石炭の改質方法、コークス及び焼結鉱の製造方法並びに高炉の操業方法
【課題】コークス強度の向上効果に優れた改質炭、燃焼性能に優れた改質炭を製造する。
【解決手段】石炭と非水素供与性溶剤を混合し、該石炭と非水素供与性溶剤の混合物を加圧加熱し、石炭の不溶解成分と、石炭の可溶成分とが非水素供与性溶剤に溶解した第１の液相成分とを生成し、分離した後、該第１の液相成分を冷却することにより、前記石炭の可溶成分の一部を前記非水素供与性溶剤から抽出した第１の固相成分と残部の第２の液相成分とを生成し、分離し、さらに該第２の液相成分から前記非水素供与性溶剤を分離することにより第２の固相成分を生成することを特徴とする石炭の改質方法。前記第１の液相成分の冷却温度は、２０〜５０℃に設定することができる。
【解決手段】石炭と非水素供与性溶剤を混合し、該石炭と非水素供与性溶剤の混合物を加圧加熱し、石炭の不溶解成分と、石炭の可溶成分とが非水素供与性溶剤に溶解した第１の液相成分とを生成し、分離した後、該第１の液相成分を冷却することにより、前記石炭の可溶成分の一部を前記非水素供与性溶剤から抽出した第１の固相成分と残部の第２の液相成分とを生成し、分離し、さらに該第２の液相成分から前記非水素供与性溶剤を分離することにより第２の固相成分を生成することを特徴とする石炭の改質方法。前記第１の液相成分の冷却温度は、２０〜５０℃に設定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄プロセスにおけるコークス製造用原料、焼結鉱製造用固体燃料、高炉羽口吹込み用還元材として使用される石炭の改質技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コークス用の原料としては、瀝青炭などの高品位の粘結炭が主として使用されているが、粘結炭は高価であり、産出量も限られている。そのため、粘結炭に比べて粘結性の低い非微粘結炭などの低品位の石炭を改質して粘結炭に配合し混合することにより、コークスの原料として使用することが行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、石炭と溶剤とを混合して石炭の溶剤への可溶成分を抽出し、当該抽出した抽出液に抽出残分を混合し、その混合物から溶剤を除去することにより、軟化溶融性等の性質の局在化が抑えられた均質な改質石炭を製造する製造方法が開示されている。
【０００４】
一般的に鉄鉱石の焼結工程では、鉄鉱石などに固体燃料としての粉コークスを混合して、この混合物を焼結することにより焼結鉱を製造している。また、高炉の操業においては、高炉の羽口から熱風とともに還元材としての微粉炭を吹き込みことにより高炉の操業性を向上させている。従来の石炭改質方法により得られた改質炭は、主としてコークス製造用原料として使用されており、焼結鉱製造用固体燃料および高炉羽口吹込み用還元材としての利用は検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６１９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
コークスの配合炭中の非微粘結炭などの低品位炭の配合比を増加し、粘結炭などの高品位炭の配合比を更に減じるためには、従来の低品位炭の改質炭よりもコークス強度の向上効果が高い改質炭を製造する必要がある。
【０００７】
また、焼結鉱の生産率をさらに向上させるためには、従来の固体燃料である粉コークスよりも燃焼性能の高い燃焼材固体燃料を使用する必要がある。また、高炉の操業性及び生産率をさらに高めるためには、従来の微粉炭よりも燃焼性能の高い還元材を用いる必要がある。
【０００８】
そこで、本発明は、コークス強度の向上効果に優れた改質炭、燃焼性能に優れた改質炭を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）石炭と非水素供与性溶剤を混合し、該石炭と非水素供与性溶剤の混合物を加圧加熱し、石炭の不溶解成分と、石炭の可溶成分とが非水素供与性溶剤に溶解した第１の液相成分とを生成し、分離した後、該第１の液相成分を冷却することにより、前記石炭の可溶成分の一部を前記非水素供与性溶剤から抽出した第１の固相成分と残部の第２の液相成分とを生成し、分離し、さらに、該第２の液相成分から前記非水素供与性溶剤を分離することにより第２の固相成分を生成することを特徴とする石炭の改質方法。
（２）前記第１の液相成分を２０〜５０℃の温度に冷却することを特徴とする前記（１）に記載の石炭の改質方法。
（３）前記（１）または（２）に記載の石炭の改質方法で得られた前記石炭の不溶解成分および前記第１の固相成分の内の１種または２種を焼結鉱製造用固体燃料として使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
（４）前記（１）または（２）に記載の石炭の改質方法で得られた前記石炭の不溶解成分および前記第１の固相成分の内の１種または２種をさらに炭化処理した炭化物を焼結鉱用固体燃料として使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
（５）前記（１）または（２）に記載の石炭の改質方法で得られた前記石炭の不溶解成分および前記第１の固相成分の内の１種または２種を、高炉羽口吹き込み用還元材として使用することを特徴とする高炉の操業方法。
（６）前記（１）または（２）に記載の石炭の改質方法で得られた前記石炭の不溶解成分および前記第１の固相成分の内の１種または２種をさらに炭化処理した炭化物を高炉羽口吹き込み用還元材として使用することを特徴とする高炉の操業方法。
（７）前記（１）または（２）に記載の石炭の改質方法で得られた前記第２の固相成分、前記第１の固相成分、前記第２の固相成分と前記第１の固相成分の混合物、および前記第２の固相成分と前記石炭の不溶解成分の混合物の内のいずれか１種を高炉用コークス製造用原料炭として用いることを特徴とするコークスの製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コークス製造用原料としてコークス強度の向上効果に優れた改質炭が得られるとともに、焼結鉱製造用固体燃料及び高炉羽口吹込み用還元材として燃焼性能に優れた改質炭を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】改質炭の製造工程を図示した工程図である。
【図２】改質炭の用途を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
（実施形態１）
図１を参照して、本発明の石炭の改質方法の実施形態１を説明する。図１は、石炭の改質工程を示した工程図である。混合工程１３では、石炭槽１１から供給される石炭と、溶剤槽１２から供給される溶剤とを混合する。加圧加熱工程１４では、混合工程１３で得られた石炭と溶剤とからなる混合物を加圧加熱して、石炭の可溶成分を溶剤に溶解させる。石炭の可溶成分が溶解した溶剤を第１の液相成分Ｘといい、溶剤に不溶解であった石炭の不溶解成分を石炭Ｒというものとする。第１分離工程１５では、これらの第１の液相成分Ｘ及び石炭Ｒを固液分離する。
