JP5560757B2 - 高炉用コークスの製造方法 - Google Patents
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Description
1)コークス試料をX線CT評価方法を用いて評価するとともに、該評価の結果に応じて粒度を調整された石炭をコークス炉に装入することにより高炉用コークスを製造する高炉用コークスの製造方法であって、
X線CT評価方法は、
X線CTを用いて得られる前記コークス試料の断層像におけるCT値の空間分布を求め、
CT値に対応する見掛け密度が下記式で示される閾値以上であるコークス試料における領域を、イナート組織として判定し、
判定されるイナート組織のうち、絶対最大長さが1.5mm以上であるものを粗大イナート組織として特定し、
特定される粗大イナート組織のコークス試料における累積体積比を求めるものであり、
求められた累積体積比が基準値以下となるように、石炭を粉砕して前記コークス炉に装入する石炭の粒度を調整することを特徴とする高炉用コークスの製造方法。
a=0.8140×b+0.4789・・・(1)
a: イナート組織判別のための見掛け密度の閾値
b: コークス試料の全体の見掛け密度
2)X線CT評価方法において、X線CT像の1画素のサイズを0.3〜1.0mmに設定して前記X線CTを用いることを特徴とする1)に記載の高炉用コークスの製造方法。
3)X線CT評価方法において、コークス試料のX線CTの撮像領域を500cm2以上とすることを特徴とする1)または2)に記載の高炉用コークスの製造方法。
一方、石炭の再固化した後の収縮時において生成するクラックは、イナート組織とビトリニット組織やエグジニット組織などの軟化溶融組織との収縮率の差により、イナート組織の界面に応力が発生するため生成する。
R=(VR−VT)/VR ・・・(a)
R=(LR−LT)/LR ・・・(b)
I=I0×exp(−μ・L) ・・・(c)
ρz= ρair +(ρc − ρair)/(CTc −CTair)×(CT − CTair)
・・・(D)
ρz:鉱物組織の密度(g/cm3)
ρair:空気の密度(=1.3×10−3)(g/cm3)
ρc:校正用試料の密度(g/cm3)
CT:鉱物組織のCT値
CTair:空気のCT値
CTc:校正用試料のCT値
図4中の1.0g/cm3付近のピークは、ビトリニットおよびエグジニット由来の組織である。石炭中のビトリニットおよびエグジニットは、400〜500℃の軟化膨張過程において気泡が生成するため、コークス中のビトリニットおよびエグジニット由来の組織は、気孔と気孔壁とからなる。通常、ビトリニットおよびエグジニット由来の組織の気孔率は50%程度であり、気孔壁の密度は、通常2.0g/cm3程度であるため、1画素の領域における気孔率が50%であれば、見掛け密度は1.0g/cm3程度となる。
図5は、図2に示すコークス試料の断層像についてイナート組織とイナート組織以外の組織の部分とに二値化処理したものである。一例である図5においては、イナート組織判別のための見掛け密度の閾値を下記式(1)により算出される1.25g/cm3として、イナート組織とイナート組織以外の組織とを区別しており、図5においては、イナート組織を白色で、それ以外の部分を黒色で表している。また、理解を容易とするために、コークス試料と背景との境界を白色の破線にて表している。
a=0.8140×b+0.4789・・・(1)
a: イナート組織判別のための見掛け密度の閾値
b: コークス試料の全体における平均の見掛け密度
まず、平均見掛け密度が異なる3種類のコークス試料1〜3を製造し、これらの試料について、特許文献1記載のコークス顕微鏡写真を用いたマーキング法により試料中の粗大イナート組織の累積体積比を測定し、これらの測定値を粗大イナート組織の累積体積比の真値とする。
なお、コークス試料1〜3の平均見掛け密度は、X線CTを用いて試料の断層像(X線CT像)を撮像し、X線CT像における気孔を含む試料全体のCT値の平均値を上記(D)式に基づいて平均密度に換算することで求められる。
表1にコークス試料1〜3中の粗大イナート組織の累積体積比(真値)、および、平均見掛け密度を示す。
図7に、異なる平均見掛け密度の各コークス試料1〜3における、イナート組織を判別するための見掛け密度の閾値と、粗大イナート組織の累積体積比(見掛けの値)の関係を示す。
図7に示されるように、イナート組織を判別するための見掛け密度の閾値の設定値によって、X線CT像から求められる粗大イナート組織の累積体積比は異なるものとなる。
つまり、上記見掛け密度の閾値の設定値が高い場合は、X線CT像から求められる粗大イナート組織の累積体積比(見掛けの値)は真値より小さくなり、上記見掛け密度の閾値の設定値が低い場合は、粗大イナート組織の累積体積比(見掛けの値)は逆に大きくなることがある。
したがって、平均見掛け密度が異なるコークス試料のX線CT像から粗大イナート組織の累積体積比を求める際には、予め各試料断面の顕微鏡写真を用いたマーキング法により粗大イナート組織の累積体積比を求めてこれを真値とし、この値と、X線CT像から求められる粗大イナート組織の累積体積比(見掛けの値)が一致するような上記見掛け密度の閾値の設定が必要である
