Coal
420 mm
Ascension pipe
Heating wall (SiC)
Heating
elements
Coal
90
灰分は低めであるが、全硫黄分は比較的高い。[H/C]が比較的低く、[O/C]は非常に低い。
粘結性としては、流動性は高くないが、イナーチニットが少ないためか、膨脹性は比較的 高い。 石炭化度が比較的高く、膨脹性が高いので、コークス配合用に使用できる可能性 がある。
なお、今回の試料は、ビトリニット反射率分布の低反射率側の裾が広がっている。低石 炭化度の炭層からのものが混入していた可能性も考えられる。
91
表４.１.２－ ５ 石炭の分析結果 ウォシュッドセ
ナキン ABK ロトサウス Tuhup
Inherent moisture (%) 4.6 13.4 13.0 1.6
(Moisture holding capacity)
Proximate analysis and sulfur (dry basis)
Ash (%) 12.4 4.7 3.9 6.3
VM (%) 45.4 47.1 49.3 25.3
TS (%) 0.59 0.28 0.14 0.83
Ultimate analysis (daf basis)
C (%) 80.8 75.3 74.1 91.3
H (%) 6.57 5.42 5.36 5.47
N (%) 1.52 1.47 1.09 1.88
S (%) 0.18 0.26 0.06 0.86
O (%) 10.96 17.59 19.36 0.54
H/C (-) 0.97 0.86 0.86 0.71
O/C (-) 0.102 0.175 0.196 0.004
Petrographic analysis
Mean random reflectance (%) 0.49 0.44 0.40 1.15
Vitrinite (vol.%) 82.2 77.7 75.5 88.4
Liptinite (vol.%) 8.0 11.8 11.8 1.7
Inertinite (vol.%) 9.8 10.5 12.8 9.9
Gieseler plastometer test
IST (°C) 成型崩れ 成型崩れ 成型崩れ 418
MFT (°C) 462
FFT (°C) 492
log10 (MF/ddpm) (-) 1.57
Dilatometer test
ST (°C) 397 346 349 402
MCT (°C) 500 500 500 434
MDT (°C) 収縮継続 収縮継続 収縮継続 485
MC (%) 5 13 12 27
MD (%) 87
TD (%) 114
CSN (-) 1 0 0 9
HGI (-) 35 38 46 118
Calorific value (daf) (cal/g) 7945 6946 6793 8698
Calorific value (wet) (cal/g) 6640 5730 5680 8020
Ash analysis (mass %)
SiO2 48.30 29.30 28.10 57.00
Al2O3 36.50 15.10 10.90 24.30
CaO 2.53 13.90 20.50 1.19
Fe2O3 3.64 13.70 19.50 8.66
K2O 0.45 1.08 0.89 1.91
Na2O 0.62 0.98 0.46 1.47
MnO 0.01 0.11 0.15 0.02
MgO 0.67 4.73 7.24 0.88
TiO2 2.52 0.64 0.61 1.38
P2O5 0.66 0.31 0.09 0.44
SO3 1.64 8.97 6.15 1.08
92
図４.１.２－ １２ ウォシュッドセナキン炭のビトリニット反射率分布
図４.１.２－ １３ ABK炭のビトリニット反射率分布
図４.１.２－ １４ ロトサウス炭のビトリニット反射率分布
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 反射率 (%)
体積 (%)
0 2 4 68 10 12 1416 18 20 2224 26 28 3032 34
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 反射率 (%)
体積(%)
02 46 108 1214 1618 2022 2426 2830 3234 3638 4042
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 反射率 (%)
体積(%)
93
図４.１.２－ １５ Tuhup炭のビトリニット反射率分布
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 反射率 (%)
体積(%)
94
