冶金用焦炭及其製造方法與流程

2023-07-29 04:18:56

本發明涉及能夠通過調節混煤中包含的煤的種類、配合量而得到高強度的冶金用焦炭的冶金用焦炭及其製造方法。

背景技術：

在利用高爐製造生鐵時，首先，需要在高爐內交替地裝入鐵礦石類和焦炭，由此將鐵礦石類和焦炭各自以層狀填充，利用從風口吹入的高溫熱風對鐵礦石類、焦炭進行加熱，並且利用主要由焦炭產生的CO氣體將鐵礦石類還原並進行熔煉。為了穩定地進行這樣的高爐的作業，提高爐內的透氣性、透液性是有效的，為此，使用強度、粒度和反應後的強度等各特性優良的冶金用焦炭是必不可少的。其中，強度被認為是特別重要的特性。

這樣，為了提高高爐等立式爐內的透氣性、透液性，使用高強度的冶金用焦炭是有效的。該冶金用焦炭通常通過基於JIS K 2151中規定的旋轉強度試驗等強度測定來進行強度管理。一般而言，煤通過乾餾而軟化熔融，相互粘結而形成焦炭。因此，焦炭的強度受到煤的軟化熔融特性的很大影響，因此，為了提高焦炭的強度，需要準確地評價煤的軟化熔融特性。該軟化熔融特性是指將煤加熱時軟化熔融的性質，通常可以通過軟化熔融物的流動性、粘度、膠粘性、膨脹性等進行評價。

作為測定煤的軟化熔融特性、即煤的軟化熔融時的流動性的一般方法，可以列舉JIS M 8801中規定的基于吉塞勒塑性計法的煤流動性試驗方法。該吉塞勒塑性計法為如下方法：將粉碎至425μm以下的煤裝入坩堝，以預定的升溫速度進行加熱，利用刻度盤讀取施加了預定的轉矩的攪拌棒的旋轉速度，並用ddpm(dial division per minute，每分鐘刻度盤度)來表示。

另外，煤通常混合存在有加熱時軟化熔融的活性成分和加熱時不軟化熔融的惰質組成分，惰質組成分通過活性成分而膠粘。因此，焦炭強度受到活性成分量與惰質組成分量的平衡的強烈影響，特別是認為惰質組成分量如何是重要的。

作為測定惰質組成分量的一般方法，可以列舉JIS M 8816中規定的煤的微細組織成分測定方法。該方法為如下方法：將粉碎至850μm以下的煤與熱塑性或熱固性的粘合劑混合，形成煤餅，對被測表面進行研磨後，使用顯微鏡來辨別光學性質和形態學性質。該方法中，關於試樣中的各微細組織成分的含有率，以按各成分測定的個數的百分率作為容量百分率。可以使用通過上述方法求出的微細組織成分的含量，利用下述(1)式求出總惰質組量(TI)。

總惰質組量(％)＝絲質體(％)+微粒體(％)+(2/3)×半絲質體(％)+礦物質(％)…(1)

在此，含量全部為體積％。

需要說明的是，礦物質的含量可以使用JIS M 8816中記載的帕爾(Parr)公式由無水基質的灰分和無水基質的總硫分計算來求出。

關於用於製造高強度焦炭的煤配合的想法，基本方法是將煤的構成成分大致分為不軟化熔融的纖維質部分(惰質組成分)和軟化熔融的粘結部分(活性成分)這兩種並分別進行優化(非專利文獻1)。而且，通常的方法是，發展該有關煤配合的想法，基於煤化度參數和粘結性參數這兩種性狀進行配合設計。

作為上述煤化度參數，可以列舉JIS M 8816的鏡質組平均最大反射率(Ro)、煤揮發成分等。另外，作為上述粘結性參數，可以列舉最高流動度(MF)、CBI(Composition Balance Index：組織平衡指數)(例如，非專利文獻2)。需要說明的是，該CBI是基於以下想法的指數：存在與混煤中含有的惰質組成分的量相適應的最佳的粘結成分的量、這兩種成分的比率越接近最佳值則焦炭強度越高。