例えば、図7の(a)において、表1に示されるように平均見掛け密度が0.942g/cm3のコークス試料1の粗大イナート組織の累積体積比の真値が7.1vol%であるから、X線CT像から求められる粗大イナート組織の累積体積比(見掛けの値)が7.1vol%となるイナート組織判別のための見掛け密度の閾値である1.246g/cm3に設定する。
同様に図7の(b)においては、表1に示されるように平均見掛け密度が0.979g/cm3のコークス試料2の粗大イナート組織の累積体積比の真値が7.5vol%であるから、X線CT像から求められる粗大イナート組織の累積体積比(見掛けの値)が7.5vol%となるイナート組織判別のための見掛け密度の閾値である1.276g/cm3に設定する。
同様に図7の(c)においては、表1に示されるように平均見掛け密度が1.016g/cm3のコークス試料3の粗大イナート組織の累積体積比の真値が7.3vol%であるから、X線CT像から求められる粗大イナート組織の累積体積比(見掛けの値)が7.3vol%となるイナート組織判別のための見掛け密度の閾値である1.306g/cm3に設定する。
上記(1)式は、図6に示されるような、コークス試料の平均の見掛け密度と、イナート組織判別のための見掛け密度の閾値との関係から一次近似式を導出して得られた。
次に、X線CTの撮像条件について述べる。X線CTの撮像条件については当業者が適宜設定できるが、X線CT像の1画素のサイズは、0.3〜1.0mmとすることが好ましい。1画素のサイズが0.3〜1.0mmの範囲内にある場合、範囲外である場合と比較して、より正確にイナート組織とそれ以外の組織とを区別することができる。
X(%)=Vi/(100−Vp)×100 ・・・(E)
次にX線CTの撮像領域について述べる。図9は、粗大イナート組織の累積体積比が7.0%のコークス試料において、コークス試料の撮像領域と粗大イナート組織の撮像領域における累積体積比の標準偏差との関係を示すグラフである。なお、図9横軸のコークス試料の撮像領域とは、X線CT像1枚毎に石炭試料の領域の面積を求め、それらを合計した値である。よって、コークス試料の撮像領域は、X線CT像中のコークス試料の断面積および撮影した像の枚数に比例する。一方、図9縦軸の粗大イナート組織比率の標準偏差とは、X線CT像1枚毎に粗大イナート組織の比率を測定し、画像間で粗大イナート組織の比率の標準偏差を取ったものである。
実機のコークス炉から窯出されたコークス試料について、X線CTを用いた粗大イナート組織の累積体積比を算出した。なお、得られたコークス試料の性質を表2に示す。コークス試料のコークス強度は、JIS K 2151に従い測定した。
コークス試料は、200mm×200mm×200mmの大きさの段ボールの容器に入れて撮像に供した。また、X線CTスキャナは管電圧100kV、管電流100mA、スライス幅0.5mm、解像度(1画素のサイズ)0.5mmとし、1画像当たりのコークス試料の断面積が約50cm2の断層像を10枚撮影し、コークス試料におけるCT値の空間分布を得た。なお、コークス試料の全撮像領域は510cm2であった。
原料となる配合炭の配合が異なるコークス試料(試料全体の見掛け密度0.948g/m3)について、実施例1−1と同様の方法で粗大イナート組織のコークス試料における累積体積比を算出した。
実施例1−1で用いたコークス試料について、特許文献1に記載された顕微鏡写真の画像解析法を用い、粗大イナート組織の累積体積比を算出した。
X(面積比)=Si/(100−Sp)×100 ・・・(f)
比較例1−1と同様の方法で、実施例1−2のコークス試料における粗大イナート組織の累積体積比を算出した。
Claims (3)
- コークス試料をX線CT評価方法を用いて評価するとともに、該評価の結果に応じて粒度を調整された石炭をコークス炉に装入することにより高炉用コークスを製造する高炉用コークスの製造方法であって、
前記X線CT評価方法は、
X線CTを用いて得られる前記コークス試料の断層像におけるCT値の空間分布を求め、
前記CT値に対応する見掛け密度が下記式で示される閾値以上である前記コークス試料における領域を、イナート組織として判定し、
判定される前記イナート組織のうち、絶対最大長さが1.5mm以上であるものを粗大イナート組織として特定し、
特定される前記粗大イナート組織の前記コークス試料における累積体積比を求めるものであり、
求められた累積体積比が基準値以下となるように、石炭を粉砕して前記コークス炉に装入する石炭の粒度を調整することを特徴とする高炉用コークスの製造方法。
a=0.8140×b+0.4789・・・(1)
a: イナート組織判別のための見掛け密度の閾値
b: コークス試料の全体の見掛け密度
- 前記X線CT評価方法において、X線CT像の1画素のサイズを0.3〜1.0mmに設定して前記X線CTを用いることを特徴とする請求項1に記載の高炉用コークスの製造方法。
- 前記X線CT評価方法において、コークス試料のX線CTの撮像領域を500cm2以上とすることを特徴とする請求項1または2に記載の高炉用コークスの製造方法。
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