数の関係の一例を示す図である。 ＳＶ測定時の昇温速度（昇温速度８０℃／分）を示す図である。 劣質炭の昇温速度１２℃/分で測定したＳＶ値と低石炭化度炭に対するイナートファクター係数の関係の一例を示す図である。 劣質炭の昇温速度８０℃/分で測定したＳＶ値と低石炭化度炭に対するイナートファクター係数の関係の一例を示す図である。 空隙充填度と表面破壊強度の相関の1例を示す図。 実施例１について、空隙充填度と表面破壊強度の相関を示す図。 実施例１について、劣質炭配合割合に対する表面破壊強度の推定値と実測値を比較するための図である。 実施例２について、表面破壊強度の推定値と実測値を比較するための図である。

本発明は、全膨張率が０％超であり、かつ、ＪＩＳ Ｍ８８０１の流動性試験方法により測定される石炭の再固化温度が４７０℃以上である高石炭化度炭と４７０℃未満である低石炭化度炭と、全膨張率が０％である劣質炭とを含む配合炭を用いて製造するコークスの表面破壊強度を、
配合する高石炭化度炭と低石炭化度炭と劣質炭の膨張比容積ＳＶと配合割合、装入嵩密度ＢＤ及びイナートファクターから配合炭の空隙充填度を算出するにあたり、イナートファクターを導出する際に
あらかじめ実測した配合炭膨張比容積値から求めた空隙充填度と表面破壊強度の関係に基づいて推定するに際し、全膨張率が０％の劣質炭を、揮発分ＶＭが１０質量％超３０質量％未満の低ＶＭ劣質炭と、ＶＭが３０質量％以上の高ＶＭ劣質炭とに分類し、
予め、低ＶＭ劣質炭および高ＶＭ劣質炭の膨張性指標と高石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-１）と、高石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-２）と
低石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２-１）と低石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２-２）との関係をそれぞれ求めておき、推定しようとする配合炭の配合に応じて、低ＶＭ劣質炭および／または高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-１）（ｆ_１-２）（ｆ_２-１）（ｆ_２-２）を用いて、コークスの表面破壊強度を推定するものである。

本発明者らは、低ＶＭ劣質炭が高石炭度化炭の膨張に及ぼす影響を検討した結果、実験に用いた低ＶＭ劣質炭では、特許文献３のように、ＪＩＳ Ｍ８８０１で規定された昇温速度（３℃／分）より早い１２℃／分の速度で昇温して測定した膨張比容積(ＳＶ’)とイナートファクター係数との間に特定の相関関係が認められなかった。そこで、この低ＶＭ劣質炭について、１２℃／分よりさらに早い昇温速度（８０℃／分の速度）で昇温して膨張比容積(ＳＶ’)を測定したところ、測定値とイナートファクター係数との間に有意な相関関係が認められた。なお、「ＳＶ」は３℃／分の昇温速度で測定した膨張比容積、「ＳＶ’」は３℃／分よりも高い昇温速度で測定した高速昇温膨張比容積を示している。以下このような知見が得られた実験について説明する。

まず、特許文献３と同様に高石炭化度炭に低ＶＭ劣質炭を配合した配合炭の膨張比容積を前記の昇温速度（３℃／分）で測定し、その結果から配合割合ごとにイナートファクターを求め、配合割合とイナートファクターの関係から低ＶＭ劣質炭の銘柄ごとのイナート係数を求めた。

表１に示す性状の揮発分ＶＭが３０質量％未満の低ＶＭ劣質炭Ａ～Ｇと高石炭度化炭を用い、それらを１．５ｍｍ以下１００質量％に粉砕後、高石炭化度炭に対し、低ＶＭ劣質炭を０～４０％配合し、嵩密度０．８５ ｇ／ｃｍ^３になるよう反応管に充填し、加熱炉にて昇温速度３℃／分で昇温させることで高石炭度化炭及び配合炭の膨張比容積を測定した。
また低ＶＭ劣質炭の高速昇温膨張比容積については、以下のようにした。
低ＶＭ劣質炭を１．５ｍｍ以下１００質量％に粉砕後、嵩密度０．８５ ｇ／ｃｍ^３になるよう反応管に充填し、加熱炉にて昇温速度１２℃／分で昇温させる、あるいは５５０℃に加熱した炉に入れて昇温させる（４００℃～５００℃間の平均昇温速度:８０℃／分）ことで低ＶＭ劣質炭の膨張比容積を測定した。

低ＶＭ劣質炭Ｇについて、低ＶＭ劣質炭Ｇの配合割合と測定された膨張比容積との関係を図１に示す。図1の通り、実測値は加重平均線を下回るため、劣質炭が高石炭化度炭の膨張を阻害していることが分かる。
また、低ＶＭ劣質炭Ｇについて、各配合割合でのイナートファクターを、以下の式を用いて計算して、図２に示す。
Ｖ＝ＳＶ_ｎ×ＩＦ×ｎ + ＳＶ_k×ｋ
ここで、Ｖ：配合炭の膨張比容積[ｃｍ³/ｇ]、ＩＦ:イナートファクター、ＳＶ_ｎ：高石炭化度炭の膨張比容積[ｃｍ³/ｇ]、ＳＶ_k：劣質炭の膨張比容積[ｃｍ³/ｇ]、ｎ：高石炭化度炭の質量ベースの配合割合[－]、ｋ：劣質炭の質量ベースの配合割合[－]、を示す。

イナートファクター（ＩＦ）は、下記（１）式で定義される。
ＩＦ＝１．００－ｆ×ｋ ・・・（1）
ここで、ＩＦ：イナートファクター[-]、ｆ：イナートファクター係数[-]、ｋ:劣質炭の質量ベースの配合割合[－]を示す。

低ＶＭ劣質炭Ｇについて、図２に示すように、劣質炭の配合割合とイナートファクターの間には、
ｙ＝－０．０１１３ｘ＋１
の関数関係にあることが認められ、その直線の傾きの絶対値から、イナートファクター係数として０．０１１３が得られた。なお、ｙはイナートファクター[-]であり、ｘは劣質炭の配合割合[質量％]である。

