JP2005194462A - コークスの表面破壊強度推定方法 - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (6)
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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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JP2008133537A (ja) * | 2006-10-27 | 2008-06-12 | Jfe Steel Kk | 竪型炉の操業方法及び炉内粉化防止設備 |
JP2008291353A (ja) * | 2007-04-25 | 2008-12-04 | Jfe Steel Kk | 竪型炉の操業方法及びこれに用いる竪型炉装入用コークスの粉化促進装置 |
JP2009299092A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Jfe Steel Corp | 竪型炉の操業方法及び竪型炉装入用コークスの炉内粉化防止設備 |
JP2009299088A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Jfe Steel Corp | 竪型炉の操業方法 |
JP2009299089A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Jfe Steel Corp | 竪型炉の操業方法及び炉内粉化防止設備 |
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CN109423317A (zh) * | 2017-08-23 | 2019-03-05 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种控制生产配煤结焦性稳定的方法 |
CN112632793A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-09 | 中国矿业大学 | 一种煤仓煤料堆积密度离线计算方法 |
-
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008133537A (ja) * | 2006-10-27 | 2008-06-12 | Jfe Steel Kk | 竪型炉の操業方法及び炉内粉化防止設備 |
JP2008291353A (ja) * | 2007-04-25 | 2008-12-04 | Jfe Steel Kk | 竪型炉の操業方法及びこれに用いる竪型炉装入用コークスの粉化促進装置 |
JP2009299092A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Jfe Steel Corp | 竪型炉の操業方法及び竪型炉装入用コークスの炉内粉化防止設備 |
JP2009299088A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Jfe Steel Corp | 竪型炉の操業方法 |
JP2009299089A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Jfe Steel Corp | 竪型炉の操業方法及び炉内粉化防止設備 |
JP2013006953A (ja) * | 2011-06-24 | 2013-01-10 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp | コークス表面破壊強度の推定方法及びそれを用いたコークスの製造方法 |
CN109423317A (zh) * | 2017-08-23 | 2019-03-05 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种控制生产配煤结焦性稳定的方法 |
CN109423317B (zh) * | 2017-08-23 | 2020-10-27 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种控制生产配煤结焦性稳定的方法 |
CN112632793A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-09 | 中国矿业大学 | 一种煤仓煤料堆积密度离线计算方法 |
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