コークスの製造方法、及び、銑鉄の製造方法
【課題】得られるコークスの強度を向上するコークス製造方法、或は、得られるコークスの強度を実質的に低下させることなく、調湿工程を簡略化できる方法、並びに、該製法によって得られたコークスを利用する銑鉄の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のコークス製造方法は、石炭をコークス炉炭化室に装入して、乾留するコークス製造方法において、装入炭として、原料炭１００質量部に対して、灰分を実質的に含有しない石炭を１質量部以下添加したものを使用することを特徴とする。本発明の銑鉄の製造方法は、前記製造方法により得られたコークスを使用するとろこに特徴を有する。
【解決手段】本発明のコークス製造方法は、石炭をコークス炉炭化室に装入して、乾留するコークス製造方法において、装入炭として、原料炭１００質量部に対して、灰分を実質的に含有しない石炭を１質量部以下添加したものを使用することを特徴とする。本発明の銑鉄の製造方法は、前記製造方法により得られたコークスを使用するとろこに特徴を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークスの製造技術、及び、該技術を利用する銑鉄の製造技術に関するものであり、より詳細には、強度が向上したコークスの製造技術、或は、得られるコークスの強度を実質的に低下させることなく、調湿工程を簡略化できるコークスの製造技術、並びに、これを利用した銑鉄の製造技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コークスの製造において、得られるコークスの強度を高めるためには、炭化室に装入する装入炭の充填密度を高めることが知られている。装入炭の充填密度を高めるためには、原料炭を調湿して、水分量を低下させたり、或は、装入炭を炭化室に装入する際に機械的に押し固める操作が行われている。しかしながら、コークスの製造現場において、原料炭は、通常、ベルトコンベアにて搬送させているが、原料炭の水分量を約７％未満に低下させると、石炭の微粉が飛散しやすくなるので、環境上好ましくない。一方、装入炭を炭化室に装入する際に機械的に押し固める操作を行うことも、作業が煩雑になる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、コークスの強度を確実に、しかも安定して向上することのできるコークス炉装入石炭の事前処理方法を提供することを目的として、乾燥石炭を粗粉石炭と微粉石炭に分離し、微粉石炭に重質油５〜４０％と水を添加して水スラリーを生成した後、湿式造粒により分離点超の粒径を有する造粒石炭に造粒し、次いで脱水処理を施して粗粉石炭と混合することを特徴とするコークス炉装入石炭の事前処理方法が開示されている。また、特許文献２には、冶金用コークスを製造する際、高嵩密度を得るために、強粘結炭、粘結炭、非微粘結炭等のコークス炉装入用石炭を最適な粒度分布状態に調整する方法が開示されている。
【０００４】
さらに、特許文献３には、高炉用コークスの製造コストを低減するために安価な方法で高強度のコークスを製造する方法を提示することを目的とし、原料炭の軟化開始温度よりも５０℃低い温度以上の沸点を有する成分を８０wt%以上含むタール重質留分を該原料炭に添加して乾留し、高強度のコークスを製造するコークス製造方法が開示されている。また、特許文献４には、強度も生産性も向上するコークスの製造方法として、配合炭を粉砕、混合した装入炭をコークス炉で乾留してコークスを製造するコークスの製造方法において、配合炭の粒度を細かくし、配合炭に界面活性剤を配合してコークスを製造することを特徴とするコークスの製造方法が開示されている。
【特許文献１】特開平９−３１４６９号公報
【特許文献２】特開２００３−２２６８７９号公報
【特許文献３】特許第３５６６８３４号公報
【特許文献４】特開平３−７７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、使用する原料炭の水分量を低下させて、炭化室への充填密度を高める方法は、石炭の微粉が飛散しやすくなるので、水分量を約７％未満に低下させることが困難であるという制約がある。一方、装入炭を炭化室に装入する際に機械的に押し固める操作を行うことも、作業が煩雑になる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、得られるコークスの強度を向上するコークス製造方法、或は、得られるコークスの強度を実質的に低下させることなく、調湿工程を簡略化できる方法、並びに、該製法によって得られたコークスを利用する銑鉄の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決することのできた本発明のコークス製造方法とは、石炭を、コークス炉炭化室に装入して、乾留するコークスの製造方法において、装入炭として、原料炭１００質量部に対して、灰分を実質的に含有しない石炭を１質量部以下添加したものを使用することを特徴とする。すなわち、本発明は、装入炭として、原料炭１００質量部に対して、灰分を実質的に含有しない石炭を１質量部以下添加したものを使用すれば、得られるコークスの強度が向上すること見出した点、さらに、得られるコークスの強度が向上するということを利用して、コークスの強度に影響を及ぼす製造工程（例えば、調湿工程）を簡略化する点に要旨がある。例えば、前記装入炭と、灰分を実質的に含有しない石炭が無添加の原料炭を調湿し、それを乾留して得られるコークスの強度が、略同程度であることから、調湿工程を簡略してコークスを製造することができる。
【０００８】
前記灰分を実質的に含有しない石炭としては、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上９５％未満の石炭から有機溶媒を用いて抽出して得られる可溶成分を用いることが好ましい。また、前記有機溶媒として好ましいのは、２環芳香族化合物を主成分とする有機溶媒を挙げることができる。本発明には、前記コークスの製造方法により得られるコークスを用いることを特徴とする銑鉄の製造方法が含まれる。
【０００９】
尚、「石炭」は、一般に無煙炭、強粘結炭、粘結炭、弱粘結炭、非粘結炭、褐炭、泥炭などに分類されているが、その定義は必ずしも明確ではない。粘結炭の一部を粘着炭という場合もある。そこで、本発明では、無煙炭、強粘結炭、粘結炭、弱粘結炭、非粘結炭などを炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ）で分類するものとし、無煙炭を炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）９１％超の石炭、強粘結炭を炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が８５％以上９１％以下の石炭、粘結炭を炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が８３％以上８５％未満の石炭、弱粘結炭を炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が８０％以上８３％未満の石炭、非粘結炭を炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が７８％以上８０％未満の石炭とし、褐炭を炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が７０％以上７８％未満の石炭とし、及び、泥炭を炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が７０％未満の石炭とする。ここで、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．＝ｄｒｙ ａｓｈ ｆｒｅｅ）は、石炭の水分と灰分を除いた有機質（Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｓ、Ｎ）の炭素の含有率（質量％）をいい、ＪＩＳ Ｍ８８１９に準じて測定することができる。以下、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が８５％以上９１％以下の石炭を単に「強粘結炭」と称し、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上８５％未満の石炭を単に「非粘結炭等」と称する場合がある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のコークスの製造方法によれば、強度が向上したコークスが得られる。また、得られるコークスの強度が実質的に低下しない範囲で、調湿工程を簡略化することができる。