他の低ＶＭ劣質炭Ａ～Ｆについても、同様にイナートファクター係数を求めた。
表２に、低ＶＭ劣質炭Ａ～Ｇについて、昇温速度１２℃／分で測定したＳＶ’（ＳＶ’１２℃／分）及び高石炭化度炭に対するイナートファクター係数を示す。
なお、以下の表１、２では、特許文献３の表１、表２で示されたＡ炭～Ｆ炭の揮発分、灰分、全膨張率、ＳＶ’（ＳＶ’１２℃／分）のデータを、高ＶＭ劣質炭Ｈ～Ｍのデータとして引用した。

劣質炭の昇温速度１２℃／分で測定した膨張比容積ＳＶ’と前記のようにして求めた高石炭化度炭に対するイナートファクター係数との関係を図３に示す。
図３より、劣質炭は、高速昇温膨張比容積値が同じであるにも関わらず、ＶＭの値により２通りの高石炭化度炭に対するイナートファクター係数をとることが分かる。
ＶＭが３０質量％以上の高ＶＭ劣質炭では、ＳＶ’（ＳＶ’１２℃／分)と高石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１－２）との間に、以下の関係があることを確認した。
ｆ_１－２＝－０．７３４ＳＶ’^５＋６．２１４ＳＶ’^４－２０．９２１ＳＶ’³＋３５．０３９ＳＶ’²－２９．２ＳＶ’＋９．６９６

これに対し、ＶＭが１０質量％超３０質量％未満の低ＶＭ劣質炭では、１２℃／分で測定した場合でも、膨張比容積が小さい領域では、ＳＶ’（ＳＶ’１２℃／分)とイナートファクター係数（ｆ_１－１）との間に、有意な差が得られなかった。
そこで、さらに高速のＳＶ’（ＳＶ’８０℃／分）の昇温速度で測定することを試みた。
表３に、低ＶＭ劣質炭Ａ～Ｇについて、昇温速度８０℃／分で測定したＳＶ’（ＳＶ’８０℃／分）及び高石炭化度炭に対するイナートファクター係数を示す。図４に、表３に記載されたＳＶ’（ＳＶ’８０℃／分）と高石炭化度炭に対するイナートファクター係数との関係を示す。

なお、ＳＶ’（ＳＶ’８０℃／分）は、５５０℃の炉の中に試料を入れて加熱して測定した。
図５に、膨張比容積の測定の際、試料に挿入した熱電対の温度を測定した結果を示す。得られた昇温曲線から、炉の中央で測温した際、４００～５００℃の区間における平均昇温速度が８３℃／分であったため、この手法を用いて測定した膨張比容積の値を、昇温速度８０℃／分におけるＳＶ’（ＳＶ’８０℃／分）と表現することとする。

図４より、ＳＶ’（ＳＶ’８０℃／分））と高石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１－１）との間に次の式で表される明瞭な関係性が認められた。
（ｆ_１－１）＝０．００１５ｘ^２－０．０１２４ｘ＋０．０２２７

前記方法と同様の方法を用いて、低石炭化度炭に対する劣質炭のイナートファクター係数を求めた。
低ＶＭ劣質炭Ａ～Ｇについて、昇温速度１２℃／分で測定したＳＶ’（ＳＶ’１２℃／分）及びイナートファクター係数を表４示す。

劣質炭の昇温速度１２℃／分で測定した膨張比容積ＳＶ’と前記のようにして求めた低石炭化度炭に対するイナートファクター係数との関係を図６に示す。
図６より、劣質炭は、高速昇温膨張比容積値が同じであるにも関わらず、ＶＭの値により２通りの低石炭化度炭に対するイナートファクター係数をとることが分かる。
ＶＭが３０質量％以上の高ＶＭ劣質炭では、ＳＶ’（ＳＶ’１２℃／分）と低石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２－２）との間に、以下の関係があることを確認した。
ｆ_２－２＝-０．０１７２ＳＶ’＋０．０２４９（ただし、１．１８≦ＳＶ’≦１．４５である）

これに対し、ＶＭが１０質量％超３０質量％未満の低ＶＭ劣質炭では、１２℃／分で測定した場合でも、膨張比容積が小さい領域では、ＳＶ’（ＳＶ’１２℃／分）と低石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数との間に、有意な差が得られなかった。
そこで、さらに高速の８０℃／分の昇温速度で測定することを試みた。
表５に、低ＶＭ劣質炭Ａ～Ｇについて、昇温速度８０℃／分で測定したＳＶ’（ＳＶ’８０℃／分）及びイナートファクター係数を示す。図７に、表５に記載されたＳＶ’（ＳＶ’８０℃／分）と低石炭化度炭に対するイナートファクター係数との関係を示す。

図７に示すように、低ＶＭ劣質炭では、ＳＶ’（ＳＶ’８０℃／分）とイナートファクター係数（ｆ_２－１）との間に、以下の関係があることを確認した。
ｆ_２－１＝‐０．００７６ＳＶ’＋０．０２１７（ただし、１．１８≦ＳＶ’である）

本発明では、以上の検討結果を踏まえ、劣質炭をＶＭが３０質量％以上の高ＶＭ劣質炭と１０質量％超３０質量％未満の低ＶＭ劣質炭に分類し、高ＶＭ劣質炭では、膨張性が発現する昇温速度以上の昇温速度Ｓ_１で測定した膨張比容積から高石炭化度炭に対するイナートファクター係数と低石炭化度炭に対するイナートファクター係数を求め、低ＶＭ劣質炭では、膨張性が発現する昇温速度以上の昇温速度Ｓ_２で測定した膨張比容積から高石炭化度炭に対するイナートファクター係数と低石炭化度炭に対するイナートファクター係数を求め、求められたイナートファクター係数を用いて配合する劣質炭の銘柄や配合率に応じたイナートファクターＩＦを求め、このＩＦと石炭の配合割合と単味炭の膨張比容積値（３℃/分）を用いて配合炭の空隙充填度を導出し、あらかじめ求めておいた空隙充填度と表面破壊強度の関係からコークス強度の推定値を求めるようにする。
以下、このような本発明を構成する要件や好ましい要件について順次説明する。