図４.１.２－ １６ ウォシュッドセナキン炭の組織（油浸）
図４.１.２－ １７ ABK炭の組織（油浸）
50 μm
50 μm
95
図４.１.２－ １８ ロトサウス炭の組織（油浸）
図４.１.２－ １９ Tuhup炭の組織（油浸）
50 μm
50 μm
96 ４.１.２.３ 乾留試験結果
Tuhup炭は石炭化度が比較的高いので、強粘結炭として使用できる可能性がある。そこ
で、高強度のコークスが得られる基準配合炭を、インドネシア以外の石炭を用いて組み、
その中の一部の石炭をTuhup炭に置換してコークスを製造する試験を実施した。
（１） 石炭配合
石炭配合を 表４.３.１－ ２に示す。
① No.1は基準配合炭である。
② No.2は、基準配合炭中の強粘結炭CをTuhup炭に置換したものである。
表４.１.２－ ６ 石炭配合割合 (%)
なお、強粘結炭A は揮発分（無水ベース）22.0 %、ビトリニットの平均反射率 1.35%
のものを、強粘結炭Cは揮発分（無水ベース）23.8 %、ビトリニットの平均反射率 1.23%
のものを使用した。非微粘結炭Eは揮発分（無水ベース）36.5 %、ビトリニットの平均反 射率 0.76%のものを使用した。
（２） 分析項目
下記の項目について分析を実施した。
① 工業分析、全硫黄
② 真密度、見掛密度、気孔率
③ 反応性指数(JIS K2151)
④ ドラム強度試験(JIS K2151)
⑤ CSR(反応後強度指数)試験(新日鉄法)
⑥ 偏光顕微鏡によるコークス組織観察(乾燥系、直交ニコル、石膏検板)
（３） 試験結果
乾留試験結果を 表４.３.１－ ２と 図４.１.２－ ２０に示す。
Tuhup炭20%の配合により、ドラム強度指数（DI 150 6）は0.3低下し、DI 150 15 は0.8 低下した。すなわち、ドラム150回転後の6～15 mmの比率が、2.1%から2.6%に0.5%
増加した。また、25 mm指数も低下している。Tuhup炭20%配合コークスの外観を 図４.１.２－ ２１に示すが、コークス塊内の横亀裂が増加していた。
No. 1 2
強粘結炭A 30 30
強粘結炭C 20
Tuhup 20
非微粘結炭E 50 50
合計 100 100
97
Tuhup炭の揮発分や平均反射率からすると、このようにコークスの亀裂が増加するとは
予測されなかったが、イナートが少ないことなどが影響している可能性も考えられ、今後 の検討課題である。
コークスの偏光顕微鏡写真を 図４.１.２－ ２２と 図４.１.２－ ２３に示す。図４.１.
２－ ２３はTuhup炭 20%配合のコークスであり、Tuhup炭由来と考えられる組織が見ら れる。その部分を拡大して 図４.１.２－ ２４に示すが、もっと石炭化度の高い石炭からの 組織に似て、気孔径が小さく気孔壁の薄い組織である。(a) のように比較的良好な構造は 少なく、大部分は(b) のように気孔壁が薄くなり気孔が連結した構造である。このため、
DI 150 6も若干低下傾向になった可能性がある。
また、Tuhup炭20%の配合により、反応後強度指数であるCRI（Coke Reactivity Index）
が上昇し、CSR（Coke Strength after Reaction）が低下した。単味コークスの反応性が やや高いのではないかと考えられるが、今回は試料量が足らず、単味炭の乾留試験は実施 出来なかったので詳細は不明である。
98
表４.１.２－ ７ Tuhup炭乾留試験結果
基準配合 Tuhup
20%
工業分析と全硫黄 (無水ベース)
灰分 (%) 11.7 10.9
揮発分 (%) 0.7 0.7
全硫黄 (%) 0.63 0.75
密度および気孔率
真密度 (kg/m3) 1.93 1.93
見掛密度 (kg/m3) 1.02 1.03
気孔率 (%) 47.2 46.6
反応性指数 ReI (JIS K 2151) (-) 12.4 13.4 粒度分布
+75 mm (-) 9.6 10.7
+50 mm (-) 65.0 64.4
+38 mm (-) 82.1 83.4
+25 mm (-) 92.3 92.9
平均粒度 (mm) 55.7 55.7
平均粒度 (+25 mm) (mm) 58.7 58.4
ドラム強度指数 30 回転
+50 mm (-) 20.5 20.6
+38 mm (-) 61.1 61.0
+25 mm (-) 91.7 90.5
+15 mm (-) 95.7 95.3
+6 mm (-) 97.0 96.9
平均粒度 (mm) 41.3 41.2
平均粒度 (+25 mm) (mm) 44.0 44.1
150 回転
+50 mm (-) 4.3 8.1
+38 mm (-) 33.9 32.1
+25 mm (-) 78.9 76.6
+15 mm (-) 86.5 85.7
+6 mm (-) 88.6 88.3
