JP2005194462A - コークスの表面破壊強度推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 精度の高い、コークスの表面破壊強度の推定方法を提供する。
【解決手段】 予め求められた石炭のビトリニット平均反射率Ｒo、または、石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）が１．３以上の条件で乾留して得られたコークス中の低円形度気孔量Ｌと、その石炭を軟化時の空隙充填度（Ｓ）が１．３以上の条件で乾留して得られるコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係、および、石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）とコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係を基に、配合炭を構成する各石炭のビトリニット平均反射率Ｒo、各石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）、および、各石炭の配合率とから、乾留後のコークスの表面破壊強度を推定するコークスの表面破壊強度推定方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、高炉用コークスの表面破壊強度の推定方法に関するものである。

一般に、コークスは、多くの銘柄の石炭を所定割合で配合し、この配合炭をコークス炉に装入後、所定温度および所定時間で乾留することにより製造される。コークスは、製鉄プロセスにおいて、鉄鉱石等の鉄含有原料とともに高炉の原料として用いられ、高炉の安定操業のために所定のコークス品質が要求される。

特に、品質上、コークスは、高炉までの輸送および高炉の装入時の衝撃や高炉内での上からの荷重に耐えるため、所定の値以上の強度を持つことが要求される。

コークス強度を示す代表的な指数として、ＪＩＳ Ｋ２１５１に規定されたドラム強度指数、ＡＳＴＭのタンブラー強度指数などがある。これらの指数はいずれも内側に羽のついた円筒形の容器にコークスを装入し、容器を規定回数回転させた後コークスを取り出し、規定の大きさの篩上（または篩下）の試料質量の初期試料質量に対する百分率によって表される。つまり、所定の機械的衝撃をコークスに与えたときに粉コークスにならないで塊コークスとしてどの程度残るかを表す指数である。

コークス強度は原料炭の種類に影響されるため、石炭の配合を変更する際などには、乾留後のコークス強度を一定に維持するために、事前にコークス強度を予測する必要がある。

そのため、石炭の性状からコークス強度を推定する技術が開発されており、従来、主に、石炭化度を表す性状と粘結性を表す性状とからコークス強度を推定していた。石炭化度を表す性状としては、揮発分、反射率、炭素含有量などが用いられ、粘結性を表す性状としては、ＪＩＳ Ｍ８８０１に規定されている膨張性や流動性などが用いられている。

また、その他に、石炭組織分析値から石炭化度と粘結性に相当する２つのパラメーターを算出してコークス強度を推定する方法や、元素分析値から石炭化度と粘結性に相当する２つのパラメーターを算出してコークス強度を推定する方法なども開発されていた。

しかし、これらの方法は、いずれも、石炭性状あるいは石炭性状を加工したパラメーターから直接コークス強度を推定しており、使用する石炭が大幅に変更された場合などに、十分な精度でコークス強度を推定することができない。

そこで、特許文献１においては、コークス強度測定試験において生成する粉コークスを、表面破壊により生成する粉コークスと体積破壊により生成する粉コークスとに分離して、それぞれを、乾留前に測定した配合炭を構成する各石炭の性状に基づいて推定し、それぞれの和から、乾留後のコークス強度を推定する方法が開示されている。

ここでは、コークスの表面破壊により生成する粉コークス量（コークスの表面破壊強度に相当する。以下、「コークスの表面破壊強度」という）は、配合炭を構成する各石炭の膨張率または比容積を該石炭の配合割合で加重平均した値と、コークス強度試験後の６ｍｍ以下の粉コークス生成量との関係から推定している。

しかし、この方法においても、配合炭の石炭化度などが大きく変動した場合、あるいは、石炭水分、コークス炉装入時の嵩密度などの操業変動の際に、十分な精度で表面破壊強度を推定できないという問題がある。

また、特許文献２においては、乾留前に測定された石炭軟化時の比容積と、コークス炉装入時の嵩密度とから、これらの積で表される石炭軟化時の空隙充填度を求め、この石炭軟化時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。

しかし、この方法においても、配合炭の石炭化度などが大きく変動した場合、あるいは、特定の石炭の配合比率が高い場合は、石炭軟化時の空隙充填度のみでコークスの表面破壊強度を、十分な精度で表面破壊強度を推定できないという問題がある。

特開平９−２６３７６４号公報 特開２００２−１２１５６５号公報

本発明は、上述したような従来技術の問題点に鑑みて、精度の高い、コークスの表面破壊強度の推定方法を提供することを目的とするものである。

即ち、本発明の要旨とすることろは以下の通りである。

（１）予め求められた石炭のビトリニット平均反射率Ｒoとその石炭を軟化時の空隙充填度（Ｓ）が１．３以上の条件で乾留して得られるコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係、および、石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）とコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係を基に、配合炭を構成する各石炭のビトリニット平均反射率Ｒo、各石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）、および、各石炭の配合率とから、乾留後のコークスの表面破壊強度を推定することを特徴とするコークスの表面破壊強度推定方法。