(対象とする配合炭）
石炭には、下記の種類のものがある。
・高石炭化度炭：全膨張率が０％超であり、ＪＩＳ Ｍ８８０１の流動性試験方法により測定される石炭の再固化温度が４７０℃以上である石炭
・低石炭化度炭：全膨張率が０％超であり、ＪＩＳ Ｍ８８０１の流動性試験方法により測定される石炭の再固化温度が４７０℃未満である石炭
・劣質炭：全膨張率が０％である石炭。ＶＭが３０質量％以上の高ＶＭ劣質炭と１０質量％超３０質量％未満の低ＶＭ劣質炭とし、低ＶＭ劣質炭には石油コークスを含むこととする。
本発明では、高石炭化度炭と低石炭化度炭と劣質炭からなる配合炭を対象とする。

（事前の準備）
本発明では、予め、（Ａ）配合炭の空隙充填度とコークスの表面破壊強度との関係、（Ｂ）低ＶＭ劣質炭および高ＶＭ劣質炭の膨張比容積と高石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-１）高石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-２）、及び（Ｃ）低ＶＭ劣質炭および高ＶＭ劣質炭の膨張比容積と低石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２-１）低石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２-２）との関係を求めておく。

まず、空隙充填度とコークスの表面破壊強度の関係（ａ１）を求める。
配合炭の膨張比容積ＳＶを実測して、膨張比容積ＳＶと嵩密度ＢＤとの積から求められる空隙充填度ＳＶ×ＢＤを求めるとともに、配合炭のコークスの表面破壊強度を実測し、配合炭の空隙充填度とコークスの表面破壊強度ＤＩ^１５０ _６との関係を予め求めておく。なお、このときの表面破壊強度は、コークス強度測定までにコークス塊が受ける落下衝撃の大小によって変化するため、落下衝撃が変化するごとにコークス強度を測定し、相関線を求める必要がある。この同一落下衝撃下で求めた関係を（ａ１）とする。図８にその一例を示す。ちなみに、ここで用いる配合炭の性状は特に規定されるものではなく、種々の石炭を用いることができる。また、図８の関係性を求める場合、空隙充填度ＳＶ×ＢＤを変化させる必要がある。膨張比容積ＳＶを変化させるには性状が相違する石炭を選択することで実施でき、嵩密度ＢＤを変化させるには石炭粒度等を調整することで実施できる。

なお、膨張比容積ＳＶは以下のようにして測定する。
先ず、ＪＩＳ Ｍ８８０１に規定された細管に、石炭を粉体のまま、所定の装入密度で高さ６０ｍｍに装入し、次に、細管内の配合炭の上にピストンを装入し、ピストンを装入した状態で細管を３．０±０．１℃／分の昇温速度で３００℃から６００℃まで加熱し、加熱終了した後の配合炭の高さを測定した。
なお、この調査においては、ピストンが石炭に及ぼす荷重は約１１０ｇとした。加熱終了後の配合炭高さをＬ［ｍｍ］とした。そして、以下の式から膨張比容積［ｃｍ^３／ｇ］を求めた。本実施形態の嵩密度は0.85を用い、以降も嵩密度は0.85を統一して用いている。なお、嵩密度は単味炭の膨張性指標や膨張比容積を求める際に統一した値を用いていれば良く、0.85に限らず適用可能である。
膨張比容積＝Ｌ／（６０×０．８５）

次に、全膨張率が０％の劣質炭を、揮発分ＶＭが１０質量％超３０質量％未満の低ＶＭ劣質炭と、ＶＭが３０質量％以上の高ＶＭ劣質炭とに分類し、低ＶＭ劣質炭および高ＶＭ劣質炭の膨張性指標と低ＶＭ劣質炭および高ＶＭ劣質炭の膨張比容積と高石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-１）高石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-２）、及び、低ＶＭ劣質炭および高ＶＭ劣質炭の膨張比容積と低石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２-１）低石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２-２）との関係を以下の手順によってそれぞれ求める。
また、劣質炭の膨張比容積（昇温速度：３℃／分）ＳＶは、実測が不可能である場合は、嵩密度０．８５の逆数を用いることとした。

なお、イナートファクター及びイナートファクター係数は、以下のようにして求める。
まず、高石炭度化炭と劣質炭単味の膨張比容積を前述のように測定するとともに、高石炭度化炭に劣質炭を配合した配合炭の膨張比容積を前述のように測定し、配合炭の膨張比容積の加重平均値からのずれに基づいてイナートファクターを算出する(図１、２参照）。そして、劣質炭の配合割合とイナートファクターの間に下記式（１）で表される1次式の関係を見出し、その式からイナートファクター係数を求める。
図２に示す例では、一次式として、下式が成立し、
ｙ＝－０．０１１３ｘ＋１
イナートファクター係数（ｆ）として、０．０１１３が求められた例を示す。
以降、このイナートファクター係数（ｆ）に関して説明する。
ＩＦ＝１．００－ｆ×ｋ
あるいは ＩＦ＝１．００－ｆ×ｍ ・・・（１）
ここで、ＩＦ＝ＩＦ_１の場合、ｆ＝ｆ_１-１あるいはｆ_１-２［－］、ｋ＝低ＶＭ劣質炭あるいは高ＶＭ劣質炭の質量ベースの配合割合を示し、
ＩＦ＝ＩＦ_２の場合、ｆ＝ｆ_２-１あるいはｆ_２-２［－］、ｋ＝低ＶＭ劣質炭あるいは高ＶＭ劣質炭の質量ベースの配合割合を示し、
ＩＦ＝ＩＦ_ｇの場合、ｆ＝ｆ_ｇ［－］、ｍ：低石炭化度炭の配合割合を示す。
ＩＦ_１は劣質炭の高石炭化度炭に対するイナートファクターであり、ＩＦ_２は劣質炭の低石炭化度炭に対するイナートファクターであり、ＩＦ_ｇは低石炭化度炭の高石炭化度炭に対するイナートファクターである。