另外，在專利文獻1中，報導了：考慮到平均最大反射率(Ro)、最高流動度(MF)、總惰質組量(TI)的相互關係，並將平均最大反射率(Ro)、最高流動度(MF)設定為預定值時得到的焦炭強度根據總惰質組量(TI)的值顯示出向上凸的拋物線狀的關係，強度達到最大的惰質組成分的量根據最高流動度(MF)的大小而改變。

在專利文獻2中，報導了由包括最高流動度(MF)、總惰質組量(TI)在內的各種各樣的原料煤性狀來推定焦炭強度的方法。

這樣，對調節混煤的性狀而製造具有所期望的焦炭強度的焦炭的方法進行了各種嘗試，但在以往的配合方法中，焦炭的氣孔結構大致類似。焦炭是氣孔率為約50％的多孔質體，雖然預料到氣孔的結構會對焦炭強度產生影響，但尚未獲知適當控制氣孔結構的方法。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2007-246593號公報

專利文獻2：日本特開昭61-145288號公報

非專利文獻

非專利文獻1：「燃料協會會刊」、城著、Vol.26、1947年、p.1-p.10

非專利文獻2：「Proc.Blast Furnace,Coke oven and Raw Materials」、Schapiro等著、Vol.20、1961年、p.89-p.112

非專利文獻3：「燃料協會會刊」、奧山等著、Vol.49、1970年、p.736-p.743

非專利文獻4：「鐵與鋼」、齋藤等著、Vol.100、2014年、p140-147

技術實現要素：

發明所要解決的問題

在高爐作業時，如果使用低強度的冶金用焦炭，則可能會使高爐內的粉的產生量增加而導致壓力損失的增大，從而導致作業不穩定並且爐內的氣體的流動局部性集中的所謂偏流這樣的故障。另外，在製造冶金用焦炭的情況下，為了得到焦炭品質穩定和高強度的冶金用焦炭，使用將多個品種的煤以預定的比例配合而得到的混煤作為原料。

作為影響焦炭的品質的煤性狀，平均最大反射率(Ro)、最高流動度(MF)等指標是重要的，為了製造高強度的冶金用焦炭，需要提高這些特性。但是，平均最大反射率(Ro)、最高流動度(MF)大的高品質的煤價格昂貴，單純地提高這些高品質的煤的配合率會直接導致焦炭製造成本的增加，因此不是上策。

對於混煤的性狀，從構成該混煤的單種煤性狀的加成性成立以及品質管理的簡便性出發，通常用混煤平均品位來管理。但是，對於構成混煤的煤對焦炭品質分別產生何種影響、何種煤可以有效地提高焦炭強度，不清楚的地方很多，有時也得不到設想的強度。

特別是對於煤中的總惰質組量對焦炭強度的影響尚未充分進行研究，尤其是關於有效利用總惰質組量少的煤來得到高強度的冶金用焦炭的方法幾乎沒有見解。

本發明的目的在於提出強度等品質優良的冶金用焦炭及其製造方法。特別是，本發明活用以往很少作為焦炭製造用原料使用的惰質組成分含量少的煤(低惰質組煤)來提出具有以往未知的氣孔結構的高強度的焦炭及其製造方法。

用於解決問題的方法

作為能夠解決上述問題且對於達到上述目的有效的方法，在本發明中提出了一種冶金用焦炭，其是將作為由多個品種的煤構成的混煤、配合有10質量％以上且75質量％以下的最高流動度為80ddpm以上且3000ddpm以下並且總惰質組量為3.5體積％以上且11.7體積％以下的低惰質組煤的混煤進行乾餾而得到的焦炭，其特徵在於，焦炭中的直徑為100μm以上且3mm以下的粗大氣孔中，圓形度為0.8以上的氣孔的截面積的合計值相對於上述粗大氣孔的截面積的合計值的比例為10％以上。