【００１１】
本発明のコークス製造方法により得られたコークスは、高炉における銑鉄の製造に好適に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のコークスの製造方法は、石炭をコークス炉炭化室に装入して、乾留するコークス製造方法において、装入炭として、原料炭１００質量部に対して、灰分を実質的に含有しない石炭を１質量部以下添加したものを使用することを特徴とする。
【００１３】
（１）無灰炭について
まず、本発明で使用する灰分を実質的に含有しない石炭（以下、「無灰炭」と称する場合がある）について説明する。前記無灰炭は、灰分を実質的に含まない石炭であればよいが、微量の灰分を含有してもよい。斯かる場合の灰分の含有率は、５，０００ｐｐｍ以下であることが好ましく、２，０００ｐｐｍ以下であることがより好ましい。尚、灰分は、石炭を８１５℃で加熱して灰化したときの残留無機物であり、例えば、ケイ酸、アルミナ、酸化鉄、石灰、マグネシア、アルカリ金属などから成る。
【００１４】
本発明では、前記無灰炭として、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上９５％未満（より好ましくは６０％以上８５％未満）の石炭から有機溶媒で抽出して得られる可溶成分を用いることが好ましい。非粘結炭等を出発原料として有効に利用する態様は、枯渇のおそれがあり原料単価の高い強粘結炭を使用しなくて済むので好ましい態様である。さらに好ましい態様では、有機溶媒で抽出する石炭としては、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が７０％以上８３％未満の弱粘結炭、非粘結炭、及び、褐炭、又は、これらの混合物を使用する。
【００１５】
具体的には、前記無灰炭は、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上９５％未満（より好ましくは６０％以上８５％未満）の石炭と有機溶媒とを混合してスラリーを調製し、前記スラリーを加熱し熟成して前記有機溶媒中に可溶成分を抽出させ、得られたスラリーを上澄み液と固相成分が濃縮された濃縮液とに分離し、前記上澄み液を濾過して有機溶媒を蒸発除去することにより無灰炭を得ることができる。図１は、無灰炭を製造する装置およびプロセスを例示する説明図である。タンク１において、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上９５％未満の石炭と有機溶媒とを混合し、スラリーを生成する。得られたスラリーは、ポンプ２によって抽出処理を行う抽出槽４に供給される。その際、スラリーは、予熱器３によって所定の温度に加温される。抽出槽４において、スラリーを撹拌機１０を用いて撹拌しながら可溶成分を有機溶媒中に抽出させた後、得られたスラリーは、重力沈降槽５に供給される。重力沈降槽５では、重力沈降を行って固相成分を沈降させて（矢印１１）、スラリーを上澄み液と固相成分が濃縮された液とに分離する。得られた上澄み液は、フィルターユニット８に供給され、重力沈降槽５内で沈降した固相成分濃縮液は、固相成分濃縮液受け器６に回収される。上澄み液は、フィルターユニット８のフィルター部材７で濾過され、得られた濾液は、上澄み液を回収する上澄み液受け器９に回収される。次いで、回収された上澄み液から有機溶媒を蒸発除去することによって無灰炭を得ることができる。上澄み液から有機溶媒を蒸発除去する方法としては、例えば、スプレードライ法、蒸留法、真空乾燥法など、一般的な乾燥方法を適用できる。
【００１６】
前記スラリー中の石炭濃度は、１０〜３５質量％とすることが適切であり、前記スラリーを加熱し熟成して有機溶媒中に可溶成分を抽出させる条件としては、例えば、前記スラリーを３００℃〜４２０℃で５〜１２０分間保持し、石炭中の可溶成分を可溶化させる。３００℃より低い温度では、石炭を構成する分子間の結合を弱めるには不十分であり、石炭から抽出できる可溶成分の割合が低下するからである。一方、４２０℃より高い温度では、石炭の熱分解反応が活発になり、生成した熱分解ラジカルの再結合が起こるため、やはり抽出される可溶成分の割合が低下する。一方、３００〜４２０℃の温度では、石炭を構成する分子間の結合が緩み、穏和な熱分解が起こり石炭から抽出される可溶成分の割合が高くなる。この際、石炭の穏和な熱分解により、主に平均沸点（Ｔｂ５０：５０％留出温度）が２００〜３００℃にある芳香族が豊富な成分が生成し、有機溶媒の一部として有効に利用できる。
【００１７】
得られたスラリーを重力沈降により上澄み液と固相成分濃縮液とに分離する温度は、３００℃以上４２０℃以下が好ましい。３００℃未満では、液相成分に溶解している成分の一部が析出し、無灰炭の収率が低下する場合があるからである。
【００１８】
前記有機溶媒としては、石炭の溶解力が高い溶媒が好ましく、石炭構造単位に近似した２環芳香族化合物を主成分とする有機溶媒が好ましい。また、前記有機溶媒としては、その沸点が１８０℃〜３３０℃のものが好適である。沸点が１８０℃より低い場合には、上澄み液から蒸発除去させた有機溶媒の回収率が低下する場合がある。一方、沸点が３３０℃を超えると、石炭と有機溶媒との分離が困難となり、やはり有機溶媒の回収率が低下する場合がある。前記２環芳香族化合物の具体例としては、例えば、ナフタレン（沸点：２１８℃）；メチルナフタレン（沸点：２４１〜２４２℃）、ジメチルナフタレン（沸点：２６１〜２７２℃）、トリメチルナフタレンなどの脂肪族側鎖をもつナフタレン類；ビフェニル；脂肪族側鎖若しくは芳香族置換基を有するビフェニル類、或いは、これらの混合物などを挙げることができる。
【００１９】
無灰炭を作製するために出発原料として使用する炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上９５％未満の石炭（非粘結炭等）としては、例えば、以下の特性を有するものを使用するのが好ましい。前記非粘結炭等の揮発分は、好ましくは３０％以上、より好ましくは３２％以上であり、好ましくは４０％以下、より好ましくは３６％以下である。前記非粘結炭等の平均反射率は、好ましくは０．６以上、より好ましくは０．８以上であり、好ましくは１．０以下、より好ましくは０．９以下である。前記非粘結炭等のトータルイナートは、好ましくは５％以上、より好ましくは１５％以上であり、好ましくは３５％以下、より好ましくは２０％以下である。前記非粘結炭等のギーセラー最高流動度（ｌｏｇＭＦＤ）は、好ましくは３．０（ｌｏｇｄｄｐｍ）以上、より好ましくは３．３（ｌｏｇｄｄｐｍ）以上であり、好ましくは４．５（ｌｏｇｄｄｐｍ）以下、より好ましくは３．６（ｌｏｇｄｄｐｍ）以下である。揮発分は、ＪＩＳ Ｍ８８１２に規定された方法、平均反射率は、ＪＩＳ Ｍ８８１６に規定された方法、ギーセラー最高流動度（ｌｏｇＭＦＤ）は、ＪＩＳ Ｍ８８０１に規定されたギーセラープラストメータ法によって測定できる。また、トータルイナート（ＴＩ）は、ＪＩＳ Ｍ８８１６の石炭微細組織成分（マセラル）の分析値のうち、セミフジニットの割合および微細組織成分群（マセラル・グループ）の割合を用いて、下記式にて算出することができる。
【００２０】
【数１】
【００２１】
式中、ＭＭ（ミネラルマター）は鉱物質を、Ａは灰分（無水ベース、ＪＩＳ Ｍ８８１２にて測定）を、Ｓは全硫黄分（無水ベース、ＪＩＳ Ｍ８８１３にて測定）を意味する。
【００２２】
（２）原料炭について
次に、本発明において使用する原料炭について説明する。本発明では、装入炭として、原料炭１００質量部に対して、１質量部以下、より好ましくは０．７質量部以下、さらに好ましくは０．５質量部以下の前記無灰炭を添加したものを使用することが好ましい。無灰炭の含有量の下限は、特に限定されるものではないが、０．２質量部以上であることが好ましい。