（２）予め求められた石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）が１．３以上の条件で乾留して得られたコークス中の低円形度気孔量Ｌとそのコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係、および、石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）とコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係を基に、配合炭を構成する各石炭を乾留して得られるコークス中の低円形度気孔量Ｌ、各石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）、および、各石炭の配合率とから、乾留後のコークスの表面破壊強度を推定することを特徴とするコークスの表面破壊強度推定方法。

（３）前記石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）は、下記（１）式を用いて求められることを特徴とする前記（１）または（２）に記載のコークスの表面破壊強度推定方法。

Ｓ＝Ｓｖ×Ｂｄ ・・・（１）
但し、Ｓｖは石炭の軟化時の比容積（ｃｍ³／ｇ）、Ｂｄは石炭の装入時の嵩密度（ｇ／ｃｍ³）を示す。

（４）下記（２）式を用いて前記コークスの表面破壊強度を推定することを特徴とする前記（１）または（３）に記載のコークスの表面破壊強度推定方法。

ＤＩ¹⁵⁰ ₆＝ΣＧ（Ｒｏ）×Ｆ（ΣＳ）／Ｆｍａｘ ・・・（２）
但し、ＤＩ¹⁵⁰ ₆は配合炭を乾留して得られるコークスの表面破壊強度の推定値（−）、Ｒｏは石炭のビトリニット平均反射率（％）、Ｓは石炭の軟化時の空隙充填度（−）、Ｇ（Ｒｏ）は石炭のビトリニット平均反射率（Ｒo）とその石炭を軟化時の空隙充填度（Ｓ）が１．３以上の条件で乾留して得られるコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係から実験的に求められる関数、ΣＧ（Ｒｏ）は各Ｇ（Ｒｏ）について各石炭の配合率で加重平均した値、Ｆ（Ｓ）は石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）とコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係から実験的に求められる関数、ΣＳは配合炭を構成する各石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）について各石炭の配合率で加重平均した値、ＦｍａｘはＳ≧１．３で決められるＦ（Ｓ）の最大値（定数）を示す。

（５）下記（３）式を用いて前記コークスの表面破壊強度を推定することを特徴とする前記（２）に記載のコークスの表面破壊強度推定方法。

ＤＩ¹⁵⁰ ₆＝ΣＨ（Ｌ）×Ｆ（ΣＳ）／Ｆｍａｘ ・・・（３）
但し、ＤＩ¹⁵⁰ ₆は配合炭を乾留して得られるコークスの表面破壊強度の推定値（−）、Ｌは石炭を乾留して得られるコークス中の低円形度気孔量、Ｓは石炭の軟化時の空隙充填度（−）、Ｈ（Ｌ）は石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）が１．３以上の条件で乾留して得られたコークス中の低円形度気孔量Ｌとそのコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係から実験的に求められる関数、ΣＨ（Ｌ）は各Ｈ（Ｌ）について各石炭の配合率で加重平均した値、Ｆ（Ｓ）は石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）とコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係から実験的に求められる関数、ΣＳは配合炭を構成する各石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）について各石炭の配合率で加重平均した値、ＦｍａｘはＳ≧１．３で決められるＦ（Ｓ）の最大値（定数）を示す。

（６）前記コークス中の低円形度気孔（Ｌ）は、下記（４）式で定義される円形度（δ）が０．２以上であることを特徴とする前記（２）〜（５）の何れかに記載のコークスの表面破壊強度推定方法。

δ＝（４π×Ｓ）／（ｌ²） ・・・（４）
但し、Ｓはコークス断面における気孔面積（ｍｍ²）、ｌは気孔の周囲長（ｍｍ）を示す。

本発明により、コークス表面破壊強度を精度よく推定できるため、コークス表面破壊強度とコークス体積破壊強度とから推定されるコークス強度の推定精度も従来に比べ向上することができる。

また、低炭化度の非粘結炭を多量に配合する場合でも、本発明の適用によりコークス強度を精度良く推定できる。

上述したように、一般にコークス強度を示す代表的な指数として、ＪＩＳ Ｋ２１５１に規定されたドラム強度指数（１５０回転後の１５ｍｍふるい上百分率、以下ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅と略す）、ＡＳＴＭのタンブラー強度指数などが知られている。

ドラム強度指数ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅は、ドラム試験等の回転試験によりコークスを１５０回転した後に脆性破壊を起こして発生したコークス粉のうち、１５ｍｍ篩上のコークス粉の百分率（％）を示すものである。