或者，提出一種冶金用焦炭，其特徵在於，上述焦炭中的直徑為100μm以上且3mm以下的粗大氣孔的平均圓形度為0.35以上。

另外，本發明提出一種冶金用焦炭，其是將作為由多個品種的煤構成的混煤、配合有10質量％以上且75質量％以下的最高流動度為80ddpm以上且3000ddpm以下並且總惰質組量為3.5體積％以上且11.7體積％以下的低惰質組煤的混煤進行乾餾而得到的焦炭，其特徵在於，焦炭中的直徑為50μm以上且200μm以下的粗大氣孔中，圓形度為0.8以上的氣孔的截面積的合計值相對於上述粗大氣孔的截面積的合計值的比例為10％以上。

或者，提出一種冶金用焦炭，其特徵在於，上述焦炭中的直徑為50μm以上且200μm以下的粗大氣孔的平均圓形度為0.55以上。

此外，在本發明的冶金用焦炭中，認為下述方法是用於解決上述問題的更優選的方法：

(1)作為上述混煤，使用配合有20質量％以上且75質量％以下的低惰質組煤的混煤；

(2)上述低惰質組煤的最高流動度為80ddpm以上且小於1000ddpm並且總惰質組量為3.5體積％以上且11.7體積％以下；

(3)上述混煤中包含的低惰質組煤的灰分量為4.8質量％以上且8.6質量％以下；

(4)上述最高流動度為依據JIS M 8801中規定的基于吉塞勒塑性計法的煤流動性試驗方法測定而得到的值；

(5)上述總惰質組量為依據JIS M 8816中規定的煤的微細組織成分測定方法應用下述式而求出的值，

總惰質組量(％)＝絲質體(％)+微粒體(％)+(2/3)×半絲質體(％)+礦物質(％)…(1)

在此，含量全部為體積％。

另外，在本發明中，提出一種冶金用焦炭的製造方法，其特徵在於，將作為由多個品種的煤構成的混煤、配合有10質量％以上且75質量％以下的最高流動度為80ddpm以上且3000ddpm以下並且總惰質組量為3.5體積％以上且11.7體積％以下的低惰質組煤的混煤進行乾餾，製造焦炭中的直徑為100μm以上且3mm以下的粗大氣孔中圓形度為0.8以上的氣孔的截面積的合計值相對於上述粗大氣孔的截面積的合計值的比例為10％以上的焦炭。

或者，提出一種冶金用焦炭的製造方法，其特徵在於，製造上述焦炭中的直徑為100μm以上且3mm以下的粗大氣孔的平均圓形度為0.35以上的焦炭。

另外，本發明提出一種冶金用焦炭的製造方法，其特徵在於，將作為由多個品種的煤構成的混煤、配合有10質量％以上且75質量％以下的最高流動度為80ddpm以上且3000ddpm以下且總惰質組量為3.5體積％以上且11.7體積％以下的低惰質組煤的混煤進行乾餾，製造焦炭中的直徑為50μm以上且200μm以下的粗大氣孔中圓形度為0.8以上的氣孔的截面積的合計值相對於上述粗大氣孔的截面積的合計值的比例為10％以上的焦炭。

或者，提出一種冶金用焦炭的製造方法，其特徵在於，製造上述焦炭中的直徑為50μm以上且200μm以下的粗大氣孔的平均圓形度為0.55以上的焦炭。

此外，在本發明的冶金用焦炭的製造方法中，認為下述方法是用於解決上述問題的更優選的方法：

(1)作為上述混煤，使用配合有20質量％以上且75質量％以下的低惰質組煤的混煤；

(2)上述低惰質組煤的最高流動度為80ddpm以上且小於1000ddpm並且總惰質組量為3.5體積％以上且11.7體積％以下；

(3)上述混煤中包含的低惰質組煤的灰分量為4.8質量％以上且8.6質量％以下；

(4)上述最高流動度為依據JIS M 8801中規定的基于吉塞勒塑性計法的煤流動性試驗方法測定而得到的值；

(5)上述總惰質組量為依據JIS M 8816中規定的煤的微細組織成分測定方法應用下述式而求出的值，

總惰質組量(％)＝絲質體(％)+微粒體(％)+(2/3)×半絲質體(％)+礦物質(％)…(1)