【００２３】
無灰炭を０．２質量部以上含有させることによって、得られるコークスの強度について実質的に有意な向上が認められる。特に、無灰炭の含有量が０．５質量部の場合には、得られるコークスの強度が最高値を有する。一方、無灰炭の含有量が０．５質量部を超えて１質量部以下の場合、無灰炭が無添加の場合に比べてコークス強度は優れているが、無灰炭の含有量を増加させるにつれて、得られるコークス強度は無灰炭を無添加にした場合の強度に近づく。そして、１質量部を超えると、無灰炭を無添加の場合に比べて、コークス強度が却って低下する。
【００２４】
前記原料炭としては、例えば、単一の種類や銘柄の石炭、或は、複数の種類や銘柄の石炭を配合したものを使用することができるが、複数の種類や銘柄の石炭を配合した配合炭を使用することが好ましい。また、石炭の種類や銘柄によっては、粒度が異なるので、貯炭場の石炭を粉砕機へと搬送し、粒径が所定のものになるように粉砕することが好ましい。
【００２５】
前記配合炭としては、例えば、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が８５％以上９１％以下の石炭と、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上８５％未満の石炭とを含有する配合炭が好適である。前記炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上８５％未満の石炭として、より好ましいものとしては、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が７８％以上８３％未満の弱粘結炭、非粘結炭、又は、これらの混合物を挙げることができる。炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が８５％以上９１％以下の石炭と、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上８５％未満の石炭との組合せとしては、例えば、強粘結炭と弱粘結炭とからなる態様、強粘結炭と非粘結炭とからなる態様、強粘結炭と弱粘結炭と非粘結炭とからなる態様などを挙げることができる。
【００２６】
配合炭中の前記炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が８５％以上９１％以下の石炭（強粘結炭）は、得られるコークス強度を高めるために配合されるものであり、その配合量は、配合炭全体を１００質量部としたときに、１０質量部以上が好ましく、４０質量部以上がより好ましい。強粘結炭の配合量が１０質量部未満であると、粘結性成分が不足しすぎるために、配合炭１００質量部に対して無灰炭を１質量部以下添加したとしても、所望のコークス強度が得られない場合がある。一方、強粘結炭の配合量の上限は、特に限定されるものではないが、１００質量部が好ましく、９０質量部がより好ましく、６０質量部がさらに好ましい。強粘結炭の配合量が多くなり過ぎると、コークス製造時の原料コストが上昇するからである。一方、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上８５％未満の石炭（非粘結炭等）は、強粘結炭との合計配合量が１００質量部になるように配合されることが好ましい。
【００２７】
本発明において、強粘結炭と、非粘結炭等とを配合して得られる配合炭は、以下の特性を有することが好ましい。前記配合炭の揮発分は、好ましくは１５％以上、より好ましくは２６％以上であり、好ましくは３５％以下、より好ましくは２９％以下である。前記配合炭の平均反射率は、好ましくは０．６５以上、より好ましくは１．００以上であり、好ましくは１．６０以下、より好ましくは１．１０以下である。前記配合炭のトータルイナートは、好ましくは１５％以上、より好ましくは２０％以上であり、好ましくは３５％以下、より好ましくは２３％以下である。前記配合炭のギーセラー最高流動度（ｌｏｇＭＦＤ）は、好ましくは０．７（ｌｏｇｄｄｐｍ）以上、より好ましくは２．０（ｌｏｇｄｄｐｍ）以上であり、好ましくは３．５（ｌｏｇｄｄｐｍ）以下、より好ましくは２．３（ｌｏｇｄｄｐｍ）以下である。前記配合炭の粒度構成は、３ｍｍ以下のものが、好ましくは５０％以上、より好ましくは７５％以上であり、好ましくは９０％以下、より好ましくは８５％以下である。前記各特性の広い数値範囲は、高炉用コークスの原料として使用し得る好適な範囲であり、前記各特性をより狭い数値範囲内とすることによって、実質的に強度に問題のない程度のコークスが得られる。
【００２８】
（３）コークス製造工程について
本発明のコークスの製造方法は、装入炭として、前記原料炭１００質量部に対して、前記無灰炭を１質量部以下添加したものを、コークス炉炭化室に装入して、乾留する。
【００２９】
一般に、コークスの製造においては、装入炭として、原料炭を調湿し、水分量を調節したものを使用する。装入炭の水分量が多すぎると、乾留時に過剰の熱量が必要となり不経済になるばかりでなく、品質のばらつきの原因にもなるからである。本発明によれば、原料炭に無灰炭を添加することによって、得られるコークスの強度が向上するので、得られるコークス強度に影響を及ぼす調湿工程を以下のように変形することができる。
【００３０】
前記装入炭として、調湿されたものを使用する。すなわち、前記装入炭として、調湿されたものを使用すれば、無灰炭が無添加の原料炭を同程度に調湿したものを使用して得られるコークスの強度と比べて、強度が向上したコークスが得られる。
【００３１】
例えば、水分量を７％〜９％に調湿した原料炭であっても、前記無灰炭を添加することによって得られるコークスの強度が向上して、水分量が約５％〜７％の原料炭（無配炭無添加）を乾留して得られるコークスとほぼ同じ強度のコークスが得られる。上述したように、水分量が約５％〜７％の原料炭を使用すると、石炭の微粉の飛散の問題が生じることになるが、本発明によれば、水分量が７％〜９％程度の原料炭を使用することによって、水分量が約５％〜７％の原料炭を乾留して得られるコークスと実質的に同程度の強度のコークスが得られる。
【００３２】
水分量が比較的高い７％〜９％の原料炭であっても、前記無灰炭を添加することによって、水分量が約５％〜７％の原料炭を乾留して得られるコークスとほぼ同じ強度のコークスが得られるので、原料炭の水分量（７〜９％）をわざわざ調湿する必要がない。また、調湿の程度を軽減してもよい。調湿工程は、熱エネルギーにより水分を除去するので、調湿工程を実質的に省略することは、経済的に極めて有利な製造方法になる。
【００３３】
本発明では、原料炭１００質量部に対して無灰炭を１質量部以下添加した装入炭をコークス炉炭化室に装入し、乾留する。前記石炭を炭化室に装入する際の充填密度は、特に限定されないが、例えば、６００ｋｇ／ｍ３以上が好ましく、６５０ｋｇ／ｍ３以上がより好ましく、１０００ｋｇ／ｍ３以下が好ましく、８５０ｋｇ／ｍ３以下がより好ましい。充填密度が６００ｋｇ／ｍ３未満の場合には、石炭自体の重みで粉体層の空隙が満たされ、この値未満にすることは実質的に困難であり、充填密度が１０００ｋｇ／ｍ３超の場合には、粉体層の空隙をこの値以上に満たし圧密することが実質的に困難だからである。
【００３４】
なお、装入炭の充填密度は、機械的に押し固める操作を行わない場合には、上述した水分量と関連するものであり、一般に、水分量が低い装入炭を使用するほど、炭化室への充填密度を高めることができ、例えば、水分量が約７％の石炭を使用した場合のコークス炉炭化室への充填密度は、通常、約７２０ｋｇ／ｍ３程度である。
【００３５】
前記装入炭を乾留する条件は、特に限定されるものではなく、コークス炉を使用するコークス製造における通常の乾留条件を採用でき、例えば、９５０℃以上、より好ましくは１０００℃以上であって、１２００℃以下、より好ましくは１０５０℃以下の温度で、８時間以上、より好ましくは１０時間以上、より好ましくは２４時間以下、より好ましくは２０時間以下乾留することが好ましい。
【００３６】
（４）銑鉄の製造方法