高ＶＭ劣質炭を膨張性が発現する昇温速度以上の所定の昇温速度Ｓ₁で昇温したときの高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)と、低ＶＭ劣質炭を膨張性が発現する昇温速度以上の所定の昇温速度Ｓ_２で昇温したときの高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｌ)を膨張性指標としてそれぞれ測定する。昇温速度Ｓ₁及びＳ_２は、いずれも３℃／分よりも高い。
より詳細には、昇温速度Ｓ₁としては、（ｂ３）、（ｃ３）の「高ＶＭ劣質炭の高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)と劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-２）、（ｆ_２-２）との関係」を求めるために使用する複数の高ＶＭ劣質炭について、膨張性が発現する昇温速度以上に設定されるものであり、特に限定されるものではないが、例えば、１２℃／分以上の昇温速度が挙げられる。
また、昇温速度S_２としては、（ｂ２）、（ｃ２）での「低ＶＭ劣質炭の高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｌ)と劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-１）、（ｆ_２-1）との関係」を複数の石炭で取得するためには、例えば、８０℃／分以上が挙げられる。なお、昇温速度Ｓ₂の上限は特に限定されないが、加熱した炉に石炭を入れて昇温させる方式での可能な昇温速度としては、例えば４００℃／分程度が挙げられる。

測定した低ＶＭ劣質炭の膨張比容積ＳＶ’(Ｌ)と高石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-１）との関係（ｂ２）を求める。
３℃／分の昇温速度で測定したイナートファクター係数（ｆ_１-１）と、８０℃／分で測定した膨張比容積ＳＶ’（Ｌ）との間には、下記式（ｂ２）で表される相関があることが確認された。なお、実炉の一般的な平均昇温速度は３℃／分であり、また、全膨張率測定試験（ＪＩＳ Ｍ ８８０１）における昇温速度も３℃／分であることから、イナートファクター係数（ｆ_１-１）を測定するときの昇温速度は３℃／分とした（後述するイナートファクター係数（ｆ_１-２）、イナートファクター係数（ｆ_２-１）及びイナートファクター係数（ｆ_２-２）についても同様である）。
ｆ_１-１＝ｄ_１ＳＶ’（Ｌ）^２＋ｄ_２ＳＶ（Ｌ）’＋ｄ_３ ・・・（ｂ２）
ここで、ｆ_１-１：高石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数[-]、ＳＶ’（Ｌ）：低ＶＭ劣質炭の昇温速度８０℃／分の膨張比容積［ｃｍ^３/ｇ]、ｄ_１～ｄ_３：実験的に求められる係数を示す。
図４に、ｄ_１＝０．００１５、ｄ_２＝‐０．０１２４、ｄ_３＝０．０２２７の例を示す。
ここで、低ＶＭ劣質炭の膨張比容積ＳＶ’(Ｌ)を測定する際の昇温速度として、８０℃／分とは異なる昇温速度を採用した場合には、当該昇温速度に対応した低ＶＭ劣質炭の膨張比容積ＳＶ’(Ｌ)と、３℃／分の昇温速度で測定したイナートファクター係数（ｆ_１-１）との関係式を求めておく必要がある。

測定した高ＶＭ劣質炭の膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)と高石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-２）との関係（ｂ３）を求める。
３℃／分の昇温速度で測定したイナートファクター係数（ｆ_１-２）と、１２℃／分で測定した膨張比容積ＳＶ’（Ｈ）との間には、下記式（ｂ３）で表される相関があることが確認された。
ｆ_１-２＝ｄ_１ＳＶ’（Ｈ）^５＋ｄ_２ＳＶ’（Ｈ）^４＋ｄ_３ＳＶ’（Ｈ）^３＋ｄ_４ＳＶ’ （Ｈ）^２＋ｄ_５ＳＶ’（Ｈ）＋ｄ_６ ・・・（ｂ３）
ここで、f_１-２: 高石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数[-]、ＳＶ’（Ｈ）：高ＶＭ劣質炭の昇温速度１２℃／分の膨張比容積[ｃｍ^３／ｇ]である。ｄ_１～ｄ_６は定数であり、実験的に求められる。
図３に、ｄ_１＝－０．７３４、ｄ_２＝６．２１４、ｄ_３＝－２０．９２１、ｄ_４＝３５．０３９、ｄ_５＝－２９．２、ｄ_６＝９．６９６の例を示す。
ここで、高ＶＭ劣質炭の膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)を測定する際の昇温速度として、１２℃／分とは異なる昇温速度を採用した場合には、当該昇温速度に対応した高ＶＭ劣質炭の膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)と、３℃／分の昇温速度で測定したイナートファクター係数（ｆ_１-２）との関係式を求めておく必要がある。

測定した低ＶＭ劣質炭の膨張比容積ＳＶ’(Ｌ)と低石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２-１）との関係（ｃ２）を求める。
３℃／分の昇温速度で測定したイナートファクター係数（ｆ_２-１）と、８０℃／分で測定した膨張比容積ＳＶ’（Ｌ）との間には、下記式（ｃ２）で表される相関があることが確認された。
ｆ_２-１＝ｄ_１ＳＶ’（Ｌ）＋ｄ_２ ・・・（ｃ２）
ここで、f_２-１: 低石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数[-]、ＳＶ’（Ｌ）：低ＶＭ劣質炭の昇温速度８０℃／分の膨張比容積[ｃｍ^３／ｇ]である。ｄ_１～ｄ_２は定数であり、実験的に求められる。
図７に、ｄ_１＝－０．００７６、ｄ_２＝０．０２１７の例を示す。
ここで、低ＶＭ劣質炭の膨張比容積ＳＶ’(Ｌ)を測定する際の昇温速度として、８０℃／分とは異なる昇温速度を採用した場合には、当該昇温速度に対応した低ＶＭ劣質炭の膨張比容積ＳＶ’(Ｌ)と、３℃／分の昇温速度で測定したイナートファクター係数（ｆ_２-１）との関係式を求めておく必要がある。