平均粒度 (mm) 32.0 32.1
平均粒度 (+25 mm) (mm) 37.9 38.7
反応後強度指数
CRI (-) 31.0 32.8
CSR (-) 57.4 52.9
99
8 4 8 6 8 8 9 0
基 準 配 合 T uh up 2 0 % DI 150 6 (-)
8 8 8 9 9 0 9 1 9 2
基 準 配 合 T uh up 2 0 % DI 30 25 (-)
3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0
基 準 配 合 T uh up 2 0 %
CSR (-)
8 6 .5
8 5 .7 2 .1
2 .6
8 4 8 6 8 8 9 0
基 準 配 合 T uh up 2 0 % DI 150 (-)
6-15 m m 15m m
4 0 4 2 4 4 4 6 4 8
基 準 配 合 T uh up 2 0 %
平均粒度(30回転, +25mm) (mm)
2 5 3 0 3 5
基 準 配 合 T uh up 2 0 %
CRI (-)
図４.１.２－ ２０ 配合炭乾留試験結果
10 15 20
基準配合 T uhup
20%
反応性指数 RIe (-)
42 44 46 48 50
基準配合 T uhup
20%
気孔率 (%)
100
図４.１.２－ ２１ Tuhup炭20%配合コークスの外観 （写真の幅の実寸135mm）
101
図４.１.２－ ２２ 基準配合のコークス組織
102
図４.１.２－ ２３ Tuhup 20% のコークス組織
103
(a) 比較的良好な部分
(b) 気孔が連結した部分
図４.１.２－ ２４ Tuhup炭由来のコークス組織
（写真中央の光学的異方性の発達した部分）
104 ４.１.２.４ まとめ
・ウォシュッドセナキン炭、ABK炭、ロトサウス炭は低石炭化度炭である。
・インドネシアの粘結炭 Tuhup 炭は粘結性が高く、コークス用配合炭に使用できる 可能性がある。ただし、コークスの亀裂が増加する傾向が見られたので、この点は 今後の検討課題である。
105
乾燥 粉砕 石炭熱分解 蒸留
（水素化溶剤回収）
ｽﾗﾘｰ化 バインダー
石炭
水素化溶剤
石炭銘柄
TＭ Ash 真発熱量 VM C H N S Odiff H/C O/C
％ %,dry kJ/kg %,dry %,daf %,daf %,daf %,daf %,daf mol/mol mol/mol WARA 39.6 3.8 23,750 50.5 66.7 4.6 0.6 0.37 23.9 0.83 0.269 PKN-3500 43.3 4.4 21,990 48.7 66.4 4.3 0.5 0.16 24.2 0.78 0.274
工業分析 元素分析 原子数比
４.２ 室炉タイプの高炉用コークス製造用バインダーの製造
NEDO 委託の共同研究はインドネシア産炭を使用した高炉用コークスおよび成形コー クスの製造可能性調査を行うものである。
インドネシアは粘結性の高い原料炭の産出量が少ないことから、インドネシア産炭を使 用した高炉コークス製造においては粘結性補填材の添加が必要になる。
本章ではこの粘結性補填材にインドネシア産低品位炭を原料にして製造したバインダー が適用できないかを調査するために、原料石炭、バインダー製造条件を変えた６種類のサ ンプルを試作しコークス評価に供するとともに、そのバインダー物性評価を行ったので、
その結果を報告する。
バインダー製造の実用化には原料コストの低減が大変重要であり安価な低品位炭が使用 できればその意義は大きい。
４.２.１ バインダーの製造
石炭の可溶化処理法としては溶剤抽出法、水素化溶剤を使用した熱分解法などがあるが、
溶剤抽出法は褐炭では得られる可溶化成分の収率が低いことから適さないと考える。そこ で、本バインダーの製造においては、図 4.2.1-1 に示すような水素化溶剤を使用した水素 化熱分解により行うこととした。
以下にバインダー製造にあたって検討した結果を示す。
図４.２.１－１ バインダー試作フロー
（1）原料石炭の性状と粉砕性
バインダー製造用の原料褐炭は、比較的灰分が少なくインドネシア国内で入手が可能な
WARAとPKN-3500を選定した。これら石炭の分析結果を表4.2.1-1に示す。入手した石
炭サンプルは湿った土状であり全水分は 40％程度であった。なお PKN-3500 のほうが WARAに比較して全水分が多く、O/Cがやや高かった。
表４.２.１－１ バインダー原料石炭の分析結果
106
歩留り％
d10 d50 d90 -150μｍ
WARA 5.4 27 74.1 77
PKN-3500 6.7 25.5 76.3 54 粒度（μｍ）
1ＰＡＳＳ 2ＰＡＳＳ
原料 100%
--106μｍ 67% 88%
106-μｍ 25% 0.2%
ロス 7% 12%