一方、このドラム試験で発生する１５ｍｍ以下（１５ｍｍ篩下）のコークス粉は、破壊メカニズムの違いにより、体積破壊により発生する６〜１５ｍｍのコークス粉と、表面破壊により発生する６ｍｍ未満のコークス粉に分けられることが知られている。

体積破壊により生成する６〜１５ｍｍのコークス粉率は、ドラム試験での１５０回転後の６ｍｍ篩上かつ１５ｍｍ篩下のコークス粉率ＤＩ¹⁵⁰ _6-15と定義され、ドラム試験での１５０回転後の６ｍｍ篩上のコークス粉率ＤＩ¹⁵⁰ ₆とドラム強度指ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅の測定値からＤＩ¹⁵⁰ ₆−ＤＩ¹⁵⁰ ₁₅と表される。

また、表面破壊により生成する６ｍｍ未満のコークス粉率は、ドラム試験での１５０回転後の６ｍｍ篩上のコークス粉率ＤＩ¹⁵⁰ ₆から１００−ＤＩ¹⁵⁰ ₆と表される。

本発明においては、コークスの表面破壊強度をＤＩ¹⁵⁰ ₆と定義し、ＤＩ¹⁵⁰ ₆が向上するとともに、ドラム試験での１５０回転後の６ｍｍ篩上の表面破壊により生成するコークス粉率が減少する。

上記ドラム試験で体積破壊により発生する６〜１５ｍｍのコークス粉は、コークス中の巨視的な亀裂を起点として発生し、その亀裂は乾留時のコークス内温度分布と石炭再固化時の収縮係数に支配される。このコークス内の温度分布は炉温から推定可能であり、また炭種による再固化時の収縮係数の違いは、再固化温度の相違によるものであるので、特許文献１に示されるように、炉温と再固化温度から体積破壊により発生する６〜１５ｍｍの粉率、つまり、コークスの体積破壊強度は推定可能である。

一方、上記ドラム試験で表面破壊により発生する６ｍｍ未満のコークス粉は、特許文献１、２などに開示されているように、石炭の軟化膨張時の非接着粒界と連結気孔といった欠陥に依存することが知られている。この非接着粒界とは、石炭粒子が十分接着しないままコークス化し、粒子と粒子の境界に空隙が存在する場合に生成する。

連結気孔と石炭粒子が自由膨張状態になった結果、気泡が破裂して連結してできた大きな気孔である。石炭粒子間の空隙率に対して石炭の膨張率が高いと石炭粒子同士が全表面で接着し、表面破壊しにくいコークスになる。

一方、石炭粒子間の空隙率に対して石炭の膨張率が低いと石炭粒子は自由に膨張し、自由に膨張すると気泡が破裂し、連結気孔や非接着粒界が生成して表面破壊しやすい脆弱なコークスになる。

つまりコークスの表面破壊強度を支配する非接着粒界と連結気孔は、石炭軟化時の空隙充填度つまり石炭粒子同士の接着度に支配され、石炭の軟化時比容積Ｓｖと装入嵩密度Ｂｄを基に、石炭軟化時の空隙充填度（Ｓｖ×Ｂｄ）を推定すれば、コークス中に非接着粒界と連結気孔を予測でき、表面破壊強度を推定できると従来考えられてきた。

本発明は、上記知見を基に、特にコークスの表面破壊強度の推定精度をさらに向上するものであり、以下の新たな知見を基になされたものである。

以下に、本発明の詳細について説明する。

図１は、石炭の炭化度の指標であるビトリニットの平均反射率Ｒoと表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆との関係を示す。

ここでは、１１種類の石炭について、従来の表面破壊強度の推定において表面破壊強度を一義的に決定するパラメータと考えられていた上記の空隙充填度（Ｓ＝Ｓｖ×Ｂｄ）を１．３以上に設定してコークス炉で乾留して得られたコークス強度との関係を調査した。

なお、空隙充填度（Ｓ＝Ｓｖ×Ｂｄ）が１．３以上の条件では、従来知見によれば、石炭の軟化膨張時に石炭粒子同士がほぼ全表面で接着し、自由膨張が抑制され連結気孔も少ないため、表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆はほぼ一定となることが予想される。

しかし、この図から明らかなように、表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆は、石炭のビトリニットの平均反射率Ｒoにより変化し、Ｒo＝１．３で表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆は極小値をとり、Ｒo が１．３より低くても、Ｒo が１．３より高くても、表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆は減少する。