在此，含量全部為體積％。

發明效果

根據包含上述構成的本發明，能夠製造具有與以往的冶金用焦炭不同的結構的高品質(高強度)的焦炭。在將這樣的高品質的焦炭在高爐中使用的情況下，有助於改善高爐等立式爐內的透氣性，對於進行穩定作業是有效的。

附圖說明

圖1是表示單種煤的吉塞勒最高流動度(MF)與總惰質組量(TI)的關係的圖。

圖2是進行乾餾而得到的焦炭的顯微鏡照片。

圖3是表示低惰質組煤的配合率與焦炭中的圓形氣孔的比例的關係的圖。

圖4是低惰質組煤的配合率為10％、25％、75％時的焦炭的顯微鏡照片。

圖5是低惰質組煤的配合率為0％、50％時的X射線CT照片。

具體實施方式

發明人對於各種煤的配合條件與焦炭強度的關係反覆進行了深入研究。結果發現，在根據通常的煤的最高流動度(MF)與總惰質組量(TI)的關係適量地配合總惰質組量(TI)少的煤、即惰質組成分的含量少的低惰質組煤的情況下，意外地生成具有與以往的冶金用焦炭不同的結構的焦炭。而且發現，該焦炭的強度與根據以往的想法預測的相比顯著地高，從而開發了本發明。

根據以往的見解，例如，在非專利文獻2中記載的方法中，對於表示煤化度的程度的平均最大反射率(Ro)為0.9～1.2左右的煤，普遍的認識是，在總惰質組成分的含量(以下，僅稱為「總惰質組量」)為20～30體積％時，焦炭強度達到最大，無論總惰質組量與該範圍相比是增多或減少，焦炭強度都降低。另外，在非專利文獻3中也公開了同樣的傾向，仍然報導了：在總惰質組量為20～30體積％時，焦炭的轉鼓強度達到最大。這種傾向在專利文獻1中也有公開，但根據其公開內容表明，總惰質組量為31％時，焦炭強度達到最大。即，以往的見解指出了：在配合有總惰質組量少的煤的情況下，難以得到高強度的焦炭。

但是，發明人發現，即使是總惰質組量少的煤、即低惰質組煤，但只要使最高流動度(MF)和配合量適當，焦炭強度不僅不會降低，而且與通常的配合相比，反而焦炭強度有時還會提高。

圖1是表示各種單種煤(單個品種煤)的吉塞勒最高流動度(logMF)與總惰質組量(TI)的關係的圖。如該圖所示，通常可知，總惰質組量(TI)少的煤的最高流動度大。為了製造高強度的焦炭，重要的是在需要強化煤粒子之間的膠粘性的同時確保不生成伴隨發泡的連結氣孔。關於這一點，最高流動度(MF)大時，可以期待膠粘性，但可能容易發泡，由於連結氣孔的生成而使強度降低。因此，到目前為止的煤配合的想法普遍是以使混煤的最高流動度(MF)適當的方式進行管理。

但是，實際上，即使最高流動度(MF)相同，也存在總惰質組量(TI)不同的煤。該煤的惰質組成分在軟化熔融狀態下也以固體存在，因此，軟化熔融物顯示出與漿料的物理特性接近的性質。即，煤的惰質組成分的量多時，軟化熔融狀態下的表觀粘度增大。關於這一點，認為最高流動度(MF)是測定一種表觀粘度，因此，對於最高流動度(MF)為相同水平的煤而言，總惰質組量(TI)越多的煤(固相成分越多)，則軟化熔融物中存在的液體成分的粘度越小，反之，總惰質組量越少的煤，則軟化熔融物中的液體成分的粘度越大。認為液體成分的粘度越低，則乾餾中的氣孔的生長和合併越被促進，越容易形成連結氣孔，從而容易生成包含粗大缺陷的焦炭。