【００１４】
冷却工程１６では、第１の液相成分Ｘを冷却して、石炭の可溶成分の一部である抽出石炭Ｄ（第１の固相成分）と、残部の第２の液相成分Ｙとを得る。第２分離工程１７では、冷却工程１６で得られた第２の液相成分Ｙ及び抽出石炭Ｄを固液分離する。第３分離工程１８では、第２分離工程１７で分離された第２の液相成分Ｙから溶剤を除き、その残部である抽出石炭Ｓ（第２の固相成分）を得る。つまり、石炭と溶剤とを混合した混合物から三種類の異なる石炭、すなわち、石炭Ｒ、抽出石炭Ｄ及び抽出石炭Ｓを得ることができる。
【００１５】
（石炭槽１１について）
石炭槽１１には、褐炭、亜瀝青炭などの粘結性の低い低品位炭が貯留されている。このような低品位炭から製鉄プロセス用原料である、コークス製造用原料、焼結鉱製造用固体燃料、および、高炉羽口吹込み用還元材として有用な改質炭を得ることにより、原料コストを低減することができる。
【００１６】
（溶剤槽１２について）
溶剤槽１２には、石炭槽１１に貯留された石炭の可溶成分を溶解するための溶剤が貯留されている。溶剤には、２環芳香族を主とする非水素供与性溶剤を用いることができる。非水素供与性溶剤は、主に石炭の乾留生成物から精製した、２環芳香族を主とする溶剤で、石炭誘導体である。この非水素供与性溶剤は、加熱状態でも安定であり、石炭との親和性に優れているため、溶剤に抽出される石炭成分の割合（以下、「抽出率」ともいう）が高く、また、石炭から各種石炭成分を抽出した後、溶剤を蒸留等の方法で容易に回収可能な溶剤である。さらに、回収した溶剤を再利用することもできる。
【００１７】
非水素供与性溶剤の主たる成分としては、２環芳香族であるナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、トリメチルナフタレン等が挙げられ、その他脂肪族側鎖をもつナフタレン類、また、これにビフェニルや長鎖脂肪族側鎖をもつアルキルベンゼンが含まれる。
【００１８】
非水素供与性溶剤は、沸点が１８０〜３３０℃のものが好ましい。沸点が１８０℃未満であると、加圧加熱工程１４での必要圧力が高くなり、また、溶剤を回収する工程で揮発による損失が大きくなり、溶剤の回収率が低下する。さらに、抽出石炭の抽出率が低下する。一方、３３０℃を超えると、後述する溶剤の分離が困難となり、溶剤の回収率が低下する。
【００１９】
このように、非水素供与性溶剤を使用して石炭の加熱抽出をすることにより、石炭の抽出率を高めることができる。また、非水素供与性溶剤は極性溶剤とは異なり、容易に溶剤を回収できるため、溶剤の循環使用が容易となる。さらに、高価な水素や触媒等を用いる必要がないため、安価なコストで石炭を可溶化して、経済性の向上を図ることができる。
なお、他の技術として、石炭から各種石炭成分を抽出した後、溶剤を回収して循環使用する必要がなければ、従来の石炭の液化方法等で用いられるテトラリンなどの水素供与性溶剤や、水素化したクレオソート油、水素化したアントラセン油、およびその混合物などを用いてもよい。
【００２０】
（混合工程１３について）
混合工程１３では、溶剤槽１２から供給される溶剤と、石炭槽１１から供給される石炭とを混合する。石炭と溶剤の混合物は、石炭の粒子が溶剤中に分散したスラリー状態で存在する。以下、この混合物をスラリーというものとする。
【００２１】
（加圧加熱工程１４について）
加圧加熱工程１４では、所定の抽出温度まで石炭と溶剤のスラリーを加熱する。この加熱処理は、スラリー中の溶剤が沸点に達しないように、加圧状態で行う。具体的には、圧力値を０．８〜２．５ＭＰａに設定することにより、溶剤の沸騰を防止し、石炭成分の抽出率を高めることができる。この圧力条件でスラリーの温度（より具体的にはスラリーの液温）が石炭の可溶成分が十分に抽出される温度（以下、該温度を抽出温度と称す）に達すると、石炭の可溶成分が溶剤に溶解する。この抽出温度は、３００〜４２０℃に設定するのが好ましい。３００℃よりも温度が低い場合には、石炭構成分子間の結合力を十分に低下させることができないため、石炭成分の抽出率が低下する。一方、４２０℃よりも温度が高い場合には、石炭の熱分解反応で生成されたラジカルの再結合が起こり、石炭成分の抽出率が低下する。また、石炭と溶剤のスラリーの加圧加熱処理は、不活性ガスの雰囲気内で行うのが好ましい。不活性ガスには、窒素ガスを用いることができる。抽出処理時間は、例えば、２０〜３０分に設定することができる。
【００２２】
したがって、加圧加熱工程１４における石炭と溶剤のスラリーの加圧加熱処理により、石炭の可溶成分が溶剤に溶解した第１の液相成分Ｘと溶剤に不溶解であった石炭の不溶解成分である石炭Ｒとを生成することができる。これらの生成物は第１分離工程１５に送られる。
【００２３】
第１分離工程１５では、第１の液相成分Ｘ及び石炭Ｒを固液分離する。固液分離方法には、重力沈下法を用いることができる。ここで分離して得られた石炭Ｒの用途については後述する。
【００２４】
第１分離工程１５で分離された第１の液相成分Ｘは、冷却工程１６に送液される。冷却工程１６に送液された第１の液相成分Ｘは冷却される。ここで、冷却温度が５０℃よりも高いと、抽出石炭Ｓ及び抽出石炭Ｄの抽出率が低下する。他方、冷却温度を２０℃より低くしても、前記抽出率が顕著に向上することはなく、却って冷却時間が長くなる。したがって、冷却温度は２０〜５０℃に設定するのが好ましい。
なお、本発明では、第１の液相成分Ｘを冷却することにより、褐炭、亜瀝青炭などの低品位炭を改質し、製鉄プロセス用原料である、コークス製造用原料、焼結鉱製造用固体燃料、および、高炉羽口吹込み用還元材として有用な抽出石炭Ｓ及び抽出石炭Ｄを抽出できることに特徴がある。したがって、上記冷却温度は、抽出石炭Ｓ及び抽出石炭Ｄの抽出率を向上するために好ましい範囲を示すものであり、抽出石炭Ｓ及び抽出石炭Ｄが抽出可能である限り上記冷却温度に限定されるものではない。
なお、上記冷却工程１６では、空冷を用いてもよいし、冷却温度や冷却速度などの冷却条件を制御できる冷却装置を用いることもできる。
【００２５】
冷却工程１６で得られた第２の液相成分Ｙ及び抽出石炭Ｄは、第２分離工程１７で固液分離される。第２分離工程１７での固液分離方法には、重力沈下法を用いることができる。ここで分離して得られた抽出石炭Ｄの用途については後述する。
【００２６】
第２分離工程１７で分離された第２の液相成分Ｙは、第３分離工程１８に送液される。第３分離工程１８では、第２の液相成分Ｙに含まれる溶剤が除去される。溶剤の除去方法には、蒸発乾固法やスプレードライ法を用いることができる。これにより、第２の液相成分Ｙに含まれる抽出石炭Ｓを固相状態で抽出することができる。
【００２７】