測定した高ＶＭ劣質炭の膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)と低石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２－２）との関係（ｃ３）を求める。
３℃／分の昇温速度で測定したイナートファクター係数（ｆ_２－２）と、１２℃／分で測定した膨張比容積ＳＶ’（Ｈ）との間には、下記式（ｃ３）で表される相関があることが確認された。
ｆ_２-２＝ｄ_１ＳＶ’（Ｈ）＋ｄ_２ ・・・（ｃ３）
ここで、ｆ_２-２:低石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数[-]、ＳＶ’（Ｈ）：高ＶＭ劣質炭の昇温速度１２℃／分の膨張比容積[ｃｍ^３／ｇ]である。ｄ_１～ｄ_２は定数であり、実験的に求められる。図６では、ｄ_１＝－０．０１７２、ｄ_２＝０．０２４９である。
ここで、高ＶＭ劣質炭の膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)を測定する際の昇温速度として、１２℃／分とは異なる昇温速度を採用した場合には、当該昇温速度に対応した高ＶＭ劣質炭の膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)と、３℃／分の昇温速度で測定したイナートファクター係数（ｆ_２-２）との関係式を求めておく必要がある。

（表面破壊強度の推定）
実コークス炉で使用予定の配合炭を用いて製造する高炉用コークスの表面破壊強度の推定にあたり、下記の手順により求める。
用いる配合炭中の高石炭化度炭、低石炭化度炭及び劣質炭の膨張比容積（３℃／分）を求める。
高石炭化炭が複数あるときは、高石炭化度炭のＳＶは加重平均値を用いる。低石炭化炭が複数あるときは、低石炭化度炭のＳＶは加重平均値を用いる。劣質炭ＳＶが測定不可能な場合は、嵩密度（０．８５ｇ／ｃｍ^３）の逆数を劣質炭ＳＶとして用い、劣質炭が複数あるときは、劣質炭のＳＶは加重平均値を用いる。ここで求めた高石炭化度炭、低石炭化度炭及び劣質炭の膨張比容積は、後述する高石炭化度炭グループ及び低石炭化度炭グループの空隙充填度の算出式におけるＳＶ_ｎ、ＳＶ_ｍ及びＳＶ_kとして用いられる。

用いる配合炭中の劣質炭が低ＶＭ劣質炭の場合は、前記膨張比容積ＳＶ’(Ｌ)を求め、求められたＳＶ’(Ｌ)と前記（ｂ２）の関係から高石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１－１）を求め、求められたＳＶ’(Ｌ)と前記（ｃ２）の関係から低石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２－１）を求める（手順（Ｄ）に相当する）。

用いる配合炭中の劣質炭が高ＶＭ劣質炭の場合は、前記膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)を求め、求められたＳＶ’(Ｈ)と前記（ｂ３）の関係から高石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１－２）を求め、求められたＳＶ’(Ｈ)と前記（ｃ３）の関係から低石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２－２）を求める（手順（Ｅ）に相当する）。

本実施形態では、高石炭化度炭_、低石炭化度炭、劣質炭を配合した配合炭における空隙充填度を求める。
ここで、劣質炭ＳＶが測定不可能な場合は、嵩密度（０．８５ｇ／ｃｍ^３）の逆数を劣質炭ＳＶとして用い、劣質炭が複数あるときは、劣質炭のＳＶは加重平均値を用い、空隙充填度を求める。劣質炭は、加熱してもほとんど溶融しないため、劣質炭自体が強度を発現することはない。但し、周囲に溶融する高石炭化度炭や低石炭化度炭が配合されている場合は、それら石炭に付着することで強度を発現することができる。
そのため、劣質炭の空隙充填度を、高石炭化度炭と低石炭化度炭の配合割合によってそれぞれに割り振り、配合炭の空隙充填度を求めることで、強度を発現しない劣質炭を考慮することとした。

劣質炭の膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)および／またはＳＶ’(Ｌ)に応じて、求めたイナートファクター係数（ｆ_１-１）（ｆ_１-２）を用いて、劣質炭の配合率に応じた高石炭化度炭に対する劣質炭のイナートファクター（ＩＦ_１）を求め、
次に高石炭化度炭に対する低石炭化度炭のイナートファクター係数は定数（ｆ_ｇ）とし、高石炭化度炭に対するイナートファクター（ＩＦ_ｇ）を求め、（ＩＦ_１）と（ＩＦ_ｇ）を用いて高石炭化度炭の空隙充填度を求める。
最後に、劣質炭の空隙充填度の一部｛高石炭化度炭/（高石炭化度炭＋低石炭化度炭）｝を求め、高石炭化度炭の空隙充填度と劣質炭の空隙充填度の一部を配合率で加重平均値する。本発明では、この空隙充填度を高石炭化度グループの空隙充填度と定義する。
また、低石炭化度炭に対する劣質炭イナートファクター係数（ｆ_２-１）（ｆ_２-２）を用いて、劣質炭の配合率に応じた低石炭化度炭に対する劣質炭のイナートファクター（ＩＦ_２）を求め、（ＩＦ_２）を用いて低石炭化度炭の空隙充填度を求める。次に、劣質炭の空隙充填度の残部を求め、低石炭化度炭の空隙充填度と劣質炭の空隙充填度の一部を配合率で加重平均値する。本発明ではこの空隙充填度を低石炭化度炭グループの空隙充填度と定義する。
ＩＦ_ｇ＝１－（（ｆ_ｇ）×低石炭化度炭の配合割合[質量％]）

ＩＦ_１＝（ＩＦ_１－１）×（低ＶＭ劣質炭割合[質量％]/劣質炭割合[質量％]）＋（ＩＦ_１－２）×（高ＶＭ劣質炭割合[質量％]/劣質炭割合[質量％]）
ＩＦ_１－１＝１－（（ｆ_１-１）×（低ＶＭ劣質炭割合 [質量％]））
ＩＦ_１－２＝１－（（ｆ_１-２）×（高ＶＭ劣質炭割合[質量％]））