為了確認上述想法，發明人對由以往的混煤(混煤a)得到的焦炭和由合計配合有50質量％的總惰質組的含量為3.5體積％以上且11.7體積％以下並且最高流動度(MF)為80ddpm以上且3000ddpm以下的低惰質組煤的混煤(混煤b)得到的焦炭的顯微結構進行了考察。在此，通過以往方法的混煤a的品位為平均最大反射率(Ro)＝1.00％、吉塞勒最高流動度(logMF)＝2.5log ddpm、總惰質組量(TI)＝34體積％，大量配合有低惰質組煤的混煤b的品位為平均最大反射率(Ro)＝1.00％、吉塞勒最高流動度(logMF)＝2.2log ddpm、總惰質組量(TI)＝18體積％。將比較兩種混煤在相同條件下進行乾餾而得到的焦炭的顯微鏡照片示於圖2。

由圖2可知，與混煤a相比，在混煤b中獨立存在有接近圓形的氣孔，在混煤b中，與通過以往的配合的焦炭相比，氣孔的生長和合併得到抑制，也不易生成連結氣孔。

因此，發明人為了對以往的混煤(例如上述的混煤a)與包含大量的總惰質組的含量為3.5體積％以上且11.7體積％以下並且最高流動度(MF)為80ddpm以上且3000ddpm以下的低惰質組煤的混煤(例如上述的混煤b)的焦炭的氣孔結構的差異定量地進行評價，對定量地評價氣孔的形態的方法進行了研究。

作為評價氣孔的形態的方法，有基於氣孔的截面的觀察結果利用由氣孔的某個截面的面積和其周邊長度算出的圓形度進行評價的方法。圓形度由下述的(2)式表示，該圓形度取0～1的值，越接近1，則越接近圓形。

圓形度＝4π·氣孔面積/(氣孔周邊長度)2…(2)

作為觀察氣孔的截面的方法的例子，有X射線CT斷層拍攝法、在將焦炭試樣埋入到樹脂中後對截面進行研磨並利用顯微鏡進行觀察的方法。如果通過這樣的方法得到焦炭的截面的圖像，則可以使用圖像分析軟體來得到所觀察的氣孔的面積、周邊長度的數據。需要說明的是，在利用光學顯微鏡的截面觀察中，難以將一次圖像拍攝的視野擴大，因此，優選使用優選3個視野以上的觀察圖像來進行圓形度的評價。

此時，需要根據各截面圖像的拍攝範圍、解析度來適當地設定要求圓形度的氣孔的大小的範圍。如上所述，認為連結氣孔會影響焦炭的強度，因此，優選對某種程度以上的大小的氣孔評價圓形度。需要說明的是，為了定義氣孔的大小，在本發明中使用最大費雷特徑。費雷特徑是與某個圖形外切的長方形的縱和橫的長度，最大費雷特徑是指與某個氣孔外切的長方形中最長的邊的長度。

發明人對於利用X射線CT斷層拍攝得到的截面圖像，將最大費雷特徑為100μm以上且3mm以下的全部氣孔設定為粗大氣孔而作為考察對象。對於利用光學顯微鏡得到的焦炭截面圖像，將顯微鏡的觀察倍率設定為200倍，將最大費雷特徑為50μm以上且200μm以下的氣孔設定為粗大氣孔而作為考察對象。需要說明的是，此時，在截面圖像中未容納氣孔的整體時，無法正確地求出最大費雷特徑，因此從評價對象中排除。

作為焦炭整體的氣孔結構的評價指標，將粗大氣孔的平均圓形度、和粗大氣孔中的圓形度為0.8以上的氣孔定義為圓形氣孔，對圓形氣孔在粗大氣孔的全部氣孔面積中所佔的比例進行評價。

改變混煤的配合構成來製造焦炭，根據X射線CT圖像求出圓形氣孔的比例，考察低惰質組煤的配合率和圓形氣孔的比例，所得到的結果為圖3。如圖3所示，確認了：在低惰質組煤的配合率為10質量％以上且75質量％以下的範圍內，圓形氣孔的比例變多。根據以上結果可知，通過配合適當量的低惰質組煤，與通過以往的配合得到的焦炭相比，氣孔的生長和合併得到抑制，容易形成圓形的氣孔。

在表1中，一併示出了圖3所示的通過X射線CT求出的粗大氣孔中的圓形氣孔的比例與平均圓形度、基於上述方法的根據光學顯微鏡觀察求出的粗大氣孔中的圓形氣孔的比例、平均圓形度、混煤的平均品位和焦炭強度的測定結果。