本発明には、本発明のコークスの製造方法により得られるコークスを用いることを特徴とする銑鉄の製造方法が含まれる。本発明の製造方法により得られるコークスは、強度に優れるので、高炉における銑鉄の製造に好適に使用できる。すなわち、本発明の製造方法により得られるコークスを使用すれば、高炉における銑鉄製造時のガス通気性が向上する。また、調湿工程を省略、或は、調湿の程度を低減した態様では、割安のコークスが得られる。尚、高炉における銑鉄の製造方法は、公知の方法を採用すればよく、例えば、高炉に鉄鉱石とコークスとをそれぞれ層状に交互に積層させて、高炉の下部より熱風、必要に応じて微粉炭を吹き込む方法を挙げることができる。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の変更、実施の態様は、いずれも本発明の範囲内に含まれる。
【００３８】
表１及び表２に示すように、配合炭に無灰炭を添加して装入炭を調製した。無灰炭としては、オーストラリア産粘結炭（炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）８４％）から１−メチルナフタレンを用いて抽出した可溶成分（灰分６００ｐｐｍ）を用いた。尚、無灰炭は、図１の装置を用いて、以下の方法により調製した。オーストラリア産粘結炭（炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ）８４％）と１−メチルナフタレンをタンク１内で混合して（オーストラリア産粘結炭：１−メチルタフタレン＝２０質量％：８０質量％）スラリーを調製した。得られたスラリーを予熱器３で３７０℃に加温して、抽出槽４内でオーストラリア産粘結炭から可溶成分を抽出した。抽出処理後のスラリーを流量１５ｋｇ／ｈで重力沈降槽５に供給し、重力沈降を行って、上澄み液と固相成分濃縮液とに分離し、上澄み液を３ｋｇ／ｈの流量でフィルターユニット８に供給し、固相成分濃縮液を、１２ｋｇ／ｈの流量で重力沈降槽５の底部から固相成分濃縮液受け器６に排出した。上澄み液をフィルターユニット８で濾過した後、上澄み液受け器９に回収し、スプレードライ法により回収液から有機溶媒を蒸発除去して、無灰炭（灰分６００ｐｐｍ）を得た。
【００３９】
前記装入炭を、幅３７８ｍｍ×長さ１２１ｍｍ×高さ１１４ｍｍの大きさの缶容器に、所望の充填密度となるように充填した。この缶容器４個をさらに鋼製のレトルト（大きさ：幅３８０ｍｍ×長さ４３０ｍｍ×高さ３５０ｍｍ）に並べて入れて、この缶容器を幅方向に加熱できる両面加熱式電気炉に前記レトルトを入れて、装入炭を乾留した。乾留は、１０００℃で１０時間の条件で行い、その後、レトルトを電気炉から取り出して約１６時間かけて自然放冷した。
【００４０】
冷却したレトルトから４個の缶容器を取り出し、幅方向の半分に相当する１８９ｍｍ部分のコークスを切り出した。両面加熱を行った場合、幅方向の真中に当たる場所は、炭芯と呼ばれ、加熱面から炭芯までの焼成されたコークスは加熱面に近い所からヘッド、ボディー、テールと呼ばれており、ヘッド、ボディー、テールの加熱時の昇温速度の差で強度に差が生じることが知られている。そのため、幅方向の半分に相当する１８９ｍｍ部分のコークスのヘッド、ボディー、テールの部分に相当する約６０ｍｍに分割したそれぞれの部位から、ほぼ直方体（一辺：約２０ｍｍ±１ｍｍ）に切り出し、整粒されたコークスを得た。この整粒されたコークスを、蒸留水で洗浄して、整粒時（切り出し時に）に付着したコークスの微粉を取り除き、１５０℃±２℃の乾燥機で乾燥した。
【００４１】
得られた強度測定用サンプルを用いて、Ｉ型強度を測定した。Ｉ型強度試験に用いる装置として、ＳＵＳ材で作られた円筒状の容器（長さ７２０ｍｍ、円の底面直径１３２ｍｍ）を用い、この容器に前記サンプル２００ｇを入れて、１分間に２０回の回転速度で３０分間回転させて、合計６００回の回転運動による衝撃を加えた。この円筒の回転は、円筒の長さ７２０ｍｍの真中に当たる３６０ｍｍのところに回転軸を設け、この回転軸を中心に円筒を回転させて、円筒の底面が直径７２０ｍｍの円を描くように行った。規定の６００回転の回転による衝撃を加えた後、この円筒状の容器からサンプルを取り出し、９．５ｍｍの篩目の篩で分けて篩上の質量を測った。この際、篩に引っかかったものも篩上として質量を測定した。Ｉ型強度指数は、以下のようにして算出し、算出した結果を表１及び表２に示した。
Ｉ型強度指数Ｉ６００９．５＝１００×９．５ｍｍ篩上質量（単位：ｇ）／２００ｇ
【００４２】
尚、一般にコークスの回転強度は、コークス塊が大きな塊として割れていく体積破壊を評価するものと、表面の摩耗による表面破壊を評価するものとに区別されるが、本発明で用いたＩ型強度指数Ｉ６００９．５は、表面破壊を評価するのに用いる指標として解釈される。
【００４３】
【表１】
【００４４】
表１の結果より、コークスＮｏ．１からＮｏ．７を比較すると、配合炭１００質量部に対して無灰炭を１質量部以下添加することによって、得られるコークス強度が向上することが分かる。特に、配合炭１００質量部に対して、無灰炭を０．５質量部添加したときに得られるコークス強度が最も大きくなった。また、コークスＮｏ．６及びＮｏ．７の結果から、無灰炭の添加量が配合炭１００質量部に対して１質量部を超えるとコークス強度が却って低下することが分かる。
【００４５】
【表２】
【００４６】
表２の結果より、無灰炭を０．５質量部添加した装入炭であって、装入炭充填密度を７２０、７４０ｋｇ／ｍ３に調整したものを使用して得られるコークスの強度（コークスＮｏ．８、９）はそれぞれ、無灰炭を無添加の場合の装入炭であって、装入炭充填密度を７４５、７６０ｋｇ／ｍ３に調整したものを使用して得られるコークス強度（コークスＮｏ．１０、１１）に等しいことが分かる。また、無灰炭を無添加の場合と無灰炭を０．５質量部添加した場合とを比べると、無灰炭を０．５質量部添加した装入炭を使用して得られるコークス強度が高いことが分かる。
【００４７】
これらの結果より、装入炭として、調湿されたものを使用すれば、無灰炭が無添加の原料炭を同程度に調湿したものを使用して得られるコークスの強度と比べて、強度が向上したコークスが得られていることが確認できる。また、無灰炭が無添加の原料炭を通常通りに調湿したものを使用して得られるコークスの強度と略同程度の強度を有するコークスを製造するのであれば、前記装入炭として、実質的に調湿することなく、或は、調湿の程度を軽減したもの使用すれば良いことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、コークスの製造、及び、銑鉄の製造に好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明で使用する無灰炭を製造する装置およびプロセスを例示する説明図。
【符号の説明】
【００５０】
１：タンク、２：ポンプ、３：予熱器、４：抽出槽、５：重力沈降槽、６：固相成分濃縮液受け器、７：フィルター部材、８：フィルターユニット、９：上澄み液受け器、１０：撹拌機、１３：撹拌機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークスの製造技術、及び、該技術を利用する銑鉄の製造技術に関するものであり、より詳細には、強度が向上したコークスの製造技術、或は、得られるコークスの強度を実質的に低下させることなく、調湿工程を簡略化できるコークスの製造技術、並びに、これを利用した銑鉄の製造技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コークスの製造において、得られるコークスの強度を高めるためには、炭化室に装入する装入炭の充填密度を高めることが知られている。装入炭の充填密度を高めるためには、原料炭を調湿して、水分量を低下させたり、或は、装入炭を炭化室に装入する際に機械的に押し固める操作が行われている。しかしながら、コークスの製造現場において、原料炭は、通常、ベルトコンベアにて搬送させているが、原料炭の水分量を約７％未満に低下させると、石炭の微粉が飛散しやすくなるので、環境上好ましくない。一方、装入炭を炭化室に装入する際に機械的に押し固める操作を行うことも、作業が煩雑になる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、コークスの強度を確実に、しかも安定して向上することのできるコークス炉装入石炭の事前処理方法を提供することを目的として、乾燥石炭を粗粉石炭と微粉石炭に分離し、微粉石炭に重質油５〜４０％と水を添加して水スラリーを生成した後、湿式造粒により分離点超の粒径を有する造粒石炭に造粒し、次いで脱水処理を施して粗粉石炭と混合することを特徴とするコークス炉装入石炭の事前処理方法が開示されている。また、特許文献２には、冶金用コークスを製造する際、高嵩密度を得るために、強粘結炭、粘結炭、非微粘結炭等のコークス炉装入用石炭を最適な粒度分布状態に調整する方法が開示されている。