ＩＦ_２＝（ＩＦ_２－１）×（低ＶＭ劣質炭割合[質量％]/劣質炭割合[質量％]）＋（ＩＦ_２－２）×（高ＶＭ劣質炭割合[質量％]/劣質炭割合[質量％]）
ＩＦ_２－１＝１－（（ｆ_２-１）×（低ＶＭ劣質炭割合[質量％]））
ＩＦ_２－２＝１－（（ｆ_２-２）×（高ＶＭ劣質炭割合[質量％]））

高石炭化度炭グループの空隙充填度

低石炭化度炭グループの空隙充填度

ここで、
ｎ：高石炭化度炭の配合比率[-]
ｍ：低石炭化度炭の配合比率[-]
ｋ：劣質炭（低VM劣質炭と高VM劣質炭の和）の配合比率[-]
ＳＶ_ｎ：高石炭化度炭の膨張比容積［ｇ／ｃｍ^３］
ＳＶ_ｍ：低石炭化度炭の膨張比容積［ｇ／ｃｍ^３］
ＳＶ_k：劣質炭の膨張比容積［ｇ／ｃｍ^３］
ＩＦ_ｇ：低石炭化度炭の高石炭化度炭に対するイナートファクター
ＩＦ_１：劣質炭の高石炭化度炭に対するイナートファクター
ＩＦ_２：劣質炭の低石炭化度炭に対するイナートファクター
ＢＤ：配合炭の嵩密度［ｇ／ｃｍ^３］
である。

前記で求めた高石炭化度炭グループの空隙充填度と、低石炭化度炭グループの空隙充填度とを、用いる配合炭中の高石炭化度炭と低石炭化度炭の配合率で加重平均し、配合炭全体の空隙充填度を求め、前記(ａ１)の関係からコークスの表面破壊強度の推定値を求める。

次に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明する。なお、本発明はこれらの実施例の
記載内容に何ら制限されるものではない。

（実施例１）
高石炭化度炭と低石炭化度炭と高ＶＭ劣質炭と低ＶＭ劣質炭の表６に示す4分類6炭種を表７に示す割合で配合した場合の強度推定を行った。
石炭は、３．０ｍｍ以下９０質量％に粉砕した石炭を表７の通り配合し、実機装入炭嵩密度０．８０ｇ／ｃｍ^３相当の嵩密度にて充填した後、実機の炉温１２５０℃相当の炉温である試験コークス炉（Ｎｏｍｕｒａ ｅｔ ａｌ. ,２００４ Ｆｕｅｌ ３８ １７７１-１７７６）を用いて、乾留した。
表７に作製したコークスのコークス表面破壊強度ＤＩ^１５０ _６の実測値を、表8に各石炭のイナートファクター係数（表では、ＩＦＣと表記する）を合わせて示す。
本発明例のイナートファクター係数は、低ＶＭ劣質炭Ｕの８０℃／分ＳＶ’、高ＶＭ劣質炭Ｖの１２℃／分ＳＶ’を、実施形態に記載したｆ_１－１、ｆ_１－２、ｆ_２－１、ｆ_１－２に代入することにより、それぞれ導出した。
次に、比較例１として、特許文献２（特開平９－２５５９６５号公報）に開示の方法を援用し、全ての劣質炭及び低石炭化度炭のイナートファクター係数を一定とし、コークス強度の推定を行った。なお、イナートファクター係数は０．００５７とした。
また、比較例２として、特許文献３（特開２０１６―６９４６９号公報）に開示の高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数推定法を低ＶＭ劣質炭に援用し、式（ｆ＝－０．７３４ＳＶ’^５＋６．２１４ＳＶ’^４－２０．９２１ＳＶ’³＋３５．０３９ＳＶ’²－２９．２ＳＶ’＋９．６９６）を劣質炭にも適用させた際の、イナートファクター係数を用いてコークス強度の推定を行った。
コークス強度推定は、図９に示す配合炭空隙充填度と表面破壊強度の相関を用いた。

本発明例及び比較例について、それぞれに用いた値と配合炭のコークス表面破壊強度ＤＩ^１５０ _６の推定値を表９に示す。また、実測値とそれぞれの推定値をまとめて図１０に示す。なお劣質炭ＳＶは全て、嵩密度（０．８５ｇ／ｃｍ^３）の逆数である１．１８ｃｍ^３／ｇを用いて計算を行った。

表９および図１０より、本発明の推定方法を用いれば従来の推定方法である比較例１あるいは比較例２よりもコークスの表面破壊強度の推定精度が向上することが分かる。

（実施例２）
高石炭化度炭と低石炭化度炭と高ＶＭ劣質炭と低ＶＭ劣質炭の表１０に示す4分類4炭種を表１１に示す割合で配合した場合の強度推定を行った。石炭の乾留は、実施例１と同様の方法で行った。
表１１に作製したコークスのコークス表面破壊強度ＤＩ^１５０ _６の実測値を、表１２に各石炭のイナートファクター係数（表では、ＩＦＣと表記する）を合わせて示す。
本発明例のイナートファクター係数は、低ＶＭ劣質炭Ｙの１２℃／分ＳＶ、８０℃／分ＳＶ、高ＶＭ劣質炭Ｚの１２℃／分ＳＶから、それぞれ導出した。
次に、比較例１として、特許文献２（特開平９－２５５９６５号公報）に開示の方法を援用し、全ての劣質炭及び低石炭化度炭のイナートファクター係数を一定とし、コークス強度の推定を行った。なお、イナートファクター係数は０．００５７とした。
また、比較例２として、特許文献３（特開２０１６―６９４６９号公報）に開示の高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数推定法を低ＶＭ劣質炭に援用し、式（ｆ＝－０．７３４ＳＶ’^５＋６．２１４ＳＶ’^４－２０．９２１ＳＶ’³＋３５．０３９ＳＶ’²－２９．２ＳＶ’＋９．６９６）を劣質炭にも適用させた際の、イナートファクター係数を用いてコークス強度の推定を行った。
コークス強度推定では、（実施例１）とは異なる落下衝撃が加わっているため、図８に示す配合炭空隙充填度と表面破壊強度の相関を用いた。