由表1可知，在低惰質組煤的配合率為10質量％以上且75質量％以下的範圍內，焦炭強度達到84.5以上，在這些例中，通過X射線CT求出的最大費雷特徑為100μm以上且3mm以下的粗大氣孔中的圓形氣孔的比例為10％以上。另外可知，在得到焦炭強度為84.5以上的焦炭的例中，由光學顯微鏡觀察求出的最大費雷特徑為50μm以上且200μm以下的粗大氣孔中的圓形氣孔的比例也為10％以上。由以上結果可知，為了製造高強度焦炭，優選使用低惰質組煤的配合比例為10質量％～75質量％的範圍的混煤，使焦炭中的粗大氣孔中的圓形氣孔的比例為10％以上。

此外，由表1可知，在焦炭強度達到84.5以上的例子中，通過X射線CT求出的最大費雷特徑為100μm以上且3mm以下的粗大氣孔的平均圓形度為0.35以上的情況；以及由光學顯微鏡觀察求出的最大費雷特徑為50μm以上且200μm以下的粗大氣孔的平均圓形度為0.55以上的情況。因此可知，為了製造高強度焦炭，優選使用低惰質組煤的配合比例為10質量％～75質量％的範圍的混煤，使焦炭中的最大費雷特徑為100μm以上且3mm以下的氣孔的平均圓形度為0.35以上，或者使最大費雷特徑為50μm以上且200μm以下的氣孔的平均圓形度為0.55以上。

將表1的幾個焦炭的光學顯微鏡照片的例子示於圖4。另外，將X射線CT觀察結果的例子示於圖5。

認為通過使低惰質組煤的配合率增加，圓形的氣孔增加，通過該圓形氣孔的增加，可避免應力集中於氣孔。在非專利文獻4中公開了：在氣孔徑均勻時，氣孔的圓形度低的焦炭的強度變小，這是因為，應力集中於圓形度低的氣孔的變尖的部分。由此可知，應力集中於圓形度低的氣孔，使強度降低，認為在通過本發明方法製造的焦炭中，通過使圓形氣孔增加，不易引起應力集中，從而使強度變高。需要說明的是，在本發明中，作為圓形度高的氣孔變多的指標，使用圓形度高的氣孔在特定大小以上的氣孔中所佔的比例大，但考察圓形度的氣孔的大小、圓形度的表現方法可以適當改變。例如，可以考察50μm以上的氣孔的圓形度，也可以將所考察的氣孔的圓形度的中央值、眾數值、範圍等作為指標。另外，用於定義圓形氣孔的圓形度的閾值也可以適當改變。

可見，在大量配合低惰質組煤的情況下，生成顯微結構與以往不同的焦炭是以前並不知曉、發明人新發現的見解。這樣，生成顯微結構與以往不同的焦炭暗示了：低惰質組煤的利用不是基於現有的配合技術的延長線上的想法來進行，而應當基於新的配合基準來進行。

為了抑制連結氣孔的形成而製造高強度的焦炭，認為靈活利用總惰質組量少且軟化熔融物中的液體成分的粘度高的煤是有效的，但具體的配合條件並非是顯而易見的。由於難以認為總惰質組量(TI)與連結氣孔的形成量和其對焦炭強度的影響存在線形關係，因此，發明人通過進行大量的實驗而弄清了以下所示的最佳的煤性狀條件。

由以上的說明而明確的是，為了通過使用低惰質組煤來提高焦炭強度，優選使用可實現煤粒子彼此的良好的熔合、具有不形成連結氣孔的程度的最高流動度(MF)並且總惰質組量(TI)低的煤，其範圍可以說優選最高流動度(MF)為80ddpm以上且3000ddpm以下、總惰質組量(TI)為3.5體積％以上且11.7體積％以下。

在此，在低惰質組煤的吉塞勒最高流動度(MF)的值小於80ddpm時，膠粘性不足。另一方面，該值超過3000ddpm時，容易生成連結氣孔，因此不優選。更優選的MF值為80ddpm～1000ddpm，進一步優選為150ddpm～900ddpm左右。