次に、抽出石炭Ｓ、抽出石炭Ｄ及び石炭Ｒの用途について詳細に説明する。図２は、抽出石炭Ｓ、抽出石炭Ｄ及び石炭Ｒの用途を説明するためのブロック図である。まず、第３分離工程１８にて得られた抽出石炭Ｓの用途について説明する。安価な低品位炭を改質して得られた抽出石炭Ｓは、コークス製造プロセスの原料炭として用いることで原料コスト低減およびコークス強度向上の効果が極めて高い。したがって、抽出石炭Ｓは、例えばコークスの配合炭として用いることができる。抽出石炭Ｓの性状を乾留前に求めておくことにより、抽出石炭Sを含む配合炭のコークス強度を推定することができる。これにより、褐炭、亜瀝青炭などの粘結性の低い低品位炭からコークス強度の向上効果が高い抽出石炭Sを得ることができる。さらに、抽出石炭Ｓ単体に比べてコークス強度向上効果は低くなるが、抽出石炭Ｓを抽出石炭Ｄ又は石炭Ｒと混合した混合炭Ｓ＋Ｄ、混合炭Ｓ＋Ｒをコークス製造用の配合炭として用いることもできる。
【００２８】
また、第２分離工程１７で得られた抽出石炭Ｄは、ミクロな気孔構造を備えており燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、燃焼性能に優れている。また、抽出石炭Ｄを乾留し炭化することにより、ミクロな気孔構造がさらに発達する。したがって、図２に図示するように、抽出石炭Ｄ、抽出石炭Ｄを炭化処理部で炭化させた炭化抽出石炭ＤＣは、焼結鉱製造プロセスの固体燃料、高炉の羽口から熱風とともに吹き込む還元材として用いることができる。後述する実施例に示すように、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭ＤＣは、鉄鉱石焼結用の固体燃料として現在使用されている粉コークスよりも、燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、燃焼性能が優れている。さらに、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭ＤＣは、高炉の羽口から熱風とともに吹き込まれる還元材として現在使用されている微粉炭よりも、燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、燃焼性能に優れている。さらにまた、抽出石炭Ｓ単体に比べてコークス強度向上効果は低くなるが、抽出石炭Dも同様にコークス強度向上効果を有しており、コークス製造用の配合炭として用いることもできる。
【００２９】
第１分離工程１５で得られた石炭Ｒは、ミクロな気孔構造を備えており、燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、燃焼性能に優れている。また、石炭Ｒを炭化させることにより、ミクロな気孔構造がさらに発達する。したがって、図２に図示するように、石炭Ｒ、この石炭Ｒを炭化させた炭化石炭Ｒｃ、抽出石炭Ｄ、この石炭Ｄを炭化させた炭化抽出石炭ＤＣ、抽出石炭Ｄ及び石炭Ｒの混合炭Ｄ＋Ｒ、この混合炭Ｄ＋Ｒを炭化させた炭化混合炭（Ｄ＋Ｒ）Ｃを、焼結鉱製造プロセスの固体燃料、高炉の羽口から熱風とともに吹き込む還元材として用いることができる。石炭Ｒ、炭化石炭Ｒｃ、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭ＤＣ、混合炭Ｄ＋Ｒ、炭化混合炭（Ｄ＋Ｒ）Ｃは、焼結鉱製造プロセスの固体燃料として現在使用されている粉コークスよりも、燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、燃焼性能が優れている。さらに、石炭Ｒ、炭化石炭Ｒｃ、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭ＤＣ、混合炭Ｄ＋Ｒ、炭化混合炭（Ｄ＋Ｒ）Ｃは、高炉の羽口から熱風とともに吹き込まれる還元材として現在使用されている微粉炭よりも、燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、燃焼性能が優れている。
【００３０】
抽出石炭Ｒ、Ｄなどを焼結鉱製造プロセスの固体燃料として使用する場合には、焼結鉱の原料となる粉状或いは適切な粒度に破砕調整された鉄鉱石、石灰石や蛇紋岩などの副原料などに上記抽出石炭Ｒ、Ｄなどの固体燃料を混入して、破砕および混練して造粒する。この造粒物は、例えば、ドワイトロイド式焼結機のパレット上に所定の厚さ（たとえば５００〜７００ｍｍ）で層状に装入される。そして、点火炉によって、造粒物の表層に含まれる燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速い燃焼性能が優れた抽出石炭Ｒ、Ｄなどの固体燃料に着火して、焼結処理を開始する。着火後はウインドボックスにより、下方に向けて空気を吸引しながら前記固体燃料、および前記固体燃料から放出される揮発分を燃焼させ、その燃焼熱によってパレット上の造粒物を焼結させて焼結ケーキとする。
【００３１】
焼結処理で得られた焼結ケーキは無端のパレットから送出された後、第１のクラッシャーにより破砕され、冷却される。続いて、第２のクラッシャーによりさらに破砕され、多段式の篩いにより、高炉用原料として所定の粒径を有する焼結鉱が得られる。
【００３２】
一方、抽出石炭Ｒ、Ｄなどを高炉の羽口から熱風とともに吹き込む還元材として用いる場合は、粉砕機により粉砕された後、羽口から熱風とともに高炉に吹き込まれる。熱風により熱せられた還元材は、微粉炭よりも燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、速やかに一酸化炭素や水素ガスなどの還元ガスとなって、高炉内に装入される塊状鉄鉱石、焼結鉱などを還元する。これにより羽口先での燃焼性が向上し、高炉の操業性を向上させることができる。
【実施例】
【００３３】
次に、以下に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３４】
（実施例１）
実施例１では、表１の試料１〜７についてそれぞれコークス強度を測定した。
【００３５】
【表１】
【００３６】
発明例である試料１はベース混合炭を９０質量％、抽出石炭Ｓを１０質量％の配合割合で配合した配合炭であり、発明例である試料２はベース混合炭を９０質量％、混合炭Ｓ＋Ｄ（改質炭Ｓと改質炭Ｄを１：１で混合）を１０質量％の配合割合で配合した配合炭であり、発明例である試料３はベース混合炭を９０質量％、混合炭Ｓ＋Ｒ（改質炭Ｓと石炭Ｒを１：１で混合）を１０質量％の配合割合で配合した配合炭であり、発明例である試料４はベース混合炭を９０質量％、抽出石炭Ｄを１０質量％の配合割合で配合した配合炭であり、比較例である試料５はベース混合炭を９０質量％、石炭Ｒを１０質量％の配合割合で配合した配合炭であり、比較例である試料６はベース混合炭を９０質量％、未改質炭を１０質量％の配合割合で配合した配合炭であり、参考例である試料７はベース配合炭が１００質量％の配合炭である。ベース混合炭は、強粘結炭と非微粘結炭を１：１の重量比で配合した配合炭である。
【００３７】
未改質炭として褐炭であるＬ炭を使用した。Ｌ炭の組成は、Ｃ：６６．８％、Ｈ：５．１％、Ｎ：０．６％、Ｏ：２７．５％であり、水分５０％である。Ｌ炭を実施形態１の工程にしたがって改質することにより、抽出石炭Ｓ、抽出石炭Ｄ、石炭Ｒを抽出した）。