【０００４】
さらに、特許文献３には、高炉用コークスの製造コストを低減するために安価な方法で高強度のコークスを製造する方法を提示することを目的とし、原料炭の軟化開始温度よりも５０℃低い温度以上の沸点を有する成分を８０wt%以上含むタール重質留分を該原料炭に添加して乾留し、高強度のコークスを製造するコークス製造方法が開示されている。また、特許文献４には、強度も生産性も向上するコークスの製造方法として、配合炭を粉砕、混合した装入炭をコークス炉で乾留してコークスを製造するコークスの製造方法において、配合炭の粒度を細かくし、配合炭に界面活性剤を配合してコークスを製造することを特徴とするコークスの製造方法が開示されている。
【特許文献１】特開平９−３１４６９号公報
【特許文献２】特開２００３−２２６８７９号公報
【特許文献３】特許第３５６６８３４号公報
【特許文献４】特開平３−７７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、使用する原料炭の水分量を低下させて、炭化室への充填密度を高める方法は、石炭の微粉が飛散しやすくなるので、水分量を約７％未満に低下させることが困難であるという制約がある。一方、装入炭を炭化室に装入する際に機械的に押し固める操作を行うことも、作業が煩雑になる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、得られるコークスの強度を向上するコークス製造方法、或は、得られるコークスの強度を実質的に低下させることなく、調湿工程を簡略化できる方法、並びに、該製法によって得られたコークスを利用する銑鉄の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決することのできた本発明のコークス製造方法とは、石炭を、コークス炉炭化室に装入して、乾留するコークスの製造方法において、装入炭として、原料炭１００質量部に対して、灰分を実質的に含有しない石炭を１質量部以下添加したものを使用することを特徴とする。すなわち、本発明は、装入炭として、原料炭１００質量部に対して、灰分を実質的に含有しない石炭を１質量部以下添加したものを使用すれば、得られるコークスの強度が向上すること見出した点、さらに、得られるコークスの強度が向上するということを利用して、コークスの強度に影響を及ぼす製造工程（例えば、調湿工程）を簡略化する点に要旨がある。例えば、前記装入炭と、灰分を実質的に含有しない石炭が無添加の原料炭を調湿し、それを乾留して得られるコークスの強度が、略同程度であることから、調湿工程を簡略してコークスを製造することができる。
【０００８】
前記灰分を実質的に含有しない石炭としては、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上９５％未満の石炭から有機溶媒を用いて抽出して得られる可溶成分を用いることが好ましい。また、前記有機溶媒として好ましいのは、２環芳香族化合物を主成分とする有機溶媒を挙げることができる。本発明には、前記コークスの製造方法により得られるコークスを用いることを特徴とする銑鉄の製造方法が含まれる。
【０００９】
尚、「石炭」は、一般に無煙炭、強粘結炭、粘結炭、弱粘結炭、非粘結炭、褐炭、泥炭などに分類されているが、その定義は必ずしも明確ではない。粘結炭の一部を粘着炭という場合もある。そこで、本発明では、無煙炭、強粘結炭、粘結炭、弱粘結炭、非粘結炭などを炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ）で分類するものとし、無煙炭を炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）９１％超の石炭、強粘結炭を炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が８５％以上９１％以下の石炭、粘結炭を炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が８３％以上８５％未満の石炭、弱粘結炭を炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が８０％以上８３％未満の石炭、非粘結炭を炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が７８％以上８０％未満の石炭とし、褐炭を炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が７０％以上７８％未満の石炭とし、及び、泥炭を炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が７０％未満の石炭とする。ここで、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．＝ｄｒｙ ａｓｈ ｆｒｅｅ）は、石炭の水分と灰分を除いた有機質（Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｓ、Ｎ）の炭素の含有率（質量％）をいい、ＪＩＳ Ｍ８８１９に準じて測定することができる。以下、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が８５％以上９１％以下の石炭を単に「強粘結炭」と称し、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上８５％未満の石炭を単に「非粘結炭等」と称する場合がある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のコークスの製造方法によれば、強度が向上したコークスが得られる。また、得られるコークスの強度が実質的に低下しない範囲で、調湿工程を簡略化することができる。
【００１１】
本発明のコークス製造方法により得られたコークスは、高炉における銑鉄の製造に好適に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のコークスの製造方法は、石炭をコークス炉炭化室に装入して、乾留するコークス製造方法において、装入炭として、原料炭１００質量部に対して、灰分を実質的に含有しない石炭を１質量部以下添加したものを使用することを特徴とする。
【００１３】
（１）無灰炭について
まず、本発明で使用する灰分を実質的に含有しない石炭（以下、「無灰炭」と称する場合がある）について説明する。前記無灰炭は、灰分を実質的に含まない石炭であればよいが、微量の灰分を含有してもよい。斯かる場合の灰分の含有率は、５，０００ｐｐｍ以下であることが好ましく、２，０００ｐｐｍ以下であることがより好ましい。尚、灰分は、石炭を８１５℃で加熱して灰化したときの残留無機物であり、例えば、ケイ酸、アルミナ、酸化鉄、石灰、マグネシア、アルカリ金属などから成る。
【００１４】
本発明では、前記無灰炭として、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上９５％未満（より好ましくは６０％以上８５％未満）の石炭から有機溶媒で抽出して得られる可溶成分を用いることが好ましい。非粘結炭等を出発原料として有効に利用する態様は、枯渇のおそれがあり原料単価の高い強粘結炭を使用しなくて済むので好ましい態様である。さらに好ましい態様では、有機溶媒で抽出する石炭としては、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が７０％以上８３％未満の弱粘結炭、非粘結炭、及び、褐炭、又は、これらの混合物を使用する。
【００１５】