図中に示す石炭Ｂ、Ｄの平均反射率Ｒo、軟化時比容積ＳＶ、装入嵩密度Ｂｄ、軟化時空隙充填度（Ｓ＝Ｓｖ×Ｂｄ）、および、コークス表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆を表１に示す。

この表から明らかなように、石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓｖ×Ｂｄ）が全く同じ条件であっても炭化度の指標であるビトリニットの平均最大反射率Roが異なる２種類の石炭炭Ａ、Ｂを乾留して得られるコークスの表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆は大きく異なり、従来法における空隙充填度のみでは表面破壊強度を十分に推定できない。

コークスの表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆が、従来の石炭の軟化時の空隙充填度が充分に高く（Ｓ＝Ｓｖ×Ｂｄ≧１．３）、石炭粒子の非接着粒界の形成が抑制させる条件において、石炭の炭化度の指標であるビトリニットの平均反射率Ｒoと良好な相関性をもつ理由は、石炭のビトリニットの平均反射率Ｒoがコークス表面破壊の挙動、特に、表面破壊の欠陥となる連結気孔（複数の気孔が連結して粗大化した気孔）の量を決める石炭性状のパラメータであるからと考えられる。

これらの知見を基に、本発明は、第１に、予め求められた石炭のビトリニット平均反射率Ｒoとその石炭を軟化時の空隙充填度（Ｓ）が１．３以上の条件で乾留して得られるコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係、および、石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）とコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係を基に、配合炭を構成する各石炭のビトリニット平均反射率Ｒo、各石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）、および、各石炭の配合率とから、乾留後のコークスの表面破壊強度を推定することを特徴とする。

上記石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）は、例えば、下記（１）式を用いて求められることができる。

Ｓ＝Ｓｖ×Ｂｄ ・・・（１）
但し、Ｓｖは石炭の軟化時の比容積（ｃｍ³／ｇ）、Ｂｄは石炭の装入時の嵩密度（ｇ／ｃｍ³）を示す。

また、前記本発明の第１の方法は、例えば、下記（２）式を用いて操業時の配合炭を乾留して得られるコークスの表面破壊強度を推定することができる。

ＤＩ¹⁵⁰ ₆＝ΣＧ（Ｒｏ）×Ｆ（ΣＳ）／Ｆｍａｘ ・・・（２）
但し、ＤＩ¹⁵⁰ ₆は配合炭を乾留して得られるコークスの表面破壊強度の推定値（−）、Ｒｏは石炭のビトリニット平均反射率（％）、Ｓは石炭の軟化時の空隙充填度（−）を示す。

上記（２）式において、Ｇ（Ｒｏ）は予め測定した単銘柄の石炭のビトリニット平均反射率（Ｒo）とその石炭を軟化時の空隙充填度（Ｓ）が１．３以上の条件で乾留して得られるコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係であり、例えば、図１に示す関係グラフを基に、最小二乗法などを用いて実験的に求められる。

例えば、図１中の曲線は、少なくとも４点以上のデータを最小二乗法を用いて、
Ｇ（Ｒｏ）＝ｈ×Ｒｏ³＋ｉ×Ｒｏ²＋ｊ×Ｒｏ＋ｋ
の３次関数として求められる。

なお、ｈ、ｉ、ｊ、ｋは、何れも、図１のデータから求められる定数である。

また、ΣＧ（Ｒｏ）は、上記Ｇ（Ｒｏ）の関数を基に、配合炭を構成する各石炭のＧ（Ｒｏ）を求めた後、各石炭の配合率で加重平均した値を示す。

上記（２）式において、Ｆ（Ｓ）は石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）とコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係から実験的に求められる関数であり、例えば、図３に示す関係グラフを基に、最小二乗法などを用いて実験的に求められる。

例えば、図３中の曲線は、少なくとも７点以上のデータを最小二乗法を用いて、
Ｆ（Ｓ）＝ａ×Ｓ⁶＋ｂ×Ｓ⁵＋ｃ×Ｓ⁴＋ｄ×Ｓ³+ｅ×Ｓ²＋ｆ×Ｓ＋ｇ
の６次関数として求められる。

なお、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、何れも、図３のデータから求められる定数である。

また、ΣＳは配合炭を構成する各石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）について各石炭の配合率で加重平均した値を示す。この加重平均した値ΣＳは、図３に示す単一銘柄の石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）の場合と同様に、コークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）と良い相関性を示す。

また、Ｆｍａｘは、Ｓ≧１．３で決められるＦ（Ｓ）の最大値（定数）を示し、図３のＳ≧１．３の範囲におけるほぼ一定の表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆データ中の代表値、または、それらの平均値が用いられる。