【００３８】
溶剤には、メチルナフタレンを使用した。加圧加熱工程における加熱温度を３７０℃、圧力を２ＭＰａ、加圧加熱時間を１時間に設定した。重力沈下法により石炭Ｒを分離させた後に、第１の液相成分Ｘを２５℃まで冷却した。重力沈下法により抽出石炭Ｄを分離させた後に、第２の液相成分Ｙ中の溶剤を蒸発法により除去し抽出石炭Ｓを抽出した。
【００３９】
試料１〜７をそれぞれ試験コークス炉で乾留して、コークス強度を測定した。コークス強度の評価は、回転強度試験方法のドラム強度に基づき測定、評価を行った。
【００４０】
発明例である試料１のコークス強度が８７．４であり、発明例である試料２のコークス強度が８２．０であり、発明例である試料３のコークス強度が８１．２であり、発明例である試料４のコークス強度が８０．７であり、比較例である試料５のコークス強度が８０．１であり、比較例である試料６のコークス強度が７８．３であり、参考例である試料７のコークス強度が８０．７であった。未改質炭を配合した比較例である試料６のコークス強度（７８．３）は、未改質炭を配合しないベース配合炭の参考例である試料７のコークス強度（８０．７）に比べて低くなるが、未改質炭を改質して得られた抽出石炭Ｓ、抽出石炭Ｄ、抽出石炭Ｓと抽出石炭Ｄを配合したＳ＋Ｄ、及び抽出石炭Ｓと石炭Ｒを配合したＳ＋Ｒの試料のコークス強度（それぞれ、８７．４、８０．７、８２、８１．２）は未改質炭配合のコークス強度（７８．３）および石炭Ｒ配合のコークス強度（８０．１）に比べて高くなることがわかった。また、コークス強度の向上効果は、抽出石炭Ｓ、抽出石炭Ｄの順に高いことがわかった。さらに、発明例である抽出石炭Ｓを配合した試料１、発明例である抽出石炭Ｓと抽出石炭Ｄの混合炭（混合炭Ｓ＋Ｄ）を配合する試料２、発明例である抽出石炭Sと石炭Rの混合炭（混合炭S＋R）を配合する試料３、および発明例である抽出石炭Dを配合した試料４が、ベース配合炭の参考例である試料７と同等以上のコークス強度が得られることがわかった。したがって、安価な褐炭であるＬ炭を本実施例の方法で改質し、強粘結炭及び非微粘結炭の一部と置換することにより、安価に高強度コークスの製造が可能となることがわかった。
【００４１】
（実施例２）
実施例２では、表１に示す抽出石炭Ｄの燃焼性について評価を行った。抽出石炭Ｄは実施例１と同様の方法で褐炭であるＬ炭から抽出した。また、抽出石炭Ｄを炭化した炭化抽出石炭ＤＣについても燃焼性の評価を行った。なお、比較例として、粉コークスについても、同様の燃焼性評価を行った。
【００４２】
（ｉ）熱天秤を用いた反応開始温度、及び、反応速度最大温度の評価試験
まず、熱天秤に、所定の粒度（０．１５−０．２５ｍｍ）に調整した上記各試料を、所定の重量（１０−２０ｍｇ）入れ、空気雰囲気中で昇温して、重量減少を測定した。そして、重量減少率が安定して０．００２（１／ｍｉｎ）を超える温度を反応開始温度と定義して評価した。
【００４３】
また、重量減少曲線の傾きが最大となる温度（単位時間あたりの重量減少が最大となる温度）を、反応速度最大温度と定義して評価した。
【００４４】
（ｉｉ）焼結鍋試験評価（焼結プロセスにおける生産率、歩留まりの評価試験）
直径３０ｃｍ、層高６０ｃｍの焼結試験装置を用いて、所定の配合原料で焼結鉱を製造する試験を実施した。上記各試料は、原料に対してそれぞれ同じ重量比となるように配合して配合原料とした。この配合原料を焼結試験装置内に６０ｃｍ高さまで装入したのち、原料層の表層の固体燃料にプロパンガスバーナーで９０秒間点火する操作を行った。その後、１５ｋＰａの一定負圧で下方へ空気を吸引しながら焼結反応を行った。一連の焼結処理が完了した焼結体を、十分に冷却した後、２ｍ高さから４回落下させて破砕し、５ｍｍ以上の粒度を有するものを焼結鉱として回収した。このマテリアルバランスから焼結鉱の生産率および歩留まりを測定した。
【００４５】
評価は、生産率、製品歩留まりで行い、粉コークスを用いた比較例の生産率及び歩留まりを基準とし、比較例より優れている場合を○、さらにより優れている場合を◎で評価した。評価試験結果を表４に示す。
【００４６】
【表２】
【００４７】
表２に示すように、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭ＤＣは、粉コークスに比べて反応開始温度が低く、反応速度最大温度が低く、優れた燃焼性能を有していることがわかった。また、焼結鍋試験から、固体燃料として、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭ＤＣを用いることで、粉コークスに比べて生産率及び成品歩留が向上することが判った。従って、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭ＤＣを焼結鉱製造プロセスの固体燃料として使用することにより、焼結鉱の生産率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１１ 石炭槽
１２ 溶剤槽
１３ 混合工程
１４ 加圧加熱工程
１５ 第１分離工程
１６ 冷却工程
１７ 第２分離工程
１８ 第３分離工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄プロセスにおけるコークス製造用原料、焼結鉱製造用固体燃料、高炉羽口吹込み用還元材として使用される石炭の改質技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コークス用の原料としては、瀝青炭などの高品位の粘結炭が主として使用されているが、粘結炭は高価であり、産出量も限られている。そのため、粘結炭に比べて粘結性の低い非微粘結炭などの低品位の石炭を改質して粘結炭に配合し混合することにより、コークスの原料として使用することが行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、石炭と溶剤とを混合して石炭の溶剤への可溶成分を抽出し、当該抽出した抽出液に抽出残分を混合し、その混合物から溶剤を除去することにより、軟化溶融性等の性質の局在化が抑えられた均質な改質石炭を製造する製造方法が開示されている。
【０００４】
一般的に鉄鉱石の焼結工程では、鉄鉱石などに固体燃料としての粉コークスを混合して、この混合物を焼結することにより焼結鉱を製造している。また、高炉の操業においては、高炉の羽口から熱風とともに還元材としての微粉炭を吹き込みことにより高炉の操業性を向上させている。従来の石炭改質方法により得られた改質炭は、主としてコークス製造用原料として使用されており、焼結鉱製造用固体燃料および高炉羽口吹込み用還元材としての利用は検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６１９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
コークスの配合炭中の非微粘結炭などの低品位炭の配合比を増加し、粘結炭などの高品位炭の配合比を更に減じるためには、従来の低品位炭の改質炭よりもコークス強度の向上効果が高い改質炭を製造する必要がある。