另外，低惰質組煤的總惰質組量(TI)小於3.5體積％時，作為骨材而有助於強度提高的惰質組量不足。另一方面，該量超過11.7體積％時，通過使用低惰質組煤而帶來的效果消失。更優選的TI為4～10體積％左右。

另外，這種低惰質組煤的配合比例如果過少(＜10質量％)，則效果難以顯現，反之，如果過多(＞75質量％)，則混煤中的總惰質組量(TI)變得過低，失去作為由來自熔融成分的組織和來自惰質組成分的組織構成的複合材料的特性，強度難以顯現。因此，低惰質組煤的優選的配合比例為10質量％以上且75質量％以下。優選為20質量％～75質量％左右，更優選為20質量％～65質量％左右。

另外，上述惰質組煤中的灰分也與總惰質組組織同樣，是在軟化熔融狀態下以固體形式存在的成分。但是，在與來自碳質的惰質組成分比較時，存在灰分因密度高而使體積比例低、更細地分散的傾向。因此，與總惰質組量(TI)相比，影響度小，但優選灰分量也低，該灰分量以乾重值計最優選為4.8質量％以上且8.6質量％以下。更優選為5.0～8.0質量％。

需要說明的是，在本發明中，低惰質組煤在混煤中所佔的配合量推薦為10～75質量％，作為其餘部分的煤，例如適當配合總惰質組量不為3.5體積％以上且11.7體積％以下、或吉塞勒最高流動度不為80ddpm以上且3000ddpm以下的強/弱粘結煤、亞強粘結煤、低揮發成分煤或非粘結煤、改性煤等通常煤。其配合量為25質量％～90質量％左右。另外，混煤也可以包含粘結材料、油類、粉焦炭、石油焦炭、樹脂類、廢棄物等添加物。

另外，如上所述，在本發明中，上述條件、即配合預定量的具有預定的最高流動度(MF)和預定的總惰質組量(TI)的低惰質組煤是有效的。此外，為了確保作為混煤的始終穩定的基質強度，優選將該混煤的表示煤化度的程度的平均最大反射率(Ro)調節至0.95％～1.20％左右。

實施例

＜實施例1＞

該實施例示出對混煤進行乾餾來製造焦炭時的試驗結果。該試驗中，使用作為普通的強度支配因子的混煤的平均最大反射率(Ro)和吉塞勒最高流動度(MF)的常用對數值(logMF)的加權平均值調節至大致恆定的混煤。混煤是使用表2所示的煤A～P來製備。需要說明的是，平均最大反射率(Ro)依據JIS M8816進行測定，吉塞勒最高流動度(MF)依據JIS M8801進行測定，其常用對數值(logMF)也一併示於表2中。揮發成分(VM)和灰分(Ash)依據JIS M8812進行測定，分別用乾重％來表示。總惰質組量(TI)基於JIS M8816使用(1)式來求出。

乾餾試驗使用可模擬實際爐的電爐。煤粒子的粉碎條件設定為3mm以下100％，填充條件設定為水分8質量％、體積密度750kg/m3，乾餾條件設定為乾餾溫度1050℃、乾餾時間6小時。所得到的焦炭的性狀評價使用JIS K 2151中規定的轉鼓150轉15mm指數即DI(150/15)。另外，焦炭的CO2反應後強度(CSR)依據ISO18894進行測定。將各混煤的配合構成(各煤的乾燥基準配合比率(質量％))和乾餾試驗的結果示於表3。

[表2]

與配合有20質量％的總惰質組量(TI)為13.2體積％而多於優選範圍的煤I的配合1-2、配合有20質量％的最高流動度(MF)高達10964ddpm的煤J的配合1-3相比，使用配合有20質量％的最高流動度(MF：447ddpm)和總惰質組量(TI：6.7體積％)均低的煤K的配合1-1進行乾餾而得到的焦炭顯示出高強度。