本発明例及び比較例について、それぞれに用いた値と配合炭のコークス表面破壊強度ＤＩ^１５０ _６の推定値を表１３に示す。また、実測値とそれぞれの推定値をまとめて図１２に示す。なお劣質炭ＳＶは全て、嵩密度（０．８５ｇ／ｃｍ^３）の逆数である１．１８ｃｍ^３／ｇを用いて計算を行った。

表１３および図１２より、本発明の推定方法を用いれば従来の推定方法である比較例１あるいは比較例２よりもコークスの表面破壊強度の推定精度が向上することが分かる。

Claims (5)

1. 劣質炭を配合炭の一部に用いて製造する高炉用コークスの表面破壊強度の推定方法であって、
   前記配合炭は、高石炭化度炭と低石炭化度炭と劣質炭からなり、
   高石炭化度炭は、全膨張率が０％超であり、かつ、ＪＩＳ Ｍ８８０１の流動性試験方法により測定される石炭の再固化温度が４７０℃以上であり、
   低石炭化度炭は、全膨張率が０％超であり、かつ、ＪＩＳ Ｍ８８０１の流動性試験方法により測定される石炭の再固化温度が４７０℃未満であり、
   劣質炭は、全膨張率が０％であり、さらに全膨張率が０％の劣質炭を、揮発分ＶＭが１０質量％超３０質量％未満の低ＶＭ劣質炭と、ＶＭが３０質量％以上の高ＶＭ劣質炭とに分類し、
   実コークス炉で使用予定の配合炭を用いて製造するコークスの表面破壊強度を推定するに際し、予め、下記の（Ａ）～（Ｃ）の手順によって必要な関係を求めておき、
   （Ａ）種々の配合炭を用いて、実測した配合炭の膨張比容積ＳＶと装入嵩密度ＢＤとの積（ＳＶ×ＢＤ)で表される空隙充填度と、得られるコークスの表面破壊強度との関係（ａ１）を求めておき、
   （Ｂ）低ＶＭ劣質炭および高ＶＭ劣質炭の膨張性指標と、高石炭化度炭に対する劣質炭のイナートファクター（ＩＦ_１）の中の、高石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-１）および高石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-２）との関係を以下のようにしてそれぞれ求めておき、
   （Ｂ１）高ＶＭ劣質炭を膨張性が発現する昇温速度以上の昇温速度Ｓ₁で昇温したときの高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)と、低ＶＭ劣質炭を膨張性が発現する昇温速度以上の昇温速度Ｓ_２で昇温したときの高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｌ)を膨張性指標としてそれぞれ測定し、
   （Ｂ２）測定した低ＶＭ劣質炭の高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｌ)と高石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-１）との関係（ｂ２）を求め、
   （Ｂ３）測定した高ＶＭ劣質炭の高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)と高石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-２）との関係（ｂ３）を求め、
   （Ｃ）低ＶＭ劣質炭および高ＶＭ劣質炭の膨張性指標と、低石炭化度炭に対する劣質炭のイナートファクター（ＩＦ_２）の中の低石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２-１）および低石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２-２）との関係を以下のようにしてそれぞれ求めておき、
   （Ｃ１）高ＶＭ劣質炭を膨張性が発現する昇温速度以上の昇温速度Ｓ₁で昇温したときの高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)と、低ＶＭ劣質炭を膨張性が発現する昇温速度以上の昇温速度Ｓ_２で昇温したときの高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｌ)を膨張性指標としてそれぞれ測定し、
   （Ｃ２）測定した低ＶＭ劣質炭の高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｌ)と低石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２-１）との関係（ｃ２）を求め、
   （Ｃ３）測定した高ＶＭ劣質炭の高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)と低石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２-２）との関係（ｃ３）を求め、
   次に、実コークス炉で使用予定の配合炭を用いて製造する高炉用コークスの表面破壊強度の推定にあたり、（Ｄ）～（Ｈ）の手順を行うことを特徴とするコークスの表面破壊強度の推定方法。
   （Ｄ）用いる配合炭中の劣質炭が低ＶＭ劣質炭の場合は、前記高速昇温膨張比容積ＳＶ’（Ｌ)を求め、求められたＳＶ’(Ｌ)と前記（ｂ２）（ｃ２）の関係から低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-１）と（ｆ_２-１）を求め、
   （Ｅ）用いる配合炭中の劣質炭が高ＶＭ劣質炭の場合は、前記高速昇温膨張比容積ＳＶ’（Ｈ)を求め、求められたＳＶ’(Ｈ)と前記（ｂ３）（ｃ３）の関係から高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-２）と（ｆ_２-２）を求め、
   （Ｆ）用いる劣質炭の高速昇温膨張比容積ＳＶ'(Ｌ) および／またはＳＶ' (Ｈ)に応じて、前記（Ｄ）および／または（Ｅ）で求めた高石炭化度炭に対する劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-１）（ｆ_１-２）を用いて、劣質炭の配合率に応じた高石炭化度炭に対する劣質炭のイナートファクター（ＩＦ_１）を、以下の計算式により求め、低石炭化度炭に対する劣質炭イナートファクター係数（ｆ_２-１）（ｆ_２-２）を用いて、劣質炭の配合率に応じた低石炭化度炭に対する劣質炭のイナートファクター（ＩＦ_２）を、以下の計算式により求め、
   
   ＩＦ_１＝（ＩＦ_１－１）×（低ＶＭ劣質炭割合［質量％］/劣質炭割合［質量％］）＋（ＩＦ_１－２）×（高ＶＭ劣質炭割合［質量％］/劣質炭割合［質量％］）
   ＩＦ_１－１＝１－（（ｆ_１-１）×（低ＶＭ劣質炭割合［質量％］））
   ＩＦ_１－２＝１－（（ｆ_１-２）×（高ＶＭ劣質炭割合［質量％］））
   