したがって、本発明の第１の方法は、上記（２）式に従って、石炭のビトリニット平均反射率Ｒoとその石炭を軟化時の空隙充填度（Ｓ）が１．３以上の条件で乾留して得られるコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係を基に予め求められた関数Ｇ（Ｒｏ）から配合炭を構成する各石炭のＧ（Ｒｏ）を求めた後、各石炭の配合率で加重平均した値ΣＧ（Ｒｏ）を求め、また、石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）とコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係を基に予め求められた関数Ｆ（Ｓ）から、配合炭を構成する各石炭の空隙充填度（Ｓ）について各石炭の配合率で加重平均した値ΣＳに対するＦ（ΣＳ）を求めた後、さらに、前記ΣＧ（Ｒｏ）と、前記Ｆ（ΣＳ）のＳ≧１．３における最大値Ｆｍａｘ（定数）に対する前記Ｆ（ΣＳ）の比（Ｆ（ΣＳ）／Ｆｍａｘ）とを積算することにより、操業時の配合炭から乾留して得られるコークスの表面破壊強度を推定できる。

図２は、図１と同様に、軟化時の空隙充填度の影響がない条件（Ｓ＝Ｓｖ×Ｂｄ≧１．３）におけるコークス中の低円形度気孔量Ｌと、表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆との関係を示す。

ここで、低円形度気孔量Ｌは石炭の軟化時に生成する複数の気孔が連結する度合いを示す指標であり、低円形度気孔量が大きいほど表面破壊により生成する粉コークスは増加する。

図２に示されるように、コークスの表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆は、石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ＝Ｓｖ×Ｂｄ）の影響がない条件（Ｓ＝Ｓｖ×Ｂｄ≧１．３）におけるコークス中の低円形度気孔量Ｌと良い相関性があり、上述のビトリニットの石炭平均反射率Ｒoとの相関性よりも高い。

図中に示す石炭Ｇ、Ｈのビトリニットの平均反射率Ｒo、軟化時比容積ＳＶ、装入嵩密度Ｂｄ、軟化時空隙充填度（Ｓ＝Ｓｖ×Ｂｄ）、低円形度気孔量Ｌ、および、コークス表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆を表１に示す。

この表から、石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ＝Ｓｖ×Ｂｄ）およびビトリニットの平均反射率Ｒoが全く同じ条件であっても、低円形度気孔量Ｌが異なる２種類の石炭Ｃ、Ｄを乾留して得られるコークスの表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆は異なることから、従来の空隙充填度のみから推定する方法およびこれとビトリニットの平均反射率Ｒoから推定する方法に比べて、空隙充填度に低円形度気孔量Ｌを考慮して表面破壊強度を推定する方法は、より推定精度を向上することが可能となる。

この理由については、石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓｖ×Ｂｄ）が充分に高く（Ｓ＝Ｓｖ×Ｂｄ≧１．３）、石炭粒子の非接着粒界の形成が抑制される条件において、コークス中の低円形度気孔量Ｌは、上述の石炭の平均反射率Ｒoに比べて、より直接的に表面破壊の欠陥となる連結気孔（複数の気孔が連結して粗大化した気孔）の量を決める石炭性状のパラメータとなり得るからであると考えられる。

これらの知見を基に、本発明は、第２に、予め求められた石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）が１．３以上の条件で乾留して得られたコークス中の低円形度気孔量Ｌとそのコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係、および、石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）とコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係を基に、配合炭を構成する各石炭のビトリニット平均反射率Ｒo、各石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）、および、各石炭の配合率とから、乾留後のコークスの表面破壊強度を推定することを特徴とする。

上記石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）は、例えば、下記（１）式を用いて求めることができる。

Ｓ＝Ｓｖ×Ｂｄ ・・・（１）
但し、Ｓｖは石炭の軟化時の比容積（ｃｍ³／ｇ）、Ｂｄは石炭の装入時の嵩密度（ｇ／ｃｍ³）を示す。

また、前記本発明の第２の方法は、例えば、下記（３）式を用いて操業時の配合炭を乾留して得られるコークスの表面破壊強度を推定することができる。

ＤＩ¹⁵⁰ ₆＝ΣＨ（Ｌ）×Ｆ（ΣＳ）／Ｆｍａｘ ・・・（３）
但し、ＤＩ¹⁵⁰ ₆は配合炭を乾留して得られるコークスの表面破壊強度の推定値（−）、Ｌは石炭を乾留して得られるコークス中の低円形度気孔量、Ｓは石炭の軟化時の空隙充填度（−）を示す。

上記（３）式において、Ｈ（Ｌ）は、予め測定した単銘柄の石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）が１．３以上の条件で乾留して得られたコークス中の低円形度気孔量Ｌとそのコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係であり、例えば、図２に示す関係グラフを基に最小二乗法などを用いて実験的に求められる。