對於平均最大反射率(Ro)高於煤I(＝0.77％)、煤J(＝0.79％)、煤K(＝0.76％)的煤L(Ro：1.06％)、煤M(Ro：1.11％)的配合效果進行了比較，其結果是，與配合有20質量％的總惰質組量(TI)高達24.0體積％的煤L的配合2-2相比，由配合有20質量％的最高流動度(MF)和總惰質組量(TI)均低的煤M的配合2-1得到的焦炭顯示出高強度。在配合有最高流動度(MF)和總惰質組量(TI)與確認到焦炭強度提高的煤K和煤M比較接近的煤N、煤O的情況下，也同樣能夠製造高強度焦炭(配合3-1、配合4-1)。

由以上的試驗結果可知，對於配合有20質量％的最高流動度(MF)為80ddpm以上且3000ddpm以下並且總惰質組量(TI)為3.5體積％以上且11.7體積％以下的範圍的低惰質組煤的混煤而言，能夠製造高強度的冶金用焦炭。

接著，為了確認觀察到焦炭強度的提高效果的上述煤K、煤M的配合率的影響而進行了試驗。該試驗中，對合在一起配合有40質量％、50質量％、75質量％、80質量％的煤K和煤M的配合5-1、配合5-2、配合5-3、配合5-4的焦炭強度進行了比較。其結果如表3所示，這些配合率為40～75質量％的配合5-1～配合5-3(實施例5～7)中，能夠製造高強度的焦炭。但是，在這些煤K、煤M的配合率為80質量％的配合5-4(比較例4)中，觀察到大幅的強度降低。認為這是因為，混煤的總惰質組量(TI)變低，因此，作為由來自熔融成分的組織和來自惰質組成分的組織構成的複合材料的特性消失。另外，在煤K與煤M的合計配合率降低時，在配合有10質量％的實施例8(配合5-5)中，強度為84.5，但配合率達到8質量％(比較例5、配合5-6)時，強度降低至84.1。

此外可知，使用30質量％的最高流動度(MF)為836ddpm而小於1000ddpm的煤P的配合10-1和包含35質量％的煤P與25質量％的最高流動度(MF)和總惰質組量(TI)均低的煤M的10-2均顯示出高的轉鼓強度。對通過本發明的方法得到的高強度焦炭(表中記載為實施例)測量上述粗大氣孔的圓形度，測量粗大氣孔中的圓形氣孔的面積比例，結果均為10％以上。

另外，作為焦炭強度，對於轉鼓強度(DI)(150/15)以外的強度指數、例如CO2反應後強度(CSR)，也觀察到同樣的傾向。認為這是因為，因氣孔結構的差異引起的強度表現機制也同樣地作用於例如CO2反應後強度。

＜實施例2＞

在實施例1中，將混煤的平均最大反射率(Ro)統一為1.05而進行了實驗。一般而言，據稱混煤的平均最大反射率(Ro)對焦炭基質部的強度產生影響，與本發明中明確的連結氣孔的生成沒有關係。因此，本發明的技術也能夠應用於平均最大反射率(Ro)不同的混煤。

為了確認上述想法，通過與實施例1相同的方法，改變各煤的配合率來製備Ro不同的混煤，對將該混煤進行乾餾而得到的焦炭的強度進行評價。將各混煤的配合構成(各煤的乾燥基準配合比率(質量％))和乾餾試驗的結果示於表4。對於最大反射率(Ro)高的混煤而言，基質部的強度變高，因此，有焦炭強度也高的傾向，但最高流動度(MF)為80ddpm以上且3000ddpm以下並且總惰質組量(TI)為3.5體積％以上且11.7體積％以下的範圍的K煤、M煤、N煤的合計配合率過高或過低，都觀察到強度降低的傾向，以與實施例1相同的方式，在將最高流動度(MF)為80ddpm以上且3000ddpm以下並且總惰質組量(TI)為3.5體積％以上且11.7體積％以下的範圍的煤的配合率為10～75質量％的範圍的混煤進行乾餾時，得到了強度高的焦炭。另外，在本實施例中，圓形氣孔的比例也為10％以上。

產業上的可利用性

本發明的技術不僅作為例示的冶金用焦炭及其製造技術有效，而且作為其他種類的立式冶金爐用焦炭或燃燒爐用焦炭及其製造方法也有效。