具体的には、前記無灰炭は、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上９５％未満（より好ましくは６０％以上８５％未満）の石炭と有機溶媒とを混合してスラリーを調製し、前記スラリーを加熱し熟成して前記有機溶媒中に可溶成分を抽出させ、得られたスラリーを上澄み液と固相成分が濃縮された濃縮液とに分離し、前記上澄み液を濾過して有機溶媒を蒸発除去することにより無灰炭を得ることができる。図１は、無灰炭を製造する装置およびプロセスを例示する説明図である。タンク１において、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上９５％未満の石炭と有機溶媒とを混合し、スラリーを生成する。得られたスラリーは、ポンプ２によって抽出処理を行う抽出槽４に供給される。その際、スラリーは、予熱器３によって所定の温度に加温される。抽出槽４において、スラリーを撹拌機１０を用いて撹拌しながら可溶成分を有機溶媒中に抽出させた後、得られたスラリーは、重力沈降槽５に供給される。重力沈降槽５では、重力沈降を行って固相成分を沈降させて（矢印１１）、スラリーを上澄み液と固相成分が濃縮された液とに分離する。得られた上澄み液は、フィルターユニット８に供給され、重力沈降槽５内で沈降した固相成分濃縮液は、固相成分濃縮液受け器６に回収される。上澄み液は、フィルターユニット８のフィルター部材７で濾過され、得られた濾液は、上澄み液を回収する上澄み液受け器９に回収される。次いで、回収された上澄み液から有機溶媒を蒸発除去することによって無灰炭を得ることができる。上澄み液から有機溶媒を蒸発除去する方法としては、例えば、スプレードライ法、蒸留法、真空乾燥法など、一般的な乾燥方法を適用できる。
【００１６】
前記スラリー中の石炭濃度は、１０〜３５質量％とすることが適切であり、前記スラリーを加熱し熟成して有機溶媒中に可溶成分を抽出させる条件としては、例えば、前記スラリーを３００℃〜４２０℃で５〜１２０分間保持し、石炭中の可溶成分を可溶化させる。３００℃より低い温度では、石炭を構成する分子間の結合を弱めるには不十分であり、石炭から抽出できる可溶成分の割合が低下するからである。一方、４２０℃より高い温度では、石炭の熱分解反応が活発になり、生成した熱分解ラジカルの再結合が起こるため、やはり抽出される可溶成分の割合が低下する。一方、３００〜４２０℃の温度では、石炭を構成する分子間の結合が緩み、穏和な熱分解が起こり石炭から抽出される可溶成分の割合が高くなる。この際、石炭の穏和な熱分解により、主に平均沸点（Ｔｂ５０：５０％留出温度）が２００〜３００℃にある芳香族が豊富な成分が生成し、有機溶媒の一部として有効に利用できる。
【００１７】
得られたスラリーを重力沈降により上澄み液と固相成分濃縮液とに分離する温度は、３００℃以上４２０℃以下が好ましい。３００℃未満では、液相成分に溶解している成分の一部が析出し、無灰炭の収率が低下する場合があるからである。
【００１８】
前記有機溶媒としては、石炭の溶解力が高い溶媒が好ましく、石炭構造単位に近似した２環芳香族化合物を主成分とする有機溶媒が好ましい。また、前記有機溶媒としては、その沸点が１８０℃〜３３０℃のものが好適である。沸点が１８０℃より低い場合には、上澄み液から蒸発除去させた有機溶媒の回収率が低下する場合がある。一方、沸点が３３０℃を超えると、石炭と有機溶媒との分離が困難となり、やはり有機溶媒の回収率が低下する場合がある。前記２環芳香族化合物の具体例としては、例えば、ナフタレン（沸点：２１８℃）；メチルナフタレン（沸点：２４１〜２４２℃）、ジメチルナフタレン（沸点：２６１〜２７２℃）、トリメチルナフタレンなどの脂肪族側鎖をもつナフタレン類；ビフェニル；脂肪族側鎖若しくは芳香族置換基を有するビフェニル類、或いは、これらの混合物などを挙げることができる。
【００１９】
無灰炭を作製するために出発原料として使用する炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上９５％未満の石炭（非粘結炭等）としては、例えば、以下の特性を有するものを使用するのが好ましい。前記非粘結炭等の揮発分は、好ましくは３０％以上、より好ましくは３２％以上であり、好ましくは４０％以下、より好ましくは３６％以下である。前記非粘結炭等の平均反射率は、好ましくは０．６以上、より好ましくは０．８以上であり、好ましくは１．０以下、より好ましくは０．９以下である。前記非粘結炭等のトータルイナートは、好ましくは５％以上、より好ましくは１５％以上であり、好ましくは３５％以下、より好ましくは２０％以下である。前記非粘結炭等のギーセラー最高流動度（ｌｏｇＭＦＤ）は、好ましくは３．０（ｌｏｇｄｄｐｍ）以上、より好ましくは３．３（ｌｏｇｄｄｐｍ）以上であり、好ましくは４．５（ｌｏｇｄｄｐｍ）以下、より好ましくは３．６（ｌｏｇｄｄｐｍ）以下である。揮発分は、ＪＩＳ Ｍ８８１２に規定された方法、平均反射率は、ＪＩＳ Ｍ８８１６に規定された方法、ギーセラー最高流動度（ｌｏｇＭＦＤ）は、ＪＩＳ Ｍ８８０１に規定されたギーセラープラストメータ法によって測定できる。また、トータルイナート（ＴＩ）は、ＪＩＳ Ｍ８８１６の石炭微細組織成分（マセラル）の分析値のうち、セミフジニットの割合および微細組織成分群（マセラル・グループ）の割合を用いて、下記式にて算出することができる。
【００２０】
【数１】
【００２１】
式中、ＭＭ（ミネラルマター）は鉱物質を、Ａは灰分（無水ベース、ＪＩＳ Ｍ８８１２にて測定）を、Ｓは全硫黄分（無水ベース、ＪＩＳ Ｍ８８１３にて測定）を意味する。
【００２２】
（２）原料炭について
次に、本発明において使用する原料炭について説明する。本発明では、装入炭として、原料炭１００質量部に対して、１質量部以下、より好ましくは０．７質量部以下、さらに好ましくは０．５質量部以下の前記無灰炭を添加したものを使用することが好ましい。無灰炭の含有量の下限は、特に限定されるものではないが、０．２質量部以上であることが好ましい。
【００２３】
無灰炭を０．２質量部以上含有させることによって、得られるコークスの強度について実質的に有意な向上が認められる。特に、無灰炭の含有量が０．５質量部の場合には、得られるコークスの強度が最高値を有する。一方、無灰炭の含有量が０．５質量部を超えて１質量部以下の場合、無灰炭が無添加の場合に比べてコークス強度は優れているが、無灰炭の含有量を増加させるにつれて、得られるコークス強度は無灰炭を無添加にした場合の強度に近づく。そして、１質量部を超えると、無灰炭を無添加の場合に比べて、コークス強度が却って低下する。
【００２４】
前記原料炭としては、例えば、単一の種類や銘柄の石炭、或は、複数の種類や銘柄の石炭を配合したものを使用することができるが、複数の種類や銘柄の石炭を配合した配合炭を使用することが好ましい。また、石炭の種類や銘柄によっては、粒度が異なるので、貯炭場の石炭を粉砕機へと搬送し、粒径が所定のものになるように粉砕することが好ましい。
【００２５】
前記配合炭としては、例えば、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が８５％以上９１％以下の石炭と、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上８５％未満の石炭とを含有する配合炭が好適である。前記炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上８５％未満の石炭として、より好ましいものとしては、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が７８％以上８３％未満の弱粘結炭、非粘結炭、又は、これらの混合物を挙げることができる。炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が８５％以上９１％以下の石炭と、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上８５％未満の石炭との組合せとしては、例えば、強粘結炭と弱粘結炭とからなる態様、強粘結炭と非粘結炭とからなる態様、強粘結炭と弱粘結炭と非粘結炭とからなる態様などを挙げることができる。
【００２６】