例えば、図２中の曲線は、少なくとも２点以上のデータを最小二乗法を用いて、
Ｈ（Ｌ）＝ｌ×Ｌ＋ｍ
の１次関数として求められる。

なお、ｌ、ｍは、図２のデータから求められる定数である。また、ΣＨ（Ｌ）は、上記Ｈ（Ｌ）の関数を基に、配合炭を構成する各石炭のＨ（Ｌ）を求めた後、各石炭の配合率で加重平均した値を示す。

上記（３）式において、Ｆ（Ｓ）は、石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）とコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係から実験的に求められる関数であり、例えば、図３に示す関係グラフを基に、最小二乗法などを用いて実験的に求められる。

例えば、図３中の曲線は、少なくとも７点以上のデータを最小二乗法を用いて、
Ｆ（Ｓ）＝ａ×Ｓ⁶＋ｂ×Ｓ⁵＋ｃ×Ｓ⁴＋ｄ×Ｓ³+ｅ×Ｓ²＋ｆ×Ｓ＋ｇ
の６次関数として求められる。

なお、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、何れも、図３のデータから求められる定数である。また、ΣＳは配合炭を構成する各石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）について各石炭の配合率で加重平均した値を示す。この加重平均した値ΣＳは、図３に示す単一銘柄の石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）の場合と同様に、コークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）と良い相関性を示す。

また、Ｆｍａｘは、Ｓ≧１．３で決められるＦ（Ｓ）の最大値（定数）を示し、図３のＳ≧１．３の範囲におけるほぼ一定の表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆データ中の代表値、または、それらの平均値が用いられる。

したがって、本発明の第２の方法は、上記（３）式に従って、石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）が１．３以上の条件で乾留して得られたコークス中の低円形度気孔量Ｌとそのコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係を基に予め求められた関数Ｈ（Ｌ）から配合炭を構成する各石炭のＨ（Ｌ）を求めた後、各石炭の配合率で加重平均した値ΣＨ（Ｌ）を求め、また、石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）とコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係を基に予め求められた関数Ｆ（Ｓ）から、配合炭を構成する各石炭の空隙充填度（Ｓ）について各石炭の配合率で加重平均した値ΣＳに対するＦ（ΣＳ）を求めた後、さらに、前記Ｈ（Ｌ）と、前記Ｆ（ΣＳ）のＳ≧１．３における最大値Ｆｍａｘ（定数）に対する前記Ｆ（ΣＳ）の比（Ｆ（ΣＳ）／Ｆｍａｘ）とを積算することにより、操業時の配合炭から乾留して得られるコークスの表面破壊強度を推定できる。

また、本発明の第２の方法において、石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）が１．３以上の条件で乾留して得られたコークス中の低円形度気孔量Ｌは、下記（４）式で求められる円形度が０．２以下の気孔量とするのが好ましい。

δ＝（４π×Ｓ）／（ｌ²） ・・・（４）
但し、Ｓ：気孔面積（ｍｍ²）、ｌ：気孔の周囲長（ｍｍ）
本発明において、低円形度気孔量Ｌは、直接的に表面破壊の欠陥となる連結気孔（複数の気孔が連結して粗大化した気孔）の量を決める石炭性状のパラメータとして取り扱うため、石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓｖ×Ｂｄ）が充分に高く（Ｓ＝Ｓｖ×Ｂｄ≧１．３）、石炭粒子の非接着粒界の形成が抑制させる条件におけるコークス中の上記（４）式で求められる円形度が０．２以下の低円形度気孔量Ｌを測定することによって、実際の表面破壊挙動に反映させることが可能となる。

コークス中の低円形度気孔量Ｌは、例えば、以下の方法によって求められる。

１）石炭を３ｍｍ以下の質量比７０〜８５％に粉砕し、乾留してコークスを製造した後、試料を採取し、その切断面を樹脂埋めして顕微鏡写真を作成する。

２）顕微鏡写真の画像解析を行いコークス壁と気孔を２値化処理し、円形度が所定値以下の気孔を低円形度気孔と特定する。なお、円形度の所定値については、コークス強度指数（ＤＩ1506）に影響を及ぼす欠陥を表すものであれば特に限定はしないが、通常は０．２を用いることが好ましい。

３）低円形度気孔の累積周囲長Ｌｓ（ｍｍ）、写真の領域面積Ｓａ（ｍｍ²）を、それぞれ求め、低円形度気孔量Ｌ（ｍｍ/ｍｍ²）＝Ｌｓ／Ｓａとして求める。

なお、本発明において、石炭の軟化時の比容積Ｓｖ（ｃｍ³／ｇ）、は、ＪＩＳ M８８０１に規定されている膨張性測定装置を使用して測定され、石炭の装入時の嵩密度Ｂｄは、石炭の装入量とコークス炉の容積から求められるから、これらの測定値から、上記（２）式により石炭の軟化時の空隙充填度Ｓは（−）を求めることができる。