バインダー試料 原料石炭 熱分解温度（℃） 雰囲気ガス
WARA-A WARA 420 生成ガス
WARA-B WARA 390 Ｈ2流通
WARA-C WARA 390 Ｎ2流通
PKN-A PKN-3500 420 生成ガス
WARA-11 WARA 390 Ｈ2流通
PKN-11 PKN-3500 440 生成ガス
今回選定した褐炭は比較的脆い石炭であったことから粉砕性について調査した。これら の石炭を乾燥して水分を低減したのち、カッターミルで約100μmの中心径となるように 粉砕した結果を表4.2-2に示す。WARAとPKN-3500の粉砕性を比較するとWARAのほ
うが1PASS 粉砕処理における150μmアンダーの歩留りが高く、微粒化しやすい結果と
なった。
また全量粉砕化が可能か検討した結果を表4.2.1-3に示す。2PASSの粉砕によりほぼ全 量の石炭が106μmアンダーにできることが分かった。
表４.２.１－２ 1PASS粉砕における粒度分布と150μmアンダー歩留り
表４.２.１－３ WARA炭の粉砕歩留
（2）熱分解条件と物質収支
高炉コークス用のバインダーとしての性能を担保するためには、褐炭を原料とする場合、
褐炭中には酸素が多いことからには分解度を上げて酸素を低下させること、また芳香族成 分が少ないことから重縮合を進めて芳香族性を高めることの２点が重要と考える。
本検討では石炭種、熱分解温度、雰囲気ガスを変化させて異なる物性を持ったバインダ ーを試作しコークス評価に供することとした。表4.2.1-4に熱分解条件を示す。WARA原 料については分解温度を390℃～420℃まで変化させるとともに雰囲気ガスを変化させた。
なお雰囲気ガスに水素を使用したのはバインダーのH/Cを高めることが目的である。PKN 原料では分解温度を420℃に加えて440℃でも行い、より分解度を進めたものを製造した。
表４.２.１－４ 各バインダーの熱分解条件
107
（wt%）
バインダー種 バインダー 熱分解ガス 油+水
WARA-A 76.0 9.8 14.2 ※2
WARA-B 73.8 8.8 ※1 12.5
WARA-C 79.6 7.7 ※1 7.4
PKN-A 75.9 13.7 10.4 ※2
WARA-11 72.6 10.4 ※1 17.3
PKN-11 69.8 20.6 9.6 ※2
※1 CO+CO2とC1～C6の合計（水素を除く）
※2 100からバインダーと熱分解ガス重量を引いた
バインダー
C H N S Odiff H/C O/C
%,daf %,daf %,daf %,daf %,daf mol/mol mol/mol
WARA-A 81.5 6.0 1.1 0.3 11.1 0.877 0.102
WARA-B 83.2 5.0 1.1 0.3 10.4 0.716 0.094
WARA-C 82.8 4.2 1.2 0.3 11.5 0.604 0.104
PKN-A 84.0 5.9 1.1 0.2 8.8 0.837 0.079
WARA-11 80.3 5.0 1.1 0.3 13.4 0.740 0.125
PKN-11 88.4 4.9 1.2 0.1 5.4 0.670 0.045
元素分析 原子数比
また、表4.2.1-5に物質収支を示す。各バインダーの収率は熱分解条件や石炭種にもよる
が70～80％であった。雰囲気ガスの比較（WARA-B,WARA-C）では、水素雰囲気（WARA-B）
のほうが熱分解ガスや油水の収率が大きかったことから、より分解が進んだものと考えら れる。WARA とPKNの原料比較では、バインダー歩留りは同じであったが、PKNのほ うが熱分解ガスの発生量が多かった。また PKNを使用した440℃での熱分解試作品は熱 分解ガス収率が20％にもなっており、かなり分解が進んだものとなった。
表４.２.１－５ 各バインダー製造における物質収支（石炭dry base）
４.２.２ 各バインダーの物性評価
製造した各バインダーについて物性評価を行い原料石炭や製造条件との関係性をみる。
（1）元素分析
表4.2.2-1に各バインダーの元素分析値を、図4.2.2-1にCoal Band マッピングを示す。
WARA炭から製造したバインダーは、H/Cが0.60から0.88まで、またPKN炭を使用し たバインダーもH/Cが0.67と0.84と幅のあるサンプルが製造できた。
雰囲気ガスの違いでは、WARA-BとWARA-Cの比較において、前者の水素雰囲気のほ うがH/Cが高くなっており、バインダー中に芳香族環に水素が付加している可能性がある。
石炭種の違いでは、WARA-AとPKN-Aの比較において同一分解条件でもWARA-Aよ
りもPKN-A のほうがO/Cが低くなっていることから、PKNのほうが脱酸素しやすいも
のと考えられる。
表４.２.２－１ 各バインダーの元素分析値