【０００７】
また、焼結鉱の生産率をさらに向上させるためには、従来の固体燃料である粉コークスよりも燃焼性能の高い燃焼材固体燃料を使用する必要がある。また、高炉の操業性及び生産率をさらに高めるためには、従来の微粉炭よりも燃焼性能の高い還元材を用いる必要がある。
【０００８】
そこで、本発明は、コークス強度の向上効果に優れた改質炭、燃焼性能に優れた改質炭を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）石炭と非水素供与性溶剤を混合し、該石炭と非水素供与性溶剤の混合物を加圧加熱し、石炭の不溶解成分と、石炭の可溶成分とが非水素供与性溶剤に溶解した第１の液相成分とを生成し、分離した後、該第１の液相成分を冷却することにより、前記石炭の可溶成分の一部を前記非水素供与性溶剤から抽出した第１の固相成分と残部の第２の液相成分とを生成し、分離し、さらに、該第２の液相成分から前記非水素供与性溶剤を分離することにより第２の固相成分を生成することを特徴とする石炭の改質方法。
（２）前記第１の液相成分を２０〜５０℃の温度に冷却することを特徴とする前記（１）に記載の石炭の改質方法。
（３）前記（１）または（２）に記載の石炭の改質方法で得られた前記石炭の不溶解成分および前記第１の固相成分の内の１種または２種を焼結鉱製造用固体燃料として使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
（４）前記（１）または（２）に記載の石炭の改質方法で得られた前記石炭の不溶解成分および前記第１の固相成分の内の１種または２種をさらに炭化処理した炭化物を焼結鉱用固体燃料として使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
（５）前記（１）または（２）に記載の石炭の改質方法で得られた前記石炭の不溶解成分および前記第１の固相成分の内の１種または２種を、高炉羽口吹き込み用還元材として使用することを特徴とする高炉の操業方法。
（６）前記（１）または（２）に記載の石炭の改質方法で得られた前記石炭の不溶解成分および前記第１の固相成分の内の１種または２種をさらに炭化処理した炭化物を高炉羽口吹き込み用還元材として使用することを特徴とする高炉の操業方法。
（７）前記（１）または（２）に記載の石炭の改質方法で得られた前記第２の固相成分、前記第１の固相成分、前記第２の固相成分と前記第１の固相成分の混合物、および前記第２の固相成分と前記石炭の不溶解成分の混合物の内のいずれか１種を高炉用コークス製造用原料炭として用いることを特徴とするコークスの製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コークス製造用原料としてコークス強度の向上効果に優れた改質炭が得られるとともに、焼結鉱製造用固体燃料及び高炉羽口吹込み用還元材として燃焼性能に優れた改質炭を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】改質炭の製造工程を図示した工程図である。
【図２】改質炭の用途を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
（実施形態１）
図１を参照して、本発明の石炭の改質方法の実施形態１を説明する。図１は、石炭の改質工程を示した工程図である。混合工程１３では、石炭槽１１から供給される石炭と、溶剤槽１２から供給される溶剤とを混合する。加圧加熱工程１４では、混合工程１３で得られた石炭と溶剤とからなる混合物を加圧加熱して、石炭の可溶成分を溶剤に溶解させる。石炭の可溶成分が溶解した溶剤を第１の液相成分Ｘといい、溶剤に不溶解であった石炭の不溶解成分を石炭Ｒというものとする。第１分離工程１５では、これらの第１の液相成分Ｘ及び石炭Ｒを固液分離する。
【００１４】
冷却工程１６では、第１の液相成分Ｘを冷却して、石炭の可溶成分の一部である抽出石炭Ｄ（第１の固相成分）と、残部の第２の液相成分Ｙとを得る。第２分離工程１７では、冷却工程１６で得られた第２の液相成分Ｙ及び抽出石炭Ｄを固液分離する。第３分離工程１８では、第２分離工程１７で分離された第２の液相成分Ｙから溶剤を除き、その残部である抽出石炭Ｓ（第２の固相成分）を得る。つまり、石炭と溶剤とを混合した混合物から三種類の異なる石炭、すなわち、石炭Ｒ、抽出石炭Ｄ及び抽出石炭Ｓを得ることができる。
【００１５】
（石炭槽１１について）
石炭槽１１には、褐炭、亜瀝青炭などの粘結性の低い低品位炭が貯留されている。このような低品位炭から製鉄プロセス用原料である、コークス製造用原料、焼結鉱製造用固体燃料、および、高炉羽口吹込み用還元材として有用な改質炭を得ることにより、原料コストを低減することができる。
【００１６】
（溶剤槽１２について）
溶剤槽１２には、石炭槽１１に貯留された石炭の可溶成分を溶解するための溶剤が貯留されている。溶剤には、２環芳香族を主とする非水素供与性溶剤を用いることができる。非水素供与性溶剤は、主に石炭の乾留生成物から精製した、２環芳香族を主とする溶剤で、石炭誘導体である。この非水素供与性溶剤は、加熱状態でも安定であり、石炭との親和性に優れているため、溶剤に抽出される石炭成分の割合（以下、「抽出率」ともいう）が高く、また、石炭から各種石炭成分を抽出した後、溶剤を蒸留等の方法で容易に回収可能な溶剤である。さらに、回収した溶剤を再利用することもできる。
【００１７】
非水素供与性溶剤の主たる成分としては、２環芳香族であるナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、トリメチルナフタレン等が挙げられ、その他脂肪族側鎖をもつナフタレン類、また、これにビフェニルや長鎖脂肪族側鎖をもつアルキルベンゼンが含まれる。
【００１８】
非水素供与性溶剤は、沸点が１８０〜３３０℃のものが好ましい。沸点が１８０℃未満であると、加圧加熱工程１４での必要圧力が高くなり、また、溶剤を回収する工程で揮発による損失が大きくなり、溶剤の回収率が低下する。さらに、抽出石炭の抽出率が低下する。一方、３３０℃を超えると、後述する溶剤の分離が困難となり、溶剤の回収率が低下する。
【００１９】
このように、非水素供与性溶剤を使用して石炭の加熱抽出をすることにより、石炭の抽出率を高めることができる。また、非水素供与性溶剤は極性溶剤とは異なり、容易に溶剤を回収できるため、溶剤の循環使用が容易となる。さらに、高価な水素や触媒等を用いる必要がないため、安価なコストで石炭を可溶化して、経済性の向上を図ることができる。
なお、他の技術として、石炭から各種石炭成分を抽出した後、溶剤を回収して循環使用する必要がなければ、従来の石炭の液化方法等で用いられるテトラリンなどの水素供与性溶剤や、水素化したクレオソート油、水素化したアントラセン油、およびその混合物などを用いてもよい。
【００２０】
（混合工程１３について）
混合工程１３では、溶剤槽１２から供給される溶剤と、石炭槽１１から供給される石炭とを混合する。石炭と溶剤の混合物は、石炭の粒子が溶剤中に分散したスラリー状態で存在する。以下、この混合物をスラリーというものとする。