配合炭中の前記炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が８５％以上９１％以下の石炭（強粘結炭）は、得られるコークス強度を高めるために配合されるものであり、その配合量は、配合炭全体を１００質量部としたときに、１０質量部以上が好ましく、４０質量部以上がより好ましい。強粘結炭の配合量が１０質量部未満であると、粘結性成分が不足しすぎるために、配合炭１００質量部に対して無灰炭を１質量部以下添加したとしても、所望のコークス強度が得られない場合がある。一方、強粘結炭の配合量の上限は、特に限定されるものではないが、１００質量部が好ましく、９０質量部がより好ましく、６０質量部がさらに好ましい。強粘結炭の配合量が多くなり過ぎると、コークス製造時の原料コストが上昇するからである。一方、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上８５％未満の石炭（非粘結炭等）は、強粘結炭との合計配合量が１００質量部になるように配合されることが好ましい。
【００２７】
本発明において、強粘結炭と、非粘結炭等とを配合して得られる配合炭は、以下の特性を有することが好ましい。前記配合炭の揮発分は、好ましくは１５％以上、より好ましくは２６％以上であり、好ましくは３５％以下、より好ましくは２９％以下である。前記配合炭の平均反射率は、好ましくは０．６５以上、より好ましくは１．００以上であり、好ましくは１．６０以下、より好ましくは１．１０以下である。前記配合炭のトータルイナートは、好ましくは１５％以上、より好ましくは２０％以上であり、好ましくは３５％以下、より好ましくは２３％以下である。前記配合炭のギーセラー最高流動度（ｌｏｇＭＦＤ）は、好ましくは０．７（ｌｏｇｄｄｐｍ）以上、より好ましくは２．０（ｌｏｇｄｄｐｍ）以上であり、好ましくは３．５（ｌｏｇｄｄｐｍ）以下、より好ましくは２．３（ｌｏｇｄｄｐｍ）以下である。前記配合炭の粒度構成は、３ｍｍ以下のものが、好ましくは５０％以上、より好ましくは７５％以上であり、好ましくは９０％以下、より好ましくは８５％以下である。前記各特性の広い数値範囲は、高炉用コークスの原料として使用し得る好適な範囲であり、前記各特性をより狭い数値範囲内とすることによって、実質的に強度に問題のない程度のコークスが得られる。
【００２８】
（３）コークス製造工程について
本発明のコークスの製造方法は、装入炭として、前記原料炭１００質量部に対して、前記無灰炭を１質量部以下添加したものを、コークス炉炭化室に装入して、乾留する。
【００２９】
一般に、コークスの製造においては、装入炭として、原料炭を調湿し、水分量を調節したものを使用する。装入炭の水分量が多すぎると、乾留時に過剰の熱量が必要となり不経済になるばかりでなく、品質のばらつきの原因にもなるからである。本発明によれば、原料炭に無灰炭を添加することによって、得られるコークスの強度が向上するので、得られるコークス強度に影響を及ぼす調湿工程を以下のように変形することができる。
【００３０】
前記装入炭として、調湿されたものを使用する。すなわち、前記装入炭として、調湿されたものを使用すれば、無灰炭が無添加の原料炭を同程度に調湿したものを使用して得られるコークスの強度と比べて、強度が向上したコークスが得られる。
【００３１】
例えば、水分量を７％〜９％に調湿した原料炭であっても、前記無灰炭を添加することによって得られるコークスの強度が向上して、水分量が約５％〜７％の原料炭（無配炭無添加）を乾留して得られるコークスとほぼ同じ強度のコークスが得られる。上述したように、水分量が約５％〜７％の原料炭を使用すると、石炭の微粉の飛散の問題が生じることになるが、本発明によれば、水分量が７％〜９％程度の原料炭を使用することによって、水分量が約５％〜７％の原料炭を乾留して得られるコークスと実質的に同程度の強度のコークスが得られる。
【００３２】
水分量が比較的高い７％〜９％の原料炭であっても、前記無灰炭を添加することによって、水分量が約５％〜７％の原料炭を乾留して得られるコークスとほぼ同じ強度のコークスが得られるので、原料炭の水分量（７〜９％）をわざわざ調湿する必要がない。また、調湿の程度を軽減してもよい。調湿工程は、熱エネルギーにより水分を除去するので、調湿工程を実質的に省略することは、経済的に極めて有利な製造方法になる。
【００３３】
本発明では、原料炭１００質量部に対して無灰炭を１質量部以下添加した装入炭をコークス炉炭化室に装入し、乾留する。前記石炭を炭化室に装入する際の充填密度は、特に限定されないが、例えば、６００ｋｇ／ｍ３以上が好ましく、６５０ｋｇ／ｍ３以上がより好ましく、１０００ｋｇ／ｍ３以下が好ましく、８５０ｋｇ／ｍ３以下がより好ましい。充填密度が６００ｋｇ／ｍ３未満の場合には、石炭自体の重みで粉体層の空隙が満たされ、この値未満にすることは実質的に困難であり、充填密度が１０００ｋｇ／ｍ３超の場合には、粉体層の空隙をこの値以上に満たし圧密することが実質的に困難だからである。
【００３４】
なお、装入炭の充填密度は、機械的に押し固める操作を行わない場合には、上述した水分量と関連するものであり、一般に、水分量が低い装入炭を使用するほど、炭化室への充填密度を高めることができ、例えば、水分量が約７％の石炭を使用した場合のコークス炉炭化室への充填密度は、通常、約７２０ｋｇ／ｍ３程度である。
【００３５】
前記装入炭を乾留する条件は、特に限定されるものではなく、コークス炉を使用するコークス製造における通常の乾留条件を採用でき、例えば、９５０℃以上、より好ましくは１０００℃以上であって、１２００℃以下、より好ましくは１０５０℃以下の温度で、８時間以上、より好ましくは１０時間以上、より好ましくは２４時間以下、より好ましくは２０時間以下乾留することが好ましい。
【００３６】
（４）銑鉄の製造方法
本発明には、本発明のコークスの製造方法により得られるコークスを用いることを特徴とする銑鉄の製造方法が含まれる。本発明の製造方法により得られるコークスは、強度に優れるので、高炉における銑鉄の製造に好適に使用できる。すなわち、本発明の製造方法により得られるコークスを使用すれば、高炉における銑鉄製造時のガス通気性が向上する。また、調湿工程を省略、或は、調湿の程度を低減した態様では、割安のコークスが得られる。尚、高炉における銑鉄の製造方法は、公知の方法を採用すればよく、例えば、高炉に鉄鉱石とコークスとをそれぞれ層状に交互に積層させて、高炉の下部より熱風、必要に応じて微粉炭を吹き込む方法を挙げることができる。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の変更、実施の態様は、いずれも本発明の範囲内に含まれる。
【００３８】
表１及び表２に示すように、配合炭に無灰炭を添加して装入炭を調製した。無灰炭としては、オーストラリア産粘結炭（炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）８４％）から１−メチルナフタレンを用いて抽出した可溶成分（灰分６００ｐｐｍ）を用いた。尚、無灰炭は、図１の装置を用いて、以下の方法により調製した。オーストラリア産粘結炭（炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ）８４％）と１−メチルナフタレンをタンク１内で混合して（オーストラリア産粘結炭：１−メチルタフタレン＝２０質量％：８０質量％）スラリーを調製した。得られたスラリーを予熱器３で３７０℃に加温して、抽出槽４内でオーストラリア産粘結炭から可溶成分を抽出した。抽出処理後のスラリーを流量１５ｋｇ／ｈで重力沈降槽５に供給し、重力沈降を行って、上澄み液と固相成分濃縮液とに分離し、上澄み液を３ｋｇ／ｈの流量でフィルターユニット８に供給し、固相成分濃縮液を、１２ｋｇ／ｈの流量で重力沈降槽５の底部から固相成分濃縮液受け器６に排出した。上澄み液をフィルターユニット８で濾過した後、上澄み液受け器９に回収し、スプレードライ法により回収液から有機溶媒を蒸発除去して、無灰炭（灰分６００ｐｐｍ）を得た。
【００３９】
前記装入炭を、幅３７８ｍｍ×長さ１２１ｍｍ×高さ１１４ｍｍの大きさの缶容器に、所望の充填密度となるように充填した。この缶容器４個をさらに鋼製のレトルト（大きさ：幅３８０ｍｍ×長さ４３０ｍｍ×高さ３５０ｍｍ）に並べて入れて、この缶容器を幅方向に加熱できる両面加熱式電気炉に前記レトルトを入れて、装入炭を乾留した。乾留は、１０００℃で１０時間の条件で行い、その後、レトルトを電気炉から取り出して約１６時間かけて自然放冷した。