また、石炭のビトリニット平均反射率Ｒo（％）は、ＪＩＳ Ｍ８８１６の石炭の微細組織成分および反射率測定方法記載の方法で測定される。

表１に示す石炭を表２に示す配合率（質量％）で配合し、炭化室容積３４ｍ³のコークス炉を用いて、炉温１１５０℃で乾留して高炉用コークスを製造し、その後、採取したコークスについて、ＪＩＳＫ２１５１に規定されるドラム強度試験で測定される表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆を推定した。

図４は、比較例として、図３に示した予め求められた石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）とコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係式Ｆ（Ｓ）を基に、配合炭を構成する各石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）を求め、配合炭を構成する各石炭の空隙充填度（Ｓ）について各石炭の配合率で加重平均した値ΣＳに対するＦ（ΣＳ）を求めることにより、コークスの表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆を推定したものである。

なお、Ｆ（Ｓ）の関係式は、
Ｆ（Ｓ）＝ａ×Ｓ⁶＋ｂ×Ｓ⁵＋ｃ×Ｓ⁴＋ｄ×Ｓ³+ｅ×Ｓ²＋ｆ×Ｓ＋ｇ
であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、何れも、図３のデータから求められる定数である。

図５は、発明例１として、比較例の推定式に対して、さらに、図１に示した予め求められた石炭の炭化度の指標であるビトリニットの平均反射率（Ｒo）とコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係式Ｇ（Ｒ０）を基に、配合炭を構成する各石炭の軟化時の空隙充填度Ｇ（Ｒ０）を求め、各石炭の空隙充填度Ｇ（Ｒ０）について各石炭の配合率の加重平均値ΣＧ（Ｒ０）をパラメータとして加えた上記（２）式を用いて、コークスの表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆を推定したものである。

なお、Ｇ（Ｒｏ）の関数は、
Ｇ（Ｒｏ）＝ｈ×Ｒｏ³＋ｉ×Ｒｏ²＋ｊ×Ｒｏ＋ｋ
であり、ｈ、ｉ、ｊ、ｋは、何れも、図１のデータから求められる定数である。

図６は、発明例２として、比較例の推定式に対して、さらに、図２に示した予め求められた石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）が１．３以上の条件で乾留して得られたコークス中の低円形度気孔量Ｌとそのコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係式Ｈ（Ｌ）を基に、配合炭を構成する各石炭の軟化時の空隙充填度Ｈ（Ｌ）を求め、各石炭の空隙充填度Ｈ（Ｌ）について各石炭の配合率の加重平均値ΣＨ（Ｌ）をパラメータとして加えた上記（３）式を用いて、コークスの表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆を推定したものである。

なお、Ｈ（Ｌ）の関数は、Ｈ（Ｌ）＝ｌ×Ｌ＋ｍであり、ｌ、ｍは、図２のデータから求められる定数である。

表２に比較例、発明例１および発明例２のコークス表面破壊強度の推定値およびＤＩ¹⁵⁰ ₆の実測値を示す。

表２および図４〜図６に示すように、比較例に比べて、発明例１および発明例２によるコークス表面破壊強度の推定値はＤＩ¹⁵⁰ ₆の実測値に近く、非常に推定精度が高いことが分かる。

本発明により、コークス表面破壊強度を精度よく推定できるため、コークス表面破壊強度とコークス体積破壊強度とから推定されるコークス強度の推定精度も従来に比べ向上することができる。

その結果、石炭の配合の変更などの際にも乾留後のコークス強度を高精度で予測することにより所定のコーク品質を安定して維持し、高炉の安定操業と効率的操業を可能とするため、その工業上の経済的価値は非常に高いものである。

また、低炭化度の非粘結炭を多量に配合する場合でも、本発明の適用によりコークス強度を精度良く推定できるため、安価な非微粘結炭を多量に使用しつつ、強度に優れたコークスを安定して製造することが可能となる。

したがって、本発明は、鉄鋼製造産業において利用可能性が大きいものである。

石炭のビトリニットの平均反射率Ｒoと軟化時の空隙充填度Ｓが１．３以上で乾留したコークスの表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆との関係を示す図である。 石炭の軟化時の空隙充填度Ｓが１．３以上で乾留したコークス中の低円形度気孔量Ｌと、表面破壊強度ＤＩ¹⁵⁰ ₆との関係を示す図である。 石炭の軟化時の空隙充填度ＳとＤＩ¹⁵⁰ ₆の関係を示す図である。 比較例によるＤＩ¹⁵⁰ ₆推定値とＤＩ¹⁵⁰ ₆実測値の関係を示す図である。 発明例１によるＤＩ¹⁵⁰ ₆推定値とＤＩ¹⁵⁰ ₆実測値の関係を示す図である。 発明例２によるＤＩ¹⁵⁰ ₆推定値とＤＩ¹⁵⁰ ₆実測値の関係を示す図である。