【００２１】
（加圧加熱工程１４について）
加圧加熱工程１４では、所定の抽出温度まで石炭と溶剤のスラリーを加熱する。この加熱処理は、スラリー中の溶剤が沸点に達しないように、加圧状態で行う。具体的には、圧力値を０．８〜２．５ＭＰａに設定することにより、溶剤の沸騰を防止し、石炭成分の抽出率を高めることができる。この圧力条件でスラリーの温度（より具体的にはスラリーの液温）が石炭の可溶成分が十分に抽出される温度（以下、該温度を抽出温度と称す）に達すると、石炭の可溶成分が溶剤に溶解する。この抽出温度は、３００〜４２０℃に設定するのが好ましい。３００℃よりも温度が低い場合には、石炭構成分子間の結合力を十分に低下させることができないため、石炭成分の抽出率が低下する。一方、４２０℃よりも温度が高い場合には、石炭の熱分解反応で生成されたラジカルの再結合が起こり、石炭成分の抽出率が低下する。また、石炭と溶剤のスラリーの加圧加熱処理は、不活性ガスの雰囲気内で行うのが好ましい。不活性ガスには、窒素ガスを用いることができる。抽出処理時間は、例えば、２０〜３０分に設定することができる。
【００２２】
したがって、加圧加熱工程１４における石炭と溶剤のスラリーの加圧加熱処理により、石炭の可溶成分が溶剤に溶解した第１の液相成分Ｘと溶剤に不溶解であった石炭の不溶解成分である石炭Ｒとを生成することができる。これらの生成物は第１分離工程１５に送られる。
【００２３】
第１分離工程１５では、第１の液相成分Ｘ及び石炭Ｒを固液分離する。固液分離方法には、重力沈下法を用いることができる。ここで分離して得られた石炭Ｒの用途については後述する。
【００２４】
第１分離工程１５で分離された第１の液相成分Ｘは、冷却工程１６に送液される。冷却工程１６に送液された第１の液相成分Ｘは冷却される。ここで、冷却温度が５０℃よりも高いと、抽出石炭Ｓ及び抽出石炭Ｄの抽出率が低下する。他方、冷却温度を２０℃より低くしても、前記抽出率が顕著に向上することはなく、却って冷却時間が長くなる。したがって、冷却温度は２０〜５０℃に設定するのが好ましい。
なお、本発明では、第１の液相成分Ｘを冷却することにより、褐炭、亜瀝青炭などの低品位炭を改質し、製鉄プロセス用原料である、コークス製造用原料、焼結鉱製造用固体燃料、および、高炉羽口吹込み用還元材として有用な抽出石炭Ｓ及び抽出石炭Ｄを抽出できることに特徴がある。したがって、上記冷却温度は、抽出石炭Ｓ及び抽出石炭Ｄの抽出率を向上するために好ましい範囲を示すものであり、抽出石炭Ｓ及び抽出石炭Ｄが抽出可能である限り上記冷却温度に限定されるものではない。
なお、上記冷却工程１６では、空冷を用いてもよいし、冷却温度や冷却速度などの冷却条件を制御できる冷却装置を用いることもできる。
【００２５】
冷却工程１６で得られた第２の液相成分Ｙ及び抽出石炭Ｄは、第２分離工程１７で固液分離される。第２分離工程１７での固液分離方法には、重力沈下法を用いることができる。ここで分離して得られた抽出石炭Ｄの用途については後述する。
【００２６】
第２分離工程１７で分離された第２の液相成分Ｙは、第３分離工程１８に送液される。第３分離工程１８では、第２の液相成分Ｙに含まれる溶剤が除去される。溶剤の除去方法には、蒸発乾固法やスプレードライ法を用いることができる。これにより、第２の液相成分Ｙに含まれる抽出石炭Ｓを固相状態で抽出することができる。
【００２７】
次に、抽出石炭Ｓ、抽出石炭Ｄ及び石炭Ｒの用途について詳細に説明する。図２は、抽出石炭Ｓ、抽出石炭Ｄ及び石炭Ｒの用途を説明するためのブロック図である。まず、第３分離工程１８にて得られた抽出石炭Ｓの用途について説明する。安価な低品位炭を改質して得られた抽出石炭Ｓは、コークス製造プロセスの原料炭として用いることで原料コスト低減およびコークス強度向上の効果が極めて高い。したがって、抽出石炭Ｓは、例えばコークスの配合炭として用いることができる。抽出石炭Ｓの性状を乾留前に求めておくことにより、抽出石炭Sを含む配合炭のコークス強度を推定することができる。これにより、褐炭、亜瀝青炭などの粘結性の低い低品位炭からコークス強度の向上効果が高い抽出石炭Sを得ることができる。さらに、抽出石炭Ｓ単体に比べてコークス強度向上効果は低くなるが、抽出石炭Ｓを抽出石炭Ｄ又は石炭Ｒと混合した混合炭Ｓ＋Ｄ、混合炭Ｓ＋Ｒをコークス製造用の配合炭として用いることもできる。
【００２８】
また、第２分離工程１７で得られた抽出石炭Ｄは、ミクロな気孔構造を備えており燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、燃焼性能に優れている。また、抽出石炭Ｄを乾留し炭化することにより、ミクロな気孔構造がさらに発達する。したがって、図２に図示するように、抽出石炭Ｄ、抽出石炭Ｄを炭化処理部で炭化させた炭化抽出石炭ＤＣは、焼結鉱製造プロセスの固体燃料、高炉の羽口から熱風とともに吹き込む還元材として用いることができる。後述する実施例に示すように、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭ＤＣは、鉄鉱石焼結用の固体燃料として現在使用されている粉コークスよりも、燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、燃焼性能が優れている。さらに、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭ＤＣは、高炉の羽口から熱風とともに吹き込まれる還元材として現在使用されている微粉炭よりも、燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、燃焼性能に優れている。さらにまた、抽出石炭Ｓ単体に比べてコークス強度向上効果は低くなるが、抽出石炭Dも同様にコークス強度向上効果を有しており、コークス製造用の配合炭として用いることもできる。
【００２９】
第１分離工程１５で得られた石炭Ｒは、ミクロな気孔構造を備えており、燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、燃焼性能に優れている。また、石炭Ｒを炭化させることにより、ミクロな気孔構造がさらに発達する。したがって、図２に図示するように、石炭Ｒ、この石炭Ｒを炭化させた炭化石炭Ｒｃ、抽出石炭Ｄ、この石炭Ｄを炭化させた炭化抽出石炭ＤＣ、抽出石炭Ｄ及び石炭Ｒの混合炭Ｄ＋Ｒ、この混合炭Ｄ＋Ｒを炭化させた炭化混合炭（Ｄ＋Ｒ）Ｃを、焼結鉱製造プロセスの固体燃料、高炉の羽口から熱風とともに吹き込む還元材として用いることができる。石炭Ｒ、炭化石炭Ｒｃ、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭ＤＣ、混合炭Ｄ＋Ｒ、炭化混合炭（Ｄ＋Ｒ）Ｃは、焼結鉱製造プロセスの固体燃料として現在使用されている粉コークスよりも、燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、燃焼性能が優れている。さらに、石炭Ｒ、炭化石炭Ｒｃ、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭ＤＣ、混合炭Ｄ＋Ｒ、炭化混合炭（Ｄ＋Ｒ）Ｃは、高炉の羽口から熱風とともに吹き込まれる還元材として現在使用されている微粉炭よりも、燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、燃焼性能が優れている。