【００４０】
冷却したレトルトから４個の缶容器を取り出し、幅方向の半分に相当する１８９ｍｍ部分のコークスを切り出した。両面加熱を行った場合、幅方向の真中に当たる場所は、炭芯と呼ばれ、加熱面から炭芯までの焼成されたコークスは加熱面に近い所からヘッド、ボディー、テールと呼ばれており、ヘッド、ボディー、テールの加熱時の昇温速度の差で強度に差が生じることが知られている。そのため、幅方向の半分に相当する１８９ｍｍ部分のコークスのヘッド、ボディー、テールの部分に相当する約６０ｍｍに分割したそれぞれの部位から、ほぼ直方体（一辺：約２０ｍｍ±１ｍｍ）に切り出し、整粒されたコークスを得た。この整粒されたコークスを、蒸留水で洗浄して、整粒時（切り出し時に）に付着したコークスの微粉を取り除き、１５０℃±２℃の乾燥機で乾燥した。
【００４１】
得られた強度測定用サンプルを用いて、Ｉ型強度を測定した。Ｉ型強度試験に用いる装置として、ＳＵＳ材で作られた円筒状の容器（長さ７２０ｍｍ、円の底面直径１３２ｍｍ）を用い、この容器に前記サンプル２００ｇを入れて、１分間に２０回の回転速度で３０分間回転させて、合計６００回の回転運動による衝撃を加えた。この円筒の回転は、円筒の長さ７２０ｍｍの真中に当たる３６０ｍｍのところに回転軸を設け、この回転軸を中心に円筒を回転させて、円筒の底面が直径７２０ｍｍの円を描くように行った。規定の６００回転の回転による衝撃を加えた後、この円筒状の容器からサンプルを取り出し、９．５ｍｍの篩目の篩で分けて篩上の質量を測った。この際、篩に引っかかったものも篩上として質量を測定した。Ｉ型強度指数は、以下のようにして算出し、算出した結果を表１及び表２に示した。
Ｉ型強度指数Ｉ６００９．５＝１００×９．５ｍｍ篩上質量（単位：ｇ）／２００ｇ
【００４２】
尚、一般にコークスの回転強度は、コークス塊が大きな塊として割れていく体積破壊を評価するものと、表面の摩耗による表面破壊を評価するものとに区別されるが、本発明で用いたＩ型強度指数Ｉ６００９．５は、表面破壊を評価するのに用いる指標として解釈される。
【００４３】
【表１】
【００４４】
表１の結果より、コークスＮｏ．１からＮｏ．７を比較すると、配合炭１００質量部に対して無灰炭を１質量部以下添加することによって、得られるコークス強度が向上することが分かる。特に、配合炭１００質量部に対して、無灰炭を０．５質量部添加したときに得られるコークス強度が最も大きくなった。また、コークスＮｏ．６及びＮｏ．７の結果から、無灰炭の添加量が配合炭１００質量部に対して１質量部を超えるとコークス強度が却って低下することが分かる。
【００４５】
【表２】
【００４６】
表２の結果より、無灰炭を０．５質量部添加した装入炭であって、装入炭充填密度を７２０、７４０ｋｇ／ｍ３に調整したものを使用して得られるコークスの強度（コークスＮｏ．８、９）はそれぞれ、無灰炭を無添加の場合の装入炭であって、装入炭充填密度を７４５、７６０ｋｇ／ｍ３に調整したものを使用して得られるコークス強度（コークスＮｏ．１０、１１）に等しいことが分かる。また、無灰炭を無添加の場合と無灰炭を０．５質量部添加した場合とを比べると、無灰炭を０．５質量部添加した装入炭を使用して得られるコークス強度が高いことが分かる。
【００４７】
これらの結果より、装入炭として、調湿されたものを使用すれば、無灰炭が無添加の原料炭を同程度に調湿したものを使用して得られるコークスの強度と比べて、強度が向上したコークスが得られていることが確認できる。また、無灰炭が無添加の原料炭を通常通りに調湿したものを使用して得られるコークスの強度と略同程度の強度を有するコークスを製造するのであれば、前記装入炭として、実質的に調湿することなく、或は、調湿の程度を軽減したもの使用すれば良いことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、コークスの製造、及び、銑鉄の製造に好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明で使用する無灰炭を製造する装置およびプロセスを例示する説明図。
【符号の説明】
【００５０】
１：タンク、２：ポンプ、３：予熱器、４：抽出槽、５：重力沈降槽、６：固相成分濃縮液受け器、７：フィルター部材、８：フィルターユニット、９：上澄み液受け器、１０：撹拌機、１３：撹拌機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭をコークス炉炭化室に装入して、乾留するコークス製造方法において、
装入炭として、原料炭１００質量部に対して、灰分を実質的に含有しない石炭を１質量部以下添加したものを使用することを特徴とするコークスの製造方法。
【請求項２】
前記装入炭として、実質的に調湿されることなく、若しくは、調湿の程度が軽減されたものを使用する請求項１に記載のコークスの製造方法。
【請求項３】
前記灰分を実質的に含有しない石炭として、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上９５％未満の石炭から有機溶媒を用いて抽出して得られる可溶成分を用いる請求項１または２に記載のコークスの製造方法。
【請求項４】
前記有機溶媒は、２環芳香族化合物を主成分とする有機溶媒である請求項３に記載のコークスの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のコークスの製造方法により得られるコークスを用いることを特徴とする銑鉄の製造方法。
【請求項１】
石炭をコークス炉炭化室に装入して、乾留するコークス製造方法において、
装入炭として、原料炭１００質量部に対して、灰分を実質的に含有しない石炭を１質量部以下添加したものを使用することを特徴とするコークスの製造方法。
【請求項２】
前記装入炭として、実質的に調湿されることなく、若しくは、調湿の程度が軽減されたものを使用する請求項１に記載のコークスの製造方法。
【請求項３】
前記灰分を実質的に含有しない石炭として、炭素含有率（ｄ．ａ．ｆ．）が６０％以上９５％未満の石炭から有機溶媒を用いて抽出して得られる可溶成分を用いる請求項１または２に記載のコークスの製造方法。
【請求項４】
前記有機溶媒は、２環芳香族化合物を主成分とする有機溶媒である請求項３に記載のコークスの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のコークスの製造方法により得られるコークスを用いることを特徴とする銑鉄の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２００７−２４６６７４（Ｐ２００７−２４６６７４Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７１７０４（Ｐ２００６−７１７０４）
【出願日】平成１８年３月１５日（２００６．３．１５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、経済産業省、新エネルギー・産業技術総合開発機構「石炭利用技術振興事業石炭利用次世代技術開発調査ハイパーコール利用高効率燃焼技術の開発」に関する委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（０００１５６９６１）関西熱化学株式会社 (117)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１５日（２００６．３．１５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、経済産業省、新エネルギー・産業技術総合開発機構「石炭利用技術振興事業石炭利用次世代技術開発調査ハイパーコール利用高効率燃焼技術の開発」に関する委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（０００１５６９６１）関西熱化学株式会社 (117)
【Ｆターム（参考）】
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