Claims (6)

1. 予め求められた石炭のビトリニット平均反射率Ｒoとその石炭を軟化時の空隙充填度（Ｓ）が１．３以上の条件で乾留して得られるコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係、および、石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）とコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係を基に、配合炭を構成する各石炭のビトリニット平均反射率Ｒo、各石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）、および、各石炭の配合率とから、乾留後のコークスの表面破壊強度を推定することを特徴とするコークスの表面破壊強度推定方法。
2. 予め求められた石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）が１．３以上の条件で乾留して得られたコークス中の低円形度気孔量Ｌとそのコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係、および、石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）とコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係を基に、配合炭を構成する各石炭を乾留して得られるコークス中の低円形度気孔量Ｌ、各石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）、および、各石炭の配合率とから、乾留後のコークスの表面破壊強度を推定することを特徴とするコークスの表面破壊強度推定方法。
3. 前記石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）は、下記（１）式を用いて求められることを特徴とする請求項１または２に記載のコークスの表面破壊強度推定方法。
   Ｓ＝Ｓｖ×Ｂｄ ・・・（１）
   但し、Ｓｖは石炭の軟化時の比容積（ｃｍ³／ｇ）、Ｂｄは石炭の装入時の嵩密度（ｇ／ｃｍ³）を示す。
4. 下記（２）式を用いて前記コークスの表面破壊強度を推定することを特徴とする請求項１または３に記載のコークスの表面破壊強度推定方法。
   ＤＩ¹⁵⁰ ₆＝ΣＧ（Ｒｏ）×Ｆ（ΣＳ）／Ｆｍａｘ ・・・（２）
   但し、ＤＩ¹⁵⁰ ₆は配合炭を乾留して得られるコークスの表面破壊強度の推定値（−）、Ｒｏは石炭のビトリニット平均反射率（％）、Ｓは石炭の軟化時の空隙充填度（−）、Ｇ（Ｒｏ）は石炭のビトリニット平均反射率（Ｒo）とその石炭を軟化時の空隙充填度（Ｓ）が１．３以上の条件で乾留して得られるコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係から実験的に求められる関数、ΣＧ（Ｒｏ）は各Ｇ（Ｒｏ）について各石炭の配合率で加重平均した値、Ｆ（Ｓ）は石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）とコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係から実験的に求められる関数、ΣＳは配合炭を構成する各石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）について各石炭の配合率で加重平均した値、ＦｍａｘはＳ≧１．３で決められるＦ（Ｓ）の最大値（定数）を示す。
5. 下記（３）式を用いて前記コークスの表面破壊強度を推定することを特徴とする請求項２に記載のコークスの表面破壊強度推定方法。
   ＤＩ¹⁵⁰ ₆＝ΣＨ（Ｌ）×Ｆ（ΣＳ）／Ｆｍａｘ ・・・（３）
   但し、ＤＩ¹⁵⁰ ₆は配合炭を乾留して得られるコークスの表面破壊強度の推定値（−）、Ｌは石炭を乾留して得られるコークス中の低円形度気孔量、Ｓは石炭の軟化時の空隙充填度（−）、Ｈ（Ｌ）は石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）が１．３以上の条件で乾留して得られたコークス中の低円形度気孔量Ｌとそのコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係から実験的に求められる関数、ΣＨ（Ｌ）は各Ｈ（Ｌ）について各石炭の配合率で加重平均した値、Ｆ（Ｓ）は石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）とコークスの表面破壊強度（ＤＩ¹⁵⁰ ₆）との関係から実験的に求められる関数、ΣＳは配合炭を構成する各石炭の軟化時の空隙充填度（Ｓ）について各石炭の配合率で加重平均した値、ＦｍａｘはＳ≧１．３で決められるＦ（Ｓ）の最大値（定数）を示す。
6. 前記コークス中の低円形度気孔（Ｌ）は、下記（４）式で定義される円形度（δ）が０．２以上であることを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載のコークスの表面破壊強度推定方法。
   δ＝（４π×Ｓ）／（ｌ²） ・・・（４）
   但し、Ｓはコークス断面における気孔面積（ｍｍ²）、ｌは気孔の周囲長（ｍｍ）を示す。

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