【００３０】
抽出石炭Ｒ、Ｄなどを焼結鉱製造プロセスの固体燃料として使用する場合には、焼結鉱の原料となる粉状或いは適切な粒度に破砕調整された鉄鉱石、石灰石や蛇紋岩などの副原料などに上記抽出石炭Ｒ、Ｄなどの固体燃料を混入して、破砕および混練して造粒する。この造粒物は、例えば、ドワイトロイド式焼結機のパレット上に所定の厚さ（たとえば５００〜７００ｍｍ）で層状に装入される。そして、点火炉によって、造粒物の表層に含まれる燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速い燃焼性能が優れた抽出石炭Ｒ、Ｄなどの固体燃料に着火して、焼結処理を開始する。着火後はウインドボックスにより、下方に向けて空気を吸引しながら前記固体燃料、および前記固体燃料から放出される揮発分を燃焼させ、その燃焼熱によってパレット上の造粒物を焼結させて焼結ケーキとする。
【００３１】
焼結処理で得られた焼結ケーキは無端のパレットから送出された後、第１のクラッシャーにより破砕され、冷却される。続いて、第２のクラッシャーによりさらに破砕され、多段式の篩いにより、高炉用原料として所定の粒径を有する焼結鉱が得られる。
【００３２】
一方、抽出石炭Ｒ、Ｄなどを高炉の羽口から熱風とともに吹き込む還元材として用いる場合は、粉砕機により粉砕された後、羽口から熱風とともに高炉に吹き込まれる。熱風により熱せられた還元材は、微粉炭よりも燃焼開始温度が低く、燃焼速度も速いため、速やかに一酸化炭素や水素ガスなどの還元ガスとなって、高炉内に装入される塊状鉄鉱石、焼結鉱などを還元する。これにより羽口先での燃焼性が向上し、高炉の操業性を向上させることができる。
【実施例】
【００３３】
次に、以下に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３４】
（実施例１）
実施例１では、表１の試料１〜７についてそれぞれコークス強度を測定した。
【００３５】
【表１】
【００３６】
発明例である試料１はベース混合炭を９０質量％、抽出石炭Ｓを１０質量％の配合割合で配合した配合炭であり、発明例である試料２はベース混合炭を９０質量％、混合炭Ｓ＋Ｄ（改質炭Ｓと改質炭Ｄを１：１で混合）を１０質量％の配合割合で配合した配合炭であり、発明例である試料３はベース混合炭を９０質量％、混合炭Ｓ＋Ｒ（改質炭Ｓと石炭Ｒを１：１で混合）を１０質量％の配合割合で配合した配合炭であり、発明例である試料４はベース混合炭を９０質量％、抽出石炭Ｄを１０質量％の配合割合で配合した配合炭であり、比較例である試料５はベース混合炭を９０質量％、石炭Ｒを１０質量％の配合割合で配合した配合炭であり、比較例である試料６はベース混合炭を９０質量％、未改質炭を１０質量％の配合割合で配合した配合炭であり、参考例である試料７はベース配合炭が１００質量％の配合炭である。ベース混合炭は、強粘結炭と非微粘結炭を１：１の重量比で配合した配合炭である。
【００３７】
未改質炭として褐炭であるＬ炭を使用した。Ｌ炭の組成は、Ｃ：６６．８％、Ｈ：５．１％、Ｎ：０．６％、Ｏ：２７．５％であり、水分５０％である。Ｌ炭を実施形態１の工程にしたがって改質することにより、抽出石炭Ｓ、抽出石炭Ｄ、石炭Ｒを抽出した）。
【００３８】
溶剤には、メチルナフタレンを使用した。加圧加熱工程における加熱温度を３７０℃、圧力を２ＭＰａ、加圧加熱時間を１時間に設定した。重力沈下法により石炭Ｒを分離させた後に、第１の液相成分Ｘを２５℃まで冷却した。重力沈下法により抽出石炭Ｄを分離させた後に、第２の液相成分Ｙ中の溶剤を蒸発法により除去し抽出石炭Ｓを抽出した。
【００３９】
試料１〜７をそれぞれ試験コークス炉で乾留して、コークス強度を測定した。コークス強度の評価は、回転強度試験方法のドラム強度に基づき測定、評価を行った。
【００４０】
発明例である試料１のコークス強度が８７．４であり、発明例である試料２のコークス強度が８２．０であり、発明例である試料３のコークス強度が８１．２であり、発明例である試料４のコークス強度が８０．７であり、比較例である試料５のコークス強度が８０．１であり、比較例である試料６のコークス強度が７８．３であり、参考例である試料７のコークス強度が８０．７であった。未改質炭を配合した比較例である試料６のコークス強度（７８．３）は、未改質炭を配合しないベース配合炭の参考例である試料７のコークス強度（８０．７）に比べて低くなるが、未改質炭を改質して得られた抽出石炭Ｓ、抽出石炭Ｄ、抽出石炭Ｓと抽出石炭Ｄを配合したＳ＋Ｄ、及び抽出石炭Ｓと石炭Ｒを配合したＳ＋Ｒの試料のコークス強度（それぞれ、８７．４、８０．７、８２、８１．２）は未改質炭配合のコークス強度（７８．３）および石炭Ｒ配合のコークス強度（８０．１）に比べて高くなることがわかった。また、コークス強度の向上効果は、抽出石炭Ｓ、抽出石炭Ｄの順に高いことがわかった。さらに、発明例である抽出石炭Ｓを配合した試料１、発明例である抽出石炭Ｓと抽出石炭Ｄの混合炭（混合炭Ｓ＋Ｄ）を配合する試料２、発明例である抽出石炭Sと石炭Rの混合炭（混合炭S＋R）を配合する試料３、および発明例である抽出石炭Dを配合した試料４が、ベース配合炭の参考例である試料７と同等以上のコークス強度が得られることがわかった。したがって、安価な褐炭であるＬ炭を本実施例の方法で改質し、強粘結炭及び非微粘結炭の一部と置換することにより、安価に高強度コークスの製造が可能となることがわかった。
【００４１】
（実施例２）
実施例２では、表１に示す抽出石炭Ｄの燃焼性について評価を行った。抽出石炭Ｄは実施例１と同様の方法で褐炭であるＬ炭から抽出した。また、抽出石炭Ｄを炭化した炭化抽出石炭ＤＣについても燃焼性の評価を行った。なお、比較例として、粉コークスについても、同様の燃焼性評価を行った。
【００４２】
（ｉ）熱天秤を用いた反応開始温度、及び、反応速度最大温度の評価試験
まず、熱天秤に、所定の粒度（０．１５−０．２５ｍｍ）に調整した上記各試料を、所定の重量（１０−２０ｍｇ）入れ、空気雰囲気中で昇温して、重量減少を測定した。そして、重量減少率が安定して０．００２（１／ｍｉｎ）を超える温度を反応開始温度と定義して評価した。
【００４３】
また、重量減少曲線の傾きが最大となる温度（単位時間あたりの重量減少が最大となる温度）を、反応速度最大温度と定義して評価した。
【００４４】
（ｉｉ）焼結鍋試験評価（焼結プロセスにおける生産率、歩留まりの評価試験）