   ＩＦ_２＝（ＩＦ_２－１）×（低ＶＭ劣質炭割合［質量％］/劣質炭割合［質量％］）＋（ＩＦ_２－２）×（高ＶＭ劣質炭割合［質量％］/劣質炭割合［質量％］）
   ＩＦ_２－１＝１－（（ｆ_２-１）×（低ＶＭ劣質炭割合［質量％］））
   ＩＦ_２－２＝１－（（ｆ_２-２）×（高ＶＭ劣質炭割合［質量％］））
   
   （Ｇ）高石炭化度炭に対する低石炭化度炭のイナートファクター係数は定数（ｆ_ｇ）とし、高石炭化度炭に対する低石炭化度炭のイナートファクター（ＩＦ_ｇ）を、以下の計算式により求め、
   
   ＩＦ_ｇ＝１－（（ｆ_ｇ）×低石炭化度炭の配合割合［質量％］）
   
   （Ｈ）前記（Ｆ）および（Ｇ）で求めたイナートファクター（ＩＦ_１）（ＩＦ_２）（ＩＦ_ｇ）と、配合予定の石炭を昇温速度３℃／分で測定した膨張比容積と、配合炭の嵩密度から、
   以下の式に基づき、高石炭化度炭と劣質炭の一部の空隙充填度である高石炭化度炭グループ空隙充填度と、低石炭化度炭と劣質炭の残部の空隙充填度である低石炭化度炭グループ空隙充填度とを導出し、
   前記高石炭化度炭グループ空隙充填度及び前記低石炭化度炭グループ空隙充填度を低石炭化度炭と高石炭化度炭の配合割合で加重平均し、配合炭の空隙充填度を求め、この求めた配合炭の空隙充填度を用いて前記(ａ１)の関係からコークスの表面破壊強度の推定値を求める。
   
   高石炭化度炭と劣質炭の一部の空隙充填度（高石炭化度炭グループ空隙充填度）
   

   

   
   
   低石炭化度炭と劣質炭の残部の空隙充填度（低石炭化度炭グループ空隙充填度）
   

   

   
   
   ここで、
   n：高石炭化度炭の配合比率[-]
   m：低石炭化度炭の配合比率[-]
   ｋ：劣質炭（低ＶＭ劣質炭と高ＶＭ劣質炭の和）の配合比率[-]
   SV_n：高石炭化度炭の膨張比容積［ｇ／ｃｍ^３］
   SV_m：低石炭化度炭の膨張比容積［ｇ／ｃｍ^３］
   SV_ｋ：劣質炭の膨張比容積［ｇ／ｃｍ^３］
   IF_g：低石炭化度炭の高石炭化度炭に対するイナートファクター
   IF₁：劣質炭の高石炭化度炭に対するイナートファクター
   IF₂：劣質炭の低石炭化度炭に対するイナートファクター
   BD：配合炭の嵩密度［ｇ／ｃｍ^３］
   である。
2. 前記高石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-１）と高速昇温膨張比容積ＳＶ'(Ｌ)との関係（ｂ２）は、前記昇温速度Ｓ_２として８０℃／分で測定した高速昇温膨張比容積ＳＶ'(Ｌ)を用いる場合には、下記の式（ｂ２）で表されることを特徴とする請求項１に記載の高炉用コークスの表面破壊強度の推定方法。
   ｆ_１-１＝ｄ_１ＳＶ’（Ｌ）^２＋ｄ_２ＳＶ’（Ｌ）＋ｄ_３ ・・・（ｂ２）
   ここで、ｆ_１-１：高石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数[-]、ＳＶ’（Ｌ）：低ＶＭ劣質炭の昇温速度８０℃／分の膨張比容積［ｃｍ^３/ｇ]、ｄ_１～ｄ_３：実験的に求められる定数
3. 前記高石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_１-２）と高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)との関係（ｂ３）は、前記昇温速度Ｓ_１として１２℃／分で測定した高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)を用いる場合には、下記の式（ｂ３）で表されることを特徴とする請求項１に記載の高炉用コークスの表面破壊強度の推定方法。
   ｆ_１-２＝ｄ_１ＳＶ’（Ｈ）^５＋ｄ_２ＳＶ’（Ｈ）^４＋ｄ_３ＳＶ’（Ｈ）^３＋ｄ_４ＳＶ’（Ｈ）^２＋ｄ_５ＳＶ’（Ｈ）＋ｄ_６ ・・・（ｂ３）
   ここで、f_１-２: 高石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数[-]、ＳＶ’（Ｈ）：高ＶＭ劣質炭の昇温速度１２℃／分の膨張比容積 [ｃｍ^３／ｇ]、ｄ_１～ｄ_６：実験的に求められる定数
4. 前記低石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２-１）と高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｌ)との関係（ｃ２）は、前記昇温速度Ｓ_２として８０℃／分で測定した高速昇温膨張比容積ＳＶ'(Ｌ) を用いる場合には、下記の式（ｃ２）で表されることを特徴とする請求項１に記載の高炉用コークスの表面破壊強度の推定方法。
   ｆ_２-１＝ｄ_１ＳＶ’（Ｌ）＋ｄ_２ ・・・（ｃ２）
   ここで、f_２-１: 低石炭化度炭に対する低ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数[-]、ＳＶ’（Ｌ）：低ＶＭ劣質炭の昇温速度８０℃／分の膨張比容積[ｃｍ^３／ｇ]、ｄ_１～ｄ_２は実験的に求められる定数
5. 前記低石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数（ｆ_２-２）と高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)との関係（ｃ３）は、前記昇温速度Ｓ_１として１２℃／分で測定した高速昇温膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)を用いる場合には、下記の式（ｃ３）で表されることを特徴とする請求項１に記載の高炉用コークスの表面破壊強度の推定方法。
   ｆ_２-２＝ｄ_１ＳＶ’（Ｈ）＋ｄ_２ ・・・（ｃ３）
   ここで、ｆ_２-２:低石炭化度炭に対する高ＶＭ劣質炭のイナートファクター係数［‐]、ＳＶ’（Ｈ）：高ＶＭ劣質炭の昇温速度１２℃／分の膨張比容積ＳＶ’(Ｈ)[ｃｍ^３／ｇ]、ｄ_１～ｄ_２は実験的に求められる定数
   

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