直径３０ｃｍ、層高６０ｃｍの焼結試験装置を用いて、所定の配合原料で焼結鉱を製造する試験を実施した。上記各試料は、原料に対してそれぞれ同じ重量比となるように配合して配合原料とした。この配合原料を焼結試験装置内に６０ｃｍ高さまで装入したのち、原料層の表層の固体燃料にプロパンガスバーナーで９０秒間点火する操作を行った。その後、１５ｋＰａの一定負圧で下方へ空気を吸引しながら焼結反応を行った。一連の焼結処理が完了した焼結体を、十分に冷却した後、２ｍ高さから４回落下させて破砕し、５ｍｍ以上の粒度を有するものを焼結鉱として回収した。このマテリアルバランスから焼結鉱の生産率および歩留まりを測定した。
【００４５】
評価は、生産率、製品歩留まりで行い、粉コークスを用いた比較例の生産率及び歩留まりを基準とし、比較例より優れている場合を○、さらにより優れている場合を◎で評価した。評価試験結果を表４に示す。
【００４６】
【表２】
【００４７】
表２に示すように、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭ＤＣは、粉コークスに比べて反応開始温度が低く、反応速度最大温度が低く、優れた燃焼性能を有していることがわかった。また、焼結鍋試験から、固体燃料として、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭ＤＣを用いることで、粉コークスに比べて生産率及び成品歩留が向上することが判った。従って、抽出石炭Ｄ、炭化抽出石炭ＤＣを焼結鉱製造プロセスの固体燃料として使用することにより、焼結鉱の生産率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１１ 石炭槽
１２ 溶剤槽
１３ 混合工程
１４ 加圧加熱工程
１５ 第１分離工程
１６ 冷却工程
１７ 第２分離工程
１８ 第３分離工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭と非水素供与性溶剤を混合し、該石炭と非水素供与性溶剤の混合物を加圧加熱し、石炭の不溶解成分と、石炭の可溶成分とが非水素供与性溶剤に溶解した第１の液相成分とを生成し、分離した後、該第１の液相成分を冷却することにより、前記石炭の可溶成分の一部を前記非水素供与性溶剤から抽出した第１の固相成分と残部の第２の液相成分とを生成し、分離し、さらに、該第２の液相成分から前記非水素供与性溶剤を分離することにより第２の固相成分を生成することを特徴とする石炭の改質方法。
【請求項２】
前記第１の液相成分を２０〜５０℃の温度に冷却することを特徴とする請求項１に記載の石炭の改質方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の石炭の改質方法で得られた前記石炭の不溶解成分および前記第１の固相成分の内の１種または２種を焼結鉱製造用固体燃料として使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の石炭の改質方法で得られた前記石炭の不溶解成分および前記第１の固相成分の内の１種または２種をさらに炭化処理した炭化物を焼結鉱用固体燃料として使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の石炭の改質方法で得られた前記石炭の不溶解成分および前記第１の固相成分の内の１種または２種を、高炉羽口吹き込み用還元材として使用することを特徴とする高炉の操業方法。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の石炭の改質方法で得られた前記石炭の不溶解成分および前記第１の固相成分の内の１種または２種をさらに炭化処理した炭化物を高炉羽口吹き込み用還元材として使用することを特徴とする高炉の操業方法。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の石炭の改質方法で得られた前記第１の固相成分、前記第２の固相成分、前記第２の固相成分と前記第１の固相成分の混合物、および前記第２の固層成分と前記石炭の不溶解成分の混合物の内のいずれか1種を高炉用コークス製造用原料炭として用いることを特徴とするコークスの製造方法。
【請求項１】
石炭と非水素供与性溶剤を混合し、該石炭と非水素供与性溶剤の混合物を加圧加熱し、石炭の不溶解成分と、石炭の可溶成分とが非水素供与性溶剤に溶解した第１の液相成分とを生成し、分離した後、該第１の液相成分を冷却することにより、前記石炭の可溶成分の一部を前記非水素供与性溶剤から抽出した第１の固相成分と残部の第２の液相成分とを生成し、分離し、さらに、該第２の液相成分から前記非水素供与性溶剤を分離することにより第２の固相成分を生成することを特徴とする石炭の改質方法。
【請求項２】
前記第１の液相成分を２０〜５０℃の温度に冷却することを特徴とする請求項１に記載の石炭の改質方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の石炭の改質方法で得られた前記石炭の不溶解成分および前記第１の固相成分の内の１種または２種を焼結鉱製造用固体燃料として使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の石炭の改質方法で得られた前記石炭の不溶解成分および前記第１の固相成分の内の１種または２種をさらに炭化処理した炭化物を焼結鉱用固体燃料として使用することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の石炭の改質方法で得られた前記石炭の不溶解成分および前記第１の固相成分の内の１種または２種を、高炉羽口吹き込み用還元材として使用することを特徴とする高炉の操業方法。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の石炭の改質方法で得られた前記石炭の不溶解成分および前記第１の固相成分の内の１種または２種をさらに炭化処理した炭化物を高炉羽口吹き込み用還元材として使用することを特徴とする高炉の操業方法。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の石炭の改質方法で得られた前記第１の固相成分、前記第２の固相成分、前記第２の固相成分と前記第１の固相成分の混合物、および前記第２の固層成分と前記石炭の不溶解成分の混合物の内のいずれか1種を高炉用コークス製造用原料炭として用いることを特徴とするコークスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−９９０１１（Ｐ２０１１−９９０１１Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５３１２９（Ｐ２００９−２５３１２９）
【出願日】平成２１年１１月４日（２００９．１１．４）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月４日（２００９．１１．４）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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